物联网污水处理（共12篇）
物联网污水处理 篇1
随着城市的发展,城市排水系统(包括污水厂和污水管网)的覆盖规模迅速扩张。我国水处理厂具有数量多且分散、水量小、水质差别大、投资薄弱且资源分散、管理技术人员水平相对落后以及缺少专业人员的指导等特点[1]。为此,笔者提出基于物联网的污水处理自动控制系统,对区域若干污水处理厂的进、产、排3个主要环节实行物联网式的集中控制。实现对污水处理企业生产过程的实时控制与精细化管理,达到规范管理、节能降耗、减员增效的目的。
1 技术方案
基于物联网的污水处理自动控制系统,从感知层、网络层和应用层3个层面进行构建[2],通用数据采集中间件模块,负责实现对感知层的物体进行编号、物体识别及信息采集与反馈等功能。通用消息通信中间件和基础数据管理平台,负责对从感知层获取的数据进行通信和预处理。企业生产优化调度与控制管理中间件,在应用层,通过前面收集、反馈的数据信息结合污水处理行业的需求,最终形成基于物联网的污水处理企业智能化管理解决方案。
2 自控系统
2.1 通用数据采集中间件
该中间件作为部署在物联网感知层的应用,是实现污水处理行业物联网应用全面感知的基础,重点解决感知和识别物体的问题,并采集、捕获信息。该中间件以各种总线网络和计算机网络作支撑,把分散在各地的监控站自动化系统的复杂的生产数据采集、迁移并集中于调度端(或监控中心),使用一套公共的数据采集管理平台对数据进行存储、维护和管理,并提供给外部应用系统使用。通过该平台解决了长期困扰给、排水行业的下属厂站分布面广、各厂站使用自控设备及组态软件品牌繁多、无法进行统一规范管理的难题[3]。数据采集管理平台功能框架如图1所示。
系统底层为自控系统或者与之对应的组态软件,它们是实时数据的基础所在,采集平台可以直接从自控系统上获取数据,当条件不具备时,也可以从与之对应的组态软件(如WinCC、RSView)上获取数据;中间层由硬件层和网络层组成,硬件层主要由功能强大的协议转换器组成,它可以将各种总线协议及Modbus RTU协议等转换成支持以太网的OPC Server、Modbus TCP协议等,网络层主要是由ADSL宽带、光纤接入、GPRS、GSM以及CDMA等提供网络接入;管理层以数据采集中间件为核心,通过网络层采集基础数据,设备远程管理功能可以实现对采集设备的远程管理和维护,节省人力、物力,数据标签管理功能实现对采集变量的管理;在应用层,平台可以提供简要的统计报表,帮助系统管理员随时掌握数据情况,平台还支持多种接口,为外部应用系统提供数据支持。平台系统架构如图2所示。
2.2 数据通信消息中间件
数据通信消息中间件主要将来自感知的各类信息通过基础承载网络传输到应用层。在污水处理企业,通常采用不规则的星形网络拓扑结构(图3)。比如以厂为中心,星形发散到下面的泵站,或以大区服务器为中心发散到下面的多个污水处理厂等。
2.3 企业生产优化调度与控制管理中间件
企业生产优化调度与控制管理中间件是污水处理行业物联网架构应用层的参考实现。集中管理厂站生产数据,实时显示运行工艺,设备运行状况一目了然,运行日报、综合统计分析报表自动生成,设备养护流程、设备维修计划自动化管理,年度计划完成情况和能耗分析随手可得。该中间件将专家经验和计算机技术完美结合,实现水泵机组联编优化调度、曝汽池节能控制;同时利用人工智能和数据挖掘实现污水处理厂精细化管理和最优化控制,为不同层面的运行管理者提供了丰富的决策支持信息,为辅助分析决策奠定良好的基础,为污水处理企业规范管理、节能降耗、减员增效和精细化管理提供强大的技术支持[4]。
3 结束语
基于物联网的污水处理自动控制系统对污水处理的进、产、排3个主要环节进行监控,将下属提升泵站和污水处理厂的水量、水位、水质以及设备状态等信息通过物联网进行收集、整合,对3个环节的生产数据进行分析、处理,实现对污水处理生产过程的实时控制与精细化管理。对企业的规范管理、节能降耗、减员增效有一定的借鉴价值。
摘要：针对我国污水处理厂运行效率低、缺乏有效监管及运行模式粗放等现状,设计了基于物联网的污水处理智能监控系统。该系统从感知层、网络层和应用层3个层面进行构建,提出污水处理智能监控系统方案,详细探讨了监控系统的主要内容和各项关键技术。可为污水处理厂的运行和管理提供完善的数字化解决方案,污水处理能力和效率均可得到明显提升。
关键词：监控系统,物联网,污水处理
参考文献
[1]Merkel W.International Report:Performance Assessmentin the Water Industry[J].Water Sci Technol,2002,2(4):151～162.
[2]乔亲旺.物联网应用层关键技术研究[J].电信科学,2011,27(s1):59～62.
[3]葛玉连,赵保康,喻一萍.浅谈城市污水处理及工业污水在线监测[J].排灌机械,2005,32(6):34～37.
[4]韩春荣,谢继荣,韩东宁,等.污水处理厂有毒有害及易燃易爆气体在线监测系统建设与应用[J].给水排水,2011,37(12):113～116.
物联网污水处理 篇2
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things(IoT)”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。
物联网技术
在物联网应用中有三项关键技术
1、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。
2、RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。
物联网误区
误区之一
把传感网或RFID网等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。除传感技术和RFID技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。
误区之二
把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。即使互联网也不仅仅指我们通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域网和局域网之分。
物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸;也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。现实中没必要也不可能使全部物品联网;也没必要使专业网、局域网都必须连接到全球互联网共享平台。今后的物联网与互联网会有很大不同，类似智能物流、智能交通、智能电网等专业网;智能小区等局域网才是最大的应用空间。
误区之三
认为物联网就是物物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是很难实现的技术。事实上物联网是实实在在的，很多初级的物联网应用早就在为我们服务着。物联网理念就是在很多现实应用基础上推出的聚合型集成的创新，是对早就存在的具有物物互联的网络化、智能化、自动化系统的概括与提升，它从更高的角度升级了我们的认识。
误区之四
把物联网当成个筐，什么都往里装;基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。如，仅仅嵌入了一些传感器，就成为了所谓的物联网家电;把产品贴上了RFID标签，就成了物联网应用等等
物联网污水处理 篇3
技术短板：集成电路芯片、高端传感器、超高频RFID
虽然我国已经掌握了传感器、RFID技术等产品的生产能力，但大部分的核心技术，如芯片等仍然依靠进口。国内工业一旦用上“外围芯”将会形成长期依赖，在计算机、互联网以及物联网等方面继续落后。在石油天然气、交通运输、电力、污水处理、制药、化工、矿业等关系国计民生的公共基础设施领域，我国使用的芯片大多被国外芯片垄断。“关键控制数据有可能被篡改或丧失，造成环境灾难，人员伤亡，甚至危及公众生活及国家安全。”武汉光电国家实验室教授缪向水表示，国外芯片制造厂商有可能通过在芯片面板某一程序上植入木马来窃取商业数据或机密，也可以通过病毒、恶意软件来操控工厂控制系统，导致工厂停工，发生安全事故等。
国内众多厂商也渐渐认识到芯片才是核心，如果没有自己的芯片而是依靠进口，就等于在日后的成本、供应等方面埋下了安全隐患。为了占领市场先机，一些敢于“吃螃蟹”的企业家投入血本加码芯片的应用开发，如中航微电子、光迅科技、厦门乃尔电子等一大批内地企业兴起，加上一系列扶持政策的出台，国内集成电路产业崛地而起。
在9月3日召开的无锡国家传感网创新示范区部际建设协凋领导小组第三次会议上，工信部副部长毛伟明指出，传感器及射频识别（RFID）技术作为物联网的基础与核心，其发展滞后于物联网产业的整体发展，“高端产能不足、低端同质竞争”已成为我国传感器产业的短板。一是传感器尤其是高端传感器自主创新能力还较低。部分多功能、微型化、智能化、网络化的高端传感器依赖进口，多数企业都是引用国外的芯片加工，甚至仅停留在代理国外产品的水平上。二是射频识别（RFID）芯片技术、工艺水平还不高。尤其是在超高频、微波产业链中，目前从事芯片设计的企业为数不多，芯片技术能力、工艺水平与世界先进国家存在较火差距。总的来说，高端传感器制造，以及超高频、微波射频识别（RFID）芯片制造仍是我国物联网发展中的技术短板。
是什么制约了中国物联网？
在日前举办的2014第五届物联网大会上，中国工程院院士邬贺铨这样形容物联网：论物联网的发展阶段，目前尚处于婴儿期，从概念炒作到现实至少还需要五年时间。邬贺铨认为，现在的物联网仍有不少问题亟待解决.包括标识问题、体系模型和语音交互、数据挖掘和安全隐私、商业模式、行业的进入门槛对成本的影响等；也有很多技术需要攻克，体系技术软件的服务、硬件等怎么做到低成本，还有数据信号处理，发现与搜索引擎，关系网络，电源与能量存储等等。峰论坛上，中国企联会长王忠禹提到：“2014世界500强中，在IT和高端装备制造两个领域内，我国大企业明显处于弱势，甚至是空白。国内企业要紧紧抓住物联网、云计算、大数据带来的发展机遇，用高新技术改造传统产业，集中精力在高端制造领域抢得先机和实现赶超。”
尽管物联网技术在国外被视为推动未来经济发展的重要引擎。可在国内的应用还处于试验和示范性探索阶段。而阻碍物联网在国内快速发展的障碍，主要是传感器、RFID（无线射频识别）等关键技术。
工信部5月30日发布的新版《物联网白皮书》中提到，我国物联网近几年保持较高的增长速度.2013年整体产业规模达到5000亿元，同比增长36.9%.其中传感器产业突破1200亿元，RFID产业突破300亿元。预计到2015年，我国物联网产业整体规模将超过7000亿元，信息处理和应用服务逐步成为发展重点。
值得注意的是，物联网在带给人们生活便利的同时，也带来了新的安全威胁。近日，惠普旗下应用安全部门Fortify对10款高人气的物联网设备进行安全审时发现，这些设备竟然存在250个不同程度的安全漏洞，平均每款25个，这些设备包括电视、网络摄像头、自动调温器、遥控电源、喷水灭火器、门锁、家用报警器、体重秤、车库开关以及家用多设备控制器等。
截至2020年接入互联网的物联网设备会有多少？ Gartner预测会有260亿个物联网设备，而IDC预测会有2120亿个物联网设备。无论是260亿还是2120亿，随着大量智能设备接入互联网，入侵网络的方式必定会比现在多得多。智能仪表、设备维护与监测传感器、工业机器人、资产追踪系统、智能零售货架、工厂控制系统乃至可穿戴设备等，都有可能成为黑客入侵攻击的对象。
由此看来，除了技术短板，安全问题也是阻碍国内物联网发展的“拦路石”。物联网的安全性不能得到充分保证，那么大数据系统中的个人信息、商业机密甚至国家、军事秘密，都有可能被不法分子窃取利用。不过，任何事物都有其两面性，一旦我们能突破技术瓶颈，解决好安全问题，物联网必将给每个人的生活带来大惊喜。
物联网污水处理 篇4
关键词：物联网技术,污水处理,自动化
物联网技术作为一种物物相联的计算机网络技术, 正在迅速改变工业自动化的变革。污水处理工程一般地处偏僻, 基础设施不够理想的地方, 大部分污水厂分布处理, 自动化程度不一样, 结构复杂, 安全等级也不一样。这就要求使用物联网技术将不同硬件平台下的设备相联, 及时获取现场设备的运行状况, 将各种设备的运行参数, 运行状态了如指掌, 真正做到快速响应、精确定位、及时报警。物联网技术在污水自动化处理系统中的应用, 能解决污水厂分布远, 工作环境恶劣等问题, 也能提高污水处理厂的自动化水平, 还能提高污水处理公司厂的经济效益。
一、物联网
所谓物联网技术, 就是指传感网技术的别称, 是也现代传感器技术、分布式信息处理技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术等的综合。物联网系统通过微型传感器设备采集各种设备的数据, 再通过无线的方式收集这些原始数据, 最后以自组多跳的网络方式传送到用户终端, 实现传感设备、计算机网络和用户三者之间的相联。通过网络界面为管理集成化的传感器设备。物联网系统通过无线传感、射频识别 (RFID) 、红外感应器、全球定位、传感器等技术, 使用一定的协议进行数据交通, 实现自动化管理, 实现物与物之间的相连, 加强物与人之间的相连, 最近实现智能化数据的识别、定位、跟踪、监控和管理。
二、物联网技术体系结构
联网技术体系结构包括三层, 依次是感知层、网络层和应用层
(1) 感知层:该层主要完成传感器设备数据的采集与感知。通过传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术采集各种设备的物理量、标识、音频、视频数据。再通过传感器网络组网和协同信息处理技术对所采集的数据进行短距离传输、自组织组网和数据的协调处理。 (2) 网络层:该层通过传感器网络实现与移动通信网络与计算机网络数据交换, 物联网技术可以实现传感器数据无障碍、高可靠性的数据传送, 能够实现物物相联的数据传输要求。 (3) 应用层:该层包括两个子平台, 一个是应用支撑平台, 一个是应用服务平层。通过应用支撑平台实现跨系统、跨应用之间的数据交换, 通过应用服务平台实现智能自动化、智能控制等方面的应用。
三、物联网技术在污水处理系统中的应用
某公司下属企业共有6个污水处理厂, 地位偏僻地带, 厂与厂之间距离偏远。每个厂配有成套处理设备, 由运营部、技术部、化验室和办公室等机构独立运营。厂与厂之间数据资源、技术资源和设备、人员等无法实现资源共享。公司总部为了及时获取各污水厂的信息, 消耗了大量的人才、财力、物力。为提高管理效率, 节约生产管理成本, 公司建立了一个物联网系统, 效果明显。
3.1完善分厂的自控系统
完善各分污水处理厂的自控系统, 将所有污水处理设备接入PLC, 使用中央控制电脑来监视各污水处理设备的PH值和COD等水质参数, 通过传感控制设备来控制提升泵, 搅拌器, 鼓风机等设备, 实现所有污水处理厂的自动化控制, 提高各分厂的自动化控制水平。
3.2组建光纤网络
完善各污水处理厂设备和仪表的并网工作, 租用电信光纤网络, 组建企业级光纤局域网, 将各分厂的中央控制电脑连接在一起, 给每个电脑设备分配静态IP地址, 实现各分厂的远程监控。
3.3搭建污水处理物联网系统
实现光纤网络并网后, 搭建污水处理物联网系统, 购置数据库服务器和管理软件, 开发物联网联系系统平台, 实现各分厂数据处理和发布。为了实现所有污水处理分厂自控系统的互联, 将合分厂原来不相同的组态软件进行升级换代, 统一为IFIX组态软件, 采用同种通信协议, 保证数据传输的稳定性。最后通过光纤网络, 集中各污水处理厂的所有设备仪器的控制和信息反馈, 实现物物互联。使各污水处理厂均能成为生产控制中心, 了解所有厂区的生产情况, 远程操控各种生产设备, 视频监视水质是否异常, 设备是否正常运转。
四、结语
总之, 污水处理物联网系统通过物联网技术集成相互独立的自动化系统, 通过光纤网络汇集数据到数据库服务器, 再通过软件平台实现数据的共享与发布, 实现自控系统中传感设备的操作与控制, 实现数据的管理和共享。随着我国环境保护意识的增强, 各污水处理系统必将会引入物联网技术, 实现真正的自动化发展道路。
参考文献
[1]刘建兰.基于物联网技术的污水实时采样系统[J].物联网技术, 2014 (8) :34-35.
物联网污水处理 篇5
（天仕物联网研究院）
前段时间有IB名工程师断言说中国目前还没有一家物联网公司，这个说法并不准确，因为没有标准和定义可循。天仕物联网经过研究分析认为中国目前有很多做物联网业务的公司和研究机构，因从业人员视角和立场的不同，出现了五花八门的对物联网概念的解释。我们可以从技术支撑的角度，把国内目前从事物联网业务的人群分为四类。也可以叫做四大产业群，但是更主要的还是基于这四大技术的业务群体划分。物联网之所以被认为是一个“战略性”产业，就是因为其技术共性。
一、RFID从业人员
他们认为物联网概念是1999年MIT（麻省理工学院）Auto-ID中心主任Ashton教授提出来的，前段时间中国股票市场“横空出世”的物联网概念股“五虎”都是做RFID活智能卡的公司。
二、传感网从业人员
这个人群以研究人员为主体，也包括一些仪器仪表业界的公司，这也是温总理“感知中国”提法的主要依据，无锡郑州力争成为中国传感网中心。
三、M2M人群
侧重于末端设备的互联和集控管理，中国三大通信运营商从2007年就开始推M2M业务，在温总理谈话之前就已经开始建立M2M运营中心。
四、工业信息化人群
自动化和控制系统行业企业是两化融合的主要推动力，还包括智能电网、智能建筑等行业应用。
随着物联网产业的发展、相互交流的增加，这四类人群对物联网的理解已经从一开始的相互争论逐渐达到意见的统一。
今天互联网,明天物联网? 篇6
内置在自己鞋跟里的东西其实是物联网的一个早期例子，只是Andrew Duncan当时并不知道物联网这个概念。
洛杉矶的技术顾问Duncan 回忆起2010年11月参加一次为老年痴呆症患者募集资金的步行活动时说：“在我步行五英里的过程中，我女友能够在电脑屏幕上监控我的举动。如果电池电量过低，或者穿鞋者走出指定区域，鞋子就会发送文本信息。”
他那双配备全球定位系统功能的鞋子由洛杉矶的GTX公司生产，售价299美元，外加每个月的无线服务费。这是业界普遍预测的物联网的一个例子。在物联网中，凡是有智能的东西（包括机器、道路和楼宇）都将接入到网上，生成的数据有望发挥目前无法想象的用场。业界观察人士只是在我们在物联网这条道路上已走得多远、哪一种科幻场景能最准确地描述将来情形方面意见不一（参阅插文1）。
纽约奥伊斯特贝ABI 研究公司的分析师Sam Lucero说：“凡是有智能的东西都将接入到网上。”
思科的首席未来畅想家Dave Evans认同这一说法。他预测，到2020年将有500亿个联网设备，社交网络将把它们连接起来。他说：“将来，凡是有通断开关的东西都将联网。我预测，这一幕会出现在各行各业和我们的生活中。”
物联网潮流已经开始扑面而来。
伦敦技术咨询公司Analysis Mason的Steve Hilton说：“在几个行业，物联网正开始应用；在另几个行业，物联网还只是幻想。”物联网开始出现在能源、公用事业、汽车、运输、安全和监视等众多行业。他补充说，还“少量地出现在医疗保健行业”。如果你算上Kindle等电子书阅读器，物联网还出现在消费者领域。
他表示，物联网还没有出现在厨房设备等白色家电行业。Hilton说：“厂商们需要物联网，但是我并不认为这会是个很大的市场。要是家用电器贵150美元，你会买吗？在这个情况下，技术走在了市场需求的前面。”
纽约大学的摄影学教授Wafaa Bilal展示了他在2010年12月植入到其后脑的数字相机座架。据Bilal声称，这个研究项目的概念是，客观如实地捕获图像，不受取景器的干扰。来自相机的图像经由互联网传送，但Bilal的身体对于该植入体出现了排斥反应。
IBM研究部门副总裁Katharine Frase想知道：如果洗衣机、恒温器和热水器可以由消费者或第三方实现一起管理，有望设计出什么样的商业模式。她说：“我们发现，如果能得到某种回报，人们还是愿意共享关于他们自己的信息。要是让你知道我在洗澡可以带来一些好处，比如减少电费，那么这也许没什么问题。”
微软Windows嵌入式产品经理Kevin Dallas补充说：“现在已经在进行这方面的投入，”不过他不愿给出具体的例子。“我们看到物联网应用于各行各业；我们会在今后两三年开始看到成效。”
Dallas预测了在不远的将来可能会出现的基于物联网的几个场景：
作为客户忠诚度计划的成员，你将购物清单发送到商店。一到商店，你就领到一张RFID标签，店内的联网数字显示标牌会指引你穿过一个个货架，找到所需要的商品。
在其他商店，你走近标牌时，标牌会根据你的身高和衣着，量出你的身材大小，然后显示应该适合你的促销信息。
在任何商店，数字标牌根据销售量或天气等实时情况，提供促销信息。
你家的冰箱可监控冰箱里面的东西，并给出重新贮备建议。（拥有联网功能的冰箱已经出现在市面上，包括三星推出的一款联网冰箱，不过Hilton认为目前市场缺乏需求。）
使用来自云计算环境的数据，你的汽车就能跟踪它去过哪里、要去哪里，预测接下来开往哪里，如果你想询问最近的加油站在哪里，它随时可以提供建议（丰田和微软已经开发在这样的服务。）
你的汽车还能监控内部功能、提供维护建议，安吉星远程诊断系统已经在为通用汽车公司的汽车提供这样的服务，现在还为其他厂商的汽车提供这项服务。
你汽车的黑匣子数据可以交给保险公司，以便减少费用——假设数据可以作为证明安全驾驶的证据。许多汽车保险公司已经在提供基于使用情况的保单，有时基于装在汽车上的仪器收集的数据，Progressive意外保险公司的Snapshot计划就是这样。
如果你的子女开车时超过一定的速度，或者驶入了指定的“禁区”，汽车就会通知你，目前可以通过某些附加设备来实现这种功能。
其他消息人士预测，将来医院的病床也会装有大量的仪器，因而不需要在患者身上绑上传感器，如这项研究（http://www.smartplanet.com/blog/science-scope/wireless-sensors-detect-if-surgery-patients-stop-breathing/10435）所示。
亚利桑那州斯科茨代尔Compass Intelligence咨询公司的策略师Kneko Burney预测：“三四年后，物联网的应用领域将不仅仅局限于零售业；十年后，我们所有人的生活将有别于现在所能想象的场景。十年后，手机耳塞内置在耳朵中将不足为奇。”
麻省理工学院自动识别中心的Edmund W. Schuster教授特别指出，中国的温家宝总理已将物联网作为国家发展目标。他说：“中国政府将物联网视作构建和谐社会的一个基础部分，特别是由于在人口密集城市，物联网将使得服务更容易协调。”
此外，无锡市政府已宣布有意建造一座基于物联网的主题公园。无锡市官员在新闻发布会上表示：“预计该主题公园将成为新一代互联网用户的旅游景点、线下精神家园和娱乐中心。”
根源于M2M
亚特兰大M2M无线服务提供商KORE Telematics公司的负责人Alex Brisbourne解释，物联网起源于大概15年前，当时的想法是使用机器至机器（M2M）技术来监控远程资产，主要是通过现已过时的专有网络来监控。
他回忆道，向物联网转变开始出现在2001年，当时“我们开始看到通过蜂窝网络提供互联网协议（IP）。”
波士顿比彻姆研究公司的分析师Bill Ingle 同意这个说法，说“物联网是个稍微新一点的术语，但含义与M2M一样。由于语音市场开始饱和，运营商们在过去两年开始对M2M感兴趣，将其视作另一个收入来源。”
ABI研究公司的Lucero补充说，物联网、M2M、无线射频识别（RFID）、智能量表、各种传感器网络、楼宇与工业控制系统以及家庭自动化之间存在很明显的重叠。
技术发展
Evans表示，至于必要的传感器、传输和处理等技术，“不存在任何重大障碍。”他补充说，不过最好还是完善传感器从周围环境“采集”能源的方法，从而摆脱对电池的依赖。他指出，另一大促进因素将是IPv6的推广，因为这种寻址方案可以提供足够多的互联网地址，足以为地球表面上的每一个原子各自提供一个地址。
Burnery补充说：“不存在什么技术障碍。”限制因素就是微型部件的成本、无线网络的带宽、业务战略以及人们吸收这么多信息的能力。
惠普资深院士兼惠普实验室纳米技术研究部门主管Stan Williams表示，惠普实验室目前在研发用于物联网的纳米技术传感器。到目前为止，他的实验室已研发出了基于微机电系统（MEMS）的设备，用于探测震动和移动。该设备可以感知三个轴线方向的震动和旋转。惠普实验室还在致力于研发基于激光散射技术的味觉和嗅觉传感器。Williams表示，它们的灵敏度可以达到万亿分之一，能够用于识别化学品和生物种。
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他补充说，这两种传感器都只有约一平方毫米，这意味着大规模生产起来成本非常低。目前公开市场上已经有了全面构建物联网所需要的其他类型的传感器，如压力传感器和光传感器。
明年，惠普实验室将上马其第一个使用物联网技术的大项目：为壳牌石油公司研发的地震成像项目。该项目可以对方圆10平方公里范围内地壳以下20米深的地方进行成像。Williams说：“这项技术已经应用于人体内部成像，我们会将同样这项技术应用于地下勘探。”
三星RSG309液晶冰箱（售价2700美元）在左手门上配备了内置的8英寸液晶触摸屏，可支持Pandora、WeatherBug、推特、Google Calendar、Picasa图像的幻灯片查看器及另外几个应用程序，而更多的应用程序还在开发中。
Williams补充说，但是一旦物联网广泛应用，将来生成的数据量将是今天现有数据量的数千倍，所以处理技术“的功能也要相应提高数千倍。这有可能吗？有可能。”
IBM的Frase问道，处理器的功能也许很强大，但是“我们不知道带宽何时会用光？”为了避免这种情况，必须以某种方式来过滤信息。IBM正致力于研发流处理技术（使用基本的分析工具提取有用信号），并且在设备层面开展其他的研究工作，以便更有效地利用现有带宽。Frase表示，目的是“让部署设备变得更加经济可行。”
Burney指出，与此同时，与物联网连接的设备需要新的用户界面，这种新界面必须直观，不需要用户学习新的行为。她预测，基本技术、界面、甚至用于初始化新设备的流程需要新的专门化，这离不开行业的广泛合作。
隐私和安全
无论物联网带来什么样的挑战和优势，用户都希望自己的数据保持私密。至于如何确保数据私密，目前似乎还没有现成的解决办法。
麻省理工学院的Schuster说：“我们还没有获得必要的安全环境。基本的电子邮件仍在受到黑客攻击，这种情况已经持续25年了。”
思科的Evans认同这个说法。“我们需要确保已经添加了所有合适的安全措施，这些安全措施必须成为整个架构的一部分，而不是后来添加上去。”
Brisbourne问道：“你能破解电表、通过线路的另一头一路闯入核电站吗？老实说，现在有一些政府性质的项目，就是让人搞这样的模拟攻击，找出实际存在的安全漏洞。”
前联邦贸易委员会官员、现任华盛顿律师事务所McKenna Long & Aldridge LLP策略顾问的Dan Caprio表示，欧盟委员会下面的一个特别工作组已经在研究可能出现的物联网隐私问题。去年，欧盟委员会任命他担任物联网方面的跨大西洋主题专家。
Caprio说：“欧洲和美国都设想我们会有物联网。预计欧盟委员会特别工作组会在2012年或2013年最终确定物联网政策方面的建议。”他预计，这方面的建议将深受经济合作与发展组织在1980年批准的指导方针的影响。这些指导方针基于消费者通知、消费者选择、消费者访问和安全等概念而制定。
他表示，美国无疑会继续采用草根方案，致力于保护关于儿童的敏感信息、医疗保健信息和财务信息。
Caprio特别指出：“欧洲有好多的监管法规，但是缺乏实际行动。在美国，我们没有一些基本的监管法规，但我们的确针对欺骗行为落实了有效的保护措施。”
Burney指出，在美国，广告商可能会发觉物联网采集的数据特别吸引人。再过三五年才能弄清楚怎样可以合法地谨慎使用数据，但“我认为，结果可能很像谢绝来电名单，由用户来控制想与别人共享关于自己的哪些数据。”
但是有了能在合适时间推送来自合适广告商的合适信息的智能语境系统，“接受广告内容几乎将变成愉悦的体验，”她预测。“由于广告对自己有价值，人们可能会喜欢上广告。”
汽车、楼宇、医疗、娱乐、甚至广告，如此看来物联网最终会渗透到我们生活中的几乎方方面面。最终结果会是今天我们无法想像的样子，就像电的发明者本杰明·富兰克林当初想象不到今天的电力网。
附文一：科幻场景大碰撞
如果物联网继续以目前的速度发展下去，接受本文采访的消息人士经常提到的三部科幻作品很可能具有预言性：
《少数派报告》。在汤姆·克鲁斯主演的这部2002年影片中，主人公进入零售店时，自动显示屏会以个性化的信息与他打招呼。
《彩虹尽头》。在Vernor Vinge所著的这部2006年小说中，公共基础设施和大多数人（通过嵌入在衣服中的传感器）都装有仪器；借助内置在隐形眼镜中的显示装置，人们可以与随之形成的增强现实进行交互。
《1984年》。George Orwell所著的这部1948年小说描绘了一个压迫成性的极权主义国家，在这个国家中，无所不在的技术被政府用于随时监视民众。
附文二：让数字来说话
伦敦技术咨询公司Analysis Mason的Steve Hilton预测了物联网将来会有很大的规模。下面是他预测的内容：
在能源行业，Hilton认为到2011年年底会有2200万个联网的民用电表；在今后十年，这个数字有望以每年50%的速度增长。他解释，这些电表将是“智能电网”潮流的一部分，可以通过无线、固线或基于电力线的数据等连接，以近实时的方式报告耗电情况，以便更有效地管理电网。
在运输行业，到时全球会有大约3080万个联网设备，主要用于跟踪卡车位置，每年会以27%的速度增长。在安全和监视行业，会有2060万个联网设备，这包括安装的民用设备和工业设备，每年增长率将达到37%。
在医疗保健行业，到年底会有150万个联网设备，增长率为20%至25%。这些设备通常佩戴在患者身上，以监测慢性疾病，比如建议心脏病患者何时服药的设备。Hilton指出，由于医疗设备必须经过大量的测试，之后才能进入市场销售，物联网在医疗保健行业远未得到广泛应用。
他认为，至于运输行业，一系列广泛的跟踪和维护监控仪器应该很快就会出现在消费汽车市场上。他说：“各大汽车制造商都在关注这个方面，正在确定解决方案。”
农业物联网数据处理若干关键技术 篇7
1 数据处理
数据是针对指令的一种表达形式, 对数据的处理主要包括数据采集、传递、保存和转换等, 这些过程既可以依靠智能化技术来实现, 也可以由传统手工操作实现。就表现形式来看, 任何形式的文字、影像和音频都可以作为数据的表现, 而数据的信息只有在数据本身具有了一定的含义后才具有的[2]。
1.1 农业生产中数据处理的目标
任何形式的数据处理, 其根本目的都是在庞大的数据量中通过一系列的手段进行分类、整理、提取和转换, 最终形成对使用者有一定的价值的信息数据。就农业生产中的数据处理而言, 主要是通过RFID、传感器和执行器进行数据采集, 然后通过一系列的处理方法, 提取数据内容中的有用价值, 这些有用的数据信息将会对农业生产起到一定的积极作用, 这样就是农业物联网的数据处理的最终目的。
1.2 农业生产中数据处理系统的应用现状
物联网接入到农业领域中, 目的是通过数据的处理, 通过挖掘数据中的价值与信息, 以此来更好的服务于农业生产, 而农业生产比较复杂。因此, 针对农业生产的数据应用也是分门别类, 不同的系统有着不同的作用, 总的来说, 分为以下农业专家系统和可追溯系统[3]。
1.2.1 可追溯系统
Traceability System指的是溯源系统, 也就是可追溯系统, 主要的作用是在农业的产品生产中对所涉及到的数据信息进行采集、记录和保存, 当产品发生了质量问题时, 可追溯系统就可以立即准确的定位到问题所在, 发现是哪一个生产环节出了问题, 通过查询问题来制定措施, 这一系列的处理过程是保证产品质量的重要途径。可追溯系统贯穿于所有的农产品 (包括了饲料和食品以及其他生产资料) 的生产全过程, 从原材料提取, 到生产过程, 到产品进入市场, 可以说是一个保障质量和安全的信息系统[4]。
溯源系统最早诞生于20世纪末, 一些欧洲国家, 尤其是英国正在遭受疯牛病的影响, 暴露出了丹麦暴肉沙门氏菌污染和苏格兰大肠杆菌2件重大的食品卫生事故, 其中苏格兰大肠杆菌食品安全问题共造成了21人丧生, 这一度使得消费者对于政府的食品安全监管失去信心, 而这也是溯源系统产生的最根本原因, 由于对食品安全问题的担忧, 欧盟首先在欧洲国家地区建立了溯源系统, 为消费者提供所有食品的生产信息, 为保障食品安全提供了服务支持。
目前已经有20多个国家建立了农产品溯源体系, 该体系使农产品的生产和供应每个环节都被标识, 并以信息数据的形式保存和管理, 实现了农产品的追溯。而我国在食品安全监管方面仍然和发达国家有着较大的差距, 频繁的食品安全问题的暴露, 使我国消费者对食品安全缺乏信息, 不管是食品追溯体系的建立还是数据信息系统的建设方面, 都处在初步阶段。从2005年开始, 沿海地区逐渐开始进行可追溯制度调研和建设, 对地区实行可追溯体系的可行性进行了分析, 在档案管理、产地编码、规范包装标识等方面展开了许多工作, 已经初步建立了关于茶叶产品质量安全、熟肉制品质量安全、果蔬类多源农产品和粮食质量安全的追溯系统。这些系统都是基于农产品的生产特点和生产流程来设计的。因此, 具有特殊性, 局限于某一种特定农产品的追溯。针对这一问题, 已有研究人员开展了面向服务架构思想的农产品质量追溯系统架构, 这一系统架构将供应链的业务流程和功能以服务的形式提供, 而逻辑流程的编码使得和下层应用隔离, 而系统之间是依靠服务来进行调动, 此举有助于对业务的需求和变化做出快速反应。
1.2.2 农业专家系统
Agricultural Expert System是基于农业领域中的人工智能技术, 称为农业专家系统, 该系统是利用人工智能技术, 结合农业生产的专业理论知识, 通过模拟农业生产中的问题推理过程, 分析问题并做出决策, 农业专家系统的目的是为了突破时空的限制, 通过信息技术, 将农业专家在专业领域上积累下的理论知识和实践经验进行整合, 将知识转化为生产力。
20世纪70年代, 我国展开了专家系统的研究, 浙江大学与中国农科院桑蚕研究所合作开发了香育种专家系统, 植物保护研究所开发了黏虫测报专家系统, 宁夏农林科学院开发了春小麦条锈病预测专家系统。这些农业专家系统的开发, 推动了我国农业发展, 实现了农业经济的创收。
以目前农业专家系统的研究成果来看, 大部分的农业专家系统都包含了知识库、数据库、推理机以及用户界面和功能模块, 其架构如图1所示。
知识库和推理机是该系统中最为核心的内容, 农业专家的经验和理论知识保存在知识库中, 形成了专业的理论知识, 而推理机的作用是通过数据的调用, 协调, 而数据在推理中由数据库保存, 再经由功能模块中的知识模块提取, 将专家知识和经验进行转化, 存储在知识库中, 在经由功能模块中的解释模块对用户的问题进行解答, 并提交给系统内部模块进行处理, 之后系统进行研判, 做出决策, 并通过用户界面向用户进行反馈。
农业专家系统的应用对于解决农业生产中的问题有着重大的实践意义, 究其实际应用来说, 农业专家系统具有权威性、非时空限制性、灵活性、启发性和透明性等特征。农业专家系统通过启发式的形式对用户反馈出的问题进行推理和研判, 并将推理过程以公开透明的方式进行解释, 并以灵活的知识获取方式, 对知识库里的知识进行调整和控制, 使知识库时刻保持内容更新, 并以程序的形式永久保存, 知识库中包含了农业专家的理论知识和实践经验, 具有权威性。
3 农业物联网数据处理服务
3.1 农业领域数据特点
3.1.1 种植领域数据特点
农业领域中种植业占比最大。我国种植业氛围粮食作物和经济作物2大类, 经济作物种植类包括油菜、花生、芝麻、果树和蔬菜。粮食作物种植包括小麦、高粱、玉米和水稻等。
种植领域中的数据内容主要包括了农业生产人员的劳动信息, 土壤土层信息, 种子和肥料信息, 农药使用和病虫害信息等。种植业的品种纷繁复杂, 对于不同的品种的种植生产也有着不同的控制点。例如, 白菜和苹果的种植, 白菜的种植是直接播种, 并且不需要经过育苗, 而苹果的种植要先对种子进行育苗, 之后在进行栽种。另外, 白菜不需要中耕, 而苹果需要进行中耕处理。种植业中的数据除了种植物数据之外, 还包括了较多的环境信息数据。
3.1.2 养殖领域数据特点
养殖业类主要包含畜牧、家禽、水产及特种经济动物养殖, 如蚕、蜂等。对于养殖领域中的数据处理, 主要包含养殖所涉及到的劳作、农舍、伺料、药剂以及牲畜疾病等数据信息。同样不同的养殖对象控制点也不同, 如不同的养殖环境下, 数据的采集和依赖有着明显的差异性。放养方式的畜牧类对环境数据要求相对较低, 而水产类对水环境数据要求则相对较高。
将种植业和养殖类的数据需求进行对比可以发现, 种植类的数据内容更多的是对土壤环境、土壤肥力及虫害进行分析, 而养殖类的农业数据更多的关注与牲畜疾病信息的分析。
3.2 数据处理的需求分析
根据不同的农业生产对象, 在生产过程中的数据信息的采集和处理也有着不同的方式, 不同的路径, 就共性来看, 农业生产的数据处理需求主要包括了以下几个方面。
3.2.1 提前预警
农业生产中经常遇到生长环境和生长过程中的突发状况, 因而农业的数据处理能够对这些突发状况进行分析和预测, 提前做出警示, 提前采取预防或是准备措施, 实施预警有助于避免农业生产中的不必要损失。
3.2.2 问题决策
农业生产中会遇到生长环境和生长过程中的一系列问题, 数据处理将对管理人员由于缺乏经验无法解决的问题做出决策, 将已有的农业知识进行提取和存储, 通过数据分析和问题分析, 为解决问题提供一些决策方案。决策方案的提出依赖于专家知识库中的内容, 因此专家知识库要不断的更新, 以匹配越来也多、越来越复杂的农业问题。
3.2.3 数据的检索与可视化
通过检索数据, 获取数据信息价值, 是物联网数据处理中的一个绝对性的需求, 在数据的一系列采集、存储和传递等过程中, 用户可能会需要对数据进行统计或是检索调取数据。例如, 当天的气候环境, 空气的湿度, 为播种、施肥等处理提供信息帮助。数据的可视化主要表现在数据的检索之后可以以直观的图表形式进行呈现, 而不是输出大量的连续数据, 可视化的原则是简介、高效。
3.2.4 数据追溯
农产品在生产和投入市场之后, 消费者可以根据农产品的编码查询到相关数据, 这一功能也涉及到了数据的查询和可视化功能, 通过生产中的数据检索和统计, 在终端显示给消费者, 生产者对农产品的追溯可以依据市场需求的反映来及时的调整经营。
3.3 数据处理服务关键技术
3.3.1 农业预测预警技术
这一技术的实现依据设计的数学模型, 通过对农业生产的对象所涉及到的生长环境信息和生长过程信息进行推理和预估。预警和预测是结合的, 农业生产中可能会发生一些不确定性和潜在的危险情况, 数据处理的预警技术要给出决策判断, 避免发生不必要的损失。在数学模型方面, 国内外的研发较为成熟, 主要有贝叶斯网络预测技术、神经网络预测技术、灰色理论预测技术等。
3.3.2 农业智能控制技术
农业智能控制技术是依赖于控制模型和控制策略, 对农业生产中的所有相关个体和环境进行监控, 通过监控将农业生产中的每个环境进行控制。目前, 智能控制研究内容十分广泛, 有对外部环境的光源和强度控制、农业滴灌控制水质控制、温室温度和湿度智能控制以及动物生长环境智能控制等。
3.3.3 农业智能决策技术
决策技术是依赖于专家系统中的知识库, 通过经验和知识的总结, 以计算机的形式对知识进行表示, 存入知识库, 通过推理模块和解决问题的数学模型, 对用户反映出的问题进行推理、判断及分析, 模拟专家的思维为农业生产提供决策支持, 国内外对农业智能决策的研究内容主要体现在设施园艺、动物饲料配方动物养殖、病虫害预防和防治、农田肥力、品种和灌溉等方面。
3.3.4 农业诊断推理技术
农业的诊断推理技术属于决策技术的范畴中, 诊断推理往往是对用户反映出的问题进行分析和提取, 在知识库中查询是否有相似的问题, 进行判断和推理, 这一部分主要表现在病虫害防治方面
3.3.5 农业视觉处理技术
视觉处理技术是将农业生产中的数据进行处理, 从而实现视觉化, 换言之, 就是将原本纷繁复杂的数据内容根据经过规范化的处理、统计和归纳, 最终将数据以一定的视觉形式呈现给用户, 用户在终端获得视觉数据内容, 用于处理实际问题。目前, 可视化技术主要是将数据以报表、图标、文档的形式呈现, 可视化处理。
4 结语
任何形式的数据处理, 其根本目的都是在庞大的数据量中通过一系列的手段进行分类、整理、提取和转换, 最终形成对使用者有一定的价值的信息数据。物联网在农业生产中的应用涉及到大量的农业数据的处理, 包括了预警、推理、研判及可视化等数据需求。但目前, 此方面的研究仍然有较大的局限性, 例如专家知识库的及时更新、用户属性化, 数据算法泛化性能等。因此物联网在农业生产的实践还有待提高。
摘要：科学是第一生产力, 随着科学技术向农业生产中逐渐渗透, 使得农业生产逐渐趋向于智能化的发展趋向, 尤其是物联网技术的应用, 实现了农业生产的集中化管理和远程智能控制, 但物联网技术的接入会产生大量的数据, 而这些数据该如何处理, 如何发挥其数据价值, 是农业物联网关键技术必须面对的问题, 因此, 就物联网在农业生产中的数据进行了剖析, 对数据处理的若干关键技术进行探讨, 为物联网在农业生产中的更深入、更广泛的应用奠定基础。
关键词：农业生产,物联网,数据处理,专家系统
参考文献
[1]赵霞, 吴建强, 杜永林, 等.物联网在现代农业中的应用研究[J].农业网络信息, 2011 (6) .
[2]沈苏彬, 范曲立, 宗平, 等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报:自然科学版, 2009 (6) .
[3]吴婷.开心农场:从网络走进现实——物联网技术在农业信息化中的应用[J].湖南农业科学, 2012 (20) .
物联网污水处理 篇8
关键词：物联网,MBTF污水处理,电气设备控制系统,电控装置模块,功能描述
1 MBTF 污水处理简介
生物滴滤池法 (MBTF) 是以土壤自净原理为依据, 在污水灌溉的实践基础上, 经间歇砂滤池和接触池而发展起来的人工生物处理法。20世纪初, 生物滴滤池由于其能耗低、运行简单、抗冲击负荷好、无废弃污泥问题等特点而被广泛地应用于各类污水处理中。通过水中微生物附着在填料上形成生物膜, 对污染物进行分解。
MBTF分层生物滴滤池处理工艺由集水井、调节池 (兼初沉池) 、生物滤池模块间、沉淀池和湿地等组件组成 (图1) 。
整个流程主要分为滤床、布水装置、排水和电气设备控制等系统。电气设备控制系统是MBTF污水处理运行的操作机构。主要控制对象是水泵电机、电磁阀门、电动隔栅、污水PH值调节机构、水位、水温处理机构、故障报警机构等。要使这些机构有序地协调工作, 用传感器进行自动化控制是最有效的运行操作方法。
2 物联网污水处理电气设备控制系统简介
物联网污水处理电气设备控制系统是在电气设备控制中结合一个基于GSM监控的电控装置模块组合而成的具有物联网功能的系统。污水处理电控装置模块是一个集计算机微处理器技术、无线数据传输、无线远程控制于一体的综合电气设备控制的集成模块。它通过众多的带有通信接口的电控装置模块, 在GSM网络上, 把污水处理电气设备操作控制与用户手机连接起来, 由用户进行简单而又高效的智能化短信管理, 实现远程监控、远程调度的新型物联网系统。目前在全国所有的污水处理电气设备控制系统应用中还没有这种远程GSM控制的电控装置模块报道。这种远程控制污水处理电控装置模块, 能够同时检测8路设备短路故障, 当设备出现故障时, 能够方便快速找出故障设备及时加以排除。同时污水处理电控装置模块可控制8路水泵电机或电磁驱动设备, 远程调度设备开关状态, 大大减少工程人员频繁现场运行维护次数, 降低运行维护成本, 提高了劳动生产效率。 (图2) 右侧图片是污水处理电控装置模块的外形。
3 物联网污水处理电气设备控制系统功能图展示
(图2) 左侧图片中配电柜是污水处理电气设备控制柜, 电控装置模块实际是安装在污水处理电气设备控制柜内的, 用户可通过普通手机作为控制终端, 对电气设备运行进行操作和监控。
4 物联网污水处理电控装置模块示意框图
本污水处理电控装置模块采用高速、高可靠性、低功耗处理器STC12C5A系列为主控制器, 该系列处理器由宏晶科技生产的单时钟/机器周期 (1T) 的单片机, 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。内部集成MAX810专用复位电路, 2路PWM, 8路高速10位A/D转换, 针对电机控制, 强干扰场合, 非常适用于设备, 电机等设备的控制。
5 物联网污水处理电控装置模块接线端标识
(图2) 中接线端的排列图。A:控制板电源P12V (+12V) ; B:控制板电源PGND;1~8:八路检测端口, 触发电压 (+12V) ; E:检测端电源GND;检测端可单独开关电源供电, 也可借用PGND, P12V;11~18:八路控制端口, 输出电压 (+12V~+24V) Max:150mA;D:控制端输出电源GND;C:控制端电源正极 (+12V~+24V) , 控制端可单独开关电源供电, 也可借用PGND, P12V;八路检测端可检测220V中继电器的状态, 检测220V设备的工作状态;八路控制端口可控制12V、24V中间继电器, 控制220V设备的开启关闭。
6 物联网污水处理电控装置模块功能描述
同时监测8个设备状态, 某路设备出故障时, 主机会重新发送“设备X、X故障”短信, 故障排除, 用户需发送短信“RESET”来复位。需屏蔽某设备操作方法:发送短信“MASK设备个数#”+ 设备号至主机手机号码。解除屏蔽某路设备发送短信“SCAN设备个数#”+设备号至主机手机号码。更改用户手机号码, 发送: “PNC#”+需要更改的手机号码至主机手机号码, 有短信“号码设置成功”则表示手机号码更改成功。设备开启方法:发送短信“ON设备个数#”+设备号至主机手机号码。有回复“设备开启成功”则开启成功。设备关闭方法:发送短信“OFF设备个数#”+ 设备号至主机手机号码。若有主机“设备关闭成功”则关闭成功。其他操作, 不再一一鳌述。
7 总结
物联网污水处理 篇9
事件是指在一个流程中，当达到某种状况或条件而触发某种行为的消息或请求，通常可理解为现实世界中某种状态的改变。物联网事件处理的主要工作是根据已知给定的规则和模式，从基于分散信息系统的大量信息中检测并提取被定义好的事件。对物联网海量数据，找出用户感兴趣的数据、过滤掉其他的冗余数据尤为关键，用户不关心传感器产生的所有数据，只关心对他们有用的数据，比如在“所有温度传感器产生的温度数值中，用户只对最高的温度值产生兴趣，看有没有超过设定的阈值”。文献[1]主要是针对网页信息定位的数据抽取系统的研究，利用树结点的Xpath位置路径定位到待抽取信息的位置，但是没有实现按照设定的目标来实现信息抽取的任务。文献[2]介绍了事件技术在Web中的应用，而且应用背景主要是静态网页，对实时变化的物联网Web网页并不适用。文献[3]中的基于JSSh的方案一次HTTP请求仅获取一次DOM信息，请求和回应耗时长，无法满足实时获取页面动态变化的数据。文献[4]提出一种描述物联网实体静态属性的方法并将描述的网页保存到Apache服务器上，但是通过链接将动态内容保存到本地的文档，这就限制了对动态内容的访问。
针对以上问题，本文面向物联网Web网页，设计了基于Watir的物联网Web事件处理系统框架，首先创建物联网页面，将实体的静态属性保存到Apache服务器，动态属性保存到Jetty服务器上，采用自动化测试框架Watir方法加载到物联网实时动态页面，结合Web页面的结构和内容对HTML文档进行解析并添加事件，将某种条件下的事件数据保存以满足应用需要。最后针对不同平台多网页实时抓取，结果表明该系统实时性高，响应时间短，可扩展性好，能满足物联网网页实时数据的需求。
1 总体设计
本文系统设计工作包括基于Web的物联网页面创建、服务器部署和Watir加载与事件获取3个方面，具体过程为:将物联网Web页面放到服务器上，对于任何一个能连网的客户端，通过基于Watir的自动化测试框架，获取事件条件下的物联网页面实时信息并存储。系统的总体框图如图1所示。
基于Web的物联网页面创建又包括感知层、网络层和应用层3个部分。
1.1 感知层和网络层
感知层主要实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并由通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。其中，ZigBee[5]技术是常用的一种连接物理实体的通信技术，它基于IEEE802.15.4无线标准研制开发，用于短距离、低速率无线网络通信。其突出优点是应用简单，工作频段灵活，功耗低，成本低，可靠性高，具有自组网和自恢复能力等。本文采用TI公司的第二代芯片CC2530，设计了基于ZigBee的无线温度监测系统作为感知层实现数据的读取，温度传感器采用DS18B20[6]。用两个温度传感器DS18B20与两个CC2530模块相接作为终端节点，另外一个CC2530模块充当协调器，在MSSTATE＿LRWPAN协议栈的基础上进行应用开发，组建一个ZigBee网络，实现无线组网，终端节点采集温度信息，协调器接收到信息后将温度信息通过串口发送给PC计算机，然后通过网页显示。
1.2 应用层
应用网络层即终端处理层，它是输入输出控制终端，包括计算机、手机等服务器终端，实现对传输层发送的信息的分析、存储、挖掘处理等应用。本文将监测的温度数据实时显示到Web网页，并将动态网页部署到Jetty服务器上，发布到局域网。
2 物联网页面的描述
本文对实体的描述分为两类，对静态属性的描述和动态属性的描述。静态属性包括传感器的自然属性、空间属性、时间属性，动态属性包括传感器的动态数据。将两种属性描述到Web网页并部署到服务器上，静态数据发布到Apache服务器上，动态数据发布到Jetty服务器上。通过静态网页上的链接地址，链接到动态页面。本文用于测试的两个服务器部署在一台计算机上，所以两个网址的端口号不同，Jetty服务器的设定端口号为80,Apache服务器的端口号为8080，访问地址均为本地IP。
2.1 静态页面的描述
本文静态网页采用微数据描述。微数据是标记信息内容的一种方式。微数据表现为可被嵌套的名值对(Name-Value Pairs)。这些名值对的组合被称为条目，每个名值对被称为一个成员属性[7]。在本文中，通过微数据描述传感器的静态页面，Itemid描述条目的全局标识符，Itemprop描述条目的对象属性定义，Itemref拥有一个Itemscope属性，Itemscope属性主要描述一个布尔型的属性，可以创建一组名为条目的名值对。静态属性包括传感器的名称、类型、时间特性、地理特性。在对协调器地理特性的描述中，本文使用浏览器自带的地理位置获取方式，由于协调器与计算机串口相连，使用HTML5的GEolocation API调用浏览器来确定协调器的位置信息，从而能确定该ZigBee网络的地理位置。本文将微数据描述的网页利用Google的Live Microdata和Testing Tool来确定微数据描述的正确性，将编写的网页源代码放入编辑区间，查看两者显示的数据结构。Live Microdata通过将数据结构变为Json格式，将每个实体的全部静态属性在Items项中显示出来，微数据将包含在区间的名值对属性全部显示到一个Items中。Testing Tool将每个实体静态属性按照名值对显示出来，根据以上的两种方式测试，证明微数据网页结构的语义性和方便性。
本文使用Apache2.2版本将静态网页部署到服务器上，通过Serverroot命令设置保存服务器文件的目录，配置文件所在位置为D:Apache Software FoundationApache2.2conf，主要的配置修改如下:1)修改Listen为211.82.237.78:8080，其中211.82.237.78为本地IP地址，服务端口号为8080;2)修改默认的自动运行文件名称，修改dir＿module模块，将微数据编写的静态网页index.html保存到dir＿module模块中。通过对Apache的部署，实现对网页的访问。
2.2 动态页面的描述
本文使用JFinal作为开发动态页面的框架，JFinal框架的架构由空间建构和逻辑架构组成。其中，空间架构采用微内核全方位扩展架构，它由Handler、Interceptor、Controller、Render和Plugin五大部分组成。每个部分都基于接口实现，支持完整的自定义，扩展性强，使用灵活，设计精巧且使用简单[8]。本文使用JFinal框架调用和启动Jetty服务器。Jetty是一个完全由Java实现的、开源的HTTP服务器和Servlet容器，其运行速度快。Jetty更灵活，体现在其可插拔性和可扩展性，更易于开发者对Jetty本身进行二次开发，定制一个适合自身需求的Web Server，并且Jetty可以非常容易地嵌入到Java应用程序当中。
对动态页面的处理使用JSP实现，脚本语言和页面布局采用的是Extjs进行操作，Extjs是一种主要用于创建前端用户界面。在对脚本代码的编写中，具体内容如下:首先设置页面的布局，页面的布局包括Panel,Button和Label等。通过在Items组件中添加Button和Label来显示传感器数据。其中，Items包含了所有的子组件，若需要再添加传感器，直接可在Items里边添加，这个可以在后续的扩展中方便添加其他的传感器。在Button按钮的设置中，主要是添加Button的点击事件，用来获取数值。在Handler的处理上，添加自定义的Task事件，利用SetText方法将数据显示到Label上。在对串口数据的获取过程中，通过定义SerialPort类来确定串口设置，包括数据位、校验位和停止位等，通过对每个字节的数据处理，显示出原来的数值。
在数值的计算和处理中，将处理后的数据用RenderJson对数据进行格式转换，Render系列方法将渲染不同类型的视图并返回给客户端，Json是一种将数据从服务器传递到客户端的更为有效的办法，转换成Json格式的，传递给各自的Label标签，变为易于JS文件读出的数据。在JSP文件中，调用JS文件，将Json变量的数据显示出来。其中，在Task的事件中，时间的处理用了Interval方法，设定Interval:3000，每3 s刷新一次数据。显示部分结果如图2所示。
3 基于Watir的物联网Web事件处理
Watir是一个用于网页自动化测试的开源工具，主要是通过使用Watir::IE的一个实例化对象@IE来获得页面上的各种元素，Watir::IE封装的是一个当前页面的DOM Tree，而不是页面源代码，比如页面如果用JS动态产生一个元素，在Watir中仍然可以访问。Watir是用Ruby语言实现的，Ruby语言自然简洁，却依然拥有强大的数据分析和处理能力，主要应用于网络开发语言、数据处理和数据挖掘等方面。Ruby的插件Nokogiri是一种HTML、XML、SAX阅读解析器，Nokogiri的速度比应用广泛的Hpricot要快许多。Ruby的另一种插件Rufus-scheduler是一种可以定时的插件，可以让程序在指定的时间内运行。
本文用Watir来加载传感器页面并获取数值，根据需要可实现按一定时间间隔连续获取，如每10 s完成一次获取。该方法实时性高，连续性好，能满足各个领域对物联网实时数据的需求。基于Watir的物联网Web事件处理的流程图如图3所示。
3.1 加载、获取并解析HTML文档
本文首先通过“ie=Watir::Browser.new”创建一个浏览器对象实例，通过“ie.goto(‘http://211.82.237.78/’)”，采用跳转方式打开预期的页面，同时用Span标签下的Button按钮利用Click方法来模拟点击按钮，让其显示动态的数据，在完成Watir加载定位之后，通过“ie.html”方法获取框架下的HTML文档。网页的部分HTML文档如图4所示。
Nokogiri通过“Nokogiri::HTML.parse”方法获得HTML文档，并进行解析。Nokogiri提供了XPath及CSS Selector方式来定位文档里的节点，但是CSS locator比XPath locator速度快，并且CSS Selector能非常精准地定位到测试的Elements。CSS Selector可以粗略分成几类基本的类型:ID选择器(#id)、Class选择器(.class)、类型(type)选择器(p)等。这些都是单一的选择器，可以在应用中把它们组合起来，如:div#id,div#p等。本文采用CSS Selector来查找页面上所需内容的节点，用ID选择器(#id)实时定位该时刻的页面文本信息。
3.2 基于Watir的事件处理的方法
本文首先将解析后的数据进行预处理，利用Ruby的Araay类来创建数组，以其中一个网页内容进行实时解析为例，解析内容如表1所示。
最后给预处理后的数据添加事件，事件方法包括阈值的添加，其中阈值添加包括上下限阈值和区间阈值。本文以其中一个传感器为例说明。
在上下限阈值的处理上，本文使用逐位算法与阈值作比较。通过阈值和实时解析的逐位判断。当在阈值范围内时，将数据实时上传并保存，否则用“超出阈值“来表示，下限的处理过程类似于上限阈值。对区间阈值的处理上，通过Ruby的区间Range方法来添加区间范围，使用区间表示方法表示一个半闭半开的区间。当数值在此范围时实时上传数据，不在此范围时显示“超出阈值”字样。在后续的扩展中，当网页上有多个传感器的数据时，可以给每个传感器都设定相应的阈值，实时比较传感器之间的大小，将最大或者最小值输出。当传感器有其他的事件时，可以实时添加，扩展性得到了很大的提高。
3.3 事件结果数据的存储
本文通过Ruby中的文件操作来存储数据，File类是IO类的子类，通过File.new(“d.txt”，“w”)方法实现创建txt文档，其中“w”意思是表示以写入的方式打开文件，“d”为文档名称。在本文中，文档名称为“filewendu”，通过file.puts方法将获取的数据保存到filewendu.txt中。同样可以创建几个文件实例，经过数据处理后的数据，可以分开保存并呈现给用户。
本文使用rufus-scheduler模块来指定时间执行程序，通过scheduler.自由设定每隔time时间执行一次网页数据抓取，更新filewendu.txt中的数据，保证数据是最新的。
3.4 事件数据的显示
本文使用JS文件调用已经保存的文本内容，通过网页显示事件检测结果。首先通过JavaScript的ActiveXObject来创建FileSystemObject对象实例，利用OpenTextFile方法通过地址打开文件，通过循环将读取的文件内容显示到TxtArea标签内，将文本内容显示到网页上。
4 实验及结果分析
本文选取几个典型的物联网系统进行实验，选取的3个物联网网页结构都不一样。实验系统包括:1)XX大学现代无线通信实验室(物联网实验平台)的智能家居系统;2)XX大学现代无线通信实验室(物联网实验平台)的用电信息采集系统;3)本文自行搭建的物联网实验系统。其中系统1)显示的内容包括窗户和门口两个实体，每个实体的监测内容包括温度、湿度和光照，6个传感器采用Push的方式将感知到的信息实时推送到网页上，且6个传感器异步更新，各个位置的数据更新周期均为5 s，并实时动态地显示每个实体的数据至网页上，平台链接地址为http://211.82.236.83/sh/。系统2)的用电信息采集系统主要汇总各房间的用电数据至网页，包括8个房间的用电数据采集-电压、电流、功率、电能量采集等，每5 min刷新一次。平台的链接地址为http://211.82.236.83/dianli/system/。系统3)的内容为两个温度传感器上传数据至网页，链接地址为http://211.82.237.78/。其中系统1)和系统2)在同一个平台的服务器上，系统3)在另外一个平台的服务器上。
对3个系统处理的内容分别为:系统1)处理的内容为对6个传感器分别添加上下限阈值和区间阈值。系统2)处理的内容为以其中8个房间的三相电压和总电量为例，给每个房间的电压和总电量添加区间阈值，当超过阈值时，显示警告信息。系统3)处理的内容为前文介绍的事件处理。
实验用两台计算机作为客户端远程访问并抓取和解析数据，研究抓取并解析的准确度。实验中使用Ruby的Time类，在程序的开始和结束加上时间戳，通过两个时间的差值来确定加载并解析的时间和响应时间，其中，响应时间为开始加载到进入网页完成所需的时间。通过Time类的to＿f方法，该方法可以精确到毫秒，在数据解析前后加上时间戳，确定解析的时间。周期模式采用连续抓取的方法，时间间隔为10/15/20 s，本文连续30次抓取页面数据，确定实验结果参数。其中，查准率是根据多次的循环求出的平均数。实验中的相关应用软件如表2所示，实验结果如表3所示。
由以上实验看出，基于Watir的物联网事件获取方法能按照预先设定的时间连续抓取以保证获取最新的数据。在同一客户端对3个系统的由少到多逐次测试，随着同时加载网页数量增加，加载并解析的时间也会有小幅上升，但是所需总时间很短且响应时间快，查准率一直保持得很稳定，可以100%完成。随着事件数量的增多，解析的时间也会有所上升，但是毫秒级的时间就可以完成实时解析。不同的循环时间对应的结果对比差值很小，说明不同的循环时间均可以实时高效地获取数据，可以满足对物联网Web网页实时性的事件处理。同时可以看出，当Watir处理不同平台的网页时，与处理同一平台相同网页时间对比相差不大，随着网页数量的增加，也可以实时高效地处理网页内容。
在实验中，用了不同配置的计算机完成对3个系统由少到多的逐次测试，不同循环时间CPU的前后占有率几乎差不多。随着加载页面数量的增多，CPU的占有率会有所上升，但是不同配置的计算机上升的幅度会有所不同，配置较高的计算机在CPU的占有率和网页加载并解析的时间稍好于另外一台配置较低的计算机，但是两台计算机都能准确地完成数据的加载和解析。
5 结论
本文利用设计的Web自动化测试框架，通过Nokogiri提供的CSS Selector进行实时定位，结合Ruby的Araay类预处理数据，给预处理的数据添加事件，实现了针对物联网网页在满足某种条件下事件数据的实时获取，不同的用户可以自定义事件来获取数据。通过两个客户端在安装Watir框架后对3种系统进行不同组合的测试，结果表明该方法获取的速度快，响应时间短，准确率高，满足物联网的实时性应用需求。
参考文献
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物联网污水处理 篇10
污水处理厂的现状是, 需要处理的污水量越来越大, 但是处理的系哦啊率越来越低, 问题也越来越多, 由于设备的老龄化, 再也不能适应目前污水处理的需要, 污水处理系统处理过的水不够澄净, 循环利用率较低等问题已经迫在眉睫, 所以污水处理厂的问题得到广泛关注, 有关人士建议把物联网的自动控制系统运用到解决污水处理厂的技术当中, 来解决污水处理厂出现的问题。
一、物联网自动控制应用系统
物联网自动控制应用系统是随之计算机技术发展而产生的一种网络技术, 物联网顾名思义, 就是与物有关的计算机技术, 主要处理的问题也是与一些具体实物有关, 像是在农业中的运用, 在工业中的运用。物联网是在互联网的基础上发展而来, 比互联网具备的优点更多, 更智能化、系统化[1]。物联网概念最早提出是在1999年, 但具体得到发展是在两千零八年以后, 由于各行各业的效率都有待提高, 运用网络技术的频率也在不断提高, 劳动力的缺乏, 导致各企业出现发展缓慢等问题, 所以物联网又重新回到人们的视线当中, 对物联网的开发应用也随之得到重视。
物联网自动控制系统是在物联网实际应用中而产生的新的技术方式, 有效的提高了原本的计算机技术的效率, 同时也减少了投入的成本。
二、污水处理厂目前存在的问题
目前污水处理产中存在各种问题主要包括五个方面:
一是污水处理厂中的设备部完善, 我国对污水处理厂设备的研发还在进行中, 所以现在工厂中多用的设备都是有外国引入, 这样在投资成本上就明显增加。外国引用的设备优点当然有很多, 但是万一设备出现故障, 国内人员无法进性修理, 请外国专家来修理还要有一个时间过程, 设备的保养也要在国外进行, 这些问题的解决都需要一定程度的时间保障, 在设备事故的这段时间内污水处理厂的工作有可能会停止, 这就严重影响了周围额环境质量[2]。
二是设备工作效率较低, 设备工作效率的低下, 导致污水处理的不及时, 环境的污染情况得不到有效控制, 随之出现的延续性问题逐渐增多。
三是某些处理污水系统不完善, 有些地区的污水处理厂与本地区的实际情况结合的不深, 导致处理系统不能很好的解决当地的污水排放问题, 这种情况不但没有解决原有的污水排放问题同时又增加了新的污水排放问题。
四是污水处理厂内部的清洁工作不到位, 污水处理时间过多过长, 遗留的气味问题得不到很好的解决, 污染周围环境的同时, 也威胁到附近居民的生命健康。这一问题有待相关部门引起重视。五是、污水处理厂的资金投放的问题, 污水处理的资金的投放缓慢将严重影响污水处理厂的工作进程, 因此, 保证污水处理厂资金的及时投方也是现在所要解决的问题。
三、物联网自动应用系统在污水处理厂中的具体应用
对于污水处理厂目前出现的问题, 想要有效的解决就要依靠物联网自动应用系统, 首先, 物联网的应用可以提高污水处理的效率, 减轻对污水处理设备的损坏, 能延长污水处理设备的使用年限。其次运用物联网设备可以减少劳动力的投入, 减轻在处理过程中废气对人的身体健康的危害[3]。同时物联网自动应用系统的投入还可以减少处理污水的资金的投放, 解决了传统处理过程中由于资金投放不及时而造成的影响污水处理工作进程的问题。
同时物联网自动应用系统的投入使用可以实现水循环利用的目的, 污水处理的质量得到了保证。也可以更具体的结合当地的实际情况形成有效的污水处理系统, 实时的解决当地的污水处理问题。
四、结语
通过以上分析, 物联网的实际应用可以覆盖传统污水处理厂中存在的技术问题, 不仅可以提高污水处理厂的效率, 还可以使污水处理后的水质有所提高, 可以增加污水的重复利用率, 有利益落实节能减排的理论思想, 更可以起到保护环境, 节约水资源的目的。物联网技术得到越来越广泛的应用, 所以对污水处理厂的技术提高也有一定的积极作用。希望污水处理厂可以在以后的工作中提高对物联网自动控制系统的应用率。
参考文献
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[2]王文珍.基于物联网的污水处理智能监控系统[J].化工自动化及仪表, 2013, 3 (02) :247-249.
掘金物联网 篇11
在钢铁行业，物料管理。安防系统是钢铁企业管控衔接中重要的一部分。而无源RFID超高频电子标签具有传输速率快、防冲撞、大批量读取、运动过程读取、价格低等诸多优势，所以被业界认为是RFID最具发展潜力的方向。在天津钢厂，由航天信息股份有限公司（以下简称航天信息）开发的原料场车辆管理超高频安防系统已经实现了7×24小时不间断运行。
据了解，天津钢厂原料场安防系统是在航天信息基于RFID的散装物料称重管理软件的基础上设计、开发的，主要运用两方面的关键技术。
1基于RFID的散装物料称重管理软件
基于RFID的散装物料称重管理软件可以通过网络实现多个地磅房的无人值守自动称重和集中化管理，各地磅房可以自由选配栏杆机、地感线圈、红外对射、LED屏、语音提示、红绿灯等设备；系统可支持地磅房双向上车称重。此外，本系统中使用的车辆标签是900MHz无源标签，使用玻璃标签设计方案，贴到货车挡风玻璃上之后具有更优的读取性能；并采用防撕设计和高强度3M背胶，实现车辆标签的防更换。
2RFID中间件
航天信息RFID中间件是为支持RFID应用软件而开发的基础性软件，用于底层读写器管理，为应用软件屏蔽RFID读写器差异并提供数据过滤服务。航天信息RFID中间件产品包括大型应用系统专用RFID中间件平台和轻量级RFID中间件。
该系统采用900MHz频段RFID标签对天津钢厂原料运输车辆进行唯一标识，实现车辆防伪，并在大门、地磅房和卸料场布置读写器，对车辆进厂、过毛、卸料，回皮、出厂等全过程进行监控，实现原料场车辆称重的闭环管理。还对全系统使用18个读写器和36个天线进行统一管理，并实现大规模RFID数据的并发处理、数据过滤，数据防冲突等功能。
目前，天津钢厂原料场安防系统的实施实现了对厂内原料运送车辆的有效管理，杜绝了车辆套牌称重、二次过毛、非法厂外卸料等称重作弊行为；通过系统自动化运行，减少了人为参与，避免内外勾结的作弊行为。
“感知矿山”提升安全管理
煤矿的安全生产关系到人民的生命和财产安全，如何加强煤矿安全生产管理模式，实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。基于矿区信息化和智能化的“感知矿山”就是物联网技术成功应用在煤炭行业很好的例证。
“感知矿山”通过全面感知。对矿区的人（人员定位、无线通信）、设备（综合自动化）、环境（安全监控、矿压监控等）全面感知，并通过高速网络实现全面覆盖，同时还具有直观形象的应用。通过3DGIS矿区全息展示，来全面感知矿山。
烽火通信所提供的IMS解决方案主要基于IMS网络架构，在IMS层上可构建开放式的固定移动融合应用平台，支持固定和移动客户端的接入，可面向企业、家庭和个人用户提供包括融合语音在内的丰富的IMS多媒体融合应用业务，为中国移动向全业务网络转型提供了强有力的支持。依托矿井工业以太环网的高速控制网络，通过推进煤矿矿井生产过程控制，促进企业综合信息化，即实现数据采集自动化、业务信息集成化，信息管理网络化，最终实现煤矿管理决策科学化、现代化和智能化。
针对煤矿的实际情况，烽火通信在汝箕沟矿建立了一套完整的感知矿山系统。随着该系统的建设，逐步实现全矿信息化管理，最终全面提升煤矿安全生产和运营管理水平。
纳入集中监控的主要生产环节覆盖生产、安全整个过程，包括主煤流运输，井下供排水、35kV变电所、地面变电所、井下变电所、矿井通风、压风系统、给排水、水处理、主井提升等。需要纳入集中蠊测的主要生产环节有矿井环境监测、火灾束管监测预报、综掘工作面、注氮、注浆等。
矿井综合信息化系统通信网络平台为吉比特工业以太网，分为地面吉比特光纤环网和井下吉比特光纤环网，地面和井下的环网以太网交换机分别挂接在环网上，并为监控分站接入提供10Mbit／s和100Mbit／s的下联接口。经过处理的数据发送给信息中心，信息中心服务器做统一处理或存储。
该方案技术起点高、针对性强。一方面充分利用煤矿现有自动化设备，将不同时期、不同厂商、不同自动化水平的设备综合在一起，实现统一管理；另一方面实现了煤矿综合自动化、综合信息化的目标，达到了国内先进技术水平，将为其他老矿的综合信息化、自动化改造提供示范和借鉴意义。
传感器基础解决检测难题
目前，正处于物联网应用的初期阶段，对物联网产业的理解也各有千秋。西安中星测控有限公司（以下简称西安中星）总经理谷荣祥对物联网产业有着独到的看法，他认为作为一个整体系统的物联网概念，在感知、传输和应用三个层次中，一定是你中有我，我中有你，但无论如何描述物联网都离不开传感器，不管是物理量还是化学量、是开关量还是线性量、是有线的还是无线的，是昂贵的还是廉价的，其目的都只有一个，就是把自然的参量变成可应用的电讯号，因而传感器是物联网的基础。
西安中星测控有限公司作为重点产品为压力传感器／变送器、惯性传感器，环境传感器以及传感器的解决方案及咨询服务，公司压力传感器已广泛应用于军工、船舶，天然气、石油、化工、制冷、工程机械，汽车、节水等近四十个行业。
以导线舞动检测为例，目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。前者在野外高温、高湿、严寒、浓雾、沙尘等天气条件下，不仅对视频设备的可靠性、稳定性要求很高，而且拍摄的视频图像的效果也会受到影响，在实际使用中只能作为辅助监测手段，无法定量分析导线运动参数；而采用加速度传感器监测导线舞动情况，虽可定量分析输电导线某一点上下振动和左右摆动的情况，但只能测出导线直线运动的振幅和频率，而对于复杂的圆周运动，则无法准确测量。
为此，西安中星一直致力于MEMS技术的惯性传感器的研究与开发，利用MEMS三轴陀螺仪和三轴加速度计组合测量技术，成功解决了导线舞动椭圆运动轨迹测量的难点问题。
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“智慧水利”防洪防灾
我国地质地貌复杂，在相对偏僻的山区，因暴雨、台风等引发的山洪、滑坡、泥石流灾害更为严重。将物联网的泛在感知、可靠传送、智能处理等特点应用到山洪灾害防治领域，带动具备共性的关键技术的创新与实施，能非常有效地解决上述各类难题。
泛在感知：应用物联网感知层的RFID、传感器、摄像控制、定位授时等技术，通过网络层的无线和有限传输技术，将信息定时采集上来，从而解决了覆盖面广、地形复杂的问题。
精准监测：通过感知层的信息感知采集，网络层的数据传输收集，提高了监测效率和频度，解决了监测困难的问题。
可监可控借助物联网应用层提供的业务功能，借助手持终端、发布系统等设备，可以对工程设施、监测设备等进行远程的控制，也可通过应用服务实现业务的上下级管理和指导。
科学决策应用层根据对感知层、网络层收集数据的处理、分析，以图表、GIS等形式为决策者提供信息和分析结果，同时可以将复杂的水文模型、水利模型、数学模型用计算机模拟实现，快速、便捷地为决策提供数据支持和科学评估。
山洪灾害监测预警系统作为“智慧水利”，尤其是防汛抗旱信息化支持的重要组成部分，大唐电信山洪灾害监测预警系统将大唐自主知识产权的声学驻波数字水位计及无线接力传输系统等专利产品和技术运用其中，挖掘了基于陆气耦合的小流域洪水预报方法及系统等两项专利。
系统以数据采集监测为基础，借助通信网络设施，以山洪灾害监测预警系统软件为核心，以多种信息发布手段为窗口，主要括水雨情监测，通讯网络、灾害预警平台和信息发布平台四部分。具有以下特点：信息采集及获取方式多样，提供多种信息的自动采集、手工或简易采集、系统接口接入、手工录入。批量导入等多手段的收集感知：数据汇集平台向下提供标准的信息采集协议，可与包括大唐自主专利产品在内的各种采集设备兼容，向上对数据进行数据容错分析、数据排重、逻辑错误分析、格式化等处理，保证入库数据的完整性，正确性和标准化统一资源数据库基于国家水利标准数据库建立，具有很强的兼容性和扩展性；依托先进的GIS平台，提供综合便捷操作；嵌入小流域径流预报模型，为决策者提供未来24小时内水雨情预报服务提供多选择发布手段。为水利行业用户寻求更为深远的发展规划。
条码解决方案实现可视化管理
中国国际货运航空有限公司（以下简称“国货航”）国货航是中国最大的货运航空公司，每年把70万吨货物运送到20多个国家和地区，对货物的追踪管理需求十分庞大。为此，国货航在其货物处理流程条码项目中采用了自动识别设备及解决方案供应商美国易腾迈公司方案，以进一步优化作业流程、提高服务效率和质量。
易腾迈为国货航的这个项目提供了无线手持终端、条码打印机等百余套条码设备，以进一步完善其IT系统。通过部署条码解决方案，在货品出入库时，条码识别设备可以扫描贴在货品上的标签以获取货品信息，这个项目将为此构建一个无线网络，保证扫描信息能够实时的传递到国货航生产系统。从而实现对货物，货位、集装设备的可视化管理。采用条码设备来代替原来的人工记录，减少了作业环节，提高速度的同时也确保了作业的准确性。
国货航采用的条码解决方案包括易腾迈的EasyCoderPM4i条码打印机及751无线手持终端。EasyCoderPM4i是工业级标签打印机，它采用集成串行端口、USB和EasyLAN以太网接口作为标准配置。它还可作为“智能客户端”，无需连接计算机就可运行程序。751无线手持终端是高端工业移动计算机，适合于在恶劣的工作环境下进行使用，采用先进的射频和扫描技术及持久耐用的电池，并同时支持无线局域网，蓝牙无线传输功能。而且本身具有RFID的扩展功能，为今后业务需求的发展以及应用技术提升提供了良好的投资保护。
物联网污水处理 篇12
随着计算机技术和信息学科的不断进步,“数字信号处理”的理论与应用也得到了飞跃式发展,形成了一门极其重要的学科,广泛应用于语音、图像、通信、控制、物联网和故障检测等领域[1,2,3]。目前,国内多数高等院校都将“数字信号处理”作为通信工程、电子信息工程和物联网工程等专业的必修核心课程。
“数字信号处理”课程的最大特点是理论性很强,需要记忆和理解的数学公式很多而且非常抽象,公式的物理意义难以理解。长期以来,传统教学方式的教学效果欠佳,主要问题如下:一是教学内容过于注重公式推导和定理证明,忽视了培养学生的实践能力,导致学生只会应付考试,不会将所学理论应用于解决实际问题;二是教师采用单一的“灌输式”教学手段,缺乏师生之间的交流和互动,导致学生对该课程的学习兴趣不浓;三是师资队伍建设水平参差不齐,新教师只是经过简单的岗前培训,没有任何教学经验就直接走上讲台,导致教学效果很差,学生逃课现象严重;四是考核方式过于死板,单纯的闭卷考试方式无法全面和客观地反映学生对该课程的实际掌握情况。因此,为了切实提高学生的综合素质,提升教学效果,江南大学物联网工程学院在物联网工程专业“数字信号处理”课程的教学内容、教学手段、师资队伍建设和考核方式四个方面进行了一系列改革和探索。
1 教学内容改革
1.1 选择合适的教材
针对专业的培养目标和培养方案,选择合适的教材是非常重要的,是提高教学效果的前提条件。目前,国内外可供选择的“数字信号处理”课程教材很多,多数高等院校将西安电子科技大学出版社出版,高西全和丁玉美编著的《数字信号处理》(第3版)作为主要参考教材。
江南大学物联网工程学院物联网工程专业“数字信号处理”课程的总学时为64学时,其中上课48学时,实验16学时。考虑到物联网工程专业的目标是培养卓越工程师和创新型人才,江南大学物联网工程学院秉承“整合多本教材和课外教材辅助”的原则,以清华大学出版社出版,王艳芬等[2]编著的《数字信号处理原理及实现》(第2版)和西安电子科技大学出版社出版,高西全和丁玉美编著的《数字信号处理》(第3版)作为必读教材,配以清华大学出版社出版,程佩青[3]编著的《数字信号处理教程》(第4版)以及Oppenheim和Schafer编著的英文原版教材《Digital Signal Processing》作为课后辅助教材,目的是拓宽学生视野,提高专业英语水平。
1.2 优化和整合教学内容
该院根据物联网工程专业的教学计划,依次开设了信号与系统、数字信号处理和DSP原理及应用三门课程。数学信号处理在三门课程中起到承上启下的桥梁和纽带作用。如图1所示,“数字信号处理”课程的教学内容由两大部分组成:一是时域离散信号与系统的分析,二是数字滤波器的设计。
然而,不同的课程通常由不同的教学团队承担,团队之间缺乏交流的现象普遍存在,这就会导致三门课程在教学大纲的制定过程中会存在部分内容重复出现的问题。因此,对于重复的内容可以只进行简单的回顾,突出“数字信号处理”课程的核心和重点,优化和整合教学内容,注重知识点的连贯性和实用性,重点讲解清楚数字信号处理的概念和方法,淡化公式推导和定理证明,明确公式所包含的物理意义。
2 教学手段改革
2.1 优化教学方法
俗话说“工欲善其事,必先利其器”,教师在上课前做足了备课工作。然而,传统的“灌输式”教学方法以教师为中心,从根本上限制了学生的独立思考能力和学习的主观能动性,导致出现新问题时,学生通常表现得束手无策。为此,江南大学物联网工程学院“数字信号处理”教学团队在课堂教学过程中灵活运用启发式教学法和合作学习教学法,加强师生之间的交流和互动,使得原本枯燥无味的教学活动变得形象生动,极大地激发了学生的学习热情。
启发式教学法[4]以教师启发为主,能够充分发挥学生的主观能动性。启发式教学法中教师提出问题并提出某种设想,引导学生积极主动解决问题。比如在讲授FFT时,教师首先提出随着DFT点数的增加,复数乘法和复数加法的运算量会呈几何级数增长,导致DFT不具备实时性的问题。然后提出利用旋转因子具有周期性和对称性的特点去解决上述问题的设想,这就激发了学生的学习兴趣,使学生能够主动学习。
合作学习教学法[5]起源于20世纪70年代初期的美国,其基石是建构主义理论。合作学习教学法中学生是教学的主体,教师在教学过程中扮演组织和指导的角色。通过合适的具体项目,结合教材中的若干个知识点,通过实验加强学生的动手能力和团队合作能力。以IIR数字滤波器的设计为例,要求学生创建三到五人组成的团队,结合数字滤波器的特点,根据三路抑制载波调幅信号的频谱,选择合适的低通、带通和高通滤波器的通带和阻带截止频率,实现三路调幅信号的分离。
2.2 改革课堂教学模式
传统与现代教学手段并用,发挥各自的优势[6]。多媒体教学软件CAI、PPT、Matlab和Labview等现代教学手段的运用使得教学内容变得直观化和生动化,能够提高教学效率,降低教师的工作强度。然而,实际中纯粹采用现代教学手段容易导致学生上课注意力不集中,打瞌睡现象严重,学习效率低下。江南大学物联网工程学院“数字信号处理”课程教学团队在教学过程中用传统的板书讲授较为复杂的公式推导和定理证明,目的是给学生充足的思考和消化时间。而对于抽象的概念和原理,例如DFT与ZT和FT之间的关系,通过多媒体教学软件直观和生动地演示给学生看,让学生深刻DFT的物理意义。
同时,为了解决多媒体教学软件信息量大,难以快速消化的问题,该院依托学校的“忆江南”平台建立“数字信号处理”课程网络教学平台,及时关注师生交流和信息反馈。学生可以从该教学平台上下载教学日历、实验日历、课件和教学视频等材料,也可以在平台上提问和留言;教师通过该教学平台也能及时掌握学生存在的问题并进行反馈。通过建立教师和学生“学习共同体”教学模式[7],形成了师生互教和互学的互动关系,改善了课堂教学效果,提高了教学和学习效率。
2.3 强化实践教学和动手能力
物联网工程专业卓越工程师和创新型人才培养必须坚持理论与实践并重的原则[8]。理论教学只是课程学习的一部分,同时将所学理论应用于实践也是必不可少的部分。因此,除了理论教学之外,要强化实践教学,提高学生的动手能力。“数字信号处理”课程实验主要采用软件仿真,常用的仿真软件是Matlab、Labview和CCS。该院“数字信号处理”课程教学团队改变了过去在实践教学过程中以验证性实验为主的方式,增加了一定比例的综合性、设计性和创新性实验,锻炼和培养学生分析问题和解决问题的能力。例如在讲授IIR数字滤波器设计原理之前,先给学生演示设计数字滤波器滤除心电信号噪声的设计实例。同时,以全国挑战杯等电子设计大赛为契机,以毕业设计为向导,引导学生开展创新性项目的研究,在实践中深入理解所学理论,增强工程实际应用能力,培养受企业青睐的卓越工程师和创新型人才。
3 师资队伍建设改革
师资队伍的建设关系到整个教学团队的可持续发展,也是保证教学质量的关键。教学团队中会不断补充新鲜血液,刚进校的具有博士学位的新教师科研能力很强,掌握本专业的学术前沿和发展动向,但是他们通常缺乏实际的教学经验。为此,该院“数字信号处理”课程教学团队对师资队伍建设进行了改革,坚持采用新教师助教制度,杜绝新教师没有经过两年助教工作就直接承担“数字信号处理”课程教学的情况。同时新教师还要经过课程教学团队的考核才能最终取得上课资格,而且整个上课过程都会安排学院督导或者团队成员全程听课,对教学过程中存在的不足之处及时提出改进意见。
为了进一步提升新教师的教学水平,积累丰富的教学经验,除了组织新教师观摩讲课效果优秀的老教师的教学活动和参加教学工作例会之外,江南大学还积极动员和支持新教师参加学院和学校筹办的各类培训班和讲课竞赛,参加国内的各类与“数字信号处理”课程有关的教学研讨班,加强与其他院校的交流和合作,吸收他们的先进理念和思想,取长补短。
此外,高素质的教师还要具备较强的科研能力,科研能力的提高能够显著提升教学团队课程建设的整体水平。要充分发挥新教师在科研能力上的带头作用,指导科研能力相对薄弱的老教师主动开展科研活动,教学和科研齐头并进,相辅相成,提升师资队伍的整体素质,提高整个教学团队课程建设的整体水平,为教学质量和教学效果的提升提供支持和保障。
4 考核方式改革
按照教学大纲的要求,评定学生总评成绩时平时成绩占30%,期末考试占70%。通常平时成绩主要是由上课出勤、课后作业和实验操作三部分组成,其中的课后作业往往无法真实反映学生的实际水平。课后作业抄袭现象非常严重,通常一个班只有少数几个版本,很难区分平时认真学习和混日子的学生。为此江南大学采用的方法是用随堂测验和小论文的形式取代课后作业,同时适当提高两者在平时成绩中所占的比重,这样做的好处一方面是激发和调动学生的自学热情,另一方面也保证了平时成绩的真实性和可靠性。
考虑到“数字信号处理”课程公式多且难以记忆的特点,期末考试采用半开卷的形式,允许学生将重要的公式手写在一张A4纸上带入考场,这样做的好处是摒弃死记硬背的公式,将考试的重点融会贯通到知识点的应用上。此外,为了达到物联网工程专业卓越工程师和创新型人才的培养目标,期末试卷中适当减少套用公式的题目,增加分析题和设计题,引导学生将重心转移到研究能力的培养和提高上,树立检验一门课程学习好坏的标准是“学到了什么方法而不是唯分数论英雄”的理念。
5 结语
本文针对传统“数字信号处理”课程教学过程中存在的问题,结合物联网工程专业卓越工程师和创新型人才培养的目标,依托江苏省高等教育教改研究项目,从教学内容、教学手段、师资队伍建设和考核方式四个方面探讨了物联网工程专业“数字信号处理”课程的具体改革措施。经过课程教学团队多年的教学实践和探索,显著提升了教学效果和学生综合素质。
参考文献
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