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[中图分类号]C939
[文献标识码]A
[文章编号]1671-5918(2015)21-0091-02
前言
学校是我国培养人才的重要机构,也是我国实现自身发展和建设的有利保障。校园安全问题,是当下人们广泛关注的热门话题之一。近年来,我国校园频发事故,新闻报道中经常提及校园内发生的打架斗殴事件,除此之外,一些社会人员在校园中殴打学生的新闻也是屡见不鲜。维护校园的安全和稳定,对校园实现有利监控,避免安全事故发生,是当下教育行业面临的一个重要议题。如何对我国校园实现有利的监控,采取有效的技术手段实施实时监控,这样一来,有利于对突发事件进行有效控制,避免事态扩大化。本文对校园监控技术的研究,主要以物联网技术的实际应用为主,分析了物联网技术在进行校园监控过程中的优越性,并就其具体实施手段进行了相关分析和阐述。
一、物联网技术的发展现状
物联网技术,是一种利用信息传感器,按照约定协议实现信息传播的技术手段,通过信息传感设备,可以对人、物进行有效的监控。同时,物联网技术是互联网技术的一种,主要利用计算机互联网技术,实现物与物、人与物、人与人全面互联的网络。利用物联网技术,可以更好的对信息进行获得,并且为智能化决策和监控提供有效的依据。物联网技术在当下社会得到了广泛的推广和应用,其应用主要以监控系统为主,通过利用物联网感知层、网络层、应用层的功能,实现信息监控这一目的。
物联网技术在实际应用过程中,要注意传感器、二维码、射频设别、多媒体设备网络系统的连接问题,充分发挥设备功能,为物联网进行信息决策提供有力依据。同时,在进行监控系统设计过程中,需要考虑到网关和接入网络构造,以及网络之间的融合问题,注重信息管理以及业务分析管理,发挥物联网技术在监控系统中的重要功能。
二、物联网中主要技术手段分析
以物联网技术实现监控系统设计过程中,要充分考虑到物联网的射频识别技术、无线传感器网络、网络摄像机以及Zig-Bee技术的实际应用,只有科学合理的应用这四种技术,才能更好发挥出物联网技术的监控功能。
(一)射频识别技术分析
射频识别技术是物联网技术中非常重要的技术之一,它由标签、读写器、天线三个部分构成。其中,标签是耦合元件及芯片组成的。每一个标签都有着唯一的电子编码,标签中有着一定的空间,用来满足用户输入信息的要求。标签还具有识别目标对象的作用;读写器是一种读取和写入信息的设备,具有数据交换功能;天线则是一种信号传输装置,是实现标签和读写器之间信号传输的装置。射频识别技术之所以能够完成信息跟踪,就是因为标签、读写器、天线三者的合作。在实际工作过程中,读写器通过发射信号到达标签,标签利用天线进行信号频率感应,从而获取标签所在位置。根据标签所在位置,进行信息跟踪,从而进行任务部署和执行。
(二)无线传感器网络分析
无线传感器网络是由分布式传感节点、信号接收器、网络和用户接口等装置构成。其中,在无线传感器网络当中,分布式传感节点是十分重要的一环,其具有数据采集作用。传感节点主要有数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元三大部分构成。无线传感器网络在实际工作当中,通过对节点的有效布置,完成对对象的实时监控。物联网技术在利用无线传感器网络进行节点布置时,实现了对监控对象信息的采集、处理、传输工作,根据这些数据信息,进行控制和操纵。无线传感器技术的完善和发展,使其在监控设备中得到了广泛的应用,将无线传感器网络应用于校园监控当中,无疑将起到十分重要的作用。
(三)网络摄像机技术分析
网络摄像机技术,是物联网技术应用的又一重要方面。网络摄像机技术实现对信息的采集,并且可以进行图像拍摄,有效地实现了监控目的。网络摄像机主要由镜头、声音传感器、图像传感器以及网络接口等部分构成。在应用于物联网技术当中,网络摄像机主要采取数字化视频信号,通过网络总线的连接,实现了信息的传输工作。网络摄像机应用十分广泛,可以更好地实现监测目的。
(四)ZigBee技术分析
ZigBee技术更加适合于远程监控,它是由数千个微小的传感器构成,可以实现传感器之间的相互通信,并且以接力的方式实现了信号的传输工作。ZigBee技术适合于数据流量较小的业务,具有功耗低、成本低等优点,将之应用于校园网监控系统当中,有着较为广泛的发展空间。
三、校园监控系统设计
为了更好确保校园安全,在进行校园监控系统设计过程中,要对传统设计模式存在的弊端予以改善,加强对物联网技术的实际应用,站在全面的角度对监控系统设计进行分析,确保监控系统的全面性和稳定性,更好实现监控目的。传统的校园监控系统存在着成本高、效率低等缺点,这样一来,一旦发生安全事故后,很难及时反应过来,当反应过来的时候,事故已经造成了相当大的影响。物联网技术在实际应用过程中,要注重统筹兼顾的发展模式,站在整体的角度进行分析问题,以构建系统体系作为校园监控技术发展的目标,实现监控系统的全面性和稳定性,更好实现校园安全。
四、基于物联网技术的校园监控技术研究
校园监控技术的实现,要以物联网技术作为其发展的根本,利用物联网技术强大的监控功能,可以更好实现校园监控系统目标。针对于物联网技术的校园监控技术研究,本文将从以下几个方面进行阐述。
(一)射频识别技术下的校园门禁系统
利用射频识别技术(RFID)设置校园门禁系统,可以用来验证学生的身份,将一些身份不明的外校人员拦截在门外。在实际应用过程中,学校会将RFID卡发放给学生和老师以及学校的工作人员,让他们以RFID卡作为进出学校的凭证。学校利用RFID卡进行校园监控,可以减少一定的麻烦,避免一些校外人员进出学校,对学生的安全造成一定的威胁。同时,在实际设计过程中,学校的相关场所,例如大门、图书馆、实验楼等位置也要凭卡出入,可以方便校方管理。在设置RFID卡时,要对学生的实际信息进行输入,并对信息进行备份存储,当学生将RFID卡弄丢失时,可以更好地进行补卡操作。校方在设计RFID卡时,还可以根据实际情况,加强此卡的作用,例如进行图书借阅、考勤管理等事情。
(二)网络视频监控系统的应用
网络视频监控系统,是校园监控技术中较为重要的一环。在进行校园监控技术设计过程中,要充分发挥网络视频监控系统的作用,对校园内的实际情况进行有效的视频监控,对突发事情可以更好地掌握,并以此采取有效措施解决突发事件。物联网技术下的网络视频监控系统,利用宽带网络实现了信号传输,并通过视频监控设备对校园内的情况实现了有力监控。网络视频监控系统拥有数据收集、数据传输、数据存储、数据处理等作用,在进行监控过程中,可以进行相关的预警工作,将之应用于校园监控技术当中,可以更好地应对突发事件,并且能够在最快的时间内作出反应,将突发事件的影响性降到最低效果。网络视频监控系统在校园监控技术当中应用时,要注重系统的报警功能,一旦遇到突发事件,监控人员对事件程度进行分析,若是校方无法解决的事情,立刻进行报警。网络视频监控系统,是校园监控技术当中不可或缺的一部分,它是保证校园环境安全,应对突发事情的重要监控设备。
(三)防火报警系统的应用
我国是一个农业大国,种植的农作物种类繁多,各种农作物的产量直接影响国家的经济命脉。在各种农作物生长过程中,影响产量最大的因素是生长环境,包括空气的温度、湿度、风速、光照时间、强度、二氧化碳浓度等,但是目前一些农作物生长环境的数据采集采用的技术(比如人工采集方式等)对生长环境的监测还不到位,不能及时地发现农作物生长过程中的异常情况,及时地进行调控,对产量的影响很大。基于物联网技术的监测系统是在无线传感器网络上构建的,它可以实时地对农作物生长环境及农作物生长状况进行无损数据采集。
1.物联网技术
物联网是物与物相连的网络,它可以通过一些采集信息的设备(如红外感应器、射频识别、激光扫描器、全球定位系统等)与系统进行数据的提取、测量、捕获、传递,并且这种数据的采集具有广泛性,只要是需要感知和能感知的物体,就可以采集到它的数据,并传送至服务器,以便监控。物联网还可以对采集到的数据利用信息处理技术、云计算、数据挖掘技术与分析工具等各种智能计算技术进行数据的智能分析、计算和汇总。物联网的主要技术包括传感器技术、Zigbee技术、智能技术、射频识别技术等,其中Zigbee技术是数据采集的关键技术之一。
所谓数据采集系统是利用各种传感器对监测的各种农作物生长环境的数据进行自动采集,然后将采集到的数据通过数据传输技术传输到服务器。在对农作物的生长环境进行数据采集时,要力求全面、准确,即数据采集系统要完成对多节点与多区域的数据采集,除了对数据的全面性与准确性要求外,数据采集系统还要对数据自动处理(如汇总、打包等),传送到服务器。
2. Zigbee技术
Zigbee一词来源于蜜蜂的舞蹈,当蜜蜂发现食物时,会通过跳舞将信息传递给同伴,如食物的位置、食物的数量、食物的方向、食物的距离等,蜜蜂的英文是Bee,蜜蜂跳舞时发出发出嗡嗡(Zig)的声音,而蜜蜂的这种信息传递距离近,低成本,速度不快,这和Zigbee的特点很相似。Zigbee名字由此得来。Zigbee技术是一种无线通信技术,普通的两节干电池可供Zigbee节点工作几个月的时间,因此功耗低;Zigbee工作的频段是免费的,不需要支付费用,用户只要花两美元买芯片即可进行开发,因此成本低;Zigbee的节点一般距离在10m~100m之间,因此距离近;Zigbee节点连接进入网络要30毫秒,因此延时短。在对农作物生长环境的实时监测时会发现,系统需要传输的数据数量比较少,对传输速率要求不高,终端设备大都采用电池供电,并且要避免有线连接。从以上农作物生长环境监测的特点看,Zigbee技术非常适用。Zigbee协议主要包括物理层、媒体存取控制层、网络层、应用层和安全层。
图1 使用Zigbee技术进行数据采集的框架
针对数据采集的要求,设计的使用Zigbee技术进行数据采集的框架如上图1所示。
由图1可知,农作物生长环境数据采集系统分为三个部分,基于星形拓扑结构的Zigbee无线传感器网络,物联网、internet的网络传输,基于WEB的信息管理系统。Zigbee技术的拓扑结构有树形(即形状像棵树)、网形(即形状像张网)、星形三种。其中,星形拓扑结构如图2所示:
图2 星形拓扑结构
由图2可知,中心位置为协调器,网络中的传输设备都与协调器有信息传输,因此如何组建协调器网络至关重要。星形拓扑结构呈现辐射状,数据要通过协调器来传送,因此比较简单,设备成本不高。由于农作物生长环境的数据采集范围广、采集点多,为了保证采集数据满足全面、准确的要求,最好采用星形拓扑结构。一个主节点可以与若干个从节点进行通信,最多254个从节点,一个从节点又可连接多个传感器。从节点上的传感器采集数据,将数据汇聚到主节点,主节点是网络的汇聚节点,发挥协调功能,主节点通过网络将收集到的数据传输到WEB信息管理系统。
在设计数据采集系统时遵循如下原则:(1)系统要可靠。在多数情况下,设备都没有人看守,这就要求设备的可靠性要高,能够连续工作,不易出错,能够安全可靠地采集、传输、处理数据。(2)系统要实用。此系统要简单,容易维护,易于操作,让大家容易学习、掌握,并熟练地使用它。(3)系统要有适用性。农作物生长环境比较复杂,而且范围大,因此要求此系统在任何环境下都能正常运行,有一定的适应性。
在对农作物生长环境进行数据采集时,采用基于物联网技术,尤其是Zigbee技术能够完成对生长环境各类数据的采集、提取、传输、监控等,并且对数据进行智能分析,判断异常情况。
参考文献:
[1]王黎丽.基于Zigbee技术的机场机房环境数据采集系统[D].杭州:浙江工业大学学位论文,2011:10-12.
关键词:物联网技术 库存控制 物料需求计划 最优生产技术 准时化生产
有效的库存管理与控制是提高运营效率的重要手段。传统的库存管理根据生产进度、产品销售等进行库存协调,由于相关信息以人工录入为主,通常难以实现信息的同步更新,且错误率较高。物流与信息流衔接在时间上的滞后性,往往使企业不得不通过保留一定量库存来维持正常的生产与销售,这不但会导致过多资金的占用,大大提高运营成本,还会掩盖生产中大量诸如供应商供货不及时,生产环节产能不配套,产品质量不合格,计划安排不合理,不能按期交货等问题,不利于运营效率的改进。本文利用物联网技术,结合常用的MRP、OPT、JIT生产控制方法,构建了一个基于物联网技术的综合库存控制模型,通过物流与信息流在企业运营各个层次的紧密结合,可以实现有效的库存管理与控制,使库存做到既满足生产服务需要,在需要的时候有物料可用,又不会占用过多的资金,以实现高效生产与资金合理使用的有效平衡。
物联网技术在企业生产中的应用
物联网的概念来自于2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上国际电信联盟(ITU)的《ITU互联网报告2005:物联网》报告。它指的是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
目前,物联网技术在企业生产中的运用主要采用的是射频识别技术,通常的RFID系统包括前端的射频终端和后台的计算机信息管理系统。射频终端由标签和读写器组成。标签用于存储所标识物品的身份和属性的信息;读写器作为信息采集终端,利用射频信号对标签进行识别并与计算机信息系统进行通信。将RFID技术与互联网相结合,构建分布式信息采集、处理系统,为企业实现跨域生产、销售提供技术保障。
基于物联网技术的企业流程如图1所示,仓库、车间通过RFID读写器对原材料、产品进行实时跟踪、信息获取,并通过物联网中间件与本地信息数据库交互,办公、生产人员可通过信息平台进行实时查询。针对跨域企业,可以通过互联网将企业内部网联接,利用ONS服务器(对象名解析服务)获得相应的统一资源标示URI,实现信息的共享查询。
基于物联网技术的综合库存控制模型
将物联网技术运用到库存管理中,结合MRP、JIT、OPT等库存管理机制,构建基于物联网技术的综合库存控制模型,通过实现原材料、在制品、产品等信息的自动获取以及信息的跟踪、动态处理,可以在提高客户服务水平的同时,进一步提高库存效率,控制模型如图2所示。模型主要由以下三部分组成:
物流部分。本模型根据企业生产运营过程中不同环节物料的状态,主要考虑了两类库存:企业的外部库存与内部库存。其中,外部库存主要是指在途尚未入库的原材料和出库尚未到达用户的在途产成品。内部库存包括:产成品库存、在制品库存和原材料库存。其中,产成品库存是指那些已经加工完成,准备用于对外销售的产品库存(包括外销的半成品);在制品库存是指那些尚未加工完成,流转于生产各个环节的制品库存;原材料库存则是指企业外购的、尚未加工处理的原料、材料库存。
信息流部分。模型采用了结合MRP、OPT、JIT三种控制方法的综合控制机制。信息流主要涉及各类库存的库存状态信息,以及控制运营系统各环节运作活动,实现投入、转换、产出的控制信息。
本地信息数据库。企业的进货、生产、外销等活动,会受到各类库存的影响,并对各类库存量产生影响,从而导致相关数据信息的变化。利用本地信息数据库存储的原材料、在制品、产品等信息,借助RFID等物联网技术,可以实现对各类库存状态信息的自动识别与更新,还可以通过监控产品流向、流量与流速,实现对生产过程中各类库存的动态控制,跟踪缺货状况和进行质量反馈,从而将物流与信息流结合起来。
模型的库存控制机制
(一)外部库存控制
在途原材料库存和在途产成品库存会影响到生产的正常进行和企业销售的顺利实现,利用模型进行此类库存控制时,一是利用物联网技术实现动态跟踪,二是处理好两类关系,即客户关系和供应商关系。
物联网技术使得企业可以通过互联网将各企业的内部网连接起来,利用ONS服务器(对象名解析服务)获得相应的统一资源标示URI,实现信息的共享查询。借助该技术跟踪、监测在途原材料与在途产品,可以为原材料的及时入库、合理安排生产和销售打下基础,从而有利于降低安全库存,降低仓储成本。
要更好地实现这一目标,需加强客户关系管理和供应商关系管理。良好的客户关系有利于增强对订单的控制,进而增强主生产进度计划的准确性与稳定性,这对于降低产成品库存意义重大。而良好的供应商关系是实现适时、适量、准确供货的前提,有利于在保证供货的同时,进一步降低原材料库存。
(二)内部库存控制
模型对企业内部原材料库存、在制品库存和产品库存的控制机制如下:
对产成品库存的控制,主要通过与客户、主生产进度计划和生产环节的相互作用来实现。具体来说,产成品库存状态会影响主生产计划的制定进而影响生产现场,反过来,以主生产计划为指导的实际生产决定了产成品的库存水平和对用户的客户服务水平。同时,企业同客户之间的关系状况会直接影响到产成品库存的供货水平与存储水平。在这一过程中,借助物联网技术中的识别系统(由RFID射频识别标签、解读器、Savant软件、ONS对象名解析服务和PML实体标识语言等组成),一方面可以动态更新企业的产成品库存状态信息,另一方面可以通过与用户进行信息共享,及时掌握用户对本产品的使用、消耗情况,并根据用户缺货时自动生成的产品订单来安排或调整主生产计划,从而大大提高计划的准确性。
对在制品库存的控制,与物料需求计划(MRP)和生产环节密切相关。在制品库存状态信息直接影响物料需求计划(MRP)的编制,并通过MRP影响生产,反过来,对生产环节的控制直接决定了各个环节的在制品库存水平和服务水平。在这一过程中,借助RFID等技术,可以迅速、简便、准确地获得关于在制品种类、数量、时间、所在工序、流转等的信息,实现对在制品流向、流速、流量等的实时监控,在需要的时候及时补充生产,从而大大降低了安全库存量和库存成本。此外,由于免除了跟踪、监控过程中的人工干预,在节省大量人力的同时,可降低数据生成的差错率,极大提高了库存管理的效率。
对原材料库存的控制,主要通过与MRP、生产与采购环节以及供应商的相互作用来实现。即,原材料库存状态影响物料需求计划的编制,进而影响生产、采购,反之,受计划指导的采购活动直接决定着原材料库存的生成。而企业同供应商之间的关系状况会直接影响到原材料库存的供货水平与存储水平。在原材料库存的控制中引入物联网技术,可以根据原材料的出入库情况,自动更新原材料库存状态信息。此外,根据产品电子代码(EPC),可以应用PML(实体标记语言)技术辨别入库原材料的来源,一旦发生产品缺陷或不合格, 有了这个信息,就可以很容易地找到问题供应商,便于及时解决问题。
(三)模型整合
实现模型各部分之间相互协调的关键在于信息流与物流的有效流动与紧密结合。其中,信息流自客户需求开始,沿“客户―主生产计划―MRP―JIT现场控制―供应商链条”传递,在这一过程中,会受到相关库存状态信息的影响;同时物流在信息流的指导下,自供应商开始,沿“供应商―原材料库存―在制品库存―产成品库存―客户链条”流动,在这一过程中,MRP、OPT和JIT分别从不同层面对物流流动,库存控制目标的实现起到了促进作用。
模型中MRP、JIT、OPT的结合点在于:在计划层面实现MRP与OPT的整合,将最优生产技术理论的思想应用于能力需求计划的编制,根据物料需求计划的生产任务要求,区分瓶颈能力与非瓶颈能力;在此基础上,实现瓶颈能力与生产任务的平衡,并根据这一平衡协调非瓶颈能力,从而制定出合理可行的生产作业计划和采购计划;在执行层面实现计划与JIT的整合,在作业计划和采购计划的指导下,对生产现场的各个环节实行准时化控制,进一步提高生产运作的效率,从每一个执行环节尽可能提高客户服务水平和进一步降低库存水平。
模型中,物联网技术与MRP、JIT、OPT的结合点在于:通过RFID读写器对原材料、在制品与产品进行实时跟踪、信息获取,并通过物联网中间件与本地信息数据库交互;通过互联网将企业内部网联接,利用ONS服务器获得相应的统一资源标示URI,实现企业与供应商,企业与用户的信息共享查询。这样,一方面可以适时、准确、快速地根据物流的流动掌握产品的流向、流量与流速等信息,自动更新各类库存的状态信息,进而影响主生产计划、物料需求计划等生成的准确性与效率;另一方面可在结合MRP、JIT、OPT综合作用机制生成的作业计划和采购计划指导下,实现对各阶段物流的实时监控,降低了安全库存量和库存成本,提高了库存管理的效率。
综上所述,寻找有效的库存控制方法对企业提高运营效率意义重大。本文以MRP、OPT、JIT三种方法的库存控制机制为基础,结合新兴的物联网技术,构建了一个基于物联网技术的、整合三种控制方法优势的综合库存控制模型,并分析了模型的框架与应用机制,从而对于进一步提高库存控制效率,进而改善企业运营水平提供了有益的思路。而从技术层面上如何实现模型的有效整合以及对模型实证效果的检验将是今后需进一步研究的问题。
参考文献:
1.威廉J.史蒂文森著,张群等译.运营管理[M].机械工业出版社,2008
互联网技术已经在生活当中很普及了,但是物联网确实一种新型技术,悄然在人们的生活当中发展起来,这个概念出现的频率也不断在增加。但是我们发现,物联网在定义上较为模糊,很难完整的定义出它的真正含义,只是通过一些媒介进行表达出来。在煤矿安全的过程中,认为使用计算机传感系统、无线红外系统和全球定位系统的网络就是物联网,物联网也是通过信息之前的交换来完成的,网络的联接可以使得信息在交流中实现无缝对接。使用计算所网络和电脑自身的硬件功能对信息的处理,以达到对整个物理世界的实施控制、目标管理和最终的科学有效的决策。
一 物联网的发展过程概况
物联网的概念是上个世纪九十年代由美国麻省理工学院Kevin Ashton教授最早提出来的,它是Kevin Ashton教授在研究RFID时偶然发现的一种技术,物联网的技术提出很好的弥补了通信技术在交流中的一大空缺。2005年在突尼斯举办的电信联合会中,联合会成员发表了关于物联网的发现和使用技术的介绍,这就意味着物联网技术得到了世界最高领域的一致认可,同时在对于物联网的相关技术方面也做出了详细的分析,并对该技术的未来发展趋势做出了一定的预测。
按照ITU 2005 的定义:物联网是通过较小范围内的通信器材的信号之间的关联模式,该距离内的信号资源可以在小范围内形成接受发功能,比如完成人和人之间、人和物之间、物和物之间的一种信息转换方式,对于这样的全新形式、全新领域的发展方式可以大大的改善以往的交流模式,形成一整套更加完善的交流方式,彻底打破了时间和空间的束缚。
物联网是继个人电脑、局域网络、互联网、射频信号接收技术后的再次信息化的改革方式,同时对于以往的信息化进程有了彻底的改变,对这样的改变有现在的发展趋势来看就有跨时代意义,具体表现都是一些积极向好的作用。物联网的发展可以在信息科技水平的基础上增加更多的智能化体现模式,对于信息化的改革做出了巨大的贡献。就现有的物联网使用的模式来看,可以将其功能细化为:物联网在互联网中的信息弥补和扩展,这是在原有的计算机因特网的基础上增加的更多智能化终端系统的模式改良,对于实现全球资源一体化的信息感知、语音操作、智能转换和信息的识别具有很好的效果,完成了信息资源分享快捷方便的作用。
二 煤矿信息化中基于RFID的物联网系统
目前,煤矿信息化研究中,物联网的研究和开发还处于初级阶段,国内外对物联网的技术的应用也仍处于试探阶段。业界主要是研究通过传感网网络并利用RFID标签感知物体的信息。因此,RFID射频识别技术是物联网系统的核心技术,是物联网规模化识别能否成功应用的关键。
2.1 RFID射频识别技术
RFID射频识别技术是利用无线设备的收发信号功能,加之有无线电磁感应的共同干预,使用读写设备和电子标签进行非接触写入或读取等双向数据传输,以实现自动目标识别和数据交换目的。RFID系统主要包括电子标签、阅读器和计算机信息系统。
RFID系统中的阅读器将信息可以借助外界线路向外发射出去。电子标签进入阅读器的射频场后,天线接受此信号;射频模块会对接收的信号进行接收、调制、解码、比对、传输,并在这些工作完成后答复主机命令,包括对于信号正确性的判断、密码的验证、重新编码的作用。控制模块将所有信息经加密、编码、调制后,再通过天线发送给阅读器。阅读器的天线接收信号;射频模块对接收到的信号进行调制、解码、解密等处理后送至计算机信息系统;读写模块根据计算机信息系统发出的命令请求对电子标签进行读、写等各种操作。通过这种方式,计算机信息系统实现了信息加密或安全认证等具体的系统应用功能。
2.2 基于RFID的物联网架构
ITU 2005提出了由感知层、接入层、网络层、中间件层和应用层组成得物联网的五层架构,但是目前业界普遍认同以现有的无线传感网络网络为基础,向下添加物联网的感知层,向上添加物联网的应用层,从而形成基于RFID的物联网三层基本结构:物联网感知层、物联网网络层和物联网应用层。
物联网感知层的主要作用是通过在物体上安装唯一标识物体并存储物体相关信息的RFID标签,用阅读器把物体的各种数据和信息实时读取下来。物联网网络层主要是指无线传感网络网络,用来完成信息的传递,把物联网感知层采集到的数据和信息传递到上层应用。物联网应用层将网络层传递的物体信息进行分析处理和决策,完成特定的智能化应用和服务任务,从而实现物与物、人与物之间的识别与感知,发挥智能作用。
三 煤矿信息化中物联网技术的方案研究
1. 人员、设备定位与管理系统人员定位系统
在物联网技术使用中,安全系统由主要标识卡、读卡器、网络传输系统、上位机与系统软件组成,标识卡由个人佩带,目前国内的煤矿企业大都已经安装了人员定位系统,可以接入到物流信息化系统管理平台,设备定位与管理系统与人员定位与系统相同,共用读卡器、网络传输系统、上位机与系统数 据库软件,以标识卡的不同分组来区分人与设备,标识卡悬挂或粘贴在设备上。
2.机车定位与管理系统
目前我国煤矿井下机车定位主要以有线通信方式为主, 对于有轨机车, 目前采用最多的是定位继电器+有线通信的方式的实现,由于技术、成本与现场安装环境的限制,定位继电器无法高密度大量安装,所以只能在道岔、车站等少数关键位置实现定位,机车运行途中的精确定位无法实现;近年来有些使用WiFi或Zigbee 技术进行定位的尝试,但由于这些定位技术的核心为基于对无线信号场强相对强弱的分析来实现定位, 由于煤矿井下的特殊性,定位环境为链型的封闭巷道环境, 难以象地面一样通过对多基准点的无线信号场强的测量与计 算获得精确的定位, 被定位物体在一个地点只能探测到1~2 个基准点,现场环境中的遮挡、环境中的移动物体与电磁干扰导致定位精度很差,对移动机车的定位精度非常低。
3.炸药流向与运输监控管理系统
炸药流向管理系统采用二维码识别与管理技术, 二维码由于成本低廉, 同样适用于企业对低值设备或材料的日常管理。 炸药流向管理以煤矿企业从公安部门取得炸药为起始点, 由 煤矿企业为领到的炸药加贴二维码标签并进行相应后续领用、运输、下井等流程的管理至炸 药按规程使用完毕。
炸药的流向管理与人员定位系统可以协同工作,管理炸药的出入库、领用;领用人员的 身份鉴别;使用炸药的火工人员的运行轨迹;放炮时间点危险区域内人员、车辆隔离等工作,实现安全生产管理的功能。矿区内炸药运输车辆管理系统采用具备GPS 定位、Wi-Fi 传输功能的车载DVR系统实现,可以实时监控与记录炸药运输车辆的位置、工况、运输物品及驾驶人员的视频,也即通常意义上的“黑匣子”。
4.有线与无线网络的整体性调试连接信号
通信信号是矿山通信中最为重要的载体,也是保障生产安全最有重要的手段,通过使用有线与无线网络的整体性调试连接信号可以将现有的视频通信、监控方案、人员定位和应急救援方案做出详细的规划,在企业内部的以太网中,将有线和无线的网络相互连接在一起,可以方便技术人员对于现场情况进行调度,决策者也可以根据具体的操作方式来下达具体的工作命令,完全可以在生产中利用物联网达到无缝隙交流的作用。
四 结束语
在本文当中,介绍了物联网的起源与发展,给出了物联网的定义,根据RFID的工作方式提出了基于RFID的物联网体系架构,重点探讨了当前基于RFID的煤矿安全物联网研究的关键技术及主要问题。物联网是由各种技术融合而成的新型技术体系,需要煤矿技术人员在不断的研究探寻中找到更为合理的理论要求,对于技术问题也不断的解决,通过使用物联网技术更好的控制煤矿生产中的安全,不断的将人工化的操作变成智能化的管理模式,切实的保障煤矿生产中的人身、财产安全,并提高煤矿生产的效率。
[参考文献]
[1]ITU Strategy and Policy Unit (SPU).ITU Internet Reports 2005:The Internet of Things[R].Geneva:International Tele-communication Union (ITU),2005.9(11):30-34
作者简介:吴怀广(1976-),男,山东聊城人,郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,讲师;赵家明(1985-),男,河南淮滨人,郑州轻工业学院计算机与通信工程学院硕士研究生。(河南 郑州 450002)
基金项目:本文系郑州轻工业学院博士科研基金(项目编号:2011BSJJ015)、河南省教育厅科学技术研究重点项目(项目编号:13A520373)、国家自然科学基金项目(项目编号:61201447)的研究成果。
中图分类号:G645 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0223-02
对于移动学习的论述,不同的研究者从不同的角度出发提出了自己的观点。[1]近年来,移动技术的优势已为高校教育模式的新一轮变革创造了条件,移动学习已经成为继远程学习和数字化学习之后教育发展的新阶段。随着科技信息化的进一步发展,移动学习必将对教育领域带来巨大影响。
物联网(Internet of Things,简称IOT)又称为传感网,是互联网从人向物的延伸,是指在真实物理世界中部署具有一定感知能力和信息处理能力的嵌入式芯片与软件系统,通过网络设施实现信息传输和实时处理,从而实现物与物、物与人之间的通信。[2,3]RFID作为构建物联网的“皮肤”,本质上是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,从而实现对各类物体在不同状态(移动、静止、恶劣环境)下的自动识别和管理。通过在移动学习者的手机SIM卡上贴上RFID电子标签,当移动学习者携带具有RFID电子标签的手机SIM卡通过标签识别器时,电子标签被标签识别器自动感应并通过无线网络将电子标签中的信息传送到信息处理中心,经过处理之后再将处理结果发送到标签识别器上,从而实现灵活、高效的自动身份识别和信息管理。
一、移动学习模型设计原则
移动学习是信息技术发展的产物,但归根结底,移动学习的落脚点仍然是学习。一种学习方式要选取与之适应的学习理论基础,因此对移动学习的运用和研究需要学习理论的指导,文献[4、5]对此进行了详细的论述。
通过分析后发现,学习方式现已明显地从传输及行为主义范式转向建构主义和社会认知范式,并将主动的学习者置于学习活动的中心。因此,学习不仅是学习者掌握学习内容的过程,本质上更是一种通信交流的过程。鉴于这些特点,在构建移动学习模型时要着重关注以下几方面:
(1)构建的移动学习模型不仅要多鼓励学习者之间的协作交流,还要鼓励他们积极参与和特定社会群体的讨论、交流。在讨论中学习,并最终达到获取知识的目的。
(2)在学习模型设计中要以学习者为主体,学习内容和活动的组织安排要与学习者的具体社会实践相关联。同时把知识的获得与学习者的发展、身份建构等统合在一起,学习者能根据自己的需求选择自己的学习内容,以自己喜欢的方式进行移动学习,在自己想要学习的任何时间、任何地点进行学习。从学习开始到结束,该模型都要给予学习者最大的主动权。
(3)结合物联网技术,使后台能实时感知、追踪移动学习者所处的环境,根据相关情境向移动学习者推送相关知识,提供必要服务。或可根据情境呈现相应问题,营造问题解决环境,建立移动探究式的学习模式,营造参与式模拟的学习体验。
(4)该模型能够对移动学习者的学习过程进行跟踪,分析归纳出学习者的行为偏好、知识结构、学习习惯等,并记录到相关数据库中。
(5)该模型能为用户提供友好的人机界面、良好的使用体验、便捷的知识获取、新奇的探索应用、简单方便的沟通交流以及强大的服务支持。从而改善学习者的学习体验,降低学习者在使用该模型学习时出现的挫折感(挫折感能够导致学习者对该移动学习模型的信任度下降并随之减少在该模型下的学习)。
二、移动学习模型的构建
1.移动学习模型基本框架
通过具体分析上文中论述的移动学习模型设计原则,结合物联网技术,利用现有的无线通信网和校园WIFI网,并把相关需求映射到具体功能模块,下文构建了一个基于物联网技术的分层移动学习结构模型,其基本框架如图1所示。
2.该模型功能概述
该模型主要分为两个逻辑部分,从下而上依次为移动学习端和综合支持平台端。两个部分及其内部模块各自分工并相互协作,共同为移动学习者进行移动学习提供技术支撑。另外,移动学习者可以使用移动设备随时访问远程物联网实验室。各模块的功能描述如下:
(1)移动学习端。
1)移动学习设备:包括智能手机、平板电脑、PDA等学习者手持式移动设备,并已运用RFID技术对其进行过标记。这些设备是进行移动学习的载体和必要前提。
2)跨平台智能客户端:学习者进行移动学习的人机接口,移动学习相关的应用、服务集,并可添加智能秘书,为用户提供智能、新奇、类人的亲切服务。并通过开发出针对不同移动设备系统的客户端,实现设备端异架构平台的接入。
(2)综合支持平台。
1)平台接入模块:实现移动学习信息流的接入汇总和分发,移动接入网通信协议的解包和封包等。
2)信息综合分析处理系统:实现移动端的接入身份识别,信息传输的加、解密,为移动端的智能提供后台技术支撑,处理移动端推送的信息和反向信息分发,相关信息流的综合处理、分流、复用等。
3)后台支持子系统。
环境监控和对象跟踪模块:结合移动端设备上的RFID标签、GPS芯片和手机地图,此模块可实现对移动学习者的校园监控、学习环境识别、移动学习者周边环境的实时感知等功能,并在适当的时间和地点给予学习者以学习提醒,将学习资源主动推送给移动中的学习者。
虚拟社区交互平台:集成实现基于语音、视频、文字等多种信息媒介的通信和交流互动功能,为移动学习者提供方便快捷的通信链接,强大的群组间问题讨论,信息交流共享支持,在线虚拟团队功能。
用户信息统计分析系统:结合a子系统,通过跟踪移动学习者的学习时间、学习过程、学习活动范围、访问过的网站和阅览过的相关内容等,运用数据挖掘技术对学习者的行为和偏好进行采集、分析,以便系统能够对不同的学习者推送其可能感兴趣的学习资源,提供更有针对性的学习建议和个性化的学习服务。
教学管理模块:实现移动学习者的培养流程和课程进度跟踪、实施双向教学评价考核、相关课程和扩展知识推荐、学习辅助工具集成和成绩查询等功能。并集成了学习评价系统,通过对学习者的学习时间、阅览和创建学习对象的数量、参与交流与协作的频率指标等进行统计分析,得出关于学习者的学习积极度、学习深度和学习效果的综合评定,连同换算后的学分一并记录到后台相关数据库中。
考试系统:通过调用后台数据库的试题库,根据移动学习者的学习进度,可满足学习者的不确定性随时主动测验,完成整个系统对学习者近段学习效果和知识掌握情况的跟踪评定。
4)后台数据库。
用户信息数据库:记录移动学习者的唯一识别信息及其基本信息、考试成绩、能力增长以及其他成就、兴趣偏好等用户信息。
线上学习资源数据库:存放专门针对移动学习优化过的大量课件资源、考试试题库、知识库、新闻消息库和有关系统运行的数据等。
3.远端物联网实验室
允许移动学习者利用移动终端远程接入实验室,并操作物联网实验设备,远端完成实验,以便随时捕捉移动学习者的瞬间灵感,并为其提供实验支持。
三、总结
上述模型注重移动学习者在学习过程中与人交流的重要性,避免了移动学习时由人—机对话所导致的情感交流缺失。通过对学习者学习过程的全程跟踪,及时对学习者的能力成长和学习进步进行肯定与鼓励,最大限度的降低了学习者的学习挫折感。根据后台数据库记录的学习者的兴趣偏好信息,并利用物联网技术打造的情境感知能力,可以为学习者推送更适合、更有针对性的知识,从而为每个在线用户打造量身定制的培养模式和全方位的服务支持体系,体现了“因材施教”的教育理念。
总之,该模型围绕着“为移动学习者打造成功的学习体验”这一中心,为学习者提供了友好的人机界面、高效的无线网络、丰富的学习资源、有效的交流与协作及个性化需求,可在很大程度上提高移动学习的效果。
参考文献:
[1]叶成林,徐福荫.移动学习研究综述[J].电化教育研究,2004,
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[2]李俊华.基于物联网的智能数字校园研究与设计[J].梧桐学院学报,2010,20(3).
[3]张豪锋,王春丽.基于RFID的移动学习资源推送系统设计[J].中国电化教育,2012,(2).
[4]叶成林,徐福荫.移动学习及其理论基础[J].开放教育研究,
中图分类号:TP6 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)0110110-01
1 构建平安节能数字校园,满足我校信息化深入应用的需求
我校在2012年投资1800万元完成了国内外一流的,功能完善、技术先进的多系统多业务融合的全数字校园网建设。该数字校园网通过光纤、六类双绞线、无线实现十万兆为骨干、万兆到楼、千兆到桌面的信息接入,可实现对校园区域的全面覆盖。已经实现计算机网络、IP视频安全监控、教学巡查、校园一卡通、班班通、网络接入、IP语音与视频、信息、多媒体录播系统等多系统业务的一体化。该数字校园不但可以满足我校办公、管理以及教学的数字化需要,还利用200M出口带宽和数字教学资源平台为我市职业教育区域数字资源中心提供服务。
1.1 物联网技术的不断发展,使得基于物联网技术的数字校园建设从软硬件上成为可能
物联网(Internet of Things,简称IOT)又称为传感网,是互联网从人向物的延伸,是指在真实物理世界中部署具有一定感知能力和信息处理能力的嵌入式芯片和软件系统,通过网络设施实现信息传输和实时处理。从而实现物与物、物与人之间的通信。从技术的角度来看,物联网是在计算机网络基础上利用射频识别(RFID)、传感器技术、无线数据通信等技术,将射频识别设备、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设施按约定的协议把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和数据通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监测和管理的新一代网络技术。同传统数字校园平台相比,在物联网技术中,最关键的技术是传感器技术和云计算机技术。随着云计算技术和传感器技术的快速发展,促使了物联网时代的到来。
1.2 基于物联网技术下的数字校园硬件平台基础建设工程
现有数字校园网基础上,根据物联网建设要求,通过技术改造和升级,增加信息点数量和物联无线网覆盖范围,满足智慧校园网络基础要求;在原有校园一卡通数据库基础上,对资产设备和校内资源进行统一编码和数据结构定制,构建全校统一的规范化的校园信息库和数据中心;建设传感器网络,实现重点区域和关键区域的传感器部署和设计;升级目前数据中心服务器和存储设备,购买配套平台软件,满足智慧校园数据处理和存储需求。
智能管理数字校园---通过完善现有校园一卡通系统以及数字校园平台,在此基础上,增加2.4G ID 网络,结合传感器技术,实现师生员工信息电子地图系统,及时掌握师生动态位置和状态信息。同时,尝试在学校管理中采用基于物联网技术的学生综合管理信息系统。满足学校特色活动以及日常管理和家校互动的需求,实现学生管理的特色化。
平安数字校园--升级数字视频安全监控系统,在原数字校园全IP数字视频监控系统的基础上,通过基于物联网技术的升级改造,升级为数字校园安全与环境监控中心,实现平安数字校园。
节能数字校园---建立基于物联网的数字校园资源监控与管理中心,通过对校园内水、电等资源的集中控制,掌握实时能源耗费信息,并能提供资源使用付费控制,完成对教室、实验室等资源的实时使用状态管理和资源分配,对车辆、固定资产的管理,以及对主要建筑物实现智能电表网络化管理和水资源网络管理,改造建设灯光网络管理系统,实现校园的节能与环保。
2 基于物联网技术下的数字校园平台基础建设工程
在现有全覆盖数字校园综合布线基础上,根据物联网建设的需求,建设基于zigbee无线自组网的无线网络,覆盖所有传感器节点和主要建筑和设施。
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的便宜的、低功耗近距离无线组网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。由于ZIGBEE的优越特性,基于ZIGBEE技术的无线组网是一种比较合适的下行信道的实现手段。特别适合应用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。而若将其与成熟的工业以太网和GPRS/CDMA上行信道结合,与后台管理主站组成集抄和监控系统,则可以为远程管理提供一个有效的解决方案。
物联网硬件区别于传统数字网络的特点之一就是大量传感器的应用,物联网下的传感器是一种能感知预定的被测指标并按照一定的规律转换成可用信号的器件和装置,通常由敏感元件和转换元件组成,是物联网中采集信息和实现对现实世界感知的重要设备。传感器的种类很多,如速度传感器、入侵传感器、温度湿度传感器、位置传感器、能耗传感器等,也可以包含以师生用户的电子标签卡或者手机一卡通卡为EPC码存储设备的RDID传感器。下图显示了传感器数据采集示意图。
传感器数据采集示意图
3 建设基于物联网技术的数字校园各应用系统
1)构建校园电子地图系统,实现智能管理数字校园。实现与目前数字校园各模块的汇集,实现智能管理数字校园。此部分是在原有数字校园模块,特别是数字校园平台和监控系统的基础上,按照物联网要求,实现师生员工信息电子地图系统,来及时掌握师生动态位置和状态信息。实现学生或员工的考勤和状态信息管理的智能化。通过开发基于Web的校园电子地图系统也即地理信息系统,利用GIS技术、信息技术以动态网页技术搭建的基于B/S模型的校园地理信息服务网站。可以直观地反映校园信息,有效提高校园信息交互检索的效率,使校园的师生迅速的熟悉校园的环境,并且利用地图的形式,将校园信息展现的方式从传统的纯文字模式解脱出来,实现地图与文字、图片等展现模式相结合。
2)升级数字视频安全监控系统,在原有安全监控单一功能的基础上,通过物联网传感器技术,升级为校园安全与环境监控中心,实现平安数字校园。
通过开发基于物联网的“数字校园安防集成系统”,通过软件图形化的管理形式方便相关人员进行日常管理、检查工作;通过巡更及上报分析系统,确保校园安保制度的贯彻执行。数字校园安防集成系统主要包括视频监控、红外射频防盗报警、门禁系统、巡更系统、紧急求助、呼叫系统、对讲系统等相对独立子系统,根据安防应用需要,快速、方便地在安防监控中心把各系统的数据资源、控制资源等信息,通过集成联动平台的方式组合起来,最大限度地利用整体资源,达到优势组合的目的,帮助学校及上级主管部门实现监督管理、监控互动、及时排除校园安防中的漏洞,最大限度保护学校师生的财产、生命安全。
3)建立基于物联网的校园资源监控与管理中心,实现节能数字校园。采用物联网技术,通过对全校各部分的水、电等资源的参数进行检测,实施集中控制,掌握实时能源耗费信息,并能提供资源使用付费控制,完成对教室、实验室等资源的实时使用状态管理和资源分配,对车辆、固定资产的管理,以及对学生公寓实现智能电表网络化管理和水资源网络管理,改造建设灯光系统,实现校园的节能与环保。
参考文献:
所谓的物联网技术是在一九九九年提出来的,国内外的不同专家和机构对其有着不同的定义,一般的共识就是:物联网通过射频识别、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备,按照协议约定,把所有物品与互联网连接起来,进行信息的通讯和交换,从而实现智能化的识别、定位、跟踪、监控、管理的一种网络。
目前我国物联网体系的雏形已经基本具备,具有十分典型的层级特征。一个完完整整的物联网系统包含信息的感知层,信息的汇聚层,信息的处理层,信息的运营层,信息的应用层。物联网存在六大关键性技术,但是目前而言,作为物联网系统最底层的感知技术和汇聚技术应用的速度快,范围广,推动着物联网系统结构的不断升级。
二、物联网技术下仓储管理系统的基本功能
物联网技术下的仓储管理系统是以射频技术为基础的,充分利用物联网的现金技术集成尖端的硬件设施和完善的软件系统来管理仓储环节。
智能化仓储系统的基本功能
物联网技术下的仓储管理系统,智能化的先进管理模式,可以自动而精确地获取产品信息和仓储信息;还可以自动生成并打印入库、出库清单;同时可以动态的分配货位实行随机存储,从而可以最大限度的使用仓储空间;而且还可以及时有效的查询库存数量、库存时间、库存位置;然后可以对仓储物品进行随机抽查盘点,综合盘点;最后可以实时的统计和汇总各类信息,输出统计报告。
(二)自动化的出库管理功能
当仓库收到销售部的订单或者发货通知后,出库管理模块自动的按照预定规则分组,区分先后顺序合理安排。按照订单要求,出库管理模块自动化的生成敛货方案,按照此方案安排订单敛货任务。管控人员按照射频终端的指引扫描货物、确认产品,并自动将其储存状态变更为待出库。
在产品出库时,由设置在仓库出口的出库读写器扫描产品的电子条码,并且通过数据的采集接口链接给出库李模块,自动化的生成出库清单与产品订单进行对比。若有差错,系统进行提示,提醒管理员进行清查更正,如若两者一致,便可以顺利出库,打印产品出库清单,对库存信息及时更新。
出入库的管理模式(图一)
(三)智能化的入库管理功能
入库管理是物联网技术下仓储管理系统的核心功能模块,通过本地数据接口、采集数据接口和远程数据接口与产品命名服务器等其他部分进行交互,实现产品入库自动管理功能。
产品在入库时就设置入库读写码并进行扫描,自动的形成产品入库清单,然后通过本地的数据接口将入库信息及时更新到本地数据中心(所谓的本地数据中心就是仓储系统存储维护本地库存信息的数据库)。入库管理功能是按照最佳的储存方式,选择空货位,通过射频终端进行数据传送,及时的确定将货物放置在正确货位,就位后扫描电子标签,打印入库清单,确认货物存储,以方面日后订单发货。
(四)智能化的库存控制功能
库存管控模块根据系统确定的管控策略生成决策方案,当实时库存量高于或者低于库存限量时便会自动报警,库存管理员据此适时的进行补购或者取消订单。
在库存管理模块可以对库存进行准确真实的统计,根据出库、入库、库存的信息完成库存管理的日报、月报和年报。自动对各个分库、班组、站所等基层工作单位的工作情况进行统计,方便查询和管控。
三、物联网技术下仓储管理系统的设计
仓储是物流管理环节的重要部分,其产生的原因主要分为主动存储和被存储。主动存储包括时间差异、战略考虑和市场因数;被动存储主要涉及到管理失误、不可抗因素和供需脱节。仓储管理所研究的内容主要是仓、储、物、环境四个方面:仓所指的是存储环节所需要的设备设施;所谓储就是出入库业务,在库业务和仓储规划;物就是指仓库内的货物和人的管理;环境就是指仓库,物品活动所涉及的外在条件。
(一)软件设计环节
根据实际操作中的要求,仓储管理的软件设计必须具备以下七大功能:一是,业务管理模块,对物品的入库、出库、移库、盘点等业务进行改进和优化,避免传统仓储所存在的弊端,并且进行仓库分析、物品分析和任务指派;二是,设备管理功能,利用硬件平台和软件平台将收集的信息进行分类处理,作为中间件及时的分配到不同模块进行处理;三是,安全管理模块,仓库的管理包括商品安全和仓库安全,安全管理主要包括权限管理、设备管理、物品管理和环境监控;四是,数据管理模块,这一模块的功能是进行数据的查询、更新和备份;五是,协作管理模块,主要是进行内部管理和外部管理,然后将内外部管理结合起来;六是,基本信息模块,仓储系统中最为基本的信息包括人员信息、设备信息、物品信息,这一模块根据其他模块的反馈及时更新用于日后的统计查询;七是,电子地图模块,实时显示仓储的真实情况,了解设备运行状况和人员的工作状况,提高仓储工作效率。
软件设计模块(图二RFID:标签)
(二)硬件布局方案
将来仓储的发展趋势是多功能的混合应用、智能化、集约化和自动化。根据其功能结合物联网技术实现各个模块的功能所涉及到的硬件设备主要有:一是,在每道门口安装的感应器,作用不同的门安装不同的感应器设备;二是,库控动作人员所穿戴的RFID标签工作服、叉车车载读卡器;三是,在各固定货位、托盘、特殊仓库等地方安装的电子标签,方便货物盘存和货位选择;四是,仓库内安装的各种环境的感应标签,目的是满足货物的安全和存储要求;五是,防火、防水、通暖、通风等辅助设备。
将物联网技术运用到仓储管理的所有环节,对管理系统的软件、硬件提出设计方案,建立智能化、自动化的仓储管理系统。如今物流仓储管理还存在一定的弊端和漏洞,恰当的引进和发展物联网技术,可以补充其不足,也可以为物联网那个技术在其他物流供应环节的利用起到示范带头作用。
参考文献
[1]苗云飞.我国仓储物流业发展现状和趋势.[J].现代物流.2009:56-57.
[2]孙晓波.物联网概念和演进路径[J].电信工程技术和标准化.2009:12-14.
[3]郑平标,候海永.RFID技术在仓储管理系统中的应用[J].铁道货运.2005:18-21.
1 引言
阿里巴巴成功上市,使马云一时间家喻户晓,同时让更多人看到了电商发展的无限潜力和广阔空间。电子商务是一门交叉性概念,其涉及理论知识和领域极为丰富,譬如:管理学、法学、经济学以及互联网技术等多种领域,是一系列综合性极强的活动。信息技术的进步和社会商业的发展使得经济数字化、竞争全球化、贸易自由化的趋势不断加强。有关电子商务各类的研究如雨后春笋层出不穷,其中物联网技术作为其发展的重要支撑不可忽视。为进一步了解近年来我国基于物联网的电商发展研究热点,笔者通过对CNKI收录的相关文献的进行计量分析就此展开研究。
2 物联网与电子商务
物联网作为一种新兴技术,自20世纪90年代由美国麻省理工学院首次提出以来,其技术实现及应用引起国内外学术界学者广泛关注。物联网起初是基于物流系统提出的,以射频识别技术作为条码识别的替代品,实现对物流系统进行智能化管理。
在研究物联网技术在电子商务应用中,RFID功不可没。RFID(Radio Frequency IDentification)技术作为物联网的重要技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。电子商务利用物联网技术通过把人、财、物、商店等实体联结起来并在网络环境下进行交互。在实现交互时,一个关键技术就是利用RFID技术给各个实体标注独一无二的标签从而将不同实体加以区分。物联网技术不仅承担着标注实体角色而且在记录生产过程、跟踪物流以及防伪查询等方面发挥着重要作用。
3 研究概况
随着互联网技术的发展和经济全球化浪潮的推动,电子商务问题及物联网技术成为国内外学术界普遍研究热点。国内学者就电子商务发展进程中涉及到的主要环节并结合物联网技术作出相关研究,并在其研究的基础之上根据我国电子商务发展状况提出了针对性建议,这些环节主要包括基础设施建设、支付环境、信用环境以及发展环境的改善等等。
4 文献计量分析
4.1 发文年代分布
某一学术领域发表文献数量随时间变化情况能在一定程度上反映出某研究发展现状、研究热度以及未来研究方向的走势。根据CNKI期刊数据库显示,我国学者基于物联网的电子商务的研究始于2005年。2005年至2015年间,每年发文数量见表1。
4.2 期刊来源
5 研究结果讨论
5.1 理论内容多样性,热度逐年攀升
5.2 物联网在电商管理经营各环节应加大研究力度
1引言
电力已与我们的日常生产、生活息息相关,并随着人类社会和经济的发展,全人类对电力的需求呈现持续递增的趋势。居民侧用电量占社会总用电量的36.6%,但研究表明该领域的用电效率低,浪费严重[1]。缺乏对居民侧建筑能耗监测和控制,是导致建筑能耗居高不下的重要原因。如何摆脱建筑电气粗放型用电,实施精细化用电、节电是研究者需要解决的问题。随着2009年国家提出“感知中国”的概念,“物联网”被列为我国新兴战略性产业之一。物联网技术的发展对建筑能耗的监测和控制起到关键作用,物联网技术的使用为提高居民侧用电效率、实现建筑电气节能减排提供了新途径。
2建筑电气节能的研究现状
截至2016年2月,在CNKI中以“篇名”为检索项,以“物联网”为检索词进行初级检索,再在结果中以“节能”为检索词进行二次检索,共检索到相关文献40篇。经过初步分析,这些研究首先主要集中在建筑电气具体方面进行探讨,涵盖了隧道、高校教室、机房、图书馆、自习室、办公楼宇等建筑电气方面的节能;其次这些研究多是从建筑电气整体角度出发对节能效果进行评测、跟踪检查、优化仿真研究;再者这些研究是从物联网智能节能系统、物联网技术的数据处理、物联网智能本身创新、改进、安全方面进行探讨。通过对这些文献的分析发现,许多文献中都强调了新技术、新材料的应用,如使用室内环境温湿度监测与节能系统、智能照明系统等新技术,使用LED节能灯具、真空保温玻璃新材料;不过这些节能新技术之间是相互独立的,也没有考虑到变压器运行损耗,没有形成一个一体化的节能系统和管理平台。本文提出采用ZigBee网络通讯技术,利用“物联网”组建智能电网能源管理系统对建筑能耗进行优化和打点,分类管理进行节能。
3物联网技术条件下的建筑电气节能相关技术
3.1物联网定义及构架目前,在国内较为多见的“物联网”定义为:物联网是指利用各种信息传感设备,如射频识别装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成了一个巨大网络,其目的就是使所有物品都与网络连接在一起,使得识别和管理更加方便。可以看出,物联网是一个物-物相连的互联网,将成为新一代信息技术的重要组成部分[2]。从通信过程和对象的视角看,物联网的体系构架由全面感知层、可靠传递层和智能处理层三个层面构成[3]。全面感知层利用各种可用的感知手段实现物体动态的即时采集,可靠传递层通过各种信息网络与互联网的融合将感知的信息实时、准确可靠地传递出去,智能处理层利用云计算等智能计算技术对数据和信息进行分析和处理[4]。3.2物联网构架下的建筑电气节能采用ZigBee网络通讯技术,利用“物联网”组建智能电网能源管理系统。通过物联网、云计算搭建的“智慧能源云管控平台”,对一栋建筑以致一个小区的建筑群进行建筑能耗的优化和打点,能更好地实现节能减排,无需对建筑做结构上的节能改造。因为对建筑电气的节能主要是提高建筑中的能源利用效率,即在采暖、空调、热水供应、照明、家用电器、新风系统、监控安防、新能源汽车、光伏发电等方面进行能耗的节约,其中以空调系统、动力系统和照明在建筑使用方面占据了很大的比重。将一栋建筑或者建筑群按照能耗进行分类,利用物联网组建的能源管理系统将其分为不同的控制子系统,如图1所示。通过动态监控和实时的数据统计、分析,更全面的掌握能源消耗情况,从而进行更好的资源利用。与相对成熟的楼宇自动化系统相比,采用ZigBee网络的物联网技术布线成本低、方便施工、组网能力强、系统扩展性好、具备网络自愈能力并且抗干扰能力强、功耗更低等优点,更能全面的获取建筑在能耗过程中的详细数据,让建筑能耗处于最佳运行状态。
4物联网在建筑电气节能中的应用
4.1环境监测子系统节能减排,监测先行。通过环境监测子系统感知建筑内不同区域的照度、温湿度、空气质量进行检测,并将获取的各项环境参数发往服务器上的中央空调控制系统、照明空调控制系统、新风控制系统、家庭能源管理子系统和光伏发电子系统中为其进行室内环境调控提供数据及参考。4.2中央空调控制子系统中央空调控制子系统接收来自环境监测子系统的环境参数,结合中央空调温控系统阈值设置(例:低于10℃或高于26℃空调将自动开启制热或制冷模式),同时在空调上加装空调节能控制器来实现对空调系统的控制。4.3照明控制子系统室内照明光源采用LED节能灯的基础上,照明控制子系统通过在房间或工作区安装位置和光照度采集器,将房间内的光照度信息和人员信息传递至照明墙控制器,由它控制照明灯具的开启/关闭,并根据环境的光照度,通过灯具组合的方式调节照度亮度[5]。4.4新风控制子系统新风系统接收来自环境监测系统的空气质量数据,并将接收数据与系统阈值进行综合对比分析。在正常环境条件下,新风系统处于低能耗状态,主要完成空气流通功能;当空气质量不达标,超过系统设定阈值时则启动应急机制,包括实现大功率新风输送以及开启部分氧气供给功能等。同时,不同于传统的新风交换模式直接采用室外新鲜空气作为气体源,本系统采用双向换气式新风系统,在源空气进入室内前通过高导热效率材料进行热交换,将室内欲度上降低了进入室内的新鲜空气与原室内空气的温度差,从而降低了空调的使用频率,实现了节能减排的目标[6]。4.5远程抄表子系统通过远程抄表系统,可以方便、快捷和可靠地实现对建筑物内各用电设备耗电量进行抄读,并能将相关数据自动保存。可以通过抄读的数据分析配电变压器是处于怎样的运行状态、负载率是多少、是否达到了经济运行,同时还可以分析出无功补偿设备运行情况。通过该系统,管理者可以获取综合的能源需量统计报表和分析报告,根据日、月、年的用电量情况全面了解电能消耗情况,辅助制定并不断优化节能方案、智能调整耗能设备的最佳运行状态,更好的整合、利用资源、节约成本,建立有序的管理模式。4.6家庭能源管理子系统该系统将家庭用电分为三类:用电负载、分布式电源和储能设备,其中将用电负载分为可调度负载(包括:洗衣机、干衣机、热水器、洗碗机、电动汽车)和不可调度负载(包括:计算机、打印机、冰箱、家庭娱乐系统、照明系统、安保系统等)[7]。利用传感器采集到的室内环境、人员活动和设备工作状态信息,通过对这些信息的分析来对用电设备进行调度和控制,在满足用户舒适度的前提下减少电能消耗,提高用电效率;同时,将可调度负载尽量安排在负荷低谷期工作,起到调节电力系统峰谷差的目的,进而减少电力系统备用装机容量。4.7光伏发电子系统随着光能发电技术的日益成熟,居民侧的分布式光伏发电将会在日照度高的地区得到较大程度的发展,尤其是在采用储能装置改善了电能质量,维持了整个电力系统稳定的条件下。光伏发电子系统接收来自综合分析子系统的部分参数(如:系统用电的峰谷期),将自身发出的电能在用电量高峰时期满足自身需求,并在高峰期时将多余的电能卖给电网,而在低谷期时将电能暂时进行储存,这样不但起到了削峰填谷的作用更能减少系统中的备用装机容量,进而起到了节能的目的。
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2013)07-0038-04
0 引 言
世界上最早的智能建筑是1984年在美国诞生的,这之后,加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后开始开发智能建筑和智能家居产品。智能家居在国外已发展了20多年,特别在一些发达国家,智能家居的普及率相当高,智能家居可以为人们提供一种高效、舒适、安全、便利、环保的家庭居住环境。在美国,盖茨的被称作“未来之屋”的豪宅堪称当今智能家居的经典之作,所有的照明、音乐、温度、湿度等,都可以根据客人的需要通过电脑任意调节;当你踏入一个房间,藏在壁纸后方的扬声器就会响起你喜爱的旋律,墙壁上则投射出你熟悉的画作;厕所里安装了一套检查身体的电脑系统,如果发现异常,电脑会立即发出警报;地板中的传感器在感应到有人到来时就自动打开照明系统,在客人离去的同时自动关闭。在国内,智能家居经历了10年的起步阶段,发展速度缓慢。这主要是因为开发技术短期内不成熟,没有形成完整的、全面的系统解决方案,主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究上,所以有必要对智能家居系统做研究和探讨。
1 智能家居的架构
智能家居作为物联网的一部分和人们的生活息息相关,是人们感受物联网最直接的方式。通过智能家居系统,人们将充分感受到物联网革命带给人们的方便、快捷与智能化。图1所示是智能家居系统的基本框架图。下面对具有集中式信息处理模块的智能家居系统作一简要介绍。
图1 智能家居系统框架
1.1 信息家电
信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、实用性强、带有PC主要功能的家电产品。利用电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品,是为数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器。在目前的传统家电的基础上,将信息技术融入传统的家电当中,使其功能更加强大,使用更加简单、方便和实用,为家庭生活创造更高品质的生活环境,比如模拟电视发展成数字电视,电冰箱、洗衣机、微波炉等也将会变成数字化、网络化、智能化的信息家电。
1.2 信息处理模块
为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作,智能家居系统中必须具有专门的信息处理模块。它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求,对各种数据进行实时处理,并将结果送入功能驱动模块。随着家庭中信息家电的数量不断增加,采用分布式的控制方式将具有更高的灵活性,这是未来智能家居系统的发展趋势。
1.3 通信模块
如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑,那么通信模块就是实现信息传导的神经。根据家庭组网的特点,通信模块常利用已有的布线(如电力载波),或者采用无线传输(如蓝牙、红外、Wi-Fi、ZigBee)等。出于不同的信息家电对传输的带宽要求不同,实际中的通信模块常采用多种方式混合组网。
1.4 功能驱动模块
功能驱动模块是信息流入、流出各个信息家电的接口。由于各个电器生产厂商的产品在功能和实现上都有很大的不同,所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电器可以执行的电平信号,以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制信息。
1.5 外界信息接口模块
该模块可以看成是一个家庭通向外界(如Internet)的网关,它在家庭内部各种家电信息共享的基础上,进一步实现了基于Internet的资源共享,从而更进一步实现了共享的深度和广度,也将是未来智能家居系统发展的热点。
2 物联网技术
物联网被称为是继计算机和互联网信息产业后的第三次革命性创新[8],物联网应用无处不在。物联网是让所有的物品都能够远程感知和控制,并与现有的网络连接在一起,形成一个更加智慧的生产生活体系。物联网技术层次由感知层、传输层和应用层组成[10],图2所示是物联网技术的层次结构。
物联网以传感器等传感技术为基础,实现信息采集和“物”的识别,通过传输层实现数据的传输与计算,经过应用层,实现所感知信息的应用服务。
3 智能家居的主要技术
智能能家居系统应用的主要技术包括网络控制技术、通信技术和移动终端技术。
图2 物联网技术层次结构
3.1 网络控制技术
3.1.1 通过家庭网关的互联
家庭网关是智能家庭局域网的核心部分,主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享,以及同外部通信网络之间的数据交换功能。同时,网关一般还负责家庭智能设备的管理和控制。
3.1.2 通过外部扩展模块实现与家电的互联
为实现家用电器的集中控制和远程控制功能,家庭智能网关通过有线或无线的方式,按照特定的通信协议借助外部扩展模块控制家电或照明设备。
3.1.3 嵌入式系统的应用
以往的智能家居中,绝大多数是由单片机控制的。随着新功能的不断增加和性能的不断提升,将处理能力大大增强的具有网络功能的嵌入式操作系统和单片机的控制程序作相应的调整,使之有机地结合成为完整的嵌入式系统。
3.2 通信技术
通信技术分为有线通信和无线通信技术,大多已日臻成熟。基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统,由于具有低成本、低功耗、较远的覆盖范围及通用性强的特点,将成为智能家居系统中的又一亮点,必将给现代智能家居系统带来一场新的变革。
3.3 移动终端技术
移动智能终端以智能手机为代表,另外还包含平板电脑、笔记本、智能电视等。移动智能终端内嵌嵌入式操作系统,目前被广泛推崇和得到迅速发展的是开放的、自由的Android系统[3],主要应用在移动互联网方面。移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络,在最近几年里,移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务,它们的增长速度是任何预测家未曾预料到的。
4 智能家居的主要研究内容
智能家居系统可满足个性化需求。可以按不同用户的需求,定制不同的方案。同时,也可模块化服务,以满足不同层次客户的需求。从客户需求上分析,智能家居系统的主要研究内容如下:
(1) 通过移动智能终端,如智能手机等,随时随地控制家中电器的开关和监测信息家电的工作状态。
(2) 以“情景模式”一键组合控制家电,实现场景设定。
(3) 支持上述功能的同时,同样可以使用家电原有的控制方式。
(4) 实时视频,让主人对家中的状况一目了然。
(5) 当家中发生警情时,可以自动打电话或发短信通知,并同时通知小区的物业,保安可第一时间到达现场。
(6) 网关服务器的密码以及网络控制页面的登录密码,可以随时更改,保证系统安全性。
5 智能家居通信方式比较
智能家居不同厂商产品的区别主要体现在通信组网方式上。市场上所有的产品无外乎有两种进行数据传输的方式,分别是有线方式和无线方式。
有线方式即总线控制方式,如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有线方式因为需要进行布置复杂的线路,对原有建筑造成不同程度的破坏,而且维护、扩展也会带来很多局限性,所以,采用有线通信方式的智能家居产品正在逐渐被淘汰。
无线方式包括射频、载波、Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等。本文的智能家居产品采用ZigBee组网方式,而目前国内仅有个别厂家采用ZigBee组网方式。表1所列是对各种无线组网方式的智能家居系统进行的比较。
在表1中,ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术是最低功耗和成本的技术,这些特点决定了在智能家居中采用ZigBee组网是非常合适的。
6 基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统
6.1 系统框图和主要实现原理
基于ZigBee的智能家居系统是未来智能家居系统的主流,该系统包含终端节点、路由器节点、传感器网络用户终端、远程监控终端(如手机移动终端)等。图3所示就是基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统图。
图3 基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统
在基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统中,终端节点是整个网络的关键,它的作用是开启并配置无线传感器网络。网络启动成功后,通过路由器节点、网络用户终端,无线传感器网络接收各节点的信息,并处理这些数据,将有用信息通过用户交互程序显示给用户,然后接收用户指令,再通过无线传感器网络将指令传递到相应的设备终端节点。如果要通过互联网远程控制,那么传感器网络用户终端还要连接到互联网,接收来自远程智能终端的指令,起到无线传感器网络与远程终端通信桥梁作用。
6.2 系统各部分的功能
6.2.1 终端节点
终端节点主要由传感单元、处理单元、无线通信单元和电源单元四个基本单元组成,其结构如图4所示。终端节点对于网络的建立和维护没有责任。其加入网络后主要任务有两个:一是通过传感单元中的传感器,采集物理信息并进行模拟量到数字量的转换,处理单元负责信息存储和处理,并送入无线通信单元,后者通过无线网络上传;二是接收用户终端的指令,控制设备作出相应的动作。
图4 终端节点结构图
6.2.2 路由器节点
路由器节点的主要功能有两个,一是为终端设备节点提供多跳路由,二是允许新启动的节点加入网络,其作用相当于互联网中的路由器。
6.2.3 协调器网关
协调器网关是家庭控制网络的主控设备,要求必须由至少一个ZigBee网络的FFD设备组成。一方面,它主导家庭内部网络建立的整个过程,主要包括系统初始化、网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备关联表等几个方面;另一方面,作为家庭网关和设备节点之间的桥梁,完成家庭网关和家居设备节点的通信。家庭网关对外可以提供各种远程智能控制接口,操作者可以通过手机移动终端连接到Internet访问家庭网关的相关接口,对家中的家居设备节点进行数据访问或者控制。
6.2.4 移动智能终端
移动智能终端可以是任意一台接入互联网的计算机设备,这时传感器网络用户终端充当通信桥梁。远程控制终端通过身份认证后,就可以C/S模式或者B/S模式与传感器网络用户终端进行通信,远程控制智能家庭网络。比如,我们出差长时间不在家,可通过移动智能终端远程监控家中的环境,定时打开通风设备改善房间空气环境;或者我们下班前可通过移动智能终端远程控制空调或地暖设备工作,回到家就可以享受到我们想要的舒适环境。
6.3 系统采用ZigBee技术的主要特点
(1) 功耗低。具备多种休眠模式,在待机模式下,普通电池即可支持长达数月甚至一到两年的连续工作。
(2) 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免机制,避免了数据包发送时信道的竞争和冲突。其MAC层采用完全确认的数据传输机制,设备发送出去的每一个数据包,接收设备在接收之后都必须回传一个确认信息,发送方才能开始新的传输。
(3) 网络容量大。具有星型结构、树状结构、网状结构等拓扑,一个全功能设备可以管理254个节点设备,全功能设备之间还能组成覆盖范围更大的网络,网络的最大容量可达2542个节点。
(4) 成本低。ZigBee网络的重要特点就是数据传输速率低,通信协议简单,极大地降低了组网的成本。大范围组网时,每个节点的成本可以降到3美元以下。
(5) 数据安全。ZigBee提供了完整的安全机制,有效防止网络被篡改,防止信息的截获与窃听,并提供了多种加密方法保证数据传输的安全性。
(6) 通用性。由ZigBee技术联盟主导ZigBee标准的制定与修改,并保持了设备和协议通用性和完好的开放性。
6.4 系统采用移动终端技术的主要特点
移动终端应用移动互联网,而移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络。在最近几年里,移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务,具有广阔的应用前景。
典型的移动终端平台是Android 平台。Android是Google公司针对智能终端开发的一个平台,基于linux内核,是开放、开源的系统,其大部分应用主要是用java开发,具有很好的跨平台性。实际上,移动终端就是一个可移动的计算机。
7 结 语
本文对基于物联网技术的智能家居系统进行了研究与探讨,分析了智能家居的架构和物联网技术层次,提出了一套基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统。该系统采用ZigBee技术和移动终端技术,具有诸多显著特点。本文通过对通信方式进行比较后,在家居系统中选择ZigBee通信技术,通过分析说明了ZigBee技术在楼宇自动化领域具有广阔的发展和应用前景。系统在应用中选择移动终端技术,移动终端技术具有基于移动互联网和可靠的嵌入式等特点,使智能家居控制系统具有智能化和可移动性。基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统能将家庭中的家居设备连接到网络中,使传统家居设备具有自动化、智能化等新特征,是未来智能家居的主流发展模式。
参 考 文 献
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