建筑物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實(shí)訓(xùn) 課件 第1-3章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)、智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)

建筑物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實(shí)訓(xùn)第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.1物聯(lián)網(wǎng)定義物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，縮寫IoT）是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后新一代的信息通信技術(shù)。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的初步概念目前比較受到認(rèn)可的說法是在1999年來自于麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室的KevinAshton教授最早闡釋了“物聯(lián)網(wǎng)”的基本內(nèi)涵。而我國(guó)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的定義可以參考2010年溫家寶總理在第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議上所做的政府工作報(bào)告注釋：“物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。”互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)方便了“人與人”之間的信息交流與溝通問題，那么物聯(lián)網(wǎng)就是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步地方便了“人與物”、“物與物”之間的信息交流與溝通問題。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.1物聯(lián)網(wǎng)定義美國(guó)為了將所有的物品與網(wǎng)絡(luò)連接在一起從而方便識(shí)別和管理，將各種傳感設(shè)備（如：射頻識(shí)別設(shè)備、紅外傳感設(shè)備、全球定位系統(tǒng)等）與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。歐盟將目前互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓展到互聯(lián)的物品網(wǎng)絡(luò)。國(guó)際電信聯(lián)盟物聯(lián)網(wǎng)主要解決物與物、人與人、人與物之間的互連。任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，我們都能與任何東西相連。表1-1美國(guó)、歐盟和國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)就物聯(lián)網(wǎng)使用技術(shù)方面而言，物聯(lián)網(wǎng)使用的關(guān)鍵技術(shù)一般包括了感知識(shí)別技術(shù)、信息傳輸技術(shù)與信息處理技術(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分層即可大致分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層（圖1-1）第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論圖1-1物聯(lián)網(wǎng)典型技術(shù)架構(gòu)圖第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)感知層感知層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的底層與基礎(chǔ)，是溝通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)物理世界的橋梁。感知層主要負(fù)責(zé)了兩項(xiàng)工作，即對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的物體識(shí)別與對(duì)現(xiàn)實(shí)世界物體的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以說基本都是來自于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。感知層所包含的設(shè)備大致可以分成兩類，即自動(dòng)感知設(shè)備與人工信息生成設(shè)備，自動(dòng)感知設(shè)備包括了各種傳感器（二氧化碳傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光照條件傳感器等）、監(jiān)控?cái)z像頭、RFID標(biāo)簽及讀寫器、智能家用電器等，而人工信息生成設(shè)備則主要包括了智能手機(jī)、PDA、個(gè)人計(jì)算機(jī)等。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起到了傳輸、連接的作用，網(wǎng)絡(luò)層將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的感知層與應(yīng)用層連接到了一起，負(fù)責(zé)將感知層獲取到的數(shù)據(jù)信息傳遞到應(yīng)用層。其內(nèi)部主要包括了各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)層分為物接入互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸兩部分，其中物接入物聯(lián)網(wǎng)方法主要有以下幾種：以太網(wǎng)/光纖、串口通訊、ZigBee、WIFI、Bluetooth（藍(lán)牙）、LORA、NB-LOT、4G/5G；互聯(lián)網(wǎng)傳輸主流協(xié)議包括TCP、HTTP、MQTT、CoAP等。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用層應(yīng)用層主要由各種應(yīng)用服務(wù)器組成（包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器），主要負(fù)責(zé)了對(duì)通過感知層采集后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理，最終輔助使用對(duì)象對(duì)應(yīng)用業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行分析與決策。同時(shí)，應(yīng)用層也會(huì)負(fù)責(zé)對(duì)感知層各種識(shí)別感知設(shè)備的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)更新與云臺(tái)操作。公共技術(shù)層公共技術(shù)層包括標(biāo)識(shí)與解析、安全、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理等技術(shù)，它們被同時(shí)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程1991年——“特洛伊咖啡壺服務(wù)器”1995年——微軟公司的創(chuàng)始者比爾·蓋茨在其撰寫的《未來之路》的大膽地構(gòu)想。我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展最早受到廣泛重視始于2009年，時(shí)任國(guó)務(wù)院總理溫家寶到無錫視察時(shí)高度肯定了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究發(fā)展，并提出在無錫高新區(qū)建設(shè)“感知中國(guó)中心”，由此拉開了中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的序幕。2010年，我國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)表題名為《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，同年我國(guó)又有《中共中央關(guān)于制定經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃的建議》文件，兩份文件標(biāo)志著我國(guó)政府已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，并認(rèn)為發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程圖1-2物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展情況第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程目前中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)四大聚集區(qū)包括環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)和中西部地區(qū)。1、環(huán)渤海地區(qū)環(huán)渤海地區(qū)以北京-天津?yàn)楹诵模菄?guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重要的研發(fā)、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造及系統(tǒng)集成基地。環(huán)渤海地區(qū)關(guān)鍵支撐技術(shù)研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，感知節(jié)點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與普及程度較高，網(wǎng)絡(luò)傳輸方式多樣化，綜合化平臺(tái)建設(shè)迅速，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛。2、長(zhǎng)三角地區(qū)長(zhǎng)三角地區(qū)以上海-無錫為核心，是我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的起源地，在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域擁有得天獨(dú)厚的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)三角地區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)深厚，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展定位產(chǎn)業(yè)鏈高端環(huán)節(jié)，從物聯(lián)網(wǎng)硬件核心產(chǎn)品和技術(shù)核心兩個(gè)環(huán)節(jié)入手，形成產(chǎn)業(yè)核心和行業(yè)龍頭集聚地。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程3、珠三角地區(qū)珠三角地區(qū)以深圳-廣州為核心，是國(guó)內(nèi)電子整機(jī)的重要生產(chǎn)基地。珠三角地區(qū)圍繞物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造、軟件及系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)，以及應(yīng)用示范領(lǐng)域，重點(diǎn)進(jìn)行核心關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新能力建設(shè)，著眼于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市管理信息化水平提升及農(nóng)村信息技術(shù)應(yīng)用等方面。4、中西部地區(qū)中西部地區(qū)以重慶-成都為核心，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。中西部地區(qū)各重點(diǎn)省市結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)，布局物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，湖北、四川、陜西、重慶、云南等地依托其在科教、人力、產(chǎn)業(yè)資源，構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)體系，重點(diǎn)培育物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)，大力推廣示范工程。第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景第1章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景物聯(lián)網(wǎng)雖然前景廣泛，也受到了國(guó)家的大力政策扶持，但我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展目前還存在著許多不足之處，其中包括：缺乏關(guān)鍵技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)力薄弱；缺乏統(tǒng)一有力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式依然不夠成熟清晰；安全技術(shù)水平不足等。為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流、抓住時(shí)代發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家培養(yǎng)新時(shí)代復(fù)合型人才的相關(guān)號(hào)召，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)人才，為相關(guān)專業(yè)學(xué)生提供物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)的必要性日益突出。習(xí)題與思考題1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)的定義。2. 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)組成是什么？各部分的功能是什么？3. 物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用有哪些？第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)感知層技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其作用是采集物理世界中各種類型的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的感知和識(shí)別，主要包括傳感器技術(shù)、識(shí)別技術(shù)和定位技術(shù)。2.1.1傳感器技術(shù)1.傳感器的發(fā)展歷程（1）第一代傳感器—結(jié)構(gòu)型傳感器第一代傳感器是誕生于20世紀(jì)50年代的結(jié)構(gòu)型傳感器。它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)，例如電阻應(yīng)變傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時(shí)電阻的變化來轉(zhuǎn)化電信號(hào)的（圖2-1）圖2?1第一代傳感器（電阻應(yīng)變傳感器）圖2?2第二代傳感器（紅外線溫度傳感器）第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)（2）第二代傳感器—固體型傳感器第二代傳感器是固體型傳感器。這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，如能夠進(jìn)行聲音感應(yīng)、光感應(yīng)和觸屏的傳感器、雷達(dá)設(shè)備、紅外線傳感器（圖2-2）（3）第三代傳感器—智能傳感器智能傳感器是利用嵌入式技術(shù)將傳感器與微處理器集成在一起，具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能控制與通信功能的智能終端設(shè)備（圖2-3）其具有自學(xué)習(xí)、自診斷、自補(bǔ)償能力，復(fù)合感知能力及靈活的通信能力。智能傳感器在感知物理世界的時(shí)候反饋給物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更全面，可達(dá)到精確感知的目的。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)2.常見傳感器（1）熱敏傳感器熱敏傳感器是目前應(yīng)用較為廣泛地一種傳統(tǒng)傳感器，通過利用傳感器的元件性能會(huì)隨著環(huán)境溫度變化而發(fā)生變化的原理來進(jìn)行工作（如熱電效應(yīng)等）。熱敏傳感器主要應(yīng)用在溫度測(cè)量方面，有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。目前市面上用的比較多的熱敏傳感器主要有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器等。（2）光敏傳感器光敏傳感器也稱光電式傳感器或光電器件，是一種基于光電效應(yīng)制成的傳感器。其主要工作原理是將待測(cè)量的量變化轉(zhuǎn)化為光量的變化，進(jìn)而通過光敏元件轉(zhuǎn)化為電量的變化。常見的光敏傳感器主要有光電池、光電管、光敏電阻等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)（3）第三代傳感器—智能傳感器智能傳感器是利用嵌入式技術(shù)將傳感器與微處理器集成在一起，具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能控制與通信功能的智能終端設(shè)備（圖2-3）其具有自學(xué)習(xí)、自診斷、自補(bǔ)償能力，復(fù)合感知能力及靈活的通信能力。智能傳感器在感知物理世界的時(shí)候反饋給物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更全面，可達(dá)到精確感知的目的。圖2-3第三代傳感器（智能傳感器）（4）磁敏傳感器磁敏傳感器是一種主要借助霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)或電磁感應(yīng)定律來將待測(cè)物體由運(yùn)動(dòng)等因素發(fā)生的磁物理量的變化轉(zhuǎn)化為電物理量變化的傳感器。磁敏傳感器主要應(yīng)用于待測(cè)物體的電磁場(chǎng)、角速度、加速度、振動(dòng)等方面。磁敏傳感器具有對(duì)環(huán)境溫度較為敏感、結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。2.1感知識(shí)別技術(shù)3.傳感器技術(shù)在智能建造中的應(yīng)用以智慧工地為例，施工現(xiàn)場(chǎng)的傳感器主要用于采集施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息、構(gòu)件的性能、設(shè)備的運(yùn)行等反映施工生產(chǎn)要素狀態(tài)的數(shù)據(jù)，常用的傳感器包括：（1）振弦式傳感器用于支護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測(cè)等（圖2?4）。如振弦式表面應(yīng)變計(jì)、振弦式鋼筋計(jì)和振弦式裂縫計(jì)。圖2-4振弦式傳感器第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)（2）重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器和回轉(zhuǎn)傳感器可被用于塔吊、升降機(jī)等垂直運(yùn)輸機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)塔吊、升降機(jī)發(fā)生超載和碰撞事故進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警（圖2?5）（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器（溫度、濕度、PM2.5、PM10、噪聲、風(fēng)速等）負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測(cè)。（4）煙霧感應(yīng)傳感器主要用于現(xiàn)場(chǎng)防火區(qū)域的消防監(jiān)測(cè)。（5）紅外線傳感器主要用于周界入侵的監(jiān)測(cè)。（6）運(yùn)動(dòng)傳感器既可以用于施工機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，記錄機(jī)械運(yùn)行軌跡和效率，也可以進(jìn)行勞動(dòng)人員運(yùn)動(dòng)和職業(yè)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-5塔吊上的傳感器應(yīng)用2.1感知識(shí)別技術(shù)（6）運(yùn)動(dòng)傳感器既可以用于施工機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，記錄機(jī)械運(yùn)行軌跡和效率，也可以進(jìn)行勞動(dòng)人員運(yùn)動(dòng)和職業(yè)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。2.1.2識(shí)別技術(shù)對(duì)物理世界的識(shí)別是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎(chǔ)，常用的識(shí)別技術(shù)有二維碼、無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、條形碼、圖像和視頻識(shí)別等。本節(jié)重點(diǎn)介紹RFID技術(shù)和圖像視頻識(shí)別技術(shù)。1.RFID技術(shù)RFID是通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)的無線通信技術(shù)。該技術(shù)不僅無須在識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，而且能在多種惡劣環(huán)境下進(jìn)行信息傳輸，因此，在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中有著重要的意義。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)RFID由電子標(biāo)簽、讀寫器和應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。電子標(biāo)簽由天線、耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼（圖2?6）。讀寫器讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式讀寫器或固定式讀寫器（圖2?7）。應(yīng)用軟件系統(tǒng)把接收的數(shù)據(jù)進(jìn)一步的處理成人們所需要的數(shù)據(jù)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)

圖2?6RFID標(biāo)簽

圖2?7讀寫器2.1感知識(shí)別技術(shù)RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：讀取性強(qiáng)，非接觸識(shí)別；讀寫速度快，大多數(shù)情況不到100ms；抗污染能力和耐久性高；可重復(fù)使用，RFID標(biāo)簽可重復(fù)增刪改，方便信息更新；信息容量大，RFID能夠適應(yīng)容量需求增加的趨勢(shì)；安全性強(qiáng)等。RFID在構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝追蹤、施工安全管理、進(jìn)度檢測(cè)等方面有著越來越廣泛的應(yīng)用，可以與BIM技術(shù)等建筑信息技術(shù)結(jié)合，在多個(gè)方面提高施工管理水平。如：將RFID用于身份識(shí)別、人員管理、預(yù)制構(gòu)件和危險(xiǎn)物品追蹤等（圖2?8）；將RFID技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場(chǎng)管理內(nèi)容，基于RFID形成全新的施工管理內(nèi)容。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)

RFID標(biāo)簽定位構(gòu)件RFID標(biāo)簽定位構(gòu)件圖2?8RFID在智慧工地的應(yīng)用2.1感知識(shí)別技術(shù)2.圖像和視頻識(shí)別技術(shù)圖像視頻識(shí)別技術(shù)是指對(duì)圖像或視頻進(jìn)行對(duì)象識(shí)別，以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)像的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域，近年來隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，視頻和圖像識(shí)別技術(shù)的水平有了大幅提升，該技術(shù)也在各領(lǐng)域有了廣泛深入的應(yīng)用。在智能建造框架下，圖像和視頻是信息的重要來源之一。以智慧工地為例，部分圖像和視頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用在施工現(xiàn)場(chǎng)。通過施工現(xiàn)場(chǎng)布置的攝像頭獲取視頻信號(hào)，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理和分析，應(yīng)用于人臉識(shí)別考勤、安全帽和危險(xiǎn)行為識(shí)別輔助安全管理等（圖2?9）。圖像識(shí)別技術(shù)的另一典型應(yīng)用是二維碼的識(shí)別，將構(gòu)件信息、工程信息等存儲(chǔ)在二維碼中，通過掃描識(shí)別讀取，顯著提升了智能建造生產(chǎn)、施工和運(yùn)維管理的效率。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-9圖像/視頻識(shí)別安全帽2.1感知識(shí)別技術(shù)2.1.3定位技術(shù)主要有衛(wèi)星定位、基站定位、Wi-Fi定位、藍(lán)牙定位、紅外線定位、超寬帶定位、RFID定位、Zigbee定位和超聲波定位，其中前兩種適用于室外定位，后幾種適用于室內(nèi)定位。1.室外定位（1）衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位是通過接收太空中衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)進(jìn)行定位（圖2?10），包括美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）、歐盟的Galileo（伽利略）、我國(guó)的北斗等，其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)，我國(guó)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)也逐漸成熟。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-10衛(wèi)星定位系統(tǒng)（2）基站定位基站定位是指利用手機(jī)通信的蜂窩基站進(jìn)行定位，通過電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息。相比于衛(wèi)星定位，基站定位有定位速度更快和受天氣的影響較小的優(yōu)點(diǎn)。2.1感知識(shí)別技術(shù)2.室內(nèi)定位（1）Wi-Fi定位該技術(shù)主要有兩種方法，幾何測(cè)距法和位置指紋法，前者利用信號(hào)傳播模型進(jìn)行位置估計(jì)，后者通過創(chuàng)建信號(hào)強(qiáng)度與位置坐標(biāo)的指紋庫(kù)進(jìn)行定位，相比前者定位精度更高且更易部署。Wi-Fi定位精度可達(dá)到米級(jí)。（2）藍(lán)牙定位該技術(shù)定位原理和Wi-Fi定位原理類似，包括測(cè)距法和指紋匹配法，藍(lán)牙定位的精度比Wi-Fi定位精度高，達(dá)到亞米級(jí)。藍(lán)牙室內(nèi)定位最大的優(yōu)勢(shì)是設(shè)備體積小、成本低、部署簡(jiǎn)單。藍(lán)牙定位不受視距的影響，但易受到環(huán)境影響，穩(wěn)定性稍差。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)（3）RFID定位該技術(shù)通過非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，同樣可以采用近鄰法、多變定位法、接收信號(hào)強(qiáng)度等方法確定標(biāo)簽所在位置。RFID定位的優(yōu)勢(shì)是成本低、精度相對(duì)較高，而缺點(diǎn)是作用距離短、不具備通信能力、定位速度較慢。（4）紅外線定位該技術(shù)是通過紅外線發(fā)射器和接收器完成，一種是通過幾何測(cè)距方式，通過測(cè)量傳感器和信號(hào)源之間的距離和角度估算目標(biāo)的位置，另一種是運(yùn)用紅外線組網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)定位。紅外線定位具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是距離短、僅限直線傳輸，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，可與其他定位技術(shù)結(jié)合互補(bǔ)。此外，ZigBee、超聲波定位、超寬帶定位等也可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知識(shí)別技術(shù)3.定位技術(shù)在智能建造中的應(yīng)用室外定位技術(shù)在包括高層建筑、港口工程、橋梁等施工的定位觀測(cè)和施工測(cè)量有著廣泛的應(yīng)用，如構(gòu)件、人員和機(jī)械設(shè)備的定位跟蹤，大地測(cè)量等。利用室內(nèi)定位技術(shù)，可對(duì)構(gòu)件工廠和施工現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)中構(gòu)件、物料、人員、機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，定位信息可被應(yīng)用于構(gòu)件管理、人員管理、安全管理等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)信息傳輸技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中流砥柱，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，借由信息傳輸技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)得以向上傳輸，用戶在計(jì)算機(jī)中的命令與操作也得以向下傳遞。這里將分別從有線與無線兩個(gè)角度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的一系列常用的信息傳輸技術(shù)及與這些技術(shù)相關(guān)的硬件接口設(shè)備做一些簡(jiǎn)單的介紹。2.2.1常用的有線信息傳輸技術(shù)信息傳輸技術(shù)中涉及到的通信方式和協(xié)議繁多，本節(jié)主要介紹常用的有線通信方式以太網(wǎng)、串口通信、USB、M-Bus、PLC，以及常用通信協(xié)議TCP、OPC、MQTT、Modbus等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)1.以太網(wǎng)以太網(wǎng)（Ethernet）是目前最普遍的一種局域網(wǎng)通信技術(shù)，IEEE組織的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問控制的內(nèi)容。以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介，根據(jù)速度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbps）、快速以太網(wǎng)（100Mbps）、千兆以太網(wǎng)（1000Mbps）等。以太網(wǎng)使用最為廣泛的物理層網(wǎng)絡(luò)接口是RJ45接口，如圖2-11所示。RJ45接口主要由插頭（接頭、水晶頭）和插座（模塊）組成。RJ45信息模塊有T-568A與T-568B兩種結(jié)構(gòu)類型：第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-11RJ45接口在T-568A中，與之相連的8根線連線從左到右依次為：白綠、綠、白橙、藍(lán)、白藍(lán)、橙、白棕、棕；在T-568B中，與之相連的8根線從左到右依次為：白橙、橙、白綠、藍(lán)、白藍(lán)、綠、白棕、棕。其中定義的差分傳輸線分別是白橙色和橙色線纜、白綠色和綠色線纜、白藍(lán)色和藍(lán)色線纜、白棕色和棕色線纜。與RJ45接口連接的網(wǎng)線分為交叉網(wǎng)線和直連網(wǎng)線。交叉網(wǎng)線是指一端按照T-568A標(biāo)準(zhǔn)、另一端按照T-568B標(biāo)準(zhǔn)連接的網(wǎng)線。而直連網(wǎng)線是指網(wǎng)線兩端都是按T-568A標(biāo)準(zhǔn)或T-568B標(biāo)準(zhǔn)連接的網(wǎng)線。同層的設(shè)備連接，一般使用交叉網(wǎng)線，不同層設(shè)備的連接，一般使用直連網(wǎng)線。2.2信息傳輸技術(shù)2.串口通信RS-232接口是最早誕生且常用的串行通信接口，這種通信方式的數(shù)據(jù)編碼的各位并不是同時(shí)發(fā)送，而是按照一定的順序，逐個(gè)地在信道中傳送和接收的，因而這種通信傳輸方式也被稱為逐位傳輸（Bit-by-BitTransmission）。在串行通信中，數(shù)據(jù)的每一位按照順序逐個(gè)在傳輸線路中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相較于其他傳輸方式傳輸速度較慢，但實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。RS-232接口是其他串行接口的前身和基礎(chǔ)，也被稱為“標(biāo)準(zhǔn)接口”。RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)最早于1970年由美國(guó)電子協(xié)會(huì)聯(lián)合其他相關(guān)廠家共同制定，最早依靠于電話線作為傳輸媒介，數(shù)據(jù)傳輸依賴于公共電話網(wǎng)絡(luò)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)最早RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)采用了25腳的DB-25連接器，而后簡(jiǎn)化為了DB-9連接器，因而，RS-232接口有9針串口和25針串口兩種類型，目前，25針串口的使用已經(jīng)相對(duì)較少，較為通用的為9針串口，如圖2-12所示，在連接時(shí)采用一對(duì)DB9公頭與DB9母頭。其各個(gè)針腳的定義與功能如表2-1所示。RS-232分為三線制與九線制，兩種線制的不同在于采用線數(shù)量不同，九線制為全部9個(gè)引腳組成，三線制為第2、3、5引腳組成。九線制相較于三線制除去用線數(shù)量更多外，通訊可靠性更高。RS-232的連接方式可以分為交叉連與直連，交叉連常用于距離較短的近程連接，直連常用于距離較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程連接（一般是通信距離超過15米，需要使用延長(zhǎng)線的時(shí)候）。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)針腳編號(hào)針腳定義功能1DCB載波檢測(cè)DCE接收到遠(yuǎn)程載波信號(hào)2RXD接受數(shù)據(jù)*DTE接收串行數(shù)據(jù)端3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)*DTE發(fā)送串行數(shù)據(jù)端4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTE準(zhǔn)備就緒5SG（GND）信號(hào)地線*信號(hào)接地端6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DCE準(zhǔn)備就緒7RTS請(qǐng)求發(fā)送DTE請(qǐng)求發(fā)送8CTS清除發(fā)送DCE已準(zhǔn)備好接收（清除發(fā)送）9RI振鈴提示DCE與線路接通，出現(xiàn)振鈴圖2-12RS-232的9針接口表2-1針腳編號(hào)及其針腳定義2.2信息傳輸技術(shù)傳統(tǒng)的RS-232接口有抗干擾性差、傳輸距離端、傳輸速度慢、電平偏高等缺點(diǎn)，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)為了解決這一系列問題，于1980年提出了RS-422標(biāo)準(zhǔn)，RS-422采用了平衡差分技術(shù)以取代原來RS-232的單端傳輸，信號(hào)抗干擾能力相較于RS-232更強(qiáng)。RS-422接口標(biāo)準(zhǔn)一般有TXA、TXB、RXA、RXB和信號(hào)地共五根線，因?yàn)橐话悴皇褂霉驳鼐€，使得共模干擾被減到了最小，傳輸距離與傳輸速度都有了顯著的增加，最大傳輸距離可增加約至1219米，最大速率可增加至10Mbps，傳輸距離與傳輸速度成反比。RS-422可以以全雙工工作。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-13RS-485接口2.2信息傳輸技術(shù)RS-485接口是一種非常常見的使用了串行通信的通信接口。RS-485接口是在RS-422接口的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型接口，因而其許多的電氣規(guī)定都與RS-422相仿，是一個(gè)定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)。RS-485可以采用兩線制接線，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)雙向通信（RS-232只能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向通信），但只能以半雙工方式工作。RS-485最大傳輸距離為1219m，最大傳輸速率為10Mb/s，RS-485的傳輸距離和傳輸速率成反比。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)3.USBUSB（UniversalSerialBus），即通用串行總線，是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備的一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，USB接口有“萬能接口”之稱，包括USBType-A、USBType-B、Mini-USB、Micro-USB、USBType-C等。每種物理形態(tài)還有不同的傳輸協(xié)議，比如USB1.x、USB2.0、USB3.x等。2019年，USB4發(fā)布，傳輸速度能達(dá)到40Gbps，統(tǒng)一使用USBType-C接口。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)4.M-BusM-Bus全稱為Meter-Bus，是一種2線制的總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于一棟建筑、一個(gè)園區(qū)內(nèi)熱表、水表等公用事業(yè)儀表的組網(wǎng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，是屬于局域網(wǎng)的一種，采用了總線形拓?fù)浣M網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要運(yùn)用于建筑物和工業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)采集等。M-Bus具有可靠性高、低成本、遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)連接（可連接上百個(gè)儀器）的特點(diǎn)。M-Bus以半雙工方式工作，M-Bus通信示意圖如圖2-14所示。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-14M-Bus通信示意圖2.2信息傳輸技術(shù)5.PLCPLC即可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）的簡(jiǎn)稱，是一種數(shù)字運(yùn)算電子操作系統(tǒng)裝置，主要運(yùn)用于自動(dòng)化控制，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存以進(jìn)行存儲(chǔ)和執(zhí)行。PLC可分為小型、中型、大型，分類依據(jù)為其輸入輸出口的數(shù)量，即I/O點(diǎn)數(shù)，不同類型的PLC結(jié)構(gòu)和原理均大致相同。PLC以微處理器為核心，靠硬件軟件支持實(shí)現(xiàn)功能，一個(gè)PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器（系統(tǒng)存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器）、電源部件、輸入接口、輸出接口與外部接口等組成（如圖2-15），其中輸入接口主要包括了各種開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、模擬量輸入、傳感器等，輸入接口與微處理器間通常用光電隔離裝置隔離；輸出接口主要包括了照明、電磁裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；外設(shè)接口主要包括了外存儲(chǔ)器、條碼讀入器、編程器、監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-16PLC的工作工程圖

圖2-15PLC基本組成示意圖2.2信息傳輸技術(shù)PLC的工作過程大致可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)主要部分（如圖2-16），三個(gè)部分被視為一個(gè)掃描周期，PLC的CPU在工作期間重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。在輸入采樣階段，PLC依次掃描輸入狀態(tài)和輸入數(shù)據(jù)變量并進(jìn)行存儲(chǔ)，經(jīng)過輸入接口輸入到主機(jī)中去，在主機(jī)中經(jīng)過處理后，處理結(jié)果以輸出變量的形式寫入輸出寄存器，最后以驅(qū)動(dòng)輸出。PLC采用了大規(guī)模集成電路與微處理器，減少了系統(tǒng)器件數(shù)，使用了大量模塊化設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了一系列的隔離和抗干擾措施，具有保護(hù)電路與自診斷功能，這使得PLC具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)各種環(huán)境、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)PLC也采用了梯形圖編程語(yǔ)言，編程簡(jiǎn)單易于操作。PLC的體積也較小，安裝方便，有利于機(jī)電一體化。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)6.VPNVPN（VirtualPrivateNetwork）技術(shù)，即虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其是通過利用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)和使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。VPN與傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別主要在于傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)是基于端到端之間的物理連接，而VPN則是架構(gòu)在公用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。因而相較于傳統(tǒng)的專網(wǎng)，VPN成本更為低廉，不受距離和地域限制，但安全性可能較差一些。VPN的工作原理主要如圖2-17所示。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-17VPN工作原理2.2信息傳輸技術(shù)7.TCPTCP（TransmissionControlProtocol）技術(shù)，即傳輸控制協(xié)議技術(shù)，是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議技術(shù)。創(chuàng)造TCP協(xié)議的意義主要就是為了在傳遞信息時(shí)常常出現(xiàn)各種不可靠情況的互聯(lián)網(wǎng)上提供一種相對(duì)可靠的、抗干擾性強(qiáng)的專門用于端到端字節(jié)流的傳輸協(xié)議。TCP是一種面向廣域網(wǎng)的通信協(xié)議，其設(shè)計(jì)目的是為了跨越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)TCP協(xié)議的主要工作原理就是在其上層的應(yīng)用層向傳輸層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)?、?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流時(shí)，將這些數(shù)據(jù)流分割成適當(dāng)長(zhǎng)度的報(bào)文段，之后再將處理好的數(shù)據(jù)包向下傳給網(wǎng)絡(luò)層，并通過網(wǎng)絡(luò)層將處理過的數(shù)據(jù)包傳送給接收端的TCP傳輸層。

TCP協(xié)議為了保證報(bào)文傳輸?shù)目煽浚瑫?huì)給每個(gè)數(shù)據(jù)包分配一個(gè)序號(hào)，然后接收端實(shí)體的傳輸層每成功收到的一次字節(jié)就發(fā)回一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)（ACK）；依據(jù)發(fā)回確認(rèn)的往返延遲（RTT），發(fā)送端實(shí)體會(huì)判定包是否丟失并決定是否重新傳送可能已經(jīng)丟失的包?！皯?yīng)用層”、“傳輸層”、“網(wǎng)絡(luò)層”等詞來自于TCP/IP協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)劃分。TCP/IP協(xié)議指的是一種能夠在多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇，是網(wǎng)絡(luò)世界中應(yīng)用最為基本的協(xié)議第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)TCP/IP協(xié)議是一個(gè)有著四層體系結(jié)構(gòu)的協(xié)議，從上到下四層結(jié)構(gòu)為：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。這一劃分來源于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在1978年提出了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”，即著名的OSI/RM模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel），劃分的目的是為了使不同計(jì)算機(jī)廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP協(xié)議對(duì)這一模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化將原來七層的劃分簡(jiǎn)化為了四層（一說五層分法，即在數(shù)據(jù)鏈路層下增加一個(gè)物理層）。體系中的每一層都有其對(duì)應(yīng)的協(xié)議與硬件設(shè)備，且每一層都向上一層提供服務(wù)，同時(shí)又是下一層的用戶，具體如圖2-18所示。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-18TCP/IP協(xié)議簇的分層、主要協(xié)議與對(duì)應(yīng)硬件設(shè)備2.2信息傳輸技術(shù)應(yīng)用層的主要協(xié)議有Telnet、FTP、SMTP等，是用來接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)或者按不同應(yīng)用要求與方式將數(shù)據(jù)傳輸至傳輸層；傳輸層的主要協(xié)議有UDP、TCP，是使用者使用平臺(tái)和計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)合的通道，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)共享；網(wǎng)絡(luò)層的主要協(xié)議有ICMP、IP、IGMP，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的傳送等；而網(wǎng)絡(luò)訪問層，也叫網(wǎng)絡(luò)接口層或數(shù)據(jù)鏈路層，主要協(xié)議有ARP、RARP，主要功能是提供鏈路管理錯(cuò)誤檢測(cè)、對(duì)不同通信媒介有關(guān)信息細(xì)節(jié)問題進(jìn)行有效處理等。8.BacnetBacnet（Buildingautomationandcontrolnetworks）技術(shù)，即樓宇自動(dòng)化與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種常用于智能建筑的通信協(xié)議技術(shù)。這一通信協(xié)議主要針對(duì)智能建筑及其第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)控制系統(tǒng)，可用于建筑的暖通、照明、門禁、空調(diào)等系統(tǒng)及其相應(yīng)的設(shè)備，具有成本低廉、部署簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。Bacnet的物理層通信接口種類繁多，包括了RS-232、RS-485、以太網(wǎng)絡(luò)接口等。9.OPCOPC（OLEforProcessControl）技術(shù)，即用于過程控制的OLE技術(shù)，是一項(xiàng)應(yīng)用于自動(dòng)化及其他行業(yè)的數(shù)據(jù)安全交換客戶操作性標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)廠商設(shè)備間信息的無縫傳遞，且獨(dú)立于平臺(tái)。OPC是為了連接數(shù)據(jù)源（OPC服務(wù)器）和數(shù)據(jù)的使用者（OPC應(yīng)用程序）之間的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)源可以是PLC，DCS，條形碼讀取器等控制設(shè)備。隨隨控制系統(tǒng)構(gòu)成的不同，作為數(shù)據(jù)源的OPC服務(wù)器既可以是和OPC應(yīng)用程序在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的本地OPC服務(wù)器，也可以是在另外的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)遠(yuǎn)程OPC服務(wù)器。OPC協(xié)議支持多種物理層接口應(yīng)用。10.MQTTMQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）技術(shù)，即消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議技術(shù)，是一種基于客戶端與服務(wù)器的消息發(fā)布、訂閱傳輸協(xié)議。該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，面向性能較差、計(jì)算能力有限的遠(yuǎn)程設(shè)備與較差的網(wǎng)絡(luò)情況設(shè)計(jì)的。這一協(xié)議的正常工作有賴于一個(gè)消息中間件。MQTT協(xié)議支持多種物理層接口應(yīng)用。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)11.ModbusModbus是一種串行通信協(xié)議，是由施耐德電氣公司為使用PLC通信而發(fā)表的一種協(xié)議。目前，Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，是工業(yè)電子設(shè)備之間的常用連接方式。Modbus通信協(xié)議相較于其他通信協(xié)議，具有易于部署和維護(hù)、沒有版權(quán)要求等特點(diǎn)。Modbus通信協(xié)議允許多個(gè)設(shè)備在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上連接通信。Modbus常用的物理接口協(xié)議為RS-485接口。2.2.2常用的無線信息傳輸技術(shù)常用的無線物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸技術(shù)主要有NB-IOT、Zigbee、LoRa、Wi-Fi、藍(lán)牙、4G/5G等，下面將一一進(jìn)行介紹。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)1.NB-IOTNB-IOT（Narrow-BandInternetofThings）技術(shù)，即窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是一種基于現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的使用LTE（LongTermEvolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）的無線通信技術(shù)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)使用了窄帶通信技術(shù)，因而具有抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。NB-IOT可以直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMIS網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)。NB-IOT也是低功耗廣域網(wǎng)（LowPowerWideAreaNetWork，LPWAN）中的重要一員。低功耗廣域網(wǎng)指的是一種覆蓋廣泛、成本低廉、部署簡(jiǎn)單，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)大連接的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，其具有窄帶、低速率、低功耗、低成本、高容量、廣覆蓋等特點(diǎn)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)NB-IOT技術(shù)由3GPP負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化，它的射頻寬度為180kHZ左右。NB-IOT使用了License頻段，主要有3種部署方式，具體為獨(dú)立部署、保護(hù)帶內(nèi)部署和帶內(nèi)部署（如圖2-19）。獨(dú)立部署主要指在重耕GSM頻段部署，GSM信道帶寬相較于NB-IOT帶寬略大，可以為NB-IOT提供部署空間；保護(hù)帶部署主要指將NB-IOT部署于LTE的邊緣保護(hù)頻帶的沒有使用的部分；帶內(nèi)部署即將NB-IOT部署在LTE載波資源塊中。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-19NB-IOT部署方式2.2信息傳輸技術(shù)NB-IOT的硬件設(shè)備主要是NB-IOT基站（如圖2-20）與NB卡（如圖2-21）。NB卡主要面向企業(yè)用戶，是三大運(yùn)營(yíng)商（移動(dòng)、聯(lián)通、電信）三網(wǎng)專用號(hào)段，通過專用網(wǎng)元設(shè)備支持短信、無線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音基礎(chǔ)通信服務(wù)，提供通信鏈接管理和終端管理等智能通道服務(wù)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)目前依靠中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信三大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的支持，在我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展較為快速。中國(guó)已建成全球最大NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)主要城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上區(qū)域的連續(xù)覆蓋。根據(jù)相關(guān)官方數(shù)據(jù)及從運(yùn)營(yíng)商獲取的信息，截止2022年9月，中國(guó)電信部署NB-IOT基站數(shù)量超過42萬臺(tái)，在網(wǎng)NB-IOT終端數(shù)1.77億，中國(guó)移動(dòng)部署NB-IOT基站數(shù)35萬，第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)在網(wǎng)NB-IOT終端數(shù)超過1億，中國(guó)聯(lián)通部署基站數(shù)10萬,國(guó)內(nèi)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋率超過97%。NB-IOT目前被廣泛的應(yīng)用在電網(wǎng)、交通、醫(yī)院、工農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-20NB-IOT基站圖2-21NB卡2.2信息傳輸技術(shù)2.LoRaLoRa（LongRange）是美國(guó)Seamtech公司的私有物理層技術(shù)，主要采用了窄帶擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高。LoRa使用了線性擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，使得其通信距離在空曠區(qū)域異常的遠(yuǎn)。LoRa也是低功耗廣域網(wǎng)的代表性技術(shù)，具有功耗低、成本低、易于部署、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)。LoRa技術(shù)被公共網(wǎng)絡(luò)、私有網(wǎng)絡(luò)和混合網(wǎng)絡(luò)所利用，可以提供比蜂窩網(wǎng)絡(luò)更廣的范圍。LoRa設(shè)備的部署可以簡(jiǎn)單集成到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中。LoRa網(wǎng)絡(luò)也具有自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率（ADR），即通過改變實(shí)際速率來確?？煽康臄?shù)據(jù)包傳送、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能和終端節(jié)點(diǎn)容量規(guī)模。LoRa利用終端識(shí)別標(biāo)識(shí)（DevEUI）、應(yīng)用標(biāo)識(shí)（AppEUI）和AES-128應(yīng)用密鑰的肖像權(quán)加密機(jī)制也能有效保證LoRa網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?。?章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)LoRa在我國(guó)起步相對(duì)而言較晚，但也發(fā)展迅速，2022年北京冬奧會(huì)的開幕式表演中就運(yùn)用了LoRa低延遲控制系統(tǒng)（如圖2-22）。目前，LoRa技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建筑、消防、農(nóng)業(yè)、物流領(lǐng)域。一個(gè)完整的LoRa網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成，即終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器（如圖2-23）。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-22第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-23LoRa網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)2.2信息傳輸技術(shù)3.ZigbeeZigbee中文譯名“紫蜂”，是一種基于蜜蜂間的交流方式研究發(fā)明的一種近距離無線通信技術(shù)。Zigbee無線通信技術(shù)主要基于大量的微小傳感器，具有低功耗、低成本、低速率、近距離、低延遲、高容量等特點(diǎn)。著名的Zigbee聯(lián)盟在2002年成立，主要由英國(guó)的Invensys公司、美國(guó)的摩托羅拉公司、荷蘭的飛利浦公司和日本的三菱電器公司等組成。按照OSI模型，一個(gè)完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)通常分為4層，從下往上依次為物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，物理層和媒體訪問控制層主要由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由Zigbee聯(lián)盟定義。每層負(fù)責(zé)完成規(guī)定的任務(wù)，并且向其上層服務(wù)，各層接口由由定義好的邏輯鏈路來提供服務(wù)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)Zigbee的物理層主要負(fù)責(zé)無線硬件設(shè)備的開關(guān)、能量檢測(cè)、手法數(shù)據(jù)包和信道質(zhì)量評(píng)估；媒體訪問控制層主要負(fù)責(zé)信道訪問控制、信標(biāo)幀發(fā)送、同步服務(wù)和提供可靠的傳輸機(jī)制；網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)的配置；應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)將不同的應(yīng)用映射到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中去。Zigbee技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于家居、工農(nóng)業(yè)和醫(yī)院等。常見的Zigbee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種類型，分別為星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)（如圖2-24）。一個(gè)完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)通常由唯一的一個(gè)協(xié)調(diào)器、復(fù)數(shù)個(gè)路由器與復(fù)數(shù)個(gè)終端設(shè)備組成。其組網(wǎng)方式具有節(jié)點(diǎn)容量大、可以重復(fù)快速自組網(wǎng)等特點(diǎn)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)Zigbee技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)硬件是Zigbee模塊（如圖2-25），這是一種圍繞Zigbee芯片技術(shù)推出的外圍電路。常見的Zigbee模塊都是遵循IEEE802.15.4的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且運(yùn)行在2.4GHZ的頻段上。Zigbee模塊有42個(gè)含復(fù)用的通用數(shù)字輸入輸出口（GPIO），不復(fù)用ADC/DAC/UART/SPI/I2C/CAN功能引腳時(shí)最大為9個(gè)、3個(gè)串行外設(shè)接口（SPI），其中1個(gè)復(fù)用ADC、2個(gè)內(nèi)部集成總線接口（I2C），1個(gè)復(fù)用UART、1個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口（CAN）、4個(gè)串行通信接口（UART），1個(gè)復(fù)用I2C、12個(gè)模擬量輸入通道（ADC），2個(gè)復(fù)用DAC，4個(gè)復(fù)用SPI、2個(gè)模擬量輸出通道（DAC）、8個(gè)16位同步定時(shí)器。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)電氣參數(shù)為：電源：2V-3.6V，典型值：3.3V；模塊總功耗：無線模塊不工作時(shí)平均功耗22-25mW、無線模塊工作時(shí)平均功耗130-135mW、無線模塊工作時(shí)峰值功耗140-150mW；發(fā)射功率：100mW；天線功率：1dBm；接收靈敏度：-97dBm；信道：11to26；第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-24常見的Zigbee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2信息傳輸技術(shù)電流：工作電流小于55mA，待機(jī)電流小于5mA；工作頻段：2.4GISM頻段；環(huán)境溫度：-40~80℃；無線傳輸距離：200-250m（外接5dB鞭狀天線）、300-400m（外接9dB鞭狀天線）；封裝尺寸：38.6×23.2×3mm；重量：5g。電流：工作電流小于55mA，待機(jī)電流小于5mA；工作頻段：2.4GISM頻段；環(huán)境溫度：-40~80℃；無線傳輸距離：200-250m（外接5dB鞭狀天線）、300-400m（外接9dB鞭狀天線）；封裝尺寸：38.6×23.2×3mm；重量：5g。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-25Zigbee模塊2.2信息傳輸技術(shù)Wi-Fi的組網(wǎng)拓?fù)浞绞街饕袃煞N：自組網(wǎng)與基礎(chǔ)網(wǎng)。自組網(wǎng)是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過為需要接入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)、手機(jī)等個(gè)人終端們（站點(diǎn)）分別配備對(duì)應(yīng)的無線網(wǎng)卡或打開其Wi-Fi模塊即可實(shí)際計(jì)算機(jī)之間的連接與共享（如圖2-26）?；A(chǔ)網(wǎng)組網(wǎng)方式是一種結(jié)合了有線局域網(wǎng)與無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式，它的組成同時(shí)需要“站點(diǎn)”與“無線接入點(diǎn)”（即無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者）。通過將無線接入點(diǎn)作為網(wǎng)橋，使接入組網(wǎng)的站點(diǎn)們實(shí)現(xiàn)連接與共享（圖2-27）。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-27Wi-Fi基礎(chǔ)網(wǎng)圖2-26Wi-Fi自組網(wǎng)2.2信息傳輸技術(shù)Wi-Fi功能的實(shí)現(xiàn)主要基于Wi-Fi模塊（圖2-28）。Wi-Fi模塊又名串口Wi-Fi模塊，屬于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層，功能是將串口或TTL電平轉(zhuǎn)為符合Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11b.g.n協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧。Wi-Fi模塊可分為三類：即通用Wi-Fi模塊、路由器Wi-Fi模塊、嵌入式Wi-Fi模塊。Wi-Fi模塊的尺寸為：32mm×20mm×4.5mm。常見的Wi-Fi設(shè)備即Wi-Fi的無線路由器（圖2-29），在無線路由器的無線電波覆蓋范圍內(nèi)都可以采用Wi-Fi連接進(jìn)行上網(wǎng)。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-28Wi-Fi模塊圖2-29無線路由器2.2信息傳輸技術(shù)5.藍(lán)牙藍(lán)牙是目前應(yīng)用非常廣泛的一種開放的用于短距離無線數(shù)據(jù)傳輸和語(yǔ)音通信的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具有低成本、抗干擾性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、安全性較高等特點(diǎn)。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM頻段，使用IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)是由愛立信公司、諾基亞公司、東芝公司、國(guó)際商用機(jī)器公司和英特爾公司于1998年5月聯(lián)合宣布的一種通信技術(shù)。隨著多年的發(fā)展藍(lán)牙已經(jīng)迭代更新到了藍(lán)牙5.4版本，相較于最早的藍(lán)牙1.0版本，藍(lán)牙5.4版本的傳輸速率、傳輸距離、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)均有了大幅度的提升。不同版本藍(lán)牙的性能如表2-2所示。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)表2-2不同版本藍(lán)牙的性能藍(lán)牙版本發(fā)布時(shí)間最大傳輸速率傳輸距離藍(lán)牙1.12002810Kbps10m藍(lán)牙1.220031Mbps10m藍(lán)牙2.0+EDR20042.1Mbps10m藍(lán)牙2.1+EDR20073Mbps10m藍(lán)牙3.0+HS200924Mbps10m藍(lán)牙4.0201024Mbps100m藍(lán)牙4.1201324Mbps100m藍(lán)牙4.2201448Mbps100m藍(lán)牙5.0201648Mbps300m藍(lán)牙5.1201948Mbps300m藍(lán)牙5.2201948Mbps300m藍(lán)牙5.3202148Mbps300m藍(lán)牙5.4202348Mbps300m2.2信息傳輸技術(shù)藍(lán)牙采用了高速跳頻和時(shí)分多址等技術(shù)，讓許多包括手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)在內(nèi)的終端設(shè)備不需要借助于物理鏈接就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)因特網(wǎng)的無線鏈接與資源分享。藍(lán)牙目前被廣泛應(yīng)用于商務(wù)辦公、工農(nóng)業(yè)、軍事、家居等各個(gè)領(lǐng)域。藍(lán)牙功能的實(shí)現(xiàn)基本是基于藍(lán)牙模塊來實(shí)現(xiàn)的（圖2-30）。所謂藍(lán)牙模塊指集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合，一般是由芯片、PCB板、外圍器件構(gòu)成。藍(lán)牙模塊用于無線網(wǎng)絡(luò)通訊，大致可分為三大類型：數(shù)據(jù)傳輸模塊、藍(lán)牙音頻模塊和數(shù)據(jù)傳輸與藍(lán)牙音頻二合一模塊。藍(lán)牙模塊的接口分串行接口、USB接口、數(shù)字IO口、模擬IO口、SPI編程口及語(yǔ)音接口。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-30藍(lán)牙模塊2.2信息傳輸技術(shù)6.4G/5G4G與5G即第四代移動(dòng)通信技術(shù)與第五代移動(dòng)通信技術(shù)（4thGenerationMobileCommunicationTechnology、5thGenerationMobileCommunicationTechnology）。所謂移動(dòng)通信指的就是處于通信中的兩方至少有一方是處于移動(dòng)狀態(tài)下的信息通信，其包括了移動(dòng)用戶與固定用戶之間的信息通信，也包含了移動(dòng)用戶與固定用戶之間的移動(dòng)通信。移動(dòng)通信的成立主要依賴于無線通信技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)第一代移動(dòng)通信技術(shù)主要采用了AMPS、NMT、TACS三種窄帶模擬系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，只能提供基本的語(yǔ)音會(huì)話業(yè)務(wù)，且保密性差，不同系統(tǒng)之間互不兼容；第二代移動(dòng)通信技術(shù)使用了數(shù)字制式，主要采用了GSM與CDMA兩種工作模式，第二代移動(dòng)通信技術(shù)支持傳統(tǒng)語(yǔ)音通信、文字和多媒體短信的傳輸；第三代移動(dòng)通信技術(shù)即3G技術(shù)，其在原先第二代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上還支持更快的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，3G技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)分別是CDMA2000、TD-SCDMA、和W-CDMA。4G通信技術(shù)是在3G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上升級(jí)發(fā)展而來的新一代通信技術(shù)。4G技術(shù)主要集合了3G技術(shù)與WLAN（無線局域網(wǎng)）技術(shù)。相較于3G，4G技術(shù)的傳輸速率更快、應(yīng)用范圍更廣。4G技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括了正交頻分復(fù)用技術(shù)、智能天線應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、MIMO（多輸入多輸出技術(shù)）等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)5G技術(shù)是目前新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，5G技術(shù)相較于4G技術(shù)峰值速率更大、連接頻譜效率更大、時(shí)延更低、支持更快的移動(dòng)通信需求，應(yīng)用前景廣泛。4G與5G等移動(dòng)通信的實(shí)現(xiàn)主要依賴于移動(dòng)通信系統(tǒng)，而其中最為常見且在陸地上覆蓋最廣的就是蜂窩系統(tǒng)。蜂窩系統(tǒng)主要由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)（MS）、基站（BS）、基站控制器（BSC）與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）組成，移動(dòng)臺(tái)即用戶使用的移動(dòng)終端設(shè)備，如手機(jī)等；基站的作用是實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)終端與移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的無線通信；基站控制器負(fù)責(zé)為基站與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心信息交換提供接口；移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)各個(gè)無線小區(qū)間的信息交換、服務(wù)區(qū)內(nèi)外的信息交換和對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)各個(gè)第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.2信息傳輸技術(shù)無線小區(qū)間的信息交換、服務(wù)區(qū)內(nèi)外的信息交換和對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)各個(gè)無線小區(qū)進(jìn)行集中控制管理。蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域通常被劃分為諸多個(gè)無線小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)基站，基站通過有線線路連接到交互中心，具體如圖2-31所示。移動(dòng)通信系統(tǒng)還包括了集群系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2-31蜂窩系統(tǒng)2.3信息處理技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)往往具有海量性、時(shí)效性、多態(tài)性等特點(diǎn)，給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、質(zhì)量控制、智能處理等帶來了極大挑戰(zhàn)。信息處理技術(shù)的目標(biāo)是將傳感器等識(shí)別設(shè)備采集的數(shù)據(jù)收集起來，通過信息的挖掘等手段發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)在聯(lián)系，獲取新的信息，為用戶下一步操作提供支持。當(dāng)前的信息處理技術(shù)有云計(jì)算技術(shù)、智能分析相關(guān)技術(shù)等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理技術(shù)2.3.1云計(jì)算云計(jì)算（Cloudcomputing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序，然后通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。中國(guó)云計(jì)算專家委員給出的定義為：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的計(jì)算資源，并以統(tǒng)一的界面同時(shí)向大量的用戶提供服務(wù)。借助云計(jì)算，資源能夠被快速提供，可以在瞬息之間處理數(shù)以億計(jì)的信息。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理技術(shù)（1）軟件即服務(wù)（Software-as-a-Service，SaaS）將軟件部署到云端，由服務(wù)提供商來維護(hù)和管理軟件，用戶無需購(gòu)買軟件，只需接入互聯(lián)網(wǎng)即可隨時(shí)隨地使用軟件。（2）平臺(tái)即服務(wù)（Platform-as-a-Service，PaaS）提供軟件開發(fā)環(huán)境的一種服務(wù)。PaaS服務(wù)使得軟件開發(fā)人員可以在廠商提供的平臺(tái)基礎(chǔ)上定制開發(fā)自己的應(yīng)用程序并傳遞給其他客戶，不需購(gòu)買服務(wù)器等設(shè)備。（3）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure-as-a-Service，IaaS）把由多臺(tái)服務(wù)器組成的基礎(chǔ)設(shè)置提供給客戶，用戶可以付費(fèi)使用一定數(shù)量的硬件設(shè)施，如內(nèi)存、硬盤、CPU等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理技術(shù)在智能建造發(fā)展過程中，云計(jì)算是不可或缺的應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的收集和傳輸，需要進(jìn)行信息的協(xié)同、數(shù)據(jù)的處理和資源的共享，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，需要大量的計(jì)算能力。因此，云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力和計(jì)算資源共享，將幫助提供智能建造所需的計(jì)算處理能力。云計(jì)算環(huán)境下施工現(xiàn)場(chǎng)管理運(yùn)行機(jī)制如圖2?32所示。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)圖2?322.3信息處理技術(shù)2.3.2機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)通過向機(jī)器輸入樣本數(shù)據(jù)使機(jī)器自主學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，是人工智能技術(shù)中一個(gè)重要分支。監(jiān)督式學(xué)習(xí)、半監(jiān)督式學(xué)習(xí)和非監(jiān)督式學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的三種典型學(xué)習(xí)方式。監(jiān)督式學(xué)習(xí)常用于數(shù)據(jù)擬合和分類，需要帶標(biāo)簽的訓(xùn)練樣本信息；半監(jiān)督式學(xué)習(xí)所使用的訓(xùn)練樣本信息不完整，部分樣本有標(biāo)簽而部分沒有；非監(jiān)督式學(xué)習(xí)需要的訓(xùn)練樣本只有特征無標(biāo)簽，可進(jìn)行數(shù)據(jù)降維、聚類等。以建筑智慧運(yùn)維為例，感知識(shí)別技術(shù)收集了建筑使用過程的大量數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、學(xué)習(xí)，從數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律，提供預(yù)測(cè)和分類結(jié)果，用于各種建筑運(yùn)維管理決策。例如，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集建筑內(nèi)部的視頻信號(hào)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、客流統(tǒng)計(jì)、車牌識(shí)別等功能，輔助門禁和通道狀態(tài)決策。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理技術(shù)2.3.3決策理論決策理論通過把系統(tǒng)理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科綜合起來，運(yùn)用于管理決策問題。例如，在建設(shè)項(xiàng)目管理中，基于模糊決策理論和多屬性決策的施工招投標(biāo)評(píng)標(biāo)、工程質(zhì)量以及工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的排序。決策者的最終決策還受到眾多影響因素，如感知效用、認(rèn)知偏差、多目標(biāo)權(quán)衡等。決策理論和方法就將為建筑項(xiàng)目管理者提供科學(xué)的決策過程支持。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.3.4BIM+物聯(lián)網(wǎng)BIM與物聯(lián)網(wǎng)的集成應(yīng)用，實(shí)質(zhì)上是建筑全過程信息的集成與融合。BIM技術(shù)發(fā)揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則承擔(dān)底層信息感知、采集、傳遞、監(jiān)控的功能。二者集成應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)建筑全過程“信息流閉環(huán)”，實(shí)現(xiàn)虛擬信息化管理與實(shí)體環(huán)境硬件之間的有機(jī)融合。將物聯(lián)網(wǎng)采集、處理、分析的數(shù)據(jù)結(jié)合BIM模型實(shí)現(xiàn)智能建造數(shù)字孿生場(chǎng)景的構(gòu)建，輔助優(yōu)化管理決策。2.4信息安全技術(shù)信息安全問題是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代十分重要的議題，安全和隱私問題也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)除面臨一般信息網(wǎng)絡(luò)的物理安全、運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)安全等問題外，還面臨特有的威脅和攻擊，如物理俘獲、傳輸威脅、阻塞干擾、信息篡改等。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5.1編程語(yǔ)言C#是微軟公司為visualstudio開發(fā)平臺(tái)發(fā)布的一種基于C和C++的簡(jiǎn)潔、安全、面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言（如圖2-33）?？梢杂眠@套語(yǔ)言編寫運(yùn)用于.netframework和.netcore的各種應(yīng)用程序。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件圖2-33C#語(yǔ)言logoC#編程語(yǔ)言最早由微軟公司的安格斯·海爾斯伯格在2001年主持開發(fā)而成并得以正式發(fā)布，是第一款面向組件的編程語(yǔ)言，它的源碼會(huì)編譯成msil再運(yùn)行。C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)時(shí)就提出了“簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、通用”的要求。C#最早僅支持在微軟自家的windows平臺(tái)上開發(fā)與使用，但隨著C#不斷更新迭代，目前最新的C#11.0版本已經(jīng)可以在包括了Mac、Linux等多個(gè)不同操作系統(tǒng)上使用。目前，C#語(yǔ)言被廣泛運(yùn)用到了幾乎所有的領(lǐng)域，包括游戲軟件的開發(fā)、智能手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)、操作系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)、桌面應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等均能運(yùn)用到C#。Java是由SunMicrosystems公司的詹姆斯高斯林開發(fā)的一款面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言（圖2-34）。Java語(yǔ)言吸收了C語(yǔ)言和C++語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)，且十分可靠。目前Java語(yǔ)言被廣泛地運(yùn)用于各種桌面軟件、網(wǎng)絡(luò)程序編程等。Java分為三個(gè)版本，及JavaSE、JavaEE和JavaME：第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件圖2-34JAVA語(yǔ)言logo①JavaSE（即JavaPlatform，StandardEdition，Java標(biāo)準(zhǔn)版）也稱為J2SE，是一種主要用于桌面軟件的編程，允許開發(fā)和部署在桌面、服務(wù)器、嵌入式環(huán)境和實(shí)時(shí)環(huán)境中使用，JavaSE是基礎(chǔ)包，為JavaEE提供基礎(chǔ)；②JavaEE（即JavaPlatform，EnterpriseEdition，Java企業(yè)版）也稱為J2EE，主要用于分布式的網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)，可以幫助開發(fā)和部署可移植的、健壯的，可伸縮的、安全帶服務(wù)器端Java應(yīng)用程序，Java企業(yè)版是在Java基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的，可以提供web服務(wù)、帶服務(wù)器端Java應(yīng)用程序，Java企業(yè)版是在Java基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的，可以提供web服務(wù)、組件模型、管理和通信API，可以用于實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)和web2.0應(yīng)用程序；第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件③JavaME（即JavaPlatform，MicroEdition，Java平臺(tái)微型版）也稱為J2ME，主要用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與移動(dòng)設(shè)備的開發(fā)，旨在為嵌入式設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用程序提供一個(gè)靈活、健壯的開發(fā)環(huán)境。JavaME具有健壯的安全模式和許多的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也對(duì)可以動(dòng)態(tài)下載的聯(lián)網(wǎng)或離線應(yīng)用程序提供支持。2.5.2架構(gòu)設(shè)計(jì)軟件搭建物聯(lián)網(wǎng)的第一步就是確立整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)，我們這里使用微軟公司的MicrosoftOfficeVisio軟件以輔助這一過程的進(jìn)行。MicrosoftOfficeVisio軟件是微軟公司為Windows操作系統(tǒng)出品的一款流程圖是矢量繪圖軟件這一款軟件是MicrosoftOffice系列軟件的一個(gè)部分。在2000年被微軟公司收購(gòu)后正式成為微軟公司旗下的一款產(chǎn)品。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件2-35MicrosoftOfficeVisio軟件界面第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5.3物聯(lián)網(wǎng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)軟件物聯(lián)網(wǎng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)軟件主要是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（computeraideddesign），即CAD軟件進(jìn)行的。目前智能建造領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)常用的CAD軟件是來自于歐特克公司（Autodesk）的AutoCAD軟件。這款軟件可用于二維、三維圖形繪制編輯與圖形設(shè)計(jì)，是目前世界上廣為流行的一款繪圖軟件，可以基于多種操作系統(tǒng)運(yùn)行。AutoCAD的文件標(biāo)準(zhǔn)格式為dwg，交換格式為dxf，樣板文件格式為dwt。CAD2021軟件界面如圖2-36。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件圖2-36CAD2021軟件界面第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5.4數(shù)據(jù)庫(kù)軟件物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中可能用到多種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括MySQL、SQLserver、Oracle等，下面將依次進(jìn)行介紹。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，由瑞典的MySQL公司開發(fā)，是最為流行的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)之一。SQLserver是由微軟公司推出的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件，使用了集成的BI工具提供企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)管理，為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)提供了安全可靠的存儲(chǔ)功能。SQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)主要基于微軟公司的Windows操作系統(tǒng)，具有可伸縮性好、相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)，面向于大型企業(yè)使用。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是甲骨文公司的一款關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有系統(tǒng)可移植性好、適應(yīng)性強(qiáng)、高吞吐量等特點(diǎn)。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是以分布式數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的一組軟件產(chǎn)品，是世界上使用最為廣泛的一種通用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并且支持多種不同的操作系統(tǒng)使用。第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)2.5常用工具軟件第2章物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)習(xí)題與思考題1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其作用。2. 無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的工作原理是什么？3. 請(qǐng)簡(jiǎn)述無線傳輸技術(shù)的類型及其特點(diǎn)。4. 請(qǐng)簡(jiǎn)述云計(jì)算應(yīng)用于智能建造的優(yōu)勢(shì)。5. 物聯(lián)網(wǎng)編程語(yǔ)言的分類及其優(yōu)點(diǎn)？6. 應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)？3.1.1背景國(guó)務(wù)院辦公廳于2016年9月27日下發(fā)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，《意見》中指出：裝配式建筑是用預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑。發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措，有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能、推動(dòng)化解過剩產(chǎn)能?！兑庖姟分赋?，要：優(yōu)化部品部件生產(chǎn)。引導(dǎo)建筑行業(yè)部品部件生產(chǎn)企業(yè)合理布局，提高產(chǎn)業(yè)聚集度，培育一批技術(shù)先進(jìn)、專業(yè)配套、管理規(guī)范的骨干企業(yè)和生產(chǎn)基地。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理支持部品部件生產(chǎn)企業(yè)完善產(chǎn)品品種和規(guī)格，促進(jìn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；⑿畔⒒a(chǎn)，優(yōu)化物流管理，合理組織配送。積極引導(dǎo)設(shè)備制造企業(yè)研發(fā)部品部件生產(chǎn)裝備機(jī)具，提高自動(dòng)化和柔性加工技術(shù)水平。建立部品部件質(zhì)量驗(yàn)收機(jī)制，確保產(chǎn)品質(zhì)量。2021年10月21日消息，近日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》，《意見》中指出：大力發(fā)展裝配式建筑，重點(diǎn)推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)，不斷提升構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化水平，推動(dòng)形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理2022年11月23日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳發(fā)布《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于印發(fā)裝配式建筑發(fā)展可復(fù)制推廣經(jīng)驗(yàn)清單(第一批)的通知》，《通知》中指出，要：大力發(fā)展預(yù)制構(gòu)件智能生產(chǎn)。提高預(yù)制構(gòu)件智能化水平，有效提升預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)。國(guó)內(nèi)預(yù)制構(gòu)件工廠市場(chǎng)具有入門門檻低，參與者數(shù)量多的特點(diǎn)，這使得我國(guó)預(yù)制構(gòu)件工廠規(guī)模在近幾年來快速擴(kuò)張的同時(shí)，典型城市預(yù)制疊合板的價(jià)格也在一路走低（圖3-1）。目前我國(guó)的預(yù)制構(gòu)件工廠已經(jīng)有近73%完成了信息化轉(zhuǎn)型，這些完成信息化轉(zhuǎn)型的構(gòu)件廠已經(jīng)具備了信息化的管理能力和配套了管理工具，已經(jīng)具備了初步的智能化建造能力，而其中的一些頭部工廠甚至已經(jīng)開始謀求數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)圖3-1我國(guó)近年預(yù)制構(gòu)件廠市場(chǎng)規(guī)模與城市預(yù)制疊合板價(jià)格走向3.1.2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行的預(yù)制構(gòu)件智慧工廠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較少，本節(jié)主要參考的標(biāo)準(zhǔn)有《預(yù)拌混凝土綠色生產(chǎn)及管理技術(shù)規(guī)程》JGJ/T328-2014、《預(yù)制混凝土構(gòu)件工廠質(zhì)量保證能力要求》T/CECS10130-2021、《預(yù)拌混凝土智能工廠評(píng)價(jià)要求》T/CBMF89-2020/T/CCPA16-2020、《混凝土預(yù)制構(gòu)件智能工廠通則》T/TMAC012.1-2019和CECS標(biāo)準(zhǔn)《混凝土預(yù)制構(gòu)件智慧制造工廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理3.1.3基本要求預(yù)制構(gòu)件智慧工廠應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打通生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)境、人員等相關(guān)數(shù)據(jù)接口，完成IT與OT的跨網(wǎng)互通，終端設(shè)備形成閉環(huán)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全要素的無線連接、遠(yuǎn)程數(shù)采與設(shè)備交互，實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)-澆筑-養(yǎng)護(hù)-質(zhì)檢-轉(zhuǎn)運(yùn)等全流程的自動(dòng)化、智能化作業(yè)。預(yù)制構(gòu)件智能工廠以無人或少人輔助為原則，通過智能化、自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)施工；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字化車間的統(tǒng)一管理與協(xié)同生產(chǎn)，應(yīng)將車間的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析與決策，并將優(yōu)化信息再次傳送到數(shù)字化車間，實(shí)現(xiàn)車間的精準(zhǔn)、柔性、高效、節(jié)能的生產(chǎn)模式。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理3.1.4架構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理平臺(tái)架構(gòu)通常包括數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和用戶層（如圖3-2），可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)展。下面對(duì)各層的基本內(nèi)容、數(shù)據(jù)管理和主要功能要求進(jìn)行介紹。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)圖3-2預(yù)制構(gòu)件智能工廠架構(gòu)圖3.1.5功能要求以混凝土預(yù)制構(gòu)件智能生產(chǎn)車間為例，智能應(yīng)用按工藝流程控制生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的執(zhí)行情況，實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化作業(yè)，如表3-1所示。第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)3.1預(yù)制構(gòu)件智能工廠管理第3章智能建造工程場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)序號(hào)智能應(yīng)用類型智能應(yīng)用定義1智能排產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)按照訂單生成構(gòu)件排產(chǎn)計(jì)劃，將構(gòu)件定位尺寸信息發(fā)送給分布式控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)將構(gòu)件定位尺寸信息發(fā)送至工廠內(nèi)的智能設(shè)備。2智能澆筑混凝土分布式控制系統(tǒng)指示布料系統(tǒng)按照構(gòu)件尺寸準(zhǔn)備混凝土方量并在布模區(qū)域定量澆筑混凝土，視覺系統(tǒng)通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)反饋給邊緣云平臺(tái)，實(shí)時(shí)分析布料情況，反饋給分布式控制系統(tǒng)，調(diào)整下料量保證澆筑效果。3智能養(yǎng)護(hù)分布式控制系統(tǒng)控制養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)向分布式控制系統(tǒng)上報(bào)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分布式控制系統(tǒng)調(diào)整養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)參數(shù)、穩(wěn)定養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)環(huán)境。4智能質(zhì)檢5G視覺質(zhì)檢應(yīng)用部署于成品取碼區(qū)，完成成品構(gòu)件的質(zhì)量自動(dòng)化檢測(cè)。5智能轉(zhuǎn)運(yùn)邊緣云分析碼垛結(jié)果，指示分布式控制系統(tǒng)控制自動(dòng)運(yùn)輸車AGV將質(zhì)檢合格的成品構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)到倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)。運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)滿足以下技術(shù)指標(biāo)要求：1．運(yùn)輸車應(yīng)當(dāng)具備定位功能，實(shí)時(shí)記錄車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和路線的交通狀態(tài)信息、裝載和輸