發布時間:2023-10-09 17:42:10
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們為您準備了不同風格的5篇物聯網技術發展歷史,期待它們能激發您的靈感。
【關鍵詞】物聯網RFID 專利 專利預警 實證性分析
1 引言
2010年9月8日,國務院總理主持召開國務院常務會議,審議并原則通過《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》。物聯網是在“決定”中七大戰略性新興產業――新一代信息技術產業的重要組成內容。2011年4月11日中央財政部又通知,中央財政預算專項資金將從2011年起支持物聯網的研發、應用和服務項目。目前從政府到產業界、學術界都非常重視物聯網的發展和產業化。而專利是情報分析的重要來源,其中復合了產業信息和技術信息。發達國家歷來非常重視通過專利實證性研究發現問題、尋找發展的機會。在物聯網快速發展之際,本文通過專利實證性分析當今國內外物聯網的發展和我國相關技術的現狀,以供業界參考。
2 物聯網技術世界發展現狀
專利數量的變化表征著新技術的產出情況,專利發明人數量表征著參與研發的技術人員數量,專利申請人數量可以表征投入研發的機構的數量。通過對專利數據的分析,可以判斷特定產業的發展現狀和態勢。
國際上較早的物聯網專利申請從1991年就開始出現,相關專利數量在上世紀90年代一直比較少,從2001年開始每年專利申請數量超過500件。之后每年的專利申請增速明顯。這種快速增長的趨勢一直到2006年,之后的2007、2008年專利數量都出現了下降,出現技術相對成熟的跡象。如圖1所示。
物聯網專利發明的變化情況同專利申請數量一樣,從2001年后出現快速增長,同樣從2007年開始參與的技術人員數量出現下降。但從圖2中看到新的技術人員作為專利發明人不斷加入,說明物聯網技術仍在不斷研發尋找新的突破點。
物聯網專利所涉及的技術主題隨著專利數量的增長也不斷增加。如圖3所示,在2004年以前新技術主題出現較多,從2005年后,研發主要集中于現有技術主題進一步研發。前面專利申請數量下降的情況,應該也是可新研發的點較少所導致。
最強,我國發展熱度最高
專利優先權國家可以表征技術研發的原創區域。通過分析看到,以美國專利作為優先權的排名第一,目前總數已經達到6600余件;日本排名第二,目前總數已經達到5400余件;下面依次是韓國、中國、德國、我國臺灣地區。這些國家和地區在物聯網技術上擁有較強的實力。
在排名前列的國家和地區的專利申請基本在10%左右,唯獨我國的近三年增長率達到44%,發展熱度一枝獨秀。
物聯網專利申請數量最多的美國,近三年的增長率達到13%。美國申請人中排名第一的為symbol公司,中文名為訊寶公司,成立于1975年,資產超過10億美元,是無線傳感方面世界領先公司。作為摩托羅拉的子公司,其生產的物聯網計算機、工業采集器、條碼掃描儀等物聯網硬件產品,是公認的物聯網的高端產品。排名第二的是藍色巨人IBM公司,IBM是“智慧的地球”概念提出者,也是物聯網發展的主要推動者,JBM擁有RFID射頻標簽和傳感器的完整解決方案。其相關物聯網專利數量也接近200件。IBM的物聯網解決方案已經在肉制品食品跟蹤方案、園藝植物生產運輸監管,汽車生產運輸等多方面得到應用。美國排名第三的是Broadcom博通公司,是世界上最大的無生產線半導體公司,專利是其主要獲利手段。其對于物聯網目前已經擁有超過170件的專利。美國三家領先公司都是物聯網概念的首先提出者和實踐者,在物聯網專利上擁有非常強的實力。,
日本物聯網專利,世界排名第二。日立公司的物聯網相關專利達到227件。日立公司在RFID標簽上開展了大量研究。并在法國建立有從事物聯網研究的SophiaAntipolis實驗室,2010年,日立集團在南昌建立了日立物聯網暨新技術體驗中心的大型研發基地。日立在物聯網目前有手指靜脈認證技術、u-CHIP芯片等尖端技術。,同時在北京的日立研究員,也在大量招聘物聯網研究人員。東京電力公司專利數量215件,RFID標簽和無線標簽是專利的主要內容。半導體能源實驗室SEL(SEMICONDUCTOR ENERGY LAB)的專利數量190件,這家公司從2007年與TDK公司開始合作研發超薄可彎卷RFID標簽。可彎卷RFID標簽是其技術特點。
韓國排名第一的申請人為三星公司,專利數量達到238件。三星近年開展了大量基于物聯網技術的家電智能化研發。2010年三星公司與擁有3,5GHz頻譜運營牌照的中電華通簽訂合作協議,由三星電子提供基于3,5GHz頻譜的物聯網網絡設備。韓國電子通信研究院(ETRIELECTRONICS&TELECOM RES INST)專利申請數量219件。該機構為政府背景的非營利研究機構。ETRI對RFID標簽展開了大量研究,對于RFID標簽相關國際標準發揮了很大作用。SK電訊是韓國的移動運營商,擁有韓國移動通信50%以上的份額。相比于我國移動運營商簡單的管道角色,SK對于物聯網技術已經申請140余件專利。韓國物聯網的發展,表現為底層標準和設備硬件的研發、通信傳輸、物聯網實際應用都有強有力公司涉足并且申請了大量專利,已經形成了很好的發展結構。
歐洲物聯網發展中德國排名第一,申請數量達到890件。排名的第一的是西門子公司,西門子公司設置有工業識別部門,作為發展物聯網業務的專門部門。,西門子公司對于RFID和DPM讀碼識別技術大力研發。西門子公司同我國最大的物聯網企業,感知物聯網集團簽訂協議在無錫開展物聯網業務。在德國排名第二的是美國愛特梅爾半導體的德國分公司,這家公司專長于微處理器和微芯片的制造。歐洲其他重要申請人還包括脫離自荷蘭飛利浦公司的恩智浦NXP公司,其是一家傳統的半導體公司,專利申請數量66件。2011年4月恩智浦公司了最新高速度、大存儲內存的UCODE 12C RFID標簽。荷蘭排名第二的是飛利浦公司,其近年來致力于物聯網型智能家居的研究,希望把自身在家電產業的優勢帶入物聯網時代。
物聯網專利的申請人分布情況,擁有100件以上的大申請人擁有的專利數量占總量的20%,申請量小于2件的零散申請人的專利申請量占總量的24%。物聯網RFlD相關的設備、芯片、RFID標簽是高技術的集合體,只有大型企業才有能力設計和制造。
國際總體情況。物聯網技術的研發主題以企業為主,企業提交的專利申請占到總量的75%,科研機構申請占到4%,政府機構占到2%,個人申請占到19%。
通過分析發現物聯網領先的專利申請,主要為三類:一是半導體制造企業,如世界排名第一的美國訊寶公司;二是三星、飛利浦、松下等家電企業;三是SK這類的電信運營商。
如圖4所示,排名第一的是美國symbol公司該公司從1997年開始申請物聯網相關技術專利,近三年增長率為8%,保持穩定增長態勢。ITE頭韓國三星公司排名第二,三星公司從2002年開始申請物聯網相關專利,近三年增長率5%。專利數量達到238件。
這些世界領先企業相關物聯網專利的近三年增長率,基本處于10%以下。其中東京電力公司的專利增長率達到17%,說明物聯網技術在智能電網構建的新應用發展迅速。2009年我國的國家電網公司也公布了智能電網計劃,提出了信息匯聚、協同感知、泛在聚合等三個階段。
另一個值得關注的情況是美國博通公司近三年專利增長達到了26%,該公司是世界上最大的無生產線半導體公司(Fabless Semiconductor Company),通過專利收費是其主要獲利手段。這種以專利收費為主要手段的公司,一般會在產業獲利前景明朗的情況下,開展設計和研發大量申請獲得專利,為以后的專利收費打下基礎。
RFID標簽是物聯網技術重點
物聯網世界范圍技術主題設計最多的就是對RFID的研發,國外技術界物聯評價說RFID標簽是物聯網的首備條件。如圖5所示,目前RFID標簽專利數量已經達到15000余件,相關專利從1992年開始出現,目前近三年的增長率達到17%,增速很快,韓國的ETRI研究院、日本富士通、韓國三星申請了大量關于RFID標簽的專利。排名第二的是RFID標簽的產品形式智能卡,專利到達6000余件。近三年保持了20%增長率。美國訊寶公司、政府背景的韓國ETRI研究院、東京電力公司 要的專利申請人。
其他近年增長比較快的技術主題涉及通信技術的二次電波應答器(近三年增長27%),無線傳播收發、應答、轉發(近三年增長49%)。
3 我國物聯網技術的發展
物聯網中國專利最早從1995年就有相關專利申請出現,最早的物聯網相關專利申請分別為IBM申請的CN95104779一薄柔性包裝中的射頻電路和存儲器,關于RFID標簽的制造,這件申請于2001年視撤。另一件為美國個人申請“CN951961 10-用于借助于紙牌和籌碼桌面上游戲的職業性使用的游戲器具”,應用物聯網自動識別技術實現賭博中的自動計分,這件專利申請同樣視撤。
物聯網相關技術的發展,如圖6所示,在2004年前處于比較緩慢的狀態,國外來華申請多于國內申請。從2005年開始,我國每年的專利申請數量有了較大增長。之后從2007年開始國內專利申請的逐年申請量超過國外來華申請。但考慮到國外來華申請中64%為PCT申請,進入國家階段時間較長,國外來華申請近幾年專利申請數量應該還會有較大增長。,
物聯網技術專利申請數量整體從2005開始出現高速增長,即使因為專利申請的延遲公開,2009年和2010年申請量也未出現下滑,其中國內申請拉動作用明顯。說明物聯網技術目前國內發展熱度很高。
如表1所示,在檢索到的3542件專利申請中,國內申請2258件,國外來華申請1284件、其中有效發明專利權方面,國內申請168件,國外來華申請303件,國外來華申請有較大優勢。
實審中發明專利申請數量對比情況,國內申請914件,國外來華申請741,國內申請略占優勢。但考慮到國外來華申請64%都是PCT申請,進入國家階段公開時間較長,因而分析國內申請數量的優勢地位并不穩固、
國內申請的40%為實用新型,目前有效的實用新型專利數量839件。但對于物聯網這樣的高科技技術,采用簡單的實用新型保護并不合適。
物聯網專利中還有一定數量的外觀設計,主要是物聯網設備,如手持掃描終端的外觀設計,國內和國外來華申請人都有申請,數量不多。
對于物聯網技術,國內廣泛開展了研發。眾多省市都有相關專利申請。國內申請共計2258件,其中來自臺灣地區的專利申請137件,香港的專利申請22件,國內申請主要來自廣東省455件、上海393件、北京376件、江蘇219件,是國內物聯網創新的主要基地。
國外來華申請中美國以591件排名第一,日本293件排名第二。,一般情況下日本非常重視專利申請的數量,但在物聯網上專利申請數量與美國有一半的差距,進一步說明美國在物聯網技術上的高超實力,其他排名前列的國家還包括韓國、德國、荷蘭、芬蘭、瑞士、法國等。
國內共有1100多名申請人申請了物聯網相關專利,其中來自于公司的申請為59%,個人申請27%,大學科研機構申請14%。通過世界范圍專利分析,物聯網專利創新以公司為主體,國際總體達到75%的。根據以往對其他領域的分析,國內企業占到59%已經是比較可喜的現狀。
國內申請人中我們看到了大量關于物聯網技術在實際生活中應用的實例。如北京中食新華科技有限公司申請18件有關物聯網專利,通過物聯網技術RFID實現農產品的溯源和物流流程管理。北京誠意創科軟件開發有限公司申請19件有關帶有RFID標簽的證件的專利。四川省宜賓五糧液集團有限公司申請了6件有關物聯網的專利,其中5件實用新型已經獲得授權,1件發明專利申請還處于實質審查中。發明內容都是如何應用RFID標簽實現產品的防偽,通過一次性撕毀的RFID標簽,來實現五糧液酒的真偽判斷。
國外來華申請,排名第一的技術主題是關于物聯網使用傳感器和RFID等設備的芯片結構,在物聯網產業化后應用將五花八門,但唯一不能脫離的是基礎硬件。申請這個主題的專利具有很強的基礎性。
國外來華專利申請更側重于物聯網基礎設備的保護。底層芯片、標簽基礎結構、數據讀取存儲和應答的方法是發明涉及主題的主要內容。國外來華專利申請關于物聯網應用的,比較有特色的是在防盜、防入侵方面的應用。
國內專利申請最多的技術主題,主要是使用底層芯片進行數據的讀取和存儲等物聯網設備的第二層次研發。在層次上還會依賴于第一個層次的底層芯片。而且國內申請更加重視對于物聯網應用的研發,例如作為考勤打卡機的應用、作為工廠控制的應用,利用物聯網的信息采集和處理反饋系統實現保健、旅游、咨詢等應用。
國內申請對于芯片的電路裝配,有所涉及。但G06K19/077相關分類號下99件申請,57件為實用新型,大多數涉及是比較簡單的,對現有芯片的進行利用設計的發明。底層的芯片設計依托強大的芯片制造能力,這方面我國的制造業基礎還比較薄弱。在這種情況,為了避免以往DVD采購零件,組裝后被收取高昂專利費的被動局面,應該早有動作。在產業化和應用全面鋪開前,應及早收購獲得專利許可,可借鑒在3GWCDMA專利上華為的作法,華為公司比較早同愛立信談判,獲得了比較優惠的專利許可價格;而中興公司在發展作大后再與對方談判,愛立信的要價就高了很多。
國內申請比較有特色的是,對于物聯網采集到的數據傳輸進行了比較多的研發,如數據傳輸的配置、通信傳輸的天線的研發。
關鍵詞:專利分析;定量分析;物聯網技術;RFID
中圖分類號:TN401 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)12-00-03
0 引 言
物聯網(Internet of Things)這個詞,國內外普遍公認的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID(射頻識別)技術時最早提出來的[1]。在2005年國際電信聯盟(ITU)的同名報告中,物聯網的定義和范圍已經發生了變化,覆蓋范圍有了較大的拓展,RFID技術、傳感器技術和嵌入式智能技術成為物聯網的基礎使能性技術 [2]。
電子產品代碼(Electronic Product Code ,EPC)是早期國際上典型的物聯網概念模型,它的本質就是RFID技術加互聯網[3]。由圖1可以看出,物聯網的技術源頭即為RFID技術。
圖1 物聯網概念演進
RFID技術位于物聯網技術架構體系的感知層,是物聯網技術中的關鍵技術。它是一種非接觸式的自動識別技術,識別工作無須人工干預,RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。一套完整的RFID系統,是由讀寫器、電子標簽及應用軟件系統三個部份所組成[4]。
與傳統識別方式相比,RFID技術無需直接接觸,無需光學可視,無需人工干預即可完成信息輸入和處理,操作方便快捷[5]。隨著技術的發展與市場的成熟,RFID技術被廣泛應用于交通、安防、物流、零售、電力、金融、環保、醫療等各個行業[6]。RFID技術的應用的廣泛性及其潛在的市場價值使得對此技術的研究顯得尤為重要。
專利作為知識產權中科技含量高的重要組成部分,對于知識產權戰略的實施和企業的研發活動有重要意義。由于專利成為研發重點和主要的技術保護措施,專利分析也成為國家和企業需要重視的主要事務[7]。
專利情報分析就是采用科學的方法對專利文獻中包含的信息通過科學的加工、整理與分析,進行深度挖掘與剖析,形成具有較高技術與商業價值的專利情報,助于分析技術分布態勢,掌握技術研發的歷史起源、當前狀況和未來趨勢,從而為技術創新活動進行科學合理的定位[8]。
專利計量分析是指利用數學和統計學的方法運用在專利研究中,以探索和挖掘專利文獻的結構數量以及變化規律等內在價值的計量方法[9]。計量專利分析需要針對大量的專利文獻進行統計分析處理 。
專利計量分析可以追蹤技術路線演進,洞察行業技術的發展狀況,依此來預測技術發展趨勢技術活動重點和空白點以及挖掘技術創新機會。可辨認明顯或潛在的競爭對手監測競爭環境制定競爭策略,為行業競爭情報分析競爭態勢判斷和競爭力測度提供重要應用工具[10]。
本文對RFID技術專利申請量趨勢、技術產出區域分布、專利申請類型及法律狀態、專利歷史法律事件和在華申請人排名分別進行了計量與分析。
1 中國RFID專利申請量趨勢分析
由圖2可知,我國在RFID技術的研究起步于20世紀90年代,自2002年起RFID專利申請量迅速增長,特別是近幾年專利數量增長得非常快。這反映出研發團體對該技術的關注度持續增加,同時該技術在我國是專利保護的熱點,市場競爭較為激烈。我國近年RFID專利申請量仍然保持較高速度增長。
圖2 中國RFID技術歷年專利申請量趨勢
1997至2001年間我國RFID技術專利出現了一個增長的高峰期,其增長率數值很高,說明RFID技術在該時期發展迅速。同時增長率變化較大,主要原因是專利數量基數相對較小的緣故。2001年至2005年,隨著RFID技術成為全球的研究熱點,我國該領域專利申請數增長態勢迅猛。2006年至2008年專利申請數增長趨勢放緩。2009至2011年,隨著物聯網開始進入人們的視野,RFID專利申請數增長率又迎來了一個小的高峰,而 2012年至2013年,隨著該領域技術的不斷成熟與完善,專利申請數增長速度又逐步趨于緩和,說明RFID技術已經逐步成熟。
2 RFID技術國內產出區域分布
由圖3可見,廣東省、上海市、北京市、江蘇省是國內最為主要的技術產出地區。其中廣東省的申請量最大,這與廣東省RFID相關企業比較多有關。而北京市和上海市的研發機構比較集中,這兩個地區的專利產出量也比較大。江蘇省RFID技術發展速度最快。從全國整體水平看,廣東省仍然是國內RFID技術最具競爭實力的地區。
圖3 RFID技術主要國內產出區域份額
近幾年廣東省和上海市RFID技術申請份額逐年下降,北京市保持平穩略有增加。江蘇省則發展迅猛,所占份額迅速增加。處于西部地區的四川省的增長速度不容小覷,與我國西部大開發的發展戰略相吻合。
沿海省份中江蘇省發展勢頭最為迅猛,緊隨其后的浙江省與山東省份額增長態勢良好,福建省天津市份額比例變化則比較平穩。雖然臺灣省RFID技術發展較早,但是由于近年來內地各省市RFID技術的迅速發展而導致所占份額穩中有降。
3 RFID專利申請類型及法律狀態
圖4數據顯示,目前我國RFID專利類型中,發明專利數量最多超過9 000件,而實用新型專利只有7 000多件,外觀專利較少不到1 000件。我國RFID專利主要集中在發明和實用新型專利上。
圖4 RFID專利申請類型及法律狀態
結合專利法律狀態可以看出在我國RFID專利中,有權專利主要集中在實用新型專利中,發明專利的有效專利比例較低,大約是實用新型專利的1/3。我國法律狀態為審中的專利幾乎都集中在發明專利中,主要原因是發明專利審核周期長的緣故。同時也說明近期我國RFID專利中發明專利的比例有較大幅度的增加。在失效專利中發明專利數量大約是實用新型專利數量的2倍。
4 RFID專利歷史法律事件分析
圖5數據為我國RFID專利更為詳細的法律歷史狀態。專利申請被駁回的共558件,駁回率為3%,駁回率較低。專利申請權、專利權轉移數量為865件,專利實施許可合同備案數量為162件,共轉移轉化1 072件,轉移轉化率為6%,轉移轉化率較低。實質審查請求生效7 945件,該項只針對發明專利有效,說明我國發專利審查周期較長。結合授權專利數來看,近年來RFID技術專利申請主要為發明專利的申請。
圖5 RFID技術專利歷史法律事件
5 RFID專利在華申請人排名
圖6數據顯示,在排名前十的在華申請人中,有7位為企業申請人,其中有4位為外國企業申請人。還有2位為高校申請人,1位為個人申請人。
圖6 RFID專利在華主要申請人
排名前三位的均是中國企業,說明在RFID技術方面中國企業是研發和專利保護的主力軍。四個外國企業分別為2個日本企業,1個美國企業和1個歐洲企業,說明外國企業十分重視RFID技術在中國的專利布局,在RFID技術方面外國企業的實力不容小覷。對于亞洲國家而言,日本在RFID技術方面具備較強的優勢。同時高校已開始對RFID技術研發和專利保護進行有益的探索,并且取得了較好的成績。
6 研究結論
由RFID專利申請量趨勢來看我國RFID技術正處于高速成長區,該技術目前是物聯網技術的研究熱點。通過增長率的分析可以看出近年來增速有所放緩,RFID技術的研究正逐步進入成熟區。
通過RFID技術國內產出區域分布的分析可以看出RFID技術區域發展不平衡。廣東、臺灣省起步較早,沿海地區發展速度迅猛,尤其是江蘇省發展速度最快,主要原因是2009年國務院批準在無錫建設國家級傳感網創新示范區,為江蘇省RFID技術發展帶來良好的契機。近年來四川省RFID技術發展異軍突起,這又與當前我國的西部大開發政策相吻合。因此RFID技術區域發展與國家政策導向有著密不可分的關系。
通過RFID技術專利申請類型及法律狀態分析可以看出,盡管發明專利所占份額超過50%,但是發明有權專利只有實用新型有權專利的1/3,而發明失效專利卻是實用新型失效專利的2倍。說明當前我國RFID技術專利水平還有待提高。
通過RFID技術歷史法律事件分析,可知我國RFID技術專利轉移轉化率為6%,這說明我國大部分RFID技術專利未被利用,仍處于“沉睡”狀態,產業化水平有待大大加強。同時進一步說明我國RFID專利水平還有待提高。
由RFID專利在華申請人排名可以看出對于物聯網關鍵技術的RFID技術各國都非常重視,對于該技術在我國的專利布局的競爭也十分激烈。我國目前該技術的研發和專利保護暫時處于領先地位,今后一段時期內這種局面勢必會繼續持續下去。
參考文獻
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“特種設備物聯網”(簡稱“特聯網”)建設是特種設備安全監管信息化工作的新制高點,一個運行穩定、安全、有效的“特聯網”必將大幅降低特種設備事故風險,減少特種設備事故造成的災害,使特種設備成為現代社會生產生活的得力幫手,徹底解決經濟發展和行政管理資源之間越發突出的矛盾,節省大量應付突發事故的人力物力,使城市更加安全高效。
“特聯網”關鍵技術
應用方向和前景
雖然現代特種設備的日常運行與控制大多已不同程度地采用了自控制技術,但因其并未按照安全與節能監管的需求進行設計和制造,尚不具備設備運行安全與節能監管方面的特殊和技術能力。這些必須另行提升的技術能力,需要采用專門的技術裝置,以最大程度地減少人為因素干擾并快速進行自動故障判斷、危險預估和預警。有些特種設備的極危險部件,都應當得到自動系統的有效監控。這些專門的基于物聯網技術的網絡化、自動化控制系統,成為特種設備安全運行的第三方保障。
物聯網技術,也可為現代特種設備技術檢驗提供幫助,如:科研機構正在研發的埋地壓力容器剩余壽命連續監測系統,就可以代替常規檢驗手段,及時精確地偵測壓力容器的剩余使用壽命;應用于電梯和起重機械的第三方監控物聯網應用,可隨時偵測設備故障和危險,為檢驗和維護保養提供幫助;采用移動物聯網技術,還可以實現移動壓力容器充裝與運輸過程的全運程監管,為技術檢驗提供連續可追溯的設備運行過程信息,使檢驗更方便和精確;鍋爐等特種設備的節能監測,早就開始采用現代傳感器、通信和自動化控制技術,物聯網技術的出現,為該類設備的低成本和高效率網絡化遠程集約監控,進而實現設備群能耗與效率平衡控制提供了更為可行的應用方向。
“特聯網”建設的關鍵技術方法
承壓類特種設備(包括鍋爐和固定壓力容器裝置)
承壓類特種設備(包括鍋爐和固定壓力容器裝置)的物聯網應用,可突出第三方故障預警:通過在重大危險類承壓設備原有的自動化運行控制系統中,加裝基于物聯網技術的第三方運行狀態監示系統,可有效壓縮承壓類特種設備應急響應時間,落實應急體制各方責任,優化設備的運行狀態。
移動壓力容器(汽車罐車)
移動壓力容器(汽車罐車)的物聯網應用,可突出充裝環節控制和運輸過程監管:通過在充裝站加裝第三方門禁、充裝管理系統,或者在車輛上加裝司乘控制、罐車狀態監示與衛星跟蹤裝置,可實現對移動壓力容器的全運程監管,有效規范危險物質運輸環節;有效抑制由道路運輸事故引發的移動壓力容器火災和罐體泄漏引發的次生環境災害。該系統可基于我國自主研發的北斗衛星系統,更加安全可靠。
氣瓶電子標簽技術
在全國多個城市實踐多年的氣瓶電子標簽技術,雖然也是有效的“特聯網”應用技術,但在具體實踐中已經出現諸如標簽丟失和破損更新量巨大等問題。推廣受到技術本身的制約,極有必要采用抗破損性更強,更適用于民用液化石油氣鋼瓶使用環境的強附著技術加以補充。目前,國家質檢總局委托中國特檢協會研制的CRID氣瓶標識技術,已經兼具防偽、抗焚燒、打磨等超強環境適應能力,可與原有的電子標簽復用,達成最佳管理效果。
危險工業原料管道
北京、上海、南京、沈陽等大型城市,都是我國比較早實現近代化和現代化的城市,工業發展歷史悠久,城市埋地管網縱橫交錯,尤其上海、南京、沈陽等城市,重、輕化工業發達,這幾個城市用于化工生產的危險工業原料管道總公里數累加起來幾乎占全國工業管道的近1/3。另外,近年房地產業發達,大量原有工業用地逐步成為房地產開發項目,有些廢棄的地下管網圖紙資料遺失,有些則更是未經處置就已經被覆蓋在樓宇和道路甚至地鐵隧道下,成為潛在危險源,為安全監管和事故預防工作帶來一定困難。
為解決這一問題,有必要研究采用目前國際上最為先進的3D地表雷達進行常規和施工前探測,并開始建立全國性的埋地工業管道動態圖形數據庫;已經探明的管道,可比照南京、廣州等城市做法,建設具有物聯網管理功能的埋地管道電子識別標志網,保障建設施工安全和城市運行安全。
機電一體化特種設備
目前我國機電一體化特種設備的“疑似”物聯網建設不乏案例,但大多是由傳統傳感器技術和通信技術“攢”接而成,沒有抓住機電一體化設備故障與事故的普遍和關鍵成因,有些所謂的物聯網技術更只是重復了設備本身自有的控制能力,只是機械地通過網絡實現了第三方監示,對機電類設備最易出現問題的機械結構失效和崩潰鮮有應對措施。
機械結構失效和損毀是造成重大災難性事故的罪魁禍首,一個關鍵部位的地腳螺釘或連接螺栓被拉斷,就可導致整個滾梯支撐系統失穩。在此狀態下,這些設備自帶的安全裝置既不可能偵測出故障,更不可能發出預警。針對此類事故,科研機構已經研發出一種基于遠距離RFID技術(無線射頻識別技術)的低成本金屬結構件(可控制螺栓、拉撐、支撐和鉸鏈等結構)監控標簽,以及基于物聯網技術的全天候監控系統,目前已經在江蘇和北京等地進行系統試驗。
“特聯網”建設的組織原則
因“特聯網”建設涉及特種設備本體的技術改造,質檢總局應組織專家與法律界,認真研究并明確其法律關系,在立法上做足功課。
要特別明確,物聯網建設是特種設備信息化建設的組成部分,是信息化建設的技術手段和覆蓋范圍的延伸;全國必須在國家質檢總局領導下,統一規劃、統一數據標準、統一工作平臺和規范技術設備。
根據我國不同地域的經濟發展程度,尤其物聯網建設需要巨大資金和高素質人才支持的現實考慮,建議優先在網絡資源和資金充裕的北、東、南沿海和西南地區,建設多個物聯網技術發展和示范中心,起到技術輻射和產業帶動作用。
關鍵詞:物聯網;軍事領域;網絡中心戰;偵察預警
中圖分類號:TN391 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2012)09-0062-04
Application of IOT technology in military field
WANG Sheng-kai1,2, KONG Ning1,2, TIAN Ye1,2
(puter Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2.China Internet Network Information Center, Beijing 100190, China)
Abstract: Sensors, RFID and other Internet of Things technologies have been increasingly applied in human life and manufacturing field and at the same time are changing the way that people work and live. A considerable part of IOT technologies is derived from military field and with the development and application, they have a great impact on the military field. From the perspectives of reconnaissance, early warning, situational awareness, communication and command, equipment management, logistics support and nuclear biochemical threat monitoring, the paper illustrates the possible application of Internet of Things technology in the military field and discusses the main problems of Internet of Things technology promotion and application in the military field.
Keywords: Internet of Things; military field; network-centric warfare; reconnaissance and early warning
0 引 言
物聯網(Internet of Things)是基于互聯網、電信網等載體,通過傳感器、射頻識別(RFID)、紅外感應器、激光掃描器、GPS、無線數字通信、智能嵌入等信息感知設備與技術,實時采集物體的聲、光、熱、電、力學、化學、生物或位置等信息,按約定協議,進行信息交換,以實現物與物、物與網連接并實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
物聯網技術是繼計算機技術、移動通信技術和互聯網技術之后的又一次信息技術革命,是現代電子信息技術發展到現階段后出現的一種聚合性應用與技術提升,是傳感器與感知、計算機與通信網絡、自動化與人工智能等技術的“大融合”,技術集成與應用創新是物聯網發展的核心。未來無處不在的物聯網將更好地實現人與物、物與物之間的溝通和相連,將給人類的生產和生活帶來巨大影響,推動實現數字地球、智慧地球的宏大目標。
軍事領域是新技術應用最革命、最活躍的領域,許許多多新技術就是率先在軍事領域得到應用并變得成熟后再走向民用領域和市場的。在當前積極開展物聯網技術研究與推廣應用的過程中,也應適當關注西方發達國家和軍事強國在此方面的發展狀況,考慮物聯網技術在未來軍事領域的應用問題。
實際上,從技術架構的角度來看,物聯網與前幾年美軍提出的網絡中心戰可以說一脈相承,具有諸多相似之處。它們均可分為三層,相互對應,表1所列是物聯網與網絡中心戰技術架構對照表。
網絡中心戰及其體系結構是當時技術條件下戰場無線通信網絡和指揮控制系統的歷史產物,可以設想,隨著物聯網、互聯網、傳感器、移動通信、寬帶網絡等技術的發展,更為先進的物聯網技術將在未來軍事領域得到推廣應用,為提高部隊的戰斗力而服務。
1 物聯網技術在軍事領域的應用展望
未來物聯網新技術在軍事領域的應用將重點圍繞戰場態勢感知、智能分析判斷和行動過程控制等方面展開,它將有機融合作戰和保障體系,全面提升基于信息網絡系統的作戰能力和保障能力。
1.1 及時的偵察預警與準確的態勢感知
從歷史發展的情況看,世界科技中心在不斷轉移。我國是科學技術發展最早的國家之一。自明代以后,我國對自然科學的研究放松,科學技術開始落后,科學技術中心轉移到歐洲和北美。但有人估算,隨著中國經濟長期穩定、快速的發展,21世紀中葉科學技術的中心可能再次轉移到東方,即中國和日本。
在諸多的未來技術中,信息技術尤其受到人們的關注。據專家預計,信息技術將繼續向高性能、低成本、普適計算和智能化等主要方向發展,尋求新的計算與處理方式和物理實現是未來信息技術領域面臨的重大挑戰。納米科技、生物技術與認知科學等多學科的交叉融合,將促進基于生物特征的、以圖像和自然語言理解為基礎的“以人為中心”的信息技術發展,推動多領域的創新。重點研究低成本的自組織網絡,個性化的智能機器人和人機交互系統、高柔性免受攻擊的數據網絡和先進的信息安全系統。
說到信息技術,我們就不能不提物聯網。1948年10月,美國科學家哈里?斯托克曼發表了具有里程碑意義的論文《利用反射功率的通訊》,正式提出RFID一詞,標志著RFID技術的面世。RFID是射頻識別技術的英文縮寫,它是物聯網中非常重要的技術。1973年,馬里奧?卡杜勒所申請的專利是現今RFID真正意義上的原型,它可被制咸收取通行費的設備,從此,物聯網技術進入快速發展時期。1999年10月,麻省理工學院將RFID技術與互聯網結合,提出了EPC概念,核心思想是為每一個產品都提供唯一的電子標簽。2002年,美國橡樹嶺實驗室斷言,IT時代正在從“計算機網絡”迅速向“傳感器網絡”轉變。從此,人類看到了物聯網――物物相連的互聯網的曙光。
物聯網時代到來時,我們身邊所有的物品都會開口說話書包會提醒主人忘帶了什么東西:衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求,當你亂扔玩具時,玩具可能會大叫“你扔疼我了”……
不要以為這樣的場景離我們尚遠,事實上,物聯網已經開始走進我們的生活。最近,中國自主創新品牌――海爾推出的物聯網空調讓我們看到未來的科技家居生活。
說到空調,過去我們都迷信日本產品,十年前我家里安裝的就是日本三菱重工的空調,實事求是地說,那個時候日本空調質量確實是最好的,不僅中國,“全球空調技術發展風向看日本”。但日本空調時代已經過去了,現在走進中國家電賣場,你會發現,幾乎所有領先產品都是中國貨。而在物聯網浪潮席卷全球的今天,你還會在中國的空調市場上看到了海爾獨創的全球首款無氟變頻物聯網空調。
作為繼互聯網之后下一個萬億級信息產業的物聯網,不僅成為世界搶灘技術制高點的金鑰匙,更是讓不少家電企業也開始從戰略高度走向了產業化應用。海爾全球首款無氟變頻物聯網空調的問世,再一次走在了技術創新的最前端。
說起來真的讓人難以置信,物聯網技術空調竟然可以實現家庭安防,還能通過手機遠程監控家中情況,實現預約開機和其他管理。那么,物聯網空調是如何實現“物物相連”的呢?
在海爾無氟變頻物聯網空調的顯示屏上方有一個隱藏式的攝像頭,因為是柜機,高度也合適,攝像頭的監控范圍更理想,這樣一套家庭安防系統既不顯得突兀,對來訪客人來講也非常舒服自然。而空調顯示屏后面的物聯網技術模塊擁有空氣質量傳感器、紅外傳感器、攝像頭以及通訊模塊等,將第三代移動通訊技術應用在空調上,使手機和空調直接通訊。
因為有物聯網技術的支撐,紅外傳感器、攝像頭以及通訊模塊等技術設備、主人的手機就組成了一個家庭版安防系統。只要通過手機3G網絡,不論什么時候、在哪里,你就能與家中物聯網空調輕松互聯,視頻監控家庭安全、進行無線溫控管理,隨時保護家人安康。
當你出差在外,若有陌生人闖入家中圖謀不軌,物聯網空調會通過紅外傳感器和攝像頭拍下來人的照片,打包成彩信發送給主人,并給主人撥打視頻電話,主人可馬上報警,消除財產安全隱患,家里若只有老人和小孩留守的時候,你可以打開手機隨時視頻監控家中情況,一旦發生老人跌到、寶寶生病等突況,可以采取及時措施。