智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析與應(yīng)用探討

樊玥彤

(天津市寶坻區(qū)第四中學(xué)，天津，301800)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近些年得到了廣泛應(yīng)用，借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，實現(xiàn)人與物的互聯(lián)互通，實現(xiàn)資源的共享等。典型的有滴滴出行借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了車與車、車與人之間的連接，除此之外還有其他各種網(wǎng)絡(luò)平臺都可以認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用代表[1]。但當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還僅僅局限在功能的實現(xiàn)上，需要借助各種技術(shù)提升物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層次，以便更好地服務(wù)于生產(chǎn)生活[2]。而人工智能技術(shù)作為智能智慧的代表，得到了人們的關(guān)注，可以想象，一旦將人工智能技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)，則會進一步推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向更高層的應(yīng)用拓展。

本文立足于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析人工智能在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為物聯(lián)網(wǎng)的智能化的發(fā)展提供一定的參考。

1 基本技術(shù)概況

■1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

通俗的講，“物聯(lián)網(wǎng)”就是將物與物之間連接起來，英文名稱是Internet of things，簡稱IoT[1][3][4]。其最先起源于美國，由Ashton教授提出。最開始的想法是利用信息傳感技術(shù)，簽訂協(xié)議，利用特定的互聯(lián)網(wǎng)域名，將世界各地的物品連接起來。在現(xiàn)代信息技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)是最基礎(chǔ)的部分，它主要具有兩方面的含義：一是利用互聯(lián)網(wǎng)，對其客戶端進行拓展，其次，物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)物品同物品間的交流。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、汽車、監(jiān)控等各個領(lǐng)域中，為社會的進步發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

雖然物聯(lián)網(wǎng)涉及到的內(nèi)容較廣，但其關(guān)鍵技術(shù)主要有3個層面，分別是應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層[4][5]。其中，感知層是最基礎(chǔ)的層面，這一層中涵蓋的技術(shù)都相對成熟，例如無線技術(shù)、傳感技術(shù)等，這些技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域中來獲知物品的信息。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，中間一層是網(wǎng)絡(luò)層，它起到信息傳遞的作用，主要將感知層獲取的信息傳遞給應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層可以借助云技術(shù)、通信網(wǎng)等平臺，可選擇的通訊技術(shù)種類較多，比如PLC技術(shù)、移動通信技術(shù)、WIFI、藍(lán)牙等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最高層是應(yīng)用層，在這層中含有多個協(xié)議，大部分是依據(jù)發(fā)布—訂閱機制，該機制在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，比如MQTT、AMQP、STOMP等協(xié)議均使用該機制。在物聯(lián)網(wǎng)信息處理中，應(yīng)用層不僅僅是中心，也是用戶需求同物聯(lián)網(wǎng)相連的端口。整體來看，應(yīng)用層發(fā)揮的作用是對數(shù)據(jù)進行加工、分析，從而有利于使用者進行科學(xué)決策。

■1.2 人工智能技術(shù)

1.2.1 人工智能的定義

人工智能屬于計算機科學(xué)，指的是借助處理器實現(xiàn)對人的智能的模擬，并將其服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活[5]。因此，最根本的是對人類智能的研究，并探尋其本質(zhì)，并將機器賦予類似于人的反應(yīng)。目前，人工智能技術(shù)應(yīng)用面較窄，多用于機器人等一類具有語音識別和圖像識別的領(lǐng)域。如圖1所示，人工智能的定義考慮到了基礎(chǔ)、應(yīng)用和技術(shù)三方面。

圖1 人工智能分類

目前，人工智能的開發(fā)方式主要是以人為參考，其根據(jù)人的思維方式進行設(shè)計，并且技術(shù)水平日益成熟，得到了大面積的應(yīng)用。比如在三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，主要包含輸入層、隱含層和輸出層，輸入層主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的感知，隱含層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深層次處理分析，輸出層則是對結(jié)果進行輸出表達(dá)。

1.2.2 人工智能的算法

人工智能算法主要由兩部分組成：深度學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)就是多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，它包括了輸入層、隱含層、輸出層。輸入層就是機器的輸入數(shù)據(jù)，比如我們問它：“今天天氣怎么樣？”，而隱藏層就是對這句話的特征提取和分析的過程，機器會結(jié)合學(xué)習(xí)結(jié)果給予較為準(zhǔn)確的輸出。

圖2 人工智能算法

強化學(xué)習(xí)相當(dāng)于建立了一個機器與環(huán)境交互的過程。強化學(xué)習(xí)主要包括兩個部分，一個是Agent（即機器），一個是環(huán)境，Agent可以對借助對周圍環(huán)境的學(xué)習(xí)給予特定的動作執(zhí)行。

2 物聯(lián)網(wǎng)中的人工智能技術(shù)分析[5][6]

■2.1 車聯(lián)網(wǎng)中的人工智能技術(shù)

智能駕駛是汽車的未來發(fā)展方向，其關(guān)鍵技術(shù)是利用車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)車與車、車與環(huán)境之間的信息交換。其中，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)的基礎(chǔ)由車載移動互聯(lián)網(wǎng)、車內(nèi)網(wǎng)等組成，依據(jù)數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，最終在行人、車、路三者之間形成信息交互，實現(xiàn)車輛行駛智能化。

圖3 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

圖4 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

通過分析可知，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括3個端口：

（1）端系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要是智能傳感器部門，對汽車的形式狀態(tài)、周邊環(huán)境等信息進行收集。該系統(tǒng)不僅僅是使汽車具有網(wǎng)絡(luò)可信標(biāo)識、IOV尋址等能力，也是車聯(lián)網(wǎng)的通信終端。

（2）管系統(tǒng)：車聯(lián)網(wǎng)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)車、網(wǎng)、人之間的信息互換，不同車輛之間相互組網(wǎng)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間形成通信，確保其滿足網(wǎng)絡(luò)互通性、實時性等要求。

（3）云系統(tǒng)：車聯(lián)網(wǎng)中含有大量的數(shù)據(jù)，包括ITS、客運、貨運、汽車租賃、汽車保險、緊急救援、汽車制造商等多個方面。

■2.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的人工智能技術(shù)

自從德國率先喊出工業(yè)4.0后，相關(guān)技術(shù)也快速地跟進，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)數(shù)據(jù)分析和工廠智能設(shè)備技術(shù)，其本質(zhì)都是實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化、智能化與智慧化。如圖4所示的是在部分現(xiàn)代化工廠使用的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

智能制造作為生產(chǎn)現(xiàn)場的更高級別要求，也給相關(guān)技術(shù)發(fā)展帶來了機遇，尤其是在人工智能與工業(yè)4.0的交叉發(fā)展，賦予了智能制造更加強大的生命力。借助技術(shù)明確分野自動化及智動化的差異，包括機器視覺、深度學(xué)習(xí)等利用算法分析為主的人工智能技術(shù)，已成為工業(yè)4.0未來發(fā)展的全新趨勢。這不僅讓生產(chǎn)現(xiàn)場自動化技術(shù)更為精準(zhǔn)，也助推生產(chǎn)車間向無人工廠全面邁進。這主要得益于以下兩方面的應(yīng)用。

其一：對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說，取得數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)是核心任務(wù)，而來自傳感器的數(shù)據(jù)點經(jīng)過多個階段才能轉(zhuǎn)化為可操作的見解，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺則包括可擴展的數(shù)據(jù)處理流程，能夠處理需要立即關(guān)注的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

其二：人工智能應(yīng)用于制造業(yè)，可讓系統(tǒng)從生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析并找出規(guī)律，進而避免前面發(fā)生的錯誤，甚至做到提前預(yù)測，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可適時做出產(chǎn)線調(diào)整，為生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供有力措施。

■2.3 健康設(shè)備中的人工智能技術(shù)

在醫(yī)療領(lǐng)域中，越來越多的技術(shù)涉及到人工智能。比如說BOE，該公司將人工智能技術(shù)、顯示技術(shù)以及醫(yī)學(xué)相結(jié)合，打造信息化、智能化的醫(yī)學(xué)服務(wù)，從而實現(xiàn)智慧健康的目標(biāo)。同時為方便對健康狀態(tài)的實時監(jiān)測，部分健康設(shè)備也借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了相互連接，為深層次對人體健康狀態(tài)的觀察提供了技術(shù)基礎(chǔ)。有的智能健康設(shè)備實現(xiàn)了智能化管理，如對人體健康數(shù)據(jù)的可視化處理，并結(jié)合對數(shù)據(jù)的分析給予針對性的診斷意見，實現(xiàn)了與專家系統(tǒng)的連接，并借助人工智能技術(shù)確保診斷的準(zhǔn)確與高效。

3 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的智能化技術(shù)下一階段的發(fā)展方向，在原有的實現(xiàn)互聯(lián)互通基礎(chǔ)之上，可以借助人工智能實現(xiàn)智能應(yīng)用。本文主要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)概念以及車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和健康設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)中的人工智能技術(shù)應(yīng)用狀況，分析了人工智能在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。除此之外，如手機的刷臉支付、小度語音導(dǎo)航等已經(jīng)初步得到應(yīng)用，這些技術(shù)不僅僅使我們的生活更加方便快捷，也促進了計算機科學(xué)的發(fā)展。人工智能技術(shù)往往處于互聯(lián)網(wǎng)科技中的領(lǐng)先位置，換句話說，人工智能的發(fā)展將影響著未來科技的走向。與此同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在連接所有的物的應(yīng)用過程中將借助人工智能技術(shù)實現(xiàn)在眾多領(lǐng)域的突破，并將朝著智能物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，為人類技術(shù)進步提供技術(shù)基礎(chǔ)。