本文優(yōu)先出版自中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第4期
作者：李伯虎，柴旭東， 劉陽， 陳磊， 韋達茵
來源：智慧物聯(lián)網系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學,2022,24(4):1-11.
編者按
物聯(lián)網作為新型數(shù)字基礎設施的重要組成部分，與第五代移動通信、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等技術深度融合，正在深刻改變技術產業(yè)體系、推動數(shù)字經濟快速發(fā)展，開啟了萬物智聯(lián)的智慧物聯(lián)網系統(tǒng)新階段。
中國工程院李伯虎院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第4期發(fā)表《智慧物聯(lián)網系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究》一文。文章梳理了我國物聯(lián)網的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了智慧物聯(lián)網系統(tǒng)（物聯(lián)網2.0）概念并闡述了其內涵、體系架構、技術譜系、使能關鍵技術；針對智能制造、智能農業(yè)、智能電網、智能醫(yī)療、智能交通、智能環(huán)保等領域的應用場景，提煉了智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的實踐案例，展示了智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的應用價值。文章建議，實施物聯(lián)網+人工智能+新一代信息通信技術+新應用領域專業(yè)技術技術融合創(chuàng)新專項，關注智慧物聯(lián)網系統(tǒng) / 云原生平臺 / 低代碼（無代碼）應用開發(fā)環(huán)境及工具集、面向智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的高端傳感器、物聯(lián)網芯片 / 專用器件等智能產品的研發(fā)與產業(yè)化，開展云邊端協(xié)同、自主可控、安全可信的智慧物聯(lián)網系統(tǒng)應用示范。
一、前言
數(shù)字經濟成為重要的新經濟形態(tài)。隨著經濟社會數(shù)字化轉型、智能化升級步伐加快，物聯(lián)網已是數(shù)字經濟中新型基礎設施的重要組成部分，成為新一輪產業(yè)革命的重要方向和推動力量，對于培育數(shù)字經濟增長點、支撐產業(yè)轉型升級具有重要意義。
物聯(lián)網概念在2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的《ITU互聯(lián)網報告2005：物聯(lián)網》中被正式提出；本研究將其解讀為物聯(lián)網1.0，認為它通過泛在網絡，借助物體識別技術（如射頻識別）、傳感技術、嵌入式智能技術、小型化技術（如納米結構），將世界萬物連接在一起，通過感知世界、認識世界、改造世界，進而推動整個世界發(fā)展。近年來，發(fā)達國家在物聯(lián)網使能技術、數(shù)字技術以及相關產業(yè)發(fā)展方面積極布局。我國也高度重視物聯(lián)網發(fā)展并提升至國家戰(zhàn)略高度，如《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》（2021年）要求，重點發(fā)展云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、工業(yè)互聯(lián)網、區(qū)塊鏈、人工智能（AI）、虛擬現(xiàn)實（VR） / 增強現(xiàn)實（AR）等七大產業(yè)；《物聯(lián)網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021—2023）》（2021年）提出，到2023年國內主要城市初步建成物聯(lián)網新型基礎設施。
當前正處于智能信息技術快速發(fā)展與突發(fā)公共衛(wèi)生事件應急防控相交織的新時代，面臨著國際激烈競爭與多邊合作的新態(tài)勢；我國進入了全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的新發(fā)展階段，構建以國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進新發(fā)展格局的新征程。為適應上述新時代、新態(tài)勢、新征程，新時代、新態(tài)勢下新型‘互聯(lián)網+’行動計劃發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組認為，物聯(lián)網發(fā)展也要邁進新征程：開啟萬物智聯(lián)的智慧物聯(lián)網系統(tǒng)（物聯(lián)網2.0）新發(fā)展階段；貫徹創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享新發(fā)展理念；構建技術、產業(yè)、應用、人才、政策、保障體系一體化創(chuàng)新的新發(fā)展格局。
本文內容源自中國工程院咨詢項目新時代、新態(tài)勢下新型‘互聯(lián)網+’行動計劃發(fā)展戰(zhàn)略研究。著眼于深刻理解我國物聯(lián)網發(fā)展，提出適應新時代、新態(tài)勢的智慧物聯(lián)網系統(tǒng)（物聯(lián)網2.0）概念內涵、體系架構、技術體系框架；凝練智慧物聯(lián)網系統(tǒng)應用中的共性賦能技術和應用關鍵技術，總結智慧物聯(lián)網系統(tǒng)在代表性領域的應用場景和案例，進一步形成智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的發(fā)展建議。
二、我國物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀分析
（一）物聯(lián)網發(fā)展態(tài)勢
物聯(lián)網關鍵核心技術形成階段性突破，尤其是在感知、網絡、平臺、融合應用等技術方向取得顯著進展。例如，在新型感知網絡的技術工程創(chuàng)新方面達到世界先進水平，以低代碼 / 無代碼為目標的物聯(lián)網+應用開發(fā)環(huán)境迅速發(fā)展，小微智能傳感器、智能設備等透明電網關鍵技術與裝備獲得廣泛應用，新型物聯(lián)網與基因編輯、分子設計育種等現(xiàn)代生物技術融合構成農業(yè)現(xiàn)代化的關鍵驅動技術，自主可控的北斗高精度導航定位、第五代移動通信（5G）等成為推動智能網聯(lián)與智能交通融合發(fā)展的新型基礎設施。
物聯(lián)網相關產業(yè)取得顯著進展。物聯(lián)網作為信息化和工業(yè)化融合的切入點，促進了諸多行業(yè)信息化、數(shù)字化、網絡化、智能化的加速應用。隨著物聯(lián)網技術的持續(xù)滲透，智能制造、現(xiàn)代農業(yè)、智慧電網、智能醫(yī)療、智能交通、智慧環(huán)保等領域的應用場景不斷擴展，初步實現(xiàn)從生產到產品再到服務的轉型升級，成為以技術改變生產關系的范例。在應用領域的需求牽引下，不斷形成具有專屬領域特色的平臺應用系統(tǒng)及產業(yè)集群。例如，制造領域形成了工業(yè)物聯(lián)網平臺，農業(yè)領域以種質資源、育種等需求為核心構建了國家農作物種質資源平臺，醫(yī)療領域形成了以智能器械、遠程 / 移動醫(yī)療等為核心的產業(yè)集群，環(huán)保領域構建了針對環(huán)境管理需求的環(huán)境質量管理系統(tǒng)、衛(wèi)星環(huán)境遙感應用系統(tǒng)，能源領域實現(xiàn)了透明電網關鍵技術與裝備的應用突破。
物聯(lián)網應用實踐初見成效。例如，制造領域的工業(yè)物聯(lián)網平臺推廣應用成效明顯，涌現(xiàn)出了離散型智能制造、流程型智能制造等新模式和新業(yè)態(tài)；農業(yè)領域形成了面向政府、科研院所、種業(yè)市場等主體的農業(yè)物聯(lián)網應用場景；醫(yī)療領域建成了11個物聯(lián)網+醫(yī)療健康省級示范區(qū)，醫(yī)療數(shù)據(jù)共享水平持續(xù)改善，遠程醫(yī)療縣（區(qū)）覆蓋率達到90%；交通領域建成了國家智能網聯(lián)汽車（武漢）測試示范區(qū)；能源領域完成了粵港澳大灣區(qū)電力發(fā)展規(guī)劃及其應用示范；環(huán)保領域建立了多層次、多角度、全天候（時）的天空地一體化環(huán)境監(jiān)測應用示范。
也需清醒認識到，物聯(lián)網核心技術受制于人的基本局面尚未得到根本性改變，供應鏈、產業(yè)鏈協(xié)同基礎薄弱，應用領域互聯(lián)互通困難，數(shù)據(jù)開放共享及隱私保護力度不足等問題仍有顯現(xiàn)。除了網絡發(fā)展范式有待創(chuàng)新、平臺體系架構及系統(tǒng)異構集成 / 優(yōu)化 / 智聯(lián)亟待突破、新型應用軟件開發(fā)環(huán)境的友好性不佳之外，諸多行業(yè)融合應用方面的矛盾突出。例如，制造領域供給與市場需求適配性不佳，產業(yè)鏈、供應鏈穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，資源環(huán)境要素約束趨緊；農業(yè)領域中的現(xiàn)代種業(yè)底層驅動技術發(fā)展不成熟，商業(yè)化育種平臺尚未普及；能源領域支撐碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標的新型能源產業(yè)生態(tài)發(fā)展滯后，各類主體之間存在信息、技術、行業(yè)管理等方面的壁壘；醫(yī)療領域底層軟硬件技術的自主性、醫(yī)療數(shù)據(jù)處理的技術成熟度、AI應用技術的臨床適用性等需要進一步改善；與器械知識產權、地區(qū)協(xié)同、服務可持續(xù)能源運營等相關的能源領域多源數(shù)據(jù)共享及服務整合問題較為突出；環(huán)保領域新技術在智慧環(huán)保中的創(chuàng)新應用與環(huán)境保護業(yè)務的發(fā)展需求不相匹配，環(huán)境監(jiān)測與智能化治理設施的技術研發(fā)有待加強。
（二）物聯(lián)網技術發(fā)展趨勢
隨著物聯(lián)網技術、新一代AI技術、新一代信息通信技術的發(fā)展及其與應用領域專業(yè)新技術的不斷融合，物聯(lián)網技術演進快速，呈現(xiàn)以下趨勢。
① 海量連接產生的交互及數(shù)據(jù)分析需求，促使物聯(lián)網與AI更深層次融合并形成人工智能物聯(lián)網；
② 以智能傳感器為核心的傳感技術將深化發(fā)展；
③ 物聯(lián)網芯片向高性能、高可靠、低功耗、低成本方向發(fā)展；
④ 模組朝著定制化、多功能方向發(fā)展，窄帶物聯(lián)網模組、5G模組成為未來新方向；
⑤ 未來網絡發(fā)展將在蜂窩通信、局域網技術方面不斷迭代，第六代無線網絡技術（即WiFi 6，作為局域網滿足小區(qū)域、高寬帶要求）和5G（大連接、高速度，面向大區(qū)域）/ 第六代移動通信（6G）是技術發(fā)展重點；
⑥ 發(fā)展中的新技術，如元宇宙技術開始影響物聯(lián)網技術的新發(fā)展，將用戶與互聯(lián)網交互的界面從二維上升到三維，物聯(lián)網的升維將催生新的生產力。
三、智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的內涵與架構
（一）智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的概念內涵
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)（物聯(lián)網2.0）指，在新發(fā)展理念（創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享）與新一代AI技術等的引領下，人、信息（賽博）空間與物理空間融合，新智慧資源 / 能力 / 產品智慧互聯(lián)并協(xié)同服務的復雜系統(tǒng)；涉及新產品 / 能力 / 資源體系、新網絡 / 感知體系、新平臺體系、新標準安全體系、新應用體系、新用戶體系等六大新體系。其中，新一代AI技術包括數(shù)據(jù)驅動下深度強化學習智能、基于網絡的群體智能、人機與腦機交互技術為導向的混合智能、跨媒體推理智能、自主智能系統(tǒng)等；智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的智慧，指在新發(fā)展理念、新一代AI技術等的引領下，以人為中心的人、信息（賽博）空間與物理空間相互聯(lián)系、層層遞進系統(tǒng)的數(shù)字化、物聯(lián)化、服務化（云化）、協(xié)同化、定制化、柔性化、綠色化、智能化。
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)將具備新技術、新模式、新業(yè)態(tài)，新特征、新內容、新目標，服務于應用領域數(shù)字化、網絡化、云化、智能化轉型升級。
① 新技術，基于新型互聯(lián)網，在新發(fā)展理念、新一代AI技術等的引領下，借助新網絡技術、新信息通信技術、新智能科學技術、新能源技術、新材料技術、新生物技術、新綠色技術、新應用領域專業(yè)技術等8類新技術深度融合的數(shù)字化、網絡化、云化、智能化技術工具，將人、信息（賽博）空間與物理空間中的人 / 機 / 物 / 環(huán)境 / 信息進行智能連接，提供智慧資源、智慧產品、智慧能力的隨時隨地按需服務。
② 新模式，以用戶為中心、人 / 機 / 物 / 環(huán)境 / 信息優(yōu)化融合，進行數(shù)字化、物聯(lián)化、服務化（云化）、協(xié)同化、定制化、柔性化、綠色化、智能化的智慧協(xié)同互聯(lián)。
③ 新業(yè)態(tài)，具有萬物智聯(lián)、智能引領、數(shù) / 模驅動、共享服務、跨界融合、萬眾創(chuàng)新等特點。
④ 新特征，在全系統(tǒng)及全生命周期活動中，人 / 機 / 物 / 環(huán)境 / 信息自主智能地感知、互聯(lián)、協(xié)同、學習、分析、認知、決策、控制、執(zhí)行。
⑤ 新內容，促使全系統(tǒng)及全生命周期活動中的人、技術 / 設備、管理、數(shù) / 模、材料、資金（六要素）以及人才流、技術流、管理流、數(shù) / 模流、物流、資金流（六流）的集成優(yōu)化，形成數(shù)字化、網絡化、云化、智能化的產品、設備 / 系統(tǒng)和全生命周期活動。
⑥ 新目標，支持系統(tǒng)數(shù)字化轉型與智慧化升級，追求創(chuàng)新、綠色、開放、共享、個性。
（二）智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的體系架構
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的體系架構（見圖1）包括：新智慧資源 / 能力/產品層，新智慧感知 / 接入 / 通信層，新智慧邊緣處理平臺層，新智慧系統(tǒng)云端服務平臺層，新智慧云服務應用層，新的人 / 組織。各層具有相應的新標準及新安全管理支撐。
圖1智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的體系架構
注：IaaS表示基礎設施及服務；PaaS表示平臺即服務；SaaS表示軟件即服務；DaaS表示數(shù)據(jù)即服務；PROaaS表示產品即服務；CaaS表示能力即服務；RFID表示無線射頻識別；GPS表示全球定位系統(tǒng)。
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的體系架構，特色主要體現(xiàn)在七方面。
① 邊緣 / 云端協(xié)同的新架構；
② 云計算 /AI/ 大數(shù)據(jù) / 新互聯(lián)網 / 建模仿真 / 數(shù)字孿生等為代表的新信息通信技術，與新應用領域技術相融合；
③ 感知 / 接入 / 通信層的虛擬化及服務化，采用云網超融合、網絡操作系統(tǒng)、新型網絡承載架構，實現(xiàn)網絡虛擬化、網絡控制編排、軟件定義網絡、云網融合、網絡安全組件等功能，提高物聯(lián)網環(huán)境下異構網絡資源的利用率、安全性、可靠性；
④ 模型驅動、云原生的新型應用程序（APP）開發(fā)環(huán)境，突破傳統(tǒng)意義上的開發(fā)環(huán)境概念，轉向物聯(lián)網技術支持的開發(fā)環(huán)境，更適合智慧物聯(lián)網場景下的應用開發(fā)；
⑤ 各層具有新時代的內涵與內容，如以用戶為中心的新智能資源 / 新智能產品 / 新智能能力 / 智慧共享服務；
⑥ 物聯(lián)網體系架構在各應用領域進行智慧化拓展；
⑦ 人、信息空間、物理空間的深度融合，通過新一代賦能技術與各領域專業(yè)技術的交叉應用，構建由人、信息（賽博）空間與物理空間所形成的智能應用系統(tǒng)，以系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化達到人機共生的和諧生態(tài)。
四、智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的技術譜系與使能關鍵技術
（一）智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的技術譜系框架
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的技術譜系分為整體架構子體系、支撐技術子體系、軟件技術子體系、安全技術子體系、標準技術子體系、應用技術子體系。
① 整體架構子體系包括總體技術體系、智慧產品專業(yè)技術體系、感知 / 接入 / 通信層技術體系、邊緣處理平臺技術體系、云端平臺技術體系、智慧物聯(lián)網+融合應用技術體系等；
② 支撐技術子體系涵蓋新信息通信技術、新智能科學技術、新網絡技術、新應用領域專業(yè)技術等；
③ 軟件技術子體系包括系統(tǒng)軟件技術、平臺軟件技術、新型應用軟件技術等；
④ 安全技術子體系涵蓋物理安全防護、技術安全防護、管理安全防護、商業(yè)安全防護等安全防護技術；
⑤ 標準技術子體系包括基礎共性標準、平臺 / 支撐標準、關鍵技術標準、產品及服務標準、應用標準等；
⑥ 應用技術子體系涵蓋智慧工業(yè)物聯(lián)網、智慧農業(yè)物聯(lián)網、智慧能源物聯(lián)網、智慧醫(yī)療物聯(lián)網、智慧交通物聯(lián)網、智慧環(huán)保物聯(lián)網等方面的應用技術。
（二）智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的使能關鍵技術
梳理形成的智慧物聯(lián)網系統(tǒng)使能關鍵技術分為共性使能關鍵技術、應用關鍵技術兩類，涵蓋物聯(lián)網與制造、農業(yè)、能源、醫(yī)療、交通、環(huán)保等領域專業(yè)技術深度融合6類應用關鍵技術。使能技術是智慧物聯(lián)網系統(tǒng)技術譜系的重要支撐，實現(xiàn)傳統(tǒng)產業(yè)數(shù)字化轉型與智能化升級的核心要素。在新發(fā)展理念指引下，借助新網絡技術、新信息通信技術、新一代AI技術、新能源技術、新材料技術、新生物技術、新綠色技術、新應用領域專業(yè)技術等多學科融合新技術的交叉應用，推動智慧物聯(lián)網系統(tǒng)在各領域技術、產業(yè)、應用方面的深入發(fā)展。
1. 共性使能關鍵技術
智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的共性使能關鍵技術包括12類技術。
① 傳感技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供各種形式信息的采集、處理、識別相關使能技術；
② 泛在網絡技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供隨時隨地按需獲取信息的傳輸使能技術；
③ 平臺技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、模型、資源等要素的解耦、整合、重構相關使能技術；
④ 大數(shù)據(jù)技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供全生命周期活動的精準化、高效化、智能化使能技術；
⑤ 云服務技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供信息、資源、能力的存取 / 共享 / 協(xié)同及智能計算相關使能技術；
⑥ AI技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供人 / 機 / 物 / 環(huán)境 / 信息的智能感知、認知、學習、分析、融合、運算、監(jiān)控、處理相關使能技術；
⑦ 邊緣計算技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供快速端計算使能技術；
⑧ 高性能計算技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供求解復雜問題、開展大規(guī)模智能協(xié)同相關使能技術；
⑨ 系統(tǒng)集成 / 優(yōu)化技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供優(yōu)化的綜合統(tǒng)籌設計使能技術；
⑩ 嵌入式建模仿真 / 數(shù)字孿生技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供基于模型的高效智能研制與運行使能技術；
?標準技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供技術、產品的相互協(xié)調與配合標準化相關使能技術；
?安全技術為智慧物聯(lián)網系統(tǒng)提供安全使能技術。
2. 應用關鍵技術
一是智慧工業(yè)物聯(lián)網應用關鍵技術，分為工業(yè)智能、工業(yè)AR、工業(yè)大數(shù)據(jù)等。其中，工業(yè)智能實現(xiàn)設計模式創(chuàng)新、生產智能決策、資源優(yōu)化配置等創(chuàng)新應用使能，工業(yè)AR將信息轉化為圖文、三維動畫、視頻等可視內容，工業(yè)大數(shù)據(jù)使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預測、決策、控制等智能化功能的模式與結果。
二是智慧農業(yè)物聯(lián)網應用關鍵技術，包括生命信息傳感器技術、表型信息獲取技術、表型組數(shù)據(jù)解析技術、表型組大數(shù)據(jù)管理及建庫技術等。其中，生命信息傳感器技術將種子及其繁種 / 制種環(huán)境的信息集合起來，通過信號轉化和AI數(shù)據(jù)處理得到相應的生理及生態(tài)信息；表型信息獲取技術從海量信息中自動抽取重要表型特征和邏輯關系，實現(xiàn)表型性狀自動精準識別；表型組數(shù)據(jù)解析技術覆蓋從初始數(shù)據(jù)采集到最終細化分析的完整過程；表型組大數(shù)據(jù)管理及建庫技術用于對表型數(shù)據(jù)進行管理、存儲和共享。
三是智慧能源物聯(lián)網應用關鍵技術，包括電力知識圖譜技術、終端智能管控平臺及透明電網數(shù)據(jù)平臺技術等。其中，電力知識圖譜技術根據(jù)圖數(shù)據(jù)結構，將各電力業(yè)務的對象信息組成巨大關系網絡；終端智能管控平臺及透明電網數(shù)據(jù)平臺技術指通過智能終端為透明電網提供感知功能以及海量的多源異構大數(shù)據(jù)資產，對智能終端工作狀態(tài)進行管控。
四是智慧醫(yī)療物聯(lián)網應用關鍵技術，包括人體生理與體征傳感技術，面向醫(yī)療的5G技術、醫(yī)療個性化服務技術等。其中，人體生理與體征傳感技術通過傳感方式全面采集人體生理與體征信號，作為臨床診斷與治療的基礎；面向醫(yī)療的5G技術通過5G技術實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的海量連接，解決傳統(tǒng)低效率通信方式對智慧醫(yī)療建設的限制，從而提高醫(yī)療服務效率；醫(yī)療個性化服務技術指感知計算、個性化健康管理、行為識別等與人體健康相關的健康物聯(lián)網技術。
五是智慧交通物聯(lián)網應用關鍵技術，包括多源協(xié)同高精度定位與感知技術、北斗+5G車聯(lián)網精準控制技術、智能高精度地圖等。其中，多源協(xié)同高精度定位與感知技術指發(fā)揮多種信息源優(yōu)勢以實現(xiàn)精度高、可用性及連續(xù)性好的室內外無縫定位導航處理技術；北斗+5G車聯(lián)網精準控制技術提供高階道路感知、精確導航、遠程控制等服務；智能高精地圖技術是實現(xiàn)汽車自動駕駛的關鍵基礎設施，構成交通資源全時空實時感知的載體、交通工具全過程運行管控的基礎。
六是智慧環(huán)保物聯(lián)網應用關鍵技術，包括環(huán)境大數(shù)據(jù)技術、智能預警環(huán)境大數(shù)據(jù)挖掘分析技術、環(huán)境系統(tǒng)多模超級集合模擬技術等。其中，環(huán)保大數(shù)據(jù)技術面向環(huán)境保護與管理決策的應用服務需要，對生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)資源進行高效、有序的組織管理和應用；智能預警環(huán)境大數(shù)據(jù)挖掘分析技術通過數(shù)據(jù)挖掘方式建立科學的事件模型，在環(huán)境監(jiān)管中發(fā)揮空氣質量預測預報、環(huán)境承載能力監(jiān)測評估預警等作用；環(huán)境系統(tǒng)多模超級集合模擬技術指單項模型技術與復合模型技術、分析技術相結合，在環(huán)境模擬中進行綜合應用，強化環(huán)境模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）的一體化集成應用。
五、典型應用場景與實踐案例
（一）智慧工業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧工業(yè)物聯(lián)網在工業(yè)領域的代表性應用場景有：
① 在研發(fā)設計階段，利用5G、物聯(lián)網、AR / VR技術，實時采集實驗現(xiàn)場的畫面與數(shù)據(jù)，生成工業(yè)部件、設備、系統(tǒng)、環(huán)境等數(shù)字模型，實現(xiàn)跨地域在線聯(lián)合攻關以解決包括異地協(xié)同設計在內的各類問題；
② 在生產制造階段，基于數(shù)字孿生系統(tǒng)和工業(yè)物聯(lián)網技術，實現(xiàn)多維度的實時監(jiān)控，利用虛實映射方式開展針對柔性生產制造系統(tǒng)的主動感知、動態(tài)優(yōu)化控制、智能決策；
③ 在銷售服務階段，基于AI技術建立高精準度的預測模型，實現(xiàn)各類預測功能并制定相關銷售策略。
2. 實踐案例
5G賦能某工廠智能制造實現(xiàn)生產設備遠程監(jiān)控案例如圖2所示。原有工廠中的生產任務配合產線頻繁調整，網絡存在移動設備多、布線復雜、工期長、點檢難等劣勢以及時延大、不穩(wěn)定、閃斷等問題。在應用5G技術改造后的工廠內，實現(xiàn)了工業(yè)生產運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)快速、穩(wěn)定的收集、回傳與分析，通過仿真生產系統(tǒng)實現(xiàn)全過程數(shù)字化；車間設備聯(lián)網率超過85%，設備運維效率提升超過25%。
圖25G賦能某工廠智能制造實現(xiàn)生產設備遠程監(jiān)控示意圖
注：IP表示網際互連協(xié)議；UPF表示移動機房。
基于區(qū)塊鏈的智能供應鏈管控案例。新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情暴發(fā)以來，政府、企業(yè)對防疫物資的各環(huán)節(jié)存在信息透明、安全、可追溯的迫切需求。某公司運用區(qū)塊鏈技術，開發(fā)了區(qū)塊鏈防疫物資可信追溯系統(tǒng)，提供了防疫物資上鏈可視化展示、供需信息審核標注等功能，為企業(yè)、管理部門提供了及時可靠的抗疫物資數(shù)據(jù)，獲得社會好評。
（二）智慧農業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧農業(yè)物聯(lián)網的代表性應用場景有：
① 面向管理部門的種業(yè)監(jiān)管場景，覆蓋種業(yè)行業(yè)的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)品種可追溯、種子質量可追溯、市場主體可追溯、一站式信息查詢與業(yè)務辦理；
② 面向科研單位的種質資源管理場景，用于作物種質資源、遺傳材料的數(shù)字化管理及利用，支持育種資源保管與優(yōu)良品種選育；
③ 面向育種單位的商業(yè)化育種場景，搭建各類功能模塊，實現(xiàn)育種過程的標準化、程序化、數(shù)字化，提供育種選擇效率效果、育種數(shù)據(jù)科學分析等功能；
④ 面向育 / 繁種基地的種業(yè)物聯(lián)網場景，采用傳感器網絡、視頻監(jiān)控、移動通信等信息技術以及作物表型觀測技術，以全過程的自動化、數(shù)字化、智能化來實現(xiàn)制種、繁種的提質增效；
⑤ 面向市場的種業(yè)社會化服務場景，打通種子等農資行業(yè)信息流，提供基于電子交易信息系統(tǒng)的融資與交易服務，最終實現(xiàn)種業(yè)社會化服務。
2. 實踐案例
農作物種質資源數(shù)據(jù)庫是國家農作物種質資源平臺的應用案例。相關平臺的服務類型有作物種質信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享服務、科普宣傳等。在農作物種質資源數(shù)據(jù)庫建立之后，實現(xiàn)了200種作物、4.1×105份種質的信息共享，為國家作物種質資源、育種、栽培、植保等方向的科研提供了查詢參考服務，向50多個國家級科技項目提供了技術與數(shù)據(jù)支撐服務。
金種子育種云平臺案例。作為一體化的商業(yè)育種云平臺，支持農業(yè)結構戰(zhàn)略調整，提升農業(yè)產業(yè)的精準化與信息化水平；集成了計算機、GIS、AI等技術，支持大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網等信息技術與傳統(tǒng)育種技術的融合創(chuàng)新，提供了性狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、二維條碼種質資源管理系統(tǒng)等商業(yè)化育種的信息化解決方案。
（三）智慧能源物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧能源物聯(lián)網的代表性應用場景主要是透明電網系統(tǒng)。透明電網以數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可見、可知、可控以及狀態(tài)任意透明；應用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、移動互聯(lián)網、AI、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術對傳統(tǒng)電網進行數(shù)字化改造，發(fā)揮數(shù)據(jù)的生產要素作用，以數(shù)據(jù)流引領來優(yōu)化能量流及業(yè)務流。
2. 實踐案例
在粵港澳大灣區(qū)，透明電網智能運維廣泛采用小微智能傳感器、無線傳感器來采集電網數(shù)據(jù)，發(fā)揮小微智能傳感器具有的小微化、智能化、低功耗、自取能、自組網、高精度、高可靠性等特點，實現(xiàn)電網信息的全面、及時、可靠感知；構建大規(guī)模傳感網絡，實時地監(jiān)測電網設備并測量大電網的廣域大數(shù)據(jù)；利用小微智能傳感控制器、5G等通信技術，實現(xiàn)邊緣計算、自適應控制算法的工程應用；結合機器學習等AI算法，快速匯總、分析、處理海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備健康、環(huán)境狀態(tài)等的在線實時智能感知，支持故障診斷和運維決策的高效開展，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。
（四）智慧醫(yī)療物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧醫(yī)療物聯(lián)網的代表性應用場景有：
① 智慧臨床場景，通過5G、物聯(lián)網等技術，實現(xiàn)普通智慧病房的床旁智能交互、專家遠程實時診療等功能；
② 智慧就醫(yī)服務場景，以5G、物聯(lián)網等技術構建醫(yī)院院內系統(tǒng)，支持患者自助醫(yī)療，提高醫(yī)院服務水平和管理效率；
③ 健康管理場景，通過AI、物聯(lián)網等技術，對社區(qū)進行全方位慢病管理和疾病篩查，達到預防疾病發(fā)生的效果；
④ 智慧醫(yī)院管理場景，提升智慧醫(yī)院后勤、醫(yī)院物資物流管理、醫(yī)療廢物管理能力。
2. 實踐案例
5G遠程治療案例。在COVID-19疫情防控過程中，借助5G技術的高可靠、低時延特性，異地專家或醫(yī)療團隊遠程控制醫(yī)學診療設備，接收治療現(xiàn)場影像，進行遠程會診，指導現(xiàn)場醫(yī)護人員進行診療或進行手術。某醫(yī)院遠程超聲波醫(yī)學中心的專家利用5G 網絡，通過手柄遠程控制異地醫(yī)院的超聲機器人，為患者進行超聲檢查治療。
智慧養(yǎng)老平臺案例。發(fā)展數(shù)字化的智慧養(yǎng)老服務平臺，匯集民政、衛(wèi)健、公安、財政等領域的涉老數(shù)據(jù)，健全老年人基礎數(shù)據(jù)庫、養(yǎng)老設施數(shù)據(jù)庫、養(yǎng)老服務組織數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)老年人服務需求評估、服務提供與反饋跟蹤、養(yǎng)老機構管理、特殊老年人巡訪探視等基本業(yè)務的數(shù)字化管理。
（五）智慧交通物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧交通物聯(lián)網的代表性應用場景有：
① 智能道路場景，運用物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)、AI等信息技術，構建以數(shù)據(jù)為核心的城市交通信息采集與發(fā)布的智慧載體，實現(xiàn)道路交通運行態(tài)勢自動感知與辨別，為智能汽車實現(xiàn)車路協(xié)同提供技術支撐，創(chuàng)造安全、高效、舒適的出行環(huán)境及服務；
② 智能網聯(lián)汽車場景，搭載先進傳感器，運用信息通信、互聯(lián)網、云計算等技術，逐步實現(xiàn)自動駕駛功能，催生單車自動駕駛與網聯(lián)式汽車融為一體的新產品、新模式、新生態(tài)。
2. 實踐案例
智能道路案例。在車路協(xié)同體系中，智能路側系統(tǒng)通過智能傳感器設備并結合智能車載信息，提供危險駕駛提醒、車輛違章預警、道路異常提醒、道路擁堵分析、交叉路口、協(xié)調調度等功能。北斗+5G賦能自動駕駛基礎設施具有自主核心技術和算法，為測試道路提供全天候、全天時、高精度的定位、導航、授時服務，提升自動駕駛與智慧城市融合發(fā)展水平。
智能網聯(lián)汽車案例。未來智能高精地圖的應用場景必然是協(xié)同感知與協(xié)同精密定位技術支撐下的車路協(xié)同一體化（見圖3）。在北斗+5G地基增強或星基增強的支持下，疊加高精地圖、慣性導航等技術，滿足信號遮擋等復雜場景下智能網聯(lián)車對厘米級位置、納秒級精準感知、位置與時間多級精準協(xié)同控制的需求。
圖3智能網聯(lián)汽車示意圖
注：4G表示第四代移動通信；RSU表示路側單元；V2I表示車輛 ? 基礎設施互聯(lián)；V2V表示車輛 ? 車輛互聯(lián)；V2P表示車輛 ? 行人互聯(lián)；OBU表示車載單元。
（六）智慧環(huán)保物聯(lián)網系統(tǒng)的代表性應用場景與實踐
1. 應用場景
智慧環(huán)保物聯(lián)網的代表性應用場景有：
① 天空地一體化立體監(jiān)測系統(tǒng)，獲取大氣環(huán)境監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)資源；
② 在水環(huán)境監(jiān)測方面，以流域控制單元為基礎，獲取衛(wèi)星遙感、無人船、監(jiān)測子站等監(jiān)測手段的數(shù)據(jù)，建立立體且精細化的流域單元監(jiān)測功能；
③ 精準治霾立體監(jiān)測系統(tǒng)，集成衛(wèi)星遙感、高空視頻、無人機等技術，全面采集空氣質量和污染源數(shù)據(jù)，通過環(huán)境大數(shù)據(jù)、多元模型分析，快速診斷污染排放趨勢，支持空氣質量動態(tài)調控。
2. 實踐案例
城市大氣污染網格智能監(jiān)測監(jiān)管平臺案例。建立了大氣污染網格智能監(jiān)測監(jiān)管平臺，集成氣象數(shù)據(jù)、污染源、各站（微站、市控站、省控站、國控站）、雷達、走航車、無人機、手持設備、視頻設備等的多樣化監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多渠道數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動分析；構建天地空一體化大氣熱點監(jiān)測體系，準確反應區(qū)域內大氣污染的變化情況，結合預警、預報、上報機制，形成對污染區(qū)域的網格化管控。
城市立體監(jiān)測與大數(shù)據(jù)平臺案例。構建精確預報 ? 精確分析 ? 精準施策 ? 精細評估的二次污染協(xié)同防治技術體系，通過在線監(jiān)測預警網來精準預報污染過程；采用快速識別技術與快速量化解析技術，識別污染類型、熱點區(qū)域以及污染成因；依據(jù)總量控制量化技術及相關識別技術進行精準施策，動態(tài)總量核算及監(jiān)管技術進行精細評估。
六、我國智慧物聯(lián)網系統(tǒng)發(fā)展建議
為適應新時代、新態(tài)勢、新征程，物聯(lián)網的發(fā)展正從物聯(lián)網1.0邁上了物聯(lián)網2.0階段——智慧物聯(lián)網系統(tǒng)。智慧物聯(lián)網作為新型數(shù)字基礎設施的重要組成部分，與5G、大數(shù)據(jù)、云計算、AI、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等技術深度融合與群體突破，保持能力快速演進，將推動數(shù)字經濟快速發(fā)展，發(fā)揮對數(shù)字經濟放大、疊加、倍增等作用。一方面，利用融合的新技術來賦能并驅動企業(yè)的生產方式、運營模式、管理體系等的數(shù)字化轉型與智能化升級，支持產品創(chuàng)新、用戶服務等核心業(yè)務的數(shù)字化、網絡化、智能化，從而顯著提升企業(yè)的市場競爭力；另一方面，提供智慧物聯(lián)網新的技術、產品、服務、基礎設施，形成適應新時代的一類戰(zhàn)略性新興產業(yè)，進而對經濟社會發(fā)展起到放大、疊加、倍增效應。
在需求牽引、技術推動下，智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的模式、技術、業(yè)態(tài)還將持續(xù)發(fā)展。
① 注重政產學研金用結合的技術創(chuàng)新體系建設，加強跨學科、跨領域協(xié)作機制以形成統(tǒng)籌協(xié)調生態(tài)；
② 注重培養(yǎng)各領域復合型人才，特別是物聯(lián)網技術與信息通信技術、應用領域專業(yè)技術融合的人才；
③ 注重全球 / 國家 / 地方多層級的物聯(lián)網新型基礎設施等數(shù)字基礎設施建設；
④ 注重全球 / 國家 / 地方的政策及資源支持；
⑤ 注重實現(xiàn)技術、應用、產業(yè)的協(xié)調發(fā)展（具體闡述如下）。
在技術研究方面，建議7個重視。
① 重視新一代AI技術的引領作用，以5G、新一代AI、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、現(xiàn)代建模仿真等為代表的信息通信技術與新應用領域專業(yè)技術的深度融合，驅動智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的技術體系及平臺進行持續(xù)創(chuàng)新；
② 重視發(fā)展如智能感知技術、未來網絡技術、新型通信技術等核心關鍵技術；
③ 重視開展智慧物聯(lián)網系統(tǒng)應用領域的新模式、新流程、新技術手段、新業(yè)態(tài)研究，覆蓋相關應用領域全生命周期活動的各個階段；
④ 重視物聯(lián)網應用數(shù)據(jù)庫、算法庫、模型庫、平臺、計算能力等基礎能力的研究與建設；
⑤ 重視智慧物聯(lián)網商業(yè)模式研究；
⑥ 重視物聯(lián)網安全技術、評估體系研究；
⑦ 重視未來技術與生態(tài)發(fā)展，特別是融入正在快速發(fā)展中的元宇宙理念及技術，驅動諸多領域在全生命周期活動中降低成本、提高效率、保持綠色 / 柔性，強化智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的數(shù)字孿生能力，實現(xiàn)智智慧物聯(lián)網系統(tǒng)的轉型升級。
在產業(yè)發(fā)展方面，建議5個加強。
① 加強云原生平臺、低代碼 / 無代碼應用開發(fā)環(huán)境及工具集等產品，重點提升嵌入式工業(yè)軟件及集成開發(fā)環(huán)境、面向細分行業(yè)的集成化工業(yè)軟件平臺，吸引更多企業(yè)共建服務型生態(tài)；
② 加強面向智慧物聯(lián)網的高端傳感器、物聯(lián)網芯片、嵌入式物聯(lián)網操作系統(tǒng)等智能產品，推動物聯(lián)網產業(yè)生態(tài)向高端演進，構建國產化網絡控制器和操作系統(tǒng)并推進網絡設備的國產化和白盒化；
③ 加強基于隱私計算、分布式泛在計算，構建以健康醫(yī)療數(shù)據(jù)與技術共享平臺為代表的一系列國家級數(shù)據(jù)平臺，形成數(shù)據(jù)資產、數(shù)據(jù)要素等的安全可信、隱私保護能力；
④ 加強知識軟件化、架構開源化、軟件云化，形成自主可控的新型物聯(lián)網+開發(fā)環(huán)境與應用生態(tài)；⑤ 加強與元宇宙有關的產業(yè)發(fā)展。
在應用實踐方面，建議5個突出。
① 突出行業(yè)、企業(yè)特點；
② 突出問題導向、價值導向的模式技術與業(yè)態(tài)變革；
③ 突出智慧物聯(lián)網系統(tǒng)六要素六流的綜合集成優(yōu)化與智慧化；
④ 突出以系統(tǒng)工程理念為實施原則；
⑤ 突出各類應用示范，如構建云邊協(xié)同應用平臺，面向應用領域且通用性良好的自主可控開源嵌入式操作系統(tǒng)，網絡與AR/VR、4K/8K業(yè)務的聯(lián)合應用，基于自主可控開發(fā)環(huán)境的產業(yè)鏈協(xié)同研發(fā)應用，元宇宙有關的應用等。
注：本文內容呈現(xiàn)略有調整，若需可查看原文。
作者介紹
李伯虎，系統(tǒng)仿真及制造業(yè)信息化專家，中國工程院院士。
在系統(tǒng)仿真領域，提出大型模擬機整機精度與穩(wěn)定性設計新方法。領導研制成混合計算機上參數(shù)、曲線、統(tǒng)計尋優(yōu)器。主持研制成國內首例大型連續(xù)系統(tǒng)仿真語言及首例復雜系統(tǒng)仿真語言。合作提出間斷非線性動力學系統(tǒng)仿真及基于連分式仿真等新算法。提出并發(fā)仿真工程、仿真網格、云仿真、虛擬樣機工程、高性能仿真計算機等理念、技術體系、總體方案并領導實施。在制造業(yè)信息化領域，合作提出現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理念、技術體系。提出復雜產品集成制造系統(tǒng)、制造網格、云制造等理念、技術體系、總體方案并領導實施。
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本文轉載自中國工程院院刊，原標題《智慧物聯(lián)網系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究丨中國工程科學》。
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