青大附中高中·学子|“每月一科”科普专栏——什么是物联网

青大附中高中科普专栏

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第十届学生会科创部创立科普专栏

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科普人介绍

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高一3班翟肇一，青大附中高中第十届学生会科创部干事，校原子工坊社副社长。

我对物联网研究的兴趣源于一个小的意外事件。那天我在户外运动时，像往常一样佩戴着Air Pods听音乐。然而，当我结束锻炼准备离开时，发现其中一只耳机不翼而飞。我在健身房里四处寻找，却始终不见踪影。就在我准备放弃的时候，我想起了iPhone的查找功能。

我迅速打开手机，打开“查找我的”应用，选择对应的Air Pods设备。屏幕上立刻显示出了耳机的实时位置，它正静静地躺在健身房的瑜伽垫旁。我按照屏幕上的指示，顺利地找到了丢失的耳机。这次经历让我深刻感受到了物联网技术的实用性和便捷性，同时引发了我对物联网应用的思考。

物联网通过将各种物品与互联网连接，实现了信息的互通和共享。在这个例子中，Air Pods与iPhone之间建立了连接，使得我能够通过手机实时追踪耳机的位置。这种智能化的管理方式不仅提高了物品的安全性，还为我们的生活带来了极大的便利。

什么是物联网？

物联网（英文：Internet of Things，缩写：IoT）起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

在物联网应用中有三项关键，分别是感知层、网络传输层和应用层。

物联网的关键技术

把网络技术运用于万物，组成“物联网”。如把感应器 嵌入装备到 油网、电网、路网、水网、建筑、大坝、等物体中，然后将“物联网”与“互联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。超级计算机群对“整合网”的人员、机器设备、基础设施实施实时管理控制。以精细动态方式管理生产生活，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然关系。

简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。

物联网的应用案例

1.自动驾驶汽车和联网车辆

在未来的道路上，车辆将达到5级自主驾驶水平，完全不需要人工干预。然而，如今，汽车制造商和汽车初创公司正在努力使3级和4级自动驾驶技术正确无误。摄像头、雷达、光探测和测距(LIDAR)以及许多其他车载传感器正被用来捕捉路况信息、通知适当的驾驶行为以及防止潜在事故。

2.AR /VR

无论是在游戏、购物、娱乐还是医疗过程中，增强现实（AR）和虚拟现实（VR）正在获得吸引力，以创造“扩展现实”体验。

AR将信息叠加到现实世界中。无论是在视频聊天中对人脸进行动画处理还是在后院捕捉可爱的小动物，您的设备都在使用现实世界的信息，然后叠加数字信息来改变或增强现实。VR将用户置于数字世界中，然后使用捕获到的动作（眼睛、头部转动等）来让他们感觉沉浸在该世界中。

3.智能手表、健身追踪器、可穿戴设备和可听戴设备

由于大量新的个人设备的涌入，可穿戴设备市场正在蓬勃发展。事实上，最近的一份报告预测，到2025年，该行业预计将从2019年的1.815亿台增至5.201亿台，在预测期（2020-2025年）内，复合年增长率为19.9%。报告还说，超过80%的消费者愿意佩戴健身可穿戴设备。在未来几年里，智能手表的销量将占全球手表销量的一半以上。消费者正在寻找其智能手机和智能手表之间的无缝连接和交互，以跟踪、管理和保护其数据，特别是敏感的健康数据。

但是，技术创新不会仅仅发生在手腕上。一种被称为“可听戴设备”的新子类可能会通过声控耳机颠覆可穿戴设备行业。随着越来越多的耳机制造商放弃耳机插孔，这些类型的设备预计将在未来变得司空见惯。另一个机会是便携式医疗设备，可以监测血压和心率，并在医疗紧急情况下联系急救人员。

4.机器对机器（M2M）连网设备

M2M被称为无需人工干预就能实现机器间通信的技术,例子包括遥测、交通控制、机器人和其他涉及设备间通信的应用。如今的工厂正在使用支持物联网的机器来更智能地工作。通过为机器配备传感器，工厂经理可以更准确地绘制机器工作负载、输入和输出。他们还可以更密切地跟踪机器的磨损情况，从而实现预测性维护，进而延长了使用寿命。有了这些功能，工厂将变得越来越自动化。

5.未来的供应链

另一个物联网使用案例是供应链，它越来越全球化和复杂。客户需求迅速变化，必须采购产品，必须协调运输和交付路线。作为回应，公司正在创建连网的企业系统，并将数据建模作为更广泛的数据管理战略的关键部分。此外，低功耗物联网设备也被用于跟踪整个供应链中的资产，并监测产品质量（例如温度、振动）并跟踪运输集装箱的开启。此外，可以通过收集运输中的供应链数据来进一步优化路线。

6.无人机

对于摄影师来说，无人机帮助记录了以前无法获得的惊人景观。但这些飞行装置并不仅仅是为了此目的，石油钻塔工人正在使用无人机更快地完成钻塔的全面检查，而不会牺牲工人的安全或生产停工时间。电子商务公司开始使用送货机器人和无人机将买家订购的商品送到他们家门口。甚至非营利组织也在使用无人机来监测环境脆弱地区的森林砍伐情况。

除了商业用途之外，无人机还在搜索和救援任务中为公众服务。这些机器可帮助搜索和救援团队更快地找到受害者，评估受害者的状况并为救援任务指明正确的道路。

7.智慧城市：能源、交通、停车等

物联网最有前途的用例之一是创建更智能、更高效的城市。可以优化公共能源网格，以平衡工作负载，预测能源激增，并更公平地向客户分配能源。密集城市环境中的交通系统也是如此，交通信号灯可以同步，以适应实时交通状况。在紧急情况下，急救人员可以与红绿灯进行通信，以改变信号灯颜色。其他应用会对停车场进行数字跟踪，因此可用车位的信息会自动推送给寻找停车位的驾驶员。

8.医疗保健

处于边缘的物联网设备正在改变患者的医疗保健体验，无论是在急诊室就诊时收集患者信息的移动设备，还是糖尿病患者的人体持续血糖监测系统。

我们开始看到各种各样的物联网设备从个人那里收集健康数据：从心脏监护仪、血压监测仪到“智能”药丸或用于监测摄入量的电子药物，再到可穿戴设备，如带有温度控制的智能袜子或用于生命体征监测的智能背心。除监护仪外，还有各种设备可提醒患者纠正姿势，吃药或在旅途中充当私人助理。

9.智慧农业

今天的农民正在利用物联网的力量来简化他们的操作。随着自由放养牲畜被广泛采用，联网技术可以在开阔的牧场上追踪牲畜。智能传感器也可以安装在灌溉系统中，以减少水的消耗，并为作物土壤创造合适的水分含量。它甚至被用来监测堆肥过程中的湿度和温度等因素。此外，农民可以密切关注他们的设备，找出每台设备的位置，跟踪其性能，并进行预测性维护。在传统农场之外，葡萄酒生产商正在使用物联网设备来了解葡萄的健康状况和含糖量。

10.陪伴机器人

伴随着今年的疫情大爆发，出现了一个物联网用例，那就是陪伴机器人。对于那些被困在家里的人来说，陪伴机器人已经成为一个非常受欢迎的朋友。

物联网的优势与挑战

物联网的优势

1.提高效率：物联网设备可以自动化完成许多日常任务，减少了人力和时间成本。

2.数据收集和分析：物联网设备可以收集大量数据，这些数据可以用于分析和制定决策。

3.自动化控制系统：物联网技术可以帮助我们自动化控制系统，例如智能家居系统，可以自动调节温度、照明等。

面临的挑战

1.数据隐私：物联网设备收集了大量的个人数据，如何保护这些数据是一个重要的问题。

2.安全问题：物联网设备的安全漏洞可能会被攻击者利用，导致个人信息泄露和系统瘫痪。

3.标准化问题：由于物联网技术的多样性，缺乏一个普遍的标准化规范，使得设备之间的通信和互操作性变得更加困难。

结论

物联网在连接性、数据经济性和实惠计算能力的推动下显示出了惊人的增长。而存储在其中发挥着关键作用，它为物联网最有价值的资产——数据，提供了动力。

随着物联网的发展，可以将数据存储在离它所服务的人、设备和“事物”更近的地方，从而导致存储和计算更靠近边缘和端点。离源头越近，延迟就越少，随着这些新的物联网用例逐渐成为主流，这意味着更快的洞察和价值。

撰稿：高一3班翟肇一

编辑：郭岩茹

责任部门：团委