《农业物联网技术与应用》第13章-农业物联网标准化与系统应用ppt课件.pptx
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1、信息科学与工程13.1 概 述物联网在中国受到了全社会普遍关注,物联网指的是将无处不在的末端设备和设施 ,包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、构成的泛在网络。物联网已不再是同一属性的“物 ”“物”信息交互这么简单,通过物联网可以将不同属性或不同体系的物体实现相互交互。例如,农业物联网中,农产品的生产过程与加工过程看似两个不同属性空间,但在实际应用过程中,食品安全追溯可以将两个不同信息维度空间信息实现完全交互。而这两种维度的信息交互必定存在必然且唯一的关联性才能将不同纬度的信息进行无缝连接,在实现这个连接的过程中,信息的标准化即是完成不同空间、纬度信息无缝对接的唯一途径。在日新月异的物联网技
2、术发展中,越来越大的一张信息巨网正在形成。每一个物体,每一个人都以某个唯一特征作为信息元素在网络世界流通,而关联起不同行为、不同属性和事件的全过程必须依赖网络中的标准化信息手段。以中国公民身份证号码为例,身份证号码编码规则全国标准统一,因此,任何一个公民的人事管理系统、财务管理系统、医疗管理系统均可通过普遍认可的标准化身份证来构建人的健康、财务、人事档案,并实现各类信息的实时互通。因此,物联网技术的高速发展及各类信息的高度融合必须遵循统一标准和规则,物联网标准化是物联网发展阶段性必经之路。物联网技术标准作为物联网技术的统领,对我国物联网产业的发展至关重要。国内一些机构的标准化工作也在稳步推进,
3、物联网标准化工作已密切围绕产业发展需求,统筹规划传感网的标准研究,积极推进标准化工作,加快制定符合我国发展需求的物联网技术标准,建立健全标准体系,实现不同行业、不同业务流程的各个行业标准化互通,真正实现物联网“物 ”“物 ”相连、相关的泛在信息网络,实现信息的自我价值。目前,我国物联网标准体系初步框架已形成,国内某些机构向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳,物联网标准化工作已经取得积极进展。经国家标准化管理委员会批准,全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组。旨在通过标准化为产业发展奠定坚实技术基础。为促进传感网技术进步和推广,推动传感网在各行业中的应用,培育新的经济增长点,
4、促进经济结构调整和转型升级,对增强我国的可持续发展能力和国际竞争力作出应有贡献。我国物联网行业基本标准框架如图13.1所示。物联网标准化进程是一件高度复杂的事业,物联网的各个环节、各种应用或行业均有相关标准,农业物联网也不例外。在农业物联网标准化进程中,一般以物联网的三个层面分别制定相关标准。在感知层方面,农业物联网信息感知可以制定统一信息制式和标准,规定编码规则,统一信息标定原则,实现不同类型的农业物联网信息自动识别与交互。在传输层方面,制定不同的传输制式下的信息传输规范及标准接口协议,特别是建立不同通信方式下的信息连接标准化问题,实现不同传输方式的信息互通。在应用层方面,可根据不同应用子系
5、统构建统一化信息识别方法,构建标准化管理流程和信息处理模式,每个子系统设有标准信息接口与控制接口,在 实 现 “物” “物”互联的同时,也可以实现“物”“物”相控的应用模式。13.2 农业物联网标准相关概念13.2.1 标准 1983年,我国在标准技术基本术语(GB 39.5.1)中对标准定义如下:标准是重复性事物和概念所做的统一规定,它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础,经有关方面协商一致,由主管部门批准,以特定形式发布,作为共同遵守的准则和依据。该定义包含以下5个方面的含义(李道亮,2012)。(1) 标准的属性是一种“统一规定”。这种准则和依据”。根据中华人民共和国标准化规定,我国标
6、准分为强制性标准和推荐性标准两类。强制性标准必须严格执行,做到全国统一。推荐性标准国家鼓励企业自愿釆用,但推荐性标准若经协商,并计入经济合同或企业向用户作出明示担保,有关各方则必须执行,做到统一。(2) 标准制定的对象是重复性事物和概念。这里讲的重复性是指同一事物或概念反复多次出现的性质。虽然制定标准的对象,早已从生产、技术领域延伸到经济工作和社会活动的各个领域,但并不是所有事物或概念,而是比较稳定的重复性事物或概念。(3) 标准产生的客观基础是“科学、技术和实践经验的综合成果”。一是科学技术成果,二是实践经验的总结,并且这些成果与经验都要经过分析、比较、综合和验证加之规范化,只有这样制定出来
7、的标准才具有科学性。(4) 标准在产生过程中要“经有关方面协商一致”。这就是说标准不能凭少数人的主观意志,而应该发扬民主、与各有关方面协商一致,“三稿定标”。例如,制定产品标准不仅要有生产部门参加,还应当有用户、科研、检验等部门参加共同讨论研究,协商一致,这样制定出来的标准才具有权威性、科学性和适用性。( 5 ) 标准的本质特征是统一。即标准必须“由主管机构批准,以特定形式发布”。标准从制定到批准发布的一整套工作程序和审批制度,是使标准本身具有法规特性的表现。13.2.2 标准化 GB 3935.1对标准化的定义是“在经济、技术、科学及管理等社会实践中,对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标
8、准,达到统一,以获得最佳秩序和社会效益。”该定义的含义如下。(1) 标准化是一种活动,一切有人类活动的地方,就有标准化问题。人类要获得所需要的产品或秩序最佳,都需要进行一种活动;探索事物的发展规律,制定标准、实施标准和对标准的实施进行监督,这都是标准化活动的重要内容。(2) 这个活动过程在广度上是一个不断扩展的过程。例如,过去只制定产品标准、技术标准,现在又要制定管理标准、工作标准;过去标准化工作主要在工农业生产领域,现在已扩展到安全、卫生、环境保护、交通运输、行政管理、信息代码等。标准化正随着社会科学技术进步而不断地扩展和深化自己的工作领域。(3) 标准化也是一个过程,一个认识过程,即实践-
9、认识-再实践-再认识,随着认识的深化,就能更好地理解、更好地把握。事物发展的客观规律不能违背,标准化就是要根据对事物发展规律的认知程度和可预见性,适时作出响应,并随着对事物客观规律认识的逐步深化,不断提出新问题、新需求、新途径和新方法。在认识过程中,标准化与科学技术发展同步,探求规律,寻求方法,搭建平台。13.2.3 标准体系标准体系是依据对主体对象的认知程度,为获得最佳秩序所需要的,由若干相互依存 、相互作用、具有特定功能的标准化文件组成的有机整体。标准体系内部标准应按照一定的结构进行逻辑组合,而不是杂乱无序地堆积。由于标准化对象的复杂性,体系内不同的标准子系统的逻辑结构可能体现出不同的表现
10、形式,主要有层次结构和线性结构这两种。标准体系一般由框图、展开图和明细表组成。框图和展开图属于标准体系结构图;明细表按照结构图逐一列出各项标准的位置编号、名称、标 准 编 号 (包括自己制定和优选采用的标准)、成熟度等信息。标准体系的作用主要体现在标准体系是标准化工作的框架,它标示着为实现特定的目标需要哪些方面的标准,这些标准的内容、界面及它们之间的相互关系;优化结构,避免标准的遗漏和标准之间的重复与交叉;确立标准建立的优先顺序,从而提出标准化需求的总体设计方案,为标准化工作的计划安排提供依据(陈红霞和赵俊钰, 2011)。13.3 物联网标准化体系物联网主要分为感知层、传输层与应用层,在不同
11、的层面均有相关的标准化体系研究 ,如 IEEE 802.15.1等标准。在国际标准组织中,比较有代表性的是国际电信联盟(ITU-T )及欧洲电信标准化协会(ETSI) M2M 技术委员会。从国际化标准组织研究来看 ,物联网主要分为三个层面的标准化工作(陈红霞和赵俊钰, 2011)。13.3.1 物联网感知层标准化 物联网感知层标准化包括传感器信息的标准化定义、数据格式的标准化定义、数据采集的标准化、物联网嵌入硬件操作系统标准化等方面。1. 物联网感知层标准体系架构物联网感知层标准体系如图13.2所示,感知标准是根据物联网感知层的共同特征和技术需求所提炼的包含技术术语、接口、信息格式、信息描述、
12、信息标识一致性和互用性统一化与标准化,最后形成信息引用关联的标准,使得信息在不同系统中具有普适性与兼容性,促使信息的关联性更加准确可靠。在物联网信息感知层面,其中传感器接口、数据类型与格式的标准化是整个感知层标准化的核心。1) 传感器接口传感器之间存在多种不同传感器接口,目前在现有传感器种类中,普遍存在有数字信号传感器、模拟信号传感器、脉冲信号传感器等,不同的传感器相互兼容不易,因此,物联网标准化的过程应该对所应用的行业进行传感器需求分析的调研,研究与总结传感器制式、类型及接口方式,制定统一的传感器接口标准。现在比较常用的传感器模拟和数字接口包括:420 mA、05 V、 SPI、 I2C、
13、RS-232、 CAN、 485等信号接入传感器。要实现传感器层面的标准化,必须将不同类型的传感器通过感知设备不同的信息采集通道进行兼容性接入与归类,通过标准化标识与定义后形成统一格式的信息。2) 数据类型和格式应用不同种类的传感器会导致传感器数据类型和格式的多样化,现在比较常用的数据类型包括音频数据、视 频 数 据 、图像数据、文本数据等,相关信息的编码和压缩后的数据格式包括MPEG、 JPEG、 ASN.l 、 XM L等 。感知层的标准化也是对上述不同类型的信息进行标准化分类、标准化识别与应用,通过对不同的数据类型和格式进行划分,制定明确的接口定义和数据规范,避免在不同传感器和应用场景中
14、出现数据不匹配的情况,提局感知层的应用效率。3) 信息标识感知层的信息标识包含传感器设备标识、信息来源标识、信息种类标识、设备类型标识、信息标识、信 息 类 型 标 识 、应用类型标识等,通过已有的一些标准(如 OID、URI等)对这些信息进行标准化标识。近年来,我国也在向世界推广中国制定的标准。例如, 2003年1月17日NPC (全国产品与服务统一代码)标准被正式颁布,标准名称为 全国产品与服务统一标识代码编制规则 ( GB 189372003)定位为强制性国家标准 。信息标准化标识将是物联网标准化的根源,只有不同的信息通过标准化标识关联后才能在不同的应用系统中发挥重要作用,产生信息的价值
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