专业科普第③篇||物联网的昨天今天和明天

内容导读

想象一下，早上7点，卧室的窗帘自动拉开，床边的智能闹钟播放清脆的铃声叫你起床;出门时你刷公交卡乘坐公交车；到了公司刷员工卡开始一天的工作……这便是物联网在日常生活中的一个缩影。

作

者

介

绍

王睿（1975—），男，博士，ACM、IEEE会员、中国计算机学会高级会员。现为北京科技大学计算机与通信工程学院教授、博士生导师，主要研究方向为物联网、大数据、信息融合、边缘智能等。

崔增皓（1997—），男，2016年本科就读于北京科技大学物联网工程专业，2020年推荐免试至北京科技大学计算机与通信工程学院攻读硕士研究生，研究方向为物联网、机器学习、推荐系统、人工智能等。

物联网（Internet of Things）顾名思义就是使用网络将事物联系起来，通过整合传感网、物联网与互联网能够实现物与物的沟通，人与人的沟通，以及人与物的沟通，使沟通的形态呈现多渠道、全方位、多角度的整体态势。

本文将通过介绍物联网的起源、国内外发展现状与未来展望，以及物联网工程专业在我国的发展前景等，使人们更好地认识物联网工程这一专业。

1 昨天

1.1 什么是物联网

第一次提及物联网，人们可能会把它与物流联系在一起，这是因为在早期，物联网主要是为了物流行业服务的，通过使用RFID（射频识别技术）替代传统的条码识别技术，实现对于物品的智能化识别与管理服务。但是随着技术发展，物联网的内涵已经不仅仅局限于物流行业，其应用场景更加广阔，也使得在全世界范围内开始重视起物联网这一信息领域重大的发展与变革机遇。

物联网的概念是由ITU于2015年在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上正式确定，随后发布了“ITU internet reports 2005—the internet of things”一文，正式确定了“物联网”的概念并对其涵义进行了扩展，详细的介绍物联网的特征、相关技术挑战，以及未来发展前景。目前国内较为多见的物联网定义为：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描仪等传感器设备，按照一定的协议，把物品与网络连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

对物联网还存在另一种更为广泛的定义：指实现物到物（T2T, thing to thing），人到物（H2T, human to thing）和人到人(H2H, human to human)的互联，把目前的互联网上人到人之间的连接通过传感网络扩大到与物品的连接，从而实现所有事物之间可以主动进行信息交换与通信。

1.2物联网的发展现状

随着ITU报告的发布，全世界范围内都开始重视起物联网这一难得的发展机遇。

2009年6月18日，欧盟首先发表了“Internet of things—an action plan for Europe”的物联网行动方案，明确了物联网在欧洲的发展路线，描述了物联网的广阔前景，宏观的提出了物联网发展和管理的基本设想，并提出了10条政策建议，用于保障物联网在欧洲加速发展。

同年7月，日本IT战略部颁布了日本新一代的信息化战略“I-Japan战略2015”，并将物联网作为其重要内容。将政策目标聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育。

同年10月13日，韩国通信委员会出台了“物联网基础设施构建基本规划”，将物联网市场确定为新的经济增长动力。

对于中国而言，2009年也是中国物联网发展最重要的一年。温家宝在无锡传感网工程技术研发中心视察时指出：在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展，尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。首次提出了“感知中国”的战略构想，表明中国要抓住这次机遇，大力发展物联网技术。

1.3物联网工程专业的诞生

随着物联网在全世界范围内的快速发展，相关领域和产业迫切需要大量相对应的专业人才，所以我国于2011年针对物联网工程专业进行首次招生。

全国第一批建设“物联网工程”专业的高校共计有28所。北京科技大学作为其中之一，汇集了校内优秀专业教师，其中90%具有博士学位，包括国家物联网工程领域专家2人，教授、副教授17人，具备本硕博完整人才培养链。

北京科技大学物联网工程专业在课程的设计上，选取了物联网工程导论、现代传感器技术、嵌入式系统与单片机、无线网络技术原理、云计算与物联网、人工智能与机器学习、物联网体系结构及综合实训、信号与系统概论、数据结构、微机原理及接口技术、计算机网络、现代通信技术、操作系统等课程，学生还可选修北京科技大学计算机与通信工程学院其他专业的相关课程。

为提高我校物联网工程专业的教学质量，积极与国外大学和研究院开展广泛的合作与交流，包括美国麻省理工、加州大学伯克利分校、佐治亚理工学院、卡耐基梅隆大学、康奈尔大学，加拿大多伦多大学以及澳大利亚悉尼大学等知名大学。

每年都有10%左右的在校生到这些知名大学交流，并邀请多名国外知名专家为学生讲授专业前沿知识。

2 今天

物联网已经不再只是概念性的场景，它已经渗入到了生产制造、仓储运输、物流、智能家居、公共交通等各个行业，物联网深深的影响到了我们的生活，物联网时代真的来了。

2.1 物联网中的关键技术

物联网常见的分层结构有三层：感知层、网络层和应用层。

感知层的主要功能是对物理世界进行感知和识别，其主要由各类传感器组成。通过将温度、湿度、压力等物理量转化为电信号，并采集相应信息，完成对于物理世界的感知。采集完成的信息通过无线传输技术传输到应用层，最终由应用层对于数据进行整合与处理并实现相应功能。

感知和识别技术是物联网的基础，也是物联网不同于互联网最重要的一点。

其中RFID技术作为21实世纪十大重要技术之一，也是物联网中应用最广泛的感知识别技术，其在物品编码、智能物流、自动配送等多领域有着重要的应用。RFID通常由电子标签、天线和读写器构成，日常生活中的公共交通一卡通就属于其中的电子标签部分，通过与公交车上的刷卡器进行近距离通信，完成乘坐公交时的扣费行为。还有人们家中使用的电子水表也是使用传感器技术，精确测量用户的用水量，并将相应信息通过无线网络的方式上传到水电局，解决了人工抄表的不便。

2.2物联网在各行业的应用

• 智慧城市

随着城市化进程的推进、人口的增多，城市面临着更加巨大的管理压力，如何最大限度地优化和利用城市资源成为一项重要工作。以往人们只能通过人工的方式对城市内的各项数据进行统计，不仅效率低效，还严重的浪费了人力资源。但是自从物联网、云计算等新一代信息技术的兴起之后，相关部门可以通过在各类公共场所布置各类传感器，实现对于温度、人流量、危险预警等多各方面的信息采集和捕获，并且通过网络的方式，快速的对于城市范围内任意地点的资源进行监控，实现对于突发事件的快速相应与排查。

其中效果最为显著的是交通领域，相关部门可以通过已经布置的各类摄像头，实时监测道路车流量与行人流量，通过人工智能技术自动检测道路拥堵、突发事件等，然后合理调配警务人员进行交通疏解与相关事件的快速响应工作。

• 智慧农业

物联网不仅仅可以应用在现代化的大城市当中，对于农业的发展也十分重要。

现代化农业可以通过使用物联网技术，完成对于农业资源和环境的监控、对于大田的精准化作业、畜禽精细化管理与农产品质量安全追溯[12]。农民可以在家通过温湿度传感器、光照传感器等实时检测田地里面的温度、湿度和光照，并远程控制机器进行自动浇水、施肥等工作。农民在丰收时节可以使用各类农业机器人完成采收工作。对于畜牧业，同样可以通过物联网对于牲畜的生活环境进行监控，精准的控制各类环境指标。

农产品追溯系统是我国质量安全管理中的重要手段之一，也是智慧农业中的重要组成部分。在近年来也是越来越受到有关部门和消费者的普遍关注。目前我国部分农产品已经可以通过条码或者RFID技术实现对于农产品的精准溯源，在各大超市也上架了可以通过条码进行溯源的蔬菜、瓜果等，实现了信息公开化，保障了消费者的相关权益。

• 智能家居

智能家居是近年来物联网的发展方向之一。人们经常可以在科幻片中看到智能家居的身影，例如人工智能管家、可以自动控制的各类电器、自动化的照明系统等。现如今这些场景已经不仅仅是科幻了，它已经成为了人们可以切身体验到的技术。

现在各大电商上都有智能家居的相关产品在售，甚至还有一部分在装修的时候就提前对各类电子设备进行布局与配置。通过物联网技术，可以实现对于照明系统的控制，有人的时候客厅的灯才会亮，人走之后自动熄灭；通过无线摄像头，可以使用手机在外实现对于家内的监控；还有定时洗衣、热水器定时加热等诸多方便人们日常生活的应用。

与普通家具相比，智能家居不仅拥有传统的居住功能，同时兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，能够提供全方位的信息交互功能，甚至可以节约各类能源。

2.3 物联网专业的发展

首先物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业。其次物联网专业是教育部允许高校增设新专业后，高校申请最多的学校，这也说明了国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性。

北京科技大学物联网专业培养出的学生能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识，能胜任通信网，传感器网络及智能信息处理技术领域的科学研究，技术开发，教学和管理等多方面的工作。

同时我校物联网工程专业的本科生就业率97%以上，深造率67%，出国率22%。该专业学生未来无论是继续深入研究、进行科研或者是走向社会为国家做贡献，其发展空间与发展潜力都十分巨大。

3 明天

3.1 将来的物联网是什么样子？

想象一下，早上7点，卧室的窗帘自动拉开，床边的智能闹钟播放清脆的铃声叫你起床。当你起床洗漱的时候，家里的面包机自动烤了两片吐司面包，咖啡机制作了一杯不加糖的美式咖啡，你甚至无需告诉它，你的口味是什么，答案都在往日积累的偏好数据中。

出门之后，你的无人驾驶汽车已经在门口等待就位，你只需要坐上车看会新闻，听听歌，享受车上的悠闲时光。在公司的大门口刷一下脸，开启一天的工作生活。傍晚回到家，不仅走廊和客厅的灯为你提前打开，地面也被扫地机器人自动清扫干净，热水器里面的水也为你提前做好……

未来我们不管是在家休息、到公司上班、还是外出游玩，物联网都可以使一切设备互相连接并具有智慧，这将大大方便我们的生活。

物联网正在或将彻底改变我们生活、工作和娱乐的方式。未来的物联网还能是什么样子？我们或许可以有更加大胆的畅想。

3.2物联网专业毕业后能做什么？

物联网专业的毕业生首选去向是继续学习深造，攻读本学科及交叉学科的硕士学位。北京科技大学物联网专业每年有40%以上的本科生选择进一步攻读研究生学习深造，15%的本科生出国深造。

还有一部分进入到社会工作的学生，他们大多数在科研机构、高等院校、企业事业单位从事物联网理论与工程技术等方面的研究、教学、开发、管理工作。物联网专业的学生可以选择从事的行业种类也较多，涵盖了新能源、互联网、半导体、集成电路、通信网络、信息安全等诸多行业，主要从事岗位也包括嵌入式软件工程师、软件开发工程师、硬件工程师、算法工程师等诸多技术岗位。

通过介绍物联网的起源、国内外发展现状与未来展望，以及物联网工程专业在我国的发展前景等，可以看出物联网这一技术在全世界范围内得到了极大的重视，也是我国未来的主要发展方向之一，其拥有广阔的应用前景，对于各类产业都具有强大的推动力。

物联网专业的学生在毕业之后，也具有较强的竞争能力，未来发展空间巨大，可以在各行各业做出自己的贡献。未来，物联网一定会极大的影响着世界。

注：此文已收录于《金属世界》第211期

联合策划：期刊中心、招生办公室

作者：王睿、崔增皓

排版：仇凯莹

审核：李忠富、王进

往期链接：

专业科普第①篇 | 土木工程专业那些事儿

专业科普第②篇||物通天下，货畅其流——物流工程