高 微 陳新元 王榕國

福州工商學院 福州 350715

引言

在通信技術、計算機技術日益完善并走向成熟的基礎上，物聯網定義的邊界不再只局限于人與物、物與物之間的互通互連，信息數字化、網絡智能化正逐步融合并應用到人類的生活、生產、教育等各種場景中，科技讓生活變得更加快捷和智能，讓人類社會進入萬物數據化、萬物智能化的時代。萬物互聯的不斷制造并應用，勢必造成數據量日漸龐大，數據分析更加復雜，如何實現數據智能化處理分析、技術創(chuàng)新、配套設施完善、優(yōu)化解決方案等，都將成為企業(yè)競爭的主戰(zhàn)場。

而人工智能(Artificial Intelligence，AI)[1]的出現恰恰滿足物聯網中對巨大數據流的處理需求，網絡層成為數據處理服務器，完成信息技術在高層次上的智慧化處理，實現多臺設備高效、智能、協(xié)同控制，完成終端的信息采集和指令執(zhí)行。2017年，在萬物智能·新紀元AIoT(Artificial Intelligence of Things)未來峰會上，技術專家們提出了人工智能物聯網新概念，是人工智能與物聯網技術的深入融合，基于計算機技術結合了物聯網的傳感網絡和AI的數據處理技術來實現萬物數據化和萬物智聯化[2]。物聯網在人工智能的監(jiān)控下，利用各種傳感器實時采集各類海量數據傳輸到云端，實現體量巨大數據的智慧化處理，優(yōu)化流程智能化水平，提高物聯網技術在各個領域中的應用價值。而人工智能相當于物聯網的“大腦”，讓電子設備擁有人的智慧，能夠感知和識別、模擬人的思維，使“物聯”發(fā)展為“智聯”，“人工智能”過渡到“應用智能”。

1 智能物聯網(AIoT)研究框架

《2020年中國智能物聯網(AIoT)白皮書》中深層次解析了AIoT在技術層面和商業(yè)層面的應用，指出AIoT是人工智能與物聯網的協(xié)同應用，它通過IoT系統(tǒng)的傳感器實現實時信息采集，而在終端、邊緣或云進行數據智能分析，最終形成一個智能化生態(tài)體系[3]。該體系結構的組成大致可以分成三層：一是AI+感知層，主要由各類傳感器組成，完成對物體的識別以及數據、信息的采集；二是AI+操控層，即操作系統(tǒng)(OperatingSystem，OS)；三是AI+應用層，即各類應用場景的集合。感知層主要通過多媒體信息(視頻、音頻、圖像等)、二維碼、傳感器等完成數據采集，并實現分析處理及智慧化存儲等，其最重要的部分是智能化設備，相當于人類的“五官”和“手腳”。操控層相當于整個體系的“大腦”，又可分成平臺層、網絡層和邊緣計算：平臺層主要以云計算為基礎，完成對設備的連接和控制，消息隊列、數據分析、人工智能等；網絡層主要保證網絡連接；邊緣計算通常以容器技術為基礎，完成數據緩存、協(xié)議轉換、AI負載等。應用層即實現場景化應用，可以是智慧城管、智慧城市、智慧教學、智慧醫(yī)療、智慧農業(yè)等，結構劃分如圖1所示。

圖1 結構劃分

2 AIoT主要應用場景

在AIoT智能物聯網區(qū)域內，以云+端形式構成的應用場景越來越多，物聯網技術越來越強，應用越來越廣泛，尤其為智慧居住領域、智慧產業(yè)領域和智慧城市領域提供了強有力的技術底座工具支撐。

2.1 人居場景AIoT概述

人居場景大致可以分類為家庭居住領域和建筑人居領域。在該類應用場景中，大部分設備都需要使用者觸發(fā)用戶命令，當規(guī)則被啟動時，互相關聯的設備才能接收到由云端推送的控制指令，主要以“云”控制模式為主。

家庭居住領域受物聯網和人工智能的影響，智能安防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)等各類智能化產物在住宅領域爭相競放，他們通過各項技術，如網絡、通信、自動控制、綜合防護等共同完成家居場景中智能系統(tǒng)建設方案。在居住場景下，各種設備由一個終端或感應系統(tǒng)來控制，通過智能采集并分析人為習慣、人為興趣，在保證設備是安全可信的情況下實現人與設備、設備與設備之間的交流。這種場景在很大程度上取決于集有效、便利、自動化為一體的住宅服務系統(tǒng)，讓家庭生活更為健康舒適、安全便捷。

建筑人居領域，如商務樓、辦公樓盤、產業(yè)園、商場等，側重的是人的需求和體驗、安全防范意識、防災預警、低能耗、高效率，因此AIoT在該應用場景中主要包含門禁考勤、生物識別、AR全景管理、梯控系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)等，為建筑人居應用場景的平臺搭建與施工、軟件應用提供了有力保障。

2.2 城市場景AIoT概述

智能城市是將物聯網技術融入日常城市生活的一種智能設計，是AIoT落地應用的一個場景總集合，具備感知、連接和智能三大特征的智慧綜合管理平臺。為保證智慧城市系統(tǒng)中民生需求智能化服務，通過信息通信技術整合城市各管理部門核心系統(tǒng)的各項關鍵數據，實現信息感測采集、分析優(yōu)化控制，為多部門協(xié)調控制、精細化管理、智能化城市提供了越來越多樣化的技術與手段。例如智能環(huán)境監(jiān)測，即利用4G/NB-IoT/LoRa等通信技術，實時監(jiān)測區(qū)域大氣環(huán)境數據, 監(jiān)測現場設備的運行狀態(tài)，實現各類監(jiān)測數據的接收、顯示、統(tǒng)計自動分析、存儲、應用、發(fā)布，在監(jiān)測管理中心顯示終端上直觀地生成可視化的計算結果圖表，幫助管理部門實現用信息化手段實施全方位、全時段智慧監(jiān)管。

2.3 產業(yè)場景AIoT概述

人工智能和物聯網是產業(yè)自動化和智能工廠概念的驅動力，推動產業(yè)朝著預測性維護、質量、人—機器—人的方向發(fā)展，應用背景主要集中在農業(yè)領域和工業(yè)領域。物聯網代表一個進化和連接的分布式控制系統(tǒng)，利用傳感器和其他連接設備進行數據收集、交換和分析，以提高生產力、能源管理和其他經濟效益，側重的是互聯性、互操作性和互聯網中物理組件的集成。而智能的融入，實現產業(yè)、實時平臺和生產環(huán)境自動化運維，彌補了傳統(tǒng)運維的不足，提供了更多維度的服務，更高效、更細膩地保障了生產。

例如，智能物聯網后，農業(yè)管理者為實現高效生產，通過物聯網、計算機、智能監(jiān)測、無線通訊等技術，實施網絡化溫室生產現場視頻信息采集，遠程溫室生物與環(huán)境可視化監(jiān)測、溫室智能控制與管理、室外氣象自動監(jiān)測等，為現代化農業(yè)的生產提供科學有效的指導與預警。

在工業(yè)物聯網領域，通過物聯網技術驅動的智能基礎設施，制造企業(yè)可以監(jiān)測到生產過程中各項環(huán)節(jié)更詳細的可見性，實時收集、預測客戶信息和需求，優(yōu)化生產方案，合理分配能源，從而實現從單點到全局的環(huán)境數據采集，從被動到主動的生產設備故障檢修，為企業(yè)能快速而準確地處理采購、庫存、生產、銷售、售后等提供了有力保障。

3 應用場景AIoT存在的問題及解決方案

3.1 數據與系統(tǒng)安全隱患

智能物聯網終端已逐步出現在各類應用場景中，數據匯聚和處理過程中可收集到大量的AIoT用戶敏感數據(如面部圖像、聲音、動作、脈搏、圖像數據)等，就存在數據竊取、誤用和濫用的風險[4]。故AIoT安全保護需要全面考量，它不僅僅涵蓋技術層面與管理層面，還需要通過加密和隔離來保護數據與系統(tǒng)，監(jiān)測與審計來發(fā)現問題，培訓與增強意識來優(yōu)化人為因素。只有建立系統(tǒng)的安全保護體系，才能從整體上確保AIoT系統(tǒng)與數據的安全。

3.2 個性化服務不足

現有AIoT產品和服務主要采用“一刀切”的模式，無法根據用戶個人情況與偏好進行精細化定制。例如，智能家居系統(tǒng)主要提供基本的環(huán)境控制，無法根據用戶生理狀況與活動實時調整，而想要實現高度個性化服務還需要依托大數據分析與人工智能技術，但目前這些技術在AIoT領域應用還不足，無法實現對海量用戶數據的深度分析與建模，無法根據數據準確預測個人興趣與需求?？傊?，AIoT個性化服務不足的根源在于數據與技術不足，以及當前產業(yè)生態(tài)的局限性。要提高個性化服務水平，需要加大對用戶全生命周期數據的采集與分析，運用大數據、人工智能等技術手段建立用戶畫像，進而實現精準推薦與定制。同時也需要統(tǒng)一標準，構建開放生態(tài)，促進數據與服務共享，這需要產業(yè)鏈上下游的共同協(xié)作與推進。

3.3 存在數據孤島和系統(tǒng)割裂問題

不同部門與企業(yè)采集的城市數據無法互通與共享，造成數據重復采集與利用率低下，且各企業(yè)開發(fā)的設備采用不同通信協(xié)議，無法互聯控制，實現有效協(xié)同。如城市環(huán)境監(jiān)測數據與交通數據難以互通，造成環(huán)境治理效果難以提高；市民健康數據與醫(yī)療數據也無法有效結合，難以實施精準醫(yī)療與健康管理；信號燈系統(tǒng)與車載導航系統(tǒng)無法有效結合，導致交通擁堵狀況難以精準預測與防范；供熱系統(tǒng)與家庭采暖系統(tǒng)也難以實時結合，造成供熱資源浪費等各類問題。實現應用場景數據統(tǒng)一平臺，構建場景操作系統(tǒng)City OS，集成各個系統(tǒng)與服務，實現聯動協(xié)同和跨系統(tǒng)、跨企業(yè)數據互聯互通是優(yōu)化應用場景AIoT的最佳實踐。

3.4 AIoT系統(tǒng)復雜性

AIoT系統(tǒng)由多種要素如云計算、網絡通信和各類智能設備組合而成，系統(tǒng)極為復雜。這些都會導致故障定位困難、易發(fā)生單點故障、系統(tǒng)不穩(wěn)定以及系統(tǒng)升級難度大等問題，最終威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。要控制AIoT系統(tǒng)的復雜性，關鍵是在設計與部署階段采取相應措施，降低系統(tǒng)失效風險，提高故障檢測與修復效率。首先，應采用模塊化設計，將系統(tǒng)劃分為相對獨立的功能模塊和簡化模塊，兩者相互依賴，便于定位故障與維護；并針對關鍵要素設置備用模塊，在主模塊失效時快速切換，避免單點故障；建立完備的故障檢測與預警機制，加快識別和修復系統(tǒng)漏洞與錯誤，針對可能出現的各類故障制定標準化的維修手冊，明確維修流程與方法，提高維修效率。

4 AIoT應用場景未來研究的方向

AIoT應用場景的未來發(fā)展重點在于實現產業(yè)智能化，如涵蓋制造業(yè)、交通運輸、醫(yī)療教育、農業(yè)與家居生活等多個領域，通過融合AI與IoT技術提高其自動化與智能化水平，大幅優(yōu)化產業(yè)效率與質量，催生新的智慧城市、智能工廠與智能生活等新業(yè)態(tài)，對經濟、社會產生深遠影響。但要實現廣泛應用，還面臨技術難題與制度障礙，需要產學研及政企密切合作，加速突破關鍵技術，搭建產業(yè)生態(tài)，推動規(guī)范勞動分工與新型合作機制建立?？傊珹IoT應用場景的未來發(fā)展，將以實現產業(yè)智能化為主線，塑造人工智能新時代。