基于物联网的煤矿井下环境监测系统的研究与实现dkki.docx

分类号   密密级UDC 学校校代码 105500 XXXXXX学校校工程硕士士学位论论文题 目：基于物物联网的的煤矿井井下环境境监测系系统的研研究与实实现英文题目目：Ressercch aand Impplemmenttatiion of Envviroonmeent Monnitoorinng SSysttem forr Unnderrgrooundd CCoall Miine Bassed on Intternnet of Thiingss学位申请请人姓名名：XXXXXXX申请学位位领域名名称： 计算机机技术指导教师师姓名：XXXX教授XXX 副教授授二一三三年三月分类号 密级UDC 学校校代码XXXXXXXXXXXX学校校工程硕士士学位论论文题 目目基于物物联网的的煤矿井井下环境境监测系系统的研研究与实实现英文题目目Ressercch aand Impplemmenttatiion of Envviroonmeent Monnitoorinng SSysttem forr Unnderrgrooundd CCoall Miine Bassed on Intternnet of Thiingss研究生姓姓名（签签名）XXXX校内导师师姓名（签签名）XXXX职职 称 教授授 校外导师师姓名（签签名）XXXX职职 称副副教授申请学位位领域名名称计算算机技术术领域代代码论文答辩辩日期学学位授予予日期学院负责责人（签签名）评阅人姓姓名评阅阅人姓名名年 月 日XXX大大学学位论文文原创性性声明和和使用授授权说明明原创性声声明本人郑重重声明：所呈交交的学位位论文，是是本人在在导师指指导下，独独立进行行研究工工作所取取得的研研究成果果。除文文中已经经标明引引用的内内容外，本本论文不不包含任任何其他他个人或或集体已已经发表表或撰写写过的研研究成果果。对本本文的研研究做出出贡献的的个人和和集体，均均已在文文中以明明确方式式标明。本本声明的的法律结结果由本本人承担担。学位论文文作者签签名：                                          日期：      年   月   日学位论文文版权使使用授权权书本学位论论文作者者完全了了解学校校有关保保留、使使用学位位论文的的规定，即即：学校校有权保保留并向向国家有有关部门门或机构构送交论论文的复复印件和和电子版版，允许许论文被被查阅和和借阅。本本人授权权湖北工工业大学学可以将将本学位位论文的的全部或或部分内内容编入入有关数数据库进进行检索索，可以以采用影影印、缩缩印或扫扫描等复复制手段段保存和和汇编本本学位论论文。学位论文文作者签签名：                   指导导教师签签名：日期：      年     月   日             日期：     年     月月      日摘要我国煤矿矿的开采采大多为为地下开开采，地地质复杂杂，工作作环境十十分恶劣劣，井下下工作人人员的生生命财产产安全难难以得到到有效保保障，煤煤矿安全全面临着着重大的的威胁。亟亟需加强强煤矿生生产安全全监控，减减少煤矿矿灾害事事故发生生，更好好的应对对事故发发生后进进行及时时抢救被被困井下下工作人人员，最最大程度度降低国国家和煤煤矿企业业的财产产损失。然而现有有的井下下环境检检测系统统具有检检测区域域不全面面、不能能及时进进行定位位、扩展展性差等等不足。物联网是是在互联联网的基基础上，通通过射频频识别、无无线通信信、传感感器网络络技术，连连接设备备，进行行信息交交换和通通信的虚虚拟网络络。无线线传感器器网络技技术可以以实时感感知环境境信息，能能够相互互传递信信息，达达到数据据的实时时监测，应应用前景景非常广广泛。基基于此，本文结合煤矿井下环境特性，采用物联网技术，研究并实现了基于物联网的煤矿井下环境监测管理系统，对煤矿安全生产具有重要意义。基于物联联网的煤煤矿井下下环境监监测系统统，以无无线传感感器网络络为支撑撑，将监监测信息息包括多多种环境境状态参参数、工工作人员员位置等等，汇聚聚后实时时传送到到地面监监控中心心数据库库，进行行分析处处理，为为用户或或者煤矿矿企业管管理者提提供数据据支持。系系统完成成了煤矿矿安全监监测系统统功能模模块的设设计开发发，实现现了煤矿矿井下环环境检测测系统的的数据实实时采集集、处理理与传输输、人员员定位、环环境监测测与预警警、信息息共享等等功能，提高煤矿生产的安全性。关键字：煤矿井井下，物物联网，数数据挖掘掘，环境境监测AbsttracctChinnas ccoall miininng iis mmainnly carrrieed oout undderggrouund witth tthe commpliicatted geoologgicaal ccondditiionss annd tthe advversse wworkkingg ennvirronmmentt, whhichh iss diirecctlyy reelatted to liffe pproppertty ssafeety of thee cooal minner. Cooal minne ssafeety prooducctioon iis ffaciing thee grreatt chhalllengge, thuusit iis vveryy urrgennt tto sstreengtthenn moonittoriing on thee prroduuctiion safeety,whiich cann efffecctivvelyy reeducce ooccuurreencees oof tthe coaalmiine acccideent, annd iimmeediaate resscuee thhe ttrapppedd miinerrs, guaarannteee saafe opeerattionn annd lloweer eenteerprrisee's losss. Howweveer, thee cuurreent undderggrouund envviroonmeent dettecttionn syysteem hhas somme sshorrtcoominngs, suuch as limmiteed ddeteectiion undderggrouund areea, badd reeal timme ccapaabillityy, ppoorr exxpannsibbiliity etcc. Thee Innterrnett off Thhinggs rrefeers to uniiqueely ideentiifiaablee obbjecctsaand theeir virrtuaal rreprreseentaatioons in an Intternnet-likke sstruuctuure, coonneectiing devvicees bby rradiio ffreqquenncy ideentiificcatiion, wiirellesss coommuuniccatiion, seensoor nnetwworkk, tthe excchannge of infformmatiion andd coommuuniccatiionss.All kinnds of thee ennvirronmmentt innforrmattionn caan bbe oobtaaineed bby tthe WSNN teechnnoloogy in timme. WSNN coonsiistss off sppatiiallly ddisttribbuteed ssenssorss too moonittor envviroonmeentaal ccondditiionss, ssuchh ass teempeeratturee, annd tto ccoopperaativvelyy paass theeir datta vvia thee neetwoork to conntrool ccentter, whhichh haas bbroaad aappllicaatioon rrangge. Theerefforee, tthiss paaperr deevellopss thhe eenviironnmenntall moonittoriing andd maanaggemeent sysstemm off cooal minne bbaseed oon tthe IOTTtecchnoologgy, commbinningg wiith thee reequiiremmentt off thhe ccharractteriistiics of coaal mminee ennvirronmmentt, aand hass grreatt siigniificcatiion forrcoaal mminee saafetty pprodducttionn.The envviroonmeentaal mmoniitorringg syysteem oof ccoall miine bassed on thee IOOT, thee vaarioous envviroonmeentaal pparaametterss annd tthe oriienttatiion of thee miinerrs ccan be gott byy thhe WWSN, whhichh caan ggivee thhe iinfoormaatioon tto mmoniitorr ceenteer iin ttimee. The sysstemm fuuncttionn moodulle iis ddesiigneedannd tthe funnctiionss off alll kkindds oof eenviironnmenntmoonittoriing parrameeterrs, eenviironnmenntall moonittoriing andd eaarlyy waarniing, innforrmattionn shhariing, miinerrs loccatiion aree acchieevedd, tthe saffetyy prroduuctiion of coaal mminee iss immproovedd.Keywwordds:CCoall miine, IOOT, datta mminiing, ennvirronmmenttal monnitoorinng目 录摘要3Absttracct4目录5第一章绪绪论61.1 课题背背景与意意义61.2 国内外外研究现现状81.3 论文研研究的主主要内容容及组织织结构110第二章煤煤矿井下下环境监监测系统统的相关关技术1112.1 物联网网概念1112.2 物联网网体系结结构1222.3 物联网网设计原原则1442.3 物联网网的关键键技术1152.4 本章小小结188第三章数数据挖掘掘在煤矿矿井下环环境监测测系统中中的应用用193.1 数据挖挖掘技术术概述1193.1.1 数数据挖掘掘的定义义193.1.2 数数据挖掘掘的功能能203.1.3 数数据挖掘掘的过程程213.1.4 数数据挖掘掘的主要要方法2223.2 数据挖挖掘的意意义及应应用2333.3 煤矿井井下环境境的数据据挖掘2233.3.1 井井下环境境模糊聚聚类分析析233.3.2 井井下监测测环境危危险等级级模糊评评价2773.4本本章小结结28第四章系系统的体体系结构构与关键键模块2284.1 系统的的体系结结构2884.2功功能模块块及关系系304.2.1系统统功能模模块3004.2.2功能能模块间间关系3324.3 关键模模块3224.3.1 GGIS 模块3224.3.2 SSMS短短信息3344.3.3 数数据传输输374.3.4 环环境预报报警4004.4 本章小小结40第五章煤煤炭井下下环境监监测系统统的设计计与实现现415.1 系统的的需求分分析4115.2 系统的的设计目目标4115.3 系统设设计4225.4 系统实实现4445.4.1 系系统开发发环境4445.4.2监测测系统的的实现4445.5本本章小结结49第六章总总结与展展望4996.1 工作总总结4996.2 工作展展望500参考文献献51致谢555第一章 绪论近年来，随随着计算算机互联联网技术术的快速速发展，网网络的应应用和发发展已经经不能满满足人与与人之间间正常的的沟通的的需求，物物与物之之间通过过网络的的信息交交互成为为人们追追求的方方向。物物物相连连的互联联网即物物联网技技术将大大大推进进社会的的发展与与进步，已已经成为为国内外外研究的的热点。物物联网技技术应用用到煤矿矿井下环环境监测测系统中中，将大大大提高高煤矿安安全生产产现状，对对煤矿的的安全生生产和国国民经济济的发展展具有重重大的现现实意义义。1.1 课题背背景与意意义我国是煤煤炭资源源丰富的的国家，煤炭储量多而广，同时也是煤炭消费大国，对煤炭资源比较依赖。我国95%以上的能源和80%以上的工业原料取自于煤矿1。煤矿在未来相当长的时期内，作为主要能源的战略地位仍将不变。煤矿开采采需要大大量的矿矿工进行行井下作作业，由由于矿井井内部环环境复杂杂，生产产条件恶恶劣，给给开采工工作带来来了一定定的危险险度，煤煤矿安全全事故时时有发生生，矿工工的生命命财产难难以有效效保障，据据统计，世世界上每每年发生生煤炭安安全事故故导致矿矿工死亡亡的人数数超过千千人。煤矿矿开采安安全管理理对煤矿矿的生产产起到支支撑、保保证作用用，是煤煤矿生产产的头等等大事。虽虽然近年来煤煤矿安全全生产工工作取得得了显著著成效，一些煤矿企业开始开发并装备了煤矿安全生产监控系统，一定程度上减少了煤矿事故的发生，安全生产状况有所改善2,3。但是煤矿安全生产的依然严峻，井下开采生产装备落后，生产过程不能全面监控，尚不能有效遏制重大煤矿事故。事故发生的后救援处理工作也存在着困难，被困矿工的分布和井下环境不能及时准确的掌握。一旦事故发生，没有井下矿工的实时准确信息，难以做出抢救的决策部署，抢救时期将会被延误。因此，对煤矿企业加强安全生产管理，不仅关系煤矿企业的发展，还将关系着国民经济的持久快速发展。煤矿安全全生产管管理始终终以“安全生生产，预预防为主主”为方针针，是一一项十分分复杂的的系统过过程，包包括对井井下开采采等过程程的监控控，井下下矿工位位置的跟跟踪，及及其作业业的组织织等的管管理，为为煤矿安安的全生生产提供供重要的的信息支支持与保保障44。现代煤矿矿安全生生产管理理和信息息的实时时交互的的需求强强烈，煤煤矿安全全生产工工作越来来越受到到社会各各级的关关注，煤煤矿井下下环境监监测系统统的研究究和开发发日益迫迫切。井井下环境境包括温温湿度、瓦瓦斯、一一氧化碳碳等指标标的监测测为提高高煤矿井井下生产产安全性性提供有有效的保保障。瓦瓦斯爆炸炸在我国国煤矿事事故中最最为常见见，百分分之八十十以上的的煤矿事事故由瓦瓦斯引起起的55。加强强对煤矿矿井下环环境参数数的准确确实时监监测，并并对其进进行预警警具有重重大意义义。现代煤矿矿安全生生产管理理生产过过程中进进行优化化决策，提提高生产产效率，有有效预防防事故。灾灾害发生生时，需需要及时时实施救救援工作作，地面面指挥中中心通过过检测系系统实时时准确了了解井下下环境以以及矿工工的位置置情况信信息，只只有确定定其准确确位置后后，才能能开展有有效的救救援工作作，将减减少经济济和人员员的损失失，实现现这些功功能，需需要物联联网技术术的支持持。将物物联网技技术应用用到煤矿矿井下环环境监测测中，实实现煤矿矿井下环环境的实实时、准确和全全方位监监测以及及井下工工作人员员的位置置跟踪等等功能，成成为当前前煤矿企企业迫切切需要解解决的问问题。开开发基于于物联网网的煤矿矿井下环环境监测测系统不不仅日常常管理中中发挥重重要的作作用，在在井下事事故发生生时亦起起到重大大作用，对对煤矿安安全生产产有重要要的现实实意义。物联网(Intternnet of Thiingss,IooT)6，即物物物相连连的互联联网，楼楼房、桥桥梁、矿矿井、工工厂等地地方放置置各种传感感器，传传感器之之间协同同工作，数数据传输输利用有线线的或者者无线的的方式，将将实时采采集的数数据传送送到监测测端，实实现数据据的智能能化处理理及监测测端对这这些物体体的实时时有效监监控、跟跟踪、定定位和识识别等。最最终通过过IoTT提高生生产效率率和资源源利用率率。物联联网应用用集成度度相当高高的技术术提供智智能化的的管理，实实现事件件物物之之间的“安全、高高效”的“管理、控控制”7，使使得实时时监控数数以万计计的终端端成为可可能88，大大大推动动社会的的发展。随着物联联网技术术的快速速发展，为为煤矿井井下环境境监测提提供有效效的监测测手段。在煤矿井下开采环境中，运行物联网技术实时监测井下环境指标，准确定位并跟踪矿工的位置信息，监控端实时显示监测到的基础信息，为煤矿井下环境监督、实时掌握矿工的作业信息提供可靠的数据支持。我国煤矿众多，开采环境恶劣，迫切需要提高煤矿生产安全性。开发煤矿物联网井下环境监测系统，实现煤矿井下各种环境参数监测、预警、井下工作人员的定位和跟踪等功能，利于煤矿企业安全生产，提高煤矿生产的监管力度，提高煤矿发生事故后的救援效率，减少煤矿事故带来的经济损失，对保障煤矿井下工作人员的生命财产安全和煤矿企业的安全生产具有重大意义。1.2 国内外外研究现现状从20世世纪600年代初初期开始始，国外外就已经经开始研研究煤矿矿环境参参数的监监测。煤煤矿安全全监测技技术发展展至今，经经历了44个发展展阶段9。第一阶阶段采用用空分制制技术的的煤矿监监控系统统，200世纪660年代代的中期期，英国国、日本本等国的的煤矿中中采用这这中系统统。早期期的系统统设计功功能单一一，监测测参数少少。第二二阶段采采用信道道频分制制技术的的煤矿监监控系统统，其优优点是大大大减少少传输信信道的电电缆芯数数，被广广泛应用用。第三三阶段是是在集成成电路出出现以后后，采用用时分制制为基础础的监控控系统。119766年，英英国推出出的MIINOSS 煤矿矿监测系系统并进进行了成成功的应应用，开开创了煤煤矿监测测技术的的发展的的新局面面。尤其其在200世纪770年代代，微型型计算机机的出现现，美国国、英国国等国的的煤矿监监测系统统取得了了快速发发展。第第四阶段段是在220世纪纪80年年代，以以分布式式微处理理机为基基础，利利用高新新技术(计算机机技术、网网络技术术等)开开发煤矿矿监控系系统，其其中以美国MMSA 公司的的 DAAN64400 系统具具有代表表性110。物联网技技术的发发展和应应用备受受世界高高度关注注，20009年年初，美美国奥巴巴马政府府将IBBM公司司提出的的“智慧地地球”概念上升升为国家家经济振振兴战略略，同年年，欧欧盟物联联网行动动计划由由欧盟委委员会提提出，明明确物联联网的重重点领域域及研究究路线，韩韩国通信信委员会会确定物物联网技技术作为为新的经经济增长长动力11。20010年年，欧欧洲数字字计划的的提出，表表明将进进一步推推动物联联网技术术的向前前发展12。世界主要要发达国国家包括括美国、欧欧盟、日日本等最最早在煤煤矿安全全监测系系统中采采用物联联网技术术，近几几十年以以来，相相继开发发了多种种基于计计算机技技术、传传感技术术、网络络技术的的煤矿监监控系统统。实现现了地面面监控中中心对煤煤矿井下下环境监监测数据据的有效效处理和和井下工工作人员员的定位位等功能能。例如如，SCCADAA(美国国)，TTF-2200(德国)等133。煤矿有有线监控控系统的的发展相相对较成成熟，系系统普遍遍采用工工业总线线作为基基础，地地面监控控中心与与井下监监测系统统通过电电缆或者者光纤连连接，煤煤矿安全全监控效效果较好好。但是是，有线线监控系系统存在在一定的的不足，往往往不能能监测井井下全部部开采区区域，井井下环境境参数将将不有效效、全面面的获取取，给煤煤矿安全全生产带带来了隐隐患114。采用物物联网技技术的煤煤矿无线线监控系系统可以以弥补有有线监控控系统的的不足，针针对煤矿矿井下实实际情况况，进行行有效、灵灵活的监监测。国国外许多多研究机机构和学学者已经经对无线线传感技技术在煤煤矿井下下环境监监控系统统进行大大量而深深入的研研究，取取得了较较好的成成果115。我国针对对煤矿井井下环境境监测技技术的研研究起步步较晚，与与国外的的监测技技术相比比，我国国的监测测技术还还处在较较浅的层层次上，不不能及时时、准确的的反应煤煤矿井下下开采区区域的工工作情况况，对煤煤矿企业业正常生生产的监监管和科科学决策策将受到到严重影影响。220世纪纪80年年代初期期，从发发达国家家引进了了一批包包括TFF2000、DAAN64400等等安全监监控系统统166。与与此同时时，结合合我国煤煤矿生产产情况，先先后研制制了不断断完善的的监控系系统，如如KJ22、KJJ10、KKJ800等,可可以检测测井下瓦瓦斯、CCO、温温度等环环境参数数177。随着近近几十年年的发展展，由于于我国煤煤矿开采采技术水水平的限限制，井井下环境境监测系系统与国国外相比比还存在在一定的的距离。物联网的的发展受受到我国国政府的的高度重重视。220099年8月月，温家家宝提出出“感知中中国”战略。220100年的“两会”两会工工作报告告中指出出，加大物物联网的的研发和和应用。在在随后的的20111、220122连续两两年的“两会”政府工工作报告告中都提提到物联联网，可可见物联联网作为为新兴产产业的发发展具有有重要的的战略意意义118。在煤矿矿安全生生产领域域引入物物联网技技术，具具有重大大的现实实意义。无线传感网络技术具有无线通信、快速组建等优点，在环境监测、定位、军事等领域应用前景广阔19。正逐渐被应用到煤矿井下环境监测系统中，但是现有的系统没有很好的协合工作，还存在不足，例如，根据煤矿井下环境监测的大量数据，不能给出井下工作区域的安全级别；井下工作员工的全方位实时准确定位跟踪等。目前，我我国煤矿矿井下工工作人员员的定位位识别主要要通过无无线射频频识别(Raddio Freequeencyy Iddenttifiicattionn, RRFIDD)技术术来实现现。RFFID利利用射频频信号和和空间耦耦合传输输特性来来实现自自动识别别的220。20006年年第一季季度，取取得了煤煤炭行业业的MAA认证的的基于RRFIDD技术的的井下人人员定位位系统，由由国家煤煤矿检测测局和维维深电气气有限责责任公司司联合设设计。同同年第二二季度，备备受瞩目目的中中国 RRFIDD 技术术政策白白皮书的的发布，为为煤矿开开采的智智能化、信信息化提提供了有有效支撑撑211。基基于RFFID技技术的井井下人员员定位系系统很好好的满足足实时定定位需求求，但是是还存在在精度不不高等问问题，要要实现高高精确度度的定位位是未来来发展的的趋势。1.3 论文研研究的主主要内容容及组织织结构根据现有有煤矿井井下环境境监测系系统的不不足，结结合煤矿矿井下开开采的环环境特点点，本文文研究并并实现了了基于物物联网的的煤矿井井下环境境监测系系统。基于物联联网的煤煤矿井下下环境监监测系统统，以无无线传感感器网络络为支撑撑，将监监测到的的多种井井下环境境状态参参数、工工作人员员位置等等信息，汇汇聚后实实时传送送到地面面监控中中心，进进行分析析处理，采用数据挖掘技术，挖掘出有用信息，为用户和煤矿企业管理者提供决策支持。系统完成了煤矿安全监测系统功能模块的设计开发，实现了煤矿井下环境检测系统的数据实时采集、处理与传输、人员定位、环境监测与预警、信息共享等功能，提高煤矿生产的安全性。论文主要从以下几个方面进行研究：(1) 煤矿井井下环境境监测系系统的相相关技术术研究本文详细细阐述了了物联网网的概念念、关键键技术和和体系结结构及其其应用，研研究当前前井下环环境监测测系统的的开发现现状，为为基于物物联网的的煤矿环环境井下下环境监监测系统统的模块块设计和和开发提提供了理理论支持持。(2) 数据挖挖掘技术术在煤矿矿井下环环境监测测系统中中的应用用文中提出出应用数数据挖掘掘技术进进行煤矿矿井下环环境监测测区域的的危险等等级划分分，首先先利用模模糊聚类类方法，划划分不同同的区域域，然后后利用模模糊评判判方法，评评价监测测区域的的危险等等级。(3) 煤矿井井下环境境监测系系统的体体系结构构设计与与关键模模块设计计实现根据模块块化设计计思想，对对煤矿井井下环境境监测系系统进行行了总体体结构分分析和功功能模块块设计实实现，利利用视频频监控、GGIS、SSMS等等技术，开开发基于于物联网网的煤矿矿井下环环境监测测系统，实实现多角角度、可可视化、实实时环境境监控。本论文共共分为六六章，具具体安排排如下：第一章 绪论 论述了了课题的的背景和和意义，说说明了研研究的重重要性。分分析了国国内外基基于物联联网的煤煤矿井下下环境监监测系统统的研究究现状，给给出了本本文研究究的主要要内容和和组织结结构。第二章 煤矿井井下环境境监测系系统的相相关技术术 论述述了物联联网的概概念、基基本构成成、工作原原理和关关键技术术。第三章 数据挖挖掘在煤煤矿井下下环境监监测系统统中的应应用 介介绍了数数据挖掘掘技术的的基本概概念、过过程，数数据挖掘掘的应用用。利用用模糊聚聚类方法法，将煤煤矿井下下监测空空间划分分不同的的区域，然然后利用用模糊评评判方法法，评价价监测区区域的危危险等级级。第四章 煤矿井井下环境境监测系系统的体体系结构构与关键键模块主主要对基基于物联联网的煤煤矿井下下环境监监测系统统的体系系结构进进行分析析，接着着给出了了该系统的主主要功能能模块及及其关系系，最后后阐述了了系统关关键模块块的功能能与实现现。第五章 煤矿井井下环境境监测系系统的设设计与实实现 给给出了井井下环境境监测系系统的需需求分析析和设计计目标，在在此基础础上给出出系统总总体框架架，然后后对系统统进行设设计，最最后实现现基于物物联网的的煤矿井井下环境境监测系系统。第二章 煤矿井井下环境境监测系系统的相相关技术术煤矿井下下环境监监测系统统是在物物联网的的三层技技术架构构下设计计并实现现的，监监测采用用物联网网关键技技术，物物联网的的三层技技术架构构分为感感知层、网网络层和和应用层层。本章章重点阐阐述物联联网的概概念、体体系结构构和关键键技术等等。2.1 物联网网概念物联网技技术代表表着信息息技术发发展的方方向，是是基于互互联网高高速发展展起来的的，被称称为互联联网技术术革命史史上的第第三次革革命，为为促进互互联网的的发展和和社会的的向前发发展起到到巨大的的推动作作用，引起世世界的广广泛关注注，物联联网连接接世界上上成万上上亿的物物体22。物体之之间能够够进行相相互“交流”，不必必受到人人为的操操控223。本本质就是是物联网网采用了了RFIID、无无线通信信技术等等科学技技术，完完成事物物间的通通信、识识别，但但是物联联网的概概念还没没有得到到世界各各界的统统一。20世纪纪90年年代，出出现了物物联网(Intternnet of Thiingss，IooT)的的基本思思想，最最初的概概念是由由Kevvin Ashhtonn244于19999年年提出的的网络RRFIDD系统，互联网与信息传感器相连，实现物品的智能化识别。物联网的概念随这信息技术的广泛的应用，也随着进一步发展。欧盟的The Internet of Things 202025报告提出：物联网是一种网络，由具有运行在智能空间的虚拟个性、标识的物体或者对象组成，通过智慧的接口与环境、用户的上下文进行通信。SRA26报告认为：物联网以标准通信协议为基础，是一种全球性动态网络，可以任意自我配置，连接的对象具有唯一特征编码，通过智能界面无缝连接，实现所有事物的互联与通信和资源的共享。物联网白皮书 201127由工信部电信研究院发布，白皮书指出：物联网是网络的拓展和延伸，采用传感技术、无线通信技术，对实现世界进行感知识别，并将感知信息进行传输与处理，最终实现物物间(包括物与物、人与物)的信息共享与交换，为现世界的科学管理与决策提供支持。信息社会世界峰会(WSIS)上，ITU28指出：物联网通过摄像头、激光扫描器、RFID、GPRS等设备，遵循规定的协议，连接互联网与所有事物，事物之间相互通信，实现智能化管理、跟踪、监控的一种网络。物联网的的特征有有以下几几个方面面，对物物体的感感知，感感知信息息的处理理，信息息的传输输，为互互联网添添加对外外界的感感知功能能、信息息处理功功能和物物体间交交互功能能。物联联网用途途十分广广泛，应应用前景景广阔，将将会给实实现世界界带来了了巨大的的便利29。2.2 物联网网体系结结构根据功能能划分，结结构复杂杂的物联联网可分分为三层层：感知知层、网网络层、应应用层30，如如图 22-1 所示。图2-11 物联联网体系系结构感知层作为物联联网的核核心技术术，感知知层类似似物联网网的眼睛睛、手和皮肤肤，识别别物体，获取包括环境状态、物体属性等信息，是联系信息世界和物理世界的纽带31。感知层的组成包括各种硬件：RFID、GPS、条码扫描器等各种传感器。感知层的关键技术有无线通信技术、RFID技术等。网络层物联网的的网络层层类似生物物体的中中枢神经经，进行行消息的的控制与与传输，负负责接受受感知层层的信息息，进行行相应的的处理，并并及时传传送到应应用层。网网络层以以互联网网为基础础，包括括应用服服务器和和数据库库等。网网络层的的关键技技术有网网络传送送和融合合技术、IIP承载载技术等等。应用层物联网的的应用层层与目标标需求结结合，负负责数据据的显示示、转换换等，是是物联网网中的“实现者者”，满足足行业的的各种需需求。应应用层分分为两个个子层，分分别是：应用服服务子层层和支撑撑平台32。前者者是在后后者的基基础上，实实现行业业的具体体应用，包包括运输输车辆、电电力、环环境监测测等。后后者提供供包括数数据处理理在内的的基础服服务和各各种接口口服务，为为资源的的合理调调度提供供便利，实实现在不不同领域域的应用用。数据据存储、挖挖掘时物物联网应应用层的的关键技技术。2.3 物联网网设计原原则物联网的的设计与与创建需需要遵循循特定的的原则，主主要包括括以下几几点33：多样性性、互联联性、时时空性、坚固性和安全性。其中，多样性原则指物联网传感节点类型不同，物联网体系结构也不同；互联性原则指物联网体系中各个目标对象能够达到无缝连接；时空性原则指物联网体系结构的设计需要满足对时间、空间的需求；坚固性原则指体系结构的稳固性；安全性原则指体系结构能正常运行，可抵御各种攻击。按照设计原则，物联网的创建需经历以下步骤：识别物体，创建被识别物体联网系统，应用平台的搭建及应用服务系统的实现。STEPP1物体体识别在一定环环境下，使用RFID技术标识特定物体34。在被识别物体上贴上条形码或者射频标签，被识别物体就成为一个传感节点。STEPP2创建建被识别别物体连连网系统统在STEEP1的的基础上上，网络络节点(包括有有源和无无源的节节点)就就可以被被创建和和提取。再再设计节节点间的的通信机机制、目目标检测测机制等等，实现现信息的的实时传传递。STEPP3 应应用平台台的搭建建为实现物物联网的的应用架架构，需需要在搭搭建节点点的网络络系统后后，设计计并完善善节点的的账户管管理、信信息收集集与传输输、设备备控制等等功能。网网络系统统搭建中中，按照照应用程程序使用用的接口口规则进进行。若在设设计和搭搭建物联联网系统统中，不不涉及已已经存在在的物联联网应用用领域，可可以将接接口规则则变成一一种规范范。STEPP4 服服务应用用系统的的实现服务应用用系统的的设计和和实现是是在建立立物联网网应用框框架后进进行，系系统包括括两个部部分：特特定应用用和基本本应用部部分，如如图2-2所示示。图中中的六项项应用均均与中间间件有关关。图 2-2 物联联网应用用系统逻逻辑结构构2.3 物联网网的关键键技术物联网涉涉及到对对现实世世界物体体的感知知，信息息的获取取、处理理和显示示，物联联网是一一门综合合性很强强的学科科，技术术领域包包括计算算机、传传感器、网网络与通通信等。关关键技术术非常多多，国际际电信联联盟物联联网报告告中，物物联网的的关键技技术概括括起来主主要包括括以下几个个方面：RFIID，传传感器技技术，智智能技术术和嵌入入式技术术355。RFIDD 技术术射频识别别即RFFID（RRadiio FFreqquenncy IDeentiificcatiion）技技术，是是自动识识别技术术的一种种，又称称电子标标签、无无线射频频识别。通通过射频频信号及及其空间间耦合和和传输特特性进行行的非接接触双向向通信，实实现物体体的自动动识别，进进行相关关数据的的读写36。常用用的技术术有高频频、低频频、超高高频等。RRFIDD系统有有两部分分组成，分分别是阅阅读器(reaaderr)和标标签(ttag)。Tag是用用来存储储物体对对象的相相关信息息，其被被安装在在物体上上，taag与物物体对象象是对应应的关系系。Reeadeer由天天线、耦耦合元件件、芯片片等组成成，通过过电磁场场来读取取存储在在tagg中的信信息的设设备。RRFIDD具有非非接触识识别、数数据读取取快、安安全性高高等特点点。RFFID读读写器也也分移动动式的和和固定式式，RFFID技技术应用用十分广广泛，如如门禁系系统、交交通监控控、环境境监测等等。传感技术术所谓传感感技术就就是结合合多跳自自组织传传感器网网络，各各个传感感器间相相互协作作感知，采采集网络络中物体体的信息息 37。对现现实世界界的感知知是通过过传感器器收集物物体的物物理、化化学、生生