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每当清晨,窗帘会适时自动打开将第一缕阳光洒满你房间;当你将手掌贴在衣柜门上,衣柜就会检测到你的体温,并综合气温为你搭配着装;家里的冰箱会对其中的食物进行监控,提示哪些食物即将过期,如果某些食物短缺,也会自动地联系超市帮助订购……这些近似科幻的生活场景正是物联网时代带给我们的便利生活。

“智慧”应用领域

物联网的应用领域覆盖到各个角落、各个领域,开篇提到的仅仅是物联网提供给我们的智能生活,除此还有以下四个值得特别关注的领域:

智能电网:能源事关国家的命脉,所以发展物联网首先要关注智能电网。在传输能源的同时采集数据,通过优化模型对数据进行挖掘和分析,可以预测电能流的情况,如电压变化和用电量分布,为发电、输电、配电、用电各方及监管单位提供决策支持,实现用电的优化配置、节能减排。

智慧汽车:智慧汽车将是汽车产业的未来发展方向。在汽车的部件上装上传感器,通过网络和GPS定位让汽车与指挥后台、汽车与汽车之间彼此自动沟通,这样人们在驾驶时,就可以预知哪个地方出了故障、哪个路段特别拥挤,以减少汽车追尾事故、减少等待时间和尾气排放等等。这是智慧城市和车联网时代必不可少的一部分。

智慧医疗:如果把嵌入式芯片装到患者身上,就可以随时感知到患者的血糖、血压和脏器的情况,并通过网络与后台的医疗、保健系统联系在一起,随时给出警示和应对建议,紧急情况下还可以自动呼叫急救中心,并发送定位信息。

射频识别(RFID)产业:物流、金融、零售、物品防伪、环境保护、身份识别等很多方面,都离不开RFID,今后随着物联网的大规模应用,其应用范围将更加广阔。

“智慧”实现技术

物联网技术采用射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备采集物体信息,使物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网通过各式各样的传感器抓取信息,随之而来的,就是如何处理急速膨胀的数据?又怎样让这些数据产生智慧呢?这无疑对数据挖掘技术提出了新的挑战。数据挖掘在这里只是一个代表性概念,它是一些能够实现物联网“智能化”、“智慧化”的分析技术和应用的统称。细分起来,包括数据挖掘和数据仓库、计算智能、人工智能、专家系统、决策支持等技术和应用。

在通常情况下,数据分析的步骤是:首先收集数据,将其存储在数据库中,再用模型对数据库进行搜索,这种高度结构化的方式通常需要耗费很多时间;其次要对收集的数据进行融合,该过程是对多维数据或信息进行处理,组合出更有效、更符合用户需求的数据;最后用先进的软件算法在数据流入同时即对其进行分析,让程序在短时间内对环境变化做出智能的回应。

数据融合的方法普遍应用在日常生活中,比如在辨别一个事物的时候通常会综合各种感官信息,包括视觉、触觉、嗅觉和听觉等。单独依赖一个感官获得的信息往往不足以对事物做出准确的判断,而综合各种感官数据,对事物的描述会更准确。

许多时候我们只关心结果,并不需要收到大量原始数据,数据融合是实现此目的的重要手段。

如何完成由收集融合后的数据到信息、到知识、再到智慧的转换呢?IT技术的发展成就已远远出乎人们的想象,只要给它提供一个平台,它就可以向精灵一样创造出无限的智慧。完成这一过程有很多方式,可以用机器学习的办法让机器本身具有一定的智能,也可以采用专家系统,建立一个内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验的数据库,使系统能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。从学习的方法来看有两类任务:有监督的学习和无监督的学习。前者利用已知的类别标识,对一组训练样本进行学习,发现样本特征与类别之间的关系,用于预测新样本的类别,这个过程称为分类。后者在样本类别未知的情况下,根据样本之间的相似性进行分组,这个过程称为聚类。在物联网数据挖掘中,同样存在这两种学习,由于所处理的样本数据蕴含着路径信息,称为基于路径的分类和聚类。基于路径的分类根据物品在一段时间内的移动路径,判断物品所属的类别。例如,在物流监控中,将货物的运输轨迹分为正常和异常两种,发现这两类轨迹的特征可以用来监测可疑行为。对路径的分类通常需要先将路径划分为子序列,然后利用决策树、神经网络、贝叶斯等方法进行分类。基于路径的聚类发现相似的路径群,揭示路径之间的关系以及路径与其它特征之间的关系。聚类的结果可以用来优化道路设计,减少交通阻塞,预测交通流量。路径聚类一般包括数据表示、相似度量定义、聚类、聚类描述和聚类评价几个步骤。通过以上步骤便使得物联网具有一定的智能,能够自行地处理一些问题,使人们的生活更加便捷舒适。

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