智慧物联网系统发展战略研究.docx

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1、一、前言数字经济成为重要的新经济形态。随着经济社会数字化转型、智能化升级步伐加快，物联网已是数字经济中新型基础设施的重要组成部分，成为新一轮产业革命的重要方向和推动力量，对于培育数字经济增长点、支撑产业转型升级具有重要意义。物联网概念在2005年国际电信联盟（ITU）发布的ITU互联网报告2005：物联网中被正式提出；本研究将其解读为物联网1.0,认为“它通过泛在网络,借助物体识别技术（如射频识别）、传感技术、嵌入式智能技术、小型化技术（如纳米结构），将世界万物连接在一起，通过感知世界、认识世界、改造世界，进而推动整个世界发展。近年来，发达国家在物联网使能技术、数字技术以及相关产业发展方面积极

2、布局。我国也高度重视物联网发展并提升至国家战略高度，如中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要（2021年）要求，重点发展云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能（AI）、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等七大产业；物联网新型基础设施建设三年行动计划（20212023）（2021年）提出，到2023年国内主要城市初步建成物联网新型基础设施。当前正处于智能信息技术快速发展与突发公共卫生事件应急防控相交织的新时代，面临着国际激烈竞争与多边合作的新态势；我国进入了全面建设社会主义现代化国家的新发展阶段，构建“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进新发

3、展格局的新征程。为适应上述新时代、新态势、新征程，新时代、新态势下新型互联网+行动计划发展战略研究项目组认为，物联网发展也要迈进新征程：开启万物智联的智慧物联网系统（物联网2.0）新发展阶段；贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享新发展理念；构建“技术、产业、应用、人才、政策、保障体系一体化创新的新发展格局。本文内容源自中国工程院咨询项目“新时代、新态势下新型，互联网行动计划发展战略研究。着眼于深刻理解我国物联网发展，提出适应新时代、新态势的智慧物联网系统（物联网2.0）概念内涵、体系架构、技术体系框架；凝练智慧物联网系统应用中的共性赋能技术和应用关键技术，总结智慧物联网系统在代表性领域的应用场景

4、和案例，进一步形成智慧物联网系统的发展建议。二、我国物联网发展现状分析（一）物联网发展态势物联网关键核心技术形成阶段性突破，尤其是在感知、网络、平台、融合应用等技术方向取得显著进展。例如，在新型感知网络的技术工程创新方面达到世界先进水平，以低代码/无代码为目标的“物联网+应用开发环境迅速发展，小微智能传感器、智能设备等透明电网关键技术与装备获得广泛应用，新型物联网与基因编辑、分子设计育种等现代生物技术融合构成农业现代化的关键驱动技术，自主可控的北斗高精度导航定位、第五代移动通信（5G）等成为推动智能网联与智能交通融合发展的新型基础设施。物联网相关产业取得显著进展。物联网作为信息化和工业化融合的

5、切入点,促进了诸多行业信息化、数字化、网络化、智能化的加速应用。随着物联网技术的持续渗透，智能制造、现代农业、智慧电网、智能医疗、智能交通、智慧环保等领域的应用场景不断扩展，初步实现从生产到产品再到服务的转型升级，成为以技术改变生产关系的范例。在应用领域的需求牵引下，不断形成具有专属领域特色的平台应用系统及产业集群。例如，制造领域形成了工业物联网平台，农业领域以种质资源、育种等需求为核心构建了国家农作物种质资源平台，医疗领域形成了以智能器械、远程/移动医疗等为核心的产业集群，环保领域构建了针对环境管理需求的环境质量管理系统、卫星环境遥感应用系统，能源领域实现了透明电网关键技术与装备的应用突破。

6、物联网应用实践初见成效。例如，制造领域的工业物联网平台推广应用成效明显，涌现出了离散型智能制造、流程型智能制造等新模式和新业态；农业领域形成了面向政府、科研院所、种业市场等主体的农业物联网应用场景；医疗领域建成了11个物联网+医疗健康省级示范区，医疗数据共享水平持续改善，远程医疗县（区）覆盖率达到90%；交通领域建成了国家智能网联汽车（武汉）测试示范区；能源领域完成了粤港澳大湾区电力发展规划及其应用示范；环保领域建立了多层次、多角度、全天候（时）的“天空地一体化环境监测应用示范。也需清醒认识到,物联网核心技术受制于人的基本局面尚未得到根本性改变,供应链、产业链协同基础薄弱，应用领域互联互通困难

7、，数据开放共享及隐私保护力度不足等问题仍有显现。除了网络发展范式有待创新、平台体系架构及系统异构集成/优化/智联亟待突破、新型应用软件开发环境的友好性不佳之外，诸多行业融合应用方面的矛盾突出。例如，制造领域供给与市场需求适配性不佳，产业链、供应链稳定性面临挑战，资源环境要素约束趋紧；农业领域中的现代种业底层驱动技术发展不成熟，商业化育种平台尚未普及；能源领域支撑碳达峰、碳中和战略目标的新型能源产业生态发展滞后，各类主体之间存在信息、技术、行业管理等方面的壁垒；医疗领域底层软硬件技术的自主性、医疗数据处理的技术成熟度、Al应用技术的临床适用性等需要进一步改善；与器械知识产权、地区协同、服务可持续

8、能源运营等相关的能源领域多源数据共享及服务整合问题较为突出；环保领域新技术在智慧环保中的创新应用与环境保护业务的发展需求不相匹配，环境监测与智能化治理设施的技术研发有待加强。（二）物联网技术发展趋势随着物联网技术、新一代Al技术、新一代信息通信技术的发展及其与应用领域专业新技术的不断融合，物联网技术演进快速，呈现以下趋势。海量连接产生的交互及数据分析需求，促使物联网与Al更深层次融合并形成人工智能物联网;（2）以智能传感器为核心的传感技术将深化发展; 物联网芯片向高性能、高可靠、低功耗、低成本方向发展； 模组朝着定制化、多功能方向发展，窄带物联网模组、5G模组成为未来新方向；未来网络发展将在蜂

9、窝通信、局域网技术方面不断迭代，第六代无线网络技术（即WiFi6,作为局域网满足小区域、高宽带要求）和5G（大连接、高速度，面向大区域）/第六代移动通信（6G）是技术发展重点；发展中的新技术，如元宇宙技术开始影响物联网技术的新发展，将用户与互联网交互的界面从“二维上升到“三维，物联网的升维将催生新的生产力。三、智慧物联网系统的内涵与架构（一）智慧物联网系统的概念内涵智慧物联网系统（物联网2.0）指，在新发展理念（创新、协调、绿色、开放、共享）与新一代Al技术等的引领下，“人、信息（赛博）空间与物理空间融合，“新智慧资源/能力/产品智慧互联并协同服务的复杂系统；涉及新产品/能力/资源体系、新网络

10、/感知体系、新平台体系、新标准安全体系、新应用体系、新用户体系等六大新体系。其中，新一代Al技术包括数据驱动下深度强化学习智能、基于网络的群体智能、人机与脑机交互技术为导向的混合智能、跨媒体推理智能、自主智能系统等；智慧物联网系统的智慧，指在新发展理念、新一代Al技术等的引领下，以人为中心的人、信息（赛博）空间与物理空间相互联系、层层递进系统的数字化、物联化、服务化（云化）、协同化、定制化、柔性化、绿色化、智能化。智慧物联网系统将具备新技术、新模式、新业态，新特征、新内容、新目标，服务于应用领域数字化、网络化、云化、智能化转型升级。新技术，基于新型互联网，在新发展理念、新一代Al技术等的引领下

11、，借助新网络技术、新信息通信技术、新智能科学技术、新能源技术、新材料技术、新生物技术、新绿色技术、新应用领域专业技术等8类新技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术工具，将人、信息（赛博）空间与物理空间中的人/机/物/环境/信息进行智能连接，提供智慧资源、智慧产品、智慧能力的随时随地按需服务。新模式，以用户为中心、人/机/物/环境/信息优化融合，进行数字化、物联化、服务化（云化）、协同化、定制化、柔性化、绿色化、智能化的智慧协同互联。新业态，具有万物智联、智能引领、数/模驱动、共享服务、跨界融合、万众创新等特点。（4）新特征，在全系统及全生命周期活动中，人/机/物/环境/信息“自主智能地

12、感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制、执行。 新内容，促使全系统及全生命周期活动中的人、技术/设备、管理、数/模、材料、资金（“六要素）以及人才流、技术流、管理流、数/模流、物流、资金流（六流）的集成优化，形成数字化、网络化、云化、智能化的产品、设备/系统和全生命周期活动。 新目标，支持系统数字化转型与智慧化升级，追求创新、绿色、开放、共享、个性。（二）智慧物联网系统的体系架构智慧物联网系统的体系架构（见图1）包括：新智慧资源/能力/产品层,新智慧感知/接入/通信层，新智慧边缘处理平台层，新智慧系统云端服务平台层，新智慧云服务应用层，新的人/组织。各层具有相应的新标准及新安全管理支撑

13、。金生命周期系统痂标布设衽体系新安仝钟理体系图1智慧物联网系统的体系架构注：IaaS表示基础设施及服务；PaaS表示平台即服务；SaaS表示软件即服务：DaaS表示数据即服务;PRoaaS表示产品即服务；CaaS表示能力即服务；RFlD表示无线射频识别；GPS表示全球定位系统。智慧物联网系统的体系架构，特色主要体现在七方面。边缘/云端协同的新架构;云计算/Al/大数据/新互联网/建模仿真/数字李生等为代表的新信息通信技术，与新应用领域技术相融合；感知/接入/通信层的虚拟化及服务化，采用云网超融合、网络操作系统、新型网络承载架构，实现网络虚拟化、网络控制编排、软件定义网络、云网融合、网络安全组件

14、等功能，提高物联网环境下异构网络资源的利用率、安全性、可靠性；模型驱动、云原生的新型应用程序(APP)开发环境，突破传统意义上的“开发环境概念，转向物联网技术支持的开发环境，更适合智慧物联网场景下的应用开发；各层具有新时代的内涵与内容，如以用户为中心的新智能资源/新智能产品/新智能能力/智慧共享服务；物联网体系架构在各应用领域进行智慧化拓展；人、信息空间、物理空间的深度融合，通过新一代赋能技术与各领域专业技术的交叉应用，构建由人、信息(赛博)空间与物理空间所形成的智能应用系统，以系统持续优化达到人机共生的和谐生态。四、智慧物联网系统的技术谱系与使能关键技术（一）智慧物联网系统的技术谱系框架智慧

15、物联网系统的技术谱系分为整体架构子体系、支撑技术子体系、软件技术子体系、安全技术子体系、标准技术子体系、应用技术子体系。整体架构子体系包括总体技术体系、智慧产品专业技术体系、感知/接入/通信层技术体系、边缘处理平台技术体系、云端平台技术体系、“智慧物联网+融合应用技术体系等；（2）支撑技术子体系涵盖新信息通信技术、新智能科学技术、新网络技术、新应用领域专业技术等；软件技术子体系包括系统软件技术、平台软件技术、新型应用软件技术等；安全技术子体系涵盖物理安全防护、技术安全防护、管理安全防护、商业安全防护等安全防护技术； 标准技术子体系包括基础共性标准、平台/支撑标准、关键技术标准、产品及服务标准、

16、应用标准等; 应用技术子体系涵盖智慧工业物联网、智慧农业物联网、智慧能源物联网、智慧医疗物联网、智慧交通物联网、智慧环保物联网等方面的应用技术。（二）智慧物联网系统的使能关键技术梳理形成的智慧物联网系统使能关键技术分为共性使能关键技术、应用关键技术两类，涵盖物联网与制造、农业、能源、医疗、交通、环保等领域专业技术深度融合6类应用关键技术。使能技术是智慧物联网系统技术谱系的重要支撑,实现传统产业数字化转型与智能化升级的核心要素。在新发展理念指引下，借助新网络技术、新信息通信技术、新一代Al技术、新能源技术、新材料技术、新生物技术、新绿色技术、新应用领域专业技术等多学科融合新技术的交叉应用，推动智慧物联网系统在各领域技术、产业、应用