物联网的概念最早在1999年被美国麻省理工学院Ashton教授提出,但它在智慧城市中的应用则是近些年才逐步兴起的。究其原因,一方面,物联网的概念内涵在不断演化和发展,从早期基于RFID的物联,到基于局域网络的物联,再到基于互联网络的物联,逐步体现出万物互联的支撑能力;另一方面,智慧城市的建设理念也在不断演化和发展,从早期的数字化、网络化,再到智能化,逐步体现出互联互通、共享共治的发展需求。
总体来看,政府、企业、学术界等对物联网及其在智慧城市中的应用高度重视。政府多从国家战略高度编制发展计划,推动国家基础设施的建设和发展。企业多以物联网平台等构建物联基础设施的核心产品为突破口,抢占产业链关键环节。学术界则在网络体系架构、边缘计算、物理信息系统(CPS)等方面不断探寻新型计算模式,以期解决泛在连接、网络融合、智能处理等方面的关键技术问题,推动物联网快速发展。
美国在物联网和智慧城市方面一直走在前列。2008年,IBM首次提出“智慧地球”战略,次年便向美国总统提出加大智慧型基础设施建设的建议。随后,美国政府出台了《2009年美国复苏与再投资法案》,明确提出在与物联网技术相关的智能电网、卫生医疗信息技术应用和教育信息技术等方面进行大量投资。此后,美国政府又先后发布了“先进制造伙伴计划”“总统创新伙伴计划”等,明确提出将以物联网技术为基础的网络物理系统(Cyber-Physical System, CPS)列为扶持重点,并在此过程中提出了工业互联网(Industrial Internet)的概念。2015年,美国又宣布投入1.6亿美元推动智慧城市计划,将物联网应用试验平台列为首要建设任务。
欧盟从2008年10月开始实施物联网战略,并由欧洲物联网研究总体协调组(IERC)进行统一规划和管理。其中最有代表性的“欧盟第七框架计划(FP7)”,下设了IoT-A、IoT6、open IoT等一系列物联网研发项目,并在智能电网、智慧城市、智能交通等方面积极部署。2013年,欧盟通过了“地平线2020”计划,明确提出物联网和智慧城市是重点发展领域之一,并于2014年投资9200万欧元重点发展节能、交通、ICT基础设施三大方向技术。欧盟前成员国英国大力发展物联网与电网、分布式电源等设施的深度融合,以实现能源全流程实时监测和预测预警。西班牙巴塞罗那提出打造将环境和能源、交通、水资源管理、生活质量等不同领域的传感数据进行整合分析的城市管理服务平台。西班牙桑坦德提出打造“城市脉搏”,汇聚遍布全城的传感器和人体传感器数据,通过移动App提供城市管理和生活服务。
日本于2009年推出了“i-Japan”计划,提出建立“以人为本、安心且充满活力的数字化社会”。韩国于2004年推出“u-Korea”计划,提出将物联网等技术包含在所有的城市元素中,让市民可以在任何时间、任何地点,从任何设备访问和应用城市元素。新加坡于2006年起先后推出“智慧国2015” “智慧国2025”计划,旨在打造覆盖全岛的集数据收集、连接和分析于一体的基础设施和操作系统,用于提供更好的公共服务。
2009年,美国市场研究公司Forrester预测,到2020年,世界上“物物互联”的业务,跟人与人通信的业务数量相比,将达到30∶1,仅智能电网和机场防入侵系统方面的市场就有上千亿美元。因此“物联网”被称为下一个万亿美元级的信息技术产业。这促使各国相继推出区域战略规划,并纷纷研究相关技术,制定技术标准。经过近几年的培育和探索,全球物联网正从碎片化、孤立化应用为主的起步阶段迈入“重点聚焦、跨界融合、集成创新”的新阶段,市场快速启动,在诸多领域加速渗透,物联网将出现大规模爆发式增长。
1. 国际物联网应用突飞猛进
(1)代表物联网行业应用风向标的M2M连接数增长迅猛。截至2014年年底,全球M2M连接数已达2.43亿个,在为期5年的预测期内,M2M服务收入将以13.3%的年复合增长率增长,2021年全球M2M年度收入将达到670亿美元。从应用市场来看,公共安全、车联网、工业制造等万亿级垂直行业市场正在全面兴起,智慧医疗、智能家居、可穿戴设备等消费市场百花齐放。
(2)工业物联网成为新一轮部署焦点。以美国工业互联网和德国工业4.0所确立的网络物理系统(CPS)为代表,物联网成为实现制造业智能化变革和重塑国家竞争优势的关键技术基础,围绕它的全球生态构建和产业布局正加速展开。在政府层面,美国、德国将CPS体系建设提升到国家战略高度,通过成立指导小组、完善基础设施、设立研发创新机构等方式,大力推进行业中相关标准、共性技术与产品的研发及推广应用。在企业层面,工业和ICT领域的龙头企业正围绕工业物联网应用实施,加快工业数据云平台、工业数据连接和管理、工业网络、新型工业软件等方面的技术、标准、测试床和解决方案的研发部署,并扩展到能源、医疗、交通等多个领域。
(3)移动互联网与物联网加速融合,智能可穿戴设备出现爆发式增长。移动互联网与物联网形成从芯片到终端、操作系统的全方位融合,并基于开源软件和开源硬件,开启了全球性的智能硬件创新浪潮。一方面,可穿戴设备成为其中发展和创新最快的领域。可穿戴设备的主要应用领域包括以血糖、血压和心率监测为代表的医疗领域,以及以运动监测为代表的健康保健领域,并以可穿戴设备为中心,集成医疗、健康、家居等App应用,复制了云App的移动互联网应用与商业模式。另一方面,智能家居成为布局和竞争的重点。谷歌、苹果等互联网企业,高通、英特尔(Intel)、思科、三星等信息通信技术企业,以及ABB、博世等工业企业均加快推进智能家居布局,目前已研发了智能家电、智能家居等一系列创新产品,并可与智能手机、可穿戴设备等智能终端和移动App应用进行充分互联和集成,实现协同化、服务化、智能化和个性化发展。
2. 国际物联网产业生态的布局全面展开
依托核心能力抢占物联网生态关键环节。芯片巨头、设备制造商、IT厂商、电信运营商、互联网企业等从各自优势出发,积极进行物联网生态布局,芯片、云平台和操作系统成为布局的关键点。英特尔继2014年发布爱迪生(Edison)适应可穿戴及物联网设备的微型系统级芯片之后,2015年继续发布居里(Curie)芯片,为开发者提供底层芯片及开发工具。在平台化服务方面,IBM等IT巨头将物联网大数据平台作为构建生态的重点,主要电信运营企业着力打造M2M网络和平台,互联网企业则依托其平台优势和数据处理能力,将服务拓展到物联网。在操作系统方面,谷歌推出基于Android内核的物联网底层操作系统Brillo,同时发布了一个跨平台、支持开发者API的通信协议Weave,能够让不同的智能家居设备、手机和云端设备实现数据交换;微软推出物联网版操作系统(Win10 IoT Core)和物联网套件,以协助企业简化IoT在云端的应用部署及管理;百度推出物联网操作系统、车联网平台和可穿戴智能手表系统DuWear。目前,物联网产业生态正快速成长,物联网企业数量近年来成倍增长。
美国全面推进物联网发展。继美国政府提出制造业复苏以来,美国将互联网的发展和重塑美国制造业优势计划结合起来以长期重新占领制造业制高点。一方面,政府以大量资金持续支持物联网相关技术产业发展,2015年宣布投入1.6亿美元推动智慧城市计划,将物联网应用试验平台的建设作为首要任务。美国能源部组建“智能制造创新机构”,投入多达7000万美元推动先进传感器、控制器、平台和制造建模技术的研发。另一方面,为推动技术应用发展,政府加大政策支持力度。自2011年以来,美国政府先后发布了“先进制造伙伴计划”“总统创新伙伴计划”,将CPS列为扶持重点,并引入企业和大学的技术专家共同制定参考框架和技术协议。美国国家标准与技术研究院组织其工业界和ICT产业界的龙头企业,共同推动工业互联网相关的标准框架制定,通用电气(GE)公司联合亚马逊、思科等企业共同打造支持“工业互联网”战略的物联网与大数据分析平台。2014年7月,美国联邦通信委员会(FCC)发布电子标签新指南,建议带屏幕的消费电子设备可在屏幕上显示数字标签,从而取代原来的固定铭牌或蚀刻标签;美国加利福尼亚州发放无人驾驶汽车许可,谷歌、奥迪和奔驰成为首批获得许可的企业;在智能物流领域,美国邮政局采用物联网技术改善邮政营运、基础设施及产品与服务。
欧盟重构物联网创新生态体系。2015年,欧盟成立了横跨欧盟及产业界的物联网创新联盟(AIOTI),并投入5000万欧元,通过咨询委员会和推进委员会统领新的“四横七纵”体系架构,将包括原有IERC、地平线2020在内的11个工作组纳入旗下,统筹原本散落在不同部门和组织的能力资源,协同推进欧盟物联网整体跨越式创新发展。其中,“四横”指项目设置、价值链重塑、标准化、政策导向四大横向基础支撑;“七纵”指家居、农业、可穿戴、智慧城市、交通、环保和制造七大行业纵深领域。在第七科研框架计划下设立了IoT-A、IoT 6等一系列项目对物联网进行研发,在智能电网、智慧城市等方面进行了积极部署。创新联盟的建立是欧盟落实物联网发展战略的又一重要举措,将对欧盟物联网发展和创新起到强有力的驱动作用。此外,欧盟及其成员国还加大物联网投资力度,2016年,欧盟投入大量资金支持物联网大范围示范和未来物联网重点领域。英国政府追加投资4500万英镑,并向由英国电信、劳斯莱斯、处理器厂商ARM和军用品厂商BAE等40余家公司组成的HyperCat联盟注资,用于研发HyperCat标准,为物联网开发通用规范。德国政府在《高技术战略2020行动计划》中明确提出工业4.0理念,并在2013年正式发布了关于实施“工业4.0战略的建议”,并投资2亿欧元支持工业4.0,投入800万欧元加强物联网信息安全领域的研发。
亚洲国家不断加大研发和应用的投入及推进力度。以日本、韩国为首,亚洲发达国家对物联网技术的研发和应用一直非常重视,投入巨资支持发展。韩国政府出台了《韩国IT融合发展战略》,持续推动传统产业与ICT的融合创新,并为ICT融合发展确立了法规制度、组织机构和市场监管基础,2013年,韩国政府发布ICT研究与开发计划“ICT WAVE”,将物联网列入发展ICT的十大关键技术之一。自2015年起,韩国未来科学创造部和产业通商资源部投资数百亿韩元用于物联网核心技术及MEMS传感器芯片、宽带传感设备的研发,韩国的私营企业也参与了研发投资。日本大力推进农业物联网,计划普及农用机器人,预计市场规模也将得到较大扩张。新加坡政府推出传感器网络及特定领域产品的标准,采用统一沟通方法和指导原则开发新科技和智能方案,为实现“智慧国”的目标做准备。