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二次產業浪潮下物聯網如何破壁

圖片1

“經歷了物聯網應用遍地開花的第一個產業高潮之后,物聯網產業正迎來第二個發展高潮。”在近日舉辦的聚焦物聯網領域的2021年北京地區廣受關注學術成果報告會期間,北京科技大學教授、英國阿爾斯特大學講席教授寧煥生在接受《中國科學報》采訪時說。

對此,中國工程院院士、北京理工大學教授周立偉也表示,作為引領第四次科技革命的核心和基礎,物聯網已經成為我國乃至全球聚焦的熱點技術,并將是經濟發展的主要推動力。

那么,物聯網產業發展面臨哪些機遇?對于技術環節中多重“爆炸性”挑戰如何破壁?如何通過人才培養驅動產業發展?《中國科學報》就此采訪了相關專家。

二次產業浪潮來襲

我國在2009年提出發展物聯網產業后,次年工業和信息化部啟動物聯網產業發展基金,我國物聯網產業和應用隨即進入蓬勃發展時期。“這一時期可以看成我國物聯網發展的第一個高潮,其特點是物聯網應用遍地開花。”寧煥生說。

然而,他表示,由于這一階段物聯網產業核心技術和人才較為缺乏,投資環境和應用需求尚不充分,很多企業的業務定位和經營模式不夠清晰,核心技術和競爭力不足,市場定位不夠精準,一批物聯網企業并未發展起來,幾年后物聯網產業發展進入了一個相對低潮的時期。

寧煥生表示,當前物聯網產業正迎來第二個發展高潮,主要原因就在于物聯網發展所需的資金、技術、市場、用戶、需求、服務都相對豐富和明晰。“這一波的高質量發展會有很多機會。”他說。例如,在技術方面,物聯網傳感器和感知技術更趨完善、網絡傳輸能力更快更強、應用場景和業務需求更加豐富和明確。

對此,周立偉也表示,現階段“大智云移物”——大數據、人工智能、云計算、移動互聯網、物聯網的實施已經深入到社會各個領域。5G、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術與物聯網加速融合,驅動物聯網場景不斷創新,開啟了萬物智聯的新時代。

風口與挑戰并存

隨著物聯網二次浪潮“風口”的開啟,物聯網相關的技術、應用正在蓬勃發展。

典型的物聯網包含三層架構——感知層、網絡層、應用層。以感知技術為例,移動群智感知網絡正在代替傳統的感知模式,成為物聯網領域的“新寵”。

“移動群智感知,將移動感知和眾包思想相結合,即利用人、車攜帶的移動終端進行感知,并將大量‘草根’用戶的移動設備作為基本感知單元,實現感知任務的分發與感知數據的收集,完成大規模復雜的感知任務。”北京郵電大學計算機學院副教授趙東對《中國科學報》說。相對于傳統固定部署的感知網絡,它有成本低、易維護、可擴展性高的優點,在智慧城市建設方面大有可為。

目前,移動群智感知的興起正在帶來許多新業態,如“微差事”。一些通用移動群智感知平臺可吸納數十萬普通草根用戶完成群智感知任務。如微軟曾發布的實景拍攝任務,將用戶拍攝的數據整合到地圖上。“用戶甚至可在逛街等日常生活中隨時隨地地做一些感知任務,順便賺點錢。”趙東說。

在當前構建新型能源系統,特別是電力系統的過程中,物聯網同樣大有用武之地。“目前,我國風電和光伏發電量均位于世界第一,但占整體用電量目前僅為10%。實現碳達峰、碳中和,光伏和風電的比例最終或將達到50%~70%。”清華大學機電系副教授、聚焦能源互聯網研究的張寧對《中國科學報》說。

他表示,風電、光伏,特別是分布式光伏等能源的加入,使能源系統由原來的統購統銷的方式變得發散。同時,風電和光伏存在很大的不確定性,且需通過電力電子并網,會引起電網安全穩定問題。物聯網將有助協調成千上萬可發電的主體、消納大規模的可再生能源。

“人類歷來生活在復雜多樣的物理空間、社會空間和思維空間之中。隨著計算機和網絡的發展,網絡空間已成為人類第四個基本生存空間。”寧煥生說。為此,在典型物聯網技術路線——“泛在連接”(感知/網絡/應用)的基礎之上,寧煥生提出了另一種技術路線——“空間融合”,即物聯網作為橋梁推進物理空間和網絡空間的融合。

他表示,盡管物聯網給生活、生產帶來諸多便利,但這兩種技術路線均面臨“爆炸性”的挑戰。例如,“泛在連接”的挑戰有數據爆炸與有限感知的矛盾(感知層的技術瓶頸)、連接爆炸與高效通信的矛盾(網絡層的技術瓶頸)、應用爆炸與精準適配的矛盾(應用層的技術瓶頸)。“空間融合”的挑戰有身份爆炸(物的身份識別瓶頸)與關系爆炸(物與物的連接瓶頸)。從“泛在連接”+“空間融合”角度來說則存在服務爆炸。

教育“破壁”助推創新發展

“如果說新技術應用是物聯網的產業推動者,學術和科研就是物聯網技術的基礎理論和新技術的主要創造者,是物聯網產業發展的原創動力。”周立偉倡議,進一步促進相關學術思想的生長,為這場物聯網戰略盛會注入新生力量。

基礎研究和技術創新的關鍵在人。在人才培養方面,寧煥生表示,國內許多高校在本科階段已設置物聯網專業,大多課程按照“感知層、網絡層、應用層”的技術體系設置。根據教育部在物聯網專業建設的課程體系方面的兩套指導意見,根據掛靠的學科不同,一些高校相關課程設置偏前端,一些則偏后端。

多位專家向《中國科學報》表示,近年來物聯網教育為產業發展輸送了許多人才,功不可沒。但針對這一領域的高度復雜性和學科交叉性,教育也應進一步“破壁”,以培養交叉學科人才,推進基礎教育與產業發展對接。對此,一些高校已經作出部署。

北京理工大學教授夏元清介紹,北理工自2018年起開始實施書院制培養管理模式,設置睿信書院(信息科學技術、電子信息工程)等9大書院,新生進校第一年不分專業,培養綜合發展能力。同時,還設置了交叉課程。例如,北京書院專門負責北京市“高水平人才交叉培養計劃”和“高端人才貫通培養實驗”。

對于實現從基礎教育到產業對接, 張寧認為,在注重打基礎的同時,要加強實踐教育。以清華大學能源互聯網國際班為例,一方面,其本科課程設置進行了一系列創新,必修課程不僅要學習大數據技術、人工智能、物聯網等信息領域的課程,還要學習傳熱學、工程物理等方面的跨學科知識。另一方面,通過讓學生參加相關國際會議、參觀實際工程項目、參與能源互聯網示范工程項目等實踐教育,讓學生切身體會能源互聯網產業的前沿發展。

“在物聯網應用方面,我們的市場足夠大,信息化發展速度足夠快,走得相對靠前。但高端傳感器方面仍相對欠缺。”寧煥生說。他建議進一步培養更多創新人才,加強基礎研究,推進物聯網“泛在連接”和“空間融合”兩個技術路線實現跨越發展。

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