二次产业浪潮下物联网如何破壁

来源:《中国科学报》2021年04月29日

“经历了物联网应用遍地开花的第一个产业高潮之后,物联网产业正迎来第二个发展高潮。”在近日举办的聚焦物联网领域的2021年北京地区广受关注学术成果报告会期间,北京科技大学教授、英国阿尔斯特大学讲席教授宁焕生在接受《中国科学报》采访时说。

对此,中国工程院院士、北京理工大学教授周立伟也表示,作为引领第四次科技革命的核心和基础,物联网已经成为我国乃至全球聚焦的热点技术,并将是经济发展的主要推动力。

那么,物联网产业发展面临哪些机遇?对于技术环节中多重“爆炸性”挑战如何破壁?如何通过人才培养驱动产业发展?《中国科学报》就此采访了相关专家。

二次产业浪潮来袭

我国在2009年提出发展物联网产业后,次年工业和信息化部启动物联网产业发展基金,我国物联网产业和应用随即进入蓬勃发展时期。“这一时期可以看成我国物联网发展的第一个高潮,其特点是物联网应用遍地开花。”宁焕生说。

然而,他表示,由于这一阶段物联网产业核心技术和人才较为缺乏,投资环境和应用需求尚不充分,很多企业的业务定位和经营模式不够清晰,核心技术和竞争力不足,市场定位不够精准,一批物联网企业并未发展起来,几年后物联网产业发展进入了一个相对低潮的时期。

宁焕生表示,当前物联网产业正迎来第二个发展高潮,主要原因就在于物联网发展所需的资金、技术、市场、用户、需求、服务都相对丰富和明晰。“这一波的高质量发展会有很多机会。”他说。例如,在技术方面,物联网传感器和感知技术更趋完善、网络传输能力更快更强、应用场景和业务需求更加丰富和明确。

对此,周立伟也表示,现阶段“大智云移物”——大数据、人工智能、云计算、移动互联网、物联网的实施已经深入到社会各个领域。5G、人工智能、区块链等新一代信息技术与物联网加速融合,驱动物联网场景不断创新,开启了万物智联的新时代。

风口与挑战并存

随着物联网二次浪潮“风口”的开启,物联网相关的技术、应用正在蓬勃发展。

典型的物联网包含三层架构——感知层、网络层、应用层。以感知技术为例,移动群智感知网络正在代替传统的感知模式,成为物联网领域的“新宠”。

“移动群智感知,将移动感知和众包思想相结合,即利用人、车携带的移动终端进行感知,并将大量‘草根’用户的移动设备作为基本感知单元,实现感知任务的分发与感知数据的收集,完成大规模复杂的感知任务。”北京邮电大学计算机学院副教授赵东对《中国科学报》说。相对于传统固定部署的感知网络,它有成本低、易维护、可扩展性高的优点,在智慧城市建设方面大有可为。

目前,移动群智感知的兴起正在带来许多新业态,如“微差事”。一些通用移动群智感知平台可吸纳数十万普通草根用户完成群智感知任务。如微软曾发布的实景拍摄任务,将用户拍摄的数据整合到地图上。“用户甚至可在逛街等日常生活中随时随地地做一些感知任务,顺便赚点钱。”赵东说。

在当前构建新型能源系统,特别是电力系统的过程中,物联网同样大有用武之地。“目前,我国风电和光伏发电量均位于世界第一,但占整体用电量目前仅为10%。实现碳达峰、碳中和,光伏和风电的比例最终或将达到50%~70%。”清华大学机电系副教授、聚焦能源互联网研究的张宁对《中国科学报》说。

他表示,风电、光伏,特别是分布式光伏等能源的加入,使能源系统由原来的统购统销的方式变得发散。同时,风电和光伏存在很大的不确定性,且需通过电力电子并网,会引起电网安全稳定问题。物联网将有助协调成千上万可发电的主体、消纳大规模的可再生能源。

“人类历来生活在复杂多样的物理空间、社会空间和思维空间之中。随着计算机和网络的发展,网络空间已成为人类第四个基本生存空间。”宁焕生说。为此,在典型物联网技术路线——“泛在连接”(感知/网络/应用)的基础之上,宁焕生提出了另一种技术路线——“空间融合”,即物联网作为桥梁推进物理空间和网络空间的融合。

他表示,尽管物联网给生活、生产带来诸多便利,但这两种技术路线均面临“爆炸性”的挑战。例如,“泛在连接”的挑战有数据爆炸与有限感知的矛盾(感知层的技术瓶颈)、连接爆炸与高效通信的矛盾(网络层的技术瓶颈)、应用爆炸与精准适配的矛盾(应用层的技术瓶颈)。“空间融合”的挑战有身份爆炸(物的身份识别瓶颈)与关系爆炸(物与物的连接瓶颈)。从“泛在连接”+“空间融合”角度来说则存在服务爆炸。

教育“破壁”助推创新发展

“如果说新技术应用是物联网的产业推动者,学术和科研就是物联网技术的基础理论和新技术的主要创造者,是物联网产业发展的原创动力。”周立伟倡议,进一步促进相关学术思想的生长,为这场物联网战略盛会注入新生力量。

基础研究和技术创新的关键在人。在人才培养方面,宁焕生表示,国内许多高校在本科阶段已设置物联网专业,大多课程按照“感知层、网络层、应用层”的技术体系设置。根据教育部在物联网专业建设的课程体系方面的两套指导意见,根据挂靠的学科不同,一些高校相关课程设置偏前端,一些则偏后端。

多位专家向《中国科学报》表示,近年来物联网教育为产业发展输送了许多人才,功不可没。但针对这一领域的高度复杂性和学科交叉性,教育也应进一步“破壁”,以培养交叉学科人才,推进基础教育与产业发展对接。对此,一些高校已经作出部署。

北京理工大学教授夏元清介绍,北理工自2018年起开始实施书院制培养管理模式,设置睿信书院(信息科学技术、电子信息工程)等9大书院,新生进校第一年不分专业,培养综合发展能力。同时,还设置了交叉课程。例如,北京书院专门负责北京市“高水平人才交叉培养计划”和“高端人才贯通培养实验”。

对于实现从基础教育到产业对接, 张宁认为,在注重打基础的同时,要加强实践教育。以清华大学能源互联网国际班为例,一方面,其本科课程设置进行了一系列创新,必修课程不仅要学习大数据技术、人工智能、物联网等信息领域的课程,还要学习传热学、工程物理等方面的跨学科知识。另一方面,通过让学生参加相关国际会议、参观实际工程项目、参与能源互联网示范工程项目等实践教育,让学生切身体会能源互联网产业的前沿发展。

“在物联网应用方面,我们的市场足够大,信息化发展速度足够快,走得相对靠前。但高端传感器方面仍相对欠缺。”宁焕生说。他建议进一步培养更多创新人才,加强基础研究,推进物联网“泛在连接”和“空间融合”两个技术路线实现跨越发展。

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