13.3: 物联网 (IoT)

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Ly-Huong T. Pham, Tejal Desai-Naik, Laurie Hammond, & Wael Abdeljabbar
ASCCC Open Educational Resources Initiative (OERI)

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物联网 (IoT)

Rouse（2019）解释说，物联网是作为一组支持网络的物理对象或嵌入软件、硬件、传感器、处理器的事物实现的，用于在它们从环境中获取的数据时收集和发送数据。一个 “东西” 可以是几乎任何东西，一台机器、一个物体、一个动物，甚至是人，只要每个事物都有嵌入的唯一 ID 并且支持网络。

在麦肯锡公司关于物联网的报告（Chui 等人，2010 年）中，确定了六大应用：

追踪行为。当产品嵌入传感器时，公司可以跟踪这些产品的移动，甚至监控与它们的互动。可以对业务模型进行微调，以利用这些行为数据。例如，一些保险公司提议在客户的汽车中安装位置传感器。这使这些公司能够根据汽车的驾驶方式和行驶地点来确定保单的价格。
增强态势感知能力。来自大量传感器的数据，例如基础设施（例如道路和建筑物）中的数据，或者用于报告环境状况（包括土壤湿度、洋流或天气）的数据，可以提高决策者对实时事件的认识，尤其是在传感器与先进的显示或可视化技术。例如，安全人员可以使用结合了视频、音频和振动探测器的传感器网络来发现未经授权进入禁区的个人。
传感器驱动的决策分析。物联网还可以支持更长期、更复杂的人类规划和决策。技术要求——与生成用于分析数据的各种图形显示屏的高级软件系统相关的大量存储和计算资源——相应提高。
流程优化。一些行业，例如化工生产，正在安装大量传感器，以提高监控的精度。这些传感器将数据提供给计算机，计算机反过来分析数据，然后将信号发送到调整过程的执行器——例如，通过修改成分混合物、温度或压力。
优化了资源消耗。联网传感器和自动反馈机制可以改变能源和水等稀缺资源的使用模式。这可以通过动态改变这些商品的价格来增加或减少需求来实现。
复杂的自主系统。 物联网最苛刻的使用涉及快速、实时地感知不可预测的情况和由自动化系统引导的即时响应。这种机器决策模仿了人类的反应，尽管性能水平大大提高。例如，汽车行业正在加紧开发能够检测即将发生的碰撞并采取回避行动的系统。

自20世纪70年代以来，物联网一直在发展，到2020年，它现在与智能家居的关系最为密切。智能恒温器、智能门、灯、家庭安全系统、家用电器等产品。例如，亚马逊 Echo、Google Home、Apple 的 HomePod 是管理家居中所有智能物联网的智能家居中心。随着供应商寻求让一切变得 “智能”，将继续提供越来越多的物联网设备。

自治

正在出现的一种趋势是自动机器人和车辆。通过将软件、传感器和定位技术相结合，正在开发能够自行运行以执行特定功能的设备。它们以医疗纳米技术机器人（纳米机器人）、自动驾驶汽车、自动驾驶卡车、无人机或无人驾驶飞行器（UAV）等创作形式出现。

纳米机器人是一种机器人，其组件为纳米级，即十亿分之一米。尽管它仍然是一个新兴领域，但它显示出在医疗领域的应用前景。例如，可以将一组纳米机器人引入人体以对抗癌症或特定疾病。 2012年3月，谷歌在 YouTube上发布了一段视频，展示了一个盲人在旧金山地区驾驶汽车（或搜索 “自动驾驶汽车测试：史蒂夫·马汉”），向全世界介绍了他们的无人驾驶汽车。该车结合了多种技术，包括价值约15万美元的激光雷达系统。

到2020年，38个州已经颁布了一些立法，允许开展各种活动，包括进行研究、有限的试点测试、在没有人工操作的情况下全面部署商用机动车；详情可在 ghsa.org 上找到。

汽车工程师协会（SAE，2018）设计了一个零到五的评级系统，详细说明了不同的自动化水平——等级越高，车辆的自动化程度就越高。

零级：没有自动化-驾驶员在没有车辆帮助的情况下完成所有驾驶
第一级：驾驶员辅助——车辆有助于转向或加速/减速，但驾驶员仍在驾驶。
第二级：部分自动化 — 车辆帮助安装一个或多个系统，但驾驶员仍负责驾驶。
第三级：条件自动化 — 车辆有助于转向和制动/加速，但驾驶员仍需要监控，必要时可以坐在驾驶员座位上进行干预。
第四级：高度自动化-即使驾驶员在有限的条件下没有干预（即当地出租车），车辆也能完成所有驾驶任务
第五级：完全自动化 — 车辆在所有条件下都无需驾驶员在所有道路上完成所有任务。

消费者已经开始看到1级和3级的功能已与当今的非自动驾驶汽车集成，预计这种趋势将继续下去。

无人机通常被称为 “无人机”，是一种可以在没有飞行员的情况下飞行的小型飞机或直升机。它们不是飞行员，要么由车辆中的计算机自动运行，要么由使用遥控器的人操作。尽管当今大多数无人机都用于军事或民用应用，但个人无人机的市场正在增长。只要花几百美元，消费者就可以购买一架供个人使用的无人机。

无人机的商业用途开始出现。亚马逊等公司计划使用无人机将包裹运送给客户，沃尔玛计划使用无人机在商店中运送物品。预计到2025年，该行业将成为126亿美元的全球市场（Statista.com，2019年）。

参考文献：

自动驾驶汽车。 检索于 2020 年 12 月 10 日，来自 https://www.ghsa.org/state-laws/issues/autonomous%20vehicles。

Chui、M. 和 Roberts R（2010 年 3 月 1 日）。 物联网。检索于 2020 年 12 月 10 日，来自 https://www.mckinsey.com/industries/technology-media-and-telecommunications/our-insights/the-internet-of-things。

劳斯，玛格丽特（2019）。 物联网 (IoT)。物联网议程。检索于 2020 年 12 月 11 日，来自 https://internetofthingsagenda.techtarget.com/definit Ion/物联网物联网。

SAE International 发布了自动驾驶汽车 “驾驶自动化水平” 标准的最新视觉图表（2018）。 检索于 2020 年 12 月 10 日，来自 https://www.sae.org/news/press-room/2018/12/sae-international-releases-updated-visual-chart-for-its-%E2%80%9Clevels-of-driving-automation%E2%80%9D-standard-for-self-driving-vehicles。

Statista。 商用无人机正在起飞（2019）。 检索于 2020 年 12 月 11 日，来自 https://www.statista.com/chart/17201/commecial-drones-projected-growth/。