物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的計量標準體系建設

物聯(lián)網(wǎng)已得到世界各國的廣泛關(guān)注和重視，被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命浪潮。

我國提出“感知中國”戰略， 已正式將物聯(lián)網(wǎng)上升為國家重點(diǎn)發(fā)展的五大戰略性新興產(chǎn)業(yè)之一 。

物聯(lián)網(wǎng)是將物體按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息通訊和交換，實(shí)現物體和物體之間的互聯(lián)互通以及智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。

按實(shí)現功能的不同，物聯(lián)網(wǎng)構架可劃分為四個(gè)層次，即標識層、感知層、傳輸層和應用層。 

標識層是對物體身份信息的獲取，其核心元件是RFID；感知層是通過(guò)各類(lèi)傳感終端設備獲取物體的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息，其核心元件是傳感器；傳輸層是實(shí)現信息的通訊和交換，其核心元件是無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )；應用層是實(shí)現信息的識別和反饋，其核心元件是智能芯片。

物聯(lián)網(wǎng)的四層基礎架構

目前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，但許多概念、技術(shù)和標準體系都在不斷的探索之中。因此，能否擁有核心自主知識產(chǎn)權、制定核心技術(shù)和標準體系已成為世界各國搶占物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的關(guān)鍵所在。

從1999年以來(lái)，我國就啟動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的研究，在無(wú)線(xiàn)智能傳感器網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器、移動(dòng)****等方面取得重大進(jìn)展，目前已擁有從材料、技術(shù)、器件、系統到網(wǎng)絡(luò )的完整產(chǎn)業(yè)鏈，是世界上少數能實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化的國家之一，是國際標準制定的主導國之一。

物聯(lián)網(wǎng)要”感知”物體，就涉及到量值問(wèn)題，因此也就離不開(kāi)計量，計量標準也就成為物聯(lián)網(wǎng)標準體系的重要組成部分。針對物聯(lián)網(wǎng)，計量標準主要圍繞在兩個(gè)方面：一是物聯(lián)網(wǎng)四層核心元件的計量標準體系的建立；二是物聯(lián)網(wǎng)應用在計量檢測技術(shù)領(lǐng)域上的計量標準體系的建立。

智能熱計量云節能物聯(lián)網(wǎng)系統

物聯(lián)網(wǎng)四層核心元件的計量標準體系建設

1、物聯(lián)網(wǎng)核心元件標準不統一

對于物聯(lián)網(wǎng)而言，標識、感知、傳輸和應用四個(gè)層次的核心元件的技術(shù)和標準統一性是發(fā)展的基石。

現在，RFID、傳感器、無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )和智能芯片都是成熟的技術(shù)，也都擁有自身的標準。例如，在RFID領(lǐng)域內，有EPCglobal(全球產(chǎn)品電子代碼管理中心)、Algglobal(全球自動(dòng)識別組織)、ISO(國際標準組織)、IEC(國際電工委員會(huì ))、UID(泛在技術(shù)核心組織)等五大國際RFID標準化組織推出的國際標準，還有國內工信部牽頭成立的RFID標準化工作組推出的國內標準。

在傳感器領(lǐng)域，由于涉及學(xué)科眾多，長(cháng)期以來(lái)都是在各學(xué)科領(lǐng)域內獨立發(fā)展，對不同參量的傳感器存在有差異頗大的測量、測試和性能評價(jià)標準。

在無(wú)線(xiàn)數據通訊網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域，存在有藍牙、WLAN、4G、5G、NB-Iot、無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )等多種無(wú)線(xiàn)通信的制式和協(xié)議；單就3G標準而言，還可細分為WCDMA(歐洲版)、CDRA2000(美國版)、TD—SCDMA(中國版)以及WiMAX四大主流無(wú)線(xiàn)接口標準，前三種標準在我國現同時(shí)采用。

在智能芯片領(lǐng)域，標準的多樣性更是不勝枚舉。

但是，這些成熟的標準若要應用到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，還存在有很多難題，這是因為物聯(lián)網(wǎng)要求各層構架之間要有統一的技術(shù)和標準，才能實(shí)現物物之間的聯(lián)通。正如互聯(lián)網(wǎng)在全球有效解決了統一的TcP／IP傳輸協(xié)議、路由器協(xié)議、終端的構架和操作系統等標準化問(wèn)題，才能達到現今的發(fā)展程度。如果物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過(guò)程中，缺乏統一的國家級和國際級標準體系，各企業(yè)和行業(yè)自行制定或采用的標準必然會(huì )存在兼容性差的固有問(wèn)題，其結果就是形成大量小型的專(zhuān)用網(wǎng)，各專(zhuān)用網(wǎng)間無(wú)法實(shí)現聯(lián)通，不能進(jìn)行并網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)，因此也就不能形成規?；?jīng)濟，不能形成完整的商業(yè)運營(yíng)模式，最終也無(wú)法實(shí)現面向大眾的普及。

2、核心元件計量標準體系的建設

在物聯(lián)網(wǎng)四層核心元件標準體系的建設中，計量的作用就是形成一套完整的量值測量和評價(jià)標準體系，對RFID、傳感器、無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )和智能芯片等核心元件的各方面參數進(jìn)行全面測量，對所采用的協(xié)議進(jìn)行全面測試，對整個(gè)系統進(jìn)行可靠性和精確性評估。形成完整的計量測試技術(shù)標準規范，為物聯(lián)網(wǎng)的全面部署提供計量保障。

物聯(lián)網(wǎng)不是一個(gè)獨立的產(chǎn)品，也不是一個(gè)企業(yè)或是一個(gè)行業(yè)可以獨立做起來(lái)，它牽扯到全社會(huì )的各行各業(yè)，需要整合多方面的資源才能實(shí)現，這就需要國家產(chǎn)業(yè)政策的支持和行政管理部門(mén)的牽頭，根據我國社會(huì )和經(jīng)濟發(fā)展的實(shí)際情況，整合RFID、傳感器、無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )和智能芯片領(lǐng)域現有的標準，形成具有自主知識產(chǎn)權的核心標準，才能在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的浪潮中占領(lǐng)制高點(diǎn)，獲得國際話(huà)語(yǔ)權。

物聯(lián)網(wǎng)應用在計量檢測領(lǐng)域的標準體系建立

能源計量物聯(lián)網(wǎng)應用方案

1、計量檢測行業(yè)面臨的困境

在計量領(lǐng)域，工作對象計量器具具有周期性檢定／校準的鮮明特點(diǎn)。對于國家強制管理的計量器具，要按照法定周期進(jìn)行復檢；對于非強制管理的計量器具，使用單位可根據法定計量周期或是企業(yè)自行確定的周期進(jìn)行復檢。

對于每一個(gè)計量器具，在有效使用壽命內，常常需要數次至數十次的計量檢定。同時(shí)，工作用計量器具由于安裝在使用現場(chǎng)、體積大不易移動(dòng)等原因，常常需要計量檢定機構提供上門(mén)計量服務(wù)。

這兩種情況的存在，導致計量檢定機構每年要完成數目龐大的上門(mén)計量任務(wù)，從而衍生出如下四點(diǎn)問(wèn)題：

(1)計量檢定人員花費大量的時(shí)間疲于趕路，極大降低了工作效率，出現了計量檢定任務(wù)來(lái)不及做、有效工作時(shí)間無(wú)法合理安排的困境；

(2)上門(mén)檢定需要攜帶計量標準器具等工作設備。出于對計量標準器具穩定性、精確度和安全性等因素的考慮，不易采用托運、快遞等便捷的運輸方式，只能隨身攜帶，這就造成計量檢定人員每次外出都需要攜帶大量的儀器設備，增加了工作強度；

(3)檢定對象分散在全國各地，每組檢定人員都需要攜帶工作設備，所以計量檢定機構必須配備一定數量的同種計量標準器，這既擴大了計量檢定機構運營(yíng)成本的壓力，也不利于合理使用設備，造成資源浪費，還衍生出設備管理、維護和折舊等一系列問(wèn)題；

(4)計量檢定服務(wù)收費項目中包括計量檢定人員的路程費用，有時(shí)單純計量器具的檢定費用遠遠小于路程費用。增加了企業(yè)的經(jīng)濟負擔，導致企業(yè)出現“不想檢、不愿檢、逃避檢”的現象。

2、物聯(lián)網(wǎng)應用在計量檢測領(lǐng)域的意義

眾所周知，計量器具是度量衡工具，其儀器設備的準確性和可靠性直接影響到測量參數的準確程度。

在貿易結算、醫療衛生、安全防護和環(huán)境監測這四個(gè)領(lǐng)域內，計量器具更是直接關(guān)系到國計民生、人身安全和社會(huì )穩定等重大問(wèn)題，《計量法》中明確規定要進(jìn)行強制性周期計量。但是，在目前監管體制下，計量器具的檢定更大依賴(lài)于企業(yè)的自覺(jué)自愿，政府職能部門(mén)和相關(guān)計量檢定機構缺乏有效的監管措施和手段對企業(yè)在用計量器具進(jìn)行監管。

物聯(lián)網(wǎng)的出現，為解決這個(gè)難題提供了幫助。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在計量檢測領(lǐng)域內，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)對強制檢定的計量器具的使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和監管。突破了時(shí)間、地域和人員上的限制，有利于落實(shí)計量器具強制管理的法律法規；

(2)對計量器具的性能、參數等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，可從根本上改變傳統的預定周期的檢定模式，有利于實(shí)現工作用計量器具的動(dòng)態(tài)化管理，形成事前質(zhì)量管理的科學(xué)的檢定模式，有效避免了約定檢定周期與計量器具質(zhì)量狀況間的不匹配矛盾，為企業(yè)節約運營(yíng)費用，也提高計量器具的使用效率；

(3)有利于實(shí)現對計量器具的集約化管理，推動(dòng)計量器具的外包服務(wù)模式發(fā)展，形成計量檢測機構為企業(yè)提供一站式服務(wù)的工作模式，讓企業(yè)將更大的精力投入到主營(yíng)業(yè)務(wù)上。

3、計量檢測領(lǐng)域的標準體系建設

在計量檢測服務(wù)作業(yè)過(guò)程中，核心的技術(shù)手段就是量值比對，核心的理念就是量值溯源。

根據現行的計量檢測技術(shù)標準，計量檢測機構使用比企業(yè)工作用計量器具至少高一個(gè)數量級的計量標準器具進(jìn)行現場(chǎng)量值對比，計量檢測機構的計量標準器具再與上一級的計量標準器具或是國家計量基準或是國際計量基準進(jìn)行對比，整個(gè)比較鏈必須滿(mǎn)足量值溯源原則。因此，現行計量檢測技術(shù)參考的法律依據，即計量檢定規程和計量校準規范，都是據此編寫(xiě)的。

物聯(lián)網(wǎng)跨越了時(shí)空的限制，實(shí)現了工作用計量器具和計量標準器具之間的互聯(lián)互通，不再需要兩者進(jìn)行現場(chǎng)間的比對。這樣，現行的計量檢定規程和計量校準規范的部分內容就明顯不適用了，而且缺少指導性的操作條款，特別是量值溯源問(wèn)題在計量標準體系中如何實(shí)現就顯得尤為重要。

下面以量塊的計量檢測為例說(shuō)明上述問(wèn)題。依據現行計量檢定規程和計量校準規范，將工作用量塊和標準量塊進(jìn)行現場(chǎng)比對，就可以給出工作用量塊的檢測結論。在計量物聯(lián)網(wǎng)中，工作用量塊在企業(yè)現場(chǎng)，標準量塊在計量檢測機構內。首先要通過(guò)測量裝置讀取工作用量塊的參數，再傳輸到計量檢測機構內，與標準量塊的參數進(jìn)行對比。這種操作流程在現行計量標準中沒(méi)有體現，因此檢定人員也沒(méi)有作業(yè)指導依據。更為關(guān)鍵的是如何獲取工作用量塊和標準量塊的參數，這當中就涉及到量值溯源的準確性和可靠性問(wèn)題，需要有相關(guān)的計量標準作為支撐。

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，標識、感知、傳輸和應用四個(gè)層次的核心元件RFID、傳感器、無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )和智能芯片都涉及到如何準確、可靠獲得量值和對量值進(jìn)行評價(jià)的問(wèn)題。需要在相關(guān)計量標準中加以明確。同時(shí)，這四個(gè)核心元件都存在有現行標準不統一問(wèn)題，為全面實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了標準上的不協(xié)調。

物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)應用在計量檢測領(lǐng)域內是可行的也是必要的，其可以有效解決計量檢測領(lǐng)域現在面臨的發(fā)展瓶頸問(wèn)題。但是，由于物聯(lián)網(wǎng)的跨地域檢測方法和現行的現場(chǎng)比對方法具有明顯的差異性，現行的計量檢定規程和計量校準規范在操作指導性上明顯不足，同時(shí)量值溯源的標準體系也需要重新考慮。

物聯(lián)網(wǎng)的標準體系還處于漸進(jìn)發(fā)展的階段，遠未成熟。無(wú)論是物聯(lián)網(wǎng)核心元件計量標準的體系建設還是物聯(lián)網(wǎng)在計量檢測領(lǐng)域中應用的標準體系建設，都是一個(gè)龐大的系統工程，是一個(gè)企業(yè)或一個(gè)行業(yè)無(wú)法單獨完成的，需要國家宏觀(guān)政策的支持和引導，需要國家級職能部門(mén)的牽頭和領(lǐng)導，動(dòng)員全社會(huì )的力量，群策群力，方能完成計量相關(guān)標準體系的建設，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)奠定基礎。