2019年,，中國在14.3萬公里的高速公路上,，大力推動ETC技術，共取消了487個高速公路省界收費站,，建成24588套ETC門架系統(tǒng),，改造48211條ETC車道，ETC累計用戶達到2.04億,。
所謂ETC,，就是電子不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection）的縮寫。ETC能使車輛快速通過收費站,，避免了車輛因排隊繳費而頻繁進行啟動,、剎車，有助于在交通收費環(huán)節(jié)節(jié)約耗油,、減少污染物的排放,。有實驗證明，平均每輛車通過ETC車道比通過人工收費車道的油耗節(jié)省量為0.0314升/車次,，CH,、CO、NO化合物排放量分別降低約0.7,、4.7,、0.3克/車次。
近幾年中國高速公路收費站大量安裝的ETC門架系統(tǒng)就具有邊緣計算能力,。站點的路側邊緣計算單元能夠支持費率計算,、離線收費、車牌識別后驗證等業(yè)務,，其AI算力能夠提供對運行車輛的實時視頻訓練分析能力,，支持實時車輛收費稽查和車路協(xié)同V2X系統(tǒng)中的“云-邊”協(xié)同架構技術?，F(xiàn)有ETC技術還具有云計算、大數(shù)據(jù)分析能力,，在后端構建高速公路聯(lián)網(wǎng)收費云中心,、大數(shù)據(jù)平臺，能夠支持數(shù)據(jù)接入,、數(shù)據(jù)分析,、數(shù)據(jù)共享、人工智能四層功能,。
實際上,，ETC只是智慧交通領域中的一個具體的應用場景。包括智慧交通在內(nèi)的通過邊緣計算方式實現(xiàn)智慧互聯(lián)的項目在近幾年得到了快速發(fā)展,。今年年初,，中國科技部就曾發(fā)函支持濟南、西安,、成都,、重慶建設國家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗區(qū)。其中,，要求重慶開展的4個應用示范中的一項,，就是“智慧交通”。
實際上,，智慧交通只是物聯(lián)網(wǎng)以及智能邊緣計算領域的其中一個具有代表性的應用場景,。我們可以看到這張圖，上邊是互聯(lián)網(wǎng)的服務,，下邊是物聯(lián)網(wǎng),。我們?nèi)绻獙崿F(xiàn)智慧的互聯(lián),，其實是可以應用在很多場景下進行的,，比如智慧出行，車聯(lián)網(wǎng),，還有可以監(jiān)控和管理大樓能源消耗的智慧樓宇,。還有很多智能的產(chǎn)品，包括智慧工廠,，智慧工廠里面實現(xiàn)智慧的生產(chǎn),，當然還有智慧物流，還有我們的智慧醫(yī)療,、智慧電網(wǎng),。那么關于物聯(lián)網(wǎng)的智能產(chǎn)品又有哪些？智慧物聯(lián)又是怎樣通過邊緣計算來實現(xiàn)智慧互聯(lián)的呢,？
想你所想的智能產(chǎn)品
我們看到所有的這些應用其實主要是由于智慧互聯(lián)來實現(xiàn)的,，怎樣實現(xiàn)這種智慧互聯(lián)呢,？其實是通過這些一個個的智慧產(chǎn)品。身處于智能智慧產(chǎn)品快速發(fā)展迭代的階段,，身邊到處都是這樣的產(chǎn)品,，我們可以看到，這其中其實是有這樣一個大的趨勢,，即數(shù)字化的趨勢,。這樣的一個數(shù)字化的趨勢也被稱作是這一次工業(yè)的第二波潮流。
一些傳統(tǒng)的需求以用戶為中心,，傾向于定制化的需求,，或者可以對應被稱作是擁有某些混合功能的產(chǎn)品。目前在這一類混合型的功能產(chǎn)品里多多少少都會有一些智能的功能,，還有以IT為基礎的服務化,，每一種產(chǎn)品都隸屬于某一種服務。
此外我們現(xiàn)在經(jīng)常會提到的平臺經(jīng)濟也與這一類產(chǎn)品關系密切,。平臺經(jīng)濟的出現(xiàn)完全改變了市場的動態(tài),，而且可以說是釋放了以往那些沒能被運用到的資產(chǎn)。最后,，不得不提到近些年才剛剛繁榮起來的共享經(jīng)濟,。我們看到一些新的技術，特別是關于人工智能的技術,，一般首先都是通過智能產(chǎn)品,，也就是都是通過數(shù)字化的方式來得到功能的提升，以滿足越來越具體和多樣的用戶需求,。
所以我們平常所說的智能產(chǎn)品一般都具有以下幾項功能,。首先是感應能力，商家可以給這些產(chǎn)品的內(nèi)部裝上非常便宜的傳感器,，在使用過程中那些傳感器里面就會記錄很多的信息,，我們可以對這些數(shù)據(jù)進行分析。
除此之外,，我們還可以通過這些智慧產(chǎn)品所收集到的信息來進行規(guī)劃,。因為這里運用到了人工智能技術，所以我們還可以在規(guī)劃之后根據(jù)結果讓這些智能產(chǎn)品進行行動,。這種情形下機器人就可以派上用場了,。當然在這整個過程當中，其實研發(fā)人員們可以讓這些機器或者這些產(chǎn)品有一個自我學習的過程和不斷學習的過程,。這就涉及到深度學習還有機器學習這兩項技術了,。
萬物互聯(lián)
再來看一下物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在有這樣一個概念,，叫做無處不在的互聯(lián),，還有傳感器的數(shù)據(jù)融合,。研發(fā)人員們可以通過一些程序讓這些產(chǎn)品進行自我監(jiān)控以及自我優(yōu)化，當然還可以進行一個自我修復,。最后可以讓智能產(chǎn)品有一個預防性的維護,，也就是出現(xiàn)故障之前就已經(jīng)維護好了。
我們再來看一下物聯(lián)網(wǎng),。這里所提到的物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感器,、射頻識別技術、全球定位系統(tǒng),、紅外感應器,、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控,、 連接,、互動的物體或過程，采集其聲,、光,、熱、電,、力學,、化 學、生物,、位置等各種需要的信息,，通過各類可能的網(wǎng)絡接入，實現(xiàn)物與物,、物與人的泛在連接,，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理,。
其實這里展示的是一個技術的路線圖,，我們看到其實有可能20年前也就是2000年的時候物聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)誕生了。那個時候人們因為經(jīng)濟發(fā)展程度提高所以在物聯(lián)領域產(chǎn)生了相應的需求,。當時以射頻技術為主滿足供應鏈管理,，比如在服裝標簽上面可以進行射頻就能夠?qū)Ψb或者其他物品進行庫存盤點,，可以防止這些產(chǎn)品丟失,。這樣的一個應用看起來簡單，但其實它需要有一個強大的供應鏈來支持,。之后隨著此類技術的普遍應用,，大面積應用就帶來了降低成本的需求，所以就帶動著第二輪應用開始興起,，此后開始主要在監(jiān)測,、安保,、醫(yī)療、交通,、食品安全,、文件管理等方面也應用到了物聯(lián)網(wǎng)的技術。
然后就是定位的問題,，可以通過某個設備在室內(nèi)接收到相應的地理信號,。定位系統(tǒng)可以幫助人們快速了解到人和物處于哪一個位置。除此之外還有微型化以及高效的電子化,，在這個環(huán)節(jié)用戶可以實現(xiàn)遠程的操控,，人們可以通過一個智能產(chǎn)品，來遠程控制另外一個智能產(chǎn)品,，對它進行實時監(jiān)控和控制,。
當然了，對于智能的產(chǎn)品來說,，在現(xiàn)實物聯(lián)網(wǎng)世界里面,，不同的智聯(lián)智能產(chǎn)品表現(xiàn)和應用都千差萬別。最底層的應該是傳感器,，向上一層是人們對于這些物體和環(huán)境條件進行識別的需求,，所以這項智聯(lián)智能是非常重要的。第三點就是具有定位功能的產(chǎn)品,。第四是通信功能,，不同設備和不同產(chǎn)品之間可以進行通信，可以進行數(shù)據(jù)的交換,。最后是對數(shù)據(jù)的處理能力,，可以說如果能夠滿足這幾大功能性的需求之后，就可以實現(xiàn)全智能的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)智能產(chǎn)品了,。
智能產(chǎn)品的使命：滿足越來越具體的需求
再來看一下消費者們一般對智能產(chǎn)品有哪些需求,。首先一點，智能產(chǎn)品肯定要有可以與周邊環(huán)境進行交流的能力,，并且可以自動的適應不同的周邊環(huán)境,。這一點我們一般稱之為“適應性”。第二點是文件性,，智能產(chǎn)品需要具備可以適應一些沒有預期到的情形的能力,，并且要能夠在一個動態(tài)的環(huán)境下進行決策。第三點是預期性,，機器和設備要盡量充分地預計到在未來某一個時候可能會發(fā)生的事情,，基于現(xiàn)有經(jīng)驗和知識來做出預測。第四點是可以做規(guī)劃， 為未來可能會出現(xiàn)的某些種情況提前做出應對的規(guī)劃,，最后一個特點是必須要是用戶友好型,，也就是考慮到用戶的使用行為和習慣，操作和使用方法不能太復雜,，要有最簡便易懂的使用路徑,。
在這些要求提出之后，我們要怎樣去執(zhí)行呢,？其實現(xiàn)在有很多的技術,，其中一項技術叫做多代理系統(tǒng)技術。多代理系統(tǒng)技術是應用在智能設備和“數(shù)字雙胞胎”上的,。
多代理系統(tǒng)技術是非常成熟的人工智能延伸技術,，而且是基于設備的一項技術，可以幫助我們更好的實現(xiàn)智能設備執(zhí)行,。多代理系統(tǒng)我們又把它簡稱MAS,，這個系統(tǒng)可以在我們的制造領域發(fā)揮非常大的作用。比如說可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自我優(yōu)化過程,，而且可以基于先前的知識來做出相應的預測,，并且系統(tǒng)本身具有高度的擴展性，因此可以實現(xiàn)規(guī)劃和控制,，對于未預料的事件和未預料的情況具有非常好的應對能力,。因此，我們把這種多代理系統(tǒng)的技術執(zhí)行數(shù)字雙胞胎的功能,。
數(shù)字雙胞胎則是指真實系統(tǒng)的虛擬化展現(xiàn),，以數(shù)字化方式拷貝一個物理對象，模擬對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為,，對產(chǎn)品,、制造過程乃至整個工廠進行虛擬仿真，從而提高制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā),、制造的生產(chǎn)效率,。基于以上類型的技術,，再通過一個叫做“邊緣計算”的技術,，就能夠讓這些智能設備實現(xiàn)更加智能互聯(lián)的過程了。
邊緣計算
實現(xiàn)智能的互聯(lián),，需要利用到邊緣計算的技術,。首先需要看一下對于一些工業(yè)應用，在網(wǎng)絡方面有什么樣的具體需求,。在這里我們提到相關幾大網(wǎng)絡需求,，包括網(wǎng)絡延遲性，它的決定性以及它的時間同步性,，可靠性及移動性等等,。
針對不同的應用對于網(wǎng)絡的需求是不一樣的。對于環(huán)境和條件的監(jiān)控,，網(wǎng)絡的延遲性要求控制在20-100毫秒,，如果是動作控制的話那就是0.1-1毫秒。如果是自動駕駛汽車的話,，對于網(wǎng)絡延遲要求是10-20毫秒,，流程的自動化為50毫秒的延遲要求。對于增強現(xiàn)實的話就是10毫秒,，對于功能安全也是10毫秒的要求,。在環(huán)境和條件的監(jiān)控方面，它的可靠度需要達到99.99%峰值數(shù)據(jù)率小于1Mbps,，電池電量應該是達到10年以上,。
還有一點是連接的密度。在條件監(jiān)控方面密度達到了1000,，也就是說每1000平方米需要1000個設備,，這樣才能夠完成我們所說的智能互聯(lián)。所以在談論工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的時候,，其實屬于對互聯(lián)網(wǎng)架構的擴展和延伸,。在這里我們可以看到，傳感器是通過網(wǎng)絡來進行互聯(lián)的,，用到的網(wǎng)絡可能會是無線網(wǎng)絡,、5G網(wǎng)絡或者局域網(wǎng)，這些都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳輸和儲存,。有時候一些傳感器可能是用來管理數(shù)據(jù)的,，一些傳感器是用來傳輸數(shù)據(jù)，而其他一些是用來儲存數(shù)據(jù)的,。
在這張圖中可以看到如果要打造一個智慧工廠的話網(wǎng)絡架構分為不同級別的網(wǎng)絡架構,。第三級代表邊緣節(jié)點的級別，第一級別和第二級別表示可以實現(xiàn)實時控制,，零級別就是智能設備級別,，我們看到其實在零級別和一到二級別，在網(wǎng)絡執(zhí)行方面是不一樣的,。區(qū)別就在于現(xiàn)場總線和基于擬態(tài)網(wǎng),。其實問題出現(xiàn)的點很明顯是出現(xiàn)在帶寬和網(wǎng)絡延遲性。因為在零級到二級之間有帶寬和網(wǎng)絡延遲性問題,，因此最好的通信目前在這里面是比較難實現(xiàn),，所以我們需要達到更高級別的互聯(lián)。比如有的時候在現(xiàn)場總線的情況下互聯(lián)網(wǎng)的速度、帶寬不夠?qū)?，可能?shù)據(jù)傳輸延時性會受到影響,，不能實現(xiàn)實時傳輸。
簡而言之,，邊緣計算實際上屬于一種分布式的計算模式,，它可以讓數(shù)據(jù)的計算和數(shù)據(jù)的儲存更加靠近需要的地方，這樣的話可以提升反映的速率,，而且可以節(jié)省更多的帶寬,。
邊緣計算其實來源于數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡。這其實是在1990年戴莫創(chuàng)立的概念,，當時是用來服務網(wǎng)頁和視頻內(nèi)容的,。當時從端的服務器去產(chǎn)生服務，因為這樣可以更加的靠近用戶,。我們再來看一下數(shù)字雙胞胎,，可以對邊緣計算進行執(zhí)行，因為這種情況下需要實時數(shù)據(jù),，實時獲得傳感數(shù)據(jù),。
再來看一下智能邊緣計算的架構，最上面應當是可靠性,，包括安全性,、韌性、隱私,，可拓展性等等,。而在最下方應當是物理的體系，經(jīng)過傳感器系統(tǒng),，控制然后再經(jīng)過執(zhí)行,，形成一個循環(huán)。再回到我們剛剛所說的安全性,、可靠性,、韌性、隱私保護,、可擴展性等等,，這些都涉及架構內(nèi)的一些橫跨功能，包括智能的控制,，工業(yè)的分析,，分布式的數(shù)據(jù)管理以及互聯(lián)互通性。因此我們可以說,，物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計算的連接性是非常強的,。
而在“云-邊-端一體化“的系統(tǒng)中,，最上面是云計算，包括公有云,、私有云,、服務器，應用,、儲存,、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)庫,，中間是邊緣計算,，這里包括了監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析,、機器學習,、開放的API接口，控制的功能,，互聯(lián)互通性以及可視化,。因此我們可以從邊緣到現(xiàn)場實現(xiàn)邊緣到現(xiàn)場的互聯(lián)。這里面可能也會運用到工業(yè)的擬態(tài)網(wǎng),，或者用大無線網(wǎng)絡,。在這里還有一些現(xiàn)場的設備，包括IO,、傳感器,、動力機等等。
智慧高效的工業(yè)4.0
最后總結一下,，智慧的互聯(lián)能夠讓我們實現(xiàn)什么呢,？首先可以讓我們實現(xiàn)智能傳感器的數(shù)據(jù)融合，這種數(shù)據(jù)融合對于物聯(lián)網(wǎng)來說是非常重要的,。第二點就是它的可互操作性,，也就是在不同技術零件上它可以實現(xiàn)互相操作性。它會是一個共享的人工智能平臺,，比如說知識庫的共享以及在網(wǎng)絡邊緣的機器學習共享,，而且它可以幫助我們構建一個開放的數(shù)字化生態(tài)體系平臺。因此,，智能的互聯(lián)互通會從根本上去改變互聯(lián)網(wǎng)的一些協(xié)定,，而且會改變我們行業(yè)的通信基礎設施。
因此,，對于工業(yè)4.0來說,，人工智能技術能夠發(fā)揮什么樣的作用呢？首先對于實時的數(shù)據(jù)詮釋來說,，智能邊緣計算可以發(fā)揮非常重要的作用,。因為有的時候會對成千上萬的傳感器數(shù)據(jù)進行實時詮釋和解釋,，這種情況下智能邊緣計算是非常重要的。還有基于知識的多代理系統(tǒng),，可以讓制造業(yè)以及物流流程變得更加安全穩(wěn)健,，而且可以實現(xiàn)自我監(jiān)控、自我優(yōu)化,、自我修復的生產(chǎn)線,。而且這些還可以讓我們的制造業(yè)、物流業(yè)以及商業(yè)流程變得更加優(yōu)化,。
因此,，我們希望能夠通過智能的邊緣計算，讓我們各個行業(yè)變得更加智慧,，變得更加高效,。