物聯(lián)網(wǎng)時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(zhàn)略， 已正式將物聯(lián)網(wǎng)上升為國家重點發(fā)展的五大戰(zhàn)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)議進行信息通訊和交換，實現(xiàn)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(jiān)控和管的一種網(wǎng)絡。

按實現(xiàn)功能的不同，物聯(lián)網(wǎng)構架可劃分為四個層次，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；感知層是通過各類傳感終端設備獲取物體的靜態(tài)和動態(tài)信息，其核心元件是傳感器；傳輸層是實現(xiàn)信息的通訊和交換，其核心元件是無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡；應用層是實現(xiàn)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)制高點的關鍵所在。

從1999年以來，我國就啟動了物聯(lián)網(wǎng)的研究，在無線智能傳感器網(wǎng)絡通信技術、微型傳感器、傳感器、移動****等方面取得重大進展，目前已擁有從材料、技術、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡的完整產(chǎn)業(yè)鏈，是世界上少數(shù)能實現(xiàn)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，就涉及到量值問題，因此也就離不開計量，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領域上的計量標準體系的建立。

智能熱計量云節(jié)能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

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(tǒng)一

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

現(xiàn)在，RFID、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和智能芯片都是成熟的技術，也都擁有自身的標準。例如，在RFID領域內(nèi)，有EPCglobal(全球產(chǎn)品電子代碼管理中心)、Algglobal(全球自動識別組織)、ISO(國際標準組織)、IEC(國際電工委員會)、UID(泛在技術核心組織)等五大國際RFID標準化組織推出的國際標準，還有國內(nèi)工信部牽頭成立的RFID標準化工作組推出的國內(nèi)標準。

在傳感器領域，由于涉及學科眾多，長期以來都是在各學科領域內(nèi)獨立發(fā)展，對不同參量的傳感器存在有差異頗大的測量、測試和性能評價標準。

在無線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡領域，存在有藍牙、WLAN、4G、5G、NB-Iot、無線自組織網(wǎng)絡等多種無線通信的制式和協(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四大主流無線接口標準，前三種標準在我國現(xiàn)同時采用。

在智能芯片領域，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(tǒng)一的技術和標準，才能實現(xiàn)物物之間的聯(lián)通。正如互聯(lián)網(wǎng)在全球有效解決了統(tǒng)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(tǒng)等標準化問題，才能達到現(xiàn)今的發(fā)展程度。如果物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中，缺乏統(tǒng)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存在兼容性差的固有問題，其結果就是形成大量小型的專用網(wǎng)，各專用網(wǎng)間無法實現(xiàn)聯(lián)通，不能進行并網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)，因此也就不能形成規(guī)?；?jīng)濟，不能形成完整的商業(yè)運營模式，最終也無法實現(xiàn)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標準體系，對RFID、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和智能芯片等核心元件的各方面參數(shù)進行全面測量，對所采用的協(xié)議進行全面測試，對整個系統(tǒng)進行可靠性和精確性評估。形成完整的計量測試技術標準規(guī)范，為物聯(lián)網(wǎng)的全面部署提供計量保障。

物聯(lián)網(wǎng)不是一個獨立的產(chǎn)品，也不是一個企業(yè)或是一個行業(yè)可以獨立做起來，它牽扯到全社會的各行各業(yè)，需要整合多方面的資源才能實現(xiàn)，這就需要國家產(chǎn)業(yè)政策的支持和行政管理部門的牽頭，根據(jù)我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的實際情況，整合RFID、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和智能芯片領域現(xiàn)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)展的浪潮中占領制高點，獲得國際話語權。

物聯(lián)網(wǎng)應用在計量檢測領域的標準體系建立

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

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

對于每一個計量器具，在有效使用壽命內(nèi)，常常需要數(shù)次至數(shù)十次的計量檢定。同時，工作用計量器具由于安裝在使用現(xiàn)場、體積大不易移動等原因，常常需要計量檢定機構提供上門計量服務。

這兩種情況的存在，導致計量檢定機構每年要完成數(shù)目龐大的上門計量任務，從而衍生出如下四點問題：

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

(2)上門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(wěn)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(shù)量的同種計量標準器，這既擴大了計量檢定機構運營成本的壓力，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題；

(4)計量檢定服務收費項目中包括計量檢定人員的路程費用，有時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(xiàn)“不想檢、不愿檢、逃避檢”的現(xiàn)象。

2、物聯(lián)網(wǎng)應用在計量檢測領域的意義

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(shù)的準確程度。

在貿(mào)易結算、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護和環(huán)境監(jiān)測這四個領域內(nèi)，計量器具更是直接關系到國計民生、人身安全和社會穩(wěn)定等重大問題，《計量法》中明確規(guī)定要進行強制性周期計量。但是，在目前監(jiān)管體制下，計量器具的檢定更大依賴于企業(yè)的自覺自愿，政府職能部門和相關計量檢定機構缺乏有效的監(jiān)管措施和手段對企業(yè)在用計量器具進行監(jiān)管。

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

(1)對強制檢定的計量器具的使用情況進行動態(tài)跟蹤和監(jiān)管。突破了時間、地域和人員上的限制，有利于落實計量器具強制管理的法律法規(guī)；

(2)對計量器具的性能、參數(shù)等信息進行實時采集，可從根本上改變傳統(tǒng)的預定周期的檢定模式，有利于實現(xiàn)工作用計量器具的動態(tài)化管理，形成事前質(zhì)量管理的科學的檢定模式，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(jié)約運營費用，也提高計量器具的使用效率；

(3)有利于實現(xiàn)對計量器具的集約化管理，推動計量器具的外包服務模式發(fā)展，形成計量檢測機構為企業(yè)提供一站式服務的工作模式，讓企業(yè)將更大的精力投入到主營業(yè)務上。

3、計量檢測領域的標準體系建設

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

根據(jù)現(xiàn)行的計量檢測技術標準，計量檢測機構使用比企業(yè)工作用計量器具至少高一個數(shù)量級的計量標準器具進行現(xiàn)場量值對比，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行對比，整個比較鏈必須滿足量值溯源原則。因此，現(xiàn)行計量檢測技術參考的法律依據(jù)，即計量檢定規(guī)程和計量校準規(guī)范，都是據(jù)此編寫的。

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

下面以量塊的計量檢測為例說明上述問題。依據(jù)現(xiàn)行計量檢定規(guī)程和計量校準規(guī)范，將工作用量塊和標準量塊進行現(xiàn)場比對，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(xiàn)場，標準量塊在計量檢測機構內(nèi)。首先要通過測量裝置讀取工作用量塊的參數(shù)，再傳輸?shù)接嬃繖z測機構內(nèi)，與標準量塊的參數(shù)進行對比。這種操作流程在現(xiàn)行計量標準中沒有體現(xiàn)，因此檢定人員也沒有作業(yè)指導依據(jù)。更為關鍵的是如何獲取工作用量塊和標準量塊的參數(shù)，這當中就涉及到量值溯源的準確性和可靠性問題，需要有相關的計量標準作為支撐。

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，標識、感知、傳輸和應用四個層次的核心元件RFID、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和智能芯片都涉及到如何準確、可靠獲得量值和對量值進行評價的問題。需要在相關計量標準中加以明確。同時，這四個核心元件都存在有現(xiàn)行標準不統(tǒng)一問題，為全面實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)帶來了標準上的不協(xié)調(diào)。

物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術應用在計量檢測領域內(nèi)是可行的也是必要的，其可以有效解決計量檢測領域現(xiàn)在面臨的發(fā)展瓶頸問題。但是，由于物聯(lián)網(wǎng)的跨地域檢測方法和現(xiàn)行的現(xiàn)場比對方法具有明顯的差異性，現(xiàn)行的計量檢定規(guī)程和計量校準規(guī)范在操作指導性上明顯不足，同時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發(fā)展的階段，遠未成熟。無論是物聯(lián)網(wǎng)核心元件計量標準的體系建設還是物聯(lián)網(wǎng)在計量檢測領域中應用的標準體系建設，都是一個龐大的系統(tǒng)工程，是一個企業(yè)或一個行業(yè)無法單獨完成的，需要國家宏觀政策的支持和引導，需要國家級職能部門的牽頭和領導，動員全社會的力量，群策群力，方能完成計量相關標準體系的建設，為物聯(lián)網(wǎng)時代的到來奠定基礎。