【中项】系统集成项目管理工程师-第一模块：IT技术和管理-1.2现代化基础设施

1.2现代化基础设施

       基础设施包括交通、能源、水利、物流等传统基础设施以及以信息网络为核心的新型基础设 施，在国家发展全局中具有战略性、基础性、先导性作用。统筹推进传统基础设施和新型基础设施 建设，打造系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系，是我国当前在该领 域的发展战略和导向。

1.2.1新型基础设施建设

       2018年召开的中央经济工作会议，首次提出“加快5G商用步伐，加强人工智能、工业互联 网、物联网等新型基础设施建设 ”，简称“新基建 ”。“新型基础设施建设 ”的提法由此产生，主 要包括5G基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工 智能、工业互联网等七大领域（ 中22上广） 。“新基建 ”是立足于高新科技的基础设施建设，与传 统“铁公基 ”相对应，是结合新一轮科技革命和产业变革特征，面向国家战略需求，为经济社会的 创新、协调、绿色、开放、共享发展提供底层支撑的具有乘数效应的战略性、网络型基础设施。 “新基建 ”的内涵更丰富，更能体现数字经济的特征，能够更好地推动中国经济转型升级。

1.概念定义

       新型基础设施是以新发展理念为引领， 以技术创新为驱动， 以信息网络为基础，面向高质量发 展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。 目前，新型基础设施主要包 括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施。

（1）信息基础设施。信息基础设施主要指基于新一代信息技术演化生成的基础设施。信息基础 设施包括： ①以5G 、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施； ②以人工智 能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施；③以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础 设施等。信息基础设施凸显“技术新 ”。（ 高23上）

（2）融合基础设施。融合基础设施主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传 统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施。融合基础设施包括智能交通基础设施和智慧能源 基础设施等。融合基础设施重在“应用新 ”。

（3）创新基础设施。创新基础设施主要指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性 的基础设施。创新基础设施包括重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。创 新基础设施强调“平台新 ”。

       伴随技术革命和产业变革，新型基础设施的内涵、外延也将持续变化和演进。新型基础设施建 设比传统基建内涵更加丰富、涵盖范围更广，更能体现数字经济特征，能够更好地推动经济与社会 转型升级。

2.发展重点

       新型基础设施建设更加侧重于突出产业转型升级的新方向，无论是人工智能还是物联网，都体 现出加快推进产业高质量发展的大趋势。我国持续加快建设新型基础设施，将重点围绕：①强化数 字转型、智能升级、融合创新支撑，布局建设信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型 基础设施；②建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施，增强数据感知、传 输、存储和运算能力； ③加快5G网络规模化部署，持续提高用户普及率，推广升级千兆光纤网 络；④前瞻布局6G网络技术储备； ⑤扩容骨干网互联节点，新设一批国际通信出入口，全面推进 互联网协议第六版（IPv6）商用部署；⑥实施中西部地区中小城市基础网络完善工程；⑦推动物联 网全面发展，打造支持固移融合、宽窄结合的物联接入能力；⑧加快构建全国一体化大数据中心体 系，强化算力统筹智能调度，建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群，建设E级和10E级超级计 算中心；⑨积极稳妥发展工业互联网和车联网；⑩打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空 间基础设施体系，建设商业航天发射场；⑩加快交通、能源、市政等传统基础设施数字化改造，加 强泛在感知、终端联网、智能调度体系建设；⑫发挥市场主导作用，打通多元化投资渠道，构建新 型基础设施标准体系等。

1.2.2工业互联网

       工业互联网（IndustrialInternet）是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、 应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的 全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径，是第四次工 业革命的重要基石。

1. 内涵和外延

       工业互联网不是互联网在工业的简单应用，其具有更为丰富的内涵和外延。它既是工业数字 化、网络化、智能化转型的基础设施，也是互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的应用 模式，同时也是一种新业态、新产业，将重塑企业形态、供应链和产业链。

       从工业经济发展角度看，工业互联网为制造强国建设提供关键支撑。一是推动传统工业转型升 级。通过跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的全面互联互通，实现各种生产和服务资源在更大范围、更高效率、更加精准地优化配置，实现提质、降本、增效、绿色、安全发展，推动制造业高端 化、智能化、绿色化，大幅提升工业经济发展质量和效益。二是加快新兴产业培育壮大。工业互联 网促进设计、生产、管理、服务等环节由单点的数字化向全面集成演进，加速创新方式、生产模式、组织形式和商业范式的深刻变革，催生平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、 服务化延伸、数字化管理等诸多新模式、新业态、新产业。

2.平台体系

       工业互联网平台体系具有四大层级，它以网络为基础，平台为中枢，数据为要素，安全为保 障。

（1）网络体系是基础

       工业互联网网络体系包括网络互联、数据互通和标识解析三部分。网络互联实现要素之间的数 据传输，包括企业外网和企业内网。典型技术包括传统的工业总线、工业以太网以及创新的时间敏 感网络（TSN）、确定性网络、5G等技术。企业外网根据工业高性能、高可靠、高灵活、高安全   网络需求进行建设，用于连接企业各地机构、上下游企业、用户和产品。企业内网用于连接企业内 人员、机器、材料、环境和系统，主要包含信息（IT）网络和控制（OT）网络。当前， 内网技术  发展呈现三个特征：IT和OT正走向融合，工业现场总线向工业以太网演进，工业无线技术加速发  展。数据互通是通过对数据进行标准化描述和统一建模，实现要素之间传输信息的相互理解，数据 互通涉及数据传输、数据语义语法等不同层面。标识解析体系实现要素的标记、管理和定位， 由标 识编码、标识解析系统和标识数据服务组成，通过对物料、机器、产品等物理资源和工序、软件、 模型、数据等虚拟资源分配标识编码，实现物理实体和虚拟对象的逻辑定位和信息查询，支撑跨企 业、跨地区、跨行业的数据共享共用。

       我国标识解析体系包括五大国家顶级节点、国际根节点、二级节点、企业节点和递归节点。国 家顶级节点是我国工业互联网标识解析体系的关键枢纽，国际根节点是各类国际解析体系跨境解析 的关键节点，二级节点是面向特定行业或者多个行业提供标识解析公共服务的节点，递归节点是通 过缓存等技术手段提升整体服务性能、加快解析速度的公共服务节点。标识解析应用按照载体类型 可分为静态标识应用和主动标识应用。静态标识应用以一维码、二维码、射频识别码（RFID） 、 近场通信标识（NFC）等作为载体，需要借助扫码枪、手机App等读写终端触发标识解析过程。主 动标识通过在芯片、通信模组、终端中嵌入标识，主动通过网络向解析节点发送解析请求。

（2）平台体系是中枢

       工业互联网平台体系包括边缘层、laaS 、PaaS和SaaS四个层级，相当于工业互联网的“操作系统 ”，它有四个主要作用：

（1）数据汇聚。网络层面采集的多源、异构、海量数据，传输至工业互联网平台，为深度分析 和应用提供基础。

（2）建模分析。提供大数据、人工智能分析的算法模型和物理、化学等各类仿真工具，结合数 字孪生、工业智能等技术，对海量数据挖掘分析，实现数据驱动的科学决策和智能应用。

（3）知识复用。将工业经验知识转化为平台上的模型库、知识库，并通过工业微服务组件方 式，方便二次开发和重复调用，加速共性能力沉淀和普及。

（4）应用创新。面向研发设计、设备管理、企业运营、资源调度等场景，提供各类工业App、 云化软件，帮助企业提质增效。

（3）数据体系是要素

工业互联网数据有三个特性：

（1）重要性。数据是实现数字化、网络化、智能化的基础，没有数据的采集、流通、汇聚、计 算、分析等各类新模式就是无源之水，数字化转型也就成为无本之木。

（2）专业性。工业互联网数据的价值在于分析利用，分析利用的途径必须依赖行业知识和工业 机理。制造业千行百业、千差万别，每个模型、算法背后都需要长期积累和专业队伍，只有精耕细 作才能发挥数据价值。

（3）复杂性。工业互联网运用的数据来源于“研产供销服 ”各环节，“人机料法环 ”各要素， ERP 、MES 、PLC等各系统。数据的维度和复杂度远超消费互联网，面临采集困难、格式各异、分 析复杂等挑战。

（4）安全体系是保障

       工业互联网安全体系涉及设备、控制、网络、平台、工业App 、数据等多方面网络安全问题，其核心任务就是要通过监测预警、应急响应、检测评估、功能测试等手段确保工业互联网健康有序 发展。与传统互联网安全相比，工业互联网安全具有三大特点：

（1）涉及范围广。工业互联网打破了传统工业相对封闭可信的环境，网络攻击可直达生产一 线。联网设备的爆发式增长和工业互联网平台的广泛应用，使网络攻击面持续扩大。

（2）造成影响大。工业互联网涵盖制造业、能源等实体经济领域，一旦发生网络攻击等破坏行 为，安全事件影响严重。

（3）企业防护基础弱。 目前我国广大工业企业安全意识、防护能力仍然薄弱，整体安全保障能 力有待进一步提升。

3.融合应用

       工业互联网融合应用推动了一批新模式、新业态孕育兴起，提质、增效、降本、绿色、安全发 展成效显著，初步形成了平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字 化管理六大类典型应用模式。

（1）平台化设计。平台化设计是依托工业互联网平台，汇聚人员、算法、模型、任务等设计资 源，实现高水平高效率的轻量化设计、并行设计、敏捷设计、交互设计和基于模型的设计，变革传 统设计方式，提升研发质量和效率。

（2）智能化制造。智能化制造是互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术在制造业领域加 速创新应用，实现材料、设备、产品等生产要素与用户之间的在线连接和实时交互，逐步实现机器 代替人工生产，智能化代表制造业未来发展的趋势。

（3）网络化协同。网络化协同是通过跨部门、跨层级、跨企业的数据互通和业务互联，推动供 应链上的企业和合作伙伴共享客户、订单、设计、生产、经营等各类信息资源，实现网络化的协同 设计、协同生产、协同服务，进而促进资源共享、能力交易以及业务优化配置等。

（4）个性化定制。个性化定制是面向消费者个性化需求，通过客户需求准确获取和分析、敏捷 产品开发设计、柔性智能生产、精准交付服务等，实现用户在产品全生命周期中的深度参与，是以 低成本、高质量和高效率的大批量生产实现产品个性化设计、生产、销售及服务的一种制造服务模 式。

（5）服务化延伸。服务化延伸是制造与服务融合发展的新型产业形态，指的是企业从原有制造 业务向价值链两端高附加值环节延伸，从以加工组装为主向“制造+服务 ”转型，从单纯出售产品 向出售“产品+服务 ”转变，具体包括设备健康管理、产品远程运维、设备融资租赁、分享制造、 互联网金融等。

（6）数字化管理。数字化管理是企业通过打通核心数据链，贯通制造全场景、全过程，基于数 据的广泛汇聚、集成优化和价值挖掘，优化、创新乃至重塑企业战略决策、产品研发、生产制造、 经营管理、市场服务等业务活动，构建数据驱动的高效运营管理新模式。

       工业互联网已延伸至众多个国民经济大类，涉及原材料、装备、消费品、 电子等制造业各大领 域，以及采矿、 电力、建筑等实体经济重点产业，实现更大范围、更高水平、更深程度发展，形成 了多样化的融合应用实践。

1.2.3城市物联网

       物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象 实现互联互通的网络。物联网是城市智慧化建设中非常重要的元素，它侧重于底层感知信息的采集 与传输，属于城市范围内泛在网建设的重要方面。

1.物联网与智慧城市

       物联网（Internet of Tings ，IoT）起源于20世纪90年代末期，是指通过信息传感设备，按约定 的协议，将任意物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识 别、定位、跟踪、监管等功能。通信与识别、智能化、互联性是其主要特征。①通信与识别。一般 来说，在物联网上需要安装海量的各类型传感器，每个传感器均是一个信息源，各种类型的传感器 所接收到的信息在格式及内容上是不同的，因此物联网必须具备极强的识别功能。另外，物联网作 为一个集信息收集、处理于一体的综合系统，其必定需要一个完善的通信系统。②智能化。与其他 一些系统相比，物联网不但具备信息收集的功能，其还具备极强的信息处理功能，可对物体进行有 效的智能管理，物联网通过一些设备与传感器相连接，利用云计算、智能识别等各种先进的自动化 反馈技术可大范围实现对事物的智能化管控。③互联性。物联网技术的核心和基础仍是互联网，其 主要是通过各类有线及无线设备与互联网相融合，将事物信息及时准确地反映出去。物联网上的传 感设备可将信息定时传输， 由于所要传输的信息量极大，出现了海量信息，因此在传输过程中，为 了保证数据具备正确性与及时性，物联网需要适应各种类型的网络及协议。

       智慧城市（Smart City）一词较早出现在20世纪80年代中期，是指在城市规划、设计、建设、 管理与运营等领域中，通过物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等智能计算技术的应用， 使得城市管理、教育、医疗、房地产、交通运输、公用事业和公众安全等城市组成的关键基础设施 组件和服务更互联、高效和智能，从而为市民提供更美好的生活和工作服务，为企业创造更有利的 商业发展环境，为政府赋能更高效的运营与管理机制。系统感知、传递可靠、高度智能等是智慧城 市重要特征。①系统感知。更加全面、更加系统的感知是智慧城市发展的基础也是其基本特性， 以 使得城市中需求感知的人和物可实现相互感知，且可随时获得所需求的各种信息及数据。物联网通 过一些设备与传感器相连接，可保证智慧城市内的一切动态被实时感知与协调。②传递可靠。在实 现全面的互联之后，形成可靠的传递是智慧城市发展的基础特征之一，并且这使得各种信息的采集 及控制能做到可靠传递。要做到可靠的信息传递，物联网的互联性必不可少。试想一下，在物联网 的帮助下，各类传感器敏捷采集数据，使得整个城市的各类公开信息都能唾手可得。③高度智能。 更具深度及更具智能的信息管控能力是智慧城市的又一基础特征，对系统收集到的各类信息进行快 速、准确、有效的处理，并做出智能控制管理。物联网的信息收集的功能和极强的信息处理功能， 可对物体进行有效的智能管理。

       物联网与智慧城市特征的高度重合，证明了智慧城市是物联网集中应用的平台之一，也是物联 网技术综合应用的典范，是由N个物联网功能单元组合而成的更大的示范工程，承载和包含着几乎 所有的物联网、云计算等相关技术。通过传感技术，实现对城市管理中的能源生产、运输、转换及消耗的监测和全面感知，实时智能识别、立体感知城市能源各方面情况。 2.城市物联网应用场景智慧城市是物联网解决方案的主要应用场景之一。物联网在智慧城市发展中的应用关系到方方 面面，从市政管理智能化、农业园林智能化、医疗智能化、楼宇智能化、交通智能化到旅游智能化 及其他应用智能化等方面，均离不开物联网技术。物联网技术采集特定数据，然后数据被用于改善 城市的营运，优化城市服务的效率并与市民连接。典型应用领域包括智慧物流、智能交通、智能安 防、智慧能源环保、智能医疗、智慧建筑、智能家居和智能零售等。

（1）智慧物流

       智慧物流是新技术应用于物流行业的统称，指的是以物联网、大数据、人工智能等信息技术为 支撑，在物流的运输、仓储、包装、装卸、配送等各个环节实现系统感知、全面分析及处理等功能。智慧物流的实现能大大地降低各行业的运输成本，提高运输效率，提升整个物流行业的智能化 和自动化水平。智慧物流的应用场景包括三个主要方向，即仓储管理、运输监测、冷链物流等。① 仓储管理。通常采用基于远距离无线电（Long Range Radio ，LoRa）、窄带物联网（Narrow Band    Internet of Things ，NB-IoT）等传输网络的物联网仓库管理信息系统，完成收货入库、盘点、调拨、拣货、出库以及整个系统的数据查询、备份、统计、报表生产及报表管理等任务。尤其在无人 仓、智能立体库、金融监管库里面有大量的物联网设备，通过物联网设备实时监控货品的状态，指 引设备运营。②运输监测。实时监测货物运输中的车辆行驶情况以及货物运输情况，包括货物位置、状态环境以及车辆的油耗、油量、车速及刹车次数等驾驶行为。③冷链物流。冷链物流对温度 要求比较高，温湿度传感器可将仓库、冷链车的温度实时传输到后台，便于监管。

（2）智能交通

       智能交通是物联网的一种重要体现形式，利用信息技术将人、车和路紧密地结合起来，改善交 通运输环境、保障交通安全以及提高资源利用率。物联网技术的具体应用领域，包括智能公交车、 共享单车、车联网、智慧停车以及智能红绿灯等。①智能公交车。结合公交车辆的运行特点，建设 公交智能调度系统，对线路、车辆进行规划调度，实现智能排班。②共享单车。运用带有全球定位 系统（Global Positioning System ，GPS）或北斗、NB-IoT模块的智能锁，通过与应用程序相连实现 精准定位、实时掌控车辆状态等。③车联网。利用先进的传感器及控制技术等实现自动驾驶或智能 驾驶，实时监控车辆运行状态，降低交通事故发生率。④智慧停车。通过安装地磁感应设备，连接 进入停车场的智能手机，实现停车自动导航、在线查询车位等功能。⑤智能红绿灯。依据车流量、 行人及天气等情况，动态调控灯信号，来控制车流，提高道路承载力。⑥汽车电子标识。采用射频 识别（RFID）技术，实现对车辆身份的精准识别、车辆信息的动态采集等功能。⑦充电桩。通过物联网设备实现充电桩定位、充放电控制、状态监测及统一管理等功能。⑧高速无感收费。通过摄 像头识别车牌信息，根据路径信息进行收费，从而提高通行效率、缩短车辆等候时间等。

（3）智能安防

       传统安防对人员的依赖性比较大，非常耗费人力，而智能安防能够通过设备实现智能判断。 目 前，智能安防最核心的部分在于智能安防系统，该系统是对拍摄的图像进行传输与存储，并对其进 行分析与处理。一个完整的智能安防系统主要包括三大部分，门禁、报警和监控，行业中主要以视 频监控为主。①门禁系统。门禁系统主要以感应卡、指纹、虹膜以及面部识别等为主，有安全、便 挺和高效的特点，能联动视频抓拍、远程开门、手机位置探测及轨迹分析等。②监控系统。监控系 统主要以视频为主，通过视频实时监控，使用摄像头进行抓拍记录，将视频和图片进行数据存储和 分析，实现实时监测并确保安全。③报警系统。报警系统主要通过报警主机进行报警，同时可以将 语音模块以及网络控制模块置于报警主机中，缩短报警响应时间。

（4）智慧能源环保

       智慧能源环保的物联网应用主要集中在水能、 电能、燃气、路灯等能源和用电装置以及井盖、 垃圾桶等环保装置。如智慧井盖可以用于监测水位及其状态，智能水电表可实现远程抄表，智能垃 圾桶可实现自动感应等。将物联网技术应用于传统的水、电、光能设备通过联网进行监测，从而提 升利用效率，减少能源损耗。①智能水表。利用先进的NB-loT技术，可实现远程采集用水量以及   提供用水提醒等服务。②智能电表。 自动化信息化的新型电表，具有远程监测用电情况并及时反馈 等功能。③智能燃气表。通过网络技术将用气量传输到燃气集团，无须入户抄表即可实现显示燃气 用量及用气时间等功能。④智慧路灯。通过给路灯搭载传感器等设备，实现远程照明控制以及故障 自动报警等功能。

（5）智能医疗

       在智能医疗领域，新技术的应用必须以人为中心。而物联网技术是获取数据的主要途径，能有 效地帮助医院实现对人和物的智能化管理。对人的智能化管理指的是通过传感器对病人的生理状态 （如心跳频率、体力消耗、血压高/低等）进行监测，主要指的是通过医疗可穿戴设备将获取的数据 记录到电子健康文件中，方便病人或医生查阅。对物的智能化管理指的是通过RFID技术对医疗设 备、物品进行监控与管理，实现医疗设备、用品的可视化，主要用于实现数字化医院。

（6）智慧建筑

       建筑是城市的基石，技术的进步促进了建筑的智能化发展， 以物联网等新技术为主的智慧建筑 越来越受到人们的关注。当前的智慧建筑主要体现在节能方面，用设备进行感知和数据传输从而实 现远程监控，不仅能够节约能源同时也能减少楼宇人员的运维工作量。根据亿欧智库的调查， 目前智慧建筑主要体现在照明用电、消防监测、智慧电梯、楼宇监测以及运用于古建筑领域的白蚁监 测。