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摘 要：本文解决军工计量领域对跨物理网络环境数据传输受限，无线通信网络无法使用，第三方独立设备通信接口协议无法获取等复杂物联网环境与条件下物联网系统应用问题，提出基于图像识别相关技术的利用实现面向复杂环境的设计思路与核心问题的物联网解决思路，通过该方案所设计的物联网系统通过图像特征识别、OCR识别技术、机器学习等技术的应用解决或优化网络环境受限等问题，使物联网平台的建设框架具备复杂环境下物联网建设应用的灵活性与可扩展性，使部分由于设备与环境问题而无法实现的物联网建设得以解决。
关键词：复杂物联网;图像特征识别;机器学习;OCR识别
一、引言
2010年，我国将物联网列为重要的战略性新兴产业，各行各业与政府物联网技术与应用的投入不断加大。以网络为载体将独立功能的设备实现互联互通而构建的物联网系统应用越来越多，应用范围十分广泛，服务于生产制造、运输物流、医疗、智能环境等各个领域。但是对于一个企业而言，物联网系统建设成败除了物联网本身的技术成熟度有关以外，物联网的建设网络环境、设备通讯协议、设备接口等网络环境条件有着直接的关系，往往越为复杂的网络与设备环境，物联网系统的建设难度也就越大。
二、问题描述与物联网技术架构的背景
物联网的技术架构可以分为三层，感知层、网络层和应用层。其中感知层与网络层是其存在的基础与核心，一个理想的物联网系统往往可以无限的通过感知层感知抓取数据，成为一个完美的数据源，通过网络层无限的向外传输数据，使得任何一个地域的应用层可以通过传输的数据加以利用。种种环境与条件限制了我们感知数据、限制了我们的网络层传输数据的效率，在种种制约下，往往我们只能做出有限的物联网产品，应用效果无法达到预期。
（一）、传输层的瓶颈问题
传输层的瓶颈问题主要问题在于，部分较老的产品设备或者仪器它并不存在网络接口或者由于安全保密等要求也不允许内部网络与公共网络连接，也不允许使用无线wifi等信号。
（二）、感知层的瓶颈问题
感知层的瓶颈问题除了设备较老无法提供数字化的输出以外另一个比较突出的问题就是由于整个物联网中所需接入的“物”的种类过多，接口协议过于复杂或者不公开，导致“物”的连接成本太高。在物联网建设的现阶段，当我们遇到这些物联网建设瓶颈的同时，我们需要另辟蹊径，在传统解决方案的基础上兼容一个通用的特定解决方案。
三、基于图像识别技术的数据传输模块设计
（一）、跨网络数据传输原理
待传输数据网络建立一个待传输数据库，需要传输数据的系统或设备将需要传输的数据写入到该数据库中，网络中的数据输出设备根据约定的数据传输格式，读取所有待传输数据信息，并在数据输出设备上定时刷新，目标传输数据的数据输入设备网络以更快的刷新频率扫描待传输网络的数据输出设备制定图像，扫描到待有制定信息的图像后进行解析，将解析的数据传到目标系统中，并将该数据标记为已读取，写入已读取数据库，目标网络的数据输出设备。
（二）、建立数据传输标准模型
首先，数据传输模块需要定义数据传输标准，定义数据传输格式是为了使数据的来源只能是符合标准的某一个系统，包含系统来源、日期和来源人，保证数据的可追溯性。目标系统约束了该信息只能被某一个系统获取，而前面的文字信息和图片信息则是所需要传输的资源。
（三）、数据输入输出设备说明
由于待传输数据网络与目标传输数据网络是物理隔离的，因此两个网络需要一组输入输出设备作为跨网络的数据传输交换设备，一组输入输出设备作为数据传输效验设备。设备数据交换的模式可以多种多样，在物联网建设过程中尝试了二维码、OCR、声音传输方式，三种方式均可以实现数据的传输与转换，三种模式为传输效率、传输准确率、传输安全性：其中OCR识别方式的主要问题是由于一般图片从屏幕采集数据进行转换需要解决屏幕刷新串扰的技术问题，在识别图片和文字时存在误差。音频识别的主要问题是相对传输速度较慢，且无法识别复杂的传输信号。二维码传输的主要问题在于一次识别二维码数据的容量与二维码的编码方式、图像识别设备的精密程度有直接关系。无论是OCR识别方案与二维码识别方案，数据输出设备的数据输出刷新频率需要保持数据输入设备的2倍以上，保证数据输出设备每一帧的数据能被有效识别。
（四）、建立数据传输安全机制
在数据传输过程中，由于网络A与网络B之间理论上都是开放式的数据交换，因此需要对数据安全性进行防护，防护的安全性措施应满足传输与被传输网络本身的安全性需要，在这里可以建议几种相应的安全防护措施，从整体上说需要满足国家相关安全保密管理标准的要求。
（五）、数据输入输出设备的组合
数据输入输出设备的组合，往往取决于数据传输的方式，不同的传输方式可以采用不同的硬件组合。
四、基于图像识别技术的物联网数据采集系统设计
由于航天生产执照过程中单件小批量的特性，往往生产制造过程涉及的各类设备中异常复杂，不同年代、不同领域、不同接口、不同国家的设备都是整个生产制造过程的元素，因此，在航天生产制造线上的物联网过程往往特别复杂。 我们需要选择一组相对统一的数据采集模式，解决这一矛盾。
（一）、常用物联网数据采集方式优缺点分析
面对具体情况具体分析的设备物联网模式与物联网中对于设备计量测试设备的一致性要求是一组矛盾，因此，如下表所示，目前通常的计量测试设备连接方式有以下几种：
（二）基于图像识别技术的通用物联网数据采集系统实现原理
计量测试设备基本均有工控机或者控制系统，这些设备均带有图像输出供操作人员使用，基于图像识别技术的数据采集模式通过对这些图像画面的采集、加工与机器学习实现对于图像特征区域的数据分析，在此基础上将有效數据区域进行提取并存入系统中，通过该模式优点在于通用性较强，降低物联网系统与设备采集之间的耦合关系，可以减少数据接口、数据采集协议不同造成的数据多样性。通用物联网数据采集系统主要分为原始图像抓取模块、图像识别特征区域配置模块、OCR机器学习与数据识别模块、实时数据接口传输模块。
五、结束语
面向军工计量业务的设备物联网系统的设计，解决军工计量领域对跨物理网络环境数据传输受限，无线通信网路无法使用，第三方独立设备通信接口协议无法获取等复杂物联网环境与条件下物联网系统应用问题，提出基于图像识别相关技术的利用实现面向复杂环境的设计思路与核心问题的物联网解决方案，通过该方案所设计的物联网系统通过图像特征识别、OCR识别技术、机器学习等技术的应用解决或优化网络环境受限，无通讯协议或通讯协议过于复杂等问题。使物联网平台的建设框架同时满足了复杂环境下物联网建设应用的灵活性与可扩展性，扩大物联网使用范围，使部分由于设备与环境问题而无法实现的物联网建设得以解决。
参考文献
[1] 李葆文.设备管理新思维新模式.机械工业出版社，2003
[2] 吕佑龙，张洁.基于大数据的智慧工厂技术框架.计算机集成制造系统，2016年，第11期，23-45
关键词：复杂物联网;图像特征识别;机器学习;OCR识别
一、引言
2010年，我国将物联网列为重要的战略性新兴产业，各行各业与政府物联网技术与应用的投入不断加大。以网络为载体将独立功能的设备实现互联互通而构建的物联网系统应用越来越多，应用范围十分广泛，服务于生产制造、运输物流、医疗、智能环境等各个领域。但是对于一个企业而言，物联网系统建设成败除了物联网本身的技术成熟度有关以外，物联网的建设网络环境、设备通讯协议、设备接口等网络环境条件有着直接的关系，往往越为复杂的网络与设备环境，物联网系统的建设难度也就越大。
二、问题描述与物联网技术架构的背景
物联网的技术架构可以分为三层，感知层、网络层和应用层。其中感知层与网络层是其存在的基础与核心，一个理想的物联网系统往往可以无限的通过感知层感知抓取数据，成为一个完美的数据源，通过网络层无限的向外传输数据，使得任何一个地域的应用层可以通过传输的数据加以利用。种种环境与条件限制了我们感知数据、限制了我们的网络层传输数据的效率，在种种制约下，往往我们只能做出有限的物联网产品，应用效果无法达到预期。
（一）、传输层的瓶颈问题
传输层的瓶颈问题主要问题在于，部分较老的产品设备或者仪器它并不存在网络接口或者由于安全保密等要求也不允许内部网络与公共网络连接，也不允许使用无线wifi等信号。
（二）、感知层的瓶颈问题
感知层的瓶颈问题除了设备较老无法提供数字化的输出以外另一个比较突出的问题就是由于整个物联网中所需接入的“物”的种类过多，接口协议过于复杂或者不公开，导致“物”的连接成本太高。在物联网建设的现阶段，当我们遇到这些物联网建设瓶颈的同时，我们需要另辟蹊径，在传统解决方案的基础上兼容一个通用的特定解决方案。
三、基于图像识别技术的数据传输模块设计
（一）、跨网络数据传输原理
待传输数据网络建立一个待传输数据库，需要传输数据的系统或设备将需要传输的数据写入到该数据库中，网络中的数据输出设备根据约定的数据传输格式，读取所有待传输数据信息，并在数据输出设备上定时刷新，目标传输数据的数据输入设备网络以更快的刷新频率扫描待传输网络的数据输出设备制定图像，扫描到待有制定信息的图像后进行解析，将解析的数据传到目标系统中，并将该数据标记为已读取，写入已读取数据库，目标网络的数据输出设备。
（二）、建立数据传输标准模型
首先，数据传输模块需要定义数据传输标准，定义数据传输格式是为了使数据的来源只能是符合标准的某一个系统，包含系统来源、日期和来源人，保证数据的可追溯性。目标系统约束了该信息只能被某一个系统获取，而前面的文字信息和图片信息则是所需要传输的资源。
（三）、数据输入输出设备说明
由于待传输数据网络与目标传输数据网络是物理隔离的，因此两个网络需要一组输入输出设备作为跨网络的数据传输交换设备，一组输入输出设备作为数据传输效验设备。设备数据交换的模式可以多种多样，在物联网建设过程中尝试了二维码、OCR、声音传输方式，三种方式均可以实现数据的传输与转换，三种模式为传输效率、传输准确率、传输安全性：其中OCR识别方式的主要问题是由于一般图片从屏幕采集数据进行转换需要解决屏幕刷新串扰的技术问题，在识别图片和文字时存在误差。音频识别的主要问题是相对传输速度较慢，且无法识别复杂的传输信号。二维码传输的主要问题在于一次识别二维码数据的容量与二维码的编码方式、图像识别设备的精密程度有直接关系。无论是OCR识别方案与二维码识别方案，数据输出设备的数据输出刷新频率需要保持数据输入设备的2倍以上，保证数据输出设备每一帧的数据能被有效识别。
（四）、建立数据传输安全机制
在数据传输过程中，由于网络A与网络B之间理论上都是开放式的数据交换，因此需要对数据安全性进行防护，防护的安全性措施应满足传输与被传输网络本身的安全性需要，在这里可以建议几种相应的安全防护措施，从整体上说需要满足国家相关安全保密管理标准的要求。
（五）、数据输入输出设备的组合
数据输入输出设备的组合，往往取决于数据传输的方式，不同的传输方式可以采用不同的硬件组合。
四、基于图像识别技术的物联网数据采集系统设计
由于航天生产执照过程中单件小批量的特性，往往生产制造过程涉及的各类设备中异常复杂，不同年代、不同领域、不同接口、不同国家的设备都是整个生产制造过程的元素，因此，在航天生产制造线上的物联网过程往往特别复杂。 我们需要选择一组相对统一的数据采集模式，解决这一矛盾。
（一）、常用物联网数据采集方式优缺点分析
面对具体情况具体分析的设备物联网模式与物联网中对于设备计量测试设备的一致性要求是一组矛盾，因此，如下表所示，目前通常的计量测试设备连接方式有以下几种：
（二）基于图像识别技术的通用物联网数据采集系统实现原理
计量测试设备基本均有工控机或者控制系统，这些设备均带有图像输出供操作人员使用，基于图像识别技术的数据采集模式通过对这些图像画面的采集、加工与机器学习实现对于图像特征区域的数据分析，在此基础上将有效數据区域进行提取并存入系统中，通过该模式优点在于通用性较强，降低物联网系统与设备采集之间的耦合关系，可以减少数据接口、数据采集协议不同造成的数据多样性。通用物联网数据采集系统主要分为原始图像抓取模块、图像识别特征区域配置模块、OCR机器学习与数据识别模块、实时数据接口传输模块。
五、结束语
面向军工计量业务的设备物联网系统的设计，解决军工计量领域对跨物理网络环境数据传输受限，无线通信网路无法使用，第三方独立设备通信接口协议无法获取等复杂物联网环境与条件下物联网系统应用问题，提出基于图像识别相关技术的利用实现面向复杂环境的设计思路与核心问题的物联网解决方案，通过该方案所设计的物联网系统通过图像特征识别、OCR识别技术、机器学习等技术的应用解决或优化网络环境受限，无通讯协议或通讯协议过于复杂等问题。使物联网平台的建设框架同时满足了复杂环境下物联网建设应用的灵活性与可扩展性，扩大物联网使用范围，使部分由于设备与环境问题而无法实现的物联网建设得以解决。
参考文献
[1] 李葆文.设备管理新思维新模式.机械工业出版社，2003
[2] 吕佑龙，张洁.基于大数据的智慧工厂技术框架.计算机集成制造系统，2016年，第11期，23-45