工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術國際態(tài)勢分析

1、工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術國際態(tài)勢分析不同于傳統(tǒng)工業(yè)中被動的信息采集方式，工業(yè)互聯(lián)網通過“物-物”相連 的通信方式實現(xiàn)人、機器和系統(tǒng)三者交互式連接，實現(xiàn)自動、準確、及時地采 集生產、物流、銷售、服務、運維、管理等各環(huán)節(jié)參數(shù)，匯集海量數(shù)據(jù)，再通 過挖掘分析、處理、應用，最終實現(xiàn)新價值創(chuàng)造。工業(yè)互聯(lián)網平臺中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術是關鍵技術之一。當前，邊緣 計算成為研究熱門領域。邊緣與云端協(xié)同成為工業(yè)互聯(lián)網平臺重要發(fā)展方向。強化協(xié)議轉化能力。工業(yè)互聯(lián)網將連接工廠各異構設備，實現(xiàn)設備互聯(lián)互 通。如何解決各設備的通訊協(xié)議不統(tǒng)一問題是近年來研究重點之一，例如GE PredixMachine利用OP

2、C UA技術實現(xiàn)不同工業(yè)網絡協(xié)議的轉換，國內企業(yè)也 開發(fā)出工業(yè)數(shù)據(jù)采集網關，支持多種不同工業(yè)網絡協(xié)議，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集和 存儲轉發(fā)。強化邊緣計算能力。面對大量聯(lián)網的終端與設備，利用分布式信息處理的 方式實現(xiàn)物端的智能和自治。其中涉及大量數(shù)據(jù)在網絡邊緣側分析、處理與儲 存。例如SAP Leonardo利用邊緣網關剔除冗余數(shù)據(jù)，Azure IoT在邊緣側運 行分析算法，實現(xiàn)實時反饋控制。研發(fā)具備工業(yè)互聯(lián)網接口的工業(yè)控制系統(tǒng)也 是一個重要方向。強化邊緣與云端協(xié)同能力。云計算聚焦非實時、長周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分 析，在周期性維護、業(yè)務決策支撐等領域發(fā)揮特長。邊緣計算聚焦實時、短周 期數(shù)據(jù)的分析，能更好地支

3、撐本地業(yè)務的實時智能化處理與執(zhí)行。例如 ThingWorx平臺將云端模型導入邊緣設備進行實時分析，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進一 步優(yōu)化云端模型，實現(xiàn)雙向迭代。一、文獻分析為檢索出與“工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術”相關的研究與綜述 論文，根據(jù)用戶提供的檢索詞，構建檢索策略1，在ISI Web of Science數(shù)據(jù) 庫中，共檢索到2166篇論文（檢索時間2018年9月）。其中，期刊論文 （Article）2041篇、綜述性論文（Review）106篇。并對檢索出的數(shù)據(jù)采用TDA和Excel等工具進行分析，結果如下。1研究產出分析（1）年代分布從檢出結果看，縱觀整個研究歷程，前期發(fā)文量少，時斷時續(xù)，

4、研究進展 緩慢。進入2000年，發(fā)文量增長趨勢逐漸明顯，一直呈快速增長態(tài)勢， 2017年發(fā)文量達601篇，2018年發(fā)文量也已達874篇。圖1工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術SCI論文年代分布（2）國家（地區(qū)）分布全球共有61多個國家（地區(qū)）開展了工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理 技術的研究，其前二十位的國家（地區(qū)）排名見下圖（圖2）。發(fā)文量前十位 的國家（地區(qū)）分別是中國、美國、韓國、英國、西班牙、澳大利亞、意大 利、印度、加拿大、中國臺灣省，其中僅中國發(fā)文量就有663篇，美國發(fā)文量 有446篇。圖2工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術SCI論文國家（地區(qū)）分布從國家（地區(qū)）角度看，中國在該主

5、題的研究中占有絕對優(yōu)勢，其發(fā)文量 占全部論文的30.61% ；位居第二位的是美國，其發(fā)文量占全部論文的 20.59%。在亞洲各國（地區(qū)）中，除中國外，韓國發(fā)文量處于排行榜的第三 位；印度次之，處于全球第八的排名，中國臺灣省的發(fā)文量也較多，處于第十 位。（3）機構分布表1列出了全球發(fā)表的關于工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術的前二 十位發(fā)文機構。其中，中國機構最多，前十位有中國科學院大學、北京郵電大 學、華中科技大學、上海交通大學、西安電子科技大學、中南大學。發(fā)文量排 名前10位的機構處中國機構外，還有沙特阿拉伯的沙特阿拉伯國王大學、日 本京都納特大學、英國薩里大學。表1工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊

6、緣處理技術SCI論文研究機構分布情況圖宛勝區(qū)）1Chinese Acad 5cl中國科學院3&中國2Bljtnqi Un hilts & Terecammun北京部電大學36枷:3Kinosauo univ沈博醇垃怕國王文學344H uailwnw 偵 elv閘叫華中科技大學器中國5ungpaok Hati Univ京都璃捂大學206JloTong Univ上海交通大學20中函.7 涮吊Unfw西安魚子科技大嘩20甲國18Univ surrey研甌大學19英國ga9Wkg Univd驚航空航天犬學【&中國10Gent S Untv中南大學柑中匡111JlaofoFig Univ17中國12vr

7、runw韋溶如理工大學16印度13明啟 Uril=vT&：l1iWl大逢理工15中國14Old Dominion Univ威直明太導1516ThaprUnlv塔帕大學15ED厘16Ulnghua UNu淚嘩大學1517umv EiedOilna電子特楂大學15中國1<Rlv HOnQ Kono盲港大參15中國19Univ Sd ATechrict Qiilris中國科學挾本大學15中國20Univ Sydney品尼大學15澳大初亞中國發(fā)文量雖占據(jù)全球第一的位置，在前二十位機構中，中國的機構發(fā)文 量也相對較多，有13個。其中，中國科學院以38篇的發(fā)文量排在第1位。 美國發(fā)文量位居世界第2,但

8、進入發(fā)文量前20的研究機構有只有歐道明大學。 印度分別有韋洛爾理工大學、塔帕大學兩個機構計入發(fā)文量前20。（4）期刊分布該主題發(fā)表論文涉及期刊660多種，發(fā)文量最多的前五種期刊分別是:IEEE ACCESS （161 篇）、SENSORS （152 篇）、IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL （ 1 4 4 篇）、FUTURE GENERATION COMPUTER SYSTEMS THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ESCIENCE （117 篇）和 IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE （75 篇）。表2工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集

9、成和邊緣處理技術SCI論文發(fā)表期刊分布情況排序芝E 了年期刊幽啪1天子1IEEE ACCESS4 3925EN5ORS2.4753iEEE INTERNErOFrHINGS.CHJRKflL5.昉34FUTURE GENERATION COMPLY S/STEMS THE INTtRNfiTI ON A L JOURNAL OF ESCIENCE4.039IEEECOMMUNICAnON5 A&ZINE9 272國家（地區(qū)）被引頻次分析對全球發(fā)表的關于工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術研究論文的被引 頻次進行分析，以國家（地區(qū)）進行累積加和，并計算其篇均被引頻次（表 3）?？偙灰螖?shù)和篇均被引

10、次的高低說明研究的影響力大小，其中，總被引次 數(shù)表示國家（地區(qū)）在該研究領域的影響力，篇均被引次數(shù)表示發(fā)表論文的被 關注的程度。表3工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術SCI論文國家/地區(qū)被引情況:1213141S1&131920PEOPLE R CHINA6635802214.136UM446630218.753SOUTH KOREA2291117625.1114ENGLAND17714日1514.247SPAIN152102978,379AUSTRALIA145364134.061ITALY139100046.772INDIA13544912顯&19CANADA9554595,7411TAI

11、WAN913331412.0917JAPAN702351710.7420SAUDI ARABIA95&783.338GERMANY6432615&5213FfiANCE63411133.6610PAKtSW55238165.09156RAZIL51190204.3318FINLAND46494112.97&SWEDEN45544105J34GREECE43181194.2116PORTUGAL37212陽3.53招從被引總頻次來看，前10位依次是美國、中國、澳大利亞、意大利、英 國、韓國、西班牙、沙特阿拉伯、加拿大、瑞典。美國總被引頻次達6302，遙遙領先于其它國家（地區(qū)）；其篇均被引頻次為1

12、4.13，排在世界第3位。平均被引頻次最高的國家（地區(qū)）是澳大利亞，達25.11。中國論文總數(shù)排第1 位，但總被引頻次落于第2位，在發(fā)文量前二十機構中，其篇均被引頻次也排 在第6位。63 IQ 13坐標很標題圖3工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術SCI論文前10個國家發(fā)文量- 篇均被引頻次分析以發(fā)文量前11位國家的國家（地區(qū)）名稱、發(fā)文量和及其篇均被引頻次 三個指標作氣泡圖，氣泡大小表示篇均被引頻次高低。由圖3可以直觀看出， 澳大利亞發(fā)文量位于第6位，但篇均被引頻次排在第3位，達25.11。中國發(fā) 文量居世界第1位，但篇均被引頻次只有8.75，遠低于美國。從圖中還可以 看出，相對美國、澳大利亞

13、及歐洲發(fā)達國家（地區(qū)），亞洲各國（地區(qū)）論文 的篇均被引頻次較低。3該領域研究技術主題分析（VOSviewer制圖）根據(jù)檢索出的文獻，通過TDA分析工具對關鍵詞進行分析，排除無效概 念，得到工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術研究所涉及的高頻關鍵詞。將 主題關鍵詞分為三類。邊緣和云端協(xié)同、邊緣計算、協(xié)議轉化。在邊緣和云端 協(xié)同方面，包括云計算、資源、存儲。協(xié)議轉化包括數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)體系、數(shù) 據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)節(jié)點。邊緣計算相關的主題詞有數(shù)據(jù)集成、學習、大數(shù)據(jù)。fog roiiDpulfng、悶居坦rith m &此或1女Pg schemereediercompuuiione心警3|意觀， 財補嘩捎秦密

14、跌1鯽建E那叫cloud Gprnptitlrbg-京* Architecture柬*dCUBtr|咿哉；頊M妙蘭尊枳瞧1 WIM彳nte繆穿M 一隱伊， vireless sensor network tudv g：阿- X .奇g皿EE&I脾D皿pgm圖4工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術SCI論文主題分布4小結本部分對工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術的國際基礎性研究進行了 文獻分析，通過分析從整體上把握該領域國際發(fā)展態(tài)勢，為科學決策提供支 撐。（1）工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術國際發(fā)展態(tài)勢全球對工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術的研究已有一百多年歷史， 但呈規(guī)?；l(fā)展始于上世紀九

15、十年代初，此后一直呈快速上升的發(fā)展態(tài)勢。全 球關于工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術的研究涉及61個國家（地 區(qū)），中國是這方面研究最多的國家（地區(qū)）。從機構角度來看，排名前五的 機構中國有3家，其整體實力很強。（2）工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術主要研究內容從工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術研究所涉及的高頻關鍵詞可以看 出主要研究內容涉及邊緣和云端協(xié)同、邊緣計算、協(xié)議轉化等方面。中數(shù)據(jù)集 成和邊緣處理技術是關鍵技術之一。當前，邊緣計算成為研究熱門領域。邊緣 與云端協(xié)同成為工業(yè)互聯(lián)網平臺重要發(fā)展方向。整體研究內容主要以科研單位 為主，沒有看到相關企業(yè)的研究。二、專利分析在 ISI Der

16、went Innovations Index （DII）數(shù)據(jù)庫中 2，共檢索到 1198 條專利文獻（檢索時間2018年9月）。對檢索出的數(shù)據(jù)采用TDA和Excel等 工具進行分析，結果如下。1總體情況分析（1）專利申請國家（地區(qū)）和時間分布從全球的工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術專利申請來看（圖5）， 工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理的專利技術最早可追溯到本世紀初。在2012 年前，全球工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理專利年申請量不超過20條，進 入2012年后，全球關于工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理的專利申請量呈逐 年穩(wěn)步上升的態(tài)勢。其中，2016年專利申請量達300多件。申請量最多的前5

17、位國家（地區(qū)）分別是中國、美國、韓國、印度和日本。其中，美國是最早開 展工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理研究的國家，自2013年開始，其年專利 申請量穩(wěn)步上升，但上升趨勢不明顯。衛(wèi)叫 200& MW 2011 M2 ZOJJ 2Q14 2015 誦 2017 213圖5工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術專利申請時間演化圖中國自2010年就有相關專利申請，近十年來中國發(fā)展迅速，2012年后中 國的專利年申請量超過美國，成為世界第一。中國的專利申請變化趨勢與國際 專利申請趨勢大致相同。與文獻分析部分不同，印度和日本進入了前五位排 名。（2）專利技術國家（地區(qū)）分布從專利技術的國家（地區(qū)）來源來看，中

18、國的專利技術最多，占總數(shù)的 75.80% ；其次是美國，占總數(shù)的12.33%。從專利技術的市場分布來看，專利 主要分布于中國、美國、韓國、WO和印度。從圖6和圖7可以看出，中國是 工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術的主要輸出國。美國、韓國等國也是基 本的技術輸出國。Other圖6專利技術來源國家（地區(qū)）分布圖7專利技術市場國家（地區(qū)）分布（3）主要申請人分析從檢索結果看，約有1100多家機構活躍在工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣 處理技術研發(fā)領域。專利申請數(shù)量位居前10位的機構全部為企業(yè)（表4），其 中有5家屬于中國。另外美國4家，韓國1家。美國因特爾公司位列第一。表4工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理

19、技術的主要專利申請人專利申譚廷攜時間I近胖專利占其總蠢比INTEL CORP4年(2W-2O18 )STATE中國國冢電潤公3弭（泌3年-201/年1190.00 虬CH ENGDU ZHENGOJANGH ENG ELECTION JCUCHNO(CHEN-M)曲阪E光恒電子禪技荷隍是可1年（NOV年）1GEMEIUL ELECTRIC TO &ENE-Q 蕓國通用電公旬4年（2014-2明 F年）企韭$HENAN 5AIV0U T&CHNOLOGV CO (HENAM 問南巷灰腳技有限公刮卡年以01彈）6100%JIANGXI VASTGfiEEN ENVIftOIKH CO LTD(Jt

20、AN-N)江西萬垸瞇糅料技代眼公削1年（潮函6仰膘PAftKSJ lPASK-11 年（2014 年）0100%SLICTPflilK-SOlTp5N5U0 樸國三星4 (2014-2017)企耍B100%SHENZHEM 5HENGUJJDT COMMUMIC/O1ONTECHNC5HEN-NI深圳堊路通信技術有限公司1. (2017年)6100%S3hiJ5(5ONGI)1 年（2014 年）600%（4）中國專利權人情況分析中國研發(fā)機構在工業(yè)互聯(lián)網中數(shù)據(jù)集成和邊緣處理領域申請專利的全球排 位比較靠前，排名前10位的機構中有5家屬于中國，分別為中國國家電網公 司、成都正光恒電子科技有限公司

21、、河南賽友科技有限公司、江西萬綠環(huán)?？?技有限公司和深圳圣路通信技術有限公司。表5中國專利權人情況分析普到串淌云域兄間岫心總計|近5年夸利占理總房H兩w即心CgXHMA仁成匚心 中廚國豪電網公司g2013 年26 丁年）11eo.-mCHENGDU EHENGGWNGHE陽 ELECTRONICTECHNO CHEN-NJ成都正光恒電子科技有麒公司僻(201挎)71W%HEN順 SAfYOUTKHNOLOGY CO LIO (HEMA-N)洞可灑麥科技看阻公司1 年 201&$ )企仆6100%flAhTGXEVfijmEEM EKVlRtHKHCOLTD(JIAN-NJ江酢爆環(huán)郵擅有康公司1岸（的17岸）足業(yè)&SHtNZHEN SnEHGUJ (0T COMMUHtC