第1章 信息化发展——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、物流等以传统基础设施和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，其主要包括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。
• “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更特征，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如下三个方面。

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”。

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、智慧能源基础设施等。融合基础设施重在“应用新”。

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。国家“十四五”规划中提出持续加快建设新型基础设施:

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，建设若于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；
11. 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(Industrial Internet)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，是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、更加精准的优化配置，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。

​ 从网络设施发展角度看，工业互联网是网络强国建设的重要内容。

​ 一是加速网络演进升级。工业互联网促进人与人相互连接的公众互联网、物与物相互连接的物联网向人、机、物、系统等的全面互联拓展，大幅提升网络设施的支撑服务能力。

​ 二是拓展数字经济空间。工业互联网具有较强的渗透性，可以与交通、物流、能源、医疗、农业等实体经济各领域深度融合，实现产业上下游、跨领域的广泛互联互通，推动网络应用从虚拟到实体、从生活到生产的科学跨越，极大地拓展了网络经济的发展空间。

（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、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，通过为物料机器、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。

2）平台为中枢

工业互联网平台体系包括边缘层、IaaS、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：

• 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。
• 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，结合数字李生、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。
• 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。
• 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）数据是要素

工业互联网数据有三个特性：

• 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，各类新模式就是无源之水，数字化转型也就成为无本之木。
• 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深耕细作才能发挥数据价值。
• 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，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:

• 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。
• 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、破坏行为，安全事件影响严重。
• 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，初步形成了六大类典型应用模式。
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。

• 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。
  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。
• 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、销售及服务的种制造服务模式。
• 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。
• 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，形成了千姿百态的融合应用实践。

1.2.3 车联网

• 车联网是新一代网络通信技术与汽车、电子、道路交通运输等领域深度融合的新兴产业形态。
• 智能网联汽车是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与车、路、人、云端等智能信息交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶的新一代汽车。

（1）体系框架

车联网(InternetofVehicles，IoV)系统是一个“端、管、云”三层体系：

• 端系统。

  端系统是汽车的智能传感器负责采集与获取车辆的智能信息，感知行车状态与环境:是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端:同时还是让汽车具备IOV寻址和网络可信标识等能力的设备。

• 管系统。

  管系统解决车与车、车与路、车与网、车与人等的互联互通，实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游，在功能和性能上保障实时性、可服务性与网络泛在性,同时它是公网与专网的统一体。

• 云系统。

  车联网是一个云架构的车辆运行信息平台，它的生态链包含了ITS、物流客货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁、企事业车辆管理、汽车制造商、4S 店、车管、保险紧急救援、移动互联网等，是多源海量信息的汇聚，因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量存储等云计算功能，其应用系统也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复合体系。

（2）链接方式

车联网分别是车与云平台、车与车、车与路、车与人、车内设备之间等全方位网络链接。

• 车与云平台间的通信是指车辆通过卫星无线通信或移动蜂窝等无线通信技术实现与车联网服务平台的信息传输，接收平台下达的控制指令，实时共享车辆数据。
• 车与车间的通信是指车辆与车辆之间实现信息交流与信息共享，包括车辆位置、行驶速度等车辆状态信息，可用于判断道路车流状况。
• 车与路间的通信是指借助地面道路固定通信设施实现车辆与道路间的信息交流，用于监测道路路面状况，引导车辆选择最佳行驶路径。
• 车与人间的通信是指用户可以通过 Wi-Fi、蓝牙、蜂窝等无线通信手段与车辆进行信息沟通，使用户能通过对应的移动终端设备监测并控制车辆。
• 车内设备之间的通信是指车辆内部各设备间的信息数据传输，用于对设备状态的实时检测与运行控制，建立数字化的车内控制系统。

（3）场景应用

车联网产业是汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新型产业形态。发展车联网产业，有利于提升汽车网联化、智能化水平，实现自动驾驶，发展智能交通，促进信息消费对我国推进供给侧结构性改革，推动制造强国和网络强国建设，实现高质量发展具有重要意义。

• 实用类场景应用
  未来车联网环境下的汽车，每秒将产生数千次的数据点，为客户及汽车经销商、厂商提供必要的信息，可以帮助车主在问题发生之前提前预测。汽车远程信息处理，让汽车具备安全防护功能，使车辆处于连接状态并提高在紧急情况下的安全性，例如自动碰撞通知、被盗车辆跟踪、道路救援等。汽车跟踪提醒装置，当汽车驾驶超出预定边界或越过预设的极限速度，用户会收到通知，车辆将被持续追踪等。

• 便捷类场景应用

  ​ 随着车载平台的智能化发展，通过语音、手势控制就可以实现更多服务，有助于创造更安全的驾驶体验。例如信息娱乐类服务，人们通过内置的移动热点转换技术，在车上可购买和下载歌曲、有声读物、地图等:与商家之间的互联，未来人们可以通过语音或者手势控制，利用车联网技术预定餐厅，商超购物等。

• 效率类场景应用
  此类应用首先是车辆系统的更新，车联网实现之后，人们无须再前往车辆服务中心，便可将车辆自动更新到最新的固件和软件。车载远程服务，客户可以通过无线设备远程控制汽车,诸如定位在停车场停放的车辆，将导航信息发送至车辆以及远程启动等。当然，还有最重要的一点就是通过车联网实现智能化交通，可以有效改善现有的道路拥堵情况，提前预知交通安全隐患，使人们的出行效率大幅提升，同时还能保障出行安全。