以多域物联网安全保障为目标，围绕海量差异化设备安全保障、虚实孪生映射与数据受控管理及跨域微服务图谱建立与动态安全组合三个方面展开研究，取得了“接入 - 传输 - 汇聚”跨域安全体系结构、信息物理空间融合云端数字孪生架构、多域物联网微服务可信提供体系结构等三项技术发明，形成了多域物联网安全服务体系。 （1）“接入 - 传输 - 汇聚”跨域安全体系结构 采用“跨域协同认证、内生特征融合”的技术思路，提出了“接入 - 传输 - 汇聚”跨域安全体系结构，发明了基于深度学习的物理层设备认证与跨层协同认证方法，设计了海量差异化设备的跨域综合接入认证协议，屏蔽了物联网设备差异性，实现十亿量级差异化设备的高效跨域身份可信管理；实现了海量差异化跨域设备的安全管控，构建了大规模物联网设备的信任管理体系。 （2）信息物理空间融合的云端数字孪生架构 采用“虚实空间映射、数据受控共享”的技术思路，提出了信息物理空间融合的云端数字孪生构建架构，发明了信息物理空间实时精确映射方法、跨域数据受控共享与延伸控制方法，实现了大规模海量物联网系统的有序管控，建立了多域物联网安全生态系统。 （3）多域物联网微服务可信提供体系结构 采用“关联关系跨域、编排组合动态”的技术思路，提出了多域物联网微服务可信提供体系结构，发明了海量微服务关系图谱建立方法、微服务跨域动态编排与安全组合方法，设计了复杂物联网应用开发环境，实现多域物联网应用的敏捷开发与自动生成。解决服务自动柔性编排与按需动态加载的问题，实现应用快速开发与自动生成、海量微服务关联关系的预处理，与满足 Top-K 的自动化服务组合方法相比，平均处理时间降低11.5%，准确率达到 99%。 图 1 项目总体设计框架图 图 2 “接入 - 传输 - 汇聚”跨域安全体系结构

2014教育部自然科学奖二等奖，高速可靠的宽带无线通信是现代信息社会的基本需求，也是我国基础研究重大战略方向之一，但其面临着无线频谱资源日益紧缺以及能源消耗急速增长的瓶颈问题，为寻求突破，多域多点协作的新型宽带无线传输成为重要研究课题，它以多天线MIMO传输为基础，充分挖掘和协同利用空间、时间、频率、功率、终端和网络等多域与多点资源，大幅度提升系统的频谱效率与能量效率。本项目在国家863计划、国家科技重大专项以及国家自然科学基金等重要课题的支持下，重点围绕宽带无线通信中的多用户MIMO协作、中继协作和多点协作网络场景，研究多域多点协作的新型宽带无线传输理论及系统架构，提出了适应复杂无线传播环境的高效能。 分布式多域多点协作理论与关键技术，取得系列原创性成果，形成较为完整的多域多点协作传输理论体系。

物联网体系 智能连接家、校、人，实现物联校园数据的实时采集提高教学、教务、校务、办公的高效管理，离不开智能物联设备的支持

本项目瞄准网络空间安全国家战略需求，立足学科前沿，坚持自主创新，依托国家“863”“973”、国家自然基金委、科技重大专项等项目，是行业内最早实现容器化部署和管理的轻量级云计算平台系统，支持高异构、广分布、多模式的非标准化软硬件的统一管控，提供 Iaas、PaaS 和 SaaS 全栈服务，具有可组合配置的数据安全、计算安全和系统安全等智能防护能力，满足对信创产品和国产密码的良好兼容性，已在军事国防、电子政务、智能制造、航空电子、智慧城市、金融科技等领域得到实施应用。该项目申请/授权国际 PCT 专利 4 项、国家技术发明专利 20 余项，获得 2019CCTV中国十大创业榜样、中国“互联网+”大学生创新创业大赛陕西赛区金奖、陕西省科技工作者创新创业大赛银奖等。 （一）项目背景 2018 年工信部印发了《推动企业上云实施指南（2018 年-2020 年）》，指导和促进企业运用云计算加快数字化、网络化、智能化转型升级。目前多个省市出台了企业上云政策文件，政务云、金融云、交通云、能源云、电信云稳步推进，企业上云将进入长规划阶段。2020 年国家发展改革委和中央网信办联合发布了《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》，呼吁进一步加快产业数字化转型，在企业“上云”等工作基础上，打造数字化企业，提升企业发展活力。据 IDC 预测，到 2023 年中国私有云IT 基础架构支出将成全球最大市场。 然而，在企业上云尤其是中小企业上云中广泛存在着“不能用、不会用、不好用、不敢用”等许多问题。部分私有云基础功能不足，缺乏对虚拟云桌面的支持，不能根据企业实际需求进行定制化服务，缺乏对工作负载、使用率、流量和性能等的可视性，给企业管理带来巨大的盲点，严重限制了中小企业上云的落地实施。部署安装繁琐复杂，许多企业选择具有高难度和复杂性的 OpenStack 等开源云平台，部署时间动辄数小时，且需要专业技术人员进行人工运维，缺乏完备的自动化运维系统，导致运维成本居高不下。通信及数据缺乏加密，数据冗余度低，没有可靠的安全防护体系，极易造成数据信息丢失泄露，导致灾难性的后果。这些问题直接影响着企业使用和数据安全，制约了企业上云的进一步发展、应用和普及。 （二）项目简介 相比于，同类的云计算解决方案，本项目能够有效防御各类外部和内部安全攻击与威胁，避免计算功能泄露、计算过程缺失和计算结果篡改等损失，率先实现了云计算平台的自证清白和主动安全。具体而言，本项目的主要核心技术和创新点是：（1）数据安全，提供域内数据安全存储、域外数据访问控制、域间数据可靠交换等数据安全能力；（2）计算安全，具备程序逻辑机密性保护、运算过程完整性保护和运算结果完备性验证等计算安全功能；（3）系统安全，通过态势感知与智能响应进行一站式健康管理，利用统一安全认证机制实现一体化安全认证，基于移动存储设备提供一键式快速部署，解决云计算平台部署建设繁复、运行维护困难的问题。 本项目已申请/授权专利 10 余件，获得软件著作权 7 件，有效解决了私有云产品兼容性与灵活性差，部署实施难，管理控制成本高、数据泄露丢失等行业应用痛点，已在教育、商业、军事、航空等领域实际应用。例如，在西安电子科技大学、河南工业大学、西安理工大学、河北师范大学、海南大学等高校建立了具有多个域的教育云安全平台；被中国人民解放军中央军事委员会联合参谋部某部队采购，应用于内部办公系统；为中国科学院无锡物联网研究中心视频物联网系统提供了云计算安全支撑平台；与河南金路网、山东金口玉芽智慧农业、中国航空工业第六三一研究所等企业及机关单位达成深度合作；本项目相关方案和产品先后获得 2019 年“沣东杯”陕西省科技工作者创新创业大赛银奖、第五届中国“互联网+”大学生创新创业大赛陕西赛区金奖、2019CCTV 十大创业榜样等，未来将与政务、金融、医疗、军工等对私有云安全有迫切需求的行业深度合作，力争成为国内私有云安全的领航者。

农业物联网整体方案 利用各种传感器、摄像头，通过物联网方式，把农业数据汇集到农业物联网平台，为第三方专业应用提供开放、统一的数据管理和分析平台。 通过数据中心大屏、手机App展示农场、草原、沙漠绿化实景，直观感受实际效果,提供大数据分析，为领导或投资人提供决策参考。 通过手机App获取所购买产品的生产过程参数、视频信息,让消费者买的放心。 获取农业、养殖业生产过程中的空气、土壤、水质各类环境参数，让农户在专家系统指导下合理种植、养殖制定正确的自动化控制计划。 让农业厂商及技术人员获取农业生产的第一手数据、评估化肥使用效果，为农业生产提供实时、远程的技术支持。 农田数据采集及分析 通过传感器实时采集农田空气温湿度、二氧化碳含量、光照强度、土壤温湿度，通过自动控制启动浇水灌溉系统；通过视频分析，采集和分析虫害发生情况，为防虫防灾提供预警。 农产品智慧配送 农产品出厂流程标准化，消费者可以通过包装上的二维码了解产品生产日期、产地，全程可追溯；甚至可以访问生产过程参数和视频，让消费者放心。 通过电商平台建立农场和消费者的直接交易，通过智能物流配送柜，及时、低成本的送货上门。 智能配送柜提供到货提醒、空间管理、密码取货等功能，最大程度方便消费者。

物联网作为我国重点发展的战略性新兴产业之一，对于支撑“网络强国”和“中国制造2025”等国家战略具有重要意义。然而，当今高校物联网专业却普遍面临人才培养与产业发展不适配、教育内容与产业技术应用相脱节等挑战。本案例通过构建“多主体参与、多模式共融、多层次渐进”的物联网产业学院，全面推动企业优势与教育资源融合，从人才培养目标重构，产教融合创新平台搭建，以及“专创融合”+“赛教融合”的人才培养模式构建等方面，全面提升物联网专业人才培养质量，着力培养创新能力强、可适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，使学生实践能力显著增强，就业率和创业成功率大幅提升。

针对医院废水消毒存在的难点问题，哈尔滨工业大学环境学院马军院士组织团队成员刘新旺、王鲁、王盼盼、李攀、刘正乾、孔秀娟和机电学院姜生元教授开展了系统研究，提出用高浓度臭氧消毒技术强化医院废水处理。   团队与浙江金大万翔环保技术有限公司联合研制和捐赠的5套全自动物联网监控臭氧消毒装备，于2020年3月7日运抵湖北省咸宁市5家医院，现已经成功投入运行，用于医疗废水消毒灭菌无害化处理。  全自动物联网监控臭氧消毒装备工作现场 医院废水处理工艺中多数是加次氯酸钠消毒，当水中含有氨氮时会形成氯胺，而氯胺消毒能力很弱，只有投氯量与氨氮的重量比超过7.6以上时，才能实现自由性氯消毒。由于根据水中氨氮浓度动态地调控投氯量会增加操作管理难度，现场人工频繁地监测和调控投氯量增加了工作量，也存在安全风险，而且投氯量过高时可能对后续城市污水处理厂运行产生不利影响。研发效率高、受水中氨氮浓度影响小、对后续城市污水处理厂运行无副作用的消毒技术，对于强化医院废水消毒、解决医院废水消毒运行维护难的问题，具有重要意义。如何在确保消毒效果的前提下，降低运行人员安全风险、便于消毒系统维护管理，是当下需要解决的问题。 臭氧是一种强氧化剂，可迅速破坏细菌、病毒等微生物结构，目前在国际上被大量应用于水处理和环境保护，尤其是用于对贾第虫、隐孢子虫、细菌和病毒等进行灭活，被公认为各种致病微生物的“超级杀手”，杀菌能力强于氯消毒剂和紫外线等。 根据对SARS病毒和肠道病毒的相关数据，臭氧消毒能力是自由性氯的5-10倍数量级，是化合性氯（氯胺）千倍的数量级。而且，其自身在消毒过程中被还原为氧气，不会对后续的城市排水系统和城市污水处理二级处理系统产生不良影响。由于医院废水车间地点风险高、运行难度大、技术要求高，系统的维护管理是难点。因此，如果采用臭氧消毒，需要研究空气冷冻预处理、空气过滤分离和高压放电为一体的成套装备。团队在春节期间连夜进行设计，与哈工大浙江宁波产业化基地的金大万翔公司和哈尔滨工大高级氧化技术有限公司合作，克服了原材料运输困难和企业开工难等问题，经过多方协调，在春节之后完成设计，形成结构紧凑、体积小、性能优良的一体化臭氧消毒成套设备。 在此基础上，马军院士又组织团队研制物联网远程管理系统，通过远程监控实现无人值守，可以异地操控臭氧的工作条件和消毒工况，形成了医院污水消毒专用的全自动物联网监控臭氧消毒装备，不仅具备更宽的温度范围和更高的可靠性，还能将数据全部采集到云端，及时进行数据分析和远程诊断。 为了减少气体的直接使用，控制潜在的气溶胶形成，设计还采用了高浓度臭氧水溶液进行消毒，不但运行维护简便，而且没有气溶胶的形成风险，易于稳定可靠地运行管理。高浓度臭氧水溶液可以独立进行消毒，也可以与氯联合消毒，在确保消毒效果的前提下，实现效率高、安全可靠、副作用小、运行管理方便的目的。查看原文

研发的智能物联网采用 Arduino 嵌入式网关硬件平台和 IEEE1888 协议，功能包括： (1) 全功能网关：既可以向存储器上报数据，也可以从应用单元获取指令。(2) 独立配置管理模块： 可以通过配置管理模块提前设置网关参数。(3) 底层设备实时控制：服务器或手机端 APP 向网关发送控制命令，网关接受命令后进行执行处理。(4) HTTP 服务器：能把在线化的传感器数据或状态信息长期保存。(5) 数据可视化：APP 能读取设备数据或存储器内的历史数据，并可视化展示。(6) 支持底层多类型传感器的 WiFi、BLE4.0、以太网等接入到网关。

我校协同育人企业天津腾领电子科技有限公司基于自研国产化工业控制系统开发了设施农业管控系统，利用边云协同控制架构，集成以大模型驱动的作物生长监测、环境精准调控、水肥综合管理等技术装备。项目已在多地开展应用，开发了“认领一块地”等商业模式。2025年4月7日，天津电视台新闻频道《都市报道60分》以《物联网遇上菜篮子 解锁开心农场》为题进行了报道。