基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的智慧城市研究

引 言

隨著新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，信息社會(huì)發(fā)展的目標(biāo)已經(jīng)從任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連接任何人，發(fā)展到連接任何物體的階段，人與物、物與物之間的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的綜合，它連接的東西比互聯(lián)網(wǎng)更多，具有更全面的感知、更深入的智能化、更廣泛的信息共享和互聯(lián)互通， 也正在成為信息技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的制高點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)廣泛的應(yīng)用加快了城市信息化發(fā)展的進(jìn)程和速度，城市信息化發(fā)展的高級(jí)階段就是“智慧城市”，所以智慧城市也是物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)發(fā)展下的重要產(chǎn)物。

智慧城市是在城市數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)，通過各種感知設(shè)備，以信息化、物聯(lián)化、互聯(lián)化、智慧化、智能化方式，集成整個(gè)城市所涉及的社會(huì)綜合管理與社會(huì)公共服務(wù)資源，將城市建設(shè)中的信息有機(jī)整合和充分利用，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通和共享交換，感知信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和融合，讓城市各項(xiàng)功能協(xié)調(diào)運(yùn)作，以便更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深入的智能，從而實(shí)現(xiàn)智慧城市的各種應(yīng)用。實(shí)施智慧城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到很多理論和實(shí)踐方面的前沿方法和技術(shù)，因此，物聯(lián)網(wǎng)的理論原理、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在智慧城市建設(shè)中必然有著舉足輕重的地位和作用，而智慧城市也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要切入點(diǎn)和“靶心”。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)參考模型的智慧城市體系架構(gòu)和平臺(tái)架構(gòu)

以智慧城市建設(shè)與發(fā)展為目標(biāo)，以智慧城市理論體系為依據(jù)，以物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)，以智慧城市應(yīng)用方案為核心，從智慧城市整體需求出發(fā)，對(duì)智慧城市功能全面定位， 以感（全面感知）、傳（可靠傳輸）、智（智能處理）、用（平臺(tái)服務(wù)）為關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行整體體系架構(gòu)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)參考模型

物聯(lián)網(wǎng)參考模型是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型中的重要組成部分，它提供了描述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)高層次的抽象， 其中包括對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)組成、數(shù)據(jù)處理流程、內(nèi)部組成部件以及與外部環(huán)境之間交互的抽象 [1]，物聯(lián)網(wǎng)參考模型對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用到的技術(shù)進(jìn)行了高度概括和梳理。

物聯(lián)網(wǎng)參考模型宏觀上主要分為 4 個(gè)層次 ：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)與應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層。設(shè)備層邏輯上包括三種能力：終端（能直接與信息通信網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)體）能力、網(wǎng)關(guān)能力、端節(jié)點(diǎn)（需要通過網(wǎng)關(guān)才能與信息通信網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)體）能力。網(wǎng)絡(luò)層有兩種能力：聯(lián)網(wǎng)能力和傳輸能力，聯(lián)網(wǎng)能力提供與網(wǎng)絡(luò)連接相關(guān)的控制功能，傳輸能力是為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與應(yīng)用提供連接以及為數(shù)據(jù)傳輸提供控制和管理信息。業(yè)務(wù)與應(yīng)用支撐層包含兩種能力：通用支撐能力（公網(wǎng)支撐能力）、專用支撐能力（行業(yè)專網(wǎng)支撐能力）。應(yīng)用層是最終用戶各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)參考模型還包括跨層的管理能力和安全能力[2]。如圖 1 所示。

1.2 智慧城市整體體系架構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)參考模型，按照 4 個(gè)層次劃分了智慧城市整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，架構(gòu)圖如圖 2所示，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層 [3]。感知層就如同五官，通過智能終端、采集終端、電腦等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和感知，隨時(shí)隨地采集物體的動(dòng)態(tài)信息， 同時(shí)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同處理，完成本地信息匯聚，傳輸至網(wǎng)絡(luò)層接入設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層如同神經(jīng)系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)和其他專網(wǎng)將感知到的各種信息進(jìn)行可靠、安全的實(shí)時(shí)傳送。平臺(tái)層包括IT 能力、CT 能力、城市數(shù)據(jù)中心等， 用于支撐跨行業(yè)、跨系統(tǒng)、跨應(yīng)用之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，它們支撐應(yīng)用服務(wù)層。應(yīng)用層如同社會(huì)分工，包括智慧城市中各領(lǐng)域各行業(yè)具體應(yīng)用，包括智慧政務(wù)、智慧民生、智慧產(chǎn)業(yè)和城市定制應(yīng)用等。跨層的管理能力包括配置管理、故障管理、網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理等。安全能力包括保證各層的通信安全、操作系統(tǒng)安全、應(yīng)用軟件安全、用戶數(shù)據(jù)安全等。

1.3 智慧城市平臺(tái)架構(gòu)

在智慧城市體系架構(gòu)平臺(tái)層，需要構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的智慧城市支撐平臺(tái)，建設(shè)城市級(jí)信息互聯(lián)互通“一級(jí)平臺(tái)”，城市級(jí)數(shù)據(jù)共享“數(shù)據(jù)資源中心”，通過分層建設(shè)，達(dá)到平臺(tái)能力及應(yīng)用可成長、可擴(kuò)充，提供綜合的應(yīng)用支撐和管理能力。智慧城市平臺(tái)應(yīng)具備快速的應(yīng)用提供能力，應(yīng)用系統(tǒng)集成能力，數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析能力，系統(tǒng)資源共享能力，統(tǒng)一硬件平臺(tái)、存儲(chǔ)備份、網(wǎng)絡(luò)安全方案，系統(tǒng)平滑演進(jìn)能力等，從而實(shí)現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，能力可擴(kuò)展，應(yīng)用可擴(kuò)展。智慧城市平臺(tái)包含云計(jì)算子平臺(tái)、信息開放子平臺(tái)、服務(wù)支撐子平臺(tái)、應(yīng)用集成子平臺(tái)、大數(shù)據(jù)集成子平臺(tái)、空間信息支撐子平臺(tái)、安全支撐子平臺(tái)、金融支付子平臺(tái)、城市一卡通等。智慧城市平臺(tái)架構(gòu)圖如圖 3 所示。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的智慧城市應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)具有整合感知識(shí)別、信息傳輸互聯(lián)和超級(jí)智能處理等功能，它是集數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為一體的高級(jí)新一代網(wǎng)絡(luò)體系。將物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)廣泛應(yīng)用在智慧城市建設(shè)中，可以使得各領(lǐng)域和行業(yè)的信息真正從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化階段邁入智能化階段，使垂直式、孤島式的應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一布局、統(tǒng)籌規(guī)劃的戰(zhàn)略管理模式[4]。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在智慧城市應(yīng)用中的核心價(jià)值在于它無所不在的感知、泛在信息匯聚和智能化處理功能，而智慧城市的突出特點(diǎn)是可以通過各種感知設(shè)備對(duì)城市的事件進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和有效管理，智慧城市各領(lǐng)域各行業(yè)的應(yīng)用都離不開物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

2.1 智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)體系

智慧城市技術(shù)核心內(nèi)容包括智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系和智慧城市的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要有信息標(biāo)識(shí)與智能感知控制技術(shù)、信息交換傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)等，這些關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成了一個(gè)以分布式閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)為核心的泛在技術(shù)體系。

在智慧城市整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層 4 個(gè)不同層次，應(yīng)用不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。感知層包括信息識(shí)別、數(shù)據(jù)采集、傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理，主要技術(shù)有 RFID 技術(shù)、傳感器技術(shù)、條碼技術(shù)、二維碼技術(shù)、多媒體信息技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、協(xié)同信息處理技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)層包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)等。平臺(tái)層包括云計(jì)算技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。應(yīng)用層主要包括軟件技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)技術(shù)等。在智慧城市整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的跨層技術(shù)主要包括安全技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

2.2 智慧城市應(yīng)用體系

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)將智慧城市從“P2P 的無限溝通”帶入了“M2M 物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，以豐富的智能應(yīng)用服務(wù)于城市。智慧城市可分為三大部分，城市綜合管理和服務(wù)的智慧政務(wù)，社會(huì)管 理和民生服務(wù)的智慧民生，提升經(jīng)濟(jì)和企業(yè)支撐的智慧產(chǎn)業(yè)， 形成智慧城市的“1+3+N”模式。如圖 4 所示。

2.3 智慧城市功能體系

根據(jù)智慧城市功能定位，需要建設(shè)一個(gè)政府信息化、管理信息化、民生信息化、經(jīng)濟(jì)信息化為一體的智慧城市體系。因此，智慧城市功能應(yīng)具有電子政務(wù)服務(wù)功能、智慧城市綜合管理功能、社會(huì)管理與民生服務(wù)功能和經(jīng)濟(jì)與企業(yè)支撐功能等。如圖 5 所示。

結(jié) 語

隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，建設(shè)以物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)為核心的智慧城市，實(shí)現(xiàn)新一代信息技術(shù)在城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域的充分運(yùn)用，使各行各業(yè)的建設(shè)和應(yīng)用更加自動(dòng)化、智能化、智慧化，為促進(jìn)智慧城市邁入高級(jí)階段打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。