未來(lái)城市建設(shè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

一、“生態(tài)”是未來(lái)城市建設(shè)的關(guān)鍵字

世界城市人口不斷快速增多。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的預(yù)測(cè)，2050年全世界 69％的人口，也就是將近 63 億人將在城市居住。一些新興國(guó)家的農(nóng)村人口將不斷的外出務(wù)工，走向便于生活與工作的城市地區(qū)。城市作為收納人口的容器，未來(lái)的開(kāi)發(fā)建設(shè)將更多、更廣泛。

在旺盛的城市開(kāi)發(fā)需求之下，世界各國(guó)擁有共同的著眼點(diǎn)，即：將城市建設(shè)的關(guān)鍵字定位為“生態(tài)”。例如，阿聯(lián)酋的阿布扎比推進(jìn)了號(hào)稱“零排放城市”的“馬斯達(dá)爾生態(tài)城”建設(shè)，旨在打造一個(gè)城市二氧化碳零排放的生態(tài)城市。我國(guó)也將環(huán)境友好城市、生態(tài)城作為新城市開(kāi)發(fā)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃將 600 多個(gè)大城市中的 100 個(gè)建設(shè)成生態(tài)城。

生態(tài)城應(yīng)運(yùn)而生的背景之一是全世界實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的共同目標(biāo)與愿景。在 2010 年 3 月召開(kāi)的世界城市論壇上，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）、聯(lián)合國(guó)人居署（UN-HABITAT）與世界銀行公布了二氧化碳排放測(cè)量方法。在人口與工業(yè)活動(dòng)不斷集中的城市地區(qū)，溫室氣體減排已經(jīng)成為一個(gè)城市發(fā)展的重點(diǎn)課題。

同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)人口快速增加與城市化，確保城市能源、水資源等生命線至關(guān)重要。而既要能控制溫室氣體排放，又能夠確保人口增加下的生命線，就必須盡可能提高城市的能源使用效率。具體而言，就是要摸索城市功能的最佳規(guī)劃和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)改造，進(jìn)而通過(guò)解決城市問(wèn)題，提升居民的生活質(zhì)量。

二、提升城市效率不可缺少物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

不管是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，為了實(shí)現(xiàn)高效率的城市，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將成為不可或缺的要素。世界各地均將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定位為實(shí)現(xiàn)城市管理的工具。其中一個(gè)例子是美國(guó)IBM 在馬耳他島開(kāi)展的示范項(xiàng)目。

馬耳他自然資源匱乏，長(zhǎng)期以來(lái)其能源需求全部依靠進(jìn)口，進(jìn)口石油目前仍是馬耳他用來(lái)發(fā)電的唯一能源來(lái)源。近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)石油價(jià)格持續(xù)走高，使馬耳他政府面臨巨大挑戰(zhàn)。2009 年 2 月 4 日，馬耳他公布了和 IBM 達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公共系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)該國(guó)電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM 及其合作伙伴將會(huì)把馬耳他 2 萬(wàn)個(gè)普通電表替換成智能電表，這樣馬耳他的電廠就能實(shí)時(shí)監(jiān)控用電，并制定不同的電價(jià)來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)約用電的用戶。該工程價(jià)值高達(dá) 9 100 萬(wàn)美元 ( 約6 億元人民幣 )，其中包括在電網(wǎng)中建立一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測(cè)到潛在問(wèn)題。IBM 將會(huì)提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，降低成本以及該國(guó)碳密集型發(fā)電廠的排放量。

該島上的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中引進(jìn)了智能電表與客戶信息系統(tǒng)，并將這些應(yīng)用于社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的有效管理。通過(guò)構(gòu)建水、電的高效管理方式，可在控制能源消費(fèi)的同時(shí)，產(chǎn)生減少基礎(chǔ)設(shè)施投資于財(cái)政負(fù)擔(dān)的“實(shí)際效益”。從馬耳他島的案例能夠看出，城市中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮的幾個(gè)作用，其中之一是能源與資源的合理分配，監(jiān)控電力、供水等利用情況，優(yōu)化供給。例如，在電力領(lǐng)域，可通過(guò)智能電表感知使用情況，電力公司和各種建筑通過(guò)最佳控制來(lái)自設(shè)置的太陽(yáng)能電池或者蓄電池供給，整體提升城市的能源效率，也可以直接控制需求。感知基礎(chǔ)設(shè)施的混雜情況，控制需求進(jìn)行引導(dǎo)。其代表例案是汽車導(dǎo)航與道路收費(fèi)等機(jī)制。為了把握和利用情況，有必要感知城市活動(dòng)。為此需要構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)應(yīng)用傳感網(wǎng)絡(luò)采集的信息，能夠以更為動(dòng)態(tài)的方式管理整個(gè)公共服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)新型服務(wù)，解決城市課題，推出提升生活質(zhì)量的措施。

三、物聯(lián)網(wǎng)可從三個(gè)層面提升城市管理水平

將嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（Network Embedded Devices）等傳感器部署于城市各個(gè)角落，能夠采集大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。由于這些數(shù)據(jù)具有時(shí)間與空間屬性，故可將城市現(xiàn)實(shí)活動(dòng)反映到網(wǎng)絡(luò)虛擬空間上，進(jìn)而將這些信息進(jìn)行匯集，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析，就能夠挖掘新的價(jià)值。由此，將所有城市中的現(xiàn)實(shí)事物在互聯(lián)網(wǎng)上聚合的概念就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)。概括來(lái)說(shuō)，城市建設(shè)中主要可采用圖 1 所示的五項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ：

通過(guò)傳感器可把握能源消費(fèi)、交通、生產(chǎn)與消費(fèi)等各種城市活動(dòng)信息 ；

匯總采集的數(shù)據(jù) ；

分析匯總的數(shù)據(jù) ；

將數(shù)據(jù)分析結(jié)果“可視化”并發(fā)送給居民，讓居民的生活更便捷、生活質(zhì)量更高；

基于對(duì)數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化控制城市的各項(xiàng)活動(dòng)與基礎(chǔ)設(shè)施。

這五項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市建設(shè)與管理中的應(yīng)用，具體可分為三個(gè)層面。即 ：“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”、“信息加工與增值化”、“培育新服務(wù)、新產(chǎn)業(yè)”。

在這三個(gè)層面中，首先是“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。該層不僅要在上下水道、水電燃?xì)狻⒔煌ǖ瘸鞘谢A(chǔ)設(shè)施中部署傳感器，還要實(shí)現(xiàn)各個(gè)城市公共運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)間的互聯(lián)。按照運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的相應(yīng)需要進(jìn)行整體的優(yōu)化控制，有效調(diào)整能源供給。

其次是將分布于城市各個(gè)角落的傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行“信息加工與增值化”，以使城市的海量數(shù)據(jù)變?yōu)榕嘤路?wù)的“信息”。為此，需要從采集到的、充分的數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步篩選、分析、加工，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果可視化，實(shí)時(shí)提供給居民或反饋給城市公共運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。

最后是應(yīng)用分析后的數(shù)據(jù)與信息“培育新服務(wù)、新產(chǎn)業(yè)”。主要是面向居民，開(kāi)發(fā)可以提升居民生活質(zhì)量與便捷性的新服務(wù)，讓加工挖掘后的信息，不斷產(chǎn)生附加價(jià)值。其中，遠(yuǎn)程診療、偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療、老年人護(hù)理等領(lǐng)域，都可以說(shuō)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用有效提升了居民的生活質(zhì)量。

四、利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可讓城市環(huán)境更美好

“利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓城市環(huán)境更美好”。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度看城市建設(shè)的話，將與傳統(tǒng)城市建設(shè)概念完全不同。規(guī)劃中所需要的不僅僅是新技術(shù)、新設(shè)計(jì)和新解決方案，還需要城市活動(dòng)中公共運(yùn)營(yíng)主體——電力、交通等基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)以及各研究機(jī)構(gòu)抿棄行業(yè)門檻，緊密的協(xié)調(diào)，既要實(shí)現(xiàn)軟硬件的兼容，又要實(shí)現(xiàn)各種接口的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。以便能夠在城市信息資源充分共享和集成的基礎(chǔ)上，優(yōu)化控制并管理和運(yùn)營(yíng)城市資源，開(kāi)創(chuàng)解決資源約束問(wèn)題的創(chuàng)新途徑。

目前，世界各地都在推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)城市的建設(shè)，這些行動(dòng)也都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的展示。物聯(lián)網(wǎng)城市也就是環(huán)境友好型城市，可以說(shuō)，在城市開(kāi)發(fā)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的潛力是無(wú)限的。因此，城市建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系將愈發(fā)接近。