云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市構(gòu)建中的運(yùn)用

郭其標(biāo)

(嘉應(yīng)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 梅州 514015)

隨著云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，在智慧城市建設(shè)中，依托于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)揮的作用越來越大。以物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為代表的信息技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新和應(yīng)用。這些技術(shù)在商業(yè)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展中以較快的速度普及并日益嚴(yán)重地影響著人類的日常生活。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)不斷地快速增長，城市各種設(shè)施的不斷完善，越來越多的人向城市涌入。提高基礎(chǔ)設(shè)施的效率化和管理系統(tǒng)化是城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。因此，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸受到政府和專家學(xué)者的重視。筆者詳細(xì)介紹了云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的概念、使用云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智慧城市的重要意義與途徑。

1 相關(guān)概念

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)通常指“物與物之間互相聯(lián)接而形成的一個(gè)彼此通信的網(wǎng)絡(luò)”。通過智能技術(shù)，打破空間距離的限制，達(dá)到隔空的物物交流、人物交流、人人交流，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理設(shè)備的目的。涉及2個(gè)方面的意思:一方面指物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)上的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸應(yīng)用;另一方面指物聯(lián)網(wǎng)的物體可以是能夠通信的物體，相互之間能夠進(jìn)行信息的溝通，以至于彼此制約與控制，從而將所有電子終端融為一體。在上述理論基礎(chǔ)上，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)詳細(xì)定義如下:物聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡(luò)，它可以通過紅外感應(yīng)器、(RFID)射頻識(shí)別、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，依據(jù)約定的協(xié)議，使得任何物體都能與互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而交換信息與通信，從而達(dá)到能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行智能化識(shí)別、跟蹤、定位、管理與監(jiān)控的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并不難理解，它通過智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)人人交流、物物交流、以及人物交流。其包括信息傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng)平臺(tái)和移動(dòng)通信模塊、具有識(shí)別能力的智能化傳感器、射頻識(shí)別設(shè)備、無線傳輸設(shè)備。

(1)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)我國來說具有重要意義。2012年3月27日，我國工業(yè)和信息化部公開通知，對(duì)我國工信部電信研究院起草的“物聯(lián)網(wǎng)概述”標(biāo)準(zhǔn)草案，國際電信聯(lián)盟開會(huì)審查并通過了審議。這是全世界第一個(gè)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的總體性標(biāo)準(zhǔn)，由此也充分說明中國在物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)制訂中處于領(lǐng)先地位并擁有重要的話語權(quán)。近幾年來，我國將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)為重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，國家專門成立專項(xiàng)基金項(xiàng)目，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供場所服務(wù)并進(jìn)行貼息，各城市的地方政府積極響應(yīng)國家號(hào)召，目前已有28個(gè)省份發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃。智慧城市建設(shè)也在物聯(lián)網(wǎng)不斷地被重視、被發(fā)展中逐漸展開。

(2)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)。物聯(lián)網(wǎng)由3個(gè)步驟組成，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。因此在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需要有3大支撐來支持物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建:一是用于感知的傳感器設(shè)備，運(yùn)用這些設(shè)備可以及時(shí)不限地域的獲取信息;二是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的相互通信需要傳輸大量信息的傳輸設(shè)施，這些設(shè)施可實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞;三是計(jì)算資源處理中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的控制和支配，運(yùn)行是動(dòng)態(tài)的、高效的、大規(guī)模的。這一支撐通常由云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)，不僅可以大量存儲(chǔ)信息，也可以實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的融合，及時(shí)準(zhǔn)確的向用戶傳輸信息。

1.2 云計(jì)算

通俗地講，云計(jì)算就是指基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式。詳細(xì)地說，云計(jì)算包含通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)的易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算聯(lián)系緊密，目前已有的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)均是基于云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展的，實(shí)際上可以將云計(jì)算稱為物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”。

(1)云計(jì)算平臺(tái)的功能。云計(jì)算平臺(tái)的主要功能有:在網(wǎng)絡(luò)上利用各種設(shè)備上傳信息，由云計(jì)算平臺(tái)接收并對(duì)這些信息及時(shí)處理，處理完成后給這些上傳設(shè)備反饋已經(jīng)處理過的信息，云計(jì)算平臺(tái)就是通過這一來一回的信息處理過程控制和管理網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備，從而也能夠使經(jīng)過處理的信息資源統(tǒng)一地進(jìn)行按需服務(wù)。

(2)云計(jì)算平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)。李紅等人指出:首先，由于物聯(lián)網(wǎng)需要?jiǎng)討B(tài)運(yùn)行、高效、大規(guī)模擴(kuò)展處理的計(jì)算資源處理中心的支撐，而云計(jì)算平臺(tái)就具備這些優(yōu)點(diǎn)，所以云計(jì)算平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的核心。結(jié)合云計(jì)算的處理模式，海量數(shù)據(jù)的處理以及動(dòng)態(tài)管理和即時(shí)分析得以實(shí)現(xiàn)，并且處理效率較高。同時(shí)可以使用無線或有線傳輸動(dòng)態(tài)信息送達(dá)計(jì)算資源處理中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總、分析、管理、處理，從而將各種物體連接。其次，云計(jì)算平臺(tái)是連接因特網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的樞紐。自從提出智慧城市構(gòu)建的說法，各個(gè)城市加快了物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，海量信息存儲(chǔ)和處理的計(jì)算中心是基礎(chǔ)，而云計(jì)算平臺(tái)的功能正好滿足物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的需求。最后，基于云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)為城市及居民所提供的創(chuàng)新型的各種服務(wù)方式，在一定程度上也大大加快了物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)融合的進(jìn)程，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的相互連通，從而使得新的商業(yè)模式有了指引導(dǎo)向和技術(shù)平臺(tái)的穩(wěn)固支撐［2］。

1.3 智慧城市

智慧城市是利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和通信技術(shù)感測、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而智能響應(yīng)民生、環(huán)保、公共城市安全、城市服務(wù)、工業(yè)商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求，實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的高效率化、完善體系化管理的新型城市狀態(tài)。簡單來說是利用新建的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智能式管理和運(yùn)行，為生活在城市中的居民享受舒適的生活提供基礎(chǔ)，保證城市的可持續(xù)、和諧及健康地成長。

(1)已實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)的地區(qū)。全球7個(gè)城市享有最有“智慧城市”頭銜:美國俄亥俄州的哥倫布市;芬蘭的奧盧;加拿大的斯特拉特福;中國臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)中市和桃園縣;愛沙尼亞的塔林;加拿大的多倫多。我國大陸智慧城市發(fā)展的領(lǐng)先者有:北京、上海、廣州、深圳、天津、武漢、寧波、南京、佛山、揚(yáng)州等;追趕城市有:重慶、無錫、大連、福州、杭州、青島、昆明、成都、嘉定、莆田、江門、東莞、東營等;準(zhǔn)備者有:沈陽、株洲、伊犁、江陽等。推動(dòng)智能城市的模式分為全面推進(jìn)或重點(diǎn)突破，多個(gè)城市建立了無線射頻技術(shù)(Radio Frequency Identification，簡稱 RFID)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并且期望可以盡早發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，領(lǐng)跑智慧城市建設(shè)。

(2)智慧城市包含的服務(wù)。智慧城市的設(shè)計(jì)思路是把傳感器設(shè)備安裝到城市生活中的各種物體之中構(gòu)建成物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)使用超級(jí)計(jì)算機(jī)與云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整合，以此來實(shí)現(xiàn)智能城市和城市系統(tǒng)的整合，城市的智慧管理和智慧服務(wù)隨之實(shí)現(xiàn)。第一，實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的成功運(yùn)行。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)交通系統(tǒng)之中，只能收集交通信息、路面信息、交通事故信息、天氣信息等，使交通系統(tǒng)數(shù)字化、信息化、人工智能化和網(wǎng)絡(luò)化，方便人、車、路和環(huán)境之間的相互交流，從而保障交通暢通、人們出行安全、環(huán)境美化干凈。第二，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。遠(yuǎn)程視頻服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，使得邊遠(yuǎn)地區(qū)和技術(shù)落后地區(qū)的病人能夠通過遠(yuǎn)程診斷得到救治，邊遠(yuǎn)地區(qū)和技術(shù)落后地區(qū)的醫(yī)生能夠通過遠(yuǎn)程視頻得到培訓(xùn)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，從而提高醫(yī)療水平;醫(yī)療多媒體數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)，使得電子病歷可以在有網(wǎng)絡(luò)的地方可以隨時(shí)查閱，方便病人入院就醫(yī)和出院報(bào)銷;無線局域網(wǎng)的接入，使得各醫(yī)院之間以及醫(yī)院內(nèi)部的通信與交流更加的方便和快捷，提高了工作效率和治病的水平。第三，實(shí)現(xiàn)城市公共安全服務(wù)的智能化。安裝監(jiān)控，使得小區(qū)、工地、城市設(shè)施能夠得到安防監(jiān)控。保障了人們的居住安全，公共設(shè)施不被損壞和盜竊;保證工地安全，保障工人生命安全。

2 重要意義

2.1 物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)公共服務(wù)的重要價(jià)值

智慧城市建設(shè)綜合采用了包括射頻傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、下一代通信技術(shù)等信息技術(shù)，可以有效地化解“城市病”問題。從而使城市變得更易于被感知，城市資源更易于被充分整合，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的精細(xì)化和智能化管理，從而減少資源消耗，降低環(huán)境污染，解決交通擁堵，消除安全隱患，最終實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)于公共服務(wù)，同時(shí)依附于物聯(lián)網(wǎng)這一高科技手段，在一定程度上能夠較大幅度地提高政府管理公共事務(wù)和公共服務(wù)的效率和質(zhì)量，更快地推進(jìn)服務(wù)型政府的建設(shè)。在建設(shè)城市公共服務(wù)方面，物聯(lián)網(wǎng)主要有以下2個(gè)方面的作用:(1)為城市建設(shè)提供公共基礎(chǔ)服務(wù)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)系統(tǒng)、智能交通服務(wù)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)的智能化。(2)為城市建設(shè)提供公共社會(huì)服務(wù)。使用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行第三次分配，從技術(shù)手段加強(qiáng)分配的完善，促進(jìn)服務(wù)型政府在平衡社會(huì)收入差距方面的職能，同時(shí)穩(wěn)定社會(huì)生活。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)城市公共服務(wù)的基本方法

第一個(gè)方法是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的感知層方面，可以推薦GPS系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)的有效使用與完善，前提是服務(wù)于政府、企業(yè)和公眾等。近年來，我國智慧城市建設(shè)中，已經(jīng)構(gòu)建了一些針對(duì)特定應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)平臺(tái)。未來將接入寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是目前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨普及與成熟，將其與現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行整合，可以更好的實(shí)現(xiàn)資源共享，最終構(gòu)建成包含多領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)總平臺(tái)。

第二個(gè)方法是在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層方面，為解決信息資源難共享和不好通信的問題，設(shè)計(jì)出一套可行的規(guī)劃方案，實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)信息資源的整合與互聯(lián)網(wǎng)通信。

第三個(gè)方法是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面上，引入物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算等技術(shù)，公開、透明與公平分配，使資源達(dá)到合理分配，使政府為社會(huì)提供良好的公共服務(wù)。

2.3 基于云計(jì)算的智慧城市建設(shè)及安全共享機(jī)制

智慧城市的構(gòu)建步驟:首先是搭建云計(jì)算平臺(tái)，利用設(shè)備計(jì)算、存儲(chǔ)、以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等資源實(shí)現(xiàn)云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算能力共享;其次設(shè)計(jì)城市服務(wù)系統(tǒng)，接入組件等各種通用部件，各類模塊能夠依照應(yīng)用的需求整合，滿足各類復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求;最后，在云計(jì)算平臺(tái)上構(gòu)建政務(wù)數(shù)據(jù)處理分析模塊，實(shí)現(xiàn)智慧城市的數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析處理及數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

在云計(jì)算平臺(tái)中，安全問題是影響智慧城市各系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵問題?；谖锫?lián)網(wǎng)與云計(jì)算平臺(tái)的智慧城市安全共享機(jī)制也存在嚴(yán)重的安全隱患。在設(shè)置安全共享機(jī)制時(shí)要求數(shù)據(jù)資源的不同內(nèi)容具有不同的屬性，且這些屬性分別對(duì)應(yīng)不同的用戶權(quán)限，從而保證數(shù)據(jù)資源的安全共享。

3 結(jié)語

基于云計(jì)算平臺(tái)的智慧城市建設(shè)，綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)高科技手段，在一定程度上能夠較大幅度地提高政府管理公共事務(wù)和公共服務(wù)的效率和質(zhì)量，更快地推進(jìn)智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。

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