物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用研究

趙陽(yáng)光　中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所助理工程師

?

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用研究

趙陽(yáng)光中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所助理工程師

摘要：城市信息化的發(fā)展趨勢(shì)是構(gòu)建智慧、協(xié)同的城市信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)政府發(fā)展智慧城市有諸多積極作用。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)也是智慧城市實(shí)現(xiàn)的承載平臺(tái)，智慧城市則是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的強(qiáng)有力體現(xiàn)。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及基礎(chǔ)架構(gòu)、智慧城市的概念及發(fā)展動(dòng)態(tài)，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在智慧城市建設(shè)的重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行了深入研究，對(duì)智慧城市物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)及對(duì)策進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧城市；車聯(lián)網(wǎng)；可穿戴設(shè)備

1　引言

隨著城市數(shù)量和城市人口的不斷增多，城市的發(fā)展面臨著許多困難，諸如低效的城市管理方式、擁堵的交通系統(tǒng)、難以發(fā)揮實(shí)效的城市應(yīng)急系統(tǒng)、遠(yuǎn)不完善的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系等。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)日臻成熟，借助高科技手段實(shí)現(xiàn)智慧城市的建設(shè)成為當(dāng)前社會(huì)最受關(guān)注的問(wèn)題。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念及其相關(guān)技術(shù)，探討了智慧城市的內(nèi)涵及物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的應(yīng)用，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)智慧城市的建設(shè)中存在的問(wèn)題及發(fā)展對(duì)策給出了建議。

2　智慧城市

智慧城市的核心是以一種更智慧的方法通過(guò)利用以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等為核心的新一代信息技術(shù)來(lái)改變政府、企業(yè)和人們相互交往的方式，對(duì)于包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求做出快速、智能的響應(yīng)，提高城市運(yùn)行效率，為居民創(chuàng)造更美好的城市生活。

智慧城市包括城市的網(wǎng)絡(luò)、各物體中的傳感器、計(jì)算設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，還有基于這些設(shè)施對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析從而建立的支撐城市中信息的管理與綜合決策的平臺(tái)。在智慧城市發(fā)展階段，是將物理城市與數(shù)字城市通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)這一媒介，將虛擬與實(shí)在的空間相結(jié)合。在這個(gè)空間中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并且實(shí)時(shí)感知客觀現(xiàn)實(shí)世界中物體與人的各種變化，而后有云計(jì)算中心對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行計(jì)算與控制。可為民生、公共安全、城市服務(wù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各項(xiàng)活動(dòng)提供智能化的服務(wù)，最終建立一個(gè)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的城市。

在智慧城市中，將享受到智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、智能城管、智能教育、智能交通等應(yīng)用系統(tǒng)在公共服務(wù)平臺(tái)為個(gè)人提供的個(gè)性化服務(wù)，人們的生活也將會(huì)更加便利。

3　物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息化時(shí)代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。

3.1物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值在于讓物體也擁有了“智慧”，從而實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的溝通，物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知、互聯(lián)和智能的疊加。因此，物聯(lián)網(wǎng)由3個(gè)部分組成：感知部分，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)對(duì)“物”的識(shí)別；傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；智能處理，即利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、中間件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的自動(dòng)控制與智能管理等。目前，在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)也大致被公認(rèn)為有這3個(gè)層次，底層是用來(lái)感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層。

3.2關(guān)鍵技術(shù)

傳感器技術(shù)。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)各種參量進(jìn)行信息采集和簡(jiǎn)單加工處理的設(shè)備，被稱為物聯(lián)網(wǎng)傳感器。

RFID射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification）。RFID利用射頻信號(hào)通過(guò)空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別。RFID既可以看做是一種設(shè)備標(biāo)識(shí)技術(shù)，也可以歸類為短距離傳輸技術(shù)。RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）3部分組成。由于RFID具有無(wú)需接觸、自動(dòng)化程度高、耐用可靠、識(shí)別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境、可實(shí)現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別等優(yōu)勢(shì)，因此可用于廣泛的領(lǐng)域，如物流和供應(yīng)鏈管理、門禁安防系統(tǒng)、道路自動(dòng)收費(fèi)、航空行李處理、文檔追蹤/圖書館管理、電子支付、生產(chǎn)制造和裝配、物品監(jiān)視、汽車監(jiān)控、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)等。

與一維條形碼相比二維碼有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其數(shù)據(jù)容量更大，能夠在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量的信息；超越了字母數(shù)字的限制；尺寸相對(duì)較??；具有抗損毀能力。此外，二維碼還可以引入保密措施，其保密性較一維碼要強(qiáng)很多。與RFID相比，二維碼最大的優(yōu)勢(shì)在于成本較低，一條二維碼的成本僅為幾分錢，而RFID標(biāo)簽因其芯片成本較高，制造工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。在讀寫條件并不嚴(yán)苛，數(shù)據(jù)資料不需要更新的前提下，二維碼在識(shí)別上的應(yīng)用具有較高的價(jià)值。

ZigBee是一種短距離、低功耗的無(wú)線傳輸技術(shù)，是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)，它是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用更低。其目標(biāo)市場(chǎng)主要有家庭內(nèi)智能控制（照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等）、玩具（電子寵物）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視器和傳感器）、工控（監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備）等非常廣闊的領(lǐng)域。

4　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)城市發(fā)展日益受到土地、空間、能源和清潔水等資源短缺的約束，城市人口膨脹、環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題面臨的壓力也越來(lái)越大。“智慧城市”課題正是基于這個(gè)背景提出，其必要性和緊迫性十分明顯。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)這一新興信息技術(shù)的日益成熟，智慧城市建設(shè)中的技術(shù)問(wèn)題得到了有效解決?；谖锫?lián)網(wǎng)蓬勃興起的業(yè)務(wù)與應(yīng)用逐漸成為智慧城市的主流應(yīng)用，并且物

聯(lián)網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，使城市環(huán)境完備智能、服務(wù)高效靈活、治理精準(zhǔn)高效。

4.1智能物流

在智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，物流管理是最早應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的行業(yè)之一，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用快速實(shí)現(xiàn)了物流行業(yè)管理的自動(dòng)化和智能化，并加速了發(fā)展。在物流行業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）、自動(dòng)感知和識(shí)別技術(shù)、智能定位、網(wǎng)絡(luò)化管理以及后興起的二維碼掃描等方面，這些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用都在極大程度上推動(dòng)了物流行業(yè)的發(fā)展，并使物流行業(yè)的管理實(shí)現(xiàn)了高智能化和高自動(dòng)化。

4.2智能交通

交通管理作為城市管理中較為關(guān)鍵，也較為棘手的環(huán)節(jié)，其智能化的實(shí)現(xiàn)能夠提高城市運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，而且也是城市綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)交通管理設(shè)備的自動(dòng)化，一方面，能夠?yàn)槿粘５慕煌ㄊ鑼?dǎo)和管理提供新的技術(shù)手段，為交通事故的處理、交通疏通等提供技術(shù)支持；另一方面，也有助于交通路線的最初設(shè)計(jì)，有利于更加合理地設(shè)計(jì)交通線路。交通的便利性也能夠促進(jìn)城市旅游業(yè)的發(fā)展，可見交通管理智能化的實(shí)現(xiàn)既有助于城市居民生活的便利，也有助于城市第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.3智慧醫(yī)療

在智能醫(yī)療中，醫(yī)療機(jī)構(gòu)需要以電子化的方式為患者創(chuàng)建并保存電子病歷，其主要目的是對(duì)門診和住院等醫(yī)療行為進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和集成，形成一份患者在該醫(yī)療機(jī)構(gòu)的所有就診行為記錄和臨床信息資源。對(duì)電子病歷的存儲(chǔ)和描述包括兩部分即半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化。在段落文字基礎(chǔ)上建立信息搜索和單位；將電子病歷中醫(yī)療文書的語(yǔ)句標(biāo)準(zhǔn)化，并建立標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療語(yǔ)句的數(shù)據(jù)庫(kù)，方便病歷書寫及查詢、分析和統(tǒng)計(jì)。在我國(guó)，電子病歷在甲級(jí)醫(yī)院正投入推廣和使用。我國(guó)各地建立的健康信息系統(tǒng)正式為患者建立了個(gè)人健康檔案，這一舉措不僅為醫(yī)院在診療結(jié)果共享方面避免了重復(fù)檢查，也使得患者能夠便利地進(jìn)行轉(zhuǎn)診。

5　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市發(fā)展建議

物聯(lián)網(wǎng)滲透領(lǐng)域廣泛，但商業(yè)模式還在不斷探索中。結(jié)合全球和我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)力的重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域，建議選擇具有較強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和較大產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用的關(guān)鍵領(lǐng)域，加快應(yīng)用打造和推廣。

5.1醫(yī)療領(lǐng)域

一是加快智慧醫(yī)療關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。突破包括心率、體溫、心電、血壓、血糖、血氧等在內(nèi)的生物體征感知技術(shù)，達(dá)到醫(yī)療應(yīng)用水平。研發(fā)面向健康醫(yī)療的可穿戴設(shè)備、家用醫(yī)療設(shè)備等終端整機(jī)產(chǎn)品，并形成包括應(yīng)用軟件及配套支撐系統(tǒng)的完整解決方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。推動(dòng)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)突破健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集、處理、分析以及可視化等領(lǐng)域。

二是推進(jìn)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)工程。聯(lián)合醫(yī)療衛(wèi)生主管部門，建立健全各級(jí)人口健康信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)平臺(tái)互聯(lián)互通，提高人口信息、電子健康檔案、電子病歷三大數(shù)據(jù)庫(kù)的覆蓋率及主要數(shù)據(jù)項(xiàng)的完整率。建設(shè)健康醫(yī)療公共大數(shù)據(jù)平臺(tái)，推進(jìn)企業(yè)、醫(yī)院、疾病預(yù)防機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)公司、醫(yī)藥企業(yè)等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)開放與共享。

三是建立醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)智慧醫(yī)療健康終端產(chǎn)品、云服務(wù)、數(shù)據(jù)等標(biāo)準(zhǔn)制定。構(gòu)建智慧醫(yī)療技術(shù)與產(chǎn)品評(píng)測(cè)體系，推動(dòng)產(chǎn)品、云服務(wù)及數(shù)據(jù)的評(píng)測(cè)驗(yàn)證，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)完善與產(chǎn)品成熟。

5.2工業(yè)領(lǐng)域

一是加快高可靠、高速率、低時(shí)延、泛在互聯(lián)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)，打造從通信芯片、關(guān)鍵器件、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈。

二是加快新型工業(yè)數(shù)據(jù)集成和分析平臺(tái)的技術(shù)研發(fā)，打造從底層控制芯片、中間件、系統(tǒng)平臺(tái)到工業(yè)應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈。結(jié)合工業(yè)核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品專項(xiàng)，重點(diǎn)推進(jìn)工業(yè)控制芯片、控制器等關(guān)鍵器件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

三是加快面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全和工控安全防護(hù)技術(shù)研發(fā)，打造工業(yè)安全整體解決方案。

5.3交通領(lǐng)域

一是盡快啟動(dòng)一批重點(diǎn)項(xiàng)目和工程，搭建車聯(lián)網(wǎng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證、測(cè)試基地和平臺(tái)，以基地/平臺(tái)整合各方力量，實(shí)現(xiàn)跨界合作。

二是加快推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系總體設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌標(biāo)準(zhǔn)化工作。加快LTE-V技術(shù)的研發(fā)，積極推動(dòng)LTE-V的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。

6　結(jié)束語(yǔ)

智慧城市通過(guò)智慧傳感網(wǎng)可對(duì)各類數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理，并將結(jié)果在數(shù)字城市中的框架中更新、發(fā)布，達(dá)到使人類和機(jī)器方便交互的目的。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可將采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，將分析和處理的結(jié)果與智慧城市控制網(wǎng)相融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的控制與管理。

目前，我國(guó)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)正處于迅猛發(fā)展的階段，下一階段應(yīng)突破海量數(shù)據(jù)處理、智能終端系統(tǒng)、智慧化產(chǎn)業(yè)支撐平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)。另一方面，也需要依靠政府和行業(yè)主管部門制定發(fā)展規(guī)劃和扶持政策以大力推進(jìn)智慧城市建設(shè)，從而構(gòu)建良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和配套措施，建設(shè)寬帶普遍部署的通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)

［1］程大章.智慧城市頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)論［M］.科學(xué)出版社，2012.

［2］邵建.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用［J］.移動(dòng)通信，2012.

［3］余科根，夏伊恩，郭英杰.地面無(wú)線定位技術(shù)［M］.電子工業(yè)出版社，2012.

［4］童曉渝，張?jiān)朴?，徐?智能普適網(wǎng)絡(luò)［J］.通信學(xué)報(bào)，2011.

Research on the application of IOT technology in smart city

Zhao Yangguang

Abstract：The development trend of urban informatization is the construction of smart and cooperative information system. The IOT technology has many positive effects on the development of the construction of smart city. Besides，IOT is also a platform for the realization of smart city while smart city is a powerful manifestation of IOT. This paper describes the key technology and infrastructure of IOT，the concept and development of smart city，the application of the IOT technology in the construction of smart city. Bsides，this paper also analyze the challenges and countermeasures of the application of IOT technology in smart city.

Key words：IOT；smart city；car networking；wearable device（

收稿日期：2015-12-14）