城市智能感應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用探討

許國安

（深圳市政府投資項目評審中心，深圳 518000）

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化的快速推進，城市大氣污染、噪聲污染、輻射污染等城市問題日益突出[1]；同時，城市居民健康意識和環(huán)保意識的增強，逐漸對城市快速發(fā)展所帶來的污染物的容忍程度越來越低，城市問題和居民對環(huán)境要求的矛盾日漸突出，這些現(xiàn)象勢必對城市管理的質(zhì)量、效益與精細程度提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)的城市管理傾向于局部地區(qū)污染的治理和管控，環(huán)境數(shù)據(jù)的獲知通常采用人工采集。這種被動式的管理方式隨著城市化進程的推進，必然需要更多的人力、物力和財力去支撐。因此，城市管理迫切需要一種更精細的、實時的環(huán)境參數(shù)自動感應(yīng)系統(tǒng)，用來主動獲知城市發(fā)展過程中的各種環(huán)境參數(shù)，來達到對城市的精細化管理要求。本文提出了一種利用傳感器技術(shù)和移動通信技術(shù)結(jié)合的技術(shù)方案來構(gòu)建的城市智能感應(yīng)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對各項城市環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，為環(huán)境污染治理、智慧城市應(yīng)用等提供決策支持和管理控制依據(jù)。

1 系統(tǒng)簡介

傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)[2]。它通過廣泛分布于城市的大量感應(yīng)節(jié)點，利用傳感技術(shù)實現(xiàn)對大氣污染、PM2.5、溫濕度、光照強度、紫外強度等多種環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并通過移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將采集數(shù)據(jù)實時送達控制中心；所采集的數(shù)據(jù)可應(yīng)用于解決環(huán)境突發(fā)事件的及時響應(yīng)、治理城市污染、實現(xiàn)城市的精細化管理。同時，實時數(shù)據(jù)還可以為智慧城市的智能燈光控制、園林綠化管理提供控制依據(jù)，為數(shù)字城市提供有力數(shù)據(jù)支撐。城市智能感應(yīng)系統(tǒng)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個方向，系統(tǒng)具有以下特點：

數(shù)據(jù)獲取的主動性：有別于傳統(tǒng)的人工手動方式采集環(huán)境數(shù)據(jù)，和城市居民以投訴等方式反映城市問題的數(shù)據(jù)反饋方式，城市智能感應(yīng)系統(tǒng)的感應(yīng)節(jié)點可實行無人值守，在不需要人力干預(yù)的情況下即可完成各項數(shù)據(jù)采集工作，這種自動方式既節(jié)省人力，又可以提高效率。

數(shù)據(jù)采集的實時性：感應(yīng)節(jié)點采集的數(shù)據(jù)將通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入移動通信網(wǎng)，并實時將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。

數(shù)據(jù)的準確性和精確性：感應(yīng)節(jié)點通過傳感器獲取數(shù)據(jù)后，同時附上北斗等定位系統(tǒng)的定位信息，使得數(shù)據(jù)在準確的基礎(chǔ)上保證真實性與精確性。這樣就可以使城市治理和智慧城市的管控精確到城市的每一個角落。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 感應(yīng)節(jié)點構(gòu)成

感應(yīng)節(jié)點作為城市智能感應(yīng)系統(tǒng)“細胞”，采用傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成多種傳感器和移動通信模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動存儲和自動上報功能。感應(yīng)節(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可由傳感器數(shù)據(jù)采集、控制和存儲、數(shù)據(jù)通信三部分構(gòu)成。

傳感器數(shù)據(jù)采集：集成各種傳感器，包括測量大氣污染物的傳感器、測量光照強度的傳感器、測量溫濕度的傳感器和測量噪聲的傳感器等。傳感器采用模塊化設(shè)計，即插即用。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)城市環(huán)境治理重點區(qū)域靈活布點，具體的布置點也可根據(jù)所布置區(qū)域的監(jiān)測重點來合理配置模塊數(shù)目。模塊化的設(shè)計有利于產(chǎn)品的制造、升級、維護，以及帶動相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的培植、發(fā)展和相關(guān)標(biāo)準的制定。

控制和存儲：用來管理、收集和存儲數(shù)據(jù)，同時作為傳感器模塊的監(jiān)控和管理核心，為控制中心對節(jié)點的遠程服務(wù)提供支持。

數(shù)據(jù)通信：將實時數(shù)據(jù)打包，在獲取實時數(shù)據(jù)的同時，附加布置地點的位置信息，通過移動通信射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站，基站通過互聯(lián)網(wǎng)與控制中心連接。由于傳輸數(shù)據(jù)量不大但對實時性要求高，通信模塊可以采用將要淘汰的2G或3G網(wǎng)絡(luò)，充分利用現(xiàn)存的舊的移動通信資源，這可為老舊移動通信網(wǎng)的再利用與物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)融合發(fā)展開辟新的方向[3]。

感應(yīng)節(jié)點的布置可以根據(jù)需要布置在人流密集的小區(qū)、污染源所在的工廠區(qū)、鬧市等。由于數(shù)據(jù)傳輸采用的是無線傳輸，因此，感應(yīng)節(jié)點的布置并不需要額外的有線數(shù)據(jù)傳輸通道，只需要利用現(xiàn)有的路燈電網(wǎng)，接入電源即可使用。感應(yīng)節(jié)點的具體安裝地點，可選擇路燈、屋檐下、樹等，安裝靈活便捷。

2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

感應(yīng)節(jié)點是城市智能感應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的作用發(fā)揮還需要系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。城市智能感應(yīng)系統(tǒng)的組網(wǎng)架構(gòu)，由感應(yīng)節(jié)點、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、控制中心三部分組成。

感應(yīng)節(jié)點廣泛分布于城市各角落，實時采集區(qū)域內(nèi)的各類環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過移動通信網(wǎng)實時上報。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)由移動通信基站、傳輸設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)組成，負責(zé)將感應(yīng)節(jié)點采集的數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，并將控制中心的維護信息下發(fā)至各個感應(yīng)節(jié)點。控制中心將采集的參數(shù)存儲到服務(wù)器，將數(shù)據(jù)分類匯總、繪制數(shù)據(jù)地圖等，并實時監(jiān)控各節(jié)點的運行。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

隨著城市化進程的推進，城市的規(guī)模將越來越大，感應(yīng)節(jié)點作為城市的“神經(jīng)末梢”，城市智能感應(yīng)系統(tǒng)作為城市的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，可承擔(dān)起城市管理的智能感知功能。系統(tǒng)將主動采集獲取城市各個角落的環(huán)境數(shù)據(jù)。通過實時監(jiān)控污染物，可精確把控污染的源頭，從根本上治理城市大氣污染；通過光照強度的采集分析，可實時控制城市路燈的開啟或關(guān)閉，在便民的基礎(chǔ)上節(jié)能；通過噪聲數(shù)據(jù)的采集分析，可用來規(guī)范和管理城市各噪聲單位。另外，全局采集的數(shù)據(jù)可以通過全景數(shù)據(jù)地圖的方式來展示城市狀況，長期的數(shù)據(jù)收集可用來科學(xué)研究。

4 結(jié)束語

城市智能感應(yīng)系統(tǒng)作為作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用以及智慧城市發(fā)展的重要方向，能為城市污染治理、精細化管理提供支撐，有效地提升城市治理水平，提升城市居民的生活品質(zhì)，對打造宜居城市、提高城市城市競爭力有重要的現(xiàn)實意義。同時，城市智能感應(yīng)系統(tǒng)的建立也有助于推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和培植新的信息產(chǎn)業(yè)。

[1] 周民良.中國城市環(huán)境污染與可持續(xù)性發(fā)展[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2008（5）：14-20.

[2] 李曉明，張彬，賈巧麗.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢分析[J].中國新通信，2011（19）：82-88.

[3] 唐雄燕，胡昌瑋.電信運營商的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思考[J].郵電設(shè)計技術(shù)，2011（07）：1-4.