物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

李永剛

（陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西省咸陽市 712000）

近年來，智慧城市這一概念不斷出現(xiàn)在大眾視野中，涵蓋了城市建設(shè)中的方方面面，包括城市基礎(chǔ)建設(shè)、城市醫(yī)療服務(wù)、教育發(fā)展、供電服務(wù)等，特別是在有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加持后，城市居民生活的便捷性有了大幅度提升。它主要利用信息采集、傳輸、分析和處理等操作，對目標(biāo)物體或環(huán)境進行監(jiān)控和分析，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，進一步提高智慧城市建設(shè)的質(zhì)量和管理效率，從而推動現(xiàn)代化城市朝著更高效、更舒適、更便捷的方向發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通俗來講就是利用相關(guān)技術(shù)在各個城市指定區(qū)域安裝由物聯(lián)網(wǎng)支持的傳感器和信息傳輸設(shè)備，這些傳感器和信息傳輸設(shè)備之間會形成一個通用的“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，便于對目標(biāo)物體的位置和相關(guān)信息進行處理。同時，通用的“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)具備以下兩個特點：

（1）該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的；

（2）和物聯(lián)網(wǎng)不同，現(xiàn)有的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)中，每個互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的終端是分開的[1]。

2 智慧城市的主要目標(biāo)

建設(shè)智慧城市是當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的必然，目的就在于提高城市各方面發(fā)展的效率，特別是加強城市治理的能力，這一舉措將對城市發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。實現(xiàn)這一目的將有利于政府對該城市的發(fā)展工作進行完善。有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持后，城市各方面的發(fā)展都將轉(zhuǎn)化為可視化的信息，幫助政府更好地了解該城市的工作狀況，從而提升城市規(guī)劃的合理性。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐智慧城市建設(shè)

在當(dāng)前信息時代快速發(fā)展的背景下，智慧城市建設(shè)是離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持的，它將成為城市建設(shè)中信息采集和執(zhí)法管理的重要手段，這將推動城市管理、城市建設(shè)朝著更智能、更精細(xì)、更便捷的方向發(fā)展。

為了推動信息化建設(shè)，我國各級政府部門也積極地運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來提高工作效率，構(gòu)建了相對成熟的電子政務(wù)系統(tǒng)。這就相當(dāng)于搭建了一個政府和民眾之間的信息橋梁，可以說是推動智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵了。政府人員利用電子政務(wù)系統(tǒng)，對民眾反映的信息進行收集匯總、整理分析，便于能及時給出解決問題的措施，這將大大提高政府的服務(wù)質(zhì)量和行政效率。

另外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用還增強了政府部門與部門之間的溝通效率，實現(xiàn)了各部門之間的信息交互。同時，相關(guān)政府部門可以利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器對當(dāng)前城市運行的現(xiàn)狀進行感知，通過感知數(shù)據(jù)，來及時調(diào)整規(guī)劃方案和決策，避免資源和人員的浪費[2]。

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

4.1 城市基礎(chǔ)設(shè)施

城市基礎(chǔ)建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對這一部分進行監(jiān)測，能確保城市基礎(chǔ)建設(shè)的有序進行，使其更好地為人民服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對城市的街道、便民設(shè)施、水壓水質(zhì)等進行網(wǎng)絡(luò)化管理，并將云計算平臺和銀行管理系統(tǒng)結(jié)合起來，對所有數(shù)據(jù)進行整理、分析和存儲，一旦出現(xiàn)問題便可及時提出解決措施。

4.2 城市政務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用對政府職能的完善是十分有利的，可以促進政府朝著智能化、信息化方向發(fā)展，通過對有效數(shù)據(jù)的反饋和分析，來提高公共管理的效率和水平。另外，在面對突發(fā)事件時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用可以讓政府部門及時做出反應(yīng)，安排人員救援和物資輸送，這是其它技術(shù)所不能實現(xiàn)的。

圖1：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場系統(tǒng)

圖2：智能道閘框圖

圖3：基于CC2530 芯片的核心電路

4.3 城市安全

居民的日常生產(chǎn)、生活安全得到保障，可以說是一個城市建設(shè)的基礎(chǔ)了。在智慧城市建設(shè)中運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以建設(shè)相應(yīng)的安全設(shè)施和應(yīng)急處理設(shè)備，一旦出現(xiàn)任何安全問題能及時發(fā)出警報，全面推動城市管理相關(guān)工作的展開。

4.4 城市環(huán)境

在當(dāng)前城市化水平不斷提升的背景下，一個成熟的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，可以說是整個城市運行管理的基石了。它除了能保證城市安全、提高政府部門工作效率外，還能為城市居民提供更便捷地服務(wù)，比如能通過網(wǎng)絡(luò)及時監(jiān)測并接收相關(guān)天氣狀況，還可以對各個路段的交通擁堵情況進行查詢，便于居民及時調(diào)整出行計劃和路線。

4.5 城市交通

道路千萬條，安全駕駛第一條。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于城市交通中，可以幫助交通管理部門及時了解各個路段是否有交通事故發(fā)生。同時，居民出行時也可以通過手機了解到當(dāng)前出行路段是否擁堵，查看公交車達到站臺的時間等，為居民生活提供便捷。

4.6 城市生活

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被運用到城市生活的方方面面，比如通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對幼兒園周邊環(huán)境進行監(jiān)測，保障幼兒安全，同時還可以將監(jiān)測信息傳遞到家長手機中，讓家長安心[3]。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市智能停車場設(shè)計中的應(yīng)用實例

5.1 智能停車場總體設(shè)計架構(gòu)

在智能停車場規(guī)劃設(shè)計中，可應(yīng)用ZigBee 無線通信技術(shù)進行實時通信，對于車位信息，可采用紅外檢測技術(shù)進行采集，當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲龊?，即可采集車位信號，?dāng)車位信號采集完成后，即可通過ZigBee 路由器將其傳遞至協(xié)調(diào)器，然后再通過串口與上位機進行連接，進而對車位信息進行自動化管理。其總體設(shè)計如圖1 所示。

（1）智能道閘系統(tǒng)是由兩個模塊所組成的，包括RFID 刷卡模塊以及單片機模塊。

（2）在該系統(tǒng)設(shè)計中，車輛檢測設(shè)計至關(guān)重要，對此，可應(yīng)用E18-D80NK 紅外檢測模塊，判斷停車位是否有車輛，然后再將所采集的信號傳遞至路由器，再通過路由器傳遞至上位機界面。

（3）ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用成本比較低，并且能耗少，通過利用ZigBee 技術(shù)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，有利于提高數(shù)據(jù)傳輸便捷性。在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建中，可采用多個路由器以及一個協(xié)調(diào)器，當(dāng)某個路由器節(jié)點發(fā)生故障時，其他路由器能夠發(fā)揮作用，保證數(shù)據(jù)傳遞的連續(xù)性。

（4）上位機軟件能夠有效接收到從協(xié)調(diào)器中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析完成后，通過圖形界面展示，便于了解停車場實際情況。

5.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.2.1 智能道閘

智能道閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

5.2.2 車位檢測和ZigBee 模塊

車位檢測是由兩個模塊所組成的，包括路由器模塊以及E18-D80NK 紅外檢測模塊，ZigBee 模塊是主要是由以下幾個部分所組成的：

（1）電源電路，可作為穩(wěn)壓器，能夠為背板電路、CC2530 芯片提供電壓；

（2）LED 模塊，通過LED 燈顯示情況，即可判斷電源連接情況以及組網(wǎng)情況；

（3）按鍵電路，可用于組網(wǎng)、復(fù)位測試中；

（4）串口電路，可接收紅外傳感器所發(fā)出的報文。

核心電路圖如圖3 所示。

5.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）智能道閘軟件。在系統(tǒng)運行過程中，首先完成系統(tǒng)初始化，在初始化操作成功后，即可等待是否有與系統(tǒng)相匹配的RFID 卡，如果有RFID 卡，則可啟動電機，打開倒閘，允許車輛駛?cè)胪＼噲?，并自動化計時。當(dāng)車輛駛出停車場時，首先刷卡，啟動電機、打開倒閘，并對停車時長以及所需費用進行計算。

（2）ZigBee 組網(wǎng)軟件。第一，協(xié)調(diào)器節(jié)點程序。協(xié)調(diào)器能夠接收由路由器所傳遞的包含紅外數(shù)據(jù)的ZigBee 報文，然后再根據(jù)已設(shè)定的程序?qū)t外數(shù)據(jù)進行解析，并傳輸至上位機界面。對于協(xié)調(diào)器，需設(shè)置PanID，如果路由器有相同PanID，則可加入至同一網(wǎng)絡(luò)中。在設(shè)備初始化操作完成后，對周邊網(wǎng)絡(luò)進行掃描，檢查是否有相同的PanID，如果沒有發(fā)現(xiàn)相同PanID，則可根據(jù)PanID 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。如果有路由器需申請進入網(wǎng)絡(luò)，則要求對PanID 進行檢查，如果PanID 相同，則可發(fā)送命令，允許路由器進入系統(tǒng)，同時還需分配16 位短地址，對新加入路由器的短地址做好詳細(xì)記錄。當(dāng)有信息傳遞至記錄表時，即可自動接收并處理。另外，協(xié)調(diào)器還可對網(wǎng)絡(luò)中的各類設(shè)備發(fā)送廣告命令，并將信息傳遞至指定設(shè)備。第二，路由器程序。路由器是由兩個模塊所組成的，包括紅外模塊以及ZigBee 模塊。其主要作用是接收從紅外模塊中所發(fā)出的信號數(shù)據(jù)。ZigBee 模塊的作用是創(chuàng)建ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)備初始化操作完成后，對周邊網(wǎng)絡(luò)進行掃描，檢查是否有相同PanID 的協(xié)調(diào)器，如果協(xié)調(diào)器的PanID 相同，則可加入至網(wǎng)絡(luò)中。協(xié)調(diào)器可對路由器發(fā)送16 位短地址，然后再由路由器寫入至FLASH，通常情況下，短地址不會調(diào)整。當(dāng)路由器與紅外模塊連接后，即可接收由紅外模塊所傳遞的信號，并根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）上位機客戶端。在該智能化停車場設(shè)計中，在軟件編寫設(shè)計中應(yīng)用C++語言。在上位機客戶端與協(xié)調(diào)器之間，可應(yīng)用USB 串口進行連接，進而讀取數(shù)據(jù)，上位機軟件在獲得所傳遞的數(shù)據(jù)后，即可進行數(shù)據(jù)解析，并根據(jù)解析結(jié)果進行可視化處理。此時，上位機中即可顯示出停車場停車總量、車位占用數(shù)量等，同時還可對停車場環(huán)境溫度以及濕度進行檢測記錄。

6 總結(jié)

綜上所述，本文主要對智慧城市建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進行了探究，并以智能停車場為研究對象，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用要點進行詳細(xì)探究。物聯(lián)網(wǎng)為新型技術(shù)，通過將物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市建設(shè)進行有效結(jié)合，能夠充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，促進智慧城市建設(shè)發(fā)展。