物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市公共設(shè)施運行系統(tǒng)的開發(fā)研究——以城市綜合性公園公共設(shè)施為例

王義鵬，張詩林

（吉林動畫學(xué)院，吉林 長春 130000）

0 引 言

“智慧城市”概念自誕生以來便受到全世界各國家及地區(qū)的廣泛關(guān)注，在加強國家安全、健全城市治安防控體系、維護公共安全等方面意義重大，其提供的智能化服務(wù)對于提升城市形象、增強人民群眾的幸福感和安全感也有極大推進作用，而支撐其運轉(zhuǎn)的核心技術(shù)之一，便是被人們稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮的物聯(lián)網(wǎng)。隨著我國整體經(jīng)濟實力的提升，人們對于城市的訴求不再是鋼筋水泥包裹下的高樓大廈，反而追求小橋流水鄰里關(guān)懷下的溫暖，城市應(yīng)該從冰冷的觀賞性向溫暖的實用性轉(zhuǎn)換，而智慧城市便是提高城市服務(wù)質(zhì)量的有效方式之一。

公共設(shè)施作為城市環(huán)境的重要組成部分，是城市居民接觸城市環(huán)境的重要媒介，具有協(xié)調(diào)人與城市環(huán)境關(guān)系的重要作用，是城市形象以及管理質(zhì)量、生活質(zhì)量的重要體現(xiàn)。隨著智慧城市概念的推廣，物聯(lián)網(wǎng)在公共設(shè)施上的應(yīng)用成為推進智慧城市發(fā)展的重要組成。但現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共設(shè)施的應(yīng)用上存在技術(shù)濫用、設(shè)施開發(fā)缺乏科學(xué)的需求分析、公共設(shè)施功能浪費及實用性缺失等問題，而造成這些問題的原因，一方面是開發(fā)過程缺乏對用戶需求的分析，另一方面是缺乏系統(tǒng)性的管理和運行模式，導(dǎo)致出現(xiàn)功能孤立、信息更新不足、實時服務(wù)延遲等問題，而設(shè)施間良性運行系統(tǒng)的建立可以有效提高信息共享、信息收集、情報更新和智能服務(wù)的能力，是智能設(shè)施共生共存的基礎(chǔ)，也是設(shè)施功能良性循環(huán)、設(shè)施服務(wù)最大化的保證。本文以與城市居民生活、娛樂關(guān)聯(lián)性最為密切的公園空間為研究對象，探討公共設(shè)施運行系統(tǒng)開發(fā)的必要性和可行性，并根據(jù)公園空間的特殊環(huán)境，分析用戶的實際需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性，提出適合公園環(huán)境的運行系統(tǒng)[1-2]。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念及特征

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。其概念由自動識別中心Auto-ID Labs于1999年提出，最初的內(nèi)涵是通過各種射頻識別信息的傳感設(shè)備將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，以實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)在隨后的發(fā)展中經(jīng)歷IFFF，ITU，3GPP，IETF等標(biāo)準(zhǔn)化定義機構(gòu)的命名，最終將物聯(lián)網(wǎng)定義為“事物或設(shè)備通過與互聯(lián)網(wǎng)的連接豐富其價值并可以提供給使用者的一種技術(shù)”。

物聯(lián)網(wǎng)在誕生之初便被看做是信息領(lǐng)域的重大發(fā)展和機遇，在2005年突尼斯信息社會世界峰會上發(fā)布的《The Internet of things》報告中對于物聯(lián)網(wǎng)的特征、技術(shù)、挑戰(zhàn)及機遇做了詳細(xì)陳述，使物聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)得到重視，并為其未來的發(fā)展指明了方向。正因為物聯(lián)網(wǎng)蘊含巨大的市場潛力，不論是歐盟發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)行動計劃，還是美國IBM針對物聯(lián)網(wǎng)趨勢提出的“智慧地球”概念，都旨在抓住機遇，將物聯(lián)網(wǎng)的概念付諸于實際行動。與此同時，日本、韓國、新加坡等亞洲國家也針對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提出各自的策略。中國將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)予以高度重視，在政府報告中提出推動中國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)從概念推廣、政策制定、配套建設(shè)到技術(shù)研發(fā)快速發(fā)展，國家發(fā)改委等八部委在《指導(dǎo)意見》中也明確強調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)過程中的重要作用，由此也可以看出我國對于大力推進物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大決心。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)在城市公共設(shè)施中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳輸和智能處理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物體變得智能化，可以與用戶實現(xiàn)情報的傳遞并提供相應(yīng)服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)由于其出色的信息收集、管理等優(yōu)點，在城市道路監(jiān)管、水質(zhì)管理、流量監(jiān)測等信息基礎(chǔ)設(shè)施方面應(yīng)用普遍，同時在城市安全、城市環(huán)境監(jiān)測、城市交通管理等與城市密切關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施中也起到十分重要的作用。在城市公共設(shè)施領(lǐng)域，由于公共設(shè)施具有美觀、便于更換、貼近大眾生活等特點，成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用的重要載體，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市公共設(shè)施相繼問世。例如芬蘭首都赫爾辛基推出為游客提供智能服務(wù)的指示牌，通過太陽能源驅(qū)動的法國Concept Shelters智能公交車站，以及阿姆斯特丹致力于綠色交通推廣的可自動更換電池的充電站等，這些智能公共設(shè)施最為突出的特征就是運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對設(shè)施進行智能化改造，解決城市智能化不全面等問題，對于我國智慧城市的發(fā)展意義重大。

縱觀近年來物聯(lián)網(wǎng)在中國城市中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目前仍然缺乏系統(tǒng)性的應(yīng)用指導(dǎo)，其應(yīng)用多停留在“概念”階段，而且缺乏系統(tǒng)性的管理和運營方法。雖然很多城市都運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了智能便民設(shè)施，但技術(shù)的運用只關(guān)注設(shè)施本身，并未考慮設(shè)施間的關(guān)聯(lián)和綜合性的運行方式，未能最大限度發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢。城市作為一個整體，其組成部分既相互影響又相互關(guān)聯(lián)，各智能設(shè)施只有相互連動、信息共享才能最大化發(fā)揮其功能價值。加之物聯(lián)網(wǎng)本身的優(yōu)勢是情報的傳遞和共享，因此運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一套智能、有效的運行系統(tǒng)是解決智能設(shè)備功能單一、設(shè)備管理滯后的重要途徑，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用普及與智能城市發(fā)展的重要推動力。城市是一個復(fù)雜的綜合體，不同的職能空間對運行系統(tǒng)的要求也不同，本研究側(cè)重于智能設(shè)施系統(tǒng)運行與城市居民的關(guān)聯(lián)性，因此將研究對象選定為與城市居民生活、娛樂關(guān)系密切的城市公園，以此來構(gòu)建符合城市居民需求的智能公共設(shè)施運行系統(tǒng)[3-4]。

2 公園設(shè)施與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合方案

城市公園是供城市居民或其他之用的公共用地，在生態(tài)文化建設(shè)方面具有舉足輕重的作用。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市公園空間的應(yīng)用，是提高城市綜合智慧化程度的重要保證。隨著居民生活方式的改變、活動類型的增多，傳統(tǒng)功能單一的娛樂設(shè)施已無法滿足居民日益豐富的娛樂要求，而運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的智能設(shè)施不僅可以滿足互聯(lián)網(wǎng)普及時代下人們新的行為需求，同時可以解決傳統(tǒng)設(shè)施使用過程中的潛在問題。本論文以綜合性公園內(nèi)公共設(shè)施為研究對象，在分析對象需求的基礎(chǔ)上，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能設(shè)施運行系統(tǒng)。為全面客觀獲取城市居民在綜合性公園使用過程中的問題及需求，筆者以北京市城市公園分布類型為參考基準(zhǔn)，分別對頤和園等7個綜合性公園進行了實地探訪，并針對公園內(nèi)使用人群進行用戶調(diào)查分析，在考慮用戶需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特性，分別從信息感知、信息傳遞、智能化處理3個層面，研究公園設(shè)施與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的可行性。

2.1 信息感知層面

通過對公園內(nèi)用戶的行為分析，將感知信息類型分為安全類信息和便捷類信息。其中安全類可以分為公園空間安全性使用信息和使用者身體健康狀態(tài)信息，公園空間安全性使用信息包括夜間的安全照明環(huán)境、意外事故處理機制、公園道路安全指示、自行車道上兒童意外突入提示等。使用者身體健康狀態(tài)信息主要指運動過程中自身健康狀態(tài)的實時把握，避免過度運動造成的意外傷害以及適宜運動的天氣情報信息獲取等。便捷類信息主要指使用者在公園空間內(nèi)更快速、智能地獲取所需情報，例如公園設(shè)施分布、公園路線指引、隨行兒童位置檢測、天氣、溫度、濕度等信息獲取，以及節(jié)日期間人流分布、獲取洗手間排隊信息等，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與公共設(shè)施的結(jié)合，運用傳感設(shè)備以實時獲取周邊情報，監(jiān)測周邊環(huán)境信息和人群狀況，為公園使用對象提供全天候信息服務(wù)[5-7]。信息感知過程如圖1所示。

圖1 智能設(shè)施信息感知過程

2.2 信息傳遞層面

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)物與物、物與人的信息傳遞，根據(jù)傳遞的載體和對象的不同，信息傳遞大致分為設(shè)施間的信息傳遞、設(shè)施與人之間的信息傳遞，信息傳遞過程如圖2所示。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使公園內(nèi)原本相互獨立的設(shè)施通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享，每個設(shè)施根據(jù)其功能定位收集相應(yīng)情報，并通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)信息共享，設(shè)施可以利用其本身的分布特征和用戶需求功能實現(xiàn)合理的智能化運行模式，并且收集的信息可以直接傳遞到更高一級的服務(wù)器，實現(xiàn)信息的智能化處理。經(jīng)過分析后的高準(zhǔn)確率情報可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋給各智能設(shè)施，實現(xiàn)情報收集、傳遞、處理的良性循環(huán)。設(shè)施與人之間的信息傳遞表現(xiàn)為2個方面：智能設(shè)備可以為使用者提供所需情報，包括自然環(huán)境信息、設(shè)施使用信息、人流分布信息、定位家人位置等，以此來滿足使用者對智能設(shè)備的基本需求；為公園的管理者提供指導(dǎo)性管理方案，幫助城市規(guī)劃者制定科學(xué)、合理的規(guī)劃，提供客觀指導(dǎo)信息等。公園管理者可以實時監(jiān)測公園使用情況，了解設(shè)施使用問題并及時維修管理，為公園使用者提供更加人性化的服務(wù)[8-9]。

圖2 智能設(shè)施信息傳遞的基本框架

2.3 智能處理層面

為使用者提供服務(wù)是設(shè)施智能化的最終目的，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取的周邊環(huán)境信息均以數(shù)據(jù)化的形式儲存在服務(wù)端，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能設(shè)備不僅使人與人之間的信息傳遞變得快捷，同時也使人與物之間的聯(lián)系成為可能。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使物理世界中存在的事物可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能連接，為使用者提供更人性化的服務(wù)。

本論文以綜合性公園中的公共設(shè)施為研究對象，以使用者需求為依據(jù)，分析了公共設(shè)施與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合條件下的應(yīng)用方向。考慮到物聯(lián)網(wǎng)本身的實現(xiàn)就是一套完整的收集、傳輸、反饋過程，因此，與公共設(shè)施相結(jié)合的智能設(shè)施同樣需要一套系統(tǒng)來實現(xiàn)功能的最大化，同時有效避免智能設(shè)施功能單一、管理維護滯后等問題，實現(xiàn)智能設(shè)施的高效運行。

3 公共設(shè)施運行系統(tǒng)的開發(fā)

使用者是系統(tǒng)運行的核心，公共設(shè)施作為構(gòu)成系統(tǒng)的硬件設(shè)施是系統(tǒng)運行的載體，而支撐物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運行的軟件設(shè)施同樣是系統(tǒng)構(gòu)成的基本要素。本研究在原公共設(shè)施基礎(chǔ)上結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在考慮使用對象需求及相互關(guān)系的基礎(chǔ)上實現(xiàn)運行系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可以解決原有設(shè)施管理過程中出現(xiàn)的問題，同時還能為使用者提供一種全新的設(shè)施體驗?zāi)Ｊ?，并為管理者?jié)省時間。在系統(tǒng)構(gòu)成框架的基礎(chǔ)上，模擬使用者參與系統(tǒng)運行的過程。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)成基本框架

在此運行系統(tǒng)中，每個使用者都可以根據(jù)自身需求在不同的智能設(shè)施中獲得服務(wù)，同時設(shè)施間分工明確，在信息收集與傳輸?shù)耐瑫r，實現(xiàn)信息的整理與共享。研究為了演示系統(tǒng)運行的模式，以圖3中系統(tǒng)構(gòu)成的基本框架為基礎(chǔ)，設(shè)置假想用戶，模擬物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施系統(tǒng)的運行模式?？紤]到綜合性公園空間范圍廣、功能全面、設(shè)施多樣的特點，不同的年齡段用戶對智能設(shè)施有不同的需求，通過對綜合性公園使用者的特征進行分析，發(fā)現(xiàn)自行車使用者由于其位置變換快、活動范圍較大，且對道路信息依懶性強的特點，以自行車使用者作為系統(tǒng)運行的模擬對象。智能設(shè)施通過傳感器收集騎車者的速度、位置等信息，隨時監(jiān)測道路狀況，并將道路上的潛在危險實時傳遞給騎車者；夜間智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)騎車者的位置智能開啟，既保證道路安全又可以節(jié)約能源；智能自行車存放裝置可以保證騎車者的財物安全；智能路標(biāo)可以根據(jù)園區(qū)狀態(tài)分享實時情報等。與此同時，園區(qū)內(nèi)其他使用者也可以隨時獲取道路信息情報，管理者可以監(jiān)測園區(qū)使用狀況，設(shè)施物之間根據(jù)各自分布及功能獲取必要信息并共享[10]。以自行車使用者為對象，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施系統(tǒng)的運行模式如圖4所示。

圖4 智能設(shè)施運行系統(tǒng)

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施是城市智慧化的重要組成部分，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共設(shè)施中的應(yīng)用，分析了目前我國公共智能設(shè)施的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題，面對我國智能設(shè)施存在濫用及服務(wù)滯后等問題，提出構(gòu)建智能設(shè)施運行管理系統(tǒng)的研究方向。在研究系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，將研究的范圍定位為與城市居民關(guān)聯(lián)密切、活動內(nèi)容最豐富的城市綜合性公園，通過對北京7個綜合性公園的實地分析與問卷調(diào)查，分析公園使用者的實際需求，在滿足使用者需求的前提下結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出智能設(shè)施開發(fā)方案，并從智能設(shè)施的實際應(yīng)用出發(fā)構(gòu)建整體運行方案，通過系統(tǒng)的構(gòu)建明確各智能設(shè)施的功能，增加設(shè)施間的關(guān)聯(lián)性，提高運行效率。本論文分別從設(shè)施、公園使用者、管理者等角度出發(fā)，分析了系統(tǒng)運行與各構(gòu)成要素的關(guān)系，為系統(tǒng)的實際運行提供全方位的指導(dǎo)建議。

本系統(tǒng)的開發(fā)與運行演示都是基于城市綜合性公園空間內(nèi)進行的研究，其主要目的是為物聯(lián)網(wǎng)在城市的普及提供多方位的應(yīng)用建議，其中智能設(shè)施開發(fā)過程中的用戶需求分析、物聯(lián)網(wǎng)與公共設(shè)施結(jié)合方式以及全方位的系統(tǒng)運行演示等，都是未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中需要考慮的關(guān)鍵要素，希望此系統(tǒng)運行概念的提出，可以為物聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用起到指導(dǎo)與借鑒作用。