智慧城市中大數(shù)據(jù)時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用研究

賀新明，張丹虹

（1.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣東省分公司，廣東 廣州 510627；2.廣東 廣州 510000）

0 引言

在人們生活品質(zhì)和水平全面提高的環(huán)境下，科技得到了穩(wěn)定發(fā)展，信息技術(shù)在人們工作生活中比較普遍，發(fā)揮著重要作用，在一定程度上帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，從而促進(jìn)智慧城市的更好發(fā)展。在此過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入探究，讓大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)在智慧城市建設(shè)發(fā)展中合理應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)智慧城市的更好發(fā)展。

1 大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵

1.1 大數(shù)據(jù)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展步伐加快，各種數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，給各個(gè)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了有利條件，同時(shí)在科技發(fā)展中衍生了大數(shù)據(jù)時(shí)代背景。站在數(shù)據(jù)格式角度來(lái)說(shuō)，一般能夠把大數(shù)據(jù)劃分為兩種形式，一個(gè)是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，另一個(gè)是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占比比較多，并且發(fā)展速度較快，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一般保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是指圖形或者圖像。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，展現(xiàn)出其特有價(jià)值[1]。在出現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)以后，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存與分析，和抽樣分析方式比較，精度更高。并且，大數(shù)據(jù)處理和抽樣處理在結(jié)果上有著一定差異。要想減少該問(wèn)題出現(xiàn)，在使用大數(shù)據(jù)技術(shù)過(guò)程中，把處理算法由精度轉(zhuǎn)變?yōu)樾?，?qiáng)調(diào)事物之間關(guān)聯(lián)性。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在信息化背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展給其提供技術(shù)保障，物聯(lián)網(wǎng)的英文為Internet of Things[2]，在字面上，指的是物和物之間網(wǎng)絡(luò)連接，這種連接方式也就是通過(guò)短距離無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。在本質(zhì)上，物聯(lián)網(wǎng)指的是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的拓展和延伸，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)人們之間信息傳遞和交流，把人和物品融合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界中，給人們對(duì)物品的識(shí)別、管理和使用提供便利條件。從目前情況來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)時(shí)間發(fā)展變得更加完善和先進(jìn)，其通信協(xié)議也產(chǎn)生一定變化，藍(lán)牙、紅外等協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)物品之間的傳遞與交流，促進(jìn)物品之間通信，并且可以通過(guò)TCP/IP 等協(xié)議將其傳遞到云端，從而實(shí)現(xiàn)物品的科學(xué)處理，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以應(yīng)用在智慧城市中，應(yīng)用范疇如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇

2 運(yùn)用云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市系統(tǒng)構(gòu)建

基于物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算的智慧城市系統(tǒng)不單單是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，除計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，還包帶有各類(lèi)傳感裝置的感知端，以完成物聯(lián)控制。以及加入云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、存儲(chǔ)以及決策等，并借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將系統(tǒng)和城市中的各部門(mén)、各類(lèi)企業(yè)以及市民相互連接起來(lái)，通過(guò)通信技術(shù)將各類(lèi)決策及時(shí)傳遞給各單位及個(gè)人，其基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 基于云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市系統(tǒng)框架

主系統(tǒng)基于Windows7，采用C 語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)工具為Visual Studio 2010，引入云計(jì)算技術(shù)提升系統(tǒng)的運(yùn)行能力。并且能夠和智慧城市專(zhuān)網(wǎng)、公共互聯(lián)網(wǎng)、以及智慧中心、物聯(lián)傳感終端直接接連。并配備備用的電源、監(jiān)控裝置、警報(bào)裝置等，提升其安全性。

2.1 智慧城市綜合信息平臺(tái)

智慧城市綜合信息平臺(tái)是智慧城市系統(tǒng)中的主系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中還設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模塊、業(yè)務(wù)處理模塊等不同模塊共同構(gòu)成這一主系統(tǒng)。各終端、監(jiān)控、傳感裝置等所捕獲的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息也都傳輸?shù)竭@一系統(tǒng)平臺(tái)之中[3]。此外，系統(tǒng)引入了云計(jì)算分布存儲(chǔ)，以及并行計(jì)算專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)以及自動(dòng)規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的同時(shí)分析和處理，從而根據(jù)傳感裝置、監(jiān)控?cái)z像頭所收集的信息進(jìn)行及時(shí)的整理與收集，從而制定更加高效的決策，并通過(guò)通信技術(shù)將重要決策及時(shí)傳遞給各市民，從而有效實(shí)現(xiàn)智慧城市應(yīng)具備的特征（圖3）。

圖3 智慧城市應(yīng)具備的特征

2.2 云計(jì)算技術(shù)及設(shè)備

云計(jì)算技術(shù)和設(shè)備的引入為本智慧城市系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的海量信息計(jì)算和共享的功能，系統(tǒng)中設(shè)置有云交換器以及云路由器，這是一種可編程的資源共享架構(gòu)，也就是在傳統(tǒng)交換機(jī)和路由器基礎(chǔ)上的升級(jí)，支持各項(xiàng)協(xié)議，可以在滿足常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)連接基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化控制，有效完成對(duì)海量信息的存儲(chǔ)、計(jì)算、分析以及決策等[4]。智慧城市系統(tǒng)在普通的云計(jì)算中心基礎(chǔ)上，能完成現(xiàn)下列功能：①能夠同時(shí)為系統(tǒng)中各模塊同時(shí)完成托管，當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)障礙的時(shí)候，云計(jì)算模塊可以先代理運(yùn)行。保證了智慧城市系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)作。②為了有效滿足城市管理功能的日常需求。智慧系統(tǒng)借助云技術(shù)實(shí)現(xiàn)和城市各行政管理部門(mén)之間的數(shù)據(jù)信息共享。③為了實(shí)現(xiàn)覆蓋城市各個(gè)區(qū)域，云計(jì)算平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)和手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及電視信號(hào)的多方傳遞，市民也可以登錄云平臺(tái)對(duì)政府提出自己的意見(jiàn)。總之，本系統(tǒng)在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算技術(shù)使系統(tǒng)得以完成海量的信息處理，以及各方的信息暢聯(lián)交互，為智慧系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)打下良好基礎(chǔ)。

2.3 終端傳感器及智能接入網(wǎng)關(guān)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)

在城市的各地區(qū)布置終端傳感器，如紅外線探測(cè)、監(jiān)控視頻等了解城市各地區(qū)的情況，比如人民安全、道路交通、火險(xiǎn)火情以及一些大型市政設(shè)施的運(yùn)行情況。當(dāng)有出現(xiàn)異常時(shí)終端的傳感器會(huì)將所探測(cè)到的信息實(shí)時(shí)傳遞給智慧城市綜合信息平臺(tái)中，根據(jù)探測(cè)結(jié)果制定應(yīng)急措施?；蜻h(yuǎn)程控制啟動(dòng)異常區(qū)域的相關(guān)設(shè)施，比如自動(dòng)噴水的消防設(shè)施，或是警報(bào)設(shè)施等，也可以和相關(guān)部門(mén)聯(lián)動(dòng)，及發(fā)布決策指令。此外系統(tǒng)還帶有智能接入網(wǎng)關(guān)，當(dāng)終端傳感裝置所接受的信息并沒(méi)有異常時(shí)，智能介入網(wǎng)關(guān)就會(huì)關(guān)閉信息傳入。當(dāng)探測(cè)到異常時(shí)則會(huì)開(kāi)啟網(wǎng)關(guān)傳入智慧城市綜合信息平臺(tái)，這樣就避免了無(wú)意義的資源占用。

2.4 分布式框架結(jié)構(gòu)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

本系統(tǒng)采用分布式框架，使內(nèi)部處理能力增強(qiáng)，劃分不同區(qū)域。完成分布式的存儲(chǔ)功能、動(dòng)態(tài)信息調(diào)度等，將不同業(yè)務(wù)和對(duì)應(yīng)的引擎進(jìn)行自動(dòng)化適配，根據(jù)訪問(wèn)對(duì)象的不同需求、所在單位，來(lái)配置相應(yīng)的服務(wù)資源，為訪問(wèn)對(duì)象提供具有針對(duì)性的智能化服務(wù)。云計(jì)算平臺(tái)能夠從海量的信息里，按照特定計(jì)算規(guī)則，得到規(guī)律認(rèn)識(shí)，比如市政部門(mén)，或是群眾登錄平臺(tái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算，推送登陸者感興趣的信息內(nèi)容。

3 智慧城市各功能模塊

以基于智慧城市信息服務(wù)平臺(tái)的云計(jì)算技術(shù)作為中心，市政管理部門(mén)、公安、消防、交通、社區(qū)街道以及民眾都可以通過(guò)電腦或手機(jī)移動(dòng)端來(lái)登錄，但是不同人員的賬號(hào)權(quán)限是不同。普通居民主要是瀏覽或接收信息，以及在線咨詢服務(wù)，不能登錄系統(tǒng)后臺(tái)。各行政部門(mén)可以所授權(quán)的模塊，進(jìn)行發(fā)布、登錄后臺(tái)、調(diào)取監(jiān)控等操作。系統(tǒng)打造多個(gè)云模塊，來(lái)完成城市管理的不同功能，有市政云、教育云、社會(huì)云、交通云等，如圖4所示。

圖4 智慧城市系統(tǒng)的不同功能“云”模塊

3.1 市政云模塊

市政云模塊能夠包括辦公、執(zhí)法、監(jiān)控、民眾服務(wù)等各個(gè)功能，并和移動(dòng)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)、短信、彩信、GPS 定位技術(shù)等相連通，城市行政部門(mén)有權(quán)限登錄這一云模塊中，并可利用這一模塊完成如在線會(huì)議、在線商討、遠(yuǎn)程監(jiān)控、城市管理信息發(fā)布等相關(guān)功能。

3.2 交通云模塊

智慧交通是智慧城市中的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，更是城市智慧管理發(fā)展的著重點(diǎn)方向。可以借助監(jiān)控、終端探測(cè)裝置、GPS 定位技術(shù)等實(shí)時(shí)了解城市各地區(qū)道路情況，為民眾指導(dǎo)出行，對(duì)于嚴(yán)重堵塞的道路或交通事故，就可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和交警部門(mén)聯(lián)系，出動(dòng)人員立即到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 教育云模塊

在這一模塊中，可以為市民發(fā)布一些關(guān)于義務(wù)教育和成人教育的相關(guān)信息，比如中考高考的相關(guān)信息、成績(jī)查詢，以及成人教育或針對(duì)轉(zhuǎn)業(yè)軍人、農(nóng)民進(jìn)城務(wù)工的職業(yè)培訓(xùn)相關(guān)信息，還可以制作一些職教培訓(xùn)的相關(guān)視頻發(fā)布其中。

3.4 安全云模塊

市政管理部門(mén)、公安系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、交警系統(tǒng)等都可以登錄這一模塊，不僅可以在這一模塊中查詢城市人員流動(dòng)信息、戶籍信息，并利用監(jiān)控、紅外探測(cè)等終端，覆蓋城市各區(qū)域，動(dòng)態(tài)了解各區(qū)域的突發(fā)事件，保證大眾的安全。此外警方也可以在其中發(fā)布重要安全信息，市民也可以在線向警方咨詢或反映問(wèn)題?？傊瑹o(wú)論是自然災(zāi)害、安全事故、刑事案件都可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)控、紅外線探測(cè)、GPS 定位技術(shù)等，及時(shí)掌握情況，并立即通知相應(yīng)的部門(mén)及時(shí)出動(dòng)，保障民眾安全。

3.5 社區(qū)云模塊

這一模塊可以由市政管理部門(mén)、社區(qū)街道等登陸。每個(gè)城市都劃分多個(gè)街道社區(qū)，各個(gè)街道都有自己的模塊，社區(qū)可在這一模塊中發(fā)布社區(qū)通告，居民登陸自己的所在社區(qū)及時(shí)了解社區(qū)發(fā)布的有關(guān)信息。居民也可以在線咨詢，了解如醫(yī)保、婚姻登記、出生證明等相關(guān)政策，為居民提供各類(lèi)社區(qū)服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，為城市管理提供了新的模式。在智慧城市系統(tǒng)的建設(shè)中，需要結(jié)合時(shí)代發(fā)展要求，把現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用其中，借助各種智能技術(shù)，對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合理應(yīng)用，滿足時(shí)代發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，并且也能實(shí)現(xiàn)城市資源的整合與利用。通過(guò)強(qiáng)化城市各個(gè)區(qū)域功能，建立信息傳遞系統(tǒng)，促進(jìn)各個(gè)信息的有效傳遞和共享，提高智慧城市建設(shè)發(fā)展水平，把城市朝著智慧城市的趨勢(shì)邁進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)人類(lèi)文明的進(jìn)一步發(fā)展。