基于物聯(lián)感知底座的城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究和實踐

孔令軍 張辛波 龔國成 姜山 張宇梁 吳德東

(中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，重慶 401120)

0 引言

2021年發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》(以下簡稱《“十四五”規(guī)劃》)明確指出，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型包括：數(shù)字經(jīng)濟建設(shè)、數(shù)字社會變革、數(shù)字政府建設(shè)三部分，分別對應(yīng)著生產(chǎn)方式、生活方式、治理方式的數(shù)字化變革。智慧城市建設(shè)的主要內(nèi)容為，公共數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物的數(shù)字化[1]。智慧城市的建設(shè)范疇主要包括：智慧防疫、智慧交通、智慧路燈、智慧停車、智慧城管、智慧垃圾清理、智慧供電、智慧管網(wǎng)、智慧排水、智慧環(huán)衛(wèi)、智慧水利、智慧執(zhí)法、城市大腦、數(shù)字孿生城市、城市信息模型等[2]。智慧城市的應(yīng)用都與物聯(lián)網(wǎng)平臺息息相關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)平臺是智慧城市應(yīng)用的底座之一[2]。

智慧城市建設(shè)為城鎮(zhèn)化建設(shè)遇到的各種城市通病提供了可行的解決方案。據(jù)統(tǒng)計，在打造了城市數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的城市中，GDP增長率達到0.7%[3]。歐洲、俄羅斯、美國、日本等發(fā)達國家，已經(jīng)開始布局城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)研究，并且取得一定產(chǎn)業(yè)化成果[4]。云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展和進步，會進一步提升智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[5]。本文將基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興技術(shù)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)字城市感知底座，以助力城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀

1.1 政策、行業(yè)發(fā)展趨勢

《“十四五”規(guī)劃》提出，一方面，要加快構(gòu)建信息通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)高速泛在、天地一體、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，有序推進5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動5G商用部署和規(guī)模應(yīng)用，前瞻布局第六代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、公共服務(wù)、應(yīng)急管理等領(lǐng)域的覆蓋水平，增強固移融合、寬窄結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)接入能力[5]。

《“十四五”規(guī)劃》還指出，要加快城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。一是提供智慧便捷的信息化公共服務(wù)，推進學(xué)校、醫(yī)院、養(yǎng)老院等公共服務(wù)機構(gòu)資源數(shù)字化，加大資源開放共享服務(wù)力度，積極發(fā)展在線課堂、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院、智慧圖書館等，鼓勵社會力量參與“互聯(lián)網(wǎng)+公共服務(wù)”，創(chuàng)新提供服務(wù)模式和產(chǎn)品[5]。二是建設(shè)智慧城市和數(shù)字鄉(xiāng)村，分級分類推進新型智慧城市建設(shè)，將物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)施、通信系統(tǒng)等納入公共基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，推進市政公共設(shè)施智能化改造，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)，構(gòu)建面向農(nóng)業(yè)農(nóng)村的綜合信息服務(wù)體系[6]。

《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》提出了5個發(fā)展目標(biāo)：要初步建立數(shù)據(jù)要素市場體系；爭取實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邁上新臺階；數(shù)字產(chǎn)業(yè)化水平顯著提升；數(shù)字化公共服務(wù)更加普惠均等；數(shù)字經(jīng)濟治理體系更加完善[7]。同時還提出了3項關(guān)于優(yōu)化數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的措施和方案，包括：加快建設(shè)信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；推進云網(wǎng)協(xié)同和算網(wǎng)融合發(fā)展；有序推進基礎(chǔ)設(shè)施智能升級。按照《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》的要求，在未來5年，各項數(shù)字化經(jīng)濟的指標(biāo)將達到一定指標(biāo)[7]，如表1所示。

從表1可以看出，與物聯(lián)網(wǎng)底座息息相關(guān)的指標(biāo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用普及率，在未來5年將有2倍的提升。與城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的相關(guān)的指標(biāo)數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重，將提升約25%。這意味著，在未來5年，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型將有較大發(fā)展，同時物聯(lián)網(wǎng)感知底座在數(shù)字經(jīng)濟轉(zhuǎn)型中有著重要的應(yīng)用。

以上海市為例，上海市政府制定的《上海市全面推進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型“十四五”規(guī)劃》提出：第一點要從“城市是生命體、有機體”的全局出發(fā)，統(tǒng)籌推進城市經(jīng)濟、生活、治理全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型，率先探索符合時代特征、上海特色、轉(zhuǎn)型特點的城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型新路子和新經(jīng)驗[8]；第二點要完善城市AIoT基礎(chǔ)設(shè)施，通過集成發(fā)展新一代感知、網(wǎng)絡(luò)、算力等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)城市“物聯(lián)、數(shù)聯(lián)、智聯(lián)”。從上海市的文件可以看出，各個城市已經(jīng)在積極響應(yīng)中央關(guān)于推進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的規(guī)劃。同時也可以看出，物聯(lián)網(wǎng)感知底座在數(shù)字化經(jīng)濟轉(zhuǎn)型中的重要地位。

中央多部委聯(lián)合印發(fā)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十三五”國家信息化規(guī)劃》《智慧城市信息技術(shù)運營指南》《智慧城市頂層設(shè)計指南》等政策和標(biāo)準(zhǔn)文件，指出智慧城市在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型和推進城鎮(zhèn)化建設(shè)中的重要地位，并提出了若干個包括智慧城市建設(shè)的目標(biāo)：在未來15年，我國包括云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、高性能通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、城市治理、設(shè)備智能化等信息基礎(chǔ)設(shè)施達到全球領(lǐng)先水平[6][9]。

1.2 研究現(xiàn)狀

中國的城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)經(jīng)歷了兩個階段的發(fā)展。2010年是我國城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要節(jié)點，在2010年前我國城市數(shù)字化建設(shè)處于萌芽階段[11]。2010年，寧波政府開始推動實施城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)，而一些其他大城市也開始效仿，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型在我國的建設(shè)如火如荼地開展，很多城市提出了一系列建設(shè)目標(biāo)和行動方案，甚至部分城市把城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型列入發(fā)展規(guī)劃，如上海、北京、天津、廣州、武漢、深圳、株洲、佛山等[12]。

表1 各項數(shù)字化經(jīng)濟的指標(biāo)規(guī)劃值和預(yù)期值

城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系在于，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)是高新技術(shù)，包含了向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智能制造、智慧城市、電子商務(wù)和電子政務(wù)等諸多行業(yè)，這些行業(yè)的高新技術(shù)升級就是物聯(lián)網(wǎng)升級，物聯(lián)平臺不僅僅只是城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然產(chǎn)物，也是反向推進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)生動力[13]。隨著智能制造的不斷升級、智慧城市的不斷搭建、電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展、電子政務(wù)的普及開來，物聯(lián)網(wǎng)平臺方面的需求有非常大的顯著提升[14]。現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)平臺迎來了前所未有的發(fā)展機遇，其產(chǎn)業(yè)升值空間較大，所以應(yīng)當(dāng)充分把握發(fā)展機遇，為物聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建和促進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型，貢獻一份綿薄之力[15]。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)商主要來自運營商、互聯(lián)網(wǎng)巨頭、云計算廠商。而國內(nèi)較為重要的物聯(lián)網(wǎng)平臺主要有中移物聯(lián)網(wǎng)開放平臺、阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件、百度物接入、QQ物聯(lián)、機智云IoT物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺及智能硬件自助開發(fā)平臺、京東微聯(lián)、慶科云、Ablecloud物聯(lián)網(wǎng)自助開發(fā)和大數(shù)據(jù)云平臺等八大平臺，其廣泛分布在智慧防疫、智慧城市、科技服務(wù)等領(lǐng)域[16-17]。

2013年，北京建設(shè)我國首個為城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)的北斗公共平臺。目前北京市的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得顯著成效，特別是在衛(wèi)生、教育、社保、安防等領(lǐng)域取得了突破性進展，建成了電子政務(wù)、社區(qū)公共服務(wù)平臺。深圳當(dāng)前正計劃加快推進信息化和無線城市建設(shè)，發(fā)展云計算+物流，打造智能物流產(chǎn)業(yè)城市，建成多個綜合交通調(diào)度中心，實現(xiàn)了U型交通戰(zhàn)略。在智慧交通領(lǐng)域，深圳目前已經(jīng)國內(nèi)領(lǐng)先，在物聯(lián)網(wǎng)研究方面，深圳部署了物聯(lián)網(wǎng)在安防領(lǐng)域的多項應(yīng)用項目，因此深圳被冠名為安防之都[18-19]。

2 城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型重點、難點

城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型主要存在以下難點：一是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)主要是轉(zhuǎn)型，由于未來不明確，政策規(guī)劃不清晰，數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向未知，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向模糊。二是區(qū)別于信息化建設(shè)，城市數(shù)字化能力要求更高，需要能支持城市高效率運營并且持續(xù)創(chuàng)新[20]。三是城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型不是簡單地信息化，而是涉及城市全面綜合能力的系統(tǒng)性工程[22]。

智慧城市建設(shè)涉及多個重點和難點，舉例來說，在智慧水利方面，存在的難點包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，完成設(shè)備接入耗時較長；地域分散，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)成本巨大[23]。對于新冠肺炎疫情防控的難點和重點，主要包括：要在病毒傳播之前，將所有可能感染的人員全部找到進行隔離[24]。通過物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，將人員活動軌跡與實時監(jiān)測結(jié)果進行智能分析，能夠快速和全面地進行感染人員排查[24]。

綜上所述，城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型難點，即本文的研究內(nèi)容在于以下方面。

(1)產(chǎn)品體系大，架構(gòu)設(shè)計難。對于智慧防疫應(yīng)用來說，其要對接的應(yīng)用包括了醫(yī)院信息管理系統(tǒng)，社區(qū)信息登記系統(tǒng)、防疫人員的手機應(yīng)用、異構(gòu)的手持式測溫管理系統(tǒng)，其應(yīng)用的復(fù)雜程度將非常巨大。

(2)設(shè)備接入量大，設(shè)備種類繁多。智慧防疫應(yīng)用要接入的手持式測溫設(shè)備數(shù)目超過上百萬個，而這些手持式設(shè)備的數(shù)據(jù)格式也包含了上百種，二維碼標(biāo)注的核酸檢測試管也有上千萬個。因此，智慧防疫應(yīng)用構(gòu)建所要接入的設(shè)備量將非常巨大。

(3)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)建模困難，二維碼標(biāo)注的核酸檢測試管和手持式測溫設(shè)備每天將產(chǎn)生上億條數(shù)據(jù)，如何存儲和分析海量數(shù)據(jù)，將是一個巨大挑戰(zhàn)。本文將逐一解決這些困難，以構(gòu)建統(tǒng)一共性數(shù)字城市感知底座。

3 方案設(shè)計

3.1 數(shù)字城市感知底座助力城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型

城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)是能夠滿足城市服務(wù)的各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)是數(shù)字城市感知底座，本文提出了數(shù)字城市感知底座的設(shè)計、架構(gòu)和功能實現(xiàn)，數(shù)字城市感知底座能力包括：設(shè)備接入能力、設(shè)備控制能力、數(shù)據(jù)存儲能力。數(shù)字城市物聯(lián)感知底座助力城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 數(shù)字城市感知底座總體架構(gòu)圖

3.2 設(shè)備接入能力

3.2.1 數(shù)據(jù)協(xié)議

數(shù)字城市感知底座的負載數(shù)據(jù)與接入方式無關(guān)，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，支持MQTT、NB等多種協(xié)議(見圖2)。

圖2 數(shù)據(jù)統(tǒng)一示意圖

負載數(shù)據(jù)的格式包括TLV和json方式。其中，TLV方式是二進制序列化數(shù)據(jù)，適用于資源受限設(shè)備；json方式是基于文本的結(jié)構(gòu)化標(biāo)記格式，可讀性好，但數(shù)據(jù)冗余，相對于TLV方式占用資源多，適用于資源豐富的設(shè)備。

3.2.2 設(shè)備數(shù)據(jù)模型

為了統(tǒng)一設(shè)備控制，實現(xiàn)設(shè)備、底座平臺和應(yīng)用數(shù)據(jù)互通，本文對設(shè)備能力(功能點)進行了統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型定義。設(shè)備功能點主要可分為兩類：通用指令指所有設(shè)備均可能具備的通用能力，例如設(shè)備復(fù)位、設(shè)備升級、恢復(fù)出廠設(shè)置等；物理模型功能點指不同類別設(shè)備根據(jù)自身功能所抽象的共性功能，支持用戶自定義。

3.2.3 設(shè)備物理模型

為了統(tǒng)一設(shè)備控制，實現(xiàn)設(shè)備、底座平臺和應(yīng)用側(cè)的數(shù)據(jù)互通。另外，也需要對設(shè)備能力(功能點)進行統(tǒng)一物模型定義,物模型是一種對物理實體進行數(shù)字化語義描述的方法，將實體設(shè)備抽象為數(shù)字模型，通過模型來描述設(shè)備是什么，能做什么，能對外提供哪些服務(wù)[18]。本文數(shù)字城市感知底座的物理模型示意圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備物理模型示意圖

其中，設(shè)備信息(Info)是設(shè)備描述信息，例如廠家、品牌、產(chǎn)品型號等內(nèi)容；屬性(Property)：用于描述設(shè)備所具備的各種能力或配置項，例如燈的顏色、亮度、開關(guān)狀態(tài)等；事件(Event)：用于描述設(shè)備側(cè)發(fā)生的各種告警、提示信息或者故障信息等；行為(Action)：用于描述設(shè)備能對外提供的能力輸出。屬性、事件和行為統(tǒng)稱為物模型功能點，基于統(tǒng)一的框架進行定義，并根據(jù)實際情況定義各自不同的內(nèi)容。

3.2.4 功能點模型

物理模型功能點具備以下要素。

(1)名稱：用于區(qū)分不同功能點，面向用戶展示，支持中文、英文等用戶可識別的區(qū)域語言、數(shù)字、短劃線、下劃線等字符。

(2)標(biāo)識：用途與名稱類似，區(qū)別在于主要用于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)標(biāo)識，只支持大小寫字母、數(shù)字、下劃線。

(3)操作權(quán)限：可分為4種，可在功能點支持的操作權(quán)限范圍內(nèi)進行復(fù)選，且至少選擇一項，包括：上報、可讀、可寫和執(zhí)行。

數(shù)據(jù)類型：每個數(shù)據(jù)功能點僅可選擇一種類型。

(1)整型：有符號、無符號。

(2)浮點型：單精度、雙精度。

(4)枚舉型：1字節(jié)有符號整型值，每個值代表一個枚舉項，對應(yīng)關(guān)系由用戶自定義。

(5)位圖型：4字節(jié)無符號整型值。

(6)字符串型：長度由用戶自定義。

(7)時間型：8字節(jié)無符號整型值，Unix時間戳。

(8)二進制透傳：長度由用戶自定義，平臺不進行任何解析處理。

設(shè)備屬性數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)示意圖如圖4所示。設(shè)備屬性數(shù)據(jù)包括名稱、標(biāo)識、數(shù)據(jù)類型和操作權(quán)限。行為數(shù)據(jù)包括名稱、標(biāo)識、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和操作權(quán)限。

圖4 設(shè)備屬性數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)示意圖

3.2.5 功能點標(biāo)準(zhǔn)化

統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS (15.0 v；SPSS Inc，Chicago，Ⅲ)統(tǒng)計軟件，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組影像質(zhì)量的比較采用t檢驗，射線劑量及碘負荷的比較采用t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

針對不同的應(yīng)用，可根據(jù)設(shè)備特性提供一套物模型功能集，稱為標(biāo)準(zhǔn)功能點。當(dāng)用戶創(chuàng)建設(shè)備后，可直接選擇該設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)功能點內(nèi)的任意功能，并隨時進行增、刪操作(標(biāo)準(zhǔn)功能點不可修改)，根據(jù)需要搭配用戶自定義功能點，生成設(shè)備自有功能。

3.3 設(shè)備控制能力

通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備控制主要存在兩種方式：云端控制和本地控制。根據(jù)不同的控制通道，兩種控制方式均可進一步細化。常見的設(shè)備控制應(yīng)用場景如圖5所示。

3.3.1 云端控制

設(shè)備通過有線或者無線連接數(shù)字城市感知底座，手機APP等應(yīng)用通過調(diào)用數(shù)字城市感知底座北向接口完成對設(shè)備控制。根據(jù)設(shè)備連網(wǎng)方式不同，可分為Wi-Fi/有線網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi/有線網(wǎng)絡(luò)具有較好的網(wǎng)絡(luò)QoS，支持TCP通信。蜂窩網(wǎng)絡(luò)-2G/3G/4G/5G支持TCP通信，僅網(wǎng)絡(luò)帶寬有區(qū)別；蜂窩網(wǎng)絡(luò)-NB不支持TCP通信，具有低功耗的特點。

圖5 設(shè)備控制應(yīng)用場景示意圖

3.3.2 本地控制

由于網(wǎng)絡(luò)限制，設(shè)備無法連接數(shù)字城市感知底座，需要在本地開放控制端口或通道，由應(yīng)用側(cè)直接通過控制端口或通道進行控制設(shè)備。根據(jù)本地控制通道不同，可分為兩種情況：一是基于IP網(wǎng)絡(luò)的局域網(wǎng)，設(shè)備開放一個TCP或UDP端口，由應(yīng)用側(cè)主動建立連接并進行控制；二是基于非IP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備開放一種近場通信方式，例如藍牙、ZigBee等，根據(jù)設(shè)備本身特點決定。

圖6 數(shù)據(jù)庫設(shè)計示意圖

3.3.3 通信方式

IP網(wǎng)絡(luò)一般分為TCP和UDP兩種通信方式，分別適用于長連接和短連接的場景。前者適合網(wǎng)絡(luò)條件較好的情況下，可以及時地響應(yīng)指令，展示設(shè)備狀態(tài)；后者主要應(yīng)用于NB等低功耗場景，但無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

基于兩種不同的通信方式，直連設(shè)備采用MQTT和LwM2M。使用MQTT的設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)支持TCP的方式，例如Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)(2G/4G/5G/Cat1等)、以太網(wǎng)；使用LwM2M的設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)支持UDP的方式，主要應(yīng)用于NB-IoT。不直接連接數(shù)字城市感知底座的設(shè)備，則通過連接手機APP的方式數(shù)據(jù)同步到數(shù)字城市感知底座；或者以子設(shè)備本地組網(wǎng)(藍牙、ZigBee、Lora等)的方式連接網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)到數(shù)字城市感知底座。子設(shè)備接入?yún)f(xié)議由網(wǎng)關(guān)確定，子設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間通信協(xié)議由用戶自定義[24]。

3.4 數(shù)據(jù)存儲能力

本文基于數(shù)字城市感知底座數(shù)據(jù)模型和設(shè)備物理模型采用分布式技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計，下圖是數(shù)據(jù)庫的簡要設(shè)計，主要包括設(shè)備主表、產(chǎn)品主表、產(chǎn)品品類表、用戶主表、功能點表、標(biāo)準(zhǔn)功能點。這些表存儲設(shè)備、產(chǎn)品、功能點和用戶信息。由于篇幅限制，圖6展示了部分表的部分信息。

4 應(yīng)用效果

自新冠肺炎疫情發(fā)生以來，政府部門和衛(wèi)生單位面臨的最大問題就是如何防止和管控疫情。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將人員活動軌跡進行實時智能分析，能夠快速和全面地進行可疑傳染人員排查，因此，本文將著重闡述物聯(lián)網(wǎng)感知底座在智慧城市中的應(yīng)用方案——智慧防疫。在我國長江流域，水利災(zāi)害頻繁發(fā)生，水利部門的重點工作是建立高效的水旱災(zāi)害監(jiān)測體系和防治手段，物聯(lián)網(wǎng)感知底座支持構(gòu)建水電生態(tài)檢測系統(tǒng)系統(tǒng)，因此本文將闡述物聯(lián)網(wǎng)感知底座助力智慧水利的具體方案。目前，火災(zāi)仍然是威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全的一大威脅，構(gòu)建起立體化、全覆蓋的社會火災(zāi)防控體系，是政府和社會各部門的重中之重，因此本文還將闡述智慧消防應(yīng)用的構(gòu)建方案。

4.1 智慧防疫

在智慧城市場景下，基于數(shù)字城市感知底座的智慧防疫助力多個省市防疫防控。智慧防疫提供終端+感知底座+應(yīng)用的整體解決方案。智慧防疫應(yīng)用包括：人流統(tǒng)計、數(shù)字哨兵、設(shè)備管理、防疫調(diào)度、集中隔離、社區(qū)防控等功能。智慧防疫基于數(shù)字城市感知底座設(shè)備接入能力進行打造，實現(xiàn)對智能掃碼設(shè)備、手持式測溫設(shè)備、人臉識別測溫設(shè)備、雙屏測溫設(shè)備進行管理和結(jié)果分析，助力防疫防控。

基于數(shù)字城市感知底座的智慧防疫，豐富了疫情感知監(jiān)管手段。通過數(shù)字城市感知底座準(zhǔn)確高效采集疫情大數(shù)據(jù)、提升防疫監(jiān)管能力、擴大防疫監(jiān)測范圍，并結(jié)合人工智能、圖像處理、紅外溫度監(jiān)測、位置跟蹤等技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時采集、人員軌跡分析，提升疫情實時預(yù)警水平，提高可疑感染人員排查效率。

4.2 智慧水利

在智慧水利方面，數(shù)字城市感知底座完成了行業(yè)協(xié)議兼容，支持構(gòu)建智慧水利應(yīng)用。最上層應(yīng)用為智慧水利綜合門戶，包含了小水電生態(tài)檢測系統(tǒng)、水文監(jiān)測系統(tǒng)、水閘物聯(lián)智控系統(tǒng)，數(shù)字城市感知底座為該解決方案提供設(shè)備直連、網(wǎng)關(guān)接入和系統(tǒng)接入等能力(見圖7)。

圖7 智慧水利解決方案的架構(gòu)圖

智慧水利應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)相結(jié)合，豐富了水利系統(tǒng)監(jiān)測的方法。通過接入數(shù)字城市感知底座的設(shè)備高效采集水文數(shù)據(jù)、提升水利系統(tǒng)監(jiān)測能力。通過實時水文數(shù)據(jù)與人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了水電生態(tài)檢測、水文監(jiān)測、水閘物聯(lián)智控等智慧水利應(yīng)用，提升水利災(zāi)害實時預(yù)警水平，提高水利災(zāi)害預(yù)防指揮能力和水利災(zāi)害綜合決策能力。

4.3 智慧消防

智慧消防安全服務(wù)解決方案橫向?qū)訑?shù)據(jù)共享交換平臺以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，縱向?qū)邮?、區(qū)應(yīng)急指揮平臺，建設(shè)人工智能政務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，打造智慧消防的一張圖、決策指揮和應(yīng)急指揮中樞。智慧消防應(yīng)用包括消防設(shè)備巡檢、智能疏散引導(dǎo)、用電安全監(jiān)測、消防水監(jiān)測、視頻遠程監(jiān)控(見圖8)。數(shù)字城市感知底座為該解決方案提供設(shè)備接入能力和數(shù)據(jù)存儲能力，接入設(shè)備包括：煙霧探測器、燃氣探測器、智能消防栓、移動門磁、智慧空開、熱成像攝像機、電動車智能充電站、電氣火災(zāi)探測器等。

圖8 智慧消防解決方案架構(gòu)圖

基于數(shù)字城市感知底座的消防救援物聯(lián)感知應(yīng)用，增加了災(zāi)害現(xiàn)場感知網(wǎng)絡(luò)，豐富感知監(jiān)管手段。通過數(shù)字城市感知底座準(zhǔn)確高效采集感知數(shù)據(jù)、擴大感知范圍、提升監(jiān)管能力，并充分結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、多領(lǐng)域行業(yè)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升火災(zāi)風(fēng)險智能分析和隱患動態(tài)監(jiān)測預(yù)警水平，健全決策所需的數(shù)據(jù)資源，提升輔助指揮決策效能，為事前風(fēng)險分析和隱患預(yù)警、事中靈敏真實動態(tài)的災(zāi)害現(xiàn)場感知網(wǎng)絡(luò)、事后監(jiān)管分析奠定充實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

本文針對城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢，數(shù)字城市感知底座具備設(shè)備接入能力、設(shè)備控制能力、數(shù)據(jù)存儲能力。數(shù)字城市感知底座有助于構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)上層應(yīng)用，并且能夠提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用附加價值。在方法創(chuàng)新層面，本文提出了設(shè)備數(shù)據(jù)和物理模型。數(shù)字城市感知底座是智慧城市應(yīng)用的底座，基于數(shù)字城市感知底座打造了智慧防疫、智慧消防、智慧水利等智慧城市應(yīng)用。智慧城市應(yīng)用完善了城市公共服務(wù)能力，有助于建設(shè)智慧城市和城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。