面向智慧城市應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

梁永增

（成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，城市信息化應(yīng)用水平不斷得到提升，智慧城市建設(shè)應(yīng)運而生。建設(shè)智慧城市在實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展、引領(lǐng)信息技術(shù)應(yīng)用、提升城市綜合競爭力等方面具有重要意義。智慧城市建設(shè)過程中需要使城市管理、教育、醫(yī)療、房地產(chǎn)、交通運輸、公用事業(yè)和公眾安全等城市組成的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施組件和服務(wù)更互聯(lián)、高效和智能，為此必不可少的是物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念和內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）是隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展而提出的一種新的信息技術(shù)，可實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的互聯(lián)互通，與人工智能、云計算、5G等同為新一代信息技術(shù)。2018年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會議將物聯(lián)網(wǎng)定義為“新型基礎(chǔ)設(shè)施”。從名稱中就能看出，物聯(lián)網(wǎng)提出的愿景是實現(xiàn)萬物相連。在ICT技術(shù)層面，物聯(lián)網(wǎng)是通過感知設(shè)備，按照約定協(xié)議連接物、人、系統(tǒng)和信息資源，實現(xiàn)對物理和虛擬世界的信息進(jìn)行處理并作出反應(yīng)的智能服務(wù)系統(tǒng)[1]。

物物相連的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并非單純地將“人-機-物”三者牽線搭橋般地銜接，物聯(lián)網(wǎng)所寄予世界的樣貌不只是人、物在感官和認(rèn)知上的延伸，更加包含了人類智慧和情感延長[2]。目前，對物聯(lián)網(wǎng)的研究已經(jīng)不局限于技術(shù)層面，物聯(lián)網(wǎng)不僅是傳感網(wǎng)，也不僅是應(yīng)用和服務(wù)，而是一個由感知控制、傳感、管理、服務(wù)、用戶構(gòu)成的信息、物理、功能體系。邵澤華[3]針對物聯(lián)網(wǎng)給出了一個廣義的三體系物聯(lián)網(wǎng)理論，使物聯(lián)網(wǎng)更具有廣適性：物聯(lián)網(wǎng)是在一定時間、空間內(nèi)，使信息以信息代碼的形式伴隨能量載體，在物理實體之間傳播并在物理實體上運行時所表現(xiàn)出的功能狀態(tài)。對物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的這一表述，使物聯(lián)網(wǎng)不再局限于技術(shù)層面的運用，更多地體現(xiàn)了事物的普遍聯(lián)系性這一本質(zhì)：自然界、人類社會中所有有形的、無形的、處于任何狀態(tài)的事物，只要發(fā)生聯(lián)系，便形成了物聯(lián)網(wǎng)。目前產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界等團(tuán)體所述物聯(lián)網(wǎng)是指電子信息物聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。電子信息物聯(lián)網(wǎng)不僅僅指某一技術(shù)，而是指體系，涉及對象、傳感、管理、服務(wù)、用戶等內(nèi)容。本文研究的核心在于探討電子信息物聯(lián)網(wǎng)于智慧城市ICT技術(shù)層面的應(yīng)用。

1.2 智慧城市建設(shè)需求

智慧城市是運用信息通信技術(shù)，有效整合各類城市管理系統(tǒng)，實現(xiàn)城市各系統(tǒng)間信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，推動城市管理和服務(wù)智慧化，提升城市運行管理和公共服務(wù)水平，提高城市居民幸福感和滿意度，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一種創(chuàng)新型城市[4]。智慧城市建設(shè)是城市建設(shè)的高級階段[5]，相對于傳統(tǒng)城市建設(shè)，智慧城市更加強調(diào)以數(shù)據(jù)為驅(qū)動、以人為本、統(tǒng)籌集約、注重實效[6]。在利用新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)之上，對智慧城市實現(xiàn)全域動態(tài)感知，對城市發(fā)生的各種事件實時發(fā)現(xiàn)、及時處置、精準(zhǔn)決策，讓城市中的市民生活更加方便快捷，為市民提供更加優(yōu)質(zhì)、安全的生活環(huán)境，提升城市的人性化、智能化水平。

智慧城市的建設(shè)和運營需要解決城市的感知控制、傳感、管理、服務(wù)等問題，而物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設(shè)和運營中的有效應(yīng)用，不僅能夠解決城市全域人、事、物的“感、傳、管、服、用”等需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)對人、事、物的精準(zhǔn)掌控，有效支撐、促進(jìn)智慧城市生態(tài)發(fā)展；在民生服務(wù)、城市治理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)宜居等場景[7]，優(yōu)化提升管理和服務(wù)質(zhì)量，滿足市民實際需求。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)⒊鞘兄械娜恕⑹?、物進(jìn)行互聯(lián)互通，實現(xiàn)城市中各種實體的信息交互，對對象（人、物或其他實體）在任意時間、任意地點的智能化識別、信息交換與管理是其顯著特征，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)城市的信息化，還能夠?qū)崿F(xiàn)對城市動態(tài)的精準(zhǔn)掌控。物聯(lián)網(wǎng)通過動態(tài)化地感知對象信息、穩(wěn)定地傳輸信息、有效地管理信息，最終實現(xiàn)向用戶提供高效的信息服務(wù)，用戶的服務(wù)反饋信息能夠反向優(yōu)化、改變對象的狀態(tài)，使其更好地服務(wù)于用戶。

物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)是建設(shè)智慧城市的重要手段和工具，智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)兩者之間是相互依存、相互促進(jìn)的，以此推動城市的整體智能化，促進(jìn)現(xiàn)代城市向著智能化以及綠色化發(fā)展[8]。物聯(lián)網(wǎng)使智慧城市進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，而智慧城市也成為物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的依托。

2 物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的應(yīng)用

2.1 三體系物聯(lián)網(wǎng)

如前文所述，三體系物聯(lián)網(wǎng)理論是對世間萬物具有普遍聯(lián)系性的揭示，智慧城市作為一個復(fù)雜的巨大系統(tǒng)，作為人生活工作的主要場所，內(nèi)部包羅萬象，其中的人、事、物、組織等根據(jù)不同的目的、不同的需求無時無刻不在發(fā)生著聯(lián)系，組成了眾多功能不同但結(jié)構(gòu)一致的物聯(lián)網(wǎng)。三體系物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)[9]見圖1所示。

圖1 三體系物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)

圖1中物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)由三體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分別為信息體系結(jié)構(gòu)、物理體系結(jié)構(gòu)和功能體系結(jié)構(gòu)。三體系物聯(lián)網(wǎng)是組成智慧城市的基本單元。

信息體系結(jié)構(gòu)包括用戶域、服務(wù)域、管理域、傳感域以及對象域，是信息數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的集合；不同信息域中的信息系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的協(xié)同作用，使物聯(lián)網(wǎng)信息體系得到整合。

物聯(lián)網(wǎng)的物理體系結(jié)構(gòu)由用戶層、服務(wù)層、管理層、傳感層以及對象層組成，每一物理層均存在一個或多個物理實體。物理實體是信息實現(xiàn)功能表達(dá)的物理依賴，是虛擬信息世界聯(lián)系現(xiàn)實物理世界的橋梁。

物聯(lián)網(wǎng)的功能體系結(jié)構(gòu)是信息在物理實體的支撐下運行所產(chǎn)生的外在功能表現(xiàn)，由用戶平臺、服務(wù)平臺、管理平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和對象平臺組成。功能體系的五個平臺分別承擔(dān)著不同的功能，用于實現(xiàn)用戶需求。

2.2 面向智慧城市應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思路

針對智慧城市的特點和需求，傳統(tǒng)的基于三層結(jié)構(gòu)的信息化系統(tǒng)設(shè)計方案已經(jīng)無法滿足，因此本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的智慧城市建設(shè)方案?；谌w系物聯(lián)網(wǎng)平臺建立一個統(tǒng)籌軟硬件功能的智慧城市管理平臺，實現(xiàn)智慧城市業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的連接和匯聚，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的資源共享和協(xié)同聯(lián)動[10]。

智慧城市三體系物聯(lián)網(wǎng)平臺的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計應(yīng)遵循以人為本、需求導(dǎo)向、統(tǒng)籌規(guī)劃、深度整合等標(biāo)準(zhǔn)化原則，圍繞智慧城市民生服務(wù)、城市治理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)宜居等場景，側(cè)重城市定位和發(fā)展方向，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)連接能力、數(shù)據(jù)集成能力、快速開發(fā)能力、數(shù)據(jù)運營能力，實現(xiàn)城市的全面物聯(lián)、充分整合、協(xié)同運作。

基于智慧城市應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計應(yīng)圍繞信息體系、物理體系、功能體系來展開，能夠直觀、確定地展現(xiàn)智慧城市要素全景。

3 信息體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

智慧城市物聯(lián)網(wǎng)信息體系包含五域，分別為對象域、傳感域、管理域、服務(wù)域以及用戶域，每個信息域均具有各自的數(shù)據(jù)類型和信息系統(tǒng)。信息體系架構(gòu)是智慧城市總體規(guī)劃的關(guān)鍵，體現(xiàn)的是智慧城市中的信息運行邏輯關(guān)系。智慧城市物聯(lián)網(wǎng)信息體系設(shè)計應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化原則，如圖2所示。

圖2 智慧城市物聯(lián)網(wǎng)信息體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

（1）對象域：是智慧城市感知控制信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的集合。對象層的感知控制設(shè)備對城市中的人、事、物（即圖2中的信息源）信息進(jìn)行采集，為服務(wù)用戶提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。對象域中的數(shù)據(jù)包括互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、實時事件監(jiān)聽數(shù)據(jù)、語義偵聽數(shù)據(jù)以及用戶域下發(fā)的控制指令數(shù)據(jù)等。

（2）傳感域：是智慧城市通信系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的集合。對象域中的信息通過傳感域的通信軟件、網(wǎng)關(guān)軟件、傳感網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等信息傳輸軟件設(shè)施實現(xiàn)管理域與對象域的通信，實現(xiàn)對象的感知和控制。

（3）管理域：是智慧城市管理信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的集合。管理域存儲城市中所有感知控制數(shù)據(jù)、外部系統(tǒng)交換的數(shù)據(jù)。通過對不同領(lǐng)域、不同形態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類分級，形成管理域的主體數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)據(jù)、開放數(shù)據(jù)等不同層級數(shù)據(jù)。主體數(shù)據(jù)庫包括空間地理信息數(shù)據(jù)、政府機構(gòu)信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)、城市公共信息數(shù)據(jù)、應(yīng)急管理信息數(shù)據(jù)以及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息數(shù)據(jù)；計算數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)挖掘、文本搜索、數(shù)據(jù)分析計算等內(nèi)容；開放數(shù)據(jù)包括共享交換數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)等。

（4）服務(wù)域：是智慧城市中各類服務(wù)場景業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的集合。服務(wù)域具備通信功能，連接著用戶域和管理域。數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)基于各類場景可提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)，其數(shù)據(jù)類型包括交通數(shù)據(jù)、醫(yī)療數(shù)據(jù)、教育數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)等。

（5）用戶域：是智慧城市用戶所使用的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的集合。用戶在發(fā)布需求以及銷售服務(wù)的過程中形成了各類用戶數(shù)據(jù)，包括居民數(shù)據(jù)、企事業(yè)單位數(shù)據(jù)、政府?dāng)?shù)據(jù)等。

4 物理體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

智慧城市物聯(lián)網(wǎng)物理體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計共包含五層，分別為對象層、傳感層、管理層、服務(wù)層以及用戶層，每個物理層均具有各自的物理設(shè)備，用于支撐信息域的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)運行。物理體系架構(gòu)也可稱為智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，是實現(xiàn)城市智慧化管理和服務(wù)的物理支撐，體現(xiàn)的是智慧城市中物理基礎(chǔ)設(shè)施部署的邏輯關(guān)系。智慧城市物聯(lián)網(wǎng)物理體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計如圖3所示。

圖3 智慧城市物聯(lián)網(wǎng)物理體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

（1）對象層：是智慧城市感知控制設(shè)備的集合，用于實現(xiàn)對智慧城市中的道路、橋梁、車輛、市政設(shè)施、人等進(jìn)行感知和控制。基礎(chǔ)設(shè)施：物聯(lián)感知層可以理解為“端”，主要包括智能物聯(lián)感知基礎(chǔ)設(shè)施部件、智能終端等，負(fù)責(zé)采集、傳遞數(shù)據(jù)，主要包括視頻監(jiān)控設(shè)備、智慧多功能桿、環(huán)境感知設(shè)備、AR監(jiān)測設(shè)備等。

（2）傳感層：是智慧城市通信設(shè)備的集合。在感知層中，感知終端可以借助自組網(wǎng)（專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）實現(xiàn)各種采集數(shù)據(jù)傳感器的連接，也可以借助運營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)采集傳感器的連接。

（3）管理層：是智慧城市各類管理設(shè)備及服務(wù)器的集合，為智慧城市大數(shù)據(jù)處理提供算力、算法、存儲、安全等支撐。在整體上，管理層設(shè)備可分為三類，分別為城市級數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、城市業(yè)務(wù)綜合管理服務(wù)器、安全管理服務(wù)器。

（4）服務(wù)層：是智慧城市中各類服務(wù)場景所需相關(guān)設(shè)備的集合。服務(wù)層的物理基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備基于各類場景需求部署，主要包括交通服務(wù)服務(wù)器、醫(yī)療服務(wù)服務(wù)器、教育服務(wù)服務(wù)器、物流服務(wù)服務(wù)器等。

（5）用戶層：是智慧城市用戶所使用的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的集合。用戶在發(fā)布需求以及銷售服務(wù)的過程中形成了各類用戶數(shù)據(jù)，包括居民數(shù)據(jù)、企事業(yè)單位數(shù)據(jù)、政府?dāng)?shù)據(jù)等。

5 功能體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

智慧城市物聯(lián)網(wǎng)功能體系共包含五平臺，分別為對象平臺、傳感平臺、管理平臺、服務(wù)平臺以及用戶平臺，各功能平臺分別實現(xiàn)不同的功能。智慧城市物聯(lián)網(wǎng)功能體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計如圖4所示。

圖4 智慧城市物聯(lián)網(wǎng)功能體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

（1）對象平臺：是智慧城市感知控制功能的集合。對象平臺通過城市中的視頻監(jiān)控設(shè)備、智慧多功能桿、環(huán)境感知設(shè)備等獲取城市的感知控制信息，實現(xiàn)城市人、事、物的態(tài)勢實時感知和智能協(xié)同控制功能。

（2）傳感網(wǎng)絡(luò)平臺：是智慧城市通信功能的集合，為智慧城市提供大容量、高帶寬、高可靠的光網(wǎng)絡(luò)和全城覆蓋的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。傳感網(wǎng)絡(luò)平臺可提供的通信功能包括4G/5G、以太網(wǎng)、專用網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

（3）管理平臺：是實現(xiàn)智慧城市業(yè)務(wù)支撐、業(yè)務(wù)管理、決策分析、安全管理的功能平臺，為智慧城市管理提供統(tǒng)一高效的管理工具，將智慧城市中各個孤立的智能化子系統(tǒng)按需接入集成，統(tǒng)一監(jiān)測、設(shè)置所有設(shè)備的運行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作，讓各個智能化子系統(tǒng)智能運行，并智能調(diào)度處理報警等異常事件。管理平臺由支撐能力平臺、大數(shù)據(jù)平臺、統(tǒng)一資源集成平臺以及信息安全管理平臺組成：支撐能力平臺包括融合通信、圖像分析、視頻融合、算力支撐、算法支撐等；大數(shù)據(jù)平臺包括數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合等；統(tǒng)一資源集成平臺包括資源目錄管理、資源運營管理、運維配置管理等；信息安全包括物理安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全等。

（4）服務(wù)平臺：是智慧城市中各類場景服務(wù)功能的集合，包括民生服務(wù)、城市治理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)宜居四大服務(wù)場景。四大服務(wù)場景中的不同服務(wù)系統(tǒng)或平臺可通過接入管理平臺，憑借管理平臺提供的支撐能力實現(xiàn)各個業(yè)務(wù)應(yīng)用。民生服務(wù)包括智慧政務(wù)、智慧交通、智慧醫(yī)療等內(nèi)容；城市治理包括智慧安防、城市管理、智慧應(yīng)急等內(nèi)容；產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)包括智慧金融、智慧農(nóng)業(yè)、智慧園區(qū)等內(nèi)容；生態(tài)宜居包括智慧環(huán)保、智慧家居、綠色節(jié)能燈內(nèi)容。

（5）用戶平臺：用戶通過服務(wù)平臺實現(xiàn)智慧服務(wù)，并可以對其下的四個平臺進(jìn)行管理。用戶平臺主要實現(xiàn)的是用戶接入功能，包括市民用戶、企事業(yè)單位用戶、政府用戶等。不同的用戶類型具有不同的服務(wù)需求，具有不同的權(quán)限。

6 結(jié) 語

智慧城市借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了城市中人、事、物等各種主體的有效連接，實現(xiàn)了人們生活方式的改變和品質(zhì)的提升，促進(jìn)城市更好地發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)的加持下，智慧城市的感知能力得到了提升，實現(xiàn)城市各個節(jié)點的信息交互，建立了一個智能、生態(tài)、人文的城市生活環(huán)境，實現(xiàn)了城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。通過智慧城市物聯(lián)網(wǎng)平臺標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)智慧城市的全面物聯(lián)、協(xié)同運作，支撐智慧城市中的各個業(yè)務(wù)充分整合，激勵創(chuàng)新新型服務(wù)，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)革新，加快推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，構(gòu)建以信息技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字化城市發(fā)展形態(tài)，為城市提供源源不斷的發(fā)展動力。