物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

蔡 煜

（紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000）

0 引言

智慧城市建設(shè)是當(dāng)今城市化進(jìn)程的重要趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中扮演著關(guān)鍵角色。本文旨在深入探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何推動(dòng)智慧城市的發(fā)展和變革，詳細(xì)探討物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的應(yīng)用，旨在為未來(lái)智慧城市的可持續(xù)和智能化發(fā)展提供參考。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念及技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是基于信息聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)的一種新的連接模式。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的連接設(shè)備包括傳感器、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、傳輸和分析。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)包括感知層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層及應(yīng)用層等模塊。感知層的感知技術(shù)有傳感器、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、智能卡、生物識(shí)別以及多媒體信息。傳輸層包括傳感器組網(wǎng)及協(xié)同信息處理、傳感器中間件技術(shù)、低速和中高速短距離傳輸技術(shù)、自組織組網(wǎng)技術(shù)以及協(xié)同信息處理技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層包括異構(gòu)網(wǎng)融合、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線接入、光纖以及遠(yuǎn)程控制。平臺(tái)層包括海量存儲(chǔ)、分布數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘以及信息管理等。應(yīng)用層包括個(gè)人/家庭用戶、生產(chǎn)領(lǐng)域以及公共領(lǐng)域[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)

1.2.1 傳感器

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的重要組成部分，用于檢測(cè)和測(cè)量環(huán)境中的各種物理、化學(xué)或生物參數(shù)，如溫度、濕度、光線、壓力及運(yùn)動(dòng)等。這些小型設(shè)備能夠?qū)⒏兄降臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央控制系統(tǒng)或云端服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。傳感器在智慧城市中的應(yīng)用廣泛，涵蓋智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能建筑以及健康醫(yī)療等領(lǐng)域[2]。

1.2.2 射頻識(shí)別

射頻識(shí)別（RFID）是一種無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)使用射頻信號(hào)來(lái)識(shí)別和跟蹤物體。RFID 系統(tǒng)由標(biāo)簽和讀寫(xiě)器組成。RFID 標(biāo)簽上包含了儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的芯片和天線，可以被遠(yuǎn)程讀寫(xiě)器無(wú)線識(shí)別。RFID 在智慧城市中的應(yīng)用廣泛，涵蓋智能物流、庫(kù)存管理、智能支付、身份驗(yàn)證以及物品追蹤等領(lǐng)域。

1.2.3 智能卡

智能卡是一種具有嵌入式芯片的塑料卡片，用于存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。這些芯片包含身份信息、金融數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)值以及門(mén)禁權(quán)限等。智能卡具備安全性和多功能性，用于支付、身份驗(yàn)證、門(mén)禁控制及公共交通等眾多應(yīng)用。在智慧城市中，智能卡被廣泛應(yīng)用于交通卡、身份證、健康卡及門(mén)禁卡等。

1.2.4 生物識(shí)別

生物識(shí)別是一種高度安全的身份驗(yàn)證技術(shù)，基于個(gè)體的生物特征如指紋、虹膜、面部特征及聲音等進(jìn)行身份識(shí)別。這些生物特征獨(dú)一無(wú)二，難以偽造，因此生物識(shí)別在智慧城市中的應(yīng)用非常重要，用于解鎖手機(jī)、進(jìn)入安全區(qū)域、辨認(rèn)罪犯、登機(jī)等眾多領(lǐng)域。

1.2.5 單片微控制器

單片微控制器（Micro Controller Unit，MCU）是一種小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，集成了中央處理器、內(nèi)存、輸入/輸出接口和時(shí)鐘電路，用于控制各種電子設(shè)備。MCU 在物聯(lián)網(wǎng)中起關(guān)鍵作用，能夠處理傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行控制算法，并與其他設(shè)備通信。在智慧城市中，MCU 被廣泛用于智能家居、交通信號(hào)燈、能源管理以及工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用[3]。

1.2.6 多媒體信息

多媒體信息包括文本、圖像、音頻和視頻等多種媒體形式的信息。在物聯(lián)網(wǎng)中，多媒體信息廣泛應(yīng)用于智慧城市，用于傳遞和展示豐富的數(shù)據(jù)。例如，多媒體信息用于城市廣告牌、交通信號(hào)、監(jiān)控?cái)z像頭以及信息發(fā)布系統(tǒng)等，以提供重要的城市信息、廣告、安全警示和娛樂(lè)內(nèi)容[4]。

2 智慧城市概述

2.1 智慧城市的定義

智慧城市是一種以人為本理念下對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的新型城市形態(tài)。智慧城市利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析以及人工智能等技術(shù)，通過(guò)智能化方式實(shí)現(xiàn)城市全方位感知、城市各系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合、城市各系統(tǒng)間協(xié)同能力提升以及城市管理模式智能精細(xì)化發(fā)展。

2.2 智慧城市的特征

智慧城市的特征可概括為五個(gè)方面：以人為本、共享聯(lián)動(dòng)、資源共享、系統(tǒng)融合以及可持續(xù)發(fā)展。以人為本，強(qiáng)調(diào)城市發(fā)展應(yīng)滿足居民需求，提高生活質(zhì)量；共享聯(lián)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)信息共享和城市各部門(mén)之間的協(xié)同工作，以提高效率和服務(wù)質(zhì)量；資源共享，強(qiáng)調(diào)城市資源的高效利用，減少浪費(fèi)；系統(tǒng)融合，強(qiáng)調(diào)不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通，以實(shí)現(xiàn)更好的城市管理；可持續(xù)發(fā)展，強(qiáng)調(diào)城市的長(zhǎng)期可持續(xù)性，包括環(huán)保、資源節(jié)約和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡。這些特征共同構(gòu)建了一個(gè)智慧、可持續(xù)和宜居的城市環(huán)境。

2.3 智慧城市建設(shè)目標(biāo)

智慧城市建設(shè)旨在實(shí)現(xiàn)多方面的目標(biāo)，涵蓋改善居民生活條件、提升公共服務(wù)水平以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)等方面。

（1）改善居民生活條件。智慧城市致力于提高城市居民的生活質(zhì)量，通過(guò)智能交通管理，減少交通擁堵，降低空氣污染，提供更安全、便捷的交通方式。智能家居和智慧醫(yī)療系統(tǒng)提供了更加便利的生活體驗(yàn)和健康護(hù)理，提高了居民的幸福感。

（2）提升公共服務(wù)水平。智慧城市建設(shè)旨在提高公共服務(wù)的效率和質(zhì)量。數(shù)字化和自動(dòng)化的城市管理系統(tǒng)更快速、更準(zhǔn)確地響應(yīng)市民需求，如應(yīng)急響應(yīng)、垃圾處理和水資源管理。智慧城市還提供更多的文化、教育和娛樂(lè)選擇，豐富居民的生活。

（3）推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。智慧城市不僅改善生活質(zhì)量，還有助于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。數(shù)字化和創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了城市的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造了就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)吸引了企業(yè)和投資，提高了城市的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 智能交通管理

智慧城市的智能交通管理通過(guò)傳感器、攝像頭和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交通監(jiān)測(cè)、信號(hào)優(yōu)化和擁堵管理。智能交通管理還包括智能停車系統(tǒng)、公共交通優(yōu)化以及交通信息的實(shí)時(shí)傳遞，使城市居民和游客能夠更便捷地出行。以北京市智慧城市建設(shè)為例，依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能深度融合建設(shè)智慧交通，在大興區(qū)、通州區(qū)的100 km2和自動(dòng)駕駛示范區(qū)擴(kuò)區(qū)的400 km2建設(shè)區(qū)域?qū)＞W(wǎng)，支持自動(dòng)駕駛、智能信控、智慧停車等應(yīng)用場(chǎng)景，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與區(qū)域?qū)＞W(wǎng)建設(shè)智慧交通樞紐，提升交通運(yùn)輸?shù)墓姺?wù)、協(xié)同運(yùn)輸及設(shè)備維護(hù)等能力[5]。

3.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)和可持續(xù)性

智慧城市環(huán)境監(jiān)測(cè)和可持續(xù)性方面，通過(guò)分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，城市實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣質(zhì)量、水質(zhì)、噪音水平及溫度等環(huán)境參數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還用于監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害如洪水、地震和火災(zāi)，以提高城市的安全性和應(yīng)急響應(yīng)能力。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，物聯(lián)網(wǎng)幫助城市管理者制定更有效的環(huán)境政策和資源管理策略，改善城市生活質(zhì)量，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。以雄安新區(qū)智慧城市建設(shè)為例，雄安新區(qū)結(jié)合白洋淀圩田縱橫、溝壑繁雜的特點(diǎn)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，建設(shè)3 500 m2標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室，包括6 個(gè)水質(zhì)自動(dòng)站、6 個(gè)浮船站、王家寨超級(jí)站等水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)+無(wú)人船+水質(zhì)監(jiān)測(cè)車+水質(zhì)監(jiān)測(cè)船+大氣走航車+遙感+VR的自動(dòng)檢測(cè)模式，覆蓋白洋淀全域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。雄安新區(qū)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上通過(guò)固定監(jiān)測(cè)+移動(dòng)監(jiān)測(cè)+衛(wèi)星遙感的多樣化監(jiān)測(cè)模式，建設(shè)成水質(zhì)、水文、氣象、大氣、雨水等天、空、地、淀立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[6]。

3.3 智能能源管理

智慧城市智能能源管理通過(guò)連接能源設(shè)備和電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化能源消耗。智慧電表、智能家居系統(tǒng)和分布式能源資源（如太陽(yáng)能和風(fēng)能）的整合，使城市能夠更有效地管理電力、水和天然氣資源。以上海浦東智慧城市建設(shè)為例，上海浦東供電公司運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能及云計(jì)算等技術(shù)打造了智慧城市能源云平臺(tái)項(xiàng)目，即上海浦東供電公司“能源大腦”，為智慧城市治理提供數(shù)智化服務(wù)?！澳茉创竽X”實(shí)現(xiàn)了電力、水務(wù)、燃?xì)?、政府等多方?shù)據(jù)的整合，與城市精細(xì)化管理體系融為一體，為政府、能源企業(yè)、能源客戶、能源服務(wù)市場(chǎng)等提供客戶聚合、業(yè)務(wù)融通及數(shù)據(jù)共享等服務(wù)。

3.4 城市安全和監(jiān)控

智慧城市安全和監(jiān)控通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭、傳感器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)全面的安全監(jiān)控覆蓋，監(jiān)測(cè)犯罪活動(dòng)、火災(zāi)、緊急事件和交通違規(guī)等情況。智慧城市的安全系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)緊急通信和廣播，提醒市民潛在的風(fēng)險(xiǎn)，確保城市居民的安全。以合肥市智慧城市建設(shè)為例，2018 年啟動(dòng)ARM 物聯(lián)網(wǎng)智慧城市創(chuàng)新中心項(xiàng)目，包括交通館、安防館、基礎(chǔ)設(shè)施館、環(huán)保館、醫(yī)療館和樓宇館等六大場(chǎng)館建設(shè)，為城市安全和監(jiān)控保駕護(hù)航。該項(xiàng)目將城市物聯(lián)網(wǎng)與平臺(tái)融合，建設(shè)智慧城市綜合數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，通過(guò)智慧樓宇建設(shè)、智能路燈建設(shè)、智慧安防系統(tǒng)建設(shè)等，實(shí)現(xiàn)智能化的城市安全管理和監(jiān)控。

3.5 公共服務(wù)改善

智慧城市公共服務(wù)改善通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括供水、供電、垃圾處理和交通等方面，有助于及時(shí)檢測(cè)問(wèn)題并進(jìn)行維護(hù)，提供高效的公共服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)還應(yīng)用于智能垃圾桶、公共交通優(yōu)化、智能停車等解決方案中，提高了市民的生活質(zhì)量，減少了城市擁堵和資源浪費(fèi)。以深圳智慧城市建設(shè)為例，深圳市福田區(qū)攜手華為公司打造高效運(yùn)轉(zhuǎn)的“城市智腦”，通過(guò)城市智能中樞匯集區(qū)域各數(shù)據(jù)要素，實(shí)現(xiàn)福田區(qū)運(yùn)行情況的“一屏統(tǒng)覽”，為區(qū)域決策制定提供數(shù)據(jù)支持；基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，打造跨業(yè)務(wù)一網(wǎng)協(xié)同系統(tǒng)，滿足公職人員異地辦公、便民便企服務(wù)一網(wǎng)通辦等需求，實(shí)現(xiàn)公共服務(wù)事項(xiàng)的主動(dòng)服務(wù)與精準(zhǔn)服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文深入探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的關(guān)鍵作用。從智能交通管理到環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能能源管理、城市安全監(jiān)控、公共服務(wù)改善，物聯(lián)網(wǎng)改變了城市生活方式，提高了城市的效率、可持續(xù)性和安全性。希望進(jìn)一步研究和創(chuàng)新，以確保智慧城市的可持續(xù)、智能和人性化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更美好的城市未來(lái)。