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智慧城市构建技术及框架研究

2015-12-02 00:47
逆光飞舞
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  基于该研究者从事智慧城市的相关研究,以智慧城市信息系统架构为研究对象,该文首先分析智慧城市的概念和关键能力,提出由物联网和云计算等技术支撑的智慧城市信息系统的总体框架,进而探讨智慧城市信息系统的网络拓扑,最后就建设智慧城市给出技术发展和政策环境等方面的建议。

  1、城市信息化的发展趋势

  信息化时代瞬息万变,移动互联网、物联网、云计算技术方兴未艾,其增长速度超出人们的想象。互联网应用从只能读取内容的Web1.0时代发展到人们可以参与共享内容的Web2.0时代,再到现在已悄然迈进的智能化的Web3.0时代;管理信息化应用从关注组织内部事务处理到关注组织内部工作流程,又在向组织内外协同处理的诉求发展。人们的信息化生活、生产活动逐渐从封闭、单一走向开放、智能,正迈向协同处理、信息智能的时代。城市作为人们生活和生产的载体,将无可避免地与信息产业技术发展趋势相结合,从而衍生出具备智能的城市级信息系统。智慧城市信息系统作为信息产业新技术融合的产物,将控制和协同城市居民的生活和生产活动,使之更加便捷、高效、安全、和谐。

  可以将城市比作一个有机的生物体,而将其信息系统比作生物体的神经系统。高等生物的神经末梢感受体内、体外环境的信息,通过周围神经传递到中枢神经进行整合加工,再经周围神经控制、协调生物体内部各系统的功能以及生物体和外部环境的平衡。物联网感知和控制终端是智慧城市的神经末梢,宽带通信基础网络构成周围神经系统,而云计算数据中心作为城市智慧的大脑,三者共同构成智慧城市信息系统,以协调城市这个庞大的生物体各系统的运转,以及城市和自然环境的平衡。城市将愈发依赖于这种高度互联、高度协同的智慧信息系统。

  2、智慧城市的概念和关键能力

  智慧城市是以智慧技术、智慧产业、智慧人文、智慧服务、智慧管理、智慧生活为特征的城市发展新模式,是信息化向更高阶段发展的表现,具有以更强的集中智慧发现问题、解决问题的能力,因而具有更强的创新发展能力。我们认为,智慧城市是物联网行业应用的综合性集成,并通过感知数据的统一集中管理、海量信息的智能化处理,形成面向城市管理、控制与服务的应用模式。其建设和发展目标是围绕城市的可持续发展,提供全面感知的、有效控制的高效管理和优良服务。

  智慧城市应具备以下三个信息化关键能力:

  (1)信息的全面感知能力

  城市中布有大量的感知终端,通过传感器网络,在运行、服务中捕获到人们生活、生产以及城市环境的多种信息元数据。

  (2)海量的数据处理能力

  具备海量的跨部门、跨行业异构数据的存储能力,能够对海量异构数据进行高效分析、计算和处理的能力,并且能够构建基于数据分析和知识管理的智能应用能力。

  (3)智能的管理服务能力

  在形成支撑智慧城市的行业智能应用的基础上,建立面向服务的智慧城市综合应用的统一公共管理平台,为居民生活和各行业生产提供普适的、智能的应用与服务。

  3、物联网和云计算技术

  智慧城市信息系统是一个面向城市管理、控制与服务的体系,它统一集中各行业数据与信息资源,为跨部门、跨行业建立协同处理和智能控制平台(见图1)。

  对智慧城市关键能力的分析可以看到,物联网和云计算能够为构建智慧城市信息系统提供技术支撑,它们在宽带通信基础网络的支撑下构成智慧城市信息系统的信息感知端和信息处理端。一方面,物联网渗透入各行业,提供全面的城市感知和控制网络。另一方面,云计算数据中心提供面向各个物联网行业应用的集成,面向用户和终端提供整体的智慧城市应用服务平台。两者之间由普遍覆盖的宽带通信网络在平台与终端之间提供网络环境支撑。云计算构架在宽带通信网之上,物联网将主要依赖宽带通信网来实现有效延伸,通过云计算模式可以支撑具有业务一致性的物联网集约运营。

  3.1物联网技术在智慧城市中的应用

  物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络衍生,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知、识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。物联网的网络架构可以分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层对物理世界感知、识别并控制。网络层实现信息的传递。应用层在对信息计算和处理的基础上实现在各行业的应用。物联网的关键技术包括传感与RFID融合技术、识别与环境感知技术、物联网节点及网关技术、物联网通信与频管技术、物联网接入与组网技术、物联网软件与算法、物联网交互与控制、物联网计算与服务等。

  物联网的应用渗透智慧城市的方方面面,可以为智慧城市信息系统的感知和控制提供全面支持。这些应用概括起来有:(1)工业,如生产过程控制、供应链管理、能耗控制等。(2)农业,如农作物精细灌溉、生长环境监测、农产品流通追溯等。(3)商业,如自动贩卖机、POS终端等。(4)金融服务,如“金卡工程”、二代身份证等。(5)交通,如交通流量监控、交通信号控制、电子收费、定位导航、车辆状况诊断等。(6)电力,如智能变电站、智能用电、配电自动化等。(7)医疗卫生,如远程诊断、医疗废物监控等。(8)教育,如图书信息推送、远程教育等。(9)家居,如门禁、安防、电气设备远程控制等。(10)环境,如有害物质监测、气候环境监测等。

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