唐家三少,雪鹰领主

當物聯(lián)網(wǎng)技術遇上智慧城市

2024-05-21100

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智慧城市在過去的2018年發(fā)展飛速，隨著科學技術水平的不斷提高，智能信息化，是運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術采用智能化等技術的快速發(fā)展，為基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市建設奠定了厚實的基礎。本文將重點闡述物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧城市的應用。
　　智慧城市，從字面上的理解即是，更聰明的城市；從其特征上理解是，能夠多方面協(xié)調(diào)城市運行，全面感知城市動態(tài)，使城市運行做到隨需應變，在物流、教育、醫(yī)療、安全、政府服務、交通、能源、政府服務、居民生活等各社會服務全面實現(xiàn)智慧化。為實現(xiàn)愿景，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動技術、通訊技術、新能源等技術必不可少?；?/span>物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市建設，利用高新技術手段搞好城市治理，是提高政府的整體快速反應能力，提升城市建設與管理的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的必要手段。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市特征
　　首先讓我們看看物聯(lián)網(wǎng)技術與智慧城市的特征：
　　物聯(lián)網(wǎng)技術特征
　　互聯(lián)性：物聯(lián)網(wǎng)技術的核心和基礎仍是互聯(lián)網(wǎng)，其主要是通過各類有線及無線設備與互聯(lián)網(wǎng)相融合，將事物信息及時準確地反映出去，物聯(lián)網(wǎng)上的傳感設備可將信息定時傳輸，由于所要傳輸?shù)男畔⒘繕O大，出現(xiàn)了海量信息，因此在傳輸過程中，為了保證數(shù)據(jù)具備正確性與及時性，物聯(lián)網(wǎng)需要適應各種類型的網(wǎng)絡及協(xié)議。
　　智能化：與其他一些系統(tǒng)相比，物聯(lián)網(wǎng)不但具備信息收集的功能，其還具備極強的信息處理功能，可對物體進行有效的智能管理，物聯(lián)網(wǎng)通過一些設備與傳感器相連接，利用云計算、智能識別等各種先進反饋自動化技術可大范圍實現(xiàn)對事物的智能化管控。
　　通信及識別：一般來說，在物聯(lián)網(wǎng)上需要安裝海量的各類型傳感器，單個的傳感器均是一個信息源，各種類型的傳感器所接受到的信息在格式及內(nèi)容上是不同的，因此物聯(lián)網(wǎng)必須具備極強的識別功能，另外物聯(lián)網(wǎng)作為一個集信息收集、處理為一體的綜合系統(tǒng)，其必定需要一個完善的通信系統(tǒng)。
　　智慧城市特征
　　傳遞可靠：在實現(xiàn)全面的互聯(lián)之后以形成可靠的傳遞也是智慧城市發(fā)展的基礎特征之一，并且這使得各種信息的采集及控制能做到可靠傳遞。要做到可靠的信息傳遞，物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)性必不可少，試想一下，在物聯(lián)網(wǎng)的幫助下，各類傳感器就像一個忠實賣力的跑堂，使得整個城市的各類公開信息都能唾手可得。
　　高度智能：更具深度及更具職能的信息管控能力是智慧城市的又一基礎特征，對收集系統(tǒng)收集到的各類信息進行快速、準確、有效的處理，并做出智能控制管理。物聯(lián)網(wǎng)的信息收集的功能，和極強的信息處理功能，可對物體進行有效的智能管理。
　　系統(tǒng)感知：更加全面更加系統(tǒng)的感知是智慧城市發(fā)展的基礎也是其基本特性，以使得城市中需求感知的人和物可實現(xiàn)相互感知，且可隨時獲得所需求的各種信息及數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)通過一些設備與傳感器相連接，可保證智慧城市內(nèi)的一切動態(tài)被實時感知協(xié)調(diào)。
　　物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市特征的高度重合，證明了智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)集中應用的平臺，也是物聯(lián)網(wǎng)技術綜合應用的典范，是由N個物聯(lián)網(wǎng)功能單元組合而成的更大的示范工程，承載和包含著幾乎所有的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等相關技術。通過傳感技術，實現(xiàn)對城市管理各方面能源生產(chǎn)、運輸、轉(zhuǎn)換及消耗的監(jiān)測和全面感知。實時智能識別、立體感知城市能源各方面情況。

　　二、智慧城市物聯(lián)網(wǎng)主要技術路線
　　傳感網(wǎng)絡設備及協(xié)議
　　(1)物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點硬件設計：無線節(jié)點硬件包括：微處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊。微處理器模塊主要用于運行網(wǎng)絡協(xié)議及對射頻芯片等外圍器件進行控制;無線通信模塊主要為各節(jié)點提供無線通信的能力，實現(xiàn)數(shù)字信號與無線電信號的轉(zhuǎn)換;電源模塊主要用于為整個系統(tǒng)提供和管理能源。
　　(2)物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點軟件設計：無線節(jié)點的軟件結(jié)構為基于TinyOS操作系統(tǒng)的層次結(jié)構，主要分為協(xié)議棧部分和硬件抽象層。無線網(wǎng)絡節(jié)點使用了CC2420射頻芯片實現(xiàn)了節(jié)點間的無線通信，同時由于射頻芯片是無線網(wǎng)絡節(jié)點中最耗能的部分，所以它的驅(qū)動程序設計的好壞不僅直接關系到整個無線網(wǎng)絡節(jié)點通信能力的好壞，而且還會關系到節(jié)點生命周期的長短。在傳感節(jié)點 EEPROM 所存儲的數(shù)據(jù)中，最主要所占空間也最大的是路由表和鄰居表。路由表主要保存目標地址以及對應的下一跳地址等信息，鄰居表中主要保存 64 位擴展地址、網(wǎng)絡地址、鏈路質(zhì)量(LQI)和相互間關系等信息?；A數(shù)據(jù)的采集通過無線傳感器節(jié)點把監(jiān)測點的物理量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，它是通過各種傳感器與微控制器來實現(xiàn)的。
　　多協(xié)議融合網(wǎng)關軟硬件設計
　　(1)融合網(wǎng)關軟件設計：各集成系統(tǒng)的軟件設計以嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺，采取模塊化編程，將需要實現(xiàn)的以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線協(xié)議，按照其功能進行劃分為不同模塊。系統(tǒng)選擇使用共享內(nèi)存方式在各個進程間傳遞配置表信息和需要共享的數(shù)據(jù)。最底層為硬件設備，即多總線融合的通訊網(wǎng)關硬件，再往上為內(nèi)核空間，內(nèi)核空間通過驅(qū)動程序控制網(wǎng)關各功能部件。在此基礎上，驅(qū)動程序就可以方便地規(guī)范控制系統(tǒng)的各路接口。在內(nèi)核驅(qū)動程序的上層是設備文件，Linux通過設備文件管理各個驅(qū)動及硬件，通常一種實際硬件設備對應一個設備文件。設備文件統(tǒng)一由Linux的虛擬文件系統(tǒng)管理，通過Linux的系統(tǒng)調(diào)用接口與用戶空間程序進行交互。內(nèi)核空間之上就是用戶空間，用戶空間中底層主要是TCP/IP協(xié)議棧和其它各種通信協(xié)議程序。這些協(xié)議程序既可以是RS485的高層協(xié)議(Modbus、Profibus等)、CAN 的應用層協(xié)議(Canopen、Devicenet)和基于以太網(wǎng)的各種高層協(xié)議，也可以是基于RS232、RS485、CAN和以太網(wǎng)的用戶自定義協(xié)議程序。各種協(xié)議程序都對應一塊共享內(nèi)存，通過各共享內(nèi)存被用戶應用程序接口函數(shù)統(tǒng)一管理。最上層就是用戶應用程序，用戶應用程序通過API函數(shù)管理各協(xié)議程序，數(shù)據(jù)處理模塊主要進行將網(wǎng)關從無線傳感網(wǎng)絡和以太網(wǎng)獲取的數(shù)據(jù)包進行提取有效負載和重新封裝等相關處理。在數(shù)據(jù)處理部分需要同時處理上行數(shù)據(jù)(data 和 event)和下行數(shù)據(jù)(command)，因此在數(shù)據(jù)處理部分，我們采用多線程的方式進行實現(xiàn)，這樣可同時對上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)進行處理。
　　(2)融合網(wǎng)關硬件設計：多協(xié)議融合網(wǎng)關作為無線傳感網(wǎng)絡與有線以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶，主要用于收集無線傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，并支持各種主流現(xiàn)場總線，對這些數(shù)據(jù)進行加工處理，并通過 TCP/IP 協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)中。由于網(wǎng)關需要處理大量的數(shù)據(jù)，同時還需要支持 USB 通信和TCP/IP 協(xié)議，所以相對于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感節(jié)點，它需要的 CPU 處理能力更強，內(nèi)存空間更大。采用 ARM 架構的嵌入式硬件平臺，針對網(wǎng)關設備的應用需求，它需要有中央處理器模塊、存儲器模塊，并且還需要為網(wǎng)絡通信提供網(wǎng)絡接口，以及為系統(tǒng)各種監(jiān)控現(xiàn)場總線提供UART 串口、USB等接口。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧城市中的應用
　　物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市發(fā)展中的應用關系各方各面，從市政管理智能化、農(nóng)業(yè)園林智能化、醫(yī)療智能化、樓宇智能化、交通智能化到旅游智能化及其他應用智能化等方面，均可應用物聯(lián)網(wǎng)技術，以下對其應用做詳細的闡述。
　　城市管理智能化
　　通過物聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)城市信息資源全面整合及業(yè)務協(xié)同，實現(xiàn)城管系統(tǒng)中的人與物、物與物之間的相互感知、互聯(lián)互通，不斷提高管理效率及效果。通過智能化的手段，增強城管智能部門與人之間的溝通聯(lián)系，使城管服務更加方便快捷，更具人性化。
　　基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可實現(xiàn)城市管理智能化以下幾點：
　　(1)建構城市物聯(lián)網(wǎng)公共服務體系。構建具備開放式、共享式的政府電子物聯(lián)網(wǎng)體系，建設可完成多行業(yè)、多角度的數(shù)據(jù)協(xié)同、共享，為個人、企業(yè)及政府提供詳細的城市運作及商業(yè)服務的物聯(lián)網(wǎng)公共信息服務體系。
　　(2)建構物聯(lián)網(wǎng)公共設施監(jiān)控。首先對城市的公共重要設施進行系統(tǒng)標示，以達到對城市公共設施的精確監(jiān)控及全程跟蹤，確保城市公共安全，最終完成政府的數(shù)字化管理。
　　(3)物聯(lián)網(wǎng)食品跟蹤。對一些重要食品物資進行標示，就可實現(xiàn)對食品物資的全程溯源及追蹤。
　　(4)另外市政管理還包括城市應急體系、城市地圖導航及城市環(huán)境管控等。
　　農(nóng)田園林智能化
　　(1)提高精細農(nóng)業(yè)發(fā)展。將對應的傳感器安裝在農(nóng)田、園林及目標地點，各節(jié)點單位就可實施準確收集到大量關于農(nóng)田、園林內(nèi)溫度、濕度、采光及氣體濃度等信息，以精確把握土壤濕度、壓實程度、PH值及各類肥料種植情況等信息，這樣將使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化、標準化、網(wǎng)絡化水平得到不斷提高。
　　(2)園林信息管理。利用成本低、功耗低的無線傳感網(wǎng)絡對造林營林、林地征集、林木采集、城市綠化等方面的動態(tài)管控，以達到園林資源優(yōu)化管理，以促進園林綠化的現(xiàn)代化及信息化，最終增強園林綠化的社會效益、經(jīng)濟效益及生態(tài)環(huán)境效益。
　　醫(yī)療智能化
　　(1)電子巡檢。在病人身體病患部位通過一定的手段植入傳感器，并構建好醫(yī)院的傳感器網(wǎng)絡，醫(yī)生就可對病人病患動態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控。
　　(2)建立醫(yī)院資源共享體系。為了充分對醫(yī)院及病人的各種資源進行優(yōu)化利用及處理好醫(yī)院各種糾紛問題。
　　(3)藥品溯源。在藥品生產(chǎn)時，對藥品進行準確標示，完成管理透明化，增強藥品安全，為防偽打假提供有效的依據(jù)。
　　樓宇智能化
　　1)在樓宇的建設過程中安裝智能化的樓宇管理技術，在物聯(lián)網(wǎng)的配合下，將使居民能夠方便的實現(xiàn)對遠程物品的管理和控制。
　　2)大型公共監(jiān)控系統(tǒng)的建立。在城市中各種公共建筑物較多并且擁有較多的設備和設施，所以必須建立緊急的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在突發(fā)事情發(fā)生時在物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助下快速解決該問題。
　　3)采用智能化的水、煤及電表。在各種設施的表內(nèi)建立RFID芯片，可以通過表將這些數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理器中，再經(jīng)過3G網(wǎng)絡將信息傳送到后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)自動抄表的功能。
　　4）借助智能測量技術及自動控制技術，多方面監(jiān)控樓宇建筑能耗需求，實現(xiàn)建筑能源供應自動化。
　　5)異常設備的處理。在該問題的處理過程中使用無線的傳感器和局域網(wǎng)技術，對空調(diào)、燈等實現(xiàn)遠程監(jiān)控。通過探測器采集監(jiān)控區(qū)域的特定信息，設備主要包括：攝像機、煙感、紅外、震動等各種報警探測器，將探測器數(shù)據(jù)和控制信息利用Internet網(wǎng)絡的廣域連接能力，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸。通過產(chǎn)品上部署的智能分析處理模塊，針對單一探測器的報警信息，調(diào)用受益人功能模塊，對同一區(qū)域的其他探測器所采集的信息進行綜合分析，實現(xiàn)異常事件的智能判斷。
　　交通智能化
　　在城市建設過程中，使城市交通和軌道交通等各種重要設備智能化，保證實現(xiàn)城市交通工作的全程追蹤和管理。這需要做好兩方面的工作，一方面政府要將數(shù)字化調(diào)度管理與城市的資源配置結(jié)合在一起，實現(xiàn)優(yōu)化配置；另一方面，作為交通管理部門要全面提高各種事故的預防和檢測能力，使調(diào)度監(jiān)控和處理應急事件的能力全面提升，促使交通事業(yè)不斷發(fā)展和完善。
　　通過信息資源的自動整合及智能共享，具有高度的分析與預測能力，實現(xiàn)交通運輸?shù)谋憬荨踩⒔?jīng)濟、高效，為智慧城市運營及經(jīng)濟發(fā)展提供支撐。以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術為基礎，通過感知化、互聯(lián)化、智能化的方式，形成以交通信息網(wǎng)絡完善、運輸裝備智能、運輸效率和服務水平高為主要特征的現(xiàn)代交通發(fā)展新模式。充分利用信息通信技術，通過人、運輸裝備與交通網(wǎng)絡之間的相互感知、智能互動，達到一種完全自動、合理、高效的交通管理服務狀態(tài)，實現(xiàn)交通運輸效率最高、交通資源效益最大化。
　　旅游智能化
　　所謂旅游智能化指的是在物聯(lián)網(wǎng)、通信技術、云計算以及各種高性能的數(shù)字處理技術在旅游開發(fā)、管理和體驗方面的應用。在旅游方面運用將能夠最大程度的調(diào)動資源和信息方面的智能化，同時將該服務以全新的姿態(tài)應用到未來的旅游發(fā)展，以全面實現(xiàn)該行業(yè)的智能化，為旅游產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和結(jié)構升級提供強大的動力支持。
　　四、基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市對策
　　建立合理的法律和政策保障體系，使環(huán)境得到優(yōu)化發(fā)展。
　　示范和規(guī)范應用促進物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
　　物聯(lián)網(wǎng)技術的創(chuàng)新應用。
　　物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)。

　　五、結(jié)語
　　基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市管理特點在于采用了無線傳感器作為數(shù)據(jù)采集，突破以往單一的視頻采集方式，改變了傳統(tǒng)城市安防的單一視頻監(jiān)控模式，通過云計算、大數(shù)據(jù)技術提供異構數(shù)據(jù)融合和分布式管理，將終端采集數(shù)據(jù)按需發(fā)往監(jiān)控平臺進行及時分析與匯總，使用物聯(lián)網(wǎng)豐富和及時的監(jiān)控手段及數(shù)據(jù)系統(tǒng)的多級管理，智慧城市將實現(xiàn)指揮統(tǒng)一、反應及時、作戰(zhàn)有效的目標。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不但是信息技術的一大變革，對未來智慧城市的建設及發(fā)展也起著難以估量的作用。

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