當物聯網技術遇上智慧城市，你猜猜會發生什麼？

摘要：智慧城市在過去的2017年發展飛速，隨著科學技術水平的不斷提高，智能信息化，是運用物聯網、大數據、雲計算等技術採用智能化等技術的快速發展，為基於物聯網的智慧城市建設奠定了厚實的基礎。本文將重點闡述物聯網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；從其特徵上理解是，能夠多方面協調城市運行，全面感知城市動態，使城市運行做到隨需應變，在物流、教育、醫療、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智慧化。為實現願景，物聯網、雲計算、移動技術、通訊技術、新能源等技術必不可少。基於物聯網的智慧城市建設，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代化水平和社會經濟效益的必要手段。

一、物聯網與智慧城市特徵

首先讓我們看看物聯網技術與智慧城市的特徵：

物聯網技術特徵

互聯性：物聯網技術的核心和基礎仍是互聯網，其主要是通過各類有線及無線設備與互聯網相融合，將事物信息及時準確地反映出去，物聯網上的感測設備可將信息定時傳輸，由於所要傳輸的信息量極大，出現了海量信息，因此在傳輸過程中，為了保證數據具備正確性與及時性，物聯網需要適應各種類型的網路及協議。

智能化：與其他一些系統相比，物聯網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，物聯網通過一些設備與感測器相連接，利用雲計算、智能識別等各種先進反饋自動化技術可大範圍實現對事物的智能化管控。

通信及識別：一般來說，在物聯網上需要安裝海量的各類型感測器，單個的感測器均是一個信息源，各種類型的感測器所接受到的信息在格式及內容上是不同的，因此物聯網必須具備極強的識別功能，另外物聯網作為一個集信息收集、處理為一體的綜合系統，其必定需要一個完善的通信系統。

智慧城市特徵

傳遞可靠：在實現全面的互聯之後以形成可靠的傳遞也是智慧城市發展的基礎特徵之一，並且這使得各種信息的採集及控制能做到可靠傳遞。要做到可靠的信息傳遞，物聯網的互聯性必不可少，試想一下，在物聯網的幫助下，各類感測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徵，對收集系統收集到的各類信息進行快速、準確、有效的處理，並做出智能控制管理。物聯網的信息收集的功能，和極強的信息處理功能，可對物體進行有效的智能管理。

系統感知：更加全面更加系統的感知是智慧城市發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相互感知，且可隨時獲得所需求的各種信息及數據。物聯網通過一些設備與感測器相連接，可保證智慧城市內的一切動態被實時感知協調。

物聯網與智慧城市特徵的高度重合，證明了智慧城市是物聯網集中應用的平台，也是物聯網技術綜合應用的典範，是由N個物聯網功能單元組合而成的更大的示範工程，承載和包含著幾乎所有的物聯網、雲計算等相關技術。通過感測技術，實現對城市管理各方面能源生產、運輸、轉換及消耗的監測和全面感知。實時智能識別、立體感知城市能源各方面情況。

二、智慧城市物聯網主要技術路線

感測網路設備及協議

(1)物聯網無線節點硬體設計：無線節點硬體包括：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於運行網路協議及對射頻晶元等外圍器件進行控制;無線通信模塊主要為各節點提供無線通信的能力，實現數字信號與無線電信號的轉換;電源模塊主要用於為整個系統提供和管理能源。

(2)物聯網無線節點軟體設計：無線節點的軟體結構為基於TinyOS操作系統的層次結構，主要分為協議棧部分和硬體抽象層。無線網路節點使用了CC2420射頻晶元實現了節點間的無線通信，同時由於射頻晶元是無線網路節點中最耗能的部分，所以它的驅動程序設計的好壞不僅直接關係到整個無線網路節點通信能力的好壞，而且還會關係到節點生命周期的長短。在感測節點 EEPROM 所存儲的數據中，最主要所佔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、網路地址、鏈路質量(LQI)和相互間關係等信息。基礎數據的採集通過無線感測器節點把監測點的物理量信號轉化為數字信號，它是通過各種感測器與微控制器來實現的。

多協議融合網關軟硬體設計

(1)融合網關軟體設計：各集成系統的軟體設計以嵌入式Linux操作系統平台，採取模塊化編程，將需要實現的乙太網或現場匯流排協議，按照其功能進行劃分為不同模塊。系統選擇使用共享內存方式在各個進程間傳遞配置表信息和需要共享的數據。最底層為硬體設備，即多匯流排融合的通訊網關硬體，再往上為內核空間，內核空間通過驅動程序控制網關各功能部件。在此基礎上，驅動程序就可以方便地規範控制系統的各路介面。在內核驅動程序的上層是設備文件，Linux通過設備文件管理各個驅動及硬體，通常一種實際硬體設備對應一個設備文件。設備文件統一由Linux的虛擬文件系統管理，通過Linux的系統調用介面與用戶空間程序進行交互。內核空間之上就是用戶空間，用戶空間中底層主要是TCP/IP協議棧和其它各種通信協議程序。這些協議程序既可以是RS485的高層協議(Modbus、Profibus等)、CAN 的應用層協議(Canopen、Devicenet)和基於乙太網的各種高層協議，也可以是基於RS232、RS485、CAN和乙太網的用戶自定義協議程序。各種協議程序都對應一塊共享內存，通過各共享內存被用戶應用程序介面函數統一管理。最上層就是用戶應用程序，用戶應用程序通過API函數管理各協議程序，數據處理模塊主要進行將網關從無線感測網路和乙太網獲取的數據包進行提取有效負載和重新封裝等相關處理。在數據處理部分需要同時處理上行數據(data 和 event)和下行數據(command)，因此在數據處理部分，我們採用多線程的方式進行實現，這樣可同時對上行數據和下行數據進行處理。

(2)融合網關硬體設計：多協議融合網關作為無線感測網路與有線乙太網數據傳輸的紐帶，主要用於收集無線感測網路數據，並支持各種主流現場匯流排，對這些數據進行加工處理，並通過 TCP/IP 協議轉發到乙太網中。由於網關需要處理大量的數據，同時還需要支持 USB 通信和TCP/IP 協議，所以相對於物聯網無線感測節點，它需要的 CPU 處理能力更強，內存空間更大。採用 ARM 架構的嵌入式硬體平台，針對網關設備的應用需求，它需要有中央處理器模塊、存儲器模塊，並且還需要為網路通信提供網路介面，以及為系統各種監控現場匯流排提供UART 串口、USB等介面。

三、物聯網技術在智慧城市中的應用

物聯網在智慧城市發展中的應用關係各方各面，從市政管理智能化、農業園林智能化、醫療智能化、樓宇智能化、交通智能化到旅遊智能化及其他應用智能化等方面，均可應用物聯網技術，以下對其應用做詳細的闡述。

城市管理智能化

通過物聯網，可實現城市信息資源全面整合及業務協同，實現城管系統中的人與物、物與物之間的相互感知、互聯互通，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繫，使城管服務更加方便快捷，更具人性化。

基於物聯網系統，可實現城市管理智能化以下幾點：

(1)建構城市物聯網公共服務體系。構建具備開放式、共享式的政府電子物聯網體系，建設可完成多行業、多角度的數據協同、共享，為個人、企業及政府提供詳細的城市運作及商業服務的物聯網公共信息服務體系。

(2)建構物聯網公共設施監控。首先對城市的公共重要設施進行系統標示，以達到對城市公共設施的精確監控及全程跟蹤，確保城市公共安全，最終完成政府的數字化管理。

(3)物聯網食品跟蹤。對一些重要食品物資進行標示，就可實現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境管控等。

農田園林智能化

(1)提高精細農業發展。將對應的感測器安裝在農田、園林及目標地點，各節點單位就可實施準確收集到大量關於農田、園林內溫度、濕度、採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，這樣將使得農業生產數字化、標準化、網路化水平得到不斷提高。

(2)園林信息管理。利用成本低、功耗低的無線感測網路對造林營林、林地徵集、林木採集、城市綠化等方面的動態管控，以達到園林資源優化管理，以促進園林綠化的現代化及信息化，最終增強園林綠化的社會效益、經濟效益及生態環境效益。

醫療智能化

(1)電子巡檢。在病人身體病患部位通過一定的手段植入感測器，並構建好醫院的感測器網路，醫生就可對病人病患動態實現實時監控。

(2)建立醫院資源共享體系。為了充分對醫院及病人的各種資源進行優化利用及處理好醫院各種糾紛問題。

(3)藥品溯源。在藥品生產時，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。

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，在物聯網的配合下，將使居民能夠方便的實現對遠程物品的管理和控制。

2)大型公共監控系統的建立。在城市中各種公共建築物較多並且擁有較多的設備和設施，所以必須建立緊急的監控系統，能夠在突發事情發生時在物聯網的協助下快速解決該問題。

3)採用智能化的水、煤及電錶。在各種設施的表內建立RFID晶元，可以通過表將這些數據採集到數據處理器中，再經過3G網路將信息傳送到後台系統，實現自動抄表的功能。

4）藉助智能測量技術及自動控制技術，多方面監控樓宇建築能耗需求，實現建築能源供應自動化。

5)異常設備的處理。在該問題的處理過程中使用無線的感測器和區域網技術，對空調、燈等實現遠程監控。通過探測器採集監控區域的特定信息，設備主要包括：攝像機、煙感、紅外、震動等各種報警探測器，將探測器數據和控制信息利用Internet網路的廣域連接能力，實現遠程的數據傳輸。通過產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，調用受益人功能模塊，對同一區域的其他探測器所採集的信息進行綜合分析，實現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，一方面政府要將數字化調度管理與城市的資源配置結合在一起，實現優化配置；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，使調度監控和處理應急事件的能力全面提升，促使交通事業不斷發展和完善。

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，實現交通運輸的便捷、安全、經濟、高效，為智慧城市運營及經濟發展提供支撐。以互聯網、物聯網等信息技術為基礎，通過感知化、互聯化、智能化的方式，形成以交通信息網路完善、運輸裝備智能、運輸效率和服務水平高為主要特徵的現代交通發展新模式。充分利用信息通信技術，通過人、運輸裝備與交通網路之間的相互感知、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，實現交通運輸效率最高、交通資源效益最大化。

旅遊智能化

所謂旅遊智能化指的是在物聯網、通信技術、雲計算以及各種高性能的數字處理技術在旅遊開發、管理和體驗方面的應用。在旅遊方面運用將能夠最大程度的調動資源和信息方面的智能化，同時將該服務以全新的姿態應用到未來的旅遊發展，以全面實現該行業的智能化，為旅遊產業的創新和結構升級提供強大的動力支持。

四、基於物聯網的智慧城市對策

1. 建立合理的法律和政策保障體系，使環境得到優化發展。
2. 示範和規範應用促進物聯網的發展。
3. 物聯網技術的創新應用。
4. 物聯網人才的培養。

四、結語

　　基於物聯網的智慧城市管理特點在於採用了無線感測器作為數據採集，突破以往單一的視頻採集方式，改變了傳統城市安防的單一視頻監控模式，通過雲計算、大數據技術提供異構數據融合和分散式管理，將終端採集數據按需發往監控平台進行及時分析與匯總，使用物聯網豐富和及時的監控手段及數據系統的多級管理，智慧城市將實現指揮統一、反應及時、作戰有效的目標。物聯網的發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展也起著難以估量的作用。

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