物联网背景下的智慧城市建设

物联网背景下的智慧城市建设2012年10月10日来源：RFID世界网作者：艾浩军吴余龙王康武一、智慧城市的概念目前，智慧城市没有统一的定义。智慧城市是通过互联网把无处不在的被植入城市物体的智能传感器连接起来，实现对现实城市的全面感知，利用云计算等智能处理技术对海量感知信息进行处理和分析，实现网上城市数字空间与物联网的融合，并发出指令，对包括政务、民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持。智慧城市就是以智慧的理念规划城市，以智慧的方式建设城市，以智慧的手段管理城市，用智慧的方式发展城市，从而提高城市空间的可达性，使城市更加具有活力和长足的发展。“智慧城市”是“数字城市”的进一步发展和深化，其最本质的特征是能通过物联网把信息化“数字空间”与现实城市的“物理空间”缝合在一起。智慧城市的核心在于围绕科学发展观的城市创新工作机制，建立人与经济、人与社会、人与资源环境和谐发展的创新模式。城市管理智慧需要体现在如何处理教育均等化与教育资源不足的统筹问题，解决普遍医疗水平提升与就医难的问题，解决产业结构升级与普遍就业的问题，以科学发展观为基本观点，围绕国家关于国民经济与社会发展的总体规划。从功能角度看，智慧城市体系可以分感知层、网络层、管理层和应用层（如图1），分别对应以下四个方面特征：（1）更透彻的感知：利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程快速获取城市任何信息并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。（2）更广泛的互联互通：通过各种形式的高速高带宽通信网络工具，将个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散信息及数据进行连接、交互和多方共享，从而对环境和业务状况进行实时监控，从全局角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作完成，改变整个城市运作方式。（3）更以人为本的城市管理：在深度感知、互联互通的新一代信息平台下，城市管理要更加的以人为本，充分考虑市民的适应性、满意度，并做出以人为本的智慧的决策。（4）更深入的智能化：深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题以更好地支持城市发展决策和行动。图1：智慧城市四层体系二、智慧城市建设的紧迫性与必要性我国经过改革开放以来30多年的发展，中国城市化步伐不断加快，每年有1500万人口进入城市。到2025年，中国将会有近三分之二的人口居住在城市，中国已经进入到了一个城市社会。《金融时报》2010年9月21日报道：1980年中国城市人口比例仅20%，而到2010这一比例达到45%，是世界上城市人口最多的国家。城市化虽然带来了人民生活水平的提高，但城市要保持可持续发展却越来越受到各种因素的制约，需要转方式、调结构、改变生活方式、不断解决突发性事件等问题。第一，城市保持经济持续快速发展急需转变增长方式，突破增长极限。城市发展日益受到土地、空间、能源和清洁水等资源短缺的约束，城市人口膨胀、环境保护等问题面临的压力也越来越大。2007年我国石油、天然气的人均储量分别只有世界人均水平的7.35%和7.13%，而2006年我国单位GDP能耗则是日本的5.5倍，美国的3.7倍。最近的一项调查显示，到2009年底北京市常住人口已达1972万人，人均水资源占有量仅为全国平均水平的10%，而人口仍在以每年60万的速度增加，已经陷入“大城市病”困扰。在城市环保方面，《2005年全国城市环境管理与综合整治年度报告》显示，全国509个城市中生活污水集中处理率为零的城市有178个，生活垃圾无害处理率为零的城市有130个，在293个地级以上城市中，危险废物集中处理率为零的城市有80个。2006年全年发生严重环境污染事故161起，环境投诉达60万人次。这些问题使用传统的技术和管理方法已经难以有效解决，而目前发达国家正在研究如何创新性地使用新一代信息技术、知识和智能技术手段来重新审视城市的本质、城市发展目标的定位、城市功能的培育、城市结构的调整、城市形象与特色等一系列现代城市发展中的关键问题，特别是通过智慧传感和城市智能决策平台解决节能、环保、水资源短缺等问题。“智慧城市”课题正是基于这个背景提出，其必要性和紧迫性十分明显。第二，城市经济发展的可持续性要求产业升级和结构调整。城市必须拥有一批在未来具有核心竞争力的产业，才能具有经济的可持续性和发展潜力。但我国目前大部分城市的支柱产业都是资源密集和劳动密集型产业，缺乏核心技术和优势品牌。随着劳动力成本的不断增加，我国必将逐步丧失竞争优势，资本将会向劳动力更廉价的国家转移，这种动向已经在沿海地区表现出来。其实我国城市是拥有非常丰富的人力资本和物质资源的，这也是跨国公司在我国大量兴办研究院的原因。只是由于国内各企业和高校各自为政，城市和城市之间没有形成协同创新机制和平台，因此整体创新能力较弱。智慧城市则可以通过技术手段的引入，以行业为单位建立虚拟和实体的创新协同机制（如智慧物流、智慧环保、智慧银行和智慧医院等），整合不同行业之间的协同机制（如智慧交通和智慧城管等），提升城市内部和城市之间的创新能力，推动产业升级和结构调整。第三，城市发展必须适应工业化特别是后工业化后人们生活方式的改变。我国的城市发展是随着近几十年工业化步伐的加快而实现的，工业化在给我国人民带来更多物质财富的同时也彻底改变了人们的生活方式。最突出的表现就是生活的社会化、国际化，通过社会分工和网络化来为居民提供各种服务。但这就带来了食品药品安全、家政服务质量和人身安全、社区安全等问题，尤其是食品安全问题已经越来越突出。只有解决了这些关系民生的基本生活保障问题（如放心食品和药品），城市的发展才可能和谐。但随着城市规模日益扩大、流动人口增加和物流系统越来越复杂，传统的由质检部门和居委会进行管理的方式已经难以胜任。城市必须利用新一代信息技术建立实时更新的控制和协调系统，实现智慧化管理才能与日益复杂的城市实体系统协调一致，达到现代人宜居的目标（如智慧社区等）。国外先进经验表明，城市的高宜居性，是稳住和吸引高智能人才的重要条件之一。第四，城市发展必须快速和妥善解决应急事件和突发性事件问题。经济发展带来了我国经济的一体化和全球化，也带来了恶性传染病爆发、恶性犯罪事件的增加、国际恐怖主义的威胁等问题。为了防范和解决这类问题，智慧城市的引入可以在第一时间快速感知这些突发性事件，通过其智能化的调控能力和行为意识加快（由市长或由城市智能决策平台）判断和决策的准确性、有效性与及时性，实现不同行业和区域的协同和应对能力。同时也可以通过其“学习”能力，不断提高处理应急事件和突发性事件的水平，使应急预案程序化、智能化。智慧城市技术是有效解决上述城市面临问题的关键技术手段，它以信息、知识和脑力资源为支撑，通过透明、充分的信息获取，广泛、安全的信息传递，有效、科学的信息处理，均衡而有效地提高城市运行和管理效率，改善城市公共服务水平，从而跨越式地提高城市发展的创新性、有序性和持续性，形成低碳城市生态圈，构建城市发展的新形态，使整个城市像一个有智慧的人那样，具有较为完善的感知、认知、学习、成长、创新、决策、调控能力和行为意识，使绝大多数市民都能享受到智慧城市的服务和应用。三、智慧城市的建设内容智慧城市充分利用物联网、云计算等信息化相关技术，通过监测、分析、整合以及智能响应的方式，综合各职能部门，整合优化现有资源，提供更好的服务、绿色环境、和谐的社会，保证城市可持续发展，为企业及大众建立一个优良的工作、生活和休闲的环境。智慧城市的建设内容包罗万象，有水、电、交通、医疗和节能减排等，其中共同性就是，都涉及大量的数据收集、整合和处理，智慧城市的建设的四大方面包括市政基础设施、公共服务、社会管理以及产业发展等。市政基础设施类包含智慧交通、智慧市政管理、智慧节能，其中以智慧交通为例进行阐述。公共服务类包含智慧政务、智慧医疗、智慧文化教育，其中以智慧医疗为例进行阐述。社会管理类包含智慧社区、智慧公共安全、智慧环保、智慧食品药品安全，其中以智慧社区为例进行阐述。产业发展类包含智慧产业、智慧物流、电子商务、智慧旅游，其中以智慧物流为例进行阐述。3.1市政设施类之智能交通伴随着城市化进程加快、机动化水平提高，人们对交通出行提出了更高的要求，城市交通成为城市管理者和广大人民群众广泛关注的焦点。努力改善城市交通环境、缓解城市交通矛盾、构筑现代化的综合交通体系，不仅是普通市民改善出行条件、提高生活质量的迫切愿望与呼声，而且也是提升城市功能、促进城市社会经济可持续发展的重要保障。3.1.1总体目标与主要内容通过对城市交通现状进行分析，确定城市智慧交通总体目标：以国家智能交通系统体系框架为指导，建成“高效、安全、环保、舒适、文明”的智慧交通与运输体系，大幅度提高城市交通运输系统的管理水平和运行效率。为出行者提供全方位的交通信息服务和便利、高效、快捷、舒适、经济、安全、人性、智能、生态的交通运输服务；为交通管理部门和相关企业提供及时、准确、全面和充分的信息支持和信息化决策支持。针对城市交通现状以及所存在的问题，从解决现实问题并适当前瞻性的角度出发，智慧交通的主要内容包括：智能停车与诱导系统、电子收费系统、智能交通监控与管理系统、智能公交系统和综合信息平台与服务系统。（1）智能停车与诱导系统。智能停车与诱导系统可提高驾驶员停车的效率，减少因停车难而导致的交通拥堵、能源消耗的问题，包括两方面内容：一是对出行市民发布相关停车场、停车位、停车路线指引的信息，引导驾驶员抵达指定的停车区域；二是停车的电子化管理，实现停车位的预定、识别、自动计时收费等。（2）电子不停车收费系统。电子不停车收费系统的特点是不停车、无人操作和无现金交易，主要包括两部分内容，一是车辆的电子车牌系统，它是车辆的唯一识别，存储了车辆的相关信息，实时与收费站的控制设备进行通信；另一部分是后台计费系统，由管理中心与银行组成，包括收费专营公司、结算中心和客户服务中心等，后台根据收到的数据文件在公路收费专营公司和用户之间进行交易和结算。（3）智能交通监控与管理系统。利用地磁感应与多媒体技术将各道路的车流量情况进行实时采集与整理，实时的监控各交通路段的车辆信息与数据，同时自动检测车辆的车重、轴距轴重等信息，对违规车辆进行自动拍照与录制视频的方式辅助执法。（4）智能公交系统。智能公交系统通过对域内公交车进行统一组织和调度，提供公交车辆的定位、线路跟踪、到站预测、电子站牌信息发布、油耗管理等功能，以及公交线路的调配和服务能力，实现区域人员集中管理、车辆集中停放、计划统一编制、调度统一指挥，人力、运力资源在更大的范围内的动态优化和配置，降低公交运营成本，提高调度应变能力和乘客服务水平。（5）综合信息平台与服务系统。综合信息平台与服务系统是智能交通系统的重要支撑，是连接其他系统的枢纽，将交通感知数据进行全面的采集、梳理、存储、处理、分析，为管理和决策提供必要的支撑依据，同时将综合处理的信息以多种渠道（大屏、网站、手机、电视等）及时发布给出行市民。3.1.2概念框架智能交通整体框架（见图2）主要包括感知数据层、整合集成平台和分析预测及优化管理的应用。感知数据层主要是对交通状况及流量的感知采集；整合集成平台是将各感知终端的信息进行整合、转换处理，以支撑分析预警与优化管理的应用系统建设；分析预测及优化管理应用主要包括交通规划、交通监控、智能诱导、智能停车等应用系统。图2：智能交通方案架构图3.2公共服务类之智慧医疗构建富有效率的医疗卫生体制是一个世界性的难题，纵观各国医疗卫生体制改革之路可以看出，尽管改革思路和方法有所不同，但在通过信息化手段全面构建并应用数字卫生系统，推动医疗卫生体制改革，更好地解决医疗卫生服务需求与服务供给的平衡方面都有着共同的期望。3.2.1总体目标与主要内容在国家新医改方案的统一指导下，通过智慧医疗，实现居民获得可及优质的卫生服务、连续的健康信息和全程健康管理；卫生服务机构保证服务质量，提高服务效率；公共卫生专业机构有效地开展疾病管理、卫生管理、应急管理、健康教育等工作；卫生行政部门提高卫生服务质量、强化绩效考