基于智慧城市的物联网新技术的研究

项目名称：基于智慧城管系统物联网新技术的研究一、项目摘要近年来随着我国城镇化进程的逐渐加快，城市运行管理中的问题日益突出，各种隐患逐步增多。建立和完善城市日常运行管理体系和应急处置机制，对面临的气象灾害、地下空间事故、危化品事故、重大刑事和恐怖事件、公共场所治安等突发事件进行预防和应急处理已成为政府公共管理的要务之一。而科学、准确、有效的信息是影响应急处置的关键，“物联网”技术的发展为政府城市运行管理工作的信息处理提供了有效途径。通过研究基于物联网的城市运行管理系统，实现自动和人工相结合的新型监管模式，可以有效提高政府日常保障和处置突发公共事件的能力，最大程度地预防和减少突发公共事件及其造成的损害，保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进社会经济全面、协调、可持续的发展。物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，充分整合传感器技术、智能标签技术、新一代通信技术、数据处理和挖掘技术的优势和特长，具有高度自动化和智能化的特点。物联网的兴起与广泛应用必然对未来城市管理和服务产生深刻的影响。通过应用物联网技术，各种传感器、监测仪等物理设备可以在无人工干预的情况下实现协同和互动，从而提供智能和集约服务。物联网技术具有全面感知、可靠传递、智能处理的特点，使得城市管理变得更加精细化、智能化和简单化。将物联网等智能化手段引入城市运行管理中，从而提升城市管理水平，引导、推动城市管理工作融入我国的新型城镇化已成为城市管理者的当务之急。如何紧跟时代脉络，持续不断地开展先进的管理理念和管理模式的创新，是城市管理者们面临的重大挑战与课题。因此，城市管理者们应在城市运行监测、预测和预警等工作中开展物联网等最新科技手段的有效应用，积极推进城市管理数字化、精细化、智慧化，进一步提升政府管理和服务水平。二、项目的意义和必要性1、目的意义城市管理系统中物联网技术的早期应用主要体现在大型活动交通管理和安保中。如北京2008年奥运会期间整合高清视频监控、GPS、地磁线圈等多种传感器，实现了北京道路交通流量的实时监测和预警;并通过交通事件自动检测、动态停车诱导、区域公交优先信号智能判别、灵活管控的快速路交通控制等技术手段有效改善了奥运场馆周边交通运行环境。复合传感器、智能视频相结合的智能安防系统也在上海世博会上得到了成功应用。这套系统由数以万计的传感器及控制节点组成，散布世博会重点区域的墙头墙角墙面和周围道路上，具有很强的环境适应性和智能性，能根据图像、声波、震动频率等信息实现对人侵目标的监测识别、定位与跟踪，同时还具备消除环境气候、动物等非人侵者引起的误警率和虚警率，有效地解决了无人值守的问题。随着这些物联网技术应用试点的效果逐渐体现，其领域也逐渐扩大。比如利用各种监测传感器对“水、电、气、热”等城市生命线的监控，实时掌握生命线的运行状况、资源的供给能力、储备能力，根据需求的动态变化及时调配资源以保障人民群众的正常生活和城市经济日常运转;在救护和消防车辆上加装GPS终端和相应的电子标签，这样在执行救护任务时，可根据车辆位置和路线控制前方通行路口的绿灯自动提前开启，使得车辆能够更快地赶赴现场抢救生命和财产;通过手机信号基站与视频计数系统对重点活动场所周边及内部的人员聚集情况进行监控，对区域内人流量进行智能化预测和自动预警，防止因人流量过多而发生不必要的意外;利用定位传感器与智能视频相结合的方式，对政府、军事单位等重要地点的敏感区域对人侵目标的监测识别、定位与跟踪，及时发现隐患等等。另外，城市管理涉及多业务部门，需将传感器、监控设备等物联网网络建设统一规划、建设、编码，实现监测信息共享，对临界安全阀值进行报警，消除危险隐患，提升公共安全。例如接入物联网的传感器可以监测诸如温湿度、风速风向等大气信息;可以监测车流、人流等交通状况;可以监测雨水排放、污水排放、河道水质情况;可以监测市政设施(如交通信号灯、路灯、天桥人行扶梯等)的状态;也可实现对易燃、易爆、有毒环境(液化气站、加油站、有毒气体存储运输等，进行全天候、全方位的监控，调度相应资源，避免灾害的发生。2、项目国内外研发的现状、水平和发展趋势从国际上看，欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作，并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝，所以非常重视物联网和互联网的发展，它的核心是利用电子、信息和通信技术来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等)，改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。美国政府早在2009年就开始推动的与墨西哥边境的“虚拟边境”建设，该项目依靠传感器网路技术，据报道仅其设备采购额就高达数百亿美元。现在该项目又有了最新版本：Oculus的创始人PalmerLuckey正在与美国国会议员协商，开发一种“智能”墙，作为美国总统川普昂贵的边境墙计划替代品。由此可见，物联网技术发展很快。而随着我国信息化建设步伐的加快，在“数字城市”基础上形成的“智慧城市”数量及规模不断增加，诸如山东省多个城市如济南、日照、潍坊等，已经将“物联网”的应用范围扩大到城市通信、城市治安管理、城市设计规划、城市交通保障等多个方面；北京市及湖南省郴州市也提高了“物联网”技术的应用频率，这些都为城市管理精细化水平的提升提供了技术保障及支持。“智慧城市”是以“物联网”，“云计算”为主的新一代信息技术全面应用的体系，是城市信息化发展的更高阶段。“智慧城市”是通过互联网无处不在的城市智能化传感器连接起来形成的“物联网”，实现对物理城市的全面感知；是利用“云计算”技术对感知信息进行智能处理和分析，实现网上数字城市与物联网的融合，发出指令，对政务、民生、环境、公共安全、公共服务等内在的各种需求做出智能化需要和智能化决策支持；“智慧城市”是城市全面数字化基础上建立的可视化和可测量的智能化城市管理和运营。即数字城市+物联网+云计算=智慧城市。“智慧城市”是从“数字城市”基础上发展起来的，是“数字城市”的升级版，实现“智慧城市”，“数字城市”是一个必经的阶段。我国城市管理经历了从“数字城管”到“数字城市”，再到“智慧城市”的重要历程。“物联网”技术在城市管理中的广泛应用是“智慧城市”的重要标志之一。未来十年，“物联网”的发展和运用将对我国“数字城市”、“智慧城市”的发展和人民生活产生深远影响。采用物联网技术进行城市管理是发展趋势。利用物联网平台，将IT设施与城市的基础设施融合，使得城市的各个部件联接起来，形成一个有机整体，城市运行将高度自动化、科学化；同时促进常态化管理与应急管理相结合，变被动为主动，在多个环节形成监督、管理闭环，有利于优化流程、提高城市管理水平，引导城市成为可持续改进发展的生态城市。三、项目的基础条件在2017年我单位就对做了深入的研究与实践，物联网综合集成管控平台重点在于如何进行数据采集，并与后台系统对接。因此，利用物联网技术，与底层传感器进行交互，进行数据采集。集中监控平台由可视化编程环境、多种通信控制模块、端口管理器、设备数据库等组成，系统主要完成对多种通信控制模块的控制、管理以及多种通信控制模块之间的集成，完成前端摄像头等传感器的接入。在空港新城建设过程中也使用了该技术平台，获得了非常好的效果。四、项目总体目标及计划安排1、总体目标：成立课题研究小组撰写研究报告安排研究进度课题调研确定研究内容国内外同类技术对比确定各技术间关系确定技术研究进度检查、监督策略邀请专家进行技术咨询、讨论制定进度控制措施2、技术路线：第一阶段对国内典型城市和地区（北京、上海、重庆等地）基于物联网的城市管理现状及数据处理技术现状开展调研，分析归纳我国目前城市管理领域面临的具体问题。第二阶段研究大数据背景下感知数据处理现状及趋势，研究国内外智慧城市建设现状及趋势，开展国外城市物联网在城市管理中的应用调研，对调研情况进行汇总梳理，结合我国城市管理现状及问题，提出基于物联网的城市管理体系建设思路框架。第三阶段基于前面两个阶段的研究成果，召开若干专家咨询会，研讨项目开展的思路框架及下一步工作思路。并根据专家意见修订思路框架，并进一步深入调研分析，撰写研究报告。第四阶段研究报告讨论、评审、修改，进一步形成研究报告终稿，完成报告的终审和项目结题验收工作。３、主要考核指标感知与标识技术信息量。应用研发产品信息量是否满足城市管理需求标识距离。应用研发产品识读准确率是否满足城市管理需求识读准确率。应用研发产品识读准确率是否满足城市管理识读需求标识成本。应用研发产品是否在保证满足项目需求的前提下遵循低成本原则识读成本。应用研发产品是否在保证满足项目需求的前提下遵循低成本原则网络与通信技术数据速率。应用研发产品数据速率是否满足城市管理通信需求传输距离。应用研发产品传输距离是否满足城市管理通信需求设备功耗。应用研发产品是否遵循低功耗原则设备成本。应用研发产品是否在保证满足项目需求的前提下遵循低成本原则五、项目的主要研究内容：建设空港新城智慧城市管理系统，实现管理物业公司与城管部门共同使用的需求，构建物业公司与政府城管部门共同管理新城区创新模式。智慧城管系统立足于城市管理体制、机制和方式的创新，依托现代信息技术，采用“网格管理法”和“城市部件管理法”等多种方式，整合现有城市管理资源，横向覆盖城市市政、市容、环保、交通、园林绿化等管理对象，纵向与区各信息化系统平台互联互通，建成沟通快捷、分工明确、责任到位、反映快速、处置及时、运转高效的空港新城智慧化城市管理信息平台，实现城市管理的信息化、标准化、精细化、动态化，保证城市运行中出现的问题能够及时发现、及时处理、及时解决。通过运用科技手段及信息技术，在智慧城市管理系统、城市物联网及传感网技术的支撑下，深度挖掘城市各项数据信息，从而使城市管理能够更加智能化、全面化和动态化。而从“智慧城市”的具体形成路径上看，在“物联网”及“云计算”等先进技术手段的帮助下，“数字城市”在城市政务管理、城市环境治理、城市公共服务及城市安全保障等环节，相应的决策制定更加科学便捷，“智慧城市”可视为“数字城市”、“物联网”、“云计算”的有机组合。六、项目的主要技术特点和创新点物联网技术涉及多个领域，这些技术在不同的行业往往具有不同的应用需求和技术形态。在这个技术体系中，一个具体而完整的物联网构成主要包括感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术、管理与支撑技术以及业务与应用技术五大体系。感知与标识技术感知和标识技术是物联网的基础，负责采集物理世界中发生的物理事件和数据，实现外部世界信息的感知和识别，包括多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等。1)传感技术。传感技术利用不同的材料对各种物理和化学信息进行传感器和多跳自组织传感器网络，协作感知、采集网络覆盖区域中被感知对象的信息。传感器技术依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术，对基础技术和综合技术要求非常高.目前，传感器在被检测量类型和精度、稳定性可靠性、低成本、低功耗方面还在不断发展和进步，基本上达到规模应用水平，但对于高精尖的数据采集和测量要求，还有待提高2)识别技术。识别技术涵盖物体识别、位置识别和地理识别，对物理世界的识别是实现全面感知的基础。物联网标识技术是以二维码、RFID标识为基础的，对象标识体系是物联网的一个重要技术点.从应用需求的角度，识别技术首先要解决的是对象的全局标识问题，需要研究物联网的标准化物体标识体系，进一步融合及适当兼容现有各种传感器和标识方法，并支持现有的和未来的识别方案。网络与通信技术网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施，通过泛在的互联功能，实现感知信息高可靠性、高安全性传送.1)接入与组网。物联网的网络技术涵盖泛在接入和骨干传输等多个层面的内容。以互联网协议版6(IPv6)为核心的下一代网络，为物联网的发展创造了良好的基础网条件。以传感器网络为代表的末梢网络在规模化应用后，面临与骨干网络的接入问题，并且其网络技术与需要与骨干网络进行充分协同，这些都将面临着新的挑战，需要研究固定、无线和移动网及Ad-hoc网技术、自治计算与连网技术