物联网背景下的智慧城市建设.docx
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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
【核心提示】随着人类文明的进步和经济社会的发展，城市人口不断挑战历史新高，城市规模持续加速增长。
以物联网技术为核心的智慧城市理念为城市未来发展提供了一种全新的模式，为城市发展带来新希望。
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、强化绩效考核以及加强监管能力；医保、药监、计生、公安、民政等部门协同开展工作。
智慧医疗由三部分组成，分别为智慧医院系统、区域卫生系统、以及家庭健康系统。
（1）智慧医院系统。
智慧医院系统由数字医院和提升应用两部分组成，其中数字医院包括拥有为医院所属各部门提供对病人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取及数据交换的能力，并满足所有授权用户的功能需求的医院信息系统（即HospitalInformationSystem，HIS）、实验室信息管理系统（LaboratoryInformationManagementSystem，LIS）和医学影像的存储和传输系统（PictureArchivingandCommunicationSystems，PACS）；还包括以采集、存储、传输、处理和利用病人健康状况和医疗信息为核心的医生工作站，医生工作站包括门诊和住院诊疗的接诊，检查，诊断，治疗，处方和医疗医嘱、病程记录、会诊、转科、手术、出院、病案生成等全部医疗过程的工作平台。
提升应用包括远程图像传输、海量数据计算处理等技术在数字医院建设过程的应用，实现医疗服务水平的提升：
远程探视避免探访者与病患的直接接触，杜绝疾病蔓延，缩短恢复进程；远程会诊支持优势医疗资源共享和跨地域优化配置；自动报警对病患的生命体征数据进行监控，降低重症护理成本；临床决策系统协助医生分析详尽的病历，为制定准确有效的治疗方案提供基础；智慧处方分析患者过敏和用药史，反映药品产地批次等信息，有效记录和分析处方变更等信息，为慢病治疗和保健提供参考。
（2）区域卫生系统。
区域卫生系统由区域卫生平台和公共卫生系统两部分组成。
区域卫生平台包括收集、处理、传输社区、医院、医疗科研机构、卫生监管部门记录的所有信息的区域卫生信息平台；
包括旨在运用尖端的科学和计算机技术，帮助医疗单位以及其它有关组织开展疾病危险度的评价，制定以个人为基础的危险因素干预计划，减少医疗费用支出，以及预防和控制疾病的发生和发展的电子健康档案（ElectronicHealthRecord，HER）；包括由一般疾病基本治疗、慢病社区护理以及大病向上转诊和接收恢复转诊双向转诊服务的社区医疗服务系统；还包括对医学院、药品研究所、中医研究院等医疗卫生科院机构的病理研究、药品与设备开发、临床试验等信息进行综合管理的科研机构管理系统。
公共卫生系统由卫生监督管理系统和疫情发布控制系统组成。
（3）家庭健康系统。
家庭健康系统是最贴近市民的健康保障，包括针对行动不便无法送往医院进行救治病患的视讯医疗，对慢病以及老幼病患远程照护，对智障、残疾、传染病等特殊人群的健康监测，还包括自动提示用药时间、服用禁忌、剩余药量等的智能服药系统。
3.2.2 概念框架
智慧医疗的概念框架（见图3）主要包括基础环境、基础数据库群、软件基础平台及数据交换平台、综合运用及其服务体系、保障体系五个方面。
图3：
智慧医疗方案架构图
基础环境：
通过建设公共卫生专网，实现与市政府信息网的互联互通；建设卫生数据（灾备）中心，为卫生基础数据和各种应用系统提供安全保障。
基础数据库：
包括药品目录数据库、居民健康档案数据库、PACS影像数据库、LIS检验数据库、医疗人员数据库、医疗设备等卫生领域的6大基础数据库。
计算与交换云平台：
首先是基础架构服务，提供的是虚拟优化服务器、存储服务器及网路资源；其次是提供平台服务，提供的是优化的中间件，包括应用服务器、数据库服务器、portal服务器等；最后是软件服务，包括应用、流程和信息服务。
综合应用及其服务体系：
包括智慧医院系统；区域卫生平台和家庭健康系统三大类综合应用。
保障体系：
保障体系包括安全保障体系、标准规范体系和管理保障体系三个方面，从技术安全，运行安全和管理安全三方面构建安全防范体系，确实保护基础平台及各个应用系统的可用性、机密性、完整性、抗抵赖性、可审计性和可控性。
3.3 社会管理类之智慧社区
城市是人类文明发展的产物，社区是其最基本的组成部分，社区作为城市居民生存和发展的载体，其智慧化是城市智慧水平的集中体现。
智慧社区从功能上讲，是以社区居民为服务核心，为居民提供安全、高效、便捷的智慧化服务，全面满足居民的生存和发展需要。
智慧社区由高度发达的“邻里中心”服务、高级别的安防保障以及智能的社区控制构成。
3.3.1 总体目标和主要内容
（1）智慧物业管理：
针对智慧化社区的特点，集成物业管理的相关系统，例如：
停车场管理、闭路监控管理、门禁系统、智能消费、电梯管理、保安巡逻、远程抄表，自动喷淋等相关社区物业的智能化管理，实现社区各独立应用子系统的融合，进行集中运营管理。
（2）电子商务服务：
社区电子商务服务是指是在社区内的商业贸易活动中，实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付以及各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动，区居民无需出门即可无阻碍的完成绝大部分生活必需品的采购。
（3）智慧养老服务：
现在老人居住的环境有两种最常见，一是住在家里，另外就是住在养老院，针对这两种情况分别提出智慧养老的方案，其最终宗旨是使得老人有安全保障，子女可以放心工作，政府方便管理。
家庭“智慧养老”实际上就是利用物联网技术，通过各类传感器，使老人的日常生活处于远程监控状态。
（4）智慧家居：
智慧家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
3.3.2 概念框架
智慧社区包括基础环境、基础数据库群、云交换平台、应用及其服务体系、保障体系五个方面，智慧社区概念框架如图4所示。
图4：
智慧社区框架图
（1）基础环境：
基础层主要包括全部硬件环境，如家庭安装的感应器，老人测量身体状况的仪器，通信的网络硬件，如宽带，光钎，还有用于视频监控的摄像头，定位的定位器等。
（2）基础数据库群：
基础数据库包括业务数据库、传感信息数据库、日志数据库、和交换数据库等四大数据库。
（3）云交换平台：
云交换平台主要实现各种异构网络的数据交换和计算。
提供软件接口平台，或提供计算服务，或者作为服务器。
（4）应用及其服务体系：
应用服务体系包括个人信息管理系统、日志管理系统、应急呼叫系统、视频监控系统、广播系统、智能感应系统、门禁系统、远程服务系统等，由这些系统完成为社区各类人群的直接服务。
（5）保障体系：
保障体系包括安全保障体系、标准规范体系和管理保障体系三个方面，从技术安全，运行安全和管理安全三方面构建安全防范体系，确实保护基础平台及各个应用系统的可用性、机密性、完整性、抗抵赖性、可审计性和可控性。
3.4 产业发展类之智慧产业
战略性新兴产业是引导未来城市经济社会发展的重要力量。
发展战略性新兴产业已成为国内各大城市抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略。
智慧产业作为城市战略性新兴产业的重要组成部分，它以重大技术突破和重大发展需求为基础，是知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业。
伴随智慧城市建设的逐步推进，必将对城市加快产业转型升级，构建现代产业体系以及经济社会全局和长远发展等产生重大引领带动作用。
3.4.1 总体目标与主要内容
智慧产业建设的总体目标是以科学发展观为指导，从城市社会、环境、经济等各方面资源基础和优势出发，面向智慧城市建设的巨大需求，把发展智慧产业放在推进城市转型提升的突出位置。
积极探索智慧产业发展规律，发挥企业主体作用，加大政策扶持力度，深化体制机制改革，着力营造良好环境，推动智慧产业快速健康发展，为智慧城市建设和城市经济社会可持续发展提供有力支撑。
智慧产业的主要内容包括智慧应用技术研发、智慧装备制造、光通信、移动通信、集成电路、新型显示、应用电子以及云计算产业等。
3.4.2 概念框架
智慧产业包含从研发设计、制造、传输到服务等各个环节，其整体概念框架如下图所示：
图5：
智慧产业概念框架图
四、 城市感知中心的核心产品
4.1 物联网网关
传感器信息交换与共享平台主要包括协议转换和控制模块、协议适配模块。
1。
协议转换和控制层
这一层的模块提供从感知网络到电信网络的协议转换，将协议适配层上传的标准格式的数据统一封装，将广域接入层下发的数据解包成标准格式数据；同时内建管理协议，实现与管理平台的协议对接，实现管理协议的解析并转换为感知层协议可以识别的信号和控制指令。
位置信息融合模块，可以对多源的位置信息执行校准，也执行泛在信息与全息信息的融合，位置信息输出模块输出统一的位置信息。
2。
协议适配层
协议适配层定义标准的感知层接入标准接口，保证不同的感知层协议能够通过适配层变成格式统一的数据和信令。
位置信息提取模块可以提取感知信息中的位置信息。
4.2 信息交换与共享平台
城市感知中心收集的感知数据，必须通过数据处理和交换，以服务形式，提供给智慧城市的应用服务。
管理系统用户分为管理员和普通用户，管理员可以进行用户管理以及其他模块的管理，普通用户只能拥有比管理员更小的权限。
具体的功能模块结构图如下所示：
图6：
信息交换与共享平台的功能图
主要功能包括：
（1）观察列表：
快速准确评估系统的状态，可以查看点设备详细信息。
（2）图形视图：
通过上传背景图片，可以通过图片来关联点设备，显示点设备信息。
（3）警报器：
显示用户的操作。
记录用户从登录系统到退出系统的所有操作情况。
（4）报告：
可以生成数据点的相关报告。
生成报告后，可以导出数据，导出事件，导出用户注释等。
（5）事件处理器：
显示新建的事件，包括点事件、定时事件、组件事件、数据源事件、发布者事件、系统事件和审计事件。
（6）数据源：
在这里可以先选择协议，再建数据源，保存之后可以建数据点。
4.3 感知中心控制台
智慧城市感知中心必须配置基于统一服务的城市感知中心控制台，是城市运行状况的信息汇聚点，中心控制台可以全景式显示城市运行状况，可视化图形和增强现实技术在信息空间中，完整的实时重现城市的活动。
可以与城市应急指挥中心按照需求对接，相互支撑，确保城市的健康、安全、平稳的运行。
借助移动互联网能够，城市感知中心可以授权手机、平板电脑，成为分级分区域的移动控制接入点。
五、 我国智慧城市评价体系
目前，中国还没有任何一个城市完全达到智慧城市的要求，但它将是城市发展的必然趋势。
现在研究智慧城市建设的评价体系，主要还是依据目前中国城市发展的现实状况出发，尽量选取比较偏重基础建设的相关指标，目的是为了着重强调基础阶段建设的重要性，为以后城市智慧化发展提供导向作用。
探索建立遵循智慧城市发展趋势变化规律、符合智慧城市可持续发展、以人为本发展理念的智慧城市综合评价体系，综合评价智慧城市建设与发展水平，并通过指标的辨识、可控、可测及时反馈建设发展中的薄弱环节和不协调的地方，有助于科学考核智慧城市建设业绩，提高城市竞争力，改善居民的生活质量，促进城市智慧、综合、持续、健康地发展，为优化城市社会经济运行系统提供引导性和控制性决策依据，具有现实意义。
智慧城市是一个综合的、多层次、全方位的目标，涉及
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