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陆延青:智慧城市——物联网架构“新世界”
2013-12-31   来源:中国公共安全网 |0    点击:22

在物联网及新一代信息技术的推动下,在一个无缝衔接、人机界面友好的状态下,智慧城市才真正有可能实现。



    南京大学智慧城市研究院常务副院长 陆延青
 


    城市化建设要由快向好转变,就必须探索一条更"健康"的新型城市化道路。


    人们期望把感应器嵌入到全球各个角落的电网、铁路、桥梁、隧道、公路等各种物体中,并且将它们普遍联接,形成所谓的"物联网",再通过"互联网"将"物联网"整合起来,实现社会与物理世界的融合。在物联网及新一代信息技术的推动下,在一个无缝衔接、人机界面友好的状态下,智慧城市才真正有可能实现。


    由政府推动的智慧城市计划,有蓝图,但其内涵和目标仍十分模糊,大多处于探索和试验阶段,在这个过程中还要特别注意物联网时代可能出现的隐私泄露、数据安全等问题。


    智慧城市,化解"城市病"的良药


    城市化,通俗地讲就是人类不断地由农村向城市迁移的过程。


    根据联合国的相关统计,2000年时,全球超过50万人口以上的城市中有四分之一都在中国。在20世纪80年代初,也就是改革开放初期,农村人口占全国人口的80%左右,而《2012中国新型城市化报告》指出,中国城市化率已突破50%.这意味着中国城镇人口首次超过农村人口,中国城市化进程明显加快,进入了一个新的转折点。


    城市化是社会发展的必然趋势,其根本要义是"让生活更美好".城市建设、管理要以人为本,为不同阶层提供公共服务,让广大市民享受城市化带来的美好生活。然而,城市化进程在给我们的生活带来便捷的同时,也带来不少随之而来的问题。


    城市病是指城市快速发展过程中所出现的一些负面现象,如人口拥挤、交通堵塞、就业困难、住房紧张、公共卫生恶化、环境污染、生态破坏等。尤其是近年来,随着我国社会经济的快速转型,城市病呈高发之势,引起了社会各界的广泛关注。举例来说,城市拥堵问题日趋严重,城市为什么会拥堵呢?不少时候是因为车主缺乏有效的信息选择了不恰当的行车路线,以及交通部门没有掌握即时系统的信息而无法及时或有预见性地疏导车辆。再比如,常说城市用电紧张,为什么会紧张?分析表明,40%到70%的电并不是消耗在用户端,而是消耗在线路上,这说明除了尽可能地增加发电量外,电的整个传输过程还有很多需要改进的地方。


    因此,城市化建设要由快向好转变,就必须探索一条更"健康"的新型城市化道路。如果我们用精细的方式去管理城市,利用领先的信息技术,提高城市规划、建设、管理、服务的智能化水平,即所谓的智慧城市,有可能是解决城市病的良药。


    智慧城市,从理念步入实践


    "智慧城市"是"智慧地球"在城市建设和管理中的具体实践。智慧地球是IBM提出的概念,即人们期望把感应器嵌入到全球各个角落的电网、铁路、桥梁、隧道、公路等各种物体中,并且将它们普遍联接,形成所谓的"物联网",再通过"互联网"将"物联网"整合起来,实现社会与物理世界的融合。这个概念随后得到不断地更新与完善。IBM认为21世纪的"智慧城市"能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应,为人类创造更美好的城市生活。


    "智慧地球"具有三方面的特征:一是更透彻的感知,即能够充分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;二是更全面的互联互通,即指智慧的系统可按新的方式协同工作;三是更深入的智能化,即能够利用先进技术更智能地洞察世界,对信息进行有效的加工处理,从而实现自动控制,进而创造新的价值。


    中国对推行智慧城市也非常重视,国家"十二五"规划纲要提出"全面提高信息化水平","加快建设宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施,推动信息化和工业化深度融合,推进经济社会各领域信息化".目前,国家住房城乡建设部启动了国家智慧城市试点工作;国家发改委正着手起草智慧城市健康发展的指导意见;国家测绘地理信息局将在全国范围内组织开展智慧城市时空信息云平台建设试点工作。三大运营商已经与300 多个城市达成"智慧城市"战略合作协议。预计"十二五"期间,我国"智慧城市"投资总规模有望达5000亿元。


    南京市作为智慧城市建设发展的领跑者之一,2013年入选科技部、国家标准化管理委员会确定的"智慧城市"技术和标准首批试点城市;南京河西新城入选住建部首批国家智慧城市试点名单。南京大学则在国内高校率先成立专门以智慧城市研究为核心的研究院。


    智慧城市,应有自己的"内涵"


    由于每个人立场不同,看问题角度不一样,对"智慧城市"内涵的解读也各有侧重。


    技术人员认为,智慧城市是通过开发运用先进的信息技术,实现更精细的生产和生活,重点强调技术;产业界认为,智慧城市推进信息化与工业化在更广范围、更高水平上的融合与互动,关键在于集成应用;而城市的管理者会将智慧城市作为提升城市运行效率、管理水平和综合服务功能的手段,强调城市的和谐、可持续成长。但是不管何种解读,智慧城市的建设都需要有一个技术的依托,也就是以物联网技术及承载它的互联网、移动通讯网、光通讯网等网络的多样化组合为基础,如台湾地区是以600万宽带入户作为推进智慧城市建设的基础设施。


    中国文化博大精深,智慧城市也应有自己的内涵。智者,聪明也,智商高,反应快,敏捷;慧者,灵也,悟性好,有灵性,情商高。因此,中国的智慧城市绝不仅仅是信息技术的智能化应用,还应包括人的智慧参与、"以人为本"、可持续发展等内涵,是以信息化、工业化、城市化深度融合为特征,以"高智商"和"高情商"的高新技术为基础,以智慧产业、智慧服务、智慧管理、智慧民生、智慧人文为主要内容的城市发展新模式。


    推动智慧城市的逐步形成,首先要依托相应的技术,包括智化的技术与慧化的技术,最主要的就是以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术。其次,有了技术基础,结合社会需要,运用人类的智慧进行研发、生产与管理,发展出充满创意的理念与产品,以及软件开发、系统集成、移动互联等相关产业。第三,智慧产业构成一个网络体系,可以为市民提供各种智能化的信息服务,为城市提供智慧化的管理手段。也就是说,充分运用和借助智能型高科技手段,有效整合资源信息,使得社会各子系统高效协同运行,实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用,让城市建设得更"智慧".

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    智慧城市,把握物联网"契机"


    全球信息化发展分为三次浪潮,第一次是以信息处理为核心的个人计算机时代;第二次是以信息传输为核心的互联网时代;第三次则就是现在的以信息获取为核心的物联网时代。


    信息技术一直都是提升国际竞争力的关键领域。以物联网为代表的新一代的信息技术的竞争中,中国的状况既乐观又令人担忧。物联网可以分为四层架构:应用层,系统层,模组层,以及元器件,这实际上就是产业链不同的组成部分。在它的最高端,也就是最靠近用户的这一端,有很多知名的企业,比如中国电信、中国移动、中国联通--我国通讯领域的三大巨头。中国人能自己经营信息产业是非常值得自豪的。这些运营商使用的设施从哪里来呢?是从制造方购买的,我们中国也有几个知名企业,比如华为、中兴,他们的产品也延伸到世界的各个角落,所以在系统层,我国也已经在世界占有一席之地。但是到了模组层及元器件层就会发现,中国本土的领头企业十分缺乏。元器件就相当于计算机的CPU,是信息产业的核心技术,却一直被美、日等发达国家的企业所把持,所以缺乏关键技术的独立自主产权是限制中国物联网发展的关键因素之一。


    开发具有自主知识产权的新一代核心技术有两种来源,一是市场驱动,由市场中出现的问题产生出解决问题的创新方案;二是在进行市场调研的基础上,瞄准某些前沿科技,产生原创性的技术方案。中国之前的问题,一是只单纯引进成熟的技术,当此技术过时后就不得不再去引进更新的技术,缺乏自我创新和技术的延续;二是只研究国外先进技术本身,却不与国内的需求相结合,因此一些技术研究成果并不能在中国本土落地,转化成产业。建设智慧城市一定不能再走这样的路子,要把握契机进入核心技术领域,而现在,就是一个机遇。


    为什么这么说呢?1965年,世界出现大型计算机;1980年,出现苹果电脑;1995年,形成互联网与移动通讯网;基本上是以15年为一个周期,那么在2010年,正好是现在这个时代,一项新的技术(物联网)很可能成形。所以把握这个重大契机,就有可能出现中国的英特尔,中国的IBM,中国的苹果。


    物联网英文是IOT(Internet of Thing),是物物相连的网络,因此物联网可以简单的描述为将各种信息传感设备与互联网连接以方便识别与管理。其发展目标就是无所不在的感知、通信、计算,及友善(无缝)的人机界面。物联网可以给我们的生活带来极大的便利。


    物联网是一个非常宽泛的概念,涉及到计算机,涉及到人,涉及到各种各样的物体,在不同的时间点进行互联互通。物联网也是一个不断发展的概念,一开始的物联网主要是指一些基础设施的连通,现在认为,物联网就是要任何物体,任何时间无所不在的互联互通。那么物联网未来的发展趋向呢?应该是一个非常友善的,乃至于无缝的人机界面。


    自2009年8月时任国家总理温家宝提出"感知中国"以来,物联网在中国受到了全社会极大的关注,2010年,国务院印发《关于加快培育发展战略性新兴产业的决定》。什么叫战略性新兴产业,我的理解就是对国计民生有重大促进的产业,就是说这块事情如果不做,就可能会对国家未来的竞争能力产生消极影响。其中就包括物联网与云计算等新一代信息技术。


    在物联网及新一代信息技术的推动下,在一个无缝衔接、人机界面友好的状态下,智慧城市才真正有可能实现。我们生活中有很多物联网应用的例子。从智能家居,智慧医疗与养老,智能电网到智能的交通管理、城市管理、物流管理,物联网在居民城市生活的各个方面都得到了广泛的应用。比如说,在社会停车场的车位上安装无线传感器,车辆只要停在车位上,系统就能感知,并把信息通过专门的客服电话或手机客户端传递给用户,这样,人们驾车出门前就可提前了解哪里有空车位,甚至获得预约服务。用户泊车后,系统也可以根据停车时长精确收费。


    总之,物联网时代会使社会生活及城市管理各方面都发生革命性的变化。射频识别、无线传感、行业应用软件等等,都是物联网不同层次的核心技术,需要我们了解、研发、掌握。


    城市"智慧",说到底是人类智慧


    下面针对这些专业技术做一点简单的介绍,首先是FRID即无线射频识别技术,这是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。


    FRID感知的信息很多,对所感知对象的信息进行采集,就离不开各种各样的传感器,需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。如力敏传感器、湿度传感器、温度传感器、气体传感器、光电传感器、磁敏传感器、微波和超声波传感器等都可以运用于生活的方方面面。


    采集的信息需要在网络上传输,比如目前的3G移动通讯,未来还会进入到第四代移动通讯,传输数据会超过100兆,是目前3G的50倍,那时候你的手机就可以实时传递高清图像;并且4G时代,还有可能集成任何模式的无线通讯,使得室内室外,各种各样的通讯方式联通,可以自由的从一个标准蔓延到另外一个标准,我们的生活将更加便利、高效。这一点中国目前的发展是很不错的,中国的TD-LTE技术,已经被国际电联确定为两大候选国际标准之一,这是中国在新一代移动通信技术革命中一个重要的里程碑。


    移动通讯会导致人随时随地都能产生出很多的数据,带宽越宽,数据量越大,这就需要一个网络承载层,即光纤网络。业界有这样一个论断:"有线的带宽是无限的,无线的带宽是有限的",由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多,光纤被用作长距离的信息传递,有线的光纤网络的带宽几乎是无限的。目前,各种新颖的光纤器件层出不穷,不仅在光通信和光传感中占据着越来越重要的地位,而且在工业、电力、军事、航空航天、生物医学等方面也发挥着越来越重要的作用。


    海量数据的梳理、判断,大规模的集成计算,这就需要靠云计算,云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务,这意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通,就像煤气、水电一样,取用方便,费用低廉,这也是当前很热的话题。


    物联网技术总体说来就是感、传、知、控四个核心模块。感就是信息的感知,包括RFID,传感器等信息采集技术;传就是信息的速递,包括光纤网络技术等;知就是对各种信息的分析、处理、判断,主要包括云计算技术;控就是实际应用的智能控制过程,包括前面提到的智能交通、智慧家居等。物联网将令数以亿计的各类物品的实时动态管理变为可能,从而才能真正实现"智慧城市".


    智慧城市建设是一项需多方协作的庞大创新工程。目前国内仍正处于智慧城市的初级阶段,没有成熟的模式和可供借鉴的经验,许多理论和实践都需要进一步丰富完善。


    由政府推动的智慧城市计划,有蓝图,但其内涵和目标仍十分模糊,大多处于探索和试验阶段,在这个过程中还要特别注意物联网时代可能出现的隐私泄露、数据安全等问题。智能城市建设不可能一蹴而就,可从当前城市建设当中最紧迫的、关切到老百姓安全的一些问题着手。智能城市建设要有远景、总体规划和实施步骤,而且要结合当地的环境和条件来实施。城市的"智慧"归根结底是人类的智慧,坚持把"以人为本"作为智慧城市建设的出发点和落脚点,以开放创新的心态,整合协同的理念,系统化的原则发展物联网技术,实现创新驱动,把人的智慧与物的智能充分融合,实现智慧化的社会管理,从而改变城市面貌,创造更美好的城市生活。

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