都提槍上陣建智慧城市，為何都建成概念城市

導讀：為何智慧城市建設總是爛尾？

物聯網技術發(fā)展到現在已逐漸應用到生活的方方面面，比如日常設備所需的控制器，數字通信的收發(fā)器以及合適的協(xié)議棧等等，完成物與物、物與人之間的通信，物聯網的發(fā)展也成為了互聯網不可分割的一部分。

物聯網的應用使互聯網的體驗更具象化，人們可以與各種設備（例如家電、監(jiān)控攝像頭、安防傳感器、顯示器、車輛等等）進行交互。同時也促使了很多相關應用程序的開發(fā)和方案應用，在不同領域實現萬物互聯，例如智能家居、工業(yè)自動化、移動醫(yī)療、智慧養(yǎng)老、智能管理、智慧電網、智能交通等。

但是每個領域應用的方案都是獨立的，沒有一套可以兼容所有場景的物聯網解決方案，這種差異性導致了在城市布局物聯網系統(tǒng)會不斷涌現各種矛盾。因此，從系統(tǒng)的角度來看，物聯網在城市鋪下這張網絡的實現除了缺乏完善的后端網絡服務及設備，還有可行的實踐經驗。不說技術上的困難，不清晰和不被接受的商業(yè)模式無法吸引投資來促進相關技術的部署，這也是一大阻礙。

在這種復雜的情況下，物聯網案例在城市環(huán)境應用中備受關注，它響應了政府大力推動在公共事務管理中采用ICT解決方案的理念，這也是布局智慧城市的關鍵。目前智慧城市還沒有一個被明確定義的概念，但其最終的目標是更好地利用公共資源，提高向公民提供的服務的質量，同時降低公眾的運營成本。

一、建設智慧城市所需關注的細分領域

據前瞻產業(yè)研究院《2018-2023年中國平安城市建設趨勢前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》估計，我國智慧城市市場規(guī)模在4萬億元左右，該市場從“十二五”中后期開始，將在“十三五”集中釋放。由于技術和財務方面的阻礙，智慧城市尚未能真正起飛。

在技術方面，最主要的問題是數據壁壘，難以實現共享數據大平臺。

在財務方面，目前建設智慧城市都是單打獨斗，缺乏一個清晰的商業(yè)模式。解決這種僵局的一個方法是優(yōu)先將社會公共場合智能化，例如智能停車和智能建筑，從而將其作為其他增值服務和領域的催化劑。

而打造智慧城市這個大項目需要從一個個細小的基礎建設開始部署，目前需要關注的細分領域有：

城市建筑：一幢幢樓宇筑起了城市的框架，其中對每個建筑物的實況進行監(jiān)測管控并排查其可能存在的安全隱患是十分有必要的。城市物聯網可以提供建筑物結構完整性測量的分布式數據庫，該數據庫由位于建筑物中的適當傳感器收集，例如用于監(jiān)測建筑物應力的振動和變形傳感器，用于監(jiān)視污染水平，溫度和溫度的周圍環(huán)境中的大氣因子傳感器等，可以將振動和地震讀數結合起來，以便更好地研究和理解輕地震對城市建筑的影響。前段時間深圳賽格大廈“三晃”的情況也可以被計算預測，提前采取相關行動或者通知群眾。

廢物管理：由于服務成本和垃圾掩埋場污染的問題，在現代許多城市中，廢物管理沒有一個很好的處理方案。利用ICT解決方案可以實現智能化管理，例如，使用智能垃圾桶檢測垃圾積累狀態(tài)并優(yōu)化回收垃圾的卡車路線，從而降低垃圾收集的成本并提高回收質量。而實現這個方案需要在智能垃圾桶上運用傳感技術感知垃圾積累量，并將城市中的垃圾桶都連接到控制中心（云平臺），再由控制中心將收集的數據優(yōu)化處理進行反饋，實現回收垃圾卡車的最佳管理。

空氣質檢：歐盟在“20-20-20” 可再生能源指令中提到，為下一個十年制定了減少氣候污染的目標：將溫室氣體排放量在1990年基礎上降低20%，將可再生能源在終端能源消費中的比重增至20%，將能源效率提高20%。通過提供通信設施，監(jiān)測公共場所的空氣質量，而要實現這種服務，需要在整個城市中部署空氣質量和污染傳感器，并向公眾公開傳感器數據。

噪音監(jiān)控：噪音是一種很容易被忽略的聲音污染，就像空氣的二氧化碳一樣不達到一定量就無法引起重視。噪音監(jiān)控需要建立該地區(qū)噪聲污染的時空圖，除了可以測量任何給定時間產生的噪聲量，還可以通過聲音檢測算法來加強公共安全，例如，聲音識別算法可以識別玻璃碰撞或斗毆的噪聲。但這種方式明顯存在隱私隱患，即使在公共場所也很難保證一個明確監(jiān)管的聲音范圍。

智慧燈桿：路燈已經在城市中普及，點亮每個城市的夜晚，為了支持“20-20-20”指令，優(yōu)化街道照明效率是必要的，同時實現一桿多用。智慧燈桿除對智能照明的遠程集中控制與管理外，更是集交通指示牌、車速監(jiān)測違章抓拍、車流量監(jiān)測、路況監(jiān)測、充電樁、環(huán)境監(jiān)測的多功能合桿。

交通管理：交通管理主要還是依賴城市路燈燈桿，部署智慧燈桿和攝像頭監(jiān)控，利用低功耗的通信技術提供更密集的信息源，同時，結合安裝在車輛上的傳感功能和GPS可以實現交通智能化監(jiān)控和管理。運用5G智慧合桿實現道路環(huán)境全方位感知監(jiān)測、道路安防能力提升、路況實時掌握、交通違規(guī)智能管理，以及充電樁、wifi、信息發(fā)布等多元化服務。

城市能源消耗：每個城市的能耗都因城市個性化發(fā)展和管理不一樣，所以優(yōu)化能耗使用的方案也不一樣。需要了解城市的能源服務（公共照明，交通，交通信號燈，控制攝像頭等）最終可以歸為電力的消耗，因此電力消耗監(jiān)控設備必須與城市的電網集成在一起。

智慧停車：智能停車服務基于道路傳感器和智能顯示屏，可引導駕駛員沿著城市的最佳停車路徑行駛。通過使用RFID或者NFC之類的短距離通信技術，優(yōu)化停車場停車服務，實現道路找停和停車場泊車有序管理。

二、建設智慧城市的三大架構

部署在市區(qū)的密集且繁雜的設備集會生成不同類型的數據，然后通過與控制中心進行適當的通信技術，在數據中心進行數據存儲和處理。因此，城市物聯網基礎設施的主要特征是它具有將不同技術與現有通信基礎設施集成在一起的能力，支持物聯網的逐步發(fā)展，以及其他設備的互連以及新功能和服務的實現。

1、云架構

以下基于IETF（國際互聯網工程任務組）的標準展開對云架構建設的描述。

基于Web服務方法的城市物聯網網絡的概念圖

實際上，通過采用稱為代表性狀態(tài)轉移（ReST）的基于Web的范式，Web服務允許實現可擴展至IoT節(jié)點的靈活且可互操作的系統(tǒng)。這極大地促進了最終用戶和服務開發(fā)人員對IoT的采用和使用，能夠輕松地重復使用從傳統(tǒng)Web獲得的很多知識包含智能對象的網絡服務開發(fā)中的技術。

不受約束（左）和受約束（右）IoT節(jié)點的協(xié)議棧

從上圖我們可以區(qū)分三個不同的功能層，即數據、應用程序/傳輸和網絡，那么如何保證系統(tǒng)不同部分之間的互操作性？

1）數據層

IoT應用程序通常會建立一個由應用程序控制的節(jié)點和由此類節(jié)點生成的數據的數據庫。該數據庫可以接收大部分物聯網設備集成的數據，允許瀏覽器與最終的IoT節(jié)點之間進行直接通信。

2）應用程序/傳輸層

如今，通過Internet的大多數流量都是通過HTTP /TCP在應用程序層承載的。但是，本機HTTP的冗長和復雜性使其不適合在受限的IoT設備上直接部署。常規(guī)的Internet主機可以支持CoAP直接與IoT設備通信，但最通用且易于互操作的解決方案仍需要部署HTTP-CoAP協(xié)議，也稱為交叉代理，可以直接在兩個協(xié)議之間轉換請求/響應，從而實現與本機HTTP設備和應用程序的透明互操作。

3）網絡層

IPv4是Internet主機支持的領先尋址技術。但是，在全球范圍分配IP地址的國際組織IANA宣布IPv4地址塊會耗盡。物聯網網絡預計將包含數十億個節(jié)點，每個節(jié)點（原則上）應是唯一可尋址的。IPv6標準提供了一個解決此問題的方法，該標準提供了一個128位的地址字段，從而可以為IoT網絡中的任何可能的節(jié)點分配唯一的IPv6地址。

一方面，IPv6巨大的地址空間解決了物聯網中的尋址問題；另一方面，也解決了多種接入設備連入互聯網的障礙。

2、鏈路層技術

智慧城市物聯網系統(tǒng)固有的部署面積是很大，需要一套鏈路層技術覆蓋廣闊的地理區(qū)域，同時支持可能因極高流量聚合而產生的大量數據流。實現城市物聯網系統(tǒng)的鏈路層技術分為無約束和有約束兩種技術。所有傳統(tǒng)的 LAN、MAN 和 WAN 通信技術，例如以太網、WiFi、光纖、寬帶電力線通信 (PLC) 和蜂窩技術（UMTS 和 LTE）。它們通常具有高可靠性、低延遲和高傳輸速率（Mbit/s 或更高數量級）的特點。

相反，受限于物理層和鏈路層技術通常具有低能耗和相對較低的傳輸速率的特點，這類解決方案是使用藍牙、PLC、NFC和RFID技術。但這些鏈路通常表現出較長的延遲，主要是由于兩個因素：1) 物理層固有的低傳輸速率；2) 節(jié)點為節(jié)省能源而實施的節(jié)電策略。

3、設備

最后是建設智慧城市中必不可少的硬件設備，下面根據它們在通信領域的應用進行分類。

1）后端服務器

數據庫管理系統(tǒng)：這些系統(tǒng)復制存儲物聯網邊緣節(jié)點（如傳感器）產生的大量信息，根據特定的使用場景，這些系統(tǒng)上的負載可能非常大，所以需要建立一個穩(wěn)定的系統(tǒng)框架。

網站：對于后臺不公開和公開的內容，需要建立便于管理和完善的網站頁面。同時，需要實現系統(tǒng)和“數據消費者”（例如公共當局、服務運營商、公用事業(yè)提供商和普通公民）之間相互操作。

企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)（ERP）：ERP 組件支持各種業(yè)務功能，是管理復雜組織（例如城市管理部門）信息流的寶貴工具。將 ERP 組件與收集物聯網生成的數據的數據庫管理系統(tǒng)連接起來，可以更簡單地管理物聯網收集的潛在海量數據，從而可以根據信息流的性質和相關性分離信息流并簡化創(chuàng)建的新服務。

2）網關

在物聯網的“邊緣”，我們找到了網關，其作用是將終端設備與系統(tǒng)的主要通信基礎設施互連。網關設備還應提供主要用于物聯網網絡核心的無約束鏈路層技術與提供物聯網邊緣節(jié)點之間連接的約束技術之間的互連橋梁。

3）物聯網邊緣節(jié)點

那些負責生成要傳送到控制中心的數據的設備，這些設備通常稱為IoT邊緣節(jié)點，或更簡單地稱為IoT節(jié)點。一般來說，這些設備的成本非常低，物聯網節(jié)點可以基于多種特征進行分類，例如供電模式，網絡角色（中繼AP或葉子AP），傳感器/執(zhí)行器設備以及支持的鏈路層技術。最受限制的物聯網節(jié)點可能是射頻標簽，雖然它們的功能非常有限，但仍然可以在物聯網系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，主要是因為其通信硬件的成本極低和無源特性，不需要任何內部能源。射頻標簽的典型應用是通過接近讀取來識別物體，可用于物流、維護、監(jiān)控和其他服務。

移動設備，如智能手機、平板電腦或筆記本電腦，也是城市物聯網的重要組成部分，提供相互交互的便捷方式。例如，集成在上一代智能手機中的 NFC 收發(fā)器可用于識別帶標簽的對象，而大多數常見的移動設備操作系統(tǒng)提供的地理定位服務可以豐富與該對象相關的信息。

三、智慧城市建設案例

在《全球半年度智慧城市支出指南》中，IDC預測，2023年全球智慧城市技術相關投資將達到1894.6億美元，中國市場規(guī)模將達到389.2億美元。自2013年我國掀起建設智慧城市的熱潮以來，“數字城市”、“信息化城市”、“智能化城市”的概念層出不窮，但實際上存在很多不成熟的地方，甚至出現不少爛尾工程。

2013年武漢智慧公司與華勝天成簽署總價1.75億元的“智慧城市”建設合同，然而在2017年之后華勝天成卻深陷微軟與武漢智慧的訴訟扯皮之中，吃夠了苦頭。

早在2016年，ST慧球旗下主營業(yè)務之一的智慧城市建設幾乎停滯，廣西南寧、北海兩地調查發(fā)現，負責推進智慧城市業(yè)務的主要子公司南寧市智誠合訊信息技術有限公司如同“人間蒸發(fā)”，公司股東大會批準投資1.4億元的4家孫公司僅成立1家，而上海斐訊數據通信技術有限公司投資百億的基地項目也已經爛尾接近一年。

總體而言，智慧城市的效果大部分并不理想，建設目標缺乏前瞻性，政府管理行為滯后商業(yè)行為，出現重復建設，資源浪費等問題。

四、結論

智慧城市的建設是一個復雜且長期的過程，目前全國已經有數百個城市宣布建設智慧城市大腦，但是每個城市都有許多“數據孤島”——智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧安防等——都是獨立的數據庫，很難有一個企業(yè)甚至是一個方案能將全部數據整合利用。

并且，城市是在不斷發(fā)展的，建設智慧城市大多是止于眼前出現的問題提出解決方案，沒有考慮到城市發(fā)展的動態(tài)性。因此，建設智慧城市，要著眼于當下的技術成果，更要放眼于未來發(fā)展趨勢的判斷，所以智慧城市建設只有起點，沒有終點。