智慧城市如何變得“智慧”：6 大賦能技術(shù)

          智慧城市是在各種信息和計(jì)算技術(shù)的幫助下發(fā)展起來的，特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和云計(jì)算。

          預(yù)計(jì)到 2050 年，城市化將增加近 70%。 Frost & Sullivan 的研究估計(jì)，智慧城市的多個(gè)領(lǐng)域在全球的市場潛力為 1.5 萬億美元。

          Victoria Fernandez-Anez 在她的作品中正式將智慧城市定義為：

          “智慧城市是一個(gè)系統(tǒng)，通過基于技術(shù)的解決方案和創(chuàng)新，提高人力和社會(huì)資本的使用效率，并與自然和經(jīng)濟(jì)資源進(jìn)行互動(dòng)，以解決公共問題，并在多方利益相關(guān)者和市政合作的基礎(chǔ)上高效實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量生活。”

          智慧城市架構(gòu)

          智慧城市的愿景涵蓋方方面面——無論是健康、治理、金融、環(huán)境和教育。 所使用的技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、智能手機(jī)、射頻識(shí)別系統(tǒng) (RFID)、智能卡、語義網(wǎng)、云計(jì)算、集體智能、智能應(yīng)用程序和人工智能 (AI)。

          智慧城市的架構(gòu)是一個(gè)分層的基礎(chǔ)設(shè)施，由感知層、通信層和應(yīng)用層組成。

          在上圖中，底層是感知層，它將數(shù)據(jù)提供給下一層進(jìn)行歸一化和進(jìn)一步處理。通信層提供傳感層和應(yīng)用層之間的信息流。

          Jin等人用四個(gè)主要步驟解釋了數(shù)據(jù)流：

          1.數(shù)據(jù)采集

          2.數(shù)據(jù)處理

          3.數(shù)據(jù)管理

          4.數(shù)據(jù)解讀

          數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知需要在多種感知范式中實(shí)現(xiàn)。這也與網(wǎng)絡(luò)流量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和資源利用有關(guān)。數(shù)據(jù)采集后，需要進(jìn)行處理和管理。數(shù)據(jù)流的最后一步是在應(yīng)用層，即數(shù)據(jù)解釋。

          支持技術(shù)

          幾種技術(shù)協(xié)同運(yùn)行智慧城市。這些實(shí)現(xiàn)技術(shù)如下：

          1. 物聯(lián)網(wǎng)

          物聯(lián)網(wǎng)是一種通信范式，在現(xiàn)場部署無線傳感器，感知和獲取重要數(shù)據(jù)，并通過互聯(lián)網(wǎng)將其轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行高級(jí)分析。物聯(lián)網(wǎng)是智能城市的一項(xiàng)潛在實(shí)現(xiàn)技術(shù)，因?yàn)樗ㄟ^異構(gòu)通信協(xié)議將資源受限傳感器(RFID tag)、智能設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和電子設(shè)備(相機(jī)、微波、冰箱)等混合設(shè)備無縫連接到數(shù)據(jù)處理源。

           2. 大數(shù)據(jù)分析

          數(shù)量、多樣性和速度——在智慧城市中，有大量不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)的傳感器。為了將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可服務(wù)的工件，必須采用數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)管理有四個(gè)階段:數(shù)據(jù)感知和收集、數(shù)據(jù)融合、處理和聚合、數(shù)據(jù)開發(fā)和服務(wù)交付。

          除了大數(shù)據(jù)，開放數(shù)據(jù)是另一種在智慧城市應(yīng)用中有用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。開放數(shù)據(jù)意味著數(shù)據(jù)可以免費(fèi)提供給個(gè)人、組織和公司，以重用和開發(fā)增值應(yīng)用程序。

          3.智能手機(jī)

          智能手機(jī)是智能城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。我們的智能手機(jī)包含許多微型傳感器，它們不斷生成原始數(shù)據(jù)，并向用戶提供與環(huán)境相關(guān)的信息。智能手機(jī)采用了5g/4G/長期演進(jìn)(LTE)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可以在任何地方以非常高的速度連接，并被用作中繼設(shè)備。

         4.智能塵埃

         智能塵埃是由微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）組成的微型計(jì)算對(duì)象的名稱。這些物體能夠探測和感應(yīng)環(huán)境中的微小變化，如物理振動(dòng)或化學(xué)變化。

         這些對(duì)象可以以非侵入性的方式安裝在環(huán)境中，這樣它們就不會(huì)干擾部署它們的環(huán)境的常規(guī)活動(dòng)。Smart dust可用于執(zhí)行棲息地監(jiān)測、室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測、人員和物體的安全和跟蹤、交通監(jiān)測和管理、人類健康和福祉監(jiān)測等應(yīng)用。

          4.智慧城市區(qū)塊鏈

          城市文化涉及利益相關(guān)者之間的大量數(shù)據(jù)和信息交流。區(qū)塊鏈?zhǔn)咕W(wǎng)絡(luò)參與者能夠以高度的可靠性和透明度交換數(shù)據(jù)，而無需集中管理員。智能合約等智慧城市的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用可以充分利用區(qū)塊鏈。

          6. 云計(jì)算

         嵌入在智能城市應(yīng)用程序中的傳感器會(huì)實(shí)時(shí)生成大量原始數(shù)據(jù)，需要以有效的方式進(jìn)行處理以做出明智的決策。在這方面，云存儲(chǔ)服務(wù)提供了巨大的存儲(chǔ)空間和更快的計(jì)算能力。智慧城市可以利用云服務(wù)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。然而，云存儲(chǔ)服務(wù)存在敏感數(shù)據(jù)隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。為此，可以使用同態(tài)加密方案來保護(hù)數(shù)據(jù)。

          總結(jié)一下，智慧城市的最終目標(biāo)是提高公民的生活質(zhì)量，降低生活成本并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。然而，這項(xiàng)革命性的技術(shù)面臨著一些艱巨的挑戰(zhàn)——安全和隱私。我將在接下來的文章中討論這些問題。