物聯網在城市管理中的應用

一、引言

物聯網是一個基于因特網、傳統電信網、無線網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化三個重要特征。物聯網的概念出現將原本獨立封閉的“物”推到了網絡之上，將個性化的傳感應用提升到了平臺的高度，物聯網的建設將提高信息系統的自動化、智能程度。

2009年1月28日美國總統奧巴馬與美國工商業領袖舉行了一次“圓桌會議”，作為代表之一，IBM首席執行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎設施。溫家寶總理于2009年8月7日視察了中科院無錫微納傳感網工程技術研發中心，也提出盡快建立中國的傳感信息中心，并形象地稱為“感知中國”中心。

“智慧地球”與“感知中國”的提出，標志著物聯網正大踏步地走向人們的生活中，日臻成熟的物聯網技術將助力感知城市、智慧城市的建設。

二、物聯網的發展

傳感網通常是由大規模在不同地域分布的傳感器節點、基站以及信息監控中心構成的信息系統，最早期的傳感網可以追溯到二戰時期的英國雷達網絡、冷戰時期的聲監測系統。隨著傳感網研究的深入和不同學科科學家加入，傳感網概念的外延不斷擴展，與其他學科的交叉及對不同行業的滲透越來越深。

在2005年11月17日突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯盟ITU發布了年度技術報告，正式提出了“物聯網”的概念 ，并指出 “物聯網”通信時代即將來臨，信息與通信技術的目標已經從任何時間、任何地點連接任何人，發展到連接任何物品的階段。物聯網概念被延伸，物聯網將人與人的連接擴展到了物與人、物與物的連接，物聯網的應用也不再僅是RFID，智能終端、多種互聯技術都成了物聯網的組成部分，物聯網也不再僅是感知物的存在，而是感知物的狀態、控制物的行為。

（一）物聯網的基本構架

國際電信聯盟在泛在傳感網(USN)研究上做了許多工作，USN是物聯網的典型應用領域，根據ITU-T的建議，物聯網整體應用如圖1所示，自底向上可分為五個部分:

感知層:通過各種類型的傳感器對物質屬性、環境狀態、行為態勢等靜態、動態的信息進行大規模、分布式的信息獲取與狀態辨識，通過接入網關連接到接入層。

接入層:通過多種網絡，將來自感知層的信息傳送到互聯網中。

互聯層:利用以下一代通信網(NGN)建立網絡平臺，實現互聯互通及必要的網絡管理。

中間件層:通過標準化手段和超級計算設施，對網絡內的海量信息進行實時的管控，并為上層各種應用提供規范化的接口。

應用層:基于系統底層的數據，構建起面向各類行業的實際應用，如生態環境與自然災害監測、軍事、智能交通、供應鏈、農業、遠程醫療和健康監護等。

物聯網的目標是提供多種“物”的互聯，物千差萬別，連接方式多種多樣，物聯網平臺不僅要提供與相適應的支持，還應保障物聯網上的各業務開展的安全、獨立和完整。

（二）基本應用模式

目前在多種行業均有物聯網應用的嘗試，根據其用途可以歸結為三類基本應用模式：

1.個體識別，特別是移動個體的識別。采用二維碼、RFID、圖像等技術識別不同的個體，用于物品跟蹤定位、統計管理等。典型應用是智能交通卡、貨物跟蹤和車輛跟蹤。

2.環境監控，采用多種傳感器對目標環境的一種或多種參數進行測量，實時分析目標環境的狀態，及時發現異常。典型應用是水文監測、危險氣體監測和交通流量監控。

3.智能控制，根據對被控對象環境的分析，控制對象的運行狀態，并可根據反饋結果進行調整。典型應用是路燈控制、交通信號控制和燃氣輸送控制。

（三）物聯網的特點

傳統的互聯網發展迅速，取得了巨大的成功，但我們也應看到，隨著信息化的發展，傳統的互聯網也暴露出了許多弱點，面臨著巨大的挑戰。與傳統的互聯網相比，物聯網不是互聯網簡單的延伸和復制，物聯網有其自身的特點：

1.終端眾多：不僅從種類上，而且從可預期的數量上都要超過傳統的互聯網，而且未知的新應用會不斷出現，面向廣域網的統一的地址分配將面臨挑戰。

2.網絡需求多樣：不同的業務、不同的終端對網絡有不同的需求，從傳輸方式、數據量、傳輸質量上都有各自的特點，無線接入涵蓋了多種方式，為滿足各式各樣的傳感器接入要求，一些與之相適應的通信協議、網絡設備被逐漸開發出來。

3.安全可靠要求：網絡安全問題、信息安全問題將給物聯網應用造成巨大的威脅，所以傳統的網絡管制方式、網絡協議在物聯網應用過程中也將面臨考驗。

物聯網的建設還應考慮無線傳輸、私有網絡的接入等許多問題，物聯網是一個共用網，物聯網的建設需在標準化、統一的基礎上滿足現有的個性化的需求，我們也應看到滿足所有個性化需求的網絡不是初期就能實現的，各行業標準短時間內也無法統一，所以以需求促平臺建設的模式是可行的，利用已有的網絡資源逐步調整、擴充，首先滿足現有的需要，盲目的擴大物聯網的應用范圍往往會適得其反，阻礙其正常發展。

三、在城市管理領域的應用

2006年初，北京市信息化城市管理系統正式投入運行，這是我國第一個建成的覆蓋大部分城區范圍的市級信息化城市管理系統。到2010年底，全市共劃分城市管理網格24850個，覆蓋了約1226平方公里的134個街道、鄉鎮、地區辦事處，2059個社區、村，共普查錄入361萬個部件。在此基礎上，2008年建設的北京市城市運行監測平臺，包含12個方面198類城市運行指標的接入工作，涉及38個委辦局和公共服務企業26個接入點及16區縣和3個地區管委會。負責實時采集和匯總能源和水保障、交通、通信和信息、市容環境、金融、物價、市場供應、旅游、食品安全、衛生防疫、動物防疫、安全生產、氣象、民防、地震城市日常運行各項體征數據和信息。北京市數字化城市管理平臺的建立，一定程度上使城市管理的敏捷性和智能化得到提高，城市綜合管理水平、發現問題能力、問題處置效率以及應急處理能力均有所提升。

（一）數字化城市面臨的挑戰

從數字化城市管理系統運行的角度，當前的數字化城市管理系統普遍還存在以下問題：

1.信息系統數據更新的速度遠低于城市發展的速度，許多信息系統的數據實時性差，不能及時反映城市部件的真實情況，數據信息存在較大的滯后。

2.各行業業務系統獨立并存、缺乏標準化、數據孤島問題突出，各業務部門、各應用系統獨立建設平臺，造成資源的浪費，加大了互聯成本，無法及時、準確地取得一手資料，給綜合管理增大了難度。

3.事件發現機制自動化程度低，一方面缺乏必要的實時監督、監控技術手段，無法取得一手資料；另一方面許多工作依賴于人工處理，不能及時發現問題、及時定位問題的原因，難于積極地預防。

4.處理流程不靈活，環節多，跨部門、跨系統協調能力欠缺。許多業務采用層層上報、層層下達的流程，指令的下達也存在延遲，造成應急事件無法應急，只能靠傳統的指揮方式進行應急處理的后果。

5.人為因素多，特別是基層工作，由于許多數據依賴于人工填報，存在缺漏、錯誤、延時情況。

上述問題已經成為數字化城市管理深入發展的阻礙，只有依賴技術創新、管理創新，為市級管理平臺這個“大腦”配備健全的“神經系統”、“觸覺系統”，才能從根本上解決這些問題，而物聯網技術的發展給我們提供了一個有效的解決途徑。

（二）應用方向

下面就物聯網在城市管理中的典型應用進行討論。

1.城市部件個體識別：根據中華人民共和國城鎮建設行業標準CJ/T 214—2007，城市部件共分為六大類85小類。在數字化城市建設中，目前的城市部件管理多是利用城市監督員手持城管通，人工發現問題，輸入待處理部件信息，需要大量人為操作，繁瑣而且容易出錯，且缺乏對城市監督員的管理手段，導致有些部件損壞了不能及時巡查到，延誤了部件修復時效。利用RFID與城市部件相結合，使得信息系統與城市基礎設施實體的結合，相當于給城市部件安裝了“身份證”，通過射頻遠距離識別設備方便地識別出城市部件的相關信息，再借助無線網絡，將城市部件信息傳抵后臺管理系統，有效改善城市監督員的工作質量。利用規范化的城市部件信息編碼，還可以及時發現城市部件的新置、更新、拆除，實現城市部件全生命周期的管理，提高城市職能部門工作效率。

2.城市運行監控：利用物聯網提供的環境監測功能能夠監控城市部件運行狀態、及時發現城市事件、進行預警。城市管理涉及到多個業務管理部門，利用物聯網搭建的平臺，可以充分支持這些部門傳感、監控網絡的建設，具有廣泛的空間覆蓋、更可靠的網絡傳輸。接入物聯網的傳感器可以探測諸如溫度、濕度等氣象信息；可以探測人流、車流等交通情況；可以探測供電、供水、供氣、供熱、河道水質、污水排放、雨水排放情況；可以監控標識對象（如城市運行保障車輛、危險貨物運輸車輛、重點電梯等）的運行情況；可以提供環境圖像信息；可以探測危險氣體濃度、家庭煤氣泄露、火災等安防信息；可以對城市重點設施如橋梁、危險路段、大型游樂場所進行監控等等。

3.智能控制：通過對城市“供電、供水、供氣、供熱”等城市生命線的監控，實時掌握生命線的運行狀況，資源的供給狀況、供給能力、儲備能力，根據城市需求的變化及時調配資源、科學規劃，保障市民的正常生活和城市的健康發展；通過對“市容環境、道路交通、夜景照明、戶外廣告、垃圾清運”等的監控，實現精細化管理，在節約資源、降低能耗的基礎上，充分發揮城市基礎設施的作用；通過對危險地點、危險物品、危險事件的監控，及時發現隱患，調度相應資源，避免災害的發生，即便出現險情，也能為突發險情的應對提供實時準確的數據、工作平臺和系統支持。

（三）在地下管線管理中的應用

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市的生命線，如果發生事故，輕則給人們生活帶來不便，重則會造成生命財產的巨大損失。自上個世紀九十年代，我國大部分城市開展了地下管線普查工作，許多城市建立了地下管線數據庫，然而據不完全統計，全國每年因施工而引發的管線事故所造成的直接經濟損失達50億元，間接經濟損失達400億元。

事發原因是多方面的，其中重要的一條原因是重審批、輕監管，重建設、輕維護。從技術角度講，主要有三方面原因：第一，很難通過技術手段得到管線的埋藏信息，一些管線時間較久，或與現有情況有偏差，便無法得到準確的埋設數據；第二，地下管線進行日常檢查的成本較高，即便出了問題，也很難被及時發現；第三，難于管理，地下管線類型眾多，多頭管理，隨著城市的發展，新建和改、擴建的管線越來越多，管線建設從設計、施工、投入使用往往多個部門管理、歷時很長時間，即便是權屬部門，也往往得不到準確的數據，這也給城市地下管線的統一監管帶來難度。

針對這些問題，人們也想了許多辦法，如2006年，上海大眾燃氣引用了信息定位標識器，采用了RFID技術，在排管過程中，將帶ID或不帶ID的標識器安裝到指定位置，方便了管線定位，在一定程度上解決了一些問題。

近些年來，隨著物聯網技術的發展，我們看到了破解地下管線管理問題的新的突破方式：建設物聯網平臺、傳感器接入終端、相應的綜合管理系統，將管線物理實體與信息系統統一起來，利用物聯網技術的優勢，用自動化的手段去解決地下管線管理中遇到的這些難題。

基于物聯網的地下管線管理系統主要有以下組成部分：

1.物聯網終端設備：提供接入物聯網的功能，通過多種傳輸手段連接各傳感器，收集各傳感器數據，及時處理，按標準化的格式將信息發送到中心，并可根據中心的控制進行調整。對于某些終端，還能夠提供控制功能，如提供閥門開閉控制、流量控制。

2.基于物聯網的傳輸平臺：以無線或有線的方式，提供物聯網終端設備接入。建立各終端與物聯網業務系統的連接，提供安全、可靠的傳輸通路，根據不同的需求建立相應的網絡。

3.物聯網終端設備管理系統：管理、控制、發現這些終端設備，獲取傳感器信息。

4.業務應用系統：通過授權獲取傳感信息，進行分析、統計，根據業務需要對管線進行人為或自動監控。

5.綜合管理系統：通過授權可以獲取所有傳感信息，在出現異常時，協調所有業務應用系統，發布警告、通知信息。

利用物聯網技術進行地下管線管理從技術上是可行的，相對于一般的管理監控系統，具有以下優勢：

1.網絡建設的優勢：新建管線的主干部分一般是沿道路走向，多數管線相對集中，沿這些管線建立物聯網的接入端即可實現與管線傳感器的聯通，同時可利用通信管線接入物聯網，或利用其他管線的傳感、控制網絡改造為通用的物聯網，從而降低初期建網的難度。

2.傳感器的發展：不同管線需配備不同的傳感器進行檢測，比如供水、燃氣、供熱的泄漏檢測、壓力、溫度、流量監測等，這些傳感器技術都已經相對成熟，完全可以滿足地下管線一般的檢測需求。作為建設標準，在地下管線建設時，強制使用這些可接入物聯網的傳感器，通過物聯網，城市管理者能夠在第一時間獲取地下管線的最新的信息。

3.提供綜合管理：通過物聯網平臺的建設，地下管線系統將運行在統一平臺上。通過嚴格的授權，管理部門便能夠取得所有管線的運行數據，綜合利用所有信息，從而及時發現問題，判斷問題的原因、影響，通知權屬部門進行處置。

總之，建立基于物聯網的地下管線管理平臺，管線的建設和信息化管理同步進行，將使地下管線的管理自動化程度大大提高，處置速度大大加快，降低維護成本，提高數據共享和綜合管理能力，為城市管理、應急處理提供有力的保障。

四、結語

采用物聯網技術進行城市管理是發展趨勢。利用物聯網平臺，將IT設施與城市的基礎設施融合，使得城市的各個部件聯接起來，形成一個有機整體，城市運行將高度自動化、科學化；同時促進常態化管理與應急管理相結合，變被動為主動，在多個環節形成監督、管理閉環，有利于優化流程、提高城市管理水平，引導城市成為可持續改進發展的生態城市。

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（責任編輯：黃荔）