基于物聯網的智慧城市建設問題研究

◎ 郝書池

基于物聯網的智慧城市建設問題研究

◎ 郝書池

物聯網是發展智慧城市的新工具，在城市市政管理、農業園林、醫療保健、智能樓宇、智能交通等方面將有廣闊的應用前景，但目前在政策支持、標準化建設、信息化建設、應用模式和技術創新、人才培養等方面還存在不足，阻礙了物聯網在建設智慧城市中的應用和推廣。

物聯網 智慧城市 技術

一、國內外物聯網發展現狀

1995年，比爾·蓋茨在其《未來之路》一書中已提及物聯網概念。2005年11月，國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，報告指出：無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯網主動進行交換，射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。在美國，奧巴馬提出利用物聯網技術建設智慧地球，并提升到國家發展戰略。日本提出u-Japan戰略，希望實現從有線到無線、從網絡到終端，包括認證、數據交換在內的無縫鏈接泛在網絡環境，全體國民可以利用高速或超高速網絡。在韓國，提出u-Korea戰略，希望通過智能家庭項目(u-Home) 最終讓韓國民眾能通過有線或無線的方式遠程控制家電設備，并能在家享受高質量的雙向與互動多媒體服務。據美國權威咨詢機構預測，到2020年，世界上物物互聯的業務是人與人通信業務的三十倍，“物聯網”被稱為是下一個萬億級的通信業務。

物聯網已被我國列入《國家中長期科學技術發展規劃(2006-2020年)》和2050年國家產業路線圖。1999年，中科院啟動了傳感網研究，組成了2000多人的團隊，先后投入數億元，并且已擁有從材料、技術、器件、系統到網絡的較完整的產業鏈。2004年初，全球產品電子代碼管理中心授權中國物品編碼中心為國內代表機構，負責在中國推廣EPC與物聯網技術；同年4月，北京建立了第一個EPC與物聯網概念演示中心。從2005年開始，國內許多制造企業開始在自動化物流系統中嘗試應用RFID技術。2009年8月，溫總理提出了把“感知中國”中心設在無錫，隨后輻射全國的想法。2009年9月，無錫市與北京郵電大學簽署傳感網技術研究和產業發展合作協議，涉及光通信、無線通信、計算機控制、多媒體、網絡、軟件、電子、自動化等技術領域，合作內容包括應用技術研究、科研成果轉化和產業化推廣等。同時“傳感器網絡標準工作組成立大會暨‘感知中國’高峰論壇”在北京舉行，會議提出物聯網發展相關政策。

二、物聯網的應用

（一）物聯網的主要應用領域

“物聯網”被稱為是繼計算機和互聯網之后的第三次信息技術革命，由于它具有實時性和交互性的特點，其應用涉及國民經濟和人類社會生活的方方面面，主要應用領域如圖1。

（二）物聯網在建設智慧城市中的應用

圖1 物聯網的主要應用領域

1.城市市政管理。主要包括以下幾個方面：（1）城市物聯網公共服務平臺。構建開放式的、共享的電子政務物聯網架構體系，建立能實現多行業多業務的數據共享、協同，為政府、企業和公眾提供一個城市運行和商業服務的物聯網公共信息服務平臺。（2）基于物聯網的公共設施監管。通過對城市公共設施重要物資的準確標識，實現城市公共設施的監控和全程追蹤溯源，保證城市公共安全，最終實現政府的數字化政務管理。（3）基于物聯網的食品溯源。實現食品重要物資的準確標示，實現食品供應鏈的全程追蹤與溯源，保證食品的安全，為食品安全、防偽打假提供法律依據。（4）城市應急管理（如圖2）。（5）城市地圖導航、城市環境監察。

圖2 基于物聯網的城市應急管理系統

2.農業園林。（1）發展精細農業。將無線傳感器網絡布設于農田、園林、溫室等目標區域，網絡節點大量實時地收集溫度、濕度、光照、氣體濃度等數據，精準地獲取土壤水分、壓實程度、電導率、PH值、氮素等土壤信息，有助于實現農業生產的標準化、數字化、網絡化。（2）園林綠化信息管理服務。采用低成本、低功耗無線傳感器網絡動態監測造林營林、林木采伐、林地征占、城市綠地等多方面的園林資源變化，建立園林綠化的評價模型和園林綠化信息管理服務平臺，促進園林綠化的信息化和現代化，提高園林綠化的經濟效益、社會效益和生態效益。

3.醫療保健。（1）醫院病房電子巡檢。在病人身上貼上傳感器，并構建醫院內部的傳感器網絡，醫生就可以動態地監控病人情況。（2）建立基于物聯網的醫療保健信息交換平臺。為充分利用有限的醫療資源和解決好醫患糾紛問題，通過建立醫療保健信息交換平臺，一方面實現醫療保健信息資源共享，降低藥品庫存成本并提高效率；另一方面增加醫生對患者以往病史和治療記錄的了解，提高診斷質量和服務質量。（3）基于物聯網的藥品溯源。實現藥品等重要物資的準確標識，實現管理的透明化，提高藥品安全，為防偽打假提供法律依據。

4.智能樓宇。（1）智能家居管理。通過物聯網，居民可以對家居物品實現遠程控制。（2）大型公共建筑監控應急。城市公共建筑規模龐大、結構復雜、人員密集、內部設備龐雜。緊急情況的預警以及疏散依靠傳統的人工管理難以應對，借助于物聯網可以有效地解決這個問題。（3）智能水、電、煤氣表。通過在表內內置RFID芯片，這些表中的數字信息可以集中在數據采集器中，然后通過3G網絡傳送至電信后臺系統，實現自動抄表功能。（4）建筑物設備的異常處理。采用無線傳感器網絡和無線局域網技術，實現對燈、空調設備的遠程監控，同時為工作人員配備手持終端，方便工作人員及時趕到現場處理設備故障。

5.智能交通。通過對城市公共交通、軌道交通等重要設備的準確標識，實現公共交通工具全程追蹤和溯源，一方面實現政府的數字化調度管理與城市交通資源優化配置運行職能；另一方面提高事故防控能力和水平，增強實時調度監控和應急事件處理能力，促進交通運輸持續健康發展。

6.其他應用。在城市物流和供應管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制、電子門票、道路自動收費等方面，物聯網也有很廣泛的應用前景。

三、發展基于物聯網的智慧城市存在的主要問題

（一）技術問題。一是國內傳感器產業化水平較低，高端產品被國外廠商壟斷。國內RFID產業仍然以低頻為主，在RFID高端芯片等核心領域無法產業化，目前市場上超高頻電子標簽芯片大都以國外TI、NXP、HITACHI、INTEL公司為主。二是標識物體本身的形狀、物理特性以及包裝介質都會對標簽在使用過程的可識別性產生影響，尤其是在金屬和液體物品運輸中，會產生干擾問題。三是實現物聯網的數據計算量龐大，需要更大的計算平臺支撐，云計算技術還有待提高。四是RFID、傳感器、通信技術、智能技術與納米技術等多技術的融合問題未能有效解決。

（二）標準問題。標準是支持物聯網產業鏈的重要基礎，如何統一終端和接入標準都是困擾運營商M2M業務發展的首要問題。目前，物聯網國際上已形成了UCC、EAN、AIM、ISO、UID五大標準體系，他們分別代表了不同團體或國家的利益，目前僅有13.56MHz的高頻領域標準在全球得到了統一，不同的國家對于相同波段，使用的頻率也不盡相同。

（三）協議問題。物聯網是互聯網的延伸，在物聯網核心層面是基于TCP/IP協議，但在接入層面，協議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，目前還沒有一個統一協議。

（四）IP地址問題。物聯網在運行過程中也需要尋址，由于物品數量龐大，相對于互聯網來說，物聯網需要更多的IP地址。但是IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐，IPv4向IPv6過渡是一個漫長的過程，即使使用了IPv6地址，也會存在與IPv4的兼容性問題。

（五）成本問題。物聯網的實施成本較高，除了遠距離掃描的標簽和解讀器成本外，還包括接收設備、系統集成、計算機通訊、數據處理平臺等的建設成本，這就嚴重阻礙了物聯網在低端產業或者經濟欠發達地區的推廣與應用。

（六）安全問題。物聯網和互聯網一樣，也會面臨病毒和黑客的攻擊。由于大多數應用到物聯網的芯片為了節省成本而沒有加載安全防護模塊，這就存在很大的安全隱患。

（七）行業融合不夠，缺乏產業鏈核心。物聯網產業鏈企業主要包括芯片廠商、傳感器廠商、識讀設備廠商、傳輸網絡、應用提供商等，在產業還沒有形成規模應用的時期，沒有任何的廠商能夠代表這個巨大的產業。

（八）缺乏成熟的商業模式。物聯網將催生商業模式的革命，催生無主機時代，催生數據托管時代。物聯網的應用系統應當集成信息流、資金流和物流的管理，將物品制造者、物品狀態信息供應者、物品標識認證機構、消息傳送者和用戶全部納入管理資源之中，最終實現各利益相關者的共贏，但是目前還沒有一個成熟的商業模式來推動物聯網的發展。

四、發展基于物聯網的智慧城市的對策

（一）提供法律和政策保障，優化產業發展環境。智慧城市物聯網是國家物聯網戰略的重要組成部分，對于城市可持續性發展以及構建和諧社會意義重大。政府應該抓緊制定相關的法律法規，為產業發展提供堅實法律保障；加快制定促進物聯網產業發展的相關政策，確保人、財、物的保障供應，為產業發展創造良好政策環境；加強產業環境的整治，打破行業和區域壁壘，營造內容相對開放、數據資源共享的良好環境。

（二）以應用和示范促進物聯網的發展。目前，物聯網的應用推廣還處于探索階段，規模化的產業應用是發展物聯網的突破口。物聯網發展一方面將以行業用戶的需求為主要推動力，以需求創造應用，通過應用推動需求；另一方面以建設智慧城市為契機，加強其在智慧城市中的應用，國內的一些發達城市在信息基礎設施建設、智慧城市公共服務和管理體系建設、新興智慧產業等方面已經取得一些成效。此外，還需以行業應用為核心，推動一批物聯網技術研發、物聯網應用的大型示范項目的建設，利用大項目來帶動物聯網產業鏈某個環節或某方面的發展，從而帶動物聯網在各產業發展。

（三）培養物聯網產業鏈核心。國內目前主要由運營商引導物聯網，中移動已經認識到了物聯網蘊藏的巨大商機，開發了電子商務、手機購物、物流信息化、企業一卡通、公交視頻、移動安防、校訊通等一批物聯網概念的業務形態；中國電信推出“平安e家”與“商務領航”，分別面對家庭與企業用戶；中國聯通也推出3G污水監測業務，實時對水表、灌溉等動態數據進行監測，并且能對空氣質量、碳排放量、噪音進行監測。

（四）加強物聯網技術創新。注重技術人才隊伍的建設和核心技術的研究，通過技術攻關，初步取得屬于自己的技術創新體系和核心技術的知識產權，擴大自主研制產品的市場份額。實現核心技術的突破和自主產品的產業化，有利于占領產業發展制高點，為整個產業的安全可控和可持續發展打下良好基礎。物聯網技術主要包括以下四個方面：在感知層面，主攻傳感技術、RFID 技術和傳感器自組網技術；在傳輸層面，主攻傳感網與通信網的融合、大信息量傳輸通信網和三網融合相關技術；在處理層面，主攻中間件技術、基于云計算的應用處理和系統集成技術；同時還應該加快物聯網架構和包括信息通信、計算機網絡等技術在內的支撐技術的研發。

（五）加強物聯網的標準體系建設。

標準化程度不高，這給物聯網各種技術的融合造成了難度。中國物聯網標準工作組已經成立，下屬電子標簽標準工作組、全國信標委傳感器網絡標準工作組等19 家相關標準化組織，強化以物聯網關鍵資源、體系架構和核心技術標準為重點的頂層設計和統籌協調，有利于加快建設資源共享、互聯互通、統一規范的物聯網標準體系。

（六）加快企業信息化與兼容接口建設。物聯網技術實際上是建立在信息化和互聯網等技術手段的應用基礎之上的，但整體而言，國內企業的信息化水平偏低，一方面企業內部的信息化軟件應用程度較低，另一方面企業間的信息化平臺少，信息共享水平低。這些需要企業通過加大投入，開展信息化建設，導入專業信息化管理理念和硬件設施，同時在建設以及設備購買與設計時，預留兼容物聯網技術接口，減少后續發展的啟動成本與時間。

（七）加強物聯網商業模式創新。作為新興產業的物聯網，需加快其技術研發和產品設計步伐，更需加快其產業社會化進程，以盡快在市場上形成規模化的商業應用。可以選擇的模式有：由系統集成商租用電信運營商網絡，通過整體方案連帶通道一起向用戶提供業務的系統集成商核心型；由電信運營商向使用物聯網業務的企業客戶直接提供通道服務，客戶除了提供資源之外，剩下的網絡租用和運營都由運營商來完成的運營商運營型；系統集成商開發業務，電信運營商負責業務平臺建設、網絡運行、業務推廣及收費的運營商合作推廣型；由客戶承擔物聯網平臺的全部費用和整個服務體系的搭建的用戶自建體系型；由政府等公共事業部門搭建公共平臺，客戶租用或者購買平臺以及相關的軟硬件產品，并支付相關通信費用的公共事業應用型；在云計算基礎上，以用戶服務為中心，根據已有的運營平臺和業務能力，針對目標市場整合內外部資源，形成用戶、商家、其他市場參與者共同創造價值的網絡的“云聚合”模式；還有軟硬件商主導型和軟件內容集成商主導型。

（八）加強物聯網人才的培養。由于物聯網還是新興技術，這方面的人才非常缺乏。鑒于當前狀況，學校可能需要開設物聯網專業，社會和企業也要加強物聯網人才引進與培養。

[1]李紅艷.物聯網的應用及其發展趨勢[J].福建電腦,2010,09：1～3.

[2]呂廷杰.物聯網的由來與發展趨勢[J].信息通信技術,2010,04：4～8.

[3]趙海霞.物聯網關鍵技術分析與發展探討[J].中國西部科技,2010,05：25～26.

[4]劉歌.物聯網技術及其應用探討[J].科學之友，2011,03：3～4.

[5]鄭欣.物聯網未來十類商業模式探析[J].移動通信,2011,04：64～68.

[6]劉浩力.物聯網應用及發展前景淺析[J].中國信息界,2011,08：29～30.

[7]余寧.中國物聯網的發展及前景分析[J].科技創新導報,2011,03：21.

[8]楊震.物聯網發展研究[J].南京郵電大學學報(社會科學版),2010,06：1～10.

[9]曹玉旺.淺析物聯網下智慧城市的發展策略融合與創新[C].中國通信學會通信管理委員會第29次學術研討會論文集,2011,11：84-87.

[10]馬士玲.物聯網技術在智慧城市建設中的應用[J].物聯網技術,2012,02：70～72.

The Construction of Smart City Based on the Internet of Things

Hao Shuchi

The Internet of Things is a major technological change and the focus of global attention in the 21st century. Extensive and in-depth study is proceeding all over the world. Internet of Things is a new tool for the development of Smart City. And it will have broad application prospects in urban municipal administration, agriculture gardening, healthcare, intelligent architecture and intelligent transportation. But due to insufficiency in policy support, standardized construction, information construction, application mode, technology innovation and personnel training, the application and promotion of the Internet of Things in the building of smart city is hindered.

Internet of Things; smart city; technology

F299.2

郝書池，暨南大學在讀博士，講師、經濟師；主要研究方向：企業物流管理、供應鏈管理。

（責任編輯：盧小文）

廣州市哲學社會科學規劃課題“城市公共配送模式與配送網絡優化研究——以廣州市為例”研究成果。