基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市生活

邵建+黃何+杭躍斌

【摘 要】通過對教育、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、家居、安防監(jiān)控、智能交通、智能建筑等行業(yè)的智慧城市解決方案進(jìn)行研究分析，提取通用的應(yīng)用模板，可在行業(yè)內(nèi)廣泛地進(jìn)行推廣復(fù)制，豐富和方便人們的溝通與生活。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智慧城市 智慧生活 傳感網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)

1 智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

智慧城市是一種新型的城市發(fā)展模式，其主要是基于寬帶信息化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過云計算和大數(shù)據(jù)分析來推動各行業(yè)的系統(tǒng)工程建設(shè)，提升政府的管理服務(wù)水平、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展、推廣民生服務(wù)應(yīng)用，最終為城市居民提供便捷、高質(zhì)量的生活服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人之間的通信，其基于特定行業(yè)終端，通過傳感數(shù)據(jù)采集、信息通信等技術(shù)，滿足人們對工作流程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求，提高了各行業(yè)的生產(chǎn)效能、信息服務(wù)水平、民生服務(wù)智能化水平，推動了綠色化和服務(wù)化的智慧城市建設(shè)。

智慧城市的建設(shè)有政府對城市發(fā)展規(guī)劃的內(nèi)在驅(qū)動力，也有市民生活需求的外在推動力，其可促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步等；同時國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃體現(xiàn)了以民生為重的理念，因此提升民生服務(wù)水平的智慧城市建設(shè)也是各級政府的重要工作之一。

當(dāng)前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市服務(wù)在各行業(yè)內(nèi)正在規(guī)模應(yīng)用，涉及生產(chǎn)、工作、生活的多個領(lǐng)域，如教育、醫(yī)療、安防、家居、農(nóng)業(yè)、交通、建筑等。在教育領(lǐng)域，通過寬帶接入Internet可為人們提供遠(yuǎn)程視頻授課服務(wù)；在安防領(lǐng)域，智能視頻監(jiān)控、周界防入侵等已規(guī)模應(yīng)用；在交通領(lǐng)域，道路擁堵監(jiān)測、公交車信息查詢、車輛調(diào)度等應(yīng)用為人們的出行帶來了便捷；在醫(yī)療領(lǐng)域，個人健康監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用日趨成熟。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)在智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、樓宇節(jié)能等方面也開展了廣泛的應(yīng)用。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市服務(wù)架構(gòu)

圖1為智慧城市服務(wù)體系架構(gòu)，其包括了傳感網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)和智慧城市服務(wù)系統(tǒng)。

（1）傳感網(wǎng)絡(luò)提供信息數(shù)據(jù)的采集功能，智慧城市的各種服務(wù)應(yīng)用通過部署在實(shí)際應(yīng)用場景中的傳感器、RFID讀寫器、行業(yè)終端等來采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)網(wǎng)關(guān)匯聚或直接由通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)綉?yīng)用系統(tǒng)。常用的傳感器可以檢測溫度、濕度、壓力等參數(shù)，專業(yè)化的傳感器可以檢測溶解氧、pH值、氨氮、濁度等水質(zhì)參數(shù)。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)為前端采集的數(shù)據(jù)提供遠(yuǎn)程傳輸服務(wù)，如3G移動通信網(wǎng)絡(luò)、4G LTE網(wǎng)絡(luò)、固定寬帶網(wǎng)絡(luò)、WLAN等。目前寬帶化、智能化、移動化是通信網(wǎng)絡(luò)的主流趨勢。

（3）智慧城市數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)主要為智慧城市的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)建模分析等支撐服務(wù)，基于云計算和大數(shù)據(jù)分析，可快速部署各種智慧服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)應(yīng)用的智能化。

（4）智慧城市服務(wù)系統(tǒng)涵蓋各個行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，各種智慧服務(wù)均有自己的業(yè)務(wù)平臺，為用戶提供行業(yè)應(yīng)用服務(wù)，根據(jù)服務(wù)對象的不同，分為個人、家庭和行業(yè)（集團(tuán)）應(yīng)用。智能家居、遠(yuǎn)程教育等面向個人和家庭用戶；智慧農(nóng)業(yè)、安防監(jiān)控、智能交通等面向行業(yè)客戶。

3 智慧城市典型應(yīng)用解決方案

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市應(yīng)用涵蓋民生服務(wù)的諸多環(huán)節(jié)，下面對國內(nèi)外幾個重點(diǎn)領(lǐng)域的典型解決方案進(jìn)行研究分析，可作為通用模板進(jìn)行復(fù)制推廣，其涉及安防監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、智慧農(nóng)業(yè)、智慧家居、智能交通、智能建筑等方面。

3.1 智能安防監(jiān)控

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長、社會的快速進(jìn)步和國力的不斷增強(qiáng)，銀行、電力、交通、安檢、軍事、百姓生活等各領(lǐng)域?qū)Π卜辣O(jiān)控的需求與日俱增，安防監(jiān)控在政府、企業(yè)、個人的生產(chǎn)與生活中得到了廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著重要作用。

在國內(nèi)，以中國電信的全球眼、中國移動的千里眼為代表，其面向集團(tuán)和個人商鋪市場提供視頻監(jiān)控服務(wù)。圖2以4G LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸為例，前端攝像頭采集的視頻可傳輸?shù)胶笈_進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；也可直接在前端攝像頭先進(jìn)行視頻智能預(yù)分析，對異常行為進(jìn)行檢測，再利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)報警信息，使得用戶能夠及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，在視頻監(jiān)控平臺內(nèi)保存告警信息，方便用戶進(jìn)行事后檢索和查詢。

3.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療

遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用是將傳感識別、視頻采集、多媒體通信等技術(shù)與醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，為患者與專家之間建立基于實(shí)時語音和高清視頻圖像的交流，患者在原地即可接受遠(yuǎn)地醫(yī)療專家的會診并在其指導(dǎo)下進(jìn)行治療和護(hù)理，實(shí)現(xiàn)專家與患者、專家與本地醫(yī)務(wù)人員之間跨地域“面對面”的會診，可節(jié)約醫(yī)生和患者的時間和經(jīng)濟(jì)成本。

患者所在地通過專業(yè)設(shè)備（如視頻攝像頭、影像設(shè)備等）采集語音和視頻圖像、患者相關(guān)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)等信息，再通過Internet傳輸?shù)竭h(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中；異地的專家醫(yī)生通過登錄Internet并接入遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，可獲取并查看患者本地的視頻圖像及醫(yī)療數(shù)據(jù)，為患者提供相關(guān)的診斷服務(wù)。圖3中的MCU（多點(diǎn)控制單元）可實(shí)現(xiàn)多個異地專家之間的視頻會議控制。

遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)在發(fā)達(dá)國家（如美國）發(fā)展得很早，國內(nèi)尚處于市場探索階段，可以借鑒國外先進(jìn)成熟的模式，這對提高醫(yī)療行業(yè)的服務(wù)水平、緩解醫(yī)患之間的矛盾有一定的積極作用。

3.3 智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)以種植大棚的環(huán)境監(jiān)測為代表，農(nóng)戶需要對大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個環(huán)境參數(shù)超出閾值時，系統(tǒng)會自動產(chǎn)生告警并提醒農(nóng)戶。

如圖4所示，大棚監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、通訊主機(jī)（終端）、大棚監(jiān)控應(yīng)用平臺組成。在大棚內(nèi)部署無線數(shù)據(jù)采集模塊，采集大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)并自動傳輸?shù)酱笈锉O(jiān)控應(yīng)用平臺，生產(chǎn)管理人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)、專用顯示設(shè)備、手機(jī)短信等方式獲取檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)情況對環(huán)境控制做出判斷。大棚里溫度一旦過高或過低，菜農(nóng)立刻就能收到短信的告警提醒，及時了解大棚的情況。endprint

3.4 智慧家居

隨著生活水平的提高，人們對家居智能化和便捷化提出了新的需求：當(dāng)用戶出門在外，期望能隨時查看家里的相關(guān)情況，隨時能遠(yuǎn)程操控家電，如提前打開空調(diào)、熱水器等。如圖5所示，通過在家庭環(huán)境下部署智能控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其可通過WLAN、ZigBee、紅外等近距離通信技術(shù)與家用電器、家庭終端等進(jìn)行通信，進(jìn)而控制家電（如空調(diào)、熱水器、智能插座等）的開與關(guān)、安防終端監(jiān)控功能的開啟與關(guān)閉等。

用戶可隨時隨地通過手機(jī)客戶端登錄智慧家居控制中心，向自家的家用電器或家庭終端下發(fā)監(jiān)控和操作指令，如查看家庭環(huán)境下的視頻監(jiān)控、開啟門磁窗磁感應(yīng)、開啟或關(guān)閉家用電器、遠(yuǎn)程設(shè)置空調(diào)溫度與空調(diào)風(fēng)速等。

3.5 智能交通服務(wù)

目前城市公共交通在城市中占有重要地位，隨著綠色環(huán)保理念的深入，選擇公交出行的居民越來越多。用戶外出乘坐公交時，經(jīng)常會有提前了解公交線路、下一趟公交車還有幾分鐘到達(dá)本站等方面的共性需求。下面以重慶移動的智能公交服務(wù)為例，描述智能交通的相關(guān)解決方案。

通過在公交車上部署GPS終端，可采集并向云端服務(wù)器上傳每輛公交車的當(dāng)前位置信息，云端服務(wù)器內(nèi)保存了最新且實(shí)時的公交線路及地圖相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶使用手機(jī)客戶端，通過線路查詢或是站點(diǎn)查詢的方式從云端服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，云端服務(wù)器根據(jù)被查詢車輛的最新位置數(shù)據(jù)、用戶當(dāng)前所處的公交站臺位置進(jìn)行運(yùn)算，向用戶顯示查詢結(jié)果，顯示被查詢公交車輛的當(dāng)前地圖位置、其距離用戶（手機(jī)客戶端）當(dāng)前所在地還有多遠(yuǎn)、大概多久到達(dá)用戶所在位置等。如圖6所示，某用戶在某公交線路的站點(diǎn)3候車，其打開手機(jī)客戶端后，可查詢其等待的公交車的當(dāng)前位置、距離當(dāng)前位置有多遠(yuǎn)和大約多長時間后到達(dá)當(dāng)前位置等。

3.6 其它智慧城市服務(wù)

基于多媒體通訊的遠(yuǎn)程教育解決方案類同于遠(yuǎn)程醫(yī)療等解決方案，多媒體遠(yuǎn)程教育通過視頻會議的形式支持多點(diǎn)接入，即多個用戶可以坐在家里打開電腦遠(yuǎn)程接收同一視頻源的教育信息，并可與老師進(jìn)行視頻互動。

智能建筑解決方案以樓宇自動化為代表，通過在建筑物或一個園區(qū)內(nèi)建設(shè)一個自動化生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋了能源、排污、服務(wù)等方面，通過能源監(jiān)控實(shí)現(xiàn)節(jié)能。智能建筑減少了樓宇的能耗浪費(fèi)，以可持續(xù)的方式提高了樓宇的運(yùn)作效能。智能建筑從IBM最早提出智慧地球的概念開始，國外公司如IBM、西門子等在較為積極地進(jìn)行推廣，國內(nèi)也有很多公司提供了相關(guān)解決方案，但國內(nèi)尚處于市場初步階段，普通用戶難以感知。

4 結(jié)束語

目前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)正處于迅猛發(fā)展的階段，通過對典型智慧城市服務(wù)解決方案的研究與分析，提取通用模板，可向相關(guān)領(lǐng)域和廣泛地域進(jìn)行推廣復(fù)制，為提高人們的生活便捷性而服務(wù)，從而促進(jìn)城市的智慧化、和諧化和健康化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 鄭世寶. 智能視頻監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[J]. 電視技術(shù)， 2009，33（1）： 94-96.endprint

3.4 智慧家居

隨著生活水平的提高，人們對家居智能化和便捷化提出了新的需求：當(dāng)用戶出門在外，期望能隨時查看家里的相關(guān)情況，隨時能遠(yuǎn)程操控家電，如提前打開空調(diào)、熱水器等。如圖5所示，通過在家庭環(huán)境下部署智能控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其可通過WLAN、ZigBee、紅外等近距離通信技術(shù)與家用電器、家庭終端等進(jìn)行通信，進(jìn)而控制家電（如空調(diào)、熱水器、智能插座等）的開與關(guān)、安防終端監(jiān)控功能的開啟與關(guān)閉等。

用戶可隨時隨地通過手機(jī)客戶端登錄智慧家居控制中心，向自家的家用電器或家庭終端下發(fā)監(jiān)控和操作指令，如查看家庭環(huán)境下的視頻監(jiān)控、開啟門磁窗磁感應(yīng)、開啟或關(guān)閉家用電器、遠(yuǎn)程設(shè)置空調(diào)溫度與空調(diào)風(fēng)速等。

3.5 智能交通服務(wù)

目前城市公共交通在城市中占有重要地位，隨著綠色環(huán)保理念的深入，選擇公交出行的居民越來越多。用戶外出乘坐公交時，經(jīng)常會有提前了解公交線路、下一趟公交車還有幾分鐘到達(dá)本站等方面的共性需求。下面以重慶移動的智能公交服務(wù)為例，描述智能交通的相關(guān)解決方案。

通過在公交車上部署GPS終端，可采集并向云端服務(wù)器上傳每輛公交車的當(dāng)前位置信息，云端服務(wù)器內(nèi)保存了最新且實(shí)時的公交線路及地圖相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶使用手機(jī)客戶端，通過線路查詢或是站點(diǎn)查詢的方式從云端服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，云端服務(wù)器根據(jù)被查詢車輛的最新位置數(shù)據(jù)、用戶當(dāng)前所處的公交站臺位置進(jìn)行運(yùn)算，向用戶顯示查詢結(jié)果，顯示被查詢公交車輛的當(dāng)前地圖位置、其距離用戶（手機(jī)客戶端）當(dāng)前所在地還有多遠(yuǎn)、大概多久到達(dá)用戶所在位置等。如圖6所示，某用戶在某公交線路的站點(diǎn)3候車，其打開手機(jī)客戶端后，可查詢其等待的公交車的當(dāng)前位置、距離當(dāng)前位置有多遠(yuǎn)和大約多長時間后到達(dá)當(dāng)前位置等。

3.6 其它智慧城市服務(wù)

基于多媒體通訊的遠(yuǎn)程教育解決方案類同于遠(yuǎn)程醫(yī)療等解決方案，多媒體遠(yuǎn)程教育通過視頻會議的形式支持多點(diǎn)接入，即多個用戶可以坐在家里打開電腦遠(yuǎn)程接收同一視頻源的教育信息，并可與老師進(jìn)行視頻互動。

智能建筑解決方案以樓宇自動化為代表，通過在建筑物或一個園區(qū)內(nèi)建設(shè)一個自動化生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋了能源、排污、服務(wù)等方面，通過能源監(jiān)控實(shí)現(xiàn)節(jié)能。智能建筑減少了樓宇的能耗浪費(fèi)，以可持續(xù)的方式提高了樓宇的運(yùn)作效能。智能建筑從IBM最早提出智慧地球的概念開始，國外公司如IBM、西門子等在較為積極地進(jìn)行推廣，國內(nèi)也有很多公司提供了相關(guān)解決方案，但國內(nèi)尚處于市場初步階段，普通用戶難以感知。

4 結(jié)束語

目前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)正處于迅猛發(fā)展的階段，通過對典型智慧城市服務(wù)解決方案的研究與分析，提取通用模板，可向相關(guān)領(lǐng)域和廣泛地域進(jìn)行推廣復(fù)制，為提高人們的生活便捷性而服務(wù)，從而促進(jìn)城市的智慧化、和諧化和健康化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 李萍，嚴(yán)魁. 從智慧醫(yī)療和智慧教育實(shí)踐看智慧城市建設(shè)[J]. 移動通信， 2014（9）： 48-51.

[5] 鄭世寶. 智能視頻監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[J]. 電視技術(shù)， 2009，33（1）： 94-96.endprint

3.4 智慧家居

隨著生活水平的提高，人們對家居智能化和便捷化提出了新的需求：當(dāng)用戶出門在外，期望能隨時查看家里的相關(guān)情況，隨時能遠(yuǎn)程操控家電，如提前打開空調(diào)、熱水器等。如圖5所示，通過在家庭環(huán)境下部署智能控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其可通過WLAN、ZigBee、紅外等近距離通信技術(shù)與家用電器、家庭終端等進(jìn)行通信，進(jìn)而控制家電（如空調(diào)、熱水器、智能插座等）的開與關(guān)、安防終端監(jiān)控功能的開啟與關(guān)閉等。

用戶可隨時隨地通過手機(jī)客戶端登錄智慧家居控制中心，向自家的家用電器或家庭終端下發(fā)監(jiān)控和操作指令，如查看家庭環(huán)境下的視頻監(jiān)控、開啟門磁窗磁感應(yīng)、開啟或關(guān)閉家用電器、遠(yuǎn)程設(shè)置空調(diào)溫度與空調(diào)風(fēng)速等。

3.5 智能交通服務(wù)

目前城市公共交通在城市中占有重要地位，隨著綠色環(huán)保理念的深入，選擇公交出行的居民越來越多。用戶外出乘坐公交時，經(jīng)常會有提前了解公交線路、下一趟公交車還有幾分鐘到達(dá)本站等方面的共性需求。下面以重慶移動的智能公交服務(wù)為例，描述智能交通的相關(guān)解決方案。

通過在公交車上部署GPS終端，可采集并向云端服務(wù)器上傳每輛公交車的當(dāng)前位置信息，云端服務(wù)器內(nèi)保存了最新且實(shí)時的公交線路及地圖相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶使用手機(jī)客戶端，通過線路查詢或是站點(diǎn)查詢的方式從云端服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，云端服務(wù)器根據(jù)被查詢車輛的最新位置數(shù)據(jù)、用戶當(dāng)前所處的公交站臺位置進(jìn)行運(yùn)算，向用戶顯示查詢結(jié)果，顯示被查詢公交車輛的當(dāng)前地圖位置、其距離用戶（手機(jī)客戶端）當(dāng)前所在地還有多遠(yuǎn)、大概多久到達(dá)用戶所在位置等。如圖6所示，某用戶在某公交線路的站點(diǎn)3候車，其打開手機(jī)客戶端后，可查詢其等待的公交車的當(dāng)前位置、距離當(dāng)前位置有多遠(yuǎn)和大約多長時間后到達(dá)當(dāng)前位置等。

3.6 其它智慧城市服務(wù)

基于多媒體通訊的遠(yuǎn)程教育解決方案類同于遠(yuǎn)程醫(yī)療等解決方案，多媒體遠(yuǎn)程教育通過視頻會議的形式支持多點(diǎn)接入，即多個用戶可以坐在家里打開電腦遠(yuǎn)程接收同一視頻源的教育信息，并可與老師進(jìn)行視頻互動。

智能建筑解決方案以樓宇自動化為代表，通過在建筑物或一個園區(qū)內(nèi)建設(shè)一個自動化生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋了能源、排污、服務(wù)等方面，通過能源監(jiān)控實(shí)現(xiàn)節(jié)能。智能建筑減少了樓宇的能耗浪費(fèi)，以可持續(xù)的方式提高了樓宇的運(yùn)作效能。智能建筑從IBM最早提出智慧地球的概念開始，國外公司如IBM、西門子等在較為積極地進(jìn)行推廣，國內(nèi)也有很多公司提供了相關(guān)解決方案，但國內(nèi)尚處于市場初步階段，普通用戶難以感知。

4 結(jié)束語

目前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)正處于迅猛發(fā)展的階段，通過對典型智慧城市服務(wù)解決方案的研究與分析，提取通用模板，可向相關(guān)領(lǐng)域和廣泛地域進(jìn)行推廣復(fù)制，為提高人們的生活便捷性而服務(wù)，從而促進(jìn)城市的智慧化、和諧化和健康化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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