電氣工程自動(dòng)化在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

高 斯

（南京東大智能化系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

起源于20世紀(jì)90年代“新城市主義”和“精明增長(zhǎng)”的智慧城市理念，其目的是為解決城市日益擴(kuò)充隨之而來(lái)的各種問(wèn)題，因此可以說(shuō)智慧城市是城市發(fā)展的高級(jí)階段。IBM公司在2008年首次提出“智慧地球”概念，由此引發(fā)了全球各地興建智慧城市的熱潮。美國(guó)、歐洲、韓國(guó)及新加坡等國(guó)家都啟動(dòng)建設(shè)智慧城市，2013年從全球超過(guò)400個(gè)角逐智慧城市中選出7個(gè)城市：美國(guó)哥倫布市、芬蘭的奧盧、加拿大的斯特拉特福、臺(tái)灣地區(qū)臺(tái)中市、愛(ài)沙尼亞的塔林、臺(tái)灣地區(qū)的桃園縣以及加拿大的多倫多。

我國(guó)在黨的十八大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)走中國(guó)特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路。城市是經(jīng)濟(jì)、政治和文化最活躍的區(qū)域，城市的發(fā)展方式、治理模式等關(guān)乎一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化、信息化的水平。信息化的發(fā)展尤其是近年來(lái)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，融合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、GIS、云計(jì)算等技術(shù)，使得一切物品通過(guò)普適網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，從而為構(gòu)建智慧城市從技術(shù)上掃清了障礙。我國(guó)的智慧城市建設(shè)還處于起步階段，區(qū)別與國(guó)外的智慧城市的以理念為主，我國(guó)更注重智慧城市的建設(shè)，利用各種智能化的設(shè)備、軟件、平臺(tái)、服務(wù)等建設(shè)智慧交通、智慧城管、智慧建筑、智慧社區(qū)等等，但是無(wú)一例外都強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)、智能、自動(dòng)化技術(shù)的重要性。

信息技術(shù)作為建設(shè)智慧城市的基礎(chǔ)已經(jīng)成為共識(shí)，但是為信息的傳輸、處理加工提供廣泛支持的電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)同樣是必不可少的。

1 智慧城市的概念及內(nèi)涵

目前有關(guān)于智慧城市的概念和內(nèi)涵眾說(shuō)紛紜，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者以不同的切入點(diǎn)出發(fā)，產(chǎn)生了較多的研究成果。

國(guó)外對(duì)智慧城市的研究起步較早，已經(jīng)形成了相對(duì)比較完善的理論、框架和體系等。早在1990年，美國(guó)加州圣佛朗西斯科市舉行了“智慧城市、快速系統(tǒng)、全球網(wǎng)絡(luò)”的學(xué)術(shù)會(huì)議，探討并出版了關(guān)于用“智慧”的信息技術(shù)推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展的會(huì)議論文集，這是最早關(guān)于智慧城市有代表性的文獻(xiàn)。伴隨著信息通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的大量理論和實(shí)踐的開(kāi)展，智慧城市的研究也取得了可喜的進(jìn)步。2008年IBM公司提出“智慧地球”的概念，并為電力、醫(yī)療等領(lǐng)域提供相應(yīng)的解決方案。關(guān)于智慧城市的概念幾乎包含了城市發(fā)展的每個(gè)領(lǐng)域。意大利學(xué)者Papa等在總結(jié)以往文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了智慧城市三個(gè)主要導(dǎo)向：技術(shù)中心論、以人為本以及人與技術(shù)相結(jié)合。技術(shù)中心論導(dǎo)向強(qiáng)調(diào)信息通訊等技術(shù)要素在智慧城市建設(shè)中的核心作用，是智慧城市理論中的早期觀點(diǎn)。近些年來(lái)，智慧城市建設(shè)中開(kāi)始逐步摒棄技術(shù)軟硬件設(shè)施的核心地位，開(kāi)始考慮人和社會(huì)資本的重要性，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為人和社會(huì)資本才是建設(shè)智慧城市的核心。

國(guó)內(nèi)關(guān)于智慧城市的研究滯后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是基于中國(guó)國(guó)情和現(xiàn)實(shí)，也基本形成了有關(guān)智慧城市建設(shè)理論框架和技術(shù)平臺(tái)、制度等等。2009年時(shí)任國(guó)務(wù)院總理溫家寶在北京科技界大會(huì)作了《讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展》的報(bào)告，其中涉及“智慧地球”等相關(guān)概念。2010年中國(guó)智慧城市論壇中強(qiáng)調(diào)利用信息技術(shù)來(lái)提高城市管理水平的重要性。國(guó)內(nèi)學(xué)者比較認(rèn)同的觀點(diǎn)是2009年IBM發(fā)布的《智慧城市在中國(guó)》這一報(bào)告，據(jù)此對(duì)智慧城市概念的界定分為狹義和廣義兩種。狹義上講智慧城市是以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算技術(shù)等為核心的信息技術(shù)改變?nèi)恕⑸鐣?huì)、企業(yè)、政府的交互方式，在智能建筑、智能交通、智能城市管理等領(lǐng)域的各種需求做出快速有效的反應(yīng)，解決人口、交通、環(huán)境等日益嚴(yán)重的壓力，提高城市可持續(xù)發(fā)展水平。廣義上講，智慧城市不僅僅是技術(shù)上的堆積，更是涉及人、社會(huì)以及自然環(huán)境等全方位多層次的系統(tǒng)上的城市發(fā)展模式的更新。程大章（2012）指出可以利用系統(tǒng)工程的理論和方法來(lái)架構(gòu)我國(guó)智慧城市建設(shè)和發(fā)展戰(zhàn)略，為智慧城市建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

在上述觀點(diǎn)中，無(wú)論國(guó)內(nèi)外，雖然關(guān)于信息技術(shù)的核心作用與否，專家學(xué)者們的觀點(diǎn)存在一定的分歧，但是無(wú)一例外的都強(qiáng)調(diào)了信息技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的重要作用。

2 電氣工程自動(dòng)化在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

智慧城市的建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程。智慧建筑、智慧交通、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、智慧生活、智能城市管理、智能制造等等都與智慧城市的建設(shè)息息相關(guān)。因此，無(wú)論是智慧城市建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施還是信息系統(tǒng)等等都與電氣工程自動(dòng)化密不可分，同時(shí)這也順應(yīng)了我國(guó)正在推進(jìn)的工業(yè)4.0或者創(chuàng)新2.0潮流。可以說(shuō)，基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的信息構(gòu)建、信息通訊以及多傳感器感知預(yù)測(cè)等技術(shù)，即是智慧城市、工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)，也是電氣工程自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）多傳感器的感知預(yù)測(cè)應(yīng)用于智慧城市。2009年，美國(guó)迪比克市與IBM合作，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將有六萬(wàn)居民的社區(qū)中的水電氣以及交通、公共服務(wù)等連接起來(lái)，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析，以此做出智能化的響應(yīng)對(duì)策，提升服務(wù)市民的水平。迪比克市首先是為居民和商戶安裝數(shù)控水電計(jì)量器，具備低流量傳感器技術(shù)，監(jiān)控水電的安全使用及泄露浪費(fèi)。同時(shí)，構(gòu)建綜合監(jiān)控平臺(tái)，將水電的消費(fèi)數(shù)據(jù)化，可以對(duì)此進(jìn)行深層次分析挖掘以及展示，使得市民對(duì)自己的耗能有更直觀和清晰的認(rèn)識(shí)。多傳感器技術(shù)除了應(yīng)用于智慧公共服務(wù)之外，還用在智慧交通中路況信息收集、車輛行駛及違章信息的獲取等等，智慧建筑中的水電氣安全監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)營(yíng)等，智慧物流中的車輛信息、行駛路線信息等相當(dāng)多的地方都有傳感器在無(wú)時(shí)無(wú)刻發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用。

（2）自動(dòng)化設(shè)備是智慧城市建設(shè)的最重要的基石。主要原因有2個(gè)：①自動(dòng)化技術(shù)的成熟將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍逐步外延，由制造業(yè)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域；②相當(dāng)多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始大量導(dǎo)入自動(dòng)化設(shè)備，通過(guò)信息技術(shù)的使用，自動(dòng)化設(shè)備之間構(gòu)成智能化系統(tǒng)，而所有這些散居于城市的各環(huán)節(jié)設(shè)備建設(shè)成型后，整個(gè)城市的智能化也就順理成章形成了。以往的自動(dòng)化設(shè)備都是一個(gè)個(gè)的孤島，彼此之間不能通信，因此當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備出現(xiàn)故障之后，將對(duì)生產(chǎn)線或者其他場(chǎng)合帶來(lái)重大損失，需要配備一定的人力進(jìn)行巡視和監(jiān)管。而在目前云技術(shù)的羽翼下，所有自動(dòng)化設(shè)備通過(guò)聯(lián)網(wǎng)成為云的一部分，不僅設(shè)備的各類運(yùn)行信息能夠被隨時(shí)隨地掌控，還能產(chǎn)生更大的附加價(jià)值。

（3）智慧城市的成功實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)為智慧城市的建設(shè)提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也是關(guān)鍵因素。借助于智能傳感器以及各類控制器，智能電網(wǎng)可以及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)控電網(wǎng)安全隱患以及故障，并隨時(shí)依據(jù)警情自動(dòng)實(shí)施對(duì)應(yīng)的措施，由此，智能電網(wǎng)這樣的確保不間斷供電的能力支撐智慧城市的建設(shè)。在全世界智能城市建設(shè)中，歐洲城市在智能電網(wǎng)實(shí)踐中走在世界的前列。比如，阿姆斯特丹作為歐洲智慧城市建設(shè)的典范，安裝新型能源系統(tǒng)、智能電表等減少溫室氣體排放，節(jié)省能源；在港口配備充電裝置以及構(gòu)建智能大廈等，制定了可持續(xù)發(fā)展的智慧城市計(jì)劃。國(guó)內(nèi)的許多城市，包括南京、天津、大連等在打造智慧城市過(guò)程中都優(yōu)先考慮建設(shè)智能電網(wǎng)。

（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化。隨著海量信息充斥整個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間，以城市數(shù)據(jù)為中心的智慧城市的設(shè)計(jì)到建設(shè)都方興未艾。因此，來(lái)自于地圖與興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、客流數(shù)據(jù)、LBS位置服務(wù)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、社會(huì)活動(dòng)數(shù)據(jù)等符合大數(shù)據(jù)的3V特征，對(duì)這類數(shù)據(jù)的感知與獲取就成為智慧城市技術(shù)工作的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)城市傳感器不僅能夠提供各類公共服務(wù)的同時(shí)，還收集大量的城市數(shù)據(jù)。而且，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，“以人為傳感器”的LBS位置服務(wù)、GPS定位、社交網(wǎng)絡(luò)信息共享等都直接或間接對(duì)城市進(jìn)行感知。

3 結(jié)語(yǔ)

智慧城市的建設(shè)是一項(xiàng)以人為本，人與技術(shù)結(jié)合的系統(tǒng)性工程。以信息技術(shù)為關(guān)鍵因素的智慧城市的建設(shè)同樣離不開(kāi)電氣工程及自動(dòng)化技術(shù)的普及和推廣，包含傳感器技術(shù)、自動(dòng)化設(shè)備以及智能電網(wǎng)的電氣工程自動(dòng)化在智慧城市的建設(shè)中正承載著重要的使命。

［1］Papa R，Gargiulo C，Galderisi A.Towards an urban planners'perspective on Smart City Towards an urban planners'perspective on Smart City［J］.Tema Journal of Land Use Mobility&Environment,2013，6（1）：5-17.

［2］溫家寶.讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展［J］.發(fā)明與創(chuàng)新：綜合版，2010，6（1）：3-7.

［3］程大章.智慧城市頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.