基于智慧城市建設關鍵技術的應用研究

中國船舶重工集團公司第七一〇研究所 倪云飛

基于智慧城市建設關鍵技術的應用研究

中國船舶重工集團公司第七一〇研究所 倪云飛

隨著互聯網時代的到來，各行各業都充分利用互聯網技術對自身進行了優化。對于智慧城市來講，主要是以物聯網以及云計算等作為建設的核心技術，其本身具有的多種優點使得其成為了未來時代發展下的必然產物。因此本文主要講述了基于智慧城市建設關鍵技術的應用研究，主要對其建設過程中的各個核心技術進行了較為深入的分析，以此來供相關人員參考交流。

智慧城市；物聯網；云計算；大數據

引言

以物聯網、云計算以及大數據為核心技術來對智慧城市進行建設，即將智能化、數字化以及網絡化等與智慧城市的建設融為一體，使得其具有不浪費資源、不污染環境、方便人們生活等多種優點，同時也推動了智慧城市的可持續發展。而這三種技術均是互聯網的衍生物，因此使得智慧城市的信息系統具有了多種能力，同時也讓智慧城市在未來的發展中得到了廣泛的推廣。

一、物聯網技術

（一）整體架構

物聯網技術主要是用來實現物與物之間的信息交流，其整體的架構由三個部分組成，首先是對物體進行感知的感知層，其次是使得網絡能夠相互連通的網絡層，最后是具體的應用層。

感知層主要作為物聯網系統的觸角來讓物品與物聯網進行信息的交換和通訊，具體是先對物品的相關信息進行識別，然后對相關的信息數據進行采集處理，以此來實現物品與互聯網的連接[1]。另外，感知技術是實現物聯網的基礎，同時也作為物品與物品相連的主要技術，系統若想對物品進行智能控制，就必須要先利用感知層對待控制物品的相關信息數據進行采集處理。對于網絡層來講，其是互聯網的衍生物，也作為整個系統的信息通道來實現網絡的互通連接。此外如果單單依靠物聯網系統是不能夠形成強大的物理系統的，因此其需要將大數據云計算系統平臺作為載體，通過利用云計算技術對資源的整合能力來對海量的數據信息進行存儲，同時也可以進行計算以及對存儲的信息數據進行保護。最后對于應用層來講，其是人與物進行溝通的平臺，也是整個物聯網技術的受益終端，從智能家居到對城市交通的管理以及對物流系統的管理等無不應用到物聯網，因此其已經深入到了城市人民日常生活的各個層面。

（二）射頻識別

射頻識別作為一種信息獲取技術，主要是通過利用無線射頻識別來實現對物品信息的獲取。其一般由三個部分組成，首先是標簽，其次是閱讀器，最后是數據管理系統。而其主要的工作原理是利用驅動電路將閱讀器發射出的無線電波能量內部的數據送出，然后閱讀器再次的對數據進行接收并且解讀，解讀之后傳送給應用程序，利用應用程序對其進行相關的處理，處理之后進行對數據的采集以及存儲。

（三）傳感器

傳感器技術主要是對需要探測的物體的物理信號進行感知，整個物聯網系統的傳感網絡也是有大量的傳感器來構成的。傳感網絡主要有三個單元組成，分別為對信息進行感知的傳感單元，對信息進行處理的處理單元以及對實現信息之間通信的通信單元。而對于其工作原理主要是利用物理傳感器和化學傳感器等來對物體的物理信號包括溫度、濕度以及運動狀態等進行采集，采集完成之后將其有用的模擬信號轉換成數字信號，最后利用網絡連接通道將信息傳送到大數據云計算平臺[2]。

（四）網絡通信

網絡通信技術主要由三個部分組成，首先是無線低速網絡，其次是M2M技術，最后是移動通信網絡。首先對于無線低速網絡來講，主要是在物體與物體連接完成之后，通過利用低速網絡來實現物與物之間的相互連通，以適應網絡中較低的節點。其主要包含有近距離通信NFC以及藍牙等網絡技術。而對于M2M技術來講，是機器對機器的簡稱，在人與機器以及系統進行智能化的連接過程中，主要利用的是便是M2M技術，其也是實現物聯網的關鍵技術，同時也被用于對自動售貨機的安全檢測以及物流的跟蹤等。最后對于移動通信網絡來講，主要是指正在進行通信交流的雙方至少其中的一方處于運動的狀態，在運動中來實現信息的傳輸以及交換，其主要包含有衛星移動和蜂窩移動等技術。

（五）嵌入式系統

嵌入式系統主要是將其全部嵌入到被控制器件的內部，也是專門針對特定應用而設計的一種非PC系統。其主要的構架由四部分組成，分別是對數據進行處理的處理器、存儲數據的存儲器、輸入輸出部分以及軟件部分。而對于物聯網系統的功能來講，不僅可以實現傳感器之間的相互連接，其自身也可以通過嵌入式系統的作用來對物體進行智能化的控制[3]。

二、云計算技術

（一）體系架構

對于云計算來講，其體系結構主要分為四個部分，首先是將軟件作為服務的軟件即服務部分，其次是將開發平臺作為服務的平臺即服務部分，另外是將基礎設備轉化成服務的基礎設備服務部分，最后是物理資源部分。以上的三種服務是既相互聯系而又獨立的，站在用戶的角度對三種服務來看，它們是相互獨立的，可是站在技術的角度來分析，它們又存在著內在的聯系。

（二）虛擬化

虛擬化技術是一個共享的動態平臺，其主要是可以實現對離散的硬件資源的整合。在進行云計算時，其是以虛擬軟件作為載體來進行系統的運算，而不是在真實的硬件上運行，因此利用一臺服務器便可以同時對多個虛擬機進行控制。除此之外，通過利用虛擬化技術對云計算系統進行處理以后，可實現網絡資源運用的最大化，以此來進行對海量數據的計算，同時由于多個虛擬機同時在運行，也可以大大地提高運算的效率，可以更高效地滿足用戶的需求。

（三）數據分布儲存

由于云計算系統在其運行的過程中需要龐大的存儲空間，其次還要確保云計算利用的數據的準確性，針對于此問題，設計出了分布式存儲架構，其可以協調多個計算機同時作業，而且自身也可以通過文件管理協調系統來利用多個計算機對海量的數據進行同時計算，計算完成之后再將其進行分布式的儲存，進而實現對大數據的拆分、運算以及存儲。因為其自身的特性，也使得其成為了云基礎架構的重要組成部分。

（四）安全技術

從計算機開始制造一直到現今的使用，安全問題也一直貫穿在整個過程。對于云計算系統來講，由于用戶的信息數據以及軟件均在“云”中保存，所以云計算的安全也直接決定著用戶的相關數據信息的安全，所以需要利用更加先進的安全技術來保護云計算的平臺，而現今用戶使用云計算時，首先考慮到的也是云計算的安全性能。

（五）編程模型

云計算之所以提出編程模型是為了方便用戶更好地對云計算系統進行使用，用戶可以利用編程模型中的相關程序來對實現系統中的特定功能，同時編程模型也可以對復雜的程序進行簡化，在極大程度上方便了編程人員的工作。而目前較常用的編程模型主要是Map Resuce，其是由Google公司研發的將函數式復雜的編程語言進行簡化的模型。

三、大數據技術

（一）結構體系

大數據與云計算從技術的角度講是緊密的結合在一起的，大數據通過和云處理及云應用平臺的技術相結合的方式來對智慧城市的信用系統的高可用性和高性能進行提升，其主要擁有四個特點，即大量、高速以及多樣和價值。

（二）數據采集

城市建設的核心是智慧城市的云平臺，而利用云平臺對系統的各類硬件、軟件的資源進行采集，然后再利用虛擬化的技術對計算資源、存儲資源以及網絡資源進行整合，之后用戶結合自身的需求來對所需要的數據進行采集。而對于具體數據采集過程而言，主要是指從各種網絡平臺以及傳統數據庫等數據資源中對海量的信息數據進行采集處理的過程。

（三）數據挖掘

由于在智慧城市的建設過程中會產生海量的信息數據，而數據挖掘技術就將從這些信息數據中有利用價值的知識挖掘出來。使用數據挖掘技術也可以對網絡中的海量數據進行整合以及智能處理，通過將數據挖掘技術與云計算技術相結合，可以有效地解決網絡相互融合過程中的問題。而數據挖掘系統也主要由四個部分組成，首先是數據庫，其次是其他的信息庫，另外就是數據的挖掘引擎以及圖形的用戶界面。而一般通常使用的數據挖掘算法主要有神經網絡法、模糊集法以及決策樹法等。

（四）數據存儲

雖然大數據有海量的數據信息，但是主要分為三種類型，分別是結構化數據和非結構化數據以及介于兩者之間的半結構化數據。由于大數據是以云平臺為載體來運行的，因此其在運行過程中充分的利用了云計算的各種特點，使得存儲的問題得到了有效的解決。而一般用的數據存儲技術主要有分布式文件存儲以及實時數據庫等。

四、智慧城市總體架構

充分借鑒國內外智慧城市建設先進理念和成功經驗，基于系統工程理論與方法、城市規劃理論方法、以FEA、TOGAF、Zachman為主的信息架構框架、以及面向服務的架構理念，結合城市經濟社會發展的實際情況，形成由“體系架構、應用架構、技術架構”組成的智慧城市總體架構。

（一）體系架構

智慧城市體系架構包括四大體系：智慧應用體系、產業發展體系、基礎支撐體系和建設運營體系。智慧應用體系與產業發展體系，是建設智慧城市的兩大核心動力，兩者相互促進、融合發展，助力智慧城市建設目標實現；基礎支撐體系支持智慧應用體系和產業發展體系的高效構建與發展，為智慧城市建設提供有力的基礎性支撐；建設運營體系為智慧城市能夠有效建設、運營與不斷發展提供全面保障。四大體系是智慧城市建設的核心組成，是一個完整的、相互關聯的整體，相輔相成、和諧統一，共同促成智慧城市全面、協調和可持續發展。

圖1 智慧城市體系架構

（二）應用架構

圖2 智慧城市應用架構

通過在城市廣泛部署面向公共安全、醫療衛生、交通設施、環境保護等應用領域的傳感系統，全面感知城市各方面動態信息，把握城市運行狀態，經過泛在網絡將感知信息存儲到云計算中心的城市公共數據庫。通過對云計算中心建設，形成四類應用云：政務云、企業云、市民云以及面向各領域的行業云。基于四類應用云為融合應用領域的城市綜合治理及服務平臺、企業服務平臺、市民服務一體化平臺和重點應用領域的智慧公安、智慧城管、智慧醫療、智慧旅游等十項行業應用提供云服務。城市主體（政府、企業、市民）可通過手機、電腦、平板等通信設備訪問融合應用平臺和重點應用平臺，享受泛在、高效、無處不在的城市管理與生活服務。

（三）技術架構

基于城市信息化基礎，借鑒已有成功經驗，確立由“設施層、數據層、服務層、應用層、信息安全和標準規范”組成的智慧城市技術架構。

圖3 智慧城市技術架構

五、結束語

智慧城市的建設主要是利用物聯網、云計算以及大數據作為核心的技術，而在互聯網得到快速應用發展的同時，各種類型的衍生物的功能也會不斷地進行提升優化，因此在未來世界的發展中，在對智慧城市進行建設時，還需要摸索出更加先進的技術來對原有的技術進行優化，進而推動智慧城市的可持續發展。

[1]王兆慶,賀勇．基于智慧城市建設關鍵技術的應用研究[J]．物聯網技術,2016,6(11):69-73．

[2]中國城市科學研究會數字城市工程研究中心．智慧城市管理公共信息平臺關鍵技術研究與應用示范[J]．建設科技,2015(17):30-31．

[3]李翔．物聯網技術在智慧城市建設中的應用研究[J]．通訊世界,2017(3):47-48．