物聯網平臺在智慧城市中的作用

文/吳俊昭 陳煥

根據麥肯錫預測，2025年物聯網將為全球經濟帶來3.9～11.1 萬億美元的市場規模，智慧城市建設是其中最大的應用場景之一。同時城市的發展長期面臨人口不斷增長、治理日益艱難的挑戰。如何讓繁雜的城市物聯設備可控、可管、安全、智能、互聯、互動是城市治理急需解決的問題。

1 智慧城市對物聯網平臺的需求

1.1 城市建設需要物聯網平臺

行業普遍認為，當前城市的體系化發展要求物聯網以平臺化匹配，城市綜合治理要求物聯網從分散碎片化向開放共享轉變，構建城市級物聯網平臺成為城市創新發展的必要支撐。

1.2 城市物聯網應用及趨勢

城市物聯網建設包括物聯網網絡基礎設施、物聯網平臺，以及環境監測、公共安全等領域應用。建立城市級物聯網平臺，接入海量異構的城市物聯設備，構建面向城市治理、公共事業、環境保護、城市服務、公共安全的物聯網體系，成為一種共識，并正在逐步落地。包括鷹潭、馬尾、寧波、上海、深圳、雄安等地，均在開展城市級物聯網的落地實驗，其中雄安新區，在頂層設計上提出了一樹一標簽的治理顆粒度。

毫無疑問，物聯網技術正在影響和改變智慧城市的建設、治理以及服務模式。

1.3 城市物聯網建設的挑戰

城市物聯網建設的挑戰主要體現在以下幾個方面：

圖1

圖2

（1）打通眾多垂直應用，消除信息孤島；

（2）構建統一的平臺，有效減少重復建設，實現資源的集約化；

（3）規范城市物聯網標準，彌補安全短板，并在標準方面逐步走向統一；

（4）實現數據的收集和共享，挖掘城市物聯大數據的價值，形成城市大智慧。

此外，城市物聯網的建設還要面對城市個性化特點、既存的應用系統以及行政體制方面的問題，故而在具體的城市建設中，需要考慮城市的實際情況進行一定的均衡取舍。

2 城市物聯網解決方案

2.1 方案概述

針對城市級物聯網建設的需求，我們提出了軟件定義物聯網SDIoT 的概念，將SDIoT融入城市物聯網平臺和應用的建設中，我們稱之為CityThing 城市物聯網平臺。它是依托物聯網、人工智能、大數據、云計算等技術，實現設備接入、設備映射（虛物）、虛物管理、數據分析和應用支撐等服務，規范第三方接入和設備標準指令集，滿足城市對于多樣、海量、異構的物聯設備應用、管理和運營需求。

圖3

CityThing 不僅僅涵蓋連接管理平臺CMP、設備管理平臺DMP、應用使能平臺AEP 和業務分析平臺BAP，還包含了對城市中相關“物“的業務和應用的整合。從業務架構上看，城市級的物聯網平臺是一個“平臺之上的平臺”。如圖1所示。

一方面，它本身具備物聯網平臺的全部功能，可以提供對 “城市儀表盤”“城市生命線”“綠色城市”等城市物聯網場景應用的良好支撐。

另一方面，它對城市物聯網標準進行了規范，在授權的條件下，可以實現對第三方的平臺以及應用系統設備的安全接入。這讓城市物聯網平臺既能兼容既有業務系統的接入，也可提供足夠的開放能力允許城市建設力量參與城市的建設。如圖2所示。

2.2 多樣、海量、異構物聯設備的連接

連接層需要根據城市的特殊場景，實現兩個創新：

（1）可輕松應對從幾萬到幾千萬設備的并發連接，以滿足城市海量異構化場景的需求；

（2）服務類型的接入，通過標準化、規范化、指令化的方式規范第三方IoT 平臺和應用系統的接入。

需要特別重視的是只有建立城市級物聯網接入規范和標準，才有可能實現對城市“物”的整合。

2.3 永遠在線的設備映射

設備的映射也即軟件定義IoT 設備的過程，它將設備的屬性、功能、數據等等定義在數字空間，將虛擬與實體進行脫耦合，用以支撐城市的治理/服務/運營的方方面面。

比如一個城市的路燈，在數字空間中它將具有ID、位置、功能等屬性，SDIoT 還將賦予它空間和時間的屬性，可以映射為3 分鐘之前的路燈、下雨條件下的路燈等等，從而賦予業務應用產生極大的靈活性。基于一對多的映射特性，我們甚至可以結合AI 技術，進行城市的推演、回溯等操作。如圖3所示。

2.4 可想象的城市物聯大數據服務

遍布城市的物聯設備、傳感器每時每刻都在采集城市每一次呼吸、脈動產生的大數據，這些數據經過存儲、清洗、加工，數據建模，可為城市管理服務提供全局監測、預測維護、關聯分析、趨勢預測、多維度對比和價值刻畫等直接或間接的數據分析及增值服務。

2.5 城市物聯網典型應用

城市物聯網主要目的是實現對城市中“物”的管理，實現物與物、物與人的交互，并最終面向城市治理、公共事業、環境保護、城市服務、公共安全等方案提供服務。本文重在平臺和支撐層的設計，相關城市物聯應用層的內容不再展開說明。

2.6 城市物聯網平臺設計示意

如圖4、圖5所示。

2.7 產品/技術創新點

（1）城市物聯網平臺（CityThing）平臺是城市海量物聯設備連接聚合平臺、整合共享平臺、應用快速搭建平臺、大數據融合分析平臺、生態開放共建平臺；

圖4

圖5

（2）每個真實的物聯設備都有一個永遠在線的虛物映射單元，從而打破眾多垂直應用之間的隔離、異構、分散狀態，實現城市物聯設備的統一管理、策略聯動、數據共享、業務復用；

（3）平臺通過規范第三方接入和設備標準操作指令集，實現城市物聯網設備的統一管理。

（4）形成面向物聯網應用的API 服務標準，包含設備控制、規則引擎定義、數據統計與分析服務、通用型業務形成、行業型業務形成、接入規范形成。

3 結束語

本文基于物聯網平臺的技術積累以及城市信息化建設的經驗，從城市業務全局的角度規劃城市物聯網平臺CityThing，以支持于城市的治理、服務、運營。CityThing 最關鍵的創新在于規范第三方接入和設備標準操作指令集以及“虛物映射”軟件定義物聯網SDIoT，前者實現物聯設備規范化和模板化的接入，后者為每個真實的物聯設備產生永遠在線的虛物映射單元。CityThing 方案既可以打破眾多垂直應用之間的隔離、異構、分散狀態，又能提供足夠的兼容性和開放能力，允許更多力量參與城市的建設，最終創新城市規劃、建設、治理、服務、運營模式。

該方案目前已成功應用在多個城市的園區、水務、環保、能效、安監等項目中，得到了很好的驗證。