智慧城市發展背景下物聯網服務平臺設計及應用

王磊

特斯聯科技集團有限公司 北京 100005

隨著物聯網技術的不斷發展，物聯網技術的技術日趨成熟，物聯網技術應用領域也日益廣闊。要建設一個智慧城市，必須要有一套科學嚴謹的物聯網技術支撐。可以預見，未來的物聯網技術將會更加多元化、智能化，而物聯網也必將推動智慧城市的建設。

1 物聯網架構及特征

當前的物聯網體系結構可以分為三層：感知層、網絡層和應用層。其中，感知層包括多種感應器，用于對各種需要的資料、信息進行識別與采集；網絡層由各種不同的結構單元構成，包括因特網、云計算和各種網絡管理系統，其功能是對感知層傳輸的數據和其他信息進行傳輸和處理，其功能與人類中央控制系統相似；而應用層，則是將物聯網和使用者的聯系在一起，將各個領域的需求結合起來，形成一個涵蓋人們日常學習、工作、生活等各個方面的物聯網應用。

與傳統的互聯網相比，物聯網具有明顯的特點，與其網絡架構相互對應：（1）全方位感知：通過RFID、傳感器、二維碼等感知、捕捉、測量技術，隨時隨地收集對象的信息；（2）可傳遞性：利用因特網與多種通訊網絡相結合，可以即時地進行物件間的資訊交流和分享；（3）智能處理性：利用包括云計算和自動識別在內的多種智能處理技術，對海量數據進行統計、計算、分析，以達到智能控制和決策的目的[1]。

2 智慧城市對物聯網平臺的需求

2.1 物聯網平臺對城市建設的需求

目前，各大城市的網絡化發展都需要實現物聯網的平臺化，而城市綜合管理需要從分散的零散到開放共享，而建設城市級物聯網平臺成為城市創新發展的必要支撐。

2.2 物聯網在城市中的應用與發展

物聯網的建設主要涉及到物聯網基礎設施、物聯網平臺、環境監測、公共安全等方面。建設城市物聯網平臺，連接大量的、異構的城市物聯設備，建設城市管理、公共事業、環境保護、服務和公共安全的物聯網系統。寧波，上海，深圳，雄安，都在進行城市級的物聯網試驗，雄安新區，在頂層設計方面，提出了一種“一樹一標”的管理模式。物聯網技術無疑會對城市的建設、管理、服務方式產生深遠的影響和變革。

2.3 物聯網在我國城市中的應用

城市物聯網的發展面臨著如下問題：（1）打通大量的垂直應用，消除信息孤島；（2）建立一個統一的平臺，有效地降低了重復建設，并使資源更加集中；（3）規范城市物聯網技術，彌補城市物聯網技術的不足，逐步實現標準化；（4）通過數據的采集與分享，發掘城市物聯大數據的應用價值，構建“大城市智能”。同時，由于城市的個性化特點、現有的應用體系和管理制度等原因，在城市的具體建設中要兼顧城市的現實狀況[2]。

3 智慧城市發展背景下物聯網服務平臺設計

3.1 laaS層

在硬件資源中，laaS層的主要特征表現為統一化，該功能層主要是為了能夠充分實現各專業應用平臺層的不同服務需求，包括paaS層。在內容方面主要包括網絡、儲存、服務器、安全平臺等，同時以此作為基礎建設相應的網絡、安全以及計算三大方面的資源池，在該種平臺下能夠使平臺自身和其他層在處理各種類型信息中獲取良好的基礎資源支持。基于此，在整個平臺中，laaS的主要價值體現在將物理硬件層面、虛擬資源層面等方面的支持提供給整個平臺，作為物聯網平臺運行的基本條件。

3.2 PaaS層

PaaS層同樣是為整個平臺提供各項功能，將具有標準化特征的共享物聯網服務提供給其他應用。在結構方面，包含采用兩種環境，分別為業務運行、孵化環境。除此以外，該層還包含了中間件平臺、云服務引擎以及數據平臺三大功能組件。在孵化環境的應用中主要是為了能夠將相應的支持、所需要的環境提供給開發者，不僅能夠加強孵化質量，還能夠縮短孵化周期。通過云服務引擎能夠有效管理各類資源以及相關功能，包括服務資源、監控、計量、路由管理等功能。中間件平臺主要能夠對中間件進行統一化的動態共享和資源管理，在內容方面所包括的類別有分析類、交易類以及Web類。數據平臺主要是為了在管理數據庫、共享資源動態中發揮作用。另外，其平臺還具備了兩方面的主要能力，分別為移動、應用開發框架。同時，通過借助終端管理實現業務開通、暫停、注冊、掛起以及注銷等方面的終端各類型操作的良好管理。

3.3 SaaS層

SaaS層主要是細分、部署各類型應用。現階段，在智慧城市發展的大背景下，主要以八個領域為主，在SaaS層的作用下，通過對物聯網平臺的運用統一門戶將八個領域中所包括的應用同步展現，特別是多行業交叉的智慧應用。

4 智慧城市發展背景下的物聯網服務平臺應用

4.1 智慧消防應用

物聯網技術在智慧消防中有顯著的優勢與特點，通過利用GTIBEE系統軟硬件產品，以LORA無線網絡通信技術作為主要基礎，將公共寬帶網絡、3G與4G移動網絡以及企業局域網等相關聯網方式充分融入其中，分布在企業不同建筑內部前端感知設備控制器連接網絡，對聯網建筑物內前端感知設備的實際運行情況以及報警信息進行采集。同時構建與其他感知設備的關聯性，包括企業安防監控系統的視頻信息。通過充分利用視頻、數據等信息感知方式，能夠對聯網建筑物消防安全狀況全過程進行監控，并實現全方位感知，提前了解并發現前端消防設施可能存在的安全隱患與故障問題，及時要求相關部門進行相應地整改，減少火災風險。除了能夠預防火災的相關功能外，一旦出現火災，系統能夠及時感知火情，同時對起火位置進行明確，并向企業、城市119指揮中心及時通報相關情況，便于有關部門根據火災情況調集處置力量快速撲救，避免火勢蔓延造成更大損失。

圖1 智慧消防系統

火災害實時監測：主要包含火災風險評估、火災預警等多種動態監測分析內容；應急處置：包括隱患排查整治，滅火救援處置，規范服務市場；社會資源救援：包括救火、處置、規范服務市場、消防宣傳和培訓；消防科研單位：包括推廣消防技術、宣傳、培訓、科研成果轉化等；消防維修部門：主要包括確保智能消防維修服務的品質，定期進行巡檢和維修；重點防火單位：主要是定期組織緊急情況疏散演練，學習和傳授滅火技能，定期對單位內的火災隱患進行排查；物業管理部門：主要是對服務單位、安全隱患進行定期檢查，對消防安全隱患進行整治、消防安全評估；保險公司：主要從事災害后的保險評估和索賠；火災輿情評價：主要包括火災預測、實時輿情監控、輿情處置等[3]。

4.2 智慧城市應用

（1）智慧井蓋應用

在建設區域中的不同井蓋內部，將井蓋位移、開啟的智能檢測節點設備加裝其中，并在LORA無線專網的應用下形成低功耗廣域網組網后，在系統后臺監測中心傳輸相應的數據，從而達到井蓋的智能化，包括實時在線監測、智能報警、數據統計、地圖定位等各個方面的功能。井蓋智能監測節點設備主要包括兩個方面，分別為井蓋位移、開啟功能。在LORA無線專網構成的低功耗廣域網絡無線網，能夠將井蓋的異常開啟、移動等狀態信息，通過傳輸發送到LORA通信網關，再利用3G、4G、以太網將LORA通信網關接收的信息向系統數據運、監管中心傳輸，完成傳輸后進行智能管理、監測，以此更好地達到井蓋的遠程智能化管理。如圖2所示。

圖2 智慧井蓋系統架構

（2）智慧環衛應用

為了能夠有效監測垃圾箱，將智能垃圾桶溢滿監測傳感器平臺安裝其中，將采集數據通過低功耗廣域網絡上傳到數據中心。中心對垃圾桶溢滿情況以及相關數據進行詳細地分析，能夠將轄區垃圾桶的飽和狀態明確直觀地呈現給垃圾箱管理站，對垃圾清潔車運行路線進行優化與完善，提升垃圾運輸的效率與質量，滿足城市環衛建設的有效管理，實現智能化、環保型的城市環衛管理；并且，可以讓環衛工人佩戴智能定位終端，按照垃圾溢滿的具體情況，對環衛工人的實際作業進行智能調配，促進環衛工人考勤管理。該項應用主要由七個功能所體現：一是垃圾箱儲物狀態實時監測。將智能監測終端通過系統部署在垃圾箱的上蓋及側面，可對垃圾囤放的高度進行實時探測，一旦垃圾超出預警高度或是存在溢滿現象，可及時上報系統平臺，利于垃圾傾倒、轉運工作的順利實施。二是設備異常警告。終端監測設備部署在垃圾箱上，一旦出現網絡故障、低電量等異常，會觸發智能警告，利于維護人員及時進行維修作業。三是垃圾運輸路線智能規劃。通過系統對結果實施監測，對各個垃圾箱溢滿情況進行動態化監察，利于對環衛工作人員、垃圾車進行智能分配，及時清除、搬運垃圾。四是環衛工人作業智能化管理。通過佩戴智能定位卡，能夠及時調度環衛工人處理附近垃圾溢滿的情況，并且能夠對環衛工人進行考勤管理。五是事務實時監管。全程跟進環衛工作中的各個業務節點的事務辦理情況，督察督辦重點事件，對各個業務節點的實際工作效能、進度等多方面進行充分地了解與掌握。六是環境污染擴散實時監管。對轄區內重要污染區域進行詳細監測，對降塵、除污的時間、區域進行及時了解與掌握，避免發生二次污染問題。七是數據統計及分析。在智能環衛系統平臺運行過程中，能夠在系統管轄區域內對垃圾清運狀態的大數據實現智能化的統計與分析，對城市環衛作業的準確調度進行優化與調整，不斷提高環衛工作整體水平，持續改善城市環境[4]。

（3）智慧路燈應用

在物聯網技術下，路燈監控系統是路燈智慧管理平臺。按照城市路燈應用的各項特點，與實際應用場景緊密結合，因地制宜，可快速達到路燈智能開關，不需要任何布線，能夠減少設備信息更新時限，提升施工整體質量與效率，降低施工、運營溝通成本。在確保路燈正常應用的基礎上，不斷強化路燈運維的智能化、信息化水平。整體應用主要以三層架構為主，分別為：通信層、中央控制中心、采集執行層。中央控制中心：滿足系統的整體控制，信息處理、維護、管理以及突發事件處理等。采用計算機技術對基礎局域網絡進行構筑，以此更好地滿足與數字城管網等一系列局域網、外網之間的有效連接。通信層：滿足系統的數據傳輸、通信；采集執行層：接收中心指令，實現現場控制、調光控制、數據采集、電纜防盜監視等。

4.3 智慧停車應用

智慧停車主要是通過多項技術聯合應用開發的停車管理系統來實現。主要包括數據采集、云計算、物聯網、無線傳輸以及智能傳感等技術，將LORA無線通信技術作為主要基礎，與地理系統相結合后開發出綜合管理系統，該系統具有顯著特色。在小區、道路路邊對應車位上安裝智能車磁，通過對LORA無線網關進行部署滿足組網通信。可通過地磁使平臺對車輛進行感應，同時判斷車位是否存在被占用的問題。與此同時，與小區入口的車輛識別系統進行有效結合，可全面評估車位的應用情況與應用率。

4.4 安全用電應用

安全用電應用主要是通過低功耗廣域網實現對電氣引發火災的主要因素進行不間斷監控，同時跟蹤數據、統計分析，及時發現電氣線路、用電設備可能存在的安全隱患問題，主要包括線纜溫度異常、欠壓、過壓、短路、漏電等問題。在云平臺大數據的良好分析下，電腦PC端、手機APP能夠及時將預警信息發送給安全管理人員，提醒安全負責部門、相關管理部門能夠及時對隱患問題進行詳細排查與治理，從而有效規避可能存在的電氣火災危害，提前做好預防工作。通過該項監管服務系統能夠對用電單位可能存在的一系列問題進行有效解決，包括用電單位電氣線路老舊、電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查等，消除事故隱患，有效保護人民群眾的人身與財產安全。

4.5 智慧養老應用

智慧養老的應用主要是對老人跌倒情況進行監測、報警，并實時定位老人實際位置，對養老手環進行全面推廣。智能養老主要是為老年人群服務，通過養老手環能夠實時定位老人位置、開啟老人跌倒自動報警服務。跌倒自動報警功能是智能跌倒報警傳感器的主要功能，同時，該手環所具有的功能較為廣泛，主要包括報警短信群發、GPS融合定位、吃藥提醒以及遠程關機、語音通話等功能，功能較全且十分實用，可以作為老人的安全小衛士戴在手腕上。

5 結語

綜上所述，當下，城市建設已經進入了全新的依靠科技驅動的階段，也因此催生出智慧城市這一發展建設理念。借助大數據、云計算、互聯網、5G等技術，在城市開發、管理以及規劃中廣泛應用，不斷促進城市智能化、智慧化、現代化發展，提升城市規劃、建設、管理、運行的整體效率。物聯網技術的成熟和發展，使物聯網服務平臺在智慧城市建設過程中能夠充分發揮出重要作用。