物聯網技術在智慧城市建設中的應用

蔡 煜

（紹興職業技術學院，浙江 紹興 312000）

0 引言

智慧城市建設是當今城市化進程的重要趨勢，物聯網技術在其中扮演著關鍵角色。本文旨在深入探討物聯網技術如何推動智慧城市的發展和變革，詳細探討物聯網在智慧城市中的應用，旨在為未來智慧城市的可持續和智能化發展提供參考。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網的概念及技術架構

物聯網是基于信息聯網、移動聯網的一種新的連接模式。物聯網相關的連接設備包括傳感器、嵌入式系統和網絡，通過互聯網實現對數據的收集、傳輸和分析。物聯網的技術架構包括感知層、傳輸層、網絡層、平臺層及應用層等模塊。感知層的感知技術有傳感器、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、智能卡、生物識別以及多媒體信息。傳輸層包括傳感器組網及協同信息處理、傳感器中間件技術、低速和中高速短距離傳輸技術、自組織組網技術以及協同信息處理技術。網絡層包括異構網融合、移動通信網絡、專用網絡、無線接入、光纖以及遠程控制。平臺層包括海量存儲、分布數據處理、數據挖掘以及信息管理等。應用層包括個人/家庭用戶、生產領域以及公共領域[1]。

1.2 物聯網的感知技術

1.2.1 傳感器

傳感器是物聯網感知技術的重要組成部分，用于檢測和測量環境中的各種物理、化學或生物參數，如溫度、濕度、光線、壓力及運動等。這些小型設備能夠將感知到的數據轉化為電信號，通過互聯網絡傳輸給中央控制系統或云端服務器，從而實現實時監測和數據采集。傳感器在智慧城市中的應用廣泛，涵蓋智能交通、環境監測、智能建筑以及健康醫療等領域[2]。

1.2.2 射頻識別

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，通過使用射頻信號來識別和跟蹤物體。RFID 系統由標簽和讀寫器組成。RFID 標簽上包含了儲存數據的芯片和天線，可以被遠程讀寫器無線識別。RFID 在智慧城市中的應用廣泛，涵蓋智能物流、庫存管理、智能支付、身份驗證以及物品追蹤等領域。

1.2.3 智能卡

智能卡是一種具有嵌入式芯片的塑料卡片，用于存儲和處理數據。這些芯片包含身份信息、金融數據、存儲值以及門禁權限等。智能卡具備安全性和多功能性，用于支付、身份驗證、門禁控制及公共交通等眾多應用。在智慧城市中，智能卡被廣泛應用于交通卡、身份證、健康卡及門禁卡等。

1.2.4 生物識別

生物識別是一種高度安全的身份驗證技術，基于個體的生物特征如指紋、虹膜、面部特征及聲音等進行身份識別。這些生物特征獨一無二，難以偽造，因此生物識別在智慧城市中的應用非常重要，用于解鎖手機、進入安全區域、辨認罪犯、登機等眾多領域。

1.2.5 單片微控制器

單片微控制器（Micro Controller Unit，MCU）是一種小型計算機系統，集成了中央處理器、內存、輸入/輸出接口和時鐘電路，用于控制各種電子設備。MCU 在物聯網中起關鍵作用，能夠處理傳感器數據、執行控制算法，并與其他設備通信。在智慧城市中，MCU 被廣泛用于智能家居、交通信號燈、能源管理以及工業自動化等應用[3]。

1.2.6 多媒體信息

多媒體信息包括文本、圖像、音頻和視頻等多種媒體形式的信息。在物聯網中，多媒體信息廣泛應用于智慧城市，用于傳遞和展示豐富的數據。例如，多媒體信息用于城市廣告牌、交通信號、監控攝像頭以及信息發布系統等，以提供重要的城市信息、廣告、安全警示和娛樂內容[4]。

2 智慧城市概述

2.1 智慧城市的定義

智慧城市是一種以人為本理念下對城市進行規劃設計的新型城市形態。智慧城市利用物聯網、大數據分析以及人工智能等技術，通過智能化方式實現城市全方位感知、城市各系統數據整合、城市各系統間協同能力提升以及城市管理模式智能精細化發展。

2.2 智慧城市的特征

智慧城市的特征可概括為五個方面：以人為本、共享聯動、資源共享、系統融合以及可持續發展。以人為本，強調城市發展應滿足居民需求，提高生活質量；共享聯動，強調信息共享和城市各部門之間的協同工作，以提高效率和服務質量；資源共享，強調城市資源的高效利用，減少浪費；系統融合，強調不同系統的互聯互通，以實現更好的城市管理；可持續發展，強調城市的長期可持續性，包括環保、資源節約和社會經濟發展的平衡。這些特征共同構建了一個智慧、可持續和宜居的城市環境。

2.3 智慧城市建設目標

智慧城市建設旨在實現多方面的目標，涵蓋改善居民生活條件、提升公共服務水平以及推動經濟轉型升級等方面。

（1）改善居民生活條件。智慧城市致力于提高城市居民的生活質量，通過智能交通管理，減少交通擁堵，降低空氣污染，提供更安全、便捷的交通方式。智能家居和智慧醫療系統提供了更加便利的生活體驗和健康護理，提高了居民的幸福感。

（2）提升公共服務水平。智慧城市建設旨在提高公共服務的效率和質量。數字化和自動化的城市管理系統更快速、更準確地響應市民需求，如應急響應、垃圾處理和水資源管理。智慧城市還提供更多的文化、教育和娛樂選擇，豐富居民的生活。

（3）推動經濟轉型升級。智慧城市不僅改善生活質量，還有助于推動經濟發展。數字化和創新技術的應用促進了城市的產業升級，推動了新興產業的發展，創造了就業機會，同時吸引了企業和投資，提高了城市的國際競爭力，推動了經濟的增長。

3 物聯網技術在智慧城市建設中的應用

3.1 智能交通管理

智慧城市的智能交通管理通過傳感器、攝像頭和數據分析，實現實時的交通監測、信號優化和擁堵管理。智能交通管理還包括智能停車系統、公共交通優化以及交通信息的實時傳遞，使城市居民和游客能夠更便捷地出行。以北京市智慧城市建設為例，依托物聯網、云計算和人工智能深度融合建設智慧交通，在大興區、通州區的100 km2和自動駕駛示范區擴區的400 km2建設區域專網，支持自動駕駛、智能信控、智慧停車等應用場景，依托物聯網技術與區域專網建設智慧交通樞紐，提升交通運輸的公眾服務、協同運輸及設備維護等能力[5]。

3.2 環境監測和可持續性

智慧城市環境監測和可持續性方面，通過分布式傳感器網絡，城市實時監測大氣質量、水質、噪音水平及溫度等環境參數。物聯網技術還用于監測自然災害如洪水、地震和火災，以提高城市的安全性和應急響應能力。通過數據分析，物聯網幫助城市管理者制定更有效的環境政策和資源管理策略，改善城市生活質量，降低碳排放，實現可持續發展目標。以雄安新區智慧城市建設為例，雄安新區結合白洋淀圩田縱橫、溝壑繁雜的特點，運用物聯網、大數據等新一代信息技術，建設3 500 m2標準化環境監測實驗室，包括6 個水質自動站、6 個浮船站、王家寨超級站等水質監測站點，實現無人機+無人船+水質監測車+水質監測船+大氣走航車+遙感+VR的自動檢測模式，覆蓋白洋淀全域的水質監測。雄安新區在生態環境監測網絡基礎上通過固定監測+移動監測+衛星遙感的多樣化監測模式，建設成水質、水文、氣象、大氣、雨水等天、空、地、淀立體化監測網絡[6]。

3.3 智能能源管理

智慧城市智能能源管理通過連接能源設備和電網，實現實時監測、控制和優化能源消耗。智慧電表、智能家居系統和分布式能源資源（如太陽能和風能）的整合，使城市能夠更有效地管理電力、水和天然氣資源。以上海浦東智慧城市建設為例，上海浦東供電公司運用物聯網、大數據、人工智能及云計算等技術打造了智慧城市能源云平臺項目，即上海浦東供電公司“能源大腦”，為智慧城市治理提供數智化服務。“能源大腦”實現了電力、水務、燃氣、政府等多方數據的整合，與城市精細化管理體系融為一體，為政府、能源企業、能源客戶、能源服務市場等提供客戶聚合、業務融通及數據共享等服務。

3.4 城市安全和監控

智慧城市安全和監控通過網絡攝像頭、傳感器和實時數據分析，實現全面的安全監控覆蓋，監測犯罪活動、火災、緊急事件和交通違規等情況。智慧城市的安全系統可以實現緊急通信和廣播，提醒市民潛在的風險，確保城市居民的安全。以合肥市智慧城市建設為例，2018 年啟動ARM 物聯網智慧城市創新中心項目，包括交通館、安防館、基礎設施館、環保館、醫療館和樓宇館等六大場館建設，為城市安全和監控保駕護航。該項目將城市物聯網與平臺融合，建設智慧城市綜合數據管理平臺，通過智慧樓宇建設、智能路燈建設、智慧安防系統建設等，實現智能化的城市安全管理和監控。

3.5 公共服務改善

智慧城市公共服務改善通過傳感器和數據分析，實現對基礎設施的實時監控，包括供水、供電、垃圾處理和交通等方面，有助于及時檢測問題并進行維護，提供高效的公共服務。物聯網還應用于智能垃圾桶、公共交通優化、智能停車等解決方案中，提高了市民的生活質量，減少了城市擁堵和資源浪費。以深圳智慧城市建設為例，深圳市福田區攜手華為公司打造高效運轉的“城市智腦”，通過城市智能中樞匯集區域各數據要素，實現福田區運行情況的“一屏統覽”，為區域決策制定提供數據支持；基于物聯網、大數據、人工智能等技術，打造跨業務一網協同系統，滿足公職人員異地辦公、便民便企服務一網通辦等需求，實現公共服務事項的主動服務與精準服務。

4 結語

本文深入探討了物聯網技術在智慧城市建設中的關鍵作用。從智能交通管理到環境監測、智能能源管理、城市安全監控、公共服務改善，物聯網改變了城市生活方式，提高了城市的效率、可持續性和安全性。希望進一步研究和創新，以確保智慧城市的可持續、智能和人性化發展，實現更美好的城市未來。