物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已逐漸應(yīng)用到生活的方方面面，比如日常設(shè)備所需的控制器，數(shù)字通信的收發(fā)器以及合適的協(xié)議棧等等，完成物與物、物與人之間的通信，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也成為了互聯(lián)網(wǎng)不可分割的一部分。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用使互聯(lián)網(wǎng)的體驗更具象化，人們可以與各種設(shè)備（例如家電、監(jiān)控攝像頭、安防傳感器、顯示器、車輛等等）進(jìn)行交互。同時也促使了很多相關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)和方案應(yīng)用，在不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)，例如智能家居、工業(yè)自動化、移動醫(yī)療、智慧養(yǎng)老、智能管理、智慧電網(wǎng)、智能交通等。
但是每個領(lǐng)域應(yīng)用的方案都是獨立的，沒有一套可以兼容所有場景的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，這種差異性導(dǎo)致了在城市布局物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會不斷涌現(xiàn)各種矛盾。因此，從系統(tǒng)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)在城市鋪下這張網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)除了缺乏完善的后端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及設(shè)備，還有可行的實踐經(jīng)驗。不說技術(shù)上的困難，不清晰和不被接受的商業(yè)模式無法吸引投資來促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的部署，這也是一大阻礙。
在這種復(fù)雜的情況下，物聯(lián)網(wǎng)案例在城市環(huán)境應(yīng)用中備受關(guān)注，它響應(yīng)了政府大力推動在公共事務(wù)管理中采用ICT解決方案的理念，這也是布局智慧城市的關(guān)鍵。目前智慧城市還沒有一個被明確定義的概念，但其最終的目標(biāo)是更好地利用公共資源，提高向公民提供的服務(wù)的質(zhì)量，同時降低公眾的運營成本。
一、建設(shè)智慧城市所需關(guān)注的細(xì)分領(lǐng)域
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國平安城市建設(shè)趨勢前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》估計，我國智慧城市市場規(guī)模在4萬億元左右，該市場從“十二五”中后期開始，將在“十三五”集中釋放。由于技術(shù)和財務(wù)方面的阻礙，智慧城市尚未能真正起飛。
在技術(shù)方面，最主要的問題是數(shù)據(jù)壁壘，難以實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)大平臺。
在財務(wù)方面，目前建設(shè)智慧城市都是單打獨斗，缺乏一個清晰的商業(yè)模式。解決這種僵局的一個方法是優(yōu)先將社會公共場合智能化，例如智能停車和智能建筑，從而將其作為其他增值服務(wù)和領(lǐng)域的催化劑。
而打造智慧城市這個大項目需要從一個個細(xì)小的基礎(chǔ)建設(shè)開始部署，目前需要關(guān)注的細(xì)分領(lǐng)域有：
城市建筑：一幢幢樓宇筑起了城市的框架，其中對每個建筑物的實況進(jìn)行監(jiān)測管控并排查其可能存在的安全隱患是十分有必要的。城市物聯(lián)網(wǎng)可以提供建筑物結(jié)構(gòu)完整性測量的分布式數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫由位于建筑物中的適當(dāng)傳感器收集，例如用于監(jiān)測建筑物應(yīng)力的振動和變形傳感器，用于監(jiān)視污染水平，溫度和溫度的周圍環(huán)境中的大氣因子傳感器等，可以將振動和地震讀數(shù)結(jié)合起來，以便更好地研究和理解輕地震對城市建筑的影響。前段時間深圳賽格大廈“三晃”的情況也可以被計算預(yù)測，提前采取相關(guān)行動或者通知群眾。
廢物管理：由于服務(wù)成本和垃圾掩埋場污染的問題，在現(xiàn)代許多城市中，廢物管理沒有一個很好的處理方案。利用ICT解決方案可以實現(xiàn)智能化管理，例如，使用智能垃圾桶檢測垃圾積累狀態(tài)并優(yōu)化回收垃圾的卡車路線，從而降低垃圾收集的成本并提高回收質(zhì)量。而實現(xiàn)這個方案需要在智能垃圾桶上運用傳感技術(shù)感知垃圾積累量，并將城市中的垃圾桶都連接到控制中心（云平臺），再由控制中心將收集的數(shù)據(jù)優(yōu)化處理進(jìn)行反饋，實現(xiàn)回收垃圾卡車的最佳管理。
空氣質(zhì)檢：歐盟在“20-20-20”可再生能源指令中提到，為下一個十年制定了減少氣候污染的目標(biāo)：將溫室氣體排放量在1990年基礎(chǔ)上降低20%，將可再生能源在終端能源消費中的比重增至20%，將能源效率提高20%。通過提供通信設(shè)施，監(jiān)測公共場所的空氣質(zhì)量，而要實現(xiàn)這種服務(wù)，需要在整個城市中部署空氣質(zhì)量和污染傳感器，并向公眾公開傳感器數(shù)據(jù)。
噪音監(jiān)控：噪音是一種很容易被忽略的聲音污染，就像空氣的二氧化碳一樣不達(dá)到一定量就無法引起重視。噪音監(jiān)控需要建立該地區(qū)噪聲污染的時空圖，除了可以測量任何給定時間產(chǎn)生的噪聲量，還可以通過聲音檢測算法來加強(qiáng)公共安全，例如，聲音識別算法可以識別玻璃碰撞或斗毆的噪聲。但這種方式明顯存在隱私隱患，即使在公共場所也很難保證一個明確監(jiān)管的聲音范圍。
智慧燈桿：路燈已經(jīng)在城市中普及，點亮每個城市的夜晚，為了支持“20-20-20”指令，優(yōu)化街道照明效率是必要的，同時實現(xiàn)一桿多用。智慧燈桿除對智能照明的遠(yuǎn)程集中控制與管理外，更是集交通指示牌、車速監(jiān)測違章抓拍、車流量監(jiān)測、路況監(jiān)測、充電樁、環(huán)境監(jiān)測的多功能合桿。
交通管理：交通管理主要還是依賴城市路燈燈桿，部署智慧燈桿和攝像頭監(jiān)控，利用低功耗的通信技術(shù)提供更密集的信息源，同時，結(jié)合安裝在車輛上的傳感功能和GPS可以實現(xiàn)交通智能化監(jiān)控和管理。運用5G智慧合桿實現(xiàn)道路環(huán)境全方位感知監(jiān)測、道路安防能力提升、路況實時掌握、交通違規(guī)智能管理，以及充電樁、wifi、信息發(fā)布等多元化服務(wù)。
城市能源消耗：每個城市的能耗都因城市個性化發(fā)展和管理不一樣，所以優(yōu)化能耗使用的方案也不一樣。需要了解城市的能源服務(wù)（公共照明，交通，交通信號燈，控制攝像頭等）最終可以歸為電力的消耗，因此電力消耗監(jiān)控設(shè)備必須與城市的電網(wǎng)集成在一起。
智慧停車：智能停車服務(wù)基于道路傳感器和智能顯示屏，可引導(dǎo)駕駛員沿著城市的最佳停車路徑行駛。通過使用RFID或者NFC之類的短距離通信技術(shù)，優(yōu)化停車場停車服務(wù)，實現(xiàn)道路找停和停車場泊車有序管理。
二、建設(shè)智慧城市的三大架構(gòu)
部署在市區(qū)的密集且繁雜的設(shè)備集會生成不同類型的數(shù)據(jù)，然后通過與控制中心進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和處理。因此，城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的主要特征是它具有將不同技術(shù)與現(xiàn)有通信基礎(chǔ)設(shè)施集成在一起的能力，支持物聯(lián)網(wǎng)的逐步發(fā)展，以及其他設(shè)備的互連以及新功能和服務(wù)的實現(xiàn)。
1、云架構(gòu)
以下基于IETF（國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）的標(biāo)準(zhǔn)展開對云架構(gòu)建設(shè)的描述。
基于Web服務(wù)方法的城市物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的概念圖
實際上，通過采用稱為代表性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（ReST）的基于Web的范式，Web服務(wù)允許實現(xiàn)可擴(kuò)展至IoT節(jié)點的靈活且可互操作的系統(tǒng)。這極大地促進(jìn)了最終用戶和服務(wù)開發(fā)人員對IoT的采用和使用，能夠輕松地重復(fù)使用從傳統(tǒng)Web獲得的很多知識包含智能對象的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開發(fā)中的技術(shù)。
不受約束（左）和受約束（右）IoT節(jié)點的協(xié)議棧
從上圖我們可以區(qū)分三個不同的功能層，即數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序/傳輸和網(wǎng)絡(luò)，那么如何保證系統(tǒng)不同部分之間的互操作性？
1）數(shù)據(jù)層
IoT應(yīng)用程序通常會建立一個由應(yīng)用程序控制的節(jié)點和由此類節(jié)點生成的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可以接收大部分物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成的數(shù)據(jù)，允許瀏覽器與最終的IoT節(jié)點之間進(jìn)行直接通信。
2）應(yīng)用程序/傳輸層
如今，通過Internet的大多數(shù)流量都是通過HTTP/TCP在應(yīng)用程序?qū)映休d的。但是，本機(jī)HTTP的冗長和復(fù)雜性使其不適合在受限的IoT設(shè)備上直接部署。常規(guī)的Internet主機(jī)可以支持CoAP直接與IoT設(shè)備通信，但最通用且易于互操作的解決方案仍需要部署HTTP-CoAP協(xié)議，也稱為交叉代理，可以直接在兩個協(xié)議之間轉(zhuǎn)換請求/響應(yīng)，從而實現(xiàn)與本機(jī)HTTP設(shè)備和應(yīng)用程序的透明互操作。
3）網(wǎng)絡(luò)層
IPv4是Internet主機(jī)支持的領(lǐng)先尋址技術(shù)。但是，在全球范圍分配IP地址的國際組織IANA宣布IPv4地址塊會耗盡。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)計將包含數(shù)十億個節(jié)點，每個節(jié)點（原則上）應(yīng)是唯一可尋址的。IPv6標(biāo)準(zhǔn)提供了一個解決此問題的方法，該標(biāo)準(zhǔn)提供了一個128位的地址字段，從而可以為IoT網(wǎng)絡(luò)中的任何可能的節(jié)點分配唯一的IPv6地址。
一方面，IPv6巨大的地址空間解決了物聯(lián)網(wǎng)中的尋址問題；另一方面，也解決了多種接入設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙。
2、鏈路層技術(shù)
智慧城市物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)固有的部署面積是很大，需要一套鏈路層技術(shù)覆蓋廣闊的地理區(qū)域，同時支持可能因極高流量聚合而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)流。實現(xiàn)城市物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的鏈路層技術(shù)分為無約束和有約束兩種技術(shù)。所有傳統(tǒng)的LAN、MAN和WAN通信技術(shù)，例如以太網(wǎng)、WiFi、光纖、寬帶電力線通信(PLC)和蜂窩技術(shù)（UMTS和LTE）。它們通常具有高可靠性、低延遲和高傳輸速率（Mbit/s或更高數(shù)量級）的特點。
相反，受限于物理層和鏈路層技術(shù)通常具有低能耗和相對較低的傳輸速率的特點，這類解決方案是使用藍(lán)牙、PLC、NFC和RFID技術(shù)。但這些鏈路通常表現(xiàn)出較長的延遲，主要是由于兩個因素：1)物理層固有的低傳輸速率；2)節(jié)點為節(jié)省能源而實施的節(jié)電策略。
3、設(shè)備
最后是建設(shè)智慧城市中必不可少的硬件設(shè)備，下面根據(jù)它們在通信領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分類。
1）后端服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：這些系統(tǒng)復(fù)制存儲物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點（如傳感器）產(chǎn)生的大量信息，根據(jù)特定的使用場景，這些系統(tǒng)上的負(fù)載可能非常大，所以需要建立一個穩(wěn)定的系統(tǒng)框架。
網(wǎng)站：對于后臺不公開和公開的內(nèi)容，需要建立便于管理和完善的網(wǎng)站頁面。同時，需要實現(xiàn)系統(tǒng)和“數(shù)據(jù)消費者”（例如公共當(dāng)局、服務(wù)運營商、公用事業(yè)提供商和普通公民）之間相互操作。
企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)（ERP）：ERP組件支持各種業(yè)務(wù)功能，是管理復(fù)雜組織（例如城市管理部門）信息流的寶貴工具。將ERP組件與收集物聯(lián)網(wǎng)生成的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)連接起來，可以更簡單地管理物聯(lián)網(wǎng)收集的潛在海量數(shù)據(jù)，從而可以根據(jù)信息流的性質(zhì)和相關(guān)性分離信息流并簡化創(chuàng)建的新服務(wù)。
2）網(wǎng)關(guān)
在物聯(lián)網(wǎng)的“邊緣”，我們找到了網(wǎng)關(guān)，其作用是將終端設(shè)備與系統(tǒng)的主要通信基礎(chǔ)設(shè)施互連。網(wǎng)關(guān)設(shè)備還應(yīng)提供主要用于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)核心的無約束鏈路層技術(shù)與提供物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點之間連接的約束技術(shù)之間的互連橋梁。
3）物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點
那些負(fù)責(zé)生成要傳送到控制中心的數(shù)據(jù)的設(shè)備，這些設(shè)備通常稱為IoT邊緣節(jié)點，或更簡單地稱為IoT節(jié)點。一般來說，這些設(shè)備的成本非常低，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點可以基于多種特征進(jìn)行分類，例如供電模式，網(wǎng)絡(luò)角色（中繼AP或葉子AP），傳感器/執(zhí)行器設(shè)備以及支持的鏈路層技術(shù)。最受限制的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點可能是射頻標(biāo)簽，雖然它們的功能非常有限，但仍然可以在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，主要是因為其通信硬件的成本極低和無源特性，不需要任何內(nèi)部能源。射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用是通過接近讀取來識別物體，可用于物流、維護(hù)、監(jiān)控和其他服務(wù)。
移動設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦，也是城市物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，提供相互交互的便捷方式。例如，集成在上一代智能手機(jī)中的NFC收發(fā)器可用于識別帶標(biāo)簽的對象，而大多數(shù)常見的移動設(shè)備操作系統(tǒng)提供的地理定位服務(wù)可以豐富與該對象相關(guān)的信息。
三、智慧城市建設(shè)案例
在《全球半年度智慧城市支出指南》中，IDC預(yù)測，2023年全球智慧城市技術(shù)相關(guān)投資將達(dá)到1894.6億美元，中國市場規(guī)模將達(dá)到389.2億美元。自2013年我國掀起建設(shè)智慧城市的熱潮以來，“數(shù)字城市”、“信息化城市”、“智能化城市”的概念層出不窮，但實際上存在很多不成熟的地方，甚至出現(xiàn)不少爛尾工程。
2013年武漢智慧公司與華勝天成簽署總價1.75億元的“智慧城市”建設(shè)合同，然而在2017年之后華勝天成卻深陷微軟與武漢智慧的訴訟扯皮之中，吃夠了苦頭。
早在2016年，ST慧球旗下主營業(yè)務(wù)之一的智慧城市建設(shè)幾乎停滯，廣西南寧、北海兩地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)推進(jìn)智慧城市業(yè)務(wù)的主要子公司南寧市智誠合訊信息技術(shù)有限公司如同“人間蒸發(fā)”，公司股東大會批準(zhǔn)投資1.4億元的4家孫公司僅成立1家，而上海斐訊數(shù)據(jù)通信技術(shù)有限公司投資百億的基地項目也已經(jīng)爛尾接近一年。
總體而言，智慧城市的效果大部分并不理想，建設(shè)目標(biāo)缺乏前瞻性，政府管理行為滯后商業(yè)行為，出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)，資源浪費等問題。
四、結(jié)論
智慧城市的建設(shè)是一個復(fù)雜且長期的過程，目前全國已經(jīng)有數(shù)百個城市宣布建設(shè)智慧城市大腦，但是每個城市都有許多“數(shù)據(jù)孤島”——智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧安防等——都是獨立的數(shù)據(jù)庫，很難有一個企業(yè)甚至是一個方案能將全部數(shù)據(jù)整合利用。
并且，城市是在不斷發(fā)展的，建設(shè)智慧城市大多是止于眼前出現(xiàn)的問題提出解決方案，沒有考慮到城市發(fā)展的動態(tài)性。因此，建設(shè)智慧城市，要著眼于當(dāng)下的技術(shù)成果，更要放眼于未來發(fā)展趨勢的判斷，所以智慧城市建設(shè)只有起點，沒有終點。
