基于物联网关键技术的智慧城市研究

引 言

随着新一轮信息技术的发展，信息社会发展的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，人与物、物与物之间的连接就形成了物联网。物联网是新一代信息技术的综合，它连接的东西比互联网更多，具有更全面的感知、更深入的智能化、更广泛的信息共享和互联互通， 也正在成为信息技术开发应用的制高点。物联网广泛的应用加快了城市信息化发展的进程和速度，城市信息化发展的高级阶段就是“智慧城市”，所以智慧城市也是物联网等新一代信息技术发展下的重要产物。

智慧城市是在城市数字化、网络化基础上，采用物联网、云计算及大数据等技术，通过各种感知设备，以信息化、物联化、互联化、智慧化、智能化方式，集成整个城市所涉及的社会综合管理与社会公共服务资源，将城市建设中的信息有机整合和充分利用，实现信息的互联互通和共享交换，感知信息网络的互联和融合，让城市各项功能协调运作，以便更透彻的感知、更全面的互联、更深入的智能，从而实现智慧城市的各种应用。实施智慧城市建设是一项系统工程，涉及到很多理论和实践方面的前沿方法和技术，因此，物联网的理论原理、物联网关键技术和物联网基础设施在智慧城市建设中必然有着举足轻重的地位和作用，而智慧城市也是物联网发展的重要切入点和“靶心”。

1 基于物联网参考模型的智慧城市体系架构和平台架构

以智慧城市建设与发展为目标，以智慧城市理论体系为依据，以物联网关键技术为技术基础，以智慧城市应用方案为核心，从智慧城市整体需求出发，对智慧城市功能全面定位， 以感（全面感知）、传（可靠传输）、智（智能处理）、用（平台服务）为关键环节进行整体体系架构。

1.1 物联网参考模型

物联网参考模型是物联网体系结构参考模型中的重要组成部分，它提供了描述物联网技术领域的一个高层次的抽象， 其中包括对于物联网组成、数据处理流程、内部组成部件以及与外部环境之间交互的抽象 [1]，物联网参考模型对物联网用到的技术进行了高度概括和梳理。

物联网参考模型宏观上主要分为 4 个层次 ：设备层、网络层、业务与应用支撑层、应用层。设备层逻辑上包括三种能力：终端（能直接与信息通信网络通信的实体）能力、网关能力、端节点（需要通过网关才能与信息通信网络通信的实体）能力。网络层有两种能力：联网能力和传输能力，联网能力提供与网络连接相关的控制功能，传输能力是为物联网业务与应用提供连接以及为数据传输提供控制和管理信息。业务与应用支撑层包含两种能力：通用支撑能力（公网支撑能力）、专用支撑能力（行业专网支撑能力）。应用层是最终用户各种物联网应用。物联网参考模型还包括跨层的管理能力和安全能力[2]。如图 1 所示。

1.2 智慧城市整体体系架构

根据物联网参考模型，按照 4 个层次划分了智慧城市整体系统结构，架构图如图 2所示，分别是感知层、网络层、平台层、应用层 [3]。感知层就如同五官，通过智能终端、采集终端、电脑等进行数据采集和感知，随时随地采集物体的动态信息， 同时对获取的数据进行协同处理，完成本地信息汇聚，传输至网络层接入设备。网络层如同神经系统，通过物联网、互联网、通信网和其他专网将感知到的各种信息进行可靠、安全的实时传送。平台层包括IT 能力、CT 能力、城市数据中心等， 用于支撑跨行业、跨系统、跨应用之间的信息协同、共享、互通的功能，它们支撑应用服务层。应用层如同社会分工，包括智慧城市中各领域各行业具体应用，包括智慧政务、智慧民生、智慧产业和城市定制应用等。跨层的管理能力包括配置管理、故障管理、网络管理、服务质量（QoS）管理等。安全能力包括保证各层的通信安全、操作系统安全、应用软件安全、用户数据安全等。

1.3 智慧城市平台架构

在智慧城市体系架构平台层，需要构建一个统一的智慧城市支撑平台，建设城市级信息互联互通“一级平台”，城市级数据共享“数据资源中心”，通过分层建设，达到平台能力及应用可成长、可扩充，提供综合的应用支撑和管理能力。智慧城市平台应具备快速的应用提供能力，应用系统集成能力，数据统一分析能力，系统资源共享能力，统一硬件平台、存储备份、网络安全方案，系统平滑演进能力等，从而实现硬件可扩展，能力可扩展，应用可扩展。智慧城市平台包含云计算子平台、信息开放子平台、服务支撑子平台、应用集成子平台、大数据集成子平台、空间信息支撑子平台、安全支撑子平台、金融支付子平台、城市一卡通等。智慧城市平台架构图如图 3 所示。

2 基于物联网关键技术的智慧城市应用

物联网具有整合感知识别、信息传输互联和超级智能处理等功能，它是集数字化、网络化、智能化为一体的高级新一代网络体系。将物联网关键技术广泛应用在智慧城市建设中，可以使得各领域和行业的信息真正从数字化、网络化阶段迈入智能化阶段，使垂直式、孤岛式的应用模式转变为统一布局、统筹规划的战略管理模式[4]。物联网关键技术在智慧城市应用中的核心价值在于它无所不在的感知、泛在信息汇聚和智能化处理功能，而智慧城市的突出特点是可以通过各种感知设备对城市的事件进行动态监控和有效管理，智慧城市各领域各行业的应用都离不开物联网关键技术的支撑。

2.1 智慧城市的物联网关键技术体系

智慧城市技术核心内容包括智慧城市的物联网基础设施、智慧城市的物联网技术体系和智慧城市的网络基础设施。智慧城市的物联网关键技术主要有信息标识与智能感知控制技术、信息交换传输技术、信息处理技术等，这些关键技术构成了一个以分布式闭环自动控制系统为核心的泛在技术体系。

在智慧城市整体系统结构的感知层、网络层、平台层、应用层 4 个不同层次，应用不同的物联网技术。感知层包括信息识别、数据采集、传感器网络组网和协同信息处理，主要技术有 RFID 技术、传感器技术、条码技术、二维码技术、多媒体信息技术、传感网技术、协同信息处理技术等。网络层包括互联网技术、移动通信技术、专用网络技术、网络融合技术等。平台层包括云计算技术、智能信息处理技术、数据挖掘技术等。应用层主要包括软件技术和应用服务技术等。在智慧城市整体系统结构中的跨层技术主要包括安全技术、服务质量（QoS）管理、网络管理等。

2.2 智慧城市应用体系

物联网关键技术将智慧城市从“P2P 的无限沟通”带入了“M2M 物联网”时代，以丰富的智能应用服务于城市。智慧城市可分为三大部分，城市综合管理和服务的智慧政务，社会管 理和民生服务的智慧民生，提升经济和企业支撑的智慧产业， 形成智慧城市的“1+3+N”模式。如图 4 所示。

2.3 智慧城市功能体系

根据智慧城市功能定位，需要建设一个政府信息化、管理信息化、民生信息化、经济信息化为一体的智慧城市体系。因此，智慧城市功能应具有电子政务服务功能、智慧城市综合管理功能、社会管理与民生服务功能和经济与企业支撑功能等。如图 5 所示。

结 语

随着物联网等技术的快速发展，建设以物联网关键技术为核心的智慧城市，实现新一代信息技术在城市经济社会发展各领域的充分运用，使各行各业的建设和应用更加自动化、智能化、智慧化，为促进智慧城市迈入高级阶段打下坚实基础。