文｜ 中國科學(xué)院自動化研究所 陳 龍

智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前國內(nèi)信息化建設(shè)的兩個最大熱點，出現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)智慧城市”這樣的提法及口號。

1 智慧城市的概念

智慧城市的概念其實非常簡單，即一種高于數(shù)字化城市、智能化城市，讓市民依托信息化基礎(chǔ)建設(shè)的完善，充分享受城市信息化帶來的智慧化城市生活。

智慧城市的定義有多種多樣，爭論不少，但筆者以為智慧城市應(yīng)具有下列五項的特征：

（1）基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、無線移動通信網(wǎng)等各類網(wǎng)絡(luò)。

（2）有效載體是數(shù)量眾多功能齊全的高級終端。

（3）目標(biāo)是能方便城市生活的各個方面，如智能小區(qū)、智能交通、智能化學(xué)校、智能電網(wǎng)、智能物流、應(yīng)急指揮、智慧政府辦公系統(tǒng)等。

（4）其效益是使城市更加安全、便捷、高效、綠色健康。

（5）注重點還包括應(yīng)大幅度提高處理突發(fā)事件的應(yīng)變能力、節(jié)約能量及環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)性。

智慧城市應(yīng)有的特征是全面物聯(lián)、實時傳送、智能處理、協(xié)同運(yùn)作。智慧城市的建設(shè)過程，筆者認(rèn)為從建設(shè)階段上可以劃分為平安城市、數(shù)字城市、智慧城市三步曲，它們各自的應(yīng)用功能不僅是一層層拓寬的，在出現(xiàn)的時間上也會顯示出前因后果的關(guān)系。當(dāng)前，無論是基于聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的平安城市，基于3S技術(shù)的數(shù)字城市，還是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市，都已被列入信息產(chǎn)業(yè)和城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略重點，受到了從中央到地方政府的高度重視。

2 平安城市是智慧城市的初級形態(tài)

（1）平安城市的核心是視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，它由分布于城市各處的前端攝像機(jī)單元、視頻圖像網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、視頻圖像存儲系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺軟件、圖像智能分析應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)安全保障等六大單元組成，如圖1所示。

圖1 平安城市內(nèi)容的基本系統(tǒng)架構(gòu)

這其中的管理核心是城市綜合管理信息公共服務(wù)平臺，包括城市內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化城市管理系統(tǒng)、道路交通管理系統(tǒng)等，并利用市區(qū)級數(shù)據(jù)交換平臺來實現(xiàn)資源的共享。視頻管理平臺產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性是平安城市系統(tǒng)長久穩(wěn)定運(yùn)行的最大保障，而反過來，平安城市也成為平臺化思路在城市信息化建設(shè)中應(yīng)用得最為成功的領(lǐng)域之一。

（2）平安城市作為數(shù)字城市和智慧城市的先行者，其所積累的經(jīng)驗和教訓(xùn)會給今后數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)帶來很多有益的啟示。由于平安城市建設(shè)和運(yùn)營所需的資金非常龐大，建設(shè)和維護(hù)異常復(fù)雜，這就造成了各種商務(wù)模式在平安城市中都得到了一定程度的使用。平安城市建設(shè)的商務(wù)模式包括BT（建設(shè)－轉(zhuǎn)讓）、BOT（建設(shè)一經(jīng)營一轉(zhuǎn)讓）、BLT（建設(shè)－租賃－轉(zhuǎn)讓）、BTO（建設(shè)一轉(zhuǎn)讓一經(jīng)營）、BOOT（建設(shè)－經(jīng)營－擁有－轉(zhuǎn)讓）等模式。

也正因為平安城市的建設(shè)和運(yùn)營對企業(yè)在資金、技術(shù)、管理和運(yùn)營方面的能力提出了非常高的要求。這也就是為何目前大量的平安城市項目都落到電信運(yùn)營商、從事IT或通信項目的大型IT企業(yè)手中的緣故。

（3）從2005年的“3111試點工程”算起，我國平安城市建設(shè)項目已經(jīng)走過了6個年頭，在國內(nèi)引起了相當(dāng)大的重視和反響，并積累了一定的建設(shè)經(jīng)驗，現(xiàn)在正在向二三線城市和廣大農(nóng)村地區(qū)推廣與普及，仍然有著很強(qiáng)的市場空間。

但反思平安城市建設(shè)中存在的問題，主要是圖像的清晰度不夠高，當(dāng)時采用的模擬攝像機(jī)大多數(shù)不能滿足監(jiān)控環(huán)境的應(yīng)用需求，造成大多的視頻監(jiān)控圖像只能“看得見”、但目標(biāo)“看不清楚”的實際效果，使監(jiān)控效率和實用性下降了不少，一旦發(fā)生緊急事件起不到提供重要線索的作用。究其原因，還是受到當(dāng)時攝像機(jī)選型因技術(shù)和價格上的制約而只能選用中等分辨率的模擬攝像機(jī)所致。

而現(xiàn)今高清攝像機(jī)以其優(yōu)越的性能及可接受的價格已經(jīng)開始并將會逐步取代標(biāo)清攝像機(jī)；能夠大幅提高視頻的分辨率，性能優(yōu)勢顯著，高清攝像機(jī)相比于40萬像素（D1分辨率）的標(biāo)清攝像機(jī)，其最大優(yōu)勢是高分辨率的辨識效益以及更大的覆蓋范圍與畫質(zhì)。在監(jiān)控范圍相同條件下，一臺高清攝像機(jī)可替代兩三臺標(biāo)清攝像機(jī)，甚至更多，目前一部720P的IP攝像機(jī)可替代兩部D1標(biāo)清攝像機(jī)，并可增加33%的視野。

為了解決現(xiàn)有平安城市監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，使視頻安保系統(tǒng)由“看得見”全面轉(zhuǎn)向“看得清楚”，高清監(jiān)控是發(fā)展的必然趨勢，特別經(jīng)過2010年的上海世博會的應(yīng)用，行業(yè)普及可能性得到了充分的證明。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)將在此過程中不斷發(fā)揮出越來越重要及跨行業(yè)的作用。同時，隨著智慧城市的熱起，平安城市也會顯示出其基礎(chǔ)性和多元化的特性。

（4）實現(xiàn)高清監(jiān)控當(dāng)前最熱門的是采用IPC網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和HD-SDI高清攝像機(jī)兩種方案，其對比如表1所示。Intersil公司的SLOC（Security Link Over Coax）混合視頻監(jiān)控方案是一種創(chuàng)新，它通過一條同軸電纜能同時傳輸模擬CVBS視頻和高清數(shù)字IP視頻，這就使得百萬象素IP攝像機(jī)能在現(xiàn)有的CCTV同軸基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行，最大監(jiān)控距離可達(dá)300m。Sony公司將于2012年3月份正式推出基于SLOC的產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的普及率在歐美等發(fā)達(dá)國家已有50%的規(guī)模，而中國的IP監(jiān)控還只在10%左右，增長空間巨大。

表1 HD-SDI和IPC高清攝像機(jī)對比表

3 數(shù)字化城市是智慧城市的中級形態(tài)

在實現(xiàn)智能化住宅和智能化小區(qū)后，城市的智能化程度將被進(jìn)一步強(qiáng)化，出現(xiàn)面貌一新以信息化為特征的數(shù)字化城市，有時也將其稱為智能化城市。

數(shù)字化城市的特征筆者以為可述如下：

一是有城市級的3S（GIS、GPS、RS）系統(tǒng)，實現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化。3S技術(shù)提供了與空間地理相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，使得城市交通、物流、醫(yī)療、教育、城管等領(lǐng)域的智能化應(yīng)用得以逐步實現(xiàn)。

二是通信的高度發(fā)達(dá)，力爭三網(wǎng)融合與資源共享，實現(xiàn)城市光纖到路邊FTTC（Fiber To The Curb）、光纖到大樓FTTB（Fiber To The Building）、光纖到小區(qū)FTTZ（Fiber To The Zone），甚至是光纖到家庭FTTH（Fiber To The Home）。

三是計算機(jī)的普及和城際網(wǎng)絡(luò)化，電子商務(wù)和電子政務(wù)成為人們生存的時尚，出現(xiàn)多種多樣的城市數(shù)字化應(yīng)用，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端將主宰人們的工作、學(xué)習(xí)、辦公、購物、炒股、休閑等幾乎所有領(lǐng)域。

四是城市管理平臺化以及辦公作業(yè)的無紙化和遠(yuǎn)程化。透過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將有助于避免城市人口的過度集中，可以協(xié)助解決城市功能負(fù)荷過重等難題，還能夠有效地預(yù)防及控制城市災(zāi)害的發(fā)生。

4 智慧城市是城市信息化建設(shè)期盼達(dá)到的主要目標(biāo)

（1）智能化家居和住宅是智慧城市最有可能的噴發(fā)點。智能化住宅是人們理想生活的目標(biāo)，也是社會關(guān)注的熱點，傳統(tǒng)的智能家居核心是智能家居控制系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關(guān)。

①智能家居系統(tǒng)包括中央控制主系統(tǒng)、防盜安全子系統(tǒng)、家電控制子系統(tǒng)、窗簾控制子系統(tǒng)、照明觸控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、健康監(jiān)護(hù)子系統(tǒng)、能源管理子系統(tǒng)、影音娛樂子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)等。有了它，即使遠(yuǎn)在天涯，也可讓你和你的家依然近在咫尺。

②家庭網(wǎng)關(guān)是家庭智能的標(biāo)志。家庭網(wǎng)關(guān)能使有不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)定的設(shè)備互相溝通，家庭網(wǎng)關(guān)具備兩個主要功能：一是作為外部接入網(wǎng)連接到家庭內(nèi)部，同時將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到外部的一種物理接口；二是使住宅內(nèi)用戶可以獲得各種家庭服務(wù)的平臺。

但物聯(lián)網(wǎng)的觸角已伸入到家居智能化領(lǐng)域，極大地提升了智能家居的水平，出現(xiàn)了新型的物聯(lián)網(wǎng)智能家居。此時的智能家居已成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的基礎(chǔ)應(yīng)用之一。智能家居遲早會像電視、冰箱、空調(diào)、手機(jī)、電腦一樣進(jìn)入千家萬戶，成為老百姓生活的必需品，物聯(lián)網(wǎng)型智能家居產(chǎn)品要求安裝簡單，使用方便，維護(hù)不用操心，擴(kuò)展隨心所欲，能夠自己組裝。

（2）智能化小區(qū)是智慧城市建設(shè)最基本的單元。智能化小區(qū)的基本智能定義為“居家生活信息化、小區(qū)物業(yè)管理智能化、IC卡通用化”，智能小區(qū)的建筑物除滿足基本生活功能外，還要考慮安全、健康、節(jié)能、便利、舒適五大要素，以創(chuàng)造出各種環(huán)境（綠色環(huán)境、回歸自然的環(huán)境、多媒體信息共享環(huán)境、優(yōu)秀的人文環(huán)境等），從而標(biāo)志小區(qū)智能化有著不同的等級。當(dāng)然，小區(qū)智能化有一個過程，它將伴隨著智能化技術(shù)的發(fā)展及人們需求的不斷增長和完善，這表明了可持續(xù)發(fā)展性應(yīng)是小區(qū)智能化的重要特性。

（3）智能交通、應(yīng)急指揮、智能電網(wǎng)、智慧園區(qū)、智能物流、數(shù)字校園、數(shù)字城管、數(shù)字環(huán)保、食品安全、平安家居、安全監(jiān)管等，這些方面的實現(xiàn)以及建立智慧型的政府辦公系統(tǒng)是智慧城市的標(biāo)志性體現(xiàn)。但概括而言，可劃分為智慧政府、智慧民生、智慧產(chǎn)業(yè)三大領(lǐng)域。

這其中，視頻監(jiān)控領(lǐng)域至關(guān)重要的核心業(yè)務(wù)是未來將會變得越來越成熟的智能分析技術(shù)。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控中存在很多不足，如多數(shù)視頻與顯示裝置不夠?qū)ΨQ的矛盾、值班人員注意力難以集中、只能事后追溯而無法進(jìn)行事前預(yù)警、海量視頻信息難以有效利用，而智能視頻分析系統(tǒng)則能在效率、成本、安全性、個性化需求等方面對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控加以改進(jìn)。使之能幫助實現(xiàn)視頻監(jiān)控由被動防御向主動防御的變革，逐步改變只能是“事后諸葛”而缺乏預(yù)防特征的現(xiàn)狀。它也能讓監(jiān)控人員從繁瑣的操作和海量的信息中解脫出來，以幫助他們更高效、更精確的管理監(jiān)控目標(biāo)，因此視頻智能將成為智慧城市建設(shè)的生力軍。

個性化的智能數(shù)字監(jiān)控解決方案包含三個重要概念：一是如何從瀚如煙海的數(shù)據(jù)中挖掘出對各行業(yè)有用的新知；二是保證基礎(chǔ)架構(gòu)及設(shè)備與設(shè)備間的數(shù)據(jù)流動；三是降低數(shù)據(jù)對于來自于不同用戶或者不同系統(tǒng)的訪問障礙。智能分析技術(shù)對視頻監(jiān)控的將會有著非常深遠(yuǎn)的影響。如圖2所示。

智能分析的意義主要體現(xiàn)在三個方面：一是智能分析將被動監(jiān)控變?yōu)橹鲃颖O(jiān)控，從而將會提升安防產(chǎn)品的附加值；二是智能分析提高了行業(yè)門檻，只有擁有充足技術(shù)和規(guī)模優(yōu)勢的龍頭企業(yè)才有資格參與這場競爭；三是智能分析帶來運(yùn)營模式的改變，從傳統(tǒng)的設(shè)備制造轉(zhuǎn)向運(yùn)營服務(wù)，智能分析系統(tǒng)由于在“云計算”的模式運(yùn)行下更有效率、效果更好，因此也將加速設(shè)備廠商向運(yùn)營服務(wù)商的轉(zhuǎn)型。

圖2 智能視頻分析技術(shù)

智能視頻分析系統(tǒng)現(xiàn)已實現(xiàn)的功能主要是從視頻中提取各類信息并進(jìn)行分析檢測，檢測種類包括：跨線檢測、進(jìn)入?yún)^(qū)域檢測、離開區(qū)域檢測、區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)、違章停車檢測、物品放置拿取檢測、目標(biāo)徘徊檢測、人員聚集檢測、快速移動檢測、人數(shù)統(tǒng)計等，但還遠(yuǎn)未發(fā)揮出其應(yīng)有的實用作用。

5 撐起智慧城市建設(shè)的主要技術(shù)支持

5.1 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物之間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，使得它們能通過云計算中心而進(jìn)行交換和運(yùn)行，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等諸多功能。物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵包括兩個方面：第一，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，使其進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)具有整合感知識別、傳輸互聯(lián)和計算處理等功能，是對新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)將人與人之間的信息交互溝通向人與物、物與物擴(kuò)展延伸，它的應(yīng)用為優(yōu)化資源配置、加強(qiáng)科學(xué)管理、緩解資源能源約束提供了可能，拓寬了道路。但物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵應(yīng)用是視頻，物聯(lián)網(wǎng)的核心價值是智能，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前提是標(biāo)準(zhǔn)。

物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一，我國《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱規(guī)劃）已于2012年2月14日正式出臺，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)對加快轉(zhuǎn)變我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式將起到重要的作用，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步也具有重要的現(xiàn)實意義。《規(guī)劃》圈定了重點發(fā)展的九大應(yīng)用，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療和智能家居。

5.2 云計算技術(shù)和云服務(wù)

云計算是構(gòu)建智慧城市的資源池和綜合平臺基礎(chǔ)。云計算將驅(qū)動智慧城市發(fā)展，讓城市飄起智慧云。

云計算作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算新方式，通過互聯(lián)網(wǎng)上異構(gòu)、自治的服務(wù)為個人和企業(yè)用戶提供按需即取的計算，云計算基地可能是云集上百萬臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)開發(fā)和處理中心。以云計算和物聯(lián)網(wǎng)為代表的通信技術(shù)不僅將深刻影響和改變整個城市的經(jīng)濟(jì)模式，也將給城市的發(fā)展注入全新的活力和動力，并深遠(yuǎn)地影響每個人的生活

云計算整個產(chǎn)業(yè)分成基礎(chǔ)構(gòu)架式服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）、平臺式服務(wù)PaaS（Platform as a Service）、軟件式服務(wù)SaaS（Software as a Service）三個領(lǐng)域。云計算是技術(shù)、運(yùn)營和商業(yè)模式的協(xié)同，關(guān)鍵技術(shù)是基礎(chǔ)，商業(yè)模式是要點，運(yùn)營能力是核心。

云是一種服務(wù)，它無時不在，無處不有。隨著生活品質(zhì)的進(jìn)一步提高，人們的健康監(jiān)測、食品安全、安保防護(hù)等信息將成為家庭生活中重要且不可丟失的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅要求及時響應(yīng)，而且還要求可被隨時隨地溯源，離開了云，這些都將變得非常困難，云或許將會成為不可或缺的基礎(chǔ)服務(wù)，信息云也將成為人們最關(guān)注的重點。

5.3 節(jié)能減排和低碳生態(tài)綠色技術(shù)

智慧城市的特征和追求的目標(biāo)是實現(xiàn)人與建筑和環(huán)境的共生共榮，構(gòu)筑“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的人與自然和諧相處的城市。

數(shù)據(jù)顯示，城市面積僅占地球面積的2%，但容納了70%的人口，產(chǎn)生了80%的溫室氣體。在全球氣候變化的大背景下，城市節(jié)能減排、走低碳發(fā)展之路成為協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會平穩(wěn)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的必然選擇。建筑節(jié)能是綠色建筑中的主要成份，“以人為本”的節(jié)能才真正是綠色建筑的本意。

智慧城市要求實現(xiàn)城市是綠色的和低碳的。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，所謂“低碳”不僅是要減少二氧化碳的排放量，更重要的是如何把握地球資源的消耗總量和利用效率，保證子孫后代的可持續(xù)發(fā)展。低碳經(jīng)濟(jì)的實質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP的問題，核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)的創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度的創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變，“低碳”將是一個長期實用的生活形態(tài)，任何節(jié)能和低碳措施都必須考慮實際的效益。

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國的城鎮(zhèn)化率，已由2010年的不到47%增加到2011年底的51.27%，增長勢頭非常迅猛。同時根據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的報告，全球超過50萬人口的城市中有1/4是在中國，故對中國而言，節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)保更是中國的當(dāng)務(wù)之急。