姚建銓

(天津大學(xué) 精密儀器與光電子工程學(xué)院，天津 300072)

0 引言

經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)了全球城市數(shù)量急劇上升，目前城市化已經(jīng)成為全球最顯著的經(jīng)濟(jì)特征之一.然而城市化進(jìn)程的加速也造成了一系列不可忽視的問(wèn)題，如交通堵塞、環(huán)境污染.城市里面消耗了75%的能源，消耗了60%水的資源，排放出80%的溫室氣體.所有這些問(wèn)題怎么解決?其中有一個(gè)重要方面應(yīng)該借助于信息化技術(shù)，通過(guò)以現(xiàn)代化科技為依托的信息系統(tǒng)建設(shè)，能夠推動(dòng)城市化長(zhǎng)效發(fā)展，解決可持續(xù)性、節(jié)能和精細(xì)動(dòng)態(tài)管理等問(wèn)題.

物聯(lián)網(wǎng)［1，2］，顧名思義，就是物－物相連的網(wǎng)絡(luò). 是通過(guò)紅外、激光、光學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)、RFID 等傳感器，GPS、GIS 及Zegbee 等全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，把物與物、物與人之間相互連接，進(jìn)行信息交換和通信.物聯(lián)網(wǎng)將信息交換延伸到物與物的范疇，價(jià)值信息極大豐富和無(wú)處不在的智能處理將成為城市管理者解決目前困境的手段.

智慧城市［3］是安全、高效、和諧有序、綠色和智慧的城市，是網(wǎng)絡(luò)匯聚人的智慧，以大系統(tǒng)整合的，物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間交互的，城市管理更加精細(xì)，城市環(huán)境更加和諧，城市經(jīng)濟(jì)更加高端，城市生活更加宜居的發(fā)展模式. 在中國(guó)未來(lái)城市化過(guò)程中，智慧城市對(duì)于中國(guó)有重要的意義.國(guó)家十二五規(guī)劃明確了未來(lái)智慧城市建設(shè)和人民智能生活的發(fā)展方向，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)將在智慧城市建設(shè)中成為不可或缺的主導(dǎo)力量，從而由此將產(chǎn)生城市“智慧產(chǎn)業(yè)”的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的高速發(fā)展，利市民、利城市、利國(guó)家.

因此，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)迎來(lái)了智慧城市的發(fā)展契機(jī)，而智慧城市成為物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域及依托. 本文主要探討物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市以及物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系.

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的概念是1999 年提出來(lái)的，它被看成是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程的第三次革命［4］.物聯(lián)網(wǎng)就是把世界上的萬(wàn)物，人類(lèi)所感興趣的重要物體把它的特性傳感出來(lái). 比如我們要控制一個(gè)油庫(kù)，整個(gè)油庫(kù)里面最薄弱的環(huán)節(jié)就是溫度高了會(huì)引起自燃、著火，甚至是爆炸，非常嚴(yán)重.我們感興趣的是油庫(kù)里面的溫度參數(shù)，假如想盡一切辦法，用光纖傳感把溫度進(jìn)行傳感構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)保護(hù)油庫(kù)里面的溫度.現(xiàn)在廣泛的物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的各個(gè)領(lǐng)域，成為國(guó)際國(guó)內(nèi)關(guān)注的先進(jìn)技術(shù)之一. 物聯(lián)網(wǎng)主要包括三個(gè)層面:一是物理層面，通過(guò)全面的感知、可靠地傳輸和智能處理，將物體的特性傳感出來(lái)，形成物理層.二是信息傳輸層，就是網(wǎng)絡(luò)層.最后一個(gè)是計(jì)算處理層，進(jìn)行指令的反饋控制. 這三個(gè)層面必須跟某一個(gè)應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)，離開(kāi)了應(yīng)用是不行的. 物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)特性:全面的感知、可靠的傳輸和智能處理.物聯(lián)網(wǎng)有四個(gè)要素:傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù).物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)包括以上所有的產(chǎn)業(yè)，包括傳感器，各種終端設(shè)備以及中間件等，都可以形成傳感器的產(chǎn)業(yè).所以傳感器本身又是一個(gè)技術(shù)，同時(shí)又可以發(fā)展成新的產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分之一.

目前，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)不僅是傳感網(wǎng)，也不僅是應(yīng)用和服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)由感知層、傳輸層、應(yīng)用服務(wù)層構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈.

工業(yè)和信息化部電信研究院發(fā)表《物聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》，物聯(lián)網(wǎng)已成為各國(guó)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新模式和重塑?chē)?guó)家長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力的先導(dǎo)領(lǐng)域. 我國(guó)已具備一定的應(yīng)用、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并以建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、智慧/智能城市建設(shè)和應(yīng)用示范等為標(biāo)志，形成了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展熱潮，取得了積極進(jìn)展，但也暴露了一些深層次問(wèn)題.

對(duì)于持續(xù)升溫的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，目前，我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)2000 億元.根據(jù)預(yù)測(cè)，到2015 年，這一規(guī)模將達(dá)到7500 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)30%，發(fā)展前景將超過(guò)計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等傳統(tǒng)IT 領(lǐng)域. 作為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次革命，物聯(lián)網(wǎng)涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣，其理念也日趨成熟，可尋址、可通信、可控制、泛在化與開(kāi)放模式正逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的演進(jìn)目標(biāo).通過(guò)企業(yè)界與高校的合作和政、產(chǎn)、學(xué)、研、用多方面的結(jié)合，探索出一條具有我國(guó)特色的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式是指日可待的.

2 智慧城市

智慧城市是城市化的高級(jí)階段，是網(wǎng)絡(luò)匯聚人的智慧，以大系統(tǒng)整合的，物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間交互的，城市管理更加精細(xì)，城市環(huán)境更加和諧，城市經(jīng)濟(jì)更加高端，城市生活更加宜居的發(fā)展模式.現(xiàn)代城市發(fā)展觀是利用兩個(gè)空間(物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間)開(kāi)發(fā)兩種資源(物質(zhì)資源和信息資源).

什么叫做智慧城市呢?“如果你摔了一跤，手機(jī)可以通過(guò)重力感應(yīng)器來(lái)判斷是否摔倒;如果確認(rèn)摔倒而一直未爬起來(lái)，會(huì)自動(dòng)通知醫(yī)院，并可根據(jù)手機(jī)定位，派出救護(hù)車(chē)……”. 這就是智慧城市.應(yīng)有五個(gè)指標(biāo)或者是五大要素. 包括安全、高效、和諧有序、綠色和智慧.

建立智慧城市的體系框架為下圖所示［5］:

圖1 建立智慧城市體系框架Fig.1 Framework of establish smart city

最近這幾年全國(guó)各地都在搞智慧城市，如智慧上海、智慧南京、智慧青島. 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算將成為智慧城市建設(shè)很重要的方面，目前這兩方面已經(jīng)進(jìn)入到穩(wěn)步發(fā)展的階段，發(fā)展趨勢(shì)是好的，對(duì)全世界來(lái)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)還處在一個(gè)初級(jí)階段.

總之，智慧城市需要打造一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)，設(shè)立城市數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建三張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)分層建設(shè)，達(dá)到平臺(tái)能力及應(yīng)用的可成長(zhǎng)、可擴(kuò)充，創(chuàng)造面向未來(lái)的智能城市系統(tǒng)框架.

3 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系

智慧城市的構(gòu)建離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，但物聯(lián)網(wǎng)只是智慧城市得以實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)而非全部.首先，智慧城市的實(shí)現(xiàn)有賴于大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層中大量的針對(duì)各個(gè)行業(yè)及場(chǎng)景的專門(mén)應(yīng)用解決方案的提出與實(shí)現(xiàn). 其次，城市的智慧之處絕不局限于技術(shù)層面，而是更多地需要為本地產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人與自然的關(guān)系等方面注入智慧動(dòng)力，通過(guò)這些方面的轉(zhuǎn)型乃至變革，大幅改善和提升城市競(jìng)爭(zhēng)力.

3.1 物聯(lián)網(wǎng)支撐未來(lái)智慧城市，是建設(shè)智慧城市的重要手段

智慧城市是咱們黨和國(guó)家建設(shè)城市的發(fā)展目標(biāo)，是未來(lái)的發(fā)展方向，但是目前還有很大的距離［6］.智慧城市要用到各式各樣的技術(shù)，其中信息化技術(shù)最多，包括物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算三網(wǎng)融合等，就是用現(xiàn)代化的技術(shù)，依托信息系統(tǒng)的建設(shè)，朝著智慧城市的方向前進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)是建設(shè)智慧城市的手段和工具，是承載智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施.

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為智慧城市的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)蓬勃興起的業(yè)務(wù)與應(yīng)用逐漸成為智慧城市的主流應(yīng)用，智慧城市對(duì)各種應(yīng)用之間的融合與協(xié)作提出了新的要求.

3.2 物聯(lián)網(wǎng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智慧城市

智慧城市是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和信息化交換的產(chǎn)物，也是可持續(xù)發(fā)展的必然. 當(dāng)前的城市建設(shè)規(guī)劃多注重物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，但物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)只是手段，建設(shè)智慧城市才是目標(biāo). 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市兩者是相互依存，相互促進(jìn)的關(guān)系，物聯(lián)網(wǎng)為智慧城市服務(wù)，而智慧城市的建設(shè)一定要借用于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)新一代信息技術(shù)進(jìn)行支撐.

從數(shù)字城市到感知、智慧城市這個(gè)發(fā)展，是城市建設(shè)歷史發(fā)展的一個(gè)必然，也是世界上進(jìn)入到當(dāng)今階段的歷史的產(chǎn)物.智慧城市建設(shè)是借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等信息化技術(shù)，使城市居民的幸福指數(shù)更高，更大的內(nèi)涵是一個(gè)民生工程.

總之，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)生的高級(jí)階段就是智慧城市，智慧城市也是物聯(lián)網(wǎng)的主要發(fā)展目標(biāo).

3.3 智慧城市需要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)

中國(guó)現(xiàn)有5 億城市人口，2030 年將達(dá)到10 億. 城鎮(zhèn)化是必然趨勢(shì). 城鎮(zhèn)化的推進(jìn)與信息行業(yè)的發(fā)展相互支撐、協(xié)同發(fā)展，城鎮(zhèn)化發(fā)展所面臨的困惑，要求從業(yè)者有精確的管理與提前預(yù)警的措施和手段，用信息化、智能化的基礎(chǔ)設(shè)施作為解決城市問(wèn)題的支撐［7］.因此智慧城市需要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，使我們能夠搶占信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的至高點(diǎn)，能夠促進(jìn)工業(yè)化和信息化的融合，使信息化和社會(huì)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展結(jié)合的更加緊密.

3.4 智慧城市是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、信息化在特定歷史時(shí)刻交匯的產(chǎn)物

智慧城市也是調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的必然要求.智慧城市是一個(gè)以全面信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)為基礎(chǔ)，由政府投資拉動(dòng)和居民需求結(jié)合驅(qū)動(dòng)的多層次綜合應(yīng)用體系. 智慧城市本身涵蓋了新一代信息技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域.智慧城市以信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)、生活、社會(huì)和公共等領(lǐng)域的信息數(shù)字平臺(tái)建設(shè).

3.5 智慧城市已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域及依托

智慧城市實(shí)際上是信息化與工業(yè)化，城市化與生態(tài)化，市場(chǎng)化與全球化等理念的全面融合，更是物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算和寬帶移動(dòng)通信等最先進(jìn)信息技術(shù)的集中應(yīng)用，從技術(shù)角度看智能化的背后都涉及到大量的數(shù)據(jù)采集、整合與處理等.

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市實(shí)際上是城市信息從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向更高級(jí)的發(fā)展，它將促進(jìn)我國(guó)能源有效利用、綠色環(huán)保，居民安居樂(lè)業(yè)和創(chuàng)新型國(guó)家發(fā)展. 城市居民將通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)享受一切現(xiàn)代城市化成果，以期真正實(shí)現(xiàn)共同富裕、共同發(fā)展和共同進(jìn)步.

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市之間的關(guān)系，一個(gè)是目標(biāo)(智慧城市)，一個(gè)是途徑和技術(shù)手段(物聯(lián)網(wǎng)).真正要實(shí)現(xiàn)智慧城市，有五大要素:安全，高效，有序、和諧，綠色，智慧.相信我國(guó)在企業(yè)界、高校的通力合作下，通過(guò)政、產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，經(jīng)過(guò)努力，未來(lái)的十年將是物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市建設(shè)茁壯成長(zhǎng)的十年.

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