城市物联网（lot for city ）——”智慧城市“共享平台及应用案例

来源：智慧城市-163期 —仅供学习参考更新时间：2014-07-09

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1、引言

  城市化进程的加速推进、世间万物的互联互通，两大主要发展趋势的快速融合促进了城市物联网（lot for city）的发展。城市物联网是由政府、企业、大小型公司及个人层面的多方共同参与、发展创新业务的平台，使用经典的PPP架构构成转型增长的生态系统。通过互联网把无处不在的被植入城市物体的智能化传感器连接起来，形成物联网，实现对物理城市的全面感知，利用云计算等技术对感知信息进行智能处理和分析，实现网上“数字城市”与物联网的融合，并发出指令、对包括政务、民生、环境、公共安全、城市服务、工商活动等在内的各种需求，作出智能化响应和智能化决策支持，使城市变成为真正拥有智慧的城市。

  智慧城市的建设有利于提高城市的创新性，精确定位城市在创新产业链中的角色，提高吸引力；提高城市的运行效率，少花钱多办事；提升市民的幸福感指数，在交通、工作、居住与环境等方面改进市民体验；增加城市的成长性，通过收集并开放城市公共数据，来创造经济转型、发展的新机会。

  本文将通过对尼斯智慧城市和北京青龙湖智慧园区的介绍，对智慧城市的关键技术和有机组成部分进行系统分析。

2、 欧洲智慧城市建设经验

  在法兰西蔚蓝海岸中心之城 — 尼斯，城市物联网的“理想”变成了“现实”。具有前瞻性的合作伙伴们充分认识到物联网提供的海量数据的价值，充分利用各自的专业知识、创新技术，将尼斯成功打造成欧洲第一个“物联网”城市。目前，尼斯已经完成了城市物联网平台设计和建设，服务于以下四项公共服务：

2.1  智能交通

  智能交通系统已经部署到整个尼斯市，主要包括四大子系统：

        （1）EzPark智能停车系统，该系统可为用户传送实时的停车位信息；对到目标停车场的路径进行实时预测并计算行程距离；还可提供实时的停车场价格信息；并可通过手机或NFC进行支付。

        （2）EzMove智能公共交通系统，通过该系统用户可以掌握公共交通及电动汽车的实时信息、行程计算信息；还可享受公共电动汽车的预订服务和NFC支付。

        （3）EzCity智慧城市生活系统，通过和零售商在交易领域的合作，为用户提供便捷的电子商务服务。

        （4）Back Office监控管理中心系统，可实现价格管理；分析对比实地的停车付费表情况及停车位预订信息；并可公示相关信息。

   从实际的运行效果来看，智能交通在寻找可用停车位及最佳路径过程中为用户节约了大量的时间；此外，从城市管理者的角度来说，智能停车使净收入提高了大约30%；停车场的维护成本降低了5%；减少交通拥堵30%以上。

2.2 智能照明

智能照明主要包括：

（1）街道路灯管理：根据照度传感器和交通流量传感器反馈的信息，管理系统可自动控制路灯的亮度，并配置多种类型传感器以适应各种情况，如：自然光监测（白天或晚上）、天气条件监测（如：雾天需要更多的光源）、汽车检测（用路灯照明取代汽车大灯照明）及行人控测（行人较少时提高亮度，较多是适当降低亮度），从而城市交通在舒适安全之间达成平衡。

（2）后台监控工具：系统支持对每盏路灯的远程开关控制，取代了传统的按区域进行统一开关的模式；此外，实时监控可以对系统进行诊断，清晰识别灯泡、电路接插座、电路网络的各项技术故障；将节能量进行公示；支持按不同优先级策略进行控制。

自运行以来，智能照明系统节约了大约30%的能源费用，为尼斯市节约了630万欧元；由于街道照明情况得到了明显改善，城市汽车盗窃、入室抢劫案等违法犯罪行为降低了5%；此外，智能照明还提高了该区域的宜居性，减少事故以及时间的浪费，从而促进了房产的增值。

2.3 废弃物管理（智能环卫）

   智能环卫主要包括：

（1）垃圾收集：垃圾力安装有传感器，可实时探测垃圾物的充填量，并通过应用程序（APP）按区域、垃圾种类对垃圾量进行统计。

（2）废物公害：通过实时监测，该系统可防止垃圾回收的火灾风险；废物传感器与环景传感器有效整合改变了传统的垃圾收集规则；在热天，可通过增加运输车辆的方法清运垃圾，避免垃圾在高温环境下长时间存放发酵后影响环境（气味、细菌等）。

      智能环卫运行效果：可实时精确了解垃圾箱的可用容量；优化垃圾清运的行程；降低运营成本（卡车数量、服务站数量、燃气消耗等）；降低二氧化碳的排放；使生活更舒适并具有更高的安全性。

2.4 环境监测（智慧环境）

  智慧环境基于Meteosim分析方法对环境进行实时监测，主要包括：

     （1）环境状况公示：可根据欧洲官方的要求提供详尽的数据，帮助城市管理者符合法律关于义务方面的规定（欧洲目前尚无这方面的法律义务）。

     （2）环境监督：针对潜在的环境污染风险，可第一时间通知给市政当局和用户，以便其做出适当应对；通过多种方式和途径公布相关信息：多媒体终端、门户网站、APP等。

     （3）预测建模：对历史数据进行存储、处理和分析，以支持各种预测模型。

      智慧环境运行效果：用最低的成本即可满足欧洲法律的相关要求（在更经济的传感网络的基础上，获得相同质量的报告）；在单纯的统计分析的基础上，通过减速、自动报警灯功能将“智能信息”变成具有行动力的一部分，还可促进环境的改善。

3 、“城市物联网”如何实现？

      城市物联网的发展愿景是通过更好地管理和整合“智慧空间”的数据信息，提高现代城市、机场、体育场馆及其他“智慧空间”的运行效率和使用寿命。由于城市运营及数据来源的复杂性，多个合作伙伴结成“技术联盟”，是提供易维护、可扩展、端到端的解决方案，满足客户真实需求的唯一可行办法。

3.1 基于端到端物联网的智慧城市应用共享平台（图1）

图1 智慧城市应用共享平台

3.2 公共数据基础服务

      尼斯的城市物联网平台已经可以支持在大量潜在的智能应用（图2），基于这样一个平台，一个无缝的智能APP应用的产生和应用已经成为可能。

图2  智能APP应用

3.3城市物联网给我们带来什么？

3.3.1推动技术进步

      （1）作为生态系统的一部分，每个参与其中的系统都必须遵循统一规范和开放的接口；

      （2）容量无上限，应用存在无限可能；

      （3）APP创新工厂可提供所有的APP，客户在任何一个智能空间里，如城市，港口、高速公路、体育场、机场等场所都可使用；

      （4）物联网平台是整个城市发展开放式创新平台的基础设施。

3.3.2  获得经济和社会效益

      （1）每一个解决方案（项目）的落实，都具备很高的投资回报率（ROI），如：停车、交通、照明等；

      （2）在经济效益方面，对于那些没有明显投资回报的项目，事实上也是非常有价值的：如环境监测对生活环境品质的改善；

      （3）按“使用付费”的方式，允许城市科学规划，分批建设，逐步投资。

4 、 园区智能服务设计案列——北京青龙湖国际文化会都

    北京青龙湖国际文化会都园区智能服务具有九大核心服务主题，（如图3）。

4.1 智能环境监测与发布系统

      智能环境监测与发布系统（图4）是利用基于物联网的技术进行水质监控、空气质量在线监控、噪音在线监控的网络，此外，通过建立主动反馈机制，该系统可及时对各种异常情况进行干预。该系统具有对数据进行统计分析、基于统计分析对环境进行控制和改善、对灾害进行预警等功能。

图4  智能环境监测与发布系统示意图

       智能环境监测与发布系统三个子系统：大气监测系统、水环境系统监测、噪音监测。

     （1）大气监测系统（图5）：空期质量在线监控系统可对空气中的各种参数进行测定、计算和汇总，并通过数据传输系统传输至环保主管部门，实现对被监测区域的无人化远程实时监测和应急预警。

图5  大气检测系统

      （2）水环境系统监测（图6）具有以下功能：监测水质自动预警，防止突发性水污染事故的发生；水质监测数据与视频数据无缝叠加；丰富的专题分析计算功能，浓度变化专题，污染物评价类别专题，污染物评价类别时间变化专题等；通过对入河排污口的管理，实现环境水质监测数据与污染监测数据的综合分析，为采取环境治理措施提供更为直观的依据；依托于环保部水环境调控模型，对流雨预警、流域水环境评价、污染事故处理提供辅助决策。

图6  水环境系统监测

4.2智能能源系统

      智能能源系统使用基于IP的智能网络平台，以实现对电、水、气的供应和需求的管理。这种能效管理服务可为更多人提供更多可用能源、降低能源成本、提高运营和能源效率、减少碳的排放。

      该系统具有四个子系统：区域能源运营系统、区域能源监控系统、建筑节能服务、建筑节能托管运营系统。

       （1）区域能源运营系统：基于自动化技术与云计算技术，高效运营区域内各类分布式能源系统。在低碳能源领域，实现冷热电三联供、水源热泵（湖水源、污水源）和区域太阳能光热（在青龙湖区域规划建设集中式规模化太阳能光热系统；高层、坡面等不适合集成光热系统的建筑，通过购买集中式太阳能光热系统的热火，实现大幅节能，同时满足北京市建委政策要求）。

      区域能源运营系统可实时监控能源使用状况；对能源消耗进行统计得出能效评价；优化调度，合理利用各类能源，同时达到“开源”与“节流”。

     （2）区域能源监控系统：基于物联网与云计算技术，实现对青龙湖区域能源系统的监控与优化调度。服务内容：区域整体能源网络监控、分布式能源系统监控、区域建筑绿色能节能监管（所有建筑纳入统一的节能监管系统，依据住建部与北京市建委政策法规，所有商业建筑与大型公共建筑建立分项能耗计量体系）。

  区域内能源监控系统具有监测（GIS整体监测、建筑分项监测、组织机构能耗监测）、监管（公示、对标、分析、诊断、审计）、评价（区域能效和建筑能效的评价、绿色建筑运行期综合评价）等功能。

      （3）建筑节能服务：为区域内的各类型建筑提供节能服务，高效管理建筑能耗，实现绿色低碳。服务内容：提供节能与绿色建筑咨询；进行分布式能源系统监控审计、协助区域建筑绿色节能监管、技改；提供合同能源服务。

       建筑节能服务可根据实时信息和政策规定，规划并管理建筑能耗；降低大楼能耗；降低大楼管理维护成本；减少碳的排放。

      （4）建筑节能托管运营（图7）；利用自动化、物联网、云计算技术、基于能源专业技术团队，为青龙湖区域各类建筑提供能源系统托管式节能运营；与建筑业主签订能效合约后，建筑业主将建筑能源系统如配电、照明、空调暖通、电梯、给排水动力、热水等托管给中心运营。

图7  建筑节能托管运营

       图8为浙江节能监管系统界面图，浙江大学5个校区，建筑群功能多样，包括教学、科研、酒店、餐饮、办公、会议、住宿等、是具有广泛代表性的一个成功案例。系统运行至今，扣除新增项目外为学校节约用水、电、蒸汽费约1546万元；预计2014年节能改造项目整体完工后，还将节约蒸汽费约400万元。

图8  浙江大学节能监管系统

4.3  智能视频监控

  通过整合安防、交通、城管所需的视频设施，智能视频监控系统可获取数据，并借助基于云端的智能解析实现各部门的监管需求，以确保公共区域得到全方位、全天候的监控和报警系统的全面覆盖。该系统具有两个子系统：全天候电子眼系统与无线报警系统，具有以下功能：与公安局合作，实现无死角的公共空间监控；系统自动、小心地监测和预防；信息全面的评估、协同响应；有助于减少人为错误和延时；提高响应效率。智能视频监控示例（如图9）。

图9  智能视频监控示例

4.4  智能照明

智能照明是提供智能化的照明服务，在保证照明、展示效果的同时实现节能。同时可以把相关的设施（灯柱等）构成物联网的基站或住宅/街区的公共展示屏等，支持相关商业模式。主要功能：通过创新公共服务模式节约能源消耗；基于互联网技术通过智能灯柱为市民提供所需信息，在紧急情况下还可发出灾害预警；通过安装各种监控设施和传感设施；让智能灯柱成为智能城市所需数据的基础来源；通过智能调节照度，创造更好的步行、驾驶条件、防止犯罪；创造美好城市景观，体现园区的个性与风格。

   智能照明案例如下：

   思科和飞利浦的合作，结合照明与网络技术实现智能应用。

   智能照明：根据场所进行灯光的自动控制，实现节能和景观功能（广场、通勤主干道、休闲场所等）；根据人群活动情况自动调节亮度；为紧急事件提供相应的报警灯光；能够根据统计数据和输入的数据进行自我学习；运用LED或其他自适应灯光减少光污染、节约能源。

   智能灯柱：点阵式电子屏幕显示街道名称、交通信息等；交互式液晶屏幕显示地图、新闻、重要活动信息、商业广告等；结合传感器、电子眼、wi-fi发射器、天线等设施；可设置一些诸如垃圾桶等辅助市政设施。

   图10  智能照明在青龙湖的应用示例

4.5  智能交通

      基于IP的城市服务平台，智能交通科全面管理流量并集成多个交通模式。解决方案将工作地点、住宅大楼、旅行服务提供商、航空公司和酒店集成到单一平台上，提供无缝的交通出行体验，从而提高出行效率，实现可持续发展。功能与效果：提高通勤期间的生产力；提高可持续发展性，减少对环境的影响；优化城市交通和物流；随时随地提供重要的城市服务。

      智能交通系统由智能交通定价、智能工作中心、个人出行助理、互联巴士四个子系统组成。思科互联城市的智能交通体系（如图11）。

图11  思科互联城市的智能交通体系

4.5.1  智能交通定价  

      智能交通定价以鼓励出行模式由私家车向公共交通工具和清洁交通工具转变为目标。具体策略有：利用GPS实行按里程付费；可容易扩张的交通基础设施；增加适用性以调高经济效益和整合付款服务；减轻对市容市貌的破坏；分阶段实施。

      智能交通定价的主要特色如下：按里程付费：驾驭时间和驾驭距离、时间区段；执法力量灵活：自动车牌识别系统、移动执法力量；Mobility  Account；整合付费系统（拥堵费、停车费、公共交通费等）；一日票：给不经常开车的司机的另一选择、多种支付方式。

  智能交通定价已在韩国首尔实施取得了一定的成效，在交通方面，平均车行速度提高了5.24%；行驶公里数下降13.4%；环境方面，CO2下降16%；PM10下降17%。

4.5.2个人出行助理（PTA）

    个人出行助理(PTA)以为市民出行提供基于时间/经济/环境考量的最优出行计划、减少时间浪费、提高出行效率为目标。通过以下策略实现：转变城市交通流动性改变交通模式；个人出行助理（PTA）将城市服务和信息模式向以市民为中心并整合决策支持模式转变；与区域发展计划关联；扩大服务网络；整合公共和私人交通需求信息；提升高速无线网络的覆盖率。

   主要特色：出行规划：出行前、出行中、出行后管理基于档案进行智能出行者推荐；日程表/预定：基于个人工作和旅行需求的日程表和预定；路程动态提示：采用地理空间可视化技术来监测和回应道路、目的地变化；市民参与：整合参与意识和相互交往的空间，基于内容进行协调和交流；方案计量器：时间、经济、碳排放量为考量进行方案设计、基于档案中的喜好之前设置进行方案设计；安全与急救；实时安全预警和远程诊断。

4.5.3  互联巴士

   提高市民出行体验；通过实时巴士信息和差别服务提供更多的巴士公共交通；连接其他交通方式服务方式和信息，实现出行无缝对接。通过提供以下服务来提升市民巴士出行体验：优化道路信息、优化交通预测、提供更多、更方便的专业信息服务频道和设备。可通过智能司机助手和协调员，来优化巴士运行和实时信息的收集，提高维护计划和维护系统效率来提升互联交通运行。

    主要特色：

      （1）加强BIS/BMS（公共信息系统）：采用实时出行仿真工具，包括地铁路线模拟（与PTA连接）；通过信息传输平台为市民提供必要的信息（如地点、空位、预计时间长度）；司机协调工具（IP视频、无线网络、IP通讯等）；采用巴士地点和状态实时监控工具。

      （2）互联巴士站：触屏显示屏、电话亭、城市新闻、无线网络连接。

      （3）互联巴士：置于前座的触屏操作板；目的地和交通路线信息显示；高端巴士提供无线网络连接和办公室。

4.6  智能建筑

   智能建筑通过智能化咨询、智能系统建设服务、弱电系统托管运营、并结合网络技术实现建筑节能和建筑维护费用的降低。具有以下功能：随时随地提供重要的城市服务性工作场所变得更高效、更有生产力、运营成本降低；集中控制功能更利于管理；环境方面具有可持续发展性。

   该系统由四个子系统组成：网络商用楼宇系统、网络工作场所系统、网络酒店系统、网络公共场所系统。各系统实现功能如图12所示。

   加拿大多伦多普华永道大厦使用的是思科IP网络系统，（如图13）。

图12  智能建筑子系统实现功能

  图13  加拿大多伦多普华永道大厦使用的是思科IP网络系统

4.7智能工作和学校中心

 该项目的建设目标是在本区域设计、逐步建设网络化的智能工作站和学校中心，应用云端存储、网络教育内容、无边界网络系统，与北京其他地区乃至国际的智能工作站实现结盟联营，支持不受时间限制的高效智能工作、学习能力，形成青龙湖全区的高端知识经济要素、国际创新人才集聚的氛围。该中心由五个系统组成：

       （1）学习中心：通过智能工作站的网络基础设施共享，满足对教育资源的多样化需求。协助区域内的各大院校，如中央名族大学、人大附中分校，把智能工作中心与教育的基础设施相结合，实现远程的网络教育（如大规模开放在线教程MOOC:Massive  Open Online  Course，Coursera、Udacity、edX三大课程提供商兴起，提供顶尖大学免费网上课程，针对高等教育独立的学习和管理系统）和教育信息的共享。主要功能：讨论室、学习室共享；网络教育资源的共享；远程教学；课外实践。

       （2）社交平台：利用智能工作中心，实现特定人群的社交需求，如线上发布集会信息，线下在工作站会合等。还可以在APP上加入社交圈子的应用。

       （3）信息发布平台：通过APP在社区内注册信息，发布自己的需求，然后找到相应的人，实现线下会面、协作。

       （4）无边界网络系统：通过漫游技术和云技术使得智能工作站得以延展到公共空间，支持实时办公。

       （5）统一的信息存储系统：基于云技术建立统一的存储系统，实现分层分级的管理功能，让用户随时随地自由管理存储的东西。

4.7.1智能工作中心案例

   智能工作中心阿姆斯特丹案例介绍如图14所示

图14  智能工作中心案例——阿姆斯特丹

4.7.2 智能学习案例：可汗学院

   可汗学院由萨尔曼·可汗创建于2009年，是一个基于云技术的非营利教育机构，被比尔·盖茨誉为“教育的未来”。该学院以加快不同年级学生的学习步伐为使命，通过网络提供一系列免费教材。

   教学特点：在Youtude载有超过4,200段视频课件，每个课件说明一个知识点，大约十多分钟；从小学教学到法国艺术、西方哲学史，课件内容涵盖从学校到人生的全部学习生涯；课程每天都在增加且全部免费。

4.8  智能医疗

 挂靠北京数字医疗试点医院，智能医疗在中国已经有了初步的应用，实现在医保账户的整合。主要内容如下：

        （1）在线医疗：私人在线全科医生、与北京城区共享医疗资源的在线专家医疗服务、预约门诊。

        （2）生命体征在线监测系统：基于大数据的健康诊断、及时的预警、及时的干预、抢救。

         （3）在线诊疗的处方药物配送。

智能医疗可帮助社群实现下列目标：更有效地响应病人需求、扩大预防保健计划、提高社群的整体健康水平。

   健康之星是一项智能医疗案例，图15显示的是其一站式健康服务项目。

图15  健康之星一站式健康服务项目

4.9 智能商圈

   通过智慧商业联营系统、电子钱包系统、区域电子购物系统、物流配送系统、交通服务系统等多项服务，智能商圈可提高区域内商业的服务能力。智能商圈具有以下五个核心系统：智慧商业联营系统；电子钱包系统（与市民卡功能结合，区域内购物、交通、泊车、娱乐消费的统一支付与优惠平台）；区域电子购物系统（在区域内电子购物，享受当天配送服务）；物流配送系统；交通服务系统（为消费者提供商家承担费用的绿色交通）。

         智能商圈应用案例：

 （1）电子钱包—Square：是美国一家移动支付公司。Square用户利用Square提供的移动读卡器，配合智能手机使用，可以在任何3G或Wi-Fi 网络状态下，通过应用程序的匹配实现刷卡消费、付款和收款，并保存相应的消费信息。

（2）电子打车应用—Hailo：可实时找到附近出租车和相距里程；提前确认目的地，得到司机信息；选择现金或信用卡支付，无额外费用。

5  结论

     城市化进程的加快使城市被赋予了前所未有的经济、政治和技术的权利，城市被无可避免地推到了世界舞台的中心，发挥着主导作用。与此同时，城市也面临着环境污染、交通堵塞、能源紧缺、住房不足、失业、疾病等方面的挑战。在新换环境下，如何解决城市发展所带来的诸多问题，实现可持续发展成为城市规划建设的重要命题。在此背景下，“智慧城市”成为解决城市问题的一条可行道路，也是未来城市发展的趋势。

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