当物联网技术遇上智慧城市,你猜会发生什么

时间:2018-3-6 14:48:00 来源: 添加人:admin

  智慧城市在过去的2017年发展飞速,随着科学技术水平的不断提高,智能信息化,是运用物联网、大数据、云计算等技术采用智能化等技术的快速发展,为基于物联网的智慧城市建设奠定了厚实的基础。本文将重点阐述物联网技术在智慧城市的应用。

  智慧城市,从字面上的理解即是,更聪明的城市;从其特征上理解是,能够多方面协调城市运行,全面感知城市动态,使城市运行做到随需应变,在物流、教育、医疗、安全、政府服务、交通、能源、政府服务、居民生活等各社会服务全面实现智慧化。为实现愿景,物联网、云计算、移动技术、通讯技术、新能源等技术必不可少。基于物联网的智慧城市建设,利用高新技术手段搞好城市治理,是提高政府的整体快速反应能力,提升城市建设与管理的现代化水平和社会经济效益的必要手段。

  一、物联网与智慧城市特征

  首先让我们看看物联网技术与智慧城市的特征:

  物联网技术特征

  互联性:物联网技术的核心和基础仍是互联网,其主要是通过各类有线及无线设备与互联网相融合,将事物信息及时准确地反映出去,物联网上的传感设备可将信息定时传输,由于所要传输的信息量极大,出现了海量信息,因此在传输过程中,为了保证数据具备正确性与及时性,物联网需要适应各种类型的网络及协议。

  智能化:与其他一些系统相比,物联网不但具备信息收集的功能,其还具备极强的信息处理功能,可对物体进行有效的智能管理,物联网通过一些设备与传感器相连接,利用云计算、智能识别等各种先进反馈自动化技术可大范围实现对事物的智能化管控。

  通信及识别:一般来说,在物联网上需要安装海量的各类型传感器,单个的传感器均是一个信息源,各种类型的传感器所接受到的信息在格式及内容上是不同的,因此物联网必须具备极强的识别功能,另外物联网作为一个集信息收集、处理为一体的综合系统,其必定需要一个完善的通信系统。

  智慧城市特征

  传递可靠:在实现全面的互联之后以形成可靠的传递也是智慧城市发展的基础特征之一,并且这使得各种信息的采集及控制能做到可靠传递。要做到可靠的信息传递,物联网的互联性必不可少,试想一下,在物联网的帮助下,各类传感器就像一个忠实卖力的跑堂,使得整个城市的各类公开信息都能唾手可得。

  高度智能:更具深度及更具职能的信息管控能力是智慧城市的又一基础特征,对收集系统收集到的各类信息进行快速、准确、有效的处理,并做出智能控制管理。物联网的信息收集的功能,和极强的信息处理功能,可对物体进行有效的智能管理。

  系统感知:更加全面更加系统的感知是智慧城市发展的基础也是其基本特性,以使得城市中需求感知的人和物可实现相互感知,且可随时获得所需求的各种信息及数据。物联网通过一些设备与传感器相连接,可保证智慧城市内的一切动态被实时感知协调。

  物联网与智慧城市特征的高度重合,证明了智慧城市是物联网集中应用的平台,也是物联网技术综合应用的典范,是由N个物联网功能单元组合而成的更大的示范工程,承载和包含着几乎所有的物联网、云计算等相关技术。通过传感技术,实现对城市管理各方面能源生产、运输、转换及消耗的监测和全面感知。实时智能识别、立体感知城市能源各方面情况。

  二、智慧城市物联网主要技术路线

  传感网络设备及协议

  (1)物联网无线节点硬件设计:无线节点硬件包括:微处理器模块、无线通信模块和电源模块。微处理器模块主要用于运行网络协议及对射频芯片等外围器件进行控制;无线通信模块主要为各节点提供无线通信的能力,实现数字信号与无线电信号的转换;电源模块主要用于为整个系统提供和管理能源。

  (2)物联网无线节点软件设计:无线节点的软件结构为基于TinyOS操作系统的层次结构,主要分为协议栈部分和硬件抽象层。无线网络节点使用了CC2420射频芯片实现了节点间的无线通信,同时由于射频芯片是无线网络节点中最耗能的部分,所以它的驱动程序设计的好坏不仅直接关系到整个无线网络节点通信能力的好坏,而且还会关系到节点生命周期的长短。在传感节点EEPROM所存储的数据中,最主要所占空间也最大的是路由表和邻居表。路由表主要保存目标地址以及对应的下一跳地址等信息,邻居表中主要保存64位扩展地址、网络地址、链路质量(LQI)和相互间关系等信息。基础数据的采集通过无线传感器节点把监测点的物理量信号转化为数字信号,它是通过各种传感器与微控制器来实现的。

  多协议融合网关软硬件设计

  (1)融合网关软件设计:各集成系统的软件设计以嵌入式Linux操作系统平台,采取模块化编程,将需要实现的以太网或现场总线协议,按照其功能进行划分为不同模块。系统选择使用共享内存方式在各个进程间传递配置表信息和需要共享的数据。最底层为硬件设备,即多总线融合的通讯网关硬件,再往上为内核空间,内核空间通过驱动程序控制网关各功能部件。在此基础上,驱动程序就可以方便地规范控制系统的各路接口。在内核驱动程序的上层是设备文件,Linux通过设备文件管理各个驱动及硬件,通常一种实际硬件设备对应一个设备文件。设备文件统一由Linux的虚拟文件系统管理,通过Linux的系统调用接口与用户空间程序进行交互。内核空间之上就是用户空间,用户空间中底层主要是TCP/IP协议栈和其它各种通信协议程序。这些协议程序既可以是RS485的高层协议(Modbus、Profibus等)、CAN的应用层协议(Canopen、Devicenet)和基于以太网的各种高层协议,也可以是基于RS232、RS485、CAN和以太网的用户自定义协议程序。各种协议程序都对应一块共享内存,通过各共享内存被用户应用程序接口函数统一管理。最上层就是用户应用程序,用户应用程序通过API函数管理各协议程序,数据处理模块主要进行将网关从无线传感网络和以太网获取的数据包进行提取有效负载和重新封装等相关处理。在数据处理部分需要同时处理上行数据(data和event)和下行数据(command),因此在数据处理部分,我们采用多线程的方式进行实现,这样可同时对上行数据和下行数据进行处理。

  (2)融合网关硬件设计:多协议融合网关作为无线传感网络与有线以太网数据传输的纽带,主要用于收集无线传感网络数据,并支持各种主流现场总线,对这些数据进行加工处理,并通过TCP/IP协议转发到以太网中。由于网关需要处理大量的数据,同时还需要支持USB通信和TCP/IP协议,所以相对于物联网无线传感节点,它需要的CPU处理能力更强,内存空间更大。采用ARM架构的嵌入式硬件平台,针对网关设备的应用需求,它需要有中央处理器模块、存储器模块,并且还需要为网络通信提供网络接口,以及为系统各种监控现场总线提供UART串口、USB等接口。

  三、物联网技术在智慧城市中的应用

  物联网在智慧城市发展中的应用关系各方各面,从市政管理智能化、农业园林智能化、医疗智能化、楼宇智能化、交通智能化到旅游智能化及其他应用智能化等方面,均可应用物联网技术,以下对其应用做详细的阐述。

  城市管理智能化

  通过物联网,可实现城市信息资源全面整合及业务协同,实现城管系统中的人与物、物与物之间的相互感知、互联互通,不断提高管理效率及效果。通过智能化的手段,增强城管智能部门与人之间的沟通联系,使城管服务更加方便快捷,更具人性化。

  基于物联网系统,可实现城市管理智能化以下几点:

  (1)建构城市物联网公共服务体系。构建具备开放式、共享式的政府电子物联网体系,建设可完成多行业、多角度的数据协同、共享,为个人、企业及政府提供详细的城市运作及商业服务的物联网公共信息服务体系。

  (2)建构物联网公共设施监控。首先对城市的公共重要设施进行系统标示,以达到对城市公共设施的精确监控及全程跟踪,确保城市公共安全,最终完成政府的数字化管理。

  (3)物联网食品跟踪。对一些重要食品物资进行标示,就可实现对食品物资的全程溯源及追踪。

  (4)另外市政管理还包括城市应急体系、城市地图导航及城市环境管控等。

  农田园林智能化

  (1)提高精细农业发展。将对应的传感器安装在农田、园林及目标地点,各节点单位就可实施准确收集到大量关于农田、园林内温度、湿度、采光及气体浓度等信息,以精确把握土壤湿度、压实程度、PH值及各类肥料种植情况等信息,这样将使得农业生产数字化、标准化、网络化水平得到不断提高。

  (2)园林信息管理。利用成本低、功耗低的无线传感网络对造林营林、林地征集、林木采集、城市绿化等方面的动态管控,以达到园林资源优化管理,以促进园林绿化的现代化及信息化,最终增强园林绿化的社会效益、经济效益及生态环境效益。

  医疗智能化

  (1)电子巡检。在病人身体病患部位通过一定的手段植入传感器,并构建好医院的传感器网络,医生就可对病人病患动态实现实时监控。

  (2)建立医院资源共享体系。为了充分对医院及病人的各种资源进行优化利用及处理好医院各种纠纷问题。

  (3)药品溯源。在药品生产时,对药品进行准确标示,完成管理透明化,增强药品安全,为防伪打假提供有效的依据。

  楼宇智能化

  1)在楼宇的建设过程中安装智能化的楼宇管理技术,在物联网的配合下,将使居民能够方便的实现对远程物品的管理和控制。

  2)大型公共监控系统的建立。在城市中各种公共建筑物较多并且拥有较多的设备和设施,所以必须建立紧急的监控系统,能够在突发事情发生时在物联网的协助下快速解决该问题。

  3)采用智能化的水、煤及电表。在各种设施的表内建立RFID芯片,可以通过表将这些数据采集到数据处理器中,再经过3G网络将信息传送到后台系统,实现自动抄表的功能。

  4)借助智能测量技术及自动控制技术,多方面监控楼宇建筑能耗需求,实现建筑能源供应自动化。

  5)异常设备的处理。在该问题的处理过程中使用无线的传感器和局域网技术,对空调、灯等实现远程监控。通过探测器采集监控区域的特定信息,设备主要包括:摄像机、烟感、红外、震动等各种报警探测器,将探测器数据和控制信息利用Internet网络的广域连接能力,实现远程的数据传输。通过产品上部署的智能分析处理模块,针对单一探测器的报警信息,调用受益人功能模块,对同一区域的其他探测器所采集的信息进行综合分析,实现异常事件的智能判断。

  交通智能化

  在城市建设过程中,使城市交通和轨道交通等各种重要设备智能化,保证实现城市交通工作的全程追踪和管理。这需要做好两方面的工作,一方面政府要将数字化调度管理与城市的资源配置结合在一起,实现优化配置;另一方面,作为交通管理部门要全面提高各种事故的预防和检测能力,使调度监控和处理应急事件的能力全面提升,促使交通事业不断发展和完善。

  通过信息资源的自动整合及智能共享,具有高度的分析与预测能力,实现交通运输的便捷、安全、经济、高效,为智慧城市运营及经济发展提供支撑。以互联网、物联网等信息技术为基础,通过感知化、互联化、智能化的方式,形成以交通信息网络完善、运输装备智能、运输效率和服务水平高为主要特征的现代交通发展新模式。充分利用信息通信技术,通过人、运输装备与交通网络之间的相互感知、智能互动,达到一种完全自动、合理、高效的交通管理服务状态,实现交通运输效率最高、交通资源效益最大化。

  旅游智能化

  所谓旅游智能化指的是在物联网、通信技术、云计算以及各种高性能的数字处理技术在旅游开发、管理和体验方面的应用。在旅游方面运用将能够最大程度的调动资源和信息方面的智能化,同时将该服务以全新的姿态应用到未来的旅游发展,以全面实现该行业的智能化,为旅游产业的创新和结构升级提供强大的动力支持。

  四、基于物联网的智慧城市对策

  建立合理的法律和政策保障体系,使环境得到优化发展。

  示范和规范应用促进物联网的发展。

  物联网技术的创新应用。

  物联网人才的培养。

  五、结语

  基于物联网的智慧城市管理特点在于采用了无线传感器作为数据采集,突破以往单一的视频采集方式,改变了传统城市安防的单一视频监控模式,通过云计算、大数据技术提供异构数据融合和分布式管理,将终端采集数据按需发往监控平台进行及时分析与汇总,使用物联网丰富和及时的监控手段及数据系统的多级管理,智慧城市将实现指挥统一、反应及时、作战有效的目标。物联网的发展不但是信息技术的一大变革,对未来智慧城市的建设及发展也起着难以估量的作用。

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