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物聯網技術如何讓智慧城市更美好?

2022-04-02 11:23:43 燈桿智慧說 作者:顧永海 點擊量:8773
  【智慧城市網 智慧城市】智慧城市不僅僅是一個概念或未來的夢想。智慧城市正在我們身邊發生。得益于極具創新性的云服務、物聯網 (IoT) 技術和智能傳感器等產品的大量研發,很多智慧城市解決方案已經比較成熟,并得到廣泛的實施應用。近年來基于路燈桿開發的城市物聯網和云計算相結合的智慧城市解決方案即是一個很好的例子。
 
  基于路燈城市物聯網,又稱智慧路燈物聯網,因具有泛在性和實用性,在我國的智慧城市建設中逐步得到各級政府的認同和發展。全國各級政府正在利用路燈桿、5G網絡和低功率廣域 (LPWAN) 無線技術相結合構建智慧路燈物聯網,提升社會治理能力、公共服務水平、提高人們工作效率、便利性和生活質量。
 
  基于本人多年的技術工作經驗和頗長的國外生活體驗與觀察,在此和大家分享一下對智慧城市的理解和有關建設運營方面問題的思考,供大家參考和指正。
 
  1.什么是智慧城市?
 
  智慧城市是一個框架,主要由信息通信技術 (ICT)和云數據處理技術組成,用于開發、部署和促進可持續發展的數字城市經濟,以應對日益嚴峻的城市化挑戰。
 
  智慧城市是“雙碳”目標實現的重要抓手。十四五”開啟中國綠色發展新篇章,“綠色化”與“數字化”“智能化”的協同成為了“十四五”期間的重點發展方向,新型智慧城市建設成為“碳達峰、碳中和”目標實現的重要舉措。智慧路燈一方面通過合桿、合管、合網、合電、合系統進行集約化設計、施工從減的角度降低綜合投入,從而達到降低碳排放;另一方面運用新一代物聯網、人工智能、云計算等新技術全面支撐城市的動態發展,在原有設施的基礎上進行軟件系統升級、擴容從而做到增加應用、不加能耗實現碳中和 的達成、推動經濟社會的系統性變革,為生態文明建設注入強大動力。
 
  在物聯網的幫助下,社區可以改善能源分配、優化城市道路照明、簡化垃圾收集、減少交通擁堵并改善空氣質量。人們可以使用智能手機、聯網汽車、智能家居等各種方式參與智慧城市生態系統。將設備和數據與城市的物理基礎設施和服務相配合,從而降低生活成本并提高城市發展的可持續性。
 
  例如:
 
  通過智慧路燈物聯網,路燈對城市道路照明優化,根據時間和天氣自動調節照明時間和亮度,在滿足道路照明要求的情況下達到最小化的用電量消耗。
 
  通過智慧路燈物聯網,市政部門可在燈桿上靈活掛載各種智能傳感設備采集城市運行數據(環境、安防、車流等)或發布市政信息(廣播及視頻宣傳等)。
 
  交通部門通過智慧交通系統接收來自傳感器和汽車的數據,調節交通燈的信號切換時間,實現智慧交通管理,減少道路擁堵,提升交通安全。
 
  聯網汽車可以與停車計時器和電動汽車 (EV) 充電座進行通信,并將駕駛員引導至最近的可用地點。
 
  智能垃圾桶會自動將數據發送給城管,并根據需要及時安排收取時間,而不是僅靠預先計劃的時間表。
 
  人們的智能手機已經成為移動駕駛執照和帶有數字憑證的身份證,從而加快并簡化了對城市和當地政府服務的訪問;在抗疫期間,政府防疫部門通過手機采集的個人數據追蹤感染人員和可疑密接人員,及時隔離病源,這成為我國城市抗疫的最重要也是最有效的措施之一。
 
  這些智慧城市技術共同提升和優化了基礎設施、公共服務和公用事業水平。
 
  2.為什么我們需要智慧城市?
 
  城市化是一個永無止境的現象。如今,全球 54% 的人居住在城市,預計到 2050 年這一比例將達到 66%。隨著總體人口增長,城市化將在未來 30 年內全球范圍將新增 25 億人口。環境、社會和經濟的可持續性必須要跟上這種對我們城市資源消耗的快速擴張的步伐。
 
  2015 年 9 月,全球有193 個國家在聯合國就可持續發展目標 (SDG) 議程達成一致。解決全球氣候變暖問題已成為國際政治的最重要問題之一。要解決好這個問題,各國人民和地方政府需要有可快速實施的環保手段,而智慧城市技術對于成功實現這些目標至關重要。
 
  3.物聯網技術如何讓城市更智能、更美好?
 
  安全的無線連接和物聯網技術正在將城市生活的傳統元素(如路燈)轉變為具有擴展功能的智慧路燈平臺。范圍可能包括集成太陽能并連接到基于云的集中控制系統,以及與該系統相連接的其他生態系統資產。智慧路燈解決方案已經遠遠超出了簡單的照明需求。
 
  例如,LED大屏會提醒通勤者注意塞車等交通問題,提供惡劣天氣警告,或在發生事故災害時及時提供提醒和引導。路燈桿上的監控攝像頭可以監測停車場和停車位,并通過信息屏和移動應用程序提醒和引導司機迅速地找到空停車位,有些桿還安裝有充電樁,可以給電動汽車充電。
 
  但是這一切是如何集成在一起的呢?是什么讓智慧城市獲得成功?除了人、住宅、商業和傳統的城市基礎設施,智慧城市需要四個基本要素:
 
  •無處不在的有線、無線智能設備及傳感器的連接
  •開放、安全、有序的城市數據共享
  •可以信賴的數據訪問安全性
  •靈活的商業模式和可持續發展的數字經濟
 
  任何智慧城市應用程序的第一個組成部分是可靠、普遍的無線連接。雖然沒有萬能的無線系統,但不斷發展的低功耗廣域網 (LPWAN) 技術因其成本效率和普遍性而非常適合大多數智慧城市應用。這些技術包括 LTE Cat M、NB-IoT、LoRa、藍牙和其他一些有助于構建互聯城市的技術。5G技術的出現,作為主流無線技術進一步推動智慧城市發展,成為加速智慧城市新部署的分水嶺事件。
 
  從歷史上看,政府、企業和個人都將他們的數據放在各自的口袋內,盡可能少地與他人共享。如今,開放數據正在重新定義數字城市。隱私問題和對安全漏洞的恐懼遠遠超過了共享信息的感知價值。然而,可持續發展智慧城市的一個關鍵推動因素,是復雜生態系統中的所有參與者可以共享信息,并將其與實時分析的上下文數據相結合,從而實現實時或及時的智能決策。多個部門必須合作,通過分析部門特定信息技術(IT)和運營技術 (OT) 系統之間實時共享的上下文信息來實現更好、可持續的應用成果。數據管理(以及對這些信息的訪問)是數字城市的支柱,是智慧城市的經濟價值核心。
 
  4.智慧城市的例子
 
  △紐約市智慧城市
 
  紐約市交通部的 Midtown in Motion 是一個擁堵管理系統,可將 Midtown 大道的出行時間縮短 10%。來自紐約市市長辦公室首席技術官的 NYCx 挑戰倡議邀請企業家、技術專家和技術專業人士參加公開競賽,并提出解決實際城市需求的大膽想法,例如污染、收入不平等和交通(站點關閉)。
 
  LinkNYC提供免費的超高速 Wi-Fi、電話、設備充電和用于訪問城市服務、地圖和方向的平板電腦。這是一個獨特的通信網絡,取代了布朗克斯、布魯克林、曼哈頓、皇后區和史泰登島的公用電話。
 
  Cyber NYC是紐約市主導網絡安全的戰略投資。它旨在發展紐約市的網絡安全勞動力,幫助公司推動創新并建立網絡和社區空間。
 
  MyNYCHA 移動應用程序和門戶網站允許公共住房居民在線管理服務。它涉及紐約市的 300 多個公共開發項目。MyNYCHA 于 2015 年推出,是一項免費服務,將維修過程交到居民手中。居民可以在線提交、安排和管理工作票。他們還可以訂閱開發中斷警報、查看檢查預約并支付租金。
 
  紐約市的自動水表:自動抄表系統由連接到各個水表的小型設備組成。他們將每日讀數發送到計算機計費系統。
 
  My DEP Account 讓紐約人可以在家中追蹤消費情況。該系統消除了水表讀取器訪問場所的需要。它使環境保護部能夠更密切地監控全市用水量,更有效地管理城市的供水系統。
 
  紐約的數據報告——Open Data for All——提供了由當地各機構發布的免費公共數據。該工具為人們打開數據并且得以在他們的社區中發揮作用——包括教育工作者、學生、藝術家、建筑商、小企業主、倡導者、記者、社區委員會成員。這也意味著為紐約市更安全、更清潔、更公平的 300,000 名工人提供開放數據。
 
  △阿姆斯特丹智慧城市
 
  阿姆斯特丹是一個鏈接良好的智慧城市的光輝典范,它通過打開數據保險庫獲得回報。智慧城市計劃始于 2009 年,包括 170 多個項目。它還與開發人員等感興趣的各方共享交通和運輸數據,然后開發人員創建鏈接到城市交通系統的地圖應用程序。
 
  現在,在城市中導航對所有人來說都是輕而易舉的事。還有更多,該市建造了稱為“機器人船”的自動送貨船,以保持貨物及時運輸。它還支持了一個漂浮房屋村莊項目,以可持續的節能替代方案解決城市的過度擁擠問題,社區內自己生產電力,家庭直接從河流中獲取水,并在他們的水箱中過濾。
 
  如果沒有共享數據,這一切都是不可能的。城市數據可供所有人在線獲取是智慧城市發展成功的核心。
 
  5.智慧城市能否得到保護和信任?
 
  在數字城市中,聯網攝像頭、智能道路系統和公共安全監控系統可以提供額外的保護和緊急支持,以便在需要時幫助市民。但是如何保護智慧城市本身免受漏洞影響呢?我們如何防御黑客攻擊、網絡攻擊和數據盜竊?在多個參與者共享信息的城市中,我們如何相信參與者就是他們所說的那個人?我們如何知道他們報告的數據是真實準確的?
 
  答案在于物理數據保險庫以及強大的身份驗證和管理解決方案。智慧城市只有在我們能夠信任的情況下才能發揮作用。
 
  6.智慧城市解決方案的四個核心安全目標
 
  所有生態系統合作伙伴——政府、企業、軟件供應商、設備制造商、能源供應商和網絡服務供應商都必須盡其所能,整合符合四個核心安全目標的解決方案:
 
  可用性:如果沒有可操作、實時和可靠的數據訪問,智慧城市就無法蓬勃發展。如何收集、提煉和共享信息至關重要,安全解決方案必須避免對可用性產生不利影響。
 
  完整性:智慧城市依賴于可靠和準確的數據。必須采取措施確保數據準確且不受操縱。
 
  機密性:收集、存儲和分析的一些數據將包括有關消費者本身的敏感細節。必須采取措施防止未經授權泄露敏感信息。
 
  問責制:系統的用戶必須對自己的行為負責。他們與敏感系統的交互應被記錄并與特定用戶相關聯,這些日志應該難以偽造并具有可靠的完整性保護。必須將強大的身份驗證和管理解決方案集成到生態系統中,以確保數據僅與授權方共享,以實現這些安全核心目標。
 
  這些解決方案還可以保護后端系統免受入侵和黑客攻擊。當然,最終越來越多的數字安全問題只能通過立法來解決。
 
  7.智慧城市下的經濟模式
 
  在物聯網和智慧城市時代,數據就是新石油。為了使智慧城市蓬勃發展,我們需要建立可持續的商業模式,以促進所有生態系統參與者的成功。智慧城市應用軟件必須融入物聯網解決方案的結構中,以使所有生態系統貢獻者受益;這包括原始設備制造商、開發商、集成商、政府等。每個成員的知識產權都需要得到重視和獎勵。
 
  訂閱軟件功能支持新的商業模式,允許每個貢獻者從他們對生態系統的貢獻中提取價值?;谟嗛喌哪P吞峁┝艘环N將硬件和軟件貨幣化以構建智能基礎設施并分散費用的方法,從而擺脫大量的一次性基建投資支出。例如,MRI 掃描儀等昂貴的醫療設備可以按每次掃描成本出售,而不是作為醫院的一次性預付費用。這為醫院和供應商創造了雙贏的局面。
 
  很快有一天,城市將為車主提供負擔得起的車隊訂閱服務,車主可以從一系列自定義選項中進行選擇。此舉可以從根本上減少交通事故并優化交通模式和拼車。
 
  隨著城市地區的不斷擴大和發展,智慧城市技術正在發展,同時增強可持續性并更好地為人類服務已引起各國重視。通過利用普遍的連接性、開放數據、端到端安全性和軟件貨幣化解決方案,我們可以滿足不斷變化的智慧城市需求,從而為所有生態系統合作伙伴提供顯著改善的體驗。

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