城市建設(shè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從三層面提升城市管理

      為了實現(xiàn)能源效率較高的環(huán)境友好型城市建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是不可或缺的。這是因為通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以管理城市所產(chǎn)生的海量且多樣的信息。更重要的是，通過對這些信息的匯集、整理與分析，可以培育出促進(jìn)社會進(jìn)步與改善居民生活的新型服務(wù)。

　　一、“生態(tài)”是未來城市建設(shè)的關(guān)鍵字

　　世界城市人口不斷快速增多。根據(jù)聯(lián)合國的預(yù)測，2050年全世界69%的人口，也就是將有63億人將在城市居住。一些新興國家的農(nóng)村人口將不斷外出務(wù)工，走向便于生活與工作的城市地區(qū)。城市作為收納人口的容器，未來的開發(fā)建設(shè)將更多更廣泛。

　　旺盛的城市開發(fā)需求之下，世界各國擁有共同的著眼點，即：將城市建設(shè)的關(guān)鍵字定位為“生態(tài)”。例如，阿聯(lián)酋的阿布扎比推進(jìn)了號稱“零排放城市”的“馬斯達(dá)爾生態(tài)城”建設(shè)，旨在打造一個二氧化碳零排放的生態(tài)城市。我國也將環(huán)境友好城市、生態(tài)城作為新城市開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，計劃將600多個大城市中的100個建設(shè)成生態(tài)城。

　　生態(tài)城應(yīng)運而生的背景之一是全世界實現(xiàn)低碳社會的共同目標(biāo)與愿景。2010年3月召開的世界城市論壇上，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、聯(lián)合國人居署(UN-HABITAT)與世界銀行公布了二氧化碳排放的測量方法。在人口與工業(yè)活動不斷集中的城市地區(qū)，溫室氣體減排已經(jīng)上升到了一個城市重點課題。

　　同時，為了應(yīng)對人口快速增加與城市化，確保城市能源、水資源等生命線至關(guān)重要。為了既能夠控制溫室氣體排放，又能確保人口增加下的生命線，就必須盡可能提高城市的能源使用效率。具體而言，需要摸索城市功能的最佳規(guī)劃、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的升級改造，進(jìn)而通過解決城市問題提升居民的生活質(zhì)量。

　　二、提升城市效率不可缺少物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　不管是新興國家、發(fā)達(dá)國家，為了實現(xiàn)高效率的城市，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將成為不可或缺的要素。世界各地均將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定位為實現(xiàn)城市管理的工具。其中一個例子是美國IBM在馬耳他島開展的示范項目。

　　馬耳他自然資源匱乏，長期以來其能源需求全部依靠進(jìn)口，進(jìn)口石油目前仍是馬耳他用來發(fā)電的唯一能源來源。近年來國際市場石油價格持續(xù)走高，使馬耳他政府面臨巨大挑戰(zhàn)。2009年2月4日，馬耳他公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公共系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)的數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成智能電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達(dá)9100萬美元(約6億元人民幣)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測到潛在問題。IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機會，降低成本，并減少該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。

　　該島上的試點實驗中引進(jìn)了智能電表與客戶信息系統(tǒng)，將這些運用于社會基礎(chǔ)設(shè)施的有效管理。通過構(gòu)建水、電的高效管理方式，控制能源消費的同時，可以產(chǎn)生減少基礎(chǔ)設(shè)施投資財政負(fù)擔(dān)的“實際效益”。從馬耳他島的案例能看出，城市中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮的幾個作用。其中之一是，能源與資源的合理分配。監(jiān)控電力、供水等利用情況，優(yōu)化供給。例如，電力領(lǐng)域，通過智能電表感知使用情況，電力公司和每棟建筑通過最佳控制來設(shè)置太陽能電池或蓄電池供給，整體提升城市的能源效率。第二是可以直接控制需求。感知基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜情況，控制需求進(jìn)行引導(dǎo)。其代表案例是汽車導(dǎo)航與道路收費等機制。為了把握服務(wù)利用情況，有必要感知城市活動，為此需構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)。通過應(yīng)用傳感網(wǎng)絡(luò)采集的信息，能夠以更為動態(tài)的方式管理整個公共服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，從而實現(xiàn)新型服務(wù)，解決城市課題，推出提升生活質(zhì)量的措施。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從三個層面提升城市管理

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(Network Embedded Devices)等傳感器部署于城市各個角落，能夠采集大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。由于這些數(shù)據(jù)具有時間與空間屬性，所以可以將城市現(xiàn)實活動反映到網(wǎng)絡(luò)虛擬空間上，進(jìn)而將這些信息匯集，通過數(shù)據(jù)分析，能夠挖掘新的價值。由此，將所有城市中的現(xiàn)實事物在互聯(lián)網(wǎng)上聚合的概念就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)。概括來說，城市建設(shè)中主要采用五項物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(圖1)。

圖：城市建設(shè)的五項物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 

　　通過傳感器把握能源消費、交通、生產(chǎn)與消費等各種城市活動信息；

　　匯總采集的數(shù)據(jù)；

　　分析匯總的數(shù)據(jù)；

　　將數(shù)據(jù)分析結(jié)果“可視化”并發(fā)送給居民，讓居民的生活更便捷、生活質(zhì)量更高；

　　基于對數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化控制城市的各項活動與基礎(chǔ)設(shè)施。

　　這五項物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市建設(shè)與管理中的應(yīng)用，具體可分為三個層面。即：“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”、“信息加工與增值化”、“培育新服務(wù)、新產(chǎn)業(yè)”。

　　首先是“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。不僅要在上下水道、水電燃?xì)狻⒔煌ǖ瘸鞘谢A(chǔ)設(shè)施中部署傳感器，還要實現(xiàn)各個城市公共運營系統(tǒng)間的互聯(lián)。按照運營系統(tǒng)的相應(yīng)需要進(jìn)行整體的優(yōu)化控制，有效調(diào)整能源供給。

　　其次是將分布于城市各個角落的傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行“信息加工與增值化”。使城市的海量數(shù)據(jù)變?yōu)榕嘤路?wù)的“信息”。為此，需要從采集到的數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步篩選、分析、加工，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果可視化，實時提供給居民或反饋給城市公共運營系統(tǒng)。

　　最后是應(yīng)用分析后的數(shù)據(jù)與信息“培育新服務(wù)、新產(chǎn)業(yè)”。主要面向居民，開發(fā)可以提升居民生活質(zhì)量與便捷性的新服務(wù)，讓加工挖掘后的信息不斷產(chǎn)生附加值。其中，遠(yuǎn)程診療、偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療、老年人護理等領(lǐng)域，都可以說通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用有效提升了居民的生活質(zhì)量。

　　四、利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，城市讓環(huán)境更美好

　　“利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，城市讓環(huán)境更美好”。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度看城市建設(shè)的話，將與傳統(tǒng)城市建設(shè)概念完全不同。規(guī)劃中所需要的不僅僅是新技術(shù)、新設(shè)計、新解決方案，還需要城市活動中公共運營主體——電力、交通等基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)以及各研究機構(gòu)抿棄行業(yè)門檻，緊密協(xié)調(diào)，既要實現(xiàn)軟硬件的兼容，又要實現(xiàn)各種接口的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。從而能夠在城市信息資源充分共享和集成的基礎(chǔ)上，優(yōu)化控制并管理和運營城市資源，開創(chuàng)解決資源約束問題的創(chuàng)新途徑。

　　目前，世界各地都在推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)城市的建設(shè)，這些行動也都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的展示。物聯(lián)網(wǎng)城市也就是環(huán)境友好型城市，可以說在城市開發(fā)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的潛力是無限的。因此，城市建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系將愈發(fā)接近。