《电子技术应用》

智慧城市的应用体系架构研究

来源:微型机与应用2013年第22期 作者:丁革媛1, 李振江2, 郑宏云1
2013/12/26 14:26:40

摘  要: 世界各国都在探索城市发展的新模式,智慧城市是当今世界发达国家在推进产业和城市信息化进程中的前沿理念和探索实践,是对互联网技术、传感器技术、智能信息处理等技术的高度集成。智慧城市的体系结构包括基础设施建设、信息资源开发与利用体系以及智慧应用体系等,其中智慧应用体系与城市的发展以及百姓的生活息息相关,包括智慧交通、智慧医疗、智慧能源、智慧公共管理等。
关键词: 智慧城市;物联网;传感器技术;嵌入式;整合

    在过去的城市发展过程中,由于科技力量的不足,城市的交通、能源、商业、通信、水资源等系统无法实现资源共享、协同运作的目标。随着科技的迅猛发展,借助新一代的物联网、云计算、决策分析优化等信息技术,将城市中的交通系统、能源系统、商业系统、通信系统等构成城市的所有子系统连接在一起,形成城市的网络神经系统,把城市建成为一个基础设施先进、信息网络通畅、城市管理高效、公共服务完备、生态环境优美的智慧城市,在城市的不同部门和系统之间实现信息共享和协同作业,更合理地利用资源,做出最好的城市发展和管理决策,及时预测和应对突发事件,使百姓能够安居乐业,享受智慧城市中的美好生活。
1 智慧城市的定义
 智慧城市是以互联网、物联网、电信网、无线网等网络组合为基础,以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式,是运用信息和通信等手段感知、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,对城市交通、医疗卫生、公共服务、环境监控、工商业活动等各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息网络和通信等技术,实现城市的智慧式管理和运行[1]。
 智慧城市是当今世界发达国家在推进产业和城市信息化进程中的前沿理念和探索实践,是对现有互联网技术、传感器技术、智能信息处理等技术的高度集成,其大规模的应用将成为未来全球新的经济增长点之一。IBM在《智慧的城市在中国》白皮书中,把“智慧城市”定义为这样一个城市:能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应,为人类创造更美好的城市生活[2]。
2 智慧城市的特征
    智慧城市是将人的智慧与计算机物联网技术和信息技术等紧密结合的产物,是城市信息化发展的新阶段,其特征主要体现在以下两个方面:
    (1)智慧的信息共享与交换。通过嵌入在城市各领域的传感系统、自动监测控制系统以及相关的信息系统,能够在城市交通、医疗、教育、能源等领域实现信息与数据的实时收集、交换与共享。并以此为依托构建个人信息、企业信息、交通信息、能源信息和统计信息等城市信息基础数据库,作为城市智慧化运行所需要的数据基础。
    (2)智慧的互联互通。通过城市带宽网络、移动通信网络和无线网络等网络的融合,实现政府、企业、部门以及各领域之间所有活动的开展、沟通、协作等都能及时、有效、畅通无阻,提高工作效率,使城市管理和运行智慧化。
3 智慧城市的体系结构
    综合国内外智慧城市建设的总体情况,智慧城市的体系结构应包括基础设施建设体系、信息资源开发与利用体系以及智慧应用体系等组成部分,其中智慧应用体系是与城市的发展以及百姓的生活息息相关,它包括智慧产业应用体系、智慧民生应用体系、智慧公共服务应用体系和智慧公共管理应用体系等组成部分。在所有的智慧应用体系中,以智慧交通、智慧医疗、智慧能源、智慧贸易、智慧教育、智慧公共管理、智慧公共服务等为最主要的应用。
3.1 智慧交通
    在构成城市的交通、能源、商业、通信、水资源等系统中,交通系统占据着举足轻重的地位。随着社会经济的发展和城市化进程的不断加快,城市人口数量迅速增长,同时随着居民生活水平的不断提高,城市的机动车数量越来越多,造成城市道路交通流量急剧增加,交通阻塞、交通事故、能源消费和环境污染等社会问题日趋恶化,交通阻塞造成的经济损失巨大,这已经成为我国国民经济进一步发展的瓶颈问题。解决交通问题的传统办法是修建道路,但无论哪个国家的城市,尤其是大城市,可以用来修建道路的空间很小。根据建设部的统计显示,我国城市人均道路面积仅为10.6 m2,远远低于国外城市人均道路面积15~20 m2,同时城市的机动车保有量正以15%的高速率增长,而城市道路的增长率则仅为3%左右。另外,由于道路建设资金短缺、技术力量不足等不利因素的存在,便利道路里程的增长速度远远落后于汽车数量的增长速度,交通阻塞问题日趋突出[3]。
    智慧交通系统(简称ITS)是指将先进的传感器技术、信息技术、网络技术、自动控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输管理体系从而形成的一种信息化、智能化、社会化的交通运输综合管理和控制系统。ITS涵盖的内容广泛,其核心思想是将先进的数据传输、定位、传感、电子控制以及其他与信息相关的技术等综合应用于道路交通运输,使现有交通基础设施发挥最大的效能,以较低的造价和较短的时间从整体上提高道路交通系统的效率、安全性和服务质量,降低交通拥塞,节省能源,减轻车辆及其相关设施对环境的污染和危害。随着信息技术、网络技术、自动控制技术、计算机处理技术等的迅速发展,智慧交通系统必将成为全球的重要发展趋势。
    如果建立了智慧交通系统,则可以利用车上装备的红外线或激光设备通过监测车间距等交通运行状况,使行驶的车辆之间保持合适距离,促使车流稳定行进,缩短行车时间和能源消耗,缓解并有效减少交通堵塞。随着交通拥塞情况的改善,可以有效减少车辆因停留在道路上而产生的能源消耗,以及减少因频繁的踩油门与刹车所造成的能源损耗,提高车辆能源的利用率。伴随着车辆的稳定行进,其能源利用率自然会提高,造成的二氧化碳等废气排放量自然减少,因此有效减轻环境污染,形成良性循环[4]。
3.2 智慧医疗
    智慧医疗是指基于互联网、物联网、生物工程、基因科学、环境科学、信息技术以及纳米等新技术,按照医疗标准,整合医疗信息,优化医疗资源,从而实现医疗信息数字化、医疗过程远程化、医疗流程科学化以及医疗物质管理的可视化。它是一项系统工程,主要包括电子病历系统、医疗收费和药品管理系统、临床应用系统、远程医疗系统、临床支持决策系统和公共健康卫生系统等组成部分[5]。
    目前,虽然我国的智慧医疗还处于初级阶段,但在远程医疗方面,国内一些技术比较先进的医院在医疗信息的远程交换与应用方面已经走到了世界的前列,可以在医院内容以及协同运作的医院之间,通过互联网实现病历信息的实时记录、传输与处理,实时共享病人的相关信息,这为实现远程医疗、专家会诊、转院治疗起到很好的支撑作用。在城市人口老龄化不断加剧的今天,远程医疗系统显得尤为重要,它能有效节约社会资源,更高效地服务于大众,提升整个城市的医疗和健康服务水平。
3.3 智慧能源
    能源是能量的来源,在一定条件下可以转换成人类所需的燃料或动力,包括煤、石油、天然气、水能、电能等常规能源以及太阳能、风能、生物质能等新能源。在全球气候变化和能源紧缺的背景下,以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济发展模式已经成为当今世界经济发展的重要方向,智慧能源成为解决能源问题的有效途径。智慧能源结合了先进的物联网技术、云计算技术、通信技术、控制技术等,不断扩大能量来源,提高能源利用效率,对于城市建设具有重要的意义[6]。
3.4 智慧贸易
    智慧贸易是指将嵌入式技术、传感器技术、无线射频识别技术、计算机网络技术、通信技术和信息技术等用于传统贸易中,实现贸易活动更透彻的感知、更全面的互联以及更深入的智能化。通过任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统和流程,以及嵌入式、无线射频识别等技术的使用,可以快速获取和分析市场需求、企业生产情况、产品销售信息等商贸信息,方便采取应对措施,进行长远规划。通过互联网、移动通信等网络,可以将生产厂商、贸易双方以及消费者等分散的信息和数据连接起来,实施信息交互和共享,对商贸活动进行实时监控,使商贸活动处于高效能、低风险、高利润的智慧运行模式[7]。
     电子商务是智慧贸易的重要组成部分,大力倡导企业通过自建网站或第三方电子商务平台,开展网上采购、营销、支付等电子商务活动,鼓励企业利用网络资源积极开发网络市场和电子商务,重点建设为贸易提供服务的各类网络和信息平台,加快推进贸易活动的电子化、智慧化,进一步拓展市场空间,重点发展能够实现集产品展示、信息发布、商品交易、在线支付等业务于一体的综合电子商务企业,实现贸易活动的智慧化。
3.5 智慧教育
    我国目前的教育是典型的应试教育。而应试教育脱离了社会发展的需要,也违背人的发展规律。应试教育的教育模式与考核方法限制了学生的能力培养和发挥,大学毕业后难以适应工作和社会的发展。
    为了创建智慧城市,必须实施全民智慧教育。智慧教育是指依托计算机和教育网,全面深入地利用以物联网、云计算等为代表的新兴信息技术,重点建设教育信息化基础设施,开发和利用教育资源,促进技术创新、知识创新,实现创新成果的共享,提高教育教学质量和效益,全面构建网络化、数字化、个性化、智能化、国际化的现代教育体系,推动教育改革与发展的历史进程。通过有效举措,倡导和鼓励市民终身学习,通过多种形式营造终身学习的良好氛围,树立良好的智慧人文形象,增强智慧城市的文化含量,把争先、创优、创新的精神与智慧城市加以整合,实现全民的智慧教育[8]。
3.6 智慧公共服务

 


    首先,建设面向公众的智慧公共服务系统,包括市民呼叫服务中心、法律服务中心、职工维权保障中心和社会保障卡工程等系统的建设,通过自动语音、电子邮件和人工服务等多种咨询服务方式,为市民开展生产、生活、政策法规、法律纠纷等多种咨询服务。
    此外,还包括建设面向企业及社区的公共服务系统。利用电子技术、信息技术和计算机技术等完善政府官方网站建设,推进网上行政审批及其他公共行政服务,同时,为社区的居民提供工作、日常生活、旅游、医疗等信息的发布和查询。
    智慧城市是目前世界发达国家在推进产业和城市信息化进程中的前沿理念和探索实践,是信息时代城市发展的新模式。它以互联网、物联网、无线网等多种网络组合为基础,以信息、知识为资源,将信息技术、电子技术和自动控制技术用于各领域,通过广泛的信息获取、快速安全的信息传输、科学有效的信息处理,创新城市管理的新模式,提高城市运行效率、公共服务水平的综合竞争力,实现智慧式管理和运行,有效促进城市的发展和繁荣。
参考文献
[1] 袁远明.智慧城市信息系统关键技术研究[D].武汉:武汉大学,2012.
[2] 肖应旭.面向智慧城市的信息服务体系构建与运行模式研究[D].长春:吉林大学,2012.
[3] 张翼英,杨巨成,李晓卉,等.物联网导论[M].北京:水利水电出版社,2012.
[4] 杨涛,孔令波,胡建斌,等.车辆自组网隐私保护研究综述[J].北京:计算机研究与发展,2012,49(S2):178-185.
[5] 吴越.智慧医疗[M].北京:清华大学出版社,2011.
[6] 王毅.智慧能源[M].北京:清华大学出版社,2012.
[7] 杨兴凯,吕成戍.电子政务与电子商务[M].北京:清华大学出版社,2012.
[8] 刘外喜,刘文喜,喻萍,等.基于在线实验室的教学模式的研究[J]. 微型机与应用,2011,30(14):51-53.

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