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三大技術奠定智慧城市創新發展

時間:2018-4-8 15:39:00   來源:工控中國   添加人:admin

  目前我國正處在快速的城市化進程中,城市規模不斷擴大,在促進經濟、社會、人文發展和拉動國家整體發展水平上都起到非常重要的作用。然而,隨著城市環保、節能、交通、產業轉型等壓力上的日益增加,亟需新的城市發展模式與管理工具來提升城市發展水平。

  三大技術奠定智慧城市創新發展

  伴隨著信息技術的快速發展與廣泛應用,智慧城市的概念呼之欲出。越來越多的城市在十二五規劃中提出了把建設智慧城市作為轉變發展方式,所以未來智慧城市建設將在我國掀起一輪新的高潮。智慧城市作為信息技術與城市建設的完美結合,涉及技術眾多。文章主要論述了我國智慧城市的技術基礎,并根據我國當前的環境分析了智慧城市應用的局限性與技術瓶頸,從而提出了創新技術才是創建智慧城市的關鍵。

  文化物質的積累、科學技術的進步都是伴隨著城市而逐漸演變的,而城市大發展的動力慢慢變成智慧的成果,就是大眾人民可以不間斷的享受創新技術帶來的服務與產品,目前智慧城市的建設已經得到了國家的重視和各個政府的大力的推動。

  越來越多的智慧城市將呈現在民眾的面前,所謂智慧城市是指根據科學合理的城市發展理念,根據最新一代的信息技術,在泛在互聯網和信息全面感知的基礎上,實現人、物、城市功能系統之間無縫連接與協同聯動的智能自感知、自優化,從而對民生、環保、公共安全、城市功能、商務活動等多種城市需求做出智能的響應,形成具備可持續內生動力的安全、便捷、高校、綠色的城市形態。智慧城市實現的是城市系統的優化升級,使城市各系統根完善、更智能、更協調、更發達,使城市中的人和物更智慧、更和諧,使城市中的人生活更幸福。

  智慧城市三大技術基礎

  智慧城市的建設需要技術創新、民眾意識、政府管理等各方面共同作用,而其中技術創新是建設智慧城市的基石。信息是智慧的核心,因此信息技術是支撐智慧城市的核心技術。

  通信技術廣泛化讓智慧城市擁有了神經系統

  一個人要將看見的、聽見的、觸摸到的各種信息傳遞到大腦,需要有遍布全身的神經系統。對于智慧城市來說,擁有這樣的神經系統,是實現智慧的最根本要求。泛在的通信網絡就像城市的神經系統,只有有了它,信息才有可能通達。

  互聯網技術的普及,讓智慧的能力貼近普通民眾

  在有互聯網技術以前,信息處理只是聚集在少數專用機房里的大型計算機設備的事情,和普通的民眾關系不大。雖然信息可以傳遞,但信息傳遞的范圍有很大限制,遠不能到達城市的末梢。互聯網技術從根本上改變了人類獲取和處理信息的方式,使得任何一個普通民眾都能夠隨意獲取和產生信息,智慧的能力只有真正貼近了普通民眾,智慧的城市才有可能實現。

  嵌入式技術的發展,讓智慧的能力擴展到物

  從技術層面來看,智慧城市是以網絡信息為基礎的城市信息體系,其智慧能力的差別來自于對信息獲取能力的差別,智慧的城市不僅需要更多的人能夠隨時獲取和產生信息,城市里的各項基礎設施也需要能夠進行信息的自動采集、動態監管。從技術角度來看,就是各種各樣的設備需要具備獨立運算和聯網的能力,嵌入式技術的發展使得這些成為可能,因此嵌入式技術是智慧城市的技術基礎之一,它使得智慧的能力從人擴展到物品。

  智慧城市應用局限性

  目前的智慧城市應用大多是一些處理數據采集和數據傳輸的簡單場景,簡單數據采集和數據傳輸模式雖然有一定的領域,但碰到一些復雜的領域就無法應對了。在我們的現實世界中,還有很多復雜的情況,需要不同類型節點協同進行智能計算的應用領域。而且這些簡單的數據采集和數據傳輸只能簡單的局限于對數據的安全性、實時性和可靠性的要求均不高的領域,萬一出現數據被盜用、篡改等情況,也不會造成很嚴重的后果。但對于一些數據錯誤、丟失、延時,將會造成重大損失的領域,如:醫療手術控制、火車交通控制、大型機械設備運轉控制等,由于拘束的限制,這樣的領域物聯網都還沒有觸及。

  目前智慧城市典型應用中,設備一般在較為適宜的環境下工作,而現實環境中則會有相當一部分的應用要求設備工作在相當惡劣的環境下進行操作,甚至有些特殊行業的設備可能面臨極端高溫和低溫、瞬間溫度劇變等極端惡劣環境,而目前我們的傳感器技術尚無法達到這點。我國目前智慧城市應用已初見規模,但是最多也不過數千個節點共同工作,還遠遠沒有達到數萬、數十萬、數百萬海量節點規模,伴隨著節點規模的增加,節點、網絡的接入能力和數據處理能力要求將呈指數級增加,故對節點組網速度、節點管理、協議高效性、數據并發等技術特點提出了全新的要求。

  智慧城市技術瓶頸

  以上分析的智慧城市應用存在的局限性,很大程度上都是由于技術瓶頸所引起的。解決技術瓶頸、才能打破局限,擴展需求,將使智慧城市具有更加廣闊的發展空間。目前我們主要存在四方面的技術瓶頸。

  其一,傳感器技術瓶頸。如何推出更小、更強、更便宜的傳感器。智慧城市發展首要是大量布置各種傳感器,使這些傳感器與物品緊密地結合在一起,成為物品的一部分,因此傳感器不僅要微型化,而且這樣微型化的節點不但要擁有相當的處理能力,還需要能耗低,然而這樣小型高性能的傳感器目前只能用于尖端的領域,尚無法大規模應用。

  其二,通信網絡技術瓶頸。如何做到既大容量又高性能。智慧城市中很多的應用都將是無人干預的自動操作,其與人的通信行為有很大的不同。從規模上來看,可能要面對上千萬、乃至上億的海量節點,規模將遠超過原有的通信規模。

  其三,平臺處理技術的瓶頸。如何做好海量感知信息的處理和管理。如何及時處理海量感知信息,是智慧城市發展面臨的另一個技術瓶頸,隨著智慧城市建設的深化,需要綜合運用云計算等技術推進平臺處理技術不斷發展,解決海量數據的存儲、歸類、處理、檢索需求才能打破這種局限。

  其四,安全性技術瓶頸。如何應對更為復雜的物聯網安全問題。目前階段,信息的安全問題其實并未引起足夠的重視,其實安全問題是智慧城市發展中要解決的關鍵問題之一,它將直接決定智慧城市的發展前景。

  大力推動感知技術的發展

  智慧城市首先需要通過感知世界來獲取信息,感知技術的發展是智慧城市發展的前提,感知技術其實包含了兩種不同的技術:傳感器和無線傳感網。感知技術需要不斷向著高性能、低能耗、微型化、低成本方向發展,才能為實現各種智慧城市應用提供豐富的想象空間,擴大智慧城市應用的范圍。傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。

  無線傳感網(WSN)是由部署在一定區域內的大量傳感器節點組成的,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網絡系統。其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息,并發送給觀察者。無線傳感網核心技術主要集中于網絡拓撲控制技術、多跳可靠數據交互技術、信道資源調度技術、物理層技術、協同計算與處理技術、分布式信息感知技術等。無線傳感網以其智能化、低功耗、自組織的特性提供了全新的智能化通信、控制手段,是目前大范圍、低成本獲得傳感信息最有效的解決辦法。其中無線傳感網關鍵技術包括:射頻識別技術(RFID)、IEEE802.15.4、Zigbee/ZigbeePro技術、Z-Wave技術、Wireless-HART技術、藍牙技術、NFC技術。

  推動網絡能力增強

  在當前智慧城市的初級階段,物聯網應用數量尚不大的情況下,現有網絡基本可以滿足物智慧城市的通信要求,但各種問題已經開始逐步顯現;隨著智慧城市發展的深化,物聯網業務數量擴大,網絡必將產生巨大壓力,甚至也可能進一步影響到現有的人與人的正常通信。因此需要對通信網絡的適應性進行研究,在現有網絡的基礎上,研究和開發適應和滿足智慧城市通信特征的網絡能力改進,以及與之相適應的通信網絡運維體系,主要的研究內容包括以下幾個方面:網絡層業務特性管理、網絡資源分配機制、網絡性能優化機制、靈活的QoS體系、靈活的網絡安全能力、移動性管理機制。其中IPv6技術與云計算機技術就是其中的主要技術,IPv6是InternetProtocolVersion6的縮寫,它是IETF(InternetEngineeri-ngTaskForce,互聯網工程任務組)設計的用于替代現行版本IP協議IPv4的下一代IP協議。

  它具有更大的地址空間,IPv6中IP地址的長度為128位,并加入了對地址自動配置的支持;IPv6的地址分配遵循聚類的原則,對IP包結構進行了簡化,提升了路由轉發效率;增強了對組播及流控的支持,增加了對網絡層的數據加密,并對IP報文進行校驗,增強了網絡的安全性;可以較好地滿足物聯網海量節點、高安全性等應用特點的需求,是物聯網網絡技術的發展方向。云計算將網絡上分布的計算、存儲、服務構件、網絡軟件等資源集中起來,基于資源虛擬化的方式,為用戶提供方便快捷的服務,它可以實現計算與存儲的分布式與并行處理。云計算的主要特征主要有這幾個方面:以高度可擴展的彈性方式交付服務;利用因特網技術和方法來開發和交付服務;資源虛擬化及資源的自動管理與配置;可實現海量數據的分布式并行處理;低成本并對用戶透明。

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