隨著全球人口的不斷增長(zhǎng)，越來(lái)越多的人口正移居到城市中，為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了大量機(jī)會(huì)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)和現(xiàn)有物質(zhì)資源在為每個(gè)公民提供高質(zhì)量的生活的過(guò)程中將面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。城市化進(jìn)程的加速及越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)能夠支持更好的生活方式，導(dǎo)致了“智慧城市”的出現(xiàn)。雖然我們都覺得科技將成為智能城市發(fā)展基石，但它本身無(wú)法驅(qū)動(dòng)智慧城市的布局。要做到這一點(diǎn)，將取決于政府、企業(yè)界以及市民三者的結(jié)合。他們需要利用現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施投資，需要深思熟慮的政策和廣泛的公眾參與度，這都將是城市環(huán)境轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵——以便實(shí)現(xiàn)持續(xù)的高水平，用以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和提高生產(chǎn)力。根據(jù)IDC的《智慧城市支出指南》報(bào)告指出，2019年，智慧城市的年度財(cái)政支出計(jì)劃將達(dá)到950億美元，到2022年將增至1580億美元，其中包括智能室外照明、視頻監(jiān)控、先進(jìn)公共交通和智能交通管理系統(tǒng)等四個(gè)方面。全球的研究人員和技術(shù)開發(fā)人員正在研究如何最大限度地發(fā)揮智慧城市的作用，同時(shí)有計(jì)劃的將成本控制在最低水平。那么，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方法是盡可能利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造。

智能解決方案：解決城市生活問題

在過(guò)去20年里，城市化進(jìn)程的加速導(dǎo)致了大城市的迅速發(fā)展（人口超過(guò)1000萬(wàn)的城市如北京、廣州和上海）。隨著需求不斷上升，在這些地區(qū)提供能源和水資源供給等問題越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性?？萍伎梢栽跒橘Y源管理提供智能解決方案方面發(fā)揮重要作用。AMI系統(tǒng)結(jié)合了智能電表、傳感器硬件、軟件分析、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理機(jī)制，使公用事業(yè)單位與客戶之間能夠進(jìn)行雙向通信。

遠(yuǎn)程傳感技術(shù)的發(fā)展可以為居住者提供對(duì)水等資源消耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，有助于建立可靠的數(shù)據(jù)模型，這樣公用事業(yè)公司就可以減少資源浪費(fèi)。交通擁擠也是人口高密度城市的另一個(gè)重要問題。為了解決這一問題，中國(guó)政府建立了協(xié)作平臺(tái)，用以宣傳人們對(duì)綠色出行和共享交通的認(rèn)識(shí)，并鼓勵(lì)使用公共交通工具。例如：最近，上海道路上推出智能交通燈和智能交通信號(hào)燈可以更好地管理和控制交通流量。這將依賴于各種響應(yīng)靈敏的傳感器，而不僅僅是簡(jiǎn)單的定時(shí)、計(jì)數(shù)器。

除了為通勤者生成實(shí)時(shí)交通更新信息，隨著時(shí)間的推移，所獲取的數(shù)據(jù)可以與人工智能 （AI）平臺(tái)一起用于預(yù)測(cè)典型的交通模式和優(yōu)化交通流量。智能路燈可以適應(yīng)行人、自行車和車輛的移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)不到位移時(shí)，它可以變暗，當(dāng)需要活動(dòng)時(shí)，它可以變亮。從而節(jié)省能源，降低運(yùn)行成本，延長(zhǎng)照明設(shè)備的使用時(shí)間。

為減少犯罪的產(chǎn)生，進(jìn)而減少犯罪對(duì)社會(huì)的影響，城市監(jiān)控也非常重要。先進(jìn)的數(shù)字影像系統(tǒng)幫助警察從集中控制室觀察整個(gè)城市的情況。將模擬攝像機(jī)替換為IP高清攝像機(jī)帶來(lái)了監(jiān)控領(lǐng)域的重大技術(shù)變革，因?yàn)樗梢赃B接到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，視頻分析和算法（如聲音檢測(cè)和人流控制）的發(fā)展也證明了其巨大的應(yīng)用潛力和價(jià)值。

盡管這里必須指出，雖然所有這些都有明顯的安全好處，但同時(shí)也引起了對(duì)個(gè)人隱私的嚴(yán)重關(guān)切。這在未來(lái)智慧城市運(yùn)營(yíng)的其他方面肯定是一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的問題（因?yàn)楦鞣N不同的數(shù)據(jù)集都被編譯，可能在不同的利益群體之間共享）。

科技的智慧城市智慧城市的“智能化”方面來(lái)自已經(jīng)采用的傳感器、連接性和數(shù)據(jù)分析。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)和人工智能的工作就是將方方面面結(jié)合起來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施相當(dāng)于智能城市的“神經(jīng)元”，作為數(shù)據(jù)獲取和傳輸?shù)臋C(jī)制，并提供一個(gè)平臺(tái)，在此平臺(tái)上可以提供一系列不同的服務(wù)。典型的智能系統(tǒng)是使用多個(gè)傳感器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以便于同時(shí)監(jiān)測(cè)各種狀態(tài)。以前，街燈只用于照明公共區(qū)域，但隨著技術(shù)的發(fā)展，這樣就可以為智慧城市提供所需的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)盡可能的利用現(xiàn)有硬件條件。今天，我們開始看到普通的路燈演變成智能燈桿——具有動(dòng)態(tài)、溫度和空氣質(zhì)量傳感功能，加上攝像（以四個(gè)或六個(gè)為一組方式獲得多維度的視角）都被包含其中。還可以安裝能量收集器（如太陽(yáng)能電池或小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)）為這些設(shè)備提供電能，使其能夠維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施使用的通信協(xié)議將取決于所傳輸和處理的信號(hào)類型以及應(yīng)用條件。典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)有線連接（例如以太網(wǎng)）或無(wú)線連接（例如藍(lán)牙或LoRa）連接到本地網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)連接單元（DCU）。這種通過(guò)本地通信協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)然后被轉(zhuǎn)換成IP并通過(guò)支持的回程網(wǎng)絡(luò)。由于有許多可供選用的通信協(xié)議，以及與硬件需求和相關(guān)成本有關(guān)的影響，決定最佳的通信協(xié)議可能需要重點(diǎn)考慮。

工程師也可以根據(jù)需求選擇帶寬有限的短距離無(wú)線技術(shù)（如BLE和Zigbee）或低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)（如LoRa、Wi-SUN、Sigfox和NB-IoT）。Wi-Fi通常是最主要和直接的選擇，因?yàn)樗鼞?yīng)用廣泛、技術(shù)成熟。然而，由于該技術(shù)的功耗問題，意味著它不適用于大部分智慧城市功能（智慧家庭和智能建筑是主要的例外）。為了彌補(bǔ)Wi-Fi的缺陷，產(chǎn)生了另一種技術(shù)，稱為低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（6LoWPAN）上的IPV6。6LoWPAN協(xié)議能夠處理小型節(jié)能的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)。在智能電網(wǎng)和工業(yè)監(jiān)控實(shí)施中，這已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

雖然6LoWPAN的工作范圍較短，但LoRa、Sigfox和NB-IoT是長(zhǎng)距離LPWAN的主要參與者。由于這些協(xié)議功耗較低，實(shí)現(xiàn)了更長(zhǎng)的電池使用壽命。因此當(dāng)一天中需要多次發(fā)送相對(duì)較長(zhǎng)距離的少量數(shù)據(jù)時(shí)，它們非常有效。LoRa和Wi-SUN這種新興的協(xié)議，在智能公用事業(yè)市場(chǎng)中越來(lái)越受歡迎。這些協(xié)議屬于非蜂窩LPWAN協(xié)議的范疇，可以在無(wú)許可頻譜中工作，而NB-IoT則通過(guò)蜂窩頻率傳輸（需要考慮相關(guān)成本因素）。NB-IoT所能提供的網(wǎng)絡(luò)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出非蜂窩式LPWAN所能達(dá)到的水平——僅使用可用頻譜的一部分就可以支持大量新連接的容量。這可以有效降低功耗，從而支持超過(guò)10年的電池壽命。NB-IoT的覆蓋范圍也很廣，可以達(dá)到地下和封閉空間（室內(nèi)提供20+DB的覆蓋范圍）。

5G是智慧城市的催化劑

如果沒有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支撐，智能城市許多解決方案都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)通信網(wǎng)將成為連接最終用戶與居住城市之間的通道。5G技術(shù)的推廣已經(jīng)持續(xù)了一年多?，F(xiàn)在，我們終于看到它即將商業(yè)化運(yùn)作。5G所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)包括提高網(wǎng)速度（最高10Gbps）、高帶寬、低延時(shí)以及高可靠性。這可以用于處理更多設(shè)備接入。除此之外，另一個(gè)主要的好處是設(shè)備PING網(wǎng)絡(luò)和它得到響應(yīng)之間的延遲時(shí)間很短。

通過(guò)提供對(duì)高性能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問，5G將為智能設(shè)備的應(yīng)用開辟了新的途徑。這樣，更多任務(wù)將由系統(tǒng)自動(dòng)來(lái)完成。然而，盡管有一些最初的設(shè)施部署，但5G網(wǎng)絡(luò)的商用和它所承載的全部功能（通過(guò)毫米波傳輸、波束形成等）仍有較長(zhǎng)的路要走。

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大數(shù)據(jù)和人工智能

今天，有70億臺(tái)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，而且這個(gè)數(shù)字一直在上升——隨著移動(dòng)用戶和基于設(shè)備的連接之間的平衡越來(lái)越趨向于后者。根據(jù)預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)，到下一個(gè)十年中期，將有200億到300億臺(tái)設(shè)備，這些數(shù)字可能會(huì)更大。高效的城市規(guī)劃高度依賴于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。如果沒有數(shù)據(jù)分析和人工智能來(lái)處理并從中創(chuàng)造有價(jià)值的信息，那么智能設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的大量數(shù)據(jù)將毫無(wú)用處。

在智慧城市建設(shè)中，人工智能已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。其中，智能停車、智能收費(fèi)系統(tǒng)和自適應(yīng)交通信號(hào)燈等都是主要的應(yīng)用方面。另外一個(gè)成功的案例是在執(zhí)法/反恐方面，也看到了其他成功的應(yīng)用案例——使用人工智能技術(shù)通過(guò)視頻錄像和面部識(shí)別來(lái)標(biāo)記正在接受調(diào)查的人，或者識(shí)別被盜車輛的車牌?？傊磥?lái)肯定會(huì)有一個(gè)更智慧的社會(huì)出現(xiàn)。

但是，還是需要有更多更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如用于獲取數(shù)據(jù)的傳感器、用于傳輸其捕獲的數(shù)據(jù)的無(wú)線/有線連接技術(shù)，以及用于根據(jù)實(shí)際需求處理這些數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)。然而，在涉及數(shù)據(jù)隱私以及安全性時(shí)，仍有一些問題需要解決。因此，要充分發(fā)揮智慧城市的全部潛力還需要進(jìn)一步的努力。

作者：平玨

平玨先生現(xiàn)任貿(mào)澤電子亞太區(qū)技術(shù)行銷經(jīng)理，曾任菲尼克斯電氣（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理等職務(wù)。具有10多年的產(chǎn)品應(yīng)用、解決方案、市場(chǎng)開發(fā)、市場(chǎng)應(yīng)用、產(chǎn)品評(píng)估的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)；覆蓋工業(yè)自動(dòng)化、人工智能、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。畢業(yè)于上海交通大學(xué)，獲得通信工程學(xué)士學(xué)位及控制工程碩士學(xué)位。
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