關(guān)于智慧城市中物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用

孫光輝

（連云港深港石化能源科技有限公司 江蘇省連云港市 222000）

智慧城市是最近幾年提出的一個(gè)全新概念，它以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)作為依托，通過(guò)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。在智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)具有不可替代的作用，并成為智慧城市不可或缺的組成部分。因此，研究物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)智慧城市的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智慧城市中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)中不可或缺的重要技術(shù)之一，該技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1 在智慧交通中的應(yīng)用

交通是城市得以持續(xù)發(fā)展的根本，而目前大部分城市的交通都或多或少的存在一些問(wèn)題，智慧交通的出現(xiàn)使這些問(wèn)題迎刃而解。智慧交通是智慧城市的重要組成部分之一，即借助先進(jìn)的技術(shù)，改善行人、車輛和道路之間的關(guān)系，從而達(dá)到改善交通運(yùn)輸環(huán)境的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1.1 智能公交系統(tǒng)

公交車作為城市的“生命線”，其重要性不言而喻，智能公交利用物聯(lián)網(wǎng)的RFID（射頻技術(shù)）和傳感器技術(shù)，可以實(shí)時(shí)了解并掌握公交車所處的位置，從而實(shí)現(xiàn)路線提醒等功能。按照公交車的營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)，利用智能調(diào)度系統(tǒng)，可以對(duì)線路、車輛進(jìn)行規(guī)劃調(diào)度，從而使車輛排班實(shí)現(xiàn)了智能化。

1.1.2 共享單車

共享單車是一種新型的交通工具租賃業(yè)務(wù)，它以自行車為載體，對(duì)城市道路的通過(guò)率進(jìn)行最大限度地利用，給城市居民出行提供了極大的便利。在共享單車上，配有GPS 定位的智能鎖，或是NBIoT 模塊，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給服務(wù)平臺(tái)，從而對(duì)所有的單車進(jìn)行精確定位，掌握其使用狀態(tài)。

1.1.3 車聯(lián)網(wǎng)

車聯(lián)網(wǎng)即車輛物聯(lián)網(wǎng)，以行駛的車輛作為感知對(duì)象，借助先進(jìn)的RFID、傳感器和通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與人之間的網(wǎng)絡(luò)連接，從而進(jìn)一步提升車輛的駕駛水平，確保行車的安全性、舒適性、高效性，由此能夠大幅度提高交通通行效率，減少交通事故的發(fā)生。

1.1.4 智能信號(hào)燈

在城市中的交叉路口加裝雷達(dá)裝置，可以對(duì)路口的車流量、車速、車距以及行人等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息傳給控制中心，這樣便可對(duì)路口處的交通信號(hào)燈進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，從而提高車輛通行率，減少信號(hào)燈空置時(shí)間。

1.1.5 智慧停車

隨著城市的快速發(fā)展，使建設(shè)用地不斷減少，很多城市都出現(xiàn)停車資源緊張的現(xiàn)象，這在一定程度上影響了正常的交通出行，停車難、停車效率低等問(wèn)題越來(lái)越普遍。智慧停車的出現(xiàn)，使上述問(wèn)題得到有效緩解。智慧停車以停車位資源為依托，利用地磁感應(yīng)、攝像頭等裝置，可以實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別、車位查詢及與預(yù)定以及APP自動(dòng)付費(fèi)等功能，為人們出行停車提供了便利。

1.2 在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

EPRI（美國(guó)電力科學(xué)研究院）對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行如下定義：由具備自動(dòng)化功能的輸配電系統(tǒng)組成的電力系統(tǒng)，以高效、可靠的方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)作，能夠快速響應(yīng)電力市場(chǎng)及企業(yè)業(yè)務(wù)需求，為用戶提供經(jīng)濟(jì)、可靠的電力服務(wù)。我國(guó)的專家學(xué)者認(rèn)為，智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)智能化，它以通信網(wǎng)絡(luò)作為依托，借助傳感技術(shù)、測(cè)量技術(shù)以及先進(jìn)的控制方式和決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在智能電網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.2.1 繼電保護(hù)

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)ν饨鐨庀髼l件下的電力桿塔以及線路受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，并將這部分信息進(jìn)行及時(shí)反饋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)桿塔或是線路的受力情況接近臨界狀態(tài)時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，并向安裝在桿塔上的調(diào)節(jié)裝置下達(dá)指令，使其動(dòng)作，從而達(dá)到緩解受力的目的，直至維修人員趕至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換。當(dāng)電力線路覆冰之后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)Ρ鶎拥暮穸冗M(jìn)行感知，并對(duì)覆冰產(chǎn)生的危害進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，還能對(duì)電網(wǎng)內(nèi)部的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，如線路中電壓或是電流的變化情況，據(jù)此對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法，對(duì)潮流分布加以改變，從而達(dá)到抑制故障發(fā)生的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，使電網(wǎng)具備了自愈功能，當(dāng)某些元件發(fā)生問(wèn)題后，會(huì)被自動(dòng)隔離出去，保證其它元件不受影響，避免造成大面積停電。

1.2.2 用電信息采集

在智能電網(wǎng)中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用后，能夠進(jìn)一步提高需求側(cè)的管理水平。早期的電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足用電峰谷的要求，使得電網(wǎng)本身的容量比較大，但在夜晚時(shí)分電力用戶對(duì)電能的使用量相對(duì)較少，電站也會(huì)隨之停止發(fā)電，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中的部分容量閑置。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)使這一情況得到有效改善，這與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有著密不可分的關(guān)聯(lián)。如利用智能電表可以制定動(dòng)態(tài)的電費(fèi)計(jì)量方案，從而反映出不同時(shí)間段內(nèi)的發(fā)、輸電成本，并使電力用戶在新能源發(fā)電時(shí)，增加用電量，達(dá)到緩解峰谷用電壓力，保持電網(wǎng)供需平衡的目的。

1.2.3 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

RFID、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，可以利用這些技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別和監(jiān)測(cè)。比如，將RFID 與GPRS 技術(shù)進(jìn)行結(jié)合后，能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)中輸變電設(shè)備進(jìn)行同步管理，為設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供智能化手段。同時(shí)，利用物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系，并在相應(yīng)的電力設(shè)備上加裝傳感器裝置，可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

1.3 在智慧醫(yī)療中的應(yīng)用

智慧醫(yī)療是智慧城市的重要組成部分之一，與城市居民的健康密切相關(guān)。在智慧醫(yī)療中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.3.1 醫(yī)療器材與藥品監(jiān)管

用于疾病治療的器材和藥品是監(jiān)控管理的重點(diǎn)內(nèi)容之一，為提高監(jiān)管效率和水平，可以利用物聯(lián)網(wǎng)中的RFID 技術(shù)，對(duì)器材和藥品進(jìn)行監(jiān)管，由此可有效防止醫(yī)療安全問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，RFID技術(shù)還能對(duì)藥品進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，有助于降低管理成本。此外，通過(guò)與醫(yī)療機(jī)構(gòu)、物流公司的合作，并基于RFID 技術(shù)建立追蹤系統(tǒng)，能夠?qū)︶t(yī)療垃圾進(jìn)行全程跟蹤，避免非法處理的情況發(fā)生。

1.3.2 數(shù)字醫(yī)院構(gòu)建

在數(shù)字化醫(yī)院的構(gòu)建過(guò)程中，可將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到如下環(huán)節(jié)：

（1）病患基礎(chǔ)信息管理。電子健康檔案能夠?yàn)獒t(yī)生制定診療方案提供可靠的依據(jù)，根據(jù)檔案中記錄的病患信息，可避免用錯(cuò)藥物的情況發(fā)生，同時(shí)還能自動(dòng)提醒護(hù)士巡查和發(fā)放藥品。

（2）醫(yī)療急救管理。在一些比較特殊的情況下，如無(wú)法聯(lián)系到患者家屬、危重病患等，可利用物聯(lián)網(wǎng)的RFID 技術(shù)，對(duì)病人的身份進(jìn)行快速確認(rèn)，包括姓名、年齡等基礎(chǔ)信息以及以往的發(fā)病史，從而為急救工作的開(kāi)展?fàn)幦r(shí)間。

1.4 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)

通過(guò)RFID、傳感器等技術(shù)，能夠?qū)θ说幕顒?dòng)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和監(jiān)測(cè)，除了可以確定正常的維護(hù)之外，還能在出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)提供幫助。該技術(shù)的成本相對(duì)較低，不會(huì)涉及到個(gè)人的隱私，被監(jiān)測(cè)對(duì)象不需要穿戴額外的裝置，從而使遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)成為可能。

2 智慧城市中云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用

在智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，規(guī)劃是重要的前提和基礎(chǔ)，為提高規(guī)劃水平，可依托強(qiáng)大的云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)智慧城市規(guī)劃云平臺(tái)。

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

該平臺(tái)采用當(dāng)前流行的B/S 架構(gòu)進(jìn)行搭建，編程語(yǔ)言為Java，在平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，集成多種先進(jìn)的技術(shù)，如Web GIS 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等等。整個(gè)平臺(tái)共分為以下幾個(gè)層次：基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、接口層、認(rèn)證層。

2.1.1 基礎(chǔ)層

這是整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)，由相關(guān)的硬件設(shè)備組成，如各類服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等等。該層為平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了硬件支撐，所有的硬件設(shè)備選用的都是性價(jià)比較高的產(chǎn)品，在降低平臺(tái)開(kāi)發(fā)成本的同時(shí)，進(jìn)一步提升了平臺(tái)的運(yùn)行可靠性。

2.1.2 數(shù)據(jù)層

整個(gè)平臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)相關(guān)數(shù)據(jù)的支撐，數(shù)據(jù)層的主要作用是為平臺(tái)提供相關(guān)數(shù)據(jù)。由于智慧城市規(guī)劃過(guò)程中需要使用的數(shù)據(jù)類型比較多，并且數(shù)據(jù)都來(lái)自于不同的部門。為給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供便利，平臺(tái)只對(duì)自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和用戶上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其它的數(shù)據(jù)則可借助調(diào)用接口進(jìn)行使用。

2.1.3 應(yīng)用層

該層是整個(gè)平臺(tái)較為重要的組成部分之一，包含多個(gè)引擎，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地理信息處理、空間要素、消息隊(duì)列等等，應(yīng)用層的主要作用是為接口層提供后臺(tái)支撐。

2.1.4 接口層

該層的主要用途是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)服務(wù)功能，并對(duì)外發(fā)布與智慧城市規(guī)劃有關(guān)的信息，完成信息共享。具體包括以下服務(wù)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、消息通信、版本管理等等。

2.1.5 認(rèn)證層

這是整個(gè)平臺(tái)的集成接口，采用當(dāng)前較為完善的安全技術(shù)，如CA 證書等，并利用身份識(shí)別和授權(quán)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄。

2.2 平臺(tái)的功能模塊

本次構(gòu)建的云平臺(tái)，能夠?yàn)橛脩籼峁┒喾N功能，具體如圖1 所示。

2.2.1 管理功能模塊

該模塊具備多項(xiàng)管理功能，可以對(duì)賬戶、項(xiàng)目、文件、權(quán)限、成員進(jìn)行管理，能夠?yàn)橛脩舸罱ㄓ欣谥腔鄢鞘幸?guī)劃項(xiàng)目開(kāi)展的環(huán)境。在該平臺(tái)當(dāng)中，不同的賬戶涉及不同的項(xiàng)目，各個(gè)項(xiàng)目的成員有所差別，每個(gè)成員對(duì)文件的使用權(quán)限也不一樣。所以，在對(duì)該功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，引入基于角色的訪問(wèn)控制技術(shù)，由此使同一個(gè)用戶可以兼具多個(gè)不同的角色，進(jìn)而擁有不同的權(quán)限，操作更加靈活。

圖1：智慧城市云平臺(tái)的主要功能示意圖

2.2.2 消息通信模塊

該模塊具備如下功能：規(guī)劃項(xiàng)目?jī)?nèi)和項(xiàng)目外的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)共享、系統(tǒng)通知等。在對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)引入社交功能，從而使城市規(guī)劃編制各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息能夠即時(shí)傳播，其實(shí)現(xiàn)方法為Rabbit MQ 加Web STOMP。

2.2.3 GIS 模塊

該模塊包括如下功能：地圖加載與實(shí)時(shí)顯示、規(guī)劃創(chuàng)意表達(dá)、GIS 文件操作等。GIS 功能模塊可以借助強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供Web 服務(wù)，如地圖顯示、規(guī)劃創(chuàng)意表達(dá)等。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊具備如下功能：在線收集和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、在線展示專題與提交成果、成果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)等。在智慧城市規(guī)劃中，數(shù)據(jù)是相關(guān)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)和依據(jù)，由于各大城市的規(guī)劃都呈現(xiàn)出縱深發(fā)展的趨勢(shì)，從而使得規(guī)劃時(shí)需要具有時(shí)空屬性的數(shù)據(jù)，并且使用的數(shù)據(jù)類型不斷增多，數(shù)據(jù)量也隨之增大。該功能模塊可以對(duì)現(xiàn)有的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，從而為用戶提供具有高時(shí)效性的規(guī)劃數(shù)據(jù)，不但能縮短數(shù)據(jù)收集與整理時(shí)間，而且還能為規(guī)劃決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。平臺(tái)可以通過(guò)對(duì)GP 服務(wù)的調(diào)用，完成在線收集數(shù)據(jù)，并借助JS 開(kāi)源庫(kù)對(duì)收集到數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)專題展示。

2.2.5 在線規(guī)劃模塊

該模塊是整個(gè)平臺(tái)的核心，具體包括如下功能：規(guī)劃要點(diǎn)在線計(jì)算與提示、規(guī)劃沖突在線檢測(cè)等。對(duì)于智慧城市規(guī)劃而言，相關(guān)方案的編制依據(jù)除了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之外，還有上位規(guī)劃，如法定圖則等。該功能模塊可以將上述要求以推送的方式發(fā)給用戶，并根據(jù)規(guī)則輔助規(guī)劃方案的編制。

2.3 應(yīng)用效果

本次開(kāi)發(fā)的智慧城市規(guī)劃云平臺(tái)，以先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)為依托，利用通信、地理信息等技術(shù)，融入即時(shí)消息通信機(jī)制，對(duì)城市規(guī)劃過(guò)程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，為智慧城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。平臺(tái)能夠進(jìn)行在線分析，使信息得到實(shí)時(shí)共享，它的應(yīng)用為智慧城市的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

3 結(jié)論

綜上所述，智慧城市的建設(shè)是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容比較多，所以必須以先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)作為支撐，以此來(lái)提升智慧城市的整體水平。未來(lái)一段時(shí)期，要加大對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的研究力度，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，使其更加完善，從而更好地為智慧城市建設(shè)服務(wù)。