面向智慧城市的物聯網共享平臺建設

◎ 袁 峰 李 引 吳 鴻

面向智慧城市的物聯網共享平臺建設

◎ 袁 峰 李 引 吳 鴻

經過多年發展，智慧城市在各地建設進入深水區，針對信息孤島和重復建設等問題，大數據平臺等工作的作用日漸顯著；隨著物聯網設備和應用的爆炸性增長，新一輪重復建設的風險凸顯，針對這一問題，提出面向智慧城市的物聯網共享平臺，并就基于智慧路燈建設這一平臺的思路、現狀和解決方案進行了介紹。

智慧城市 物聯網 大數據共享平臺

一、引言

近年來，智慧城市的建設在全國各地如火如荼，取得一定成就的同時也出現了不少問題，如重復建設、信息孤島等[1]，在《智慧城市建設的兩個維度》[2]中我們給出了通過水平和垂直兩個維度梳理智慧城市建設內容的建議，主要是呼吁通過水平維度共享平臺的建設來實現統籌共享，避免以上問題。

從2013年開始，大數據成為行業關注的熱點，并成為國家戰略，2015年9月，國務院印發《促進大數據發展行動綱要》，以貴州為代表的地方政府快速推動了大數據在智慧城市建設中的應用。各地紛紛成立省、市、區一級大數據局，在水平層面的數據共享共通方面做了大量工作，其中實施較多的是政務數據的共享交換平臺，這種橫向平臺的建設為提高政務辦事的效率和效果起到了積極的作用。

從2015年開始，以谷歌總裁施密特在達沃斯論壇上發出“未來屬于物聯網”的論斷為標志[3]，業界發生了大量的并購，包括Cisco對Jasper的收購、軟銀對ARM的收購，物聯網設備和應用的爆炸性增長，成為越來越明顯的趨勢。根據Gartner的預測，2015年有11億個物聯網終端在智慧城市中被使用，2020年將增至97億[4]。

隨著物聯網設備和應用在智慧城市領域的爆炸性增長，如果沒有提前的設計和準備，又將出現新一輪的重復建設和信息孤島。本文中第二節分析了可能出現的問題；第三節中對物聯網共享平臺的建設現狀進行了分析；第四節對基于智慧路燈建設物聯網共享平臺的思路、現狀和解決方案進行了介紹。

二、物聯網設備和應用的爆炸性增長以及潛在問題

物聯網設備作為智慧城市建設的關鍵基礎設施，在智慧城市應用的建設中呈現爆發性增長的態勢。根據Gartner預測，到2020年，智慧城市中的物聯網設備數量將達到97億[4]。

根據表1分析，采用物聯網設備的智慧城市應用分為醫療保健、公共服務、智慧樓宇、智慧家庭、智慧交通、公用事業等。

其中，在智慧家庭方面的物聯網設備和應用解決方案的消費將占最大比例。預計到2017年，智慧家庭中使用的物聯網終端數量將超過10億件。這些物聯網終端包括智能LED照明、醫療保健監測、智能門鎖以及各種運動或一氧化碳探測傳感器。

表1 智慧城市中物聯網終端設備裝機量（單位：百萬）

除了智慧家庭方面，在道路交通引導、交通流量計量、路側停車、園區停車等方面，物聯網設備和應用的建設也將呈增長趨勢。其中，減少交通擁堵的解決方案將是物聯網在交通領域應用立竿見影的典范之一。在中國、美國、歐盟等國家已經在部分路段安裝了無線接收器或傳感器，實時判斷交通狀況并進行交通誘導。另外一個典型的應用是智能停車應用，通過在道路停車位、園區停車位安裝停車計時器、停車場車輛傳感器、攝像頭等設備，實現對車位的實時監控，實現對停車的引導和綜合管理。

在上述物聯網設備和智慧城市應用的建設中，由于缺乏統籌考慮、共享意識和協同機制，導致大量物聯網設備的重復建設和應用的孤立建設。如圖1所示，是某地道路龍門架上安裝的形形色色各種攝像頭，圖2是道路上林立的各種燈桿、電線桿和設備安裝桿。這種缺乏統籌考慮進行設備基礎設施建設的方式損壞了城市形象，造成了浪費，也使得物聯網數據的共享共通的代價極大。

針對這些問題，部分專家學者提出了“新型智慧城市”的建設口號，包括“一個體系架構、一張天地一體的柵格網、一個通用功能平臺、一個數據集合、一個城市運行中心、一套標準”，其核心實質上就是統籌建設共享共同的平臺。

以廣州市的智慧城市建設為例，已經開始認識到智慧城市建設需要從頂層開始規劃，統籌進行各種基礎設施和公共平臺的建設。

廣州市在2015年進行了“廣州市城市管理智能化視頻系統云平臺”的建設，新建1.6萬個高清視頻采集點及高清化升級改造全市1.37萬個原有視頻圖像采集點等一類視頻圖像采集點。同時，建立了視頻大數據云平臺，將視頻智能分析算法（比如行為分析、密度分析、目標識別、視頻檢索等）采用云計算PaaS方式提供開放API接口，并采用SaaS模式為第三方應用提供視頻大數據的分析、處理、挖掘等服務支撐。

廣州市南沙區在進行政務大數據共享交換方面走在全市前列，在2014年進行了全區的政務資源信息共享交換平臺的建設，打通了民政、稅務、國土、教育等十余個委辦局的數據，建立了信息共享目錄，上層應用的建設不再需要重復進行數據采集、過濾、加工等操作，也不再需要協調其他部門提供數據，極大地提高了效率。在2015年，南沙自貿區將質檢、食藥監和工商進行了三局合一，基于政務資源信息共享交換平臺建設的市場監管平臺，快速地完成了項目的建設和上線工作。

與此同時，在物聯網數據的共享共通上，也需要一個這樣的平臺，目前國內外已經有企業開始進行這方面的產品研發和推廣。

圖1 安裝在道路上的攝像頭

圖2 安裝在道路上的各種燈桿、電線桿

三、物聯網共享平臺的建設

物聯網概念中包含一系列的概念和關鍵技術，比如M2M（machinetomachine）、RFID、無線傳感網(Wireless Sensor Network)等，歐美等國家在這些方面已經有了相應的積累，在中間件建設和運營方面起步較早。這其中的典型企業包括美國的Jasper和Wyless公司。

Jasper公司成立于2004年，是美國的M2M運營商（MMO）。Jasper 與全球27家移動運營商集團（代表著100 多個移動運營商網絡）合作，能夠幫助企業立即在Jasper 的平臺上配置服務，并輕松在全球其他運營商的平臺上開展服務，提供了與地區和運營商無關的設備連接管理服務，為客戶提供管理車隊、工業設備以及包含傳感器網絡的系統的服務。

在2014年4月，Jasper公司獲得了淡馬錫公司主導的5000萬美元融資[5]。在2016年2月，思科公司以14億美元現金收購Jasper公司[6]。目前，Jasper已經開始進軍中國，與中國聯通進行了合作，打造物聯網中間件服務平臺[7]。

Wyless是另外一家物聯網運營服務商，提供一個覆蓋全球的安全業務數據網絡，來專門運行物聯業務。目前已經覆蓋了120個國家，擁有超過400個GSM網絡與超過200個GPRS網絡的使用權。在中國，Wyless的合作伙伴為中國移動。

Wyless 提供一個通用的M2M應用平臺WMP(Wyless Management Platform)，允許客戶監測無線連接，并提供工具軟件可以實現對終端的控制。

2016年，KORE Wireless Group公司完成對Wyless Group Holdings的收購[8]，合并后的公司將在亞洲、拉美、歐洲和北美擁有廣泛的實體業務部門和數據中心運營部門，從而為客戶提供真正意義的全球支持。

國內的物聯網平臺的研究和產業化起步較晚，目前應用推廣比較靠前的包括機智云（機智云）、中國移動的物聯網開放平臺。

機智云在2013年推出1.0版本，主要提供硬件自助開發和物聯網云服務平臺，面向企業／開發者提供智能硬件自助開發平臺（PaaS）、智能硬件云服務（SaaS）、企業智能設備管理系統和GoKit嵌入式開發套件，應用領域包括智能家居、健康穿戴、智慧交通、智慧城市、商業及工業等應用，是一家物聯網云服務提供商。圖3為機智云的技術路線。

圖3 機智云的技術路線

中國移動在2014年的高交會上正式發布了OneNet物聯網開放平臺。OneNet平臺作為物聯網設備連接和數據的中心，能適應各種傳感網絡和通信網絡，將面向智能家居、可穿戴設備、車聯網、移動健康、智能創客等多個領域開放。OneNet平臺在提供設備連接和數據中心服務的基礎上進行開放合作，面向智能硬件創客和創業企業推出硬件社區服務，面向中小企業客戶的物聯網應用需求提供數據展現、數據分析和應用生成服務，面向重點行業領域/大客戶推出行業PaaS服務和提供行業應用定制化開發服務。如圖4是OneNet平臺的技術路線。

圖4 OneNet平臺的技術路線

圖5 積水涵洞監測點

四、基于智慧路燈建設智慧城市物聯共享平臺

如圖5所示為一個積水涵洞的監測點。針對這個應用專門立了一根桿子，在桿子上部安裝了太陽能電池板，解決設備的電力供應問題。同時，該監測設備需要與云端進行通信，采用了電信運營的4G網絡，目前中國聯通推出的海量物聯網流量包計劃是一個物聯網節點5元/月。最后，針對該應用，還需要建立一個進行涵洞積水監測和預警的云平臺系統。

從上面應用建設的分析可以看出，積水涵洞應用需要解決“安裝載體”、“供電”、“傳輸網絡”和“管理平臺”等問題，其他的智慧城市物聯網應用，比如環保監控平臺、危化品監控系統、交通流量監控系統、智慧路燈、路側停車系統等也都面臨著同樣的問題。如果重復地進行公共的和基礎的設施建設，無疑將極大地增加成本，降低效率。

在這樣的背景下，國內外的一些企業和研究機構探索智慧城市建設的基礎設施，最終都不約而同地選擇了路燈作物聯網設備安裝的載體，認為“路燈是建設城市物聯網基礎設施的最佳候選”。這是因為路燈具有以下特性：

1.路燈覆蓋城市的每一個角落。只要有路的地方，基本上就有路燈，有路燈的地方，也就納入了城市的管理范圍。這使得基于路燈建設城市物聯網基礎設施將能夠覆蓋到城市可管理的角落。

2.路燈有電，能夠為物聯網設備提供電力。物聯網設備從路燈電網中取電，極大地降低了開溝挖槽拉電的成本。而物聯網設備的電力耗費可以通過PPP、EMC等商業模式進行解決。

3.路燈具有燈桿，能夠為物聯網設備提供安裝場所。路燈燈桿從2米到15米不等，在城市中具有很好的視野，包括攝像頭、微基站、RFID閱讀器、WIFI、廣告屏/公告屏等設備都可以安裝在路燈燈桿上。

4.共享智慧路燈的網絡傳輸通道，將降低信息傳輸成本。智慧路燈通過電力載波（PLC）、無線組網技術（Zigbee）以及最新的低功率廣域網技術（LORA、NB-IOT等），實現了對每一盞路燈的精細化管理。這個基于智慧路燈的物聯廣域網，不但能夠傳輸路燈的控制信息，還能夠為其他物聯網設備提供信息傳輸共享通道。也就是同一個4G網絡接入點，可以支持幾十甚至幾百個物聯網設備，那么平攤到每個物聯網設備的成本將是之前的幾百分之一。

5.智慧路燈管理平臺封裝了物聯網設備的管理能力和系統管理能力。物聯網設備具有定位、故障診斷、升級、流量控制、終端適配、實時狀態監控、計費等功能，同時，智慧城市應用本身還應具有GIS、權限管理、事件預警、設備聯動、多租戶控制、與其他系統接口對接、支付功能對接、大數據的存儲和分析等功能。以上能力在智慧路燈管理平臺中都有對應，只需要將其擴展到對更多的物聯網設備和應用的支撐。

給予對照組優質低蛋白飲食、適度運動、口服降糖藥物并/或給予胰島素皮下注射等綜合治療,使患者空腹血糖降至7.0mmol/L以下,產后2h血糖降至10.0mmol/L以下;同時令患者口服ACEI類藥物或ARB類藥物,對合并高血壓患者則聯合如鈣通道阻滯藥等其它降壓藥進行降壓治療,以將患者血壓控制在130/80mm Hg以下;若患者合并高脂血癥,則予以積極降血脂治療,以將其血脂控制達標。在此基礎上給予觀察組羥苯磺酸鈣(生產企業:江蘇萬高藥業有限公司;批準文號:國藥準字H20080288)治療:進餐時口服,0.5g/次,3次/天。共連續治療12周。治療第12周時對患者復查其尿蛋白及各項生化指標。

因此，智慧路燈平臺將升級為整個智慧城市的物聯信息基礎設施平臺，為各種智慧城市應用提供“載體”、“供電”、“網絡”和“后臺管理”等服務。如圖6所示。

國內外的企業、城市和研究機構組織都在積極開展基于智慧路燈的智慧城市物聯共享平臺產品的研發、項目實施、學術探討等。國外的公司包括Sensity、思科、GE、施耐德電氣、銀泉網等公司都在積極進行技術研發和市場拓展。

2014年，思科公司聯合運營商sprint、方案和設備提供商Sensity在美國堪薩斯城基于智慧路燈進行智慧城市建設[9]。整個城市采用智能路燈進行照明，感測裝置偵測有路人時才開燈和調光，可較傳統路燈節能近80%，節能所省下的電費將可支付剩余的建置成本。展望中長期，堪薩斯市將利用智慧城市建設來增加市政營收，例如在停車位地面安裝智慧傳感器，智慧路燈可引導駕駛到空停車位，傳感器會自動計時計費，駕駛還可透過軟件應用遠程在線付費，透過這樣的方式，最大化停車費營收；此外也將在地下安裝濕度等傳感器，偵測管線是否泄漏，以避免漏水，減少天然氣漏氣風險等。

巴塞羅那作為全球最智能的城市之一，在城市各個角落安裝了各種傳感器，傳感器通過附近智慧路燈上的Wifi路由器網關進行數據匯集和命令并傳輸到云端。同時，每一盞路燈附近安裝有環境監測傳感器、人流量監測傳感器、車流量監測傳感器、停車位監測傳感器、垃圾監測傳感器等。市場研究機構Juniper Research預估：到2019年，通過安裝智能路燈和諸如停車位和垃圾箱傳感器等設備，城市每年將能夠節省大約170億美元的能源費用。

圖6 物聯信息基礎設施平臺示意圖

國內的企業和政府也意識到下一個市場機遇的出現，在智慧路燈進行智慧城市建設方面加大投入力度。深圳鐵塔公司與政府合作進行4G/5G微基站、WiFi設備、傳感器、視頻監控、RFID、公共廣播、智能照明、信息發布、充電樁等建設[10]。上海三思與江蘇洪澤縣進行了3000余盞智慧路燈的建設，并向市民、政府提供多種便利服務與智慧城市管理應用。該智慧路燈系統在提供道路照明的基礎上，還能夠做到危樓危橋監控預警、城市建設大數據支持，以及WIFI信號、電動汽車充電樁、應急信息及時發布等功能[11]。2016年，胡春華帶隊的中國企業家在美國紐約與幾十家美國高科技企業簽訂合作協議，中科院孵化的中科智城公司與美國Sensity公司簽訂了合作協議，將在中國建立合資公司，研發基于智慧路燈的智慧城市統一平臺和標準規范，并拓展國內和國際的市場業務。

五、總結

建立共享共通的的物聯網平臺是智慧城市建設和運營的關鍵要素，國內外同行都意識到智慧路燈具有“有電”、“有桿”、“有網”、“有平臺”，并且“覆蓋城市每個角落”的特點，是構建智慧城市基礎設施的最佳載體，并積極開展基于智慧路燈進行智慧城市的建設。在可以預見的未來，當地球上數十億的路燈構成了一個傳感網絡，各種傳感器、攝像頭、各種智能設備將能夠統一接入、互相溝通、智能聯動時，那么智慧城市（智慧地球）將真正踏出第一步。

注釋：

[1]袁峰,徐昊.智慧城市建設的思考與展望.城市觀察,2012.

[2]袁峰,智慧城市建設的兩個維度.城市觀察,2014.

[3]谷歌總裁施密特提出“未來屬于物聯網”論斷。詳見http://tech.163.com/15/0125/20/AGR6C4DV000915BF.html

[4]Gartner報告詳見http://www.c114.net/news/212/a891784.html

[5]Jasper獲得5000美元融資。詳見http://www.cy580.com/content/2014/04/17/show233690.html.

[6]思科14億美金收購Jasper。詳見http://www.doit.com.cn/p/239379.html.

[7]Jasper與中國聯通合作，詳見http://mt.sohu.com/20151022/n423856583.shtml.

[8]KORE收購Wyless。http://finance.eastmoney.com/news/1354,20160415614641859.html.

[9]美國堪薩斯城智慧城市建設。http://www.sdmctech.com/trade/domestic_3888.html.

[10]深圳鐵塔與政府合作進行智慧城市建設。http://www.c114.net/news/4564/a977299.html.

[11]上海三思在洪澤縣智慧照明建設。http://www.ledcax.com/show-19-35734-1.html.

（責任編輯：盧小文）

Constructing Smart City Oriented Sharing Platform for the Internet of Things

Yuan Feng, Li Yin, Wu Hong

After years of development, the construction of smart city has gone a long way.Aiming at the problems of isolated data and repeated construction, the role of big data platform gradually plays a more important role.Along with the explosive growth of networking devices and applications, the risk of a new round of repeated construction arises.In this sense, the paper puts forward the smart city oriented sharing platform for th Internet of Things (IoT), together with the ideas, current situation and solutions of smart street lights.

smart city; Internet of Things; big data; sharing platform

F299.2

10.3969/j.issn.1674-7178.2016.06.011

袁峰，博士，副研究員，廣州中國科學院軟件應用技術研究所常務副所長，主要研究方向為智慧城市。吳鴻，博士，廣州中國科學院軟件應用技術研究所，研究方向為軟件工程、物聯網、智慧城市。李引，博士，廣州中國科學院軟件應用技術研究所高級工程師，研究方向為軟件工程、云計算、智慧城市。