物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用場景分析與探索

焦偉

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字城市；應(yīng)用場景

隨著5G、IPv6、低功耗芯片等技術(shù)突破，災(zāi)害預(yù)警、智能民生、智能充電樁、智能物流、智能交通、人臉識別支付等場景越來越普及，萬物互聯(lián)的數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)來臨，物聯(lián)網(wǎng)將為數(shù)字城市建設(shè)添磚加瓦。

數(shù)字城市建設(shè)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域，城市各類基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行智能化改造和互聯(lián)是推進(jìn)數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無疑是數(shù)字城市基礎(chǔ)設(shè)施和治理對象全面智能互聯(lián)、實(shí)時(shí)感知必不可少的重要技術(shù)手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)、智慧民生、交通物流等領(lǐng)域場景的大量應(yīng)用，說明物聯(lián)網(wǎng)已成為數(shù)字城市技術(shù)架構(gòu)的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能全面提升數(shù)字城市的基礎(chǔ)設(shè)施智能化、治理能力數(shù)字化、服務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)高效化，已然成為數(shù)字城市建設(shè)的新模式。

一、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)（IOT，The Internet of Things） 是一種通過專用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，利用射頻識別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備進(jìn)行物物、物人相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)智能識別、實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理等功能。

早在1995 年，比爾·蓋茨在其著作《未來之路》中就闡述過類似物聯(lián)網(wǎng)的概念但受限于當(dāng)時(shí)的傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、硬件等技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的概念并未得到太多的關(guān)注。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。國際電信聯(lián)盟于2005 年發(fā)布了《互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報(bào)告，對物聯(lián)網(wǎng)的定義和界限進(jìn)行了補(bǔ)充，并正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念。2009 年歐盟發(fā)布了歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃，給出了物聯(lián)網(wǎng)未來的應(yīng)用場景。同年，美國提出了“智慧地球”戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)作為智慧型基礎(chǔ)設(shè)施重點(diǎn)發(fā)展。

我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展也經(jīng)歷了多個(gè)階段。2009 年無錫市建立了物聯(lián)網(wǎng)研究院，該研究院由中科院、通信運(yùn)營商和幾所國內(nèi)高校組成。同年物聯(lián)網(wǎng)作為我國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，首次被寫入“政府工作報(bào)告”。2014 年召開的全國物聯(lián)網(wǎng)工作電視電話會(huì)議，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)要有序健康發(fā)展，以提高物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。2015 年提出的“中國制造2025”戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)在高端制造業(yè)中占有重要地位。工信部2017 年發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)“十三五”規(guī)劃，包含了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新體系、完善物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)、推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用示范、加強(qiáng)安全運(yùn)維保障能力建設(shè)等內(nèi)容。隨后工信部強(qiáng)調(diào)要全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，要求大力推進(jìn)廣覆蓋、大連接、低功耗的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。在5G、AI、邊緣計(jì)算等新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)得到了快速迭代升級。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備已融入社會(huì)管理、生產(chǎn)生活、數(shù)字城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的方方面面，猶如“智慧觸手”般連接數(shù)字城市的萬事萬物。

二、新技術(shù)驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

隨著軟硬件技術(shù)的快速突破，5G、IPv6、邊緣計(jì)算和AI 已逐漸成為成熟技術(shù)，與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合也更加便捷。新技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)融合，使物聯(lián)網(wǎng)深入到數(shù)字城市的方方面面，產(chǎn)生了“1 加1 大于2”的協(xié)同效應(yīng)。

（一）5G 技術(shù)

5G 作為新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低時(shí)延、大連接等特點(diǎn)，降低了通信成本，可有效提高設(shè)備的連接數(shù)量。5G 滿足了物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通信需求，如終端數(shù)量大、部署范圍廣、低功耗等要求。

“5G+ 物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)方案提供了大連接、低成本、低功耗的解決辦法，可使物聯(lián)網(wǎng)在室內(nèi)和室外廣泛地部署與應(yīng)用。5G 通過提供安全的連接和身份驗(yàn)證，使物聯(lián)網(wǎng)終端快捷部署到任何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并滿足高可擴(kuò)展性等要求。因此，5G 技術(shù)的出現(xiàn)讓物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了第二浪潮。

（二）IPv6 技術(shù)

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量眾多、網(wǎng)絡(luò)類型復(fù)雜、部署位置不固定等特點(diǎn)，從而需要大量的IP 地址，并配置復(fù)雜的路由策略。若使用IPv4 技術(shù)，不僅復(fù)雜而且不經(jīng)濟(jì)。因此，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域亟需新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

IPv6 作為下一代IP 技術(shù)，不僅能解決IPv4 地址數(shù)量短缺的問題，還具有高安全性、低開銷、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬等特點(diǎn)，能夠更好地支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。根據(jù)工信部加快推進(jìn)IPv6 規(guī)模部署的相關(guān)通知，預(yù)計(jì)到2025 年末，我國IPv6 用戶規(guī)模將達(dá)到8 億人，物聯(lián)網(wǎng)IPv6 連接數(shù)將達(dá)到4 億。IPv6 技術(shù)將是物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的重要助推器。

（三）人工智能技術(shù)

人工智能（AI）技術(shù)作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新研究分支，它能通過一段機(jī)器編碼做出類似“人類”的思考并給出答案，供人類參考分析。人工智能技術(shù)主要應(yīng)用在模式識別、語音及圖像處理、行為預(yù)測和專家系統(tǒng)等場景。AI 技術(shù)能夠高效便捷地分析、處理物聯(lián)網(wǎng)終端采集的大量數(shù)據(jù)信息，并將其轉(zhuǎn)換成人類易于理解的自然語言加以展示。這不僅提高了用戶的決策水平，還能提升用戶服務(wù)的精準(zhǔn)度，最終使得人與現(xiàn)實(shí)世界之間的交互變得更便捷。5G、AI 和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展標(biāo)志著智能連接時(shí)代已經(jīng)來臨。這種新技術(shù)的融合體具有改變我們生產(chǎn)生活和工作方式的巨大潛力，但是在美好的愿景實(shí)現(xiàn)之前，仍然有許多不確定性和挑戰(zhàn)需要被解決。相信在不久的將來，5G、AI 和物聯(lián)網(wǎng)相互融合而成的智能網(wǎng)絡(luò)，無疑將成為助推科技發(fā)展的加速劑，成為數(shù)字城市建設(shè)的重要基石，為數(shù)字城市建設(shè)帶來革命性的變化。

（四）邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算是相對于云計(jì)算而言，在靠近數(shù)據(jù)源頭一側(cè)部署網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源、 存儲(chǔ)資源、AI 分析系統(tǒng)等平臺，就近提供智能互聯(lián)服務(wù)，不僅可以降低傳輸時(shí)延、降低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求；由于數(shù)據(jù)不對外提供，還提高了數(shù)據(jù)安全性。數(shù)據(jù)處理功能主要由處于邊緣側(cè)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，只將部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云端進(jìn)行集中處理。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，邊緣側(cè)的設(shè)備越來越多、計(jì)算量越來越大，無人駕駛、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用對時(shí)延和可靠性要求很大。例如，在自動(dòng)駕駛汽車高速行駛時(shí)，經(jīng)過隧道等網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定的場景，只有使用不依賴網(wǎng)絡(luò)和云端的邊緣計(jì)算才可保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性和可靠性。

三、物聯(lián)網(wǎng)對我國數(shù)字城市建設(shè)的推動(dòng)作用

科學(xué)技術(shù)最重要的價(jià)值是讓人們享受科技帶來舒適便捷的生活方式。物聯(lián)網(wǎng)可以將人與實(shí)體世界有機(jī)聯(lián)合起來，必將給國家治理和民眾生活帶來巨大的變革。

我國政府高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，2021 年3 月發(fā)布的《“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中多次提到對物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，物聯(lián)網(wǎng)需重點(diǎn)發(fā)展傳感器、網(wǎng)絡(luò)切片、高精度定位等方向。同時(shí)，為了將物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)掌握在自己手中，在國家的全面領(lǐng)導(dǎo)下，逐漸加大物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的攻關(guān)，并逐步實(shí)現(xiàn)了部分關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化。

當(dāng)前，我國在數(shù)字城市建設(shè)領(lǐng)域也已經(jīng)取得了部分成效，且積攢了大量的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。通過不斷完善物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)字城市建設(shè)制度方面的頂層設(shè)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在全國各地?cái)?shù)字城市建設(shè)中的地位正在逐漸加強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在數(shù)字城市建設(shè)的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電子政務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)、交通物流、智慧農(nóng)業(yè)等方面發(fā)揮了引領(lǐng)示范作用，大大提升了政府職能部門的治理能力和服務(wù)水平；同時(shí)，群眾的獲得感和滿足感越來越強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)字城市建設(shè)中的全面感知、數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域做出了重要支撐和保障，以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)分析、模式識別，推進(jìn)城市數(shù)字化建設(shè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)政府治理能力、為民服務(wù)能力的提升，主要在防災(zāi)減災(zāi)、智慧交通、智慧物流、智慧民生等領(lǐng)域率先得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字城市建設(shè)的無縫銜接。

四、物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字城市中的常見應(yīng)用場景

隨著物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的跨越式發(fā)展，其應(yīng)用范圍也從單純的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控逐步擴(kuò)展到了生活的方方面面，如防災(zāi)減災(zāi)、智慧民生、智慧物流、智慧政務(wù)等領(lǐng)域。

（一）防災(zāi)減災(zāi)

我國幅員遼闊，地理地質(zhì)和氣候條件復(fù)雜，自然災(zāi)害類型較多，常見有旱災(zāi)、洪災(zāi)、地震、森林火險(xiǎn)、嚴(yán)重泥石流等。采用物聯(lián)網(wǎng)、AI 及5G 技術(shù)，在災(zāi)害多發(fā)地域部署多樣的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測傳感器，實(shí)時(shí)采集各類數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)利用5G 技術(shù)傳輸至后臺處理系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)挖掘和AI 技術(shù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，并與歷史數(shù)據(jù)和各類災(zāi)害模型進(jìn)行分析與比對，得出告警閾值。當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)第一時(shí)間產(chǎn)生告警，并通知相關(guān)方及時(shí)進(jìn)行災(zāi)害的控制與搶救。

例如，2019 年6 月17 日，我國四川省宜賓市長寧縣遭受了6.0 級地震災(zāi)害。但宜賓市提前10 秒、成都市提前61 秒收到了地震預(yù)警網(wǎng)利用預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出的地震預(yù)警通知。該預(yù)警系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)為建設(shè)基礎(chǔ)，在處于地震帶的主要區(qū)域部署大量的地震預(yù)警監(jiān)測終端，當(dāng)?shù)卣鹜话l(fā)時(shí)，利用電信號比地震波傳播速度快的原理，可以提前數(shù)秒至數(shù)十秒鐘向民眾自動(dòng)發(fā)出精確到秒級的警報(bào)。從而達(dá)到緊急避險(xiǎn)、減少傷亡、降低損失的目的，確保百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全。

利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 等技術(shù)搭建的“防災(zāi)減災(zāi)”平臺，不僅能夠整合多方力量，建立災(zāi)害數(shù)據(jù)基線，還可以促進(jìn)數(shù)字城市災(zāi)害防控體系建設(shè)，成功掌握自然災(zāi)害、搶險(xiǎn)救災(zāi)的主動(dòng)權(quán)。

（二）智慧交通

智慧交通指的是將物聯(lián)網(wǎng)、5G 以及AI、邊緣計(jì)算等技術(shù)集成到交通管理體系中，使行人、車輛和路網(wǎng)有效結(jié)合起來，改善交通環(huán)境來提高路網(wǎng)利用效率，緩解交通擁堵等問題。智慧交通在以下場景有較好的用途：智能公交車、共享自行車、車聯(lián)網(wǎng)、充電樁、智能紅綠燈、高速無感收費(fèi)等。2018 年北京市啟動(dòng)了智慧公交系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)終端部署到城市街道、橋梁、交叉路口、信號燈和收費(fèi)站等位置，為每輛公交車部署了物聯(lián)網(wǎng)終端和5G 終端。指揮調(diào)度中心實(shí)時(shí)獲取公交車行駛路線、路況、信號燈情況、車輛狀況及乘客數(shù)量等信息并處理后，將數(shù)據(jù)下發(fā)至相關(guān)公交站牌。市民通過公交站牌顯示屏或手機(jī)App 查看整條運(yùn)營線路上每輛公交車位置。新冠疫情發(fā)生后，為方便市民合理安排出行，市民可通過APP查看公交車車廂實(shí)時(shí)人員聚集情況，有助于進(jìn)行疫情防控。手機(jī)App 是通過調(diào)用交通指揮調(diào)度系統(tǒng)的開放的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)的此項(xiàng)功能。智慧交通利用物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI等新技術(shù)，不僅能夠有效地緩解交通擁堵、找車位困難、交通信號燈變化不合理等問題，還可以降低油耗和二氧化碳排放，改善出行，提高生活質(zhì)量。

（三）智慧民生

百姓日常生活離不開水、電、氣，而計(jì)算水、電、氣用量又離不開水表、電表、燃?xì)獗怼Ｉ弦淮乃?、電表、燃?xì)獗矶酁閭鹘y(tǒng)的機(jī)械式儀表，相關(guān)企業(yè)需要安排大量的抄表員去用戶家上門讀數(shù)抄表，既麻煩還容易抄錯(cuò)。新冠疫情出現(xiàn)后，上門抄表則更是難上加難。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 技術(shù)的不斷融合，智能水表、電表、燃?xì)獗磉M(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過在智能表內(nèi)集成信號采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)用戶線上查詢、繳費(fèi)，還可以遠(yuǎn)程管控閥門，避免因泄露或故障造成的百姓生命財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，供水、供電、供氣相關(guān)企業(yè)節(jié)約了運(yùn)營費(fèi)用、降低了抄表成本，實(shí)現(xiàn)各類管網(wǎng)平臺化、集成化運(yùn)營。

（四）智慧物流

傳統(tǒng)物流模式主要是將物品從發(fā)貨地向接收地運(yùn)輸?shù)膶?shí)體流動(dòng)過程，其中的打包、提貨發(fā)運(yùn)、在途運(yùn)輸、倉儲(chǔ)進(jìn)出庫、裝卸、投遞配送、信息處理等階段較為孤立分散。因此，傳統(tǒng)物流協(xié)作性不強(qiáng)、無法實(shí)時(shí)跟蹤貨物狀態(tài)、容易出現(xiàn)庫存壓力、效率低下等問題較突出。

智能物流模式則利用條形碼、傳感器、定位系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在包裝、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、配送等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)反饋。普通用戶可以利用手機(jī)App 查詢貨物實(shí)時(shí)位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息。貨物生產(chǎn)商、倉儲(chǔ)和運(yùn)輸企業(yè)能夠優(yōu)化原材料采購、半成品運(yùn)輸調(diào)配和成品送達(dá)用戶終端的物流鏈，并能改進(jìn)工序、提升服務(wù)質(zhì)量、降低物流和倉儲(chǔ)成本。例如，中國移動(dòng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了面向企業(yè)物流配送管理的移動(dòng)信息化解決方案。該解決方案涵蓋了實(shí)時(shí)定位、GIS、5G、短信通知等綜合物流信息系統(tǒng)的各個(gè)模塊。其中，車輛定位、條碼掃描作為重要的基礎(chǔ)應(yīng)用業(yè)務(wù)，可為企業(yè)和用戶提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的車輛定位、貨物跟蹤、短信通知、路網(wǎng)選擇、調(diào)度管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等服務(wù)，便于運(yùn)輸物流企業(yè)降低運(yùn)營成本，提升車輛調(diào)度能力，縮短物流時(shí)間，提高運(yùn)輸效率。

（五）其他領(lǐng)域

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化領(lǐng)域的深入推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)也展現(xiàn)出了巨大的潛力，如無人機(jī)播種打藥、自動(dòng)灌溉、無人收割機(jī)收割糧食等等，不僅提高種植效率、提質(zhì)增產(chǎn)，還降低了人工成本。在港口等大型區(qū)域，物聯(lián)網(wǎng)同樣發(fā)揮了“智慧觸手”作用，中國最大的“無人港口”洋山港，利用多種數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的全自動(dòng)化無人碼頭智能管控系統(tǒng)，自動(dòng)運(yùn)行的無人導(dǎo)引車、無人軌道吊等，物聯(lián)網(wǎng)不僅簡化了集裝箱運(yùn)輸流程，還可自動(dòng)采集集裝箱信息，監(jiān)控港口的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，極大提高了港口的吞吐率。同樣，物聯(lián)網(wǎng)在政府便民服務(wù)中也發(fā)揮了巨大作用，政務(wù)服務(wù)大廳的智能機(jī)器人講解員、文字智能識別、智能繳費(fèi)終端等都利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過整合辦事流程、優(yōu)化辦事程序，縮短了辦事時(shí)間，真正地增強(qiáng)了百姓的獲得感，提升了滿意度。

五、結(jié)束語

綜上所述，隨著5G、IPv6、AI 等新技術(shù)突破，我國逐步掌握了物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，如防災(zāi)減災(zāi)、智能物流和交通、智慧農(nóng)業(yè)、電子政務(wù)領(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用場景，從而提升數(shù)字城市的建設(shè)成效，為民眾生活帶來便利。