智慧灯杆专家说 | 物联网技术如何让智慧城市更美好?

作者:顾永海来源:智慧灯杆专家说

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    智慧城市不仅仅是一个概念或未来的梦想。智慧城市正在我们身边发生。得益于极具创新性的云服务、物联网 (IoT) 技术和智能传感器等产品的大量研发,很多智慧城市解决方案已经比较成熟,并得到广泛的实施应用。近年来基于路灯杆开发的城市物联网和云计算相结合的智慧城市解决方案即是一个很好的例子。


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    基于路灯城市物联网,又称智慧路灯物联网,因具有泛在性和实用性,在我国的智慧城市建设中逐步得到各级政府的认同和发展。全国各级政府正在利用路灯杆、5G网络和低功率广域 (LPWAN) 无线技术相结合构建智慧路灯物联网,提升社会治理能力、公共服务水平、提高人们工作效率、便利性和生活质量。


    基于本人多年的技术工作经验和颇长的国外生活体验与观察,在此和大家分享一下对智慧城市的理解和有关建设运营方面问题的思考,供大家参考和指正。


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01.

什么是智慧城市?


    智慧城市是一个框架,主要由信息通信技术 (ICT)和云数据处理技术组成,用于开发、部署和促进可持续发展的数字城市经济,以应对日益严峻的城市化挑战。

   

    智慧城市是“双碳”目标实现的重要抓手。十四五”开启中国绿色发展新篇章,“绿色化”与“数字化”“智能化”的协同成为了“十四五”期间的重点发展方向,新型智慧城市建设成为“碳达峰、碳中和”目标实现的重要举措。智慧路灯一方面通过合杆、合管、合网、合电、合系统进行集约化设计、施工从减的角度降低综合投入,从而达到降低碳排放;另一方面运用新一代物联网、人工智能、云计算等新技术全面支撑城市的动态发展,在原有设施的基础上进行软件系统升级、扩容从而做到增加应用、不加能耗实现碳中和 的达成、推动经济社会的系统性变革,为生态文明建设注入强大动力。


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    在物联网的帮助下,社区可以改善能源分配、优化城市道路照明、简化垃圾收集、减少交通拥堵并改善空气质量。人们可以使用智能手机、联网汽车、智能家居等各种方式参与智慧城市生态系统。将设备和数据与城市的物理基础设施和服务相配合,从而降低生活成本并提高城市发展的可持续性。


例如:

  • 通过智慧路灯物联网,路灯对城市道路照明优化,根据时间和天气自动调节照明时间和亮度,在满足道路照明要求的情况下达到最小化的用电量消耗。

  • 通过智慧路灯物联网,市政部门可在灯杆上灵活挂载各种智能传感设备采集城市运行数据(环境、安防、车流等)或发布市政信息(广播及视频宣传等)。

  • 交通部门通过智慧交通系统接收来自传感器和汽车的数据,调节交通灯的信号切换时间,实现智慧交通管理,减少道路拥堵,提升交通安全。

  • 联网汽车可以与停车计时器和电动汽车 (EV) 充电座进行通信,并将驾驶员引导至最近的可用地点。

  • 智能垃圾桶会自动将数据发送给城管,并根据需要及时安排收取时间,而不是仅靠预先计划的时间表。

  • 人们的智能手机已经成为移动驾驶执照和带有数字凭证的身份证,从而加快并简化了对城市和当地政府服务的访问;在抗疫期间,政府防疫部门通过手机采集的个人数据追踪感染人员和可疑密接人员,及时隔离病源,这成为我国城市抗疫的最重要也是最有效的措施之一。

    这些智慧城市技术共同提升和优化了基础设施、公共服务和公用事业水平。



02.

为什么我们需要智慧城市?


    城市化是一个永无止境的现象。如今,全球 54% 的人居住在城市,预计到 2050 年这一比例将达到 66%。随着总体人口增长,城市化将在未来 30 年内全球范围将新增 25 亿人口。环境、社会和经济的可持续性必须要跟上这种对我们城市资源消耗的快速扩张的步伐。


    2015 年 9 月,全球有193 个国家在联合国就可持续发展目标 (SDG) 议程达成一致。解决全球气候变暖问题已成为国际政治的最重要问题之一。要解决好这个问题,各国人民和地方政府需要有可快速实施的环保手段,而智慧城市技术对于成功实现这些目标至关重要。



03.

物联网技术如何

让城市更智能、更美好?


    安全的无线连接和物联网技术正在将城市生活的传统元素(如路灯)转变为具有扩展功能的智慧路灯平台。范围可能包括集成太阳能并连接到基于云的集中控制系统,以及与该系统相连接的其他生态系统资产。智慧路灯解决方案已经远远超出了简单的照明需求。


    例如,LED大屏会提醒通勤者注意塞车等交通问题,提供恶劣天气警告,或在发生事故灾害时及时提供提醒和引导。路灯杆上的监控摄像头可以监测停车场和停车位,并通过信息屏和移动应用程序提醒和引导司机迅速地找到空停车位,有些杆还安装有充电桩,可以给电动汽车充电。


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    但是这一切是如何集成在一起的呢?是什么让智慧城市获得成功?


除了人、住宅、商业和传统的城市基础设施,智慧城市需要四个基本要素:

  • 无处不在的有线、无线智能设备及传感器的连接

  • 开放、安全、有序的城市数据共享

  • 可以信赖的数据访问安全性

  • 灵活的商业模式和可持续发展的数字经济


    任何智慧城市应用程序的第一个组成部分是可靠、普遍的无线连接。虽然没有万能的无线系统,但不断发展的低功耗广域网 (LPWAN) 技术因其成本效率和普遍性而非常适合大多数智慧城市应用。这些技术包括 LTE Cat M、NB-IoT、LoRa、蓝牙和其他一些有助于构建互联城市的技术。5G技术的出现,作为主流无线技术进一步推动智慧城市发展,成为加速智慧城市新部署的分水岭事件。


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    从历史上看,政府、企业和个人都将他们的数据放在各自的口袋内,尽可能少地与他人共享。如今,开放数据正在重新定义数字城市。隐私问题和对安全漏洞的恐惧远远超过了共享信息的感知价值。然而,可持续发展智慧城市的一个关键推动因素,是复杂生态系统中的所有参与者可以共享信息,并将其与实时分析的上下文数据相结合,从而实现实时或及时的智能决策。多个部门必须合作,通过分析部门特定信息技术(IT)和运营技术 (OT) 系统之间实时共享的上下文信息来实现更好、可持续的应用成果。数据管理(以及对这些信息的访问)是数字城市的支柱,是智慧城市的经济价值核心。



04.

智慧城市的例子


△纽约市智慧城市

    纽约市交通部的 Midtown in Motion 是一个拥堵管理系统,可将 Midtown 大道的出行时间缩短 10%。来自纽约市市长办公室首席技术官的 NYCx 挑战倡议邀请企业家、技术专家和技术专业人士参加公开竞赛,并提出解决实际城市需求的大胆想法,例如污染、收入不平等和交通(站点关闭)。


    LinkNYC提供免费的超高速 Wi-Fi、电话、设备充电和用于访问城市服务、地图和方向的平板电脑。这是一个独特的通信网络,取代了布朗克斯、布鲁克林、曼哈顿、皇后区和史泰登岛的公用电话。


    Cyber NYC是纽约市主导网络安全的战略投资。它旨在发展纽约市的网络安全劳动力,帮助公司推动创新并建立网络和社区空间。


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    MyNYCHA 移动应用程序和门户网站允许公共住房居民在线管理服务。它涉及纽约市的 300 多个公共开发项目。MyNYCHA 于 2015 年推出,是一项免费服务,将维修过程交到居民手中。居民可以在线提交、安排和管理工作票。他们还可以订阅开发中断警报、查看检查预约并支付租金。


    纽约市的自动水表:自动抄表系统由连接到各个水表的小型设备组成。他们将每日读数发送到计算机计费系统。


    My DEP Account 让纽约人可以在家中追踪消费情况。该系统消除了水表读取器访问场所的需要。它使环境保护部能够更密切地监控全市用水量,更有效地管理城市的供水系统。


    纽约的数据报告——Open Data for All——提供了由当地各机构发布的免费公共数据。该工具为人们打开数据并且得以在他们的社区中发挥作用——包括教育工作者、学生、艺术家、建筑商、小企业主、倡导者、记者、社区委员会成员。这也意味着为纽约市更安全、更清洁、更公平的 300,000 名工人提供开放数据。


阿姆斯特丹智慧城市


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    阿姆斯特丹是一个链接良好的智慧城市的光辉典范,它通过打开数据保险库获得回报。智慧城市计划始于 2009 年,包括 170 多个项目。它还与开发人员等感兴趣的各方共享交通和运输数据,然后开发人员创建链接到城市交通系统的地图应用程序。


    现在,在城市中导航对所有人来说都是轻而易举的事。还有更多,该市建造了称为“机器人船”的自动送货船,以保持货物及时运输。它还支持了一个漂浮房屋村庄项目,以可持续的节能替代方案解决城市的过度拥挤问题,社区内自己生产电力,家庭直接从河流中获取水,并在他们的水箱中过滤。


    如果没有共享数据,这一切都是不可能的。城市数据可供所有人在线获取是智慧城市发展成功的核心。



05.

智慧城市能否得到保护和信任?


    在数字城市中,联网摄像头、智能道路系统和公共安全监控系统可以提供额外的保护和紧急支持,以便在需要时帮助市民。但是如何保护智慧城市本身免受漏洞影响呢?我们如何防御黑客攻击、网络攻击和数据盗窃?在多个参与者共享信息的城市中,我们如何相信参与者就是他们所说的那个人?我们如何知道他们报告的数据是真实准确的?


    答案在于物理数据保险库以及强大的身份验证和管理解决方案。智慧城市只有在我们能够信任的情况下才能发挥作用。



06.

智慧城市解决方案的四个核心安全目标


    所有生态系统合作伙伴——政府、企业、软件供应商、设备制造商、能源供应商和网络服务供应商都必须尽其所能,整合符合四个核心安全目标的解决方案:

    可用性:如果没有可操作、实时和可靠的数据访问,智慧城市就无法蓬勃发展。如何收集、提炼和共享信息至关重要,安全解决方案必须避免对可用性产生不利影响。

    完整性:智慧城市依赖于可靠和准确的数据。必须采取措施确保数据准确且不受操纵。

    机密性:收集、存储和分析的一些数据将包括有关消费者本身的敏感细节。必须采取措施防止未经授权泄露敏感信息。

    问责制:系统的用户必须对自己的行为负责。他们与敏感系统的交互应被记录并与特定用户相关联,这些日志应该难以伪造并具有可靠的完整性保护。必须将强大的身份验证和管理解决方案集成到生态系统中,以确保数据仅与授权方共享,以实现这些安全核心目标。


    这些解决方案还可以保护后端系统免受入侵和黑客攻击。当然,最终越来越多的数字安全问题只能通过立法来解决。



07.

智慧城市下的经济模式


    在物联网和智慧城市时代,数据就是新石油。

   

    为了使智慧城市蓬勃发展,我们需要建立可持续的商业模式,以促进所有生态系统参与者的成功。智慧城市应用软件必须融入物联网解决方案的结构中,以使所有生态系统贡献者受益;这包括原始设备制造商、开发商、集成商、政府等。每个成员的知识产权都需要得到重视和奖励。


    订阅软件功能支持新的商业模式,允许每个贡献者从他们对生态系统的贡献中提取价值。基于订阅的模型提供了一种将硬件和软件货币化以构建智能基础设施并分散费用的方法,从而摆脱大量的一次性基建投资支出。例如,MRI 扫描仪等昂贵的医疗设备可以按每次扫描成本出售,而不是作为医院的一次性预付费用。这为医院和供应商创造了双赢的局面。


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    很快有一天,城市将为车主提供负担得起的车队订阅服务,车主可以从一系列自定义选项中进行选择。此举可以从根本上减少交通事故并优化交通模式和拼车。


    随着城市地区的不断扩大和发展,智慧城市技术正在发展,同时增强可持续性并更好地为人类服务已引起各国重视。通过利用普遍的连接性、开放数据、端到端安全性和软件货币化解决方案,我们可以满足不断变化的智慧城市需求,从而为所有生态系统合作伙伴提供显著改善的体验。


关于作者

   顾永海    博士   杭州快越科技有限公司总经理。中国东南大学与加拿大康哥迪亚大学联合培养博士,电气与计算机工程专业博士后,专业从事无线及宽带网络技术研发与企业管理,具有30多年带领团队从事无线通信、移动网络、无线宽带、工业物联网等产品的研发、应用和市场开拓的经验,曾在美国北电(Nortel)、AT&T、IPwireless、安德鲁(Andrew)、Level3、Tellabs等多家著名电信集团担任过研发及创新领导,现在主要聚焦于智慧路灯、智慧园区、智能制造等智慧工业相关的软件定义物联网平台化解决方案研发和推广应用。


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