智慧城市建设几大前沿关键技术
点击次数：2797 更新时间：2014-08-22
摘要：智慧城市是释放城镇化潜力的有力抓手。在3月印发的《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》推动新型城市建设章节中要求推进智慧城市建设，实现与城市经济社会发展深度融合。
*电信研究院规划设计研究所总工程师王爱华表示，智慧城市下一阶段建设重点，将是信息资源和服务渠道的整合，业务系统集约化建设和面向领域而非行业开展基础设施智能化建设，而数字家庭将成为居民体验智慧城市的直接载体，得到发展。
智慧城市是利用新一代信息技术来感知、监测、分析、整合城市数字资源，对各种需求做出智能反应，为公众创造绿色、和谐环境，提供泛在、便捷、服务的城市形态。智慧城市是人类社会迈向信息社会的必然产物，是当今世界城市发展的新理念和新模式，建设智慧城市已经成为当今世界城市发展的前沿趋势。
发达国家将智慧城市建作为刺激经济发展和建立长期竞争优势的重要战略。2004年韩国、日本先后推出U-Korea、U-Japan的国家战略规划，2010年美国提出加强智慧型基础设施建设和推进智慧应用项目的经济刺激计划，欧盟制定了智慧城市框架，中国台湾地区提出了建设“智慧中国台湾”的发展战略，新加坡提出了2015年建成“智慧国”计划。此外，还有许多特色鲜明的候选城市如韩国的松岛新城、美国的迪比克市、瑞典斯德哥尔摩等均有智慧城市特色建设。
韩国：泛在网络
韩国的智慧城市以网络为基础，将医疗、教育等服务系统统一部署在思科公司的数据中心，通过无处不在的网络接入，方便的实现远程的医疗、远程的教育等服务。并且通过标准化的方式向企业开放这些IT基础设施，鼓励企业开发新型服务。
美国：智能服务
美国中西部爱荷华州的迪比克市，用IBM的新技术将水、油、交通等等都连接到了一起*实现了数字化，将城市的所有资源都连接起来，智慧的为市民服务，满足市民的需求。
瑞典：智慧交通
瑞典的智慧城市主要体现在智慧交通系统上的建设。为解决瑞典首都交通拥挤问题，斯德哥尔摩宣布征收“道路堵塞税”，瑞典在道路上设置了十几个的路边控制站，通过使用RFID以及激光等高新技术，自动识别进入市中心的车辆，然后自动的对进出市中心的注册车辆进行收税。同时引入了IBM的流计算平台“InfoSphereStreams”，分析采集的车辆位置信息，实现为城区同行车辆提供回避拥堵路线的服务。同时通过这些技术对进出车辆进行收税后，大量的减少了车流，降低了交通拥堵。
国外的专家预计2013年以后智能城市将成为一个庞大的市场，到2016年，用在智能城市技术的资金将有近400亿美元。
国内智慧城市建设现况如何？几大关键技术来分析众多国内城市把建设智慧城市作为转型发展的战略选择。智慧城市建设成为贯彻落实党的十八大提出的“四化同步”发展战略部署的重要举措。
建设热潮兴起
截至2011年5月份，中国的一级城市提出了“智慧城市”的详细规划，有80%以上的二级城市也明确提出了建设“智慧城市”。截至2012年9月，全国47个副省级以上地方的规划文件中，明确提出智慧城市建设的有22个，占比46.8%。截止2013年1月，全国已有320个城市投入3000亿元建设智慧城市，预计“十二五”期间用于建设“智慧城市”各方投资总规模有望达5000亿元。
思路各有侧重
当前各地智慧城市建设的关注重点大致可分为社会应用、基础设施建设、产业发展、新一代信息技术四个方面。如北京提出要实现从数字北京向智慧北京的全面跃升，加快向世界城市迈进；深圳把建设智慧深圳作为推进建设国家创新型城市突破口，打造功能完善的信息通信技术基础设施；宁波提出把智慧城市作为提升科学发展水平的战略选择的动力和方向，重点建设6大智慧产业；上海提出云海计划，为上海的智慧城市建设所需的云计算提供技术和产业支持。总体来看，对社会应用和基础设施建设的关注程度较高，在明确提出智慧城市发展战略的地方中，优先发展民生、城市管理等社会应用工程和基础设施建设的有占比72.7%，其他地方以产业或新一代信息技术发展为关注重点。
设施升级迅速
目前我国主要城市的3G网络已基本实现全覆盖，光纤入户率快速增长，宽带普及率和接入带宽全面提高。截至2012年12月份，我国电信用户规模持续扩大，全国用户总数达到13.9亿户，同比增长9.4%，其中用户数超过11亿户，3G用户占比达到20%;宽带普及提速工程实现年度目标，使用4M及以上宽带产品的用户比例超过63%，新增光纤到户覆盖家庭超过4300万户；城市信息化基础设施建设水平的飞速提升，为智慧城市的建设与发展提供了良好的基础。
而智慧城市的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变城市管理者、居住者相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。从整体上看，它至少应该有三层架构：感知层、互联层、应用层。
通过感知层采集城市的信息，通过互联层把各个信息系统链接起来进行信息的交互与共享，通过应用层采用智能化的技术，深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。从技术的角度具体来看，有以下几个基础技术是作为智慧城市的必要基石。
感知技术
这里的感知是更为广泛的一个概念。具体来说，它是指更为广泛的感知、测量、采集和传递信息的设备或系统。通过使用这些设备，从室内温度、湿度、烟雾到路面车辆信息、城市交通状况等任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。视频作为一种zui为直观的感知方式，在城市中大量应用。我们认为在目前及未来的城市应用中，视频应用方案的发展方向是多样化、高清化的，既有针对社会面资源的模拟高清视频应用方案，又有针对*实战业务部分的IP网络高清视频应用方案，还有针对城市重要掌控点位部署的HD-SDI无损高清视频应用方案。
智能技术
“更深入的智能化”是智慧城市另外一个特征与要求，智能化是指深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业的数据和信息。
视频智能技术发展到今天，经历了几个阶段，智能技术主要可分为：视频行为分析、车牌识别、视频诊断、智能检索、人数统计、图像复原、人脸识别等几大类。视频与图像的数据量是非常大的，它包含有大量的趋势性、经验性、模糊性的信息，视频智能的潜力是巨大的。
互联互通--嵌入式技术
“更全面的互联互通”是智慧城市另外一个基本特征与要求。这里的互联互通是指将遍布整个城市的各类“感知”设备收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享，从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而*地改变整个世界的运作方式。
要实现“更全面的互联互通”，意味着大量的运算资源将以一种小型化、分布式的方式嵌入各类设备中去，从而形成各类具备采集、运算、传输等能力的移动、互联终端设备，这些设备再通过传输网络，把现场采集到的数据传输到后端。
在这个过程中，我们看到运用嵌入式技术开发的嵌入式设备，能够很好的满足设备的小型化、多功能化、低功耗等技术要求。采用嵌入式NVR、DVR、车载DVR、PVR等设备作为整个系统的底层接入网关，完成对现场模拟高清视频、网络高清视频、SDI高清视频各类视频信号和温度数据、烟雾、报警等各类传感器采集信息的汇聚、分析、上传，以此实现“智慧城市”感知层数据的互联互通。
未来将通过管理应用得到智慧效应
城市车辆管理
重点包括城市内公交车辆、出租车辆、长途运输车辆，监测其运行状态、位置实时信息，通过信息数据收集分析，来实现调度、应急指挥等功能。车辆管理可以实现对车辆运行状态的数据采集和位置信息的采集，及车辆运行时车内、外的环境情况数据记录。数据上传至综合管理平台，进行数据分析，可以通过这些数据进行城市道路情况分析、城市公共交通调度、重大突发事件应对等应用。
城市道路管理
车辆在城市中不仅仅是交通工具，城市生活离不开车辆，它是承载人们城市生活的重要组成部分。无论是从城市管理角度、公共服务角度还是从公共安全角度来说，都非常有必要对城市车辆进行数据采集，然后据此进行数据挖掘、分析与应用。“智慧城市”对车辆信息的采集与应用，提出了更高的要求。
路面控制站用摄像、微波和各种传感器技术，通过高清视频智能分析技术可以实现人流、车流、车型的统计，同时采集各种道路综合信息，发布各种控制信号，按照不同时段不同费率收费、获知实时交通流量、获知车辆违章信息。
利用智能交通各种模型及算法，可以为交通管理部门和人员及时、准确地提供交通信息，从而使交通管理控制系统有效地适应各种交通状况，在相对宏观的层面高度合理疏导或调配运力。
该模型算法还可以为管理者和出行者随时提供各种交通信息，帮助道路使用者合理选择行车路线，避开交通拥挤，减少交通事故，从而极大增强了路网系统的有效使用潜力和通行能力，提高了整个交通系统的机动性、便利性、安全性和舒适性，整个交通系统的运输效率和经济效益随之增加，同时降低了交通系统对环境的负面影响。
城市重要场所管理
视频图像提供了重要建筑和城市核心设备的直观状态情况和环境信息，是zui主要的信息获取手段和监控手段；通过对重要建筑和城市核心设备相关视频的智能分析，可产生趋势预警，比如对各类禁区的入侵检测告警，建筑物周围可疑人员的徘徊检测以及人员聚集检测等；在视频智能分析结果超过警戒值时，即可触发相关的报警信息到监控中心，提醒相关人员进行处理，同时可以上报到相关的部门通知预警。
通过使用综合感知设备，可以对建筑物的传感器感应信息进行汇集，如振动感应，温度感应，烟雾感应等，在各类感应信息触发后，即可汇集，综合相关的信息统一上报到监控中心，比如将告警点周围的视频图像调出，通知出入口管理系统，上报上级管理系统封锁建筑物周围交通路口等等；通过对人员值班监测信息的记录，保证重点防护设备和建筑物随时有人员进行监管，避免出现管理和监控漏洞。
城市能源管理
针对储油储气站监测、加油加气站监测、危险品车，实现出入口的智能控制，比如通过车牌识别结果联动，RFID车辆出入管理等。在紧急情况时，对出入口进行告警联动下的紧急控制，强制关闭或开放某些出入口，进入紧急情况处置程序；视频智能分析产生的趋势预警，比如入侵检测。传感器感应信息，如温度信息，压力信息，静电报警信息。
城市移动*管理
传统的固定点位的布控，往往仅局限于局部的物理位置，而城市人、车、物是不断运动的，公共安全的需求也更加复杂，仅有固定点位的布控往往无法做到的覆盖，因此就需要通过移动点位更加灵活的布控方式来满足城市多样化的公共安全的需求。
移动车载*系统与单兵*系统，是对固定点位有效的补充，另外通过这类便携式移动设备，还能够更加直观的了解到城市的警力部署情况，为接出警策略、突发事件处理策略等上层应用提供更好的数据支撑。
*电信研究院规划设计研究所总工程师王爱华表示，智慧城市下一阶段建设重点，将是信息资源和服务渠道的整合，业务系统集约化建设和面向领域而非行业开展基础设施智能化建设，而数字家庭将成为居民体验智慧城市的直接载体，得到发展。
智慧城市是利用新一代信息技术来感知、监测、分析、整合城市数字资源，对各种需求做出智能反应，为公众创造绿色、和谐环境，提供泛在、便捷、服务的城市形态。智慧城市是人类社会迈向信息社会的必然产物，是当今世界城市发展的新理念和新模式，建设智慧城市已经成为当今世界城市发展的前沿趋势。
发达国家将智慧城市建作为刺激经济发展和建立长期竞争优势的重要战略。2004年韩国、日本先后推出U-Korea、U-Japan的国家战略规划，2010年美国提出加强智慧型基础设施建设和推进智慧应用项目的经济刺激计划，欧盟制定了智慧城市框架，中国台湾地区提出了建设“智慧中国台湾”的发展战略，新加坡提出了2015年建成“智慧国”计划。此外，还有许多特色鲜明的候选城市如韩国的松岛新城、美国的迪比克市、瑞典斯德哥尔摩等均有智慧城市特色建设。
韩国：泛在网络
韩国的智慧城市以网络为基础，将医疗、教育等服务系统统一部署在思科公司的数据中心，通过无处不在的网络接入，方便的实现远程的医疗、远程的教育等服务。并且通过标准化的方式向企业开放这些IT基础设施，鼓励企业开发新型服务。
美国：智能服务
美国中西部爱荷华州的迪比克市，用IBM的新技术将水、油、交通等等都连接到了一起*实现了数字化，将城市的所有资源都连接起来，智慧的为市民服务，满足市民的需求。
瑞典：智慧交通
瑞典的智慧城市主要体现在智慧交通系统上的建设。为解决瑞典首都交通拥挤问题，斯德哥尔摩宣布征收“道路堵塞税”，瑞典在道路上设置了十几个的路边控制站，通过使用RFID以及激光等高新技术，自动识别进入市中心的车辆，然后自动的对进出市中心的注册车辆进行收税。同时引入了IBM的流计算平台“InfoSphereStreams”，分析采集的车辆位置信息，实现为城区同行车辆提供回避拥堵路线的服务。同时通过这些技术对进出车辆进行收税后，大量的减少了车流，降低了交通拥堵。
国外的专家预计2013年以后智能城市将成为一个庞大的市场，到2016年，用在智能城市技术的资金将有近400亿美元。
国内智慧城市建设现况如何？几大关键技术来分析众多国内城市把建设智慧城市作为转型发展的战略选择。智慧城市建设成为贯彻落实党的十八大提出的“四化同步”发展战略部署的重要举措。
建设热潮兴起
截至2011年5月份，中国的一级城市提出了“智慧城市”的详细规划，有80%以上的二级城市也明确提出了建设“智慧城市”。截至2012年9月，全国47个副省级以上地方的规划文件中，明确提出智慧城市建设的有22个，占比46.8%。截止2013年1月，全国已有320个城市投入3000亿元建设智慧城市，预计“十二五”期间用于建设“智慧城市”各方投资总规模有望达5000亿元。
思路各有侧重
当前各地智慧城市建设的关注重点大致可分为社会应用、基础设施建设、产业发展、新一代信息技术四个方面。如北京提出要实现从数字北京向智慧北京的全面跃升，加快向世界城市迈进；深圳把建设智慧深圳作为推进建设国家创新型城市突破口，打造功能完善的信息通信技术基础设施；宁波提出把智慧城市作为提升科学发展水平的战略选择的动力和方向，重点建设6大智慧产业；上海提出云海计划，为上海的智慧城市建设所需的云计算提供技术和产业支持。总体来看，对社会应用和基础设施建设的关注程度较高，在明确提出智慧城市发展战略的地方中，优先发展民生、城市管理等社会应用工程和基础设施建设的有占比72.7%，其他地方以产业或新一代信息技术发展为关注重点。
设施升级迅速
目前我国主要城市的3G网络已基本实现全覆盖，光纤入户率快速增长，宽带普及率和接入带宽全面提高。截至2012年12月份，我国电信用户规模持续扩大，全国用户总数达到13.9亿户，同比增长9.4%，其中用户数超过11亿户，3G用户占比达到20%;宽带普及提速工程实现年度目标，使用4M及以上宽带产品的用户比例超过63%，新增光纤到户覆盖家庭超过4300万户；城市信息化基础设施建设水平的飞速提升，为智慧城市的建设与发展提供了良好的基础。
而智慧城市的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变城市管理者、居住者相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。从整体上看，它至少应该有三层架构：感知层、互联层、应用层。
通过感知层采集城市的信息，通过互联层把各个信息系统链接起来进行信息的交互与共享，通过应用层采用智能化的技术，深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。从技术的角度具体来看，有以下几个基础技术是作为智慧城市的必要基石。
感知技术
这里的感知是更为广泛的一个概念。具体来说，它是指更为广泛的感知、测量、采集和传递信息的设备或系统。通过使用这些设备，从室内温度、湿度、烟雾到路面车辆信息、城市交通状况等任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。视频作为一种zui为直观的感知方式，在城市中大量应用。我们认为在目前及未来的城市应用中，视频应用方案的发展方向是多样化、高清化的，既有针对社会面资源的模拟高清视频应用方案，又有针对*实战业务部分的IP网络高清视频应用方案，还有针对城市重要掌控点位部署的HD-SDI无损高清视频应用方案。
智能技术
“更深入的智能化”是智慧城市另外一个特征与要求，智能化是指深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业的数据和信息。
视频智能技术发展到今天，经历了几个阶段，智能技术主要可分为：视频行为分析、车牌识别、视频诊断、智能检索、人数统计、图像复原、人脸识别等几大类。视频与图像的数据量是非常大的，它包含有大量的趋势性、经验性、模糊性的信息，视频智能的潜力是巨大的。
互联互通--嵌入式技术
“更全面的互联互通”是智慧城市另外一个基本特征与要求。这里的互联互通是指将遍布整个城市的各类“感知”设备收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享，从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而*地改变整个世界的运作方式。
要实现“更全面的互联互通”，意味着大量的运算资源将以一种小型化、分布式的方式嵌入各类设备中去，从而形成各类具备采集、运算、传输等能力的移动、互联终端设备，这些设备再通过传输网络，把现场采集到的数据传输到后端。
在这个过程中，我们看到运用嵌入式技术开发的嵌入式设备，能够很好的满足设备的小型化、多功能化、低功耗等技术要求。采用嵌入式NVR、DVR、车载DVR、PVR等设备作为整个系统的底层接入网关，完成对现场模拟高清视频、网络高清视频、SDI高清视频各类视频信号和温度数据、烟雾、报警等各类传感器采集信息的汇聚、分析、上传，以此实现“智慧城市”感知层数据的互联互通。
未来将通过管理应用得到智慧效应
城市车辆管理
重点包括城市内公交车辆、出租车辆、长途运输车辆，监测其运行状态、位置实时信息，通过信息数据收集分析，来实现调度、应急指挥等功能。车辆管理可以实现对车辆运行状态的数据采集和位置信息的采集，及车辆运行时车内、外的环境情况数据记录。数据上传至综合管理平台，进行数据分析，可以通过这些数据进行城市道路情况分析、城市公共交通调度、重大突发事件应对等应用。
城市道路管理
车辆在城市中不仅仅是交通工具，城市生活离不开车辆，它是承载人们城市生活的重要组成部分。无论是从城市管理角度、公共服务角度还是从公共安全角度来说，都非常有必要对城市车辆进行数据采集，然后据此进行数据挖掘、分析与应用。“智慧城市”对车辆信息的采集与应用，提出了更高的要求。
路面控制站用摄像、微波和各种传感器技术，通过高清视频智能分析技术可以实现人流、车流、车型的统计，同时采集各种道路综合信息，发布各种控制信号，按照不同时段不同费率收费、获知实时交通流量、获知车辆违章信息。
利用智能交通各种模型及算法，可以为交通管理部门和人员及时、准确地提供交通信息，从而使交通管理控制系统有效地适应各种交通状况，在相对宏观的层面高度合理疏导或调配运力。
该模型算法还可以为管理者和出行者随时提供各种交通信息，帮助道路使用者合理选择行车路线，避开交通拥挤，减少交通事故，从而极大增强了路网系统的有效使用潜力和通行能力，提高了整个交通系统的机动性、便利性、安全性和舒适性，整个交通系统的运输效率和经济效益随之增加，同时降低了交通系统对环境的负面影响。
城市重要场所管理
视频图像提供了重要建筑和城市核心设备的直观状态情况和环境信息，是zui主要的信息获取手段和监控手段；通过对重要建筑和城市核心设备相关视频的智能分析，可产生趋势预警，比如对各类禁区的入侵检测告警，建筑物周围可疑人员的徘徊检测以及人员聚集检测等；在视频智能分析结果超过警戒值时，即可触发相关的报警信息到监控中心，提醒相关人员进行处理，同时可以上报到相关的部门通知预警。
通过使用综合感知设备，可以对建筑物的传感器感应信息进行汇集，如振动感应，温度感应，烟雾感应等，在各类感应信息触发后，即可汇集，综合相关的信息统一上报到监控中心，比如将告警点周围的视频图像调出，通知出入口管理系统，上报上级管理系统封锁建筑物周围交通路口等等；通过对人员值班监测信息的记录，保证重点防护设备和建筑物随时有人员进行监管，避免出现管理和监控漏洞。
城市能源管理
针对储油储气站监测、加油加气站监测、危险品车，实现出入口的智能控制，比如通过车牌识别结果联动，RFID车辆出入管理等。在紧急情况时，对出入口进行告警联动下的紧急控制，强制关闭或开放某些出入口，进入紧急情况处置程序；视频智能分析产生的趋势预警，比如入侵检测。传感器感应信息，如温度信息，压力信息，静电报警信息。
城市移动*管理
传统的固定点位的布控，往往仅局限于局部的物理位置，而城市人、车、物是不断运动的，公共安全的需求也更加复杂，仅有固定点位的布控往往无法做到的覆盖，因此就需要通过移动点位更加灵活的布控方式来满足城市多样化的公共安全的需求。
移动车载*系统与单兵*系统，是对固定点位有效的补充，另外通过这类便携式移动设备，还能够更加直观的了解到城市的警力部署情况，为接出警策略、突发事件处理策略等上层应用提供更好的数据支撑。
