基于物联网的智慧城市建设问题研究

◎ 郝书池

基于物联网的智慧城市建设问题研究

◎ 郝书池

物联网是发展智慧城市的新工具，在城市市政管理、农业园林、医疗保健、智能楼宇、智能交通等方面将有广阔的应用前景，但目前在政策支持、标准化建设、信息化建设、应用模式和技术创新、人才培养等方面还存在不足，阻碍了物联网在建设智慧城市中的应用和推广。

物联网 智慧城市 技术

一、国内外物联网发展现状

1995年，比尔·盖茨在其《未来之路》一书中已提及物联网概念。2005年11月，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行交换，射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。在美国，奥巴马提出利用物联网技术建设智慧地球，并提升到国家发展战略。日本提出u-Japan战略，希望实现从有线到无线、从网络到终端，包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，全体国民可以利用高速或超高速网络。在韩国，提出u-Korea战略，希望通过智能家庭项目(u-Home) 最终让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务。据美国权威咨询机构预测，到2020年，世界上物物互联的业务是人与人通信业务的三十倍，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。

物联网已被我国列入《国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)》和2050年国家产业路线图。1999年，中科院启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，先后投入数亿元，并且已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的较完整的产业链。2004年初，全球产品电子代码管理中心授权中国物品编码中心为国内代表机构，负责在中国推广EPC与物联网技术；同年4月，北京建立了第一个EPC与物联网概念演示中心。从2005年开始，国内许多制造企业开始在自动化物流系统中尝试应用RFID技术。2009年8月，温总理提出了把“感知中国”中心设在无锡，随后辐射全国的想法。2009年9月，无锡市与北京邮电大学签署传感网技术研究和产业发展合作协议，涉及光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域，合作内容包括应用技术研究、科研成果转化和产业化推广等。同时“传感器网络标准工作组成立大会暨‘感知中国’高峰论坛”在北京举行，会议提出物联网发展相关政策。

二、物联网的应用

（一）物联网的主要应用领域

“物联网”被称为是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命，由于它具有实时性和交互性的特点，其应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，主要应用领域如图1。

（二）物联网在建设智慧城市中的应用

图1 物联网的主要应用领域

1.城市市政管理。主要包括以下几个方面：（1）城市物联网公共服务平台。构建开放式的、共享的电子政务物联网架构体系，建立能实现多行业多业务的数据共享、协同，为政府、企业和公众提供一个城市运行和商业服务的物联网公共信息服务平台。（2）基于物联网的公共设施监管。通过对城市公共设施重要物资的准确标识，实现城市公共设施的监控和全程追踪溯源，保证城市公共安全，最终实现政府的数字化政务管理。（3）基于物联网的食品溯源。实现食品重要物资的准确标示，实现食品供应链的全程追踪与溯源，保证食品的安全，为食品安全、防伪打假提供法律依据。（4）城市应急管理（如图2）。（5）城市地图导航、城市环境监察。

图2 基于物联网的城市应急管理系统

2.农业园林。（1）发展精细农业。将无线传感器网络布设于农田、园林、温室等目标区域，网络节点大量实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度等数据，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、PH值、氮素等土壤信息，有助于实现农业生产的标准化、数字化、网络化。（2）园林绿化信息管理服务。采用低成本、低功耗无线传感器网络动态监测造林营林、林木采伐、林地征占、城市绿地等多方面的园林资源变化，建立园林绿化的评价模型和园林绿化信息管理服务平台，促进园林绿化的信息化和现代化，提高园林绿化的经济效益、社会效益和生态效益。

3.医疗保健。（1）医院病房电子巡检。在病人身上贴上传感器，并构建医院内部的传感器网络，医生就可以动态地监控病人情况。（2）建立基于物联网的医疗保健信息交换平台。为充分利用有限的医疗资源和解决好医患纠纷问题，通过建立医疗保健信息交换平台，一方面实现医疗保健信息资源共享，降低药品库存成本并提高效率；另一方面增加医生对患者以往病史和治疗记录的了解，提高诊断质量和服务质量。（3）基于物联网的药品溯源。实现药品等重要物资的准确标识，实现管理的透明化，提高药品安全，为防伪打假提供法律依据。

4.智能楼宇。（1）智能家居管理。通过物联网，居民可以对家居物品实现远程控制。（2）大型公共建筑监控应急。城市公共建筑规模庞大、结构复杂、人员密集、内部设备庞杂。紧急情况的预警以及疏散依靠传统的人工管理难以应对，借助于物联网可以有效地解决这个问题。（3）智能水、电、煤气表。通过在表内内置RFID芯片，这些表中的数字信息可以集中在数据采集器中，然后通过3G网络传送至电信后台系统，实现自动抄表功能。（4）建筑物设备的异常处理。采用无线传感器网络和无线局域网技术，实现对灯、空调设备的远程监控，同时为工作人员配备手持终端，方便工作人员及时赶到现场处理设备故障。

5.智能交通。通过对城市公共交通、轨道交通等重要设备的准确标识，实现公共交通工具全程追踪和溯源，一方面实现政府的数字化调度管理与城市交通资源优化配置运行职能；另一方面提高事故防控能力和水平，增强实时调度监控和应急事件处理能力，促进交通运输持续健康发展。

6.其他应用。在城市物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票、道路自动收费等方面，物联网也有很广泛的应用前景。

三、发展基于物联网的智慧城市存在的主要问题

（一）技术问题。一是国内传感器产业化水平较低，高端产品被国外厂商垄断。国内RFID产业仍然以低频为主，在RFID高端芯片等核心领域无法产业化，目前市场上超高频电子标签芯片大都以国外TI、NXP、HITACHI、INTEL公司为主。二是标识物体本身的形状、物理特性以及包装介质都会对标签在使用过程的可识别性产生影响，尤其是在金属和液体物品运输中，会产生干扰问题。三是实现物联网的数据计算量庞大，需要更大的计算平台支撑，云计算技术还有待提高。四是RFID、传感器、通信技术、智能技术与纳米技术等多技术的融合问题未能有效解决。

（二）标准问题。标准是支持物联网产业链的重要基础，如何统一终端和接入标准都是困扰运营商M2M业务发展的首要问题。目前，物联网国际上已形成了UCC、EAN、AIM、ISO、UID五大标准体系，他们分别代表了不同团体或国家的利益，目前仅有13.56MHz的高频领域标准在全球得到了统一，不同的国家对于相同波段，使用的频率也不尽相同。

（三）协议问题。物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP协议，但在接入层面，协议类别五花八门，GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，目前还没有一个统一协议。

（四）IP地址问题。物联网在运行过程中也需要寻址，由于物品数量庞大，相对于互联网来说，物联网需要更多的IP地址。但是IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑，IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，即使使用了IPv6地址，也会存在与IPv4的兼容性问题。

（五）成本问题。物联网的实施成本较高，除了远距离扫描的标签和解读器成本外，还包括接收设备、系统集成、计算机通讯、数据处理平台等的建设成本，这就严重阻碍了物联网在低端产业或者经济欠发达地区的推广与应用。

（六）安全问题。物联网和互联网一样，也会面临病毒和黑客的攻击。由于大多数应用到物联网的芯片为了节省成本而没有加载安全防护模块，这就存在很大的安全隐患。

（七）行业融合不够，缺乏产业链核心。物联网产业链企业主要包括芯片厂商、传感器厂商、识读设备厂商、传输网络、应用提供商等，在产业还没有形成规模应用的时期，没有任何的厂商能够代表这个巨大的产业。

（八）缺乏成熟的商业模式。物联网将催生商业模式的革命，催生无主机时代，催生数据托管时代。物联网的应用系统应当集成信息流、资金流和物流的管理，将物品制造者、物品状态信息供应者、物品标识认证机构、消息传送者和用户全部纳入管理资源之中，最终实现各利益相关者的共赢，但是目前还没有一个成熟的商业模式来推动物联网的发展。

四、发展基于物联网的智慧城市的对策

（一）提供法律和政策保障，优化产业发展环境。智慧城市物联网是国家物联网战略的重要组成部分，对于城市可持续性发展以及构建和谐社会意义重大。政府应该抓紧制定相关的法律法规，为产业发展提供坚实法律保障；加快制定促进物联网产业发展的相关政策，确保人、财、物的保障供应，为产业发展创造良好政策环境；加强产业环境的整治，打破行业和区域壁垒，营造内容相对开放、数据资源共享的良好环境。

（二）以应用和示范促进物联网的发展。目前，物联网的应用推广还处于探索阶段，规模化的产业应用是发展物联网的突破口。物联网发展一方面将以行业用户的需求为主要推动力，以需求创造应用，通过应用推动需求；另一方面以建设智慧城市为契机，加强其在智慧城市中的应用，国内的一些发达城市在信息基础设施建设、智慧城市公共服务和管理体系建设、新兴智慧产业等方面已经取得一些成效。此外，还需以行业应用为核心，推动一批物联网技术研发、物联网应用的大型示范项目的建设，利用大项目来带动物联网产业链某个环节或某方面的发展，从而带动物联网在各产业发展。

（三）培养物联网产业链核心。国内目前主要由运营商引导物联网，中移动已经认识到了物联网蕴藏的巨大商机，开发了电子商务、手机购物、物流信息化、企业一卡通、公交视频、移动安防、校讯通等一批物联网概念的业务形态；中国电信推出“平安e家”与“商务领航”，分别面对家庭与企业用户；中国联通也推出3G污水监测业务，实时对水表、灌溉等动态数据进行监测，并且能对空气质量、碳排放量、噪音进行监测。

（四）加强物联网技术创新。注重技术人才队伍的建设和核心技术的研究，通过技术攻关，初步取得属于自己的技术创新体系和核心技术的知识产权，扩大自主研制产品的市场份额。实现核心技术的突破和自主产品的产业化，有利于占领产业发展制高点，为整个产业的安全可控和可持续发展打下良好基础。物联网技术主要包括以下四个方面：在感知层面，主攻传感技术、RFID 技术和传感器自组网技术；在传输层面，主攻传感网与通信网的融合、大信息量传输通信网和三网融合相关技术；在处理层面，主攻中间件技术、基于云计算的应用处理和系统集成技术；同时还应该加快物联网架构和包括信息通信、计算机网络等技术在内的支撑技术的研发。

（五）加强物联网的标准体系建设。

标准化程度不高，这给物联网各种技术的融合造成了难度。中国物联网标准工作组已经成立，下属电子标签标准工作组、全国信标委传感器网络标准工作组等19 家相关标准化组织，强化以物联网关键资源、体系架构和核心技术标准为重点的顶层设计和统筹协调，有利于加快建设资源共享、互联互通、统一规范的物联网标准体系。

（六）加快企业信息化与兼容接口建设。物联网技术实际上是建立在信息化和互联网等技术手段的应用基础之上的，但整体而言，国内企业的信息化水平偏低，一方面企业内部的信息化软件应用程度较低，另一方面企业间的信息化平台少，信息共享水平低。这些需要企业通过加大投入，开展信息化建设，导入专业信息化管理理念和硬件设施，同时在建设以及设备购买与设计时，预留兼容物联网技术接口，减少后续发展的启动成本与时间。

（七）加强物联网商业模式创新。作为新兴产业的物联网，需加快其技术研发和产品设计步伐，更需加快其产业社会化进程，以尽快在市场上形成规模化的商业应用。可以选择的模式有：由系统集成商租用电信运营商网络，通过整体方案连带通道一起向用户提供业务的系统集成商核心型；由电信运营商向使用物联网业务的企业客户直接提供通道服务，客户除了提供资源之外，剩下的网络租用和运营都由运营商来完成的运营商运营型；系统集成商开发业务，电信运营商负责业务平台建设、网络运行、业务推广及收费的运营商合作推广型；由客户承担物联网平台的全部费用和整个服务体系的搭建的用户自建体系型；由政府等公共事业部门搭建公共平台，客户租用或者购买平台以及相关的软硬件产品，并支付相关通信费用的公共事业应用型；在云计算基础上，以用户服务为中心，根据已有的运营平台和业务能力，针对目标市场整合内外部资源，形成用户、商家、其他市场参与者共同创造价值的网络的“云聚合”模式；还有软硬件商主导型和软件内容集成商主导型。

（八）加强物联网人才的培养。由于物联网还是新兴技术，这方面的人才非常缺乏。鉴于当前状况，学校可能需要开设物联网专业，社会和企业也要加强物联网人才引进与培养。

[1]李红艳.物联网的应用及其发展趋势[J].福建电脑,2010,09：1～3.

[2]吕廷杰.物联网的由来与发展趋势[J].信息通信技术,2010,04：4～8.

[3]赵海霞.物联网关键技术分析与发展探讨[J].中国西部科技,2010,05：25～26.

[4]刘歌.物联网技术及其应用探讨[J].科学之友，2011,03：3～4.

[5]郑欣.物联网未来十类商业模式探析[J].移动通信,2011,04：64～68.

[6]刘浩力.物联网应用及发展前景浅析[J].中国信息界,2011,08：29～30.

[7]余宁.中国物联网的发展及前景分析[J].科技创新导报,2011,03：21.

[8]杨震.物联网发展研究[J].南京邮电大学学报(社会科学版),2010,06：1～10.

[9]曹玉旺.浅析物联网下智慧城市的发展策略融合与创新[C].中国通信学会通信管理委员会第29次学术研讨会论文集,2011,11：84-87.

[10]马士玲.物联网技术在智慧城市建设中的应用[J].物联网技术,2012,02：70～72.

The Construction of Smart City Based on the Internet of Things

Hao Shuchi

The Internet of Things is a major technological change and the focus of global attention in the 21st century. Extensive and in-depth study is proceeding all over the world. Internet of Things is a new tool for the development of Smart City. And it will have broad application prospects in urban municipal administration, agriculture gardening, healthcare, intelligent architecture and intelligent transportation. But due to insufficiency in policy support, standardized construction, information construction, application mode, technology innovation and personnel training, the application and promotion of the Internet of Things in the building of smart city is hindered.

Internet of Things; smart city; technology

F299.2

郝书池，暨南大学在读博士，讲师、经济师；主要研究方向：企业物流管理、供应链管理。

（责任编辑：卢小文）

广州市哲学社会科学规划课题“城市公共配送模式与配送网络优化研究——以广州市为例”研究成果。