智慧城市中的信息通信技术标准体系

罗 振 桑梓勤 齐 飞

1 武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室 武汉 430074

2 中国联通研究院 北京 100032

1 智慧城市与信息通信

1.1 信息通信技术基础

智慧城市是指以物联网、宽带网络、云计算等信息通信技术为支撑，通过广泛、充分的信息感知高效、安全的信息传递，全面、科学的信息利用，实现城市各个信息系统间的信息共享、操作交互和业务协同，提升城市运行管理效率和公共服务水平，增进经济发展质量并增强产业竞争能力，提高市民生活水平并改善生态环境状况，实现科学发展与可持续发展的信息化城市。

支撑智慧城市的基础是信息通信技术。信息通信技术包括电子、通信、计算机、控制等学科领域，这些领域中已经存在非常成熟的标准体系和产业链，基本可以满足智慧城市的需求。同时，城市中各种行业的业务应用，也都不同程度的存在着与其密切相关的信息通信类标准，比如智能交通、智能建筑等，其出现时间甚至远早于智慧城市。

1.2 智慧城市的需求驱动

信息通信技术仍在持续演进，城市职能也一直在不断完善，智慧城市会随着信息通信技术的进步和城市职能的提升而同步发展。

智慧城市在城市中已有的垂直行业信息化和物联网应用基础之上，力图实现数据开放、能力开放、信息共享和业务协同，将局限于垂直行业的业务应用在统一的水平体系中融合，服务于城市的政府、企业和市民[1]。

2 智慧城市中的标准体系

2.1 智慧城市的层次架构

根据实现方式，智慧城市可以分为自上而下的四个层次：应用服务、数据支撑、通信网络和传感采集[2]，其中分布着智慧城市所要继承和发展的各种信息通信技术标准体系。表1是层次架构中对应的主流信息通信技术标准体系[3]。

表1 智慧城市中的信息通信技术与应用层次架构

2.2 系统总体类标准[4]

作为一个高度集成的ICT系统，相比于物联网应用，智慧城市更接近于信息化系统，较多涉及数据和信息层面，因此，需要参考IT领域的信息模型标准，主流标准有以下两个。

1) 通用信息模型标准(Distributed Management Task Force，DMTF)的通用信息模型标准主要涉及系统、网络、应用和服务的管理信息总体定义，可在某个特定应用领域对通用信息模型进行扩展和深化。通用信息模型标准有助于信息管理者使用一种通用的规则在不同信息系统中交流，已经在IT行业得到广泛应用。智慧城市作为一种融合了各种信息子系统的复杂系统，通用信息模型标准对其同样适用。

需要结合智慧城市跨领域、融合型的特点，对通用信息模型标准进行扩展，新建针对智慧城市的信息模型标准。

2) 信息安全管理标准。ISO/IEC JTC1/SC27主要从事信息技术安全的一般方法和技术的标准化工作，其标准主要包括：开放系统互连、密钥管理、数字签名、安全评估等方面的内容。一方面识别未来信息安全管理体系标准与指南的需求，另一方面开发和维护信息安全控制和服务相关标准，为建立和实施信息安全管理体系提供技术支撑。智慧城市作为一种部分开放的信息系统，信息安全管理标准是必备的。

需要结合智慧城市中数据开放、信息共享和业务协同所产生的安全需求，对信息安全管理标准进行延伸和扩展，结合城市中政府、企业和市民的实际需求，新建针对智慧城市的信息安全管理标准。

2.3 传感采集类标准

在智慧城市层次架构中包含了信息源、传感节点和通信终端的传感采集层，根据获取信号类型的不同，可分为模拟类的环境或物体传感、数字类的物体标识、媒体类的视频摄像共三个方面，主流的成熟标准有以下四个。

1) 物品编码。主要指条形码(含一维、二维)和射频标签RFID。ISO/IEC JTC1 SC31与AIM PDF417的条形码标准是同一个标准体系，在商业和物流领域的物品标识应用中非常成熟，很多国家的政府和企业都支持该标准。ISO/IEC JTC1 SC31与AIM PDF417的条形码标准可以直接适用于智慧城市的相关应用。

ISO/IEC JTC1 SC31与EPC global的RFID标准具有条形码技术所不能实现的批量处理、无线读取等优点，在商业和物流领域的高端物品标识应用中非常成熟，很多国家的政府和企业都支持该标准。ISO/IEC JTC1 SC31& EPC global的RFID标准可以直接适用于与智慧城市相关的应用(如表2所示)。

表2 ISO/IEC JTC 1的RFID标准体系

ISO/IEC JTC1 SC31与EPC global两大标准体系相比，前者具有行业组织的权威性，后者获得了很多商业企业的支持，现在两大体系也在相互融合。

智慧城市中涉及物流、仓储、贸易、溯源等方面的物品标识的相关应用，可以直接采用上述的物品编码标准。

2) 智能变送器接口。智能变送器接口IEEE 1451标准包含6个子类，涉及有线与无线、单点与多点，内容非常具体，每个子类也都非常成熟，属于传感器领域的成熟标准，可以作为智慧城市中传感器的智能变送器接口国际标准(如表3所示)。

表3 智能变送器接口标准体系

由于受到主要针对于工业控制领域、产业链高度成熟的现场总线技术体系的冲击，IEEE 1451的应用主要集中于非工业领域，如自然、环境领域，因此，IEEE 1451并非是工业传感器市场的主流标准。产业链的支持不够，芯片资源较少，在实施时还是有一定的局限性。

在智慧城市的智能变送器技术领域未受到产业标准或事实标准规范的应用，可以选择性地采用智能变送器接口标准。

3) 无线个域网。基于IEEE 802.15.4技术构建的ZigBee与6Lowpan是目前国际通用的无线个域网技术标准，广泛应用于智慧城市中的传感器网络。ZigBee和IETF标准化组织一直进行无线个域网技术的开发并不断取得进展，包括芯片和协议栈在内的的产业链也很成熟，很多物联网和传感网应用都是基于这两项技术实现的。

在传感器之后往往需要传感器网络来接入传感信号，而无线个域网的上述技术，可以很好地实现传感器节点的组网、通信和管理，也是主流的传感器网络标准。

智慧城市中传感器网络的相关技术，可以直接采用无线个域网标准。

4) 视频监控。视频监控领域有两大国际标准体系即ONVIF和PSIA。ONVIF标准在视频监控中的应用范围很广，PSIA的应用范围没有ONVIF那样广泛，但是也大量存在于某些视频监控系统中。ONVIF和PSIA标准都已经成熟并形成了涵盖传感器、芯片组、摄像头、存储设备和门禁系统的整个视频监控产业链。

ONVIF和PSIA标准并非针对智慧城市的视频监控需求而研究制定，需要基于这两项成熟技术标准，结合智慧城市中公共安全的视频监控需求，有针对性地研究、制定智慧城市中的视频监控标准。

智慧城市视频监控的相关技术，可以直接采用视频监控标准。

2.4 通信网络类标准

通信网络与生俱来就具有对标准化的强烈需求，没有完善的标准体系，通信网络不可能形成全世界范围内的广泛商用。基于这个情况，在智慧城市的层次架构中，通信网络部分的标准化工作是最成熟、最完善的。经过以ITU-T、IEEE、3GPP等为代表的通信标准化组织多年来的发展和完善，智慧城市中通信网络所采用的各类通信技术都普遍存在对应的成熟标准，可以直接采用，并以透明化、智能化管道的方式为智慧城市中的信息采集、传递和交换提供网络支撑。主要标准如表4所示。

表4 通信网络相关标准体系

智慧城市中通信网络的相关技术，可以直接采用上述的通信网络标准。

2.5 数据支撑类标准

1) 云计算。DMTF、IEEE、IETF的云计算标准已经在信息通信技术和应用领域开始进行研究，尤其是在数据中心的建设和服务方面。但是这些标准的具体内容还需要进一步聚焦于智慧城市的需求，才能更有针对性地服务于智慧城市。

智慧城市中云计算的相关技术，可以直接采用上述的云计算标准。

2) 地理信息系统。开放地理联盟与ISO/TC211的地理信息系统标准被广泛应用，其覆盖范围包括了城市和乡村。开放地理联盟与ISO/TC211的地理信息系统标准在地理信息系统产业近年的发展中不断成熟，尤其是在数字城市实现过程中得到了非常广泛的采用和普遍的认可。

智慧城市中地理信息系统的相关技术，可以直接采用上述的地理信息系统标准。

3) 数据发布。国际货币基金组织(IMF)的数据发布标准被全世界作为官方规范广泛采用，应用范围几乎包括了全部国家。国际货币基金组织的数据发布标准作为世界通行的技术规范，其内容足够满足数据发布的要求。国际货币基金组织的数据发布标准与数据发布系统建设与应用的各个方面，很容易被全世界所有城市认可。

智慧城市中数据发布的相关技术，可以直接采用国际货币基金组织的数据发布标准。

2.6 应用服务类标准

1) 政务。关于电子政务，目前在国际上并没有类似于中国国家标准“政务信息资源目录体系与交换体系”这样直接针对政府信息化应用的标准。

智慧城市要针对政府、企业和市民的综合需求来制定智慧城市政务应用标准，不仅涉及政务信息处理的信息技术，还涉及政府公共事务信息采集与发布的通信技术。

智慧城市的政务相关应用，需要将现有电子政务标准进行深化和扩展，并针对城市政务的具体需求，如对城市的公共管理，对企业和市民的融合服务等进行标准延伸。

2) 交通。与交通相关的信息通信技术标准有ISO/TC241道路交通安全管理系统、ISO/TC 204智能交通系统、ITU-T CITS与ITE通信标准协作。车辆充电与通信、ITU-T SG13/ Q12网络车辆、 ITU-T SG15/ Q4c纯电动汽车通信、 ITU-T SG16/ Q27服务于电信/ITS服务/应用的车辆网关平台、ITU-T FG轿车通信、ITU-T FG情景意识管理的注意力分散报告。

以上涵盖了道路交通、智能交通、车辆联网与通信、车辆网关、驾驶员注意力管理等诸多内容，涉及到交通管理、交通工具和驾驶员等多个方面，基本囊括了智慧城市交通运输的主要范畴。其中的ISO标准研究制定时间较长，内容比较成熟，但是随着交通行业及智慧城市发展的需要，还有必要增加一些与智慧城市中公共交通服务与管理，以及新兴交通工具管理方面的标准。智能交通的发展时间要远早于智慧城市，相对更加成熟，需要将两者的新旧标准体系进行很好地融合。

智慧城市中的交通相关应用，可以直接采用上述组织的标准，并针对城市公共交通的需求进行标准延伸。

3) 物流。GS1标准主要涉及供应链的物品管理，是物流行业通用的国际标准。GS1提升了全球跨行业之间供应链与需求链的效率和可见度，使传统意义上跨地域的物流与供应链能够在城市范围内更有针对性地发挥作用。GS1标准作为成熟、通用的供应链标准可以直接适用于智慧城市。

但是GS1自成体系独立运行，并未与关系密切的智能交通系统、商业智能形成关联。还需要进一步结合智慧城市的需求，进行相关内容的补充和完善，比如和智能交通、商业智能的集成与融合。

智慧城市中物品流通的相关应用，可以直接采用GS1标准，并针对城市中及城市间物流的需求进行标准延伸。

4) 公共安全。ISO TC223标准主要涉及社会安全中的组织弹性、商业持续性与突发事件管理等内容，与智慧城市公共安全有较大关联，但是缺乏目前城市中已普遍部署的视频监控应用方面的内容，此外，还需要考虑其他与智慧城市相关联的应用，如电子政务、城市管理、社区安防等的融合。

智慧城市中公共安全的相关应用，可以直接采用公共安全标准，并针对城市公共安全的需求进行标准延伸。

5) 医疗卫生。WHO、CEN/TC 251、ISO/TC215、ITU-T SG13和ITU-T FG M2M的医疗卫生标准基本上包括了医疗健康领域中的医生护士与患者、医疗机构、家庭和移动场景。这些标准得到了广泛应用，也在各种医疗卫生的用例中涵盖了足够全面的内容，其细节已经可以支撑相关应用的实现。

随着智慧城市的发展和其他相关应用，如电子政务、环境保护、社区等的需求，目前医疗卫生方面的标准还存在较大的发展空间。

智慧城市中医疗卫生的相关应用，可以直接采用上述标准，并针对市民公共卫生的需求进行编制延伸。

6) 能源资源。ISO、IEC与ITU-T的能源与资源管理标准主要包括智能电网、智能计量和建筑能耗管理等内容，并已作为国际标准得到应用。但是，目前仍有某些能源与资源没有被相关ICT标准体系涉及，如燃气、空气、自来水与污水。

ISO、IEC与ITU-T在智能电网、智能计量方面的能源资源管理标准并不具体，还需要结合智慧城市的需求和发展进行制定，以解决城市能源与资源短缺为工作目标，研究和制定对应的能源资源标准。

ISO、IEC与ITU-T现有标准中的智能电网标准，其覆盖范围和针对对象都是大面积地区，远远超出了城市范围，应该针对智慧城市，侧重于将其城市配电及用电的内容进行深化，并与关联应用进行融合。

智慧城市中能源资源的相关应用比较广泛和杂散，与上述内容关联性较大的应用可以直接采用上述标准，也要针对城市范围内能源资源的需求进行标准延伸。

7) 环境保护。ISO与ITU-T的环境保护标准比较有限，侧重于为政府服务而非为居民服务，主要适用于城市管理者开展环境保护工作，并未包含与城市居民密切相关环境保护的重要内容。

ISO与ITU-T环境保护标准的具体内容还非常欠缺，远不能满足智慧城市的需要。

智慧城市中环境保护的相关应用，需要结合智慧城市的需求和发展，有针对性加强某些与环境保护有关领域的标准化，如制造加工、能源资源、交通物流、医疗卫生和城市管理等。

8) 社区。ISO/TC 268/SC 1标准主要涉及包括城市社区的框架与基础设施等基本内容，覆盖范围还有待丰富。该标准在框架和基础设施方面的内容比较有限，不能满足智慧城市的需要，还需要进一步深化和完善。

智慧城市中社区的相关应用，需要结合智慧城市的需求和发展，有针对性地加强某些与社区有关领域的标准化，如医疗保健、城市管理、公共安全等。

9) 建筑。ISO的建筑自动化及建筑信息模型标准非常主流并广泛应用到智能建筑领域。但是其主要聚焦于建筑及与建筑相关设施的信息，如建筑自动化和控制系统、民用和非民用建筑的管理系统，关于居民生活和建筑能耗管理方面的标准还有待研究和制定。

建筑自动化和建筑信息模型标准包括建筑设备自动化系统中的定义、需求、功能与实施，对于智慧城市建筑与家居应用基本足够。智能建筑的发展时间要早于智慧城市，需要将两者的新旧标准体系进行很好的融合。

智慧城市中建筑的相关应用，可以直接采用上述标准。还需要针对智慧城市的需求，有针对性地加强某些与建筑有关领域的标准，如能源资源、公共安全、社区等。

3 延伸拓展方向

针对业务应用的需求和信息通信技术的特点，智慧城市可以在下列方向进行标准体系的延伸和拓展[5]。

1) 数据开放。“数据”是城市的稳态表征，数据主要包括：人口、法人单位、自然资源与空间地理、宏观经济信息这四大方面，以及各种城市行业应用的数据。数据开放的标准化将促进城市数据与行业信息化系统中的孤立数据在智慧城市系统中的集中利用，使其更全面地服务于智慧城市。

2) 能力开放。“能力”代表的是信息通信技术的支撑环境，能力开放对各种智慧城市需求的复杂实现过程进行了抽象，对外开放出一个开发和调用环境，以实现各种业务应用。适用于智慧城市的能力主要包括：电信网能力、互联网能力、物联网能力以及行业专家系统能力。能力开放的标准化将促进智慧城市应用自由灵活、方便快捷地部署。

3) 信息共享。“信息”是城市的动态表征，主要来自于监视控制系统、物联网系统等。信息共享将促进城市监控系统与物联网应用中的离散信息在智慧城市系统中的实时共享和集中利用，使其更全面地服务于智慧城市。

4) 业务协同。业务协同将在原有电子政务的标准体系基础之上，将业务范畴扩大到整个城市的业务应用。业务协同的标准化提升将更高效地整合城市中离散的行业信息化系统、监视控制系统和物联网应用等，统一、集中地实现智慧城市的管理运营。

4 总结与展望

通过对智慧城市中共性支撑技术与服务垂直行业的ICT标准进行继承与发展，可以高效地开展智慧城市标准化工作，更好地利用已有标准的技术体系和产业链，有效地促进智慧城市的全面发展。同时，在某些方向上进行信息通信技术的延伸和拓展研究，也可以反过来促进信息通信技术的进步。

参考文献

[1] 罗振.智慧城市公共支撑平台体系架构研究[J].电信网技术,2013(4):10-13

[2] 罗振,桑梓勤.智慧城市公共支撑平台技术架构及功能要求[J].信息通信技术,2014,8(5):55-60

[3] TR on "Standardization roadmap for smart sustainable cities" [EB/OL].(2015-03)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx

[4] TR on "Standardization activities for smart sustainable cities" [EB/OL].(2015-05)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx

[5] TS on "Setting the framework for an ICT architecture of a smart sustainable city" [EB/OL].(2015-05)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx