物联网技术在城市公共设施运行系统的开发研究——以城市综合性公园公共设施为例

王义鹏，张诗林

（吉林动画学院，吉林 长春 130000）

0 引 言

“智慧城市”概念自诞生以来便受到全世界各国家及地区的广泛关注，在加强国家安全、健全城市治安防控体系、维护公共安全等方面意义重大，其提供的智能化服务对于提升城市形象、增强人民群众的幸福感和安全感也有极大推进作用，而支撑其运转的核心技术之一，便是被人们称为继计算机、互联网和移动通信网络之后的第三次信息产业浪潮的物联网。随着我国整体经济实力的提升，人们对于城市的诉求不再是钢筋水泥包裹下的高楼大厦，反而追求小桥流水邻里关怀下的温暖，城市应该从冰冷的观赏性向温暖的实用性转换，而智慧城市便是提高城市服务质量的有效方式之一。

公共设施作为城市环境的重要组成部分，是城市居民接触城市环境的重要媒介，具有协调人与城市环境关系的重要作用，是城市形象以及管理质量、生活质量的重要体现。随着智慧城市概念的推广，物联网在公共设施上的应用成为推进智慧城市发展的重要组成。但现阶段，物联网技术在公共设施的应用上存在技术滥用、设施开发缺乏科学的需求分析、公共设施功能浪费及实用性缺失等问题，而造成这些问题的原因，一方面是开发过程缺乏对用户需求的分析，另一方面是缺乏系统性的管理和运行模式，导致出现功能孤立、信息更新不足、实时服务延迟等问题，而设施间良性运行系统的建立可以有效提高信息共享、信息收集、情报更新和智能服务的能力，是智能设施共生共存的基础，也是设施功能良性循环、设施服务最大化的保证。本文以与城市居民生活、娱乐关联性最为密切的公园空间为研究对象，探讨公共设施运行系统开发的必要性和可行性，并根据公园空间的特殊环境，分析用户的实际需求，结合物联网技术的特性，提出适合公园环境的运行系统[1-2]。

1 物联网的概念及特征

1.1 物联网的概念

物联网是通过信息传感设备，按照约定的协议把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、监控和管理的网络。其概念由自动识别中心Auto-ID Labs于1999年提出，最初的内涵是通过各种射频识别信息的传感设备将物品与互联网连接，以实现智能化识别和管理。物联网在随后的发展中经历IFFF，ITU，3GPP，IETF等标准化定义机构的命名，最终将物联网定义为“事物或设备通过与互联网的连接丰富其价值并可以提供给使用者的一种技术”。

物联网在诞生之初便被看做是信息领域的重大发展和机遇，在2005年突尼斯信息社会世界峰会上发布的《The Internet of things》报告中对于物联网的特征、技术、挑战及机遇做了详细陈述，使物联网在全球范围内得到重视，并为其未来的发展指明了方向。正因为物联网蕴含巨大的市场潜力，不论是欧盟发布的物联网行动计划，还是美国IBM针对物联网趋势提出的“智慧地球”概念，都旨在抓住机遇，将物联网的概念付诸于实际行动。与此同时，日本、韩国、新加坡等亚洲国家也针对物联网的发展提出各自的策略。中国将物联网作为战略性新兴产业予以高度重视，在政府报告中提出推动中国物联网建设从概念推广、政策制定、配套建设到技术研发快速发展，国家发改委等八部委在《指导意见》中也明确强调了物联网技术在智慧城市建设过程中的重要作用，由此也可以看出我国对于大力推进物联网产业发展的巨大决心。

1.2 物联网在城市公共设施中的应用

物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传输和智能处理。通过物联网技术，物体变得智能化，可以与用户实现情报的传递并提供相应服务。物联网由于其出色的信息收集、管理等优点，在城市道路监管、水质管理、流量监测等信息基础设施方面应用普遍，同时在城市安全、城市环境监测、城市交通管理等与城市密切关联的基础设施中也起到十分重要的作用。在城市公共设施领域，由于公共设施具有美观、便于更换、贴近大众生活等特点，成为物联网技术推广应用的重要载体，伴随着物联网技术的推广，运用物联网技术的城市公共设施相继问世。例如芬兰首都赫尔辛基推出为游客提供智能服务的指示牌，通过太阳能源驱动的法国Concept Shelters智能公交车站，以及阿姆斯特丹致力于绿色交通推广的可自动更换电池的充电站等，这些智能公共设施最为突出的特征就是运用物联网技术对设施进行智能化改造，解决城市智能化不全面等问题，对于我国智慧城市的发展意义重大。

纵观近年来物联网在中国城市中的应用，发现物联网发展目前仍然缺乏系统性的应用指导，其应用多停留在“概念”阶段，而且缺乏系统性的管理和运营方法。虽然很多城市都运用物联网技术开发了智能便民设施，但技术的运用只关注设施本身，并未考虑设施间的关联和综合性的运行方式，未能最大限度发挥物联网技术的优势。城市作为一个整体，其组成部分既相互影响又相互关联，各智能设施只有相互连动、信息共享才能最大化发挥其功能价值。加之物联网本身的优势是情报的传递和共享，因此运用物联网技术建立一套智能、有效的运行系统是解决智能设备功能单一、设备管理滞后的重要途径，是物联网应用普及与智能城市发展的重要推动力。城市是一个复杂的综合体，不同的职能空间对运行系统的要求也不同，本研究侧重于智能设施系统运行与城市居民的关联性，因此将研究对象选定为与城市居民生活、娱乐关系密切的城市公园，以此来构建符合城市居民需求的智能公共设施运行系统[3-4]。

2 公园设施与物联网技术结合方案

城市公园是供城市居民或其他之用的公共用地，在生态文化建设方面具有举足轻重的作用。因此，物联网技术在城市公园空间的应用，是提高城市综合智慧化程度的重要保证。随着居民生活方式的改变、活动类型的增多，传统功能单一的娱乐设施已无法满足居民日益丰富的娱乐要求，而运用物联网技术开发的智能设施不仅可以满足互联网普及时代下人们新的行为需求，同时可以解决传统设施使用过程中的潜在问题。本论文以综合性公园内公共设施为研究对象，在分析对象需求的基础上，运用物联网技术构建智能设施运行系统。为全面客观获取城市居民在综合性公园使用过程中的问题及需求，笔者以北京市城市公园分布类型为参考基准，分别对颐和园等7个综合性公园进行了实地探访，并针对公园内使用人群进行用户调查分析，在考虑用户需求的基础上，结合物联网技术特性，分别从信息感知、信息传递、智能化处理3个层面，研究公园设施与物联网技术结合的可行性。

2.1 信息感知层面

通过对公园内用户的行为分析，将感知信息类型分为安全类信息和便捷类信息。其中安全类可以分为公园空间安全性使用信息和使用者身体健康状态信息，公园空间安全性使用信息包括夜间的安全照明环境、意外事故处理机制、公园道路安全指示、自行车道上儿童意外突入提示等。使用者身体健康状态信息主要指运动过程中自身健康状态的实时把握，避免过度运动造成的意外伤害以及适宜运动的天气情报信息获取等。便捷类信息主要指使用者在公园空间内更快速、智能地获取所需情报，例如公园设施分布、公园路线指引、随行儿童位置检测、天气、温度、湿度等信息获取，以及节日期间人流分布、获取洗手间排队信息等，通过物联网技术与公共设施的结合，运用传感设备以实时获取周边情报，监测周边环境信息和人群状况，为公园使用对象提供全天候信息服务[5-7]。信息感知过程如图1所示。

图1 智能设施信息感知过程

2.2 信息传递层面

物联网技术可以实现物与物、物与人的信息传递，根据传递的载体和对象的不同，信息传递大致分为设施间的信息传递、设施与人之间的信息传递，信息传递过程如图2所示。物联网技术使公园内原本相互独立的设施通过网络实现信息共享，每个设施根据其功能定位收集相应情报，并通过网络连接实现信息共享，设施可以利用其本身的分布特征和用户需求功能实现合理的智能化运行模式，并且收集的信息可以直接传递到更高一级的服务器，实现信息的智能化处理。经过分析后的高准确率情报可通过网络系统反馈给各智能设施，实现情报收集、传递、处理的良性循环。设施与人之间的信息传递表现为2个方面：智能设备可以为使用者提供所需情报，包括自然环境信息、设施使用信息、人流分布信息、定位家人位置等，以此来满足使用者对智能设备的基本需求；为公园的管理者提供指导性管理方案，帮助城市规划者制定科学、合理的规划，提供客观指导信息等。公园管理者可以实时监测公园使用情况，了解设施使用问题并及时维修管理，为公园使用者提供更加人性化的服务[8-9]。

图2 智能设施信息传递的基本框架

2.3 智能处理层面

为使用者提供服务是设施智能化的最终目的，运用物联网技术获取的周边环境信息均以数据化的形式储存在服务端，应用物联网技术的智能设备不仅使人与人之间的信息传递变得快捷，同时也使人与物之间的联系成为可能。通过物联网技术使物理世界中存在的事物可以通过互联网实现智能连接，为使用者提供更人性化的服务。

本论文以综合性公园中的公共设施为研究对象，以使用者需求为依据，分析了公共设施与物联网技术相结合条件下的应用方向。考虑到物联网本身的实现就是一套完整的收集、传输、反馈过程，因此，与公共设施相结合的智能设施同样需要一套系统来实现功能的最大化，同时有效避免智能设施功能单一、管理维护滞后等问题，实现智能设施的高效运行。

3 公共设施运行系统的开发

使用者是系统运行的核心，公共设施作为构成系统的硬件设施是系统运行的载体，而支撑物联网技术运行的软件设施同样是系统构成的基本要素。本研究在原公共设施基础上结合物联网技术，在考虑使用对象需求及相互关系的基础上实现运行系统的构建，不仅可以解决原有设施管理过程中出现的问题，同时还能为使用者提供一种全新的设施体验模式，并为管理者节省时间。在系统构成框架的基础上，模拟使用者参与系统运行的过程。系统构成如图3所示。

图3 系统构成基本框架

在此运行系统中，每个使用者都可以根据自身需求在不同的智能设施中获得服务，同时设施间分工明确，在信息收集与传输的同时，实现信息的整理与共享。研究为了演示系统运行的模式，以图3中系统构成的基本框架为基础，设置假想用户，模拟物联网设施系统的运行模式。考虑到综合性公园空间范围广、功能全面、设施多样的特点，不同的年龄段用户对智能设施有不同的需求，通过对综合性公园使用者的特征进行分析，发现自行车使用者由于其位置变换快、活动范围较大，且对道路信息依懒性强的特点，以自行车使用者作为系统运行的模拟对象。智能设施通过传感器收集骑车者的速度、位置等信息，随时监测道路状况，并将道路上的潜在危险实时传递给骑车者；夜间智能照明系统可以根据骑车者的位置智能开启，既保证道路安全又可以节约能源；智能自行车存放装置可以保证骑车者的财物安全；智能路标可以根据园区状态分享实时情报等。与此同时，园区内其他使用者也可以随时获取道路信息情报，管理者可以监测园区使用状况，设施物之间根据各自分布及功能获取必要信息并共享[10]。以自行车使用者为对象，物联网设施系统的运行模式如图4所示。

图4 智能设施运行系统

4 结 语

物联网设施是城市智慧化的重要组成部分，本文结合物联网技术在公共设施中的应用，分析了目前我国公共智能设施的应用现状及问题，面对我国智能设施存在滥用及服务滞后等问题，提出构建智能设施运行管理系统的研究方向。在研究系统构建的过程中，将研究的范围定位为与城市居民关联密切、活动内容最丰富的城市综合性公园，通过对北京7个综合性公园的实地分析与问卷调查，分析公园使用者的实际需求，在满足使用者需求的前提下结合物联网技术，提出智能设施开发方案，并从智能设施的实际应用出发构建整体运行方案，通过系统的构建明确各智能设施的功能，增加设施间的关联性，提高运行效率。本论文分别从设施、公园使用者、管理者等角度出发，分析了系统运行与各构成要素的关系，为系统的实际运行提供全方位的指导建议。

本系统的开发与运行演示都是基于城市综合性公园空间内进行的研究，其主要目的是为物联网在城市的普及提供多方位的应用建议，其中智能设施开发过程中的用户需求分析、物联网与公共设施结合方式以及全方位的系统运行演示等，都是未来物联网应用过程中需要考虑的关键要素，希望此系统运行概念的提出，可以为物联网的普及应用起到指导与借鉴作用。