智慧城市发展背景下物联网服务平台设计及应用

王磊

特斯联科技集团有限公司 北京 100005

随着物联网技术的不断发展，物联网技术的技术日趋成熟，物联网技术应用领域也日益广阔。要建设一个智慧城市，必须要有一套科学严谨的物联网技术支撑。可以预见，未来的物联网技术将会更加多元化、智能化，而物联网也必将推动智慧城市的建设。

1 物联网架构及特征

当前的物联网体系结构可以分为三层：感知层、网络层和应用层。其中，感知层包括多种感应器，用于对各种需要的资料、信息进行识别与采集；网络层由各种不同的结构单元构成，包括因特网、云计算和各种网络管理系统，其功能是对感知层传输的数据和其他信息进行传输和处理，其功能与人类中央控制系统相似；而应用层，则是将物联网和使用者的联系在一起，将各个领域的需求结合起来，形成一个涵盖人们日常学习、工作、生活等各个方面的物联网应用。

与传统的互联网相比，物联网具有明显的特点，与其网络架构相互对应：（1）全方位感知：通过RFID、传感器、二维码等感知、捕捉、测量技术，随时随地收集对象的信息；（2）可传递性：利用因特网与多种通讯网络相结合，可以即时地进行物件间的资讯交流和分享；（3）智能处理性：利用包括云计算和自动识别在内的多种智能处理技术，对海量数据进行统计、计算、分析，以达到智能控制和决策的目的[1]。

2 智慧城市对物联网平台的需求

2.1 物联网平台对城市建设的需求

目前，各大城市的网络化发展都需要实现物联网的平台化，而城市综合管理需要从分散的零散到开放共享，而建设城市级物联网平台成为城市创新发展的必要支撑。

2.2 物联网在城市中的应用与发展

物联网的建设主要涉及到物联网基础设施、物联网平台、环境监测、公共安全等方面。建设城市物联网平台，连接大量的、异构的城市物联设备，建设城市管理、公共事业、环境保护、服务和公共安全的物联网系统。宁波，上海，深圳，雄安，都在进行城市级的物联网试验，雄安新区，在顶层设计方面，提出了一种“一树一标”的管理模式。物联网技术无疑会对城市的建设、管理、服务方式产生深远的影响和变革。

2.3 物联网在我国城市中的应用

城市物联网的发展面临着如下问题：（1）打通大量的垂直应用，消除信息孤岛；（2）建立一个统一的平台，有效地降低了重复建设，并使资源更加集中；（3）规范城市物联网技术，弥补城市物联网技术的不足，逐步实现标准化；（4）通过数据的采集与分享，发掘城市物联大数据的应用价值，构建“大城市智能”。同时，由于城市的个性化特点、现有的应用体系和管理制度等原因，在城市的具体建设中要兼顾城市的现实状况[2]。

3 智慧城市发展背景下物联网服务平台设计

3.1 laaS层

在硬件资源中，laaS层的主要特征表现为统一化，该功能层主要是为了能够充分实现各专业应用平台层的不同服务需求，包括paaS层。在内容方面主要包括网络、储存、服务器、安全平台等，同时以此作为基础建设相应的网络、安全以及计算三大方面的资源池，在该种平台下能够使平台自身和其他层在处理各种类型信息中获取良好的基础资源支持。基于此，在整个平台中，laaS的主要价值体现在将物理硬件层面、虚拟资源层面等方面的支持提供给整个平台，作为物联网平台运行的基本条件。

3.2 PaaS层

PaaS层同样是为整个平台提供各项功能，将具有标准化特征的共享物联网服务提供给其他应用。在结构方面，包含采用两种环境，分别为业务运行、孵化环境。除此以外，该层还包含了中间件平台、云服务引擎以及数据平台三大功能组件。在孵化环境的应用中主要是为了能够将相应的支持、所需要的环境提供给开发者，不仅能够加强孵化质量，还能够缩短孵化周期。通过云服务引擎能够有效管理各类资源以及相关功能，包括服务资源、监控、计量、路由管理等功能。中间件平台主要能够对中间件进行统一化的动态共享和资源管理，在内容方面所包括的类别有分析类、交易类以及Web类。数据平台主要是为了在管理数据库、共享资源动态中发挥作用。另外，其平台还具备了两方面的主要能力，分别为移动、应用开发框架。同时，通过借助终端管理实现业务开通、暂停、注册、挂起以及注销等方面的终端各类型操作的良好管理。

3.3 SaaS层

SaaS层主要是细分、部署各类型应用。现阶段，在智慧城市发展的大背景下，主要以八个领域为主，在SaaS层的作用下，通过对物联网平台的运用统一门户将八个领域中所包括的应用同步展现，特别是多行业交叉的智慧应用。

4 智慧城市发展背景下的物联网服务平台应用

4.1 智慧消防应用

物联网技术在智慧消防中有显著的优势与特点，通过利用GTIBEE系统软硬件产品，以LORA无线网络通信技术作为主要基础，将公共宽带网络、3G与4G移动网络以及企业局域网等相关联网方式充分融入其中，分布在企业不同建筑内部前端感知设备控制器连接网络，对联网建筑物内前端感知设备的实际运行情况以及报警信息进行采集。同时构建与其他感知设备的关联性，包括企业安防监控系统的视频信息。通过充分利用视频、数据等信息感知方式，能够对联网建筑物消防安全状况全过程进行监控，并实现全方位感知，提前了解并发现前端消防设施可能存在的安全隐患与故障问题，及时要求相关部门进行相应地整改，减少火灾风险。除了能够预防火灾的相关功能外，一旦出现火灾，系统能够及时感知火情，同时对起火位置进行明确，并向企业、城市119指挥中心及时通报相关情况，便于有关部门根据火灾情况调集处置力量快速扑救，避免火势蔓延造成更大损失。

图1 智慧消防系统

火灾害实时监测：主要包含火灾风险评估、火灾预警等多种动态监测分析内容；应急处置：包括隐患排查整治，灭火救援处置，规范服务市场；社会资源救援：包括救火、处置、规范服务市场、消防宣传和培训；消防科研单位：包括推广消防技术、宣传、培训、科研成果转化等；消防维修部门：主要包括确保智能消防维修服务的品质，定期进行巡检和维修；重点防火单位：主要是定期组织紧急情况疏散演练，学习和传授灭火技能，定期对单位内的火灾隐患进行排查；物业管理部门：主要是对服务单位、安全隐患进行定期检查，对消防安全隐患进行整治、消防安全评估；保险公司：主要从事灾害后的保险评估和索赔；火灾舆情评价：主要包括火灾预测、实时舆情监控、舆情处置等[3]。

4.2 智慧城市应用

（1）智慧井盖应用

在建设区域中的不同井盖内部，将井盖位移、开启的智能检测节点设备加装其中，并在LORA无线专网的应用下形成低功耗广域网组网后，在系统后台监测中心传输相应的数据，从而达到井盖的智能化，包括实时在线监测、智能报警、数据统计、地图定位等各个方面的功能。井盖智能监测节点设备主要包括两个方面，分别为井盖位移、开启功能。在LORA无线专网构成的低功耗广域网络无线网，能够将井盖的异常开启、移动等状态信息，通过传输发送到LORA通信网关，再利用3G、4G、以太网将LORA通信网关接收的信息向系统数据运、监管中心传输，完成传输后进行智能管理、监测，以此更好地达到井盖的远程智能化管理。如图2所示。

图2 智慧井盖系统架构

（2）智慧环卫应用

为了能够有效监测垃圾箱，将智能垃圾桶溢满监测传感器平台安装其中，将采集数据通过低功耗广域网络上传到数据中心。中心对垃圾桶溢满情况以及相关数据进行详细地分析，能够将辖区垃圾桶的饱和状态明确直观地呈现给垃圾箱管理站，对垃圾清洁车运行路线进行优化与完善，提升垃圾运输的效率与质量，满足城市环卫建设的有效管理，实现智能化、环保型的城市环卫管理；并且，可以让环卫工人佩戴智能定位终端，按照垃圾溢满的具体情况，对环卫工人的实际作业进行智能调配，促进环卫工人考勤管理。该项应用主要由七个功能所体现：一是垃圾箱储物状态实时监测。将智能监测终端通过系统部署在垃圾箱的上盖及侧面，可对垃圾囤放的高度进行实时探测，一旦垃圾超出预警高度或是存在溢满现象，可及时上报系统平台，利于垃圾倾倒、转运工作的顺利实施。二是设备异常警告。终端监测设备部署在垃圾箱上，一旦出现网络故障、低电量等异常，会触发智能警告，利于维护人员及时进行维修作业。三是垃圾运输路线智能规划。通过系统对结果实施监测，对各个垃圾箱溢满情况进行动态化监察，利于对环卫工作人员、垃圾车进行智能分配，及时清除、搬运垃圾。四是环卫工人作业智能化管理。通过佩戴智能定位卡，能够及时调度环卫工人处理附近垃圾溢满的情况，并且能够对环卫工人进行考勤管理。五是事务实时监管。全程跟进环卫工作中的各个业务节点的事务办理情况，督察督办重点事件，对各个业务节点的实际工作效能、进度等多方面进行充分地了解与掌握。六是环境污染扩散实时监管。对辖区内重要污染区域进行详细监测，对降尘、除污的时间、区域进行及时了解与掌握，避免发生二次污染问题。七是数据统计及分析。在智能环卫系统平台运行过程中，能够在系统管辖区域内对垃圾清运状态的大数据实现智能化的统计与分析，对城市环卫作业的准确调度进行优化与调整，不断提高环卫工作整体水平，持续改善城市环境[4]。

（3）智慧路灯应用

在物联网技术下，路灯监控系统是路灯智慧管理平台。按照城市路灯应用的各项特点，与实际应用场景紧密结合，因地制宜，可快速达到路灯智能开关，不需要任何布线，能够减少设备信息更新时限，提升施工整体质量与效率，降低施工、运营沟通成本。在确保路灯正常应用的基础上，不断强化路灯运维的智能化、信息化水平。整体应用主要以三层架构为主，分别为：通信层、中央控制中心、采集执行层。中央控制中心：满足系统的整体控制，信息处理、维护、管理以及突发事件处理等。采用计算机技术对基础局域网络进行构筑，以此更好地满足与数字城管网等一系列局域网、外网之间的有效连接。通信层：满足系统的数据传输、通信；采集执行层：接收中心指令，实现现场控制、调光控制、数据采集、电缆防盗监视等。

4.3 智慧停车应用

智慧停车主要是通过多项技术联合应用开发的停车管理系统来实现。主要包括数据采集、云计算、物联网、无线传输以及智能传感等技术，将LORA无线通信技术作为主要基础，与地理系统相结合后开发出综合管理系统，该系统具有显著特色。在小区、道路路边对应车位上安装智能车磁，通过对LORA无线网关进行部署满足组网通信。可通过地磁使平台对车辆进行感应，同时判断车位是否存在被占用的问题。与此同时，与小区入口的车辆识别系统进行有效结合，可全面评估车位的应用情况与应用率。

4.4 安全用电应用

安全用电应用主要是通过低功耗广域网实现对电气引发火灾的主要因素进行不间断监控，同时跟踪数据、统计分析，及时发现电气线路、用电设备可能存在的安全隐患问题，主要包括线缆温度异常、欠压、过压、短路、漏电等问题。在云平台大数据的良好分析下，电脑PC端、手机APP能够及时将预警信息发送给安全管理人员，提醒安全负责部门、相关管理部门能够及时对隐患问题进行详细排查与治理，从而有效规避可能存在的电气火灾危害，提前做好预防工作。通过该项监管服务系统能够对用电单位可能存在的一系列问题进行有效解决，包括用电单位电气线路老旧、电气隐患、隐蔽工程隐患检查等，消除事故隐患，有效保护人民群众的人身与财产安全。

4.5 智慧养老应用

智慧养老的应用主要是对老人跌倒情况进行监测、报警，并实时定位老人实际位置，对养老手环进行全面推广。智能养老主要是为老年人群服务，通过养老手环能够实时定位老人位置、开启老人跌倒自动报警服务。跌倒自动报警功能是智能跌倒报警传感器的主要功能，同时，该手环所具有的功能较为广泛，主要包括报警短信群发、GPS融合定位、吃药提醒以及远程关机、语音通话等功能，功能较全且十分实用，可以作为老人的安全小卫士戴在手腕上。

5 结语

综上所述，当下，城市建设已经进入了全新的依靠科技驱动的阶段，也因此催生出智慧城市这一发展建设理念。借助大数据、云计算、互联网、5G等技术，在城市开发、管理以及规划中广泛应用，不断促进城市智能化、智慧化、现代化发展，提升城市规划、建设、管理、运行的整体效率。物联网技术的成熟和发展，使物联网服务平台在智慧城市建设过程中能够充分发挥出重要作用。