物联网在数字城市建设中的应用场景分析与探索

焦伟

关键字：物联网；数字城市；应用场景

随着5G、IPv6、低功耗芯片等技术突破，灾害预警、智能民生、智能充电桩、智能物流、智能交通、人脸识别支付等场景越来越普及，万物互联的数字化时代已经来临，物联网将为数字城市建设添砖加瓦。

数字城市建设是数字化转型的重要领域，城市各类基础设施进行智能化改造和互联是推进数字城市的重要基础。物联网技术无疑是数字城市基础设施和治理对象全面智能互联、实时感知必不可少的重要技术手段。物联网技术在防灾减灾、智慧民生、交通物流等领域场景的大量应用，说明物联网已成为数字城市技术架构的关键信息基础设施。物联网技术能全面提升数字城市的基础设施智能化、治理能力数字化、服务运转高效化，已然成为数字城市建设的新模式。

一、物联网的发展历程

物联网（IOT，The Internet of Things） 是一种通过专用网络通信协议，利用射频识别、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备进行物物、物人相连的互联网络，以实现智能识别、实时定位、实时跟踪、实时监控和管理等功能。

早在1995 年，比尔·盖茨在其著作《未来之路》中就阐述过类似物联网的概念但受限于当时的传感器、无线网络、硬件等技术，物联网的概念并未得到太多的关注。随着信息技术的飞速发展，物联网也得到了广泛的发展和应用。国际电信联盟于2005 年发布了《互联网报告2005：物联网》报告，对物联网的定义和界限进行了补充，并正式提出了“物联网”这一概念。2009 年欧盟发布了欧洲物联网行动计划，给出了物联网未来的应用场景。同年，美国提出了“智慧地球”战略，将物联网作为智慧型基础设施重点发展。

我国的物联网发展也经历了多个阶段。2009 年无锡市建立了物联网研究院，该研究院由中科院、通信运营商和几所国内高校组成。同年物联网作为我国新兴战略性产业，首次被写入“政府工作报告”。2014 年召开的全国物联网工作电视电话会议，强调物联网行业要有序健康发展，以提高物联网产业的国际竞争力。2015 年提出的“中国制造2025”战略，物联网在高端制造业中占有重要地位。工信部2017 年发布的物联網行业“十三五”规划，包含了构建物联网创新体系、完善物联网标准体系架构、推动物联网规模应用示范、加强安全运维保障能力建设等内容。随后工信部强调要全面推进移动物联网发展，要求大力推进广覆盖、大连接、低功耗的移动物联网建设。在5G、AI、边缘计算等新技术的驱动下，物联网得到了快速迭代升级。当前物联网终端设备已融入社会管理、生产生活、数字城市基础设施建设的方方面面，犹如“智慧触手”般连接数字城市的万事万物。

二、新技术驱动物联网的发展

随着软硬件技术的快速突破，5G、IPv6、边缘计算和AI 已逐渐成为成熟技术，与物联网的结合也更加便捷。新技术与物联网的有机融合，使物联网深入到数字城市的方方面面，产生了“1 加1 大于2”的协同效应。

（一）5G 技术

5G 作为新一代蜂窝移动通信技术，具有高速率、低时延、大连接等特点，降低了通信成本，可有效提高设备的连接数量。5G 满足了物联网当前的网络通信需求，如终端数量大、部署范围广、低功耗等要求。

“5G+ 物联网”技术方案提供了大连接、低成本、低功耗的解决办法，可使物联网在室内和室外广泛地部署与应用。5G 通过提供安全的连接和身份验证，使物联网终端快捷部署到任何网络拓扑，并满足高可扩展性等要求。因此，5G 技术的出现让物联网进入了第二浪潮。

（二）IPv6 技术

由于物联网设备数量众多、网络类型复杂、部署位置不固定等特点，从而需要大量的IP 地址，并配置复杂的路由策略。若使用IPv4 技术，不仅复杂而且不经济。因此，物联网领域亟需新的网络技术。

IPv6 作为下一代IP 技术，不仅能解决IPv4 地址数量短缺的问题，还具有高安全性、低开销、节省网络带宽等特点，能够更好地支持物联网的发展。根据工信部加快推进IPv6 规模部署的相关通知，预计到2025 年末，我国IPv6 用户规模将达到8 亿人，物联网IPv6 连接数将达到4 亿。IPv6 技术将是物联网快速发展的重要助推器。

（三）人工智能技术

人工智能（AI）技术作为计算机领域的最新研究分支，它能通过一段机器编码做出类似“人类”的思考并给出答案，供人类参考分析。人工智能技术主要应用在模式识别、语音及图像处理、行为预测和专家系统等场景。AI 技术能够高效便捷地分析、处理物联网终端采集的大量数据信息，并将其转换成人类易于理解的自然语言加以展示。这不仅提高了用户的决策水平，还能提升用户服务的精准度，最终使得人与现实世界之间的交互变得更便捷。5G、AI 和物联网技术的蓬勃发展标志着智能连接时代已经来临。这种新技术的融合体具有改变我们生产生活和工作方式的巨大潜力，但是在美好的愿景实现之前，仍然有许多不确定性和挑战需要被解决。相信在不久的将来，5G、AI 和物联网相互融合而成的智能网络，无疑将成为助推科技发展的加速剂，成为数字城市建设的重要基石，为数字城市建设带来革命性的变化。

（四）边缘计算技术

边缘计算是相对于云计算而言，在靠近数据源头一侧部署网络、计算资源、 存储资源、AI 分析系统等平台，就近提供智能互联服务，不仅可以降低传输时延、降低网络带宽需求；由于数据不对外提供，还提高了数据安全性。数据处理功能主要由处于边缘侧的物联网节点进行，只将部分数据发送到数据中心或云端进行集中处理。

随着物联网时代到来，边缘侧的设备越来越多、计算量越来越大，无人驾驶、自动驾驶等应用对时延和可靠性要求很大。例如，在自动驾驶汽车高速行驶时，经过隧道等网络信号不稳定的场景，只有使用不依赖网络和云端的边缘计算才可保证数据的时效性和可靠性。

三、物联网对我国数字城市建设的推动作用

科学技术最重要的价值是让人们享受科技带来舒适便捷的生活方式。物联网可以将人与实体世界有机联合起来，必将给国家治理和民众生活带来巨大的变革。

我国政府高度重视物联网的发展，2021 年3 月发布的《“十四五”规划和2035 年远景目标纲要》中多次提到对物联网及其相关产业的发展要求，物联网需重点发展传感器、网络切片、高精度定位等方向。同时，为了将物联网的核心技术掌握在自己手中，在国家的全面领导下，逐渐加大物联网核心技术的攻关，并逐步实现了部分关键技术国产化。

当前，我国在数字城市建设领域也已经取得了部分成效，且积攒了大量的建设经验。通过不断完善物联网对数字城市建设制度方面的顶层设计，物联网基础设施在全国各地数字城市建设中的地位正在逐渐加强。物联网已经在数字城市建设的多个领域进行了应用，如工业互联网、电子政务、防灾减灾、交通物流、智慧农业等方面发挥了引领示范作用，大大提升了政府职能部门的治理能力和服务水平；同时，群众的获得感和满足感越来越强。物联网对数字城市建设中的全面感知、数据共享领域做出了重要支撑和保障，以实现大数据的实时采集、统计分析、模式识别，推进城市数字化建设转型升级，促进政府治理能力、为民服务能力的提升，主要在防灾减灾、智慧交通、智慧物流、智慧民生等领域率先得到应用，实现了物联网技术和数字城市建设的无缝衔接。

四、物联网在数字城市中的常见应用场景

随着物联网及相关技术的跨越式发展，其应用范围也从单纯的设备状态监控逐步扩展到了生活的方方面面，如防灾减灾、智慧民生、智慧物流、智慧政务等领域。

（一）防灾减灾

我国幅员辽阔，地理地质和气候条件复杂，自然灾害类型较多，常见有旱灾、洪灾、地震、森林火险、严重泥石流等。采用物联网、AI 及5G 技术，在灾害多发地域部署多样的物联网监测传感器，实时采集各类数据，并将数据利用5G 技术传输至后台处理系统，利用大数据挖掘和AI 技术，将实时数据转化，并与历史数据和各类灾害模型进行分析与比对，得出告警阈值。当发生灾害时第一时间产生告警，并通知相关方及时进行灾害的控制与抢救。

例如，2019 年6 月17 日，我国四川省宜宾市长宁县遭受了6.0 级地震灾害。但宜宾市提前10 秒、成都市提前61 秒收到了地震预警网利用预警系统发出的地震预警通知。该预警系统以物联网为建设基础，在处于地震带的主要区域部署大量的地震预警监测终端，当地震突发时，利用电信号比地震波传播速度快的原理，可以提前数秒至数十秒钟向民众自动发出精确到秒级的警报。从而达到紧急避险、减少伤亡、降低损失的目的，确保百姓的生命财产安全。

利用物联网、大数据、5G 等技术搭建的“防灾减灾”平台，不仅能够整合多方力量，建立灾害数据基线，还可以促进数字城市灾害防控体系建设，成功掌握自然灾害、抢险救灾的主动权。

（二）智慧交通

智慧交通指的是将物联网、5G 以及AI、边缘计算等技术集成到交通管理体系中，使行人、车辆和路网有效结合起来，改善交通环境来提高路网利用效率，缓解交通拥堵等问题。智慧交通在以下场景有较好的用途：智能公交车、共享自行车、车联网、充电桩、智能红绿灯、高速无感收费等。2018 年北京市启动了智慧公交系统，将物联网终端部署到城市街道、桥梁、交叉路口、信号灯和收费站等位置，为每辆公交车部署了物联网终端和5G 终端。指挥调度中心实时获取公交车行驶路线、路况、信号灯情况、车辆状况及乘客数量等信息并处理后，将数据下发至相关公交站牌。市民通过公交站牌显示屏或手机App 查看整条运营线路上每辆公交车位置。新冠疫情发生后，为方便市民合理安排出行，市民可通过APP查看公交车车厢实时人员聚集情况，有助于进行疫情防控。手机App 是通過调用交通指挥调度系统的开放的数据接口实现的此项功能。智慧交通利用物联网、5G、AI等新技术，不仅能够有效地缓解交通拥堵、找车位困难、交通信号灯变化不合理等问题，还可以降低油耗和二氧化碳排放，改善出行，提高生活质量。

（三）智慧民生

百姓日常生活离不开水、电、气，而计算水、电、气用量又离不开水表、电表、燃气表。上一代的水表、电表、燃气表多为传统的机械式仪表，相关企业需要安排大量的抄表员去用户家上门读数抄表，既麻烦还容易抄错。新冠疫情出现后，上门抄表则更是难上加难。

随着物联网、5G 技术的不断融合，智能水表、电表、燃气表进入了物联网时代，通过在智能表内集成信号采集系统、网络通信系统、控制系统等功能，不仅可以实现用户线上查询、缴费，还可以远程管控阀门，避免因泄露或故障造成的百姓生命财产损失。同时，供水、供电、供气相关企业节约了运营费用、降低了抄表成本，实现各类管网平台化、集成化运营。

（四）智慧物流

传统物流模式主要是将物品从发货地向接收地运输的实体流动过程，其中的打包、提货发运、在途运输、仓储进出库、装卸、投递配送、信息处理等阶段较为孤立分散。因此，传统物流协作性不强、无法实时跟踪货物状态、容易出现库存压力、效率低下等问题较突出。

智能物流模式则利用条形码、传感器、定位系统等物联网技术，在包装、运输、仓储、配送等环节实现信息实时反馈。普通用户可以利用手机App 查询货物实时位置、数量、状态等信息。货物生产商、仓储和运输企业能够优化原材料采购、半成品运输调配和成品送达用户终端的物流链，并能改进工序、提升服务质量、降低物流和仓储成本。例如，中国移动利用物联网技术，提出了面向企业物流配送管理的移动信息化解决方案。该解决方案涵盖了实时定位、GIS、5G、短信通知等综合物流信息系统的各个模块。其中，车辆定位、条码扫描作为重要的基础应用业务，可为企业和用户提供实时准确的车辆定位、货物跟踪、短信通知、路网选择、调度管理、统计报表等服务，便于运输物流企业降低运营成本，提升车辆调度能力，缩短物流时间，提高运输效率。

（五）其他领域

随着物联网技术在数字化领域的深入推进，物联网在农业也展现出了巨大的潜力，如无人机播种打药、自动灌溉、无人收割机收割粮食等等，不仅提高种植效率、提质增产，还降低了人工成本。在港口等大型区域，物联网同样发挥了“智慧触手”作用，中国最大的“无人港口”洋山港，利用多种数字化技术，构建了以物联网为基础的全自动化无人码头智能管控系统，自动运行的无人导引车、无人轨道吊等，物联网不仅简化了集装箱运输流程，还可自动采集集装箱信息，监控港口的实时数据和状态，极大提高了港口的吞吐率。同样，物联网在政府便民服务中也发挥了巨大作用，政务服务大厅的智能机器人讲解员、文字智能识别、智能缴费终端等都利用了物联网技术，通过整合办事流程、优化办事程序，缩短了办事时间，真正地增强了百姓的获得感，提升了满意度。

五、结束语

综上所述，随着5G、IPv6、AI 等新技术突破，我国逐步掌握了物联网的核心技术。物联网技术在数字城市建设中得到了广泛应用，如防灾减灾、智能物流和交通、智慧农业、电子政务领域都有较广泛的应用场景，从而提升数字城市的建设成效，为民众生活带来便利。