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论未来城市的物联网技术

导读: 通过物联网技术可以管理城市所产生的海量且多样的信息。更重要的是,通过对这些信息的汇集、整理与分析,可以培育出促进社会进步与改善居民生活的新型服务。

    为了实现能源效率较高的环境友好型城市建设,物联网技术是不可或缺的。这是因为通过物联网技术可以管理城市所产生的海量且多样的信息。更重要的是,通过对这些信息的汇集、整理与分析,可以培育出促进社会进步与改善居民生活的新型服务。

    一、“生态”是未来城市建设的关键字

    世界城市人口不断快速增多。根据联合国的预测,2050年全世界69%的人口,也就是将有63亿人将在城市居住。一些新兴国家的农村人口将不断外出务工,走向便于生活与工作的城市地区。城市作为收纳人口的容器,未来的开发建设将更多更广泛。

    旺盛的城市开发需求之下,世界各国拥有共同的着眼点,即:将城市建设的关键字定位为“生态”。例如,阿联酋的阿布扎比推进了号称“零排放城市”的“马斯达尔生态城”建设,旨在打造一个二氧化碳零排放的生态城市。我国也将环境友好城市、生态城作为新城市开发的标准,计划将600多个大城市中的100个建设成生态城。

    生态城应运而生的背景之一是全世界实现低碳社会的共同目标与愿景。2010年3月召开的世界城市论坛上,联合国环境规划署(UNEP)、联合国人居署(UN-HABITAT)与世界银行公布了二氧化碳排放的测量方法。在人口与工业活动不断集中的城市地区,温室气体减排已经上升到了一个城市重点课题。

    同时,为了应对人口快速增加与城市化,确保城市能源、水资源等生命线至关重要。为了既能够控制温室气体排放,又能确保人口增加下的生命线,就必须尽可能提高城市的能源使用效率。具体而言,需要摸索城市功能的最佳规划、现有基础设施的升级改造,进而通过解决城市问题提升居民的生活质量。

    二、提升城市效率不可缺少物联网技术

    不管是新兴国家、发达国家,为了实现高效率的城市,物联网技术都将成为不可或缺的要素。世界各地均将物联网技术定位为实现城市管理的工具。其中一个例子是美国IBM在马耳他岛开展的示范项目。

    马耳他自然资源匮乏,长期以来其能源需求全部依靠进口,进口石油目前仍是马耳他用来发电的唯一能源来源。近年来国际市场石油价格持续走高,使马耳他政府面临巨大挑战。2009年2月4日,马耳他公布了和IBM达成的协议,双方同意建立一个“智能公共系统”,实现该国电网和供水系统的数字化。IBM及其合作伙伴将会把马耳他2万个普通电表替换成智能电表,这样马耳他的电厂就能实时监控用电,并制定不同的电价来奖励节约用电的用户。这个工程价值高达9100万美元(约6亿元人民币),其中包括在电网中建立一个传感器网络。这种传感器网络和输电线、各发电站以及其他的基础设施一起提供相关数据,让电厂能更有效地进行电力分配并检测到潜在问题。IBM将会提供搜集分析数据的软件,帮助电厂发现机会,降低成本,并减少该国碳密集型发电厂的排放量。

    该岛上的试点实验中引进了智能电表与客户信息系统,将这些运用于社会基础设施的有效管理。通过构建水、电的高效管理方式,控制能源消费的同时,可以产生减少基础设施投资财政负担的“实际效益”。从马耳他岛的案例能看出,城市中物联网技术发挥的几个作用。其中之一是,能源与资源的合理分配。监控电力、供水等利用情况,优化供给。例如,电力领域,通过智能电表感知使用情况,电力公司和每栋建筑通过最佳控制来设置太阳能电池或蓄电池供给,整体提升城市的能源效率。第二是可以直接控制需求。感知基础设施的复杂情况,控制需求进行引导。其代表案例是汽车导航与道路收费等机制。为了把握服务利用情况,有必要感知城市活动,为此需构建传感网络。通过应用传感网络采集的信息,能够以更为动态的方式管理整个公共服务基础设施,从而实现新型服务,解决城市课题,推出提升生活质量的措施。

    三、物联网技术从三个层面提升城市管理

    嵌入式网络设备(Network Embedded Devices)等传感器部署于城市各个角落,能够采集大量的监测数据信息。由于这些数据具有时间与空间属性,所以可以将城市现实活动反映到网络虚拟空间上,进而将这些信息汇集,通过数据分析,能够挖掘新的价值。由此,将所有城市中的现实事物在互联网上聚合的概念就构成了物联网。概括来说,城市建设中主要采用五项物联网技术(图1)。

    1、通过传感器把握能源消费、交通、生产与消费等各种城市活动信息;

    2、汇总采集的数据;

    3、分析汇总的数据;

    4、将数据分析结果“可视化”并发送给居民,让居民的生活更便捷、生活质量更高;

    5、基于对数据的分析,优化控制城市的各项活动与基础设施。

    这五项物联网技术在城市建设与管理中的应用,具体可分为三个层面。即:“网络基础设施建设”、“信息加工与增值化”、“培育新服务、新产业”。

    首先是“网络基础设施建设”。不仅要在上下水道、水电燃气、交通等城市基础设施中部署传感器,还要实现各个城市公共运营系统间的互联。按照运营系统的相应需要进行整体的优化控制,有效调整能源供给。

    其次是将分布于城市各个角落的传感器所采集的数据进行“信息加工与增值化”。使城市的海量数据变为培育新服务的“信息”。为此,需要从采集到的数据中,进一步筛选、分析、加工,并将数据分析结果可视化,实时提供给居民或反馈给城市公共运营系统。

    最后是应用分析后的数据与信息“培育新服务、新产业”。主要面向居民,开发可以提升居民生活质量与便捷性的新服务,让加工挖掘后的信息不断产生附加值。其中,远程诊疗、偏远地区医疗、老年人护理等领域,都可以说通过物联网技术应用有效提升了居民的生活质量。

    四、利用物联网技术,城市让环境更美好

    “利用物联网技术,城市让环境更美好”。从物联网技术角度看城市建设的话,将与传统城市建设概念完全不同。规划中所需要的不仅仅是新技术、新设计、新解决方案,还需要城市活动中公共运营主体——电力、交通等基础设施产业以及各研究机构抿弃行业门槛,紧密协调,既要实现软硬件的兼容,又要实现各种接口的数据格式标准化。从而能够在城市信息资源充分共享和集成的基础上,优化控制并管理和运营城市资源,开创解决资源约束问题的创新途径。

    目前,世界各地都在推进物联网城市的建设,这些行动也都是物联网技术的展示。物联网城市也就是环境友好型城市,可以说在城市开发中物联网技术应用的潜力是无限的。因此,城市建设与物联网技术的关系将愈发接近。

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