从数字城市到智慧城市

2011-01-14 09:48

李德仁 邵振峰

    数字地球以空间位置为关联点整合相关资源(以地理信息系统和虚拟现实技术集成各类数据资源),实现了“秀才不出门,能知天下事”。物联网将与水、电、气、路一样,成为地球上的一类新的基础设施。世界将继续“缩小”“扁平化”和“智慧”,我们正在迈入智慧时代。数字地球把遥感技术、地理信息系统和网络技术与可持续发展等社会需要联系在一起,为全球信息化提供了一个基础框架。而我们将数字地球与物联网结合起来,就可以实现智慧的地球。当今世界,数字地球正向智慧地球转型,智慧城市应运而生。

数字城市的发展及成就

    数字城市是城市地理信息和其他城市信息相结合、并存储在计算机网络上的、能供用户访问的一个将各个城市和城市外的空间连在一起的虚拟空间,是数字地球的重要组成部分,是赛博空间的一个子集。数字城市为城市规划、智能化交通、网格化管理和服务、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件,是信息时代城市和谐发展的重要手段。数字城市为用户提供了各种各样的信息,使其有身临其境的感觉。建设数字城市是城市信息化的系统工程。

全IP网络架构的物联网

    物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,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、跟踪、监控和管理的一种网络。具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且普遍连接,形成物联网。物联网实现了人与人、人与机器、机器与机器的互联互通。国际电联曾预测,未来世界是无所不在的物联网世界,到2017年将有7万亿传感器为地球上的70亿人口提供服务。物联网概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。物联网将与水、电、气、路一样,成为地球上的一类新的基础设施。全IP网络架构的物联网集智能传感网、智能控制网、智能安全网的特性于一体,真正做到将识别、定位、跟踪、监控、管理等智能化。

从数字城市到智慧城市

    智慧城市是城市全面数字化基础之上建立的可视化和可量测的智能化城市管理和运营,包括城市的信息、数据基础设施以及在此基础上建立网络化的城市信息管理平台与综合决策支撑平台。
    智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物,包含智慧传感网、智慧控制网和智慧安全网。智慧城市与智慧电网、智慧油田、智慧企业等,都是构成智慧地球的重要组成部分。智慧城市的理念是把传感器装备到城市生活中的各种物体中形成物联网,并通过超级计算机和云计算实现物联网的整合,从而实现数字城市与城市系统整合。通过智慧城市,可以实现城市的智慧管理及服务。
    根据智慧地球的特征,可知智慧城市应具备以下4个特征:第一,智慧城市包含物联网。实现全面感知:利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。实现可靠传递:通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去。实现智能处理:利用云计算,模糊识别等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。第二,智慧城市面向应用和服务。第三,智慧城市与物理城市融为一体。第四,智慧城市能实现自主组网、自维护。

智慧城市的架构及其典型应用

    智慧城市的架构(如上图)包含4个层次:一是物联网设备层。该层是智慧地球的神经末梢,包括传感器节点、射频标签、手机、个人电脑、PDA、家电、监控探头等。二是基础网络支撑层。该层是泛在的融合的网络通信技术保障,体现出信息化和工业化的融合,包括无线传感网、P2P网络、网格计算网、云计算网络。三是基础设施网络层。该层包括INTERNET网、无线局域网、3G等移动通信网络。四是应用层。该层包括各类面向视频、音频、集群调度、数据采集的应用。智慧城市通过IP地址整合相关资源,使城市的运转更加智能化。智慧城市给城市的各行各业带来了崭新的发展契机,其典型应用具体表现在以下几个方面:
    智慧城市的网格化管理与服务。智慧城市可以更有效地实现城市网格化管理和服务。例如,武汉市有200多万个部件设施,800多万人,每年超过60万事件,我们可以通过智能采集数据、智能分析,将这些部件设施、人口、事件进行有效的管理和服务。
    智能交通。智能交通系统通过对传统交通系统的变革,提升交通系统的信息化、智能化、集成化和网络化,智能采集交通信息、流量、噪音、路面、交通事故、天气、温度等,从而保障人、车、路与环境之间的相互交流,进而提高交通系统的效率、机动性、安全性、可达性、经济性,达到保护环境,降低能耗的作用。
    基于智慧城市的远程医疗服务。基于智慧城市的远程医疗服务能够实现:视频服务,如远程诊断、培训、视频会议。短信,如即时通信。信息实时取得,如医学研究资料库实时使用。多媒体数据库,如电子病历、影像处理。无线城域网接入,如紧急救护无线通信。无线局域网接入,如医院内部通信。还有端到端的系统集成应用。
    数字家庭应用。不论我们在室内还是在户外,通过物联网和各种接入终端,每个家庭都能感受到智慧地球的信息化成果。
    基于智慧城市的城市公共安全服务。城市公共安全服务也是智慧城市的典型应用,可以有效实现住宅小区、交通设施、城市工地等的安防监控。
    另外还有基于智慧城市的户外流媒体服务。 基于智慧城市的城市应急联动响应等。
    未来的智慧城市将能够实现便民利民、消除城乡差距、提升政府效率、促进经济发展以及治安安防等的全面智能化。
    (作者单位:武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室)