文｜ 中國科學院自動化研究所 陳 龍

智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)是當前國內(nèi)信息化建設的兩個最大熱點，出現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)智慧城市”這樣的提法及口號。

1 智慧城市的概念

智慧城市的概念其實非常簡單，即一種高于數(shù)字化城市、智能化城市，讓市民依托信息化基礎建設的完善，充分享受城市信息化帶來的智慧化城市生活。

智慧城市的定義有多種多樣，爭論不少，但筆者以為智慧城市應具有下列五項的特征：

（1）基礎是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、無線移動通信網(wǎng)等各類網(wǎng)絡。

（2）有效載體是數(shù)量眾多功能齊全的高級終端。

（3）目標是能方便城市生活的各個方面，如智能小區(qū)、智能交通、智能化學校、智能電網(wǎng)、智能物流、應急指揮、智慧政府辦公系統(tǒng)等。

（4）其效益是使城市更加安全、便捷、高效、綠色健康。

（5）注重點還包括應大幅度提高處理突發(fā)事件的應變能力、節(jié)約能量及環(huán)境保護的可持續(xù)性。

智慧城市應有的特征是全面物聯(lián)、實時傳送、智能處理、協(xié)同運作。智慧城市的建設過程，筆者認為從建設階段上可以劃分為平安城市、數(shù)字城市、智慧城市三步曲，它們各自的應用功能不僅是一層層拓寬的，在出現(xiàn)的時間上也會顯示出前因后果的關系。當前，無論是基于聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的平安城市，基于3S技術(shù)的數(shù)字城市，還是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市，都已被列入信息產(chǎn)業(yè)和城市基礎設施發(fā)展戰(zhàn)略重點，受到了從中央到地方政府的高度重視。

2 平安城市是智慧城市的初級形態(tài)

（1）平安城市的核心是視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，它由分布于城市各處的前端攝像機單元、視頻圖像網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)、視頻圖像存儲系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺軟件、圖像智能分析應用軟件、網(wǎng)絡安全保障等六大單元組成，如圖1所示。

圖1 平安城市內(nèi)容的基本系統(tǒng)架構(gòu)

這其中的管理核心是城市綜合管理信息公共服務平臺，包括城市內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化城市管理系統(tǒng)、道路交通管理系統(tǒng)等，并利用市區(qū)級數(shù)據(jù)交換平臺來實現(xiàn)資源的共享。視頻管理平臺產(chǎn)品的先進性和可靠性是平安城市系統(tǒng)長久穩(wěn)定運行的最大保障，而反過來，平安城市也成為平臺化思路在城市信息化建設中應用得最為成功的領域之一。

（2）平安城市作為數(shù)字城市和智慧城市的先行者，其所積累的經(jīng)驗和教訓會給今后數(shù)字城市、智慧城市建設帶來很多有益的啟示。由于平安城市建設和運營所需的資金非常龐大，建設和維護異常復雜，這就造成了各種商務模式在平安城市中都得到了一定程度的使用。平安城市建設的商務模式包括BT（建設－轉(zhuǎn)讓）、BOT（建設一經(jīng)營一轉(zhuǎn)讓）、BLT（建設－租賃－轉(zhuǎn)讓）、BTO（建設一轉(zhuǎn)讓一經(jīng)營）、BOOT（建設－經(jīng)營－擁有－轉(zhuǎn)讓）等模式。

也正因為平安城市的建設和運營對企業(yè)在資金、技術(shù)、管理和運營方面的能力提出了非常高的要求。這也就是為何目前大量的平安城市項目都落到電信運營商、從事IT或通信項目的大型IT企業(yè)手中的緣故。

（3）從2005年的“3111試點工程”算起，我國平安城市建設項目已經(jīng)走過了6個年頭，在國內(nèi)引起了相當大的重視和反響，并積累了一定的建設經(jīng)驗，現(xiàn)在正在向二三線城市和廣大農(nóng)村地區(qū)推廣與普及，仍然有著很強的市場空間。

但反思平安城市建設中存在的問題，主要是圖像的清晰度不夠高，當時采用的模擬攝像機大多數(shù)不能滿足監(jiān)控環(huán)境的應用需求，造成大多的視頻監(jiān)控圖像只能“看得見”、但目標“看不清楚”的實際效果，使監(jiān)控效率和實用性下降了不少，一旦發(fā)生緊急事件起不到提供重要線索的作用。究其原因，還是受到當時攝像機選型因技術(shù)和價格上的制約而只能選用中等分辨率的模擬攝像機所致。

而現(xiàn)今高清攝像機以其優(yōu)越的性能及可接受的價格已經(jīng)開始并將會逐步取代標清攝像機；能夠大幅提高視頻的分辨率，性能優(yōu)勢顯著，高清攝像機相比于40萬像素（D1分辨率）的標清攝像機，其最大優(yōu)勢是高分辨率的辨識效益以及更大的覆蓋范圍與畫質(zhì)。在監(jiān)控范圍相同條件下，一臺高清攝像機可替代兩三臺標清攝像機，甚至更多，目前一部720P的IP攝像機可替代兩部D1標清攝像機，并可增加33%的視野。

為了解決現(xiàn)有平安城市監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，使視頻安保系統(tǒng)由“看得見”全面轉(zhuǎn)向“看得清楚”，高清監(jiān)控是發(fā)展的必然趨勢，特別經(jīng)過2010年的上海世博會的應用，行業(yè)普及可能性得到了充分的證明。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)將在此過程中不斷發(fā)揮出越來越重要及跨行業(yè)的作用。同時，隨著智慧城市的熱起，平安城市也會顯示出其基礎性和多元化的特性。

（4）實現(xiàn)高清監(jiān)控當前最熱門的是采用IPC網(wǎng)絡攝像機和HD-SDI高清攝像機兩種方案，其對比如表1所示。Intersil公司的SLOC（Security Link Over Coax）混合視頻監(jiān)控方案是一種創(chuàng)新，它通過一條同軸電纜能同時傳輸模擬CVBS視頻和高清數(shù)字IP視頻，這就使得百萬象素IP攝像機能在現(xiàn)有的CCTV同軸基礎設施上運行，最大監(jiān)控距離可達300m。Sony公司將于2012年3月份正式推出基于SLOC的產(chǎn)品。網(wǎng)絡攝像機的普及率在歐美等發(fā)達國家已有50%的規(guī)模，而中國的IP監(jiān)控還只在10%左右，增長空間巨大。

表1 HD-SDI和IPC高清攝像機對比表

3 數(shù)字化城市是智慧城市的中級形態(tài)

在實現(xiàn)智能化住宅和智能化小區(qū)后，城市的智能化程度將被進一步強化，出現(xiàn)面貌一新以信息化為特征的數(shù)字化城市，有時也將其稱為智能化城市。

數(shù)字化城市的特征筆者以為可述如下：

一是有城市級的3S（GIS、GPS、RS）系統(tǒng)，實現(xiàn)城市基礎設施的數(shù)字化。3S技術(shù)提供了與空間地理相關的基礎數(shù)據(jù)庫，使得城市交通、物流、醫(yī)療、教育、城管等領域的智能化應用得以逐步實現(xiàn)。

二是通信的高度發(fā)達，力爭三網(wǎng)融合與資源共享，實現(xiàn)城市光纖到路邊FTTC（Fiber To The Curb）、光纖到大樓FTTB（Fiber To The Building）、光纖到小區(qū)FTTZ（Fiber To The Zone），甚至是光纖到家庭FTTH（Fiber To The Home）。

三是計算機的普及和城際網(wǎng)絡化，電子商務和電子政務成為人們生存的時尚，出現(xiàn)多種多樣的城市數(shù)字化應用，計算機網(wǎng)絡終端將主宰人們的工作、學習、辦公、購物、炒股、休閑等幾乎所有領域。

四是城市管理平臺化以及辦公作業(yè)的無紙化和遠程化。透過計算機網(wǎng)絡，將有助于避免城市人口的過度集中，可以協(xié)助解決城市功能負荷過重等難題，還能夠有效地預防及控制城市災害的發(fā)生。

4 智慧城市是城市信息化建設期盼達到的主要目標

（1）智能化家居和住宅是智慧城市最有可能的噴發(fā)點。智能化住宅是人們理想生活的目標，也是社會關注的熱點，傳統(tǒng)的智能家居核心是智能家居控制系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關。

①智能家居系統(tǒng)包括中央控制主系統(tǒng)、防盜安全子系統(tǒng)、家電控制子系統(tǒng)、窗簾控制子系統(tǒng)、照明觸控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、健康監(jiān)護子系統(tǒng)、能源管理子系統(tǒng)、影音娛樂子系統(tǒng)、遠程控制子系統(tǒng)等。有了它，即使遠在天涯，也可讓你和你的家依然近在咫尺。

②家庭網(wǎng)關是家庭智能的標志。家庭網(wǎng)關能使有不同網(wǎng)絡協(xié)定的設備互相溝通，家庭網(wǎng)關具備兩個主要功能：一是作為外部接入網(wǎng)連接到家庭內(nèi)部，同時將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡連接到外部的一種物理接口；二是使住宅內(nèi)用戶可以獲得各種家庭服務的平臺。

但物聯(lián)網(wǎng)的觸角已伸入到家居智能化領域，極大地提升了智能家居的水平，出現(xiàn)了新型的物聯(lián)網(wǎng)智能家居。此時的智能家居已成為物聯(lián)網(wǎng)應用中的基礎應用之一。智能家居遲早會像電視、冰箱、空調(diào)、手機、電腦一樣進入千家萬戶，成為老百姓生活的必需品，物聯(lián)網(wǎng)型智能家居產(chǎn)品要求安裝簡單，使用方便，維護不用操心，擴展隨心所欲，能夠自己組裝。

（2）智能化小區(qū)是智慧城市建設最基本的單元。智能化小區(qū)的基本智能定義為“居家生活信息化、小區(qū)物業(yè)管理智能化、IC卡通用化”，智能小區(qū)的建筑物除滿足基本生活功能外，還要考慮安全、健康、節(jié)能、便利、舒適五大要素，以創(chuàng)造出各種環(huán)境（綠色環(huán)境、回歸自然的環(huán)境、多媒體信息共享環(huán)境、優(yōu)秀的人文環(huán)境等），從而標志小區(qū)智能化有著不同的等級。當然，小區(qū)智能化有一個過程，它將伴隨著智能化技術(shù)的發(fā)展及人們需求的不斷增長和完善，這表明了可持續(xù)發(fā)展性應是小區(qū)智能化的重要特性。

（3）智能交通、應急指揮、智能電網(wǎng)、智慧園區(qū)、智能物流、數(shù)字校園、數(shù)字城管、數(shù)字環(huán)保、食品安全、平安家居、安全監(jiān)管等，這些方面的實現(xiàn)以及建立智慧型的政府辦公系統(tǒng)是智慧城市的標志性體現(xiàn)。但概括而言，可劃分為智慧政府、智慧民生、智慧產(chǎn)業(yè)三大領域。

這其中，視頻監(jiān)控領域至關重要的核心業(yè)務是未來將會變得越來越成熟的智能分析技術(shù)。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控中存在很多不足，如多數(shù)視頻與顯示裝置不夠?qū)ΨQ的矛盾、值班人員注意力難以集中、只能事后追溯而無法進行事前預警、海量視頻信息難以有效利用，而智能視頻分析系統(tǒng)則能在效率、成本、安全性、個性化需求等方面對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控加以改進。使之能幫助實現(xiàn)視頻監(jiān)控由被動防御向主動防御的變革，逐步改變只能是“事后諸葛”而缺乏預防特征的現(xiàn)狀。它也能讓監(jiān)控人員從繁瑣的操作和海量的信息中解脫出來，以幫助他們更高效、更精確的管理監(jiān)控目標，因此視頻智能將成為智慧城市建設的生力軍。

個性化的智能數(shù)字監(jiān)控解決方案包含三個重要概念：一是如何從瀚如煙海的數(shù)據(jù)中挖掘出對各行業(yè)有用的新知；二是保證基礎架構(gòu)及設備與設備間的數(shù)據(jù)流動；三是降低數(shù)據(jù)對于來自于不同用戶或者不同系統(tǒng)的訪問障礙。智能分析技術(shù)對視頻監(jiān)控的將會有著非常深遠的影響。如圖2所示。

智能分析的意義主要體現(xiàn)在三個方面：一是智能分析將被動監(jiān)控變?yōu)橹鲃颖O(jiān)控，從而將會提升安防產(chǎn)品的附加值；二是智能分析提高了行業(yè)門檻，只有擁有充足技術(shù)和規(guī)模優(yōu)勢的龍頭企業(yè)才有資格參與這場競爭；三是智能分析帶來運營模式的改變，從傳統(tǒng)的設備制造轉(zhuǎn)向運營服務，智能分析系統(tǒng)由于在“云計算”的模式運行下更有效率、效果更好，因此也將加速設備廠商向運營服務商的轉(zhuǎn)型。

圖2 智能視頻分析技術(shù)

智能視頻分析系統(tǒng)現(xiàn)已實現(xiàn)的功能主要是從視頻中提取各類信息并進行分析檢測，檢測種類包括：跨線檢測、進入?yún)^(qū)域檢測、離開區(qū)域檢測、區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)目標、違章停車檢測、物品放置拿取檢測、目標徘徊檢測、人員聚集檢測、快速移動檢測、人數(shù)統(tǒng)計等，但還遠未發(fā)揮出其應有的實用作用。

5 撐起智慧城市建設的主要技術(shù)支持

5.1 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物之間互聯(lián)的網(wǎng)絡，使得它們能通過云計算中心而進行交換和運行，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等諸多功能。物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵包括兩個方面：第一，物聯(lián)網(wǎng)的基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，使其進行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)具有整合感知識別、傳輸互聯(lián)和計算處理等功能，是對新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運用。物聯(lián)網(wǎng)將人與人之間的信息交互溝通向人與物、物與物擴展延伸，它的應用為優(yōu)化資源配置、加強科學管理、緩解資源能源約束提供了可能，拓寬了道路。但物聯(lián)網(wǎng)的關鍵應用是視頻，物聯(lián)網(wǎng)的核心價值是智能，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前提是標準。

物聯(lián)網(wǎng)已成為當前世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一，我國《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱規(guī)劃）已于2012年2月14日正式出臺，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)對加快轉(zhuǎn)變我國經(jīng)濟發(fā)展方式將起到重要的作用，對于促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步也具有重要的現(xiàn)實意義?！兑?guī)劃》圈定了重點發(fā)展的九大應用，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療和智能家居。

5.2 云計算技術(shù)和云服務

云計算是構(gòu)建智慧城市的資源池和綜合平臺基礎。云計算將驅(qū)動智慧城市發(fā)展，讓城市飄起智慧云。

云計算作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算新方式，通過互聯(lián)網(wǎng)上異構(gòu)、自治的服務為個人和企業(yè)用戶提供按需即取的計算，云計算基地可能是云集上百萬臺服務器的數(shù)據(jù)開發(fā)和處理中心。以云計算和物聯(lián)網(wǎng)為代表的通信技術(shù)不僅將深刻影響和改變整個城市的經(jīng)濟模式，也將給城市的發(fā)展注入全新的活力和動力，并深遠地影響每個人的生活

云計算整個產(chǎn)業(yè)分成基礎構(gòu)架式服務IaaS（Infrastructure as a Service）、平臺式服務PaaS（Platform as a Service）、軟件式服務SaaS（Software as a Service）三個領域。云計算是技術(shù)、運營和商業(yè)模式的協(xié)同，關鍵技術(shù)是基礎，商業(yè)模式是要點，運營能力是核心。

云是一種服務，它無時不在，無處不有。隨著生活品質(zhì)的進一步提高，人們的健康監(jiān)測、食品安全、安保防護等信息將成為家庭生活中重要且不可丟失的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅要求及時響應，而且還要求可被隨時隨地溯源，離開了云，這些都將變得非常困難，云或許將會成為不可或缺的基礎服務，信息云也將成為人們最關注的重點。

5.3 節(jié)能減排和低碳生態(tài)綠色技術(shù)

智慧城市的特征和追求的目標是實現(xiàn)人與建筑和環(huán)境的共生共榮，構(gòu)筑“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的人與自然和諧相處的城市。

數(shù)據(jù)顯示，城市面積僅占地球面積的2%，但容納了70%的人口，產(chǎn)生了80%的溫室氣體。在全球氣候變化的大背景下，城市節(jié)能減排、走低碳發(fā)展之路成為協(xié)調(diào)經(jīng)濟社會平穩(wěn)發(fā)展與環(huán)境保護之間的必然選擇。建筑節(jié)能是綠色建筑中的主要成份，“以人為本”的節(jié)能才真正是綠色建筑的本意。

智慧城市要求實現(xiàn)城市是綠色的和低碳的。低碳經(jīng)濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經(jīng)濟模式，所謂“低碳”不僅是要減少二氧化碳的排放量，更重要的是如何把握地球資源的消耗總量和利用效率，保證子孫后代的可持續(xù)發(fā)展。低碳經(jīng)濟的實質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP的問題，核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)的創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度的創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變，“低碳”將是一個長期實用的生活形態(tài)，任何節(jié)能和低碳措施都必須考慮實際的效益。

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國的城鎮(zhèn)化率，已由2010年的不到47%增加到2011年底的51.27%，增長勢頭非常迅猛。同時根據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的報告，全球超過50萬人口的城市中有1/4是在中國，故對中國而言，節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)保更是中國的當務之急。