蔡 煜

（紹興職業(yè)技術學院，浙江 紹興 312000）

0 引言

智慧城市建設是當今城市化進程的重要趨勢，物聯(lián)網(wǎng)技術在其中扮演著關鍵角色。本文旨在深入探討物聯(lián)網(wǎng)技術如何推動智慧城市的發(fā)展和變革，詳細探討物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的應用，旨在為未來智慧城市的可持續(xù)和智能化發(fā)展提供參考。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念及技術架構

物聯(lián)網(wǎng)是基于信息聯(lián)網(wǎng)、移動聯(lián)網(wǎng)的一種新的連接模式。物聯(lián)網(wǎng)相關的連接設備包括傳感器、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集、傳輸和分析。物聯(lián)網(wǎng)的技術架構包括感知層、傳輸層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層等模塊。感知層的感知技術有傳感器、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、智能卡、生物識別以及多媒體信息。傳輸層包括傳感器組網(wǎng)及協(xié)同信息處理、傳感器中間件技術、低速和中高速短距離傳輸技術、自組織組網(wǎng)技術以及協(xié)同信息處理技術。網(wǎng)絡層包括異構網(wǎng)融合、移動通信網(wǎng)絡、專用網(wǎng)絡、無線接入、光纖以及遠程控制。平臺層包括海量存儲、分布數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘以及信息管理等。應用層包括個人/家庭用戶、生產(chǎn)領域以及公共領域[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的感知技術

1.2.1 傳感器

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知技術的重要組成部分，用于檢測和測量環(huán)境中的各種物理、化學或生物參數(shù)，如溫度、濕度、光線、壓力及運動等。這些小型設備能夠將感知到的數(shù)據(jù)轉化為電信號，通過互聯(lián)網(wǎng)絡傳輸給中央控制系統(tǒng)或云端服務器，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。傳感器在智慧城市中的應用廣泛，涵蓋智能交通、環(huán)境監(jiān)測、智能建筑以及健康醫(yī)療等領域[2]。

1.2.2 射頻識別

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，通過使用射頻信號來識別和跟蹤物體。RFID 系統(tǒng)由標簽和讀寫器組成。RFID 標簽上包含了儲存數(shù)據(jù)的芯片和天線，可以被遠程讀寫器無線識別。RFID 在智慧城市中的應用廣泛，涵蓋智能物流、庫存管理、智能支付、身份驗證以及物品追蹤等領域。

1.2.3 智能卡

智能卡是一種具有嵌入式芯片的塑料卡片，用于存儲和處理數(shù)據(jù)。這些芯片包含身份信息、金融數(shù)據(jù)、存儲值以及門禁權限等。智能卡具備安全性和多功能性，用于支付、身份驗證、門禁控制及公共交通等眾多應用。在智慧城市中，智能卡被廣泛應用于交通卡、身份證、健康卡及門禁卡等。

1.2.4 生物識別

生物識別是一種高度安全的身份驗證技術，基于個體的生物特征如指紋、虹膜、面部特征及聲音等進行身份識別。這些生物特征獨一無二，難以偽造，因此生物識別在智慧城市中的應用非常重要，用于解鎖手機、進入安全區(qū)域、辨認罪犯、登機等眾多領域。

1.2.5 單片微控制器

單片微控制器（Micro Controller Unit，MCU）是一種小型計算機系統(tǒng)，集成了中央處理器、內存、輸入/輸出接口和時鐘電路，用于控制各種電子設備。MCU 在物聯(lián)網(wǎng)中起關鍵作用，能夠處理傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行控制算法，并與其他設備通信。在智慧城市中，MCU 被廣泛用于智能家居、交通信號燈、能源管理以及工業(yè)自動化等應用[3]。

1.2.6 多媒體信息

多媒體信息包括文本、圖像、音頻和視頻等多種媒體形式的信息。在物聯(lián)網(wǎng)中，多媒體信息廣泛應用于智慧城市，用于傳遞和展示豐富的數(shù)據(jù)。例如，多媒體信息用于城市廣告牌、交通信號、監(jiān)控攝像頭以及信息發(fā)布系統(tǒng)等，以提供重要的城市信息、廣告、安全警示和娛樂內容[4]。

2 智慧城市概述

2.1 智慧城市的定義

智慧城市是一種以人為本理念下對城市進行規(guī)劃設計的新型城市形態(tài)。智慧城市利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析以及人工智能等技術，通過智能化方式實現(xiàn)城市全方位感知、城市各系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合、城市各系統(tǒng)間協(xié)同能力提升以及城市管理模式智能精細化發(fā)展。

2.2 智慧城市的特征

智慧城市的特征可概括為五個方面：以人為本、共享聯(lián)動、資源共享、系統(tǒng)融合以及可持續(xù)發(fā)展。以人為本，強調城市發(fā)展應滿足居民需求，提高生活質量；共享聯(lián)動，強調信息共享和城市各部門之間的協(xié)同工作，以提高效率和服務質量；資源共享，強調城市資源的高效利用，減少浪費；系統(tǒng)融合，強調不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通，以實現(xiàn)更好的城市管理；可持續(xù)發(fā)展，強調城市的長期可持續(xù)性，包括環(huán)保、資源節(jié)約和社會經(jīng)濟發(fā)展的平衡。這些特征共同構建了一個智慧、可持續(xù)和宜居的城市環(huán)境。

2.3 智慧城市建設目標

智慧城市建設旨在實現(xiàn)多方面的目標，涵蓋改善居民生活條件、提升公共服務水平以及推動經(jīng)濟轉型升級等方面。

（1）改善居民生活條件。智慧城市致力于提高城市居民的生活質量，通過智能交通管理，減少交通擁堵，降低空氣污染，提供更安全、便捷的交通方式。智能家居和智慧醫(yī)療系統(tǒng)提供了更加便利的生活體驗和健康護理，提高了居民的幸福感。

（2）提升公共服務水平。智慧城市建設旨在提高公共服務的效率和質量。數(shù)字化和自動化的城市管理系統(tǒng)更快速、更準確地響應市民需求，如應急響應、垃圾處理和水資源管理。智慧城市還提供更多的文化、教育和娛樂選擇，豐富居民的生活。

（3）推動經(jīng)濟轉型升級。智慧城市不僅改善生活質量，還有助于推動經(jīng)濟發(fā)展。數(shù)字化和創(chuàng)新技術的應用促進了城市的產(chǎn)業(yè)升級，推動了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造了就業(yè)機會，同時吸引了企業(yè)和投資，提高了城市的國際競爭力，推動了經(jīng)濟的增長。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧城市建設中的應用

3.1 智能交通管理

智慧城市的智能交通管理通過傳感器、攝像頭和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)實時的交通監(jiān)測、信號優(yōu)化和擁堵管理。智能交通管理還包括智能停車系統(tǒng)、公共交通優(yōu)化以及交通信息的實時傳遞，使城市居民和游客能夠更便捷地出行。以北京市智慧城市建設為例，依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能深度融合建設智慧交通，在大興區(qū)、通州區(qū)的100 km2和自動駕駛示范區(qū)擴區(qū)的400 km2建設區(qū)域專網(wǎng)，支持自動駕駛、智能信控、智慧停車等應用場景，依托物聯(lián)網(wǎng)技術與區(qū)域專網(wǎng)建設智慧交通樞紐，提升交通運輸?shù)墓姺?、協(xié)同運輸及設備維護等能力[5]。

3.2 環(huán)境監(jiān)測和可持續(xù)性

智慧城市環(huán)境監(jiān)測和可持續(xù)性方面，通過分布式傳感器網(wǎng)絡，城市實時監(jiān)測大氣質量、水質、噪音水平及溫度等環(huán)境參數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術還用于監(jiān)測自然災害如洪水、地震和火災，以提高城市的安全性和應急響應能力。通過數(shù)據(jù)分析，物聯(lián)網(wǎng)幫助城市管理者制定更有效的環(huán)境政策和資源管理策略，改善城市生活質量，降低碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。以雄安新區(qū)智慧城市建設為例，雄安新區(qū)結合白洋淀圩田縱橫、溝壑繁雜的特點，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，建設3 500 m2標準化環(huán)境監(jiān)測實驗室，包括6 個水質自動站、6 個浮船站、王家寨超級站等水質監(jiān)測站點，實現(xiàn)無人機+無人船+水質監(jiān)測車+水質監(jiān)測船+大氣走航車+遙感+VR的自動檢測模式，覆蓋白洋淀全域的水質監(jiān)測。雄安新區(qū)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡基礎上通過固定監(jiān)測+移動監(jiān)測+衛(wèi)星遙感的多樣化監(jiān)測模式，建設成水質、水文、氣象、大氣、雨水等天、空、地、淀立體化監(jiān)測網(wǎng)絡[6]。

3.3 智能能源管理

智慧城市智能能源管理通過連接能源設備和電網(wǎng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測、控制和優(yōu)化能源消耗。智慧電表、智能家居系統(tǒng)和分布式能源資源（如太陽能和風能）的整合，使城市能夠更有效地管理電力、水和天然氣資源。以上海浦東智慧城市建設為例，上海浦東供電公司運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能及云計算等技術打造了智慧城市能源云平臺項目，即上海浦東供電公司“能源大腦”，為智慧城市治理提供數(shù)智化服務?！澳茉创竽X”實現(xiàn)了電力、水務、燃氣、政府等多方數(shù)據(jù)的整合，與城市精細化管理體系融為一體，為政府、能源企業(yè)、能源客戶、能源服務市場等提供客戶聚合、業(yè)務融通及數(shù)據(jù)共享等服務。

3.4 城市安全和監(jiān)控

智慧城市安全和監(jiān)控通過網(wǎng)絡攝像頭、傳感器和實時數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)全面的安全監(jiān)控覆蓋，監(jiān)測犯罪活動、火災、緊急事件和交通違規(guī)等情況。智慧城市的安全系統(tǒng)可以實現(xiàn)緊急通信和廣播，提醒市民潛在的風險，確保城市居民的安全。以合肥市智慧城市建設為例，2018 年啟動ARM 物聯(lián)網(wǎng)智慧城市創(chuàng)新中心項目，包括交通館、安防館、基礎設施館、環(huán)保館、醫(yī)療館和樓宇館等六大場館建設，為城市安全和監(jiān)控保駕護航。該項目將城市物聯(lián)網(wǎng)與平臺融合，建設智慧城市綜合數(shù)據(jù)管理平臺，通過智慧樓宇建設、智能路燈建設、智慧安防系統(tǒng)建設等，實現(xiàn)智能化的城市安全管理和監(jiān)控。

3.5 公共服務改善

智慧城市公共服務改善通過傳感器和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對基礎設施的實時監(jiān)控，包括供水、供電、垃圾處理和交通等方面，有助于及時檢測問題并進行維護，提供高效的公共服務。物聯(lián)網(wǎng)還應用于智能垃圾桶、公共交通優(yōu)化、智能停車等解決方案中，提高了市民的生活質量，減少了城市擁堵和資源浪費。以深圳智慧城市建設為例，深圳市福田區(qū)攜手華為公司打造高效運轉的“城市智腦”，通過城市智能中樞匯集區(qū)域各數(shù)據(jù)要素，實現(xiàn)福田區(qū)運行情況的“一屏統(tǒng)覽”，為區(qū)域決策制定提供數(shù)據(jù)支持；基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，打造跨業(yè)務一網(wǎng)協(xié)同系統(tǒng)，滿足公職人員異地辦公、便民便企服務一網(wǎng)通辦等需求，實現(xiàn)公共服務事項的主動服務與精準服務。

4 結語

本文深入探討了物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧城市建設中的關鍵作用。從智能交通管理到環(huán)境監(jiān)測、智能能源管理、城市安全監(jiān)控、公共服務改善，物聯(lián)網(wǎng)改變了城市生活方式，提高了城市的效率、可持續(xù)性和安全性。希望進一步研究和創(chuàng)新，以確保智慧城市的可持續(xù)、智能和人性化發(fā)展，實現(xiàn)更美好的城市未來。