焦偉

關鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字城市；應用場景

隨著5G、IPv6、低功耗芯片等技術突破，災害預警、智能民生、智能充電樁、智能物流、智能交通、人臉識別支付等場景越來越普及，萬物互聯(lián)的數(shù)字化時代已經(jīng)來臨，物聯(lián)網(wǎng)將為數(shù)字城市建設添磚加瓦。

數(shù)字城市建設是數(shù)字化轉型的重要領域，城市各類基礎設施進行智能化改造和互聯(lián)是推進數(shù)字城市的重要基礎。物聯(lián)網(wǎng)技術無疑是數(shù)字城市基礎設施和治理對象全面智能互聯(lián)、實時感知必不可少的重要技術手段。物聯(lián)網(wǎng)技術在防災減災、智慧民生、交通物流等領域場景的大量應用，說明物聯(lián)網(wǎng)已成為數(shù)字城市技術架構的關鍵信息基礎設施。物聯(lián)網(wǎng)技術能全面提升數(shù)字城市的基礎設施智能化、治理能力數(shù)字化、服務運轉高效化，已然成為數(shù)字城市建設的新模式。

一、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)（IOT，The Internet of Things） 是一種通過專用網(wǎng)絡通信協(xié)議，利用射頻識別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備進行物物、物人相連的互聯(lián)網(wǎng)絡，以實現(xiàn)智能識別、實時定位、實時跟蹤、實時監(jiān)控和管理等功能。

早在1995 年，比爾·蓋茨在其著作《未來之路》中就闡述過類似物聯(lián)網(wǎng)的概念但受限于當時的傳感器、無線網(wǎng)絡、硬件等技術，物聯(lián)網(wǎng)的概念并未得到太多的關注。隨著信息技術的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也得到了廣泛的發(fā)展和應用。國際電信聯(lián)盟于2005 年發(fā)布了《互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報告，對物聯(lián)網(wǎng)的定義和界限進行了補充，并正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念。2009 年歐盟發(fā)布了歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動計劃，給出了物聯(lián)網(wǎng)未來的應用場景。同年，美國提出了“智慧地球”戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)作為智慧型基礎設施重點發(fā)展。

我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展也經(jīng)歷了多個階段。2009 年無錫市建立了物聯(lián)網(wǎng)研究院，該研究院由中科院、通信運營商和幾所國內高校組成。同年物聯(lián)網(wǎng)作為我國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，首次被寫入“政府工作報告”。2014 年召開的全國物聯(lián)網(wǎng)工作電視電話會議，強調物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)要有序健康發(fā)展，以提高物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。2015 年提出的“中國制造2025”戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)在高端制造業(yè)中占有重要地位。工信部2017 年發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)“十三五”規(guī)劃，包含了構建物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新體系、完善物聯(lián)網(wǎng)標準體系架構、推動物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應用示范、加強安全運維保障能力建設等內容。隨后工信部強調要全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，要求大力推進廣覆蓋、大連接、低功耗的移動物聯(lián)網(wǎng)建設。在5G、AI、邊緣計算等新技術的驅動下，物聯(lián)網(wǎng)得到了快速迭代升級。當前物聯(lián)網(wǎng)終端設備已融入社會管理、生產(chǎn)生活、數(shù)字城市基礎設施建設的方方面面，猶如“智慧觸手”般連接數(shù)字城市的萬事萬物。

二、新技術驅動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

隨著軟硬件技術的快速突破，5G、IPv6、邊緣計算和AI 已逐漸成為成熟技術，與物聯(lián)網(wǎng)的結合也更加便捷。新技術與物聯(lián)網(wǎng)的有機融合，使物聯(lián)網(wǎng)深入到數(shù)字城市的方方面面，產(chǎn)生了“1 加1 大于2”的協(xié)同效應。

（一）5G 技術

5G 作為新一代蜂窩移動通信技術，具有高速率、低時延、大連接等特點，降低了通信成本，可有效提高設備的連接數(shù)量。5G 滿足了物聯(lián)網(wǎng)當前的網(wǎng)絡通信需求，如終端數(shù)量大、部署范圍廣、低功耗等要求。

“5G+ 物聯(lián)網(wǎng)”技術方案提供了大連接、低成本、低功耗的解決辦法，可使物聯(lián)網(wǎng)在室內和室外廣泛地部署與應用。5G 通過提供安全的連接和身份驗證，使物聯(lián)網(wǎng)終端快捷部署到任何網(wǎng)絡拓撲，并滿足高可擴展性等要求。因此，5G 技術的出現(xiàn)讓物聯(lián)網(wǎng)進入了第二浪潮。

（二）IPv6 技術

由于物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量眾多、網(wǎng)絡類型復雜、部署位置不固定等特點，從而需要大量的IP 地址，并配置復雜的路由策略。若使用IPv4 技術，不僅復雜而且不經(jīng)濟。因此，物聯(lián)網(wǎng)領域亟需新的網(wǎng)絡技術。

IPv6 作為下一代IP 技術，不僅能解決IPv4 地址數(shù)量短缺的問題，還具有高安全性、低開銷、節(jié)省網(wǎng)絡帶寬等特點，能夠更好地支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。根據(jù)工信部加快推進IPv6 規(guī)模部署的相關通知，預計到2025 年末，我國IPv6 用戶規(guī)模將達到8 億人，物聯(lián)網(wǎng)IPv6 連接數(shù)將達到4 億。IPv6 技術將是物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的重要助推器。

（三）人工智能技術

人工智能（AI）技術作為計算機領域的最新研究分支，它能通過一段機器編碼做出類似“人類”的思考并給出答案，供人類參考分析。人工智能技術主要應用在模式識別、語音及圖像處理、行為預測和專家系統(tǒng)等場景。AI 技術能夠高效便捷地分析、處理物聯(lián)網(wǎng)終端采集的大量數(shù)據(jù)信息，并將其轉換成人類易于理解的自然語言加以展示。這不僅提高了用戶的決策水平，還能提升用戶服務的精準度，最終使得人與現(xiàn)實世界之間的交互變得更便捷。5G、AI 和物聯(lián)網(wǎng)技術的蓬勃發(fā)展標志著智能連接時代已經(jīng)來臨。這種新技術的融合體具有改變我們生產(chǎn)生活和工作方式的巨大潛力，但是在美好的愿景實現(xiàn)之前，仍然有許多不確定性和挑戰(zhàn)需要被解決。相信在不久的將來，5G、AI 和物聯(lián)網(wǎng)相互融合而成的智能網(wǎng)絡，無疑將成為助推科技發(fā)展的加速劑，成為數(shù)字城市建設的重要基石，為數(shù)字城市建設帶來革命性的變化。

（四）邊緣計算技術

邊緣計算是相對于云計算而言，在靠近數(shù)據(jù)源頭一側部署網(wǎng)絡、計算資源、 存儲資源、AI 分析系統(tǒng)等平臺，就近提供智能互聯(lián)服務，不僅可以降低傳輸時延、降低網(wǎng)絡帶寬需求；由于數(shù)據(jù)不對外提供，還提高了數(shù)據(jù)安全性。數(shù)據(jù)處理功能主要由處于邊緣側的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行，只將部分數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云端進行集中處理。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代到來，邊緣側的設備越來越多、計算量越來越大，無人駕駛、自動駕駛等應用對時延和可靠性要求很大。例如，在自動駕駛汽車高速行駛時，經(jīng)過隧道等網(wǎng)絡信號不穩(wěn)定的場景，只有使用不依賴網(wǎng)絡和云端的邊緣計算才可保證數(shù)據(jù)的時效性和可靠性。

三、物聯(lián)網(wǎng)對我國數(shù)字城市建設的推動作用

科學技術最重要的價值是讓人們享受科技帶來舒適便捷的生活方式。物聯(lián)網(wǎng)可以將人與實體世界有機聯(lián)合起來，必將給國家治理和民眾生活帶來巨大的變革。

我國政府高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，2021 年3 月發(fā)布的《“十四五”規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》中多次提到對物聯(lián)網(wǎng)及其相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，物聯(lián)網(wǎng)需重點發(fā)展傳感器、網(wǎng)絡切片、高精度定位等方向。同時，為了將物聯(lián)網(wǎng)的核心技術掌握在自己手中，在國家的全面領導下，逐漸加大物聯(lián)網(wǎng)核心技術的攻關，并逐步實現(xiàn)了部分關鍵技術國產(chǎn)化。

當前，我國在數(shù)字城市建設領域也已經(jīng)取得了部分成效，且積攢了大量的建設經(jīng)驗。通過不斷完善物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)字城市建設制度方面的頂層設計，物聯(lián)網(wǎng)基礎設施在全國各地數(shù)字城市建設中的地位正在逐漸加強。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在數(shù)字城市建設的多個領域進行了應用，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電子政務、防災減災、交通物流、智慧農業(yè)等方面發(fā)揮了引領示范作用，大大提升了政府職能部門的治理能力和服務水平；同時，群眾的獲得感和滿足感越來越強。物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)字城市建設中的全面感知、數(shù)據(jù)共享領域做出了重要支撐和保障，以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的實時采集、統(tǒng)計分析、模式識別，推進城市數(shù)字化建設轉型升級，促進政府治理能力、為民服務能力的提升，主要在防災減災、智慧交通、智慧物流、智慧民生等領域率先得到應用，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術和數(shù)字城市建設的無縫銜接。

四、物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字城市中的常見應用場景

隨著物聯(lián)網(wǎng)及相關技術的跨越式發(fā)展，其應用范圍也從單純的設備狀態(tài)監(jiān)控逐步擴展到了生活的方方面面，如防災減災、智慧民生、智慧物流、智慧政務等領域。

（一）防災減災

我國幅員遼闊，地理地質和氣候條件復雜，自然災害類型較多，常見有旱災、洪災、地震、森林火險、嚴重泥石流等。采用物聯(lián)網(wǎng)、AI 及5G 技術，在災害多發(fā)地域部署多樣的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測傳感器，實時采集各類數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)利用5G 技術傳輸至后臺處理系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)挖掘和AI 技術，將實時數(shù)據(jù)轉化，并與歷史數(shù)據(jù)和各類災害模型進行分析與比對，得出告警閾值。當發(fā)生災害時第一時間產(chǎn)生告警，并通知相關方及時進行災害的控制與搶救。

例如，2019 年6 月17 日，我國四川省宜賓市長寧縣遭受了6.0 級地震災害。但宜賓市提前10 秒、成都市提前61 秒收到了地震預警網(wǎng)利用預警系統(tǒng)發(fā)出的地震預警通知。該預警系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)為建設基礎，在處于地震帶的主要區(qū)域部署大量的地震預警監(jiān)測終端，當?shù)卣鹜话l(fā)時，利用電信號比地震波傳播速度快的原理，可以提前數(shù)秒至數(shù)十秒鐘向民眾自動發(fā)出精確到秒級的警報。從而達到緊急避險、減少傷亡、降低損失的目的，確保百姓的生命財產(chǎn)安全。

利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 等技術搭建的“防災減災”平臺，不僅能夠整合多方力量，建立災害數(shù)據(jù)基線，還可以促進數(shù)字城市災害防控體系建設，成功掌握自然災害、搶險救災的主動權。

（二）智慧交通

智慧交通指的是將物聯(lián)網(wǎng)、5G 以及AI、邊緣計算等技術集成到交通管理體系中，使行人、車輛和路網(wǎng)有效結合起來，改善交通環(huán)境來提高路網(wǎng)利用效率，緩解交通擁堵等問題。智慧交通在以下場景有較好的用途：智能公交車、共享自行車、車聯(lián)網(wǎng)、充電樁、智能紅綠燈、高速無感收費等。2018 年北京市啟動了智慧公交系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)終端部署到城市街道、橋梁、交叉路口、信號燈和收費站等位置，為每輛公交車部署了物聯(lián)網(wǎng)終端和5G 終端。指揮調度中心實時獲取公交車行駛路線、路況、信號燈情況、車輛狀況及乘客數(shù)量等信息并處理后，將數(shù)據(jù)下發(fā)至相關公交站牌。市民通過公交站牌顯示屏或手機App 查看整條運營線路上每輛公交車位置。新冠疫情發(fā)生后，為方便市民合理安排出行，市民可通過APP查看公交車車廂實時人員聚集情況，有助于進行疫情防控。手機App 是通過調用交通指揮調度系統(tǒng)的開放的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)的此項功能。智慧交通利用物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI等新技術，不僅能夠有效地緩解交通擁堵、找車位困難、交通信號燈變化不合理等問題，還可以降低油耗和二氧化碳排放，改善出行，提高生活質量。

（三）智慧民生

百姓日常生活離不開水、電、氣，而計算水、電、氣用量又離不開水表、電表、燃氣表。上一代的水表、電表、燃氣表多為傳統(tǒng)的機械式儀表，相關企業(yè)需要安排大量的抄表員去用戶家上門讀數(shù)抄表，既麻煩還容易抄錯。新冠疫情出現(xiàn)后，上門抄表則更是難上加難。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 技術的不斷融合，智能水表、電表、燃氣表進入了物聯(lián)網(wǎng)時代，通過在智能表內集成信號采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等功能，不僅可以實現(xiàn)用戶線上查詢、繳費，還可以遠程管控閥門，避免因泄露或故障造成的百姓生命財產(chǎn)損失。同時，供水、供電、供氣相關企業(yè)節(jié)約了運營費用、降低了抄表成本，實現(xiàn)各類管網(wǎng)平臺化、集成化運營。

（四）智慧物流

傳統(tǒng)物流模式主要是將物品從發(fā)貨地向接收地運輸?shù)膶嶓w流動過程，其中的打包、提貨發(fā)運、在途運輸、倉儲進出庫、裝卸、投遞配送、信息處理等階段較為孤立分散。因此，傳統(tǒng)物流協(xié)作性不強、無法實時跟蹤貨物狀態(tài)、容易出現(xiàn)庫存壓力、效率低下等問題較突出。

智能物流模式則利用條形碼、傳感器、定位系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術，在包裝、運輸、倉儲、配送等環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息實時反饋。普通用戶可以利用手機App 查詢貨物實時位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息。貨物生產(chǎn)商、倉儲和運輸企業(yè)能夠優(yōu)化原材料采購、半成品運輸調配和成品送達用戶終端的物流鏈，并能改進工序、提升服務質量、降低物流和倉儲成本。例如，中國移動利用物聯(lián)網(wǎng)技術，提出了面向企業(yè)物流配送管理的移動信息化解決方案。該解決方案涵蓋了實時定位、GIS、5G、短信通知等綜合物流信息系統(tǒng)的各個模塊。其中，車輛定位、條碼掃描作為重要的基礎應用業(yè)務，可為企業(yè)和用戶提供實時準確的車輛定位、貨物跟蹤、短信通知、路網(wǎng)選擇、調度管理、統(tǒng)計報表等服務，便于運輸物流企業(yè)降低運營成本，提升車輛調度能力，縮短物流時間，提高運輸效率。

（五）其他領域

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字化領域的深入推進，物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)也展現(xiàn)出了巨大的潛力，如無人機播種打藥、自動灌溉、無人收割機收割糧食等等，不僅提高種植效率、提質增產(chǎn)，還降低了人工成本。在港口等大型區(qū)域，物聯(lián)網(wǎng)同樣發(fā)揮了“智慧觸手”作用，中國最大的“無人港口”洋山港，利用多種數(shù)字化技術，構建了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的全自動化無人碼頭智能管控系統(tǒng)，自動運行的無人導引車、無人軌道吊等，物聯(lián)網(wǎng)不僅簡化了集裝箱運輸流程，還可自動采集集裝箱信息，監(jiān)控港口的實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)，極大提高了港口的吞吐率。同樣，物聯(lián)網(wǎng)在政府便民服務中也發(fā)揮了巨大作用，政務服務大廳的智能機器人講解員、文字智能識別、智能繳費終端等都利用了物聯(lián)網(wǎng)技術，通過整合辦事流程、優(yōu)化辦事程序，縮短了辦事時間，真正地增強了百姓的獲得感，提升了滿意度。

五、結束語

綜上所述，隨著5G、IPv6、AI 等新技術突破，我國逐步掌握了物聯(lián)網(wǎng)的核心技術。物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字城市建設中得到了廣泛應用，如防災減災、智能物流和交通、智慧農業(yè)、電子政務領域都有較廣泛的應用場景，從而提升數(shù)字城市的建設成效，為民眾生活帶來便利。