1、智慧城市中的物联网摘要：物联网能够将透明的、无缝的大量不同异构终端系统合并，同时为多数数字服务发展数据的子集提供开放式访问。因此，建立一个通用架构的物联网，是一个非常复杂的，主要是因为非常大的各种设备的任务，链接层的技术，并且可能涉及在这样系统的服务。在本文中，我们着重专门的城市物联网系统，其特点是具体的应用领域。事实上，城市物联网中，被设计支持智能城市的愿景，在于利用最先进的通信技术，提供具有高附加值的城市管理和市民服务。因此，本文提供了有利的全面调查技术，协议和体系结构的来构建城市物联网。此外，本文将介绍和讨论在帕多瓦智慧城市中采用的最佳实践指南和技术方案。第一部分 引言物联网旨在让人在互
2、联网中身临其境，无处不在。许多不同的领域，比如家庭自动化，工业自动化、医疗、移动医疗、老年援助，智能能源管理和智能电网、汽车、交通管理等。然而，这种异构应用程序具有不同困难，以及不兼容的物联网系统。因此，从系统的角度来看，一个实现物联网网络，连同所需的后端网络服务和设备，仍然缺乏一个最佳实践，因为建立需要一定的复杂性。除了技术困难，采用物联网范式也受阻，缺乏一个明确的和被广泛接受的商业模式，这些可以吸引投资，促进技术部署。虽然还没有一个正式的和被广泛接受的“智能城市” ，最后的目的是更好地利用公共资源，将增加了质量的服务提供给公民，同时减少了公共行政的运营成本。这一目标可以通过部署追求城市物联
3、网，即。 ，一个通信基础设施，提供统一、简单，经济机会获得大量的公共服务，从而释放潜在的协同效应和提高透明度的公民的确，城市物联网，因此，物联网模式的智慧城市中的应用尤为地方和区域选择性最终管理部门有可能成为有吸引力这些技术的早期采用者，从而充当催化剂体为在更大范围内采用物联网范式。本文的目的是讨论一般参考框架的城市物联网的设计。我们描述了一个城市物联网的具体特点，以及可以推动地方政府采纳城市物联网。然后，我们概述基于 web 的方式对物联网服务的设计，以及相关的协议和技术，讨论适合的他们的智能城市环境。最后，我们通过“帕多瓦的经验证明的智能城市”项目，这证明部署一个物联网的岛屿城市帕多瓦（意
4、大利）和互连全市市级性的数据网络。本文的其余部分安排如下。第三部分提供的一般概述系统架构的城市物联网。更详细地说，本节描述 Web 服务的方式，为实现物联网服务，与相关的数据格式和通信协议和链路层技术。最后，第四节提出了“帕多瓦智能城市”项目，该项目充分体现了一个可能的实现城市物联网和提供范例数据可以收集具有这种结构的类型的。第二部分 物联网概念及服务主要概述通常情况下关联于所述服务智慧城市的愿景，并且可以通过部署启用一个城市物联网。据 Pike 研究智能城市，智能城市市场估计为数百十亿美元，到 2020 年，每年的开支达到了近 16 亿元。尽管如此，智能城市市场并未真正起飞，许多政治、技术和
5、金融壁垒。在政治层面，主要的障碍是不同利益相关者的决策权归属。一种可能来消除这种障碍的方法是在整个决策和执行过程中，智慧城市方面的战略规划和管理集中到一个单一的专门的城市部门。在技术方面，最相关的问题，包括异构技术。在城市和城市发展使用。所述的物联网愿景，构建一定的模块，实现统一的城市规模 ICT 平台，从而释放出智能的潜力市场远景。最后，关于财务方面，明确的业务模型仍然缺乏，尽管一些举措来填补这一空白。这种情况被恶化不利的全球经济形势，已确定的在公共服务方面的投资一般萎缩。这种情况可以防止潜在的巨大智慧城市的市场，成为现实。一个可能的出路，这种僵局的，是先发展这些服务，发挥社会效用，如智能停
6、车场和明确回报的智能建筑物，并且将因此用作催化剂体为其他增值服务。在财政方面，尽管有一些补充，但是依然缺乏明确的商业体系。实际上实现这种服务的不是技术阻碍问题，而是由缺乏一个广泛接受的通信和服务架构，可以从具体功能中抽象单一的技术，并提供统一的服务访问。建筑结构健康：正确保养一个城市的历史建筑，需要连续监测和鉴定的每个建筑实际情况， 即最受到外部代理的影响的区域。城市物联网可以提供建筑的分布式数据库结构完整性测量值，通过适当的传感器收集位于建筑物，如振动和变形传感器来监测建筑物压力，大气剂传感器在周边区域并监控污染程度，以及温度和湿度传感器具有对环境的条件的完整表征。这个数据库应该减少需要通过
7、昂贵的周期性结构测试、人工操作，将允许有针对性和前瞻性的维护和恢复操作。最后，将有可能为了结合震动和地震读数，以更好地研究和理解轻地震对城市建筑物的影响。此数据库可公开访问，以便使公民意识到在维护城市采取照顾历史遗产。切实实现这项服务，但是，需要的传感器的建筑物安装及周边地区和它们的互连到控制系统，这可能需要以初始投资创建所需要的基础设施。废物管理：废物管理是许多现代城市，由于服务的成本和垃圾填埋场中储存的问题的一个首要问题。ICT 解决方案，在这个领域更深入的渗透，但是，可能导致显著节约和经济和生态优势。例如，使用智能废物容器，其检测负载的水平，并允许收集器的最优化车路线，可减少废物收集的成
8、本，提高回收的质量。为了实现这样的智能废物管理服务，物联网将连接终端设备，例如，智能垃圾箱，到控制中心，优化的软件处理数据，并确定最佳集卡车车队管理。空气质量：欧盟正式通过了 20-20-20 可再生能源指令设置气候变化减排目标，为下一个十年。这些目标要求在减少 20温室气体排放量在 2020 年与1990 年减少 20的能耗，通过提高能源相比，到 2020 年的效率，而在利用可再生增加 20能源到 2020 年这样的程度，城市物联网可以提供装置监测空气的质量在拥挤的地区，公园，或健身路径。此外，通信设备可提供一种健康应用放在可以运行在连接到所述的基础设施慢跑设备。以这样一种方式，人们总能找到
9、适合户外活动的健康路径和连续连接到他们喜欢的个人训练应用程序。这样的服务的实现需要的空气质量和整个城市和传感器污染传感器部署数据可公开提供给市民。噪声监测：噪声可以看成是声污染，就像碳氧化物（CO）是空气污染的一种形式。在这个意义上说，城市当局已经出台具体的法律来减少城市中心的具体某小时的噪音量。一个城市的物联网可以提供一个噪声监控服务以测量的在任何给定时间在采用地方产生的噪音服务。除了建立噪声的时空地图污染的地区，这样的服务还可以用来执行公共安全，通过完善的检测算法的手段，可以识别，例如，玻璃崩溃或争吵的噪声。此服务可以因此提高了城市夜晚的安静，以及增强居民的信心。安装声音探测器或环境话筒是
10、颇有争议，因为这种类型的监控存在的明显的隐私问题。交通挤塞：对空气质量和噪音的同一条线路监控，可以通过启用一个可能的智能城市服务城市物联网包括监测城市的交通拥堵。即使基于相机的交通监视系统已可部署在许多城市，低功耗的广泛通信可以提供的信息的一个更密集的来源。流量监测可通过使用安装在现代车辆感测能力和全球定位系统，并且还采用可实现空气质量和沿一个声传感器的组合给道路。这个信息是对城市具有重要意义机关和公民：前者管教交通发送需要的地方官员和后者提前计划路由到达办公室或更好地安排购物行程市中心。 城市能源消耗：再加上空气质量监控服务，一个城市物联网可以提供给服务监测全市的能源消耗，从而使机关和公民得
11、到的一个明确和详细的观点量由不同的服务所需要的能量（公照明，交通，交通灯，控制摄像机，加热/公共建筑，等等）的冷却。反过来，这将使它可能识别主要能耗源并为了确定重点，以优化自己的行为。这正好在方向由欧洲指令能源表示艾菲效率的改善，在未来几年。为了获得这样的服务，功耗监控设备必须与集成电网在城市。此外，它也将是可能的增强这些服务，积极功能，以控制当地电力生产结构（例如，光伏电池板） 。智能停车场：智能停车服务是基于道路传感器和智能化显示沿停放在城市16的最佳路径直接驾车人士。从产生的利益这项服务是多方面的：更快地找到停车位是指从车上减少二氧化碳排放量，少量交通拥堵，幸福的公民。智能泊车服务，可直
12、接集成在城市基础设施建设物联网，因为很多公司在欧洲的市场提供产品，这应用程序。此外，通过使用短程通信技术，诸如射频标识（RFID ）或近场通信（NFC） ，它能够实现一个停车证插槽的电子验证系统保留居民或禁用，从而提供给市民提供更好的服务可以合理地使用这些插槽和一个有效的工具来很快发现违规行为。智能照明：为了支持 20-20-20 指令，街道照明效率优化是一个重要的功能。特别是，这种服务可以优化路灯根据一天中的时间强度，天气条件，和在场的人。为了正确地工作，这样的服务需要包括路灯成智能城市基础设施。另外，也可以利用该数目增加的连接点提供 Wi-Fi 连接到公民。在此外，一个故障检测系统将能够容
13、易地实现对路灯的控制。自动化公共建筑和扩展保护：另一种物联网技术的重要应用是监测公共建筑的能量消耗和环境中的有益健康，例如学校，政府办公室和博物馆，是由不同类型的传感器和致动器的控制装置灯，温度和湿度。通过控制这些参数，有可能增强生活在这些环境中的人的舒适程度，这在生产率方面得到好的反馈，同时减少了加热或冷却的成本。第三部分：城市物联网结构从第二部分可以看出，大多数智能城市服务是基于集中式架构，在密集和异构的外围设备产生不同类型的数据，然后通过合适的通信技术传送到控制中心，其中，控制中心是用来存储和处理数据的。因此，城市物联网基础设施的一个主要特征是具备整合不同的技术以及现有的通信基础设施的能
14、力，以支持一个物联网的逐步演变。另一个基本方面是有必要使由政府和市民收集的城市物联网数据，增加的响应当局城市的问题，并增强公民在公共事务的参与意识。在本节的其余部分，描述了城市物联网系统的不同组成部分，如图 1 所示。我们首先描述设计物联网服务的 Web 服务的方式，这需要除了架构的关键要素之外的协议层中不同元件的网络的部署。然后，我们简要概述链路层技术，它可以用于互连物联网的不同部分。最后，我们描述了一套实现城市物联网的异构装置。图 1 基于 web 服务的城市物联网概念描述A物联网中的 Web 服务方式按照 REST 范式设计的物联网服务，表现出和传统 web 服务像是性，因而大大促进了最
15、终用户和服务开发者的采纳和使用，并将重用传统 web 服务在智能服务方面的知识。Web 服务方法也由国际标准化组织得到了发展，例如IETF， ETSI，和 W3C 等组织。图 2 显示了无限制和有限制的物联网网络服务参考。这些协议首先要包括网络通信的现实基础，这类基础用在通常使用的常规互联网主机，例如XML，HTTP，和 IPV4。这些协议通过相对较低的组成部反应在限制协议栈。那就是高效的 XML 交换(EXI)，限制应用协议(COAP)，以及 6LoWPAN，这些都适合于受限的设备。受限和非受限的转码操作可以以一种容易被物联网节点访问和交互的方法表现出基本的、低复杂性的方法。图 2 有限制和
16、无限制的物联网节点协议栈B链路层技术分为受限的和不受限的技术C设备1)后端服务：分布在控制中心，用于数据收集，存储，处理并产生附加服务。数据库管理系统：存储类似传感器等节点产生的信息数据。网站：用于物联网和公共机构，服务运营商，公用事业提供商和普通市民等人民的连接。企业资源规划系统：支持采用多业务功能和珍贵的工具来管理信息流，例如城市管理。2)门户：用于终端和系统的主要通信设施的交互。3)物联网外围节点：负责产生被传输到处理中心的数据。如移动设备等。第四部分 案例分析：帕多瓦智慧城市帕多瓦智慧城市的首要目的是提升公共管理中早期开放数据的采纳和通信技术解决方案。图 3 帕多瓦智慧城市系统组成部分
17、组成部分：如图 3 所示。路灯：该系统是物联网系统的子系统。每一个路灯都是城市地图上的地理本体化，并且独一无二的连接到物联网系统中。所以物联网数据可以通过前后路灯节点数据得到增强。受限链路层技术：物联网节点安装在路灯灯杆，形成 6LoWPAN 的多跳的云，使用 IEEE 802.15.4 受限链路层技术。路由功能是由低 IPv6 路由协议提供电力和有损网络（RPL） 。无线传感器网关设备：作用是通过传感器云连接受限的链路层技术，同时作为 6LoWPAN 边界路由器和 RPL 的节点。HTTP-CoAP 代理：这一代理可以和 CoAP 设备进行透明的通信，支持监控应用和限制注入物联网外围网络的流
18、量。数据库服务器：通过和 HTTP -CoAP 代理的通信及时收集监控数据的状态，并可以从合适的资源中恢复需求数据。运营商移动设备：在路灯上安装移动路灯设备，并与城市物联网相连。第五部分 结论这篇文章分析了目前可实施的城市物联网解决方案，技术接近规范。业内人士都已经活跃在生产设备上利用这些优点技术，以使所感兴趣的应用。事实上，虽然设计方案的范围对于物联网系统是相当广泛的，集开放式和标准化协议依然显著比较小。此外，支持技术已经达到了成熟水平，允许切实的物联网方案与服务。个人评论1、物联网与智慧城市内在关系物联网等信息化技术是建设智慧城市的重要手段和工具，同时智慧城市也需要发展物联网产业来进一步实
19、现信息化。智慧城市与物联网两者之间是相互依存、相互促进的，物联网技术使智慧城市进入了一个新的发展阶段，而智慧城市也成为物联网未来发展的依托。2、物联网在智慧城市中的应用2.1 城市基础设施物联网主要应用在信息基础设施和城市基础设施中。如云计算平台与银行管理结合可以增强数据处理能力、储存能力以及数据可靠性。利用基于无线传感器网络的城市设施综合管理系统可以实时监测流量、水压和水质，对漏水情况及时进行处理。以韩国为例，其供水系统管道漏水率平均为 14.1%。漏水率每降低 1%，一个城市一年可以节约 40 万美元。仅靠此一项，韩国一个城市一年平均可以节约 564 万美元。2.2 城市政务智慧城市的建设
20、离不开高效的政府管理，运用现代物联网技术以及网络通信、计算机技术等，将政府管理和服务职能进行资源整合优化，使政府服务不断向智慧化方向发展，从而实 2.3 城市安全智慧城市中的城市安全管理以互联网、物联网为基础，通过城市安全信息的全面感知、各系统协同运作、资源共享，建立统一的公共安全系统及应急处理机制，实现对公共安全的应急联动。在我国无锡市，物联网技术已被用于电动车防盗，只要电动车上安装了无线传感器，车主可以随时查询车辆所处位置、使用状况等信息。2.4 城市环境基于物联网的城市环境系统可以自动给市民的移动设备发送提示，如当日是否适合户外运动等，市民还可以查询气象、交通等方面的信息。此外，系统还可
21、以根据空气可吸入颗粒物浓度，自动开启道路洒水系统，从而减少可吸入颗粒物，降低城市热岛效应。2.5 城市交通物联网还能作为城市交通智能化的技术基础，通过信息资源的自动整合与智能共享，实现便捷、安全、经济、高效的交通运输。例如公交车上的全球卫星定位系统可以进行实时定位，并计算到达下一站的距离，然后将信息发送给车站的电子显示屏，使乘客可以知道某路车的预计到达时间。在西班牙的桑坦德，许多斑马线安装有传感器，当带有射频识别的老人或者儿童过马路时，智能交通系统就能感知并适当延长红灯时间，保证老人和儿童顺利通过。2.6 城市生活物联网为居民生活智能化提供了很好的实现方式。例如市民早上醒来，可以通过手机、手表
22、获得身体状况监测评估信息，若持有者出现问题，系统会自动把信息发给医院。系统还能够对幼儿进行照料，根据幼儿的需要及时喂奶、测量体温，并把信息传给家长，以便家长做出决断。通过物联网追踪技术，市民还能查知食物的原产地。3、关于发展基于物联网的智慧城市的建议目前，我国部分城市信息化建设已经初见成效，但在技术、标准、成本方面仍存在较大问题。为了更好地依托物联网打造智慧城市，政府和有关部门应从以下几个方面着手：(1)为物联网发展提供法律和政策保障；(2)大力推进物流网的应用；(3)加强物联网技术创新；(4) 加快物联网的标准体系建设。通过对物联网的大力发展和广泛应用，进一步加快智慧城市建设，从而加速提升我国城市现代化建设与管理水平。
