智慧城市的建設(shè)，本質(zhì)上就是這五個技術(shù)的結(jié)合

導(dǎo)讀：隨著5G時代的到來，智慧城市仿佛離我們越來越近。那么智慧城市的建設(shè)，到底需要用到哪些技術(shù)?又面臨著什么難題呢?

圖片來自“123rf.com.cn”

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1、物聯(lián)網(wǎng)定義：

物聯(lián)網(wǎng)即通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。

物聯(lián)網(wǎng)是人與物、物與物之間相互通信的網(wǎng)絡(luò)，是智慧城市的感知技術(shù)。在兩化融合領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在產(chǎn)品信息化、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)等領(lǐng)域等到了應(yīng)用。在電子政務(wù)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安、國土、環(huán)保、交通、海關(guān)、海關(guān)、質(zhì)檢、安監(jiān)、林業(yè)等政府主管部門得到初步應(yīng)用。

2、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)：

物聯(lián)網(wǎng)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。

1)感知層由各種傳感器構(gòu)成，包括溫濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端。感知層是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源。

2)網(wǎng)絡(luò)層由各種網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，是整個物聯(lián)網(wǎng)的中樞，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

3)應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

3、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)：

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有四項關(guān)鍵技術(shù)：

1)傳感器技術(shù)，這也是計算機應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。大家都知道，到目前為止絕大部分計算機處理的都是數(shù)字信號。自從有計算機以來，就需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算機才能處理。

2)RFID標(biāo)簽也是一種傳感器技術(shù)，RFID技術(shù)是融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應(yīng)用前景。

3)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。經(jīng)過幾十年的演變，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)品隨處可見;小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動著工業(yè)生產(chǎn)以及國防工業(yè)的發(fā)展。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與作用。

4)M2M：是將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，是機器對機器之間的對話。

4、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在產(chǎn)品信息化、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、經(jīng)營管理環(huán)節(jié)、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。并在公安、國土、環(huán)保、交通、海關(guān)、海關(guān)、質(zhì)檢、安監(jiān)、林業(yè)等政府主管部門得到初步應(yīng)用，取得了良好的效果。

1)產(chǎn)品信息化：在汽車、家電、工程機械船舶等行業(yè)通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高了產(chǎn)品的智能化水平。

2)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用：應(yīng)用于生產(chǎn)線過程的檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備與產(chǎn)品監(jiān)控管理等。

3)在經(jīng)營管理領(lǐng)域的應(yīng)用：應(yīng)用于物流管理、生產(chǎn)管理等。

4)在節(jié)能減排應(yīng)用：主要在鋼鐵、有色金屬、電力、化工、紡織、造紙等高能耗、高污染行業(yè)應(yīng)用。

5)在安全生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用：主要在煤炭、鋼鐵、有色等行業(yè)保障安全生產(chǎn)的重要技術(shù)手段，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對礦山井下人、機、環(huán)境進行監(jiān)控

云計算技術(shù)：

1、云計算技術(shù)定義：

根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的定義，云計算(cloudcomputing)是一種可以隨時隨地方便而按需地通過網(wǎng)絡(luò)訪問可配置計算資源(如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù))的共享池的模式，這個池可以通過最低成本的管理或服務(wù)提供商交會，來快速配置和釋放資源。

2、云計算技術(shù)的特點

1)快速彈性

彈性是指根據(jù)需要可伸縮地使用資源的能力。對于消費者來說，云似乎是無限的，消費者可以根據(jù)需要購買計算力資源。

2)測量服務(wù)

在測量服務(wù)中，云服務(wù)提供商控制和監(jiān)視云服務(wù)的各個方面。這對計費、訪問控制、資源優(yōu)化配置、容量規(guī)劃和其他任務(wù)來說是至關(guān)重要的。

3)按需自助服務(wù)

這意味著消費者可以根據(jù)需要使用云服務(wù)，不需要與云服務(wù)提供商進行人機交互。

4)無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入

無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入意味著用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取云服務(wù)商的能力。

3、云計算的主要類型：

1)按照資源類型分類：

云計算可以認(rèn)為包括以下幾個層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。這里所謂的層次，是分層體系架構(gòu)意義上的“層次”。IaaS，PaaS，SaaS分別在基礎(chǔ)設(shè)施層，軟件開放運行平臺層，應(yīng)用軟件層實現(xiàn)。

IaaS(Infrastructure-as-a-Service)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。消費者通過Internet可以從完善的計算機基礎(chǔ)設(shè)施獲得服務(wù)。

Iaas通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供計算機(物理機和虛擬機)、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)連接、負(fù)載均衡和防火墻等基本計算資源;用戶在此基礎(chǔ)上部署和運行各種軟件，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

PaaS(Platform-as-a-Service)：平臺即服務(wù)。PaaS實際上是指將軟件研發(fā)的平臺作為一種服務(wù)，以SaaS的模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS模式的一種應(yīng)用。但是，PaaS的出現(xiàn)可以加快SaaS的發(fā)展，尤其是加快SaaS應(yīng)用的開發(fā)速度。

平臺通常包括操作系統(tǒng)、編程語言的運行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器，用戶在此平臺上部署和運行自己的應(yīng)用。用戶不能管理和控制底層的基礎(chǔ)設(shè)施，只能控制自己部署的應(yīng)用。

SaaS(Software-as-a-Service)：軟件即服務(wù)。它是一種通過Internet提供軟件的模式，用戶無需購買軟件，而是向提供商租用基于Web的軟件，來管理企業(yè)經(jīng)營活動。

云提供商在云端安裝和運行應(yīng)用軟件，云用戶通過云客戶端(通常是Web瀏覽器)使用軟件。云用戶不能管理應(yīng)用軟件運行的基礎(chǔ)設(shè)施和平臺，只能做有限的應(yīng)用程序設(shè)置。

2)按照資源使用方式分類

按照云計算資源使用方式，可以將云計算分為：公共云、私有云、混合云。

公共云：是指多個客戶公用一個云服務(wù)提供商的IT資源。每個用戶根據(jù)自己的占用、消耗IT資源的多少，向云服務(wù)提供商支付費用。公共云比較適合于中、小企業(yè)、微型企業(yè)、政府基層單位和個人用戶。

私有云：是指政府和企業(yè)事業(yè)單位建設(shè)一個云計算中心或云服務(wù)平臺供自己使用，不對外開放，不向外單位提供云計算服務(wù)。私有云適用于大型企業(yè)集團、國家部委、省和地市一級政府，采用虛擬化等技術(shù)，對傳統(tǒng)計算中心、數(shù)據(jù)中心進行升級改造。

混合云：是指公共云和私有云的混合體?；旌显频囊徊糠仲Y源公用，對外開放;一部分私用，不對外開放?；旌显七m用于IT資源有富余的單位，在滿足自身應(yīng)用的同時，把多余IT資源賣給外單位。

4、云計算技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

云計算技術(shù)已在工業(yè)設(shè)計、工業(yè)仿真、在線軟件、企業(yè)數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動互聯(lián)網(wǎng)指，由蜂窩移動通信系統(tǒng)，通過終端接入互聯(lián)網(wǎng)。它和3G、4G等構(gòu)成一個統(tǒng)一的無線、移動、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使用戶可以在任何地點、任何時間都能方便接入，以獲得互聯(lián)網(wǎng)上豐富的信息資源和服務(wù)。

1、移動通信技術(shù)：

1)第一代和第二代移動通信技術(shù)

第一代移動通信技術(shù)(1G)采用頻分多址(FDMA)模擬語音調(diào)制技術(shù)，這種系統(tǒng)主要缺點是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。

第二代移動通信技術(shù)(2G)主要采用時分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善.

2)第三代移動通信技術(shù)

第三代移動通信系統(tǒng)(3G)，也稱IMT2000，是正在全力開發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能信號處理技術(shù)，智能信號處理單元將成為基本功能模塊，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。第三代移動通信系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)共有WCDMA，CDMA2000、TD-SCDMA和WIMAX。

WCDMA是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，是當(dāng)前世界上采用的國家以及地區(qū)最多、終端種類最豐富的一種3G標(biāo)準(zhǔn)。

CDMA2000是美國高通北美公司為主導(dǎo)提出的摩托羅拉、Lucent、韓國三星參與。目前使用的地區(qū)只用中國、日本、韓國、北美。TD-SCDMA是由中國獨自制定的3G標(biāo)準(zhǔn)，1999年6月由大唐電信向ITU提出。2009年1月工業(yè)化和信息化部批準(zhǔn)了中國移動基于TD-CDMA的3G運營許可。

WIMAX成為無線城域網(wǎng)。2007年被國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)為繼WCDMACDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個全球3G標(biāo)準(zhǔn)。

3)第四代移動通信技術(shù)(4G)是一種能夠傳輸高清視頻的高帶寬移動通信技術(shù)，用戶能以100Mbps的速度下載，目前國際上4G的標(biāo)準(zhǔn)有TD-LTE和FDD-LTE兩種。FDD-LTE標(biāo)準(zhǔn)已于2011年年初在歐美國家正式商用。目前中國移動、中國電信、中國聯(lián)通都在測試、部署4G網(wǎng)絡(luò)

2、Wi-Fi和WLAN

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備等終端以無線方式互相連接或幫助用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。

WLAN是指無線局域網(wǎng)，用戶通過手機、平板電腦、筆記本電腦燈移動終端通過WLAN上網(wǎng)卡高速接入互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)局域網(wǎng)，獲得信息，進行移動辦公和娛樂。

3、智能終端

主要包括智能手機、平板電腦。

4、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用：

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要包括移動電子商務(wù)、移動電子政務(wù)。

1)移動電子商務(wù)：

將因特網(wǎng)、移動通信技術(shù)、短距離通信技術(shù)及其他信息處理技術(shù)完美結(jié)合起來，使人們可以在任何時間、任何地點進行各種商貿(mào)活動，實現(xiàn)隨時隨地、線上線下的購物與交易，在線電子支付，以及各種交易活動、商務(wù)活動、金融活動和相關(guān)的綜合服務(wù)活動等。

2)移動電子政務(wù)：

指用戶可以通過終端盒無線通信網(wǎng)絡(luò)獲取政府部門提供的信息和服務(wù)。可以隨時隨地的處理公文，可以隨時隨地查閱信息。提高了辦事效率。

大數(shù)據(jù)技術(shù)

1、大數(shù)據(jù)技術(shù)的定義：

大數(shù)據(jù)是指無法再一定時間內(nèi)用常規(guī)軟件工具對內(nèi)容進行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。隨著城市信息化建設(shè)的深入，許多政府部門和企業(yè)積累了海量的數(shù)據(jù)資源。

迫切需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)資源進行處理、分析和挖掘，提供政府部門的行政管理和公共服務(wù)水平，提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理水平，使海量的數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化成巨大的社會財富。

2、大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征：

大數(shù)據(jù)技術(shù)的主要包括數(shù)據(jù)差異化程度大、數(shù)據(jù)容量極大、處理速度快、時效性強、可視性強、復(fù)雜度高。

3、政府大數(shù)據(jù)的必要性和可行性分析

必要性：

1)發(fā)展大數(shù)據(jù)是促進政務(wù)信息資源開發(fā)利用的必然需要

2)發(fā)展大數(shù)據(jù)是提高政府決策科學(xué)化水平的必然要求

3)發(fā)展大數(shù)據(jù)是提高城市管理精細(xì)化水平的必然要求

4)發(fā)展大數(shù)據(jù)是促進現(xiàn)代化服務(wù)業(yè)的必然要求

可行性：

1)中國政府的數(shù)據(jù)量已經(jīng)初具規(guī)模

2)大數(shù)據(jù)技術(shù)逐步成熟

空間信息技術(shù)

1、空間信息技術(shù)的定義：

空間信息技術(shù)的一個顯著的特點是地理空間的可視化，即能夠把經(jīng)濟、社會等領(lǐng)域的非空間信息與地理空間位置進行疊加顯示，使人們可以非常直觀地認(rèn)識城市中的各種事物。空間信息技術(shù)重要包括遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)。

1)遙感：

遙感技術(shù)是從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，對目標(biāo)進行探測和識別的技術(shù)。遙感系統(tǒng)主要包括空間信息采集系統(tǒng)、地面接收和預(yù)處理系統(tǒng)、地面實況調(diào)查系統(tǒng)、信息分析應(yīng)用系統(tǒng)。

2)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)(GPS)是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

3)地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種具有信息系統(tǒng)空間專業(yè)形式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在嚴(yán)格的意義上,這是一個具有集中、存儲、操作、和顯示地理參考信息的計算機系統(tǒng)。

它與各管理信息系統(tǒng)的根本差異在于它不僅能夠存儲、分析和表達現(xiàn)實世界中各類對象的屬性信息，而且能處理、表達事物之間地理空間分布狀況的空間關(guān)系，從空間特征和屬性特征兩個方面對現(xiàn)實世界進行綜合、分析、管理，方便地獲取信息、滿足應(yīng)用和研究的需要。

2、空間信息技術(shù)和其他技術(shù)的融合

1)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和空間信息技術(shù)的融合

物聯(lián)網(wǎng)將對GIS的數(shù)據(jù)獲取、動態(tài)監(jiān)測、圖形化控制等方面產(chǎn)生深刻的影響。

2)云計算技術(shù)與空間信息技術(shù)的融合

云計算技術(shù)具有計算力和存儲空間的彈性擴展，資源動態(tài)分配和共享等特點，將對GIS數(shù)據(jù)處理、存儲和應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)生大的影響。

3)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與空間信息技術(shù)的融合

通過移動互聯(lián)網(wǎng)，用戶可以隨時隨地的獲取地理信息，開展GIS應(yīng)用。

4)大數(shù)據(jù)技術(shù)與空間信息技術(shù)的融合

通過遙感采集地理信息、真三維GIS應(yīng)用等都面臨著海量數(shù)據(jù)處理的問題，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以顯著提高遙感圖像的處理效率，促進3DGIS的普及。