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物联网在智慧城市中的应用与挑战

物联网作为一个战略性新兴产业,需要国家的大力支持和帮扶,目前,国家工信部正在组织资深专家学者做物联网的相关规划,并将侧重于标准的制定。虽然对概念火热,但对于物联网的具体定义,由于各自立场不同,定义并不特别清晰...
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  物联网的基本组成架构

  作为新一代信息技术的主力,物联网的吸引力不容置疑。特别是近年来物联网概念的逐渐实施和普及,为各行各业的创造发展提供了契机。物联网作为一个战略性新兴产业,需要国家的大力支持和帮扶,目前,国家工信部正在组织资深专家学者做物联网的相关规划,并将侧重于标准的制定。虽然对概念火热,但对于物联网的具体定义,由于各自立场不同,定义并不特别清晰,欧洲认为物联网是一个动态的全球网络基础设施,具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,美国是将物联网和计算机科学紧密联系,中国则认为物联网是基于传感网并与之关联,符合监控特征的系统。

  目前,国内普遍认为,物联网不仅是传感网,也不仅是应让用和服务,物联网是一个由感知层、传输层、应用服务层构成的产业生态链。感知层既是基础,也是技术层面较难实现的部分,它是通过智能卡、RFID电子标签、GPS及红外感应器、激光扫描器、光热敏器件等各种物理、生物和化学量传感器等采集信息,使物体“开口说话”,这是物联网实现对物体互联的第一步。感知过程中存在“如何获取数据感知真实世界”、“数据合理使用分析”两个核心技术难题。为使监测数据更精确,需要技术的不断创新,研究生产各类特定的传感器。目前,国内的传感器都是针对不同的个体设计,较少会具备多用途多功能,未来的方向是一个传感器实现对更多物理化学量的监测和感知。网络层的核心是依靠各种通信协议,通过无线传感网、互联网、广电网等传输感知层的信息数据,将物与物、人与物之间的信息形成互通交流。应用层则是展现物联网应用巨大价值的核心架构,它实现了信息的分析处理和控制决策,以及完成特定的智能化应用和服务的业务,从而实现物与物、人与物之间的感知,发挥智能作用。

  物联网是建设智慧城市的重要手段

 

  人类是基于物理空间和物质资源生存并生产生活的。未来的城市发展和社会发展,将出现物理空间和虚拟空间并存,而当虚拟空间中的问题影响到物理空间时,还会产生数据资源或信息资源。基于两个空间和两种资源的社会发展观或城市发展观,会给物联网的构建和产业带来新的变革和发展,通过从两个空间中活用两种资源,并使其交叉互动,可以将物理空间中的个人资源聚合至虚拟空间,并把资源分享至物理空间,形成资源的循环互动。

 

  在物联网的应用方面,每个国家根据自身条件,重点也各不相同。美国的优势是工业自动化和机器人,日本的优势是环境监测及人体健康保障,中国的重点在于城市热点即智慧城市和智能家居。

 

  智慧城市的概念很大,简单说就是通过各种智能感知的手段,让整个城市的功能实现更智慧,这也是城市化发展的最基本目标。具体看,智慧城市是指充分借助物联网和传感网,发挥信息通信产业发达、传感技术领先、电信业务及信息化基础设施优良等优势,通过建设信息通信基础设施、认证、安全等平台和示范工程,加快产业关键技术攻关,构建城市发展的智慧环境,形成基于海量信息和智能过滤处理的新的生活、产业发展、社会管理等模式,面向未来构建全新的城市形态。

 

  物联网等信息化技术是建设智慧城市的手段和工具,是承载智慧城市建设的基础设施。中国的城市化起步较晚,也走了一些弯路,和国外发达国家相比还较为落后。目前,国内众多城市还处于数字化城市建设阶段,只是把城市的地理、公共设施等信息,通过数字化技术将其变成了人们可以看到的样子,信息数字化只是智慧城市的第一步,而未来更多的是要求城市功能的智慧化。

 

  现在国内很多城市的管理并非都是智慧的。例如,城市交通堵塞问题、社区物业管理问题等等,智慧城市建设更大的内涵应是一个民生工程,是借助物联网、传感网等信息化技术,使城市居民的幸福指数更高。

 

  智慧城市的基础是互联网、物联网、广电网、移动通信网等各类网络;应用载体是数量众多、功能齐全的各种高级终端;部署对象是城市生活的各个方面,包括:智能小区、智能交通、智能学校、智能电网、智能物流、应急指挥、智慧政府OA;注重提高处理突发时间的应变能力、节约能源和环境保护的可持续性。

 

  目前在重点行业中已经实现了具备物联网特征的系统应用,而集群特征和远程控制则是物联网系统的重要标志。包括:

 

  路网监控:主要是车辆自动识别及防盗、车辆门禁、城市公交智能调度、电子警察、出租车移动智能是被系统。

 

  内河船舶监控:基于船舶身份识别及进出港自动监管系统,可以实现自动记录船舶进出港、防止船舶带病出港、船舶出港定位安全、船舶回港通知、不停船检查及问题船舶管理、锚地统计、流量统计。

 

  医院监控:医疗设备采用标签技术,便于医生拿取使用,避免遗漏或错误使用。同时,在患者监护、新生儿标识管理、医院接触史管制、医院重要资产和物资定位、医药供应链管理等方面也有应用。[nextpage]

 

  煤矿监控:用于煤业矿业等井下和隧道作业场所,可以标识记录人员和车辆仪器设备的位置信息。

 

  集装箱监控:通过箱体/箱内物质信息标识和电子封条信息标识,保证集装箱的安全性。

 

  智能家居:通过家庭网关对整个家庭的控制,包括中央控制系统、防盗安全系统、家电控制系统、照明触控系统、环境监测系统、健康监护系统、能源管理系统、影音娱乐系统等。通过家庭网关可以让住户获得各种家庭服务的平台,使不同网络协议的设备互相联通,汇总外部各种渠道的信息。

 

  智能社区:居家生活信息化、社区物业管理智能化、IC卡通用化。在满足基本生活功能外,创造出绿色自然环境、多媒体信息共享环境、和谐人文环境。

 

  物联网与安防行业的契合

  国家对安全防范体系的重视,促进了物联网安防的发展,各地平安城市体系的建设大都考虑了多系统的集成和联动,在道路交通、机场、车站商场等人流密集、管控难度大的场所都兴起了物联网相关应用的尝试与建设。

 

  物联网具有的实时感知、准确定位、有效控制等基本安防要素,和安防行业紧密相关。因为物联网在公共安全方面的应用核心是智能化,公共安全管理的关键是预先感知,具有物联网的天然属性。发展物联网,需要安防产业加速网络化,而视频监控联网将成为典型的实施方向。

 

  安防行业的发展方向是高清化、智能化和行业化。高清监控面临包括传输、压缩、存储、网络、性价比、照度要求、可靠性、应用环境、标清融合等多方面的压力与挑战。建设高清视频监控系统会带动流媒体转发、网络带宽、存储空间、对接协议、解码性能等软硬件技术的进步。因此,高清只有覆盖前端采集、中心管理、录像存储、解码显示等各个环节才能发挥真正作用。智能化能帮助视频监控实现由被动防御向主动防御的转变,让监控人员从繁琐操作和海量信息中解放出来,更高效更精确地管理监控目标。网络化推动了智能监控的多样化发展,既可以在前端部署智能分析模块,也可以在后端软件平台部署智能分析单元,可以实现区域警戒、目标跟踪、密度测算、流量统计等实时分析功能。安防系统行业化解决方案是产业发展的趋势。从仅仅追求单一的安防产品销售到如今的广泛重视行业化解决方案,这一发展源于市场竞争的不断加剧和产品细分的必然结果。在监控市场的产品线逐渐丰富,并且逐渐同质化竞争的情况下,如何为客户提供更加便捷高效的解决方案,成为各主要厂商思考的重点。在这样一个背景下,愿意了解客户需求,具有产品、系统整合能力的厂家,通过对现有产品进行行业化升级改造,为客户提供全套解决方案,并在实践中不断完善自己的系统,实时跟踪行业需求和行业规范,形成了独立的围绕音视频技术的非安全防范监控需求的行业产品,比如天地伟业针对城市道路交通的智能交通系统,针对检察院审讯的司法审讯系统,针对高考防作弊的电子监考系统,针对电力变电站的无人值守系统。

 

  高清产品行业化,随着高清数字技术的推广,安防行业可以为用户提供更加丰富实用的功能,从而提高系统效能,创造综合效益,但如何将高清技术更快普及,需要在效益和成本间做多样化探索。高清视频在行业软件中将率先得到批量应用,主要由于行业项目对视频指标和质量的要求较高,基于高清图像的系统可以提供管理部门更有效率和更有价值的管理,比如针对公安刑侦审讯等,基于高清的录像取证能保证对面部行为细节的逼真记录,而且由于存储时间并不长,系统整体造价并不会太高。而且行业项目对价格相对不是很敏感,成功的样板项目,可以起到较好的示范带动作用。

 

  智能交通作为智慧城市建设的先行者,是将信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效集成应用于整个交通运输管理体系,建立起大范围全方位的综合运输管理系统,可提高交通运输能力、缓解交通阻塞、提高路网通过能力,降低能源消耗,保障交通运输安全及效率,减轻环境污染。智能交通系统设计技术多样化,如车辆导航、交通信号卡农股指、集装箱管理、自动牌照识别、超速报警、道路交通监控、停车场引导、车流量分析预报、气象预警、桥梁除冰等,包括机场车站客流疏导系统、城市交通智能调度系统、高速公路智能调度系统、运营车辆调度管理系统、机动车自动控制系统等。

 

  以天地伟业最新推出的交通指挥中心管控平台为例,它是为交通指挥系统服务的统一信息平台,实现信息交换与共享、快速反应决策与统一调度指挥。通过对采集到的交通数据分析、加工处理,来实施交通控制、管理、决策和指挥。该系统是集合了高科技前端采集技术与后端智能化分析决策软件的整合系统,具有极强的兼容性和扩展性,能够从点到线、从点到面地进行区域联网,从而最终形成覆盖整个城市的安全防护系统。

 

  交通指挥中心管控平台以实战需求为重点,依托警用地理信息系统,实时监测并协调组织区域内的各种交通流,保证区域内道路网交通负荷处于最佳状态,及时发现、处理各种突发事件,疏导交通;对管区交通状况进行监测,监视,有效组织各种交通流;科学调度警力,紧急救援及路障清理力量;处理紧急事件、事故。有效监测各种违法行为,依法纠正相关违法行为。整合现有智能交通系统资源,重点建立交通视频监控,公路车辆智能监测记录系统、信号控制系统、诱导控制系统、交通信息采集系统等。增强基层交警主动发现,快速处置,有效管控,严格、科学执法。系统可以与公安部PGIS警用地理信息系统无缝对接,也可以建立独立的地理信息系统。并且其他交通信息进行交互关联,系统接口技术、通信技术与公安部要求一致。该平台可以为决策者提供实时的信息,并根据汇总的实时信息提供多种应急解决方案和警情趋势分析。[nextpage]

 

  根据国家未来发展规划,城市智能交通系统的建设将会持续加大发展力度。首先将在50个左右的大城市推广交通信息服务平台建设,提供交通信息查询、交通诱导等服务;其次将在200个以上的城市发展智能控制信号系统,形成智能化的交通指挥体系;还将在100个以上的城市推进公共交通区域调度和相应的系统建设,加大电子票务的建设和应用。

 

  面临机遇,物联网化的安防行业需要从单一功能产品向多传感终端集成转变,从单一变量监测向周边环境全面感知转变,从被动防御到基于模型研判和态势分析的主动防御转变,从单纯产品提供向应用服务运营转变。面对物联网带来的商机,企业要重视修炼内功,并不断探索创新应用模型、创新商业模式。不论使用什么样的技术,最终目的是为大众服务、改变社会的生产、生活方式。

 

  物联网在智慧城市中应用的挑战

 

  物联网发展的关键技术之一是云计算,通过基于互联网的异构/自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。各个云计算领域的厂商为发展云业务,推出不同的平台和标准,但当前缺乏统一的云计算标准,制约了云计算产业的发展。此外,云计算是技术、运营和商业模式的协同,关键技术是基础,商业模式是要点,运营能力是核心。

 

  物联网的深入发展需要IPV6技术的支撑,如果要将互联网的IPV4技术应用于智能家居系统,想实时了解家里的情况就比较困难,因为IP地址不够用,无法为家里的智能家电终端分配实名地址,很难监测到家里某一个摄像机或家电终端的运行情况。如果引入IPV6技术,海量的IP地址就能分配到不计其数的终端设备,如手机、打印机、摄像机、空调、电视、汽车等种类数量激增的其他各种新设备,通过高速安全的传输,人们就可以实现对传感器的远程精准遥控。

 

  物联网通过电子标签可以对人员/车辆/资产/动物/食品/物流等城市管理领域提高处理效率,提高处理准确性,是智慧城市建设的关键技术。目前国内自主创新能力不足,自主知识产权缺乏,大多按照国际标准执行,国内相关标准还处于编制过程。

 

  行业化是安防厂商进行高清推广差异化竞争,提升整体软硬件研发实力和一站式解决方案的必由之路。经过多年的发展,天地伟业在公检法司和智能交通领域已经取得了不少的进步,可以真正成为用户愿意推广使用的产品,帮助用户解决工作流程的管理问题。比如基于高标清混合模式的新一代电子警察系统,可以在提高图像清晰度、保证车牌抓拍识别率的同时,有效降低系统综合造价;比如基于数字实时高清技术的新一代检察院审讯系统,在满足传统问讯文字视频同步刻录的同时,提供了实施非压缩的720P广播级视频画质。但是,我们要看到还有相当多的行业用户在使用简单功能拼凑出来的通用监控软件,说明行业软件的专用性和实用性还存在很大差距,这一方面需要平台厂家将更多安防新技术以及用户专用系统设备应用集成进来,一方面要推动行业主管部门的相关标准和规范的制定和宣贯。

 

  此外,随着摄像机数量的增加和区域监控密度的提高,如何充分利用好海量的图像资源是摆在用户面前的实际问题。智能分析是一个重要的有效的手段,但现有的分析算法在实战中价值偏弱。不仅大多是针对标清视频的,较少是真正高清视频的分析,而且对处理器的开销较大,大多用于对少数重点场景进行分析。

 

  物联网的核心是业务应用的创新。应用是主体,技术是手段,必须在应用层将技术与行业需求结合,方能实现深度融合和智能发展。目前困扰其在安防行业内大面积应用推广的主要因素,一是物联网传感系统的整体设备成本高,二是最终用户对于其在实际应用中的综合效益和必要性认识不足,通常以视频监控、报警探测和人员管理相结合为主要的系统配置。后者是目前首要解决的关键问题,只有将目标识别定位的优势与用户的日常业务密切结合,解决流程中的管理问题,提高追溯准确性和效率,才能扩大用户群体,加速物联网技术的产业化和规模化。

 

  结语

 

  在信息数据激增的物联网时代,安防企业除了大力发展自身技术和应用服务外,还要加大力度对自身数据资源的把控和对其他行业的资源整合利用,将对资源的控制力和占有率作为核心竞争力,以应用为导向,依靠市场驱动行业进步。

 

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