新型智慧城市大脑规划建设方案

面向服务城市安全运行先进物联网技术城市大脑新型智慧城市大脑规划建设方案1背景2建设思路及原则3框架设计4试点项目内容5特色优势ONTENTSC内容大纲01政策背景02案例背景03技术发展背景一、背景一、背景-新一代物联网的关键技术优势人工智能“它呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放和自主智能的新特点”。新一代的人工智能主要是大数据基础上的人工智能。泛在网络短距离技术与低功率广域网的发展显著提升物联网的泛在连接能力。LPWAN构建泛在网络。NB-IoTLoRa新征求意见470~510频段限单频点使用，有可能不用于组网应用。故基于城市安全运行应用，依托移动NB-IoT组网。智能化终端/网关MEMS引领物联网传感和芯片技术产业变革。MEMS具备的体积小、质量轻、低功耗、高精度、设计制造灵活、集成度高等优势。智能化终端/网关采用MEMS技术。物联网MCU加速向高性能、低功耗、高集成度方向发展。城市大数据大数据分析与传统量化分析不一样，是以数据驱动的方式、是先有数据再考虑（问题），所以这是一个新的发展趋势。可操作性原则：以顶层设计为导向，分阶段实施，确保新城建设真正实现“智慧”落地

唯一性原则：结合新城的地方特色 、打造独特的经济、社会、人文优 势聚焦主体柔性整合超前顶层设计分步实施顶层设计原 则顶层设计思路

目标定位：通过信息化手段，建设世界一流的可持续发展的智慧新城，打造 “生态、低碳、活力、宜居、和谐”的生态之城！

可持续性原则：优化资源利用，兼顾生态和谐，适度 超前顶层设计，体现未来5-15年的经济、社会、环境发展

要求

领先性原则：发挥后发优势，借鉴国际先进 案例，打造一流新城一、建设目标城市和谐发展信息资源共享体制机制创新生活品质提升产业优化升级一、城市大脑设计定位智慧民生智慧基础设施层智慧环境

智慧政务智慧产业提升生计发展能力提升生存载体品质

公共

管理 层社会生产层

社会 生活 层 城市 设施资源环境层保障信息安全发展信息产业绿色行政高敁庪能透明参不高敁绿色经济繁荣可续敁能活力创新绿色生活安庩和谐安全健庩便捷绿色城市有序管控协调平稳敁率

绿色设施

智能运行

稳定高速安全智慧办公/政务监察/公共管理/行政执法

智慧工业/农业/服务业

智慧医疗/教育/居家/就业 智慧市政/交通/能源/安全 网络/数据中心/部件管理 智慧气象/国土/水务城市大脑总体架构01建设理念02建设思路03建设原则二、建设思路及原则03建设步骤二、建设思路及原则-建设理念末梢神经（感知层）神经网络（传输层）脑核（数据基础层）皮质层（决策层）小脑（执行层）遵循“城市大脑”理念，打造智慧XXX安全运行物联网试点项目，建成一套完善的“感”“传”“知”“用”城市大脑架构。城市大脑VS人工智能算法决策人工决策智慧城市二、智慧XXX城市安全运行试点-建设思路6+4个1面向“城市运行管理”、“消防”、“交通”、“环境”、“街道社区”、“环卫”6大领域形成服务城市安全运行热点的物联网创新应用。融合各领域间的数据交互壁垒（政务专网、网格图像专网、NB-IoT），构筑一张融合的城市安全运行神经网络。符合智慧城市顶层设计理念，对各领域内容进行统筹，实现各领域的数据交互、开发、共享，落实创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。以网格化管理为基础，构建起1个具有城市数据综合运营、人工智能AI能力的城市安全运行智能运营、管理服务中心。最终目标为提升城市服务水平，支撑“科技创新中心核心区”建设。城市“大脑”最终产生的数据，服务于城市管理及广大群众。6个领域1张网络1个平台1个中心1个目标二、智慧XXX城市安全运行试点-应用场景街道社区“弱势”家庭安全。城市运行管理燃气泄漏监测、有限空间及管线监测。消防安全基于物联网的消火栓监测，基于物联网的消防水池监测。交通桥梁健康、路面积水监测。城市空气质量、路面结冰。环境06环保02消防安全04环境05街道社区03交通01城市运行管理23个类型场景环保餐余垃圾回收。二、智慧XXX城市安全运行试点-建设原则示范性性价比规模性覆盖全可靠性先进性针对性选择最紧迫的需求，提炼最优化的方案。燃气、排水、自来水、电力、热力、“弱势”家庭、道路、空气、桥梁。NB-IoT、Mems技术，打造人工智能神经元。参考城市大脑模式。一个平台，6个领域，23个场景。成功案例，运营反馈效果好。方案以最终用户业务需求出发，契合度高。符合XXX区的科技创新战略。二、智慧XXX城市安全运行试点-建设步骤城市安全运行关系到每一位市民的人身安全，“智慧XXX”物联网城市安全运行试点项目应承担起“示范”作用。城市安全运行物联网应用应由“重”到“轻”、由“简单”到“复杂”分阶段实施。需树立顶层设计规划的总体目标、阶段目标，并建立长效机制、逐步落实。阶段一：示范性阶段，选择具备代表性的城市安全隐患，结合最先进的物联网技术，确立城市安全运行的物联网技术路线及机制。阶段二：重点隐患覆盖阶段，对全区重点隐患进行全面覆盖，采用先机的技术尝试对其它类型隐患进行预警，并进一步完善处置协调机制。阶段三：通过物联网技术，全面开展城市安全运行隐患预警、工作机制。阶段四：总结、挖掘、扩大城市安全运行的物联网应用效果，在细节上完善影响城市安全运行的因素，探索新的技术及理念。01需求分析02技术路线03平台架构04产品支撑三、框架设计三、框架设计-需求分析城管委燃气电力排水自来水环境需求单位城市公共服务单位路面结冰、积雪。希望借助物联网提升管理水平。涵洞路面、低洼路面积水。桥梁健康。交通热力关注实施细节：安装、维护、稳定性、业务对接。业务提升需求安全提升需求政府业务单位“弱势”家庭安全。街道环卫三、框架设计-技术路线先进传感器以NB-IoT通讯加自带电池的MEMS传感器为主，合理的应用在各类场景，形成城市安全运行的神经元。泛在的物联网络以NB-IoT为主，网格图像光纤、4G网络为辅，形成城市泛在的城市安全运行神经网络。统一的物联网平台对各类场景进行统一平台管理，实现夸平台、夸场景的统一协调底层核心。大数据分析、挖掘对多位数据进行分析、挖掘，形成由应急处置向风险管理转变的城市安全运行模式。面向服务实现传统的数据可视化向直接服务的应用转变。三、框架设计-系统架构放三、框架设计-产品支撑市场成熟产品有害气体传感器燃气泄漏传感器噪声传感器路面结冰传感器空气质量传感器……自主创新产品液位传感器压力传感器燃气传感器紧急求助按钮垃圾桶空/满传感器垃圾回收登记终端统一物联网平台大数据挖掘算法……01燃气泄漏场景02有限空间场景03市政管线场景04城市消防场景05交通场景06环境气候场景07“弱势”家庭场景四、试点项目内容08餐余垃圾回收场景四、试点项目内容-需求分析井下作业有害气体中毒燃气管泄漏至邻近电气管井引发爆炸燃气管泄漏引发火灾供水管泄漏引发路面塌陷井盖丢失引发交通事故暴雨引发雨水井偏移四、试点项目内容-需求分析消火栓无水桥梁受损路面积水路面结冰空气质量“弱势”家庭安全塌陷塌陷沉降撞击四、试点项目内容-燃气泄漏场景智能燃气监测传感器测量范围：0~100%LEL；测量精度：3%FS；电池续航时间：6个月（60分钟采集上传一次）；数据采集周期：60min(可在5min~1440min之间配置)支持GPRS/433MHz/NB无线通讯；工作温度：-20℃~50℃；工作湿度：≤95%RH（无冷凝）；防护等级：IP65（需升级至IP68）；防爆等级：ExdibIIBT5Gb场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数城市燃气井（室）、临近燃气井的电力井。有限空间内燃气浓度值。每小时检测1次空间内燃气浓度，根据燃气浓度的时间变化，计算分析出燃气浓度变化趋势。根据燃气浓度变化趋势，结合天气、历时数据，计算分析燃气浓度达到爆燃值时间。预警结果由平台自动推送给燃气单位。当检测到燃气达到爆燃值时，自动启动应急预案，如通过微信公众号、短信、广播电台等途径通知群众。（人工智能）（人工智能）（多维大数据分析）（感知与分析）四、试点项目内容-有限空间场景工作环境：温度：-20℃～50℃湿度：(15～95)%（不结露）压力：(86～106)KPa；输入电压AC220V±15%，频率50Hz，功率<70W；硫化氢（H2S）量程：0-100ppm，误差：±5%FS；一氧化碳（CO）量程：0-2000ppm，误差：±5%FS氧气（O2）量程：0-25%VOL，误差：±5%FS；甲烷(CH4)量程：0-100%VOL，误差：±5%FS；防水、防尘；市电供电（AC220V±20%，50Hz）。场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数排污井、雨水井、电力井、燃气井等。窖井内的有毒有害气体监测，包括：硫化氢浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、甲烷浓度。定时检测窖井内有害气体浓度，根据有害气体浓度的时间变化，计算分析出有害气体浓度变化趋势。根据有害气体浓度变化趋势，结合天气、历时数据，计算分析有害气体浓度达到警戒值时间。预警结果由平台自动推送给相应的排水、电力、燃气单位。当检测到有害气体中甲烷浓度达到爆燃值时，自动启动应急预案，如通过微信公众号、短信、广播电台等途径通知群众。（人工智能）（感知与分析）（多维大数据分析）四、试点项目内容-有限空间场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数雨水井。窖井内的水位高度监测。定时检测雨水井内水位高度，根据水位高度的时间变化，计算分析水位高度变化趋势。根据水位高度变化趋势，结合天气、历时数据，计算分析水位高度达到警戒值时间。预警结果及报警结果由平台自动推送给相应的排水单位。水位量程：0-7、10、20、35、70、100米；水位精度：±0.5%FS、±0.1%FS（可选）；稳定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年；存储容量：4M、8M、16M、32M（可选）；电池容量：20AH；电池寿命：2-5年（视数据上报频率）；防护等级：IP68；工作温度：-10~80℃；安装方式：水位检测部分投入式，无线通信部分壁挂式。（感知与分析）（多维大数据分析）四、试点项目内容-有限空间场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数各类市政窖井盖。监测井盖是否发生位移、倾斜。辅助功能：井盖权属掌握、各单位通过井盖对管线进行资产管理。伺机监测窖井盖位移、倾斜状态，当井盖发生位移或倾斜时，产生报警数据。（人工作业前后需修改为“作业”状态）。传感器将报警数据结果推送给物联网安全运行平台，平台将报警结果推送给窖井权属的公共服务单位。井盖位移、倾斜报警后，平台自动启动应急预案，如推送给微信公众号、短信、广播电台等途径通知群众，直到井盖恢复。水位量程：0-7、10、20、35、70、100米；水位精度：±0.5%FS、±0.1%FS（可选）；稳定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年；存储容量：4M、8M、16M、32M（可选）；电池容量：20AH；电池寿命：2-5年（视数据上报频率）；防护等级：IP68；工作温度：-10~80℃；安装方式：水位检测部分投入式，无线通信部分壁挂式。（人工智能）四、试点项目内容-市政管线场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数热力及供水管线泄漏监测。监测压力水管是否发生泄漏，并确定泄漏位置。每天夜间上传1次管道泄漏监测数据，由平台分析管道是否泄漏及分析泄漏位置。当平台判断管道发生泄漏时，平台将结果，平台将报警结果推送给窖井权属的公共服务单位。支持GPRS/Lora无线通讯/NB；工作温度范围：-20℃～70℃；电源：7.2V不可充电锂电池；测量噪声范围：0-5000mg；探头安装方式：磁铁吸附；工作时间：3年（工作时长：0.5小时/天，数据上传频率：1次/天）；防护等级：IP68。四、试点项目内容-市政管线场景漏点导航确定大致漏点确定精确位置新一代相关仪监测内容业务呈现热力及供水管线。场景对象相关仪和噪声记录仪功能的综合构成，通过检测漏水噪声，记录仪可以快速计算出漏点的确切位置。作为压力水管日常巡检及应急泄漏精确定位的移动监测设备。GPS直接导航至漏点，无需夜间工作，可精确测量泄漏点。四、试点项目内容-市政管线场景监测内容业务呈现城市排污管、雨水管。场景对象相关仪和噪声记录仪功能的综合构成，通过检测漏水噪声，记录仪可以快速计算出漏点的确切位置。作为排水管日常排水流量检测的移动设备。可监测排水的流量，可用于水道流量评估及城市排水能力研究。四、试点项目内容-城市消防场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数城市消火栓、消防水箱。监测消火栓压力是否正常，监测消防水箱液位是否过低。定期监测消火栓、消防水箱压力及水位，监测到的数值实时传输给平台。当监测到的数值低于预设阀值时，平台将报警信息推送给消防、自来水单位。平台可计算出“故障”消火栓附件正常压力消火栓的位置信息，信息可通过微信公众号、软件平台开发对接形式提供给消防单位。无线网络：NB-IoT；工作温度：-30~80℃；量程范围：0-50Mpa；精度：5%；电池：DC3.6V/9Ah大容量锂电池；功耗：30分钟进行一次数据上报，电池使用时长可达2年。消防水箱液位过低时，可自动联动本地消防水泵启动注水。（人工智能）（人工智能）四、试点项目内容-交通场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品图片产品参数城市低洼路段、桥梁涵洞。积水深度监测。定时监测城市低洼路段、桥梁涵洞积水积水深度，根据积水深度的时间变化，计算分析出有积水深度的变化趋势。根据积水深度的变化趋势，结合当前雨量变化趋势，结合历时数据，计算分析出积水深度达到预警值的时间。当平台计算出积水深度达到警戒值时，平台产生报警。预警、报警信息。通信网络：GPRS/CDMA/4G网络、INTERNET公网（监测中心绑定固定IP）、网格图像光纤等；监测设备：道路积水监测终端；现场仪表：超声波水位计、电子水尺（投入式水位计）、LED情报板等。平台可将报警、预警信息自动推送给城市排水、交通等单位，可联动网格图像系统弹屏显示附近实时画面，可推送给交通电台、相关微信号、导航地图等，提醒广大群众出行。（人工智能）（人工智能）（多维大数据分析）四、试点项目内容-交通场景场景对象监测内容业务呈现产品介绍产品安装图片桥梁。桥梁健康监测，包括：结构变形监测、结构应力监测、结构动力性能监测、裂缝监测、环境参数监测。对桥梁健康进行可视化（GIS+BIM）管理，显示桥梁日常状态或异常报警。为桥梁日常维护提供信息检索、维修、数据采集、统计分析、巡检、预案、工单等业务支撑。跟踪结构状态变化趋势为大桥养护管理决策提供依据，为桥梁全寿命周期安全管理提供大数据支撑（长期连续）；识别结构损伤并对结构异常反应紧急报警（自动报警），启动应急处置预案；自动实时监测环境条件和桥梁响应并直观显示结果，尤其在突发事件中，能第一时间获取桥梁运营状态信息（及时）；四、试点项目内容-交通场景案例方案西翠桥桥梁健康监测传感器安装位置示意图编号项目设备名称数量1桥墩沉降监测静力水准仪22桥梁振动监测加速度传感器13桥梁挠度监测挠度传感器14桥梁载重监测应力应变传感器25桥梁视频监测高清网络摄像机26桥梁水位监测液位传感器17桥梁环境监测温湿度传感器18桥梁水位标尺水位标尺19桥梁检测供电系统太阳能供电板2桥墩沉降监测、桥梁振动监测、桥梁挠度监测、桥梁载重监测、桥梁水位监测、桥梁环境监测、桥梁监测供电系统、桥梁视频监测、桥梁水位监测。产品安装图片方案配置清单产品布置图四、试点项目内容-环境气候场景场景对象监测内容实现方式业务呈现冷点路面。路面结冰。利用网格图像（雪亮工程）基建设施（网+电+杆），加装“路面温度、湿度遥测传感器”。根据“热谱地图”和“基准站路面温度”，推算巡线路网结冰状态。将实时推算结果（绿色：无结冰；黄色：可能结冰；红色：有结冰），在GIS地图上呈现。推测到路面可能结冰，平台自动将预警结果（甚至网格图像）推送给环卫、交通等相关单位，可通过平台对接或微信公众号等方式实现。产生结冰预警后，如通过推送给微信公众号、短信、导航地图、广播电台、联动前端LED显示屏等途径通知群众，直到预警恢复。产品安装实例（人工智能）（感知与分析）四、试点项目内容-环境气候场景场景对象监测内容实现方式业务呈现城市空气质量。PM2.5、臭氧、二氧化硫、PM10、二氧化氮、一氧化碳。定点监测：采集点密度：1个/km2。高点部署、地面部署，形成立体监控数据，推导出污染物厚度。移动监测：场景一，在空气污染预警期间，针对建筑工地、生产企业、汽修厂等空气污染源的临时布控。初期12小时完成监测装置部署与实时数据并网。场景二，车载户外空气质量移动采集，实时绘制巡逻区域空气污染浓度分布地图，对于局部空气污染源进行高效排查和取证。例如，夜间煤改电落实情况巡查等。产品安装实例四、试点项目内容-“弱势”家庭场景场景对象监测内容实现方式业务呈现“弱势”家庭。紧急求助、厨房燃气泄漏、家庭火灾。利用物联网紧急求助按钮，实现“弱势”家庭在医疗、生活方面的应急求助。利用物联网可燃气体探测器，监测“弱势”家庭是否存在燃气泄漏问题。利用物联网可燃气体探测器，本地监测家庭是否发生火灾险情。紧急报警按钮，具备三种类型事件求助，求助信息可推送至“弱势”家庭监护人手机，或推送至物业值班室居民求助显示屏上。可燃气体探测器，检测到房间内烟雾浓度超标时，联动本地声音警报，并可联动家庭人员手机通知。产品介绍紧急求助按钮可燃气体探测器火灾烟感探测器可燃气体探测器，检测到房间内烟雾浓度超标时，联动本地声音警报，并可联动家庭人员手机通知。（人工智能）（人工智能）（感知与分析）（感知与分析）（人工智能）四、试点项目内容-餐余垃圾回收场景场景对象监测内容实现方式业务呈现餐余垃圾回收。垃圾桶填满、回收过程登记。利用微波传感器，监测餐余垃圾是否装满。利用“餐余垃圾回收智能巡检移动”终端，实现垃圾回收过程的登记工作。“餐余垃圾回收智能巡检移动”终端具备：GPS技术、视频拍照、语音记录、文字记录、NFC打卡等技术实现。在软件平台或智能终端设备上，实现对城区定点餐余垃圾桶的可视化管理，包括垃圾桶位置、垃圾桶空满、垃圾桶的倾倒及巡检登记（NFC/二维码+照片/文字/语音）等。产品介绍对垃圾桶数量、空/满、位置、倾倒、巡检等形成的大数据信息进行统计分析、深度挖掘，形成垃圾回收情况、异常情况、片区倾倒工作量等的信息主动推送与分析，为管理者提供决策数据支撑。四、试点项目内容-软件界面基于GIS的可视化四色预警基于GIS的可视化预警、报警各类管线的分层管理数据的统计趋势分析01窄带物联网02微机电系统03人工智能五、特色优势五、特色优势-窄带物联网NB-IoT：覆盖能力强，终端功耗低，能够较好的支持对广度、深度覆盖要求高、电池续航要求高的业务。蜂窝物联网（NB-IoT）相比于2G基站，覆盖能力强20dB，可以多穿透

2堵墙。2017年底在北京主要区域建设NB-IOT蜂窝物联网，覆盖总面积1961平方公里网络覆盖情况低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年性能优势大连接：单个NB-IOT基站小区内可承载50K+用户覆盖广：解决传感器数据传输链路问题。低功耗：实现传感器通讯模块可通过电池供电。信号强：保障数据通讯可靠。大接入：适用于城市物联网大