基于物联网构建智慧城市关键技术研究与应用-课件

基于物联网构建智慧城市

关键技术研究与应用2023/10/1基于物联网构建智慧城市

关键技术研究与应用2023/7/27内容

引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体技术架构Page2内容引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体城市及其发展面临的挑战

城市是集组织（人），商业，交通，通讯，水和能源等要素于一体的综合体。这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式互相衔接，相互作用和相互影响。城市本身则是以人为本，由这些系统所组成的复杂巨系统。今天，全世界有50%的人口生活在城市中。新中国60年来城市化进程取得辉煌成就，城市已经成为拉动中国GDP增长的火车头。我国已进入快速城镇化时期，中国城镇人口的比重已经达到40%，城市集中了全国工业总值的50%，国家税收的80%，第三产业增加值的85%，高等教育和科研力量的90%。随着城市化、工业化的发展，人流、物流、价值流和知识流日益向城市聚集，城市成为一个地区的政治、经济、文化中心，有人口稠密、流动频繁、管理复杂、各类事件多发的特点。在人口快速增长的背景下，公共安全问题、交通拥堵、食品安全、医疗资源紧张、环境污染、公共卫生事件、教育资源分配不均、就业压力等城市问题进一步凸显。Page3城市及其发展面临的挑战城市是集组织（人），商业，交通，通讯智慧城市的理念与内涵

近年来，关于城市发展国内外提出了许多新理念。其中，较为有代表性是“平安城市”、“数字城市”、“智慧城市”、“宜居城市”和“和谐城市”等。“智慧地球”的核心和内涵IBM提出的“智慧地球”的理念和创新点：智慧城市、智慧电力、智慧医疗、智慧电信、智慧零售、智慧水源、智慧交通、智慧石油、智慧银行、智慧食品。Page4智慧城市的理念与内涵近年来，关于城市发展国内外提出了许多新智慧城市是现代城市新模式智慧城市：是指在新一代信息技术和知识经济加速发展的背景下，以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础，以信息技术高度集成、信息资源综合应用为主要特征，以智慧技术、智慧产业、智慧服务、智慧管理、智慧生活等为重要内容的城市发展新模式。应用领域：智能楼宇、智能家居、路网监控、智能医院、城市生命线管理、食品药品管理、票证管理、家庭护理、个人健康与数字生活等。(智慧城市定义引自“智慧”引领城市“数字化”蜕变2010-9-26科技日报)Page5智慧城市是现代城市新模式智慧城市：是指在新一代信息技术和知识物联网物联网：通过识别、感知的技术与设备获取物体/环境的静/动态属性信息，再由网络传输通信技术与设备进行信息/知识的交换和通信，并最终经智能信息/知识处理技术与设备实现物体/物理世界的智能化管理与控制的一种“人物互联、物物互联、人人互联”的高效能、智能化网络。物联网特征：它应该具有“全面感知、可靠传递、智能处理”能力与特征。它是对“人与人互联网”的延伸与发展。它将物理基础设施和信息技术基础设施融合为统一的基础设施。给物体赋予“智能”，通过人与人的互操作，人与物的互操作，及物体与物体的互操作，最终实现“人—机—物”三元融合一体的世界。计算机互联网物联网物联网Page6物联网物联网：通过识别、感知的技术与设备获取物体/环境的静/物联网物联网组成：是一个系统或系统的系统，它由感知层、传输层、应用层及这三个层面的系统集成与协调构成。物联网运行过程：以应用需求为导向，第一步全面感知物体有关属性；第二步通过各种传输网，将物体的属性信息实时、准确、可靠、安全地传输汇聚到信息/知识应用处理单元或中心节点；第三步利用各类高效、智能化技术，对数据/信息/知识进行分析和处理，实现对物体/物理世界的智能化管理与控制，以达到应用的需求。物联网应用模式：被称为M2M模式，即人与人（Man-to-Man），人与物/机器（Man-to-Machine），物/机器与物/机器（Machine-to-Machine）模式Page7物联网物联网组成：是一个系统或系统的系统，它由感知层、传输层物联网随着近几年来信息技术的发展，物联网的概念逐步被国、内外政府、公司和研究机构所广泛关注。继美国政府把物联网列入其国家战略发展规划之后，欧盟、日本和韩国相继提出了“欧盟物联网行动计划”、“U-japan”和“U-Korea”战略，这都是从国家工业角度提出的重大信息发展战略。智慧的地球U-JAPANU-Korea感知中国欧盟物联网行动计划2009年8月7日，国务院总理温家宝提出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”。这是中国针对即将到来的物联网时代，首次提出了“感知中国”的发展战略Page8物联网随着近几年来信息技术的发展，物联网的概念逐步被国、内外内容

引言123关键技术4应用领域5结论与展望

总体技术架构Page9内容引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体基于物联网的智慧城市总体技术架构Page10基于物联网的智慧城市总体技术架构Page10内容引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体技术架构Page11内容引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体关键技术智慧城市感知与识别技术1

智能处理技术23支撑平台技术4标准与安全共性技术5应用技术通过RFID、传感器等实现对物理对象/信息的感知和识别。通过云计算、高性能计算等进行复杂问题求解，以及海量信息的智能处理和决策

围绕智慧城市涉及的领域，集成多种技术开展应用研究。通过对标准体系和安全体系研究，规范智慧城市的建设和应用，针对可能存在的安全隐患提出解决方案。解决支撑平台的体系结构，支持智慧城市的构建、集成和运营。Page12关键技术智慧城市感知与识别技术1（1）感知与识别技术是对物体静/动态属性信息的及时、全面感知。如二维码、射频识别（RFID）、电子代码、物理量/化学量/生物量感应器、全球定位系统、自组织传感器网络、微机电系统（MEMS）等技术。发展趋势：（1）微型化传感器微型化的主要技术基础是半导体、微加工、薄膜以及今年来新兴的纳米技术。半导体技术不仅用于信号放大和信号处理，硅和其他半导体材料本身就是高性能的敏感元件。（2）集成化、数字化和智能化现代的敏感元件与信号放大、信号处理电路、微处理器和存储器等集成在同一小半导体芯片上，成为高度集成化、智能化的传感器。这种传感器信息获取速度快，可对信号进行校准，对测量误差进行补偿。（3）阵列化采用微加工技术可以将大量的微型传感器单元制造成阵列形式。与大规模集成电路配合，阵列型传感器同时探测多种物理量，或者成为功能强大的图像传感器。例如CCD光敏图像传感器、红外线传感器、超声波传感器、微波成像传感器等等。（4）网络化现代工业系统、大型科学实验、大型建筑、桥梁、车辆、飞行器之中需要在关键的结构部位设置大量的各种各样的传感器，用于运行控制和安全检测等目的。采用计算机网络技术将它们形成网络是发展趋势。（5）无线化将输出信号以无线通信技术发射到接收和控制中心是传感器技术发展的另一个趋势。Page13（1）感知与识别技术是对物体静/动态属性信息的及时、全面感知（1）感知与识别技术——RFID技术RFID关键技术发展方向共性基础及前瞻性技术标签芯片的超低功耗电路研究标签芯片的安全算法及其实现技术研究超高频（UHF）读写器核心模块的研究RFID与其他技术的集成与融合研究RFID系统检测、认证相关技术研究基于IPV6的网络技术的RFID信息服务体系研究RFID产业化关键技术芯片设计与制造天线设计与制造RFID标签封装技术与装备RFID标签集成读写器设计RFID应用关键技术RFID应用体系结构RFID系统集成与数据管理RFID公共服务体系RFID检测技术与规范RFID技术缺陷成本、技术标准市场需求的进一步开发识别距离短、安全性低、无法保障私人隐私安全应用人才匮乏Page14（1）感知与识别技术——RFID技术RFID关键技术发展方向（2）智能处理技术对信息进行智能识别、融合、运算、监控和处理。发展趋势：向智能化、普适化、高效能方向发展为了实现对信息进行高效准确地智能处理，融合了云计算、高性能计算等核心技术：云计算技术为各类信息的智能处理和决策提供了使能服务云计算数据管理技术、云计算数据存储技术、云计算资源虚拟化技术、云计算安全技术高性能计算技术为求解复杂问题和开展海量信息处理提供了使能技术高性能处理器、并行高效计算机系统、系统软件及并行算法研究开发、相关领域大型并行应用软件开发Page15（2）智能处理技术对信息进行智能识别、融合、运算、监控和处理（2）智能处理技术--云计算技术是一种计算模式和基础架构：把大量分散、异构的IT资源和应用统一管理起来，组成一个大的虚拟资源池，以服务形式、按需通过网络提供给用户；提高资源利用率：分散资源集中使用，集中资源分散服务;使企业可以更有效地利用和管理其IT硬件和软件投资。19902009软件即服务公用计算网格计算云计算“到2012年,80%的财富1000强企业将使用部分云计算服务” -Gartner解决分布、松散耦合的异构计算资源的共享问题解决公用计算环境下，IT计算设施由服务运营商集中管理提供服务问题。解决服务运营商由提供计算资源变为直接提供软件服务问题。解决IT资源虚拟化，IT专业服务化，IT运营模式商业化等问题。计算资源共享计算资源作为服务软件作为服务动态构建业务环境按需聚合服务资源高效透明协同应用Page16（2）智能处理技术--云计算技术是一种计算模式和基础架构：1（3）支撑平台技术实现多技术的有机融合、多层次的无缝连接、多领域的协同运作，以支持信息的感知、分析、整合和智能响应。面向服务体系结构C4I3SRT系统集成技术云计算与物联网集成技术Page17（3）支撑平台技术实现多技术的有机融合、多层次的无缝连接、多（4）标准与安全共性技术—标准技术率先开展智慧城市的标准体系研究，有助于我国成为未来国际标准的主导国家，使我国处于战略发展的有利地位；技术层面缺乏标准体系，不利于多种技术的紧密集成、整合和创新；应用层面缺乏标准体系，将阻碍智慧城市跨专业、跨单位和跨地域的多域协同运行和管理。Page18（4）标准与安全共性技术—标准技术率先开展智慧城市的标准体系（4）标准与安全共性技术—安全技术（1）物联网安全缺乏统一标准物联网以无线为主的信息传输、智能化的信息处理导致了物联网安全面临着结构复杂、应用繁多、效率低下等问题，另外，物联网安全也涉及到隐私保护问题。这些问题导致了国内外没有统一的安全标准和规范，制约了物联网业务的规模应用。（2）RFID安全技术存在瓶颈RFID的安全包括芯片安全、标签安全等。目前，国外的恩智浦（NXP）和德州仪器是世界上最大的两家RFID生产商，国内只有“唐芯一号”于2009年10月研制成功，但尚未投放市场，因此芯片安全问题尚未得到解决。（3）物联网无线安全技术有待突破针对物联网应用的射频识别、红外感知等无线安全互联技术和无线安全接入技术的研究正处于起步阶段，前端的、自主知识产权的安全技术研究有待突破。Page19（4）标准与安全共性技术—安全技术（1）物联网安全缺乏统一标（5）应用技术在支撑平台基础上，集成感知与识别技术、智能信息处理与决策技术、以及标准和安全共性技术，围绕智能交通、智能电网、治安防控、物品物流管理、智能家居、智能医疗等领域，提出应用解决方案，并在智慧城市的应用模式、运行模式、运营模式、服务保障等方面开展研究。Page20（5）应用技术在支撑平台基础上，集成感知与识别技术、智能信息内容引言123关键技术4

应用领域5结论与展望总体技术架构Page21内容引言123关键技术4应用领域5结论与展望总体城市安全威胁依然存在传统平安城市社会安全事件恐怖袭击活动事故灾难以城市治安防控为核心，结合各种特殊安全防控手段，形成消防、交管、安监的安全联动机制，扩展到卫生、环境、能源、资源、通信等城市安全各方面，构建新一代平安城市的全时、全天候、全维度整体安全防控处置系统。催生“新一代平安城市”平安城市内涵扩展不满足城市发展要求：各部门/系统/层次资源整合和信息共享弱；多部门/系统的联动性弱；应急处突能力不强；事后处置为主，缺乏事前、事中的预警、实时性。城市居民追求安全、舒适、高质量的生活深度：事前预警、事中实时应急处突、事后处置；广度：多警种（治安、巡特警、消防、交管、刑侦、安检、警卫）、多部门（公安、交通、卫生、安监、电力、）的信息共享和联动。居住环境安全性居民生活舒适程度交通、环境、卫生等保障成为城市安全、宜居、和谐的重要评价标准现代城市发展的要求科技发展具备了条件主要是指为保障城市公共安全而建设的社会面监控报警系统；实现对城市的管理和打击违法犯罪，核心功能是城市监视、报警、视频回查。Page22城市安全威胁依然存在传统平安城市社会安全事件以城市治安防控为

航天科工以实现国家安全与社会稳定为目标，以掌握系统总体技术为切入点，凭借“平安奥运”的成功经验，将“大防务”、“大安全”的核心理念扩展到“平安城市”。传统安全Page23航天科工以实现国家安全与社会稳定为目标，以掌握新一代平安城市解决方案平安城市建设和发展已构成一个复杂的系统工程，必须采取系统工程的方法，将平安城市建设与发展需要的各类技术综合运用于构成城市的全系统、全要素和管理的全方位，实现城市运行各系统和各要素的集成、协同与优化，从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出安全和智能的响应，为人类创造跟美好的城市生活。大平安建设的领域与体系框架包括：一个核心、两个层次、三级管理、七个领域。Page24新一代平安城市解决方案平安城市建设和发展已构成一个复杂的系统大平安城市建设领域与体系框架（1）一个核心：科学决策：对口职能部门涉及市办公厅、市发展改革委、市规划委等职能部门，业务领域涉及协同政务、应急响应、城市规划等；（2）两个层次：一个以科学决策为核心的综合协同业务层，以及一个以七个领域为主体的领域业务层；（3）三级管理：支持国家、省、一般城市三级组织模式。Page25大平安城市建设领域与体系框架（1）一个核心：Page25（4）七个领域：公共安全：对口职能部门涉及市公安局、市司法局、市民防局等职能部门，业务领域涉及城市安保、反恐、信息安全等；交通安全：对口职能部门涉及市交通委等职能部门，业务领域涉及智能交通等；医疗卫生安全：对口职能部门涉及市卫生局等职能部门，业务领域涉及医疗设备、医疗资源整合、疾病防疫、健康管理等；能源安全：对口职能部门涉及市国土局等职能部门，业务领域涉及智能电网、节能减排（燃气\供热等）等；环境安全：对口职能部门涉及市国土局、市环保局、市政市容管理委员会、市水务局、市园林绿化局等职能部门，业务领域涉及气象监测、水资源管理、土地/土壤安全、城市环卫等；物资安全：对口职能部门涉及市农委、市质监局等职能部门，业务领域涉及粮食安全、食品安全、药品安全、危险品安全等；服务安全：对口职能部门涉及市经济信息化委、市教委、市安全监管局、市财政局等职能部门，业务领域涉及、公共服务设施安全、信用体系安全、生产安全、智能供应链等。Page26（4）七个领域：Page26“新一代平安城市”是一个复杂的、综合的系统，需要将各种不同架构、不同公司研发的系统进行互联，需要综合考虑，保证系统的先进性、可靠性、成熟性、稳定性。为此，“新一代平安城市”这一系统采用航天科工C4I3SRT(指挥、控制、协同、通信、情报、信息、集成、监视、探测、处置)系统设计理念，构建城市安全防控处置体系。Page27“新一代平安城市”是一个复杂的、综合的系统，需要将各中国航天科工集团公司作为中央直接管理的国有特大型高科技企业，集团公司以航天防务、信息技术、装备制造业为主业，着眼于“服务国家、服务社会、服务人民、推进社会科技进步”的理念，有义务也有能力担负起物联网在我国不断推广和应用的重大责任。航天防务信息技术装备制造服务国家服务社会服务人民推进社会进步科工集团使命与理念Page28中国航天科工集团公司作为中央直接管理的国有特大型高科技企业，“中超国安”“金卡工程”“广深铁路电子车票”“北京奥运会电子票证系统”“广州亚运会电子证件系统”“上海世博会网络安全体系”“