隨著全球人口的不斷增長，越來越多的人口正移居到城市中，為社會和經濟發展創造了大量機會。基礎設施建設和現有物質資源在為每個公民提供高質量的生活的過程中將面臨越來越大的挑戰。城市化進程的加速及越來越先進的技術能夠支持更好的生活方式，導致了“智慧城市”的出現。雖然我們都覺得科技將成為智能城市發展基石，但它本身無法驅動智慧城市的布局。要做到這一點，將取決于政府、企業界以及市民三者的結合。他們需要利用現有的技術來實現這個目標。關鍵的基礎設施投資，需要深思熟慮的政策和廣泛的公眾參與度，這都將是城市環境轉型的關鍵——以便實現持續的高水平，用以促進經濟增長和提高生產力。根據IDC的《智慧城市支出指南》報告指出，2019年，智慧城市的年度財政支出計劃將達到950億美元，到2022年將增至1580億美元，其中包括智能室外照明、視頻監控、先進公共交通和智能交通管理系統等四個方面。全球的研究人員和技術開發人員正在研究如何最大限度地發揮智慧城市的作用，同時有計劃的將成本控制在最低水平。那么，實現這一目標的最佳方法是盡可能利用現有的基礎設施進行改造。

智能解決方案：解決城市生活問題

在過去20年里，城市化進程的加速導致了大城市的迅速發展（人口超過1000萬的城市如北京、廣州和上海）。隨著需求不斷上升，在這些地區提供能源和水資源供給等問題越來越具有挑戰性。科技可以在為資源管理提供智能解決方案方面發揮重要作用。AMI系統結合了智能電表、傳感器硬件、軟件分析、數據網絡和數據管理機制，使公用事業單位與客戶之間能夠進行雙向通信。

遠程傳感技術的發展可以為居住者提供對水等資源消耗數據的實時訪問，有助于建立可靠的數據模型，這樣公用事業公司就可以減少資源浪費。交通擁擠也是人口高密度城市的另一個重要問題。為了解決這一問題，中國政府建立了協作平臺，用以宣傳人們對綠色出行和共享交通的認識，并鼓勵使用公共交通工具。例如：最近，上海道路上推出智能交通燈和智能交通信號燈可以更好地管理和控制交通流量。這將依賴于各種響應靈敏的傳感器，而不僅僅是簡單的定時、計數器。

除了為通勤者生成實時交通更新信息，隨著時間的推移，所獲取的數據可以與人工智能 （AI）平臺一起用于預測典型的交通模式和優化交通流量。智能路燈可以適應行人、自行車和車輛的移動。當檢測不到位移時，它可以變暗，當需要活動時，它可以變亮。從而節省能源，降低運行成本，延長照明設備的使用時間。

為減少犯罪的產生，進而減少犯罪對社會的影響，城市監控也非常重要。先進的數字影像系統幫助警察從集中控制室觀察整個城市的情況。將模擬攝像機替換為IP高清攝像機帶來了監控領域的重大技術變革，因為它可以連接到互聯網絡基礎設施。此外，視頻分析和算法（如聲音檢測和人流控制）的發展也證明了其巨大的應用潛力和價值。

盡管這里必須指出，雖然所有這些都有明顯的安全好處，但同時也引起了對個人隱私的嚴重關切。這在未來智慧城市運營的其他方面肯定是一個反復出現的問題（因為各種不同的數據集都被編譯，可能在不同的利益群體之間共享）。

科技的智慧城市智慧城市的“智能化”方面來自已經采用的傳感器、連接性和數據分析。物聯網（IoT）技術和人工智能的工作就是將方方面面結合起來。物聯網的基礎設施相當于智能城市的“神經元”，作為數據獲取和傳輸的機制，并提供一個平臺，在此平臺上可以提供一系列不同的服務。典型的智能系統是使用多個傳感器進行系統設計，以便于同時監測各種狀態。以前，街燈只用于照明公共區域，但隨著技術的發展，這樣就可以為智慧城市提供所需的物聯網基礎設施，同時盡可能的利用現有硬件條件。今天，我們開始看到普通的路燈演變成智能燈桿——具有動態、溫度和空氣質量傳感功能，加上攝像（以四個或六個為一組方式獲得多維度的視角）都被包含其中。還可以安裝能量收集器（如太陽能電池或小型風力發電機）為這些設備提供電能，使其能夠維持設備的正常運轉。

智慧城市基礎設施使用的通信協議將取決于所傳輸和處理的信號類型以及應用條件。典型的物聯網設備通過有線連接（例如以太網）或無線連接（例如藍牙或LoRa）連接到本地網絡——網關或數據連接單元（DCU）。這種通過本地通信協議傳輸的數據然后被轉換成IP并通過支持的回程網絡。由于有許多可供選用的通信協議，以及與硬件需求和相關成本有關的影響，決定最佳的通信協議可能需要重點考慮。

工程師也可以根據需求選擇帶寬有限的短距離無線技術（如BLE和Zigbee）或低功耗廣域網（LPWAN）技術（如LoRa、Wi-SUN、Sigfox和NB-IoT）。Wi-Fi通常是最主要和直接的選擇，因為它應用廣泛、技術成熟。然而，由于該技術的功耗問題，意味著它不適用于大部分智慧城市功能（智慧家庭和智能建筑是主要的例外）。為了彌補Wi-Fi的缺陷，產生了另一種技術，稱為低功耗無線網絡（6LoWPAN）上的IPV6。6LoWPAN協議能夠處理小型節能的物聯網傳感器節點。在智能電網和工業監控實施中，這已經得到廣泛的應用。

雖然6LoWPAN的工作范圍較短，但LoRa、Sigfox和NB-IoT是長距離LPWAN的主要參與者。由于這些協議功耗較低，實現了更長的電池使用壽命。因此當一天中需要多次發送相對較長距離的少量數據時，它們非常有效。LoRa和Wi-SUN這種新興的協議，在智能公用事業市場中越來越受歡迎。這些協議屬于非蜂窩LPWAN協議的范疇，可以在無許可頻譜中工作，而NB-IoT則通過蜂窩頻率傳輸（需要考慮相關成本因素）。NB-IoT所能提供的網絡效率遠遠超出非蜂窩式LPWAN所能達到的水平——僅使用可用頻譜的一部分就可以支持大量新連接的容量。這可以有效降低功耗，從而支持超過10年的電池壽命。NB-IoT的覆蓋范圍也很廣，可以達到地下和封閉空間（室內提供20+DB的覆蓋范圍）。

5G是智慧城市的催化劑

如果沒有強大的網絡支撐，智能城市許多解決方案都將無法實現。移動通信網將成為連接最終用戶與居住城市之間的通道。5G技術的推廣已經持續了一年多。現在，我們終于看到它即將商業化運作。5G所帶來的優勢包括提高網速度（最高10Gbps）、高帶寬、低延時以及高可靠性。這可以用于處理更多設備接入。除此之外，另一個主要的好處是設備PING網絡和它得到響應之間的延遲時間很短。

通過提供對高性能網絡基礎設施的訪問，5G將為智能設備的應用開辟了新的途徑。這樣，更多任務將由系統自動來完成。然而，盡管有一些最初的設施部署，但5G網絡的商用和它所承載的全部功能（通過毫米波傳輸、波束形成等）仍有較長的路要走。

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大數據和人工智能

今天，有70億臺設備連接到互聯網，而且這個數字一直在上升——隨著移動用戶和基于設備的連接之間的平衡越來越趨向于后者。根據預測統計，到下一個十年中期，將有200億到300億臺設備，這些數字可能會更大。高效的城市規劃高度依賴于數據采集的準確性和復雜的數據分析。如果沒有數據分析和人工智能來處理并從中創造有價值的信息，那么智能設備通過網絡發送的大量數據將毫無用處。

在智慧城市建設中，人工智能已經發揮了重要作用。其中，智能停車、智能收費系統和自適應交通信號燈等都是主要的應用方面。另外一個成功的案例是在執法/反恐方面，也看到了其他成功的應用案例——使用人工智能技術通過視頻錄像和面部識別來標記正在接受調查的人，或者識別被盜車輛的車牌。總之，未來肯定會有一個更智慧的社會出現。

但是，還是需要有更多更先進的技術來實現這一目標。例如用于獲取數據的傳感器、用于傳輸其捕獲的數據的無線/有線連接技術，以及用于根據實際需求處理這些數據的智能化系統。然而，在涉及數據隱私以及安全性時，仍有一些問題需要解決。因此，要充分發揮智慧城市的全部潛力還需要進一步的努力。

作者：平玨

平玨先生現任貿澤電子亞太區技術行銷經理，曾任菲尼克斯電氣（中國）有限公司產品市場經理等職務。具有10多年的產品應用、解決方案、市場開發、市場應用、產品評估的專業經驗；覆蓋工業自動化、人工智能、工業機器人等領域。畢業于上海交通大學，獲得通信工程學士學位及控制工程碩士學位。
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