云计算与物联网在智慧城市构建中的运用

2015-02-20郭其标

重庆科技学院学报（自然科学版） 2015年3期

郭其标

(嘉应学院计算机学院，广东梅州 514015)

随着云计算等新一代信息技术的发展，在智慧城市建设中，依托于云计算的物联网等技术发挥的作用越来越大。以物联网和云计算为代表的信息技术也在不断地创新和应用。这些技术在商业活动和社会发展中以较快的速度普及并日益严重地影响着人类的日常生活。与此同时，随着经济不断地快速增长，城市各种设施的不断完善，越来越多的人向城市涌入。提高基础设施的效率化和管理系统化是城市发展的当务之急。因此，云计算、物联网技术逐渐受到政府和专家学者的重视。笔者详细介绍了云计算与物联网的概念、使用云计算与物联网技术建设智慧城市的重要意义与途径。

1 相关概念

1.1 物联网

物联网通常指“物与物之间互相联接而形成的一个彼此通信的网络”。通过智能技术，打破空间距离的限制，达到隔空的物物交流、人物交流、人人交流，从而实现监控和管理设备的目的。涉及2个方面的意思:一方面指物联网是基于互联网上的一个网络，是互联网的延伸应用;另一方面指物联网的物体可以是能够通信的物体，相互之间能够进行信息的沟通，以至于彼此制约与控制，从而将所有电子终端融为一体。在上述理论基础上，对物联网详细定义如下:物联网是一种网络，它可以通过红外感应器、(RFID)射频识别、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备，依据约定的协议，使得任何物体都能与互联网相连接，从而交换信息与通信，从而达到能够对物体进行智能化识别、跟踪、定位、管理与监控的目的。物联网技术并不难理解，它通过智能技术实现人人交流、物物交流、以及人物交流。其包括信息传输的互联网平台和移动通信模块、具有识别能力的智能化传感器、射频识别设备、无线传输设备。

(1)物联网标准的制定。物联网标准的制定，对我国来说具有重要意义。2012年3月27日，我国工业和信息化部公开通知，对我国工信部电信研究院起草的“物联网概述”标准草案，国际电信联盟开会审查并通过了审议。这是全世界第一个关于物联网的总体性标准，由此也充分说明中国在物联网国际标准制订中处于领先地位并拥有重要的话语权。近几年来，我国将物联网设为重点研究领域之一，国家专门成立专项基金项目，对物联网企业提供场所服务并进行贴息，各城市的地方政府积极响应国家号召，目前已有28个省份发布物联网的发展规划。智慧城市建设也在物联网不断地被重视、被发展中逐渐展开。

(2)物联网的设计。物联网由3个步骤组成，数据采集、数据传输和数据处理。因此在设计物联网时，需要有3大支撑来支持物联网的构建:一是用于感知的传感器设备，运用这些设备可以及时不限地域的获取信息;二是物联网设备之间的相互通信需要传输大量信息的传输设施，这些设施可实现信息的可靠传递;三是计算资源处理中心，可实现对对象的控制和支配，运行是动态的、高效的、大规模的。这一支撑通常由云计算平台架构，不仅可以大量存储信息，也可以实现各种网络和互联网的融合，及时准确的向用户传输信息。

1.2 云计算

通俗地讲，云计算就是指基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式。详细地说，云计算包含通过互联网来提供动态的易扩展且经常是虚拟化的资源。物联网与云计算联系紧密，目前已有的大规模物联网均是基于云计算平台发展的，实际上可以将云计算称为物联网的“大脑”。

(1)云计算平台的功能。云计算平台的主要功能有:在网络上利用各种设备上传信息，由云计算平台接收并对这些信息及时处理，处理完成后给这些上传设备反馈已经处理过的信息，云计算平台就是通过这一来一回的信息处理过程控制和管理网络中的各种设备，从而也能够使经过处理的信息资源统一地进行按需服务。

(2)云计算平台的优点。李红等人指出:首先，由于物联网需要动态运行、高效、大规模扩展处理的计算资源处理中心的支撑，而云计算平台就具备这些优点，所以云计算平台是实现物联网的核心。结合云计算的处理模式，海量数据的处理以及动态管理和即时分析得以实现，并且处理效率较高。同时可以使用无线或有线传输动态信息送达计算资源处理中心，进行数据的汇总、分析、管理、处理，从而将各种物体连接。其次，云计算平台是连接因特网与物联网的枢纽。自从提出智慧城市构建的说法，各个城市加快了物联网与互联网的构建，海量信息存储和处理的计算中心是基础，而云计算平台的功能正好满足物联网与互联网构建的需求。最后，基于云计算平台构建的物联网与互联网为城市及居民所提供的创新型的各种服务方式，在一定程度上也大大加快了物联网和互联网融合的进程，促进了物联网与互联网内部的相互连通，从而使得新的商业模式有了指引导向和技术平台的稳固支撑［2］。

1.3 智慧城市

智慧城市是利用计算机信息技术和通信技术感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而智能响应民生、环保、公共城市安全、城市服务、工业商业活动在内的各种需求，实现城市基础设施的高效率化、完善体系化管理的新型城市状态。简单来说是利用新建的信息技术，实现城市智能式管理和运行，为生活在城市中的居民享受舒适的生活提供基础，保证城市的可持续、和谐及健康地成长。

(1)已实现智慧城市建设的地区。全球7个城市享有最有“智慧城市”头衔:美国俄亥俄州的哥伦布市;芬兰的奥卢;加拿大的斯特拉特福;中国台湾地区的台中市和桃园县;爱沙尼亚的塔林;加拿大的多伦多。我国大陆智慧城市发展的领先者有:北京、上海、广州、深圳、天津、武汉、宁波、南京、佛山、扬州等;追赶城市有:重庆、无锡、大连、福州、杭州、青岛、昆明、成都、嘉定、莆田、江门、东莞、东营等;准备者有:沈阳、株洲、伊犁、江阳等。推动智能城市的模式分为全面推进或重点突破，多个城市建立了无线射频技术(Radio Frequency Identification，简称 RFID)的产业园区，并且期望可以尽早发展物联网产业，领跑智慧城市建设。

(2)智慧城市包含的服务。智慧城市的设计思路是把传感器设备安装到城市生活中的各种物体之中构建成物联网，同时使用超级计算机与云计算平台实现物联网的整合，以此来实现智能城市和城市系统的整合，城市的智慧管理和智慧服务随之实现。第一，实现智能交通系统的成功运行。将计算机技术应用到传统交通系统之中，只能收集交通信息、路面信息、交通事故信息、天气信息等，使交通系统数字化、信息化、人工智能化和网络化，方便人、车、路和环境之间的相互交流，从而保障交通畅通、人们出行安全、环境美化干净。第二，实现远程医疗服务。远程视频服务的实现，使得边远地区和技术落后地区的病人能够通过远程诊断得到救治，边远地区和技术落后地区的医生能够通过远程视频得到培训学习的机会，从而提高医疗水平;医疗多媒体数据库的实现，使得电子病历可以在有网络的地方可以随时查阅，方便病人入院就医和出院报销;无线局域网的接入，使得各医院之间以及医院内部的通信与交流更加的方便和快捷，提高了工作效率和治病的水平。第三，实现城市公共安全服务的智能化。安装监控，使得小区、工地、城市设施能够得到安防监控。保障了人们的居住安全，公共设施不被损坏和盗窃;保证工地安全，保障工人生命安全。

2 重要意义

2.1 物联网促进公共服务的重要价值

智慧城市建设综合采用了包括射频传感技术、物联网技术、云计算技术、下一代通信技术等信息技术，可以有效地化解“城市病”问题。从而使城市变得更易于被感知，城市资源更易于被充分整合，在此基础上实现对城市的精细化和智能化管理，从而减少资源消耗，降低环境污染，解决交通拥堵，消除安全隐患，最终实现城市的可持续发展。应用物联网提供坚实的技术于公共服务，同时依附于物联网这一高科技手段，在一定程度上能够较大幅度地提高政府管理公共事务和公共服务的效率和质量，更快地推进服务型政府的建设。在建设城市公共服务方面，物联网主要有以下2个方面的作用:(1)为城市建设提供公共基础服务。运用物联网技术来设计实现智能电网系统、智能交通服务系统，以此实现城市建设的智能化。(2)为城市建设提供公共社会服务。使用物联网进行第三次分配，从技术手段加强分配的完善，促进服务型政府在平衡社会收入差距方面的职能，同时稳定社会生活。

2.2 物联网推进城市公共服务的基本方法

第一个方法是关于物联网的感知层方面，可以推荐GPS系统、遥感系统、GIS系统的有效使用与完善，前提是服务于政府、企业和公众等。近年来，我国智慧城市建设中，已经构建了一些针对特定应用的物联网子系统平台。未来将接入宽带网络技术，特别是目前无线网络技术日趋普及与成熟，将其与现有的物联网子系统平台进行整合，可以更好的实现资源共享，最终构建成包含多领域的物联网总平台。

第二个方法是在物联网网络层方面，为解决信息资源难共享和不好通信的问题，设计出一套可行的规划方案，实现顶层设计，从而实现信息资源的整合与互联网通信。

第三个方法是在物联网应用层面上，引入物联网与云计算等技术，公开、透明与公平分配，使资源达到合理分配，使政府为社会提供良好的公共服务。

2.3 基于云计算的智慧城市建设及安全共享机制

智慧城市的构建步骤:首先是搭建云计算平台，利用设备计算、存储、以及互联网络等资源实现云计算平台的计算能力共享;其次设计城市服务系统，接入组件等各种通用部件，各类模块能够依照应用的需求整合，满足各类复杂的业务需求;最后，在云计算平台上构建政务数据处理分析模块，实现智慧城市的数据汇聚、数据存储、数据分析处理及数据展现。

在云计算平台中，安全问题是影响智慧城市各系统正常运行的关键问题。基于物联网与云计算平台的智慧城市安全共享机制也存在严重的安全隐患。在设置安全共享机制时要求数据资源的不同内容具有不同的属性，且这些属性分别对应不同的用户权限，从而保证数据资源的安全共享。