面向智慧城市的物联网共享平台建设

◎ 袁 峰 李 引 吴 鸿

面向智慧城市的物联网共享平台建设

◎ 袁 峰 李 引 吴 鸿

经过多年发展，智慧城市在各地建设进入深水区，针对信息孤岛和重复建设等问题，大数据平台等工作的作用日渐显著；随着物联网设备和应用的爆炸性增长，新一轮重复建设的风险凸显，针对这一问题，提出面向智慧城市的物联网共享平台，并就基于智慧路灯建设这一平台的思路、现状和解决方案进行了介绍。

智慧城市 物联网 大数据共享平台

一、引言

近年来，智慧城市的建设在全国各地如火如荼，取得一定成就的同时也出现了不少问题，如重复建设、信息孤岛等[1]，在《智慧城市建设的两个维度》[2]中我们给出了通过水平和垂直两个维度梳理智慧城市建设内容的建议，主要是呼吁通过水平维度共享平台的建设来实现统筹共享，避免以上问题。

从2013年开始，大数据成为行业关注的热点，并成为国家战略，2015年9月，国务院印发《促进大数据发展行动纲要》，以贵州为代表的地方政府快速推动了大数据在智慧城市建设中的应用。各地纷纷成立省、市、区一级大数据局，在水平层面的数据共享共通方面做了大量工作，其中实施较多的是政务数据的共享交换平台，这种横向平台的建设为提高政务办事的效率和效果起到了积极的作用。

从2015年开始，以谷歌总裁施密特在达沃斯论坛上发出“未来属于物联网”的论断为标志[3]，业界发生了大量的并购，包括Cisco对Jasper的收购、软银对ARM的收购，物联网设备和应用的爆炸性增长，成为越来越明显的趋势。根据Gartner的预测，2015年有11亿个物联网终端在智慧城市中被使用，2020年将增至97亿[4]。

随着物联网设备和应用在智慧城市领域的爆炸性增长，如果没有提前的设计和准备，又将出现新一轮的重复建设和信息孤岛。本文中第二节分析了可能出现的问题；第三节中对物联网共享平台的建设现状进行了分析；第四节对基于智慧路灯建设物联网共享平台的思路、现状和解决方案进行了介绍。

二、物联网设备和应用的爆炸性增长以及潜在问题

物联网设备作为智慧城市建设的关键基础设施，在智慧城市应用的建设中呈现爆发性增长的态势。根据Gartner预测，到2020年，智慧城市中的物联网设备数量将达到97亿[4]。

根据表1分析，采用物联网设备的智慧城市应用分为医疗保健、公共服务、智慧楼宇、智慧家庭、智慧交通、公用事业等。

其中，在智慧家庭方面的物联网设备和应用解决方案的消费将占最大比例。预计到2017年，智慧家庭中使用的物联网终端数量将超过10亿件。这些物联网终端包括智能LED照明、医疗保健监测、智能门锁以及各种运动或一氧化碳探测传感器。

表1 智慧城市中物联网终端设备装机量（单位：百万）

除了智慧家庭方面，在道路交通引导、交通流量计量、路侧停车、园区停车等方面，物联网设备和应用的建设也将呈增长趋势。其中，减少交通拥堵的解决方案将是物联网在交通领域应用立竿见影的典范之一。在中国、美国、欧盟等国家已经在部分路段安装了无线接收器或传感器，实时判断交通状况并进行交通诱导。另外一个典型的应用是智能停车应用，通过在道路停车位、园区停车位安装停车计时器、停车场车辆传感器、摄像头等设备，实现对车位的实时监控，实现对停车的引导和综合管理。

在上述物联网设备和智慧城市应用的建设中，由于缺乏统筹考虑、共享意识和协同机制，导致大量物联网设备的重复建设和应用的孤立建设。如图1所示，是某地道路龙门架上安装的形形色色各种摄像头，图2是道路上林立的各种灯杆、电线杆和设备安装杆。这种缺乏统筹考虑进行设备基础设施建设的方式损坏了城市形象，造成了浪费，也使得物联网数据的共享共通的代价极大。

针对这些问题，部分专家学者提出了“新型智慧城市”的建设口号，包括“一个体系架构、一张天地一体的栅格网、一个通用功能平台、一个数据集合、一个城市运行中心、一套标准”，其核心实质上就是统筹建设共享共同的平台。

以广州市的智慧城市建设为例，已经开始认识到智慧城市建设需要从顶层开始规划，统筹进行各种基础设施和公共平台的建设。

广州市在2015年进行了“广州市城市管理智能化视频系统云平台”的建设，新建1.6万个高清视频采集点及高清化升级改造全市1.37万个原有视频图像采集点等一类视频图像采集点。同时，建立了视频大数据云平台，将视频智能分析算法（比如行为分析、密度分析、目标识别、视频检索等）采用云计算PaaS方式提供开放API接口，并采用SaaS模式为第三方应用提供视频大数据的分析、处理、挖掘等服务支撑。

广州市南沙区在进行政务大数据共享交换方面走在全市前列，在2014年进行了全区的政务资源信息共享交换平台的建设，打通了民政、税务、国土、教育等十余个委办局的数据，建立了信息共享目录，上层应用的建设不再需要重复进行数据采集、过滤、加工等操作，也不再需要协调其他部门提供数据，极大地提高了效率。在2015年，南沙自贸区将质检、食药监和工商进行了三局合一，基于政务资源信息共享交换平台建设的市场监管平台，快速地完成了项目的建设和上线工作。

与此同时，在物联网数据的共享共通上，也需要一个这样的平台，目前国内外已经有企业开始进行这方面的产品研发和推广。

图1 安装在道路上的摄像头

图2 安装在道路上的各种灯杆、电线杆

三、物联网共享平台的建设

物联网概念中包含一系列的概念和关键技术，比如M2M（machinetomachine）、RFID、无线传感网(Wireless Sensor Network)等，欧美等国家在这些方面已经有了相应的积累，在中间件建设和运营方面起步较早。这其中的典型企业包括美国的Jasper和Wyless公司。

Jasper公司成立于2004年，是美国的M2M运营商（MMO）。Jasper 与全球27家移动运营商集团（代表着100 多个移动运营商网络）合作，能够帮助企业立即在Jasper 的平台上配置服务，并轻松在全球其他运营商的平台上开展服务，提供了与地区和运营商无关的设备连接管理服务，为客户提供管理车队、工业设备以及包含传感器网络的系统的服务。

在2014年4月，Jasper公司获得了淡马锡公司主导的5000万美元融资[5]。在2016年2月，思科公司以14亿美元现金收购Jasper公司[6]。目前，Jasper已经开始进军中国，与中国联通进行了合作，打造物联网中间件服务平台[7]。

Wyless是另外一家物联网运营服务商，提供一个覆盖全球的安全业务数据网络，来专门运行物联业务。目前已经覆盖了120个国家，拥有超过400个GSM网络与超过200个GPRS网络的使用权。在中国，Wyless的合作伙伴为中国移动。

Wyless 提供一个通用的M2M应用平台WMP(Wyless Management Platform)，允许客户监测无线连接，并提供工具软件可以实现对终端的控制。

2016年，KORE Wireless Group公司完成对Wyless Group Holdings的收购[8]，合并后的公司将在亚洲、拉美、欧洲和北美拥有广泛的实体业务部门和数据中心运营部门，从而为客户提供真正意义的全球支持。

国内的物联网平台的研究和产业化起步较晚，目前应用推广比较靠前的包括机智云（机智云）、中国移动的物联网开放平台。

机智云在2013年推出1.0版本，主要提供硬件自助开发和物联网云服务平台，面向企业／开发者提供智能硬件自助开发平台（PaaS）、智能硬件云服务（SaaS）、企业智能设备管理系统和GoKit嵌入式开发套件，应用领域包括智能家居、健康穿戴、智慧交通、智慧城市、商业及工业等应用，是一家物联网云服务提供商。图3为机智云的技术路线。

图3 机智云的技术路线

中国移动在2014年的高交会上正式发布了OneNet物联网开放平台。OneNet平台作为物联网设备连接和数据的中心，能适应各种传感网络和通信网络，将面向智能家居、可穿戴设备、车联网、移动健康、智能创客等多个领域开放。OneNet平台在提供设备连接和数据中心服务的基础上进行开放合作，面向智能硬件创客和创业企业推出硬件社区服务，面向中小企业客户的物联网应用需求提供数据展现、数据分析和应用生成服务，面向重点行业领域/大客户推出行业PaaS服务和提供行业应用定制化开发服务。如图4是OneNet平台的技术路线。

图4 OneNet平台的技术路线

图5 积水涵洞监测点

四、基于智慧路灯建设智慧城市物联共享平台

如图5所示为一个积水涵洞的监测点。针对这个应用专门立了一根杆子，在杆子上部安装了太阳能电池板，解决设备的电力供应问题。同时，该监测设备需要与云端进行通信，采用了电信运营的4G网络，目前中国联通推出的海量物联网流量包计划是一个物联网节点5元/月。最后，针对该应用，还需要建立一个进行涵洞积水监测和预警的云平台系统。

从上面应用建设的分析可以看出，积水涵洞应用需要解决“安装载体”、“供电”、“传输网络”和“管理平台”等问题，其他的智慧城市物联网应用，比如环保监控平台、危化品监控系统、交通流量监控系统、智慧路灯、路侧停车系统等也都面临着同样的问题。如果重复地进行公共的和基础的设施建设，无疑将极大地增加成本，降低效率。

在这样的背景下，国内外的一些企业和研究机构探索智慧城市建设的基础设施，最终都不约而同地选择了路灯作物联网设备安装的载体，认为“路灯是建设城市物联网基础设施的最佳候选”。这是因为路灯具有以下特性：

1.路灯覆盖城市的每一个角落。只要有路的地方，基本上就有路灯，有路灯的地方，也就纳入了城市的管理范围。这使得基于路灯建设城市物联网基础设施将能够覆盖到城市可管理的角落。

2.路灯有电，能够为物联网设备提供电力。物联网设备从路灯电网中取电，极大地降低了开沟挖槽拉电的成本。而物联网设备的电力耗费可以通过PPP、EMC等商业模式进行解决。

3.路灯具有灯杆，能够为物联网设备提供安装场所。路灯灯杆从2米到15米不等，在城市中具有很好的视野，包括摄像头、微基站、RFID阅读器、WIFI、广告屏/公告屏等设备都可以安装在路灯灯杆上。

4.共享智慧路灯的网络传输通道，将降低信息传输成本。智慧路灯通过电力载波（PLC）、无线组网技术（Zigbee）以及最新的低功率广域网技术（LORA、NB-IOT等），实现了对每一盏路灯的精细化管理。这个基于智慧路灯的物联广域网，不但能够传输路灯的控制信息，还能够为其他物联网设备提供信息传输共享通道。也就是同一个4G网络接入点，可以支持几十甚至几百个物联网设备，那么平摊到每个物联网设备的成本将是之前的几百分之一。

5.智慧路灯管理平台封装了物联网设备的管理能力和系统管理能力。物联网设备具有定位、故障诊断、升级、流量控制、终端适配、实时状态监控、计费等功能，同时，智慧城市应用本身还应具有GIS、权限管理、事件预警、设备联动、多租户控制、与其他系统接口对接、支付功能对接、大数据的存储和分析等功能。以上能力在智慧路灯管理平台中都有对应，只需要将其扩展到对更多的物联网设备和应用的支撑。

给予对照组优质低蛋白饮食、适度运动、口服降糖药物并/或给予胰岛素皮下注射等综合治疗,使患者空腹血糖降至7.0mmol/L以下,产后2h血糖降至10.0mmol/L以下;同时令患者口服ACEI类药物或ARB类药物,对合并高血压患者则联合如钙通道阻滞药等其它降压药进行降压治疗,以将患者血压控制在130/80mm Hg以下;若患者合并高脂血症,则予以积极降血脂治疗,以将其血脂控制达标。在此基础上给予观察组羟苯磺酸钙(生产企业:江苏万高药业有限公司;批准文号:国药准字H20080288)治疗:进餐时口服,0.5g/次,3次/天。共连续治疗12周。治疗第12周时对患者复查其尿蛋白及各项生化指标。

因此，智慧路灯平台将升级为整个智慧城市的物联信息基础设施平台，为各种智慧城市应用提供“载体”、“供电”、“网络”和“后台管理”等服务。如图6所示。

国内外的企业、城市和研究机构组织都在积极开展基于智慧路灯的智慧城市物联共享平台产品的研发、项目实施、学术探讨等。国外的公司包括Sensity、思科、GE、施耐德电气、银泉网等公司都在积极进行技术研发和市场拓展。

2014年，思科公司联合运营商sprint、方案和设备提供商Sensity在美国堪萨斯城基于智慧路灯进行智慧城市建设[9]。整个城市采用智能路灯进行照明，感测装置侦测有路人时才开灯和调光，可较传统路灯节能近80%，节能所省下的电费将可支付剩余的建置成本。展望中长期，堪萨斯市将利用智慧城市建设来增加市政营收，例如在停车位地面安装智慧传感器，智慧路灯可引导驾驶到空停车位，传感器会自动计时计费，驾驶还可透过软件应用远程在线付费，透过这样的方式，最大化停车费营收；此外也将在地下安装湿度等传感器，侦测管线是否泄漏，以避免漏水，减少天然气漏气风险等。

巴塞罗那作为全球最智能的城市之一，在城市各个角落安装了各种传感器，传感器通过附近智慧路灯上的Wifi路由器网关进行数据汇集和命令并传输到云端。同时，每一盏路灯附近安装有环境监测传感器、人流量监测传感器、车流量监测传感器、停车位监测传感器、垃圾监测传感器等。市场研究机构Juniper Research预估：到2019年，通过安装智能路灯和诸如停车位和垃圾箱传感器等设备，城市每年将能够节省大约170亿美元的能源费用。

图6 物联信息基础设施平台示意图

国内的企业和政府也意识到下一个市场机遇的出现，在智慧路灯进行智慧城市建设方面加大投入力度。深圳铁塔公司与政府合作进行4G/5G微基站、WiFi设备、传感器、视频监控、RFID、公共广播、智能照明、信息发布、充电桩等建设[10]。上海三思与江苏洪泽县进行了3000余盏智慧路灯的建设，并向市民、政府提供多种便利服务与智慧城市管理应用。该智慧路灯系统在提供道路照明的基础上，还能够做到危楼危桥监控预警、城市建设大数据支持，以及WIFI信号、电动汽车充电桩、应急信息及时发布等功能[11]。2016年，胡春华带队的中国企业家在美国纽约与几十家美国高科技企业签订合作协议，中科院孵化的中科智城公司与美国Sensity公司签订了合作协议，将在中国建立合资公司，研发基于智慧路灯的智慧城市统一平台和标准规范，并拓展国内和国际的市场业务。

五、总结

建立共享共通的的物联网平台是智慧城市建设和运营的关键要素，国内外同行都意识到智慧路灯具有“有电”、“有杆”、“有网”、“有平台”，并且“覆盖城市每个角落”的特点，是构建智慧城市基础设施的最佳载体，并积极开展基于智慧路灯进行智慧城市的建设。在可以预见的未来，当地球上数十亿的路灯构成了一个传感网络，各种传感器、摄像头、各种智能设备将能够统一接入、互相沟通、智能联动时，那么智慧城市（智慧地球）将真正踏出第一步。

注释：

[1]袁峰,徐昊.智慧城市建设的思考与展望.城市观察,2012.

[2]袁峰,智慧城市建设的两个维度.城市观察,2014.

[3]谷歌总裁施密特提出“未来属于物联网”论断。详见http://tech.163.com/15/0125/20/AGR6C4DV000915BF.html

[4]Gartner报告详见http://www.c114.net/news/212/a891784.html

[5]Jasper获得5000美元融资。详见http://www.cy580.com/content/2014/04/17/show233690.html.

[6]思科14亿美金收购Jasper。详见http://www.doit.com.cn/p/239379.html.

[7]Jasper与中国联通合作，详见http://mt.sohu.com/20151022/n423856583.shtml.

[8]KORE收购Wyless。http://finance.eastmoney.com/news/1354,20160415614641859.html.

[9]美国堪萨斯城智慧城市建设。http://www.sdmctech.com/trade/domestic_3888.html.

[10]深圳铁塔与政府合作进行智慧城市建设。http://www.c114.net/news/4564/a977299.html.

[11]上海三思在洪泽县智慧照明建设。http://www.ledcax.com/show-19-35734-1.html.

（责任编辑：卢小文）

Constructing Smart City Oriented Sharing Platform for the Internet of Things

Yuan Feng, Li Yin, Wu Hong

After years of development, the construction of smart city has gone a long way.Aiming at the problems of isolated data and repeated construction, the role of big data platform gradually plays a more important role.Along with the explosive growth of networking devices and applications, the risk of a new round of repeated construction arises.In this sense, the paper puts forward the smart city oriented sharing platform for th Internet of Things (IoT), together with the ideas, current situation and solutions of smart street lights.

smart city; Internet of Things; big data; sharing platform

F299.2

10.3969/j.issn.1674-7178.2016.06.011

袁峰，博士，副研究员，广州中国科学院软件应用技术研究所常务副所长，主要研究方向为智慧城市。吴鸿，博士，广州中国科学院软件应用技术研究所，研究方向为软件工程、物联网、智慧城市。李引，博士，广州中国科学院软件应用技术研究所高级工程师，研究方向为软件工程、云计算、智慧城市。