城市智能感应系统的构建与应用探讨

2018-07-10许国安

数字通信世界 2018年6期

许国安

（深圳市政府投资项目评审中心，深圳 518000）

近年来，随着经济的发展和城市化的快速推进，城市大气污染、噪声污染、辐射污染等城市问题日益突出[1]；同时，城市居民健康意识和环保意识的增强，逐渐对城市快速发展所带来的污染物的容忍程度越来越低，城市问题和居民对环境要求的矛盾日渐突出，这些现象势必对城市管理的质量、效益与精细程度提出了更高的要求。然而，传统的城市管理倾向于局部地区污染的治理和管控，环境数据的获知通常采用人工采集。这种被动式的管理方式随着城市化进程的推进，必然需要更多的人力、物力和财力去支撑。因此，城市管理迫切需要一种更精细的、实时的环境参数自动感应系统，用来主动获知城市发展过程中的各种环境参数，来达到对城市的精细化管理要求。本文提出了一种利用传感器技术和移动通信技术结合的技术方案来构建的城市智能感应系统，通过该系统对各项城市环境参数的实时监测，为环境污染治理、智慧城市应用等提供决策支持和管理控制依据。

1 系统简介

传感器技术是物联网技术发展和应用的一个重要环节[2]。它通过广泛分布于城市的大量感应节点，利用传感技术实现对大气污染、PM2.5、温湿度、光照强度、紫外强度等多种环境参数的实时监测，并通过移动通信技术、互联网技术将采集数据实时送达控制中心；所采集的数据可应用于解决环境突发事件的及时响应、治理城市污染、实现城市的精细化管理。同时，实时数据还可以为智慧城市的智能灯光控制、园林绿化管理提供控制依据，为数字城市提供有力数据支撑。城市智能感应系统为物联网应用的一个方向，系统具有以下特点：

数据获取的主动性：有别于传统的人工手动方式采集环境数据，和城市居民以投诉等方式反映城市问题的数据反馈方式，城市智能感应系统的感应节点可实行无人值守，在不需要人力干预的情况下即可完成各项数据采集工作，这种自动方式既节省人力，又可以提高效率。

数据采集的实时性：感应节点采集的数据将通过物联网技术接入移动通信网，并实时将数据传送到控制中心。

数据的准确性和精确性：感应节点通过传感器获取数据后，同时附上北斗等定位系统的定位信息，使得数据在准确的基础上保证真实性与精确性。这样就可以使城市治理和智慧城市的管控精确到城市的每一个角落。

2 系统架构

2.1 感应节点构成

感应节点作为城市智能感应系统“细胞”，采用传感器技术和物联网技术，集成多种传感器和移动通信模块，实现数据的自动采集、自动存储和自动上报功能。感应节点的内部结构，可由传感器数据采集、控制和存储、数据通信三部分构成。

传感器数据采集：集成各种传感器，包括测量大气污染物的传感器、测量光照强度的传感器、测量温湿度的传感器和测量噪声的传感器等。传感器采用模块化设计，即插即用。在实际应用中，可根据城市环境治理重点区域灵活布点，具体的布置点也可根据所布置区域的监测重点来合理配置模块数目。模块化的设计有利于产品的制造、升级、维护，以及带动相关物联网产业的培植、发展和相关标准的制定。

控制和存储：用来管理、收集和存储数据，同时作为传感器模块的监控和管理核心，为控制中心对节点的远程服务提供支持。

数据通信：将实时数据打包，在获取实时数据的同时，附加布置地点的位置信息，通过移动通信射频模块将数据发送至基站，基站通过互联网与控制中心连接。由于传输数据量不大但对实时性要求高，通信模块可以采用将要淘汰的2G或3G网络，充分利用现存的旧的移动通信资源，这可为老旧移动通信网的再利用与物联网业务融合发展开辟新的方向[3]。

感应节点的布置可以根据需要布置在人流密集的小区、污染源所在的工厂区、闹市等。由于数据传输采用的是无线传输，因此，感应节点的布置并不需要额外的有线数据传输通道，只需要利用现有的路灯电网，接入电源即可使用。感应节点的具体安装地点，可选择路灯、屋檐下、树等，安装灵活便捷。

2.2 系统组网架构

感应节点是城市智能感应系统的基础，它的作用发挥还需要系统化的网络来实现。城市智能感应系统的组网架构，由感应节点、数据传输网、控制中心三部分组成。

感应节点广泛分布于城市各角落，实时采集区域内的各类环境参数，并将数据通过移动通信网实时上报。数据传输网由移动通信基站、传输设备和互联网组成，负责将感应节点采集的数据传输至控制中心，并将控制中心的维护信息下发至各个感应节点。控制中心将采集的参数存储到服务器，将数据分类汇总、绘制数据地图等，并实时监控各节点的运行。

3 系统应用

随着城市化进程的推进，城市的规模将越来越大，感应节点作为城市的“神经末梢”，城市智能感应系统作为城市的“神经网络”，可承担起城市管理的智能感知功能。系统将主动采集获取城市各个角落的环境数据。通过实时监控污染物，可精确把控污染的源头，从根本上治理城市大气污染；通过光照强度的采集分析，可实时控制城市路灯的开启或关闭，在便民的基础上节能；通过噪声数据的采集分析，可用来规范和管理城市各噪声单位。另外，全局采集的数据可以通过全景数据地图的方式来展示城市状况，长期的数据收集可用来科学研究。