黄孝斌,魏剑平,樊勇,张莹.物联网助力城市信息化发展——探索城市管理新模式[J].中国科学院院刊,2010,(1):64-70.

物联网助力城市信息化发展——探索城市管理新模式

Internet of Materials Helping the Development of Urban Informatization:Exploring A New Mode for Urban Management

黄孝斌
北京时代凌宇科技有限公司
Huang Xiaobin
Beijing LOIT Technology Ltd.100096 Beijing
魏剑平
北京时代凌宇科技有限公司
Wei Jianping
Beijing LOIT Technology Ltd.100096 Beijing
樊勇
北京时代凌宇科技有限公司

Beijing LOIT Technology Ltd.100096 Beijing
张莹
北京时代凌宇科技有限公司

Beijing LOIT Technology Ltd.100096 Beijing

         城市发展;物联网;城市管理新模式;城市综合业务管理平台

        urban development;internet of materials;new mode of urban management;urban

        随着城市建设进程的加快,城市发展中表现出的矛盾越来越凸显。如何有效利用信息技术,以全新的管理理念和管理模式提升城市管理水平,践行科学发展观,引导、推动我国进入信息社会成为城市管理者面临的重大课题。本文着重探讨城市发展中存在的问题、当前发展态势及应用物联网技术提升城市管理水平的全新管理理念和管理模式。

        Along with the accelerated process of urban construction,urban development has shown more and more prominent contradictions.How to effectively use information technology with a new management concept and management models to enhance the level of urban management,practice the scientific development outlook,guide and promote China’s access to the information society has become a major issue for urban managers.This paper focuses on the problems of urban development,the current development momentum and using the Internet of materials to enhance the level of urban management,brand-new management ideas and management modes.

        

        随着城市的迅速发展,城市经济发展面临着日益严重的资源和环境压力。城市人口规模增长过快、城市供配电压力沉重、环境污染与生态破坏严重、交通拥堵治理困难、安全生产形势严峻、城市部件管理中的违法违规现象屡禁不止等等,这些都成为城市发展中最为突出的矛盾,成为城市管理中必须重视的问题。

        　　城市供配电压力沉重,节能减排问题凸显。随着城市发展,各式宾馆、办公大楼、商场超市、医院、写字楼等大型建筑日益增多,使得供电负荷越来越大,节约能源和能效管理问题日益突显。以建筑物空调用电为例,全国中央空调耗电已是社会用电的20%,我国发达城市中央空调用电占到总耗电量的23%,局部甚至达到31%,城市供电负荷越来越大,如何从源头上节能成为人们关注的热点问题。在我国城市化建设进程中,如何与能源低消耗、大环境保护相适应,正在成为建设资源节约型、环境友好型社会亟待解决的问题。

        　　环境污染使得城市从传统公共健康问题转向现代的健康危机。环境污染包括工业和交通造成的空气污染、噪音、震动、精神压力导致的疾病等,已成为制约城市经济发展的因素之一。世界银行曾对此做出估算,指出由于污染造成的健康成本和生产力的损失大约相当于国内生产总值的1%—5%。我国城市垃圾年产量达1亿吨以上,而且每年大致以8%的速率递增,环境问题已经成为制约中国经济社会发展的主要瓶颈。随着城市垃圾处理量不断增加,针对居民区垃圾堆放、垃圾填埋焚烧场周边的环境投诉日益增多,尤其是垃圾焚烧产生的一级致癌物“二恶英”(Dioxin)浓度的增加引起了群众极大关注。及时掌握垃圾填埋场对周边环境造成的影响成为关乎群众生命监控的至关重要的问题,引起了政府部门的高度重视,并把垃圾处理问题作为一项重要目标纳入了国家“十一五”计划。

        　　城市交通需求与交通供给矛盾日益突出。随着经济的发展,城市交通需求不断扩大,城市中可用于交通的土地资源极其有限,密集的车流、拥挤的街道、效能低下的交通系统不仅导致了运输成本的增加,还产生了污染和能源的浪费问题。据英国SYSTRA公司对发达国家大城市交通状况的分析,交通拥堵的代价约占GDP的2%,交通事故约占1.5%—2%,交通噪音污染约占0.3%,汽车空气污染约占0.4%,转移到其他地区的汽车空气污染约占1%—10%。此外,交通拥挤导致了事故增多,事故增多又加剧了拥挤,这直接影响了居民的出行时间和成本;出行成本的增加不仅影响了工作效率,而且也会抑制人们的日常活动,从而影响居民的生活质量。随着城市的发展使得城市交通体系变得不堪重负,迫切需要采用新的管理方法和科技手段解决日益凸显的交通问题。

        　　公共安全监管难度逐步加大。面对有限的自然资源,人们对抵抗自然灾害、事故灾难、社会安全等风险源的监控与预防越来越关注。近年来,由于影响社会公共安全的事件不断发生,例如:2003年突如其来的“非典”、2004年不期而至的“禽流感”,以及三鹿奶粉事件、盐城水污染事件、甲型H1N1流感爆发等食品安全和公共卫生问题;汶川大地震、山西襄汾尾矿库溃坝事故;乌鲁木齐打砸抢烧严重暴力犯罪事件;发生在北京的“2.05”重大伤亡、吉林市特大火灾、重庆特大中毒污染;以及近来不断发生的矿山特大伤亡事故、翻船伤亡事件;中小学和幼儿园暴力侵害案件等,使社会各界对公共安全的关注程度越来越高,迫切要求建立和完善公共安全日常管理体系和应急处置机制,以对面临的气象灾害、地下空间事故、危化品事故、重大刑事和恐怖事件、公共场所治安等突发事件进行预防和应急处理。

        　　城市基础设施建设和专项整治监管困难。城市部件种类、数量众多,日新月异,其更新、维护越来越复杂;随着社会的发展,城市的资金、人口等越来越密集,在城市部件承担的职能压力加剧的同时,由于其倾斜、损坏、丢失及其它意外造成的损失、安全隐患和社会影响也越来越大;部件管理涉及市管委、城管、工商等多个部门,跨部门的综合协调难。此外,城市部件管理由于其监管工具和手段相对单一,各种行政许可和备案材料无法及时有效共享,致使各种手续不全的停车场、非法停车场、停车乱收费、非法广告牌等现象屡禁不止,政府监管部门专项整治监管困难,形成长效、常态化的有效监管机制难。

        　　城市经济发展所面临的种种问题,迫切要求科学发展的新理念、新思路、新技术。现代城市在区域经济和社会发展中具有重要作用,因此必须重视城市的信息化建设,通过信息技术在城市发展各个领域的应用,提高信息化对经济发展的贡献率,提高注重城市规划、建设和管理水平,加速实现现代化的重任。

        　　在突飞猛进的城市化进程中,如何有效利用信息技术提升城市管理水平以跟上快速增长的城市化,引导、推动我国进入信息社会已成为城市管理者的当务之急;如何紧跟时代节拍,践行科学发展观,摒弃传统城市管理模式的诸多弊端,以全新的管理理念和管理模式取而代之,全面提高城市管理水平,是历史赋予我们的责任,更是城市管理者面临的重大课题。

        　　2009年8月,温家宝总理在考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时,提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法;指出“在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”,“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展”,“尽快建立中国的传感信息中心”。

        　　2009年10月无锡物联网示范基地成立。无锡市举全市之力,抢占新一轮科技革命制高点,把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地;至11月,成功签约了11个物联网项目,项目研发领域覆盖传感网智能技术研发、传感网络应用研究、传感网络系统集成等物联网产业多个前沿领域。

        　　2009年11月3日,温家宝总理在人民大会堂发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话。指出抢占5大新兴战略性产业制高点,要着力突破传感网、物联网关键技术,及早部署后IP时代等相关技术研发,将传感网与物联网领域纳入新兴产业规划之中。

        　　在城市建设、转型、发展中,迫切需要一种科学的指导思想和综合的解决方案,而物联网正是现有技术发展的产物。物联网将各种不同类型的网络全面互联,通过传感器节点和城市基础设施感知环境、状态、位置等信息,有指向性地进行网络资源的连接和信息融合,通过政府、企业和科研院校在网络互联和信息共享的基础上不断地进行科技、业务和应用创新,从而促进城市各个关键系统和参与者进行和谐高效地协作,为城市发展提供源源不断的动力[1]。

        　　国家和北京市政府对物联网技术的创新应用和推广给予了极大的支持,目前已有物联网技术在城市管理、环境监测、物流信息化、智能交通及公共安全等诸多领域的应用解决方案,并在城市的各个方面积极开展了应用示范工作。

        　　北京奥运会期间实行的奥运路线交通流信息实时监测系统,其地面交通流的信息采集与处理系统、交通控制系统、交通监测系统均实现了信息化控制,同时还加大了可变交通信息标志(VMS)的信息发布系统、公交优先信号系统、动态停车诱导系统等智能系统的覆盖范围。

        　　北京市朝阳区的图像信息管理系统作为北京市图像管理系统的一部分,其整合了全区的图像信息资源,进行了有效的区内信息共享,形成了区内图像资源统一管理,在奥运会期间为周边地区提供了可靠的安全监控服务,并提供手机门户嵌入式软件系统,使得政府人员能够在手机上办理审批、阅读重要信息、访问图像信息系统、控制监控摄像头、处理案件等日常办公事宜,同时为各个委办局向领导报送重要紧急数据提供网上数据报送平台,提高了数据报送的效率,便于领导随时了解重要信息。

        　　北京市朝阳区的户外广告牌智能监管系统,在城市部件管理的统一规范下,通过身份统一标识、信息统一编码、基础信息跨部门共享,将远距离无线智能身份识别产品应用于市政户外广告牌标识,市政、工商、城管等广告牌审批、管理部门可方便地通过检测设备进行审批、检查、年检等管理工作,通过执法检查软件,执法人员可现场处理广告牌信息或在城管中心处理记录数据,有效地提高了工作效率,降低了劳动强度,实现了广告牌管理、执法之间的数据共享,促进了执法的实效性,改进了传统广告牌管理手段,并有助于进一步实现广告牌的数字化、规范化管理。

        　　无锡传感网中心的传感安全防护设备在上海浦东国际机场和上海世博会成功应用,这套设备由10万个微小的传感器组成,散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。

        　　2009年11月1日开始,上海世博局与中国移动联合推出的可承载世博手机票的RFID-SIM卡正式发售,代表中国移动也开始布局物联网。其即将推出的手机钱包、手机购电等手机支付业务,用户在消费时,只需将手机在接收器上轻轻一扫,就可方便地进行各种购物,并获得详细的费用清单。

        　　中国电信还推出了平安e家业务、全球眼技术;上海海关采用中国电信的远程监控系统,通过画面可以对货物进行通关检查,提高了检查效率,并减少了人力。中国联通推出了无线环保监测平台和公交卡手机,其公交卡手机已在上海开展试点应用,通过刷手机可以实现公交车票支付。

        可见,在城市发展过程中,通过运用现代化科学技术手段,有针对性地展开试点应用,通过技术与经验的积累,以“先易后难,从点到面,逐步推进”的方式,逐步实现政府信息资源的共享,能够有效提高政府为百姓服务的质量,从而全面提升城市智能化管理水平。

        

        　　物联网技术能够有效解决城市发展中遇到的问题,促进城市管理信息化、智能化发展。随着物联网技术解决方案在各领域的试点和应用推广,对于城市中庞大的感知信息,在面向多样化的应用/业务管理时,涉及不同网络、多个部门间的协作,迫切需要建立一个综合的业务管理平台,通过充分运用通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,有效地将各种应用集中于一个系统,支持各种商务智能与决策支撑应用的有效运行,从而在已有的信息化基础上为市民提供更加综合的服务,为政府部门提供更加有效的信息分析和更符合实际的决策,对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出更智能化的响应。

        　　北京时代凌宇科技有限公司,长期专注于物联网技术及应用解决方案的研究,针对物联网应用发展的需求,提出城市综合业务管理平台,其架构如图1所示。在这个平台下,通过标准化的信息接入方式,将不同类型的网络、基础设施和环境建立起信息连接,收集各种异构网络的感知信息,并进行信息综合分类管理,有指向性地进行传输和信息整合,将组织(人)、业务/政务、交通、通讯、水和能源各个子系统以协作的方式相互衔接,构成一个宏观的系统,进而将产业链上的各个环节连接在一起;在物联网开放应用环境的支撑下,有针对性地开展行业应用的建设和运营,增加信息资源的共享,从而能够更好地利用综合优势,建设标准开放、系统可靠、互联互通的信息基础设施和创新应用,并联合运营商实现物联网业务运营的基础,有效地提高城市管理效率。

        　　城市综合业务管理平台通过传感网络层、中间件、接入网络、运营和管理以及应用/服务层,形成了从基础网络到应用创新的可持续循环的服务体系。

        　　感知城市基础信息的传感网构成了城市综合业务管理平台建设和运行的基础。通过遍布城市各处的智能设备,将身份感知、状态感知、位置感知等全面感测数据收集起来,使所有涉及城市运行和城市生活的各个重要方面都能够被有效感知和监测[2]。

        　　传感网的中间件是屏蔽底层硬件差异性和网络平台复杂性、异构性的支撑软件[3],能够针对不同应用所具有的共同数据需求特征,对数据进行整理和分类,并对各项应用提供规范的数据获取、查询等接口,为进一步简化城市管理应用开发和扩展提供良好的数据抽象。

        　　接入网络是为上层运营管理提供标准开放的、可靠的、互联互通的数据通信的基础,是由基本数据传送网络(DDN、帧中继、ATM等)、互联网(因特网、大型专用IP网络)等通信骨干网络组成,能够使“小而散”的信息汇聚,从而更好地利用综合优势整合信息资源。

        　　运营和管理是由运营商和合作单位共同协作运营管理的数据管理平台[4],通过采用规范化的技术管理方法,以及全方位、多层次的业务管理、网络管理等手段,支持各种商务智能与决策支撑应用的有效运行,能够满足政府、企事业单位的专业性、专题性的业务需求,方便城市管理者进行信息资源共享、监督和协同管理。

        　　应用/服务是综合性的、面向服务的应用解决方案的集合,通过不断应用创新、业务创新,充分发挥数据和信息的效用,最大可能地实现其社会经济价值,以满足社会各领域众多业务应用需求。

        　　典型应用示例:

        　　基于城市综合业务管理平台,根据北京市各区市政管理中存在的问题和综合业务管理的需求,如图2所示,建立数字市政综合管理与服务系统[5],孵化出一系列物联网应用项目和产品,并已展开试点应用和推广。

        　　广告牌无线远距离识别管理系统。针对城市基础设施监管所面临的查处非法户外基础设施效率低、监管难度大等问题,为加强户外管理执法力度,以广告牌监管为试点,建立了广告牌智能识别管理系统[6],针对户外大型广告及墙体广告牌建设有源无线远程识别系统,与区市政管委、区工商局等联合建立信息数据库,实现资源共享,并通过对城管、工商执法部门配发移动检查设备,提升户外广告执法管理水平。

        　　停车场智能监管系统。根据目前停车场监管工具、手段相对单一,没有专门的停车场监管系统,提出了建立朝阳区停车场智能化监管系统试点。结合已展开推广的业务应用(如网格系统、图像系统等),整合相关资源,利用已有信息基础设施,构建了停车场智能化监管系统,通过为路侧、路内、地下及产权单位停车场设置装有无线识别标签的停车场管理信息牌,使检查人员通过专用扫描设备识别,即可立即获取该停车场的纳税义务人、停车场位置、面积、车位数量、收费标准等信息并判断出其合法性;通过与市、区审批通过的停车场数据信息与城管、网格化管理、交通、街乡、发改委、运管局和税务部门等共享,便于实现协同检查、强化管理,从而减少私设、私增和其它偷税漏税情况;通过信息公开,提高停车场合法性和收费的透明度,发挥市民监督作用。

        　　环卫作业车辆GPS管理系统。环卫作业、运输车辆包括垃圾收集车、生活垃圾运输车、转运车、道路清扫车、洒水车、冲刷车、保洁车以及粪便处理车等[7],通过为环卫作业、运输车辆安装无线定位终端,应用GPS定位系统可对作业和运输车辆的线路轨迹、位置、速度实时掌握,并通过与垃圾处理中心数据库进行整合对接,有利于环卫中心合理安排人员、车辆,增强调度指挥能力,及时解决突发问题;也有利于对作业、运输过程进行监督,例如检查垃圾运输车辆是否依照规定路线和速度运达指定消纳场等,有助于提高工作效率。

        危险源数据采集及监管系统。建立危险源数据采集及监管系统,实现危险源报警监测“主动式”管理和执法监管水平的提高。通过将数据采集终端放置在危险源上或周围,对危险源的压力、温度、固定牢靠性、危险源的有毒物和可燃物的泄漏等进行实时监测和本地报警,移动巡检设备可收集采集终端数据,并通过GPRS、CDMA或3G等方式传输至后台系统,进一步实现汇总、分析和共享,从而更好地实现预防和监督,发挥公共安全监管系统的作用。目前的典型应用有:电梯运行安全监测,易燃、易爆、有毒环境监测等。

        

        　　物联网是一个具有挑战性的领域,它涉及了器件、设备、系统、网络、服务、商业模式等诸多方面,实现物联网在产业经济和应用方面的目标,尚需做许多深入细致的工作。

        　　标准体系的建立和完善。标准是一种交流规则,关系着城市管理中不同类型网络、基础设施和环境间的信息沟通,需制订能被普遍接受的技术标准及一系列相应的行业应用规范。

        　　泛在网络的资源共享和信息安全。无处不在的网络基础设施建设,使海量的城市基础部件信息自动进入网络,面对市政管理不同部门间的需求,如何实现计算资源、数据资源、软件资源的广泛共享和透明使用,以及涉及的信息安全、法律保护、道德伦理等都将是面临的挑战性问题。

        　　创新网络体制和网络业务研究。城市管理涉及市政、交通、安全、环境等多领域交叉,需研究新型网络体制,开发相应的支撑环境,以及面向高效能计算的大规模并行应用软件系统,研究网络业务的多维度、多层次和多模态的特征分析、提取、识别等关键技术问题。

        　　商业模式的探讨及建立健全。城市信息化建设将涉及规划、管理、协调、合作等方方面面的问题,资源开发不足,规模化、协同化较少,没有形成产业链,成本居高不下,无法大规模使用,示范效应不强,尚未带来显著的经济效益等问题也是制约物联网技术在城市管理中应用发展的因素,需要进行整体规划管理,研究并建立新的商业应用模式。

         　　物联网是城市发展通向智能化的桥梁,建立城市智能化管理将是城市信息化的终极目标和战略方向,以此作为城市发展瓶颈的突破口,将带来未来城市的全新面貌,推进城市和谐发展。