智慧城市利用物聯(lián)網(wǎng)來改善消費(fèi)服務(wù)體系并優(yōu)化城市基礎(chǔ)設(shè)施。 在智慧城市中，司機(jī)會自動收到關(guān)于停車位的通知，不需要去搜索; 垃圾箱會“告訴”卡車司機(jī)什么時(shí)候需要收集垃圾; 智慧交通信號燈會根據(jù)實(shí)時(shí)交通自動調(diào)整紅綠燈時(shí)序，大大減輕擁堵。

這些場景都是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例，但整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是怎樣操作的呢?在本文中，我們將回答這個(gè)問題，揭示智慧城市運(yùn)作的組件，并展示智慧城市的架構(gòu)概念。

智慧城市建筑的背景

在設(shè)計(jì)智慧城市架構(gòu)時(shí)，我們必須清楚地了解它將融入的環(huán)境以及它將與之互動的人。 考慮到這一點(diǎn)，我們制定了一個(gè)三維架構(gòu)概念，包括：

物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市平臺

服務(wù)管理解決方案

公民門戶網(wǎng)站

這三個(gè)架構(gòu)將全面幫助城市處理大規(guī)模數(shù)據(jù)流，自動化服務(wù)請求，并創(chuàng)建一個(gè)城市居民參與社區(qū)。 現(xiàn)在讓我們詳細(xì)介紹一下細(xì)節(jié)。

物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市平臺

智慧網(wǎng)絡(luò)

作為一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，智慧城市配備多種多樣的傳感器和執(zhí)行器的智慧設(shè)備。 傳感器收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞到云端進(jìn)行處理。例如，連接路燈的傳感器感測明暗度，安裝在垃圾桶中的傳感器感測垃圾量，路面?zhèn)鞲衅鞲袦y平均交通速度等。執(zhí)行器則控制命令的執(zhí)行，例如改變紅綠燈，開關(guān)燈等

本地網(wǎng)關(guān)

傳感器收集的數(shù)據(jù)需要通過本地網(wǎng)關(guān)傳遞到云端 ，它們在將數(shù)據(jù)傳遞到云之前對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和過濾，它們還將控制應(yīng)用程序的命令傳送到設(shè)備的執(zhí)行器。 此外，通過本地?cái)?shù)據(jù)庫，即使云連接失敗，現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)也可以對緊急情況做出相應(yīng)的應(yīng)對。

云網(wǎng)關(guān)

云網(wǎng)關(guān)解決安全問題并確保本地網(wǎng)關(guān)和云之間的數(shù)據(jù)安全傳輸。 它通過加密保護(hù)數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攔截，并促進(jìn)不同協(xié)議之間更具兼容性。

流數(shù)據(jù)處理器

在智慧城市里，數(shù)據(jù)由數(shù)千個(gè)傳感器連續(xù)不斷地傳輸生成，這些傳感器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)記錄。 流數(shù)據(jù)處理器能夠在接收數(shù)據(jù)時(shí)直接對該數(shù)據(jù)起作用，直接將數(shù)據(jù)傳遞給控制應(yīng)用程序并將其加載到數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是以原始格式存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲庫。 當(dāng)需要數(shù)據(jù)來辨別一些事物的價(jià)值時(shí)，將從數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)資料，結(jié)構(gòu)化并加載到大數(shù)據(jù)庫。

大數(shù)據(jù)庫

如果將數(shù)據(jù)視為一定量的水，那數(shù)據(jù)庫就是一個(gè)大型存儲池，而大數(shù)據(jù)庫是包裝好的潔凈水的數(shù)量。大數(shù)據(jù)庫包含有關(guān)連接事物的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，例如：設(shè)備的安裝位置和時(shí)間，以及控制應(yīng)用程序發(fā)送給事物執(zhí)行器的命令。大數(shù)據(jù)庫使傳感器數(shù)據(jù)被重復(fù)使用，它允許智慧流量或智慧環(huán)境等不同的智慧城市服務(wù)訪問或使用相同的數(shù)據(jù)集。

數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析師使用數(shù)據(jù)來分析傳感器數(shù)據(jù)集，以便獲得有意義的信息。為了使分析結(jié)果更易于理解，可以借助數(shù)據(jù)可視化工具對其進(jìn)行可視化處理。數(shù)據(jù)分析和可視化工具通常集成到儀表板應(yīng)用程序中，可在單個(gè)屏幕上顯示數(shù)據(jù)，并可在接收到新信息時(shí)實(shí)時(shí)更新。

數(shù)據(jù)分析師可使用數(shù)據(jù)分析工具來監(jiān)控流量性能，減少事故，識別潛在的犯罪現(xiàn)場等。例如，使用數(shù)據(jù)分析工具監(jiān)控一段時(shí)間內(nèi)的城市流量，可以揭示整個(gè)城市的流量分布模式，在緩解擁堵，尾氣排放和噪音等方面取得重大進(jìn)展。

機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)算法用于揭示隱藏的相關(guān)性，并基于這些相關(guān)性構(gòu)建預(yù)測模型。

這些模型決定了連接事物對某些條件的反應(yīng)。如果輸出動作與預(yù)期的不同，則對它們進(jìn)行修改和再次測試，直到它們按預(yù)期運(yùn)行。 然后模型被控制應(yīng)用程序使用，控制應(yīng)用程序?qū)⒒谀Ｐ偷拿畎l(fā)送到事務(wù)執(zhí)行器。

例如，ML可以應(yīng)用于流量管理解決方案。 隨著時(shí)間的推移監(jiān)控流量，ML算法創(chuàng)建了整個(gè)城市的流量分布模式。 基于這些模式，城市可以檢測到交通負(fù)荷最重的區(qū)域，并采取調(diào)整紅綠燈時(shí)間，重新規(guī)劃交通路線等措施在沒有人為干預(yù)的情況下減輕這些區(qū)域的擁堵。

控制應(yīng)用

控制應(yīng)用程序可以基于規(guī)則和機(jī)器學(xué)習(xí)。

基于規(guī)則的控制應(yīng)用程序使用手動編程的規(guī)則。這樣，規(guī)則中的變量將替換為傳入的數(shù)據(jù)記錄，如果數(shù)據(jù)滿足規(guī)則中定義的條件，則觸動輸出操作。

城市使用交通管理解決方案來識別和緩解擁堵。 為此，流量管理平臺用戶定義了一個(gè)速度閾值來表示存在擁塞，例如，如果平均流量速度低至9英里/小時(shí)，則規(guī)則識別擁塞并采取輸出動作——改變交通信號燈。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的控制應(yīng)用程序通過應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法創(chuàng)建模型。

用戶應(yīng)用

通過用戶應(yīng)用程序，用戶可以發(fā)送指令來控制應(yīng)用程序并接收通知和警報(bào)。 例如，用戶應(yīng)用可以在停車位空出時(shí)接收通知。 駕駛員還可以使用該應(yīng)用程序查看該區(qū)域的停車位地圖，支付停車費(fèi)，以及延長停車時(shí)間。

服務(wù)管理解決方案

服務(wù)管理解決方案有助于及時(shí)解決用戶的服務(wù)請求。 服務(wù)管理解決方案從電子郵件，在線社區(qū)，社交媒體，網(wǎng)絡(luò)聊天等渠道收集公民的請求，自動創(chuàng)建案例并將其分配給代理。

例如，如果公民注意到交通信號燈發(fā)生故障，他們可以使用移動應(yīng)用程序拍攝照片，輸入其他信息，在地圖上標(biāo)記位置并報(bào)告案例。 服務(wù)管理解決方案接收并處理用戶的請求，創(chuàng)建案例并自動通知現(xiàn)場工作人員。

公民門戶網(wǎng)站

智慧城市的目的不僅僅是自動化，而是讓公民的生活更美好。這就是為什么如果沒有公民門戶網(wǎng)站，智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施就不完整。公民門戶為城市管理，員工，現(xiàn)場工作人員和公民創(chuàng)造了一個(gè)共同的空間。

一個(gè)成功的公民門戶網(wǎng)站應(yīng)該滿足城市居民的需求，用戶的需求是很重要的。

通常，用戶希望：

及時(shí)回答他們的問題。

能夠看到他們的請求和活動的狀態(tài)。

快速訪問所需信息。

留下反饋和建議。

報(bào)告故障和文件案例。

例如，芝加哥市創(chuàng)建了一個(gè)公民門戶網(wǎng)站，公民可以在網(wǎng)站上報(bào)告智慧城市中設(shè)備的故障，訪問知識庫以查找有關(guān)連接設(shè)備如何工作的信息，查看連接設(shè)備的安裝位置以及哪些信息已經(jīng)輸出，此外，市民可以查看道路封閉，破碎的路燈，坑洼等的實(shí)時(shí)地圖。

結(jié)語：關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市發(fā)展，需要一個(gè)基本的智慧城市平臺，包括：

用于收集數(shù)據(jù)的智慧網(wǎng)絡(luò)。

用于促進(jìn)數(shù)據(jù)收集和壓縮的本地網(wǎng)關(guān)。

云網(wǎng)關(guān)，用于確保安全的數(shù)據(jù)傳輸。

流式數(shù)據(jù)處理器，用于聚合大量數(shù)據(jù)流并將其分發(fā)到數(shù)據(jù)庫和控制應(yīng)用程序。

用于存儲其值尚未定義的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。

用于存儲處理和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)庫。

用于分析和可視化傳感器收集的數(shù)據(jù)分析工具。

基于長期數(shù)據(jù)分析自動化城市服務(wù)的機(jī)器學(xué)習(xí)，并找到提高控制應(yīng)用程序性能的方法。

控制應(yīng)用程序向命令執(zhí)行器發(fā)送命令。

用于連接智慧物品和用戶的應(yīng)用程序

此外，為確保在對公民健康構(gòu)成威脅之前發(fā)現(xiàn)問題，需要一個(gè)服務(wù)管理解決方案。最后，為了吸引公民并創(chuàng)造便利的溝通空間，公民門戶網(wǎng)站至關(guān)重要。