第37节：创新技术推动城市智慧化进程（1 ）

    第 11 章

    创新技术推动城市智慧化进程

    11.1智慧城市的技术瓶颈

    智慧城市引起了各级政府的高度重视，智慧化的应用在各城市里层出不穷，
涉及能源、交通、金融、农业、制造、家居等各行各业，实际应用的种类已达数
百种之多。

    然而，在智慧城市广受关注的同时，我们又应该看到，目前的智慧城市应用
虽然种类繁多，但是其应用的领域和规模都存在一定的局限性，呈现典型的初级
阶段特征。

    1.局限在一些简单的数据采集和数据传输的应用场景

    目前的智慧城市应用大多是一些处理数据采集和数据传输的简单场景，例如
在环境监控行业中节点自动采集各种环境参数，上传到远程平台。这种模式的应
用，一方面节点不进行大量的智能判断，仅简单上传数据；另一方面，一种类型
的节点（如温度采集节点）与其他类型节点（如电表读数节点）之间不进行直接
的数据交互。

    简单数据采集和数据传输模式虽然有一定的应用领域，但是无法处理更多的
复杂需求。现实世界中，还有很多复杂的情况，需要不同类型节点协同进行智能
计算的应用领域，例如英国生命信托基金会曾经描述了一种未来的全智能化老年
公寓，在公寓的地板、家电等各个地方均植入电子芯片装置，如果老人走出房屋
或摔倒，地面安全传感器会立即通知医护人员或亲属；冰箱里的牛奶翻倒撒出，
或是锅在炉灶上无人看管，冰箱和厨房的传感器也会发出警报；自动化“药剂师”
会提醒老人准时吃药；娱乐传感器则在老人进门时自动播放主人喜爱的音乐，并
适时调节暖气和灯光等。这样的需求场景就需要各节点具备协同智能计算处理的
能力，现有的技术还无法满足这样的需求，即使可以实现，代价也非常高昂，难
以商用。

    2.局限在一些对数据的安全性、实时性和可靠性要求不高的应用领域

    现有的很多智慧城市典型应用是进行一些普通的数据采集和传输，或做一些
普通级别的控制操作，如电表读数的采集，家用电器的控制等，这类普通的应用
对于数据的安全性、实时性和可靠性的要求均不高，万一出现数据被盗用、篡改
等情况，不会引起非常严重的后果，一般情况下，也就是造成测量数据错误，或
者设备非法控制操作等问题。

    而有一些领域一旦数据错误、丢失、延时，将会造成不可挽回的损失，例如
医疗手术控制、火车等交通工具的控制、大型机械设备运转控制等，由于技术的
限制，这样的领域目前物联网应用尚难触及。

    3.局限在一些对设备没有特定要求的应用环境

    目前智慧城市典型应用中，设备一般在较为适宜的环境下工作。现实需求中，
会有相当一部分的应用要求设备工作在相对恶劣的环境下，如航标的监控设备要
求在水面上工作、车载设备要求在高温和高振动环境下工作等，有些特殊行业的
设备可能面临极端高温和低温、瞬间温度剧变、腐蚀性等极端恶劣的工作环境，
目前的传感器技术尚难以满足这些要求。

    此外，现有大部分的应用对设备大小往往没有特殊要求，常见的设备，一般
像一张名片大小，已经能适应目前绝大部分的应用场景。但今后随着智慧城市应
用的发展，很多场景会要求物联网设备尺寸越来越小，这就对设备提出了较高的
技术要求。

    4.局限在一些节点数量不大的应用规模

    目前的智慧城市应用虽然已经有一定规模，然而最多也不过数千个节点共同
工作，还远没有达到数万、数十万、数百万海量节点规模。随着节点规模的增加，
节点、网络的接入能力和数据处理能力要求将呈指数级增加，对节点组网速度、
节点管理、协议高效性、数据并发等技术提出了全新的要求。

    以上分析的智慧城市应用存在的局限性，很大程度上是由于技术上的瓶颈引
起的。解决技术瓶颈，才能打破局限，扩展需求，将使智慧城市具有更加广阔的
发展空间。目前主要存在四方面技术瓶颈。

    1.传感器技术瓶颈：如何推出更小、更强、更便宜的传感器

    智慧城市发展首先要大量布置各种传感器，使这些传感器与物品紧密地结合
在一起，成为物品的一部分。因此传感器不仅要微型化，而且这样微型化的节点
不但要拥有相当的处理能力，还需要能耗极低。传感器的微型化主要涉及材料科
学和微电子领域的相关技术，要求使用精密的材料及高制程的半导体芯片。目前
应用国际最前沿的传感器技术已经可以制造出非常小的传感器，伯克利大学做出
了像沙粒一样大小的传感器，叫智能灰尘。世博会上，以色列馆也展出过一种用
于检验肠胃道疾病的胶囊照相机，在一颗感冒药大小的胶囊里，潜藏着前后两个
摄像头和无线网络集成装置，如图11-1所示。胶囊被吞服后，依靠肠道的蠕动向
前运行，进行连续拍摄。所摄画面借由网络实时传输到诊断电脑终端。胶囊照相
机的电池能供电8 小时，电池耗尽后即停止拍摄，在整个检查过程中，约可获得
50000 幅图像资料，在停止工作不久，胶囊即可被排出。

    然而，这样小型高性能的传感器目前只能用于非常尖端的领域，尚无法大规
模应用，因为这样的传感器价格非常高，例如胶囊照相机，价格在6000～8000元
人民币，并且只能使用一次。真正理想中的智慧城市，可能需要布置成千上万，
甚至上千万、上亿个传感器，只有不断降低传感器的价格，才能够控制总成本。

    2.通信网络技术瓶颈：如何做到既大容量又高性能

    智慧城市要利用现有的通信网络进行远程数据传输，而现有的通信网络当初
是为人与人通信的目标建立的，因此，不但在网络容量方面是依照人与人通信的
业务模型来计算的，而且在可靠性方面也是参照人的通信行为来估计的。智慧城
市中很多的应用都将是无人干预的自动操作，其与人的通信行为有很大的不同。
从规模上来看，可能要面对上千万、乃至上亿的海量节点，规模将远超过原有的
通信规模；从对网络性能的要求来看，人与人的通信对网络性能的要求基本相同，
而智慧城市不同的应用对网络性能有不同的要求，有些应用对网络性能的要求低
于人与人的通信，而有相当一部分的应用对网络性能的要求远高于人与人的通信
要求，因此需要网络具备提供高性能服务的能力。

    在目前应用规模不大，并且主要用于对数据传输安全性和实时性要求不高的
情况下，现有网络可满足智慧城市的通信需求，但如果不根据智慧城市未来的需
求来不断完善革新现有通信网络技术，将无法打破智慧城市的应用范围的局限性，
成为阻碍其发展的瓶颈。

    3.平台处理技术的瓶颈：如何做好海量感知信息的处理和管理

    如何及时处理海量感知信息，是智慧城市发展面临的另一个技术瓶颈，在现
在的初级发展阶段，应用和应用之间往往呈现烟筒式结构，相互之间没有信息共
享和交互，并且一个应用所涉及的节点种类单一、节点数量不大，这种情况下对
信息的处理是相对容易的，既没有大量数据，数据的种类也不复杂，涉及的应用
逻辑也相对简单。这些状况并不是智慧城市应用发展本身应当具有的特征，而是
现有平台处理技术局限性的体现。随着智慧城市建设的深化，需要综合运用云计
算等技术推进平台处理技术不断发展，解决海量数据的存储、归类、处理、检索
需求才能打破这种局限。

    4.安全性技术瓶颈：如何应对更为复杂的物联网安全问题

    目前阶段，信息的安全问题其实并未引起足够的重视，其实安全问题是智慧
城市发展中要解决的关键问题之一，它将直接决定智慧城市的发展前景。试想家
用电器、各种车辆、发电设备、各种建筑甚至医疗设备等产品都连在网络上的时
候，一旦产生安全问题，其造成的后果将远比互联网时代更为严重。

   

下一章　回目录