智慧城市統(tǒng)一感知中心研究

1、智慧城市統(tǒng)一感知中心研究雜志：物聯(lián)網智慧城市出處：物聯(lián)網智慧城市 12年第9期作者：吳余龍，艾浩軍1城市感知中心的整體架構城市傳感網要賦予城市靈敏、高效、泛在的感知能力，需要建立覆蓋城市的信息采集、信息交換和信息服務的感知系統(tǒng)，構筑感知網，建設數(shù)據采集與匯聚軟硬件體系，傳感網信息采集與交換平臺，制定物聯(lián)網信息交換標準。智慧城市統(tǒng)一感知中心總體架構如圖1所示。1.1覆蓋城市區(qū)域的傳感器網絡建設城市傳感網，滿足智慧交通、智慧環(huán)保、智慧城管、智慧公安、智慧物流、智慧旅游等城市功能的需求，覆蓋公共室外區(qū)域、公共室內區(qū)域和私領域，監(jiān)測公共區(qū)域的環(huán)境，感知人、車的活動。1.2數(shù)據采集與匯聚體系城市傳感網數(shù)

2、據采集與匯聚體系，支持不同廠商、不同用途的傳感器。傳感器數(shù)據的采集和輸出接口千差萬別，需要研制高效率和低成本的傳感器網關設備，實現(xiàn)感知數(shù)據向數(shù)據中心的匯聚。1.3物聯(lián)網信息采集與交換平臺建立統(tǒng)一的物聯(lián)網信息采集與交換平臺，支持感知信息的應用系統(tǒng)間共享服務，為應用系統(tǒng)內部和應用系統(tǒng)之間的信息融合和協(xié)同運作，提供數(shù)據支撐。1.4數(shù)據采集與交換標準在海量異構數(shù)據的采集與交換中，標準發(fā)揮很重要的作用。通過匯聚異構、多維、海量、多時相和多觀測模型的信息，實現(xiàn)各種通信標準的互聯(lián)互通，以及不同數(shù)據格式的轉換，利于對數(shù)據實現(xiàn)分類管理。2感知中心的關鍵技術智慧城市統(tǒng)一感知中心主要有信息獲取層、信息傳遞層、信息服

3、務標準層和應用服務層構成，每一層都有相應的關鍵技術支撐中心的運行和維護。2.1信息獲取層信息獲取層對應城市物聯(lián)網的感知層，物聯(lián)網的皮膚和五官即識別物體，采集信息。首先通過傳感器、數(shù)碼相機等設備采集外部物理世界的數(shù)據，然后通過工業(yè)現(xiàn)場總線、藍牙、紅外等傳輸技術傳輸數(shù)據。感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離無線通信技術等。城市傳感網的信息獲取層可以分為專用感知、視頻感知、ETC感知、手機感知等。（1）專用感知傳感器技術。傳感技術同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。按仿生學觀點，傳感器就是“感覺器官”。微型無線傳感技術以及以此組成的傳感網是物聯(lián)網感知層的重要技術手段。射頻識別技

4、術（RFID）。屬于物聯(lián)網的信息采集層技術。在國內，RFID已經在身份證件、電子收費系統(tǒng)和物流管理等領域有了廣泛的應用。雖然RFID技術市場應用成熟，且標簽成本低廉，但RFID一般不具備數(shù)據采集功能，多用來進行物品的身份甄別和屬性的存儲，且在金屬和液體環(huán)境下應用受限。微機電系統(tǒng)（MEMS）。微機電系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystems，簡稱MEMS）是指利用大規(guī)模集成電路制造工藝，經過微米級加工，得到的集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS技術近幾年的飛速發(fā)展，為傳感器節(jié)點的智能化、小型化、功率的不斷降低制造了成

5、熟的條件，目前已經在全球形成百億美元規(guī)模的龐大市場。近年更是出現(xiàn)了集成度更高的納米機電系統(tǒng)（Nano-ElectromechanicalSystem，簡稱NEMS）。具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適合大批量生產等特點。MEMS技術屬于物聯(lián)網的信息采集層技術。全球定位系統(tǒng)GPS。GPS（GlobalPositioningSystem）是具有“海、陸、空”全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。GPS由空間星座、地面控制和用戶設備等三部分構成。GPS測量技術能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，

6、廣泛應用于軍事、民用交通(船舶、飛機、汽車等導航、大地測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調查、精確農業(yè)以及日常生活(人員跟蹤、休閑娛樂)等不同領域。GPS作為移動感知技術，是物聯(lián)網延伸到移動物體采集移動物體信息的重要技術，也是物流智能化、可視化和智能交通的重要技術。（2）視頻感知智能視覺物聯(lián)網它是未來物聯(lián)網中重要組成部分，對視覺感知范圍內的人、車或其他物件等目標賦以“身份”標簽，并識別目標的實際“身份”。利用網絡化特點對大范圍中的目標標簽進行關聯(lián)，有效地分析目標標簽物體的實時狀態(tài)，感知各類異常事件，就異常事件的發(fā)生向相關受體提出自動警示。其典型應用包括面向公共安全的物聯(lián)網“三網合一”人臉識

7、別系統(tǒng)平臺（針對“人”類型的視覺標簽），其中“三網合一”融合電信網、互聯(lián)網、電視網，它支持移動終端、固定終端、視頻終端的視覺或圖像設備，實現(xiàn)反恐身份識別、電子商務、身份管理。在智能交通領域的應用（針對“車”類型的視覺標簽），包括車輛規(guī)章管理等。未來發(fā)展的更高境界是智能視覺物聯(lián)網綜合應用系統(tǒng)平臺。（3）ETC感知與車聯(lián)網智能交通系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息技術為核心，利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。交通信息采集被認為是ITS的關鍵子系統(tǒng)，是發(fā)展ITS的基礎，交通智能化的前提。無論是交通控制還是交通違章管理系統(tǒng)，都涉及交通動態(tài)信息的采集，交通動態(tài)信息采集也就成為

8、交通智能化的首要任務。（4）手機感知基于便攜式移動終端的虛擬地理環(huán)境協(xié)同感知兼有傳統(tǒng)CSCW（ComputerSupportCooperativeWork）和MobileGIS的優(yōu)點，不僅使群組協(xié)同方式有了更多、更靈活的選擇，同時也使得各用戶對虛擬地理環(huán)境的認知跳出了第一人稱（firstperson）視點的局限，在移動性的基礎上，為用戶提供了多樣化感知和適應技術，使得協(xié)作更加自然、流暢，實現(xiàn)人人都是傳感器，人人都是信息機。因此，基于便攜式移動終端的虛擬地理環(huán)境和社會性對協(xié)同感知與服務提出了更高的要求。（5）其它城市感知中心的信息獲取層除上述方式外，也存在專業(yè)部門或機構的車載機動信息獲取手段，如

9、各類執(zhí)法車，以下描述三類執(zhí)法車得數(shù)據采集方法。路政執(zhí)法車的數(shù)據采集攝像及圖像采集系統(tǒng)：車頂配置攝像機，具有防水和紅外夜視和被變焦功能，在無光的條件下可以觀察景物，實現(xiàn)抓拍。對檢測現(xiàn)場實時監(jiān)控，檢測全過程連續(xù)錄像及存儲、備份（預留專用接口、端子）。車載云臺攝像機：云臺控制可360度無限位旋轉，仰視角度無盲點，通過同軸電纜將采集的模擬視頻信號輸入到無線編碼器上。流動執(zhí)法車的數(shù)據采集攝像設備采集視頻信號傳給筆記本電腦和車牌識別主機。當車輛經過激光測速儀時，測速儀判斷是否超速，若超速，則控制攝像機進行違章證據捕捉。另一路信號有車牌識別主機進行車牌識別功能，隨后將結果傳輸給執(zhí)法軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)記錄信息，并

10、與數(shù)據庫中的車牌進行對比。土地監(jiān)察執(zhí)法車的數(shù)據采集由PDA（含CDMA無線上網模塊），高精度GPS移動站，實地可查軟件組成實地核查系統(tǒng)，能以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據、地圖、遙感影像數(shù)據作為地圖數(shù)據，實現(xiàn)地類圖斑或宗地信息的快速采集、顯示及發(fā)送。由車載工業(yè)控制機，車載信息服務軟件實現(xiàn)對土地利用現(xiàn)狀數(shù)據，基本農田保護數(shù)據，土地利用規(guī)劃數(shù)據，遙感影像數(shù)據等數(shù)據的采集。2.2信息傳遞層（見圖2）信息獲取層獲取的信息，首先要進入數(shù)據網絡。傳感器的數(shù)據傳輸通道千差萬別，但是在大規(guī)模應用條件下，都會通過網關設備，將專用通道上的數(shù)據送入公共數(shù)據網（IP網）的數(shù)據存貯服務器。比較重要的網關設備有無線傳感網的網關即WSN

11、網關，由于通信技術、芯片技術的進步，很多的傳感器直接通過WiFi或者3G網絡，也可以快速將數(shù)據回傳。若要實現(xiàn)不同感知網絡的協(xié)議接入和解析，按照應用的場景既可以是某種特定的協(xié)議，也可以是某幾種協(xié)議的組合，甚至可以通過外插模塊實現(xiàn)多協(xié)議的擴展，達到融合接入的能力，這一點在公共服務應用領域尤為重要。2.3信息服務標準層在物聯(lián)網背景下，邊緣操作的設備正在從嵌入式系統(tǒng)演變?yōu)槲锢砭W絡，網絡使得物體綜合了計算過程和認知過程。認知裝置、嵌入式計算機和網絡，可以通過反饋回路監(jiān)視和控制物理過程，反過來，物理過程也影響著計算和認知過程。這種物理計算和認知裝置的集合（無線傳感器網絡、移動電話、嵌入式系統(tǒng)、嵌入式計算機

12、、微型機器人等），為網絡提供了新的設計機遇和挑戰(zhàn)，也需要一些新的研究以解決數(shù)據和信號處理技術問題。虛擬世界和支持Web驅動的物體的典型特征是具有設備模型異質性、通信和認知能力，這種異質性帶來了不同的執(zhí)行模型：同步的、異步的、實時的和非實時的，也帶了同步和異步兩種通信模式，以及實時處理的調度方法。2.4應用服務層應用服務層提供標準化的接口為智慧城市的各類應用提供服務?？梢越邮苋魏伟惭b有協(xié)議驅動程序的設備發(fā)送的數(shù)據。在網絡應用層支持的協(xié)議包括BACnetI/P、Modbus（ASCII、RTU、TCP、UDP）、OPCDA、1-wire、SNMP、SQL、HTTP、POP3、NMEA0183、MB

13、us、DNP3、OpenV、網絡攝像、vmsta（虛擬內存統(tǒng)計），底層則支持眾多硬件供應商開發(fā)和使用的專有協(xié)議。甚至支持虛擬數(shù)據源，可用于生成基準數(shù)據或測試。另外，依據規(guī)則添加新的協(xié)議。3城市感知中心的核心3.1物聯(lián)網網關傳感器信息交換與共享平臺主要包括協(xié)議轉換和控制模塊、協(xié)議適配模塊。協(xié)議轉換和控制層。這一層的模塊提供從感知網絡到電信網絡的協(xié)議轉換，將協(xié)議適配層上傳的標準格式的數(shù)據統(tǒng)一封裝，將廣域接入層下發(fā)的數(shù)據解包成標準格式數(shù)據；同時內建管理協(xié)議，實現(xiàn)與管理平臺的協(xié)議對接，實現(xiàn)管理協(xié)議的解析并轉換為感知層協(xié)議可以識別的信號和控制指令。位置信息融合模塊，可以對多源的位置信息執(zhí)行校準，也執(zhí)行泛

14、在信息與全息信息的融合，位置信息輸出模塊輸出統(tǒng)一的位置信息。協(xié)議適配層。定義標準的感知層接入標準接口，保證不同的感知層協(xié)議能夠通過適配層變成格式統(tǒng)一的數(shù)據和信令。位置信息提取模塊可以提取感知信息中的位置信息。3.2信息交換與共享平臺城市感知中心收集的感知數(shù)據，必須通過數(shù)據處理和交換，以服務形式，提供給智慧城市的應用服務。管理系統(tǒng)用戶分為管理員和普通用戶，管理員可以進行用戶管理以及其他模塊的管理，普通用戶只能擁有比管理員更小的權限。信息交換與共享平臺的功能模塊結構圖如3所示。其主要功能包括，觀察列表：快速準確評估系統(tǒng)的狀態(tài)，可以查看點設備詳細信息。圖形視圖：通過上傳背景圖片，可以通過圖片來關聯(lián)點

15、設備，顯示點設備信息。警報器：顯示用戶的操作，記錄用戶從登錄系統(tǒng)到退出系統(tǒng)的所有操作情況。報告：可以生成數(shù)據點的相關報，生成報告后，可以導出數(shù)據，導出事件，導出用戶注釋等。事件處理器：顯示新建的事件，包括點事件、定時事件、組件事件、數(shù)據源事件、發(fā)布者事件、系統(tǒng)事件和審計事件。數(shù)據源：在這里可以先選擇協(xié)議，再建數(shù)據源，保存之后可以建數(shù)據點。3.3物聯(lián)網控制臺智慧城市統(tǒng)一感知中心必須配置基于統(tǒng)一服務的城市物聯(lián)網控制臺，是城市運行狀況的信息匯聚點，中心控制臺可以全景式顯示城市系統(tǒng)運行狀況，可視化圖形和增強現(xiàn)實技術在信息空間中，完整的實時重現(xiàn)城市的活動。可以與城市應急指揮中心按照需求對接，相互支撐，確

16、保城市的健康、安全、平穩(wěn)的運行。借助移動互聯(lián)網能夠，城市感知中心可以授權手機、平板電腦，成為分級分區(qū)域的移動控制臺接入點。4城市感知中心的運維科學規(guī)范的智慧城市傳感網運行維護體系（見圖4）是信息化建設健康發(fā)展的保障。運行維護平臺建設主要包括設備資產管理、運行環(huán)境管理、安全管理、網絡管理、應用系統(tǒng)管理和數(shù)據中心管理等六部分內容。4.1設備資產管理系統(tǒng)主要包括硬件設備與感知設備日常維護；設備遷移、添加、更改；硬件性能測試；故障診斷及排除等。4.2運行環(huán)境管理系統(tǒng)運行環(huán)境管理為全市傳感網信息化工程所涉及到的重要機房內的動力、空調、防雷、消防、監(jiān)控、門禁等環(huán)境管理系統(tǒng)進行規(guī)范管理保障系統(tǒng)運行的高可靠性

17、。4.3安全管理系統(tǒng)為在系統(tǒng)網絡上建立比較完整的安全防護體系，為業(yè)務應用系統(tǒng)提供安全可靠的網絡運維環(huán)境；實現(xiàn)多級的安全訪問控制功能；實現(xiàn)對重要信息的傳輸加密保護；建立安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；建立系統(tǒng)網絡全方位的病毒防范體系。4.4網絡管理系統(tǒng)實時監(jiān)控網絡中發(fā)生的各式各樣事件，根據需要定制監(jiān)控的對象和內容，當出現(xiàn)預定義的故障或超出性能閾值時，將按照管理員指定的處理方式自動報警或動作處理，通過與幫助臺聯(lián)動，實現(xiàn)故障處理的規(guī)范化。4.5數(shù)據中心管理系統(tǒng)數(shù)據中心管理系統(tǒng)包括設備管理、資產管理、配置管理、變化管理、容量管理、備份管理、應急管理、安全管理、數(shù)據交換管理等?？梢粤私獍繕朔掌鞑渴瓠h(huán)境中的警報提示和歷史數(shù)據等，對系統(tǒng)的運行狀況進行各種統(tǒng)計分析。4.6應用系統(tǒng)的運行與維護主要包括日常基本維