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新一代信息技术打造“智慧城市”未来蓝图

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随着我国城市的建设快速发展和机动车保有量的急剧增加,城市交通供需矛盾日益突出,交通拥堵、交通事故、交通污染日益严重,我国城市化进程正面临着巨大的机遇和挑战,如何不断提高城市发展水平和产业竞争力,全面提升城市生活品质,解决城市发展中的交通、安全、能耗等问题,已成为关键。“智慧城市”顺应了当前全球先进城市发展演进和技术变革的时代潮流,是当今世界推进战略性新兴产业和城市信息化进程中的前沿理念,是我国新一轮城市发展与转型的客观要求,是提升城市品质和竞争力的必然途径,也是更好地保障和改善民生的重大举措。建设智能交通体系是智慧城市建设中不可或缺的重要内容之一。

智 慧 城 市

智慧城市 的出现,既是这一时代偶然的现象,也是时代发展的必然。2010 年美国著名跨国公司 IBM 在“智慧地球”的基础上,首先提出“智慧城市”的概念。陆续衍生出智慧交通、智慧医疗、智慧社区、智慧建筑等概念,甚至大有言必“智慧”的趋势。然而,很少人能够准确理解其真实内涵,各国学者对智慧城市的认识也是千差万别,大都未能在一个更广阔的视野和社会经济背景下认识智慧城市的本质。随着知识经济的到来,“智慧”在人们的理解中逐渐被赋予了新的内涵,“城市”同样也被赋予了新的内涵。从现有对于智慧城市的认识来看,不难发现目前对于智慧城市的定义,体现在技术和社会知识两方面,包含了几个共同的要素,即创新、知识、物联网、互联网以及云计算。其中运用得比较广泛的定义是:基于新一代信息技术营造有利于创新涌现的、生态的,实现全面感知、广泛互联、智慧融合应用的以及可持续创新的,信息化城市发展的高级阶段。这一定义比较全面地体现了智慧的技术特征,但主题不够明确、鲜明,具有一定局限性。

笔者认为智慧城市的科学内涵应该是:以知识与知识资本广泛应用为特征,以互联网、物联网和云技术等新一代信息技术为手段,构建以人为本的和谐智慧环境为目标,整合城市人才、设施、资源等要素,服务于社会经济生活的新型城市。简单地说,就是基于知识产品和知识资本市场智能交换与应用的城市。

未来蓝图的三项关键技术

智慧城市的核心是主要利用新一代信息技术,以一种更智慧的方法来改变城市交通运行方式,提高市民出行效率。当下物联网、云计算、大数据、车联网等新一代信息技术正掀起技术革命,深刻改变着经济社会

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车联网

目前,“物联网”一词已经越来越多地进入人们的生活,物联网已成为继计算机、互联网与移动通信网之后的第三次信息产业浪潮。

顾名思义,物联网就是物物相连的互联网,一个覆盖世界上万事万物的互联网。物体通过装入无线射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统(GPS)等信息传感设备,按约定的协议与互联网相连,形成智能网络,物品间可自行进行信息交换和通信,管理者通过电脑或手机,可实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网相对于我们所熟知的互联网来讲,具有两个明显的特点:一是虽然物联网的核心和基础是互联网,但其是互联网基础上的延伸和扩展;二是物联网突破了现有互联网的局限,将用户端延伸和扩展到了任何物品,进行信息交换和通信,是“物物相连的互联网”。

车联网概念引申自物联网(internet of things),根据行业背景不同,对车联网的定义也不尽相同。传统的车联网定义是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术,实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用,并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。

随着车联网技术与产业的发展,车联网的内容越来越丰富,已经超过了上述概念所涵盖的范畴。根据车联网产业技术创新战略联盟的定义:车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,按照约定的通信协议和数据交互标准,在车-X(X:车、路、行人及互联网等)之间,进行无线通信和信息交换的大系统网络,是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络,是物联网技术在交通系统领域的典型应用。

在车联网中,专用短程通信(dedicated short range communication, DSRC)系统通过车与车和车与路边单元之间进行通信,可为车辆提供路面信息与自适应导航等服务,保障了车辆行驶的安全性。此外,DSRC 还可以实现高速公路的不停车收费、城市道路多车道自由流等功能,极大地提高了交通运输效率,其与其他无线通信技术的比较见表1。

表1 DSRC 技术和其他无线通信技术的比较

车载专用短程无线通信主要由车载设备和路侧设备组成,车载设备置于车辆内,由无线通信和应用处理系统等组成;路侧设备安装于路侧,通过无线电信号与过往的车辆通信,由无线通信和应用处理系统等组成,并有固定链路与路侧系统进行数据交换。其中,最为关键的是车路协同与安全技术。车路协同系统结构见图1。

图1 车路协同系统结构

由图1可见,实现车路协同应以车路信息获取与交互技术、车路信息综合集成与服务技术和车路协同控制技术为基础,例如:基于浮动车数据(floating car data, FCD)的交通状态信息采集方法、基于路链的交通信息表达体系、全信息条件下智能化、递阶分层的交通信息服务系统(实现基于混合交通信息融合与一体化集成的交通状态综合监测)、智能车载和智能路侧技术(实现车辆运行安全监控与预警)。

综上可以看出,车联网改变了传统智能交通系统的通信模式,以更直接的方式帮助信息产生、传播和消费,将成为未来智能交通系统的核心组成部分。但是,现有的研究与应用,距离真正实现车联网中最重要的V2V 和V2I 通信管理有很大差距,基于传统理论和技术难以有效解决车联网系统以安全为主的核心问题。因此,掌握了车联网中V2V 和V2I 通信核心标准与技术,就可能在车联网产业链中居于主导地位。

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云计算技术

提供资源的网络被称为云。而基于互联网的相关服务的增加、使用和交互模式被称作云计算,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物,具有超大规模、虚拟化、高可靠性、高可扩展性、按需服务、潜在危险性等方面的特点。云计算使计算分布在大量的分布式计算机上,而非本地计算机或远程服务器中,企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能根据需求访问计算机和存储系统,将有限资源放在需要的应用上。目前云计算主要应用于“云物联”“云安全”“云存储”“云游戏”“云服务”等方面。与传统模式相比,云计算具有如表2所示特点。

表2 云计算与传统模式特点比较

云计算在国际上应用的现状可以分成以下三个层面:

第一个层面是公共层面, 典型案例是谷歌搜索,以及谷歌所提供的Gmail。这些是公共商业服务,用广告支撑,基本模式是免费,不过部分是付费的,云计算互联网服务模式是以公众服务为主。

第二个层面,就是软件或资源作为服务的典型, 两个典型是斯达康和CRM典型的经营商。由于客户关系管理是非常大的,对于小企业,可以通过定制若干个模块,把企业的客户全部关系装载其中,不用自己去运营系统。通过租用亚马逊的资源,可以得到所需的网络消息服务和交易服务的存储资源。

第三个层面,像微软和IBM 这样的企业,它们为企业级的应用提供非常大的便利。 企业级的应用不仅仅针对互联网企业,像传统大企业如宝洁公司、通用电气、波音等。这样的企业也有大容量的计算需求,例如波音公司的一个设计项目,模拟飞机翅膀的运行需要一万台电脑,但是通过购买云计算服务就不需要自身购置一万台电脑,避免了极大的浪费。企业级云计算应用即便企业能够利用新的技术、更低的成本来管理它的应用,所以其市场广阔。

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大数据技术

随着社交网络的逐渐成熟,移动带宽迅速提升,云计算、物联网应用更加丰富,更多的传感设备、移动终端接入网络,由此数据产生增长速度比历史上的任何时期都要多、都要快。大数据的产生突破了量变到质变的飞跃,催生了许多新业态,也加速了大量传统行业的商业模式转型。

大数据技术描述了新一代技术和构架,以经济的方式,以高速的捕获、发现和分析技术,从各种超大规模的数据中提取价值,而且未来急剧增长的数据迫切需要寻求新的处理技术手段。大数据技术就是从各种类型的数据中快速获得有价值信息的技术。大数据领域已经涌现出了大量新的技术,它们成为大数据采集、存储、处理和呈现的有力武器。大数据处理的关键技术一般包括:大数据采集、大数据预处理、大数据存储及管理、大数据分析与挖掘、大数据展现和应用(大数据检索、大数据可视化、大数据应用、大数据安全等)。

《交通运输前沿技术导论》

作者:冉斌,张健

责编:李涪汁,曾佳佳

北京:科学出版社,2017.7

ISBN:978-7-03-054057-7

《交通运输前沿技术导论》 结合新兴的物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联网等技术,以智慧交通为核心,结合世界范围内交通运输前沿技术及发展趋势,在深入分析国内交通运输行业发展的基础上,重点针对智能交通运输系统的体系框架、信息平台、车联网技术及智慧高速公路应用实践等方面,介绍交通运输的相关前沿技术。

本书紧密围绕交通前沿技术内涵,结合国内外研究进展及应用实例,基于多学科交叉理论研究与探索,形成一系列的交通运输前沿技术成果。通过对智能运输系统、智能交通管理信息平台、车联网技术、智慧高速公路以及物联网、云计算、大数据与交通前沿技术的详细论述,旨在阐明通过交通前沿技术在交通领域中的充分运用及发展,建立一种实时、准确、高效、安全、节能、环保的智慧交通系统,致力于培养满足交通行业未来发展所需的复合型高端人才。


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