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数字城市泛在感知体系白皮书

信息技术 2024-10-04 海纳云物联科技艳阳天Cathy

泛在感知体系建设背景

政策背景: 国家大力推动新型智慧城市建设，出台多项政策支持物联网和城市感知体系建设，如《国家物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023年）》、《“十四五”数字经济发展规划》等。
国内外现状: 国外智慧城市建设起步较早，如美国迪比克市和日本东京都，通过物联网技术提升城市管理和居民服务。国内智慧城市建设体系相对完备，如北京、上海、广州、成都、合肥等地已形成基于智能物联感知的城市感知体系。
问题与挑战:
- 数字基础设施引领不足，亟需统筹加快基础设施建设。
- 海量感知设备管理难，亟需提升统一接入管理能力。
- 感而不知现象仍然普遍，亟需提升数据融合与分析能力。
- 城市管理要求不断提升，亟需提供精细化管理有效抓手。

泛在感知体系建设目标

物联感知，智能设备快速接入: 建立统一、开放的物联设备接入协议规范，实现感知终端统筹共建，感知数据资源共享，具备统一标准、统一管理、广泛兼容、泛协议接入和行业使能等能力。
信息感知，海量数据标准化管理: 基于城市多源异构大数据进行治理和分析，具备标准化接入、自动化处理、智能化监控、知识化组织和自助化应用等能力。
事件感知，复杂场景精准识别: 基于AI算法，实现城市智慧政务、智慧交通、智慧安防、智慧园区等多领域、多场景的事件自动精准识别，具备算法快速生产、模型高效管理、资源智能调度和事件精准解析等能力。
交互感知，用户体验可视化展现: 通过1:1复原真实城市空间，在细度和广度上覆盖城市，对城市进行全面数字化建模，具备三维数据高效存储、模型轻量化处理和多源异构数据融合等能力。
决策感知，城市治理协同联动: 融合物联感知、信息感知、事件感知和交互感知等能力，打造数字城市泛在感知体系，具备城市运行一网统管、精准决策一屏统览、群众服务一网通办和公众出行一码通行等能力。

泛在感知体系建设架构

总体架构: 从上到下包含场（感知应用层）、云（感知平台层）、管（感知网络层）、边（感知接入层）和端（感知终端层）五层架构。
主要功能:
- 场-感知应用层: 横向打通各业务部门、纵向各层级的业务壁垒，全面感知城市运行体征，充分推进城市数据资源共享和集约整合。
- 云-感知平台层: 解决海量终端的连接和管理、海量数据的实时分析与处理，以及城市数据的可视化仿真呈现。
- 管-感知网络层: 将感知所采集的数据进行路由、传输与控制，主要涉及5G、蓝牙、NB-IoT、LoRa、Zigbee、红外等无线传输技术。
- 边-感知接入层: 实现对现场的数据采集、通信协议转换、数据传输，并用标准化的协议进行数据转发。
- 端-感知终端层: 通过多种手段对现场环境进行数据采集、检测、综合分析、自动识别终端目标属性并发送给感知接入层进行统一整理。
支撑功能:
- 安全保障: 确保泛在感知体系的可信、可管、可控和可靠，涉及网络安全、通信安全、接入安全和用户安全等方面。
- 能力集成: 将感知体系内分散、异构的应用和信息资源进行聚合，实现系统间业务数据的双向交换、业务处理流程等功能。
- 运行维护: 及时发现体系内存在的问题和不足，主动对潜在故障进行预警，保障业务的连续性，降低整个体系的运维成本。

泛在感知体系核心关键技术

智能传感监测: 实现高精度、高可靠性、高性价比和多功能化的城市环境感知监测。
5G移动通信: 提升网络传输效率，扩展感知体系的功能边界，提升数字城市的资源整合能力。
云边协同计算: 实现低延时、去中心化、高带宽和高安全可靠的信息处理。
IoT全场景接入: 有效整合碎片化的感知设备和资源，构建一个更为庞大、万物互联的物联网时代。
泛协议标准化解析: 解决设备孤岛、软硬开发强耦合等问题，降低物联网应用开发和快速复制的成本。
大数据实时计算: 用城市中的大数据来解决城市本身所面临的挑战，通过对多种异构数据的整合、分析和挖掘，并用数据结果来创造“人+环境+城市”三赢的结果。
多模态数据融合: 实现信息补充，拓宽输入数据所包含信息的覆盖范围，提升预测结果的精度，提高预测模型的鲁棒性。
跨媒体数据解析: 实现对城市全域多媒体数据进行跨部门、跨领域、跨层级的整合与分析，让数据帮助城市做思考、决策和运营。
实景三维重建: 获取准确、完善的城市三维空间信息数据，协同处理事故灾难、智能电网管理、智慧交通等。
时空数据处理: 打造统一的数字城市时空数据底座，解决数字城市场景应用中数据融合治理和开放共享难题。
时空云端渲染: 利用云流送技术实现三维应用的交互与实时访问。
城市信息模型: 实现数字城市感知体系中从建筑部件到城市环境的穿透管理，运用数据科学动态感知、监测、预警城市活动的影响，实现工程建设项目全流程三维数字化智能审批与管理决策。

泛在感知体系典型业务场景

数字应急:
- 城市生命线: 实现城市风险管理的三“清”四“能”，打造智慧安全管理新模式。
- 生产安全: 实现安全生产一端登录、安全生产一张图和安全生产一体管控。
- 自然灾害: 融合天网、空网、地网、人网，建设多网融合的林业立体物联网监控体系。
- 公共安全: 实现各种火灾隐患的早发现、早识别，建立“感知-评估-预警-处置-优化”的城市火灾防控能力智能优化提升系统。
数字市政:
- 智慧城管: 实现全息化城市运行感知、协同化城市运行监管、智慧化应用场景覆盖和可视化数据分析研判。
- 智慧镇街: 推进治理模式创新，实现镇街全局总览总控、全民参与、公众满意、产业经济融合发展、日常工作效率全面提升。
数字BIM/CIM:
- 智慧建造: 实现设计阶段节约工期、降低成本、安全质量整改100%闭环，机械设备运行风险降低36%、安全质量管理效率提升75%、劳务物料管理提升50%，提升企业、项目协同效率50%以上；运维阶段实现安防、能效、通行、环境、资产、设备设施等功能领域通过数据可视呈现的方式实施全局管理，宏观掌控，能耗综合减少61%，碳排放降低20%，人力成本减低90%，运维效率提升23%。
- 智慧楼宇: 夯实楼宇经济建设，筑牢数字安全防护屏障，促进数字资源优化配置，构建数字低碳节能场景。
数字社区/园区:
- 社区治理: 发挥党建引领，支撑精细管理，推动人人参与，赋能民生服务。
- 园区管理: 基于深耕多业态园区，打造九大应用场景全覆盖，实现数字智能化、运营信息化、服务平台化、园区移动化。