数字城市泛在感知体系白皮书

数字城市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，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，要求打造系统完备、高效实用的现代化基础设施体系，推进物联网新型基础设施建设，赋能数字经济发展和传统产业转型升级。
• 国内外现状: 美国和日本是智慧城市建设的先行者，分别以迪比克市和东京都为代表，利用物联网技术提升城市管理和居民生活品质。中国智慧城市建设起步较晚，但已形成相对完备的基于智能物联感知的智慧城市建设体系，部分城市如北京、上海、广州、成都、合肥等已开展城市感知体系建设，并取得一定成效。
• 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。

数字城市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，实现百万级以上设备接入和万级以上 TPS 并发数据采集，提供分权分域功能，满足细颗粒度的权限管理。
• 信息感知，海量数据标准化管理: 制定数据接口规范，实现数据的标准化接入、自动化处理、智能化监控、知识化组织和自助化应用。
• 事件感知，复杂场景精准识别: 基于视觉智能、语音智能、语义智能等 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。
• 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，将数据颗粒度细化到建筑内部，覆盖城市全面数字化建模，实现城市运行体征的可视化展现。
• 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，实现城市运行一网统管、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。

数字城市泛在感知体系建设架构

• 总体架构: 由感知应用层（SaaS）、感知平台层（PaaS+IaaS）、感知网络层、感知接入层和感知终端层组成，分别对应“场、云、管、边、端”五个层级。
• 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，形成感知体系的运行中枢，为数字城市泛在感知体系建设提供全方位的能力支撑，构建场景服务体系。
  • 云 - 感知平台层: 连接感知终端和感知应用层，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，包括网络安全、通信安全、接入安全和用户安全。
  • 能力集成: 实现系统间业务数据的双向交换、业务处理流程等功能，为跨场景的信息资源及业务功能的松耦合集成提供支撑能力。
  • 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。

数字城市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。
• 5G 移动通信: 提升网络传输效率，扩展感知体系功能边界，构建万物互联的物联网时代。
• 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架构。
• IoT 全场景接入: 有效整合碎片化的感知设备和资源，构建更为庞大、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: 实现跨媒体类人智能分析与推理，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: 将应用部署在云端运行，把运行结果用“流”的方式推送到各种终端呈现。
• 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: 包括城市生命线、生产安全、自然灾害和公共安全等场景，通过物联网、大数据、人工智能等手段，实现风险辨识、隐患排查、监测预警、应急处置等功能应用。
• 数字市政: 以道路、桥梁等市政基础设施的安全监测、养护管理为目标，通过对多源市政数据的汇集、处理、分析，实现运行状况监测、预测预警、养护管理、应急处置等应用。
• 数字城市治理: 包括智慧城管、智慧镇街等场景，通过信息化系统平台，为城市提供一体化、智能化、数字化的综合服务管理平台。
• 数字 BIM/CIM: 包括智慧建造、智慧楼宇等场景，以 BIM、数字孪生、大数据、物联网等技术为基础，实现城市建设的数字化升级和高质量发展。
• 数字社区 / 园区: 包括社区治理、园区管理等场景，通过 5G、AI、大数据、物联网等新兴技术，创建“平台 + 场景+ 生态”的园区经济新模式，实现智慧化设备的无缝连接，打造有智慧、有温度的现代化的运营管理体系。

泛在感知体系总结与未来展望

• 泛在感知体系将深度融入数字城市的建设中，元宇宙的出现将进一步打破城市空间的边界，推动城市治理朝着“虚实融合”的方向发展，给城市感知体系的建设带来更多的想象空间。
• 融合区块链技术，有可能使未来整个数字城市感知体系的建设，朝着更加可靠、可信，更加容易被接受的方向转变。
• 城市感知能力的数字化、智能化一定会迎来新一轮的发展机遇期。

关于海纳云

• 海纳云物联科技有限公司专注于数字城市建设，依托海纳云星海数字平台，打造城市大脑、数字应急与城市生命线、数字市政、数字 BIM/CIM、数字城市治理、数字社区 / 园区多个应用场景，赋能城市生活数字化、经济数字化和治理数字化转型。
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