智慧城市(李德仁)

论智慧城市：概念，支撑技术与应用李德仁院士武汉大学2013.9.28武汉2013年中国地理学会（华中区）学术年会主要内容1智慧城市的概念2智慧城市支撑技术3智慧城市的主要特性4智慧城市时代的空间基础设施5智慧城市的应用6结论与展望–智慧城市是在数字城市建立的基础框架上，通过物联网将现实世界与数字世界进行有效融合，自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状态和变化，由云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制，为城市管理和公众提供各种智能化的服务–智慧城市是智慧地球的重要组成部分一、智慧城市的概念智慧城市=数字城市+物联网+云计算CyberphysicspaceCyberspace智慧城市的发展历程1993199820062008“信息高速公路”的提出标志着城市信息化建设开始起步数字城市信息化城市智慧城市“数字化舒适社区建设”标志着城市信息化开始步入“数字城市”建设新阶段IBM提出了“智慧城市”新理念，标志着城市信息化开始迈向“智慧城市”建设新阶段物联网、云计算等新一代信息技术对城市信息系统的综合集成与整合应用“智慧城市”的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相承，但更注重信息资源整合集成，更强调城市管理协调统筹，是信息化城市和数字城市建设的更高级阶段城镇化低炭工业化绿色信息化可持续利用后发优势，实现中国梦中国智慧城市的动力与目标智慧城市1、数字城市相关技术2、物联网技术3、云计算技术二、智慧城市的支撑技术智慧城市=数字城市+物联网+云计算（1）天空地一体化的空间信息快速获取技术（2）海量空间数据调度与管理技术（3）空间信息可视化技术（4）空间信息分析与挖掘技术（5）网络服务技术二、智慧城市的支撑技术1、数字城市相关技术空天地对地观测地面传感器：本世纪将达到上百万个在轨运行卫星：美国160多颗，我国到2020预计120-140多颗航空观测平台：无人机、飞艇、气球等日益增多海量空间数据调度与管理数字城市示范应用建设基础地理数据三维模型数据街景影像数据全景影像数据正射影像数据专题数据数据层注册中心公共平台元数据目录管理数据成果发布地理信息公共平台数据中心服务共享二次开发接口旅游、文物管理示范应用国土、规划、城管及公众示范应用示范应用4+1倾斜相机城市3维建模空间数据可视化(地上地下3D)物联网能够实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通二、智慧城市的支撑技术2、物联网技术智慧应用面向服务的中间件物理接入网络智能传感网服务共享服务接入网络传感器网络物流新能源智慧交通智慧景区智慧医疗智慧环保数据服务功能服务注册服务目录服务RFID其他IP架构传感器手机平板电脑笔记本电脑路由器ApplianceMobile•Audio•VideoCommuni-cation•Multi-purpose•Office•Education•Retail•Hospitality•Healthcare•Grocery•Airports•Stadiums•DataCentersCommercial/InstitutionalIndustrial•Process-SemiFabs-Chemical-Pharma-Refining•Pulp/Paper•Discrete•BatchLegislaturePublicInfra-structurePublicSafety•Docs•Records•Voting•Polling•Other•Equip.&personnel-Water-Wastewater-Other•Equip.&personnel-Police,-Fire-RegulatoryDevices:Votingboothsinformationcards,Scanners,Publicinfrastructure,etc.Lab•Watertreatment•Buildingenviron.•Generalenviron.ResidentialVehiclesPersonnelMaterial•Land•Air•Sea•People•Machines•Weapons•Supplies•OtherDevices:Weapons,Vehicles,Soldiers,Unmanneddrones,etc.Security/Surveillance•Radar/Satellite•Environment•Generation•TransmissionSupplyDemand•Distribution(Utility)•Residential•Industrial•CommercialDevices:Centralplants,Distributedresources•Singlefamily•Multi-familyEntertainment•Audio•Video•GamingDevices:TVs,VCRs,DVRs,Dishwashers,Washer/Dryers,Refrigerators,Lights,Computers,etc.Devices:HVAC,VerticalTransport,Fire&Safety,Lighting,Security&Access,etc.•Laundry•Kitchen•Environmental•Information•Lighting•Security•ClimateBuildingsConsumerIndustrialHealthPowerRetailTransportationGovernment/Security•Complexmachines•Simple/standardmachinesPOSInfrastructure•In-store•Remote•Displayequipment•Dist.centers•ShoppingcentersDevices:POSterminals,Tags,Cashregisters,Paymentterminals,Signs,etc.Signage/DisplayLabMisc.Infrastructure•Processequip.•Productdiagnosis•Facilitymgmt.•Infrastructure•Cars/trucks•Aircraft•Watercraft•ConstructionVehiclesInfrastructure•Fuelingstations•Nav.systems•Trafficcontrol&Hwaysys.Devices:Vehicles,Roads,Gasstations,Signage,etc.MachineControlElectronics/SemiconIndustrialProcessControl•Complexmachines•Simple/standardmachines•Semicon-Semitools-Waferhand-Testsystems•Electronics-T&M-Comp•Placement&boardassbly•SCADA•Instrument/sensor•CDSDevices:Pumps,Valves,Vats,Conveyors,Pipelines,Motors,Drives,Switches,Machines,etc.•POC•Labdiagnostics•Point-of-Care•ER•MobilePOC•Implants•POC•POC•LabfacilitiesDevices:MRIs,PDAs,Implants,Surgicalequip.,Pumps,Monitors,Telemedicine,etc.LabHospitalDoc.Office/CarefacilityHome/InVivo无所不在的物联网7trillionwirelessdevicesserving7billionpeopleby2017（国际权威机构预测）二、智慧城市的支撑技术3、云计算技术社会化、集约化和专业化•云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供。云计算支撑信息服务社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。云计算促进了软件开发商之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算，为智慧城市时代为机器增加了可以思考的大脑。智慧城市需要依托数字城市建立起来的地理坐标和城市中的各种信息（自然、人文、社会等）的内在有机联系和关系，并在此基础上增加实时传感、控制以及分析处理的功能三、智慧城市的特性1、智慧城市建立在数字城市的基础框架上智能传感网云计算智能处理智能控制网三、智慧城市的特性智慧城市=数字城市+物联网+云计算2、智慧城市包含物联网和云计算智能安全网采集数据并交由云计算进行实时分析和处理，获得详尽而准确的数据和决策信息，并将其实时推送给需要这些信息的用户三、智慧城市的特性以用户为中心3、智慧城市面向应用和服务以计算机为中心以网络为中心随着传感器和控制器种类和数量的不断增加，将与电子世界的纽带直接融入到现实城市的基础设施中，自动地控制相应城市基础设施，自动监控城市的空气质量，交通状况等三、智慧城市的特性智慧城市4、智慧城市与现实城市融为一体现实世界电子世界+网络应具备维护动态路由的功能，保证整个网络不会因为某些节点出现故障而导致整个网络瘫痪三、智慧城市的特性5、智慧城市能实现自主组网和自维护自主组网自维护将手机接收到的导航卫星信号与其他定位相关的传感器信息传输到云计算中心，通过实时解算，实现室内外高精度的手机连续位置定位(分米级精度)四、智慧城市时代的空间基础设施1、位置云地理国情监测员,灾情报告员,森林调查员,地质勘测队员,土地调查员,城管员,公安交警人员等国家公务员和广大手机用户智能手机WLAN无线信号蜂窝网络&无线数字电视信号蓝牙RFID/NFC加速度计陀螺仪手机摄像头电子罗盘传感器卫星定位系统基于卫星定位基于无线信号定位基于传感器定位混合定位1、位置云•北斗位置云公共服务平台四、智慧城市时代的空间基础设施1、位置云25Galileo系统星座全球卫星导航系统GPSGalileoCOMPASSGLONASS实时单点定位,精度:4-20米中国北斗导航系统“Beidou”SatelliteNavigationSystemDiagram基础系统20072009201020112012时间/年初始运营服务全面运营服务我国分别于07年和09年分别发射了第一颗和第二颗北斗导航卫星，2010年发射第三到七颗卫星，2011年发射了第八到十颗卫星。2012年，已由4枚运载火箭发射6颗北斗卫星。两次发射4颗中地球轨道卫星首次完成中/高轨道卫星的双发射现共有14颗正在运行的轨道卫星中国北斗全面运营服务★2012年12月27日，北斗系统对中国及周边地区正式提供全面运营服务。★国务院新闻办公室举行了北斗系统新闻发布会，正式公布了“北斗”系统空间信号接口控制（ICD）文件。中巴双方代表中巴双方代表中巴双方代表中巴双方代表中巴双方代巴双方代表定位精度:水平方向10米;垂直方向10m测速精度:大于0.2m/s授时精度:50纳秒（单程）短报文通信广域差分&地基增强覆盖的亚太范围地区实时精密定位性能分析定位模式模糊度固定成功率初始化时间（秒）内符合精度/m（平均）外符合精度/m（平均）平面高程平面高程GPS双频+BDS三频100%5.760.0040.0180.0100.036GPS双频+BDS双频80%27.460.0030.0150.0110.042BDS三频83%16.400.0070.0200.0130.052BDS双频40%50.780.0030.0150.0140.045GPS双频44%40.280.0060.0210.0120.048北斗地基增强系统湖北示范验证总体目标：通过地面基准