终于有人把智慧城市和边缘计算说清楚了

0 1 背景

说到智慧城市，就不得不提到一家公司“IBM”（国际商业机器公司）。

为了应对金融危机，使企业取得更高的利润率，IBM公司将业务重点由硬件转向软件和咨询服务，并于2008年11月提出了“智慧地球”的理念，引起了美国和全球的关注。智慧地球分成三个要素，即“3I”：物联化、互联化、智能化(Instrumentation, Interconnectedness, Intelligence)，是指把新一代的IT、互联网技术充分运用到各行各业，把感应器嵌入、装备到全球的医院、电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道，通过互联网形成“物联网”；而后通过超级计算机和云计算，使得人类以更加精细、动态的方式和生活，从而在世界范围内提升“智慧水平”，最终就是“互联网+物联网=智慧地球”。

“智慧城市”是“智慧地球”从理念到实际、落地中国的举措。2009年，正当中国提出4万亿投资应对金融危机时，智慧城市这个议题引起了国内社会各界的极大兴趣。IBM公司抓住机遇，趁热打铁，在中国连续召开了 22场智慧城市的讨论会，与超过200名市长以及近2000名城市政府官员交流。智慧城市的理念得到了广泛的认同，南京、沈阳、成都、昆山等国内许多城市已经与 IBM进行了战略合作。为支持上海市政府举办世博会，IBM于2008年9月与上海世博局签署协议，成为中国2010年上海世博会计算机系统与集成咨询服务高级赞助商。在随后近两年的时间里，IBM整合全球资源，以“智慧城市”为核心理念，与世博局及相关客户和合作伙伴一起共同努力，积极支持，配合了世博会的建设工作。但是关于智慧城市，目前还没有统一的定义和解释。

0 2 智慧城市的定义

IBM给出“智慧城市”的定义为：运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求作出智能响应。IBM定义的实质是用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。

IBM“智慧城市”的理念把城市本身看成一个生态系统，城市中的市民、交通、能源、商业、通信、水资源构成了一个个的子系统。这些子系统形成一个普遍联系、相互促进、彼此影响的整体。在过去的城市发展过程中，由于科技力量的不足，这些子系统之间的关系无法为城市发展提供整合的信息支持。而在未来，借助新一代的物联网、云计算、决策分析优化等信息技术，通过感知化、物联化、智能化的方式，可以将城市中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施连接起来，成为新一代的智慧化基础设施，使城市中各领域、各子系统之间的关系显现出来，就好像给城市装上网络神经系统，使之成为可以指挥决策、实时反应、协调运作的“系统之系统”。智慧的城市意味着在城市不同部门和系统之间实现信息共享和协同作业，更合理的利用资源、做出最好的城市发展和管理决策、及时预测和应对突发事件和灾害。

国际电信联盟秘书长哈马德·图埃认为，每个国家的城市将会因为信息通信技术的应用，变得更加美好。国家信息化专家咨询委员会副主任、中国工程院副院长邬贺铨认为，智慧城市就是一个网络城市，物联网是智慧城市的重要标志。国际欧亚科学院院士王钦敏提出，智慧城市是充分利用信息化相关技术，通过监测、分析、整合、以及智能响应的方式，综合各职能部门，整合优化现有资源，提供更好的服务、绿色环境、和谐社会，保证城市可持续发展，为企业及大众建立一个良好的工作、生活和休闲的环境，它包括城市智能交通系统、城市指挥中心、能源管理系统、公共安全、环境保护等。两院院士、武汉大学教授李德仁形象的说法是：数字城市+物联网=智慧城市。

总之，智慧城市是以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式。智慧化是继工业化、电气化、信息化之后，世界科技革命又一次新的突破。利用智慧技术，建设智慧城市，是当今世界城市发展的趋势和特征。

0 3 愿景

在中国，智慧城市是城市化发展的高级阶段，智慧城市建设是推进符合中国特色的城市信息化样本，兼具战略和现实意义。智慧城市构想是创造“宜居、舒适、安全”的城市生活环境，要改善城市综合管理、经济建设、民生服务等方面，实现城市“感知、互联和智慧”。要实现这一目标，离不开先进和创新的技术支撑。

从铺设网络、装置传感器、搭建系统平台到实现数据全采集，边缘计算在智慧城市中有着丰富的应用场景。在道路两侧路灯杆上安装传感器，便于收集城市路面信息，检测空气质量、光照强度、噪音水平等环境数据。当路灯发生故障时能够即时反馈至维护人员。在大楼电梯内安装传感器，收集电梯载客人数、运行时间等信息，并将信息上传云平台，通过统计分析能够优化电梯运营、排查故障原因。在商业楼宇停车场内安装停车传感器，便于物业运营管理车位，同时司机也能通过第三方应用程序，根据传感器发来的信号获知空车位信息，后台车位信息的收集、分析及合理调度及基于停车现场的车位信息即时获取，构成了完善的停车传感器系统，一定程度能够缓解高峰期“停车难”的城市化难题。

 

0 4 边缘计算在智慧城市的优势

 

智慧城市的建设依靠单一的集中处理方式的云计算模型无法应对所有问题，需要多种计算模式的融合才可以解决这些问题。边缘计算模型可以把计算最大程度迁移到数据源附近的原则，用户需求在计算模型的边缘处理。边缘计算在智慧城市中有以下几方面优势：

 

海量数据处理：在一个人口众多的大城市中，无时无刻不在产生着大量的数据，而这些数据如果通通交由云中心来处理，那么将会导致巨大的网络负担，资源浪费严重。如果这些数据能够就近进行处理，在数据源所在的局域网内进行处理，那么网络负载就会大幅度降低，数据的处理能力也会有进一步的提升。

 

低延迟：在大城市中，有很多服务是要求具有实时特性的，这就要求响应速度能够尽可能的进一步提升。比如医疗和公共安全方面，通过边缘计算，将减少数据在网络中传输的时间，简化网络结构，对于数据的分析、诊断和决策都可以交由边缘结点来进行处理，从而提高用户体验。

 

位置感知：对基于位置的一些应用来说，边缘计算的性能要由于云计算。比如导航，终端设备可以根据自己的实时位置把相关位置信息和数据交给边缘结点来进行处理、边缘结点基于现有的数据进行判断和决策。整个过程中的网络开销都是最小的。用户请求得以极快的得到响应。

05 边缘计算助力智慧城市

随着城市交通数据量的增加，用户对海量交通信息的实时性需要也会随之提高。如果把数据全部传回云计算中心，将会出现带宽资源的浪费和延时等问题，但如果把数据在边缘服务器上进行实时分析和处理，便可根据路面实时状况和可用资源对用户做出相应指示。

边缘计算在智慧城市交通的应用不仅体现在智能交通的控制系统、车联网等上，还体在智慧城市运输和设施管理等基于地理位置的应用上，对于位置识别技术，边缘计算可以对基于地理位置的数据进行实时处理和收集，而不必再传送到云计算中心进行相应操作。在城市视频监控系统的应用上，可以构建融合边缘计算模型和视频监控技术的新型视频监控应用的软硬件服务平台，以提高视频监控系统前端摄像头的智能处理能力，进而实现重大刑事案件和恐怖袭击活动预警系统和处置机制。城市中照明、制冷、电器等的过度无序使用，造成电能的大量浪费，传统的人工控制的方式无法根据实际环境的需求实时有序地控制照明及制冷系统，造成即使没有人用灯也常亮、空调常开的情况，浪费了大量的能源，而通过边缘计算可根据实际环境和能效控制策略进行实时有序控制，实现精细化管理，并定期与云端同步。边缘计算在城市能效管理上的应用可以为之带来更高的可靠性和更低的能源消耗和维护成本，实现城市楼宇能效管理和智能路灯等。

边缘计算赋能的智慧城市典型应用包括智能电梯和智能照明。

　

 1、边缘计算能够实现电梯故障的实时响应。“梯联网”一般采用电梯传感器数据-远端APP-云端这条数据传输链路，该链路一旦意外中断，传感器边缘部件要相对独立且具备计算能力，而边缘计算使得这一能力能够开放给专业的电梯解决方案供应商。　

　

 2、边缘计算能够确保实时数据本地存活。“梯联网”中上云很重要，但与云的链路一旦中断，就需要边缘网关能够具备处理本地事务的机制，将数据实时存在网关上，待网络恢复后上传。　　

 3、边缘计算能够实现数据聚合。电梯传感器每天采集的信息量及其庞大，边缘计算能够确保部分数据及时聚合处理，无需与云建立连接，上传云端。

06 结论

智慧城市的建设依靠单一的集中处理方式的云计算模型无法应对所有问题，需要多种计算模式的融合才可以解决这些问题。边缘计算模型可作为云计算中心在网络边缘的延伸，能够高效地处理城市中任意时刻产生的海量数据，更安全地处理用户和相关机构的隐私数据，才能帮助政府更快更及时地作出决策，提高城市公民的生活质量。

参考资料：

施巍松，孙辉，曹杰，张权，刘伟， 《边缘计算：万物互联时代新型计算模型》

张永民， 《智慧城市总体方案》

王宏宇， 《边缘计算在智慧城市中的应用》

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