智慧城市建设的三个架构概念

智慧城市利用物联网来改善消费服务体系并优化城市基础设施。 在智慧城市中，司机会自动收到关于停车位的通知，不需要去搜索; 垃圾箱会“告诉”卡车司机什么时候需要收集垃圾; 智慧交通信号灯会根据实时交通自动调整红绿灯时序，大大减轻拥堵。

这些场景都是物联网的应用实例，但整个物联网系统是怎样操作的呢?在本文中，我们将回答这个问题，揭示智慧城市运作的组件，并展示智慧城市的架构概念。

智慧城市建筑的背景

在设计智慧城市架构时，我们必须清楚地了解它将融入的环境以及它将与之互动的人。 考虑到这一点，我们制定了一个三维架构概念，包括：

物联网的智慧城市平台

服务管理解决方案

公民门户网站

这三个架构将全面帮助城市处理大规模数据流，自动化服务请求，并创建一个城市居民参与社区。 现在让我们详细介绍一下细节。

物联网的智慧城市平台

智慧网络

作为一个完整的物联网系统，智慧城市配备多种多样的传感器和执行器的智慧设备。 传感器收集数据并将数据传递到云端进行处理。例如，连接路灯的传感器感测明暗度，安装在垃圾桶中的传感器感测垃圾量，路面传感器感测平均交通速度等。执行器则控制命令的执行，例如改变红绿灯，开关灯等

本地网关

传感器收集的数据需要通过本地网关传递到云端 ，它们在将数据传递到云之前对数据进行预处理和过滤，它们还将控制应用程序的命令传送到设备的执行器。 此外，通过本地数据库，即使云连接失败，现场网关也可以对紧急情况做出相应的应对。

云网关

云网关解决安全问题并确保本地网关和云之间的数据安全传输。 它通过加密保护数据，防止未经授权的访问和拦截，并促进不同协议之间更具兼容性。

流数据处理器

在智慧城市里，数据由数千个传感器连续不断地传输生成，这些传感器同时发送数据记录。 流数据处理器能够在接收数据时直接对该数据起作用，直接将数据传递给控制应用程序并将其加载到数据库。

数据库

数据库是以原始格式存储数据的数据存储库。 当需要数据来辨别一些事物的价值时，将从数据库中提取相关资料，结构化并加载到大数据库。

大数据库

如果将数据视为一定量的水，那数据库就是一个大型存储池，而大数据库是包装好的洁净水的数量。大数据库包含有关连接事物的结构化数据，例如：设备的安装位置和时间，以及控制应用程序发送给事物执行器的命令。大数据库使传感器数据被重复使用，它允许智慧流量或智慧环境等不同的智慧城市服务访问或使用相同的数据集。

数据分析

数据分析师使用数据来分析传感器数据集，以便获得有意义的信息。为了使分析结果更易于理解，可以借助数据可视化工具对其进行可视化处理。数据分析和可视化工具通常集成到仪表板应用程序中，可在单个屏幕上显示数据，并可在接收到新信息时实时更新。

数据分析师可使用数据分析工具来监控流量性能，减少事故，识别潜在的犯罪现场等。例如，使用数据分析工具监控一段时间内的城市流量，可以揭示整个城市的流量分布模式，在缓解拥堵，尾气排放和噪音等方面取得重大进展。

机器学习

机器学习算法用于揭示隐藏的相关性，并基于这些相关性构建预测模型。

这些模型决定了连接事物对某些条件的反应。如果输出动作与预期的不同，则对它们进行修改和再次测试，直到它们按预期运行。 然后模型被控制应用程序使用，控制应用程序将基于模型的命令发送到事务执行器。

例如，ML可以应用于流量管理解决方案。 随着时间的推移监控流量，ML算法创建了整个城市的流量分布模式。 基于这些模式，城市可以检测到交通负荷最重的区域，并采取调整红绿灯时间，重新规划交通路线等措施在没有人为干预的情况下减轻这些区域的拥堵。

控制应用

控制应用程序可以基于规则和机器学习。

基于规则的控制应用程序使用手动编程的规则。这样，规则中的变量将替换为传入的数据记录，如果数据满足规则中定义的条件，则触动输出操作。

城市使用交通管理解决方案来识别和缓解拥堵。 为此，流量管理平台用户定义了一个速度阈值来表示存在拥塞，例如，如果平均流量速度低至9英里/小时，则规则识别拥塞并采取输出动作——改变交通信号灯。

基于机器学习的控制应用程序通过应用机器学习算法创建模型。

用户应用

通过用户应用程序，用户可以发送指令来控制应用程序并接收通知和警报。 例如，用户应用可以在停车位空出时接收通知。 驾驶员还可以使用该应用程序查看该区域的停车位地图，支付停车费，以及延长停车时间。

服务管理解决方案

服务管理解决方案有助于及时解决用户的服务请求。 服务管理解决方案从电子邮件，在线社区，社交媒体，网络聊天等渠道收集公民的请求，自动创建案例并将其分配给代理。

例如，如果公民注意到交通信号灯发生故障，他们可以使用移动应用程序拍摄照片，输入其他信息，在地图上标记位置并报告案例。 服务管理解决方案接收并处理用户的请求，创建案例并自动通知现场工作人员。

公民门户网站

智慧城市的目的不仅仅是自动化，而是让公民的生活更美好。这就是为什么如果没有公民门户网站，智慧城市基础设施就不完整。公民门户为城市管理，员工，现场工作人员和公民创造了一个共同的空间。

一个成功的公民门户网站应该满足城市居民的需求，用户的需求是很重要的。

通常，用户希望：

及时回答他们的问题。

能够看到他们的请求和活动的状态。

快速访问所需信息。

留下反馈和建议。

报告故障和文件案例。

例如，芝加哥市创建了一个公民门户网站，公民可以在网站上报告智慧城市中设备的故障，访问知识库以查找有关连接设备如何工作的信息，查看连接设备的安装位置以及哪些信息已经输出，此外，市民可以查看道路封闭，破碎的路灯，坑洼等的实时地图。

结语：关于物联网的智慧城市发展，需要一个基本的智慧城市平台，包括：

用于收集数据的智慧网络。

用于促进数据收集和压缩的本地网关。

云网关，用于确保安全的数据传输。

流式数据处理器，用于聚合大量数据流并将其分发到数据库和控制应用程序。

用于存储其值尚未定义的数据的数据库。

用于存储处理和结构化数据的大数据库。

用于分析和可视化传感器收集的数据分析工具。

基于长期数据分析自动化城市服务的机器学习，并找到提高控制应用程序性能的方法。

控制应用程序向命令执行器发送命令。

用于连接智慧物品和用户的应用程序

此外，为确保在对公民健康构成威胁之前发现问题，需要一个服务管理解决方案。最后，为了吸引公民并创造便利的沟通空间，公民门户网站至关重要。