智慧小镇的体系架构是什么?

理念及定位

智慧小镇是智慧城市理念在特色小镇建设中的延伸和拓展。智慧小镇是以互联网、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在特色小(城)镇的应用实践。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,建设智慧小镇,是未来特色小(城)镇发展的趋势和特征。

“智慧小镇”的理念就是把小镇本身看成一个生态系统,镇中的居民、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。在过去的城镇化发展过程中,由于科技力量的不足,这些子系统之间的关系无法为小镇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,可以将小镇中的物理基础设施、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,使镇中各领域、各子系统之间的关系显现出来,就好像给小镇装上网络神经系统,使之成为可以指挥决策、实时反应、协调运作的“系统之系统”。

智慧小镇总体架构

智慧小镇参考模型如下图所示,模型核心部分从小镇信息化整体建设角度,提出了所需要具备的层次要素和支撑体系,参考模型的顶层包含了智慧小镇的目标建设、服务对象,服务对象具体包括了小镇社会公众、小镇商户、企业用户和政府管理决策用户,不同的访问渠道将以服务对象为中心,统一在一起,实现多渠道统一接入。纵向是支撑智慧小镇建设的基础保障体系,体现在不同背景条件下对小镇建设、管理、运营和服务所产生的重要的支撑作用,对小镇各个层次要素的建设具有约束关系。

保障管理层

智能小镇安全保障体系主要包括信息安全保障体系、建设及运营管理体系、政策标准规范保障体系。

1.安全保障体系

智慧小镇建设需要完善的安全保障体系,以提升小镇基础信息网络、核心要害信息及系统的安全可控水平,为智慧小镇建设提供可靠的信息安全保障环境。从技术角度看,信息安全保障体系重点是构建统一的信息安全保障平台,实现统一入口、统一认证,涉及各横向层次。

2.建设及运营管理体系

智慧小镇的建设及运营管理体系是智慧小镇建设顺利推进的重要保障,包括建设、运行和运营管理三个方面,确保信息化建设促进小镇基础设施智能化、公共服务均等化、社会管理高效化、生态环境可持续以及产业体系现代化,以全面保障智慧城市规划的有效实施。

3.标准规范体系

标准规范体系包含智慧小镇建设中整体所需的标准体系以及建立保障智慧小镇建设和运行的政策法规,指导和规范智慧小镇的整体建设,确保智慧小镇建设的开放性、柔性和可扩展性。

感知层

智慧小镇的感知层主要提供对小镇环境的智能感知能力,以物联网技术为核心,通过芯片、传感器、RFID、摄像头等手段实现对小镇范围内人与物的全面感知。

智慧小镇的感知对象主要包括小镇居民和个体,以及各种有形与无形的小镇组成部分,其中智慧小镇的组成部件有,基础设施如道路、桥梁、轨道、水网、电网、管线、堤坝等;基础实体,如厂房、住宅、学校、街区、广场、公园等;基础服务体系,如交通、物流、警务、城管、供电、医疗、教育等;小镇资源与环境,如地表、地质、河流、湖泊森林、山丘、空域、天气等。

1.感知层主要技术应用

射频识别(RFID):射频识别系统通常由电子标签和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的标识物体信息的电子数据,是未来几年代替条形码走进物联网时代的关键技术之一。该技术具有一定的优势:能够轻易嵌入或附着,并对所附着的物体进行追踪定位;读取距离更远,存取数据时间更短;标签的数据存取有密码保护,安全性更高。

传感技术:从自然信源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别。传感器负责实现物联网中物、物与人信息交互。传感技术作为一种全新的信息获取和处理技术,利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理信息,以满足无线多媒体传感器网络多样化应用的需求。

智能嵌入技术:以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

2.感知层感知方式

智慧小镇感知方式可分为四类,(1)身份感知:通过条形码、RFID、智能卡、信息终端等对物体的地址、身份等静态特征进行标识;(2)位置感知:利用定位系统,和无线传感网络技术对物体的绝对位臵和相对位臵进行感知;(3)多媒体感知:通过录音和摄像等设备,对物体的表征其运动状态进行感知;(4)状态感知:利用各种传感器及传感网对物体的状态进行动态感知。智慧小镇通常结合身份、位置、多媒体和状态感知等多种相结合的感知方式。

网络通信层

网络通信层智慧小镇总体架构的中间环节,是架设在感知层与应用层之间的桥梁,主要负责信息的传输,网络层是基于现有的通信网络和互联网基础上建立起来的,综合多种通信技术,实现有线与无线的结合,宽带与窄带的结合,感知层与通信网的结合,按照智慧小镇的特征与发展目标,网络成具有泛在化的能力,不仅构建无处不在的网络,而且为智慧小镇的运营主体,提供随时随地的服务。

智慧小镇的网络通信层主要目标是建设普适、共享、便捷、高速的网络通信基础设施,为小镇信息的流动、共享和共用提供基础。本层重点是互联网、电信网、广播电视网以及三网之间的融合(如:移动互联网),从而建设小镇大容量、高带宽、高可靠的光网络和全城覆盖的无线宽带网络。

关键技术支撑

智慧小镇的建设需要技术创新、民众意识、政府管理等各方面共同作用,而其中技术创新是建设智慧小镇的基石。“信息”是智慧的核心,因此“信息技术”是支撑智慧小镇的核心技术。结合对智慧小镇关键能力的分析,在智慧小镇建设中,物联网、云计算、大数据、移动互联网、空间信息技术能够为构建智慧小镇信息系统提供技术支撑。

1.云计算技术

云计算(cloud computing)是一种可以随时随地方便而按需地通过网络访问可配置计算资源(如网络、服务器、存储、应用程序和服务)的共享池的模式,这个池可以通过最低成本的管理或服务提供商交会来快速配置和释放资源。

云计算是战役中基于互联网模式的计算,是分布式计算和网格计算的进一步延伸和发展,是随着互联网资源配置的变迁逐渐形成的。计算机交互服务一度未能脱离硬件的桎梏,指导出现了基于虚拟化的云计算,软件和交互服务才完全与硬件无关,同事也无需关心硬件的维护。

2.物联网技术

物联网利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知、识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

物联网的网络架构可以分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层对物理世界感知、识别并控制。网络层实现信息的传递。应用层在对信息计算和处理的基础上实现在各行业的应用。

物联网的关键技术包括传感与RFID融合技术、识别与环境感知技术、物联网节点及网关技术、物联网通信与频管技术、物联网接入与组网技术、物联网软件与算法、物联网交互与控制、物联网计算与服务等。物联网的应用渗透智慧城市的方方面面,可以为智慧小镇信息系统的感知和控制提供全面支持。

3.大数据技术

大数据是指无法在一定时间内用常规软件工具对内容进行抓取、管理和处理的数据集合。随着城市信息化建设的深入,许多政府部门和企业积累了海量的数据资源,迫切需要利用大数据技术对这些数据资源进行处理、分析和挖掘,提供政府部门的行政管理和公共服务水平,提高企业的生产经营管理水平,使海量的数据资源转化成巨大的社会财富。

智慧小镇建设中由海量传感器组成的物联网将不断地采集海量的数据,而这些大数据需要经过存储、处理、分析后才能充分用于各类应用。

4.移动互联网技术

移动互联网就是移动通信与互联网的集合。移动互联网是一种通过智能移动终端,采用移动无线通信方式获取业务和服务的新型业务。

移动互联网是一个全国性、以宽带IP为技术核心的,可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络。它将移动通信和互联网二者结合起来, 继承了移动随时随地随身和互联网分享、开放、互动的特点,逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域。短信、铃图下载、移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、位置服务等丰富多彩的移动互联网应用迅猛发展,正在深刻改变信息时代的社会生活。同时在互联网络基础设施完善以及3G、移动寻址技术等技术成熟的推动下,移动互联网也将迎来发展高潮。

5.空间信息技术

空间信息技术的一个显著的特点是地理空间的可视化,即能够把经济、社会等领域的非空间信息与地理空间位置进行叠加显示,使人们可以非常直观地认识小镇中的各种事物。空间信息技术重要包括遥感、卫星导航系统、地理信息系统。

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