智慧城市基础设施的技术基础

这是关于实现物联网 (IoT) 技术的五篇系列文章中第一篇的摘要。文章全文可在 wevolver.com 网站上查看。

什么是智慧城市？

智慧城市是由互连并与云端相连的智能对象组成，这些智能对象作为物联网的一部分协同工作，打造更高效、更可持续和更便利的城市生活。智慧城市还有望解决紧迫的社会问题，包括城市人口不断增加、能源消耗过大、道路安全等等。智慧城市的目标是提高效率、安全性和可持续性，以实现经济、社会和环境的可持续性。

智慧城市首先在互联网络利用方面进行了尝试，如利用智能电网来提高能源效率，利用传感和监测技术实现智能交通管理和污染监测，利用增强的计算和数据存储以及数字 ID 改善服务的获取。

这背后的技术是什么？

智慧城市的核心是一个收集和共享数据的互联网络。这个网络不仅必须不间断地工作，同时还必须满足对连接性、带宽和处理能力的高要求，而且能够以非常低的功耗进行工作。 因此，半导体技术是智慧城市必备物联网设备的关键技术。

半导体技术可用于智能对象内部的芯片和硬件组件，尤其是智能传感器和监测技术。物联网设备中的处理器（如 MCU 微控制器）必须嵌入软件，才能让设备感知数据、处理数据并与网络通信。由于网络大多与互联网相连，因此在开发物联网系统的过程中，很大一部分工作是打造具有高性能连接选项（例如 5G、LTE、WiFi 和蓝牙）的设备。

智慧城市的基础设施

智能电网

智能电网是一个完全互联的电力系统，以高能效水平运行，为智慧城市的整个基础设施提供电力。智能计量技术可以通过监控和调节电力供应来提高电网的可靠性。

智能仪表

智能仪表是一种智能电子设备，可记录电力、水和天然气的使用数据。双向通信系统使服务提供商和供应商能够收集能源消耗信息，并监测客户的能源模式。

电动汽车 (EV) 充电站和智能停车

EV 充电站利用电网的电力为电动汽车充电。虽然电动汽车配备了交流电/直流电 (AC/DC) 转换器用于家用充电，但插入式充电站可以直接提供直流电 (DC)，实现快速充电。

分布式能源系统 (DES)

以往能源是从发电厂流向消费者，智能电网已使这种集中式模式转变为分布式模式，即可再生能源分布式发电，消费者能直接参与其中。家用和公共太阳能板、风力涡轮机、生物质能发电机，以及水力、地热和混合电源，还有电动汽车充电器和智能家居，都有助于通过发电或储存电力来为电网供电。

智能监测和传感器

智慧城市依靠使用智能技术对从环境中收集的数据进行详细分析，并根据这些数据采取行动。数据的收集利用了传感技术和智能摄像机。传感器技术需要在非常低的功耗下工作，以延长电池使用寿命，并且可以利用热、雷达、激光雷达、邻近性、化学检测和阳光。

交通和污染管理

在交通管理中，传感器使用毫米波 (mmW) 雷达来收集数据，并通过网络进行无线通信，将实时数据反馈给交通系统。这开启了一系列应用，例如事故预防、交通管理，以及将车辆改道至交通流量较少的区域。

智能摄像机

视频监控也是系统的一部分，用于维护目的以及整体控制和安全性。全天候监控仍然是讨论最多的问题之一，因为其中涉及到数据安全和隐私等重要的道德问题。

边缘计算和网关

半导体传感器和监测技术收集的大量数据需要存储和处理。网关会存储、详细分析和选择收集的数据，并将敏感数据发回系统以采取纠正措施。根据一个本地分布节点网络模型，系统会对数据进行处理，此过程称为“边缘计算”。通过在收集来源附近详细分析数据，网络能够实时处理大量共享的数据。

数字 ID 和其他技术

数字 ID 将成为智慧城市系统不可或缺的一部分。公民将能够直接连接到政府服务，并使用他们的数字 ID 与网络进行互动，即访问公共交通、进行交易、预约停车位或规划路线，以及确认自己的身份。

总结

随着实现自主、智能和互联物联网的技术不断完善，未来城市的设计雏形也开始变得更明确。由于物联网系统逐渐融入未来和改造城市规划，因此全世界公民和物联网系统的互动将越来越频繁。未来城市的前景是更少浪费、更节能、更便利和更安全。然而，在这些技术的路线图以及文化和社会采纳方面，仍然存在挑战。

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