智慧城市和邊緣計(jì)算之間的關(guān)系是什么

為了應(yīng)對(duì)金融危機(jī)，使企業(yè)取得更高的利潤(rùn)率，IBM公司將業(yè)務(wù)重點(diǎn)由硬件轉(zhuǎn)向軟件和咨詢服務(wù)，并于2008年11月提出了“智慧地球”的理念，引起了美國(guó)和全球的關(guān)注。智慧地球分成三個(gè)要素，即“3I”：物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化（Instrumentation， Interconnectedness， Intelligence），是指把新一代的IT、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分運(yùn)用到各行各業(yè)，把感應(yīng)器嵌入、裝備到全球的醫(yī)院、電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道，通過互聯(lián)網(wǎng)形成“物聯(lián)網(wǎng)”；而后通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算，使得人類以更加精細(xì)、動(dòng)態(tài)的方式和生活，從而在世界范圍內(nèi)提升“智慧水平”，最終就是“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)=智慧地球”。

“智慧城市”是“智慧地球”從理念到實(shí)際、落地中國(guó)的舉措。2009年，正當(dāng)中國(guó)提出4萬億投資應(yīng)對(duì)金融危機(jī)時(shí)，智慧城市這個(gè)議題引起了國(guó)內(nèi)社會(huì)各界的極大興趣。IBM公司抓住機(jī)遇，趁熱打鐵，在中國(guó)連續(xù)召開了 22場(chǎng)智慧城市的討論會(huì)，與超過200名市長(zhǎng)以及近2000名城市政府官員交流。智慧城市的理念得到了廣泛的認(rèn)同，南京、沈陽、成都、昆山等國(guó)內(nèi)許多城市已經(jīng)與 IBM進(jìn)行了戰(zhàn)略合作。為支持上海市政府舉辦世博會(huì)，IBM于2008年9月與上海世博局簽署協(xié)議，成為中國(guó)2010年上海世博會(huì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與集成咨詢服務(wù)高級(jí)贊助商。在隨后近兩年的時(shí)間里，IBM整合全球資源，以“智慧城市”為核心理念，與世博局及相關(guān)客戶和合作伙伴一起共同努力，積極支持，配合了世博會(huì)的建設(shè)工作。但是關(guān)于智慧城市，目前還沒有統(tǒng)一的定義和解釋。

IBM給出“智慧城市”的定義為：運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求作出智能響應(yīng)。IBM定義的實(shí)質(zhì)是用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)成長(zhǎng)。

IBM“智慧城市”的理念把城市本身看成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，城市中的市民、交通、能源、商業(yè)、通信、水資源構(gòu)成了一個(gè)個(gè)的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)形成一個(gè)普遍聯(lián)系、相互促進(jìn)、彼此影響的整體。在過去的城市發(fā)展過程中，由于科技力量的不足，這些子系統(tǒng)之間的關(guān)系無法為城市發(fā)展提供整合的信息支持。而在未來，借助新一代的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、決策分析優(yōu)化等信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的方式，可以將城市中的物理基礎(chǔ)設(shè)施、信息基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，成為新一代的智慧化基礎(chǔ)設(shè)施，使城市中各領(lǐng)域、各子系統(tǒng)之間的關(guān)系顯現(xiàn)出來，就好像給城市裝上網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)，使之成為可以指揮決策、實(shí)時(shí)反應(yīng)、協(xié)調(diào)運(yùn)作的“系統(tǒng)之系統(tǒng)”。智慧的城市意味著在城市不同部門和系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同作業(yè)，更合理的利用資源、做出最好的城市發(fā)展和管理決策、及時(shí)預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和災(zāi)害。

國(guó)際電信聯(lián)盟秘書長(zhǎng)哈馬德·圖埃認(rèn)為，每個(gè)國(guó)家的城市將會(huì)因?yàn)樾畔⑼ㄐ偶夹g(shù)的應(yīng)用，變得更加美好。國(guó)家信息化專家咨詢委員會(huì)副主任、中國(guó)工程院副院長(zhǎng)鄔賀銓認(rèn)為，智慧城市就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)城市，物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市的重要標(biāo)志。國(guó)際歐亞科學(xué)院院士王欽敏提出，智慧城市是充分利用信息化相關(guān)技術(shù)，通過監(jiān)測(cè)、分析、整合、以及智能響應(yīng)的方式，綜合各職能部門，整合優(yōu)化現(xiàn)有資源，提供更好的服務(wù)、綠色環(huán)境、和諧社會(huì)，保證城市可持續(xù)發(fā)展，為企業(yè)及大眾建立一個(gè)良好的工作、生活和休閑的環(huán)境，它包括城市智能交通系統(tǒng)、城市指揮中心、能源管理系統(tǒng)、公共安全、環(huán)境保護(hù)等。兩院院士、武漢大學(xué)教授李德仁形象的說法是：數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng)=智慧城市。

總之，智慧城市是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)組合為基礎(chǔ)，以智慧技術(shù)高度集成、智慧產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、智慧服務(wù)高效便民為主要特征的城市發(fā)展新模式。智慧化是繼工業(yè)化、電氣化、信息化之后，世界科技革命又一次新的突破。利用智慧技術(shù)，建設(shè)智慧城市，是當(dāng)今世界城市發(fā)展的趨勢(shì)和特征。

在中國(guó)，智慧城市是城市化發(fā)展的高級(jí)階段，智慧城市建設(shè)是推進(jìn)符合中國(guó)特色的城市信息化樣本，兼具戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。智慧城市構(gòu)想是創(chuàng)造“宜居、舒適、安全”的城市生活環(huán)境，要改善城市綜合管理、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、民生服務(wù)等方面，實(shí)現(xiàn)城市“感知、互聯(lián)和智慧”。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，離不開先進(jìn)和創(chuàng)新的技術(shù)支撐。

從鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、裝置傳感器、搭建系統(tǒng)平臺(tái)到實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全采集，邊緣計(jì)算在智慧城市中有著豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。在道路兩側(cè)路燈桿上安裝傳感器，便于收集城市路面信息，檢測(cè)空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度、噪音水平等環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)路燈發(fā)生故障時(shí)能夠即時(shí)反饋至維護(hù)人員。在大樓電梯內(nèi)安裝傳感器，收集電梯載客人數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等信息，并將信息上傳云平臺(tái)，通過統(tǒng)計(jì)分析能夠優(yōu)化電梯運(yùn)營(yíng)、排查故障原因。在商業(yè)樓宇停車場(chǎng)內(nèi)安裝停車傳感器，便于物業(yè)運(yùn)營(yíng)管理車位，同時(shí)司機(jī)也能通過第三方應(yīng)用程序，根據(jù)傳感器發(fā)來的信號(hào)獲知空車位信息，后臺(tái)車位信息的收集、分析及合理調(diào)度及基于停車現(xiàn)場(chǎng)的車位信息即時(shí)獲取，構(gòu)成了完善的停車傳感器系統(tǒng)，一定程度能夠緩解高峰期“停車難”的城市化難題。

智慧城市的建設(shè)依靠單一的集中處理方式的云計(jì)算模型無法應(yīng)對(duì)所有問題，需要多種計(jì)算模式的融合才可以解決這些問題。邊緣計(jì)算模型可以把計(jì)算最大程度遷移到數(shù)據(jù)源附近的原則，用戶需求在計(jì)算模型的邊緣處理。邊緣計(jì)算在智慧城市中有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

海量數(shù)據(jù)處理：在一個(gè)人口眾多的大城市中，無時(shí)無刻不在產(chǎn)生著大量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)如果通通交由云中心來處理，那么將會(huì)導(dǎo)致巨大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。如果這些數(shù)據(jù)能夠就近進(jìn)行處理，在數(shù)據(jù)源所在的局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行處理，那么網(wǎng)絡(luò)負(fù)載就會(huì)大幅度降低，數(shù)據(jù)的處理能力也會(huì)有進(jìn)一步的提升。

低延遲：在大城市中，有很多服務(wù)是要求具有實(shí)時(shí)特性的，這就要求響應(yīng)速度能夠盡可能的進(jìn)一步提升。比如醫(yī)療和公共安全方面，通過邊緣計(jì)算，將減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臅r(shí)間，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)于數(shù)據(jù)的分析、診斷和決策都可以交由邊緣結(jié)點(diǎn)來進(jìn)行處理，從而提高用戶體驗(yàn)。

位置感知：對(duì)基于位置的一些應(yīng)用來說，邊緣計(jì)算的性能要由于云計(jì)算。比如導(dǎo)航，終端設(shè)備可以根據(jù)自己的實(shí)時(shí)位置把相關(guān)位置信息和數(shù)據(jù)交給邊緣結(jié)點(diǎn)來進(jìn)行處理、邊緣結(jié)點(diǎn)基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和決策。整個(gè)過程中的網(wǎng)絡(luò)開銷都是最小的。用戶請(qǐng)求得以極快的得到響應(yīng)。

隨著城市交通數(shù)據(jù)量的增加，用戶對(duì)海量交通信息的實(shí)時(shí)性需要也會(huì)隨之提高。如果把數(shù)據(jù)全部傳回云計(jì)算中心，將會(huì)出現(xiàn)帶寬資源的浪費(fèi)和延時(shí)等問題，但如果把數(shù)據(jù)在邊緣服務(wù)器上進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，便可根據(jù)路面實(shí)時(shí)狀況和可用資源對(duì)用戶做出相應(yīng)指示。

邊緣計(jì)算在智慧城市交通的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在智能交通的控制系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)等上，還體在智慧城市運(yùn)輸和設(shè)施管理等基于地理位置的應(yīng)用上，對(duì)于位置識(shí)別技術(shù)，邊緣計(jì)算可以對(duì)基于地理位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和收集，而不必再傳送到云計(jì)算中心進(jìn)行相應(yīng)操作。在城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用上，可以構(gòu)建融合邊緣計(jì)算模型和視頻監(jiān)控技術(shù)的新型視頻監(jiān)控應(yīng)用的軟硬件服務(wù)平臺(tái)，以提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像頭的智能處理能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)重大刑事案件和恐怖襲擊活動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)和處置機(jī)制。城市中照明、制冷、電器等的過度無序使用，造成電能的大量浪費(fèi)，傳統(tǒng)的人工控制的方式無法根據(jù)實(shí)際環(huán)境的需求實(shí)時(shí)有序地控制照明及制冷系統(tǒng)，造成即使沒有人用燈也常亮、空調(diào)常開的情況，浪費(fèi)了大量的能源，而通過邊緣計(jì)算可根據(jù)實(shí)際環(huán)境和能效控制策略進(jìn)行實(shí)時(shí)有序控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，并定期與云端同步。邊緣計(jì)算在城市能效管理上的應(yīng)用可以為之帶來更高的可靠性和更低的能源消耗和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)城市樓宇能效管理和智能路燈等。

邊緣計(jì)算賦能的智慧城市典型應(yīng)用包括智能電梯和智能照明。

1、邊緣計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)電梯故障的實(shí)時(shí)響應(yīng)?！疤萋?lián)網(wǎng)”一般采用電梯傳感器數(shù)據(jù)-遠(yuǎn)端APP-云端這條數(shù)據(jù)傳輸鏈路，該鏈路一旦意外中斷，傳感器邊緣部件要相對(duì)獨(dú)立且具備計(jì)算能力，而邊緣計(jì)算使得這一能力能夠開放給專業(yè)的電梯解決方案供應(yīng)商。

2、邊緣計(jì)算能夠確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)本地存活。“梯聯(lián)網(wǎng)”中上云很重要，但與云的鏈路一旦中斷，就需要邊緣網(wǎng)關(guān)能夠具備處理本地事務(wù)的機(jī)制，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存在網(wǎng)關(guān)上，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后上傳。

3、邊緣計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)聚合。電梯傳感器每天采集的信息量及其龐大，邊緣計(jì)算能夠確保部分?jǐn)?shù)據(jù)及時(shí)聚合處理，無需與云建立連接，上傳云端。

智慧城市的建設(shè)依靠單一的集中處理方式的云計(jì)算模型無法應(yīng)對(duì)所有問題，需要多種計(jì)算模式的融合才可以解決這些問題。邊緣計(jì)算模型可作為云計(jì)算中心在網(wǎng)絡(luò)邊緣的延伸，能夠高效地處理城市中任意時(shí)刻產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，更安全地處理用戶和相關(guān)機(jī)構(gòu)的隱私數(shù)據(jù)，才能幫助政府更快更及時(shí)地作出決策，提高城市公民的生活質(zhì)量。