物联网在智慧城市中的应用与发展

智慧城市是指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量。智慧城市经常与数字城市、感知城市、无线城市、智能城市、生态城市、低碳城市等区域发展概念相交叉，甚至与电子政务、智能交通、智能电网等行业信息化概念发生混杂。

一、物联网的基本组成

物联网技术不仅仅局限于传统的传感网络，也不仅仅局限在为人们提供服务的单一层面，就目前来说，大部分对物联网技术的研究，都认为物联网技术是一种集传感技术、应用服务等多方面体系为一体的综合性网络技术。物联网的组成，大致可以概括为如下四个部分：物联网终端、传感器、网络与物联网服务。

1物联网终端

物联网终端就是指前面提到的“物”。它上面会装有一种名为传感器的电子元件，并与网络相连接。比如大家拿着的智能手机和平板电脑就是物联网终端的一种。这些终端通常起着两个作用：感测和反馈。

感测指的是搜集终端本身的状态及周边环境的状态并通知系统。这里说的状态包括如灯是开是关、房间的温度和湿度、门口有没有人、机器运行的状态，等等。而终端是利用传感器这种电子元件来实现感测的。

反馈是指接收从系统发来的通知后，显示信息或执行指定的 *** 作。系统会基于从传感器搜集到的数据，经过处理后，进行一些反馈，并通常需要通过物联网终端针对现实世界采取相应的行动。反馈有多种形式，包括可视化、通知，以及控制等。通过“可视化”，用户能够使用电脑和智能手机上的Web浏览器或APP随时查看经物联网服务处理后的信息；通过“推送通知”，系统就能在检测到“物”的异常状态或触发某些指令后，将其通知给终端或信息接收者，以达到提醒和告警的目的；通过“控制”，系统就可以直接控制终端的运转，实现自动化 *** 作，而无需借助人工。

2传感器

在物联网终端中，要想搜集终端和环境的状态，就需要利用一个叫做传感器的电子元件。传感器负责把物理现象用电子信号的形式输出。例如有的传感器可以把温度和湿度作为电子信号输出，还有的传感器能把超声波和红外线等人类难以感知的现象转换成电子信号输出，等等。

通过传感器输出的电子信号，系统就能够获取现实世界中的“物”的状态或周边环境的状态了。人们很少单独利用这些传感器，通常都是将它们置入各种各样的物联网终端里来加以利用的。

3网络

在把终端连接到物联网服务时，网络是不可或缺的。物联网使用的网络大体上分为两种：一种是把终端连接到其他终端的网络，另一种是把终端连接到物联网服务的网络。

无法或不需要直接连接到互联网的终端是存在的，而通过把终端连接到其他终端，如连接到负责收集传感器数据的物联网网关设备，就能通过物联网网关把这些不能连接到互联网的终端再集中连接到互联网了。这种网络连接方式在工业领域应用极广，能够节省成本以及提高连接效率。而针对终端之间的连接，蓝牙、ZigBee、LoRa、WIFI是几种比较有代表性的网络标准。

对于技术人员来说，在网络层之上，物联网体系还会划分出如基础设施层、平台层、应用层等不同层次，但对于普通用户来说，可以统称为物联网服务。物联网服务有两个作用：一是从终端接收数据以及发送数据给物联网终端；二是处理和保存数据。

物联网接收从终端直接发来的数据。终端发来的数据内容包括终端搭载的传感器所采集到的信息，以及用户对终端进行的 *** 作等。

而仅仅采集传感器和终端发来的数据，那只不过是将一堆庞大的数据聚在一起而已，很难直接应用这些数据。为了实现具体的应用服务，就需要从采集到的数据中分析出有价值的信息。因此，只有通过对数据进行分析，才有可能掌握终端的运转情况，找出其中蕴含的趋势，提前检测出今后可能会发生的异常情况。这样才能把整个物联网服务从一个单纯的采集数据的系统升华到一项帮助使用者创造价值的服务。

二、物联网在智慧城市中的应用

物联网在智慧城市发展中的应用关系各方各面，从智慧政务、智慧物流、智慧交通、智能家居及其他应用智能化等方面，均可应用物联网技术，以下对其应用做详细的阐述。

1智慧政务应用

“互联网+政务服务”构建智慧型政府，运用互联网、大数据等现代信息技术，加快推进部门间信息共享和业务协同，简化群众办事环节、提升政府行政效能、畅通政务服务渠道，解决群众“办证多、办事难“等问题。

通过政务云、政务数据交换平台及完善的政务信息资源目录体系，实现跨部门的信息共享与资源整合，建立一体化的政务资源体系。

通过整合政府门户网站、呼叫中心等相关政务服务资源，实现政府、企业和公众随时随地通过互联网、电话、移动终端等多种渠道获取一致与整合的政务服务。

通过资源共享及流程整合，完善政务服务监管渠道，为企业、 社会 其它机构和公众等提供一站式服务，实现足不出户就可以随时随地办理相关业务。

2智慧物流应用

智慧物流是一种以信息技术为支撑，在物流的运输、仓储、包装、装卸搬运、流通加工、配送、信息服务等各个环节实现系统感知。全面分析，及时处理及自我调整功能，实现物流规整智慧、发现智慧、创新智慧和系统智慧的现代综合性物流系统。

多元化的数据采集、感知技术，基于物联网的智慧物流，面对的是形式多样、信息关系异常复杂的各类数据，多元化的数据采集、感知技术，为智慧物流提供了基本的技术支撑。

随着物联网的发展，泛在网络将成为信息通讯网络的基础设施，在于其它网络融合的基础上，提供给智慧物流可靠的数据传输技术，为人们准确的提供各类信息。

3智慧交通应用

紧急救援系统：当紧急情况发生时，车主按动车上安装的紧急按钮，通过无线通信接通客服中心。客服人员能够通过GPS技术精确定位，将救援送达车主。在救援过程中，客服人员不仅能一直与车主进行在线的交流，而且能够实时调度救援资源，最小化车主的生命财产损失。

智能导航系统：现行试用的路线推荐系统能够根据司机需求和实时交通信息，推荐最短路径、时间最优路径，甚至为出租车司机推荐最有可能搭载乘客的路线。

4智能家居系统应用

物联网技术在家居中主要应用于安防方面，借助物联网技术进行实时检测，并通过数据传送，启动安防报警器通知安保人员，这是物联网技术在家庭安全保障上的应用，也是当前由家居智能到智慧城市的一大体现。

另外，物联网技术还能够解决家庭琐事，例如其能够通过数据的读取，直接将家庭电表、燃气表、水表等的数据传送于远程的服务器端，并进行自动结算费用。总之，物联网技术在家居生活中的应用多种多样，是当前实现良好生活品质的关键内容。

2006至2020年，物联网应用从闭环、碎片化走向开放、规模化，智慧城市、工业物联网、车联网等率先突破。中国物联网行业规模不断提升，行业规模保持高速增长，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。

截至到2019年，我国物联网市场规模已发展到15万亿元。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

近年来，我国政府出台各类政策大力发展物联网行业，不少地方政府也出台物联网专项规划、行动方案和发展意见，从土地使用、基础设施配套、税收优惠、核心技术和应用领域等多个方面为物联网产业的发展提供政策支持。在工业自动控制、环境保护、医疗卫生、公共安全等领域开展了一系列应用试点和示范，并取得了初步进展。

目前我国物联网行业规模已达万亿元。中国物联网行业规模超预期增长，网络建设和应用推广成效突出。在网络强国、新基建等国家战略的推动下，中国加快推动IPv6、NB-IoT、5G等网络建设，消费物联网和产业物联网逐步开始规模化应用，5G、车联网等领域发展取得突破。

政策推动我国物联网高速发展

自2013年《物联网发展专项行动计划》印发以来，国家鼓励应用物联网技术来促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变，对于提高国民经济和社会生活信息化水平，提升社会管理和公共服务水平，带动相关学科发展和技术创新能力增强，推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。

以数字化、网络化、智能化为本质特征的第四次工业革命正在兴起。物联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，通过对人、机、物的全面互联，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系，是数字化转型的实现途径，是实现新旧动能转换的关键力量。

我国物联网行业呈高速增长状态 未来将有更广阔的空间

自2013年以来我国物联网行业规模保持高速增长，增速一直维持在15%以上，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。中国通信工业协会的数据表明，随着物联网信息处理和应用服务等产业的发展，中国物联网行业规模已经从2013年的4896亿元增长至2019年的15万亿元。

虽然我国物联网发展显著，但我国物联网行业仍处于成长期的早中期阶段。目前中国物联网及相关企业超过3万家，其中中小企业占比超过85%，创新活力突出，对产业发展推动作用巨大。

物联网作为中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。

物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

在政策、经济、社会、技术等因素的驱动下，2020年GSMA移动经济发展报告预测，2019-2025年复合增长率为9%左右，2020年中国物联网行业规模目标16亿元，按照目前物联网行业的发展态势，十三五规划的目标有望超预期完成;预计到2025年，中国物联网行业规模将超过27万亿元。

未来物联网行业将向着多元方向发展

标准化是物联网发展面临的最大挑战之一，它是希望在早期主导市场的行业领导者之间的一场斗争。目前我国物联网行业百家争鸣，还未有一个统一的标准出现。因此在未来可能通过不断竞争将会出现限数量的供应商主导市场，类似于现在使用的Windows、Mac和Linux *** 作系统。

合规化同样是当下物联网面临的问题之一，特别是数据隐私问题。目前数据隐私已成为网络社会的一个关键词，各种用户数据泄露或被滥用的事件频发，特别是Facebook的丑闻引发了全球担忧。

因此在未来，我国各种立法和监管机构将提出更加严格的用户数据保护规定，，用户的敏感数据可能会随着时间的推移而受到更严格的监管。

安全化是指预防物联网软件遭受网络黑客攻击，在未来，以安全为重点的物联网设施将受到更多的关注，特别是某些特定的基础行业，如医疗健康、安全安防、金融等领域。

多重技术推动物联网技术创新

从技术创新趋势来看，物联网行业发展的内生动力正在不断增强。连接技术不断突破，NB-Iot、eMTC、Lora等低功耗广域网全球商用化进程不断加速;物联网平台迅速增长，服务支撑能力迅速提升;

区块链、边缘计算、人工智能等新技术题材不断注入物联网，为物联网带来新的创新活力。受技术和产业成熟度的综合驱动，物联网呈现“边缘的智能化、连接的泛在化、服务的平台化、数据的延伸化”等特点。

—— 以上数据来源于前瞻产业研究院《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》

LoRa是一种专用于无线电调制解调的技术,LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。

LoRa是semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其名称“LoRa”是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa是基于Semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其目的是为了解决功耗与传输难覆盖距离的矛盾问题。一般情况下，低功耗则传输距离近，高功耗则传输距离远，通过开发出LoRa技术，解决了在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远的技术问题，实现了低功耗和远距离的统一。

LoRa实际上是物联网（IoT）的无线平台。Semtech的LoRa芯片组将传感器连接到云端，实现数据和分析的实时通信，从而提高效率和生产率。

1、频段、服务质量和成本。

LoRa工作在1Ghz以下的非授权频段，在应用时不需要额外付费，NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的，是需要收费的。

2、电池寿命。

关于电池寿命方面有两个重要的因素要考虑，节点的电流消耗以及协议内容。LoRa是一种异步的基于ALOHA的协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠;而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网，这样就额外的消耗了电池的电量。

3、网络覆盖和部署时间表。

NB-IoT标准在2016年公布，除网络部署之外，相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了，产品也处于“蓄势待发”的状态，同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。

4、设备成本。

对终端节点来说，LoRa协议比NB-IoT更简单，更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了，并且升级版还会接踵而至。

LoRa简介：

物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有24GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显，可如下图总结。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

NB-IoT

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

LTE eMTC

基于LTE演进的物联网接入技术，与NB-IoT一样使用的是授权频谱，覆盖增强(15dB)，支持高速移动可靠性和拥塞控制，支持独立定位。较NB-IoT而言，eMTC在时延和吞吐量有较大优势。

LoRa

LoRa是由Semtech公司研发的低功耗广域 网无线通信技术，LoRa联盟成立于2015年3月，目前拥有超过290多家成员。包括运营商、系统、软件、芯片、模组、云服务、应用厂商，构成完整的生态系统。

LoRa产业链成熟比NB-IoT早，针对物联网快速发展的业务需求和技术空窗期，部分运营商选择部署LoRa，作为蜂窝物联网的补充，如Orange, SKT, KPN, Swisscom等。

Sigfox

Sigfox兴起于法国的Sigfox公司以超窄带(UNB，Ultra Narrow Band)技术建设物联网设备专用的无线网络。Sigfox公司目标成为全球物联网运营商，通过自建及与运营商等各方合作式部署网络，向客户提供物体联网、API接口、云计算Web服务，客户可通过每台设备每年约1美元打包价购买服务。Sigfox相对封闭，生态系统构建相对缓慢。Sigfox向芯片制造商免费提供技术，鼓励芯片厂家在其产品中集成Sigfox技术。TI、Intel、Atmel、SiliconLab等公司均生产支持Sigfox技术的各种芯片。Sigfox网络已覆盖法国、西班牙全全境，美国、荷兰和英国部分城市。

四大技术对比

不同的商业模式

首先，我们需要明确的是，LoRa和NB-IoT最基本的运营模式截然不同。

NB-IoT是运营商代理建设的网络，业主无需考虑基站部署。NB-IoT可以在通信基站本身的基础上进行改造，不需要很多的工作量就可以进行组网。那么 *** 作员就可以掌握该数据通道进行计费。那么运营商只要掌握了该数据通道就可以轻而易举的进行收费。

但同时，网络拥有者无法控制网络质量。如果存在信号盲区，也不可能对网络进行优化，为盲区信号进行补充。而且，数据的保密性对所有者来说也是无法控制的。

与NB-IoT恰恰相反，LoRa是企业自建网络。业主可以独立控制网络质量，运营数据掌握在业主手中。他们还可以根据业务需要扩展网络。

用户无需依赖运营商即可完成LoRa网络部署，不仅布局更快，成本也更低。在社区、农场、工业园区等封闭区域，特别是NB-IoT信号较弱的室内和地下环境，LORA技术优势就突显出来了。由于LoRa技术的兴起，如果民企想要涉足远距离通信，非授权频段就是一个完美的选择。

不同的工作频段

NB-loT工作在授权频段，也就是专门分配的频段。业主不能在这个频段内发送信号。国内三大运营商：电信、移动和中国联通都参与了NB-IoT，现在华为也在大力推广这一技术。

LoRa在无证频段工作，只能在某些频段工作。NB-IOT必须由运营商提供，并且必须使用运营商的网络。这就是国内运营商支持NB-IOT技术的原因。

不同的运营成本

1 NB-loT由运营商进行网络建设，用户承担NB模块硬件费用和NB-loT运营商的网络租赁费。

2LoRa为自建网络，用户只需承担 LoRa模块 费用+LoRa基站费用。

模块 功耗不同

1、目前NB功耗高于LORA，但具体比较与终端数据接收和发送频率有较大关系；高频应用对NB功耗影响较大，与休眠/唤醒机制关系较大，而LORA受此影响较小。

2、如果是低频采集，比如一个月一次，那么NB的功耗可以保证几年的使用寿命，完全可以支撑应用；如果是高频采集，比如每小时一次，甚至半小时，预计NB的功耗至少是LoRa的3倍以上。

NB-loT的应用场景

(1)共享单车

(2)智能抄表（业主对采集频率不高，对网络可用性没有高要求的）

(3)蓄水/管网监测

(4)智能穿戴系列

(5)智能停车

(6)道路停车检测器

(7)矿区、采掘业、郊区重工业等领域和郊区

(8)区域集中式：例如，大学、普教、园区等场所

LoRa的应用场景

（1）智能抄表（对网络可用性有高要求）

（2）道路泊车检测器

（3）野外郊区作业，如矿业、采掘业、郊区重工业等；

（4）区域集中型（用户希望建设私网）

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