智慧城市的任務(wù)是基于成果的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智慧城市的重點是通過創(chuàng)新、社區(qū)參與和互聯(lián)的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)達到經(jīng)濟發(fā)展、可持續(xù)性和運行效率成果，改善居民的生活品質(zhì)。新興技術(shù)和技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)生這些系統(tǒng)化成果的關(guān)鍵，更具體地說，智慧城市必須利用智能設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、云基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及應(yīng)用和分析，培育前所未有的洞察力以及新產(chǎn)品和服務(wù)。本技術(shù)詳解討論了智慧城市平臺作為整合智能技術(shù)、實現(xiàn)新應(yīng)用快速交付、創(chuàng)建互聯(lián)智慧城市生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵機制的重要性。

概述：什么是智慧城市平臺?

智慧城市平臺為國家和地方政府所用，是一種用途具體的、系統(tǒng)的環(huán)境、社會和金融成果密切相關(guān)的平臺。這些平臺通常是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 平臺，其發(fā)展迅速，架構(gòu)越來越復(fù)雜，但是它們?nèi)蕴幱谡M織的早期布署階段。智慧城市平臺基本上是云托管解決方案，它們將設(shè)備連接起來，收集、組合和管理來自不同城市領(lǐng)域及服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)一的城市全貌觀。這種全貌觀為城市各部門和/或第三方提供了全新的見解，提供經(jīng)過改善的管理與控制，更好地了解對新產(chǎn)品和服務(wù)的需求。除了核心功能，這些平臺還可用來快速布署新解決方案，無論在內(nèi)部還是通過提供商的生態(tài)系統(tǒng)均可，比如垂直專家和本地供應(yīng)商。這是智慧城市平臺的一個重要能力，因為各部門現(xiàn)有的資產(chǎn)和SCADA種類繁多，交通系統(tǒng)和水、能源輸送等孤島化行業(yè)功能眾多，這些都是快速創(chuàng)新的障礙。

智慧城市平臺的架構(gòu)因供應(yīng)商而不同，但是下列組件是一個整合系統(tǒng)的所有組成部分：

• 設(shè)備管理，用于終端供應(yīng)、遠程配置、數(shù)據(jù)監(jiān)測、軟件更新和故障報告。設(shè)備管理確保終端持續(xù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力。軟件往往通過安裝在終端上的代理客戶機進行布署。
• 連接管理，確保數(shù)據(jù)從邊緣到云的流動，并在具有加密能力的中轉(zhuǎn)中進行管理和安全擔(dān)保。對于大部分供應(yīng)商，這通常僅限于通過云網(wǎng)關(guān)進行的IP通信，通過各種協(xié)議和REST API與終端雙向通信。對于依賴移動連接的布署，一小部分物聯(lián)網(wǎng)平臺供應(yīng)商提供SIM管理，包括計費和SIM警報。合作伙伴是共同的，是供應(yīng)商們提供全面連接管理必不可少的。
• 數(shù)據(jù)管理，是智慧城市平臺最繁重但最有價值的功能。數(shù)據(jù)通過“規(guī)則引擎”進行處理和分析，規(guī)則引擎按照一組參數(shù)或業(yè)務(wù)“規(guī)則”取出有意義的數(shù)據(jù)，以進行高級分析。有些平臺具有由基于預(yù)測模型的映射數(shù)據(jù)組成的高級分析功能。通過機器學(xué)習(xí)和預(yù)測分析工具進行的高級分析具有越來越重要的意義，但是，如今很少作為物聯(lián)網(wǎng)平臺的標(biāo)準(zhǔn)功能提供給客戶使用。
• 可視化工具和儀表盤，可通過可用的窗口小部件定制，能生成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理摘要。它們可觸發(fā)事件，向最終用戶發(fā)送通知。
• 應(yīng)用使能，通常通過開放的API獲得支持，向第三方(例如應(yīng)用開發(fā)者、系統(tǒng)集成商、SaaS供應(yīng)商)提供協(xié)助。 第三方可按照他們的要求推送和定制平臺數(shù)據(jù)。很少有供應(yīng)商能作為其平臺的一部分，提供應(yīng)用開發(fā)，支持快速應(yīng)用開發(fā)開具。

智慧城市平臺實現(xiàn)許多功能。傳感器和設(shè)備數(shù)據(jù)由于其數(shù)量大、連接方式繁雜、數(shù)據(jù)格式和頻率眾多等原因，令人難以應(yīng)付。處理這些數(shù)據(jù)的能力不是傳統(tǒng)IT平臺與生俱來的。連接數(shù)以億計的未連接物體產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化、處理它們的唯一方法就是采用擁有強大軟件庫、能大規(guī)模高速計算并分析各種數(shù)據(jù)源和格式的智慧城市平臺。這樣的平臺具有強大的靈活性，可與其它云計算企業(yè)應(yīng)用相對輕松整合，與其余IT基礎(chǔ)設(shè)施完全集成。

智慧城市平臺的優(yōu)點

智慧城市平臺如何幫助解決大城市挑戰(zhàn)?

由于人口增長和老齡化，不斷增加的氣候變化問題，技術(shù)創(chuàng)新使市民對個性化的可移動政府服務(wù)的期望迅速變化，世界各地的城市面臨同樣的挑戰(zhàn)。解決這些挑戰(zhàn)因為各種各樣的問題而更困難，比如不斷老化的實物基礎(chǔ)設(shè)施、有限的資本支出預(yù)算、不斷攀升的水和能源消耗、新的可持續(xù)性目標(biāo)與法規(guī)、上漲的收入和數(shù)字接入不平衡。

指望智慧城市平臺解決這些復(fù)雜挑戰(zhàn)似乎不可能，但事實上，智慧城市平臺有助于將城市基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)放在更大的轉(zhuǎn)變背景中。這種轉(zhuǎn)變正通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)生，因為實物資產(chǎn)由于嵌入式軟件，變得 “智能”，可以數(shù)字方式啟用。這些“智能”資產(chǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)，成為可通過平臺共享、通信和協(xié)作的智能物體系統(tǒng)的一部分。最終，這些系統(tǒng)構(gòu)成一個包含整個城市的多系統(tǒng)組成的系統(tǒng)。這種多系統(tǒng)組成的系統(tǒng)為解決系統(tǒng)化的復(fù)雜城市問題提供了依據(jù)，參見圖1，改編自哈佛大學(xué)商學(xué)院教授Michael E. Porter和PTC首席執(zhí)行官Jim Heppelmann撰寫的文章，原稿發(fā)表在2014年11月的《哈佛商業(yè)評論》期刊上。

智慧城市是一個多系統(tǒng)組成的系統(tǒng)

來源：《哈佛商業(yè)評論》，“智能互聯(lián)產(chǎn)品正如何變革競爭”，作者：Michael E. Porter和James E. Heppelmann，2014年11月

上圖說明了智慧城市生態(tài)系統(tǒng)的重要性，在智慧城市中，各種系統(tǒng)互相連接，牽一發(fā)而動全身。例如，如果電網(wǎng)發(fā)生故障，供水將減少，道路將阻隔，后果是在整個城市區(qū)域發(fā)生連鎖反應(yīng)，可能會使學(xué)校、企業(yè)運行癱瘓，甚至影響公共安全和衛(wèi)生。相反，如果這些單獨的系統(tǒng)可前瞻性地進行協(xié)調(diào)，得到一體化數(shù)據(jù)的支持，則由此帶來的好處將改善整個城市。麥肯錫全球研究所一份名為“物聯(lián)網(wǎng)：映射炒作背后的價值”的報告指出，城市物聯(lián)網(wǎng)價值的40%通過系統(tǒng)互聯(lián)互通來實現(xiàn)。正如圖1中顯示的那樣，智能互聯(lián)照明不但節(jié)約電能和運行成本，而且通過額外的環(huán)境、聲學(xué)傳感器和攝像頭，向其他系統(tǒng)，最終向居民、警察和駕駛員提供信息。這意味著某個事件的影響，比如事故或攻擊，通過協(xié)同反應(yīng)而減輕。給平臺增加快速測試和布署創(chuàng)新應(yīng)用的能力，將通過新服務(wù)得以提供，比如能讓游客打開穿過某城市區(qū)域歷史古跡道路照明燈的手機應(yīng)用，或者能在緊急情況下觸發(fā)攝影機的照明燈。這些例子說明了行業(yè)運行和IT的趨同性，它們在智慧城市中變得越來越重要，也說明了平臺是如何支持這種趨同作用的。

顯然，在這種背景下，智慧城市平臺的成功在很大程度上取決于平臺吸引和培育應(yīng)用開發(fā)者、SaaS供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和其他IT公司在平臺上構(gòu)建增值、差異化解決方案的能力。開放成為這種協(xié)作模型生存的首選之道。以開放、全記錄API以及開放的可擴張工具為特征并采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的智慧城市平臺，向用戶提供大部分價值。

IDC已和許多城市談?wù)撨^他們對智慧城市平臺的了解。城市IT采購方對智慧城市平臺的潛力有統(tǒng)一、深入的了解，很多內(nèi)容與IDC的定義一致。這些城市將平臺描述成連接實物和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，與從傳感器和設(shè)備到工人行動的支持性過程的橋梁。考慮到城市面臨的挑戰(zhàn)，比如多個復(fù)雜、專有的遺留系統(tǒng)，許多城市正在尋求基于開放IT的解決方案 – 模塊化、創(chuàng)新、互聯(lián)互通、及時、開源 – 以滿足他們的平臺需求。

如今的平臺通過提供公共API訪問權(quán)來支持應(yīng)用開發(fā)者。有些供應(yīng)商還提供庫文件以及齊全的軟件開發(fā)工具包 ()。只有幾家提供可進一步加快應(yīng)用創(chuàng)建的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。由于智慧城市物聯(lián)網(wǎng)市場不斷朝著松散結(jié)合PaaS架構(gòu)發(fā)展(許多架構(gòu)用開源技術(shù)搭建，支持更多的標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議)，布署速度和初始成本均可改善。不過，下列需求有待進一步開發(fā)：

• 支持第三方創(chuàng)新的完全互聯(lián)互通(完美使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))開放平臺
• 提供現(xiàn)有行業(yè)應(yīng)用的專門應(yīng)用市場

平臺方式要點：規(guī)模化架構(gòu)設(shè)計

架構(gòu)一個城市的智慧城市平臺方式時，系統(tǒng)互聯(lián)互通必須是戰(zhàn)略重點。平臺布署方式從偏戰(zhàn)術(shù)(也就是平臺實施點解決方案)到偏戰(zhàn)略(也就是從小處開始，選擇已作為某個整體系統(tǒng)一部分的項目，該整體系統(tǒng)專為促進全市性的成果而設(shè)計)均可。

城市往往從戰(zhàn)術(shù)方式開始，因為短期看似乎更便宜，能盡快解決具體問題。由此產(chǎn)生的解決方案往往附有專利技術(shù)，重復(fù)用于其他應(yīng)用的機會沒有多少。這樣的方式實施緩慢，構(gòu)建和維護成本高昂，因為它產(chǎn)生的是具有非整合數(shù)據(jù)的孤島式平臺。它還導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸、貯存和系統(tǒng)管理成本更高，重要的資源集中在物聯(lián)網(wǎng)管道化上，沒有在解決方案內(nèi)重復(fù)使用代碼和共享開發(fā)工作的能力，架構(gòu)發(fā)生大規(guī)模故障的機率更高。

戰(zhàn)略方式將不同項目作為開發(fā)統(tǒng)一系統(tǒng)的一部分，架構(gòu)一個能在項目、部門、系統(tǒng)和第三方方案之間使用的平臺。代碼讓公共用例共享，軟件開發(fā)資源集中在創(chuàng)建高增值應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯上，解決方案可利用現(xiàn)有的對云基礎(chǔ)設(shè)施和連通性的IT投資，實現(xiàn)更快的原型設(shè)計，大規(guī)模實施解決方案。

就PTC而論

智慧城市業(yè)務(wù)是PTC及其ThingWorx平臺的戰(zhàn)略增長領(lǐng)域，因為公司擴大了其歷史上以制造業(yè)為重點的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)視野，拓展到城市環(huán)境中的關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域：電能和電網(wǎng)、水務(wù)、建筑物管理以及城市服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施。

PTC的ThingWorx平臺具有多種重要特征，它們是智慧城市平臺的核心：廣泛、深入的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)、與任何設(shè)備通信的豐富選項、儀表盤顯示、KPI能力、快速應(yīng)用交付以及邊緣分析的能力。

ThingWorx平臺及其廣泛的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)讓城市內(nèi)部或通過合作伙伴快速布署智慧城市解決方案。ThingWorx合作伙伴關(guān)系包括下列公司：

• 傳感器、邊緣通信和嵌入式設(shè)備參與者：Libelium、Intel、HPE、Cisco、Monnit
• 通信服務(wù)提供商：Vodafone、Sigfox、CenturyLink、Sensus (FlexNet儀表網(wǎng)絡(luò))
• 系統(tǒng)集成商和增值分銷商：Deloitte、Capgemini、Tech Mahindra、TCS、Accenture、Infosys
• 云平臺和商業(yè)系統(tǒng)參與者：AWS、Microsoft Azure、GE Digital、OSIsoft
• 解決方案和服務(wù)提供商：Aquamatix, Smoove, Itron, WiseUP, DEPsys, All Traffic

考慮到城市將重點放在跟蹤關(guān)鍵項目領(lǐng)域的計量上，比如水、基礎(chǔ)設(shè)施、能源和廢棄物，ThingWorx平臺一個極具價值的能力就是在整個孤島化系統(tǒng)之間提供基于角色的儀表盤和KPI。可在全市范圍內(nèi)或在規(guī)定地區(qū)內(nèi)更廣大的公共領(lǐng)域內(nèi)利用平臺(支持鄰近院校、醫(yī)院等)，擴大投資價值。

雖然許多供應(yīng)商以能夠?qū)慕K端收集的數(shù)據(jù)進行消化、處理和基本分析的中央云端引擎為特色，PTC ThingWorx卻擁有能在設(shè)備附近運行的邊緣服務(wù)，可進行本地分析，適合連接性不良的地理區(qū)域。

ThingWorx提供全市性的物聯(lián)網(wǎng)平臺，更全面地利用城市的實物資產(chǎn)、網(wǎng)關(guān)以及云和通信網(wǎng)絡(luò);它還能更快地布署解決方案，通過“多個系統(tǒng)組成的系統(tǒng)”創(chuàng)造價值。它通過一些與眾不同的關(guān)鍵做法實現(xiàn)這點：

• 收購Kepware：PTC目前提供本土行業(yè)接入，對行業(yè)背景中常見的150多種不同協(xié)議無縫提供通信和編譯支持。
• 布署平臺無關(guān)性：ThingWorx可在任何云(本土AWS、Azure云)或現(xiàn)場平臺上運行。
• 開放的IT平臺：利用開放的IT平臺可在硬件、傳感器和開放數(shù)據(jù)等其他技術(shù)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通與兼容;采用ThingWorx，組織可連接到任何設(shè)備、任何云或任何現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)。
• 可視化建模能力：拖放用戶界面以及進行可視化建模的能力，可實現(xiàn)快速應(yīng)用開發(fā)。
• 增強現(xiàn)實：通過收購Vuforia，PTC讓城市以全新方式與市民通信，通過手機、平板或數(shù)字眼罩提供現(xiàn)實世界的數(shù)字化互動視圖。

PTC是一家長期注重合作伙伴和合作伙伴關(guān)系的公司，他們的成功就是PTC的成功。在許多合作伙伴的智慧城市方案尚處于早期階段時，PTC通過公司密切的工作關(guān)系提供快速布署這些解決方案必不可少的支持，為智慧城市客戶提供價值。

挑戰(zhàn)

仍存在一些障礙，影響著城市從智慧城市平臺全面受益的能力。挑戰(zhàn)包括安全和隱私問題、缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、缺乏展現(xiàn)投資回報。

• 安全和隱私是城市領(lǐng)導(dǎo)者最關(guān)心的問題，尤其是考慮到最近發(fā)生的終端和設(shè)備脆弱性造成的DDoS和勒索攻擊。城市官員正對居民個人數(shù)據(jù)和隱私使用問題作出響應(yīng)，智慧城市平臺必須解決這些問題。智慧城市要求的嚴(yán)格安全技術(shù)，尤其是周邊設(shè)備身份驗證、先進的威脅管理、數(shù)據(jù)隱私和政策執(zhí)行，正由大部分物聯(lián)網(wǎng)平臺供應(yīng)商開發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)平臺安全不只是要求單一的供應(yīng)商策略，城市應(yīng)該寄希望于與安全專家有合作關(guān)系的供應(yīng)商。
• 城市管理著許多不同行業(yè)和領(lǐng)域，包括公共安全、交通、照明和環(huán)境監(jiān)測。成功的智慧城市平臺必須跨行業(yè)，但是，缺少公共行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)往往會產(chǎn)生孤島化的“設(shè)備內(nèi)聯(lián)網(wǎng)”，阻礙創(chuàng)新和增長。
• 解決方案的初始成本和總成本之間有一個比對問題。初始成本被全世界的城市作為最大的實施障礙之一，因此，許多供應(yīng)商提供免費“試用”或低價報價，“先誘敵上鉤”。這種做法給城市和州帶來困難，他們更難實現(xiàn)對平臺利益需要的真實基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量的預(yù)算，使衡量回報更是難上加難。

除了這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，智慧城市平臺市場正變得越來越擁擠，許多供應(yīng)商正推銷他們的平臺能力。雖然方案大不相同，但要區(qū)分彼此的能力可能也很難。

結(jié)論

如今，沒有供應(yīng)商提供端到端的解決方案或涉及設(shè)備、連通性、數(shù)據(jù)、應(yīng)用和應(yīng)用開發(fā)的整體式集成堆棧，將來也不可能這樣。相反，城市應(yīng)該指望供應(yīng)商將重點放在通過其生態(tài)系統(tǒng)給用戶提供靈活性和定制服務(wù)上。智慧城市平臺是這樣的生態(tài)系統(tǒng)的樞紐，在這個樞紐中，按行業(yè)垂直分布的應(yīng)用、產(chǎn)品和服務(wù)隨時可供最終用戶使用。

城市應(yīng)繼續(xù)要求平臺供應(yīng)商提供安全、互聯(lián)互通、強大的開放API、強大的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)以及具有通過微服務(wù)架構(gòu)進行“試驗”能力的模塊化解決方案。它們還應(yīng)該看重能解決這些優(yōu)先事項的供應(yīng)商。