智慧城市中的信息通信技術標準體系

羅 振 桑梓勤 齊 飛

1 武漢郵電科學研究院光纖通信技術和網絡國家重點實驗室 武漢 430074

2 中國聯通研究院 北京 100032

1 智慧城市與信息通信

1.1 信息通信技術基礎

智慧城市是指以物聯網、寬帶網絡、云計算等信息通信技術為支撐，通過廣泛、充分的信息感知高效、安全的信息傳遞，全面、科學的信息利用，實現城市各個信息系統間的信息共享、操作交互和業務協同，提升城市運行管理效率和公共服務水平，增進經濟發展質量并增強產業競爭能力，提高市民生活水平并改善生態環境狀況，實現科學發展與可持續發展的信息化城市。

支撐智慧城市的基礎是信息通信技術。信息通信技術包括電子、通信、計算機、控制等學科領域，這些領域中已經存在非常成熟的標準體系和產業鏈，基本可以滿足智慧城市的需求。同時，城市中各種行業的業務應用，也都不同程度的存在著與其密切相關的信息通信類標準，比如智能交通、智能建筑等，其出現時間甚至遠早于智慧城市。

1.2 智慧城市的需求驅動

信息通信技術仍在持續演進，城市職能也一直在不斷完善，智慧城市會隨著信息通信技術的進步和城市職能的提升而同步發展。

智慧城市在城市中已有的垂直行業信息化和物聯網應用基礎之上，力圖實現數據開放、能力開放、信息共享和業務協同，將局限于垂直行業的業務應用在統一的水平體系中融合，服務于城市的政府、企業和市民[1]。

2 智慧城市中的標準體系

2.1 智慧城市的層次架構

根據實現方式，智慧城市可以分為自上而下的四個層次：應用服務、數據支撐、通信網絡和傳感采集[2]，其中分布著智慧城市所要繼承和發展的各種信息通信技術標準體系。表1是層次架構中對應的主流信息通信技術標準體系[3]。

表1 智慧城市中的信息通信技術與應用層次架構

2.2 系統總體類標準[4]

作為一個高度集成的ICT系統，相比于物聯網應用，智慧城市更接近于信息化系統，較多涉及數據和信息層面，因此，需要參考IT領域的信息模型標準，主流標準有以下兩個。

1) 通用信息模型標準(Distributed Management Task Force，DMTF)的通用信息模型標準主要涉及系統、網絡、應用和服務的管理信息總體定義，可在某個特定應用領域對通用信息模型進行擴展和深化。通用信息模型標準有助于信息管理者使用一種通用的規則在不同信息系統中交流，已經在IT行業得到廣泛應用。智慧城市作為一種融合了各種信息子系統的復雜系統，通用信息模型標準對其同樣適用。

需要結合智慧城市跨領域、融合型的特點，對通用信息模型標準進行擴展，新建針對智慧城市的信息模型標準。

2) 信息安全管理標準。ISO/IEC JTC1/SC27主要從事信息技術安全的一般方法和技術的標準化工作，其標準主要包括：開放系統互連、密鑰管理、數字簽名、安全評估等方面的內容。一方面識別未來信息安全管理體系標準與指南的需求，另一方面開發和維護信息安全控制和服務相關標準，為建立和實施信息安全管理體系提供技術支撐。智慧城市作為一種部分開放的信息系統，信息安全管理標準是必備的。

需要結合智慧城市中數據開放、信息共享和業務協同所產生的安全需求，對信息安全管理標準進行延伸和擴展，結合城市中政府、企業和市民的實際需求，新建針對智慧城市的信息安全管理標準。

2.3 傳感采集類標準

在智慧城市層次架構中包含了信息源、傳感節點和通信終端的傳感采集層，根據獲取信號類型的不同，可分為模擬類的環境或物體傳感、數字類的物體標識、媒體類的視頻攝像共三個方面，主流的成熟標準有以下四個。

1) 物品編碼。主要指條形碼(含一維、二維)和射頻標簽RFID。ISO/IEC JTC1 SC31與AIM PDF417的條形碼標準是同一個標準體系，在商業和物流領域的物品標識應用中非常成熟，很多國家的政府和企業都支持該標準。ISO/IEC JTC1 SC31與AIM PDF417的條形碼標準可以直接適用于智慧城市的相關應用。

ISO/IEC JTC1 SC31與EPC global的RFID標準具有條形碼技術所不能實現的批量處理、無線讀取等優點，在商業和物流領域的高端物品標識應用中非常成熟，很多國家的政府和企業都支持該標準。ISO/IEC JTC1 SC31& EPC global的RFID標準可以直接適用于與智慧城市相關的應用(如表2所示)。

表2 ISO/IEC JTC 1的RFID標準體系

ISO/IEC JTC1 SC31與EPC global兩大標準體系相比，前者具有行業組織的權威性，后者獲得了很多商業企業的支持，現在兩大體系也在相互融合。

智慧城市中涉及物流、倉儲、貿易、溯源等方面的物品標識的相關應用，可以直接采用上述的物品編碼標準。

2) 智能變送器接口。智能變送器接口IEEE 1451標準包含6個子類，涉及有線與無線、單點與多點，內容非常具體，每個子類也都非常成熟，屬于傳感器領域的成熟標準，可以作為智慧城市中傳感器的智能變送器接口國際標準(如表3所示)。

表3 智能變送器接口標準體系

由于受到主要針對于工業控制領域、產業鏈高度成熟的現場總線技術體系的沖擊，IEEE 1451的應用主要集中于非工業領域，如自然、環境領域，因此，IEEE 1451并非是工業傳感器市場的主流標準。產業鏈的支持不夠，芯片資源較少，在實施時還是有一定的局限性。

在智慧城市的智能變送器技術領域未受到產業標準或事實標準規范的應用，可以選擇性地采用智能變送器接口標準。

3) 無線個域網?；贗EEE 802.15.4技術構建的ZigBee與6Lowpan是目前國際通用的無線個域網技術標準，廣泛應用于智慧城市中的傳感器網絡。ZigBee和IETF標準化組織一直進行無線個域網技術的開發并不斷取得進展，包括芯片和協議棧在內的的產業鏈也很成熟，很多物聯網和傳感網應用都是基于這兩項技術實現的。

在傳感器之后往往需要傳感器網絡來接入傳感信號，而無線個域網的上述技術，可以很好地實現傳感器節點的組網、通信和管理，也是主流的傳感器網絡標準。

智慧城市中傳感器網絡的相關技術，可以直接采用無線個域網標準。

4) 視頻監控。視頻監控領域有兩大國際標準體系即ONVIF和PSIA。ONVIF標準在視頻監控中的應用范圍很廣，PSIA的應用范圍沒有ONVIF那樣廣泛，但是也大量存在于某些視頻監控系統中。ONVIF和PSIA標準都已經成熟并形成了涵蓋傳感器、芯片組、攝像頭、存儲設備和門禁系統的整個視頻監控產業鏈。

ONVIF和PSIA標準并非針對智慧城市的視頻監控需求而研究制定，需要基于這兩項成熟技術標準，結合智慧城市中公共安全的視頻監控需求，有針對性地研究、制定智慧城市中的視頻監控標準。

智慧城市視頻監控的相關技術，可以直接采用視頻監控標準。

2.4 通信網絡類標準

通信網絡與生俱來就具有對標準化的強烈需求，沒有完善的標準體系，通信網絡不可能形成全世界范圍內的廣泛商用?；谶@個情況，在智慧城市的層次架構中，通信網絡部分的標準化工作是最成熟、最完善的。經過以ITU-T、IEEE、3GPP等為代表的通信標準化組織多年來的發展和完善，智慧城市中通信網絡所采用的各類通信技術都普遍存在對應的成熟標準，可以直接采用，并以透明化、智能化管道的方式為智慧城市中的信息采集、傳遞和交換提供網絡支撐。主要標準如表4所示。

表4 通信網絡相關標準體系

智慧城市中通信網絡的相關技術，可以直接采用上述的通信網絡標準。

2.5 數據支撐類標準

1) 云計算。DMTF、IEEE、IETF的云計算標準已經在信息通信技術和應用領域開始進行研究，尤其是在數據中心的建設和服務方面。但是這些標準的具體內容還需要進一步聚焦于智慧城市的需求，才能更有針對性地服務于智慧城市。

智慧城市中云計算的相關技術，可以直接采用上述的云計算標準。

2) 地理信息系統。開放地理聯盟與ISO/TC211的地理信息系統標準被廣泛應用，其覆蓋范圍包括了城市和鄉村。開放地理聯盟與ISO/TC211的地理信息系統標準在地理信息系統產業近年的發展中不斷成熟，尤其是在數字城市實現過程中得到了非常廣泛的采用和普遍的認可。

智慧城市中地理信息系統的相關技術，可以直接采用上述的地理信息系統標準。

3) 數據發布。國際貨幣基金組織(IMF)的數據發布標準被全世界作為官方規范廣泛采用，應用范圍幾乎包括了全部國家。國際貨幣基金組織的數據發布標準作為世界通行的技術規范，其內容足夠滿足數據發布的要求。國際貨幣基金組織的數據發布標準與數據發布系統建設與應用的各個方面，很容易被全世界所有城市認可。

智慧城市中數據發布的相關技術，可以直接采用國際貨幣基金組織的數據發布標準。

2.6 應用服務類標準

1) 政務。關于電子政務，目前在國際上并沒有類似于中國國家標準“政務信息資源目錄體系與交換體系”這樣直接針對政府信息化應用的標準。

智慧城市要針對政府、企業和市民的綜合需求來制定智慧城市政務應用標準，不僅涉及政務信息處理的信息技術，還涉及政府公共事務信息采集與發布的通信技術。

智慧城市的政務相關應用，需要將現有電子政務標準進行深化和擴展，并針對城市政務的具體需求，如對城市的公共管理，對企業和市民的融合服務等進行標準延伸。

2) 交通。與交通相關的信息通信技術標準有ISO/TC241道路交通安全管理系統、ISO/TC 204智能交通系統、ITU-T CITS與ITE通信標準協作。車輛充電與通信、ITU-T SG13/ Q12網絡車輛、 ITU-T SG15/ Q4c純電動汽車通信、 ITU-T SG16/ Q27服務于電信/ITS服務/應用的車輛網關平臺、ITU-T FG轎車通信、ITU-T FG情景意識管理的注意力分散報告。

以上涵蓋了道路交通、智能交通、車輛聯網與通信、車輛網關、駕駛員注意力管理等諸多內容，涉及到交通管理、交通工具和駕駛員等多個方面，基本囊括了智慧城市交通運輸的主要范疇。其中的ISO標準研究制定時間較長，內容比較成熟，但是隨著交通行業及智慧城市發展的需要，還有必要增加一些與智慧城市中公共交通服務與管理，以及新興交通工具管理方面的標準。智能交通的發展時間要遠早于智慧城市，相對更加成熟，需要將兩者的新舊標準體系進行很好地融合。

智慧城市中的交通相關應用，可以直接采用上述組織的標準，并針對城市公共交通的需求進行標準延伸。

3) 物流。GS1標準主要涉及供應鏈的物品管理，是物流行業通用的國際標準。GS1提升了全球跨行業之間供應鏈與需求鏈的效率和可見度，使傳統意義上跨地域的物流與供應鏈能夠在城市范圍內更有針對性地發揮作用。GS1標準作為成熟、通用的供應鏈標準可以直接適用于智慧城市。

但是GS1自成體系獨立運行，并未與關系密切的智能交通系統、商業智能形成關聯。還需要進一步結合智慧城市的需求，進行相關內容的補充和完善，比如和智能交通、商業智能的集成與融合。

智慧城市中物品流通的相關應用，可以直接采用GS1標準，并針對城市中及城市間物流的需求進行標準延伸。

4) 公共安全。ISO TC223標準主要涉及社會安全中的組織彈性、商業持續性與突發事件管理等內容，與智慧城市公共安全有較大關聯，但是缺乏目前城市中已普遍部署的視頻監控應用方面的內容，此外，還需要考慮其他與智慧城市相關聯的應用，如電子政務、城市管理、社區安防等的融合。

智慧城市中公共安全的相關應用，可以直接采用公共安全標準，并針對城市公共安全的需求進行標準延伸。

5) 醫療衛生。WHO、CEN/TC 251、ISO/TC215、ITU-T SG13和ITU-T FG M2M的醫療衛生標準基本上包括了醫療健康領域中的醫生護士與患者、醫療機構、家庭和移動場景。這些標準得到了廣泛應用，也在各種醫療衛生的用例中涵蓋了足夠全面的內容，其細節已經可以支撐相關應用的實現。

隨著智慧城市的發展和其他相關應用，如電子政務、環境保護、社區等的需求，目前醫療衛生方面的標準還存在較大的發展空間。

智慧城市中醫療衛生的相關應用，可以直接采用上述標準，并針對市民公共衛生的需求進行編制延伸。

6) 能源資源。ISO、IEC與ITU-T的能源與資源管理標準主要包括智能電網、智能計量和建筑能耗管理等內容，并已作為國際標準得到應用。但是，目前仍有某些能源與資源沒有被相關ICT標準體系涉及，如燃氣、空氣、自來水與污水。

ISO、IEC與ITU-T在智能電網、智能計量方面的能源資源管理標準并不具體，還需要結合智慧城市的需求和發展進行制定，以解決城市能源與資源短缺為工作目標，研究和制定對應的能源資源標準。

ISO、IEC與ITU-T現有標準中的智能電網標準，其覆蓋范圍和針對對象都是大面積地區，遠遠超出了城市范圍，應該針對智慧城市，側重于將其城市配電及用電的內容進行深化，并與關聯應用進行融合。

智慧城市中能源資源的相關應用比較廣泛和雜散，與上述內容關聯性較大的應用可以直接采用上述標準，也要針對城市范圍內能源資源的需求進行標準延伸。

7) 環境保護。ISO與ITU-T的環境保護標準比較有限，側重于為政府服務而非為居民服務，主要適用于城市管理者開展環境保護工作，并未包含與城市居民密切相關環境保護的重要內容。

ISO與ITU-T環境保護標準的具體內容還非常欠缺，遠不能滿足智慧城市的需要。

智慧城市中環境保護的相關應用，需要結合智慧城市的需求和發展，有針對性加強某些與環境保護有關領域的標準化，如制造加工、能源資源、交通物流、醫療衛生和城市管理等。

8) 社區。ISO/TC 268/SC 1標準主要涉及包括城市社區的框架與基礎設施等基本內容，覆蓋范圍還有待豐富。該標準在框架和基礎設施方面的內容比較有限，不能滿足智慧城市的需要，還需要進一步深化和完善。

智慧城市中社區的相關應用，需要結合智慧城市的需求和發展，有針對性地加強某些與社區有關領域的標準化，如醫療保健、城市管理、公共安全等。

9) 建筑。ISO的建筑自動化及建筑信息模型標準非常主流并廣泛應用到智能建筑領域。但是其主要聚焦于建筑及與建筑相關設施的信息，如建筑自動化和控制系統、民用和非民用建筑的管理系統，關于居民生活和建筑能耗管理方面的標準還有待研究和制定。

建筑自動化和建筑信息模型標準包括建筑設備自動化系統中的定義、需求、功能與實施，對于智慧城市建筑與家居應用基本足夠。智能建筑的發展時間要早于智慧城市，需要將兩者的新舊標準體系進行很好的融合。

智慧城市中建筑的相關應用，可以直接采用上述標準。還需要針對智慧城市的需求，有針對性地加強某些與建筑有關領域的標準，如能源資源、公共安全、社區等。

3 延伸拓展方向

針對業務應用的需求和信息通信技術的特點，智慧城市可以在下列方向進行標準體系的延伸和拓展[5]。

1) 數據開放?！皵祿笔浅鞘械姆€態表征，數據主要包括：人口、法人單位、自然資源與空間地理、宏觀經濟信息這四大方面，以及各種城市行業應用的數據。數據開放的標準化將促進城市數據與行業信息化系統中的孤立數據在智慧城市系統中的集中利用，使其更全面地服務于智慧城市。

2) 能力開放?！澳芰Α贝淼氖切畔⑼ㄐ偶夹g的支撐環境，能力開放對各種智慧城市需求的復雜實現過程進行了抽象，對外開放出一個開發和調用環境，以實現各種業務應用。適用于智慧城市的能力主要包括：電信網能力、互聯網能力、物聯網能力以及行業專家系統能力。能力開放的標準化將促進智慧城市應用自由靈活、方便快捷地部署。

3) 信息共享?！靶畔ⅰ笔浅鞘械膭討B表征，主要來自于監視控制系統、物聯網系統等。信息共享將促進城市監控系統與物聯網應用中的離散信息在智慧城市系統中的實時共享和集中利用，使其更全面地服務于智慧城市。

4) 業務協同。業務協同將在原有電子政務的標準體系基礎之上，將業務范疇擴大到整個城市的業務應用。業務協同的標準化提升將更高效地整合城市中離散的行業信息化系統、監視控制系統和物聯網應用等，統一、集中地實現智慧城市的管理運營。

4 總結與展望

通過對智慧城市中共性支撐技術與服務垂直行業的ICT標準進行繼承與發展，可以高效地開展智慧城市標準化工作，更好地利用已有標準的技術體系和產業鏈，有效地促進智慧城市的全面發展。同時，在某些方向上進行信息通信技術的延伸和拓展研究，也可以反過來促進信息通信技術的進步。

參考文獻

[1] 羅振.智慧城市公共支撐平臺體系架構研究[J].電信網技術,2013(4):10-13

[2] 羅振,桑梓勤.智慧城市公共支撐平臺技術架構及功能要求[J].信息通信技術,2014,8(5):55-60

[3] TR on "Standardization roadmap for smart sustainable cities" [EB/OL].(2015-03)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx

[4] TR on "Standardization activities for smart sustainable cities" [EB/OL].(2015-05)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx

[5] TS on "Setting the framework for an ICT architecture of a smart sustainable city" [EB/OL].(2015-05)[2015-08-02].http://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Pages/default.aspx