智慧城市平台的力量

智慧城市的任务是基于成果的数字化转型。智慧城市的重点是通过创新、社区参与和互联的合作伙伴生态系统达到经济发展、可持续性和运行效率成果，改善居民的生活品质。新兴技术和技术创新是产生这些系统化成果的关键，更具体地说，智慧城市必须利用智能设备、网络、云基础设施产生的数据以及应用和分析，培育前所未有的洞察力以及新产品和服务。本技术详解讨论了智慧城市平台作为整合智能技术、实现新应用快速交付、创建互联智慧城市生态系统关键机制的重要性。

概述：什么是智慧城市平台?

智慧城市平台为国家和地方政府所用，是一种用途具体的、系统的环境、社会和金融成果密切相关的平台。这些平台通常是物联网 (IoT) 平台，其发展迅速，架构越来越复杂，但是它们仍处于政府组织的早期布署阶段。智慧城市平台基本上是云托管解决方案，它们将设备连接起来，收集、组合和管理来自不同城市领域及服务提供商的数据，提供统一的城市全貌观。这种全貌观为城市各部门和/或第三方提供了全新的见解，提供经过改善的管理与控制，更好地了解对新产品和服务的需求。除了核心功能，这些平台还可用来快速布署新解决方案，无论在内部还是通过提供商的生态系统均可，比如垂直专家和本地供应商。这是智慧城市平台的一个重要能力，因为各部门现有的资产和SCADA种类繁多，交通系统和水、能源输送等孤岛化行业功能众多，这些都是快速创新的障碍。

智慧城市平台的架构因供应商而不同，但是下列组件是一个整合系统的所有组成部分：

• 设备管理，用于终端供应、远程配置、数据监测、软件更新和故障报告。设备管理确保终端持续发送和接收数据的能力。软件往往通过安装在终端上的代理客户机进行布署。
• 连接管理，确保数据从边缘到云的流动，并在具有加密能力的中转中进行管理和安全担保。对于大部分供应商，这通常仅限于通过云网关进行的IP通信，通过各种协议和REST API与终端双向通信。对于依赖移动连接的布署，一小部分物联网平台供应商提供SIM管理，包括计费和SIM警报。合作伙伴是共同的，是供应商们提供全面连接管理必不可少的。
• 数据管理，是智慧城市平台最繁重但最有价值的功能。数据通过“规则引擎”进行处理和分析，规则引擎按照一组参数或业务“规则”取出有意义的数据，以进行高级分析。有些平台具有由基于预测模型的映射数据组成的高级分析功能。通过机器学习和预测分析工具进行的高级分析具有越来越重要的意义，但是，如今很少作为物联网平台的标准功能提供给客户使用。
• 可视化工具和仪表盘，可通过可用的窗口小部件定制，能生成物联网数据管理摘要。它们可触发事件，向最终用户发送通知。
• 应用使能，通常通过开放的API获得支持，向第三方(例如应用开发者、系统集成商、SaaS供应商)提供协助。 第三方可按照他们的要求推送和定制平台数据。很少有供应商能作为其平台的一部分，提供应用开发，支持快速应用开发开具。

智慧城市平台实现许多功能。传感器和设备数据由于其数量大、连接方式繁杂、数据格式和频率众多等原因，令人难以应付。处理这些数据的能力不是传统IT平台与生俱来的。连接数以亿计的未连接物体产生的所有数据，标准化、处理它们的唯一方法就是采用拥有强大软件库、能大规模高速计算并分析各种数据源和格式的智慧城市平台。这样的平台具有强大的灵活性，可与其它云计算企业应用相对轻松整合，与其余IT基础设施完全集成。

智慧城市平台的优点

智慧城市平台如何帮助解决大城市挑战?

由于人口增长和老龄化，不断增加的气候变化问题，技术创新使市民对个性化的可移动政府服务的期望迅速变化，世界各地的城市面临同样的挑战。解决这些挑战因为各种各样的问题而更困难，比如不断老化的实物基础设施、有限的资本支出预算、不断攀升的水和能源消耗、新的可持续性目标与法规、上涨的收入和数字接入不平衡。

指望智慧城市平台解决这些复杂挑战似乎不可能，但事实上，智慧城市平台有助于将城市基础设施和服务放在更大的转变背景中。这种转变正通过物联网发生，因为实物资产由于嵌入式软件，变得 “智能”，可以数字方式启用。这些“智能”资产连接到网络，成为可通过平台共享、通信和协作的智能物体系统的一部分。最终，这些系统构成一个包含整个城市的多系统组成的系统。这种多系统组成的系统为解决系统化的复杂城市问题提供了依据，参见图1，改编自哈佛大学商学院教授Michael E. Porter和PTC首席执行官Jim Heppelmann撰写的文章，原稿发表在2014年11月的《哈佛商业评论》期刊上。

智慧城市是一个多系统组成的系统

来源：《哈佛商业评论》，“智能互联产品正如何变革竞争”，作者：Michael E. Porter和James E. Heppelmann，2014年11月

上图说明了智慧城市生态系统的重要性，在智慧城市中，各种系统互相连接，牵一发而动全身。例如，如果电网发生故障，供水将减少，道路将阻隔，后果是在整个城市区域发生连锁反应，可能会使学校、企业运行瘫痪，甚至影响公共安全和卫生。相反，如果这些单独的系统可前瞻性地进行协调，得到一体化数据的支持，则由此带来的好处将改善整个城市。麦肯锡全球研究所一份名为“物联网：映射炒作背后的价值”的报告指出，城市物联网价值的40%通过系统互联互通来实现。正如图1中显示的那样，智能互联照明不但节约电能和运行成本，而且通过额外的环境、声学传感器和摄像头，向其他系统，最终向居民、警察和驾驶员提供信息。这意味着某个事件的影响，比如事故或攻击，通过协同反应而减轻。给平台增加快速测试和布署创新应用的能力，将通过新服务得以提供，比如能让游客打开穿过某城市区域历史古迹道路照明灯的手机应用，或者能在紧急情况下触发摄影机的照明灯。这些例子说明了行业运行和IT的趋同性，它们在智慧城市中变得越来越重要，也说明了平台是如何支持这种趋同作用的。

显然，在这种背景下，智慧城市平台的成功在很大程度上取决于平台吸引和培育应用开发者、SaaS供应商、系统集成商和其他IT公司在平台上构建增值、差异化解决方案的能力。开放成为这种协作模型生存的首选之道。以开放、全记录API以及开放的可扩张工具为特征并采用行业标准的智慧城市平台，向用户提供大部分价值。

IDC已和许多城市谈论过他们对智慧城市平台的了解。城市IT采购方对智慧城市平台的潜力有统一、深入的了解，很多内容与IDC的定义一致。这些城市将平台描述成连接实物和数字数据，与从传感器和设备到工人行动的支持性过程的桥梁。考虑到城市面临的挑战，比如多个复杂、专有的遗留系统，许多城市正在寻求基于开放IT的解决方案 – 模块化、创新、互联互通、及时、开源 – 以满足他们的平台需求。

如今的平台通过提供公共API访问权来支持应用开发者。有些供应商还提供库文件以及齐全的软件开发工具包 ()。只有几家提供可进一步加快应用创建的应用开发环境。由于智慧城市物联网市场不断朝着松散结合PaaS架构发展(许多架构用开源技术搭建，支持更多的标准化通信协议)，布署速度和初始成本均可改善。不过，下列需求有待进一步开发：

• 支持第三方创新的完全互联互通(完美使用行业标准)开放平台
• 提供现有行业应用的专门应用市场

平台方式要点：规模化架构设计

架构一个城市的智慧城市平台方式时，系统互联互通必须是战略重点。平台布署方式从偏战术(也就是平台实施点解决方案)到偏战略(也就是从小处开始，选择已作为某个整体系统一部分的项目，该整体系统专为促进全市性的成果而设计)均可。

城市往往从战术方式开始，因为短期看似乎更便宜，能尽快解决具体问题。由此产生的解决方案往往附有专利技术，重复用于其他应用的机会没有多少。这样的方式实施缓慢，构建和维护成本高昂，因为它产生的是具有非整合数据的孤岛式平台。它还导致数据传输、贮存和系统管理成本更高，重要的资源集中在物联网管道化上，没有在解决方案内重复使用代码和共享开发工作的能力，架构发生大规模故障的机率更高。

战略方式将不同项目作为开发统一系统的一部分，架构一个能在项目、部门、系统和第三方方案之间使用的平台。代码让公共用例共享，软件开发资源集中在创建高增值应用业务逻辑上，解决方案可利用现有的对云基础设施和连通性的IT投资，实现更快的原型设计，大规模实施解决方案。

就PTC而论

智慧城市业务是PTC及其ThingWorx平台的战略增长领域，因为公司扩大了其历史上以制造业为重点的工业物联网视野，拓展到城市环境中的关键行业领域：电能和电网、水务、建筑物管理以及城市服务和基础设施。

PTC的ThingWorx平台具有多种重要特征，它们是智慧城市平台的核心：广泛、深入的合作伙伴生态系统、与任何设备通信的丰富选项、仪表盘显示、KPI能力、快速应用交付以及边缘分析的能力。

ThingWorx平台及其广泛的合作伙伴生态系统让城市内部或通过合作伙伴快速布署智慧城市解决方案。ThingWorx合作伙伴关系包括下列公司：

• 传感器、边缘通信和嵌入式设备参与者：Libelium、Intel、HPE、Cisco、Monnit
• 通信服务提供商：Vodafone、Sigfox、CenturyLink、Sensus (FlexNet仪表网络)
• 系统集成商和增值分销商：Deloitte、Capgemini、Tech Mahindra、TCS、Accenture、Infosys
• 云平台和商业系统参与者：AWS、Microsoft Azure、GE Digital、OSIsoft
• 解决方案和服务提供商：Aquamatix, Smoove, Itron, WiseUP, DEPsys, All Traffic

考虑到城市将重点放在跟踪关键项目领域的计量上，比如水、基础设施、能源和废弃物，ThingWorx平台一个极具价值的能力就是在整个孤岛化系统之间提供基于角色的仪表盘和KPI。可在全市范围内或在规定地区内更广大的公共领域内利用平台(支持邻近院校、医院等)，扩大投资价值。

虽然许多供应商以能够对从终端收集的数据进行消化、处理和基本分析的中央云端引擎为特色，PTC ThingWorx却拥有能在设备附近运行的边缘服务，可进行本地分析，适合连接性不良的地理区域。

ThingWorx提供全市性的物联网平台，更全面地利用城市的实物资产、网关以及云和通信网络;它还能更快地布署解决方案，通过“多个系统组成的系统”创造价值。它通过一些与众不同的关键做法实现这点：

• 收购Kepware：PTC目前提供本土行业接入，对行业背景中常见的150多种不同协议无缝提供通信和编译支持。
• 布署平台无关性：ThingWorx可在任何云(本土AWS、Azure云)或现场平台上运行。
• 开放的IT平台：利用开放的IT平台可在硬件、传感器和开放数据等其他技术之间实现数据互联互通与兼容;采用ThingWorx，组织可连接到任何设备、任何云或任何现有的软件系统。
• 可视化建模能力：拖放用户界面以及进行可视化建模的能力，可实现快速应用开发。
• 增强现实：通过收购Vuforia，PTC让城市以全新方式与市民通信，通过手机、平板或数字眼罩提供现实世界的数字化互动视图。

PTC是一家长期注重合作伙伴和合作伙伴关系的公司，他们的成功就是PTC的成功。在许多合作伙伴的智慧城市方案尚处于早期阶段时，PTC通过公司密切的工作关系提供快速布署这些解决方案必不可少的支持，为智慧城市客户提供价值。

挑战

仍存在一些障碍，影响着城市从智慧城市平台全面受益的能力。挑战包括安全和隐私问题、缺少行业标准、缺乏展现投资回报。

• 安全和隐私是城市领导者最关心的问题，尤其是考虑到最近发生的终端和设备脆弱性造成的DDoS和勒索攻击。城市官员正对居民个人数据和隐私使用问题作出响应，智慧城市平台必须解决这些问题。智慧城市要求的严格安全技术，尤其是周边设备身份验证、先进的威胁管理、数据隐私和政策执行，正由大部分物联网平台供应商开发。物联网平台安全不只是要求单一的供应商策略，城市应该寄希望于与安全专家有合作关系的供应商。
• 城市管理着许多不同行业和领域，包括公共安全、交通、照明和环境监测。成功的智慧城市平台必须跨行业，但是，缺少公共行业标准往往会产生孤岛化的“设备内联网”，阻碍创新和增长。
• 解决方案的初始成本和总成本之间有一个比对问题。初始成本被全世界的城市作为最大的实施障碍之一，因此，许多供应商提供免费“试用”或低价报价，“先诱敌上钩”。这种做法给城市和州带来困难，他们更难实现对平台利益需要的真实基础设施数量的预算，使衡量回报更是难上加难。

除了这些关键挑战，智慧城市平台市场正变得越来越拥挤，许多供应商正推销他们的平台能力。虽然方案大不相同，但要区分彼此的能力可能也很难。

结论

如今，没有供应商提供端到端的解决方案或涉及设备、连通性、数据、应用和应用开发的整体式集成堆栈，将来也不可能这样。相反，城市应该指望供应商将重点放在通过其生态系统给用户提供灵活性和定制服务上。智慧城市平台是这样的生态系统的枢纽，在这个枢纽中，按行业垂直分布的应用、产品和服务随时可供最终用户使用。

城市应继续要求平台供应商提供安全、互联互通、强大的开放API、强大的合作伙伴生态系统以及具有通过微服务架构进行“试验”能力的模块化解决方案。它们还应该看重能解决这些优先事项的供应商。