新型智慧城市大腦規(guī)劃建設方案

面向服務城市安全運行先進物聯網技術城市大腦新型智慧城市大腦規(guī)劃建設方案1背景2建設思路及原則3框架設計4試點項目內容5特色優(yōu)勢ONTENTSC內容大綱01政策背景02案例背景03技術發(fā)展背景一、背景一、背景-新一代物聯網的關鍵技術優(yōu)勢人工智能“它呈現出深度學習、跨界融合、人機協同、群智開放和自主智能的新特點”。新一代的人工智能主要是大數據基礎上的人工智能。泛在網絡短距離技術與低功率廣域網的發(fā)展顯著提升物聯網的泛在連接能力。LPWAN構建泛在網絡。NB-IoTLoRa新征求意見470~510頻段限單頻點使用，有可能不用于組網應用。故基于城市安全運行應用，依托移動NB-IoT組網。智能化終端/網關MEMS引領物聯網傳感和芯片技術產業(yè)變革。MEMS具備的體積小、質量輕、低功耗、高精度、設計制造靈活、集成度高等優(yōu)勢。智能化終端/網關采用MEMS技術。物聯網MCU加速向高性能、低功耗、高集成度方向發(fā)展。城市大數據大數據分析與傳統(tǒng)量化分析不一樣，是以數據驅動的方式、是先有數據再考慮（問題），所以這是一個新的發(fā)展趨勢。可操作性原則：以頂層設計為導向，分階段實施，確保新城建設真正實現“智慧”落地

唯一性原則：結合新城的地方特色 、打造獨特的經濟、社會、人文優(yōu) 勢聚焦主體柔性整合超前頂層設計分步實施頂層設計原 則頂層設計思路

目標定位：通過信息化手段，建設世界一流的可持續(xù)發(fā)展的智慧新城，打造 “生態(tài)、低碳、活力、宜居、和諧”的生態(tài)之城！

可持續(xù)性原則：優(yōu)化資源利用，兼顧生態(tài)和諧，適度 超前頂層設計，體現未來5-15年的經濟、社會、環(huán)境發(fā)展

要求

領先性原則：發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，借鑒國際先進 案例，打造一流新城一、建設目標城市和諧發(fā)展信息資源共享體制機制創(chuàng)新生活品質提升產業(yè)優(yōu)化升級一、城市大腦設計定位智慧民生智慧基礎設施層智慧環(huán)境

智慧政務智慧產業(yè)提升生計發(fā)展能力提升生存載體品質

公共

管理 層社會生產層

社會 生活 層 城市 設施資源環(huán)境層保障信息安全發(fā)展信息產業(yè)綠色行政高敁庪能透明參不高敁綠色經濟繁榮可續(xù)敁能活力創(chuàng)新綠色生活安庩和諧安全健庩便捷綠色城市有序管控協調平穩(wěn)敁率

綠色設施

智能運行

穩(wěn)定高速安全智慧辦公/政務監(jiān)察/公共管理/行政執(zhí)法

智慧工業(yè)/農業(yè)/服務業(yè)

智慧醫(yī)療/教育/居家/就業(yè) 智慧市政/交通/能源/安全 網絡/數據中心/部件管理 智慧氣象/國土/水務城市大腦總體架構01建設理念02建設思路03建設原則二、建設思路及原則03建設步驟二、建設思路及原則-建設理念末梢神經（感知層）神經網絡（傳輸層）腦核（數據基礎層）皮質層（決策層）小腦（執(zhí)行層）遵循“城市大腦”理念，打造智慧XXX安全運行物聯網試點項目，建成一套完善的“感”“傳”“知”“用”城市大腦架構。城市大腦VS人工智能算法決策人工決策智慧城市二、智慧XXX城市安全運行試點-建設思路6+4個1面向“城市運行管理”、“消防”、“交通”、“環(huán)境”、“街道社區(qū)”、“環(huán)衛(wèi)”6大領域形成服務城市安全運行熱點的物聯網創(chuàng)新應用。融合各領域間的數據交互壁壘（政務專網、網格圖像專網、NB-IoT），構筑一張融合的城市安全運行神經網絡。符合智慧城市頂層設計理念，對各領域內容進行統(tǒng)籌，實現各領域的數據交互、開發(fā)、共享，落實創(chuàng)新、協調、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念。以網格化管理為基礎，構建起1個具有城市數據綜合運營、人工智能AI能力的城市安全運行智能運營、管理服務中心。最終目標為提升城市服務水平，支撐“科技創(chuàng)新中心核心區(qū)”建設。城市“大腦”最終產生的數據，服務于城市管理及廣大群眾。6個領域1張網絡1個平臺1個中心1個目標二、智慧XXX城市安全運行試點-應用場景街道社區(qū)“弱勢”家庭安全。城市運行管理燃氣泄漏監(jiān)測、有限空間及管線監(jiān)測。消防安全基于物聯網的消火栓監(jiān)測，基于物聯網的消防水池監(jiān)測。交通橋梁健康、路面積水監(jiān)測。城市空氣質量、路面結冰。環(huán)境06環(huán)保02消防安全04環(huán)境05街道社區(qū)03交通01城市運行管理23個類型場景環(huán)保餐余垃圾回收。二、智慧XXX城市安全運行試點-建設原則示范性性價比規(guī)模性覆蓋全可靠性先進性針對性選擇最緊迫的需求，提煉最優(yōu)化的方案。燃氣、排水、自來水、電力、熱力、“弱勢”家庭、道路、空氣、橋梁。NB-IoT、Mems技術，打造人工智能神經元。參考城市大腦模式。一個平臺，6個領域，23個場景。成功案例，運營反饋效果好。方案以最終用戶業(yè)務需求出發(fā)，契合度高。符合XXX區(qū)的科技創(chuàng)新戰(zhàn)略。二、智慧XXX城市安全運行試點-建設步驟城市安全運行關系到每一位市民的人身安全，“智慧XXX”物聯網城市安全運行試點項目應承擔起“示范”作用。城市安全運行物聯網應用應由“重”到“輕”、由“簡單”到“復雜”分階段實施。需樹立頂層設計規(guī)劃的總體目標、階段目標，并建立長效機制、逐步落實。階段一：示范性階段，選擇具備代表性的城市安全隱患，結合最先進的物聯網技術，確立城市安全運行的物聯網技術路線及機制。階段二：重點隱患覆蓋階段，對全區(qū)重點隱患進行全面覆蓋，采用先機的技術嘗試對其它類型隱患進行預警，并進一步完善處置協調機制。階段三：通過物聯網技術，全面開展城市安全運行隱患預警、工作機制。階段四：總結、挖掘、擴大城市安全運行的物聯網應用效果，在細節(jié)上完善影響城市安全運行的因素，探索新的技術及理念。01需求分析02技術路線03平臺架構04產品支撐三、框架設計三、框架設計-需求分析城管委燃氣電力排水自來水環(huán)境需求單位城市公共服務單位路面結冰、積雪。希望借助物聯網提升管理水平。涵洞路面、低洼路面積水。橋梁健康。交通熱力關注實施細節(jié)：安裝、維護、穩(wěn)定性、業(yè)務對接。業(yè)務提升需求安全提升需求政府業(yè)務單位“弱勢”家庭安全。街道環(huán)衛(wèi)三、框架設計-技術路線先進傳感器以NB-IoT通訊加自帶電池的MEMS傳感器為主，合理的應用在各類場景，形成城市安全運行的神經元。泛在的物聯網絡以NB-IoT為主，網格圖像光纖、4G網絡為輔，形成城市泛在的城市安全運行神經網絡。統(tǒng)一的物聯網平臺對各類場景進行統(tǒng)一平臺管理，實現夸平臺、夸場景的統(tǒng)一協調底層核心。大數據分析、挖掘對多位數據進行分析、挖掘，形成由應急處置向風險管理轉變的城市安全運行模式。面向服務實現傳統(tǒng)的數據可視化向直接服務的應用轉變。三、框架設計-系統(tǒng)架構放三、框架設計-產品支撐市場成熟產品有害氣體傳感器燃氣泄漏傳感器噪聲傳感器路面結冰傳感器空氣質量傳感器……自主創(chuàng)新產品液位傳感器壓力傳感器燃氣傳感器緊急求助按鈕垃圾桶空/滿傳感器垃圾回收登記終端統(tǒng)一物聯網平臺大數據挖掘算法……01燃氣泄漏場景02有限空間場景03市政管線場景04城市消防場景05交通場景06環(huán)境氣候場景07“弱勢”家庭場景四、試點項目內容08餐余垃圾回收場景四、試點項目內容-需求分析井下作業(yè)有害氣體中毒燃氣管泄漏至鄰近電氣管井引發(fā)爆炸燃氣管泄漏引發(fā)火災供水管泄漏引發(fā)路面塌陷井蓋丟失引發(fā)交通事故暴雨引發(fā)雨水井偏移四、試點項目內容-需求分析消火栓無水橋梁受損路面積水路面結冰空氣質量“弱勢”家庭安全塌陷塌陷沉降撞擊四、試點項目內容-燃氣泄漏場景智能燃氣監(jiān)測傳感器測量范圍：0~100%LEL；測量精度：3%FS；電池續(xù)航時間：6個月（60分鐘采集上傳一次）；數據采集周期：60min(可在5min~1440min之間配置)支持GPRS/433MHz/NB無線通訊；工作溫度：-20℃~50℃；工作濕度：≤95%RH（無冷凝）；防護等級：IP65（需升級至IP68）；防爆等級：ExdibIIBT5Gb場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數城市燃氣井（室）、臨近燃氣井的電力井。有限空間內燃氣濃度值。每小時檢測1次空間內燃氣濃度，根據燃氣濃度的時間變化，計算分析出燃氣濃度變化趨勢。根據燃氣濃度變化趨勢，結合天氣、歷時數據，計算分析燃氣濃度達到爆燃值時間。預警結果由平臺自動推送給燃氣單位。當檢測到燃氣達到爆燃值時，自動啟動應急預案，如通過微信公眾號、短信、廣播電臺等途徑通知群眾。（人工智能）（人工智能）（多維大數據分析）（感知與分析）四、試點項目內容-有限空間場景工作環(huán)境：溫度：-20℃～50℃濕度：(15～95)%（不結露）壓力：(86～106)KPa；輸入電壓AC220V±15%，頻率50Hz，功率<70W；硫化氫（H2S）量程：0-100ppm，誤差：±5%FS；一氧化碳（CO）量程：0-2000ppm，誤差：±5%FS氧氣（O2）量程：0-25%VOL，誤差：±5%FS；甲烷(CH4)量程：0-100%VOL，誤差：±5%FS；防水、防塵；市電供電（AC220V±20%，50Hz）。場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數排污井、雨水井、電力井、燃氣井等。窖井內的有毒有害氣體監(jiān)測，包括：硫化氫濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、甲烷濃度。定時檢測窖井內有害氣體濃度，根據有害氣體濃度的時間變化，計算分析出有害氣體濃度變化趨勢。根據有害氣體濃度變化趨勢，結合天氣、歷時數據，計算分析有害氣體濃度達到警戒值時間。預警結果由平臺自動推送給相應的排水、電力、燃氣單位。當檢測到有害氣體中甲烷濃度達到爆燃值時，自動啟動應急預案，如通過微信公眾號、短信、廣播電臺等途徑通知群眾。（人工智能）（感知與分析）（多維大數據分析）四、試點項目內容-有限空間場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數雨水井。窖井內的水位高度監(jiān)測。定時檢測雨水井內水位高度，根據水位高度的時間變化，計算分析水位高度變化趨勢。根據水位高度變化趨勢，結合天氣、歷時數據，計算分析水位高度達到警戒值時間。預警結果及報警結果由平臺自動推送給相應的排水單位。水位量程：0-7、10、20、35、70、100米；水位精度：±0.5%FS、±0.1%FS（可選）；穩(wěn)定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年；存儲容量：4M、8M、16M、32M（可選）；電池容量：20AH；電池壽命：2-5年（視數據上報頻率）；防護等級：IP68；工作溫度：-10~80℃；安裝方式：水位檢測部分投入式，無線通信部分壁掛式。（感知與分析）（多維大數據分析）四、試點項目內容-有限空間場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數各類市政窖井蓋。監(jiān)測井蓋是否發(fā)生位移、傾斜。輔助功能：井蓋權屬掌握、各單位通過井蓋對管線進行資產管理。伺機監(jiān)測窖井蓋位移、傾斜狀態(tài)，當井蓋發(fā)生位移或傾斜時，產生報警數據。（人工作業(yè)前后需修改為“作業(yè)”狀態(tài)）。傳感器將報警數據結果推送給物聯網安全運行平臺，平臺將報警結果推送給窖井權屬的公共服務單位。井蓋位移、傾斜報警后，平臺自動啟動應急預案，如推送給微信公眾號、短信、廣播電臺等途徑通知群眾，直到井蓋恢復。水位量程：0-7、10、20、35、70、100米；水位精度：±0.5%FS、±0.1%FS（可選）；穩(wěn)定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年；存儲容量：4M、8M、16M、32M（可選）；電池容量：20AH；電池壽命：2-5年（視數據上報頻率）；防護等級：IP68；工作溫度：-10~80℃；安裝方式：水位檢測部分投入式，無線通信部分壁掛式。（人工智能）四、試點項目內容-市政管線場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數熱力及供水管線泄漏監(jiān)測。監(jiān)測壓力水管是否發(fā)生泄漏，并確定泄漏位置。每天夜間上傳1次管道泄漏監(jiān)測數據，由平臺分析管道是否泄漏及分析泄漏位置。當平臺判斷管道發(fā)生泄漏時，平臺將結果，平臺將報警結果推送給窖井權屬的公共服務單位。支持GPRS/Lora無線通訊/NB；工作溫度范圍：-20℃～70℃；電源：7.2V不可充電鋰電池；測量噪聲范圍：0-5000mg；探頭安裝方式：磁鐵吸附；工作時間：3年（工作時長：0.5小時/天，數據上傳頻率：1次/天）；防護等級：IP68。四、試點項目內容-市政管線場景漏點導航確定大致漏點確定精確位置新一代相關儀監(jiān)測內容業(yè)務呈現熱力及供水管線。場景對象相關儀和噪聲記錄儀功能的綜合構成，通過檢測漏水噪聲，記錄儀可以快速計算出漏點的確切位置。作為壓力水管日常巡檢及應急泄漏精確定位的移動監(jiān)測設備。GPS直接導航至漏點，無需夜間工作，可精確測量泄漏點。四、試點項目內容-市政管線場景監(jiān)測內容業(yè)務呈現城市排污管、雨水管。場景對象相關儀和噪聲記錄儀功能的綜合構成，通過檢測漏水噪聲，記錄儀可以快速計算出漏點的確切位置。作為排水管日常排水流量檢測的移動設備。可監(jiān)測排水的流量，可用于水道流量評估及城市排水能力研究。四、試點項目內容-城市消防場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數城市消火栓、消防水箱。監(jiān)測消火栓壓力是否正常，監(jiān)測消防水箱液位是否過低。定期監(jiān)測消火栓、消防水箱壓力及水位，監(jiān)測到的數值實時傳輸給平臺。當監(jiān)測到的數值低于預設閥值時，平臺將報警信息推送給消防、自來水單位。平臺可計算出“故障”消火栓附件正常壓力消火栓的位置信息，信息可通過微信公眾號、軟件平臺開發(fā)對接形式提供給消防單位。無線網絡：NB-IoT；工作溫度：-30~80℃；量程范圍：0-50Mpa；精度：5%；電池：DC3.6V/9Ah大容量鋰電池；功耗：30分鐘進行一次數據上報，電池使用時長可達2年。消防水箱液位過低時，可自動聯動本地消防水泵啟動注水。（人工智能）（人工智能）四、試點項目內容-交通場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品圖片產品參數城市低洼路段、橋梁涵洞。積水深度監(jiān)測。定時監(jiān)測城市低洼路段、橋梁涵洞積水積水深度，根據積水深度的時間變化，計算分析出有積水深度的變化趨勢。根據積水深度的變化趨勢，結合當前雨量變化趨勢，結合歷時數據，計算分析出積水深度達到預警值的時間。當平臺計算出積水深度達到警戒值時，平臺產生報警。預警、報警信息。通信網絡：GPRS/CDMA/4G網絡、INTERNET公網（監(jiān)測中心綁定固定IP）、網格圖像光纖等；監(jiān)測設備：道路積水監(jiān)測終端；現場儀表：超聲波水位計、電子水尺（投入式水位計）、LED情報板等。平臺可將報警、預警信息自動推送給城市排水、交通等單位，可聯動網格圖像系統(tǒng)彈屏顯示附近實時畫面，可推送給交通電臺、相關微信號、導航地圖等，提醒廣大群眾出行。（人工智能）（人工智能）（多維大數據分析）四、試點項目內容-交通場景場景對象監(jiān)測內容業(yè)務呈現產品介紹產品安裝圖片橋梁。橋梁健康監(jiān)測，包括：結構變形監(jiān)測、結構應力監(jiān)測、結構動力性能監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、環(huán)境參數監(jiān)測。對橋梁健康進行可視化（GIS+BIM）管理，顯示橋梁日常狀態(tài)或異常報警。為橋梁日常維護提供信息檢索、維修、數據采集、統(tǒng)計分析、巡檢、預案、工單等業(yè)務支撐。跟蹤結構狀態(tài)變化趨勢為大橋養(yǎng)護管理決策提供依據，為橋梁全壽命周期安全管理提供大數據支撐（長期連續(xù)）；識別結構損傷并對結構異常反應緊急報警（自動報警），啟動應急處置預案；自動實時監(jiān)測環(huán)境條件和橋梁響應并直觀顯示結果，尤其在突發(fā)事件中，能第一時間獲取橋梁運營狀態(tài)信息（及時）；四、試點項目內容-交通場景案例方案西翠橋橋梁健康監(jiān)測傳感器安裝位置示意圖編號項目設備名稱數量1橋墩沉降監(jiān)測靜力水準儀22橋梁振動監(jiān)測加速度傳感器13橋梁撓度監(jiān)測撓度傳感器14橋梁載重監(jiān)測應力應變傳感器25橋梁視頻監(jiān)測高清網絡攝像機26橋梁水位監(jiān)測液位傳感器17橋梁環(huán)境監(jiān)測溫濕度傳感器18橋梁水位標尺水位標尺19橋梁檢測供電系統(tǒng)太陽能供電板2橋墩沉降監(jiān)測、橋梁振動監(jiān)測、橋梁撓度監(jiān)測、橋梁載重監(jiān)測、橋梁水位監(jiān)測、橋梁環(huán)境監(jiān)測、橋梁監(jiān)測供電系統(tǒng)、橋梁視頻監(jiān)測、橋梁水位監(jiān)測。產品安裝圖片方案配置清單產品布置圖四、試點項目內容-環(huán)境氣候場景場景對象監(jiān)測內容實現方式業(yè)務呈現冷點路面。路面結冰。利用網格圖像（雪亮工程）基建設施（網+電+桿），加裝“路面溫度、濕度遙測傳感器”。根據“熱譜地圖”和“基準站路面溫度”，推算巡線路網結冰狀態(tài)。將實時推算結果（綠色：無結冰；黃色：可能結冰；紅色：有結冰），在GIS地圖上呈現。推測到路面可能結冰，平臺自動將預警結果（甚至網格圖像）推送給環(huán)衛(wèi)、交通等相關單位，可通過平臺對接或微信公眾號等方式實現。產生結冰預警后，如通過推送給微信公眾號、短信、導航地圖、廣播電臺、聯動前端LED顯示屏等途徑通知群眾，直到預警恢復。產品安裝實例（人工智能）（感知與分析）四、試點項目內容-環(huán)境氣候場景場景對象監(jiān)測內容實現方式業(yè)務呈現城市空氣質量。PM2.5、臭氧、二氧化硫、PM10、二氧化氮、一氧化碳。定點監(jiān)測：采集點密度：1個/km2。高點部署、地面部署，形成立體監(jiān)控數據，推導出污染物厚度。移動監(jiān)測：場景一，在空氣污染預警期間，針對建筑工地、生產企業(yè)、汽修廠等空氣污染源的臨時布控。初期12小時完成監(jiān)測裝置部署與實時數據并網。場景二，車載戶外空氣質量移動采集，實時繪制巡邏區(qū)域空氣污染濃度分布地圖，對于局部空氣污染源進行高效排查和取證。例如，夜間煤改電落實情況巡查等。產品安裝實例四、試點項目內容-“弱勢”家庭場景場景對象監(jiān)測內容實現方式業(yè)務呈現“弱勢”家庭。緊急求助、廚房燃氣泄漏、家庭火災。利用物聯網緊急求助按鈕，實現“弱勢”家庭在醫(yī)療、生活方面的應急求助。利用物聯網可燃氣體探測器，監(jiān)測“弱勢”家庭是否存在燃氣泄漏問題。利用物聯網可燃氣體探測器，本地監(jiān)測家庭是否發(fā)生火災險情。緊急報警按鈕，具備三種類型事件求助，求助信息可推送至“弱勢”家庭監(jiān)護人手機，或推送至物業(yè)值班室居民求助顯示屏上?？扇細怏w探測器，檢測到房間內煙霧濃度超標時，聯動本地聲音警報，并可聯動家庭人員手機通知。產品介紹緊急求助按鈕可燃氣體探測器火災煙感探測器可燃氣體探測器，檢測到房間內煙霧濃度超標時，聯動本地聲音警報，并可聯動家庭人員手機通知。（人工智能）（人工智能）（感知與分析）（感知與分析）（人工智能）四、試點項目內容-餐余垃圾回收場景場景對象監(jiān)測內容實現方式業(yè)務呈現餐余垃圾回收。垃圾桶填滿、回收過程登記。利用微波傳感器，監(jiān)測餐余垃圾是否裝滿。利用“餐余垃圾回收智能巡檢移動”終端，實現垃圾回收過程的登記工作。“餐余垃圾回收智能巡檢移動”終端具備：GPS技術、視頻拍照、語音記錄、文字記錄、NFC打卡等技術實現。在軟件平臺或智能終端設備上，實現對城區(qū)定點餐余垃圾桶的可視化管理，包括垃圾桶位置、垃圾桶空滿、垃圾桶的傾倒及巡檢登記（NFC/二維碼+照片/文字/語音）等。產品介紹對垃圾桶數量、空/滿、位置、傾倒、巡檢等形成的大數據信息進行統(tǒng)計分析、深度挖掘，形成垃圾回收情況、異常情況、片區(qū)傾倒工作量等的信息主動推送與分析，為管理者提供決策數據支撐。四、試點項目內容-軟件界面基于GIS的可視化四色預警基于GIS的可視化預警、報警各類管線的分層管理數據的統(tǒng)計趨勢分析01窄帶物聯網02微機電系統(tǒng)03人工智能五、特色優(yōu)勢五、特色優(yōu)勢-窄帶物聯網NB-IoT：覆蓋能力強，終端功耗低，能夠較好的支持對廣度、深度覆蓋要求高、電池續(xù)航要求高的業(yè)務。蜂窩物聯網（NB-IoT）相比于2G基站，覆蓋能力強20dB，可以多穿透

2堵墻。2017年底在北京主要區(qū)域建設NB-IOT蜂窩物聯網，覆蓋總面積1961平方公里網絡覆蓋情況低功耗：基于AA電池，使用壽命可超過10年性能優(yōu)勢大連接：單個NB-IOT基站小區(qū)內可承載50K+用戶覆蓋廣：解決傳感器數據傳輸鏈路問題。低功耗：實現傳感器通訊模塊可通過電池供電。信號強：保障數據通訊可靠。大接入：適用于城市物聯網大