智慧城市的任務是基于成果的數字化轉型。智慧城市的重點是通過創新、社區參與和互聯的合作伙伴生態系統達到經濟發展、可持續性和運行效率成果，改善居民的生活品質。新興技術和技術創新是產生這些系統化成果的關鍵，更具體地說，智慧城市必須利用智能設備、網絡、云基礎設施產生的數據以及應用和分析，培育前所未有的洞察力以及新產品和服務。本技術詳解討論了智慧城市平臺作為整合智能技術、實現新應用快速交付、創建互聯智慧城市生態系統關鍵機制的重要性。

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、系統的環境、社會和金融成果密切相關的平臺。這些平臺通常是物聯網 (IoT) 平臺，其發展迅速，架構越來越復雜，但是它們仍處于政府組織的早期布署階段。智慧城市平臺基本上是云托管解決方案，它們將設備連接起來，收集、組合和管理來自不同城市領域及服務提供商的數據，提供統一的城市全貌觀。這種全貌觀為城市各部門和/或第三方提供了全新的見解，提供經過改善的管理與控制，更好地了解對新產品和服務的需求。除了核心功能，這些平臺還可用來快速布署新解決方案，無論在內部還是通過提供商的生態系統均可，比如垂直專家和本地供應商。這是智慧城市平臺的一個重要能力，因為各部門現有的資產和SCADA種類繁多，交通系統和水、能源輸送等孤島化行業功能眾多，這些都是快速創新的障礙。

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

• 設備管理，用于終端供應、遠程配置、數據監測、軟件更新和故障報告。設備管理確保終端持續發送和接收數據的能力。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，確保數據從邊緣到云的流動，并在具有加密能力的中轉中進行管理和安全擔保。對于大部分供應商，這通常僅限于通過云網關進行的IP通信，通過各種協議和REST API與終端雙向通信。對于依賴移動連接的布署，一小部分物聯網平臺供應商提供SIM管理，包括計費和SIM警報。合作伙伴是共同的，是供應商們提供全面連接管理必不可少的。
• 數據管理，是智慧城市平臺最繁重但最有價值的功能。數據通過“規則引擎”進行處理和分析，規則引擎按照一組參數或業務“規則”取出有意義的數據，以進行高級分析。有些平臺具有由基于預測模型的映射數據組成的高級分析功能。通過機器學習和預測分析工具進行的高級分析具有越來越重要的意義，但是，如今很少作為物聯網平臺的標準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，能生成物聯網數據管理摘要。它們可觸發事件，向最終用戶發送通知。
• 應用使能，通常通過開放的API獲得支持，向第三方(例如應用開發者、系統集成商、SaaS供應商)提供協助。 第三方可按照他們的要求推送和定制平臺數據。很少有供應商能作為其平臺的一部分，提供應用開發，支持快速應用開發開具。

智慧城市平臺實現許多功能。傳感器和設備數據由于其數量大、連接方式繁雜、數據格式和頻率眾多等原因，令人難以應付。處理這些數據的能力不是傳統IT平臺與生俱來的。連接數以億計的未連接物體產生的所有數據，標準化、處理它們的唯一方法就是采用擁有強大軟件庫、能大規模高速計算并分析各種數據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應用相對輕松整合，與其余IT基礎設施完全集成。

智慧城市平臺的優點

智慧城市平臺如何幫助解決大城市挑戰?

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

指望智慧城市平臺解決這些復雜挑戰似乎不可能，但事實上，智慧城市平臺有助于將城市基礎設施和服務放在更大的轉變背景中。這種轉變正通過物聯網發生，因為實物資產由于嵌入式軟件，變得 “智能”，可以數字方式啟用。這些“智能”資產連接到網絡，成為可通過平臺共享、通信和協作的智能物體系統的一部分。最終，這些系統構成一個包含整個城市的多系統組成的系統。這種多系統組成的系統為解決系統化的復雜城市問題提供了依據，參見圖1，改編自哈佛大學商學院教授Michael E. Porter和PTC首席執行官Jim Heppelmann撰寫的文章，原稿發表在2014年11月的《哈佛商業評論》期刊上。

智慧城市是一個多系統組成的系統

來源：《哈佛商業評論》，“智能互聯產品正如何變革競爭”，作者：Michael E. Porter和James E. Heppelmann，2014年11月

上圖說明了智慧城市生態系統的重要性，在智慧城市中，各種系統互相連接，牽一發而動全身。例如，如果電網發生故障，供水將減少，道路將阻隔，后果是在整個城市區域發生連鎖反應，可能會使學校、企業運行癱瘓，甚至影響公共安全和衛生。相反，如果這些單獨的系統可前瞻性地進行協調，得到一體化數據的支持，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“物聯網：映射炒作背后的價值”的報告指出，城市物聯網價值的40%通過系統互聯互通來實現。正如圖1中顯示的那樣，智能互聯照明不但節約電能和運行成本，而且通過額外的環境、聲學傳感器和攝像頭，向其他系統，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，通過協同反應而減輕。給平臺增加快速測試和布署創新應用的能力，將通過新服務得以提供，比如能讓游客打開穿過某城市區域歷史古跡道路照明燈的手機應用，或者能在緊急情況下觸發攝影機的照明燈。這些例子說明了行業運行和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用開發者、SaaS供應商、系統集成商和其他IT公司在平臺上構建增值、差異化解決方案的能力。開放成為這種協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標準的智慧城市平臺，向用戶提供大部分價值。

IDC已和許多城市談論過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一、深入的了解，很多內容與IDC的定義一致。這些城市將平臺描述成連接實物和數字數據，與從傳感器和設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，比如多個復雜、專有的遺留系統，許多城市正在尋求基于開放IT的解決方案 – 模塊化、創新、互聯互通、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訪問權來支持應用開發者。有些供應商還提供庫文件以及齊全的軟件開發工具包 ()。只有幾家提供可進一步加快應用創建的應用開發環境。由于智慧城市物聯網市場不斷朝著松散結合PaaS架構發展(許多架構用開源技術搭建，支持更多的標準化通信協議)，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：

• 支持第三方創新的完全互聯互通(完美使用行業標準)開放平臺
• 提供現有行業應用的專門應用市場

平臺方式要點：規模化架構設計

架構一個城市的智慧城市平臺方式時，系統互聯互通必須是戰略重點。平臺布署方式從偏戰術(也就是平臺實施點解決方案)到偏戰略(也就是從小處開始，選擇已作為某個整體系統一部分的項目，該整體系統專為促進全市性的成果而設計)均可。

城市往往從戰術方式開始，因為短期看似乎更便宜，能盡快解決具體問題。由此產生的解決方案往往附有專利技術，重復用于其他應用的機會沒有多少。這樣的方式實施緩慢，構建和維護成本高昂，因為它產生的是具有非整合數據的孤島式平臺。它還導致數據傳輸、貯存和系統管理成本更高，重要的資源集中在物聯網管道化上，沒有在解決方案內重復使用代碼和共享開發工作的能力，架構發生大規模故障的機率更高。

戰略方式將不同項目作為開發統一系統的一部分，架構一個能在項目、部門、系統和第三方方案之間使用的平臺。代碼讓公共用例共享，軟件開發資源集中在創建高增值應用業務邏輯上，解決方案可利用現有的對云基礎設施和連通性的IT投資，實現更快的原型設計，大規模實施解決方案。

就PTC而論

智慧城市業務是PTC及其ThingWorx平臺的戰略增長領域，因為公司擴大了其歷史上以制造業為重點的工業物聯網視野，拓展到城市環境中的關鍵行業領域：電能和電網、水務、建筑物管理以及城市服務和基礎設施。

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系統、與任何設備通信的豐富選項、儀表盤顯示、KPI能力、快速應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系統讓城市內部或通過合作伙伴快速布署智慧城市解決方案。ThingWorx合作伙伴關系包括下列公司：

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

考慮到城市將重點放在跟蹤關鍵項目領域的計量上，比如水、基礎設施、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之間提供基于角色的儀表盤和KPI。可在全市范圍內或在規定地區內更廣大的公共領域內利用平臺(支持鄰近院校、醫院等)，擴大投資價值。

雖然許多供應商以能夠對從終端收集的數據進行消化、處理和基本分析的中央云端引擎為特色，PTC ThingWorx卻擁有能在設備附近運行的邊緣服務，可進行本地分析，適合連接性不良的地理區域。

ThingWorx提供全市性的物聯網平臺，更全面地利用城市的實物資產、網關以及云和通信網絡;它還能更快地布署解決方案，通過“多個系統組成的系統”創造價值。它通過一些與眾不同的關鍵做法實現這點：

• 收購Kepware：PTC目前提供本土行業接入，對行業背景中常見的150多種不同協議無縫提供通信和編譯支持。
• 布署平臺無關性：ThingWorx可在任何云(本土AWS、Azure云)或現場平臺上運行。
• 開放的IT平臺：利用開放的IT平臺可在硬件、傳感器和開放數據等其他技術之間實現數據互聯互通與兼容;采用ThingWorx，組織可連接到任何設備、任何云或任何現有的軟件系統。
• 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，可實現快速應用開發。
• 增強現實：通過收購Vuforia，PTC讓城市以全新方式與市民通信，通過手機、平板或數字眼罩提供現實世界的數字化互動視圖。

PTC是一家長期注重合作伙伴和合作伙伴關系的公司，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

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。挑戰包括安全和隱私問題、缺少行業標準、缺乏展現投資回報。

• 安全和隱私是城市領導者最關心的問題，尤其是考慮到最近發生的終端和設備脆弱性造成的DDoS和勒索攻擊。城市官員正對居民個人數據和隱私使用問題作出響應，智慧城市平臺必須解決這些問題。智慧城市要求的嚴格安全技術，尤其是周邊設備身份驗證、先進的威脅管理、數據隱私和政策執行，正由大部分物聯網平臺供應商開發。物聯網平臺安全不只是要求單一的供應商策略，城市應該寄希望于與安全專家有合作關系的供應商。
• 城市管理著許多不同行業和領域，包括公共安全、交通、照明和環境監測。成功的智慧城市平臺必須跨行業，但是，缺少公共行業標準往往會產生孤島化的“設備內聯網”，阻礙創新和增長。
• 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，他們更難實現對平臺利益需要的真實基礎設施數量的預算，使衡量回報更是難上加難。

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

結論

如今，沒有供應商提供端到端的解決方案或涉及設備、連通性、數據、應用和應用開發的整體式集成堆棧，將來也不可能這樣。相反，城市應該指望供應商將重點放在通過其生態系統給用戶提供靈活性和定制服務上。智慧城市平臺是這樣的生態系統的樞紐，在這個樞紐中，按行業垂直分布的應用、產品和服務隨時可供最終用戶使用。

城市應繼續要求平臺供應商提供安全、互聯互通、強大的開放API、強大的合作伙伴生態系統以及具有通過微服務架構進行“試驗”能力的模塊化解決方案。它們還應該看重能解決這些優先事項的供應商。