基于物联网技术的智慧海绵城市研究进展.pdf
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1、电视技术第47 卷第6 期(总第57 1期220220-225.6JIANG CY.Researchgress of smart spongge city based on Internet of things technologyJj.Video Engineering,2023,47nro文献引用格式:蒋程伊.基于物联网技术的智慧海绵城市研究进展 J.电视技术,2 0 2 3,47(6):2 2 0-2 2 5.ideoEngineeringMARTHOME&CITY.智慧家庭与城市中图分类号:TU984.11文献标识码:AD0I:10.16280/j.videoe.2023.06.056
2、基于物联网技术的智慧海绵城市研究进展蒋程伊(绍兴职业技术学院,浙江绍兴312000)摘要:随着中国城市化发展持续提速,城市面貌日新月异,社会经济发生翻天覆地的变化,城市内涝灾害和水体污染等问题逐渐备受瞩目。基于建设生态文明的理念,建设海绵城市是解决上述问题,构建可持续发展的生态环境和水资源管理体系的重要研究方向,也是目前国际上关注的热点。海绵城市是基于新一代信息技术与传统水治理方式相结合提出的一种新型城市水治理模式,可以有效降低城市内涝风险。在物联网(Internetof Things,Io T)技术支持下,利用IoT技术能够实现智慧海绵城市对基础设施、水资源管理等多方面的控制。随着物联网技术
3、的快速发展,在海绵城市建设中应用物联网技术,能够进一步提升城市管理和运营效率,降低城市基础设施维护成本。基于此,从海绵城市的定义、内涵及建设原则入手,阐述物联网技术在海绵城市中应用的原理,分析基于物联网技术的智慧海绵城市在构建智慧水务系统、构建智慧安全系统等方面的研究进展。关键词:物联网技术;海绵城市;数字李生;水环境治理Research Progress of Smart Sponge City Based on Internet of Things TechnologyJIANG Chengyi(Shaoxing Vocational&Technical College,Shaoxing
4、312000,China)Abstract:With the continuous acceleration of urbanization in China,the urban landscape is constantly changing.The social andeconomic development has changed.This has attracted attention to urban waterlogging disasters and water pollution issues.Based onthe concept of building ecological
5、 civilization,building a sponge city is an important research direction to solve the above problems andbuild a sustainable ecological environment and water resources management system,and it is also a hot topic of international attentionat present.Sponge city is a new urban water governance model ba
6、sed on the combination of new generation information technology andtraditional water governance methods,which can effectively reduce the risk of urban waterlogging.With the support of Internet of Things(loT)technology,the use of IoT technology can realize the control of smart sponge city on infrastr
7、ucture,water resources managementand other aspects.With the rapid development of IoT technology,the application of IoT technology in the construction of sponge city canfurther improve the efficiency of urban management and operation,and reduce the cost of urban infrastructure maintenance.Starting wi
8、ththe definition,connotation and construction principles of sponge city,this paper expounds the application principle of IoT technology insponge city,and analyzes the research progress of smart sponge city based on loT technology in building smart water system and smartsecuritysystem.Keywords:Intern
9、et of things technology;sponge city;digital twin;water environment governance0引言近些年,随着我国不断推进城镇化建设,城市化水平已经显著提高。但因在高速发展的同时城市发展方式的粗疏,城市病问题日益严峻,出现天然资源、不可再生资源过度消耗,生态环境惨遭破坏基金项目:浙江省一般科研项目(Y202148105)。作者简介:蒋程伊(19 9 2 一),女,硕士,讲师,研究方向为计算机应用技术。:21技市ideoEngineeringS智慧家庭与城市MARTHOME&CITY等一系列严重的资源与环境问题。尤其是伴随着城市水污染
10、的加剧和生态系统的恶化,大量绿色植被区域如草地、林野和水域等被低透水或难以透水的灰色设施所替代,难透水区域的面积不断扩大,雨水难以下渗,人渗及蒸发量减少,易形成径流等问题,阻碍城市地下水的补给进程,大幅降低地下水储量,造成洪水等灾害频频出现,严重破坏了城市的自然水文循环。目前,内涝已成为城市内最常见、危害范围最广、最大的水灾害之一,给人们的生命财产安全以及社会建设发展带来了严重威胁和损失。数据表明,我国在2 0 0 7 一2 0 15年间,超过30 0多个城市遭遇内涝,更有城市多次遭受重大内涝,造成了极其严重的经济损失 2-4。国家提出,改善城市排水环境,要以截流为首要任务,充分发挥“自然蓄积
11、、渗透和净化”的三方面作用,建设并实现科学治理的海绵城市。海绵城市的理念及其建设推广受到多方关注。按照国家有关“海绵城市”的规划,截至2 0 2 0 年,全国海绵城市建成区域面积应达到城市总面积的2 0%以上;到2030年,实现8 0%以上的城镇建成区域建设用地指标。在此背景下,大力推进海绵城市建设,将成为缓解城市内涝和改善城市气候环境的关键战略。因此,在我国推进建设海绵城市,已成为迫切的任务。通常,海绵城市建设的思路为源头减排、过程控制和系统治理 5,这需要将解决城市内涝灾害、加强水污染治理力度以及推进水资源综合利用设定为主要方向。建设自然积存、自然渗透与净化的海绵城市 6 ,需要有效地监测
12、并调控各城市的降雨径流,通过战略方针,降低城市开发建设过程中对原有自然水文条件和环境造成的负面影响。海绵城市建设是“十三五”规划提出的建设生态文明、美丽中国的重大战略,是我国城镇建设的重要内容门。我国已经选定30 个城市,分两批进行海绵城市建设,务必建立一个能够对城市规划建设、运营维护和指挥调度进行有效指导的信息平台8 。随着物联网(Internetof Things,Io T)技术的出现,IoT技术被研究人员应用于智能领域,为世界提供了一种智能化管理的方式。这也为推动海绵城市的发展进程、建设海绵城市以及智能化管理提供了新方向。近年来,我国提出发展智能化产业、拓展智能生活、建设智慧型社会的目标
13、,推动智慧城市建设。智能海绵城市归属于智能城市建设的一部分,紧随着智能城市建设进程。近年来,基于人工智能、大数据、云计算和IoT等领域技术的高速更迭,尤其是IoT技术不断推陈出新,成为促进海绵城市智慧化应用的主要动力之一。智慧化海绵城市建设协同管理平台以及智慧监测管控系统等应用已经成为各个城市推进智慧海绵城市建设的具体表现。这一趋势会持续有效地加强和扩散。智慧化海绵城市监测管控系统作为智慧城市管理的重要分支,在我国具有巨大的市场潜力。随着国家财政投人的增加,这一趋势还会持续上升。因此,有必要进行智慧化海绵城市建设相关的研究,对智慧化海绵城市监测管控系统进行评价,主要从智慧性和使用者评价的角度进
14、行考虑。这将有助于为城市水生态、水环境、水资源以及水安全的合理开发建设及运维管理提供智慧化的管理方法,同时促进智慧化海绵城市监测管控系统的评价发展91物联网技术的研究进展1.1物联网技术概念及特点物联网技术是麻省理工学院(MassachusettsInstitute of Technology,M IT)于19 9 9 年提出的一种基于因特网,通过射频识别(RadioFrequencyIdentification,R FI D)、无线数据通信等技术搭建的覆盖世界范围内所有事物的网络,以实现对人、物品的自动识别以及信息的互联共享,即网络化无线射频识别(RFID)系统 10-11。2 0 0 5年
15、,国际电信联 盟(International Telecommunication Union,IT U)明确了IoT作为因特网应用的扩展之一,同时指出RFID、传感器、纳米和智能嵌人等四项主要技术将成为IoT的四大核心技术 12 。IoT技术可以将各种信号传感器串联起来,还可以将这些设备与互联网进行协同,从而构成一个巨大的网络系统 13。该装置能够利用传感器、嵌人式系统等采集数据,并利用无线通信技术将数据传送至云中进行处理、存储。IoT技术具有众多独有的特征。该技术能够串联连接大量的设备和物品,并且连人全球联网系统,使它们之间具备随时随地交换信息和数据的能力,因此具备实况监控、实时控制和与其他
16、设备交互联动进行大数据分析的功能。同时,IoT基于集成传感器和嵌人式系统,能够赋予特定设备智能化的功能,比如自适应、自学习和自适应控制等特征。此外,IoT联网设备和系统可以通过预定义的规则和条件,电视技术第47 卷第6 期(总第57 1期)2电视技术第47 卷第6 期(总第57 1期222MARTHOME&CITY电视装量ideoEnginecring智慧家庭与城市实现自动化控制和操作,降低人工干预的成本和风险。IoT技术采用多重认证、加密和防御措施,确保设备和数据的安全性 141.2物联网技术的研究进展随着智慧城市建设的不断发展,IoT技术的作用日益凸显。目前,IoT技术被应用于各种领域,比
17、如农业【15-16 、智能家居 17 、智能制造【18 、智能交通 19 以及智能医疗等。在智慧海绵城市数字化建设中,从城市公共排水设施、公共照明系统、智能交通系统等方面来看,IoT技术对公共设施智能化具有重要意义。IoT的感知全面、传输可靠以及智能化处理的特征符合制造业需求,能够高效完成数据实时采集,透明化生产过程及精准化、精细化控制与管理等。黄少华18 等人利用云制造、信息物理系统等技术,研究IoT对离散制造车间的作用。研究发现,IoT能够对制造资源管理、生产过程以及物流进行可视化、实时管理,从而实现对生产、物流的实时控制与优化。例如,对物料配送车间的工作设计不同的智能算法,从而实现动态化
18、调度和实时配送路径优化的目的。上述结论与其他学者的研究结果相似 2 0-2 1。基于此,在制造业中,可以通过IoT技术对产品生产过程的信息进行实时采集,利用可靠传输手段、智能计算与大数据分析,处理大量数据并优化其管控与决策,从而提高其效率和性能。IoT技术应用于农业,从生产到服务全过程、全产业链中,逐渐形成了农业物联网,改变了传统农业的生产经营模式,促进了农业向智能化、精细化发展2-2 3。李瑾 2 等人认为,农业物联网能够采用信息通知装置,收集农产业中动植物的要素信息,并且对全过程进行智能监测、定位和管理等,从而实现农业生产全过程智能化的目的。熊泽豪 2 5 研究发现,农业物联网能够基于物联
19、网设备实现多尺度农业信息的传输。郑纪业 2 3 等人研究发现,IoT技术的广泛应用,能够实现对农业生产环境、动植物生物信息的智能化、实时化和高效化管理,并且能够有效监控农机作业情况以及农产品的质量管控和安全追溯。IoT的应用,已经对农业生产方式、服务理念带来新的思考方向与变革,不仅提高了农业生产、管理与服务的效率和质量,而且从源头上更好地保护了农产品的安全与品质。水生态环境IoT监测是一种利用信息监控技术实现水生态环境数据实时获取与智能应用的服务。研究人员利用IoT将海绵城市建设与滤水养鱼、水质监控等结合起来,共同涵养水资源原 2 6-2 7 智能海绵城市基于上述领域,尤其是水生态环境物联网,
20、能够通过各类传感设备对城市水生态环境进行监控与信息采集。比如,通过水位计、摄像头等传感器,实时感知雨水的变化;通过水质监测设备,实时监测雨水和污水的水质;通过视频监控设备,实时掌握管网排水情况和路面积水情况。智能海绵城市利用云空间对采集数据进行分析,进而通过远程智能设备对不同区域进行实时化、智能化调控。2智慧海绵城市2.1海绵城市的概念及特点海绵城市建设使城市具备了海绵特性,其核心在于雨洪管理,即对城市雨水的控制和利用。具体表现为,在雨季状态时,能够起到吸收水分、储藏水分、渗透水分、净化水分的作用;在城市缺水状态下,能够释放所储存的水分,以缓解城市水资源紧张的问题。海绵城市建设与传统的排水系统
21、不同,在传统系统的基础上进行了改进,并且采用自然治理与人工调控等途径,促进城市水资源的利用,加强对水环境的保护。其他国家也提出了相似概念。例如,美国的低影响开发(Low Impact Development,LID)体系、澳大利亚的水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)和英国的可持续排水系统(SustainableDrainage System,SU D S)等 2 8 。海绵城市建设要求综合考虑生态环境保护和水安全保障两个方面,其核心是低影响开发。低影响开发是指城市发展规划中确定的雨水源头、过程和最终归宿的全过程,强调在规划设计阶段就充分考虑雨水
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