智慧基础设施技术及发展

近两年，国家出台了一系列的政策支持智慧基础设施的建设。2013年国务院出台《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》，提出持续推进电信基础设施共建共享，支持公用设备设施的智能化改造升级，加快实施智能电网、智能交通等工程建设；同年9月，国务院发布的《关于加强城市基础设施建设的意见》，提出当前加快城市基础设施升级改造的重点任务是加强城市供水、污水、雨水、燃气、供热、通信等各类地下管网建设和改造，开展城市地下综合管廊试点等。这一系列国家发布的基础设施的相关政策，无不说明基础设施在城市建设中的重要性，更是智慧城市建设中的重中之重。 

一、智慧基础设施的技术背景 

智慧/智能(Smart)是国际科技发展前沿中最为重要的关键词之一。智能手机、智能穿戴设备无处不在，智慧城市、智能车辆也是中国内地交通行业关注的内容，智能化正在逐步的改变人们的生活方式。谈到智慧或者智能，现在我们都用smart这个单词。智能可能是一种能力，可以思考，是一般设施所不具备的。

据剑桥大学智慧基础设施与地下工程研究所报告显示，智慧基础设施在全球具有4.8万亿英镑的潜在市场，其中包括交通、电力、水利等多个领域。可能下一阶段比车联网更大的一个应用是在物联网技术融合智慧设施以后，形成的的交通领域市场。

航空是最早需要检查电量使用量情况的领域，有了智慧设施之后就可以不用读物理表，直接通过智能化的设备去读取使用数据。欧洲一些国家包括荷兰在水电领域最早引用了智慧基础设施。这些用水用电的物理设施里都嵌入了传感器和监测装置，可以更好的了解运行状况，为后续决策做准备。 

二、为何要发展智慧基础设施？ 

近年来，我国在交通、市政、水利、能源、矿山、国防、民房等基础设施建设领域取得了大规模、高速度的发展。随着“互联网+”、云计算、大数据等信息技术迅猛发展，单一数字化技术无法满足工程全寿命数据监测、海量数据处理分析、工程云分析服务等需求，打造“智慧基础设施”的呼声越来越高，基础设施建设行业面临着由“传统管理方法”升级转型为“信息管理”的巨大压力。然而，工程信息化领域面临着诸多挑战：系统数据获取困难，数据缺乏统一标准，平台兼容性差，各单位独立开发成本高、风险也高。 

智慧设施转型能释放现有基础设施更多的内在价值，相同的投入，智能设施所带来的价值更高。它能够减少数据获取难度、提高数据价值、延长设施的生命周期。这就是刚才讲到为什么要投4.8万亿改进这些设施的原因。越早加入设施智慧化革新的行列，将获得越多的利益。世界上来看，近400亿英镑投入在智能城市的建设中，而智慧基础设施占据其中5%-12%的投资比重。同时，智慧基础设施将带动大量的周边电子、信息产业发展。此外，由于智慧基础设施的高附属价值，可能颠覆部分基础设施领域的管理模式和运营方式，对传统商业模式进行质的改变。

智慧型基础设施的建设，除了能够带动钢铁、水泥、电力、能源等传统行业，还将消化芯片、光纤、传感器、嵌入式系统等大量的计算机软硬件产品，从而拉动高科技产业增长，创造大量的知识型就业岗位。以软件产业为例，该行业每增加1000亿元产值，能够新增30万～35万知识型就业岗位，这个功能是单纯的传统基础设施投资所不具备的。而在社会基础设施层面的智慧化，包括有智慧的人口管理、社会保险和福利网络管理、医疗系统、食物和药品安全监控系统、突发事件处理，等等。

随着智慧城市的迅速发展，物联网、云计算、大数据、智能交通、智能电网、智能管网等领域成为投资热点。据统计，在智慧基础设施数据中心方面，其在2012年总数量已经达到 510530个，市场总规模达到119.3亿美元，预计到达2020年，中国数据中心保有量将超过8万个，总面积将超过3000万平米；智慧基础设施智能交通方面，2013年的市场规模达到近400亿元，预计到2020年，全行业的市场规模将接近2000亿元。基础设施的投资规模巨大，且每年还在快速增加，智慧基础设施将是未来几年内智慧城市的建设重点领域。 

四、什么是智慧基础设施？ 

英国皇家工程学会定义智慧基础设施为智慧基础设施可以依据大量传感器采集的信息，实时地监控、测量、分析，并依据检测结果进行反应。智能基础设施利用数据的反馈回路，为决策提供信息支持。

智慧系统可以分为收集使用和运营数据来帮助设计师产生更有效的设计方案；采集、处理基础设施数据，为决策者提供信息支持；通过信息采集和处理而在无人为干涉的条件下行动。

智能基础设施是物理基础设施和数字基础设施相结合的结果，旨在提供改进的信息，以便使用者作出更好、更快和成本更低廉的决策。

物理基础设施包括能源设施、水利设施、电力设施、通讯设施等，电子基础设施包括传感器、物联网、BIM/GIS、大数据、机器学习等。联网汽车的发展使得交通基础设施与其他的基础设施相区别，现在大家用智能手机获取信息，但是联网汽车使用户使用智能汽车也可以获取更多的信息。例如汽车可以提前感应到要刹车的信息，这是现在的智能手机感知不到的。

交通基础设施管理从“精确检测”到“大数据泛在感知”，对于“精确检测”，很多行业的同仁都有同感。到了智慧基础设施时代特征就是拥有了海量的大数据，虽然数据的可靠度不一定高，但其实时性是非常好的。通过大数据来感知路况拥挤、交通安全等方面的信息。

这里就包括全息感知、多维重构、数据分析。对于大数据来说，数据大并不是它的特征，多频采集才是其真正的特征。在这个大数据时代，智慧感知可以通过无人机来实现，当然也可以基于手机终端和车载终端来实现。这些车载终端包括诸如角速度传感器、加速度传感器等在内。很多人说现在的传感器非常昂贵，但其实很多时候也不会比土木工程的材料贵很多，沥青等材料有时候比传感器更贵。

智能感知不仅仅是感知交通流量，更多的是感知路面的实时情况，如路面结冰、大雾等安全问题以及发生事故时发出紧急救援信息。

从技术层面上看，智慧型基础设施与传统基础设施的区别在于，其中安装了数字化“电子神经”网络，并被联入互联网。或者更直接地说，智慧型基础设施内嵌入了“物联网”，并与互联网融合在一起。“智慧”不简简单单表现为“智能”。“智能”是把技术嵌入到事物中，使得技术可以最大限度地帮助事物达到目的。而“智慧”却要综合考虑事物之间的关系、政策制度、社会环境等多方面的因素，并辅以先进的技术手段，达到经济效益和社会效益的最大化，实现可持续发展，从而构建和谐社会。

所谓物联网，就是由装备了传感器、芯片、RFID等“数字神经”的物理对象彼此互联所形成的巨大网络。这个巨大网络将把1万亿物理对象相互连接起来，从汽车、家用电器、桥梁、隧道到商品、药品、食品，无所不有，遍及我们身边。以数字化方式感知客观世界，它与主要面向人的互联网融合起来，就能够实时地向人们展示人类活动与物理世界的一个交互视图。这样的视图，是人类以前根本无法获得的，它将大大提升人对于自己活动的理解，并进而增强人们管理控制客观世界的能力，使我们的世界运行得更加智慧。