智慧城市基礎設施的技術基礎

本文概述一系列以促成 IoT 的技術為主題而編寫的文章，本文是系列首篇文章的摘要。如需查看全文，請至 wevolver.com。

什麼是智慧城市？

智慧城市是由彼此互連且連接雲端的智慧物件組成，會組成物聯網 (IoT) 並彼此合作，合力讓城市生活更有效率、永續且便利。智慧城市也可望解決迫切的社會問題，包括都市人口不斷成長、能源消耗過多、道路安全等等。智慧城市以效率、安全與永續性作為目標，以便達到經濟、社會和環境的永續發展。

要實現智慧城市，首先要做的就是利用互連網路，例如利用智慧電網提高能效、利用感測和監測技術進行智慧型交通管理與污染監測，利用增強的運算和資料儲存以及數位 ID 改善服務的取用。

背後的技術為何？

智慧城市的核心是一個能收集和分享資料的互連網路。這個網路必須不停地運作，同時滿足連線、頻寬和處理能力的高要求，並能以極低的功率運作。因此，智慧城市必要的 IoT 裝置，其背後的關鍵技術就是半導體技術。

半導體技術可用於智慧型物件內的晶片與硬體元件，尤其是智慧型感測器和監測技術。IoT 裝置中的處理器，例如微控制器 (MCU)，必須嵌入軟體，才能讓裝置感測資料、處理資料並與網路通訊。由於網路大多連接至網際網路，因此開發 IoT 系統時，絕大多數工作就是打造具有高效能連線選擇 (例如 5G、LTE、WiFi 和藍牙) 的裝置。

智慧城市的基礎設施

智慧電網

智慧電網是一種完全互連的電力系統，以高能效水準運作，為智慧城市的整個基礎設施提供電力。智慧讀表技術可監測和調節電力供應，藉此增進電網的可靠性。

智慧儀表

智慧儀表是一種智慧電子裝置，可記錄與電力、水和天然氣使用情況相關的資料。雙向通訊系統能讓服務提供商和供應商，收集有關用量的資訊，並監測客戶的能源使用模式。

電動車充電站與智慧停車

電動車充電站從電網供電給電動車。雖然電動車配有 AC/DC 轉換器以供居家充電，但插電式充電站會直接供應 DC 以快速充電。

分散式能源系統 (DES)

以往能源是從發電廠流向用電者，這是一種集中式模式，而智慧電網將其轉變成分散式模式，即再生能源分散發電，用電者能直接參與其中。家用與公共太陽能板、風力渦輪機、生質發電機，以及水力、地熱和混合式電源，還有電動車充電器與智慧家庭，都有助於透過發電或蓄電來供電給電網。

智慧型監測與感測器

智慧城市仰賴智慧技術來詳細分析從環境收集到的資料，並依此採取行動。資料可透過感測技術和智慧攝影機進行收集。感測器技術需要以極低的功率運作，以延長電池續航力，並可利用熱能、雷達、光達、接近性、化學偵測和陽光。

交通與污染管理

交通管理感測器使用毫米波 (mmW) 雷達來收集資料、進行網路無線通訊，並將即時資料回送到交通系統。這可啟發一系列應用，例如事故預防、交通管制，以及引導車輛改道至車流量較低的區域。

智慧攝影機

視訊監控也是系統的一部分，用於維護目的和整體的控制及安全性。長期監控的問題仍受到諸多議論，因為其涉及道德層面的權重問題，例如資料安全及隱私。

邊緣運算與閘道器

半導體感測器和監測技術收集的大量資料，必須進行儲存和處理。閘道器會將收集而來的資料加以儲存、詳細分析然後篩選，並將敏感資料送回系統以採取矯正措施。資料會依據區域性分散式節點網路的模型進行處理，稱為「邊緣運算」。在資料來源處附近對資料進行詳細分析，如此一來網路便能即時處理大量分享的資料。

數位 ID 與其他技術

數位 ID 將是智慧城市系統不可或缺的一環。市民能直接連接公家機關的服務，並使用數位 ID 與網路互動，亦即搭乘公共運輸、進行交易、預約停車位或規劃路線，以及確認自己的身份。

結論

支援智慧型自主互連 IoT 網路的技術不斷獲得改善，未來城市的設計雛形也開始更加明確。由於 IoT 系統逐漸整合到城市的未來和改建規劃中，全球市民和 IoT 系統的互動將越來越頻繁。城市可望減少浪費，變得更節能、更便利且更安全。然而，邁向這些技術的道路上，以及文化和社會的採納層面，仍面臨挑戰。

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