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物联网的体系架构与公共安全管理的相似性

物联网的体系架构与公共安全管理的相似性 数组智控产业发展科技院
2023-12-10
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导读:2010年胡锦涛总书记在两院院士大会上所指出的“提高对传统和非传统国家安全和公共安全的监测、预警、应对、管理

2010年胡锦涛总书记在两院院士大会上所指出的“提高对传统和非传统国家安全和公共安全的监测、预警、应对、管理能力”中的“监测、预警、管理”就是公共安全管理活动体系的精确表述。

其中,“监测、预警”主要指常态环境下的安全防范,就是使大多数人的生命、健康、财产“没有危险,不受威胁”;

“管理”是指应急情景下的安全应对,就是通过采用一整套的应急技术与管理措施,把公众的风险、威胁和损失降到最低。

而从公共安全技术架构来看,我们把它分为全面探测感知、准确预警定位、弹性互联互通、智能指挥决策与动态信息发布,即首先通过各种传感器探测感知各种信息,然后通过信息分析对各类事件、特征进行预警与位置的定位,进而通过各种融合通信手段进行信息传输,到达客户端进行智能决策,最后是把决策信息、危机信息给其他公众、管理者进行动态发布的过程。

有趣的是,公共安全的管理过程,以及与之相适应的公共安全技术架构,与IBM智慧地球的内涵也不谋而合。

2009年IBM提出构建智慧地球,即是将物联网和互联网融合起来,具体包括三个层面的内容:

①在各种传感器的支撑下实现对世界更透彻的感知;

②让我们的世界更全面的互联互通;

③实现世界上所有事物、流程、运行方式都具有更深入的智能化。

这实际上就是3.2节物联网体系架构的一种通俗演变,与物联网系统的感知层、网络层和应用层三层次体系架构有很多的共同之处。

图3-6形象地描述了公共安全管理过程、公共安全体系架构与物联网体系架构的相似性。

从图中可以看出,在某种程度上,物联网体系架构,或者说IBM的智慧地球体系架构与公共安全体系架构是密切相关的,是内在统一的,最根本的是围绕着感知—传输—处理的路径展开的。

其各个环节也刚好与公共安全管理活动过程有着较好的对应关系。

图3-6 公共安全管理活动与物联网体系架构的相似性

3.3.1 物联网是实现公共安全的有效载体

1-物联网有力提升公共安全科技支撑能力

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020年)中指出:(未来15年,我国科学技术发展的总体部署主要是立足于我国国情和需求,确定若干个重点领域,突破一批重大关键技术,全面提升科技支撑能力。)

而物联网技术的发展将在国家公共安全应急信息平台、重大生产事故预警救援、自然环境监测、社会安防等方面全面提升公共安全的科技支撑能力。

1)国家公共安全应急信息平台

公共安全应急信息平台是国家应急预案得以有效实施,并不断完善的重要工具和基本保障,是科学应对各类突发公共事件,实现公共安全保障的重大需求。

基于物联网技术的公共安全应急平台将具有以下强大的技术优势:

①能主动对突发公共事件实施全面而又准确的监测预警、信息识别和自动应急;

②拥有强大的应急智能系统,能对突发公共事件进行科学预测和危险性评估,为制订应急预案提供强有力的科学支撑;

③基于对重大危险源的辨识和动态风险评估的预案库,并运用决策库,能动态生成优化的事故处置方案和资源调配方案,形成实施应急预案的可视化实战指南。

2)重大生产事故预警救援

我国当前经济正处在快速发展的时期,受经济和社会发展水平的制约,安全生产事故总量呈逐年上升趋势。

面对此状况,除了加强安全生产立法、加大安全生产执法力度外,安全生产科学技术的应用将从本质上提高安全生产水平。

物联网技术在安全生产领域的应用将从生产监管及应急救援等多个环节中发挥重大作用。

通过把传感器嵌入和装备到电网、铁路、建筑等物体中,然后将“物联网”与互联网联合,就可以实现人类社会生产与物理系统的结合,通过具有强大计算能力的中心计算机群,运用云计算技术,实施对网络内人员、机器和设备及设施的实时动态管理和控制,从而以更加精细的方式管理生产。

物联网技术可以有效地监控生产状况,通过重点监控风险较高的设备设施,及时提供数据预测设备设施的安全状态,提高重大事故的预警能力。

同时,在发生重大的安全生产事故后,可以利用物联网提供的优势,迅速有效地开展救援活动,从而降低财产损失和减少或避免救援过程中的人员伤亡。

3)自然环境监测

物联网技术应用到环境监控领域,可以完成对自然环境的实时监控和远程监控,能够实时、准确、连续、完整地提供自然环境信息,在信息手段的辅助下更加科学有效地管理环境,将对环境污染和自然灾害等问题的处理由事后监管转为事先预防。

基于物联网技术的环境监控系统,采用传感器技术、环境可视化技术、虚拟现实技术等高新技术,能够监控环境状态的变化,确定环境污染源,监测污染源的异常变化,对污染事故进行预警,根据环境保护的要求对环境参数进行深入分析。

该系统正发展成为包括污染源自动监控、环境质量自动监测和环境卫星遥感3个层面,由环境卫星、环境质量自动监测、污染源自动监控3个空间尺度的监控构成天地一体的、全方位的环境监控系统。

从长远来看,这种拥有全覆盖能力的立体型环境监控体系将极大改善我国的环境状况,为我国下一步日常绿色、可循环发展的低碳型经济提供稳固的保障。

另外,从人民生活角度来说,物联网在环境监控上的应用可以使得污染物的排放实现在时间和空间上的可控,这是常规环境管理因技术受限而无法做到的。

4)社会安防

物联网技术在安防系统上的深入应用,推动了安防系统的整体升级,为建设平安城市、减少灾害发生、有效预防犯罪提供了多层次的应对手段,为人民、社区、公安等提供了更加全面的安全防范体系。

基于物联网技术的安防系统具有不同于传统安防系统的功能及特点,具有覆盖范围更广、应用更加智能、数据更加精准等特点。

物联网架构的安防系统,从终端产品到互联网安防平台及用户端报警软件的一体化开发应用,带来的是安防技术的整体升级:

①安防监控更加全面到位、报警更加智能、处理更加迅速;

②对非正常情景能够提出应对策略和告警信息,并自动切换画面和实时跟踪目标,这样对各类事件处置能预先程序化和自动化;

③可点击分层进入查看数据的大屏幕综合图像信息,降低控制室保安的工作强度,提高了工作效率,从而保障平安小区的建设。

基于物联网平台的安防系统,能够更好地促进信息融合和智能化建设,降低建设和运行维护成本,提高安防和管理效率,真正实现有效的安防。

2.物联网有助于提升城市公共安全管理水平

基于物联网技术的完整、系统的公共安全综合管理体系目前虽尚未问世,但在政府部门与开发企业的共同推动下,借助北京奥运会、上海世博会等超大型活动安保工作的需求牵引,公共安全领域的物联网应用已经频频展开。

物联网在公共安全领域的应用,展现出了很高的管理效能,为公共安全监管的智能化提供了极大便利,有助于更高水平地维护社会秩序,推动公共安全管理水平的提升。

城市基础设施、公共服务设施和社会公共事务的运行构成了城市经济社会发展的环境,因而城市管理在城市经济社会发展中具有基础性的作用。

随着我国城市化进程的加快,城市管理的对象和范围也更为复杂,城市管理中的问题和难题日益增多。

物联网技术的进步和发展,为城市管理带来了全新的理念和模式,彻底改变了传统的城市管理模式,为城市管理科技创新体系的构建打下了坚实的基础。

此外,物联网技术应用于城市管理有助于制订城市的长期战略和短期目标,改善市民生活质量和效率,优化城市的服务和运作。

在城市管理中引入物联网技术作为城市管理体系中的信息体系与技术支撑体系,并结合地理信息系统,为整个城市管理系统提供各种感知终端数据,并提供感知数据的传送通道,使实时的感知数据能够快速、准确、安全、高效地传送到管理系统中。

作为基础数据提供给管理系统中各应用子系统使用,便于专家体系进行数据挖掘、分析、应用,进行风险评估,建立风险管理体系,从而应用于城市管理系统中,提升城市管理水平,实现智能化城市管理。

在城市管理方面,物联网从企业、交通、通信、供水、电力、市政管理等城市重要组成部分入手,将各种不同类型的感知网络互联,结合应用地理信息系统、空间信息系统,通过传感节点和城市基础设施相结合,感知它们的环境、状态和位置等信息,有针对性地进行传感数据的连接和信息融合,为未来城市提供智能的系统解决方案和管理平台。

采用新的计算模式和分析手段,将分布于城市中各个角落的监控系统所传回的数据转化为智能决策的数据,帮助管理者更好地了解城市内所发生的情况,并且采取更有效的措施。

城市管理中采用物联网技术所建立的应用子系统包括重要地点周界监控系统及城市视频监控系统,危险源监控系统,地面井盖自动监测系统,城市户外广告牌管理系统,路灯自动控制及监测系统,交通管理及公交、环卫、救护、城管等特种车辆定位系统。

物联网是满足公共安全管理新需要所必需的技术创新。

物联网时代的到来,能够推动公共安全领域构建注重事前预防、事中智能处置和高效应对的公共安全防控体系,能够全方位地推动现有公共安全管理模式的升级换代。

3.3.2 公共安全助力物联网安全与产业化进程

1.物联网自身安全为公共安全科技创新带来新挑战

随着技术的创新和用户壁垒的逐渐消除,物联网在公共安全领域的应用形式和种类不断增加,物联网技术已成为解决公共安全问题的强力支撑。

但物联网技术在提升公共安全管理水平的同时,也带来了诸多新的问题和不确定因素,尤其是物联网自身的安全问题需要引起足够的重视,如物联网时代的手机与人们生产生活的关系越发紧密,具有远程监控、电子支付和刷卡通行等多种功能,手机在便利人们生产生活的同时,也将引发各种与手机有关的侵财型犯罪,使人们的财产安全受到极大威胁。

物联网是在互联网基础之上延伸和扩展起来的一种网络,因此互联网存在的信息安全问题在物联网中都可能遇到,只是表现形式和危害程度有所区别。

物联网安全主要包括网络层、应用层和感知层的安全。

物联网网络层面安全:

一是来自于物联网络本身(主要包括网络的开放性架构、系统的接入和互联方式,以及各类功能繁多的网络设备和终端设备的能力等)的安全隐患;

二是源于构建和实现物联网网络层功能的相关技术(如云计算、网络存储、异构网络技术等)的安全弱点和协议缺陷。物联网应用层面安全:主要来自于各类新兴业务及其应用的相关业务平台。

恶意代码及各类软件系统自身漏洞和可能的设计缺陷是物联网应用系统的重要威胁之一。

同时由于涉及多领域、多行业,物联网广域范围的海量数据信息处理和业务控制策略目前在安全性和可靠性方面仍存在较多技术“瓶颈”且难以突破,特别是业务控制和管理、业务逻辑、中间件、业务系统关键接口等环节的安全问题尤为突出。

物联网感知层面安全:无线技术应用相关的安全问题是物联网感知/延伸层安全性的重点。

以RFID、无线感知、近距离通信等技术为代表的物联网感知/延伸层信息读取、传输技术均依赖于无线方式,信息的授权读取和安全传送是相关其脆弱性的核心。

感知/延伸层安全问题主要表现在相关数据信息在机密性、完整性和可用性方面的要求。

一方面,云计算、M2M、虚拟化应用等物联网关键技术,在大规模网络应用环境下,如何提供有效信息安全和隐私保护能力依然是业界尚未解决的问题。

在物联网相关技术研发和应用实例中,都还没有成熟有效的信息传递、存储安全和用户隐私保护解决方案,尤其是当物联网未来应用与互联网实现全面融合时,相关技术在安全方面的短板所产生的“木桶效应”将使物联网及其业务应用面临非常严峻的挑战。

另一方面,物联网场景中的实体都具有一定的感知能力、计算能力和执行能力,广泛存在的这种“感知型”设备设施,将对国家基础、社会生活和个人信息的安全产生新的威胁。

第一,当国家重要基础行业和社会关键服务领域(如电力、金融、交通、医疗等)重要社会功能的实现都依赖于物联网及“感知型”业务应用时,物联网本身存在的各种安全脆弱性就被引入上述社会生活的各个领域。

第二,物联网业务和应用“触角”对公众生活的全方位渗透与日益凸显的个人信息安全需求之间的矛盾。

随着便捷化、智能化、多元化的物联网业务的广泛应用,将可能导致更多的公众个人信息可能在任一时间、任一地点被非法获取。

当前物联网的应用日益广泛,与每个人的工作、生活紧密相连。

而物联网的安全是物联网技术广泛应用的基础和持续发展的保证,一个存在巨大安全隐患的物联网产品无法获得用户的认可和信赖。

因此物联网的安全问题相当重要,物联网自身安全为公共安全科技创新带来新的挑战,只有很好地解决了物联网的安全问题,才能推进物联网在公共安全领域更加广泛的应用。

2.公共安全助力物联网产业化,保障其健康发展

随着物联网概念的普及,物联网相继展示出其在电子商务、教育、物流、军事、公共安全等领域广阔的应用空间,人们都发现了物联网的商业价值,有社会媒体更是直接喊出“物联网将是下一个万亿级的产业”。

同时物联网概念兴起之后,国家和各级地方政府不断出台有利政策来推动物联网产业的发展。

2011年3月发布的《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》中明确提出:“加快建设宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施,推进信息化和工业化深度融合,推进经济社会领域信息化;推进物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范。

”物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。

北京、上海、广州重庆等十大城市的“十二五”规划纲要中也对“新一代信息技术产业”发展进行了全面准确的定位,清晰地规划了城市物联网未来五年的发展之路。

然而,现状却是我国物联网产业仍处于技术和产品的导入期,在标准化、市场和商业模式拓展方面还存在诸多障碍。

有期刊文章指出,当前我国物联网产业化初期的主要瓶颈是分散的应用需求和有限的市场规模导致物联网服务商供应成本的提高,进而容易使物联网产业陷入高价格、小规模的畸形发展陷阱。

物联网产业发展初期所遇到的问题都是市场内在的逻辑问题,仅凭市场自身内部机制很难有大的改变。

因此如果由市场这双“无形之手”来主导,会使得产业自然缓慢演进,将错失我国物联网产业在国际竞争中的战略机遇期。

所以物联网产业发展的初期需政府这只“有形之手”来加以主导,从总体上看,对物联网应用的需求可以分为三种类型:政府监管驱动型、企业管理驱动型和公众消费驱动型。

政府、企业和普通消费者这三类需求方有着不同的目标和决策模型。

履行有效的市场监管和保证公共物品的供给是政府的重要职能。

政府对物联网技术的应用可以提升其市场监管和公共服务水平,例如,食品药品质量追溯体系、煤矿安全生产监控系统及环境监控和城市管理等。

因此,公共安全是政府所提供的在公共服务与保障中十分重要的一项内容。

公共安全领域的建设已不必全部依赖政府财政支出进行投资,已经形成一个完整的产业。

各级政府选择在公共安全领域大规模应用物联网技术,是落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》和《国家“十二五”科学和技术发展规划》等文件精神的有效措施,将有助于物联网的产业规模化的发展。

政府通过应用物联网技术来创新公共安全领域的监管手段给物联网的产业化带来巨大机会,有利于进一步促进万亿级物联网产业的健康发展。

在政府的推动下,物联网技术在公共安全领域的应用将有助于推进相关技术标准的形成,以标准化和规模化来降低成本,加速产业链的专业化分工,突破初期物联网产业化在规模上的“瓶颈”。

       

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