学生视角 5G时代下智慧城市关键技术研究

来源:ob欧宝官网

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发布时间 2021-10-23 01:15:22

  智慧城市是更高水平的数字化、信息化、自动化发展的产物,依托“大(大数据)、云(云计算)、移动(移动互联网)、物联网、人工智能”,可以全面考虑业务、优化协调,实现智慧城市管理和运营,创造美好生活,促进城市和谐可持续发展。加快数字城市向智慧城市的转型升级,对促进城市信息化建设、城市管理、科学便捷人民生活等具有积极作用。随着智慧城市建设的推进,新基建成为热门。5G背景下的新基建智慧城市体现的是便利、效率、安全,构建以人文本的智慧城市。新基建要以民生领域的服务紧密地联系起来,同时融合网络

  科学技术的不断发展实现了大数据时代的到来,为了更好的实现数据的处理,传输效率的提升,5G技术也随着出现。在大数据时代背景下的5G技术能够让群众的生活更加便捷,交流更加通畅,5G技术在之前技术的基础上来不断延伸与拓展,为社会的发展做出卓越贡献。依据谷歌搜索热度趋势(如图 1所示)伴随着5G的出现,云计算和人工智能检索热度逐渐升高,从这一方面可以看出社会关注点的转变,云计算和人工智能所依托的基础即是大数据,在这样一个大数据时代,如何有效的从大数据中提取有效信息,如何使用大数据为智慧城市和数据城市提供支持是当前研究的热点。

  众所周知,大数据已经不简简单单是数据大的事实了,而最重要的现实是对大数据进行分析,只有通过分析才能获取很多智能的,深入的,有价值的信息。那么越来越多的应用涉及到大数据,而这些大数据的属性,包括数量,速度,多样性等等都是呈现了大数据不断增长的复杂性,所以大数据的分析方法在大数据领域就显得尤为重要,可以说是决定最终信息是否有价值的决定性因素。适用于大数据的技术,包括大规模并行处理(MPP)数据库,数据挖掘电网,分布式文件系统,分布式数据库,云计算平台,互联网,和可扩展的存储系统。具体来说,大数据具有4个基本特征:一是数据体量巨大。百度资料表明,其新首页导航每天需要提供的数据超过1.5PB(1PB=1024TB),这些数据如果打印出来将超过5千亿张A4纸[1]。现在的数据类型不仅是文本形式,更多的是图片、视频、音频、地理位置信息等多类型的数据,个性化数据占绝对多数。三是处理速度快。数据处理遵循“1秒定律”,可从各种类型的数据中快速获得高价值的信息。四是价值密度低。以视频为例,一小时的视频,在不间断的监控过程中,可能有用的数据仅仅只有一两秒[3]。另一方面,5G时代下的大数据也会推动计算机集群技术的发展,利用计算机集群技术,如cloud stack、open stack和Ovirt等(如图 2),搭建个人可伸缩弹性私有云,当我们在处理例如海量遥感影像时,直接在集群中创建数个可伸缩的弹性节点,保障数据处理的高效进行。

  在大数据时代下,需要能够不断提升自己,将自身学到的知识服务于社会发展的需求,提出个性化的理解和要求,并促进技能的不断发展。大数据下的5G通信技术的发展具有极大的开发空间与潜力,因此需要能够保持清晰的认识,不断研发并掌握核心科技,让国家傲立于世界之林。

  云计算是分布式计算技术的一种,其最基本的概念,是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术,网络服务提供者可以在数秒之内,达成处理数以千万计甚至亿计的信息,达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。随着云计算的不断成熟,越来越多的用户尝试用“云”来解决传统线下场景存在的难题;数以万计的中小企业创业者,更是在数字化转型的关口,搭上了发往“云上”的“高速列车”[4]。

  云计算主要的服务形式主要包括基础设施即服务( laaS) 、平台即服务(Paas)和软件即服务(SaaS)。而云计算的核心部分就是互联网数据中心(IDC),云计算不同于曾经的数据服务中心,依托网络硬件和传输手段的飞速发展,云计算彻底将服务器远程化,通过其三大服务形式可迅速实现资源的高效分配。

  对于地理信息方面,谷歌公司开发的Google Earth Engine云平台优势很大(如图 3),其云端存储了海量的遥感影像数据,使用时不需要将影像下载到本地,直接调用云端数据,通过代码编辑界面JS脚本语言实现在线的数据处理。它集成了数据存储服务能力、云端计算能力和前端可视化能力。

  Esri公司构建了ArcGIS Online云平台,通过这个平台我们可以借助ArcGIS云服务去构建交互式地图、发布图层、在线分析和地理信息平台的功能模块可定制服务。如图 4所示,下面这个平台实际上一句代码都没写,即可完成一个平台的基础定制。

  目前我们在传输大文件时,都是利用移动硬盘复制的方式,由于受网络限制,很少利用网络传输,有时也利用局域网进行传输。当5G普及后,这些大文件我们可以直接通过网络进行传输,网络传输比硬盘复制速度更快。另一方面结合云计算,我们知道云计算的基础是服务器集群,因为计算机节点之间需要通信,很多时候计算机集群都是在一个固定的区域硬件虚拟化,将需要做集群的计算机之间组建一个局域网,因为局域网速度是受传输信号和网卡限制,不受互联网带宽限制,这样的话做计算机集群才可能使计算机节点间通信不受影响,模拟真实的物理机之间的数据传输方式。5G运用于云计算后,可以实现跨域集群,即使计算机节点分布在全球不同的角落,我们组件的网络通道不受网络速度的影响,提高集群之间的响应速度和数据交互能力,云计算的规模将会进一步扩大,速度和体验都会空前提升。

  再试想一下如果5G真正普及,我们平时做一些地理信息平台时,是否还需要进行切片处理?我们切片的目的是为了提升加载速度和用户体验,融合5G,我们加载图层的速度足够了也就没必要切片了。平台所有处理功能部署在服务器上,客户端用来接收显示,客户端根本不需要任何处理渲染。

  当前人工智能领域的大量研究集中在深度学习,但是深度学习的局限是需要大量人工干预,比如人工设计深度神经网络模型、人工设定应用场景、人工采集和标注大量训练数据、用户需要人工适配智能系统等,非常费时费力。因此,科研人员开始关注减少人工干预的自主智能方法,提高机器智能对环境的自主学习能力。例如阿尔法狗系统的后续版本阿尔法元从零开始,通过自我对弈强化学习实现围棋、国际象棋、日本将棋的“通用棋类人工智能”[2]。在新时代社会当中,人工智能已经进入到了全新的飞速发展阶段,以往的应用领域的更加广泛,主要涉及以下几个方面。

  专家系统的研究目标是模拟人类专家解决某领域问题所用的推理思维,就是它能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理问题。随着专家系统的理论和技术的不断发展,它运用在各个领域中,包括生物化学、医学、工程技术等众多领域。专家系统不仅可以不断地改善自身的问题,而且还能不断地增加其他新技术。专家系统在这些领域当中的应用,产生了巨大的经济效益和社会效益。

  虽然人工智能有着各种各样的优势,但并不代表着人工智能的发展是具有全面性的,它也面临着以下问题。目前人工智能产品,实际上更多的是大数据技术背景下的拓展。无论是在核心技术方面,还是在设计方面都存在着一些问题,需要研究人员加以重视。由于人工智能的技术体系尚未完善,人工智能产品要想达到一定的成熟度,需要进一步发展,比如共享单车都需要细致的技术应用与突破。科技改变世界人工智能技术对人们的生活产生了巨大的影响。人工智能技术在发展过程中与信息技术、计算机技术、大数据技术密切相关,对各领域的发展都产生了至关重要的影响。一些人工智能的研究成果已经广泛应用在了人们的日常生产以及生活当中。伴随着5G时代来临,人工智能技术必然会得到越来越多的运用,进而推动科技与社会的发展和进步。

  新型基础设施建设下5G新型智慧城市建设创新可以着手智慧基础设施、新型健康基础设施、新型教育基础设施和新型文化基础设施等,构建城市大数据平台形成信息枢纽中心,利用智慧规划系统打造数字孪生城市服务新型智慧城市。

  [2] 王君,廖华杰,宋泽生,欧子龙,梁薇薇,廖君,夏愚然.浅析人工智能技术在5G时代的发展与应用[J].科技与创新,2021(07):172-173+175.

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