智慧城市的实现

世界正变得越来越城市化。据估计，到2050年，全球66%的人口将居住在城市。每天有130万人迁入城市，预计到2060年，全球建筑存量将翻一番；比尔和梅林达•盖茨夫妇2019年的年度公开信称，“从现在到2060年，每月将增加相当于另一个纽约市的建筑存量”。今天，城市只占世界人口的2%，但却消耗了世界三分之二以上的能源，排放了全球70%以上的二氧化碳。用于这种增长所消耗的资源数量也令人印象深刻。然而，同样令人印象深刻的是以前所未有的方式建设城市的新机遇。它们可以从头开始设计和建造：相互联系，可持续发展并适应每个人的需求。

“智慧城市是一个利用数字和通讯技术提高传统网络和服务效率的地方，以造福其居民和企业。智慧城市不仅仅是为了更好地利用资源和减少排放而使用信息和通信技术(ICT)。”~ 欧洲智慧城市和社区创新合作联盟

目前的场景

智慧城市是将信息和通信技术(ICT)整合到系统中，使传感器能够收集数据并扩展交流的城市区域。其主要目标是提高其公民的生活水平，减少浪费、控制成本，并提高资源消耗的效率。

目前智能和联网设备的数量已达250亿部，到2025年将增至750亿部。每个带有传感器的设备收集和发送数据。这些联网设备——即物联网设备，简称IoT，将通信技术和物理机器结合起来，架起了数字和物理世界的桥梁。物联网改变了个人、社区、城市和国家连接、交互和交换数据的方式。从数据隐私和所有权到点对点能源和综合运输，从预测维护和额外制造到电子健康和数字政务，潜力无处不在。。

智慧城市被设想为一个使用物联网、DLT和人工智能协同工作的场所。所有这些技术都还处于开发的早期阶段。然而，在不久的将来，它们的部署和随之而来的城市生活中的使用将会随处可见。

虽然方法可能各式各样，但所有的智慧城市都有一个共同的目标，那就是通过科技来改善城市体验。

智慧城市将会是什么样子?

 首先，智慧城市是高效的。通过收集到的数据、人工智能支持的模式识别以及联网传感器的通信能力，智能城市将会实现以下功能:

• 消除冗余
• 改善交通流量
• 控制温度和照明
• 消除浪费
• 优化现有和未来的基础设施
• 促进当地政府做出明智的决定

嵌入式传感器会对房间里的人做出反应，当没有人在场时，它会减少光和热。同样，带有运动传感器的路灯也会根据需要打开或者关闭。城市空间将定期地投放无人驾驶汽车和其他自动设备，它们将根据需要做出反应，以满足人类的需求。交通灯会对突增的交通流量做出反应并做出调整，调节交通流量和保障道路通行。

 这些部署所产生的数据将被用来形成城市景观的长期趋势。规划人员和企业家将能够识别活动模式，为进一步改善城市生活提供线索。

这个美丽新世界的一个关键点是分布式账本技术(DLT)和区块链，使用分散对等网络的不可变数据库技术和人工智能，城市中的活动可以被验证，在某些情况下，还可以货币化。城市居民和企业将为消费买单，从而激励效率提升和可再生解决方案的采纳。

政府也将从新技术的不断使用中获利：尊重电子隐私的以公民为中心的解决方案将被开发出来；更高效的交通将释放基础设施的能力，为更多的人提供便利；此外，还将提供带有传感器的公共垃圾箱，甚至有可能实现垃圾箱回收过程的自动化。这些只是数据驱动的措施正确执行后的一些例子。

有了DLT, 数字政务将变得更加精简。无论是支付费用、代缴税款、获得授权还是报告问题，数字政务都允许通信和支付透明、不可变、私有、即时且不需要人工操作。在不需要额外的官僚机构的情况下，该体系就可以得到发展，由此节省下来的经费可用于其他地方。

即使在先进的智慧城市，传感器的使用也在迅速增长。一些研究人员估计，到2020年，将有500亿个拥有某种形式的传感器的物体，产生数万亿美元的经济影响。

面临的一些挑战

以上所描述的世界是我们正在推崇和传播的愿景。然而，如何将愿景变成现实，有一个挑战是不可忽视的：人的因素。一些试图创建一个智能城市的尝试已经失败，就是因为它只专注于技术和政府职能。

从本质上讲，智慧城市必须改善城市居民的生活，而不仅仅是收集原始数据，并从政府官员和企业那里得到有关先进理念的反馈。项目的清晰度和对技术部署的最终目标的问责是成功的关键。如果没有端到端的战略，项目就只会是不断地烧钱。

另一个主要的挑战是项目的财务方面。许多城市在实施智能城市时都制定了详细的计划。看似先进的城市是吸引企业和振兴城市地区的一个很好的营销工具。然而，如果大部分预算都花在偿债或现有基础设施上，而用于实际提升的资金却所剩无几，那么真正的好处是什么?

跨竖井解决问题

随着业务的变化，每个行业都面临着前所未有的转型。随着计算机和自动化以新的方式结合在一起，这是一个转变。机器有能力来丰富每个人的生活，为经济发展和提高世界各地的生活水平做出贡献。

挑战确实很多：说服长期存在的组织层级放弃权力，即便是防火墙最严密的系统也可能出现的安全漏洞，以及围绕数据隐私的危险信号，这些都只是其中的一部分。目前的法规是为人类管理的世界而设计的，因此，出于必要，它们必须改变，以适应即将到来的变化。公民也将发挥作用，因为他们将不得不适应一个人类互动更少、个人责任更大的世界。

还有一些技术障碍。今天收集的数据通常保存在不同的竖井中，而不是使用物联网和DLT的开放数据环境。收集的数据还必须在分布式数据环境中进行验证，通信设备必须是可互操作的。我们所期望的技术具有变革的潜力，也会挑战根深蒂固的现状，并产生围绕数字信任的新挑战。

为了充分发挥以人为中心的智慧城市的潜力，DLT和智慧城市网络必须满足一定的要求。这些要求应致力于在连接以前集中式数据竖井的同时，为创新提供公平的机会，实现技术先进和遗留系统的完全互操作性。这些要求的核心可视为:

无许可的系统：

网络不应该被任何人控制，每个人都应该能够作为一个真正的公共事业的社会福利来访问它。这将允许每个用户创建一个个人地址，并开始在网络中进行交互，方法是提交事务，然后将记录添加到集成的账本中，从而可能形成具有开放协作、易于集成和访问的互操作系统。

零手续费架构：

确保商业模式持续有效，集中改善市民服务和生活品质。

开源: 

确保透明度和未来的拓展性，并取消对公共利益系统的发展过程的集中控制。

高事务吞吐量：

针对延迟效率进行本地化，并根据数据集和存储需求进行组织。这将使网络能够处理数十亿的物联网通讯和交易，并有效地扩展规模。

低能源足迹：

使边缘传感器和执行器在有限的电力供应条件下，以内置的能源产生能力，或以最低的基础设施要求，以缓解能源电网的浪涌和传输要求，可持续地参与到网络中。

构建物联网设备或网络不能由任何一个组织(或国家)单独完成。物联网涉及多方。设备和系统需要跨各种应用程序和领域进行通信。这些团体需要一种简单可靠的方式来交互和共享信息。这就是DLT和IOTA发挥作用的地方。

IOTA提供了一个更好的方法

IOTA基金会于2017年在德国成立，是物联网(IoT)、智能城市和智能产业分布式账本技术(DLT)发展领域的全球领导者。截至2019年7月，IOTA基金会由分布在25多个国家的100多名个人组成的全球团队，分布式账本技术(IOTA Tangle)以及一个不断壮大的由领导者和合作伙伴组成的生态系统共同创建了一个共享的物联网经济。

IOTA Tangle是一种用于物联网的安全数据通信协议和零费用微交易系统。IOTA提供了数据的真实性和可信度的单一来源，其目标是成为高度网络化世界中(所有)事物的支柱。它可以用于生成机器对机器(M2M)微支付，并在设备生态系统中共享数据，生成进一步的数据、产生结果，并共同创建新的业务模型。

IOTA提供了比传统区块链更好的解决方案。它是一种区块链替代方案，不依赖于节点运行者、交易费用和规模巨大的挖矿作业。在IOTA Tangle中，事务彼此链接，而不需要像传统的区块链解决方案那样逐块处理流程。每一笔交易都是用“支付传递”这一古老的社会哲学来验证的。每当一个设备需要向Tangle发送信息时，它就会将事务进一步链接到另外两个随机事务。在IOTA协议的文本中，这个过程被称为工作证明，它有助于确保事务的合法性，同时也实现了IOTA协议中的无手续费方案。

整个过程还有助于提高事务吞吐量，并增加在任何特定时间可以处理的事务数量。在现实场景下，传感器不断需要通信，数十亿台设备不断涌现，这是一个至关重要的要求。

IOTA Tangle 提供了DLT的所有优点，并遵循了区块链的基本原则，但是它有不同的底层架构，能允许网络本身决定事务批准。因此，它的互操作性和速度使其成为在各种情况下需要相互通信的设备的理想选择。

它是如何工作的？Tangle 基于一个称为有向无圈图(DAG)的数学概念。对于要验证的每个事务，DAG网络中的每个节点都需要批准来自其他节点的两个先前发出的事务。像区块链的运行机制一样，它通过使用共识算法自动完成，消除了对单个手动节点运营者的需要。

建立在数字信任基础上的新经济

在超连接环境中，实时的机器对机器交互、分布式智能和自动化的快速发展，正在生成新的价值创造和数据驱动的业务模型的新浪潮。因为有了IOTA技术，零费用的微支付实现了实时和低成本的数据流的货币化。在城市环境中，新的数字基础设施现在扩展到数据市场，以支持跨连接资产和机器的数据交换和交易。物联网经济就在眼前。然而，这种潜力的可行性依然取决于各方共同努力，以形成一个新的数字信任框架，来解决网络安全方面日益增长的难题、数据完整性的需求，以及在分散的数据环境中电子隐私的尊重。IOTA利用其为物联网/M2M提供的零费用安全数据通信协议，发挥了自己的作用，为新的数字基础设施和物联网经济提供了一个安全支柱，在此基础上，随时可以实现数据的货币化。

IOTA技术在能源、移动、房地产和城市数字基础设施行业的应用实例:

能源

IOTA建立了新的数字基础框架和服务，能够创建正能源区域。包括太阳能屋顶、建筑物、电动汽车或电池等的城市资产，现在可以实时跟踪和交易电力，以分布式和低成本的方式平衡电力供应和需求。

2018年11月，IOTA加入了由“地平线2020”欧盟研究与创新计划资助的“+CityxChange”联盟，其目标是创建智能正能源城区，使用数字服务，提高居民及其生活质量。5年来，ABB、AvisBudget Group、ARUP、Statkraft等11家企业、9家中小企业、IOTA等3家非营利组织、2家高校与欧洲7个城市共同开发正能量正能源城区。目前正在开发一种基于IOTA支持的分布式能源市场和电子移动即服务平台的数字基础设施，并在特隆赫姆、利默里克、阿尔巴尤利亚、皮塞克、塞斯托、斯莫扬和沃鲁等城市进行试点。

“基于分布式系统(如IOTA)的智能基础设施，可以帮助形成自给自足的微型能源电网，最终发展成为地区和城市。DLT可以在降低电网基本建设费用的同时，降低了新建城市环境中分布式可再生能源的整合难度，为市民带来新的价值。作为一家区域性的DSO和电力公司，Tronderenergi积极探索这一发展所需的新商业模式。”~ Bernhard Kvaal,高级项目经理, TronderEnergi

房地产业

随着物联网(IoT)技术的革新，建筑的设计、运营、监控和维护方式都发生了革命性的变化，建筑正变得越来越智能和绿色。建筑、不同的系统和居住者的数据被整合到一个单一的生态系统中，这为设施和空间管理提供了额外的操作改进空间、更好的可追溯性和微交易。数字映射–房地产资产的虚拟复制，现在可被开发，并依靠账本跟踪其生命周期内的活动。IOTA在数据被多个物联网源获取，并由不同的组织分散存储的同时，提供了一种新的选择，来确保数据完整性和可跟踪性。

+CityxChange在Trondheim的试验项目–ENTRA 的POWERHOUSE Brattørkaia建筑，已经开始实时跟踪它的能源足迹，并且进一步探索新的创新。

“ENGIE实验室 CSAI已经开发出概念验证，这些工具利用DLT/区块链技术和人工智能，来支持设施管理的新服务。能够在像powerhouse这样先进的可持续建筑中部署和测试它，是实现切实可行的创新解决方案的真正机会。鉴于其高水平的数字化支持了数字映射的实现，该电站处于未来设施管理、能源优化和管理服务的最前沿。一个ENGIE LAB在这类项目和合作中构建的现实用例。”~ Philippe Calvez，研发主管，ENGIE 实验室 CSAI 

这仅仅是个开始：从移动到能源和建筑，系统的互操作性是关键，DLT提供了巨大的机会。通过更简单、可互操作的流程、互联的基础设施和物联网经济，我们观察到了如何在城市中使用基础设施的一种全面范式转变。

城市数字基础设施

智能城市和国家需要在可靠、安全、互联的数字基础设施的基础上，建立可信的机制，在公民、硬件和所有数字事物之间架起桥梁，从而形成数字的可信的数据市场框架。这种可互操作的基础设施应作为公共-私营伙伴关系的机会加以发展，并根据GDPR的要求，注重为公民和社会增加价值。这种复杂的开发是跨行业的，需要能够进行扩展来支持所有上述用例，并且能在没有供应商或技术禁令的情况下进行复制，并扩展到城际和跨国境生态系统。

“全球的智慧城市这种概念证明性的项目，通常关注在生态系统的较简单的部分，而信任是一个很少涉及的主题。今天存在的信任机制往往依赖于人与人之间的互动。在一个拥有数十亿实体的智能城市生态系统中，创建智能合约并相互处理数据或服务，情况将千差万别。认证、访问授权和问责过程将决定或打破任何智能城市或智能国家生态系统的设计。在Energinet，我们为智能城市或智能电网生态系统中的智能电表数据访问、关键基础设施数据访问和分布式辅助服务开发概念数字信任流程的证明。没有一个社会实体负责创建这样可信的数字基础设施。在数字信任和数字基础设施领域，伟大的解决方案来自于跨部门的合作伙伴关系，以公民为中心的公共和/或私营企业，以数据最小化和设计思维为核心。”~ André Bryde Alnor，创新主管， Energinet

与IOTA共同创造

随着设备变得更加智能和互联，为社会创造新价值的更智能产业们，为他们开发新的商业模式将面临巨大的机遇。

IOTA专注于在多个组织、行业和地区内开展工作。我们的包容性方法将全球和跨行业生态系统中的不同参与者聚集到一起，来应用该技术。随着技术和用例应用的成熟，我们积累了通用的知识并分享经验。

在大多数情况下，城市试验场是IOTA创新的起源地，因为参与其中的合作伙伴大多是本地/地区的，而且常常是本地环境中的监管者。在这个空间里，他们专注于特定地域需要解决的问题。他们(以及其他合作伙伴)不断提高商务和监管能力，以开发和实施新的解决方案和标准。虽然许多解决方案都是在当地设计的，但从一个城市或地区学习的经验可以得到更广泛的实施，并在其他地区形成共同创造的机会。

在+CityxChange项目下，在挪威特隆赫姆(Trondheim)主办了一系列相互连接的试验台，就是这样一个共同创造的初创项目。

挪威特隆赫姆的Brattørkaia试验场展现IOTA共同创造的行动

在Brattørkaia实验场，Entra Powerhouse Brattørkaia是一个最近的委托智能建筑的核心示范区。它为将IOTA生态系统在现实世界环境中的聚合提供了一个潜在的起点。Powerhouse 是世界上最具能源效益的北方建筑，作为智能绿色商业建筑而设计和运营。由地区电力公司Tronderenergi领导的迷你电网试点项目也在进行中，与+CityxChange项目的开发同步进行。

2019年8月30日，IOTA、ENGIE Lab、捷豹路虎和ENTRA展示了利用IOTA实现“可持续能源追溯”的概念。2018年，包括ENGIE Lab、Energinet、Trianel、Entra、TronderEnergi和Enexis在内的一个工作组成立，旨在探索智能节能概念验证。2019年1月，在与CityxChange、Trianel、Entra和ENGIE Lab等多家合作伙伴合作举办的inTrondheim联合创作研讨会上，进一步讨论了领域范围。

“我们对两个主题特别感兴趣，”数字化和商业发展主管Ase Lunde表示。“新的Powerhouse Brattørkaia能产生比它使用的更多的能源。一个主题是如何让邻居们最好地利用这种能源，另一个主题是如何为其买单。此外，当像“Powerhouse ”这样的建筑充分利用各种创新技术，并与网络连接更加紧密时，人们需要能够安全地共享这些信息。在研讨会上，与会者讨论了如何使用像IOTA这样的分布式账本技术来做到这一点。”

+CityxChange在特隆赫姆的项目协调人Silja Rønningsen补充道“我们正在与特隆赫蒙的当地企业和市民一起试验，如何开发智能正能源城市，利用数字服务改善城市的生活质量，产生的能源超过我们消耗的能源。与此同时，我们的目标是在欧洲各个城市分享我们的经验，这样我们就可以一起更快地学习。这次研讨会是至关重要的第一步，帮助我们实现共同创造我们想要生活的未来的愿景。”

“跨过公司边界，与我们网络的利益相关者以及第三方一起创新，是我们Trianel的DNA的一部分。因此，我们非常高兴成为IOTA创新社区的一员，探索这项技术的可能性和机会。我们不仅可以通过来自不同行业的各个合作伙伴的多层次视角来丰富创意的产生，而且我们还可以通过一个具有最多样化能力的生态系统来加速原型的测试。这在各个方面都击败了封闭式创新，帮助我们快速发展，贴近市场。”~ Trianel Trendscouting，Aachen, August 2019

从IOTA正在进行的测试场和合作项目中学到的，都可能会帮助到其他人开发用例并形成他们自己的生态：

对值得解决的问题进行识别：

未来的环境和技术挑战是巨大而复杂的。理解值得解决的问题考虑：

(1)采用系统思维，将问题作为大系统的一部分来进行探索；

(2)直接观察问题，与现场人员接触，确定切入点；

(3)确定DLT是否是解决手头问题的合适解决方案，有时它可能并不是最好的解决方案。

开放式创新：

复杂的问题不可能仅靠一个组织来解决。召集积极主动、相互补充的合作伙伴，围绕明确的目标、假设和资源计划确定团队的承诺。

（生态）系统思维：

大多数人考虑的是设计一个最小可行产品(MVP)。为了共同创造，尝试从设计一个最小可行的生态系统(MVE)开始，该系统由可信的合作伙伴组成，具有互补的能力，并随时准备协作。有时，与核心或首要技能相比，您可能更需要促进协作很努力。保持开放的心态，引入更多的参与者，你会学到更多，进步更快。

行动：

实践是关键，因为你将要做的很多事情可能是新的：新的技术应用，新的伙伴关系，新的商业模式。开放地开始进行精益管理的小的尝试，以找出有效的方法——再更大范围研究。评估是否达到了“测试”中设定的目标和持续迭代。一旦你有了足够的实践证明，再加上现实世界的经验，集中你的资源，你的计划就可以开始扩张了。

展望未来

智能城市的持续发展和运营离不开信息和沟通。目前，这些技术正处于建设相互联系、可持续发展、适应每个人需求的城市的风口浪尖。在不久的将来，这些目前正在开发的技术工具将彻底改变每个人的生活和环境。

IOTA在这场革命中扮演着关键角色：作为一个开源技术提供商和一个创新社区。在本报告中，跨不同行业使用该技术的具体例子是新的商业模式的开始，这些商业模式正在为社会创造了新的价值。

IOTA的目标是继续发展共同的智慧和可分享的经验，将个体和公共利益相关者聚集在一起，为未来的智能城市塑造一个可伸缩、可互操作和安全的数字基础设施。

关于IOTA

 IOTA是一个全球性的非营利性基金会，总部设在德国。IOTA基金会的任务是支持新分布式账本技术(DLT)的研究和开发，包括IOTA Tangle。该基金会鼓励通过创建生态系统和这些新协议的标准化来培育和采用分布式分类账技术。

IOTA Tangle 超越了区块链，提供了世界上第一个可伸缩的、无手续费的、完全去中心化的分布式账本技术。Tangle用自己独特的技术解决了区块链技术的三个基本问题：高费用、规模化和中心化。它是一个开源协议，通过促进新的机器对机器(M2M)交互，包括安全的数据传输、无手续费的微支付和设备的安全访问控制，将人类经济与机器经济连接起来。

IOTA基金会的首要目标包括： 

• 研究和保护基础协议层，并创造新的知识来造福于物联网经济背后的生态系统。
• 为社区、合作伙伴和生态系统开发可生产的软件，以供使用和扩展。
• 教育和促进新一代理解并确保基金会成功的技术和用例。
• 标准化并确保物联网经济的成熟度和广泛采用。
  

报告原文链接：https://files.iota.org/comms/IOTA_smartcityreport.pdf