生活在智慧城市

随着城市化的发展,越来越多的人们在城市寻求更好的生活。他们背井离乡,渴望在城市享受到更好的基础设施、更多样的文化和更多的就业机会。如何能使越来越多的人在有限的空间里过上有意义的生活呢?

答案就是智慧城市。智慧城市能够使城市变得更高效、先进和绿色——让人人参与其中。那么未来城市究竟是什么样子?

智慧城市的交通

在日常生活中,人们都不得不面对工作、上学或就医的现实,亦或是希望搬去乡下避世。交通,是未来城市的关键组成之一。在理想的智慧城市中,交通应具备节能、快速、高效、低排放和廉价的特点。因此,富有高瞻远瞩的城市都十分重视电动交通。但由于当前电动汽车价格依旧居高不下,并非人人都能负担得起。因此,大众汽车公司董事会主席赫伯特·迪丝近期向政府提出了补贴小型电动汽车的提案,旨在让可支配收入较低的人群也能参与现代交通。不过,仅仅让汽车满足现代要求还远远不够,智慧城市的基础设施也要足够智能,它们应该能将道路拥挤状况、事故、交通中断以及火车延误等信息通知给通勤人员,让他们根据当时的情况选择适当的出行方式。

智能手机与智能卡取代纸质车票

如今,人们无需在拥挤的机器前排队等候,直接使用手机App或可充值的智能卡即可购买公共汽车票和火车票。这节省了纸张,免去了管理工作——但同时它还必须简单可靠,以便大量人群快速通过闸机或上车。这就带来了特殊的挑战:必须实现能够快速可靠地对客户数据进行非接触式处理的电子票务系统。对此,借助安全芯片技术,就能将虚拟车票发送到卡片和智能手机,然后在数微秒内发送数据。

为了给客户带来更大的便利性,一些城市或银行将多个应用整合到一个解决方案中,也就是说,只需一张卡片,你就能购买咖啡、车票、租车或使用社交服务,从而节省了钱包空间和排队等候的时间。

由电力驱动的自行车、汽车和商用车

奥斯陆是电动交通领域的模范城市和领头羊。目前已有40%的新登记车辆为电动汽车。这个结果并不让人感到意外:在奥斯陆购买电动汽车可享受税收减免政策——如无需支付车辆税或增值税。而针对常规内燃机汽车的税也被免除。随着电动汽车数量的不断增长,人们就需要更多的充电场所。正因如此,奥斯陆充电桩的数量每年增长25%。对此,挪威已确立了主要目标:2025年,挪威将仅允许零排放汽车上路。

除了电动乘用车,考虑到商用车,如公交、卡车、挖掘机或货车的碳排放占交通总排放量的25%,占温室气体总排放量的5%,因此实现商用车电动化将对人类与环境保护做出重大贡献。但这面临着一项特殊挑战:电池技术。通常,商用车需要使用更大更强劲的电池。对于用于建筑和农业领域的车辆,其整个传动系统的电池和部件必须更加牢固耐用。对此,英飞凌针对电动传动系统开发出了稳健的功率半导体,为商用车辆量身定制,可承受振动与机械应力。此外,英飞凌还基于新半导体材料开发出了一系列组件,提高了能效。

在理想情况下,商用车电池在夜间完成充电,就能在白天提供充足的电力。如果需要在白天再次充电,那么这时的充电速度必须更快,公共汽车或货车不至于停运过久。这也是电动汽车和充电基础设施必须解决的问题。对此,英飞凌开发出了适用于充电基础设施的半导体解决方案。

自动驾驶省时节能

结束了一天的工作后开车购物是否真的省时节能?当然不。将来我们可以将工作与娱乐相结合:上班途中在线订购食物,晚上收货将变得十分常见。送货服务将尽可能有效地规划车辆路线。送货车辆将能覆盖整个区域,您将不必专门前往超市——从而节省时间,降低车流量。

借助自动驾驶,人们将能在上班途中下订单。届时,通勤人员和司机都可以在车上或火车上使用在线服务—— robotaxis是自动交通的最初实现方式。这就和现在的车辆共享服务一样,你可以预定一辆自动驾驶汽车,下车后便能抵达目的地。自动驾驶汽车不仅提高了便利性,节省了时间,还减少了油耗、拥堵和污染:车辆彼此之间,以及与基础设施之间实现互联,因此它们知道如何高效便利地做出响应,从而有效地避免拥堵,然后直接前往下一位乘客的所在地,或(若您是车主)前往附近的免费停车点。

安全性是另一个重要因素:在危险情况下,自动驾驶汽车要比人们的响应更快。自动驾驶是通过各种传感器之间的相互作用而实现。汽车自动停车时,超声波传感器识别出路障,雷达传感器检测出物体及其相对于车辆的速度。然后,摄像机中的图像传感器会进一步提供可视数据。通过将这些传感器相结合,它们提供的信息便能勾勒出一副完整的环境图像——这也构成了自动驾驶的基础。

物联网城市

智能家居一样,物联网(IoT)也在未来城市中发挥着关键作用。各种不同的设备、车辆和基础设施配备了传感器,实现了互联,然后生成数据,并通过进行记录与存储,然后获得授权的人士和系统便能获取该数据。这种连接性和数据可用性是智慧城市的支柱。居民可通过技术设备(如智能手机或信息触摸屏)获取数据,并与该技术进行交互。

智能路灯为日常生活与紧急事态提供支持

在智慧城市中,能够更高效、更普遍地得到应用的一项技术是智能路灯。智能路灯可以通过传感器检测天气状况,相应地调整照明亮度,从而更加高效节能地照亮人行道、自行车道以及马路。有雾或下大雨时,路灯会提高亮度。附近没有汽车、自行车或行人时,路灯会关闭照明。此外,智能路灯还能为居民提供Wi-Fi、测量空气质量;然后将测量和环境数据报告给云端,这样,就能获得一副详细的智能城市空气质量图。若超出阈值,它还会通知相关机构,以便其作出响应,如控制车速、封闭某条道路或采取类似措施。它还能测量交通要塞的车流量,然后与当地交通控制中心进行通信,以便其采取措施,避免出现塞车长龙。另一个有望实现的功能是警报按钮,路人可在事故发生时或其他紧急情况下按下按钮寻求帮助。路灯还可为尚未实现完全自动化的车辆司机提供停车点提示,并在其手机上显示免费停车点或充电桩。当然,路灯本身也可用作充电桩。

保护物联网城市免遭操纵

安全性在互联网数字化和连接性方面发挥着关键作用。黑客可能通过同时打开整个区域的照明,导致电源系统崩溃。阻断式服务攻击也是一种潜在威胁:大量请求蜂拥而至,导致特定目标的数据网络过载。最终导致必要的互联网服务无法使用。对此,必须整合适当的安全解决方案,以避免那些通过物联网连接的设备、车辆或工厂遭窃、遭到欺诈或其他非法操纵。

对此,单靠软件是远远不够的——因为它们可能被重写或操纵。因此在这个愈发虚拟的世界,有必要使用安全芯片(即硬件)来保护数字化数据。它们可储存和保护设备ID或加密秘钥。这样便阻碍了网络访问——攻击芯片需要在技术方面做出非常大的努力,很难成功。这种概念与银行芯片卡或电子护照相似,现在在全新联网设备中也得到了应用——从汽车、联网生产机器到数字门锁等不一而足。

智慧城市与安全

智慧城市最重要的一点是:安全性。这也与每位公民都持有的重要的文件息息相关:个人身份识别。

电子身份证与护照

现代ID必须满足严格的要求。该文件必须支持机器读取,以加快边防检查和清关速度。同时,个人数据、生物数据以及获批的签证还必须满足ICAO(国际民航组织)等组织的标准。对此,英飞凌通过将软件与硬件相结合,解决了这一难题,确保了必要的安全性与便利性。

但在电子密码方面,我们又面临着一项挑战:各地区标准各有不同。许多国家将其中的一部分文件,用来储存保险数据或用作选民资格凭证。因此,未来的生物识别护照不仅需要满足更为严格的安全要求,其设计还应该能够匹配数字化服务。对此,英飞凌可为软件开发人员提供建议,以便他们在设计全新身份证明文件时,找到集安全性、功能性和互操作性于一体的理想解决方案。

在智慧城市进行非接触式支付

不论你是在咖啡厅消费、周末购物还是购票:非接触式支付正变得愈发普遍。外出时,通过NFC(近场通讯)轻松快捷地完成支付,正变得越来越受欢迎,特别是对于年轻一代。阿伦巴赫民意测验研究所(IfD)在2018年对德国持有girocard的群体进行的一项调查显示,16-29岁的人群中有77%认为即时付款切实可行。尽管年长群体对这一技术的热情稳步下滑,但60岁以上的群体中有45%表示对这种支付手段感兴趣。

然而,交易不仅要轻松快捷,还应当足够安全。这也是英飞凌解决方案全面考虑不同因素的原因:目前鲜有国家建立了完整的非接触式基础设施——卡片仍然需要插入读卡器。整合了非接触式和基于接触式技术(即双接口)的芯片填补了新老技术之间的鸿沟。英飞凌不仅提供了数据传输灵活性:还致力于采用全球认可、独立于供应商的标准——毕竟,信用卡、手机支付服务以及带有支付功能的指环应当同时能够在欧洲、亚洲和非洲使用。

不过,消费者通常还是需要PIN       码进行识别——生物识别法简化了这一点。最新的智能卡已经支持指纹身份识别。英飞凌飞行时间解决方案在手机付款时,可通过面部识别,简单可靠地识别用户身份。

智慧城市:绿色与节能

未来城市需要消耗大量能源。城市则需要为1000多万居民提供充足的电力——尽可能通过可再生资源供电。汽车、本地公共交通和路灯、建筑技术、IT基础设施、5G移动通讯以及大型工业厂房:现代基础设施不仅要重视智能配电和用电,还应当尽可能地通过可再生资源进行智能发电。

高效且贴近消费者——太阳能热系统与垂直农业

提到气候变化和有限资源,就不得不说到可持续性发展。我们这一代人应当在不损害后代利益的前提下满足自身需求。产品生产也应当尽可能地贴近消费者。例如,将露天超市设在靠近城市的田地旁,有助于居民获得新鲜的食物——像是土豆或大米(具体视地区而定)。另一方面,中央建筑物的立式风扇适用于快速生长的高品质作物(如豆芽)。附近的城市屋顶花园尽管规模较小,但足以满足消费者个人的食物需求。先进的LED技术则有助于蔬菜生长。由于LED在下雨天或夜晚也可提供光源,因此西红柿和莴苣长得更快。太阳能热系统、光伏发电和地热加热则是在本地通过节约资源的手段获取能源的方法。

多伦多、桑坦德和新加坡——智慧城市的领头羊?

谷歌的控股公司Alphabet已经迈出了第一步。其城市建设子公司 Sidewalk Lab在多伦多海滨申请了12英亩的用地,目的是在此实现其智慧城市的愿景。其计划采用创新型建筑技术和能源系统,以及为居民提供自动驾驶汽车替代其私人汽车。

2010年以来,西班牙海滨城市桑坦德开始贯彻诸多智慧城市概念,如为垃圾桶配备传感器,等垃圾桶装满后再清空,这减少了市政服务的运营成本;公园的洒水器只有在天气干燥时才会启动;出租车配备了传感器,这样一来,潜在乘客便能提前了解有多少空出租车及其所在位置

莫斯科以新加坡为榜样,旨在在2030年实现智慧城市转型。俄罗斯首都希望借助最新技术,如5G和区块链技术,提高自身的吸引力。相关当局在几年前便为此奠定了基础,像是地铁Wi-Fi、公共汽车、火车和停靠站的智能手机充电桩现已成为标配。

智能家居,智慧城市的“亲密伙伴”

智能家居是智慧城市不可或缺的组成部分。最早是家用电器实现了较小规模的智能耗电。传感器、微控制器和功率半导体相结合使冰箱等设备变得更节能。比如,使用变速压缩机可以将冰箱的功耗降低40%。现在,它已经从家用电器和空调系统拓展到了街道照明、交通和城市的整个基础设施——将城市转变为节能型智慧城市。

NFC

NFC(近场通讯)是一种短距离无线技术,可满足我们对数字和移动生活方式的要求。这一技术在智能手机、智能卡和可穿戴设备实现非接触式支付方面发挥着重要作用,小型集成芯片可确保简单的信息交换,以及快速安全的金钱交易。英飞凌认为NFC是满足个人移动需求的关键技术。