生活/治理/經濟三方得利　物聯網助攻全球智慧城市部署

英國標準協會(BIS)的PAS 181國際標準對智慧城市的定義為，一個有效整合環境中物理、數位與人的系統。市調機構Global Data預測，2050年全球將有70%居住在城市中，龐大人口壓力將促使城市更加智慧化。根據統計，2030年全球智慧城市的市場規模將達8,300億美元。

未來的智慧城市發展仰賴物聯網與5G驅動的數位經濟模式，從建築、交通、道路、電網都在單一平台上運行，並以即時決策達到居住、治理，與經濟發展三大功能的平衡；加上當前結合人工智慧與物聯網技術的融合，「智慧物聯網」(AIoT)將進一步提高智慧城市應用的多樣性。本文將介紹智慧城市發展趨勢與各國主要城市智慧化現況分析。

資料運算量將考驗城市雲端平台應用能力

疫情的影響使在家工作成為常態，混合制工作模式將持續一段時間，App、行動裝置與企業軟體將大量部署在雲端；此外，數位空間工具，如數位分身的應用將加速支援城市從疫情中的復原速度。而封城與零接觸經濟的興起將促使影音串流等數位媒體興起，上述資料暴增的現象將對智慧城市的資料運算能力大幅提高，以及對ICT技術升級的要求。

同時為滿足日常生活需求，智慧城市在雲端平台規畫建置、管理資料、執行應用程式或傳遞內容/服務上將考驗雲端的效能，由於資料來源種類、用途與應用目的的不同，混合雲型態的部署將越發常見。在地區投資部分，根據市調機構統計，北美採用混合雲比例較高，而亞洲與歐洲則較低，預計在各種資料裝置數量在城市中指數成長的情況下，越來越多智慧城市將採用混合雲模式。

跨城市間短程運輸將成智慧交通常態

移動力(Mobility)是城市內經濟社會活動的核心功能，居民的日常工作、教育、旅遊、社交等需求需要透過移動來滿足。由於疫情影響，國內旅遊與城市間的短程旅遊將逐漸成為常態，近一步刺激短程運輸崛起；短程交通運輸工具以飛行計程車(Flying Taxi)最受矚目，在城市物聯網時代，城市與城市間的連結透過車聯網與無人機形成綿密的地空運輸系統，龐大商機吸引了大量新創業者與大型運輸業者投入。根據麥肯錫的一份調查，全球大型主要城市如倫敦、紐約、洛杉磯、巴黎等已開始投入「城市間短程運輸計畫」(圖1)。

先進空中運輸(Advanced Air Mobility, AAM)為目前智慧城市的重要一環，包含無人計程車、無人運輸機。看好短程運輸的前景，業者與投資人投入數百億美元在這尚未開發的市場。無人飛行計程車能夠脫穎而出原因包含：(一)幅員廣大的國家如美國、歐洲、中國、巴西針對短程快速運輸人員有龐大需求；(二)疫情出現使城市間的短程旅行逐漸成為另類旅遊方式；(三)許多老一輩與兒女相隔甚遠，或是位在不同城市，短程旅行增加家人陪伴時間；(四)在家工作已是趨勢，但商務旅行需求依舊不減；(五)疫情突顯出醫療資源的時效性，醫療團隊可透過短程運輸支援鄰近城市。

AI與物聯網達到即時監測與預測性維護

感測器、機器學習與影像辨識技術成為即時分析的關鍵工具，搭配各端監視錄影機擷取的日常影像，使監測的範圍涵囊括陸地、天空，甚至太空，對城市生活的各方面提供精確資訊與災害預防效果。同時，基於深度學習的影像辨識技術對於安全性、關鍵基礎設施監控和交通/運輸管理等智慧城市邊緣應用，可提供細緻的關鍵細節監控。置於攝影機的AI軟體可自動識別並標記關鍵參數，針對觸發即時的警報達到立即通知的效果；舉例而言，在交通安全上，深度學習模型透過大量影像資料的訓練，得以識別車輛的數量、型號、大小、速度，以及車牌號碼，使平台可以針對高事故發生區域與尖峰時刻阻塞路段進行動線調整，提升交通工具的能源效率。當然，在實務部署上，如何結合安置在邊緣(Edge)端不同類別的監控攝影系統並整合相關神經網路演算法，將是當前智慧城市亟待克服的挑戰。

除了交通管理、行人安全以及大眾運輸系統的應用外，基礎建設資產運作狀態的追蹤也相當重要，預測性維護成為重點應用之一。根據麥肯錫預測，預測性維護可以延長設備使用壽命，將維護成本降低10%至40%、設備資本投資減少5%。智慧城市的基礎設施，包括下水管線、儲水設施、電網、交通號誌、道路橋樑等，如微軟的Azure平台結合AI與物聯網技術，搜集電梯資料後回傳分析，在電梯故障前進行預警，並且可以根據不同台電梯的狀況進行個別維護，對於搭乘者多了一層保障，同時也取代傳統定期維護可能發生疏失的問題。當然，要成功地將預測性維護解決方案應用於城市的基礎架構，需要許多不同的業者進行合作，如設備製造商、資訊服務業業者、技術服務供應商，以及數據分析商。

數位分身在災害預防與交通重要性逐漸提高

根據MarketsandMarkets預測，2025年全球數位分身市場規模上看360億美元，年複合成長率(CAGR)達45%。在智慧城市應用上，數位分身主要用途為災害預防與交通問題處理。身為全球主要創新國家之一，新加坡在智慧城市布局上相當積極；身為四面環海的國家之一，新加坡運用數位分身來模擬氣候變遷狀況，如海平面上升程度與惡劣氣候對城市造成的威脅。該國投入7,000多萬美元與法國達梭系統合作，打造數位分身系統進行城市規畫，包含突發事故現場模擬、治安管理，與透過模擬居民最佳行走路徑，改善交通設施等，數位分身城市(Digital Twin City, DTC)逐漸普及(圖2)。

此外，物聯網爆發式成長也進一步推動數位分身的應用速度，透過與物聯網裝置的結合，數位分身蒐集歷史與即時數據資料，建構一個包含多種變數的完整模型，而物聯網裝置的規模化也使單位成本逐漸下降，資料取得更為快速，進一步擴大數位分身的可用性。在美國，科羅拉多州的一處城市Boulder，以感測器搜集車流、人流與交通號誌等資料，再使用數位分身進行交通情境模擬，在建立包含各種基礎建設與交通運輸的公共資料庫後，透過數位分身進行城市治理與災害防測，是目前全球主要大型城市的趨勢。

除法商達梭系統外，看準數位分身在智慧城市的商機，該領域吸引越來越多大廠投入，應用在城市的虛擬實驗、虛擬測試、都市規畫與決策、研究與開發。業者主要可分為三大類：(一)產品生命週期管理軟體業者，如達梭、PTC、IES等；(二)自動化工業業者，如奇異；(三)大型科技業者，如微軟、IBM、SAP。部分新創也開始投入相關領域，如VSI Labs、QiO Technologies、PETRA Data Science、Pratiti Technologies等。

物聯網平台發展概況與變革方向

在物聯網平台的範疇中，智慧城市是建立在物聯網平台上的企業級應用，且可以整合自駕車、物流、交通、安防等系統，可說是平台中的平台，系統間能否有效整合成為當前智慧城市平台的關鍵因素。由於當前雲端快速發展，智慧城市平台可部署在公有雲、私有雲，以及混合雲上，而當中又以亞馬遜雲端服務(AWS)與微軟Azure服務成長最快，許多智慧城市平台便是部署在AWS上。若進一步觀測物聯網平台的發展，可發現2016至2021年短短五年的期間內，物聯網的底層架構與應用已經起了翻天覆地的變化，而這些變化影響未來智慧城市的發展速度與模式。

過去物聯網平台的探討有兩大面向：市場規模與平台功能。如今這兩項都與原先預測結果大相徑庭。根據IoT Analytics調查指出，2016~2020年的IoT平台市場年複合成長率為35%，然而現在顯示為48%，約暴增800億美元規模。過去，人們只知道物聯網平台是個藍海市場，現在人們探討物聯網平台是什麼、可能在哪個產業有最多應用、底層技術架構包含哪些項目，以及最重要的，逐步了解其商業模式的運作方式。

物聯網平台功能從「是什麼」轉變為「怎麼做」

過去，物聯網平台的定義眾說紛紜，較為業界所接受的說法為「結合硬體裝置與軟體，以建立與管理相關物聯網解決方案為目的的平台」。而平台在近幾年面臨資料品質提升、資料量巨額成長下，現在的物聯網平台更強調應用產業客製化(如垂直領域)與提供更多的微服務。若從各個「層」來看，物聯網從感知層(感測器、RFID、ZigBee、Wi-Fi)、網路層(Wi-Fi、3G、TCP/IP網路)與應用層(雲端運算、大量資料分析、資料探勘)的技術分類方式逐漸往管理層面發展。包含如何快速部署與測試應用軟體、如何置入、儲存與分析資料、如何與電信公司合作，管理物聯網裝置，以及如何遠端了解與監控裝置狀態(圖3)。

平台市場在AWS與微軟等大廠推動下快速成長

物聯網2016~2020的年複合成長率為48%，這股強勁的成長力道其實來自於雲端大廠AWS與微軟的推波助瀾。事實上，AWS在認為AI與物聯網為未來趨勢後，就大力將兩技術整合自己的雲端平台上。在AI方面，AWS提供了多種的機器學習平台與演算法協助企業應用，替業者省下龐大的建置成本，快速建立並部署AI系統。在物聯網部分，AWS的物聯網平台具備資料蒐集、處理、分析功能，並與AI平台連結，讓企業可以一站式完成AIoT的系統建構。而微軟強調物聯網的全球化、服務化與生態系建立，協助需求端如電子製造、網通與製造業者運用AIoT強化平台各種應用功能，同時強化基礎研究與方案落地能力。

有趣的是，如PTC、Ayla Networks、General Electric與Cisco等業者雖更早前就投入物聯網開發，但由於無法自行建立底層架構，到頭來還是須跟AWS與微軟等大廠合作。從此可知，即便市場上有數百家物聯網平台廠商，但跟雲端大廠協作可能是必要之事，這些雲端大廠很可能在未來物聯網的市占率高達30%~40%，甚至形成壟斷的狀況。

新定價策略與商業模式逐漸成形

一、定價策略：當前多種定價策略正在興起。

．更多訂閱制模式：

如PTC在2019年推行100%訂閱制。

．更多元收費模式：

如ThingLogix以物聯網平台上發生的「事件數量」計費。

．更複雜定價機制：

如AWS設立根據裝置「安裝數量」計費、「分析程式數量」計費等。

二、商業模式：

．OEM業者：

電子代工大廠目前為物聯網平台的重要使用者之一，許多業者在產線上增加智慧裝置與感測器搜集與分析資訊，甚至推衍至邊緣運算的使用，這些經驗讓電子製造業者成為打造與輸出解決方案的理想角色。

．解決方案供應商：

由於物聯網平台建置的複雜度相當驚人，因此除非如AWS等業者有能力打造完成平台產品外，一般解決方案供應商還是以銷售或協助開發平台某部分功能產品為主。而現在業者的定位也逐漸細化，按照不同功能，可分為應用端、基礎建設端、服務端、裝置端，以及端到端一體解決方案。

全球主要產業龍頭已決定使用何種物聯網平台

約莫在五年前，當時業界還在討論什麼是物聯網平台，也尚未有成熟的Use Case與解決方案。時過境遷，當前在解決方案越發成熟下，許多產業界龍頭也做好決定部署何種平台。而物聯網平台種類也開始產生變化，包含專精於特定領域平台(如Siemens、GE)或是通用型平台(AWS、微軟)；同時，不論是零售、新興製造或是傳統產業，皆已經開始部署物聯網平台方案(圖4)。

物聯網的架構正從一體式轉為更加模組化，以因應逐漸複雜的客製需求，同時加入虛擬化容器(Container)與無伺服器運算(Serverless Computing)等功能。部分新進業者由於不受過往平台架構束縛，也開始發展自己的平台架構，如ThingLogix打造100%無伺服器架構的平台。

在雲端應用部分，最明顯的變化要數平台部署方式從地端到雲端的遷移，混合式的架構也成為業者部署期間的過渡方式。而在雲端選擇上也從私有雲朝向公有雲、混合雲的方式部署，AWS、Azure、GCP成為公有雲的首選。另一技術的加入是AI形成的智慧物聯網，物聯網的技術應用讓數位裝置密切連結，常見如自動化、遠端操控、串聯其他裝置等功能。而在物聯網技術中導入AI系統，就是所謂的AIoT；導入AI後，AIoT具備智慧學習的能力，可以提供客製化服務的最佳體驗，並透過數據累積不斷進化，製造業、自駕車與智慧醫療成為智慧物聯網平台的重要使用者。

物聯網平台進化將進一步加速智慧城市應用

城市透過物聯網、AI與雲端的技術應用與融合進一步擴大其運用範疇。交通運輸聯網、交通狀況監控、水利系統監測、空汙防治與犯罪預防。在城市智慧化發展過程中，交通與治安往往是首要的議題。諸如環境、交通等跨領域資訊整合不易；或是像部分區域因空屋率高、人煙稀少，造成社區安全防護網有破洞；以及過去的傳統路燈耗電耗能，維護成本過高等，這些都是城市治理發展上亟待克服的狀況；因此，城市物聯網的平台的兩大重點為提供機器學習和數據分析服務，使用深度學習的AI架構將非結構化影像和圖像資料轉換為結構化數據，發展出強大的AI演算法，進行關聯和分類等分析工作。

AIoT是未來趨勢，城市得以減少成本、提升基礎建設效率、進而發展出新的營運模式。城市生活中每一天都有成千上萬的資料產生，在萬物聯網的時代，城市與業者如何妥善運用巨量資料、同時兼顧資料隱私、資安等問題，進一步促進居民的生活品質與都市發展，為目前智慧城市發展的策略方向。