基于航天系統(tǒng)工程，實(shí)施智慧城市“六化”建設(shè)

· 文| 航天恒星科技有限公司 馬祥斌 李璇 趙興圓 張澤根

基于航天系統(tǒng)工程，實(shí)施智慧城市“六化”建設(shè)

· 文| 航天恒星科技有限公司 馬祥斌 李璇 趙興圓 張澤根

一、智慧城市概念內(nèi)涵

智慧城市早期概念的提出是在20世紀(jì)90年代，2008年IBM提出了“智慧地球”的理念以后，全球智慧城市建設(shè)的熱潮在世界各地掀起；2009年維也納理工大學(xué)區(qū)域科學(xué)中心首次提出了智慧城市的六個(gè)表現(xiàn)維度：增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)、便捷的移動(dòng)、舒適的環(huán)境、智慧的民眾、安全的生活、公正的治理，對(duì)智慧城市的概念進(jìn)行了具體的詮釋。

我國(guó)智慧城市的建設(shè)得到了國(guó)家和地方政府部門的大力支持，并陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策，加強(qiáng)對(duì)智慧城市發(fā)展的政策指導(dǎo)和推動(dòng)作用。特別是在2014年3月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）》（簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》），明確指出了智慧城市的發(fā)展方向：統(tǒng)籌城市發(fā)展的物質(zhì)資源、信息資源和智力資源利用，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展深度融合；促進(jìn)跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)的政務(wù)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，強(qiáng)化信息資源社會(huì)化開發(fā)利用，推廣智慧化信息應(yīng)用和新型信息服務(wù)，同時(shí)增強(qiáng)城市要害信息系統(tǒng)和關(guān)鍵信息資源的安全保障能力。同時(shí)《規(guī)劃》還明確了我國(guó)智慧城市建設(shè)的六項(xiàng)指標(biāo)：信息網(wǎng)絡(luò)寬帶化、規(guī)劃管理信息化、基礎(chǔ)設(shè)施智能化、公共服務(wù)便捷化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化以及社會(huì)治理精細(xì)化，簡(jiǎn)稱“六化”。

城市建設(shè)和發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜多元的巨系統(tǒng)，包含著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、文化等方方面面，各個(gè)系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響。無(wú)論從國(guó)外對(duì)智慧城市概念的詮釋，還是從我國(guó)智慧城市建設(shè)“六化”的提出，不難看出，智慧城市的建設(shè)應(yīng)更加注重頂層設(shè)計(jì)和底層應(yīng)用，應(yīng)以城市基礎(chǔ)地理信息、地下管網(wǎng)信息、動(dòng)態(tài)感知信息和公共數(shù)據(jù)信息等全要素信息為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理以及衛(wèi)星通信與導(dǎo)航等技術(shù)為支撐，以網(wǎng)格化管理為手段，以企業(yè)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)和可靠集成能力為依托，面向公眾、行業(yè)和政府，構(gòu)建一套涵蓋民生、人文、產(chǎn)業(yè)、環(huán)保、能源和管理的全生態(tài)城市系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)城市的感知全面化、服務(wù)泛在化和管理智能化，讓城市變得更聰明。

二、基于航天系統(tǒng)工程的智慧城市總體設(shè)計(jì)

結(jié)合航天系統(tǒng)工程思想以及對(duì)智慧城市概念的理解和探索實(shí)踐，從總體架構(gòu)上，將智慧城市分為“感、傳、智、用”四大部分，即感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，組成框圖如圖1所示。

圖 1 智慧城市總體組成框圖

“感”——對(duì)城市產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和感知，感知的數(shù)據(jù)可分為城市空間信息和動(dòng)態(tài)信息兩大類。其中空間信息包括了城市基礎(chǔ)地理信息、地表部件信息、地下管線信息和地下空間信息，這一類信息變化相對(duì)緩慢，通常采用現(xiàn)代衛(wèi)星遙感、航空攝影、地面三維推掃等先進(jìn)測(cè)繪手段按照一定的時(shí)間周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和更新處理；動(dòng)態(tài)信息主要包括城市的視頻監(jiān)控信息、站網(wǎng)監(jiān)測(cè)信息、數(shù)字傳感信息以及位置服務(wù)信息等，該類信息的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，且數(shù)據(jù)豐富多樣，數(shù)據(jù)量巨大，構(gòu)成了城市運(yùn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

“傳”——為城市信息的采集與更新提供數(shù)據(jù)傳輸通道，具體通信手段包括地面2G/3G/4G移動(dòng)通信系統(tǒng)、有線/無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、北斗短報(bào)文、衛(wèi)星通信等。

“智”——通過(guò)城市政府內(nèi)（外）網(wǎng)云平臺(tái)，將分散的不同特性的城市空間信息、動(dòng)態(tài)信息和公共信息三類數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)空框架和分層標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一體化的邏輯組織與管理；并采用云存儲(chǔ)、并行計(jì)算、大數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)技術(shù)，一方面實(shí)現(xiàn)信息的共享服務(wù)；另一方面形成政府管理的輔助決策信息。

“用”——包括政府行政審批、行業(yè)職能管理和社會(huì)公眾服務(wù)三類。政府的行政審批應(yīng)用，通過(guò)政府云平臺(tái)，面向市、區(qū)（縣）、街道三級(jí)政府的行政管理，優(yōu)化政府的辦事流程，提升行政審批效率；行業(yè)的職能管理應(yīng)用，通過(guò)大數(shù)據(jù)的信息融合和挖掘，為國(guó)土、規(guī)劃、房產(chǎn)、水務(wù)、交通等行業(yè)的管理提供輔助決策，提升管理服務(wù)水平；社會(huì)的公眾服務(wù)應(yīng)用，面向企業(yè)和市民，通過(guò)政府公共服務(wù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)資源，使企業(yè)和市民享受到便捷化的服務(wù)。

三、智慧城市“六化”建設(shè)內(nèi)容

圍繞智慧城市“六化”建設(shè)指標(biāo)以及“感、傳、智、用”的總體架構(gòu)，智慧城市的建設(shè)內(nèi)容可以概括為“兩項(xiàng)建設(shè)、三大數(shù)據(jù)庫(kù)、兩大平臺(tái)、三大應(yīng)用”，建設(shè)內(nèi)容如圖2所示。

“兩項(xiàng)建設(shè)”——包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和保障體系建設(shè)，基礎(chǔ)設(shè)施是硬件，保障體系是軟件，作為智慧城市政府管理的兩大基礎(chǔ)建設(shè)必不可少?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，其中有線通信、無(wú)線通信、視頻監(jiān)控、地面監(jiān)測(cè)、傳感監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航增強(qiáng)等“六網(wǎng)”，構(gòu)成了城市的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；城市基礎(chǔ)地圖、地上部件、地下管線、地下設(shè)施以及地名地址等數(shù)據(jù)的測(cè)繪、普查與調(diào)查，構(gòu)成了城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)是智慧城市建設(shè)所必需的基礎(chǔ)，有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)就有了設(shè)施管理信息，政府管理這些對(duì)象就需建設(shè)相應(yīng)的政策法規(guī)、組織管理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全保密、數(shù)據(jù)更新、運(yùn)營(yíng)服務(wù)等配套體系，概括為“六大體系”。

“三大數(shù)據(jù)庫(kù)”——包括空間信息、動(dòng)態(tài)信息、公共信息三大數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)?？臻g信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)地理信息庫(kù)、地上部件信息庫(kù)、地下管線信息庫(kù)和地下空間信息庫(kù)，這一類來(lái)自于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測(cè)繪采集。動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括視頻監(jiān)控信息庫(kù)、站網(wǎng)監(jiān)控信息庫(kù)、位置服務(wù)信息庫(kù)和傳感數(shù)據(jù)信息庫(kù)，這一類數(shù)據(jù)來(lái)自于各行業(yè)信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。公共信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括人口庫(kù)、法人庫(kù)、證照庫(kù)以及地名地址庫(kù)等，這一類數(shù)據(jù)主要是從政府各委、辦、局的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行抽取得來(lái)，通過(guò)信息清洗、融合，形成公共信息庫(kù)。

“兩大平臺(tái)”——即建設(shè)政府的內(nèi)網(wǎng)云平臺(tái)和外網(wǎng)云平臺(tái)。政務(wù)內(nèi)網(wǎng)屬于保密網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于高精度地圖、地下管線和地下人防等涉密數(shù)據(jù)，需要在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)上運(yùn)行，為國(guó)土、規(guī)劃、建設(shè)、房產(chǎn)等強(qiáng)GIS需求部門提供數(shù)據(jù)服務(wù)；政務(wù)外網(wǎng)屬于非涉密網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于低精度的地圖數(shù)據(jù)和城市部件數(shù)據(jù)等，在政務(wù)外網(wǎng)上運(yùn)行，為城管、安監(jiān)、交通等弱GIS需求部門提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

“三大應(yīng)用”——圍繞政府行政審批、行業(yè)職能管理和社會(huì)公眾服務(wù)，在城市政府內(nèi)（外）網(wǎng)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建設(shè)面向市、區(qū)（縣）、街道三級(jí)政府的行政審批系統(tǒng)，建設(shè)交通、環(huán)保、城管、水務(wù)等行業(yè)的智能管理及輔助決策系統(tǒng)，以及建設(shè)面向企業(yè)和市民的社會(huì)化公眾服務(wù)平臺(tái)。

圖 2 智慧城市建設(shè)內(nèi)容框圖

四、智慧城市解決方案

針對(duì)智慧城市的解決方案，需重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)方面：一是智慧城市模型體系的構(gòu)建；二是智慧城市核心——大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的建設(shè)。

1．智慧城市模型體系構(gòu)建

按照智慧城市“感、傳、智、用”的總體架構(gòu)，其中智慧城市的傳輸層基本依托電信運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，從而在智慧城市的建設(shè)上業(yè)界更多關(guān)注的是智慧城市的總體設(shè)計(jì)以及“感、智、用”的系統(tǒng)構(gòu)建、產(chǎn)品提供以及運(yùn)營(yíng)服務(wù)。圍繞智慧城市的建設(shè)，從系統(tǒng)解決方案的角度，應(yīng)重點(diǎn)構(gòu)建四大模型體系，即需求模型、應(yīng)用模型、技術(shù)模型和運(yùn)營(yíng)模型；而從智慧城市發(fā)展的角度，還需要構(gòu)建商業(yè)模型和產(chǎn)業(yè)發(fā)展模型。智慧城市模型體系如圖3所示。

（1）需求模型

無(wú)論是智慧城市的總體設(shè)計(jì)，還是城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、大數(shù)據(jù)挖掘以及具體的行業(yè)應(yīng)用，均需要從城市管理者具體的需求出發(fā)，需要針對(duì)城市的特點(diǎn)、政府管理現(xiàn)狀等進(jìn)行充分的調(diào)研、資料收集和分析工作，從而深入了解智慧城市的建設(shè)需求，構(gòu)建智慧城市的需求模型。

圖 3 智慧城市解決方案模型體系框圖

（2）應(yīng)用模型

應(yīng)用模型更多解決的是城市管理問(wèn)題，研究城市到底怎么去管？如果說(shuō)需求模型描述的是“點(diǎn)”，那么應(yīng)用模型則描述的是“線”，具體到一項(xiàng)城市管理職能的應(yīng)用模型，就要說(shuō)清楚它的管理流和數(shù)據(jù)流是什么，最終構(gòu)建最優(yōu)的管理體系。

（3）技術(shù)模型

技術(shù)模型討論的是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，也就是在應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用模型的信息化和智能化管理，并滿足城市管理者的需求。

（4）運(yùn)營(yíng)模型

運(yùn)營(yíng)模型是為了解決每一個(gè)智慧城市項(xiàng)目完成之后，如何去做維護(hù)，使其能夠長(zhǎng)期且良好運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題，這就需要思考如何為每個(gè)項(xiàng)目都建立一套長(zhǎng)效機(jī)制，能夠保證數(shù)據(jù)鮮活，保證系統(tǒng)的生命力。

（5）商業(yè)模型

智慧城市建設(shè)的投資無(wú)疑是巨大的，不可能單靠政府出資，這就需要對(duì)智慧城市的商業(yè)模式進(jìn)行研究，建立商業(yè)模型。無(wú)論是政府，還是企業(yè)，都需要關(guān)注如何解決項(xiàng)目建設(shè)資金的問(wèn)題，還要關(guān)注項(xiàng)目如何盈利，這樣智慧城市建設(shè)才能夠落實(shí)，才能持續(xù)發(fā)展。

（6）產(chǎn)業(yè)發(fā)展模型

智慧城市的建設(shè)離不開產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也是“六化”指標(biāo)之一，這就需要對(duì)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展模型進(jìn)行深入研究，比如：如何通過(guò)戰(zhàn)略合作、企業(yè)購(gòu)并、資本運(yùn)作、外引內(nèi)聯(lián)等多種手段，打造智慧城市產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，帶動(dòng)地方智慧城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2．智慧城市云平臺(tái)構(gòu)建

政府的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)是智慧城市建設(shè)的核心內(nèi)容，其建設(shè)框圖如圖4所示。在城市云平臺(tái)上通常關(guān)聯(lián)了基礎(chǔ)的空間信息、城市的動(dòng)態(tài)信息和公共信息三類數(shù)據(jù)，并且每一類數(shù)據(jù)均包含了多個(gè)項(xiàng)目、多種類型的數(shù)據(jù)信息，從而一方面就要求云平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)，能夠?qū)σ缘貓D數(shù)據(jù)為代表的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)、以照片數(shù)據(jù)為代表的半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及以視頻數(shù)據(jù)為代表的非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)；另一方面，還要通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的挖掘，即結(jié)合政府及行業(yè)部門的管理需求，對(duì)基礎(chǔ)位置信息、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息以及人口、法人等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合和分析，支撐政府行政審批和行業(yè)智能管理的輔助決策。

從未來(lái)智慧城市信息系統(tǒng)的構(gòu)架來(lái)講，只建設(shè)一個(gè)政府的云平臺(tái)是不夠的，即城市的數(shù)據(jù)并不是完全存在于政府的內(nèi)（外）網(wǎng)平臺(tái)里，而應(yīng)是繼續(xù)存儲(chǔ)在諸如城管、交通、環(huán)保等城市管理部門的信息中心。但是存儲(chǔ)在行業(yè)管理部門信息中心的這些數(shù)據(jù)需要向上開放，城市的云平臺(tái)有權(quán)去調(diào)用各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，即取消系統(tǒng)的橫向管理，變成縱向管理，這個(gè)原則在城市信息系統(tǒng)中至關(guān)重要。另外，在這套管理系統(tǒng)體系中，數(shù)據(jù)的融合分析需要在城市云平臺(tái)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，就需要成立一個(gè)政府的信息中心，在其云平臺(tái)上建立相應(yīng)的臨時(shí)庫(kù)，對(duì)各行業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗和融合分析，形成輔助決策信息。

圖 4 智慧城市云平臺(tái)建設(shè)框圖

五、智慧城市發(fā)展愿景

當(dāng)前智慧城市建設(shè)，更多的還是圍繞政府管理進(jìn)行，通過(guò)搭建一個(gè)政府性的平臺(tái)，來(lái)為各政府部門提供服務(wù)。然而，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足智慧城市的建設(shè)要求，真正的智慧城市應(yīng)該是為民眾服務(wù)，因此在下一階段，需要重點(diǎn)研究如何通過(guò)政府的資源來(lái)建立社會(huì)服務(wù)平臺(tái)，智慧城市的發(fā)展愿景框圖如圖5所示。通過(guò)社會(huì)服務(wù)平臺(tái)，可以應(yīng)用政府的資源來(lái)提供數(shù)據(jù)和信息服務(wù)，通過(guò)好的商業(yè)模式產(chǎn)生盈利；還可以進(jìn)行運(yùn)營(yíng)及增值服務(wù)，未來(lái)交通、環(huán)保、城管等行業(yè)的信息系統(tǒng)都能夠通過(guò)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生效益；第三是電子商務(wù)，通過(guò)建設(shè)智慧城市，獲取了城市的各種數(shù)據(jù)資源，也就具備了互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)的可能，未來(lái)如何實(shí)現(xiàn)智慧城市的電子商務(wù)經(jīng)營(yíng)，也將是解決智慧城市建設(shè)資金及盈利的有效手段。

圖5 智慧城市發(fā)展愿景框圖

智慧城市系統(tǒng)復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)，需要從實(shí)際出發(fā)，循序漸進(jìn)，并兼顧產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，需要在充分理解智慧城市內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，以國(guó)家要求為綱要，充分結(jié)合地方實(shí)際情況和智慧城市建設(shè)需求，致力于構(gòu)建一套完整的、可復(fù)制推廣的智慧城市模式，通過(guò)推廣，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)省域城市的互聯(lián)互通，從智慧城市走向智慧省區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)智慧中國(guó)。