智慧城市中的大數(shù)據(jù)

智慧城市的實(shí)現(xiàn)需要建設(shè)更加完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施，才能保證各種智慧城市的應(yīng)用能夠用得好，用得起。智慧城市的大數(shù)據(jù)問(wèn)題帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要抓好技術(shù)創(chuàng)新和攻關(guān)研究，才能拉動(dòng)數(shù)字服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更好的實(shí)現(xiàn)智慧城市的各種智慧應(yīng)用。

智慧城市及其應(yīng)用

智慧城市是在數(shù)字城市建立的基礎(chǔ)框架上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界進(jìn)行有效融合，自動(dòng)和實(shí)時(shí)地感知現(xiàn)實(shí)世界中人和物的各種狀態(tài)和變化，由云計(jì)算中心處理其中海量和復(fù)雜的計(jì)算與控制，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市管理和公眾提供各種智能化的服務(wù)。智慧城市是智慧地球的重要組成部分。智慧城市即“數(shù)字城市”、“物聯(lián)網(wǎng)”和“云計(jì)算”的總和。將要建設(shè)的智慧城市是Cyberphysic space，這是虛實(shí)結(jié)合的空間，可以在家里做自己想做的事情。

智慧城市的發(fā)展歷程經(jīng)過(guò)了信息化城市、數(shù)字城市和智慧城市等幾個(gè)階段。1993年，“信息高速公路”的提出標(biāo)志著城市信息化建設(shè)開始起步。1998年，“數(shù)字化舒適社區(qū)建設(shè)”標(biāo)志著城市信息化開始步入“數(shù)字城市”建設(shè)新階段。2006年，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)促進(jìn)了對(duì)城市信息系統(tǒng)的綜合集成與整合應(yīng)用。2008年，IBM提出了“智慧城市”新理念，標(biāo)志著城市信息化開始邁向“智慧城市”建設(shè)新階段。

“智慧城市”的發(fā)展和早期的信息基礎(chǔ)設(shè)施及“數(shù)字城市”的建設(shè)一脈相承，但更注重信息資源與城市中人和物的整合集成，更強(qiáng)調(diào)城市管理協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，是數(shù)字城市建設(shè)的更高級(jí)階段，是工業(yè)化和信息化的高度集成。

智慧城市的發(fā)展動(dòng)力是城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和信息化，目標(biāo)是追求低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的城市。

數(shù)字城市技術(shù)把基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、正射影像、街景影像數(shù)據(jù)、全景影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，在政務(wù)網(wǎng)上，通過(guò)注冊(cè)可以進(jìn)行服務(wù)共享，在公共平臺(tái)上、互聯(lián)網(wǎng)、公網(wǎng)，通過(guò)二次開發(fā)提供各種交通、導(dǎo)航、旅游、文物、購(gòu)物等服務(wù)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)智慧城市的各種應(yīng)用。

城市承載著人類的生存繁衍，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)交往，使人們能夠享受到文化的好處。按照這四個(gè)職能，可以總結(jié)出智慧城市的智慧應(yīng)用，比如智慧安防、智慧環(huán)保、智慧能源、智慧城管、智慧養(yǎng)老、智慧國(guó)土規(guī)劃、智慧社區(qū)、智慧家居等都是提供一個(gè)更好的生存繁衍的環(huán)境。推動(dòng)智慧制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)更有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。智慧交通、智慧購(gòu)物、智慧社會(huì)綜合管理更有助于社會(huì)交往。智慧戶外流媒體、智慧教育、智慧旅游等能夠提高文化享受。

智慧城市中的大數(shù)據(jù)

在智慧城市的建設(shè)和應(yīng)用中，將產(chǎn)生從TB到PB級(jí)越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，世界將進(jìn)入真正的大數(shù)據(jù)時(shí)代！

2011年 2月， Science專刊 指出大數(shù)據(jù)時(shí)代已到來(lái)。美國(guó)工程院院士Eric指出：我們正處在一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代，利用大規(guī)模有效數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)建模、可視化和發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的時(shí)代就要到來(lái)。奧巴馬宣布美國(guó)政府正式啟動(dòng)“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計(jì)劃”，認(rèn)為大數(shù)據(jù)是未來(lái)世界的石油，該計(jì)劃的意義堪比上個(gè)世紀(jì)的“信息高速公路計(jì)劃”?？臻g的傳感器資源方面，衛(wèi)星每天傳送的數(shù)據(jù)可以達(dá)到PB級(jí)；從空間數(shù)據(jù)庫(kù)的資源來(lái)看，空間信息資源、地學(xué)知識(shí)資源等都可以傳到網(wǎng)上。

“天地圖”的數(shù)據(jù)已經(jīng)超過(guò)了TB級(jí)，目前已經(jīng)超過(guò)100TB。運(yùn)用4+1傾斜相機(jī)城市三維模型，最近在貴陽(yáng)等地做了很多三維建模工作。通過(guò)監(jiān)測(cè)某地地表，把雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸結(jié)、分析和挖掘，能夠自動(dòng)地、隨時(shí)地檢測(cè)地表下沉。我國(guó)已建成世界最大的街道、區(qū)、市、省、國(guó)家 五級(jí)視頻監(jiān)控網(wǎng)，2005年國(guó)務(wù)院?jiǎn)?dòng)平安城市建設(shè)，迄今已經(jīng)在600多個(gè)城市安裝超過(guò)2000萬(wàn)個(gè)攝像頭，投入資金超過(guò)3200多億元。

以上智慧城市的應(yīng)用可以幫助我們建設(shè)平安、交通暢通的城市，但是出現(xiàn)了一個(gè)大數(shù)據(jù)的問(wèn)題：存不起。

全球電子行業(yè)領(lǐng)先的權(quán)威研究機(jī)構(gòu)IMS Research在2011年的報(bào)告中預(yù)測(cè)：“2012年全球僅新增的監(jiān)控設(shè)備所需的存儲(chǔ)規(guī)模就將達(dá)3300PB?！币蕴旖蚴袨槔治鑫磥?lái)存儲(chǔ)成本的影響：高清攝像頭每小時(shí)產(chǎn)生3.6GB數(shù)據(jù)，“十二五”末，天津?qū)惭b60萬(wàn)攝像頭。根據(jù)《2011-2015年天津市技術(shù)防范網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)規(guī)劃實(shí)施方案》，按3個(gè)月視頻存儲(chǔ)容量計(jì)算，天津市“十二五”末視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)容量需要4665.6PB，目前4T容量存儲(chǔ)服務(wù)器5萬(wàn)/臺(tái)，僅存儲(chǔ)就需投入583.2億元，相當(dāng)于西藏2012年全年GDP總值，快速增長(zhǎng)的存儲(chǔ)規(guī)模和投入成為制約城市監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要因素。

大數(shù)據(jù)時(shí)代面臨的形勢(shì)更為嚴(yán)峻：查不準(zhǔn)，數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng)導(dǎo)致虛警輸出規(guī)模超出人工處理的極限；防不住，數(shù)據(jù)規(guī)模的急劇擴(kuò)大進(jìn)一步凸顯傳統(tǒng)預(yù)警分析技術(shù)的困境。

例如在智慧交通領(lǐng)域，交管中心需要為上億人和千萬(wàn)級(jí)的車輛提供停車信息，需要監(jiān)控及追蹤違規(guī)車輛，監(jiān)控交通路口信息，監(jiān)控交通量，提供車輛到達(dá)信息等。智慧安防領(lǐng)域，監(jiān)控中心需要365天x24小時(shí)地監(jiān)控住宅小區(qū)、校園、交通道路和城市工地等。智慧養(yǎng)老領(lǐng)域，現(xiàn)今我國(guó)超過(guò)65歲以上的老人已達(dá)2-2.5億人，為使老人可以得到及時(shí)的救護(hù)和幫助，需要記錄老人體征數(shù)據(jù)，老人定位數(shù)據(jù)，服務(wù)記錄數(shù)據(jù)，費(fèi)用核算設(shè)局和系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)等。

遙感云與位置云

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源（包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力等）是動(dòng)態(tài)、可伸縮、被虛擬化的，而且以服務(wù)的方式提供，云計(jì)算支撐信息服務(wù)。

互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷經(jīng)歷了這樣幾個(gè)階段：客戶機(jī)/服務(wù)器出現(xiàn)；瀏覽器/服務(wù)器的出現(xiàn)使更多任務(wù)由服務(wù)器承擔(dān)；郵件服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、安全服務(wù)器、搜索服務(wù)器和視頻服務(wù)器等專業(yè)服務(wù)器井噴，專業(yè)服務(wù)導(dǎo)致了服務(wù)器多樣化；服務(wù)器托管形成市場(chǎng)；服務(wù)器集群和虛擬化。

遙感云是指將海量遙感數(shù)據(jù)，復(fù)雜的遙感處理與分析方法放在遠(yuǎn)程的云計(jì)算平臺(tái)中，利用云計(jì)算平臺(tái)彈性的計(jì)算能力，用戶無(wú)需搭建專用環(huán)境，只需要選擇數(shù)據(jù)和算法后即可獲取最終結(jié)果。遙感云平臺(tái)OpenRSCloud免費(fèi)開放，OpenRS-Cloud Web型的算法提交界面可直接獲取和設(shè)定位于云端的算法插件的參數(shù)信息，可直接利用遠(yuǎn)程集群進(jìn)行并行處理，集成WebGIS技術(shù)查找感興趣遙感圖像。通過(guò)瀏覽器可直接查看任務(wù)的執(zhí)行狀況，包括子任務(wù)的分解與合并、子任務(wù)LOG實(shí)時(shí)輸出和子任務(wù)的運(yùn)行進(jìn)度。OpenRS-Cloud可以直接在瀏覽器上查看處理結(jié)果。OpenRSCloud通過(guò)WebService提供桌面級(jí)調(diào)用接口，桌面程序直接利用OpenRSCloud的WebService接口實(shí)現(xiàn)并行鑲嵌與糾正。

數(shù)據(jù)的發(fā)布經(jīng)歷了從以計(jì)算機(jī)為中心，到以網(wǎng)絡(luò)為中心，再到以人為中心的轉(zhuǎn)變。從計(jì)算設(shè)施上，經(jīng)歷了大型機(jī)、小型機(jī)、個(gè)人電腦和局域網(wǎng)、桌面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)變；從測(cè)繪成果的共享方式上，經(jīng)歷了紙質(zhì)復(fù)印、文件拷貝、數(shù)據(jù)庫(kù)共享到基于云計(jì)算的注冊(cè)服務(wù)的轉(zhuǎn)變；從軟件架構(gòu)上，經(jīng)歷了面向過(guò)程、面向?qū)ο?、面向?gòu)件、面向領(lǐng)域、面向服務(wù)的變化。

位置云將手機(jī)接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)與其他定位相關(guān)的傳感器信息傳輸?shù)皆朴?jì)算中心，通過(guò)實(shí)時(shí)解算，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外高精度的手機(jī)連續(xù)位置定位和實(shí)時(shí)導(dǎo)航。適用于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)員，災(zāi)情報(bào)告員，森林調(diào)查員，地質(zhì)勘測(cè)隊(duì)員，土地調(diào)查員，城管員，公安交警人員等國(guó)家公務(wù)員和車聯(lián)網(wǎng)用戶。

位置云的傳感器有加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤和手機(jī)攝像頭等，無(wú)線信號(hào)包括RFID NFC，藍(lán)牙，WLAN，以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)字電視信號(hào)等，可以采用衛(wèi)星定位、基于無(wú)線信號(hào)定位、基于傳感器定位和混合定位等定位方法。

2012年12月27日，北斗系統(tǒng)對(duì)中國(guó)及周邊地區(qū)正式提供全面運(yùn)營(yíng)服務(wù)。國(guó)務(wù)院新聞辦公室舉行了北斗系統(tǒng)新聞發(fā)布會(huì)，正式公布了“北斗”系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制（ICD）文件。其定位精度： 水平方向10米; 垂直方向10 m，測(cè)速精度： 大于 0.2 m/s，授時(shí)精度： 50納秒（單程 ）。

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)湖北示范驗(yàn)證，總體目標(biāo)是通過(guò)地面基準(zhǔn)站系統(tǒng)的增強(qiáng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)在湖北省的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)能力。具體目標(biāo)是建立湖北省均勻分布的6個(gè)框架網(wǎng)基準(zhǔn)站（平均邊長(zhǎng)220km），實(shí)現(xiàn)全省范圍單頻米級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)，建立示范區(qū)24個(gè)區(qū)域基準(zhǔn)站（平均邊長(zhǎng)60km），實(shí)現(xiàn)區(qū)域三頻厘米級(jí)精密定位服務(wù)，建立湖北省北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)，開展在測(cè)繪、氣象和交通等領(lǐng)域的北斗高精度定位導(dǎo)航應(yīng)用示范。

高精度導(dǎo)航性能分析可用于智慧交通中車輛控制和智能駕駛。測(cè)試流動(dòng)站為東方聯(lián)星導(dǎo)航型終端LX260，測(cè)試地點(diǎn)為全省高速公路，測(cè)試方法采用每秒采樣值與GPS-RTK定位結(jié)果比較。精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果是RMS為0.67m，95%誤差為1.44m。

數(shù)據(jù)挖掘

時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)的方法包括：統(tǒng)計(jì)方法和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)、歸納方法、聚類方法、空間分析方法、探測(cè)性的數(shù)據(jù)分析、Rough集方法、數(shù)據(jù)場(chǎng)和云模型、圖像分析和模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、證據(jù)理論、遺傳算法、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等。

視頻數(shù)據(jù)挖掘包括安全行為智能分析、視頻數(shù)據(jù)自動(dòng)理解和視頻數(shù)據(jù)自動(dòng)壓縮等。智能識(shí)別系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。視頻處理技術(shù)經(jīng)歷了模擬視頻、數(shù)字視頻壓縮、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像分析等智能視頻技術(shù)的發(fā)展變化，模擬視頻監(jiān)控全部采用模擬技術(shù)，數(shù)字視頻監(jiān)控采集模擬信號(hào)，存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控包含數(shù)字采集、數(shù)字存儲(chǔ)、數(shù)字傳輸，智能視覺(jué)監(jiān)控包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、行為檢測(cè)、入侵報(bào)警、傳感器網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)，將通過(guò)人臉識(shí)別、行為識(shí)別、異常報(bào)警等實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能監(jiān)控。

在傳統(tǒng)的城市大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控中心的電視墻可同時(shí)顯示幾十路的監(jiān)控畫面，完全靠人眼觀察很容易遺漏異常事件。研究表明，專業(yè)監(jiān)控人員在僅僅監(jiān)視2個(gè)監(jiān)視器的情況下，22分鐘后將錯(cuò)過(guò)95%的行為。這不能事先有效防控犯罪行為的發(fā)生。2005年7月，英國(guó)倫敦地鐵連環(huán)爆炸案，通過(guò)海量的錄像查證后才找到犯罪線索，無(wú)法及時(shí)阻止犯罪的發(fā)生。而通過(guò)智能視頻分析，計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)數(shù)字圖像處理和分析來(lái)理解視頻畫面中的內(nèi)容，自動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)物體進(jìn)行檢測(cè)、 分離、跟蹤，對(duì)目標(biāo)的行為進(jìn)行有效的識(shí)別。

結(jié)語(yǔ)

智慧城市是基于數(shù)字城市，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算建立的現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的融合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人和物的感知，控制和智能服務(wù)智慧城市對(duì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、城市智慧管理和對(duì)大眾的智能服務(wù)具有廣泛的前景，從而使得人與自然更加協(xié)調(diào)發(fā)展。

智慧城市的實(shí)現(xiàn)需要建設(shè)更加完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施，才能保證各種智慧城市的應(yīng)用能夠用得好，用得起。智慧城市的大數(shù)據(jù)問(wèn)題帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要抓好技術(shù)創(chuàng)新和攻關(guān)研究，才能拉動(dòng)數(shù)字服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更好的實(shí)現(xiàn)智慧城市的各種智慧應(yīng)用。智慧城市建設(shè)是一把手工程，需要根據(jù)每個(gè)城市的特點(diǎn)，做好頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。