淺談云計(jì)算在智慧化城市建設(shè)中的應(yīng)用

阮曉龍　趙振營

摘要：我國城市化進(jìn)程的加快產(chǎn)生了許多的社會(huì)問題，如人口劇增、公共安全管理復(fù)雜、資源匱乏、交通擁堵、環(huán)境污染等都已經(jīng)嚴(yán)重的影響到城市居民的生活。智慧城市為這些城市問題的解決提供了新的思路與方案，及下一代城市發(fā)展的新概念與新實(shí)踐。在智慧城市的建設(shè)中，建立以云計(jì)算為核心，綜合多應(yīng)用、多行業(yè)、多系統(tǒng)的智慧城市設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為目前智慧城市發(fā)展的一個(gè)重要思路。該文將著重探討云計(jì)算在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；智慧城市；資源整合；數(shù)據(jù)中心；城市架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）32-7783-03

Abstract： The fast progress of urbanization in our country has produced many social problems， such as increasing population， complicated public security management， the lack of resources， traffic congestion， and environmental pollution have. Seriously affected the urban life. Wisdom city provides a new train of thought and solutions for the city problems and new ideas and practices of urban development are also put forward for the next generation. In construction of wisdom city， cloud computing data center is the core， building independent design of wisdom city deviating from the application system of public cloud services， which has become an important way of thinking in current development of wisdom city. The paper will focus on cloud computing in the application of the wisdom city construction.

Key words： Cloud computing； Wisdom city； Resources integration； The data center； The city architecture

1 概述

在信息化浪潮的沖擊下，智慧城市已經(jīng)成為現(xiàn)代城市發(fā)展的新理念、新思路。智慧城市將涵蓋城市生活的方方面面，有著極為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，如教育、醫(yī)療、社保、娛樂等城市基礎(chǔ)服務(wù)，城市突發(fā)事件的應(yīng)急管理、交通運(yùn)輸、社會(huì)治安管理、水電管網(wǎng)等城市基礎(chǔ)管理，金融、傳媒、物流等各種行業(yè)服務(wù)。智慧城市將全面提高城市各項(xiàng)職能，提升城市居民生活水平，為城市插上智慧的翅膀，讓城市生活更加美好。

智慧城市的建設(shè)有著大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)需求、高訪問量的社會(huì)公共查詢需求、多系統(tǒng)的綜合管理需求和多用戶的資源分享需求等，但現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)已經(jīng)不能解決這些問題。而云計(jì)算的出現(xiàn)為智慧城市的發(fā)展提供了新的契機(jī)，它可動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)計(jì)算資源、實(shí)現(xiàn)大量信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與共享。通過云計(jì)算可以解決智慧城市中數(shù)據(jù)海量、隨時(shí)更新并且實(shí)時(shí)性要求非常高的計(jì)算問題。因此，智慧城市的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)需要云計(jì)算，政務(wù)管理、交通管理，智能醫(yī)療、教育服務(wù)、居民生活等具體應(yīng)用就更加離不開基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)計(jì)算與處理平臺(tái)。

2 云計(jì)算應(yīng)用于智慧城市的優(yōu)勢(shì)

2.1 平臺(tái)層的統(tǒng)一和高效能

通過現(xiàn)代城市中互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的構(gòu)架模式，將城市中的多臺(tái)服務(wù)器組成“云端”，通過云操作系統(tǒng)的調(diào)度，向智慧城市中的各個(gè)子系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)行支撐平臺(tái)。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和CPU等計(jì)算機(jī)資源整合成一個(gè)虛擬的資源池，為整個(gè)城市提供所需要的存儲(chǔ)資源和虛擬服務(wù)器等服務(wù)。與此同時(shí)，可借助云計(jì)算平臺(tái)的云操作系統(tǒng)對(duì)資源池內(nèi)的資源進(jìn)行有效的切割、調(diào)配和整合，以滿足大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)需求、高訪問量的社會(huì)公共查詢需求、多系統(tǒng)的綜合管理需求以及多用戶的資源分享需求等，優(yōu)化資源分配，提高工作效能。對(duì)于智慧城市終端用戶來說，有了統(tǒng)一的云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，便可直接通過智慧城市門戶官網(wǎng)、智慧城市APP等完成所需服務(wù)，而不必關(guān)注智慧城市各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行模式，使城市生活更加簡(jiǎn)單。

2.2 業(yè)務(wù)/資源調(diào)度管理

云計(jì)算將大量資源集中到一個(gè)公共資源池中，通過多主租用的方式實(shí)現(xiàn)資源的共享。與此同時(shí)，云平臺(tái)管理軟件將公共資源池中的資源根據(jù)智慧城市中應(yīng)用的具體需求情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括增大或減少資源的要求。彈性的云服務(wù)可使用戶在任何時(shí)間都能得到所需求的資源，這樣既實(shí)現(xiàn)資源的多用戶共享，也有效地提高了資源的利用率。

2.3 安全控制管理

云計(jì)算，將計(jì)算資源與存儲(chǔ)資源分離，并實(shí)現(xiàn)了多個(gè)用戶對(duì)同一公共資源池的共享使用。但在多用戶對(duì)同一資源進(jìn)行共享使用時(shí)，就涉及到了用戶的個(gè)人信息管理、用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)管理等各種安全問題；同時(shí)，眾多用戶共享同一公共資源池， 對(duì)資源池中的數(shù)據(jù)安全提出了更高的挑戰(zhàn)。在云計(jì)算環(huán)境下， 基礎(chǔ)資源的集中化規(guī)模化管理， 使得原本存在于客戶端的安全問題更多的轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心。從專業(yè)化角度，用戶可以借助云數(shù)據(jù)中心的專業(yè)人員和安全機(jī)制來保障業(yè)務(wù)的安全性， 而不用為此耗費(fèi)自己過多的資源和精力， 全面降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于云計(jì)算的智慧城市架構(gòu)

3.1 基于云計(jì)算的政務(wù)管理平臺(tái)——智慧政府

智慧政府是智慧城市發(fā)展的核心動(dòng)力，政府信息資源可通過政務(wù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用，而其功能的實(shí)現(xiàn)也依賴于云計(jì)算的支撐。傳統(tǒng)的基于設(shè)備的資源共享系統(tǒng)具有很多局限性，如文件傳送、公共數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理等無法實(shí)現(xiàn)高效率的使用與共享。

基于云計(jì)算的政務(wù)管理平臺(tái)不僅向公眾提供了可參與的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，還可保證公眾的訴求有良好的回應(yīng)。通過政務(wù)管理平臺(tái)，公民可以自助滿足對(duì)政府服務(wù)的各種需要，這些服務(wù)以開放公用的方式集中在云端，公眾可通過網(wǎng)站、APP等各種手段享受智慧政府的各種服務(wù)。因此，智慧政府可通過云計(jì)算這個(gè)大平臺(tái)來改善自身運(yùn)作能力和運(yùn)作效率，為智慧城市的建設(shè)提供核心動(dòng)力。

3.2 基于云計(jì)算的交通應(yīng)用支撐平臺(tái)——智慧交通

交通堵塞已經(jīng)成為影響城市和諧健康發(fā)展的重大問題，傳統(tǒng)的交通管理手段面臨大量的信息孤島問題，已經(jīng)不適合如今的城市，結(jié)合目前城市交通現(xiàn)狀和需求，打造一套基于云計(jì)算的城市交通支撐平臺(tái)將是交通事業(yè)發(fā)展的必然選擇，也是實(shí)現(xiàn)智慧交通的必經(jīng)之路。

智慧交通指的是交通信息系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、定位系統(tǒng)和智能化分析與選線的交通系統(tǒng)的總稱。智慧交通依靠城市交通基礎(chǔ)設(shè)施中的傳感器，可以將整個(gè)城市的車流量、道路狀況、天氣、溫度、交通事故等大數(shù)據(jù)量的信息實(shí)時(shí)收集起來儲(chǔ)存在“云”端，通過云計(jì)算中心動(dòng)態(tài)的分析并計(jì)算出最優(yōu)的交通指揮方案和車行路線，并將這些信息通過無線通信、有線廣播、電子顯示屏、互聯(lián)網(wǎng)、車載器等方式向出行者、駕駛員發(fā)布，從而保障人與車、路、環(huán)境之間的信息交互，進(jìn)而提高交通系統(tǒng)的效率。

3.3 基于云計(jì)算的醫(yī)療服務(wù)支撐平臺(tái)——智慧醫(yī)療

智慧醫(yī)療通過打造以電子健康檔案為中心的區(qū)域醫(yī)療信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間的互動(dòng)。智慧醫(yī)療將打破傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)思維方式，改變醫(yī)療服務(wù)繁雜的現(xiàn)狀，確立以患者為核心的醫(yī)療服務(wù)方式，規(guī)范、簡(jiǎn)化醫(yī)療環(huán)節(jié)。

智慧醫(yī)療可以整合現(xiàn)有醫(yī)療機(jī)構(gòu)的設(shè)施，形成統(tǒng)一的“醫(yī)療云”，并收集醫(yī)療機(jī)構(gòu)的號(hào)源統(tǒng)一存儲(chǔ)在“云端”，使公眾可以通過網(wǎng)絡(luò)、電話、APP等各種渠道進(jìn)行預(yù)約掛號(hào)，解決“一號(hào)難求”的問題；公眾可按預(yù)約的時(shí)間前往醫(yī)院就醫(yī)，免去了醫(yī)院排隊(duì)的時(shí)間；智慧醫(yī)療還可以推出“市民健康卡”，市民通過“健康卡”進(jìn)行自助掛號(hào)、自助繳費(fèi)、自助打印檢查結(jié)果等自助操作，市民更可以通過“健康卡”進(jìn)行診間繳費(fèi)，在醫(yī)生開出檢查單的同時(shí)就可完成繳費(fèi)，之后患者便可直接去做檢查或者拿藥，極大的優(yōu)化了就醫(yī)流程，提高了醫(yī)療行業(yè)的效率；遠(yuǎn)程醫(yī)療可使病人在普通醫(yī)院享受到大醫(yī)院專家醫(yī)生的診療服務(wù)。

3.4 基于云計(jì)算的教育支撐平臺(tái)——智慧教育

智慧是教育永恒不變的追求，教育的目的就在于啟迪人們的智慧，新一代信息技術(shù)的發(fā)展使教育有了新特征，教育本身被賦予了智慧的內(nèi)涵，以智慧的教育啟迪智慧，是教育信息化的必然之路，也是現(xiàn)代教育發(fā)展的新階段。

智慧教育并不是信息技術(shù)與傳統(tǒng)教育的簡(jiǎn)單累加，它需要以智慧學(xué)習(xí)環(huán)境為技術(shù)支撐、以智慧教學(xué)方法為催化促導(dǎo)，以智慧學(xué)習(xí)為根基。我國教育信息化發(fā)展到現(xiàn)在仍然不能實(shí)現(xiàn)智慧教育主要是因?yàn)榻虒W(xué)方法單一，不能很好的利用各種教育資源豐富教育手段，改善教育方法；教學(xué)環(huán)境孤立，優(yōu)質(zhì)教育資源共享困難；學(xué)生學(xué)習(xí)僅僅局限于教師教授，不能很好的利用互聯(lián)網(wǎng)上的各種資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。云計(jì)算的出現(xiàn)為智慧教育帶來了希望與可能，是智慧教育實(shí)現(xiàn)智慧的所在。云計(jì)算的核心在于計(jì)算與存儲(chǔ)功能的虛擬化、集中化，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的快速統(tǒng)整與共享，改善教育現(xiàn)狀。

基于云計(jì)算的教育支撐平臺(tái)將全面整合教育系統(tǒng)中的各種優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、平臺(tái)、應(yīng)用等，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的智能開放架構(gòu)的云計(jì)算平臺(tái)，為用戶提供租用或免費(fèi)服務(wù)，滿足用戶通過各種終端應(yīng)用完成教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理、科研、社會(huì)交往等各方面的需求，實(shí)現(xiàn)發(fā)布教育信息、獲取教學(xué)資源、開展教學(xué)互動(dòng)、統(tǒng)計(jì)教育信息與數(shù)據(jù)、形成科學(xué)決策、實(shí)施教育評(píng)價(jià)、開展協(xié)同科研等系列教育活動(dòng)。

3.5 基于云計(jì)算的居民生活應(yīng)用平臺(tái)——智慧社區(qū)

智慧社區(qū)可實(shí)現(xiàn)社區(qū)內(nèi)的充分聯(lián)通，達(dá)到人與物、人與人的全方位交流，有助于解決民生問題，以及日漸復(fù)雜的城市管理問題。

云計(jì)算技術(shù)將全面整合社區(qū)內(nèi)的物業(yè)、家居、監(jiān)控、醫(yī)療、教育等各種資源，集成物業(yè)服務(wù)、家居服務(wù)、醫(yī)療服務(wù)、教育服務(wù)、安保服務(wù)等業(yè)務(wù)，集中智能化處理社區(qū)中的各種資源信息，向社區(qū)居民提供各種信息和應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)社區(qū)服務(wù)的高效運(yùn)行，為住戶提供一種安全、舒適、方便、快捷和開放的信息化生活空間。全面提高居民生活水平，打造最優(yōu)秀的城市單元，解決城市管理難題。

4 云計(jì)算應(yīng)用于智慧城市建設(shè)的意義

4.1 云計(jì)算讓城市更加智能化

云計(jì)算平臺(tái)以其空前強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析計(jì)算能力，成為智慧城市的“大腦”，全面協(xié)調(diào)城市生活的各個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市中海量數(shù)據(jù)的計(jì)算以及存儲(chǔ)，并可提高城市中各種資源利用率，節(jié)約智慧城市建造成本。智慧城市包含城市生活的各個(gè)方面，是一個(gè)多應(yīng)用、多行業(yè)、多系統(tǒng)組成的復(fù)雜的綜合體。在智慧城市的建設(shè)中，累積了大量數(shù)據(jù)信息，并且在城市的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間存在資源共享與信息交互的需求。智慧城市的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)均需要存儲(chǔ)在“云”中的各種數(shù)據(jù)，用于實(shí)現(xiàn)各自功能。如此眾多而繁復(fù)的系統(tǒng)需要多個(gè)強(qiáng)大的信息處理中心來進(jìn)行各種信息、各種數(shù)據(jù)的處理，所以說，云計(jì)算的特點(diǎn)能滿足智慧城市建設(shè)的要求。

云計(jì)算作為一種新的計(jì)算模式和服務(wù)模式，以其海量的存儲(chǔ)能力和可變化的計(jì)算能力著稱，并且它以服務(wù)的方式提供給用戶，使用戶能夠不同地點(diǎn)、不同時(shí)間、不同平臺(tái)上使用，極大的發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)資源的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，減少了對(duì)終端平臺(tái)的依賴性。云計(jì)算對(duì)智慧城市的各類應(yīng)用做出了有力支撐，以建設(shè)云計(jì)算為核心， 打造各類不同的云技術(shù)， 如電子政務(wù)云、醫(yī)療云、市政云、交通云、教育云、安全云、社區(qū)云、旅游云等， 已經(jīng)成為智慧城市建設(shè)較為廣泛的應(yīng)用模式。這將改革整個(gè)城市的發(fā)展模式，極大的提高城市的智慧程度，促進(jìn)城市各個(gè)方面健康快速發(fā)展。

4.2 云計(jì)算有利于整合城市的信息資源，推動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展

城市各個(gè)領(lǐng)域之間是“相互依賴”的，是一種網(wǎng)狀關(guān)系。智慧城市的建設(shè)需要充分了解城市中的信息，分析城市各個(gè)領(lǐng)域之中改的網(wǎng)狀關(guān)系。智慧城市將城市中的人才流、物資流、信息流、資源流、資金流等信息儲(chǔ)存在云端，全面整合城市的信息資源。

融合是智慧城市的本質(zhì)所在，它將信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相融合，在融合過程中將產(chǎn)生一系列的新型行業(yè)，如快遞、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理、高端網(wǎng)站建設(shè)等，這些行業(yè)將間接推動(dòng)城市傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在構(gòu)建基于云計(jì)算平臺(tái)的智慧城市的過程中，需要先一步建立智慧政府，再以智慧政府為核心，解決交通、醫(yī)療、教育、居民生活等一系列社會(huì)管理服務(wù)問題。云計(jì)算為智慧城市的發(fā)展提供了更加廣闊的發(fā)展空間。

智慧城市需要各方協(xié)力推進(jìn)，更需要注重整合相關(guān)信息資源。智慧城市建設(shè)要高度重視信息的挖掘、整合與再應(yīng)用。而云計(jì)算作為一種新興的計(jì)算模式，其重要功能就是整合資源，為應(yīng)用提供強(qiáng)大的支撐，是信息能夠全方面的共享，為預(yù)測(cè)和決策提供有力的智慧參考，從而提升政府的行政能力。 例如，城市在多年的建設(shè)中以及開發(fā)了多個(gè)電子政務(wù)、電子商務(wù)等應(yīng)用平臺(tái)，這些系統(tǒng)中積累了大量有價(jià)值的資源。但這些平臺(tái)式相互獨(dú)立的，彼此之間沒有信息交互與資源共享。同時(shí)，大量而重復(fù)的系統(tǒng)平臺(tái)使得各行業(yè)出現(xiàn)了設(shè)備利用率低、管理成本高等問題。云計(jì)算中心的建設(shè)，能夠有效整合設(shè)備硬件資源和信息數(shù)據(jù)，支撐更大規(guī)模的應(yīng)用，處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行更深度的挖掘，從而為政府決策、企業(yè)發(fā)展、公眾服務(wù)提供更好的平臺(tái)。

4.3 降低信息共享的總體成本

云計(jì)算的突出特點(diǎn)，在于實(shí)現(xiàn)資源共享。采用云計(jì)算方案構(gòu)建的智慧城市將提高城市基礎(chǔ)資源的利用率，有效的降低城市基礎(chǔ)設(shè)施的投資規(guī)模。此外，云計(jì)算還可以有效的節(jié)能能源，設(shè)備資源在夜間負(fù)載低時(shí)，可以將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到部分物理資源上，而將其他空閑的物理資源關(guān)機(jī)或轉(zhuǎn)入節(jié)能模式。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心通過集中的資源管理，降低了日常維護(hù)工作量，大量的工作都轉(zhuǎn)移到后臺(tái)由專業(yè)人員完成，從而降低管理維護(hù)成本，提高管理效率。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心通過資源整合、統(tǒng)一管理可以有效的降低信息資源共享的成本，降低了信息化的門檻，使更多的單位和企業(yè)走進(jìn)信息化時(shí)代，提高工作效率。

4.4 智慧云將以多種形態(tài)支撐城市發(fā)展

信息是現(xiàn)代城市發(fā)展的基礎(chǔ)，人們對(duì)信息服務(wù)的要求不斷提高。相對(duì)于各行行業(yè)混雜的公眾云，行業(yè)云能夠提供更豐富、更有層次、更專業(yè)的信息服務(wù)，能夠深度挖掘行業(yè)數(shù)據(jù)信息，推動(dòng)智慧城市的建設(shè)。如針對(duì)醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)務(wù)人員、患者信息、電子病例等的醫(yī)療云，針對(duì)道路信息、車流量、天氣、溫度等的交通云，針對(duì)商業(yè)組織的市場(chǎng)情報(bào)與服務(wù)的商業(yè)云等。多個(gè)不同層次、不同大小的行業(yè)云形成一套有機(jī)的城市生態(tài)系統(tǒng)，支撐起智慧城市的建設(shè)，推進(jìn)智慧城市的發(fā)展。

4.5 節(jié)約能源，讓城市綠色化

龐大的基礎(chǔ)軟、硬件資源將造成巨大的能源消耗，綠色而節(jié)能的使用這些資源是每個(gè)行業(yè)的必然追求，也是云計(jì)算發(fā)展的初衷之一。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的模式是將公共資源池租給多個(gè)用戶使用，將多個(gè)硬件資源集中起來，使用專業(yè)合理的方式維護(hù)設(shè)備，降低能耗。同時(shí)，按需分配資源可有效的提高資源利用率。在夜間，數(shù)據(jù)中心整體負(fù)載降低的情況下，可將空閑資源轉(zhuǎn)入休眠模式或直接關(guān)閉機(jī)器，從而在最大程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色、低碳的節(jié)能運(yùn)行。

5 結(jié)束語

智慧城市的發(fā)展是現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢(shì)，它將實(shí)現(xiàn)對(duì)城市生活環(huán)境的透徹感知、城市資源的全面調(diào)控、城市中各個(gè)部分協(xié)調(diào)配合、城市方方面面便捷運(yùn)作、人和城市之間和諧共贏等。而云計(jì)算為智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)，更是智慧城市的“智慧”所在。大力發(fā)展以云計(jì)算數(shù)據(jù)中心為核心的智慧城市，是智慧城市建設(shè)的首選。

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