智慧城市系統(tǒng)匯聚及互聯(lián)模型研究＊

韓涵 中國信息通信研究院通信標準研究所博士

李?；?中國信息通信研究院通信標準研究所副總工程師

關欣 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

智慧城市系統(tǒng)匯聚及互聯(lián)模型研究＊

韓涵 中國信息通信研究院通信標準研究所博士

李?；?中國信息通信研究院通信標準研究所副總工程師

關欣 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

隨著城市管理的發(fā)展以及智慧城市的出現(xiàn)，越來越多的系統(tǒng)之間需要進行連接、數(shù)據(jù)交換及應用協(xié)作。本文研究了智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)領域國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及典型案例，總結出3種通用的智慧城市互聯(lián)模型，對于規(guī)范智慧城市信息系統(tǒng)建設，提升城市數(shù)據(jù)資源的匯聚效果具有指導作用。

智慧城市 系統(tǒng)互聯(lián) 模型

1 智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)模型需求

城市化進程的加快使得城市面臨越來越多自然和人為問題，因此如何有效引導并協(xié)調交警、公交、市政、消防、醫(yī)院等各部門共享數(shù)據(jù)并制定智慧決策，成為現(xiàn)今城市管理部門的首要研究課題。

通過盡量集成來自多個部門和系統(tǒng)的信息，可以幫助城市構建統(tǒng)一的有機整體，提供綜合的城市信息和任務的管理、展示能力，在此基礎上結合大數(shù)據(jù)等技術提供智能分析、預測等能力，改善城市各機構之間的信息共享、協(xié)作和響應速度。通過跨互聯(lián)，可以構建城市運營的大腦，為城市領導和管理者提供綜合的平臺工具和手段。比如市政部門發(fā)現(xiàn)某橋下積水超過一定程度會通知交通部門及時采取措施，道路維護部門在一個特定的時間段維修道路則需要與供熱、供水、供電、交管等部門協(xié)調。

全球智慧城市建設步伐不斷加快，我國目前有300左右個城市已經(jīng)開始智慧城市建設，但由于涉及多個市場部門和行業(yè)領域，許多智慧城市的系統(tǒng)建設采取條塊式獨立建設，系統(tǒng)開放的數(shù)據(jù)和能力有限，很多采用私有解決方案，在一定程度上阻礙了智慧城市跨系統(tǒng)之間的互聯(lián)和交互。另外，有些城市認識到跨系統(tǒng)互聯(lián)的重要意義，在一些范圍和領域推進開展了跨系統(tǒng)互聯(lián)工作，如北京市海淀區(qū)空間數(shù)據(jù)共享平臺的建設滿足了海淀區(qū)地理信息系統(tǒng)技術等業(yè)務應用的需求。但是，由于整個智慧城市缺少整體的設計和指導，系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)定義、描述、支持的接口協(xié)議等都存在很大差異，已建系統(tǒng)或在建系統(tǒng)大都面臨二次開發(fā)的問題。

隨著城市管理的發(fā)展以及智慧城市的出現(xiàn)，越來越多的系統(tǒng)之間需要進行連接、數(shù)據(jù)交換及應用協(xié)作。提前明確并給出我國智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)模型和規(guī)范，有利于指導智慧城市系統(tǒng)建設、產(chǎn)品研發(fā)、數(shù)據(jù)描述等的規(guī)范化發(fā)展，降低跨系統(tǒng)互聯(lián)門檻。

從全球智慧城市建設情況來看，智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)存在多種模式，互聯(lián)規(guī)范缺乏。因此，有需求提出科學合理的智慧城市系統(tǒng)匯聚及互聯(lián)模型。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

推進智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)除了體制機制管理上的束縛外，在整個互聯(lián)方式頂層設計和技術規(guī)范上面臨很多挑戰(zhàn)。

（1）國外研究情況

IEC發(fā)布的“智慧城市協(xié)調基礎設施白皮書”（Orchestrating Infrastructure Smart Cities）將智慧城市系統(tǒng)匯聚與互聯(lián)歸納為兩種方案：第一種是Portal統(tǒng)一門戶方式，如采用網(wǎng)站等實現(xiàn)信息共享與發(fā)布；第二種是集成平臺的方式。

●Protal統(tǒng)一門戶方式

圖1為統(tǒng)一門戶服務架構，使用來自IEC、ISO、JTC1、ITU-T等標準來集成系統(tǒng)。

圖1 統(tǒng)一門戶服務架構

其中，標準化架構對于促進現(xiàn)有和新的系統(tǒng)以及設配的集成將是必需的，通過使用開放技術（例如IP以及Web服務）來確?？缮炜s性。

用戶服務器將允許創(chuàng)建統(tǒng)一的用戶接口，即使是個性化的，這將考慮到個人設置，例如語言等。在云端，虛擬機器能夠避免因為過剩投資而導致的大部分時間處于空閑狀態(tài)的情況。

●集成平臺方式

集成平臺服務架構如圖2所示，基礎架構效率的優(yōu)化以及通信網(wǎng)絡的一體化將是集成城市管理平臺的基礎，并且促進集成不同城市的智能子系統(tǒng)（如能源、移動、水、建筑、公共設施等）。

（2）國內(nèi)研究情況

以中國通信標準化協(xié)會（CCSA）智慧城市研究為代表，主要對智慧城市平臺的能力展開了研究和規(guī)定。圖3所示為CCSA給出的集成平臺位置和能力構成。

CCSA給出了公共支撐平臺在智慧城市框架中的位置，智慧城市公共支撐平臺是一個信息的集成環(huán)境，是將分散、異構的應用需求和信息資源進行聚合，通過統(tǒng)一的訪問入口，實現(xiàn)對各種跨數(shù)據(jù)庫應用、跨行業(yè)系統(tǒng)的運行平臺的無縫接入和集成，提供一個支持信息訪問、傳遞，以及協(xié)作的集成化環(huán)境，促進個性化、定制化應用需求的高效低成本開發(fā)、資源集約共享、業(yè)務集成與融合、靈活部署與管理等。公共支撐平臺的功能主要包括數(shù)據(jù)共享接入、能力開放接入、應用需求接入、標識解析、密鑰分配、資源應用映射、數(shù)據(jù)交換、平臺管理。

3 典型案例分析

3.1 Protal模式代表——北京政務數(shù)據(jù)資源網(wǎng)

北京政務數(shù)據(jù)資源網(wǎng)（http://www.bjdata.gov.cn）是典型的以Protal模式實現(xiàn)政府數(shù)據(jù)資源開放的集成平臺（見圖4）。

圖3 CCSA給出的集成平臺位置和能力構成

圖4 北京政務數(shù)據(jù)資源網(wǎng)及資源目錄

該平臺由北京市經(jīng)濟和信息化委員會牽頭，市內(nèi)各政務部門共同參與建設，于2012年10月開始試運行。該網(wǎng)站致力于為北京市政務部門公開各類數(shù)據(jù)的下載與服務提供方便，為企業(yè)和個人開展政務信息資源的社會化開發(fā)利用提供數(shù)據(jù)支撐，推動信息資源增值服務業(yè)的發(fā)展以及相關數(shù)據(jù)分析與研究工作的開展。

截至2013年12月26日，北京市教委、科委、公安局、民政局、司法局、國土局、環(huán)保局等35個部門公布了近160個數(shù)據(jù)包，覆蓋旅游住宿、交通服務、餐飲美食、醫(yī)療健康、文體娛樂、消費購物、生活安全、宗教信仰、教育科研、社會保障、勞動就業(yè)、生活服務、政府機構與社會團體、環(huán)境與資源保護、企業(yè)服務、農(nóng)業(yè)農(nóng)村共16個主題。其中，企業(yè)服務主題中的“土地用途分區(qū)”下載頻率最高，已累計下載742次。

此外，北京政務數(shù)據(jù)資源網(wǎng)還提供專門的“APP應用”欄目，社會力量可以通過該欄目上傳基于該網(wǎng)站獲取的政府數(shù)據(jù)資源開發(fā)的APP應用，供用戶下載使用。目前，該欄目已上傳“上下班路況”、“交通英雄”、“游北京”、“愛健康”等應用。

3.2 集成平臺模式代表——IBM智能運營中心

IBM在全球率先提出了智慧城市智能運營中心，可以實現(xiàn)各系統(tǒng)實時的信息交換和協(xié)作，為城市管理部門提供集中的智能查看、預測事件和快速響應（見圖5）。

IBM智能運營中心（IntelligentOperationCenter）整合跨所有城市機構和部門的信息來制定更好的決策，同時利用強大的數(shù)據(jù)分析能力預測潛在問題，從而主動解決問題，使事件影響減至最低。另外，通過整合的支撐平臺有效地協(xié)調資源，對已發(fā)生的時間提供更快更有效的響應，以便有效地執(zhí)行和解決問題。

IBM城市智能運營管理中心從大量數(shù)據(jù)源（傳感器、視頻、市民、各單位各公共設施數(shù)據(jù)以及第三方）收集信息，通過高效的手段進行過濾、聚合以及規(guī)范化，以利于信息既全面又有針對性的使用和展現(xiàn)，幫助城市管理者及時做出最佳的決策。IOC在整合大量數(shù)據(jù)的基礎上，通過先進的算法和技術，有效地分析信息以識別模式和預測趨勢。根據(jù)預測結果，針對即將發(fā)生的事故主動觸發(fā)預案以加快響應，避免問題擴大升級，將影響減至最低。

IBM城市智能運營管理中心通過對城市管理多個部門的互聯(lián)和整合，有效提升了跨部門決策和資源協(xié)調，從而大幅度提高了公共服務交付效率，并減少了應對突發(fā)災害的響應時間。

4 智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)模型

綜合國內(nèi)外智慧城市互聯(lián)方式，智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)可以歸納為3種模式，即資源黃頁模式、匯聚中心模式以及服務總線模式。

結合國內(nèi)外相關研究成果、智慧城市相關解決方案，給出了這幾種模式下的基本模型。

（1）資源黃頁模式

資源黃頁模式主要以提供智慧城市各子系統(tǒng)中可供協(xié)同或共享的資源目錄為主，通常以Web的方式展示和呈現(xiàn)。Protal模式是資源黃頁模式的一種典型實現(xiàn)方式。其他還有FTP、共享數(shù)據(jù)庫等實現(xiàn)方式。該模式系統(tǒng)框架如圖6所示，智慧城市子系統(tǒng)將可供協(xié)同或共享的資源，按照一定的規(guī)范向統(tǒng)一入口平臺進行注冊，統(tǒng)一入口平臺中的資源目錄管理對資源的索引和分類方式等進行統(tǒng)一的管理，同時對資源的狀態(tài)進行監(jiān)測。智慧城市應用可以通過入口平臺提供的查詢、狀態(tài)訂閱等能力來獲得相關的資源信息和狀態(tài)，通過資源訪問認證授權獲得資源訪問認證授權等信息，在此基礎上，智慧城市應用可以接入相關子系統(tǒng)來獲得或使用相關資源。這種模式和集成平臺模式相比，對平臺的能力要求相對弱化。隨著語義技術的發(fā)展和應用，借助語義庫在對資源進行語義化規(guī)范描述的基礎上，可以在一定程度上實現(xiàn)對資源的智能檢索、關聯(lián)等。

（2）匯聚中心模式

圖5 IBM智能運營管理中心的業(yè)務組件構成

圖6 智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)框架——資源黃頁模式

圖7 智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)框架——匯聚中心模式

匯聚中心模式（即國外研究提出的集中平臺模式）除了提供對城市資源的統(tǒng)一展示和呈現(xiàn)，還提供智慧城市服務支撐、流程處理等相關的智能，并可以提供必要的仿真環(huán)境和工具。該模式系統(tǒng)框架如圖7所示。總體可以分為3層，即子系統(tǒng)接入層，提供對子系統(tǒng)相關開放資源狀態(tài)的監(jiān)測、子系統(tǒng)相關事件的監(jiān)測，由于不同子系統(tǒng)可采用不同的接口協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等，還提供必要的接入適配功能；平臺核心能力層主要提供支持智慧城市協(xié)同應用的資源、服務支撐能力，資源/服務/模板（如知識、流程模板）/語義庫以及相關的管理能力；應用接入層主要提供對智慧城市協(xié)同應用的第三方認證和授權、第三方接入適配、資源和服務呈現(xiàn)等能力。

（3）服務總線模式

服務總線模式使用數(shù)據(jù)服務總線平臺搭建高效、安全可靠的交互通道。使用總線結構把業(yè)務系統(tǒng)互聯(lián)在一起，以服務方式插入到總線上，或由總線封裝成服務，把各個應用系統(tǒng)對外提供的功能以服務的形式注冊在總線上，供應用之間訪問。通過服務總線，使得異構的應用系統(tǒng)之間能夠解耦，方便應用系統(tǒng)之間互相調用。此外，數(shù)據(jù)服務總線可以很好地實現(xiàn)統(tǒng)一配置、管理、監(jiān)控、開發(fā)，使得平臺具有易部署、管理和使用的特點。該模式架構如圖8所示。

以消息中間件為核心傳輸處理組件，采用了小核心大外延、平臺加插件的設計思想，除了核心運行模塊之外，其他功能需求全部設計成可擴展的模塊；采用插件技術和即插即用方式，可擴展功能模塊、以常駐內(nèi)存的方式運行，也可以動態(tài)加載的方式執(zhí)行，即可以進程方式也可以線程方式運行；這些插件包括加密和壓縮插件、路由插件、策略插件、數(shù)據(jù)和協(xié)議適配插件等。

5 結束語

隨著城市管理的發(fā)展以及智慧城市的出現(xiàn)，越來越多的系統(tǒng)之間需要進行連接、數(shù)據(jù)交換及應用協(xié)作。研究智慧城市系統(tǒng)匯聚及互聯(lián)模型，有助于指導智慧城市系統(tǒng)建設規(guī)范化發(fā)展，提高城市數(shù)據(jù)資源的匯聚能力，從而促進城市的智慧程度。

圖8 智慧城市跨系統(tǒng)互聯(lián)框架——服務總線模式

2015-05-05）

國家高技術研究發(fā)展計劃“863”基金資助項目（2013AA01A601）資助