大數(shù)據(jù)支持下智慧城市架構(gòu)的研究

聶燕敏，吳紅樂，陳剛

（河北金融學(xué)院，河北　保定　071051）

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大數(shù)據(jù)支持下智慧城市架構(gòu)的研究

聶燕敏，吳紅樂，陳剛

（河北金融學(xué)院，河北保定071051）

摘要：隨著城市信息化與大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，智慧城市逐步成為全球未來(lái)城市的發(fā)展趨勢(shì)。文章詳細(xì)闡述了智慧城市的發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)外智慧城市帶來(lái)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，研究了建設(shè)智慧城市所需的關(guān)鍵技術(shù)。最后通過(guò)以上分析，設(shè)計(jì)了符合河北省實(shí)際情況的智慧城市架構(gòu)，為大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧城市的建設(shè)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)；智慧城市架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，從此掀起了智慧城市的研究熱潮。國(guó)外對(duì)智慧城市的研究比較早，形成了相對(duì)比較完整的研究體系，取得了很多研究成果。國(guó)外許多國(guó)家和地區(qū)都提出了“智慧城市”建設(shè)戰(zhàn)略，尤其是歐洲、美國(guó)和亞洲等，如美國(guó)的“智慧地球”、歐盟的“智慧城市和社區(qū)計(jì)劃”、韓國(guó)的“智能首爾2015”計(jì)劃等。我國(guó)雖然對(duì)于“智慧城市”的研究起步稍晚一些，但是發(fā)展的速度相當(dāng)驚人。2012年12月5日，我國(guó)正式發(fā)布了“關(guān)于開展國(guó)家智慧城市試點(diǎn)工作的通知”，其中河北省第一批試點(diǎn)就涉及6個(gè)市。隨后，河北省眾多學(xué)者和相關(guān)機(jī)構(gòu)圍繞“智慧城市”相關(guān)理論、技術(shù)體系等方面在城市建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的研究和探索，取得了較為可觀的成果，為河北省智慧城市建設(shè)實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但是，城市智慧化是一個(gè)艱難且漫長(zhǎng)的過(guò)程，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，智慧城市的核心已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾卫么髷?shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)智慧城市向更加智慧、更加科學(xué)、更加高效的目標(biāo)邁進(jìn)。因此，研究大數(shù)據(jù)支持下智慧城市的架構(gòu)的構(gòu)建，為我省全面實(shí)現(xiàn)智慧城市提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。

1　智慧城市的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1智慧城市的理論內(nèi)涵

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，能源緊缺、交通擁堵、環(huán)境污染等問題也越發(fā)凸顯。智慧城市的建設(shè)是城市信息化過(guò)程以及人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程的必然產(chǎn)物，有利于解決城市發(fā)展帶來(lái)的一系列問題，有利于提升城市信息化水平，有利于促進(jìn)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展。智慧城市建設(shè)必須依靠信息技術(shù)的飛速發(fā)展，正是由于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，才使得智慧城市的建設(shè)成為可能。云計(jì)算的分布式處理能力，大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息處理能力和物聯(lián)網(wǎng)的智慧感知能力，都能夠提升城市管理和運(yùn)轉(zhuǎn)效率，提升城市人民的生活質(zhì)量，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，使人們真正感受到建設(shè)智慧城市帶來(lái)的便利。

1.2智慧城市建設(shè)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)

國(guó)外對(duì)智慧城市的研究要早于國(guó)內(nèi)，比如：2008年11月，IBM在紐約提出了“智慧的地球”這一理念。2009年，迪比克市與IBM合作，建立美國(guó)第一個(gè)智慧城市，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在一個(gè)有6萬(wàn)居民的小區(qū)里將城市公用資源連接起來(lái)，監(jiān)測(cè)、分析和整合各種數(shù)據(jù)以做出智能化的響應(yīng)，更好地服務(wù)市民。歐盟的“Fireball協(xié)同行動(dòng)”于2010年5月在第七個(gè)科技框架下啟動(dòng)，共有5個(gè)核心試點(diǎn)城市，包括荷蘭阿姆斯特丹的智慧能源，英國(guó)曼徹斯特的智慧遠(yuǎn)景，葡萄牙里斯本的智能電網(wǎng)的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，西班牙巴塞羅那的數(shù)字空間與ICT結(jié)合，提高城市生活質(zhì)量，芬蘭赫爾辛基的未來(lái)開放網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。2009年，日本推出“I-Japan智慧日本戰(zhàn)略2015”，旨在將數(shù)字信息技術(shù)融入生產(chǎn)生活的每個(gè)角落，目前將目標(biāo)聚焦在電子政務(wù)治理、醫(yī)療健康服務(wù)、教育與人才培養(yǎng)三大公共事業(yè)領(lǐng)域。從這些國(guó)際案例中可以總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)：（1）智慧城市建設(shè)的推進(jìn)主要依靠政府的支持。因此，我國(guó)政府要做好智慧城市建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)，制定出一套強(qiáng)有力的政策，從而推進(jìn)智慧城市的建設(shè)。（2）智慧城市建設(shè)要注重服務(wù)的智慧性，要注意保障民生，尤其是要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展。（3）要充分取得群眾力量的支持和信任，鼓勵(lì)人民的主動(dòng)參與，同時(shí)加入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提高智慧城市建設(shè)的效率，加快步伐。（4）各個(gè)城市要因地制宜，一切都要從自己的實(shí)際出發(fā)。因此，河北省建設(shè)智慧城市要結(jié)合自己的實(shí)際，抓住京津冀一體化發(fā)展的大好機(jī)會(huì)，統(tǒng)觀全局，有計(jì)劃、分步驟地有序推進(jìn)。

2　智慧城市建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)介紹

智慧城市的概念強(qiáng)調(diào)更透徹的感知、更深度的互聯(lián)互通、更廣泛的智能應(yīng)用，正是由于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)的飛速發(fā)展，才使得智慧城市建設(shè)成為可能。智慧城市數(shù)據(jù)源的采集獲取、數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)、分析功能和業(yè)務(wù)應(yīng)用等技術(shù)都與傳統(tǒng)的信息化城市有所不同。下面簡(jiǎn)要介紹一下智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念，美國(guó)早在1999年就提出來(lái)了。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給智慧城市的建設(shè)提供數(shù)據(jù)采集支持，它通過(guò)RFID、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，將智能終端連入互聯(lián)網(wǎng)，從而為實(shí)現(xiàn)智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧旅游等提供了技術(shù)支持，因此有人提出 “處處是終端”的說(shuō)法。物聯(lián)網(wǎng)使得人、機(jī)器之間的互聯(lián)互通，世界無(wú)線研究論壇曾預(yù)測(cè)，到2017年，地球上將有大約7萬(wàn)億傳感器為人們提供服務(wù)。

（2）云計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算是分布式計(jì)算（Distributed Computing）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（Network Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負(fù)載均衡（Load Balance）等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，是一種全民參與的模式，它的計(jì)算、存儲(chǔ)和交互能力是動(dòng)態(tài)可伸縮的，而且是以服務(wù)的模式進(jìn)行的。云計(jì)算的計(jì)算和存儲(chǔ)能力都被隱藏起來(lái)，對(duì)用戶都是透明的，用戶只需要知道自己對(duì)信息服務(wù)的需求就行。而具體的功能實(shí)現(xiàn)時(shí)虛擬化的城市數(shù)據(jù)中心、大量的異構(gòu)服務(wù)器等設(shè)備，從而，實(shí)現(xiàn)最大程度的信息統(tǒng)籌和共享。

（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)目前已經(jīng)出現(xiàn)了多類新型技術(shù)，為大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理提供了有力的保障。大數(shù)據(jù)擁有Volume容量大、Variety種類多、Velocity速度快和價(jià)值密度低Value四個(gè)特征。海量的各類數(shù)據(jù)，如：大量博客信息、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、3D數(shù)據(jù)等，被采集、存儲(chǔ)、分類、挖掘和分析，對(duì)復(fù)雜事件作出智慧的決策。正是由于大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，才使得同源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集合與共享成為可能。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)大量的、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析和挖掘，可以發(fā)現(xiàn)一些潛在規(guī)律或關(guān)系。比如美國(guó)有專家利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過(guò)對(duì)超市數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出啤酒和尿布同時(shí)出現(xiàn)的概率特別大的規(guī)律。同樣的，大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以為智慧城市的建設(shè)提供服務(wù)，比如智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧金融、智慧農(nóng)業(yè)等。智慧城市建設(shè)過(guò)程中，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)與各個(gè)行業(yè)業(yè)務(wù)深度融合，為各領(lǐng)域的分析決策提供支持服務(wù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助智慧城市建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的類似多源數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)仿真、數(shù)據(jù)報(bào)告等服務(wù)。在智慧城市中綜合各行業(yè)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成趨勢(shì)預(yù)測(cè)判斷和數(shù)據(jù)共享等功能，為智慧城市的各行業(yè)的互聯(lián)互通、創(chuàng)新社會(huì)高效管理、社會(huì)良性競(jìng)爭(zhēng)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持，大數(shù)據(jù)分析決策與優(yōu)化是新型智慧城市的核心，是提升智慧城市“智商”的關(guān)鍵。

3　智慧城市架構(gòu)

3.1智慧城市架構(gòu)的重要性

智慧城市信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。智慧城市的建設(shè)特別依賴與國(guó)家和政府政策支持和頂層設(shè)計(jì)，只有有了整體的發(fā)展規(guī)劃和藍(lán)圖，才能使得各個(gè)城市信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)資源共享，避免出現(xiàn)各個(gè)部門各自為政，形成信息孤島。因此，智慧城市建設(shè)必須要從局部走向系統(tǒng)，從參差不齊走向標(biāo)準(zhǔn)化，這就需要設(shè)計(jì)合理的建設(shè)架構(gòu)。

河北省第一批智慧城市試點(diǎn)就有6個(gè)，隨著京津冀一體化的大力推進(jìn)，構(gòu)建適合河北自身的智慧城市建設(shè)的總體架構(gòu)顯得尤為迫切，因此，經(jīng)過(guò)充分的前期調(diào)研和分析，構(gòu)造出河北省智慧城市總體架構(gòu)，參考前期學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，加入了生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展理念。

3.2智慧城市架構(gòu)的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)智慧城市建設(shè)也作了深入研究，但其理論架構(gòu)研究相對(duì)比較少，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，具有代表性的是：Komninos強(qiáng)調(diào)在智慧城市建設(shè)中要將信息技術(shù)和區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)緊密結(jié)合，將其理論架構(gòu)分為3個(gè)層次：智慧城市基礎(chǔ)架構(gòu)層，組織云端層，技術(shù)云端層。許慶瑞等進(jìn)行了更為詳細(xì)地劃分，提出了三層四柱的理論架構(gòu)；張?zhí)招碌葘⒊鞘蟹譃樗膶踊窘Y(jié)構(gòu)：智能感知網(wǎng)絡(luò)、信息資源中心、運(yùn)行管理應(yīng)用層及公共服務(wù)中心；袁峰等將智慧城市架構(gòu)為四個(gè)層次：感知層、傳輸層、知識(shí)層和應(yīng)用層。以往部分研究學(xué)者有的只是把其中的一個(gè)或兩個(gè)方面進(jìn)行細(xì)分，大多是基于技術(shù)性層面，沒有考慮符合本地實(shí)際的社會(huì)因素、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等方面。

3.3河北省智慧城市架構(gòu)的設(shè)計(jì)

智慧城市的理論架構(gòu)能夠讓我們清晰地了解智慧城市的實(shí)現(xiàn)路徑，有助于我們對(duì)智慧城市有一個(gè)宏觀把握。參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的架構(gòu)，結(jié)合我省實(shí)際情況，加入了社會(huì)因素和生態(tài)環(huán)境保護(hù)因素，將智慧城市理論架構(gòu)設(shè)計(jì)為4層。第一層為信息感知層；第二層為數(shù)據(jù)傳輸層；第三層為服務(wù)層；第四層為應(yīng)用層，并且在智慧城市可持續(xù)發(fā)展和系統(tǒng)信息安全的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。智慧城市的總體架構(gòu)主要由獲取數(shù)據(jù)的感知層對(duì)信息進(jìn)行傳輸交互的傳輸層層，提供海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)分析和處理的服務(wù)層，以及面向最終用戶的應(yīng)用層組成，如圖1所示。

圖1　智慧城市總體架構(gòu)

4　結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外城市都在積極參與建設(shè)智慧城市。但是，我們要在保障民生的前提下，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展和信息安全的前提下，實(shí)現(xiàn)智慧城市的建設(shè)工作，這樣不僅能提升城市的經(jīng)濟(jì)和政治實(shí)力，還可以促進(jìn)社會(huì)和文化的繁榮發(fā)展。比之城市發(fā)展的其它各種形態(tài)，智慧城市是城市發(fā)展的更完美的形態(tài)。切合實(shí)際的智慧城市架構(gòu)可以幫助城市實(shí)現(xiàn)“經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)”的全面可持續(xù)發(fā)展，最終滿足居民生活的安全感和幸福感。本文提出基于大數(shù)據(jù)的智慧城市的架構(gòu)，為未來(lái)的智慧城市建設(shè)提供一定的理論參考。但是，智慧城市的實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)一步建設(shè)更加完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施，需要維持智慧城市運(yùn)營(yíng)的更多的技術(shù)支撐。因此，智慧城市的建設(shè)還在路上，需要我們繼續(xù)努力。

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Research on Big Data Supported by Wisdom City Architecture

Nie Yanmin, Wu Hongle, Chen Gang
(Hebei Finance University, Baoding071051, China)

Abstract：With the development of city information technology and big data technology rapidly, Smart city has gradually become the development trend of all world’s city in the future. In this paper， describes the development status of smart city and the international experience of foreign smart city in detail, studiesthe key technologies needed to build smart city. Finally, through the above analysis, designsthe smart city architecture in line with the actual situation of Hebei Province, provides technical support and theoretical guidance for the construction of smart city in the era of big data.

Key words：big data; smart city architecture; key technology

基金項(xiàng)目：2015年度河北省社會(huì)科學(xué)發(fā)展研究民生調(diào)研專項(xiàng)課題；項(xiàng)目名稱：大數(shù)據(jù)支持下智慧城市架構(gòu)的研究；項(xiàng)目編號(hào)：201501113。

作者簡(jiǎn)介：聶燕敏（1984-），女，河北邯鄲。