智慧城市整體建模技術(shù)初探

邱嘉文

（珠海誠(chéng)開(kāi)智能科技有限公司，廣東珠海 519000）

智慧城市整體建模技術(shù)初探

邱嘉文

（珠海誠(chéng)開(kāi)智能科技有限公司，廣東珠海 519000）

為破解智慧城市分行業(yè)垂直構(gòu)建信息系統(tǒng)帶來(lái)的信息資源分散整合的難題，本文提出一個(gè)新的解決方案，即運(yùn)用“分層構(gòu)建、橫向整合、模型聚合、平行演進(jìn)”的機(jī)制，模仿智慧生命體的層次架構(gòu)對(duì)智慧城市進(jìn)行層次化的建模設(shè)計(jì)，使得在現(xiàn)實(shí)城市中縱向分布的信息資源，在信息系統(tǒng)的虛擬城市模型中得到橫向的大整合，發(fā)掘出一項(xiàng)在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的環(huán)境下，可對(duì)垂直構(gòu)建的信息系統(tǒng)進(jìn)行具有兼容性、誘導(dǎo)性和可演進(jìn)性的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)的新技術(shù)。

智慧城市；頂層設(shè)計(jì)；建模工程；橫向整合；智慧生命體；整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

2009年，IBM公司提出智慧地球理念，隨后又提出了智慧城市的理念。在IBM強(qiáng)大的科技號(hào)召力影響下，人類隨即在全球興起了建設(shè)智慧城市的浪潮。作為人類社會(huì)形態(tài)大變革工程的主體工程，智慧城市的建設(shè)揭示了人類對(duì)待大自然的態(tài)度，即正在進(jìn)行“從與之做斗爭(zhēng)到與之和諧相處”的轉(zhuǎn)變。

作為中國(guó)智慧城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一，珠海智慧城市建設(shè)一開(kāi)始就吸引了來(lái)自全世界的目光。從引進(jìn)國(guó)際領(lǐng)先的資源進(jìn)行頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)到加入中歐智慧城市合作框架[1]，在“實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處”的大主題下不斷推進(jìn)。珠海正朝著“樹(shù)立一個(gè)科學(xué)地、系統(tǒng)性有條不紊地推動(dòng)智慧城市建設(shè)的國(guó)際典范”的目標(biāo)扎實(shí)前行。

圖1為新加坡國(guó)際集團(tuán)為珠海智慧城市制訂的“頂層設(shè)計(jì)”[2]。設(shè)計(jì)中的6個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的39個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目是基于云計(jì)算大數(shù)據(jù)公共基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建的，共享城市公共基礎(chǔ)主題庫(kù)，并統(tǒng)一構(gòu)建了城市綜合服務(wù)平臺(tái)，形成了實(shí)現(xiàn)城市宜居、宜業(yè)、宜游，繪就了人與自然和諧相處的美好藍(lán)圖。因缺乏一家資源完整支撐整個(gè)智慧城市項(xiàng)目的供應(yīng)商，在實(shí)際分步實(shí)施構(gòu)建的過(guò)程中，每一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目都必須單獨(dú)立項(xiàng)，公開(kāi)招標(biāo)建設(shè)。這就使得在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中必然是豎井式進(jìn)行。雖然在前期建設(shè)了統(tǒng)一的云計(jì)算大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了硬件基礎(chǔ)設(shè)施的云計(jì)算資源共享。但還無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面的信息資源共享。

為解決這一問(wèn)題，智慧城市建設(shè)迫切需要一種具備兼容性和誘導(dǎo)性的、可平滑演進(jìn)的且基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)。尋求一種真正把城市當(dāng)作整體對(duì)象建模的方法，就成為實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵任務(wù)?；诖耍疚膶?duì)智慧城市整體建模技術(shù)進(jìn)行初步探討。

2 智慧城市模型化研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外已有一些在城市整體水平上采用模型化方法的研究和應(yīng)用，從不同側(cè)面強(qiáng)調(diào)并體現(xiàn)了模型化方法的有效作用。

IBM的Meegan John和Wells Keith[3]闡述了智慧城市數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)格局，強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一的智慧城市數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)現(xiàn)城市跨信息系統(tǒng)的相互操作性、數(shù)據(jù)表示和交換、數(shù)據(jù)聚合、虛擬化和應(yīng)用的靈活性都有極為重要的作用。英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院[4]推出了公共可用規(guī)范PAS 182：2014，提出智慧城市數(shù)據(jù)概念模型（SCCM）。其核心思想是提供一組抽象的基于語(yǔ)義關(guān)系的公共標(biāo)準(zhǔn)元模型供城市不同領(lǐng)域的信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)語(yǔ)義映射，以達(dá)到各信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互操作的目的。實(shí)際上，在智慧城市概念提出之前，許多行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用比較成熟的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了，如中國(guó)電力行業(yè)DL/890系列標(biāo)準(zhǔn)基本對(duì)應(yīng)IEC 61970[5]，其核心思想是基于面向?qū)ο蟮姆妒浇⒐残畔⒛Ｐ停–IM）,即電能管理領(lǐng)域的領(lǐng)域模型，作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同能源管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互操作。

圖1 珠海智慧城市頂層設(shè)計(jì)

盡管基于領(lǐng)域模型能夠從邏輯上為特定領(lǐng)域不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是，由于不同的系統(tǒng)仍以各自的方式建立，因此，只能通過(guò)數(shù)據(jù)交換共享和統(tǒng)一元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)信息資源整合。隨著云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)越來(lái)越成熟且成為未來(lái)技術(shù)走向不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)，將城市所有領(lǐng)域的領(lǐng)域模型集中于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)中心而聚合為一個(gè)統(tǒng)一的城市領(lǐng)域模型的能力將逐漸具備，其中包括領(lǐng)域模型在邏輯上聚合的能力和物理上集中實(shí)現(xiàn)的能力。如此建立的大整合信息系統(tǒng)將所有的數(shù)據(jù)共存于一個(gè)統(tǒng)一的城市大模型中，從而解決了所謂的數(shù)據(jù)孤島、信息孤島和智能孤島的問(wèn)題，也就不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換共享和數(shù)據(jù)互操作。大整合信息系統(tǒng)概念及其技術(shù)可行性的出現(xiàn)，至少意味著產(chǎn)生了一種智慧城市從現(xiàn)實(shí)到理想之間需要平滑演進(jìn)的發(fā)展需求。

隨著相關(guān)研究從智慧城市數(shù)據(jù)模型向信息模型和智能處理模型轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也從多個(gè)不同的維度和角度對(duì)智慧城市進(jìn)行了模型化的研究[6-13]。綜合來(lái)看，這些研究成果涵蓋了城市規(guī)劃、城市運(yùn)行管理及評(píng)價(jià)體系、信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)等，有效地研究了智慧城市整體性的內(nèi)涵與外延。但在總體上看還需要提出一個(gè)能夠有效地將城市智慧內(nèi)涵的理解與信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)接的方案。來(lái)自天津大學(xué)的一組研究成果展示了對(duì)智慧城市業(yè)務(wù)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)進(jìn)行橫向大整合的雛形（圖2）[14-18]。他們對(duì)城市信息系統(tǒng)子系統(tǒng)的劃分，不再是按行業(yè)領(lǐng)域如政務(wù)、能源、交通、醫(yī)療等，而是按構(gòu)成城市系統(tǒng)各層次要素來(lái)劃分，如城市部件、事件、事務(wù)、工作流等統(tǒng)一在一個(gè)信息系統(tǒng)架構(gòu)中。如果在這種大整合的架構(gòu)模式基礎(chǔ)上，增加“豎井系統(tǒng)”的兼容性和誘導(dǎo)性機(jī)制，就能建立一種從現(xiàn)實(shí)邁向理想的新整合模式。

3 智慧城市橫向建模大整合機(jī)制

根據(jù)當(dāng)前的理論研究與實(shí)踐成果以及自身的工作經(jīng)驗(yàn)，筆者提出智慧城市橫向建模大整合機(jī)制，即：分層構(gòu)建、橫向整合、模型聚合、平行演進(jìn)。

（1）分層構(gòu)建：以數(shù)字化的城市空間模型為基礎(chǔ)，向上逐層構(gòu)建城市資源、能力、行為、事件、過(guò)程、目標(biāo)、價(jià)值模型，最終構(gòu)建一個(gè)大整合的智慧城市模型。

（2）橫向整合：打破按不同應(yīng)用領(lǐng)域并列垂直構(gòu)建的傳統(tǒng)的豎井模式，采用橫向逐層向上構(gòu)建的模式，使得不同的應(yīng)用領(lǐng)域資源可在底層得到最大通約，實(shí)現(xiàn)逐層向上整合資源，最大程度地提高資源的效力。

（3）模型聚合：通過(guò)大數(shù)據(jù)聚合分析平臺(tái)以及各應(yīng)用領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，利用面向?qū)ο蟮闹腔鄢鞘泄残畔⒛Ｐ途酆铣鞘写髷?shù)據(jù)，使得城市的大數(shù)據(jù)表達(dá)一個(gè)鮮活的、有機(jī)的智慧城市的整體。

圖2 橫向應(yīng)用整合架構(gòu)雛形示例

（4）平行演進(jìn)：城市信息系統(tǒng)中的智慧城市模型和現(xiàn)實(shí)世界的城市形成一對(duì)平行系統(tǒng)[19]。運(yùn)行中的智慧城市模型與現(xiàn)實(shí)中的城市資源及城市過(guò)程達(dá)到并行互通，互鑒互控，同步演進(jìn)，可支持暢行的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。在此平行演進(jìn)的“運(yùn)行環(huán)境”中，實(shí)現(xiàn)“智慧城市工程化的需求、設(shè)計(jì)、建模、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程大閉環(huán)”的、迭代式的、虛擬與現(xiàn)實(shí)的同步推進(jìn)。

上述四大整合機(jī)制的相互關(guān)系是：分層構(gòu)建是橫向整合的前提，分層整合將城市要素層次化，進(jìn)行抽象分類分解，從而建立了橫向的資源匯聚、通約整合的機(jī)制。模型聚合是分層構(gòu)建和橫向整合所采用的數(shù)據(jù)語(yǔ)義封裝的機(jī)制，三者組合構(gòu)建了智慧城市對(duì)象公共信息模型和虛擬運(yùn)行機(jī)制。平行演進(jìn)是保證在城市對(duì)象公共信息模型中的聚合數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)城市的數(shù)據(jù)一致，也是在傳統(tǒng)豎井模式的基礎(chǔ)上構(gòu)建的系統(tǒng)的誘導(dǎo)演進(jìn)的機(jī)制。這四大整合機(jī)制的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智慧城市大整合信息系統(tǒng)的內(nèi)核運(yùn)行機(jī)制。

4 智慧城市業(yè)務(wù)模型

以往智慧城市的頂層設(shè)計(jì)多以業(yè)務(wù)領(lǐng)域的縱向視角對(duì)不同領(lǐng)域（如電子政務(wù)、交通、能源、教育、醫(yī)療等）進(jìn)行分領(lǐng)域的業(yè)務(wù)建模。正是這種傳統(tǒng)的建模視角帶來(lái)了各領(lǐng)域系統(tǒng)的分散獨(dú)立的設(shè)計(jì)和建設(shè)，從根本上形成了數(shù)據(jù)孤島、信息孤島和智能孤島。為打破這一局面，應(yīng)在保留傳統(tǒng)的縱向建模維度的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)新的橫向建模的維度，從橫向分層的視角來(lái)抽象整合智慧城市全領(lǐng)域的業(yè)務(wù)模型。這一橫向分層建模的維度構(gòu)建如下。

（1）城市數(shù)據(jù)模型：在數(shù)據(jù)層面上反映城市的全貌，是信息系統(tǒng)支撐全部上層業(yè)務(wù)模型的基礎(chǔ)。

（2）城市資源模型：在資源層面上反映城市的靜態(tài)事物及其相互的靜態(tài)關(guān)系的全貌。

（3）城市能力模型：在能力層面上反映城市資源具備的功能作用的全貌。

（4）城市行為模型：在行為層面上反映城市資源可行的交互動(dòng)作的全貌。

（5）城市事件模型：在事件層面上記錄城市已經(jīng)、正在和即將發(fā)生的事件。

（6）城市過(guò)程模型：在過(guò)程層面上反映城市曾經(jīng)經(jīng)歷和正在進(jìn)行中的過(guò)程。

（7）城市目標(biāo)模型：在目標(biāo)層面上反映城市建設(shè)發(fā)展的目標(biāo)體系。

（8）城市價(jià)值模型：在價(jià)值層面上反映決定城市長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略的價(jià)值取向及其關(guān)系的集合。

上述8層模型從底到頂逐層向上支撐的分層思想來(lái)源于筆者對(duì)一般智慧生命體層次結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期觀察學(xué)習(xí)、思考和不斷歸納總結(jié)的認(rèn)知，并在架構(gòu)仿生的靈感啟發(fā)下形成了智慧城市建模。

智慧城市是人類及人類所調(diào)動(dòng)的自然資源的一個(gè)聚合體。人類自身就是這個(gè)聚合體的一部分，人類的智慧就可以在這個(gè)聚合體內(nèi)得到放大。于是，這個(gè)聚合體整體上也就成為了一個(gè)“智慧生命體”。這便是智慧城市的本質(zhì)[20]。

智慧城市信息系統(tǒng)模型是對(duì)需要在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)的城市業(yè)務(wù)過(guò)程進(jìn)行表達(dá)的模型。應(yīng)確保業(yè)務(wù)建模的結(jié)果輸出能夠使在計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中運(yùn)行的城市業(yè)務(wù)與在現(xiàn)實(shí)中運(yùn)轉(zhuǎn)的城市業(yè)務(wù)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。系統(tǒng)建模的結(jié)果是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行來(lái)表達(dá)的模型，是驅(qū)動(dòng)智慧城市應(yīng)用軟件的分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試、部署、應(yīng)用與維護(hù)全生命周期的動(dòng)力。

圖3是實(shí)現(xiàn)智慧城市橫向建模大整合內(nèi)核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中，分層構(gòu)建機(jī)制表現(xiàn)在：對(duì)任何的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都可以從業(yè)務(wù)資源類型角度經(jīng)橫向抽象后達(dá)到與信息系統(tǒng)一致的層次化實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。這意味著整個(gè)信息系統(tǒng)可在業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源的語(yǔ)境層面上而不僅僅是在信息系統(tǒng)資源語(yǔ)境層面進(jìn)行橫向的構(gòu)建，是對(duì)信息系統(tǒng)整體架構(gòu)方法的重大突破。正因?yàn)橛写送黄?，才得以?shí)現(xiàn)橫向整合機(jī)制。由于任何領(lǐng)域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都可抽象為對(duì)該領(lǐng)域的資源、能力、行為、事件、過(guò)程、目標(biāo)與價(jià)值的業(yè)務(wù)資源整合，因此，這些業(yè)務(wù)資源可在信息系統(tǒng)中用數(shù)據(jù)資源來(lái)表達(dá)，并通過(guò)每一層的業(yè)務(wù)資源管理平臺(tái)（內(nèi)嵌該層模型處理引擎）實(shí)現(xiàn)對(duì)該層數(shù)據(jù)資源的管理，從而實(shí)現(xiàn)各自層面上不同領(lǐng)域的同類資源的集約化管理，最終實(shí)現(xiàn)橫向整合。

模型聚合機(jī)制統(tǒng)一采用面向?qū)ο箢I(lǐng)域模型作為統(tǒng)一元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，可以從人和計(jì)算機(jī)兩個(gè)不同的角度統(tǒng)一數(shù)據(jù)語(yǔ)義，數(shù)據(jù)的對(duì)象語(yǔ)義封裝不僅使業(yè)務(wù)資源管理平臺(tái)能直觀地與人進(jìn)行交互，而且使內(nèi)嵌的模型處理引擎按對(duì)象模型的模式進(jìn)行CPU處理數(shù)據(jù)，二者在分層構(gòu)建和橫向整合的機(jī)制中的結(jié)合，支撐了一個(gè)面向?qū)ο蟮幕畹某鞘心Ｐ偷臉?gòu)建和運(yùn)轉(zhuǎn)。

平行演進(jìn)是一種整體演進(jìn)的機(jī)制。在統(tǒng)一的對(duì)象模型聚合數(shù)據(jù)模式支撐下，通過(guò)數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)可兼容聚合傳統(tǒng)豎井式的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。城市對(duì)象模型通過(guò)所支撐的外層大整合應(yīng)用系統(tǒng)和現(xiàn)實(shí)的城市互動(dòng)，直接融合應(yīng)用數(shù)據(jù)。一方面可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)豎井模式應(yīng)用向大整合的橫向構(gòu)建應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，另一方面基于城市對(duì)象模型可生成各類不同應(yīng)用子系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)集，以支撐應(yīng)用子系統(tǒng)的運(yùn)行，將虛擬城市對(duì)象的數(shù)據(jù)返哺到現(xiàn)實(shí)世界，形成現(xiàn)實(shí)城市信息和虛擬城市信息的雙向互動(dòng)閉環(huán)。

5 智慧城市大整合模型的信息系統(tǒng)

不同于目前流行的社會(huì)視角和城市業(yè)務(wù)視角的“頂層設(shè)計(jì)”，智慧城市信息系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)是將智慧城市信息系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)整體對(duì)象進(jìn)行構(gòu)建實(shí)施的技術(shù)性方案，具有和具體的實(shí)施人員、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)施過(guò)程緊密關(guān)聯(lián)的一整套針對(duì)高層運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的、工程化的設(shè)計(jì)和實(shí)施構(gòu)想。

整體架構(gòu)設(shè)計(jì)需為整合智慧城市大數(shù)據(jù)、為平滑地從垂直構(gòu)建的信息化系統(tǒng)過(guò)渡到基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的橫向大整合系統(tǒng)提供切實(shí)可行而又易于升級(jí)和擴(kuò)展的解決方案，以將不同的應(yīng)用領(lǐng)域不同類型的應(yīng)用集成到同一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)上，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各層業(yè)務(wù)模型的動(dòng)態(tài)構(gòu)建和執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)，形成與現(xiàn)實(shí)城市可動(dòng)態(tài)交互、平行運(yùn)轉(zhuǎn)的虛擬城市。

圖4是筆者為珠海市智慧城市信息系統(tǒng)所做的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。整體架構(gòu)是一個(gè)典型的基于云計(jì)算大數(shù)據(jù)中心的大整合信息系統(tǒng)的架構(gòu)。與領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)部署在云計(jì)算架構(gòu)的SaaS層上。所有的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建于PaaS層對(duì)應(yīng)的專業(yè)應(yīng)用支撐平臺(tái)或直接構(gòu)建在能力開(kāi)放平臺(tái)上，而應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用支撐平臺(tái)也構(gòu)建在能力開(kāi)放平臺(tái)上。能力開(kāi)放平臺(tái)的核心是一個(gè)服務(wù)總線，向上提供所有SaaS層事務(wù)型的應(yīng)用服務(wù)支撐，向下匯聚所有公共的應(yīng)用支撐服務(wù)功能。

整個(gè)架構(gòu)的重心在PaaS層的城市業(yè)務(wù)模型信息庫(kù)和大數(shù)據(jù)聚合分析平臺(tái)，其中城市業(yè)務(wù)模型信息庫(kù)是智慧城市對(duì)象公共信息模型的一個(gè)實(shí)例應(yīng)用。

滿足如此要求的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是在數(shù)據(jù)模型上通過(guò)模型聚合實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史垂直構(gòu)建系統(tǒng)的整合，并依靠云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)OLTP和OLAP兩類應(yīng)用同步區(qū)分的支撐。

圖3 智慧城市橫向建模大整合內(nèi)核系統(tǒng)

圖5 是對(duì)智慧城市信息系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)中的大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)架構(gòu)的局部展開(kāi)。底層的遺留系統(tǒng)是已建成的或待建成的“豎井模式”的行業(yè)領(lǐng)域的信息系統(tǒng)。該架構(gòu)合理而巧妙地綜合了3種數(shù)據(jù)聚合的模式，解決了分布式與集中式兩種數(shù)據(jù)整合方式的集成問(wèn)題。該架構(gòu)的核心是大數(shù)據(jù)聚合分析平臺(tái)。該平臺(tái)一方面嵌入圖3所示的智慧城市橫向建模大整合內(nèi)核系統(tǒng)，支持在資源、能力、行為、事件、過(guò)程、目標(biāo)和價(jià)值層面按橫向整合的思路逐層構(gòu)建和運(yùn)行智慧城市對(duì)象公共信息模型；另一方面集成了大數(shù)據(jù)公共基礎(chǔ)計(jì)算資源和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系的資源。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系資源一方面可以按主題建模產(chǎn)生數(shù)據(jù)集支持在線分析處理OLAP類應(yīng)用，提供數(shù)據(jù)可視化和決策支持服務(wù)，另一方面可以基于城市對(duì)象公共信息模型構(gòu)建的城市對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)直接生成操作數(shù)據(jù)集支持OLTP類應(yīng)用。如上兩類數(shù)據(jù)和服務(wù)資源一方面可利用Restful風(fēng)格的Web服務(wù)向上支撐各類大整合的應(yīng)用，另一方面可通過(guò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)豎井式應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

正是在這兩條服務(wù)支撐的通道間，根據(jù)實(shí)際情況的選擇逐漸將“豎井模式”應(yīng)用的功能轉(zhuǎn)移到能力支撐平臺(tái)上來(lái)，變成大整合的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“豎井式”應(yīng)用的大整合誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變。這樣，在智慧城市信息系統(tǒng)構(gòu)建中，接納傳統(tǒng)“豎井模式”應(yīng)用，又能在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)平臺(tái)內(nèi)部逐步進(jìn)行轉(zhuǎn)變，還能在未來(lái)根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)大數(shù)據(jù)中心應(yīng)用數(shù)據(jù)資源直接開(kāi)發(fā)整合建成應(yīng)用系統(tǒng)。

智慧城市建模工程是智慧城市信息系統(tǒng)建設(shè)工程的關(guān)鍵子工程，是對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程。其研究資源至少應(yīng)該來(lái)源于以下幾個(gè)方面：一是主導(dǎo)智慧城市建設(shè)的政府機(jī)構(gòu)，至少應(yīng)得到市政府的大力支持和親身參與；二是參與智慧城市設(shè)計(jì)的海內(nèi)外大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人學(xué)者；三是參與智慧城市建設(shè)的企業(yè)與個(gè)人創(chuàng)業(yè)者。

落實(shí)到智慧城市建設(shè)的主導(dǎo)企業(yè)，應(yīng)建立智慧城市工程技術(shù)研究中心常設(shè)機(jī)構(gòu)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)發(fā)起成立智慧城市建模研究聯(lián)盟工作組，以研究中心為依托，吸引來(lái)自專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和合作伙伴研究機(jī)構(gòu)的研究人員和訪問(wèn)學(xué)者參與研究；以智慧城市項(xiàng)目課題為研究對(duì)象，站在城市整體信息系統(tǒng)構(gòu)建的高度，分組、分步驟地推動(dòng)實(shí)施；以智慧城市建模任務(wù)和成果為教學(xué)素材，建立智慧城市建設(shè)人才培養(yǎng)基地，培養(yǎng)實(shí)戰(zhàn)型高端技術(shù)人才；以研究成果為資源，參與智慧城市大數(shù)據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化平臺(tái)運(yùn)營(yíng)，對(duì)雙創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)扶持；通過(guò)定期舉辦智慧城市國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)，和全球同行分享和交流研究成果，構(gòu)建一個(gè)智慧城市的科學(xué)共同體。

圖4 珠海大數(shù)據(jù)中心大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 珠海智慧城市信息系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)智慧城市建設(shè)中傳統(tǒng)分行業(yè)構(gòu)建信息系統(tǒng)的“豎井模式”帶來(lái)的信息資源整合難題，提出了模仿生命體分層資源自組織模式構(gòu)建智慧城市大整合模型的機(jī)制，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)該機(jī)制的智慧城市大整合信息系統(tǒng)的內(nèi)核系統(tǒng)方案，重點(diǎn)介紹了從業(yè)務(wù)語(yǔ)義層分層構(gòu)建信息系統(tǒng)的架構(gòu)模式，并將其應(yīng)用到珠海智慧城市信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)應(yīng)用方案的先進(jìn)性和合理性進(jìn)行了論述。

智慧城市建設(shè)需要對(duì)傳統(tǒng)“豎井模式”提出兼容性和誘導(dǎo)性的架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。基于架構(gòu)仿生的分層信息融合的智慧城市整體建模技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該方案的突破性的創(chuàng)新技術(shù)構(gòu)想。對(duì)該構(gòu)想所期待的應(yīng)用效果還有待在實(shí)際的智慧城市建設(shè)項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。

今后的研究重點(diǎn)是在工程實(shí)踐中不斷探索技術(shù)細(xì)節(jié)，并吸引更多的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和學(xué)術(shù)界同仁共同研究開(kāi)發(fā)，不斷歸納總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，形成系統(tǒng)的理論體系和完整的技術(shù)方案，使這一技術(shù)在智慧城市建設(shè)中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

[1] 余曉暉, 康彥榮, JEANETTE, 等. 中歐智慧城市合作白皮書(shū)[R]. 北京:工業(yè)和信息化部電信研究院,2014.

[2] 任可,肖立志. 智慧珠海2015行動(dòng)計(jì)劃[R].珠海:新加坡IDA國(guó)際集團(tuán), 2014.

[3] MEEGAN J, WELLS K.智慧城市數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)格局[EB/OL]. [2016-08-08]. http://www.ibm.com/developerworks/cn/industry/ind-smartercitydatamodel1/ index.html.

[4] PAS182:2014 Smart city concept model[S].British:The British Standards Institution,2014.

[5] 中國(guó)電力出版社. DL/T 890.453-2012 能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2012.

[6] 曹陽(yáng), 甄峰. 基于智慧城市的可持續(xù)城市空間發(fā)展模型總體架構(gòu)[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2015, 34(4):430-437.

[7] 吳志強(qiáng), 陸天贊. 引力和網(wǎng)絡(luò):長(zhǎng)三角創(chuàng)新城市群落的空間組織特征分析[J]. 城市規(guī)劃學(xué)刊, 2015(2): 31-39.

[8] 王娟. 基于城市特征需求的南京智慧城市建設(shè)模式分析[J]. 南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2014, 14(3):48-53.

[9] 王世福. 智慧城市研究的模型構(gòu)建及方法思考[J]. 規(guī)劃師, 2012, 28(4):19-23.

[10] 柴彥威, 申悅, 陳梓烽. 基于時(shí)空間行為的人本導(dǎo)向的智慧城市規(guī)劃與管理[J]. 國(guó)際城市規(guī)劃, 2014, 29(6):31-37.

[11] 戴俊. 智慧城市總體架構(gòu)分析與建模方法研究[D].北京: 中國(guó)航天第二研究院, 2012.

[12] 劉鑫. 長(zhǎng)株潭“智慧城市群”信息服務(wù)體系的功能與模型設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)試, 2015(7):127-129.

[13] 王理達(dá), 王芳, 張少彤. 基于SMART模型的智慧城市綜合評(píng)估框架[J]. 電子政務(wù), 2013(4):18-23.

[14] 孫富強(qiáng). 智慧城市:部件模型軟件體系結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 天津: 天津大學(xué), 2013.

[15] 肖浩. 智慧城市: 事件模型軟件體系結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 天津: 天津大學(xué), 2014.

[16] 孟洋. 智慧城市: 事務(wù)模型軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D]. 天津: 天津大學(xué), 2013.

[17] 龍子淵. 云模式下智慧城市工作流管理平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D]. 天津: 天津大學(xué), 2014.

[18] 田瑞. 智慧城市云服務(wù)平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 天津: 天津大學(xué), 2014.

[19] 王飛躍, 劉德榮, 熊剛,等. 復(fù)雜系統(tǒng)的平行控制理論及應(yīng)用[J]. 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué), 2012, 9(3):1-12.

[20] 邱嘉文. 智慧城市建模[EB/OL]. [2016-06-12]. 科學(xué)網(wǎng)博客, http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space & uid = 33982&do=blog&id=984074.

Study for Whole Modeling Technology for Smart Cities

QIU Jiawen
(Zhuhai Chenkai Intelligent Technology Corporation, ltd., Zhuhai 519000)

For cracking break difficult problems for integration of information source scatter in vertical structuring information system by smart city component vocation, this paper proposes a novel solution, which uses the mechanism of "hierarchically constructing, horizontal integration, aggregating data with object model, and promoting parallel evolution. Imitating hierarchical architecture model of intelligent organisms, the method of hierarchical modeling and design for smart cities is explored. This approach makes the vertical distributed information resources in real urban cases realize horizontal overarching integration in the virtual city model for information system of smart city. The author developed a new technique of overarching architecture design for information system of smart cities, which is compatible with, inducible from and evolvable for traditional vertically constructed information systems in cloud computing and big data.

Smart city, top design, modeling Engineering, horizontal integration, hierarchical model of intelligent organisms, overarching architecture design

F292

A

10.3772/j.issn.1674-1544.2016.05.006

邱嘉文（1966—），男，珠海誠(chéng)開(kāi)智能科技有限公司總架構(gòu)師，工程師，主要研究方向：智慧城市整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、云計(jì)算環(huán)境下面向資源軟件工程環(huán)境的構(gòu)建。

2016年8月26日。