智慧城市的大數(shù)據(jù)研究與實(shí)踐

眾所周知，城市是由人組織和城市服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)成并協(xié)作集成運(yùn)行的復(fù)雜生態(tài)巨系統(tǒng)，城市服務(wù)系統(tǒng)包括城市管理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)民生、資源環(huán)境和基礎(chǔ)支撐。在城市的快速發(fā)展中，城市服務(wù)系統(tǒng)本身有很多問(wèn)題，同時(shí)合作運(yùn)行也有不少問(wèn)題，因此就應(yīng)該建立新的城市理念、模式、手段和生態(tài)系統(tǒng)，而智慧城市就是一種現(xiàn)代城市發(fā)展的理念、模式、手段和業(yè)態(tài)。

何為智慧城市

智慧城市其實(shí)有很多定義，根據(jù)近幾年的實(shí)踐，我們可以這樣理解，首先就是以我國(guó)提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享作為發(fā)展的前提，包括傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等，借助四類(lèi)技術(shù)深入融合的數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)手段，其中四類(lèi)技術(shù)就是信息通信技術(shù)、智能科學(xué)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和城市運(yùn)行管理技術(shù)。

要把工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化四化同步發(fā)展，根據(jù)這個(gè)特色構(gòu)成以企業(yè)、政府、用戶(hù)三方為中心的智慧城市資源與能力。智慧城市服務(wù)云終端通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)能隨時(shí)隨地按需求獲取智慧城市的資源和能力，就像現(xiàn)在用電、用水一樣。

云可以利用此做什么？就是對(duì)五大服務(wù)系統(tǒng)和活動(dòng)中的人、機(jī)、物、環(huán)境、信息進(jìn)行自主智慧的感知、互聯(lián)、分析、學(xué)習(xí)、決策和執(zhí)行。因此必須具備三個(gè)要素，通過(guò)經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)備、技術(shù)組成新的模式，以用戶(hù)為中心構(gòu)成以“人、機(jī)、物、環(huán)境、信息融合，互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)化、協(xié)同化、個(gè)性化、柔性化、社會(huì)化”為基調(diào)的智慧城市新模式，最后進(jìn)入實(shí)現(xiàn)“和諧、安全、高效、幸福、綠色”嶄新的現(xiàn)代智慧城市系統(tǒng)。

智慧城市的整體架構(gòu)

根據(jù)這樣的理念內(nèi)涵，智慧城市整個(gè)架構(gòu)可以這樣理解，首先是智慧城市的硬軟資源和能力。然后感知進(jìn)入中心層，有各種各樣感知單元，對(duì)各種各樣的感知對(duì)象進(jìn)行感知，通過(guò)多樣的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合完成初步的處理后，就完成了智慧城市云服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建。

把智慧的資源和能力虛擬化、服務(wù)化，構(gòu)成云池，緊接著對(duì)云池中的資源進(jìn)行支撐，根據(jù)智慧資源的能力、資源管理、數(shù)據(jù)、知識(shí)模型的管理以及用戶(hù)需要，怎么去構(gòu)建所需要的虛擬化的環(huán)境，管理、定性并評(píng)估這個(gè)環(huán)境。很重要的智慧體現(xiàn)就是把大數(shù)據(jù)的資源體現(xiàn)，因此大數(shù)據(jù)的處理器和引擎，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)要接進(jìn)來(lái)，還要把仿真切入進(jìn)來(lái)。

關(guān)于服務(wù)的提供者、使用者和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)者三方面，應(yīng)用層就是具體的市民、政府、企業(yè)，所以這樣的架構(gòu)就是“互聯(lián)網(wǎng)+城市”資源與能力的智慧互聯(lián)系統(tǒng)。新的信息系統(tǒng)為此提供信息資源和能力的存儲(chǔ)、共享、協(xié)同和智能計(jì)算。智能科學(xué)系統(tǒng)包括人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、腦科學(xué)以及認(rèn)知科學(xué)，也同時(shí)起到相應(yīng)的作用。系統(tǒng)工程包括系統(tǒng)集成、系統(tǒng)架構(gòu)以及基礎(chǔ)十大系統(tǒng)的城市運(yùn)行的管理技術(shù)，這是一個(gè)體系。另外整個(gè)城市要有經(jīng)營(yíng)管理，政務(wù)管理，同時(shí)要重視仿真和實(shí)踐技術(shù)以及還有云服務(wù)技術(shù)。

第三個(gè)架構(gòu)特別強(qiáng)調(diào)軟件，包括新的軟件平臺(tái)、平臺(tái)軟件技術(shù)和應(yīng)用軟件技術(shù)。第一類(lèi)是物理安全要隔離，第二類(lèi)就是技術(shù)安全，例如網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)庫(kù)備份、恢復(fù)等。關(guān)于管理，還有一個(gè)硬性的商業(yè)安全以及評(píng)估，這是整個(gè)智慧城市的架構(gòu)。

對(duì)于基礎(chǔ)和服務(wù)系統(tǒng)兩部分的界定，人口、地理、經(jīng)濟(jì)、法人是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，如果按主體分可以分政府、企業(yè)、個(gè)人，按照數(shù)據(jù)形式可以分為結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化，城市管理、社會(huì)民生、資源環(huán)境、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)支撐等。這是符合大數(shù)據(jù)特點(diǎn)的，數(shù)據(jù)量大，高速、多樣，價(jià)值不可替代。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通過(guò)各類(lèi)信息資源的共享、交換，挖掘分析基礎(chǔ)理論，實(shí)現(xiàn)城市系統(tǒng)及活動(dòng)中人機(jī)物環(huán)境信息自主智慧的感知、互聯(lián)、分析、學(xué)習(xí)、決策與執(zhí)行，進(jìn)而使城市服務(wù)系統(tǒng)精準(zhǔn)化、高效化、智能化運(yùn)行。

例如智慧政務(wù)，智慧醫(yī)療，智慧經(jīng)濟(jì)，提高科學(xué)預(yù)測(cè)霧霾等。根據(jù)這樣一個(gè)大數(shù)據(jù)的來(lái)源分類(lèi)，大數(shù)據(jù)的平臺(tái)技術(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意數(shù)據(jù)可擴(kuò)展性，數(shù)據(jù)來(lái)源采集方式的多樣化，計(jì)算性能高效化以及分析系統(tǒng)安全性。具體的說(shuō)在感知層，RFID、傳感器、攝象頭等的感知，在存儲(chǔ)層將基礎(chǔ)信息、政務(wù)信息和社會(huì)信息三大類(lèi)信息存起來(lái)，然后計(jì)算層包括數(shù)據(jù)的集成，數(shù)據(jù)的引擎以及分享。例如數(shù)據(jù)集成中有作業(yè)管理、配置管理、調(diào)度管理、作業(yè)集成等服務(wù)；數(shù)據(jù)引擎中涉及數(shù)據(jù)批處理引擎，數(shù)據(jù)流處理引擎，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)引擎等；數(shù)據(jù)分析挖掘包括數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)挖掘。應(yīng)用層有統(tǒng)一的接口、相應(yīng)算法的庫(kù)，以及數(shù)據(jù)可視化的技術(shù)，還包括內(nèi)容解說(shuō)，應(yīng)用管理調(diào)度和資源目錄等。這樣統(tǒng)一調(diào)配掌管，統(tǒng)一認(rèn)證，數(shù)據(jù)管理、運(yùn)維和物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全以及數(shù)據(jù)安全的管理，這也就是整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。

智慧城市大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的

六大技術(shù)

智慧城市大數(shù)據(jù)繼承與清洗技術(shù)把不同來(lái)源、格式、特點(diǎn)性質(zhì)的數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上有機(jī)地集成，清洗得到干凈的一致的數(shù)據(jù)，為智慧城市建設(shè)提供全面的數(shù)據(jù)共享基礎(chǔ)，并發(fā)送給存儲(chǔ)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)空間件系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，涉及到數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載、清洗、對(duì)比、校準(zhǔn)等技術(shù)。特色就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源占比高，異構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型整合，實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)在智慧城市各系統(tǒng)中有序流動(dòng)，支持后期的數(shù)據(jù)分析和輔助決策等其他深層次的應(yīng)用。

存儲(chǔ)和管理技術(shù)。就是采用云存儲(chǔ)和分布存儲(chǔ)技術(shù)以及高吞吐量數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、高可靠、容錯(cuò)好的存儲(chǔ)、訪(fǎng)問(wèn)與管理數(shù)據(jù)。那么什么是存儲(chǔ)和管理的特色呢？就是海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，每天產(chǎn)生數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)，而且是多種存儲(chǔ)形式。數(shù)據(jù)管理方面，采用層次式、目錄化的管理方式使數(shù)據(jù)管理邏輯更為清晰。為了保證實(shí)時(shí)政策的指示，就需要對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)快速訪(fǎng)問(wèn)。

數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)。智慧城市大數(shù)據(jù)的挖掘是從海量、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)隱含在其中有價(jià)值的、潛在的信息和知識(shí)的過(guò)程，也是一種決策支持過(guò)程。主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科知識(shí)。

大數(shù)據(jù)可視化。要把整個(gè)大數(shù)據(jù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的圖形和圖象處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形或者圖象在屏幕上顯示出來(lái)，進(jìn)行交互處理。這涉及到很多學(xué)科，例如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理等。其中多維數(shù)據(jù)分析展示，交互式數(shù)據(jù)展示是最新的部分成就。特色是綜合維度數(shù)據(jù)以及交互式需求迫切，通過(guò)各種形式存在，能更加直觀(guān)傳達(dá)關(guān)鍵方面的問(wèn)題和特征。

此外，標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量。技術(shù)產(chǎn)品行業(yè)安全等方面的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范也是必須要具備的，而且涉及到規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、控制，監(jiān)督等技術(shù)。已有成果是大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，大數(shù)據(jù)交易規(guī)范體系，大數(shù)據(jù)質(zhì)量管控方面。技術(shù)特色類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)需求迫切，以交換和交易過(guò)程為導(dǎo)向，標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量體系聚焦于智慧城市跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換集成和應(yīng)用數(shù)據(jù)交易。另外安全技術(shù)，涉及采集安全，傳輸安全，存儲(chǔ)安全，挖掘安全，發(fā)布應(yīng)用安全，隱私數(shù)據(jù)保護(hù)，安全態(tài)勢(shì)感知，安全防御，安全管理，安全檢測(cè)等方面，目前大數(shù)據(jù)已有大數(shù)據(jù)隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)水印方面的成果。

大數(shù)據(jù)已然成為智慧城市建設(shè)運(yùn)行的戰(zhàn)略資源，作用、潛力巨大，研究和實(shí)踐要把技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)起來(lái)發(fā)展。在技術(shù)方面，要重視大數(shù)據(jù)技術(shù)與信息通信技術(shù)、智能科學(xué)技術(shù)等深度融合。沒(méi)有高性能計(jì)算以及人工智能技術(shù)是達(dá)不到效果的。在技術(shù)上，要重視安全技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估指標(biāo)體系技術(shù)研究，重視技術(shù)創(chuàng)新體系的持續(xù)建設(shè)。在產(chǎn)業(yè)方面，要加強(qiáng)大數(shù)據(jù)三類(lèi)技術(shù)，技術(shù)工具和平臺(tái)的研發(fā)產(chǎn)業(yè)，這是一類(lèi)；另一方面就是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)建與運(yùn)行，依據(jù)行業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展工作，突出問(wèn)題導(dǎo)向。

（本文根據(jù)李伯虎的公開(kāi)演講整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。）