天空地一體化智慧生態(tài)城信息平臺建設(shè)實踐與研究

王大成，崔紹龍，姚曉婧，池天河

(中國科學(xué)院 遙感與數(shù)字地球研究所 智慧城市工程部，北京 100094)

0 引 言

智慧城市已經(jīng)成為全球城市發(fā)展關(guān)注的熱點，隨著物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動寬帶網(wǎng)絡(luò)、下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一輪信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應(yīng)用，城市信息化發(fā)展向更高階段的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢[1]。 隨著智慧城市公共信息資源應(yīng)用的深入開展，公共信息平臺作為智慧城市應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐平臺，越來越被人們所重視[2]。中國智慧城市建設(shè)的目標(biāo)就是要推進(jìn)城市向著低炭、綠色、和諧和可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展[3]。中新天津生態(tài)城是全國首批智慧城市試點城市，前期已經(jīng)構(gòu)建了智慧城市公共信息平臺，實現(xiàn)了部分部門和企業(yè)的數(shù)據(jù)互通互聯(lián)。在前期建設(shè)的基礎(chǔ)之上，中新天津生態(tài)城智慧城市提出了智慧城市數(shù)據(jù)匯聚平臺,進(jìn)一步實現(xiàn)了“智慧城市”的建設(shè)目標(biāo)。

數(shù)據(jù)匯聚平臺是智慧城市公共信息平臺的延伸和升級，是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)和必要組成部分。中新天津生態(tài)城的數(shù)據(jù)匯聚平臺定位于整個智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)核心，以構(gòu)建城市公共數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，結(jié)合各種城市感知手段匯聚城市管理、生活、生產(chǎn)相關(guān)的各種異質(zhì)異構(gòu)數(shù)據(jù)，并將其整合為面向城市智慧應(yīng)用的信息服務(wù)資源，通過物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化方式滲透到城市建設(shè)管理、城市功能提升、政務(wù)服務(wù)、基本公共服務(wù)和專項服務(wù)等智慧應(yīng)用中，提高政府的服務(wù)水平與協(xié)同辦公能力；并構(gòu)建開放共享的公共服務(wù)環(huán)境，提高各個系統(tǒng)間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換、挖掘分析與服務(wù)能力，為各部門及第三方系統(tǒng)集成應(yīng)用提供支撐，進(jìn)而促進(jìn)部門和行業(yè)間信息互聯(lián)、互通、融合和共享，加速智慧應(yīng)用的孵化進(jìn)程，實現(xiàn)城市共性問題的統(tǒng)一處理，解決某一個應(yīng)用單位或機構(gòu)難以獨立完成的公共問題，讓城市中各個功能彼此協(xié)調(diào)運作，為政府、企業(yè)、公眾的各類應(yīng)用提供平臺支撐。中新天津生態(tài)城的數(shù)據(jù)匯聚平臺聚焦數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析，在協(xié)同多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，在城市環(huán)境、能源、交通、經(jīng)濟(jì)、規(guī)劃等方面進(jìn)行城市大數(shù)據(jù)的脈動分析，為有效緩解直至解決“城市病”提供決策支持，科學(xué)引導(dǎo)城市的建設(shè)與管理。

1 智慧生態(tài)城建設(shè)需求分析

在中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所等單位的專家領(lǐng)導(dǎo)下，已經(jīng)開展了中新天津生態(tài)城“脈動城市”的頂層設(shè)計，制定了《脈動城市總體規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），《規(guī)劃》為中新天津生態(tài)城的建設(shè)制定了長期目標(biāo)、短期目標(biāo)，為實現(xiàn)中新天津生態(tài)城的建設(shè)目標(biāo)，必須不斷完善頂層設(shè)計、繼續(xù)深化細(xì)化頂層設(shè)計，這就需要我們必須貼合中新天津生態(tài)城的實際現(xiàn)狀情況，認(rèn)真調(diào)研總結(jié)分析，挖掘符合中新天津生態(tài)城特色的智慧城市。

1.1 完善智慧城市數(shù)據(jù)體系

目前各地智慧城市的建設(shè)都圍繞著住建部發(fā)布的《智慧城市公共信息平臺建設(shè)指南》構(gòu)建四大基礎(chǔ)庫，“自然資源和空間地理基礎(chǔ)信息庫”“人口基礎(chǔ)信息庫”“法人單位基礎(chǔ)信息庫”“宏觀經(jīng)濟(jì)信息數(shù)據(jù)庫”，但是基礎(chǔ)庫并不能囊括城市運行的所有數(shù)據(jù)，滿足智慧城市的服務(wù)應(yīng)用。中新天津生態(tài)城以本地的實際現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，分析智慧城市建設(shè)發(fā)展中的技術(shù)現(xiàn)狀、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，初步研究提出智慧城市建設(shè)發(fā)展的技術(shù)體系框架與標(biāo)準(zhǔn)體系框架[4]。目前，數(shù)據(jù)匯聚平臺已經(jīng)匯聚了13個部門共55類數(shù)據(jù)，經(jīng)過字段清洗、數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)分類等步驟，建成了四大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和七大特色領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫，其中，七大領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫包括環(huán)境特色領(lǐng)域庫、能源特色領(lǐng)域庫、規(guī)劃特色領(lǐng)域庫、執(zhí)法特色領(lǐng)域庫、項目特色領(lǐng)域庫、城市運維特色領(lǐng)域庫、交通特色領(lǐng)域庫，基本涵蓋了整個中新天津生態(tài)城的方方面面，同時隨著中新天津生態(tài)城的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)體系也在不斷完善。

1.2 構(gòu)建服務(wù)導(dǎo)向型的公共平臺

中新天津生態(tài)城是首個國家級別的綠色示范區(qū)，希望構(gòu)建服務(wù)導(dǎo)向型公共平臺，打造政府平臺服務(wù)窗口形象，以公共服務(wù)來提高民生保障，構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)保友好型城市，實現(xiàn)新加坡合作項目的三和目標(biāo)，即人與人和諧共存，人與經(jīng)濟(jì)活動和諧共存，人與環(huán)境和諧共存。

目前數(shù)據(jù)匯聚平臺以服務(wù)政府、企業(yè)和大眾用戶為導(dǎo)向，打造平臺的服務(wù)模塊化、精細(xì)化、宜用化的新型格局，實現(xiàn)了平臺服務(wù)與手機、pad等移動終端的無縫對接，信息可被實時推送到用戶手上，使市民可以足不出戶就可獲得各種服務(wù)。

1.3 打造智慧城市標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

中新天津生態(tài)城與新加坡合作項目的目標(biāo)之一是“三能”，即能復(fù)制、能實行、能推廣。不同于其他城市建設(shè)智慧城市，中新天津生態(tài)城期望在構(gòu)建智慧城市的過程中，更加注重標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)，期望打造智慧城市的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范智慧城市的管理流程，保證數(shù)據(jù)匯聚的延續(xù)性和數(shù)據(jù)應(yīng)用的正確性，為智慧城市的建設(shè)提供積極的探討和典型示范。

1.4 突出城市數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

在智慧城市的構(gòu)建過程中，積累了大量的城市運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資源中蘊含的知識遠(yuǎn)未得到充分的挖掘和應(yīng)用，致使數(shù)據(jù)爆炸但知識匱乏。我們以城市數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用多種數(shù)據(jù)分析手段挖掘數(shù)據(jù)的隱藏價值，發(fā)現(xiàn)城市脈動發(fā)展規(guī)律，對于城市管理的精細(xì)化邁進(jìn)、城市運轉(zhuǎn)效率的提升、城市病的診斷和人民生活品質(zhì)的改善，將起到積極的推動作用，同時也將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識規(guī)律，為決策者提供了城市管理的科學(xué)依據(jù)。

2 中新天津生態(tài)城脈動城市總體框架設(shè)計

中新天津生態(tài)城總體規(guī)劃通過分析生態(tài)城智能城市的發(fā)展愿景，結(jié)合中新天津生態(tài)城目前信息化發(fā)展水平和發(fā)展實際情況，從信息化基礎(chǔ)設(shè)施、感知網(wǎng)絡(luò)、城市動態(tài)數(shù)據(jù)中心、公共平臺、服務(wù)體系、智慧體驗、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和保障機制等多個角度，確立智慧城市的基本建設(shè)目標(biāo)，為生態(tài)城產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟(jì)增長、生態(tài)宜居和城市發(fā)展提供持續(xù)源動力支撐，如圖1所示。

圖1 中新天津生態(tài)城“智慧城市”總體設(shè)計Fig.1 The top-level design of "smart city" for SINO-SINGAPORE TIANJIN ECO-CITY

2.1 數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是整個數(shù)據(jù)匯聚平臺系統(tǒng)運行的基本保證和數(shù)據(jù)來源，包括城市運維、政府系統(tǒng)、園區(qū)系統(tǒng)、公安執(zhí)法等，保證數(shù)據(jù)匯聚平臺能從生態(tài)城各個領(lǐng)域中獲取城市的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)匯聚層

數(shù)據(jù)匯聚層為平臺提供數(shù)據(jù)支持，是服務(wù)共享的源頭，也是整個平臺的核心。綜合中新天津生態(tài)城的實際情況，將數(shù)據(jù)劃分為三級，分別是源數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)庫和應(yīng)用庫。源數(shù)據(jù)庫根據(jù)數(shù)據(jù)來源的部門進(jìn)行劃分和管理；基礎(chǔ)庫則是對源數(shù)據(jù)庫的進(jìn)一步處理，根據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)體系，形成四個基礎(chǔ)庫和七個特色領(lǐng)域庫；應(yīng)用庫則是對不同的應(yīng)用服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層則是對數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的處理，包括數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)協(xié)同、數(shù)據(jù)融合等，對平臺中城市數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的自動提取和分析，充分挖掘和發(fā)現(xiàn)城市大數(shù)據(jù)的作用。

2.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層是基于服務(wù)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)平臺與用戶多種方式的交互，將數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用到相關(guān)的部門，將分析的結(jié)果呈現(xiàn)在用戶的面前，為城市管理者和參與者提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范層

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范層是貫穿于整個平臺的建設(shè)當(dāng)中，通過各種智慧城市的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保障數(shù)據(jù)匯聚平臺的可持續(xù)性、穩(wěn)定性和易用性。

3 中新天津生態(tài)城脈動城市內(nèi)容體系建設(shè)

3.1 公共空間服務(wù)平臺

公共空間服務(wù)平臺（如圖2所示）是以地圖為基礎(chǔ)，使用戶直觀地了解整個生態(tài)城的情況，基于城市數(shù)據(jù)，為用戶提供城市管理的服務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)的一體化應(yīng)用。公共空間服務(wù)平臺的主要功能包括：①“一張圖”功能按照不同大類展示和應(yīng)用城市數(shù)據(jù)，使用戶能夠全方位管理生態(tài)城公共空間服務(wù)的所有數(shù)據(jù)，不僅是部門內(nèi)部的一張圖，還是多部門協(xié)同數(shù)據(jù)的一張圖；②多尺度數(shù)據(jù)展示則是從城市、區(qū)域、地塊等多個尺度展示生態(tài)城概貌；③專題應(yīng)用是為各個委辦局構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)，將整個城市的數(shù)據(jù)整合到了一起，實現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的空間化展示和應(yīng)用；④數(shù)據(jù)中心則提供平臺應(yīng)用數(shù)據(jù)的信息，用戶能夠方便地查詢到數(shù)據(jù)的來源和內(nèi)容。

圖2 “脈動城市”公共空間服務(wù)平臺Fig.2 The public spatial information platform of "Pulse City"

3.2 脈動分析

在智慧城市的建設(shè)過程中，各委辦局的信息化系統(tǒng)中逐步積累了大量的城市運行數(shù)據(jù)，然而，數(shù)據(jù)資源中蘊含的知識遠(yuǎn)未得到充分的挖掘和應(yīng)用，致使數(shù)據(jù)爆炸但知識匱乏。中新天津生態(tài)數(shù)據(jù)匯聚平臺以城市大數(shù)據(jù)為核心，通過數(shù)據(jù)分析和信息挖掘技術(shù)手段反映城市各項參數(shù)變化脈動特征，采用多種數(shù)據(jù)分析手段挖掘數(shù)據(jù)的隱藏價值，分析城市脈動發(fā)展規(guī)律，使匯聚的城市數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的作用，為政府決策，民眾生活提供更大價值的服務(wù)。

中新天津生態(tài)數(shù)據(jù)匯聚平臺以四大基礎(chǔ)庫和七大領(lǐng)域庫為核心，在城市交通、城市環(huán)境、城市能源、城市管理、城市房價這6個方面嘗試和實現(xiàn)了城市的脈動分析，為政府的決策和管理起到了積極的作用。

3.2.1 城市環(huán)境脈動分析

城市環(huán)境脈動分析（如圖3所示）是通過收集水環(huán)境質(zhì)量、空氣質(zhì)量等指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘分析，對比環(huán)境實時監(jiān)測指標(biāo)，并在城市地理空間進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，從而探索生態(tài)城環(huán)境隨時間、空間變化的脈絡(luò)，為城市管理者、城市生活者展示城市環(huán)境脈絡(luò)地圖，方便城市管理，也為展示生態(tài)城優(yōu)良的環(huán)境指標(biāo)提供了一扇特殊的窗口。

圖3 城市環(huán)境脈動分析Fig.3 Environment analysis of the "Pulse City"

3.2.2 城市能源脈動分析

城市能源脈動分析（如圖4所示）是通過匯集城市區(qū)域全部能源相關(guān)數(shù)據(jù)信息，分析城市能源產(chǎn)生、能源消耗、能源流動及能源趨勢和能耗節(jié)約等變化情況，形成城市用能情況分析處理能力，為城市管理者掌握城市用能情況提供數(shù)據(jù)支撐。

圖4 城市能源脈動分析Fig. 4 Energy analysis of the "Pulse City"

3.2.3 城市交通脈動分析

城市交通脈動分析（如圖5所示）通過分析中新天津生態(tài)城公交車客流量、公交站點空間格局，反映生態(tài)城公交線路、站點規(guī)劃是否合理，新的線路改造如何規(guī)劃。通過分析出入境車輛牌照，分析生態(tài)城客流主要來源。

圖5 城市交通脈動分析Fig.5 Transportation analysis of the "Pulse City"

3.2.4 城市管理脈動分析

城市管理脈動分析（如圖6所示）通過收集城市管理部件、案卷數(shù)據(jù)等，展現(xiàn)城市部件實時動態(tài)變化情況，將數(shù)據(jù)管理情況進(jìn)行實時展現(xiàn)，實現(xiàn)城市管理動態(tài)監(jiān)控。

圖6 城市管理脈動分析Fig.6 Management analysis of the "Pulse City"

3.2.5 城市審批脈動分析

項目審批脈動規(guī)律是通過收集工商營業(yè)執(zhí)照審批、土地規(guī)劃審批、經(jīng)濟(jì)項目審批、社會局的社會事實審批等實時審批數(shù)據(jù)，掌握生態(tài)城一系列審批流程動向，將城市重要審批脈絡(luò)通過數(shù)據(jù)匯聚平臺展示出來，讓領(lǐng)導(dǎo)、企業(yè)、公眾能夠一目了然地跟蹤城市建設(shè)各種相關(guān)事項審批動向，及時跟蹤城市審批每日更新情況，在一清二楚地獲知自身相關(guān)審批節(jié)點的同時，自然提高業(yè)務(wù)辦公效率，如圖7所示。

圖7 城市審批脈動分析Fig.7 Approval analysis of the "Pulse City"

3.2.6 城市房價脈動分析

城市房價脈動分析（如圖8所示）通過收集中新天津生態(tài)城的房屋銷售和出租的數(shù)據(jù)，分析影響生態(tài)城房屋銷售率、入住率的各種因素和城市發(fā)展方向等。

圖8 城市房價脈動分析Fig.8 Housing price analysis of the "Pulse City"

3.3 大屏展示應(yīng)用

大屏展示應(yīng)用（如圖9所示）是基于數(shù)據(jù)匯聚平臺，針對大屏幕應(yīng)用提供的數(shù)據(jù)展示應(yīng)用窗口。大屏展示應(yīng)用能夠發(fā)揮平臺強大的數(shù)據(jù)匯集、查詢功能，從整體上展現(xiàn)中新天津生態(tài)城的運行情況，輔助政府掌握和管理整個城市各個領(lǐng)域的信息和問題。

圖9 大屏展示應(yīng)用Fig.9 Application presentation

4 智慧生態(tài)城特色創(chuàng)新分析

傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)只對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的采集和存儲，而對行為等關(guān)鍵語義信息缺乏有效的自動提取和分析[5]。同樣，在智慧城市的建設(shè)過程中，智慧城市公共信息平臺大多只是局限于城市大數(shù)據(jù)的采集和存儲，對于城市大數(shù)據(jù)的深層次挖掘和分析應(yīng)用缺少思考和實踐。

中新天津生態(tài)城的數(shù)據(jù)匯聚平臺在原有的公共信息平臺的基礎(chǔ)之上，針對城市不斷增長的大數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的完善和建設(shè)，收集整合城市多源時空大數(shù)據(jù)，充分挖掘和發(fā)現(xiàn)城市大數(shù)據(jù)的作用，為中新天津生態(tài)城的決策和發(fā)展更加科學(xué)，讓城市更加科學(xué)、高效、低碳和安全地運行[6]。

數(shù)據(jù)匯聚平臺建設(shè)通過數(shù)據(jù)匯聚平臺的全面服務(wù)功能提升，打造與中新天津生態(tài)城智慧城市建設(shè)發(fā)展相適應(yīng)的新型城市信息體系，構(gòu)建生態(tài)城“脈動城市”現(xiàn)代信息資源中心，為中新天津生態(tài)城產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟(jì)增長、生態(tài)宜居和城市發(fā)展提供持續(xù)源動力支撐，也為國內(nèi)外智慧城市建設(shè)提供參考。

5 結(jié)束語

中新生態(tài)城數(shù)據(jù)匯聚平臺以中新天津生態(tài)城信息化工程總體規(guī)劃為基礎(chǔ)，緊緊圍繞中新天津生態(tài)城特點及需求，從滿足政府及其各部門決策需求出發(fā)，采用遙感、地理信息系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立完善的公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，通過信息提取、要素擴充、數(shù)據(jù)重組等手段對資源進(jìn)行整合，深入挖掘城市大數(shù)據(jù)的價值和知識，發(fā)現(xiàn)城市發(fā)展和運行的脈動規(guī)律，為“智慧生態(tài)城”提供智慧的源動力，以實現(xiàn)中新天津生態(tài)城“三和”“三能”的建設(shè)目標(biāo)，擴大中新天津生態(tài)城的影響力，為國內(nèi)外智慧城市建設(shè)提供參考。