從城市單體智慧化到城市治理智慧化的探索

文｜武漢虹信技術(shù)服務有限責任公司 余道敏 肖偉明 黃曉艷 張重齊

一、引言

我國智慧城市的發(fā)展經(jīng)歷了“數(shù)字城市”“智慧城市”“新型智慧城市”三個階段，當前正處于由智慧城市轉(zhuǎn)變成新型智慧城市的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期。新型智慧城市的核心是以人為本、智慧運行的理念，是城市治理智慧化的重要手段，同時也是構(gòu)建智慧社會的基石。

加快新型智慧城市建設(shè)，推進城市治理智慧化，已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略，但目前新型智慧城市的建設(shè)面臨著一個嚴重問題：新型智慧城市的頂層設(shè)計已經(jīng)較為完備，但落地實施仍很困難，主要是新型智慧城市的建設(shè)是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，涉及到政府、民生等各個方面，導致城市基層感知數(shù)據(jù)采集難、互通難，城市治理智慧化無法得到基層數(shù)據(jù)的決策支撐，以致新型智慧城市建設(shè)出現(xiàn)許多“小智慧”“假智慧”現(xiàn)象。如何讓新型智慧城市建設(shè)落在實處，加快城市治理智慧化，已成為當下亟待解決的難題。

二、城市單體智慧化到城市治理智慧化

城市是由社區(qū)、園區(qū)、醫(yī)院、學校、商圈、道路等眾多城市單體構(gòu)成，是城市的神經(jīng)末梢，通過這些城市神經(jīng)末梢的智慧化建設(shè)，收集各類智能感知數(shù)據(jù)，向上匯聚到神經(jīng)元，再向上匯聚到“城市大腦”，建成海量城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，通過智能判斷與大數(shù)據(jù)挖掘分析，提升城市運營管理水平，從而實現(xiàn)由城市單體智慧化到城市治理智慧化。通過城市單體的智慧化建設(shè)，滿足人民在生活與工作中的安全保障需求、便捷高效需求、低碳環(huán)保需求；通過城市治理的智慧化建設(shè)，幫助政府提升城市精細化治理水平。城市單體智慧化與城市治理智慧化，二者相互支撐、相互依賴、相互協(xié)同、相互促進。其關(guān)系如圖1所示。

三、總體技術(shù)架構(gòu)

城市單體智慧化到城市治理智慧化的總體技術(shù)架構(gòu)如圖2所示，分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層以及解決方案層：

1、感知層：通過園區(qū)、社區(qū)、學校、商圈等城市單體的可視對講、車輛通行、安防監(jiān)控等感知設(shè)備，采集人、事、物等城市基層數(shù)據(jù)。

2、網(wǎng)絡層：針對不同的應用場景，利用工業(yè)控制網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡、局域網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳送。

3、平臺層：平臺層包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理平臺、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心以及通用大數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入、處理以及存儲。

圖1 城市單體智慧化到城市治理智慧化

圖2 總體技術(shù)架構(gòu)圖

4、應用層：實現(xiàn)上層應用功能，應用層包括：智慧建筑綜合管理平臺、智慧社區(qū)綜合運營平臺、智慧園區(qū)運營服務平臺、城市運營中心綜合管理平臺等。主要功能設(shè)計如下：

（1）智慧建筑綜合管理平臺，針對建筑物中照明、消防、門禁等各類智能化子系統(tǒng)，實現(xiàn)集中管理、一鍵控制、協(xié)同聯(lián)動、智慧運維。

（2）智慧園區(qū)綜合運營平臺，實現(xiàn)互聯(lián)互通的園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡，高效、便捷的園區(qū)管理與服務，舒適、安全的生活服務，專業(yè)化的產(chǎn)業(yè)服務，綠色、低碳的生態(tài)環(huán)境，來滿足園區(qū)運營者、使用者、管理者、訪客、入駐企業(yè)等各方的信息化需求。

（3）智慧社區(qū)綜合運營平臺，融合社區(qū)居家生活的智慧家庭、智慧民生、智慧服務、智慧物業(yè)、智慧商業(yè)和智慧政務六大應用，使社區(qū)管理者、用戶和各種智慧系統(tǒng)形成各種形式的信息交互，以達到更加方便快捷的管理，從而為居民提供一個安全、舒適、便利的生活環(huán)境，進一步提升社區(qū)信息化、智能化管理與服務水平。

（4）智慧燈桿綜合管理平臺，實現(xiàn)智慧照明、智能廣播、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、緊急呼叫、充電樁管理等功能。

（5）城市運管中心綜合管理平臺，城市運管中心平臺是基于居民社區(qū)、園區(qū)、商業(yè)綜合體、校園醫(yī)院等城市末梢的智慧化建設(shè)，收集海量的城市感知數(shù)據(jù)、基層治理數(shù)據(jù)，在平臺上對數(shù)據(jù)進行匯聚融合，從而為城市的運行管理提供智能化的研判結(jié)果、科學化的決策支持以及扁平化、可視化的指揮調(diào)度支持。

四、關(guān)鍵技術(shù)

1、海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)

海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)，是為解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡異構(gòu)、協(xié)議眾多的難題，通過研究攝像頭、門禁控制器、道閘控制器、環(huán)境監(jiān)測傳感器、消防傳感器、電子圍欄、地磁、震動光柵、電子巡更等多類設(shè)備的通信協(xié)議特征，收集主流設(shè)備廠家接口方法，研究廠家對接接口特征，建立接口特征庫，通過特征庫識別的方式，設(shè)計通用型協(xié)議適配方法，實現(xiàn)通信協(xié)議智能識別。同時建立接口協(xié)議與適配方法的關(guān)系庫，一旦協(xié)議識別成功，自動調(diào)用對應接口方法，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備異種協(xié)議動態(tài)適配，解決目前智慧城市建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入環(huán)節(jié)中，各設(shè)備對接適配需定制化開發(fā)，通用型不強，實施配置繁瑣的問題。接入方案如圖3所示。

2、大數(shù)據(jù)分布式存儲與組合檢索技術(shù)

針對物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)海量、異構(gòu)等特點，搭 建 基 于Zookeeper、Hbase、Hive、HDFS的分布式大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，Zookeeper 是一個高可用的分布式數(shù)據(jù)管理與協(xié)調(diào)框架，基于對ZAB 算法的實現(xiàn)，能夠在不同系統(tǒng)之間進行通知與協(xié)調(diào)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)變更的實時處理。Hbase 是一個構(gòu)建在HDFS 上的分布式列存儲系統(tǒng)，其典型特征是大表、面向列以及稀疏，適合存儲海量非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，支持實時數(shù)據(jù)讀寫。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行存儲。存儲架構(gòu)如圖4所示。

基于分布式架構(gòu) Hadoop 設(shè)計的時空索引方法，為了充分利用Hadoop 在處理海量數(shù)據(jù)下分布式主從節(jié)點間的交互機制的優(yōu)勢，實現(xiàn)對海量時空數(shù)據(jù)的快速檢索，將建立的時間索引、空間索引以及數(shù)據(jù)源索引結(jié)構(gòu)存儲在不同節(jié)點中，即在 Hadoop 的分布式主節(jié)點上分別設(shè)計時間索引、空間索引和數(shù)據(jù)源索引，以實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)的快速檢索。索引設(shè)計如圖5所示。

3、基于人機融合的異構(gòu)大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)

數(shù)據(jù)質(zhì)量直接決定了大數(shù)據(jù)分析的難度以及準確性，基于人機融合的異構(gòu)大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)能夠有效提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)清洗主要包括對空值、異常數(shù)據(jù)、冗余或是相似重復數(shù)據(jù)的處理，針對各類問題數(shù)據(jù)，建立相應的清洗規(guī)則，最終形成清洗規(guī)則庫，利用清洗規(guī)則庫對實時數(shù)據(jù)進行異常判斷，并做出補全、合并、刪除等處理，達到提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的目標。

數(shù)據(jù)清洗規(guī)則的來源有兩處，一是利用專家經(jīng)驗，總結(jié)清洗規(guī)則；二是利用機器學習算法，推演新的清洗規(guī)則，通過收集的樣本數(shù)據(jù)，結(jié)合機器學習算法，進行聚類分析，推演出新的清洗規(guī)則，不斷完善清洗規(guī)則庫。數(shù)據(jù)清洗流程如圖6所示。

圖3 海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)方案

五、應用探索

在武漢市東湖高新區(qū)某街道綜合治理項目中，進行了城市單體智慧化到城市治理智慧化的應用探索。

1、項目背景

武漢市東湖高新區(qū)某街道轄10 個居委會、11 個社區(qū)、13 個行政村，該轄區(qū)為全市最大的拆遷還建區(qū)，轄區(qū)的綜合治理、社會治安、社區(qū)服務等工作涉及面廣、工作難度大。2017年底，該街道辦啟動了街道、社區(qū)兩級綜治中心建設(shè)實施三年方案規(guī)劃的整體工作部署，力求通過信息化手段實現(xiàn)智慧綜合治理，打造多元共治共享的治理局面，提升基層社會治理智能化、精細化、專業(yè)化水平。

圖4 異構(gòu)大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

圖5 分布式多級、多類型索引設(shè)計

圖6 基于機器學習的數(shù)據(jù)清洗流程

2、實施方案

第一階段試點工作擬接入2 個社區(qū)、1個商業(yè)綜合體等3 個城市單體，通過對社區(qū)、商業(yè)綜合體進行智能道閘、智能門禁、電子巡更、智能停車等智能化子系統(tǒng)的升級改造工作，實現(xiàn)智慧社區(qū)、智慧商業(yè)綜合體建設(shè)。通過實時采集社區(qū)、商業(yè)綜合體等城市單體物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)，與公安、民政、城管、市場監(jiān)督等政務數(shù)據(jù)融合后形成基層社會治理大數(shù)據(jù)中心，通過專家經(jīng)驗與機器學習等技術(shù)的綜合利用，為街道辦、派出所、社區(qū)居委會等多方提供集“態(tài)勢感知、決策分析、事件管理、監(jiān)測預警、專題應用、應急指揮”為一體的綜合治理大數(shù)據(jù)應用支撐服務，構(gòu)建街道、社區(qū)兩級綜合治理中心。后續(xù)將會接入轄區(qū)內(nèi)的學院、醫(yī)院等其他城市單體。

3、應用效果

該試點項目打通了綜治、公安、市監(jiān)、城管等八大數(shù)據(jù)孤島，治理人口12 萬人，成為首個打通社區(qū)與城市運管項目。滿足綜治、黨建、紅色物業(yè)、安全生產(chǎn)、計生、民政、社區(qū)、園區(qū)等多元治理需求，同時有效聚合各類政務服務和便民服務信息資源，為居民群眾提供了多項就近服務功能；平臺完成以綜合治理為主的實有房屋數(shù)據(jù)、實有人口、實有車輛數(shù)據(jù)、黨建、城管、工商、計生、物業(yè)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作，結(jié)合以門禁、人臉識別、車輛出入等動態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建社區(qū)重點人員全景視圖，通過對重點人員、異常行為的實時監(jiān)測，主動發(fā)現(xiàn)治安風險，將治安風險消滅在萌芽狀態(tài)。

六、結(jié)束語

中國城市治理智慧化仍然處于初始階段，充分利用新一代信息技術(shù)提升城市智慧化水平，是城市管理理念的重要變革，也是關(guān)乎民生改善的工程。在目前頂層設(shè)計、指標評價較為完善的情況下，大力推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化，需要解決智慧城市建設(shè)落地難、實施難的困境。

從城市單體智慧化到城市治理智慧化，為智慧城市落地實施探索出一條切實可行的路徑：以社區(qū)、園區(qū)、醫(yī)院、學校、商圈等城市單體智慧化建設(shè)為起點，實現(xiàn)智能化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、升級改造；以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)為重點，實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、處理以及分析，構(gòu)建城市治理大數(shù)據(jù)中心；以城市治理智慧化為終點，滿足多元治理需求，提升政府公共服務能力，打造和諧宜居的城市環(huán)境。