智慧城市跨域數(shù)據(jù)治理體系與平臺(tái)研究

董晶，張?zhí)忑?/p>

（1.太極計(jì)算機(jī)股份有限公司，北京 100020：2.華北計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100083）

0 引言

我國(guó)大力推動(dòng)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、“新基建”對(duì)城市大數(shù)據(jù)治理和共享提出了很高的要求，如何構(gòu)建安全高效的城市數(shù)據(jù)治理和共享平臺(tái)，解決智慧城市大數(shù)據(jù)治理、共享和服務(wù)中面臨的問(wèn)題，是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同的焦點(diǎn)。城市數(shù)據(jù)具有多源、海量、多模態(tài)等特點(diǎn)，城市治理和共享要解決數(shù)智融合、算力融合、多模態(tài)異構(gòu)融合等問(wèn)題，融合已成為重要特征和趨勢(shì)。數(shù)據(jù)治理與人工智能的發(fā)展日益相輔相成，城市數(shù)據(jù)治理為人工智能的應(yīng)用提供高質(zhì)量的合規(guī)數(shù)據(jù)，人工智能對(duì)數(shù)據(jù)治理提供諸多優(yōu)化。城市數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)治理涉及不同領(lǐng)域、不同層級(jí)系統(tǒng)的可信跨域、跨層次對(duì)接互通問(wèn)題。在城市數(shù)據(jù)治理領(lǐng)域，尚未實(shí)現(xiàn)完善可信高效的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，大規(guī)模的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享仍處于探索階段[1]。目前，區(qū)塊鏈的跨鏈機(jī)制是實(shí)現(xiàn)城市數(shù)據(jù)跨域可信共享與有效監(jiān)管的重要前提和基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外智慧城市建設(shè)縱橫推進(jìn)，但城市數(shù)據(jù)治理和共享尚未沒(méi)有形成長(zhǎng)效機(jī)制。我國(guó)尚未形成完整的城市數(shù)據(jù)治理與共享體系。長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)等啟動(dòng)建設(shè)區(qū)域特色鮮明的智慧城市群，初步探索醫(yī)保、社保等鄰近區(qū)域的數(shù)據(jù)打通和業(yè)務(wù)協(xié)同。將若干中心城市的智慧城市數(shù)據(jù)治理與共享能力擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)的城市群綜合治理，形成城市數(shù)據(jù)治理鏈、數(shù)據(jù)融合共享鏈和服務(wù)協(xié)同鏈，進(jìn)行城市精細(xì)化管理服務(wù)，目前還處于起步階段。

1 城市跨域數(shù)據(jù)治理體系

基于復(fù)雜系統(tǒng)論，聚焦城市級(jí)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、匯聚、管理、分析和共享過(guò)程，建立數(shù)據(jù)治理決策權(quán)和職責(zé)體系，覆蓋政府、企業(yè)、社會(huì)組織和公眾等多元治理主體。聚焦數(shù)據(jù)生命周期、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全等治理客體，定義跨地域、跨層級(jí)、跨領(lǐng)域、跨業(yè)務(wù)、跨系統(tǒng)的多模態(tài)數(shù)據(jù)治理活動(dòng)，形成城市數(shù)據(jù)治理模型。

以城市數(shù)據(jù)治理模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建包含治理要素控制、治理過(guò)程控制、治理層次控制和治理機(jī)制控制的多視域安全可信數(shù)據(jù)治理框架[2]。聚焦多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用過(guò)程中涉及的權(quán)利責(zé)任利益分配問(wèn)題，形成多層次的安全可信數(shù)據(jù)治理機(jī)制，形成宏觀、中觀和微觀層面融合的決策機(jī)制、責(zé)任機(jī)制、利益機(jī)制、監(jiān)督機(jī)制、約束機(jī)制框架。

2 跨域城市數(shù)據(jù)治理平臺(tái)構(gòu)建與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 平臺(tái)框架

以城市數(shù)據(jù)治理與共享體系為基礎(chǔ)，通過(guò)可信可溯源的數(shù)據(jù)匯聚和服務(wù)匯聚，形成數(shù)據(jù)目錄與服務(wù)目錄、城市數(shù)據(jù)集與服務(wù)集，并通過(guò)城市數(shù)據(jù)與服務(wù)的網(wǎng)格化交互，構(gòu)建城市服務(wù)圖譜，形成城市數(shù)據(jù)與服務(wù)的協(xié)同機(jī)制[3]。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建城市數(shù)據(jù)治理與共享平臺(tái)，支持城市智能化的精細(xì)管理和服務(wù)。平臺(tái)框架如圖1所示。

圖1 跨域城市數(shù)據(jù)治理平臺(tái)框架

2.2 城市服務(wù)節(jié)點(diǎn)生成

城市服務(wù)節(jié)點(diǎn)是城市數(shù)據(jù)治理共享平臺(tái)的支撐環(huán)境。根據(jù)城市行業(yè)和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，基于城市基礎(chǔ)云平臺(tái)，對(duì)公共服務(wù)，形成核心資源節(jié)點(diǎn)；對(duì)專門業(yè)務(wù)服務(wù)，生成業(yè)務(wù)資源節(jié)點(diǎn)；對(duì)監(jiān)管節(jié)點(diǎn)，生成城市公共服務(wù)和專門業(yè)務(wù)監(jiān)管資源池。

2.3 城市數(shù)據(jù)與應(yīng)用接入

城市數(shù)據(jù)分布在多行業(yè)，跨多個(gè)主體部門，相互獨(dú)立的系統(tǒng)通常都具有數(shù)據(jù)量大、復(fù)雜異構(gòu)、隱私限制等特點(diǎn)。由于傳輸成本、數(shù)據(jù)所屬以及服務(wù)質(zhì)量等問(wèn)題，以云計(jì)算為代表的集中式處理模式無(wú)法高效地處理這些系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)[4]。采用基于邊緣智能的多源多模態(tài)城市數(shù)據(jù)接入方法，將智能算法與模型部署到邊緣設(shè)備中。利用邊緣設(shè)備直接進(jìn)行處理而不上傳到云服務(wù)器，避免隱私泄露。對(duì)于非隱私數(shù)據(jù)，利用邊緣智能進(jìn)行初步加工，將海量多模態(tài)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏轉(zhuǎn)化，傳輸至云服務(wù)器，減少帶寬消耗。利用邊緣設(shè)備直接響應(yīng)用戶產(chǎn)生的部分高頻率、低精度的智慧城市相關(guān)需求，增強(qiáng)服務(wù)的實(shí)時(shí)性。

2.4 多模態(tài)數(shù)據(jù)清洗與規(guī)約

數(shù)據(jù)治理的處理對(duì)象是海量分布在各個(gè)系統(tǒng)中的多模態(tài)數(shù)據(jù)。不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)代碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)等往往不一樣,嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的可用性?；诳缒B(tài)特征度量，提取多領(lǐng)域多行業(yè)城市數(shù)據(jù)特征屬性，建立城市級(jí)分層次標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)元庫(kù)，采用區(qū)塊鏈歷史記錄鏈?zhǔn)綖橹黧w的塊狀存儲(chǔ)技術(shù)和哈希算法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)元的不可篡改、城市級(jí)一致性、演變追溯性和跨系統(tǒng)互通性。

基于自然語(yǔ)言理解和標(biāo)簽傳播算法抽取城市分領(lǐng)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)拼接賦值等規(guī)則實(shí)體和事件實(shí)體等要素，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)元、規(guī)約規(guī)則間關(guān)系的語(yǔ)義化表示，基于RDFS-Plus建立領(lǐng)域分片規(guī)約規(guī)則知識(shí)樹(shù)和規(guī)約事件知識(shí)邏輯模型[5]。對(duì)不同領(lǐng)域多模態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)屬性基于機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行認(rèn)知和識(shí)別,提出基于有偏隨機(jī)游走的數(shù)據(jù)規(guī)約路徑生成算法，對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)標(biāo)和數(shù)據(jù)規(guī)約。

2.5 多領(lǐng)域異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可信授權(quán)

采用區(qū)塊鏈技術(shù)，通過(guò)規(guī)范的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳輸格式以及統(tǒng)一加密算法，實(shí)現(xiàn)多機(jī)構(gòu)主體系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，并通過(guò)異構(gòu)多鏈和異步多任務(wù)交互協(xié)議，形成數(shù)據(jù)共享與智能合約調(diào)用的基礎(chǔ)安全操作集，為城市應(yīng)用提供靈活易用的調(diào)用接口。

不同領(lǐng)域系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)授權(quán)管理智能合約的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，并通過(guò)智能合約與鏈上鏈下協(xié)同進(jìn)行跨域數(shù)據(jù)授權(quán)，數(shù)據(jù)授權(quán)方通過(guò)一次性對(duì)稱密鑰方式加密請(qǐng)求數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)即便該部分?jǐn)?shù)據(jù)被人獲取，其余數(shù)據(jù)的安全性依舊能夠得到保證。

通過(guò)設(shè)計(jì)角色權(quán)限模型對(duì)智慧城市不同領(lǐng)域系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理，通過(guò)劃分治理角色、監(jiān)管角色、業(yè)務(wù)角色等，使得僅有部分角色能獲取數(shù)據(jù)授權(quán)密鑰。多機(jī)構(gòu)主體的數(shù)據(jù)請(qǐng)求方與授權(quán)方通過(guò)智能合約和統(tǒng)一密鑰進(jìn)行跨域數(shù)據(jù)授權(quán)。

2.6 城市服務(wù)圖譜

海量城市數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)服務(wù)如何根據(jù)需求進(jìn)行場(chǎng)景化交互協(xié)同是城市服務(wù)智能化和精細(xì)化基礎(chǔ)，城市服務(wù)圖譜建立城市數(shù)據(jù)與服務(wù)、服務(wù)與服務(wù)的關(guān)聯(lián)，形成城市服務(wù)脈絡(luò)。依據(jù)城市服務(wù)主題構(gòu)建服務(wù)主題分面樹(shù)，通過(guò)主題間關(guān)系的語(yǔ)義化表示建立城市服務(wù)森林圖譜邏輯模型，并基于場(chǎng)景屬性的向量化表示與服務(wù)主題關(guān)聯(lián)拓?fù)涮卣鬟M(jìn)行城市“主題-分面”關(guān)系抽取、基于小樣本學(xué)習(xí)解決碎片化場(chǎng)景與主題分面的映射、基于認(rèn)知關(guān)系進(jìn)行服務(wù)圖譜場(chǎng)景導(dǎo)航。

2.7 城市數(shù)據(jù)治理鏈

基于區(qū)塊鏈的跨域交互，構(gòu)建安全可信的數(shù)據(jù)治理鏈，提供不同應(yīng)用鏈間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相互訪問(wèn)和交換能力，協(xié)同城市數(shù)據(jù)和服務(wù)，使城市數(shù)據(jù)可溯源、可信互聯(lián)和共享，支持跨域跨行業(yè)數(shù)據(jù)連通和場(chǎng)景協(xié)同。

3 結(jié)語(yǔ)

跨域城市數(shù)據(jù)治理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前，大規(guī)?？缬蚩尚艛?shù)據(jù)共享還在探索階段?；趨^(qū)塊鏈的大規(guī)?？缬驍?shù)據(jù)交換的性能問(wèn)題、安全問(wèn)題和數(shù)據(jù)高效管理問(wèn)題是未來(lái)進(jìn)一步的研究重點(diǎn)。