智慧城市大數(shù)據(jù)中心功能與架構(gòu)探討

秦沖，李從巖

（太極計(jì)算機(jī)股份有限公司）

1 引言

智慧城市是城市發(fā)展的主要趨勢(shì)，需要在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，為人們提供高效便捷的服務(wù)和管理。目前，智慧城市的發(fā)展仍處于探索階段，作為關(guān)鍵核心，大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)搭設(shè)組織架構(gòu)，讓市民、政府、單位等相關(guān)主體能夠順利實(shí)現(xiàn)各種功能，更好的參與到社會(huì)生活中去，推動(dòng)現(xiàn)代城市和區(qū)域經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展。

2 大數(shù)據(jù)與智慧城市

2.1 大數(shù)據(jù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷成熟，人類社會(huì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，從而產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)的概念。大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值，是重要的資源庫(kù)，成為各行各業(yè)改革發(fā)展的突破口，對(duì)人類社會(huì)發(fā)展具有更大的推動(dòng)作用。大數(shù)據(jù)體現(xiàn)出體量大、種類多、速度快、價(jià)值密度低四個(gè)主要特點(diǎn)，如何高效快速的尋找潛在價(jià)值是現(xiàn)階段需要著重解決的問(wèn)題。

2.2 智慧城市

智慧城市也是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，近幾年成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。從不同的視角看，智慧城市有著不同的定義，可以說(shuō)，智慧城市是在現(xiàn)代信息和通信技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)的，通過(guò)開(kāi)發(fā)利用大數(shù)據(jù)，更好的發(fā)揮城市功能，實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效管理，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入動(dòng)力，為居民生活提供便利。智慧城市建設(shè)不僅需要技術(shù)支持，而且要進(jìn)行政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)等多個(gè)層面的改革。智慧城市表現(xiàn)出許多特征，比如，覆蓋廣泛，協(xié)同共享，數(shù)據(jù)處理智能化，開(kāi)放應(yīng)用等[1]。

2.3 大數(shù)據(jù)與智慧城市的關(guān)系

政府管理部門(mén)在數(shù)據(jù)獲取上擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，這些數(shù)據(jù)資源潛藏著重要的利用價(jià)值，智慧城市的建設(shè)離不開(kāi)大數(shù)據(jù)的支持，能夠?yàn)槌鞘泄芾硖峁┛茖W(xué)依據(jù)，簡(jiǎn)而言之，大數(shù)據(jù)催生了智慧城市，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市運(yùn)行狀態(tài)的全面感知。反過(guò)來(lái)，智慧城市產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)，智慧城市的數(shù)據(jù)來(lái)源更加廣泛，包括基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、海量移動(dòng)數(shù)據(jù)等，二者相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)、共同發(fā)展。

3 智慧城市大數(shù)據(jù)中心功能分析

在國(guó)家十四五規(guī)劃中，明確提出了加快數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo)，而建設(shè)智慧城市、打造以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)體系正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可行路徑。

3.1 智慧城市大數(shù)據(jù)中心相關(guān)職能

智慧城市大數(shù)據(jù)中心的主要職能體現(xiàn)在三個(gè)方面：

①開(kāi)展與城市綜合治理相關(guān)的政務(wù)服務(wù)和活動(dòng)；②面向市民提供優(yōu)質(zhì)公共服務(wù)產(chǎn)品；③支持與城市發(fā)展密切相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。

所以，政府部門(mén)、企事業(yè)單位、管理機(jī)構(gòu)、廣大市民都是智慧城市大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的受益方，這些相關(guān)方扮演了不同的角色，政府相關(guān)部門(mén)通過(guò)政務(wù)信息系統(tǒng)為社會(huì)提供政務(wù)服務(wù)，同時(shí)對(duì)市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)和公共服務(wù)進(jìn)行有效監(jiān)管。企事業(yè)單位在行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的支持下進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，提供公共服務(wù)產(chǎn)品，并接受相關(guān)部門(mén)的服務(wù)與監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)成果的共享。市民群眾可以通過(guò)手機(jī)APP或者應(yīng)用門(mén)戶接收公共服務(wù)，享受政府部門(mén)及社會(huì)機(jī)構(gòu)提供的產(chǎn)品。所以，智慧城市大數(shù)據(jù)中心成為連接各社會(huì)主體的紐帶，為政務(wù)活動(dòng)、公共管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供了有力支持[2]。

3.2 智慧城市大數(shù)據(jù)中心主要功能

智慧城市大數(shù)據(jù)中心的主要功能包括數(shù)據(jù)服務(wù)功能和智慧城市應(yīng)用功能。其中，數(shù)據(jù)服務(wù)功能主要指的是大數(shù)據(jù)中心的收集、分析、處理、分享海量數(shù)據(jù)的能力，利用有價(jià)值的信息，為各類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)開(kāi)展、監(jiān)督管理等方面提供科學(xué)決策，政務(wù)信息系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)既是這項(xiàng)功能的提供方，又是這項(xiàng)功能的使用方。

4 智慧城市大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)探索

4.1 智慧城市大數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)階段的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，智慧城市大數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)主要包括應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層、大數(shù)據(jù)服務(wù)層、大數(shù)據(jù)應(yīng)用層等方面，具體組成如下圖1所示。廣大市民、企事業(yè)單位、政府相關(guān)部門(mén)分別通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、政務(wù)信息系統(tǒng)訪問(wèn)大數(shù)據(jù)中心，而應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)提供了統(tǒng)一的訪問(wèn)點(diǎn)，能夠?qū)υL問(wèn)權(quán)限進(jìn)行有效管理。大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)施、計(jì)算設(shè)施，能夠?yàn)榉?wù)層和應(yīng)用層提供安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。大數(shù)據(jù)服務(wù)層主要包括數(shù)據(jù)清洗整合服務(wù)、數(shù)據(jù)分析挖掘服務(wù)、數(shù)據(jù)交換共享服務(wù)，能夠保障各類數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)的順利實(shí)現(xiàn)。智慧城市大數(shù)據(jù)中心與政務(wù)信息系統(tǒng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有信息交互接口，為各種服務(wù)對(duì)象提供功能支持[3]。

圖1 智慧城市大數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)

4.2 智慧城市大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)分解

4.2.1 應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)

應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)為各種用戶提供統(tǒng)一訪問(wèn)點(diǎn)，為服務(wù)查詢、授權(quán)管理、登錄認(rèn)證等操作提供支持?，F(xiàn)階段，智慧城市和大數(shù)據(jù)服務(wù)采用的技術(shù)體制并不統(tǒng)一，在服務(wù)接口、傳輸與處理延時(shí)、數(shù)據(jù)量等方面存在一定差異，所以，在面對(duì)不同智慧城市運(yùn)用和大數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，可以選擇最適宜的應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)路徑，以實(shí)現(xiàn)高效率的信息交互處理。

4.2.2 大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層

大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層涵蓋了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)施、計(jì)算設(shè)施，為應(yīng)用層和服務(wù)層提供了安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。其中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施主要由前端網(wǎng)絡(luò)和后端網(wǎng)絡(luò)組成，前端網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算設(shè)施之間以及計(jì)算設(shè)施與外部接口的有效連接，而后端網(wǎng)絡(luò)則完成了計(jì)算設(shè)施和存儲(chǔ)設(shè)施的有效連接。存儲(chǔ)設(shè)施主要包括兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是通用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，另一個(gè)是分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。計(jì)算設(shè)施主要包括通用的云計(jì)算平臺(tái)和大數(shù)據(jù)一體機(jī)，大數(shù)據(jù)一體機(jī)能夠?qū)?shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)清洗整合進(jìn)行優(yōu)化，有效提高計(jì)算質(zhì)量和效率[4]。

4.2.3 大數(shù)據(jù)服務(wù)層

大數(shù)據(jù)服務(wù)層為外部應(yīng)用系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)清洗整合、數(shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)交換共享，與之對(duì)應(yīng)的形成了諸多分系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)清洗整合分系統(tǒng)能夠清洗原始數(shù)據(jù)，對(duì)那些不符合要求、不完整、有矛盾或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理，同時(shí)，有效整合在表面上屬于不同數(shù)據(jù)源但存在內(nèi)部邏輯關(guān)系的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建質(zhì)量較高的主題數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)分析挖掘分系統(tǒng)是一種可擴(kuò)展、可通用的大數(shù)據(jù)分析挖掘工具，對(duì)定制化數(shù)據(jù)分析挖掘插件提供支持，方便根據(jù)特定要求對(duì)原始數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

4.2.4 大數(shù)據(jù)應(yīng)用層

大數(shù)據(jù)應(yīng)用層包含了智慧城市多種應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用能夠提供公共服務(wù)和政務(wù)活動(dòng)，其服務(wù)端運(yùn)行于智慧城市大數(shù)據(jù)中心，客戶端有手機(jī)APP、門(mén)戶網(wǎng)站、微信公眾號(hào)等，方便通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隨時(shí)隨地的訪問(wèn)，讓廣大市民能夠更好地體驗(yàn)智慧城市應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)的便利。與基礎(chǔ)設(shè)施層和服務(wù)層相比，大數(shù)據(jù)應(yīng)用層體現(xiàn)出明顯的個(gè)性化、定制化特點(diǎn)，在不同國(guó)家不同城市，需要根據(jù)實(shí)際情況，發(fā)展符合實(shí)際需求的應(yīng)用系統(tǒng)，更好的拉近人們與城市之間的距離，滿足日常的生產(chǎn)生活需求和習(xí)慣[5]。

4.2.5 支撐保障分系統(tǒng)

支撐保障分系統(tǒng)主要是為大數(shù)據(jù)中心管理機(jī)構(gòu)服務(wù)的，為業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和內(nèi)部管理提供支持，主要功能包括安全保障、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理、系統(tǒng)運(yùn)維管理等。其中，安全保障能夠維護(hù)大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，讓用戶得到可靠的服務(wù)和體驗(yàn)，保證信息的完整性、機(jī)密性、真實(shí)性，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理針對(duì)的是各類應(yīng)用與服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，并且管理各種用戶的使用權(quán)限、檔案等方面內(nèi)容，系統(tǒng)運(yùn)維管理主要包括事件管理、配置管理、日志管理、故障管理等，需要針對(duì)大數(shù)據(jù)中心各軟硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行監(jiān)控狀態(tài)、參數(shù)調(diào)整、日志記錄、故障排查、異常預(yù)警等工作，這三個(gè)方面共同實(shí)現(xiàn)了支撐保障分系統(tǒng)的主要功能[6]。