基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的新型智慧城市架構(gòu)分析

文＿鞏建波（山東省濱州市濱城區(qū)大數(shù)據(jù)中心，副主任，工程師）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)日益成熟進(jìn)步和普及應(yīng)用，促使智慧城市建設(shè)加速步入了以信息為主導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)為支撐、數(shù)據(jù)為要義、服務(wù)為根本的新型智慧城市階段，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在智慧城市建設(shè)中的核心作用日漸凸顯。智慧城市已成為引領(lǐng)城市數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升城市綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要引擎。山東省濱州市主城區(qū)濱城區(qū)，被列入該省2020年創(chuàng)建四星級(jí)新型智慧城市建設(shè)試點(diǎn)城市。經(jīng)過(guò)近兩年的努力，濱城區(qū)的新型智慧城市建設(shè)取得顯著成效，走出了一條獨(dú)具特色的智慧化城市發(fā)展之路。

一、大數(shù)據(jù)對(duì)新型智慧城市建設(shè)的重要性

智慧城市是信息時(shí)代城市發(fā)展的方向，其應(yīng)用過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、存儲(chǔ)和利用的過(guò)程，借助現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)城市運(yùn)行系統(tǒng)的互聯(lián)、高效和智能發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術(shù)是智慧城市實(shí)現(xiàn)“智慧化”的關(guān)鍵支撐技術(shù)，在政治決策與服務(wù)、生活及城市運(yùn)作和管理等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有準(zhǔn)確性高、利用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以整合分析跨地域、跨行業(yè)、跨部門的海量數(shù)據(jù)，大大提高數(shù)據(jù)收集、處理、分析效率，為新型智慧城市建設(shè)減少時(shí)間成本和資金成本。同時(shí)可推動(dòng)數(shù)據(jù)、信息技術(shù)與城市建設(shè)相融合，讓智慧城市的居民能夠更加方便快捷地獲得和享受智慧城市的公共服務(wù)（見圖1）。

圖1 濱城區(qū)新型智慧城市規(guī)劃藍(lán)圖

二、總體需求分析

（一）夯實(shí)智慧城市底座

數(shù)字基座是新型智慧城市建設(shè)和運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，也是新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。當(dāng)前，5G網(wǎng)絡(luò)、信息采集終端等基礎(chǔ)設(shè)施還不完善，難以適應(yīng)新型智慧化的需求。應(yīng)大力推進(jìn)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建設(shè)視頻共享交換平臺(tái)，擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，延伸擴(kuò)容電子政務(wù)外網(wǎng)，加快部署各類物聯(lián)感知設(shè)施，通過(guò)匯聚視頻、智慧照明、WiFi、RFID（Radio Frequency Identification，即無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)、煙感探測(cè)器、水浸探測(cè)器、井蓋探測(cè)器等城市物聯(lián)設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)城市部件精確管理和事件動(dòng)態(tài)感知，以提高城市智能化監(jiān)控管理 水平。

（二）建設(shè)數(shù)據(jù)賦能中心

數(shù)據(jù)的獲取是智慧城市建設(shè)的“智慧之源”。當(dāng)前，各職能部門之間業(yè)務(wù)協(xié)同能力不足，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度價(jià)值和綜合價(jià)值。一是應(yīng)積極推進(jìn)信息資源數(shù)據(jù)交換和共享體系建設(shè)，構(gòu)建統(tǒng)一高效、安全可靠、按需服務(wù)的“城市數(shù)字大腦”，融合匯聚城市感知數(shù)據(jù)、政府?dāng)?shù)據(jù)、社會(huì)數(shù)據(jù)，打破“信息孤島”“數(shù)據(jù)煙囪”，為新型智慧城市建設(shè)提供集約數(shù)據(jù)資源和公共能力支撐，讓大數(shù)據(jù)真正產(chǎn)生“大智慧”。二是應(yīng)整合政府部門、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)、通信公司等信息資源，建設(shè)區(qū)級(jí)智慧城市運(yùn)行指揮中心，提升多維度數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、預(yù)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與管控等共性能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的全面感知、態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)、事件預(yù)警，實(shí)現(xiàn)“一張圖”掌控城市運(yùn)行態(tài)勢(shì)。三是應(yīng)加快構(gòu)建公共數(shù)據(jù)資源開放共享的制度體系，建設(shè)公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、專題庫(kù)和部門共享庫(kù)，實(shí)現(xiàn)非涉密業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源在部門間統(tǒng)一共享交換，帶動(dòng)大數(shù)據(jù)增值性、公益性開發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用（見圖2）。

圖2 濱城區(qū)一體化指揮平臺(tái)

（三）打造高效數(shù)字政府

數(shù)字政府建設(shè)是落實(shí)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)戰(zhàn)略的重要舉措，是加快政府職能轉(zhuǎn)變、塑造政府公共服務(wù)理念、完善政府治理的一場(chǎng)深刻變革。應(yīng)不斷深化“放管服”改革，優(yōu)化政務(wù)服務(wù)效能，激發(fā)政務(wù)服務(wù)潛力，加強(qiáng)各職能部門間的數(shù)據(jù)互通，構(gòu)筑基于政務(wù)數(shù)據(jù)共建共享的服務(wù)和治理新格局。要充分借鑒國(guó)際國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)思維，推動(dòng)政務(wù)服務(wù)改革創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)政府高效協(xié)同治理。

（四）促進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)

濱城區(qū)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)占比較大，新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換任務(wù)艱巨，迫切需要對(duì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造。濱城區(qū)作為主城區(qū)，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚，應(yīng)以數(shù)據(jù)為核心生產(chǎn)要素，創(chuàng)新數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和體制機(jī)制，夯實(shí)數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)，提升產(chǎn)業(yè)要素品質(zhì)，創(chuàng)新發(fā)展大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，打造具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)、成效顯著、體系完善的經(jīng)濟(jì)發(fā)展新格局。同時(shí)，要統(tǒng)籌建設(shè)智慧園區(qū)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)容，釋放數(shù)據(jù)活力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)。

（五）構(gòu)建民生服務(wù)體系

新型智慧城市建設(shè)的根本目的在于構(gòu)建以市民為中心的智慧城市，建設(shè)市民與政府全方位互動(dòng)、可持續(xù)的生態(tài)環(huán)境。應(yīng)從市民最關(guān)心、最緊迫的現(xiàn)實(shí)利益問(wèn)題入手，基于數(shù)據(jù)融合、業(yè)務(wù)協(xié)同和通用系統(tǒng)，統(tǒng)籌實(shí)施智慧社區(qū)、智慧教育、智慧醫(yī)療、智慧養(yǎng)老等一攬子惠民、便民工程，讓數(shù)據(jù)多跑路、群眾少跑腿，不斷增強(qiáng)市民對(duì)新型智慧城市建設(shè)的獲得感、認(rèn)同感和參與感，打造更有品質(zhì)的中心城區(qū)（見圖3）。

圖3 濱城區(qū)智慧社區(qū)智能運(yùn)營(yíng)中心

三、架構(gòu)設(shè)計(jì)

濱城區(qū)結(jié)合新型智慧城市提出的“六個(gè)一”架構(gòu)，在充分借鑒國(guó)內(nèi)外智慧城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)做法的基礎(chǔ)上，立足轄區(qū)基礎(chǔ)條件和發(fā)展實(shí)際，高標(biāo)準(zhǔn)編制了《新型智慧城市建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》，對(duì)智慧城市的總體架構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃，既滿足了當(dāng)前現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求，又著眼于未來(lái)，引領(lǐng)城市發(fā)展，為新型智慧城市建設(shè)提供了根本遵循。

從總體架構(gòu)看，濱城區(qū)新型智慧城市自上而下分為三層：業(yè)務(wù)與應(yīng)用架構(gòu)層、數(shù)據(jù)架構(gòu)層、基礎(chǔ)設(shè)施層。其中：業(yè)務(wù)與應(yīng)用架構(gòu)層包括城市運(yùn)行指揮中心和高效率協(xié)同、高質(zhì)量發(fā)展、高品質(zhì)生活、高水平治理四類智慧應(yīng)用。數(shù)據(jù)架構(gòu)層包括城市操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)融合平臺(tái)兩部分?；A(chǔ)設(shè)施層包括電子政務(wù)外網(wǎng)、物聯(lián)感知設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、高性能計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備等（見圖4）。

圖4 濱城區(qū)新型智慧城市總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）業(yè)務(wù)與應(yīng)用架構(gòu)

智慧城市運(yùn)行指揮中心：基于智慧城市數(shù)字大腦，整合各類政務(wù)數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)、部件數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息資源，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建專題業(yè)務(wù)模塊，推動(dòng)城市管理行為向跨層級(jí)、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的綜合協(xié)同管理轉(zhuǎn)變，打造未來(lái)城市態(tài)勢(shì)感知中心、決策指揮調(diào)度中心、社會(huì)治理服務(wù)中心、城市服務(wù)集散中心、處突維穩(wěn)保障中心。

智慧應(yīng)用：聚焦政府、企業(yè)、市民需求，依托“城市數(shù)字大腦”，統(tǒng)籌規(guī)劃布局智慧城市應(yīng)用體系，突出“政府部門高效率協(xié)同、企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、市民高品質(zhì)生活、政府高水平治理”4大主題，構(gòu)建“優(yōu)政、興業(yè)、惠民、智治”4大智慧應(yīng)用體系，促進(jìn)政務(wù)服務(wù)效率提升、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展、市民生活幸福和諧、政府治理效能改善?！皟?yōu)政”方面涵蓋了一網(wǎng)通辦、智慧稅務(wù)等服務(wù)應(yīng)用；“興業(yè)”方面涵蓋了項(xiàng)目管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等內(nèi)容，比如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等；“惠民”方面從市民需求出發(fā)，部署了智慧社區(qū)、智慧教育、智慧醫(yī)療等智能化、一體化公眾服務(wù)應(yīng)用；“智治”方面聚焦城市發(fā)展中的短板和痛點(diǎn)，搭建智慧應(yīng)急、智慧交通等平臺(tái)，進(jìn)一步提升城市治理效率和現(xiàn)代化水平（見圖5）。

（二）數(shù)據(jù)架構(gòu)

城市操作系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)中公用、通用業(yè)務(wù)組件和技術(shù)組件進(jìn)行集中建設(shè)，為智慧應(yīng)用、移動(dòng)APP、城市運(yùn)行指揮中心等提供相應(yīng)的共性服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源和能力復(fù)用，有效降低智慧城市的建設(shè)成本，提高智慧應(yīng)用的運(yùn)行效率（見圖6）。同時(shí)，通過(guò)操作系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃，打破業(yè)務(wù)壁壘，實(shí)現(xiàn)協(xié)作互通共享。

數(shù)據(jù)融合平臺(tái)：統(tǒng)籌整合政務(wù)數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)、時(shí)空數(shù)據(jù)，統(tǒng)一區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源體系，完善城市公共基礎(chǔ)庫(kù)、模型庫(kù)、算法庫(kù)。通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)手段，將各類數(shù)據(jù)融合、碰撞，為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，在智慧城市建設(shè)中發(fā)揮更大的價(jià)值。

圖5 濱城區(qū)智慧稅務(wù)監(jiān)管平臺(tái)

圖6 “彭小李”智慧社區(qū)小程序

新型智慧城市建設(shè)離不開數(shù)據(jù)信息的支撐。當(dāng)前，隨著智慧城市的建設(shè)，數(shù)據(jù)信息類型多樣、數(shù)量巨大，包括視頻數(shù)據(jù)、時(shí)空數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)等。其中，視頻數(shù)據(jù)是城市數(shù)據(jù)體量最大的一部分，主要來(lái)源于城市管理、公共安全、企業(yè)、家庭等領(lǐng)域。建設(shè)新型智慧城市一是要擴(kuò)大視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，滿足PB（PetaByte，拍字節(jié)、千萬(wàn)億字節(jié)，為存儲(chǔ)容量單位，1PB=1024TB）的存儲(chǔ)能力。二是要準(zhǔn)確分析，針對(duì)實(shí)時(shí)視頻圖像、歷史視頻圖像，提供分布式視頻結(jié)構(gòu)化能力。三是要開發(fā)應(yīng)用視頻數(shù)據(jù)，針對(duì)交通違法、社會(huì)治理等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)快速檢索、智能研判、統(tǒng)計(jì)分析。時(shí)空數(shù)據(jù)是城市數(shù)字孿生的基礎(chǔ)，是智慧城市不可或缺的、基礎(chǔ)性信息資源，也是其他信息交換共享與協(xié)同應(yīng)用的載體，可以為其他信息在三維空間和時(shí)間交織構(gòu)成的四維環(huán)境中提供時(shí)空基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一時(shí)空基礎(chǔ)下的規(guī)劃、布局、分析和決策。物聯(lián)數(shù)據(jù)是城市感知的數(shù)據(jù)化表達(dá)，通過(guò)分布在城市各個(gè)角落的各種智能傳感器，感知城市氣象、空氣、環(huán)境、消防、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)等實(shí)時(shí)變化，具有數(shù)據(jù)海量采集、持續(xù)產(chǎn)生等諸多特點(diǎn)?；A(chǔ)信息數(shù)據(jù)是城市政治、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的最直接記錄，能統(tǒng)籌整合分散在各級(jí)政府部門、企業(yè)、社會(huì)和互聯(lián)網(wǎng)上的各類數(shù)據(jù)，匯聚形成一人一檔、一企一檔、一車一檔、一房一檔等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，面向經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、城市管理構(gòu)建各類數(shù)據(jù)主題，為城市各類智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

（三）基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施是智慧城市建設(shè)的先決條件。僅靠區(qū)級(jí)有限的資金投入，遠(yuǎn)不能滿足智慧城市建設(shè)的需要。必須堅(jiān)持“集約化、一體化”建設(shè)理念，優(yōu)化資源配置，減少重復(fù)投資，重點(diǎn)建設(shè)與城市特色相關(guān)的各類基礎(chǔ)設(shè)施，如在物聯(lián)感知層，構(gòu)建全面感知、全網(wǎng)絡(luò)覆蓋、超強(qiáng)計(jì)算能力的技術(shù)架構(gòu)，為智慧城市建設(shè)統(tǒng)一提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)感知等資源服務(wù)。

通過(guò)將傳統(tǒng)通信技術(shù)與5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)相結(jié)合，有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，固定應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用相結(jié)合，視頻監(jiān)控和指揮調(diào)度相結(jié)合，在保障信息安全可靠的同時(shí)，利用視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的融合通信技術(shù)，支持城市運(yùn)行工作，實(shí)現(xiàn)人與人、人與機(jī)器、人與物以及物與物之間直接溝通的“泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”。

泛在網(wǎng)絡(luò)的智能物聯(lián)感知基礎(chǔ)設(shè)施是在統(tǒng)一的城市物聯(lián)感知體系基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)格化方式建立的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)感知設(shè)備和感知網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一接入、感知數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、感知數(shù)據(jù)前置處理和反饋、感知網(wǎng)絡(luò)安全管理等功能。物聯(lián)感知層采用各類傳感設(shè)備、圖像視頻采集設(shè)備，對(duì)城市中的人、車、物、道路、管網(wǎng)、氣象、環(huán)境、能源等要素進(jìn)行全面感知、完成數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，并通過(guò)網(wǎng)間連接器與網(wǎng)絡(luò)傳輸層進(jìn)行連接（見圖7）。

圖7 智能物聯(lián)感知基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)

四、結(jié)語(yǔ)

新型智慧城市的規(guī)劃建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng)工程，必須做到規(guī)劃先行。通過(guò)對(duì)濱城區(qū)新型智慧城市需求和架構(gòu)的分析，可以看出新型智慧城市建設(shè)必須因地制宜、統(tǒng)籌謀劃、分類施策，才能設(shè)計(jì)出實(shí)用性強(qiáng)、獨(dú)具特色的智慧城市。而大數(shù)據(jù)在為智慧城市建設(shè)提供新技術(shù)的同時(shí)，也對(duì)智慧城市建設(shè)提出了新的要求。在新型智慧城市建設(shè)中，必須更加注重信息共享和信息安全，最終實(shí)現(xiàn)治理的智慧化、現(xiàn)代化、科學(xué)化和精準(zhǔn)化。（文中部分圖片來(lái)源于濱城區(qū)云稅通稅收協(xié)同共治平臺(tái)、“彭小李”智慧社區(qū)小程序、大眾報(bào)業(yè)集團(tuán)旗下賬號(hào)“海報(bào)新聞”）