智慧城市的頂層設(shè)計(jì)與發(fā)展

張中偉 張之義

摘要：在智慧城市建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了智慧城市建設(shè)的總體思路與建設(shè)思想，以智慧城市建設(shè)實(shí)例展開(kāi)闡述其建設(shè)的需求分析、總體架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)等主要內(nèi)容，對(duì)智慧城市建設(shè)過(guò)程進(jìn)行分享。根據(jù)智慧城市建設(shè)實(shí)踐，總結(jié)了智慧城市建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)與對(duì)策，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析與展望，為其他智慧城市建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市；系統(tǒng)架構(gòu)；統(tǒng)一感知；統(tǒng)一運(yùn)維；柔性架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）11-51-3

城市在人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，應(yīng)該積極地將科學(xué)技術(shù)引入到城市的建設(shè)與管理過(guò)程當(dāng)中，使城市獲得高速發(fā)展，為人類生活提供美好的生活空間。諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者斯蒂格利茨曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，有兩件大事影響21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程，即中國(guó)城市化和美國(guó)高科技[1]。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，基于數(shù)字城市建設(shè)，利用和融合更為先進(jìn)的技術(shù)，為未來(lái)城市發(fā)展提供技術(shù)支撐，極大影響著城市的發(fā)展，通過(guò)智慧城市建設(shè)，對(duì)城市的科學(xué)、合理建設(shè)等方面進(jìn)行探究，對(duì)智慧城市建設(shè)和發(fā)展具有重大意義。

智慧城市的概念一直沒(méi)有統(tǒng)一定義，較有代表性的定義包括：IBM公司對(duì)智慧城市的解釋是充分運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)和工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求做出智能的響應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的生活[2]；李德仁等提出智慧城市是在各行各業(yè)充分應(yīng)用新一代的IT技術(shù)，通過(guò)傳感器將各種物體普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，并與互聯(lián)網(wǎng)整合，更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)地管理生產(chǎn)和生活[3]；國(guó)家發(fā)展改革委等給出的定義是智慧城市是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式[4]。

盡管智慧城市的定義眾說(shuō)紛紜，但是本文認(rèn)為智慧城市的實(shí)質(zhì)是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息等新一代信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用與城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的深度融合，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式[5]，體現(xiàn)城市走向綠色、低碳、可持續(xù)、以人為本和高效運(yùn)行的發(fā)展需求。

智慧城市建設(shè)以實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)目標(biāo)為目的，以領(lǐng)域應(yīng)用來(lái)體現(xiàn)智慧城市建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，是達(dá)到城市目標(biāo)要素的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在進(jìn)行城市建設(shè)過(guò)程中需要通過(guò)頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行全局規(guī)劃，以城市的實(shí)際需求為輸入，結(jié)合城市運(yùn)行的客觀實(shí)際進(jìn)行建設(shè)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施[6]。

2.1需求分析

根據(jù)信息化基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)研材料，梳理信息化建設(shè)需求，結(jié)合需求分析和立足城市建設(shè)需要，歸納出其智慧城市建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)：統(tǒng)一融合、高速安全的基礎(chǔ)設(shè)施；實(shí)時(shí)高效、無(wú)處不在的信息服務(wù)；全程全時(shí)、實(shí)用實(shí)惠的惠民服務(wù)；穩(wěn)定和諧、細(xì)致安全的社會(huì)治理；低碳綠色、治理有序的宜居環(huán)境；創(chuàng)新融合、持續(xù)健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，需要依據(jù)信息化建設(shè)需求，解決城市運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，堅(jiān)持以人為本，最大化滿足城市發(fā)展、民眾需要、便捷安全的城市理念，使用頂層設(shè)計(jì)的思路和方法進(jìn)行智慧城市頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

智慧城市分層架構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)為分層架構(gòu)，分為基礎(chǔ)設(shè)施、公用用平臺(tái)和公共服務(wù)3部分。

智慧城市分層架構(gòu)包括：

“一云、一網(wǎng)、一中心”基礎(chǔ)設(shè)施：一云指統(tǒng)一集中的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施；一網(wǎng)指整合城市通信網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，融合成一張“天地一體化泛在網(wǎng)絡(luò)”；一中心指結(jié)合發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)城市運(yùn)營(yíng)管理中心，實(shí)現(xiàn)城市功能整合，按需服務(wù)。

“一圖、一庫(kù)、一平臺(tái)”公用平臺(tái)：一圖指建設(shè)全市三維立體全景圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地上地下空間資源統(tǒng)一管理；一庫(kù)指建設(shè)城市綜合管理庫(kù)，覆蓋各種基礎(chǔ)庫(kù)以及各業(yè)務(wù)應(yīng)用專題庫(kù)；一平臺(tái)指構(gòu)建一個(gè)信息共享、開(kāi)放、安全的通用功能平臺(tái)，形成統(tǒng)一資源、數(shù)據(jù)融合、促進(jìn)綜合、推進(jìn)開(kāi)放、保障安全的開(kāi)放通用信息環(huán)境。

“一號(hào)、一窗、一證”公共服務(wù)：主要以面向市民服務(wù)為中心，橫向打通各類信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的惠民服務(wù)，即以12345為統(tǒng)一接入號(hào)碼的市民服務(wù)熱線、以市民服務(wù)中心為統(tǒng)一行政審批窗口的業(yè)務(wù)辦理平臺(tái)以及以身份證號(hào)碼為統(tǒng)一身份識(shí)別標(biāo)志的公民信息認(rèn)證線上線下服務(wù)體系。

2.3總體設(shè)計(jì)

智慧城市的總體框架緊緊圍繞智慧城市的四大核心目標(biāo)“惠民服務(wù)”“城市管理”“社會(huì)治理”“產(chǎn)業(yè)發(fā)展”進(jìn)行設(shè)計(jì)。在分領(lǐng)域進(jìn)行智慧創(chuàng)新建設(shè)的同時(shí)，建設(shè)城市信息基礎(chǔ)設(shè)施，包括云計(jì)算/大數(shù)據(jù)中心、城市運(yùn)營(yíng)管理中心、天地一體化泛在通信網(wǎng)絡(luò)、通用功能平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)空間安全體系等工程，智慧城市系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.4實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.4.1通信網(wǎng)絡(luò)

智慧城市通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用3層架構(gòu)：傳輸層、承載層和服務(wù)層，其中傳輸層根據(jù)地位、作用分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)2部分。對(duì)已有的不同網(wǎng)系進(jìn)行一體化整合，通過(guò)統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行路由與流量監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能監(jiān)測(cè)，最終得到全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、流量拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)態(tài)勢(shì)等狀態(tài)信息，可作為資源策略控制系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸QoS控制的依據(jù)，業(yè)務(wù)控制統(tǒng)一通信可以完成不同業(yè)務(wù)網(wǎng)系互聯(lián)互通時(shí)信令和媒體的適配，承載層和服務(wù)層的網(wǎng)絡(luò)能力可通過(guò)服務(wù)化封裝的方式提供給上層應(yīng)用，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口直接調(diào)用。

2.4.2云計(jì)算

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心以XaaS模式提供對(duì)外的服務(wù)，在不同的服務(wù)層次，如IaaS，PaaS，SaaS直接提供對(duì)外接口。

2.4.3服務(wù)化技術(shù)

面向服務(wù)技術(shù)架構(gòu)（SOA）作為核心服務(wù)的基礎(chǔ)，提供統(tǒng)一的門(mén)戶服務(wù)、目錄服務(wù)、身份認(rèn)證服務(wù)、搜索發(fā)現(xiàn)服務(wù)、消息服務(wù)、中介服務(wù)、安全服務(wù)和資源管理服務(wù)。

2.4.4信息安全體系

城市網(wǎng)絡(luò)空間安全體系建設(shè)就是打造安全可控的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、保護(hù)信息與信息交互安全、構(gòu)建健康有序的網(wǎng)絡(luò)秩序。在物理域保護(hù)構(gòu)建城市網(wǎng)絡(luò)空間的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、計(jì)算中心和終端設(shè)備的安全。在邏輯域保護(hù)城市網(wǎng)絡(luò)空間承載的各種應(yīng)用服務(wù)、平臺(tái)和數(shù)據(jù)的安全；在社會(huì)域?qū)Τ鞘芯W(wǎng)絡(luò)空間各種信息數(shù)據(jù)所反映的意識(shí)形態(tài)、反恐維穩(wěn)、國(guó)家安全、網(wǎng)絡(luò)輿情進(jìn)行內(nèi)容安全監(jiān)管和風(fēng)險(xiǎn)防控。

隨著智慧城市建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，在政府服務(wù)、城市治理、交通管制、應(yīng)急指揮、便民服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用等方面取得了一定的成效，但是，也出現(xiàn)了缺乏城市定位與特色打造、缺乏頂層設(shè)計(jì)的重復(fù)建設(shè)、新興技術(shù)應(yīng)用貧乏且缺失智慧、重硬輕軟、重實(shí)輕文、政策變化影響建設(shè)實(shí)施一級(jí)缺乏持續(xù)發(fā)展生態(tài)環(huán)境與業(yè)務(wù)模式等問(wèn)題。

對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題可以采取以下措施：確立城市精準(zhǔn)定位與建設(shè)目標(biāo)；注重頂層規(guī)劃、避免重復(fù)建設(shè)；加強(qiáng)科技創(chuàng)新和智能服務(wù)能力；以人為本，科技與人文相結(jié)合；政府部門(mén)制定長(zhǎng)效政策；創(chuàng)新智慧城市運(yùn)營(yíng)與商業(yè)模式。

在智慧城市建設(shè)實(shí)踐過(guò)程中，智慧城市正在呈現(xiàn)信息技術(shù)改造傳統(tǒng)、移動(dòng)互聯(lián)改變生活、無(wú)人化城市應(yīng)用、萬(wàn)億規(guī)模感知、大數(shù)據(jù)與智能化及新技術(shù)應(yīng)用等特點(diǎn)[7]，主要得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與推動(dòng)，與智慧城市相關(guān)的技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)如下：

①系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：智慧城市頂層設(shè)計(jì)過(guò)程需要研究一套具有可復(fù)用、松耦合、高擴(kuò)展性、易于理解和指導(dǎo)性強(qiáng)等特點(diǎn)的適合國(guó)情的科學(xué)的方法體系，對(duì)智慧城市頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行指引。

②統(tǒng)一感知技術(shù)：以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧城市需要統(tǒng)一感知技術(shù)的支撐，以此對(duì)智慧城市的科學(xué)、合理建設(shè)對(duì)策進(jìn)行探尋，對(duì)我國(guó)智慧城市的建設(shè)和發(fā)展有著極為重大的意義。

③大數(shù)據(jù)技術(shù)：城市大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義在于對(duì)含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理，提高對(duì)數(shù)據(jù)的加工能力，通過(guò)加工實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市管理等方面都有著不可替代的作用[8]。

④統(tǒng)一運(yùn)維：智慧城市建設(shè)需要統(tǒng)一的城市大腦實(shí)現(xiàn)城市資源管理、城市運(yùn)行和城市維護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)城市運(yùn)維向云化架構(gòu)演進(jìn)，增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展能力，降低系統(tǒng)擴(kuò)容成本，提升系統(tǒng)運(yùn)維效率。

⑤柔性架構(gòu)技術(shù)：柔性架構(gòu)技術(shù)可充分利用云計(jì)算的大規(guī)模、高可用、按需服務(wù)和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，打造城市全局核心服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨部門(mén)的異構(gòu)系統(tǒng)間智能互操作。

⑥軟件化技術(shù)：利用虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)和軟件定義無(wú)線電等技術(shù)，解決計(jì)算資源與存儲(chǔ)資源耦合綁定、網(wǎng)絡(luò)資源固化以及資源不能動(dòng)態(tài)定義等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)各類資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配和功能軟件定義等功能。

⑦人工智能技術(shù)：發(fā)揮人工智能在城市模擬、便捷服務(wù)、智能設(shè)備、城市大腦以及智能應(yīng)用等重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，提升城市運(yùn)行、公共服務(wù)、便民生活和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面的能力[9]。

⑧城市智能化：通過(guò)智能化技術(shù)，以人和環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體功能，實(shí)現(xiàn)具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的有生命特征的智慧能力，形成有效提升各類智能化系統(tǒng)信息綜合應(yīng)用的功能環(huán)境。

智慧城市是將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字信息、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)和一系列科技創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于城市的管理與轉(zhuǎn)型，達(dá)到高效的城市管理及規(guī)劃建設(shè)，實(shí)現(xiàn)惠民的便民服務(wù)，提高城市的可持續(xù)發(fā)展。智慧城市要遵循統(tǒng)一規(guī)劃、立足本地和以人為本的基本原則進(jìn)行建設(shè)，不僅能推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更重要的是保障國(guó)民生活水平的有效提高，引導(dǎo)城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)綠色、健康和環(huán)保低碳的發(fā)展戰(zhàn)略。

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