互操作性在智慧城市中的應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化研究

摘 要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，智慧城市已成為未來城市發(fā)展的重要方向?；ゲ僮餍宰鳛橹腔鄢鞘薪ㄔO(shè)中不可或缺的一環(huán)，對于提升城市管理的智能化、信息化水平具有重要意義。本文旨在探討互操作性在智慧城市中的應(yīng)用及其標(biāo)準(zhǔn)化研究，以期為智慧城市的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市，互操作性，標(biāo)準(zhǔn)化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.17.008

0 引 言

智慧城市是指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)、社會治理等領(lǐng)域的智能化、信息化、高效化[1]。在智慧城市建設(shè)中，互操作性是實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同設(shè)備、不同應(yīng)用之間無縫連接、協(xié)同工作的關(guān)鍵。因此，對互操作性的應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化研究具有重要的理論價值和實(shí)踐意義。

1 互操作性的概念和內(nèi)涵

國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 22123-1：2023[2]、ISO/IECTR 15944-14：2020[3]及ITU-T Y.101（03/2000）[4]中對于互操作性的定義為兩個或多個系統(tǒng)或應(yīng)用程序交換信息并相互使用已交換信息的能力?；ゲ僮餍园韵滤膫€特征：

（1）在跨越組織邊界的兩個或多個系統(tǒng)之間交換有意義的、可操作的信息；

（2）對所交換信息具有共同理解；

（3）對信息交換的回應(yīng)有商定的預(yù)期；

（4）必要的服務(wù)質(zhì)量：可靠性、真實(shí)性和安全性。

互操作性不僅僅是解決不同信息類別間的技術(shù)問題。為了交換和使用信息，所涉及的系統(tǒng)需要在信息和組織類別之間使用一致的互操作性機(jī)制[5]。

2 智慧城市互操作性應(yīng)用框架

智慧城市互操作性應(yīng)用框架（如圖1所示）主要由技術(shù)、信息和組織三個核心層面構(gòu)成。組織層面聚焦于互操作的實(shí)用性，代表了交互的策略和業(yè)務(wù)驅(qū)動因素。信息層面強(qiáng)調(diào)互操作的語義層面，專注于正在交換的信息及其內(nèi)在含義。技術(shù)層面?zhèn)戎赜谛畔⒌恼Z法或格式，關(guān)注信息在消息交換和通信媒介中的呈現(xiàn)方式。并細(xì)分為八個互操作性類別，包括基本連接性、網(wǎng)絡(luò)互操作性、句法互操作性、語義理解、業(yè)務(wù)背景、業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)目標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)/監(jiān)管政策等[6]。

交叉領(lǐng)域問題，作為實(shí)現(xiàn)互操作性的關(guān)鍵所在，需要被妥善處理并達(dá)成共識。這些問題通常與多個互操作性類別緊密相連，它們有助于組織具體的工作項(xiàng)目，并鼓勵尋求解決方案的建議。在處理這些問題時，需要優(yōu)先考慮它們對互操作性的影響，并在解決方向上建立明確的協(xié)議，以推動智慧城市的發(fā)展進(jìn)程[5]。

3 互操作性在智慧城市中的應(yīng)用

3.1 美國智慧城市互操作性應(yīng)用案例

在美國，開放地理空間聯(lián)盟（OGC）在美國國土安全部（DHS）科學(xué)技術(shù)局（Samp;T）的贊助下，發(fā)起了《智慧城市互操作性參考體系結(jié)構(gòu)（SCIRA）》這一創(chuàng)新項(xiàng)目。該項(xiàng)目針對智慧城市中的互操作性問題，提出了一個獨(dú)特的解決方案，并成功應(yīng)用于實(shí)際。

SCIRA項(xiàng)目通過制定標(biāo)準(zhǔn)化的智慧城市安全框架，并開發(fā)開放、可互操作的設(shè)計，將物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器無縫整合到城市服務(wù)中。SCIRA不僅提供免費(fèi)的部署指南和可重復(fù)使用的設(shè)計模式，還通過引入一系列資源，幫助市政當(dāng)局利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、傳感器Web和地理空間框架等先進(jìn)技術(shù)，規(guī)劃、構(gòu)建和實(shí)施基于標(biāo)準(zhǔn)的、成本效益高、供應(yīng)商無關(guān)的、面向未來的智慧城市IT系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。

在智慧城市建設(shè)中，由于缺乏對通用術(shù)語和智慧城市建設(shè)原則的共識，常常導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)之間的分歧甚至矛盾，這使得許多基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）技術(shù)的應(yīng)用難以達(dá)到預(yù)期的互操作性和可擴(kuò)展性。SCIRA項(xiàng)目正是為了解決這些問題而設(shè)計，它致力于研究和測試一個可重用的設(shè)計工具包——智慧城市互操作性參考體系結(jié)構(gòu)（SCIRA），這一工具包展示了如何將商業(yè)專有的物聯(lián)網(wǎng)傳感器集成到社區(qū)級公共安全應(yīng)用的通用框架中[7]。

通過這一應(yīng)用案例，可以體現(xiàn)互操作性在智慧城市建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅促進(jìn)了不同系統(tǒng)之間的無縫集成，消除了信息孤島，還提高了智慧城市應(yīng)用的整體效率和可靠性。同時，也為智慧城市的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 歐洲智慧城市互操作性應(yīng)用案例

歐盟、德勤和魯汶大學(xué)發(fā)布了歐洲智慧城市和社區(qū)互操作性框架提案（EIF4SCC）。EIF4SCC的目標(biāo)是“為歐盟地方行政領(lǐng)導(dǎo)者提供定義、原則、建議，包括實(shí)際用例和通用模型，以實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、城市、地區(qū)和邊界的公共服務(wù)交付?！?/p>

自2010年以來，歐洲已經(jīng)有了互操作性框架，EIF4SCC側(cè)重于區(qū)域細(xì)節(jié)，旨在幫助制定必要的基礎(chǔ)設(shè)施計劃，以確保商品和服務(wù)繼續(xù)從一個地方流向另一個地方。它適應(yīng)當(dāng)?shù)厍闆r，并為當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)人提供指導(dǎo)方針、定義和原則。此外，來自幾個歐洲城市的實(shí)際用例展示了此類系統(tǒng)如何在考慮公民的情況下發(fā)展。主要包括互操作性的五個方面：

（1）技術(shù)可操作性：追求開放標(biāo)準(zhǔn)以確保城市可以使用可用的智能系統(tǒng)進(jìn)行鏈接和通信；

（2）語義可操作性：城市之間的任何數(shù)據(jù)交換都保持清晰和不變；

（3）組織可操作性：文檔對于確保流程透明至關(guān)重要，而調(diào)整流程有助于信息交換；

（4）法律互操作性：因?yàn)樵S多城市都在自己的邊界之外工作，這個特殊的目標(biāo)確保他們能夠在法律差異的情況下一起工作；

（5）文化互操作性：一個小世界使得文化敏感性和理解對于與其他實(shí)體和地區(qū)的合作具有內(nèi)在的意義；

以及隱含的第六個領(lǐng)域——互操作性治理——明確而精確的措施確保地方當(dāng)局可以采取必要的步驟來調(diào)整結(jié)構(gòu)以適應(yīng)其特定區(qū)域的細(xì)微差別[8]。

4 互操作性標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

4.1 國際互操作性標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

國際互操作性標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展在近年來呈現(xiàn)出積極的態(tài)勢，涵蓋了多個領(lǐng)域，包括工業(yè)自動化、信息技術(shù)、電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)等。以下是對國際互操作性標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展的清晰歸納和總結(jié)：

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）等多個機(jī)構(gòu)共同制定了一系列工業(yè)自動化領(lǐng)域的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61499[9]系列標(biāo)準(zhǔn)，它提供了工業(yè)自動化系統(tǒng)分布式功能塊的建模和互操作性方法。

在信息技術(shù)領(lǐng)域，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織如ISO/IECJTC 1（信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合技術(shù)委員會）推動了信息技術(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)的互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作，如通過制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和接口標(biāo)準(zhǔn)等。

在電動汽車領(lǐng)域，國際電工委員會（I EC）和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）共同制定了一系列電動汽車充電設(shè)施的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61851[10]和ISO15118[11]，以確保不同品牌電動汽車與充電設(shè)施之間的互操作性。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作正在逐步推進(jìn)，包括制定統(tǒng)一的設(shè)備連接協(xié)議、數(shù)據(jù)交換格式和安全標(biāo)準(zhǔn)等。例如，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（IoTivity）和開放互聯(lián)基金會（OpenConnectivity Foundation， OCF）等組織都在推動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的互操作性標(biāo)準(zhǔn)化。

4.2 我國互操作性標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

我國在互操作性標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了顯著的進(jìn)展，這些標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了多個領(lǐng)域，包括信息安全、工業(yè)自動化、電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)等，具有以下特點(diǎn)：

（1）多領(lǐng)域覆蓋：從信息安全（如G B / T29241—2012[12]）到工業(yè)自動化（如GB/T 19902[13]系列），再到電動汽車（如GB/ T 34657[14]和GB/ T38775[15]系列）和物聯(lián)網(wǎng)（如GB/T 41782[16]系列），我國的互操作性標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，顯示出我國在不同行業(yè)推動互操作性標(biāo)準(zhǔn)化的全面性和深度。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化體系完善：在工業(yè)自動化領(lǐng)域，GB/T 19902[13]系列標(biāo)準(zhǔn)從框架、方法論到接口服務(wù)、協(xié)議、能力模板，再到一致性測試方法和專規(guī)匹配的方法學(xué)，形成了一套完整的標(biāo)準(zhǔn)化體系，為工業(yè)自動化系統(tǒng)的互操作性提供了全面指導(dǎo)。

（3）技術(shù)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)合：在信息技術(shù)領(lǐng)域，如GB/ T 32392[17]系列標(biāo)準(zhǔn)提出了互操作性元模型框架（MFI），為信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的互操作性提供了標(biāo)準(zhǔn)化的模型和方法論，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)化的緊密結(jié)合。

（4）關(guān)注實(shí)際應(yīng)用：在電動汽車領(lǐng)域，GB/ T34657[14]和GB/T 38775[15]系列標(biāo)準(zhǔn)針對傳導(dǎo)充電和無線充電的互操作性提出了具體的要求和測試規(guī)范，關(guān)注了實(shí)際應(yīng)用中的互操作性問題。

（5）與國際接軌：我國互操作性標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中也積極借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，如GB/T 41782[16]系列標(biāo)準(zhǔn)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互操作性方面與國際標(biāo)準(zhǔn)保持了一致性。

我國在互操作性標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了顯著的進(jìn)展，這些標(biāo)準(zhǔn)不僅為我國各行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持，也為我國在國際舞臺上展示標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的實(shí)力奠定了基礎(chǔ)。

5 我國智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作對智慧城市高質(zhì)量發(fā)展起著基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐作用，為智慧城市建設(shè)與發(fā)展提供規(guī)范和指導(dǎo)。結(jié)合我國智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展現(xiàn)狀，對智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作提出以下建議：

（1）加快制定和完善智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)體系

基于智慧城市發(fā)展的整體規(guī)劃和需求，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，識別標(biāo)準(zhǔn)缺口和需求，優(yōu)先制定和完善基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定和協(xié)作，形成完備統(tǒng)一、上下銜接的智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)體系。

（2）強(qiáng)化互操作性技術(shù)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)化工作的融合

鼓勵企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將最新的互操作性技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)，推動標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的同步發(fā)展。加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作與科研項(xiàng)目的結(jié)合，將標(biāo)準(zhǔn)研究納入科研項(xiàng)目計劃中，提升標(biāo)準(zhǔn)的科技含量和前瞻性。

（3）推廣實(shí)施智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)

加大對智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)的宣傳力度，提高各相關(guān)方對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知和重視程度。制定實(shí)施指南和培訓(xùn)計劃，幫助各方更好地理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提升標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果。鼓勵企業(yè)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等產(chǎn)業(yè)界力量積極參與智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作，提出實(shí)際需求和問題，推動標(biāo)準(zhǔn)更好地滿足市場需求。

（4）深化國際交流與合作

積極參與國際智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化組織和活動，學(xué)習(xí)借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，提高我國智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)的國際化水平。加強(qiáng)與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的合作，推動國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌和互認(rèn)，提升我國智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)在國際上的影響力和話語權(quán)。

6 結(jié) 語

對互操作性在智慧城市中的應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，互操作性是智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵驅(qū)動力，對于提升城市管理水平、增強(qiáng)城市競爭力具有不可替代的作用。通過加強(qiáng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作，可以進(jìn)一步提升智慧城市建設(shè)的質(zhì)量和效率，為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。展望未來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和深入應(yīng)用，智慧城市互操作性標(biāo)準(zhǔn)化工作將繼續(xù)深化，為智慧城市高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。

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作者簡介

吳菁，通信作者，碩士，工程師，研究方向?yàn)橘|(zhì)量工程。

賈廷辰，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)橘|(zhì)量工程。

劉金琳，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。

張明狀，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。

（責(zé)任編輯：袁文靜）