智慧城市系統匯聚及互聯模型研究＊

韓涵 中國信息通信研究院通信標準研究所博士

李?；?中國信息通信研究院通信標準研究所副總工程師

關欣 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

智慧城市系統匯聚及互聯模型研究＊

韓涵 中國信息通信研究院通信標準研究所博士

李?；?中國信息通信研究院通信標準研究所副總工程師

關欣 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

隨著城市管理的發展以及智慧城市的出現，越來越多的系統之間需要進行連接、數據交換及應用協作。本文研究了智慧城市跨系統互聯領域國內外的研究現狀及典型案例，總結出3種通用的智慧城市互聯模型，對于規范智慧城市信息系統建設，提升城市數據資源的匯聚效果具有指導作用。

智慧城市 系統互聯 模型

1 智慧城市跨系統互聯模型需求

城市化進程的加快使得城市面臨越來越多自然和人為問題，因此如何有效引導并協調交警、公交、市政、消防、醫院等各部門共享數據并制定智慧決策，成為現今城市管理部門的首要研究課題。

通過盡量集成來自多個部門和系統的信息，可以幫助城市構建統一的有機整體，提供綜合的城市信息和任務的管理、展示能力，在此基礎上結合大數據等技術提供智能分析、預測等能力，改善城市各機構之間的信息共享、協作和響應速度。通過跨互聯，可以構建城市運營的大腦，為城市領導和管理者提供綜合的平臺工具和手段。比如市政部門發現某橋下積水超過一定程度會通知交通部門及時采取措施，道路維護部門在一個特定的時間段維修道路則需要與供熱、供水、供電、交管等部門協調。

全球智慧城市建設步伐不斷加快，我國目前有300左右個城市已經開始智慧城市建設，但由于涉及多個市場部門和行業領域，許多智慧城市的系統建設采取條塊式獨立建設，系統開放的數據和能力有限，很多采用私有解決方案，在一定程度上阻礙了智慧城市跨系統之間的互聯和交互。另外，有些城市認識到跨系統互聯的重要意義，在一些范圍和領域推進開展了跨系統互聯工作，如北京市海淀區空間數據共享平臺的建設滿足了海淀區地理信息系統技術等業務應用的需求。但是，由于整個智慧城市缺少整體的設計和指導，系統中元數據定義、描述、支持的接口協議等都存在很大差異，已建系統或在建系統大都面臨二次開發的問題。

隨著城市管理的發展以及智慧城市的出現，越來越多的系統之間需要進行連接、數據交換及應用協作。提前明確并給出我國智慧城市跨系統互聯模型和規范，有利于指導智慧城市系統建設、產品研發、數據描述等的規范化發展，降低跨系統互聯門檻。

從全球智慧城市建設情況來看，智慧城市跨系統互聯存在多種模式，互聯規范缺乏。因此，有需求提出科學合理的智慧城市系統匯聚及互聯模型。

2 國內外研究現狀

推進智慧城市跨系統互聯除了體制機制管理上的束縛外，在整個互聯方式頂層設計和技術規范上面臨很多挑戰。

（1）國外研究情況

IEC發布的“智慧城市協調基礎設施白皮書”（Orchestrating Infrastructure Smart Cities）將智慧城市系統匯聚與互聯歸納為兩種方案：第一種是Portal統一門戶方式，如采用網站等實現信息共享與發布；第二種是集成平臺的方式。

●Protal統一門戶方式

圖1為統一門戶服務架構，使用來自IEC、ISO、JTC1、ITU-T等標準來集成系統。

圖1 統一門戶服務架構

其中，標準化架構對于促進現有和新的系統以及設配的集成將是必需的，通過使用開放技術（例如IP以及Web服務）來確?？缮炜s性。

用戶服務器將允許創建統一的用戶接口，即使是個性化的，這將考慮到個人設置，例如語言等。在云端，虛擬機器能夠避免因為過剩投資而導致的大部分時間處于空閑狀態的情況。

●集成平臺方式

集成平臺服務架構如圖2所示，基礎架構效率的優化以及通信網絡的一體化將是集成城市管理平臺的基礎，并且促進集成不同城市的智能子系統（如能源、移動、水、建筑、公共設施等）。

（2）國內研究情況

以中國通信標準化協會（CCSA）智慧城市研究為代表，主要對智慧城市平臺的能力展開了研究和規定。圖3所示為CCSA給出的集成平臺位置和能力構成。

CCSA給出了公共支撐平臺在智慧城市框架中的位置，智慧城市公共支撐平臺是一個信息的集成環境，是將分散、異構的應用需求和信息資源進行聚合，通過統一的訪問入口，實現對各種跨數據庫應用、跨行業系統的運行平臺的無縫接入和集成，提供一個支持信息訪問、傳遞，以及協作的集成化環境，促進個性化、定制化應用需求的高效低成本開發、資源集約共享、業務集成與融合、靈活部署與管理等。公共支撐平臺的功能主要包括數據共享接入、能力開放接入、應用需求接入、標識解析、密鑰分配、資源應用映射、數據交換、平臺管理。

3 典型案例分析

3.1 Protal模式代表——北京政務數據資源網

北京政務數據資源網（http://www.bjdata.gov.cn）是典型的以Protal模式實現政府數據資源開放的集成平臺（見圖4）。

圖3 CCSA給出的集成平臺位置和能力構成

圖4 北京政務數據資源網及資源目錄

該平臺由北京市經濟和信息化委員會牽頭，市內各政務部門共同參與建設，于2012年10月開始試運行。該網站致力于為北京市政務部門公開各類數據的下載與服務提供方便，為企業和個人開展政務信息資源的社會化開發利用提供數據支撐，推動信息資源增值服務業的發展以及相關數據分析與研究工作的開展。

截至2013年12月26日，北京市教委、科委、公安局、民政局、司法局、國土局、環保局等35個部門公布了近160個數據包，覆蓋旅游住宿、交通服務、餐飲美食、醫療健康、文體娛樂、消費購物、生活安全、宗教信仰、教育科研、社會保障、勞動就業、生活服務、政府機構與社會團體、環境與資源保護、企業服務、農業農村共16個主題。其中，企業服務主題中的“土地用途分區”下載頻率最高，已累計下載742次。

此外，北京政務數據資源網還提供專門的“APP應用”欄目，社會力量可以通過該欄目上傳基于該網站獲取的政府數據資源開發的APP應用，供用戶下載使用。目前，該欄目已上傳“上下班路況”、“交通英雄”、“游北京”、“愛健康”等應用。

3.2 集成平臺模式代表——IBM智能運營中心

IBM在全球率先提出了智慧城市智能運營中心，可以實現各系統實時的信息交換和協作，為城市管理部門提供集中的智能查看、預測事件和快速響應（見圖5）。

IBM智能運營中心（IntelligentOperationCenter）整合跨所有城市機構和部門的信息來制定更好的決策，同時利用強大的數據分析能力預測潛在問題，從而主動解決問題，使事件影響減至最低。另外，通過整合的支撐平臺有效地協調資源，對已發生的時間提供更快更有效的響應，以便有效地執行和解決問題。

IBM城市智能運營管理中心從大量數據源（傳感器、視頻、市民、各單位各公共設施數據以及第三方）收集信息，通過高效的手段進行過濾、聚合以及規范化，以利于信息既全面又有針對性的使用和展現，幫助城市管理者及時做出最佳的決策。IOC在整合大量數據的基礎上，通過先進的算法和技術，有效地分析信息以識別模式和預測趨勢。根據預測結果，針對即將發生的事故主動觸發預案以加快響應，避免問題擴大升級，將影響減至最低。

IBM城市智能運營管理中心通過對城市管理多個部門的互聯和整合，有效提升了跨部門決策和資源協調，從而大幅度提高了公共服務交付效率，并減少了應對突發災害的響應時間。

4 智慧城市跨系統互聯模型

綜合國內外智慧城市互聯方式，智慧城市跨系統互聯可以歸納為3種模式，即資源黃頁模式、匯聚中心模式以及服務總線模式。

結合國內外相關研究成果、智慧城市相關解決方案，給出了這幾種模式下的基本模型。

（1）資源黃頁模式

資源黃頁模式主要以提供智慧城市各子系統中可供協同或共享的資源目錄為主，通常以Web的方式展示和呈現。Protal模式是資源黃頁模式的一種典型實現方式。其他還有FTP、共享數據庫等實現方式。該模式系統框架如圖6所示，智慧城市子系統將可供協同或共享的資源，按照一定的規范向統一入口平臺進行注冊，統一入口平臺中的資源目錄管理對資源的索引和分類方式等進行統一的管理，同時對資源的狀態進行監測。智慧城市應用可以通過入口平臺提供的查詢、狀態訂閱等能力來獲得相關的資源信息和狀態，通過資源訪問認證授權獲得資源訪問認證授權等信息，在此基礎上，智慧城市應用可以接入相關子系統來獲得或使用相關資源。這種模式和集成平臺模式相比，對平臺的能力要求相對弱化。隨著語義技術的發展和應用，借助語義庫在對資源進行語義化規范描述的基礎上，可以在一定程度上實現對資源的智能檢索、關聯等。

（2）匯聚中心模式

圖5 IBM智能運營管理中心的業務組件構成

圖6 智慧城市跨系統互聯框架——資源黃頁模式

圖7 智慧城市跨系統互聯框架——匯聚中心模式

匯聚中心模式（即國外研究提出的集中平臺模式）除了提供對城市資源的統一展示和呈現，還提供智慧城市服務支撐、流程處理等相關的智能，并可以提供必要的仿真環境和工具。該模式系統框架如圖7所示?？傮w可以分為3層，即子系統接入層，提供對子系統相關開放資源狀態的監測、子系統相關事件的監測，由于不同子系統可采用不同的接口協議、數據格式等，還提供必要的接入適配功能；平臺核心能力層主要提供支持智慧城市協同應用的資源、服務支撐能力，資源/服務/模板（如知識、流程模板）/語義庫以及相關的管理能力；應用接入層主要提供對智慧城市協同應用的第三方認證和授權、第三方接入適配、資源和服務呈現等能力。

（3）服務總線模式

服務總線模式使用數據服務總線平臺搭建高效、安全可靠的交互通道。使用總線結構把業務系統互聯在一起，以服務方式插入到總線上，或由總線封裝成服務，把各個應用系統對外提供的功能以服務的形式注冊在總線上，供應用之間訪問。通過服務總線，使得異構的應用系統之間能夠解耦，方便應用系統之間互相調用。此外，數據服務總線可以很好地實現統一配置、管理、監控、開發，使得平臺具有易部署、管理和使用的特點。該模式架構如圖8所示。

以消息中間件為核心傳輸處理組件，采用了小核心大外延、平臺加插件的設計思想，除了核心運行模塊之外，其他功能需求全部設計成可擴展的模塊；采用插件技術和即插即用方式，可擴展功能模塊、以常駐內存的方式運行，也可以動態加載的方式執行，即可以進程方式也可以線程方式運行；這些插件包括加密和壓縮插件、路由插件、策略插件、數據和協議適配插件等。

5 結束語

隨著城市管理的發展以及智慧城市的出現，越來越多的系統之間需要進行連接、數據交換及應用協作。研究智慧城市系統匯聚及互聯模型，有助于指導智慧城市系統建設規范化發展，提高城市數據資源的匯聚能力，從而促進城市的智慧程度。

圖8 智慧城市跨系統互聯框架——服務總線模式

2015-05-05）

國家高技術研究發展計劃“863”基金資助項目（2013AA01A601）資助