大數據支持下智慧城市架構的研究

聶燕敏，吳紅樂，陳剛

（河北金融學院，河北　保定　071051）

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大數據支持下智慧城市架構的研究

聶燕敏，吳紅樂，陳剛

（河北金融學院，河北保定071051）

摘要：隨著城市信息化與大數據技術的快速發展，智慧城市逐步成為全球未來城市的發展趨勢。文章詳細闡述了智慧城市的發展現狀和國外智慧城市帶來的國際經驗，研究了建設智慧城市所需的關鍵技術。最后通過以上分析，設計了符合河北省實際情況的智慧城市架構，為大數據時代智慧城市的建設提供技術支持和理論指導。

關鍵詞：大數據技術；智慧城市架構；關鍵技術

2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，從此掀起了智慧城市的研究熱潮。國外對智慧城市的研究比較早，形成了相對比較完整的研究體系，取得了很多研究成果。國外許多國家和地區都提出了“智慧城市”建設戰略，尤其是歐洲、美國和亞洲等，如美國的“智慧地球”、歐盟的“智慧城市和社區計劃”、韓國的“智能首爾2015”計劃等。我國雖然對于“智慧城市”的研究起步稍晚一些，但是發展的速度相當驚人。2012年12月5日，我國正式發布了“關于開展國家智慧城市試點工作的通知”，其中河北省第一批試點就涉及6個市。隨后，河北省眾多學者和相關機構圍繞“智慧城市”相關理論、技術體系等方面在城市建設的各個領域進行了廣泛的研究和探索，取得了較為可觀的成果，為河北省智慧城市建設實踐奠定了堅實的理論基礎。但是，城市智慧化是一個艱難且漫長的過程，隨著大數據時代的到來，智慧城市的核心已經轉變為如何利用大數據技術推動智慧城市向更加智慧、更加科學、更加高效的目標邁進。因此，研究大數據支持下智慧城市的架構的構建，為我省全面實現智慧城市提供理論基礎和技術支持，具有很強的實踐意義。

1　智慧城市的發展現狀

1.1智慧城市的理論內涵

隨著中國城市化進程的不斷推進，能源緊缺、交通擁堵、環境污染等問題也越發凸顯。智慧城市的建設是城市信息化過程以及人類社會發展過程的必然產物，有利于解決城市發展帶來的一系列問題，有利于提升城市信息化水平，有利于促進國家可持續發展。智慧城市建設必須依靠信息技術的飛速發展，正是由于云計算、大數據及物聯網技術的日趨成熟，才使得智慧城市的建設成為可能。云計算的分布式處理能力，大數據技術的信息處理能力和物聯網的智慧感知能力，都能夠提升城市管理和運轉效率，提升城市人民的生活質量，促進城市的可持續發展，使人們真正感受到建設智慧城市帶來的便利。

1.2智慧城市建設的國際經驗

國外對智慧城市的研究要早于國內，比如：2008年11月，IBM在紐約提出了“智慧的地球”這一理念。2009年，迪比克市與IBM合作，建立美國第一個智慧城市，利用物聯網技術，在一個有6萬居民的小區里將城市公用資源連接起來，監測、分析和整合各種數據以做出智能化的響應，更好地服務市民。歐盟的“Fireball協同行動”于2010年5月在第七個科技框架下啟動，共有5個核心試點城市，包括荷蘭阿姆斯特丹的智慧能源，英國曼徹斯特的智慧遠景，葡萄牙里斯本的智能電網的商業生態系統，西班牙巴塞羅那的數字空間與ICT結合，提高城市生活質量，芬蘭赫爾辛基的未來開放網絡創新生態系統。2009年，日本推出“I-Japan智慧日本戰略2015”，旨在將數字信息技術融入生產生活的每個角落，目前將目標聚焦在電子政務治理、醫療健康服務、教育與人才培養三大公共事業領域。從這些國際案例中可以總結出一些經驗：（1）智慧城市建設的推進主要依靠政府的支持。因此，我國政府要做好智慧城市建設的頂層設計，制定出一套強有力的政策，從而推進智慧城市的建設。（2）智慧城市建設要注重服務的智慧性，要注意保障民生，尤其是要保護生態環境，堅持可持續發展。（3）要充分取得群眾力量的支持和信任，鼓勵人民的主動參與，同時加入競爭機制，提高智慧城市建設的效率，加快步伐。（4）各個城市要因地制宜，一切都要從自己的實際出發。因此，河北省建設智慧城市要結合自己的實際，抓住京津冀一體化發展的大好機會，統觀全局，有計劃、分步驟地有序推進。

2　智慧城市建設關鍵技術介紹

智慧城市的概念強調更透徹的感知、更深度的互聯互通、更廣泛的智能應用，正是由于物聯網、云計算和大數據等新一代技術的飛速發展，才使得智慧城市建設成為可能。智慧城市數據源的采集獲取、數據管理與存儲、分析功能和業務應用等技術都與傳統的信息化城市有所不同。下面簡要介紹一下智慧城市建設的關鍵技術。

（1）物聯網技術。物聯網這個概念，美國早在1999年就提出來了。物聯網的發展給智慧城市的建設提供數據采集支持，它通過RFID、紅外感應器等信息傳感設備，將智能終端連入互聯網，從而為實現智慧交通、智慧醫療、智慧旅游等提供了技術支持，因此有人提出 “處處是終端”的說法。物聯網使得人、機器之間的互聯互通，世界無線研究論壇曾預測，到2017年，地球上將有大約7萬億傳感器為人們提供服務。

（2）云計算技術。云計算是分布式計算（Distributed Computing）、網絡存儲（Network Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負載均衡（Load Balance）等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物，是一種全民參與的模式，它的計算、存儲和交互能力是動態可伸縮的，而且是以服務的模式進行的。云計算的計算和存儲能力都被隱藏起來，對用戶都是透明的，用戶只需要知道自己對信息服務的需求就行。而具體的功能實現時虛擬化的城市數據中心、大量的異構服務器等設備，從而，實現最大程度的信息統籌和共享。

（3）大數據技術。大數據目前已經出現了多類新型技術，為大數據采集、存儲、處理提供了有力的保障。大數據擁有Volume容量大、Variety種類多、Velocity速度快和價值密度低Value四個特征。海量的各類數據，如：大量博客信息、物聯網數據、空間數據、3D數據等，被采集、存儲、分類、挖掘和分析，對復雜事件作出智慧的決策。正是由于大數據技術的發展，才使得同源異構數據的集合與共享成為可能。

大數據技術可以對大量的、多源異構數據進行深入的數據分析和挖掘，可以發現一些潛在規律或關系。比如美國有專家利用大數據挖掘技術，通過對超市數據進行分析，得出啤酒和尿布同時出現的概率特別大的規律。同樣的，大數據技術也可以為智慧城市的建設提供服務，比如智慧交通、智慧醫療、智慧金融、智慧農業等。智慧城市建設過程中，可以將大數據技術與各個行業業務深度融合，為各領域的分析決策提供支持服務。大數據技術可以幫助智慧城市建設過程中產生的類似多源數據進行關聯分析、數據建模、數據仿真、數據報告等服務。在智慧城市中綜合各行業和大數據技術，形成趨勢預測判斷和數據共享等功能，為智慧城市的各行業的互聯互通、創新社會高效管理、社會良性競爭與經濟可持續發展提供技術支持，大數據分析決策與優化是新型智慧城市的核心，是提升智慧城市“智商”的關鍵。

3　智慧城市架構

3.1智慧城市架構的重要性

智慧城市信息技術發展到一定階段的必然產物。智慧城市的建設特別依賴與國家和政府政策支持和頂層設計，只有有了整體的發展規劃和藍圖，才能使得各個城市信息化建設實現資源共享，避免出現各個部門各自為政，形成信息孤島。因此，智慧城市建設必須要從局部走向系統，從參差不齊走向標準化，這就需要設計合理的建設架構。

河北省第一批智慧城市試點就有6個，隨著京津冀一體化的大力推進，構建適合河北自身的智慧城市建設的總體架構顯得尤為迫切，因此，經過充分的前期調研和分析，構造出河北省智慧城市總體架構，參考前期學者研究成果的基礎上，加入了生態環境和可持續發展的發展理念。

3.2智慧城市架構的研究現狀

國內外研究學者對智慧城市建設也作了深入研究，但其理論架構研究相對比較少，經過分析總結，具有代表性的是：Komninos強調在智慧城市建設中要將信息技術和區域創新系統緊密結合，將其理論架構分為3個層次：智慧城市基礎架構層，組織云端層，技術云端層。許慶瑞等進行了更為詳細地劃分，提出了三層四柱的理論架構；張陶新等將城市分為四層基本結構：智能感知網絡、信息資源中心、運行管理應用層及公共服務中心；袁峰等將智慧城市架構為四個層次：感知層、傳輸層、知識層和應用層。以往部分研究學者有的只是把其中的一個或兩個方面進行細分，大多是基于技術性層面，沒有考慮符合本地實際的社會因素、生態環境和可持續發展等方面。

3.3河北省智慧城市架構的設計

智慧城市的理論架構能夠讓我們清晰地了解智慧城市的實現路徑，有助于我們對智慧城市有一個宏觀把握。參考國內外學者研究的架構，結合我省實際情況，加入了社會因素和生態環境保護因素，將智慧城市理論架構設計為4層。第一層為信息感知層；第二層為數據傳輸層；第三層為服務層；第四層為應用層，并且在智慧城市可持續發展和系統信息安全的前提下進行設計。智慧城市的總體架構主要由獲取數據的感知層對信息進行傳輸交互的傳輸層層，提供海量數據存儲、實時分析和處理的服務層，以及面向最終用戶的應用層組成，如圖1所示。

圖1　智慧城市總體架構

4　結語

目前，國內外城市都在積極參與建設智慧城市。但是，我們要在保障民生的前提下，在保護生態環境、可持續發展和信息安全的前提下，實現智慧城市的建設工作，這樣不僅能提升城市的經濟和政治實力，還可以促進社會和文化的繁榮發展。比之城市發展的其它各種形態，智慧城市是城市發展的更完美的形態。切合實際的智慧城市架構可以幫助城市實現“經濟—社會—生態”的全面可持續發展，最終滿足居民生活的安全感和幸福感。本文提出基于大數據的智慧城市的架構，為未來的智慧城市建設提供一定的理論參考。但是，智慧城市的實現，需要進一步建設更加完善的信息基礎設施，需要維持智慧城市運營的更多的技術支撐。因此，智慧城市的建設還在路上，需要我們繼續努力。

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Research on Big Data Supported by Wisdom City Architecture

Nie Yanmin, Wu Hongle, Chen Gang
(Hebei Finance University, Baoding071051, China)

Abstract：With the development of city information technology and big data technology rapidly, Smart city has gradually become the development trend of all world’s city in the future. In this paper， describes the development status of smart city and the international experience of foreign smart city in detail, studiesthe key technologies needed to build smart city. Finally, through the above analysis, designsthe smart city architecture in line with the actual situation of Hebei Province, provides technical support and theoretical guidance for the construction of smart city in the era of big data.

Key words：big data; smart city architecture; key technology

基金項目：2015年度河北省社會科學發展研究民生調研專項課題；項目名稱：大數據支持下智慧城市架構的研究；項目編號：201501113。

作者簡介：聶燕敏（1984-），女，河北邯鄲。