一種面向電子政務物聯網應用的社會感知模型

趙寧社，袁 溪

（西安文理學院 信息工程學院，陜西 西安 710065）

一種面向電子政務物聯網應用的社會感知模型

趙寧社，袁 溪

（西安文理學院 信息工程學院，陜西 西安 710065）

物聯網的應用能夠為各個孤立的電子政務系統建立統一的公共平臺構架，基于探究該架構中感知交互的社會性參與完整性的目的，以電子政務領域的物聯網應用為背景，針對政務物聯網的社會感知過程，闡述了物聯網對電子政務的積極影響，并通過分析政務物聯網應用中社會感知的特點，重點關注了感知過程的社會性參與對感知信息的影響。進一步綜合政務物聯網層次化結構中參與者的影響，提出了政務物聯網社會感知模型，并采用計算機軟件手段對層次化社會感知過程進行了仿真驗證。

電子政務；物聯網；感知；模型

電子政務（E-Government）被認為是一種實現國家發展的手段，是政府掌握的一個強有力的工具[1]，它是美國總統克林頓第一個提出的，由五種數字交互組成，即C2G（民眾與政府），G2G（政府與政府），G2C（政府與民眾），G2E（政府與員工）以及G2B（政府與商業）[2]，尤其是電子政務傳遞模式的簡要概括。隨著網絡技術的不斷發展，電子政務已由傳統的PC端辦公向移動端，甚至向物聯網方式發展[3]。物聯網從技術架構上來劃分，可分為感知層、網絡層、應用層3個大的層次。感知層的主要功能是實現對信息的采集、識別和控制。目前我國各地也開始了物聯網技術應用于完善公共服務的嘗試，目前應用最多的領域分布在交通、環保、物流、安全、能源及醫療等行業[4]。政務物聯網是智慧城市背景下政務領域的物聯網框架，有助于實現資源的優化配置，支持政府部門之間信息共享與業務協同[5]，政務物聯網是未來電子政務的一個重要的組成，雖然有一些關于政務物聯網應用的研究，但多數僅僅反映了物聯網與電子政務之間的聯系以及政務物聯網應用的結構研究[6-10]，對于分層以下粒度的中觀和微觀研究較少。隨著政務物聯網的現實發展，亟待對政務物聯網感知過程的機理有更清晰的認知，本文旨在對該感知過程進行探索性研究并描述。

1 物聯網對電子政務的意義

在物聯網技術的電子政務應用中，感知層的遠程監控能力影響到整個政務體系的頂層設計和管理，并貫穿網絡層和應用層，是提升物聯網的電子政務應用神經末梢智能的一個重要環節。通常認為物聯網對于政務可以發揮幾個作用，首先是能提高政府各個核心業務系統的一體化的程度；其次能夠用于應急，提高安全生產能力；再次能夠應用于空氣、水等資源領域的監測[11]。文中通過調查研究認為，物聯網對于政務的作用可以從4個方面來看。

1.1 增強政務數據采集的準確性

傳統的政務數據來源于各類問卷以及各種業務流程，對于某些現場，則需要采用人工方式輸入到計算機系統，操作過程中出錯的可能性很大，數據準確性就打了折扣。采用物聯網手段可以更準確地采集到第一手數據，并且歷史數據可以具有較好的連續性。在此基礎之上對數據進行進一步加工才有意義[12-13]，如聚類、深度學習等。

1.2 提升政務信息感知的自動化能力

在政務過程中采用物聯網技術，不但使得數據準確性增強，而且信息感知能夠自動生成、自動傳輸、自動處理等，這就使得數據流轉效率提高，在整個政務運作中信息感知的自動化能力大大提升。

1.3 利于構建政務大數據基礎設施

開放數據是社會發展所依賴的核心參考數據。據英國開放數據研究院發布文件，無論統計數據、地圖數據還是實時傳感數據，都是幫助我們開展決策、構建服務并獲取洞見的重要基礎資源[14]。大多數政務數據都屬于這一類開放數據，因而具有很強的應用價值。隨著大數據戰略的推演，更多的組織和部門將加入開放數據聯盟，各種應用價值將越發凸顯。建立完善的數據基礎設施不僅需要我們加強數據的管理能力，同時也需要制定使用、管理和保護數據的規范，這其中物聯網技術的介入會讓電子政務如虎添翼。

1.4 有助于拓寬政府職能的服務范圍

近年的電子政務發展成為轉變政府職能、提高行政效率、推進公平公開的有效手段。物聯網應用下至神經末梢的傳感器，上到公共領域的大數據分析，可以說其覆蓋面空前延伸。通過物聯網手段，政府可以把服務做到更深更廣的領域中。

2 政務物聯網應用中的社會感知分析

電子政務已經覆蓋了公共管理的各個行業，物聯網應用體系的發展促使了諸多政務處理不斷向智能化、系統化、規范化服務邁進，感知層遠程交互涉及到幾個方面的問題，比如感知數據完整性和實時性以及感知數據管理。感知數據的完整性約束界定影響了頂層的信息融合任務，但僅僅強調完整性，必然會給交互效率帶來影響，因而同時必須考慮實時性約束；遠程感知數據具有異構性，需要重視如何對獲取的異構數據進行管理。但政務物聯網應用有其自身發展規律，因而其感知也具有不同于其它物聯網的特征。

2.1 物聯網的電子政務應用現狀

目前政務物聯網應用研究主要表現在應用架構和相互影響，首先在電子政務的物聯網應用架構研究上，周鵬、殷利梅提出了建設政務物聯網平臺的構想，在安全、架構和接口方面給出了一些建議[5]。劉輝，巴晨鋒則提出了電子政務物聯網的三層架構，即信息采集層、運作操控層、領導決策支持層[11]，但這種架構基本上是對物聯網技術在電子政務應用的一個社會性的映射。

其次在物聯網技術對于電子政務的影響研究上，吳佳穎、李正明研究了基于物聯網技術的政務流程再造，歸納了物聯網在我國政府公共服務平臺中的運用模型[15]，認為其是一個以物聯網技術為基礎，以云計算為核心，政府、企業和公民共同應用的應用結構。費翔提出物聯網及電子政務對建立服務型政府的行政組織、管理方式和執政效率有重要影響[8]。

與傳統電子政務相比，物聯政務具有透徹感知、快速反應、主動服務、科學決策等特征。同時也把電子政務物聯網分為三層：政務采集層、政務網絡層、政務應用層。

2.2 物聯政務感知的社會屬性

在電子政務的實際運行中，信息采集工作是復雜多變的，原因在于數據往往通過多通道獲取，獲得的數據具有異構性，最關鍵的是數據的感知取向與精確度往往與數據源的持有者有關聯。因此政務物聯網的信息感知不僅僅是傳統物聯網傳感器方式工作的一種感知，而是在傳統物聯網基礎上具備一定的社會性。

2.3 社會傳感器的增強

文獻[16]中提出了基于Web社會網絡的社會傳感器網絡模型，認為人類個體構成了龐大的社會傳感群，能夠實現無處不在的社會感知。當今社會，隨著移動通信技術的發展，智能移動設備成為各類人群不可缺少的日常配備，隨時隨處可以見到移動設備，移動應用也無所不在，具有主動性的人與具有一定智能的移動設備出現一種捆綁現象——人+智能設備。在公共社會網絡中信息的感知有相當大一部分是源于人群的，這是社會傳感器的一種增強形態，即基于移動網絡的社會傳感網絡。其中數據采集的手段是移動設備所聯成的網絡，而使用設備人則起到一個處理器的作用。在這些社會傳感節點工作的過程中，人還產生了一些其它的影響，如感知環境的決定、感知對象的確定、感知時間的掌握。因而在這個物聯網的信息采集過程中，引入人的因素以后，整個架構的感知的時空與事件都與傳統的物聯網感知有了極大的不同。

3 面向電子政務物聯網應用的社會感知建模

社會感知是指基于社會傳感器的感知模式，政務物聯網應用的感知過程由于受到人為的影響，感知結果與物理的物聯網比較就有很大不同。對這種感知特征可以進行初步形式化建模。

在不同的層次上由于視圖的差異，對整個政務物聯網的影響水平是不同的，就社會性影響粒度而言可以代表性地分為以下四級：

1）決策級：管理者處于整個政務物聯網感知的頂層，也是整個網絡發展需求的提煉與決策者。決策依賴信息源于應用級的數據分析。

2）應用級：該層次針對于大眾用戶，主要是基層政務工作人員及群眾，其應用支持數據源于匯聚級的數據整合。

3）匯聚級：主要針對對原始傳感數據有融合能力的用戶，包括物聯網建設的各種專業用戶，其匯聚數據源是各種現場傳感器網絡的初級感知空間。

4）傳感級：該層的傳感器部署跟具體系統設計需求關系密切，在此基礎之上，設計者的視圖決定的設計思想對傳感器的信息收集也關系極大，設計視圖還取決于設計者的專業知識以及業務取向。

3.1 社會性對信息結構的影響

如圖1所示，設在政務物聯網中，每一匯聚節點對應一組傳感源節點{N1，N2，…，Nx}，由于政務物聯網中用戶參與了傳感器節點的數據采集 （對傳感數據向量產生興趣選擇），因而造成匯聚節點下所屬的傳感器節點的差異性。每種應用的支持數據源于匯聚層的y個匯聚節點{S1，S2，…，Sy}，因為應用用戶參與了匯聚數據的使用 （對傳感數據向量產生壓縮或膨脹變換），因而造成應用級上數據使用的差異性。

圖1 物聯政務的感知層次示意圖

設SX為傳感器層的數據向量子空間，SY為匯聚層對應的數據子空間，設X，Y均為m×n矩陣，X為傳感矩陣，Y為匯聚矩陣，傳感器節點Ni對應的原始數據向量為 xi=[xi（1），xi（2），…，xi（n）]，Ni對應的匯聚數據向量yi=[yi（1），yi（2），…，yi（n）]，X∈V，Y∈W，有

考慮到傳感器級設計者的社會性參與，令其對信息結構的影響用矩陣R、C表示，那么則有

其中矩陣R、C是稀疏的選擇矩陣，能夠實現對傳感矩陣X的行列投影。如設計者對于傳感器Ni的第j個分量進行提取，則令矩陣R的第i行為1，令矩陣C的第j列為1。

3.2 社會性對信息的加工

假設匯聚數據空間一個向量框架為VY={α1α2… αm|α1，α2，…，αM∈Sr}，則由向量組VY各向量生成的向量空間為公式（2）：

對于應用層由各個應用節點的支撐數據向量，可以認為是匯聚層數據向量線性變換。若v∈SY，w∈Sz，P為SY到SZ的線性變換，有

此處P為v對應的變換陣。

3.3 社會感知模型

綜合上述分析，考慮了社會性因素對于政務感知的影響，電子政務物聯網的社會感知模型可以用公式（5）表達。

公式（5）表達了原始數據X從無加工的傳感級經過揀擇、投影到達匯聚級，再經過壓縮與膨脹等變換到達應用級的感知過程，Z為應用支撐數據集。

4 模型應用仿真

為了方便研究，假設已知政務物聯網傳感器規模有50個傳感器，一個傳感器網絡的節點分量最大值為25，表示每個傳感器的能力項，用一個冗余矩陣表達，列數為傳感器分量的最大值，行數為傳感器數。

原始的傳感數據如圖2所示，原始數據表現出無揀擇、無加工的特點。經設計人員介入作用，匯聚級的數據如圖3所示，數據表現出經歷過濾和投影的特點。經專業用戶參與之后，應用級的數據如圖4所示，數據表現出經歷壓縮與膨脹的特點。由于參與者社會性介入數據感知過程，表現出明顯的差異。

圖2 傳感數據

圖3 匯聚數據

圖4 應用數據

5 結束語

文中基于物聯網技術在電子政務中的應用，對政務物聯網的社會感知進行了研究，從一個新穎的視角分析了政務物聯網中的社會感知過程，提出了一種社會性參與的感知模型，并通過計算機仿真手段，以圖形化方式直觀地驗證了模型的設想。本研究促進了電子政務物聯網感知層的交互完整性研究，同時文中所提出的模型不但能在研究電子政務的物聯網感知中發揮作用，而且能用于某些社會感知參與的具有明顯層次架構的復雜專業社會網絡，比如運動員訓練支持網絡，所以有一定的推廣意義。

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A social awareness model for e-government IOT application

ZHAO Ning-she，YUAN Xi
（School of Information Engineering，Xi'an University，Xi'an 710065，China）

The Internet of things（IoT）application could establish a unified public platform framework for the isolated e-government systems.In order to explore the influence on the social participation integrity during cognitive interaction in the framework，based on the background of e-government applications of Internet of things，for social awareness process of e-government IoT，the positive impact on IoT to the electronic government is expounded.And by analyzing the characteristics of the e-government social awareness in the application of IoT，the influence of social participation to sensory information in the awareness.Furtherly the effects of the participants in the hierarchical structure of government Internet of things are synthesized，and government IoT social awareness model is put forward and the hierarchical process is simulated and verified by computer software means.

e-government；the internet of things；awareness；model

TN919

：A

：1674-6236（2017）08-0135-04

2016-06-11稿件編號：201606081

國家自然科學基金（61440036）；西安市科技計劃項目（CXY1443WL06，CXY1443WL18）

趙寧社（1975—），男，陜西扶風人，博士，副教授。研究方向：分布式計算。