基于大數據的智慧城管設計方案

文/周宏成 陳佳松

1 概述

隨著物聯網技術和大數據技術的快速發展，國家對城市管理信息化的要求越來越高，主要包括整合信息平臺，積極推進城市管理數字化、精細化、智慧化，以此提高城市管理效能，提升人民群眾滿意度。智慧城管系統能將城市管理中的信息收集、指揮調度協調、監督管理等功能整合成一個系統，可以對城市規劃、市容環境衛生整治、市政設施管理、環境保護、園林綠化、防洪防澇、污水處理等城市運行領域進行實時監控管理。

但隨著國內城市化進程的迅猛發展，新的城市管理問題不斷出現，國內已建的智慧城管系統亟待通過優化升級解決面臨的新問題和新挑戰，主要包括：

（1）發現問題渠道單一，過于依賴專業人力；

（2）城市管理覆蓋范圍不足，業務管理內容需增加；

（3） 業務范圍不斷增加，考核評價體系顯落后；

（4）公眾參與度不夠，政民互動尚待加強；

（5） 實時管控能力欠缺，大數據分析能力不足；

（6）“大城管”工作格局待完善，跨部門業務協同待加強；

（7）城市管理運行體制需進一步完善，實現高位監管。

針對上述問題，本文以智慧城市管理運行管理體系為基礎，以城市管理綜合數據庫為支撐，將城市管理數據在各層面打通。以精細化管理、高效化協同、人性化服務、多元化參與為手段構建智慧化城市管理應用平臺。通過管理帶動服務、以服務提升為目標實現城市管理螺旋上升，采用大數據分析與決策不斷提升城市管理水平。

2 總體架構設計

本文主要以A市智慧城市為頂層框架，智慧城管作為基礎應用，依托現代信息通信技術，運用數字化的基礎數據，多個維度信息數據采集，各部門協同工作，智能預警決策分析等手段，對城市管理部件、事件標準進行量化，建設城市管理公共服務平臺，建設基于海量信息數據和智能過濾處理的城市管理模式。智慧城管系統架構如圖1所示，該框架主要分為基礎平臺層、數據資源層、應用支撐層、業務應用系統層以及用戶層等五個部分。

2.1 基礎平臺層

基礎平臺層為智慧城管平臺提供基礎運行環境，包括機房與場地、通信網絡系統、存儲與備份系統、呼叫中心系統、大屏顯示系統、視頻監控系統、信息安全系統等。充分考慮電子政務平臺的優勢，通過電子政務平臺實現與A市各級業務單位的全面互聯，同時結合電子政務平臺的適用范圍，將業務應用層與數據資源層中的平臺與系統、核心數據庫，部署于智慧城管云平臺中，數據的安全性、完整性由智慧城管云平臺負責保證。通過引入云計算技術提檔智慧城管的基礎運行環境，符合當前技術發展的趨勢，保障智慧城管系統更可靠、更安全、更智能的運行。

2.2 數據資源層

數據資源層主要包括數據集成管理、數據信息服務、數據存儲服務三個方面的功能。數據集成管理主要是指借助于數據倉庫技術，對城市的數據庫系統進行分類管理。涉及的數據庫主要有地理信息數據庫、人口信息數據庫、房屋及城市建筑數據庫、企事業單位法人信息數據庫、遙感影像數據庫、視頻資料庫以及面向其他應用的主題數據庫。數據信息服務在集成管理的基礎上，借助云計算，通過數據交換與共享服務平臺為A市的城市管理應用系統提供數據信息與計算服務。將分散在各網絡內各單位間存在的交互壁壘和信息孤島的公共數據信息抽取到平臺進行匯聚、分類、比對、關聯和存儲。處理后的數據向上提供大平臺各組成模塊使用，向下提供各職能部門應用系統調用。

2.3 應用支撐層

應用支撐層處于應用層和系統支撐層之間，在整個總體架構中承擔著承上啟下的關鍵作用。應用支撐層提供一些公共的功能以支撐應用功能的實現，主要包括數據接入接口、數據應用插件、中間件、系統管理、統一權限管理、表單服務、報表引擎、數據交換與共享服務和日志服務，以及視頻、短信平臺等支撐功能構成。

2.4 業務應用系統層

根據業務應用系統需求，將A市智慧城管業務應用系統層劃分為十一個子系統，實現完整的智慧城管業務功能。十一個子系統包括受理、移動處置、公共服務、地理信息、智能管控、行業監管、業務協同、數據交換、數據分析與評價統、應急指揮、資源整合等。

2.5 用戶層

用戶層主要是城市管理數據的采集和數據的展現。智慧城管更注重城市管理的全社會參與，通過熱線、政務網站、市民通、APP、新媒體（微信、微博）等途徑讓市民參與城市管理，舉報城市問題，可以全面的增進市民對城市管理的參與度。通過處置通，可讓城市管理的相關專業部門更便捷的參與到城市管理中來。通過領導通，領導無論身處何地，都能對城市管理工作進行全局了解掌控，對重點工作催辦督辦。通過物聯網（視頻監控、傳感器）的部署，更加直觀、智能的感知、發現城市中的問題，城市管理更加智能化。

3 大數據處理應用平臺設計方案

智慧城管系統主要利用物聯網技術和智能視頻分析技術實現對城市的實時監控，本方案設計主要包括基礎數據庫平臺、應用平臺軟件和內外部接口設計三大部分，下面分別進行介紹。

3.1 基礎數據庫平臺

通過A市市政設施基礎部件普查、基礎地理編碼普查、萬米單元網格劃分等工作，為A市數字化城管管理提供精確度高、可用性強的基礎數據庫平臺。通過進一步細化管理網格，以城市街道為主體，形成社區圖與單元網格圖重疊，構成智慧城市管理單元網格和監督網格。

對于單元的編碼規則，主要根據數據庫的基本操作來實現，其編碼方法如表1所示。在一個社區內編碼順序為從左到右、從上到下的順序。

表1：數據庫編碼方法表

圖1：智慧城管系統架構圖

3.2 應用平臺軟件

智慧城管應用軟件平臺是一個復雜系統，因此在應用軟件劃分上較以往智慧城管發生了較大的改變，本文將智慧城管應用軟件平臺劃分為基礎業務類、行業監管類、物聯網平臺等三大業務類；各業務類由一個或多個分平臺組成，而分平臺則是由子系統構建。其中，基礎業務類指的是智慧城管運行所必需或常用的業務分平臺或子系統，行業監管類指指行業監管的應用，以各業務子系統為代表，包含戶外廣告子系統、智能視頻分析子系統以及環衛綠化管理子系統等。

其中，廣告子系統的管理功能主要分為兩個部分，一個是日常管理，另一個是問題管理。日常管理側重對廣告牌信息的展示，問題管理側重于廣告牌問題的處理流程，分別對應于專業化管理和長效性管理。廣告牌的管理流程如圖2所示。

智能視頻分析接入應用子系統是通過對接“視頻分析”模塊，建立與視頻分析的接口，實現對城管的智能化管理，從傳統人工主動去發現問題，轉換到由現代計算機強大的運算、處理能力，過濾與業務無相關的視頻數據，實現對智能去分析發現問題，讓視頻監控者的從頻繁人力勞動解脫出來，并專注于與業務相關的問題。

3.3 內外部接口設計

在智慧城管系統中，內部接口主要包括無線終端系統傳輸接口、協同工作與地理編碼子系統接口、監督受理與協同工作子系統接口、監督指揮子系統和GPS定位系統接口、視頻監控系統和監督管理子系統接口，以及協同工作、監督管理、協同工作子系統和地理信息子系統之間的接口。

外部接口主要涉及下面幾個內容：

3.3.1 與公安聯動

市民公安報警求助涉及城管方面的非緊急民生警情，統一推送到城管服務熱線進行處置，與“110”快速反應機制相結合。共享空間地理信息和公安、綜治視頻監控資源；利用電子政務外網，進行處置終端互聯互通；將園林、市政、環境衛生等方面納入平臺實施監管，問題處置統一指揮，及時解決市民訴求。

3.3.2 與分布式數字化城市管理系統的接口

縣級平臺與市級平臺的對接，將采用數據交換的方式實現交互。在市和縣級平臺中專門設立了數據交換子系統以實現市、縣兩級城管平臺間的問題基本信息和動態信息的信息交換功能。數據交換主要包括兩個方面：業務流程中發生的交互和數據同步發生的交互。

3.3.3 GΙS共享服務接口架構

智慧城管系統的建設，為各專業系統的信息化建設打下很好的基礎。利用智慧城管的GΙS接口可以實現GΙS資源的共享。

圖2：廣告牌的管理流程

圖3：智慧城管云平臺框圖

3.3.4 與其他信息系統的數據共享接口

該數據共享接口適用于智慧城管平臺和其他信息系統之間的數據交換，并且利用Webservice 作為平臺的數據交換協議。其他應用系統可以調用智慧城管平臺服務層提供的WebService 服務和系統進行數據交換，系統也能提供外界TradeService.wsdl 文件供外界引用。

同時該系統還添加短信平臺接口，對短信平臺來說，需要根據業務系統的要求，發布社會管理及公共服務的業務短信，包括批量發送、群發、點發、催辦短信、督辦短信、到達短信、反饋短信、評價短信等等，支持自動發送與手工發送，并記錄短信內容，反饋發送結果，并提供相應的統計功能。同時還必須包括短信的接收功能，針對特定的短信回復號碼，區別接收的業務系統，并可自行設置相應的短信回復的業務類別。

4 云中心運行環境設計方案

“云中心”是一個資源池，包括各種服務器、帶寬資源等。“云計算”將各種計算資源集中起來，通過網絡提供給用戶。應用提供者能夠共享計算資源和貸款，更加專注于自己的業務，從而有利于技術創新和降低開發成本。

云主機整合了計算、存儲與網絡資源的ΙT基礎設施能力，能提供基于云計算模式的按需使用和付費能力的租用服務。客戶可以通過web界面的服務平臺，部署所需的服務器環境。云主機整合了各種高性能服務器和優質網絡帶寬，能夠克服傳統主機購買租用價格高、服務品質參差不齊等缺點，可滿足用戶對租用服務高可靠，低成本，易管理的需求。

4.1 云主機資源需求

4.1.1 數據庫服務器

數據庫服務器是本次項目的核心服務器，在配置方面需要確保較高的性能和高可靠性，數據庫組成服務集群方式實現并行處理，減輕單臺服務器的工作負載，并互為備份，保證數據庫的連續工作，能夠長期、穩定的提供服務。

4.1.2 應用服務器

因為所有的用戶均需要訪問應用服務器，對并發數量要求較高。在核心應用上，采用負載均衡策略，保證任務能平均的分配到兩臺服務器上，不會出現一臺服務器負載過重，而其它服務器閑置的情況。

4.1.3 GΙS服務器

GΙS服務器上安裝了平臺軟件，該軟件能夠提供地理空間數據的動態顯示、實習操作和預警分析。

4.1.4 數據交換服務器

數據接口服務器安裝了智慧城管的數據交換軟件，實現各個委辦局的業務平臺的數據交換，并實現與智慧城管系統的協同工作。

4.1.5 視頻監控服務器

視頻監控服務器用于控制監控攝像頭的工作，同時也用來作為視頻點播的分發平臺。

4.1.6 Web服務器

Web服務器用于實現公眾服務及外網發布。

4.2 云存儲資源要求

數據存儲是系統安全運行的重要部件，用戶的業務價值最終體現在用戶的數據上。在本項目的存儲與備份系統設計過程中，能實現以下目的：建立獨立的存儲系統；提供網絡級的共享接入；多種數據備份技術；大容量的數據存儲滿足數據存儲擴容的需要；

4.3 云平臺部署

通過電子政務外網，實現“智慧城管”應用平臺與A市城管部門互聯互通；在電子政務外網未開通的情況下，申請寬帶專線進行網絡互聯互通，專線網絡帶寬至少為100M。

本次項目根據A市 “智慧城管”應用系統特點，將提供對外公眾服務應用系統部署在云平臺公眾服務區（公網）Public資源池，將其他內部專有應用系統部署在云平臺資源共享區（專網）Resource資源池。如圖3所示。

5 系統測試分析

按照上述思路搭建系統之后，本文進行了一系列測試實驗用于分析該城管系統的可靠性與有效性。首先進行系統指標測試，該系統能每時每刻處于運行狀態，系統有效工作時間大于99.9%，且系統故障恢復時間不超過30分鐘。同時該系統的穩定性較好，不會出現無故退出系統、發生系統不可控制的故障提示、因系統故障導致操作系統或機器無法正常操作等故障現象。

本文還進行了系統響應指標的測試實驗，在處理簡單事務時，例如各類信息錄入、修改、查詢等基本業務時，系統的平均響應時間小于3秒，同時可以允許500名用于同時操作；在對復雜事務處理進行處理時，系統的平均響應時間小于60秒。

從該城管系統的指標測試與響應時間測試可以發現，該系統可以穩定運行，且滿足智慧城市的基本應用需求。

6 結論

針對智慧城市管理困難的問題，本文主要利用物聯網技術和大數據技術設計了一套智慧城市管理系統，通過數據庫管理平臺和相應的應用軟件平臺，可以有效提高了城市管理水平，對城市運行領域進行實時監控管理，推進了經濟社會發展。系統測試實驗表明，系統有效工作時間大于99.9%，且系統故障恢復時間不超過30分鐘，同時可實現大規模并發和圖像聲音等信息的傳輸。