數字化技術在城市治理領域的應用研究

劉 彤研究員

(1.北京市計算中心有限公司，北京 100094；2.云計算關鍵技術北京市重點實驗室，北京 100094)

0 引言

2020年3月31日，習近平總書記在考察浙江時指出：通過大數據、云計算、人工智能等手段推進城市治理現代化，大城市可以變得更“聰明”，從信息化到智能化再到智慧化，是建設智慧城市的必由之路，前景廣闊?？倳浀闹匾摂嘟o智慧城市建設提供了依據，給出了城市“數智化”建設的戰略目標、方向路徑和關鍵環節。城市治理現代化是融技術創新、數據驅動和效能導向于一體的城市治理新形態，需要從治理理念、治理制度、治理工具和治理模式4個方面全面轉型，即從分離治理向連接治理，從分域治理向整合治理，從電子治理向數據治理，從模糊治理向精準治理轉變，促進城市高質量發展和高效能治理。

城市“數智化”建設過程中，新一代信息技術如大數據、人工智能、云計算、移動互聯網、物聯網、5G通信技術等為城市的規劃、建設、管理和服務提供了潛力巨大的技術資源和創新性的解決方案。新一代信息技術與城市現代化功能深度融合與迭代演進，進一步提升城市的公共服務效能與政府治理能力，提高城市治理精準化、高效化與透明化。

本文將從新一代信息技術在城市治理領域的作用、為城市治理帶來的變革、面向城市治理的數據治理體系建設3個方面出發，梳理物聯網、大數據、人工智能、5G等技術在城市治理中的作用，闡述技術創新與管理機制的相互推動和積極影響。

1 新一代信息技術在城市治理領域的作用

數字化轉型是指通過數字技術的深入運用，構建一個全感知、全聯接、全場景、全智能的數字世界，進而優化再造物理世界的業務，對傳統管理模式、業務模式、商業模式進行創新和重塑。在數字經濟和雙碳目標的驅動下，城市也面臨著數字化轉型的迫切需求和壓力。運用新理念、新技術、新平臺，推動城市管理向精治、共治、法治為基本特征的城市治理轉型，體現數字治理和“一網統管”的城市治理理念。在這一過程中，新一代信息技術如大數據、人工智能、云計算、移動互聯網、物聯網、5G通信技術發揮了巨大的推動作用，促進了機制層面的變革。

1.1 物聯網技術

智慧城市不論是數字轉型還是智能升級，都需要建立在萬物互聯、智能感知的基礎上。物聯網是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡，通過將各種感知設備接入物聯網，來實現對其的識別、定位、跟蹤、監控和管理。城市治理相關的設備包括視頻監控設備、音頻監控設備、溫度傳感設備、煙感設備、光感設備、壓感設備等，通過物聯網技術將這些功能結構各不相同的設備連接起來，實時采集重點區域的溫度、濕度、空氣質量、供水、供電、供氣、供熱、消防、排水、道路、環衛、垃圾、交通、運輸、通訊等專業的監測數據，監控特種設備、關鍵設施運行情況，通過5G/4G、WIFI、NB-IOT、Lora等通信協議傳輸到相應的管理部門，所以說物聯網技術及相關設備設施是智慧城市、城市治理的技術基石。

1.2 大數據技術

由于城市治理領域的數據具有典型的“4V”特性，即數據量大、種類和來源多樣化、數據價值密度相對較低、數據增長速度快且對處理時效要求高。大數據相關的技術包括數據的采集、整理、傳輸、存儲、安全、分析、呈現和應用等。大數據的價值主要體現在深入分析和場景應用上。要想保證城市運行中各種數據的應用效率，并將之轉換成優質的數據資產，就必須利用大數據技術對這些數據進行科學合理的管理與處理。

大數據在城市治理、城市規劃中具有較多的應用場景和技術優勢，如通過分析城市居民日常活動與出行數據，可以辨識居民行為制約因素，為城市設施布局優化或相關管理政策的調整提供量化指標，從而輔助規劃師及城市管理者發現已有規劃或城市管理措施中存在的問題，并為提升改進提供更精細的科學依據；公交刷卡、簽到數據等反映居民行為特征的數據集與城市路網數據、興趣點數據(Point of Interest,POI)等基礎地理數據的結合，可以輔助進行高效率、高精度的城市功能點位識別。在不同的時空背景下，針對不同的居民行為特征采取針對性的管理策略，動態分析與模擬居民時空行為與城市空間的相互關系，識別并預測不同時間截面上城市人口(特別是弱勢群體、違法亂紀者、重大事件的集聚人流等)的分布結構，為即時化、精細化的城市管理提供決策依據。

1.3 5G技術

與傳統的4G技術相比，5G技術能夠實現高可靠低時延連接，連接時延達到毫秒級別；用戶體驗速率可提升至1Gbps(4G最高實現10Mbps)，峰值速度甚至達到10Gbps。5G網絡具有超高速率、超低時延及超大連接的特性，能夠滿足各應用場景對通信網絡大帶寬、低時延的要求，并使低成本的小型傳感器的海量連接成為可能。通過采用不同的切片技術和邊緣技術，能夠根據應用場景的不同需求靈活配置網絡資源，實現靈活部署。5G可以與人工智能、云計算、大數據等各項基礎技術結合，如5G與智能物聯網(AIoT，即 AI + IoT 的簡稱，Artificial Intelligence，AI；Internet of Things，IoT)相結合，能夠滿足感知設備對網絡通信能力的更高要求，從而進行全域數據采集；5G與移動邊緣計算(Mobile Edge Computing，MEC)相結合，能夠構建邊緣智能，使云端處理能力下沉，實現本地化智能服務，建立“云、邊、端”協同的計算體系；5G與智能運營管理平臺(Intelligent Operations Center，IOC)相結合，能夠實現中心智能，推動數據實現融合應用、流通共享及交互協同，構建通用能力。所以，5G技術的應用以及與其他技術的融合，提升了基于感知技術的采集能力、依托于傳輸技術的連接能力，以及依托于數據分析技術的服務能力，在新型智慧城市建設中能夠發揮積極作用。

1.4 人工智能技術

在城市環境中，人工智能(Artificial Intelligence，AI)技術已被視為改善城市管理的一種有效方法，通過識別模式并執行預測、決策，并最終以快速、準確的方式執行和操作?？梢哉f人工智能就是在大數據基礎上進行的數據價值化操作，其核心在于“思考”和“決策”，與大數據、云計算等各項技術間的關系密不可分。人工智能的6大方向——機器學習、自然語言處理、計算機視覺、機器人學、自動推理和知識表示，在城市治理領域都已有廣泛的應用。如基于視頻分析的行為判別可根據十字路口車輛數靈活控制紅綠燈等待時間。人稱“逃犯克星”的張學友，為了防止假票，在演唱會安檢中進行人臉識別，已抓到80余逃犯。這是因為人臉采集與識別已經做到了全國聯網，只要是在逃人員，通過人臉識別技術，在全國范圍內都可以立刻識別出來?；诔鞘羞`法亂紀行為及刑事案件發生的時空分析與模擬，可以發掘刑事案件頻發的時段及對應的空間熱點區域，在遏制與預警城市違紀與犯罪事件方面發揮作用。

在實際應用場景中，上述技術是緊密連接、綜合應用的，共同形成“感—傳—算—用”數據鏈，繼而推動感知(Sensing)—分析(Analysis)—決策(Decision)—執行(Action)—評估(Evaluation)功能鏈的建立。在城市功能優化、城市交通控制、城市災害風險管理、城市運行效能提升等領域發揮越來越重要的作用。

2 新一代信息技術為城市治理帶來的技術推動

2.1 大數據思維在城市治理領域的運用

大數據思維即全樣思維、容錯思維、相關思維，不在意數據的雜亂，而強調數據的量；不要求數據精確，但要求數據的代表性；不刻意追求因果關系，但重視規律總結。其中“相關思維”是大數據分析最重要的基礎。傳統應急式的城市管理模式遵循的是“由果尋因”的思維方式，將管理只聚焦于應對環節和單個事件，忽視預防、反思等重要環節和相關事情。大數據思維支持下的“預防式”治理模式則是從風險預測開始，通過數據分析推演再現從風險到危機的整個流程周期，并以此作出相應行動決策。而“從因預果”的思維模式，講究的是源頭治理，預防為先，全程把控。數字經濟時代的到來正在全方位倒逼政府自身變革,大數據、人工智能正日益成為治理創新的重要驅動力。新一代信息技術為城市治理帶來的技術推動以及管理模式方面的變化體現在數字化疫情防治方式、基層治理模式、事件上報方式、一體化架構應用等方面。

2.2 智能技術推動疫情防治方式的轉變

2020年新冠肺炎疫情爆發以后，各地政府運用新一代信息技術的治理能力逐漸加強，借助于移動互聯網和智能手機，政府相關部門可以實時追蹤人口流動信息，快速定位潛在疫情風險，從而降低疫情傳播。AI圖像識別技術和紅外熱成像技術的結合，形成了AI智能測溫系統，可對人流中多人額頭溫度同時進行快速篩選及預警，方便人流聚集處的快速篩選，有效減少公共場合人群聚集。知識圖譜工具可以通過搜索詞條、關系關聯/擴展等方式，在短時間內完成大量病例的相關關系分析，減少流調工作量及時間周期。自然語言處理技術可以快速識別疫情中的時間、地點、人物等關鍵信息，并幫助流調團隊進行流調報告的快速發布，以縮短向公眾發布疫情信息的時間，讓可能的密切接觸者更早的有所警覺。在此次疫情中，大數據與人工智能等智能技術在人、財、物各類資源的組織管理、分析與調度等方面發揮極大作用，最大程度上降低人員面對面溝通，有效降低傳、感染風險。

2.3 基于網格化管理的基層治理“末梢神經”加快激活

網格化管理是根據屬地管理、地理布局、現狀管理等原則，將管轄地域劃分成若干網格狀的單元，并對每一網格實施動態、全方位管理，它是一種數字化管理模式，依托于統一的城市管理數字化平臺，將管理轄區按一定的標準劃分成單元網格，通過加強對單元格中部件和事件的巡查，建立監督和處理相分離的主動發現、及時處理城市管理問題的一種模式。目前，網格化管理已經成為城市治理的一個重要手段，部分城市已經形成了“多網合一”的局面。

以網格化管理為基礎構建的智慧城管平臺，以數字地圖和單元網格作為數據的組織形式，集成基礎地理、地理編碼、市政及社區服務部件、事件的多種數據資源，以城市監管員和市民服務熱線、視頻自動發現為信息收集渠道。當前，以網格為單位上報的事件也不限于市容市貌等城管領域，還包括社區防疫、社區治安、公共設施、特殊人群照護等多個領域。事件上報后通過平臺分流派遣，形成網格事件協同處理機制，集事件受理、調度指揮、研判分析、分流處理、督辦反饋為一體，縱向貫通、橫向聯通的部門間業務協同平臺，規范事件處置流程，實現業務職能部門間信息推送、流轉、反饋的流程化協同運作。城市管理者通過查看各類上報事件即可實時掌握城市管理、民生服務等各種問題，經過數據匯總和分析可發現城市治理的難點、痛點，以及逾期不辦結事件情況的癥結所在。通過多部門信息共享、協同工作，構建起溝通快捷、責任到位、處置及時、運轉高效的城市管理、公共服務的監督和處置新機制，形成“街鄉吹哨、部門報到”的基層治理模式。

值得注意的是，智慧化網格事件的收集和流轉不僅僅只是提高處置效率，在事件累計到一定程度后，還可以運用各種分析研判、預測預警算法提供決策依據，優化工作模式。如通過空間聚類等智能分析算法，直觀掌握事件的高發時段、高發區域、高發類型，這樣就可以改變以前靠人值班盯守、平均分配人力、警力的工作方式，提示有關部門進行提前布防，逐步實現精準化、差異化、自動化的工作方式，實現“人治”到“數治”轉變。

2.4 影像識別與智能分析成為城市治理事件上報的主力

近年來遙感影像識別、空間信息、視頻智能分析在城市治理、公共安全、交通運輸等方面顯現出了不可或缺的作用，人臉識別、人(臉)證(件)同檢、車牌識別等已經廣泛應用，事件自動發現、主動上報、人機協同的工作機制也在很多領域初步建立。杭州“城市大腦”圍繞解決城市交通擁堵、停車等待時間長等問題，建設了11大系統、48個應用場景，便捷泊車、舒心就醫等基本實現“先離場后付費”“先看病后付費”；杭州主城區通過視頻AI計算，每2min就可以完成一次全區域掃描，95%的事件自動發現，使道路車輛通行速度提高11%。江西省撫州市東鄉區根據城市治理場景的不同應用需求，通過預置的17種人工智能算法主動發現城市治理相關的各類事件，如車輛違停、消防通道占用、出店經營、垃圾監測、占道經營等，并將發現的事件自動推送到智慧網格平臺，轉派給相應的專業管理人員進行處理。目前，該視頻感知平臺每天可以抓取400萬+目標，事件5000+(包含橫穿馬路、非機動車占用機動車道等)。相關自動抓拍事件的統計分析也為當地政府在停車場(位)設置、人行橫道設置、交通協管員布崗等公共設施及監管措施的優化提升給出決策依據。

在安全生產領域，視頻監控與智能分析也扮演極為重要的角色。如在建筑工地、石化、電力等高危行業生產區域，通過目標檢測算法對作業人員安全著裝情況(戴安全帽、穿安全鞋等)進行監測，能夠對未按要求著裝的人員進行及時告警。對重要崗位的值守情況進行監測，以防擅自脫崗。通過攝像頭對關鍵設施、部位的實時監控，以及針對大區域的無人機載通信模組+攝像頭巡查機制，都已成為政府安全監管與企業安全生產可視化平臺的基礎。

另外，雷達探測技術具備覆蓋范圍廣、探測距離遠、識別精度高等特性，能夠克服風、雨、雪、霧、霾等氣候、氣象條件影響。融合雷達空間感知與視頻感知，構建“雷達探測、視頻復核”的雙重判別機制，抽取雷達定位信息與視頻、視場角度，建立二者間關聯關系，形成雷達空間感知信息與視頻感知信息的跟蹤協同與聯動，實時跟蹤確認目標移動位置，是未來的發展趨勢。

2.5 “一張圖、一張網、一個屏”的一體化架構廣泛應用

“一張圖、一張網、一個屏”是指基于二維/三維數字地圖實現的數據資源一張圖、物聯監測一張網、指揮調度一個屏，這既是技術架構，也是管理體系架構。通過數據的高度匯集及地圖標注，全面掌握數據管控家底，為城市安全風險防控、應急指揮、監督調度等城市治理場景應用提供多源數據支撐和決策依據?！耙粡垐D”是由多個圖層和主題組成，可根據經緯度在二維/三維數字地圖上定位標注城市部件、路燈、崗哨、視頻攝像頭，以及風險集聚點、資源分布點、內澇積水點等一切需要定位和關注的事項和因素。如基于“大數據”“一張圖”的實戰指揮平臺已經應用到智慧消防領域，實現了滅火救援的一張圖指揮、一張圖調度、一張圖分析、一張圖決策。數據根據不同主題在不同圖層標注后，還可按照相關算法進行匯總、計算和可視化展示，以及數據層層下鉆，實現數據溯源。

“一張圖”要體現出綜合性、層次性、聯系性，綜合性是要體現出多方面要素狀況，如利用各種評估指標體系和大數據指數有效地反映某一現象的發展態勢并進行可視化展示，如區域安全指數、平安運行監測指數、政務順暢度指數、夜生活活躍度指數等；層次性是從最基層的單要素向上提煉、歸類、匯總可得到同類或相關要素的一般運行狀態，通過小的空間單元可以向上匯總到更大尺度的空間范圍，以服務不同尺度的管理層級；聯系性是要體現出時與空、人與物、物與物……直接的內在聯系。

“一張網”是要打通接入各類物聯、監測、感知網絡，實現前端監測信息實時回傳。如雨量監測、水位監測、風力監測、地質災害監測、空氣質量、兩客一危車輛、雪亮、天網等各路重點領域的物聯、監測、感知網絡實時監控，并結合監測項目的閾值指標預警功能，做到監測預警準確及時。在音樂節、事故現場等沒有有線網絡部署或WIFI覆蓋受局限的場景和戶外空白區域，可通過5G技術解決臨時布控臨時組網的問題，即在通用監控攝像頭中內置5G通信模組，讓攝像頭可以通過基站實現直接聯網，從而實現遠程監控的目的。運用物聯、監測一張網，有助于自然災害防治和安全生產事故預防等場景中的事前預防、事中控制、事后分析，為科學精準決策、指揮調度提供數據支撐和平臺支持。

“一個屏”是實現指揮中心與現場人員的一屏指揮。借助融合通信與可視化協同指揮技術，實現一體化快速響應、實時指揮、遠程視頻等功能，實現現場與后方指揮中心的實時視頻通訊，以及高清音視頻、數據等多媒體業務的實時同步傳輸，實現可視化、快速精準調度與各級高效協同。

要實現“一張圖、一張網、一個屏”的效果，信息系統互聯互通和信息共享、多源異構數據的采集與整合是關鍵。需要通過一系列數據共享交換與數據治理工作，加快整合分散的應用系統，推動平臺化和一站式服務，在數據匯集共享、關聯分析和高效利用的基礎上全面提升數據要素價值。

3 面向城市治理的數據治理體系建設

盡管政府部門、企業、社會都產生并積累了大量信息和數據，但各類數據之間并未進行有效融合，數據的共享程度和利用水平并不高，難以滿足城市高效協同運轉的需要和城市運行“全貌”展示的需要，還需通過數據治理才能體現數據價值。數據治理體系是促進數據管理和執行體系落地的有力支撐平臺，將分散、多樣化的核心數據通過標準化、質量探查、清洗、集成及監控等技術手段進行優化，形成數據治理體系，并結合內部組織結構，形成數據管控執行體系，在內部持續運行、提升，挖掘主數據的應用價值。在城市治理領域，數據具有多源、異構、多模態、海量的特點，且涉及跨域安全、可信互通以及不同層次、不同領域的數據共享和交換問題，因此是一個復雜的系統問題。政府、企業、社會組織和公眾是多元治理主體，數據生命周期、數據質量、數據安全等關鍵點是治理客體。信息生命周期理論也引入到治理過程來指導一系列數據活動，比如數據的獲取、處理、傳播和利用以及關鍵業務節點的控制，以遵循活動規律和數據運動的變化規律，根據不同階段和治理需要的特征，進行整個生命周期的管理，以找到最適當的管理方法和策略。

值得注意的是：數據治理過程中，數據共享交換是基礎、數據安全調度是核心、數據資產管理是目標。數據治理絕不是以數據清洗、數據共享交換等單一功能的實現為目的，而是要進行數據的全生命周期管理和有價值數據集的構建、調度和深入挖掘。數據治理平臺好比一個大廚房的配菜車間，把來源不同、品質不同的原材料(數據)進行清洗、加工、存放，按照大廚(數據用戶)的要求對各種半成品和配料進行搭配組織和進一步加工。車間主管還能隨時報出都有什么狀態的什么食材可以供應(提供便捷的數據目錄與信息服務目錄檢索)。在這個過程中，要有相應的安全保障機制、協同工作機制、質量監督機制等。例如在進行“城市體征診斷分析”時，需要根據動靜結合的特點，從時間、空間與設施要素多個方面分解和聯結城市體征的評價指標。從人與地、靜態與動態出發，從城市人口系統、城市環境系統、城市活動—移動系統和城市運行系統中抽取數據集，再通過分析計算和評價模型得出局部體征，最后匯總表達整體體征。

4 結論

全面推進城市數字化轉型，是鞏固提升城市核心競爭力和軟實力的關鍵之舉。在帶動社會治理新模式、構建城市運行新形態方面，數字化技術扮演了越來越重要的作用。近年來智慧城市領域的數據治理呈現治理理念轉向服務、治理技術不斷創新、治理范圍逐步拓展、治理主體趨于多元、治理效能整體提升等特征，但在面向場景應用的協同治理、全景式和全過程治理方面還存在明顯不足，在城市多元數據融合、跨領域知識模型融合等方面可以說才剛剛起步。

2021年7月30日印發的《北京市關于加快建設全球數字經濟標桿城市的實施方案》中提出通過5-10年的接續努力，打造引領全球數字經濟發展的“六個高地”“建成超大城市數字化治理體系”“建設一人一碼、一物一碼、一事一碼的城市時空編碼體系”“形成自我感知生成數據、自動聯網匯聚數據、數據賦能安全運行的數字化城市生命線”?！耙籜一碼、一X一檔”要求用智慧化技術進行更加精細化的管理，“自我感知”則要求建立更多自動識別、主動上報、前瞻研判的工作機制。對比上述要求，業界還有很長的一段路要走。各類數據、算法與城市功能的有機結合、城市治理專業團隊與數據科學專業團隊的深度融合是城市數字化轉型、數智化發展的關鍵?？梢韵嘈牛和ㄟ^多方共同努力和需求牽引，一體設計、協同并進、融合創新，共建共享、互聯互通、場景特色的新型智慧城市發展格局加速形成。