基于AI技術的智慧城市治理系統架構與應用設計

摘 ?要：隨著城市化率、人們生活水平的逐年提高，以及當前“十四五”數字經濟的全面開展，現代社會對城市治理的要求不斷提高：治理需規范化、管理需精細化、業務需數智化。通過將AI技術融入智慧城市建設和城域社會治理，系統性提升城市層面的架構規劃和智慧應用的現代化水平，完善共建共治共享的城市社會治理制度，以“基層之治”夯實“中國之治”。

關鍵詞：AI技術;城市治理;架構;應用

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）05-0118-05

Architecture and Application Design of Smart City Governance System

Based on AI Technology

FU Haifeng

（China Data Matrix Technology （Beijing） Limited， Beijing ?100085， China）

Abstract： With the increasing urbanization rate and living standards year by year， as well as the full development of the digital economy during the current “14th Five-Year Plan” period， modern society’s requirements for urban governance continue to increase： governance needs to be standardized， management needs to be refined， and business needs to be digital and intelligent. By integrating AI technology into smart city construction and urban social governance， we will systematically improve the modernization level of urban-level architectural planning and smart applications， and improve the urban social governance system of co-construction， co-governance and sharing， consolidate “China’s governance” with “grass-roots governance”.

Keywords： AI technology; urban governance; architecture; application

0 ?引 ?言

AI技術即人工智能技術，基于智能理念，可提供人類般思維、決策與反應服務。該技術現階段主要分為三大學派：符號主義、連接主義和行為主義，典型代表分別是知識圖譜、神經網絡和多智能體，這三大學派目前呈現融合趨勢，為促進新一代智慧應用的發展提供堅實的技術基礎。

通過AI技術，結合大數據、云計算、物聯網、移動通信、互聯網等信息技術手段，智慧城市治理系統可實現高效便捷的智慧城市治理，提升“以人為中心”的城市生活質量，保障城市高效、健康、可持續的發展。

1 ?系統架構設計

社會治理業務涵蓋城市生產生活的方方面面，而一般情況下，城市人口從數十萬到上千萬不等，地域范圍從幾千到上萬平方公里，還具有許多建筑物、基礎設施等資源分布，需要自上而下地進行系統規劃。以AI技術為核心的智慧城市治理系統主要分為五層，分別是場景應用層、能力中心層、智能中臺層、底層支撐層以及城市數據源層。

1.1 ?場景應用層

智慧城市治理系統的場景應用層主要包括綜治、城市治理等方面場景的應用。主要的功能應用包括：

（1）資源算法共享共用，即將系統涉及接入的城市規劃全部視頻點位，可根據實時情況動態調整視頻分析的計算資源。對指定區域的視頻進行結構化，同時支持指定區域內的歷史數據，對其進行結構化分析計算處理，共享分析資源。

（2）量化風險管控指標，即通過對重點人員的出行軌跡、日常活躍度以及生活關系圈的分析，建立重點人員的風險指數，并在重點人員檔案中進行特殊標識。

（3）高效布控指揮調度，即由傳統的卡口布控轉變為多維度信息碰撞觸網布控，同時實現人臉卡口與普通攝像頭聯動，由人臉聯動人體布控，實現對重點人員的動態感知，結合預警信息與終端APP實現聯動，并實現消息及時推送和接收狀態反饋。

（4）對城市中的車輛與人員流量進行智慧交通智能疏導工作，為政府機關等職能部門提供信息數據的管理服務，利用計算機大數據挖掘技術對社會建設方面的相關數據進行收集、挖掘與分析，形成精準的城市治理信息數據，為相關職能部門人員的城市治理規劃與整治工作提供數據支撐。

1.2 ?能力中心層

系統中的能力中心模塊主要提供預警中心、研判中心以及指揮中心等功能：

（1）通過對預警中心提前設置預警規則，針對人、車、物等元素進行物理識別的布置控制，以及對人、車、MAC、RFID等進行任一維度的規則預警;利用人臉預警或人群預警為相關特殊事件做好警示或預防，例如利用人群預警分析路況、人流量，為交通提前做好人流疏導提供技術支持。

（2）研判中心基于AI視覺分析中臺強大的底層服務與算法引擎能力，通過視頻洞察分析（如智能搜索、全息檔案分析、軌跡追蹤、關系分析、落腳點分析），進行智能研判并輸出結果。在城市范圍內鋪設大量視頻監控點位，并將智能化的自動視頻解析技術應用于城市治理的日常工作任務中，解放人工，實現自動化、智能化處理大量的監控視頻內容，達到實時監控、智能分析、智慧搜索的目的。

（3）指揮中心通過系統，利用事件現場聯動處置情況形成的數據信息資源庫（如數據資源、視頻資源以及能力資源等），將其與通信設施設備技術相結合整合成一體的數據庫，為業務部門提供多方位的輔助（如綜合治理、公安、城管等內部資源能力的高效整合），利用指揮中心實現實時交互輔助的智慧城市治理一線工作。

1.3 ?智能中臺層

智能中臺模塊包括數據中臺與AI中臺兩種：

（1）數據中臺主要實現能力共享、數據智能處理、數據采集以及數據治理等功能。因此，將數據中臺模塊設計為包含敏捷大數據開發體系和全域大數據資產管理體系兩個部分。

敏捷大數據開發體系提供數據集成、數據開發、數據對賬、算法開發以及任務調度等功能。全域大數據資產管理體系提供資產盤點、資產治理、資產共享以及資產優化等功能。全域垂直數據中心利用底層支撐模塊的數據為公安、民政、工商、教育以及法院等行政機關單位提供數據服務。

（2）AI中臺主要包含數據庫、視頻洞察分析服務、感知資源管理、底層分析服務、算法模型以及智能分析引擎等，如圖1所示。通過AI中臺來支撐場景化應用，統一提供視頻分析、圖像分析、語音識別、文字識別、機器學習等人工智能算法服務，如公安場景應用于案件事件融合分析、視頻在/離線分析以及重點人員管控等;在城市公共場所場景綜治應用中進行人員聚集分析、不文明事件識別等;在其他部門的場景應用包括水務、應急、城管以及環保等方面的應用。其中，感知資源管理包括感知終端、視頻調度、算法調度、租戶權限以及下載資源等方面的管理設計;底層分析服務+算法+引擎模塊包含圖搜服務、任務調度、數據查詢、視頻分析服務、機非人結構化、離線視頻處理等。

圖1 ?AI中臺

以人、案件、區域為主要切入點，通過業界領先的AI視頻分析功能，對視頻進行分析解剖，融合GIS地圖服務可匯聚其他多部門多維度的數據，融合碰撞，層層分析，研判數據可輔助管理部門進行智能化的決策管控。主要采用模塊化的設計方法，將系統分為攝像頭點位管理，視頻動態調度、圖搜、在線軌跡追蹤、離線軌跡追蹤和重點目標管控等幾大功能。

例如在視頻調度方面，進行全面的視頻研判分析，實現跨維度的高速搜索功能。基于強大的視頻分析功能，設計與實現一套高性能、高可靠性、高智慧化的視頻多維度分析系統。該系統可以調用視頻分析資源，實現對接入點位攝像頭的動態操作，達到實時的視頻監控效果;同時，通過集成智能化視頻分析功能，對接重點人員數據庫，讓系統自動地對人、非機動車及機動車等群體進行分析處理（例如通過人臉比對、人體軌跡刻畫方式對非機動車偷盜等行為進行分析），計算出結果，并做出精準的管控決策，實現對區域內重點人員的實時監控、追蹤以及實施警告等目的。

1.4 ?底層支撐層

底層支撐模塊是云計算平臺與大數據計算平臺的結合，利用云計算技術與大數據技術搭建一個計算平臺，為其他模塊的運算提供技術支持。

1.5 ?城市數據源層

城市數據源模塊主要是依靠交通感知系統、視頻感知系統、環境感知系統以及社會網格感知系統等進行數據的收集，結合城市人口、法人、財政、國土資源等數據，對采集到的這些異構數據進行轉化、處理和融合統一，然后接入底層支撐模塊。

2 ?系統應用設計

智慧城市治理系統的應用包含多種業務，本文主要涉及對綜治協同及其他城市管理、應急、環保等治理的應用設計。

2.1 ?綜治協同應用設計

綜治協同應用系統主要是將已有的綜合治理“9+X”提升為全科業務協同聯動。

通過全面整合基層各職能部門的管理服務資源，對這些資源進行數據挖掘、分析，以及進行知識圖譜等相關算法的開發、設計、部署等，促進大數據在綜治和公共服務中的應用，搭建了區域化、網格化、信息化、社會化的綜治服務信息平臺。基于大數據時空關系網絡的可視化分析，圍繞“大數據多源融合、計算應用、可視分析、業務智能”進行設計實現，結合關系網絡、時空數據，揭示人、地、事、物、情、組織對象間的關聯和對象時空相關的模式及規律，形成綜治數據歸集關系網，如圖2所示。這里主要體現基于符號主義的人工智能在知識圖譜中的應用。

圖2 ?綜治數據歸集關系網圖

以綜治數據中心（主要包括視頻、GIS、數據資源中心、云計算中心以及各級綜治中心共享的相關數據信息）為基礎，以機器學習、神經網絡為支撐的融合AI處理業務為能力，建立集事件受理、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，規范網上業務辦理智能化處理流程，將網格內發現的安全隱患、民生服務、矛盾糾紛、便民服務、審批辦證等社會訴求實時智能分派給有關職能部門，做到一網統管、限時辦結、信息反映全面及時準確和部門聯動處理（比如視頻智能追蹤），可根據人、車等事物特征對城市末端海量AI攝像機點位進行多點聯動控制，并進行路線的實時追蹤與分析，支持預判最大概率的幾條路線。實現業務職能部門間信息采集、流轉、反饋的智能化協同運作，形成綜治業務的全科大聯動，如圖3所示。這里主要體現三大主義的融合AI在機器學習、神經網絡及多智能體方面的應用。

圖3 ?綜治業務的全科大聯動圖

2.2 ?其他應用設計

城市治理應用覆蓋面很廣，這里主要介紹AI在智慧城管、智慧應急以及智慧環保中的作用。

應急、環保、城管在城市治理中業務種類繁雜且有相似之處，甚至有重合之處，如圖4所示，需要聯合執法且進行精細化管理才能有效解決城市發生的針對性癥結問題。

圖4 ?應急、環保、城管智慧融合業務

依托城市現有的物聯網監測平臺、監控視頻聯網及5G、光纖網等基礎設施，應急、環保、城管圍繞以人為中心的交叉事件、自然生態及車輛，以及消防管理、企業安全生產、森林防火、氣體、水源、固廢、土地、物品、垃圾等監管要素，經過城市末端感知，可監測識別各類業務并形成數據，計算平臺對數據進行統一匯集及清洗處理轉換。通過智能中臺的智能算法模型和智能分析引擎分別進行數據分析和AI視覺分析，支撐相應業務形成預警聚焦管理能力、分析推薦研判能力、平時的監管執法精準推薦能力或戰時的救援指揮輔助決策能力，支持各歸口業務單位在城市場景中共享共用這些智慧能力，優化城市綜合管理體系，進一步創新城市治理模式，提升城市管理精細化能級。

例如，某市汛期河水暴漲，環保部門水位5G在線監測、實時監控，當發生城市內澇與河流共同擠壓城市生命線時，AI智能觸發城市各監測點警戒水位的告警信息，協助防汛人員啟用蜂群無人機根據定位在城市沿河、內澇處的上空進行智能監測督察，監測河流上人員和船只安全、水體變色污染以及會產生間接影響的水毀道路、沿岸滑坡塌陷等事件，監察河道各處危險點，AI智能聯通應急部門共享現場情況，展示視頻及監測預警數據，AI提供研判結果并推薦處置措施，自動提供相應領域專家聯系方式、救援隊伍種類、投入人員數量、救援車輛種類及物資種類，AI洞察危險點和危險程度，全景式輔助指揮員進行救援力量的指揮調度，全過程記錄并在結束后依據災害指標和救援結果指標結合歷史數據分析原因，記錄保存數據，智能生成環境災害損失及應急救災過程聯合分析評估報告。

3 ?結 ?論

將AI技術應用于智慧城市治理系統，利用AI算法模型和視覺分析引擎等方面的技術，統一提供AI算法服務，打造互聯、開放、賦能的智慧中樞，實現職能部門減人增效，方便群眾生產生活，保障產業安全發展，智能高效地應對突發事件等，保障城市高效、健康、有序的可持續發展，形成中國城市治理的“智治”范式，展現具有中國特色的智慧治城理念。

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作者簡介：付海峰（1982—），男，漢族，陜西西安人，AIoT事業部副總經理，學士學位，研究方向：ABCDE（AI、Block Chain、Cloud Computing、Data Tech、Edge Computing）等信息通信前沿領域技術應用。