基于大數據技術的新型智慧城市架構分析

文＿鞏建波（山東省濱州市濱城區大數據中心，副主任，工程師）

隨著城市化進程的不斷加快，大數據、云計算等新一代信息技術日益成熟進步和普及應用，促使智慧城市建設加速步入了以信息為主導、網絡為支撐、數據為要義、服務為根本的新型智慧城市階段，數據驅動在智慧城市建設中的核心作用日漸凸顯。智慧城市已成為引領城市數字經濟發展、提升城市綜合競爭力的重要引擎。山東省濱州市主城區濱城區，被列入該省2020年創建四星級新型智慧城市建設試點城市。經過近兩年的努力，濱城區的新型智慧城市建設取得顯著成效，走出了一條獨具特色的智慧化城市發展之路。

一、大數據對新型智慧城市建設的重要性

智慧城市是信息時代城市發展的方向，其應用過程實際上就是對數據進行采集、分析、存儲和利用的過程，借助現代信息技術推動城市運行系統的互聯、高效和智能發展。大數據技術是智慧城市實現“智慧化”的關鍵支撐技術，在政治決策與服務、生活及城市運作和管理等方面發揮著關鍵作用。大數據技術具有準確性高、利用性強等特點，可以整合分析跨地域、跨行業、跨部門的海量數據，大大提高數據收集、處理、分析效率，為新型智慧城市建設減少時間成本和資金成本。同時可推動數據、信息技術與城市建設相融合，讓智慧城市的居民能夠更加方便快捷地獲得和享受智慧城市的公共服務（見圖1）。

圖1 濱城區新型智慧城市規劃藍圖

二、總體需求分析

（一）夯實智慧城市底座

數字基座是新型智慧城市建設和運行的重要基礎，也是新型基礎設施建設的重要組成部分。當前，5G網絡、信息采集終端等基礎設施還不完善，難以適應新型智慧化的需求。應大力推進大數據基礎平臺和基礎網絡建設，建設視頻共享交換平臺，擴大5G網絡覆蓋面，延伸擴容電子政務外網，加快部署各類物聯感知設施，通過匯聚視頻、智慧照明、WiFi、RFID（Radio Frequency Identification，即無線射頻識別）技術、煙感探測器、水浸探測器、井蓋探測器等城市物聯設備信息，實現城市部件精確管理和事件動態感知，以提高城市智能化監控管理 水平。

（二）建設數據賦能中心

數據的獲取是智慧城市建設的“智慧之源”。當前，各職能部門之間業務協同能力不足，難以實現數據的深度價值和綜合價值。一是應積極推進信息資源數據交換和共享體系建設，構建統一高效、安全可靠、按需服務的“城市數字大腦”，融合匯聚城市感知數據、政府數據、社會數據，打破“信息孤島”“數據煙囪”，為新型智慧城市建設提供集約數據資源和公共能力支撐，讓大數據真正產生“大智慧”。二是應整合政府部門、公共服務機構、互聯網、企業、通信公司等信息資源，建設區級智慧城市運行指揮中心，提升多維度數據分析、數據挖掘、預測預警、風險識別與管控等共性能力，實現對城市的全面感知、態勢監測、事件預警，實現“一張圖”掌控城市運行態勢。三是應加快構建公共數據資源開放共享的制度體系，建設公共基礎數據庫、專題庫和部門共享庫，實現非涉密業務數據資源在部門間統一共享交換，帶動大數據增值性、公益性開發和創新應用（見圖2）。

圖2 濱城區一體化指揮平臺

（三）打造高效數字政府

數字政府建設是落實網絡強國、數字中國、智慧社會戰略的重要舉措，是加快政府職能轉變、塑造政府公共服務理念、完善政府治理的一場深刻變革。應不斷深化“放管服”改革，優化政務服務效能，激發政務服務潛力，加強各職能部門間的數據互通，構筑基于政務數據共建共享的服務和治理新格局。要充分借鑒國際國內經驗，依托互聯網技術和大數據思維，推動政務服務改革創新，實現政府高效協同治理。

（四）促進產業優化升級

濱城區傳統產業占比較大，新舊動能轉換任務艱巨，迫切需要對產業進行數字化、智能化改造。濱城區作為主城區，發展數字經濟優勢得天獨厚，應以數據為核心生產要素，創新數字經濟發展模式和體制機制，夯實數據資源基礎，提升產業要素品質，創新發展大數據產業，大力發展新一代信息技術產業，促進數字經濟與實體經濟深度融合，打造具有技術優勢、成效顯著、體系完善的經濟發展新格局。同時，要統籌建設智慧園區、工業互聯網等內容，釋放數據活力，促進產業優化升級。

（五）構建民生服務體系

新型智慧城市建設的根本目的在于構建以市民為中心的智慧城市，建設市民與政府全方位互動、可持續的生態環境。應從市民最關心、最緊迫的現實利益問題入手，基于數據融合、業務協同和通用系統，統籌實施智慧社區、智慧教育、智慧醫療、智慧養老等一攬子惠民、便民工程，讓數據多跑路、群眾少跑腿，不斷增強市民對新型智慧城市建設的獲得感、認同感和參與感，打造更有品質的中心城區（見圖3）。

圖3 濱城區智慧社區智能運營中心

三、架構設計

濱城區結合新型智慧城市提出的“六個一”架構，在充分借鑒國內外智慧城市建設經驗做法的基礎上，立足轄區基礎條件和發展實際，高標準編制了《新型智慧城市建設頂層設計》，對智慧城市的總體架構進行了統籌規劃，既滿足了當前現實發展需求，又著眼于未來，引領城市發展，為新型智慧城市建設提供了根本遵循。

從總體架構看，濱城區新型智慧城市自上而下分為三層：業務與應用架構層、數據架構層、基礎設施層。其中：業務與應用架構層包括城市運行指揮中心和高效率協同、高質量發展、高品質生活、高水平治理四類智慧應用。數據架構層包括城市操作系統、數據融合平臺兩部分。基礎設施層包括電子政務外網、物聯感知設備、視頻監控設備、高性能計算存儲設備等（見圖4）。

圖4 濱城區新型智慧城市總體架構設計

（一）業務與應用架構

智慧城市運行指揮中心：基于智慧城市數字大腦，整合各類政務數據、事件數據、部件數據、基礎數據等數據信息資源，利用大數據技術構建專題業務模塊，推動城市管理行為向跨層級、跨區域、跨系統、跨部門、跨業務的綜合協同管理轉變，打造未來城市態勢感知中心、決策指揮調度中心、社會治理服務中心、城市服務集散中心、處突維穩保障中心。

智慧應用：聚焦政府、企業、市民需求，依托“城市數字大腦”，統籌規劃布局智慧城市應用體系，突出“政府部門高效率協同、企業高質量發展、市民高品質生活、政府高水平治理”4大主題，構建“優政、興業、惠民、智治”4大智慧應用體系，促進政務服務效率提升、產業經濟創新發展、市民生活幸福和諧、政府治理效能改善。“優政”方面涵蓋了一網通辦、智慧稅務等服務應用；“興業”方面涵蓋了項目管理、產業發展、經濟運行等內容，比如工業互聯網等；“惠民”方面從市民需求出發，部署了智慧社區、智慧教育、智慧醫療等智能化、一體化公眾服務應用；“智治”方面聚焦城市發展中的短板和痛點，搭建智慧應急、智慧交通等平臺，進一步提升城市治理效率和現代化水平（見圖5）。

（二）數據架構

城市操作系統：對系統中公用、通用業務組件和技術組件進行集中建設，為智慧應用、移動APP、城市運行指揮中心等提供相應的共性服務，實現資源和能力復用，有效降低智慧城市的建設成本，提高智慧應用的運行效率（見圖6）。同時，通過操作系統的統籌規劃，打破業務壁壘，實現協作互通共享。

數據融合平臺：統籌整合政務數據、物聯網數據、視頻數據、事件數據、時空數據，統一區內數據標準，構建數據資源體系，完善城市公共基礎庫、模型庫、算法庫。通過大數據、人工智能、區塊鏈等技術手段，將各類數據融合、碰撞，為上層應用提供數據支撐，在智慧城市建設中發揮更大的價值。

圖5 濱城區智慧稅務監管平臺

圖6 “彭小李”智慧社區小程序

新型智慧城市建設離不開數據信息的支撐。當前，隨著智慧城市的建設，數據信息類型多樣、數量巨大，包括視頻數據、時空數據、傳感數據、基礎信息數據等。其中，視頻數據是城市數據體量最大的一部分，主要來源于城市管理、公共安全、企業、家庭等領域。建設新型智慧城市一是要擴大視頻數據存儲，滿足PB（PetaByte，拍字節、千萬億字節，為存儲容量單位，1PB=1024TB）的存儲能力。二是要準確分析，針對實時視頻圖像、歷史視頻圖像，提供分布式視頻結構化能力。三是要開發應用視頻數據，針對交通違法、社會治理等業務場景，實現快速檢索、智能研判、統計分析。時空數據是城市數字孿生的基礎，是智慧城市不可或缺的、基礎性信息資源，也是其他信息交換共享與協同應用的載體，可以為其他信息在三維空間和時間交織構成的四維環境中提供時空基礎，實現基于統一時空基礎下的規劃、布局、分析和決策。物聯數據是城市感知的數據化表達，通過分布在城市各個角落的各種智能傳感器，感知城市氣象、空氣、環境、消防、農業、生產等實時變化，具有數據海量采集、持續產生等諸多特點。基礎信息數據是城市政治、經濟活動的最直接記錄，能統籌整合分散在各級政府部門、企業、社會和互聯網上的各類數據，匯聚形成一人一檔、一企一檔、一車一檔、一房一檔等基礎數據資源，面向經濟運行、城市管理構建各類數據主題，為城市各類智慧應用提供數據支撐。

（三）基礎設施架構

基礎設施是智慧城市建設的先決條件。僅靠區級有限的資金投入，遠不能滿足智慧城市建設的需要。必須堅持“集約化、一體化”建設理念，優化資源配置，減少重復投資，重點建設與城市特色相關的各類基礎設施，如在物聯感知層，構建全面感知、全網絡覆蓋、超強計算能力的技術架構，為智慧城市建設統一提供計算、存儲、網絡、物聯感知等資源服務。

通過將傳統通信技術與5G、物聯網等新興技術相結合，有線網絡和無線網絡相結合，固定應用和移動應用相結合，視頻監控和指揮調度相結合，在保障信息安全可靠的同時，利用視頻、語音、數據的融合通信技術，支持城市運行工作，實現人與人、人與機器、人與物以及物與物之間直接溝通的“泛在網絡架構”。

泛在網絡的智能物聯感知基礎設施是在統一的城市物聯感知體系基礎上，采用網格化方式建立的物聯感知網絡，用于實現對感知設備和感知網絡的統一接入、感知數據標準化處理、感知數據前置處理和反饋、感知網絡安全管理等功能。物聯感知層采用各類傳感設備、圖像視頻采集設備，對城市中的人、車、物、道路、管網、氣象、環境、能源等要素進行全面感知、完成數據采集和設備控制，并通過網間連接器與網絡傳輸層進行連接（見圖7）。

圖7 智能物聯感知基礎設施規劃設計

四、結語

新型智慧城市的規劃建設是一個復雜而又龐大的系統工程，必須做到規劃先行。通過對濱城區新型智慧城市需求和架構的分析，可以看出新型智慧城市建設必須因地制宜、統籌謀劃、分類施策，才能設計出實用性強、獨具特色的智慧城市。而大數據在為智慧城市建設提供新技術的同時，也對智慧城市建設提出了新的要求。在新型智慧城市建設中，必須更加注重信息共享和信息安全，最終實現治理的智慧化、現代化、科學化和精準化。（文中部分圖片來源于濱城區云稅通稅收協同共治平臺、“彭小李”智慧社區小程序、大眾報業集團旗下賬號“海報新聞”）