常廣炎

摘要：以物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的智慧城市建設(shè)理念，是未來城市發(fā)展的全新模式。智慧城市一個重要職能就是采集、存儲、分析、挖掘城市運行中所承載的大數(shù)據(jù)，具備全面感知和全面分析的能力，同時能夠展示和擴(kuò)展。智慧城市的建設(shè)，有利于解決城市發(fā)展問題，有利于提升城市信息管理水平。在智慧城市發(fā)展過程中必然產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，因此需要通過處理大數(shù)據(jù)來體現(xiàn)智慧，其核心是智慧城市信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)處理平臺，其關(guān)鍵技術(shù)對于智慧城市的建設(shè)和運轉(zhuǎn)起決定性作用，對提升城市服務(wù)、提高管理水平和城市的可持續(xù)發(fā)展具有重大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：智慧城市；云計算；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；Hadoop

1.智慧城市簡介

智慧城市就是運用互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、云計算等新一代信息技術(shù)手段，對城市運行系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵信息進(jìn)行的采集、存儲、智能處理和分析，對社會管理、政府管理及社會公共服務(wù)的各種需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持，從而實現(xiàn)城市的智慧式管理和運行。智慧城市將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的生產(chǎn)、生活方式和思想觀念，將原有的粗放式模式改變?yōu)榭茖W(xué)可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動和市場發(fā)展模式，以滿足城市的可持續(xù)發(fā)展，從而構(gòu)建城市發(fā)展的全新城市形態(tài)。智慧城的關(guān)鍵特征有以下幾點。

1.1全面感知

智慧城市中分布大量的感知終端，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)，捕捉到人們的生活、生產(chǎn)及城市環(huán)境的多種數(shù)據(jù)。信息感知網(wǎng)絡(luò)應(yīng)覆蓋城市的個個角落，能夠大量采集不同形態(tài)、不同屬性的各種數(shù)據(jù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將為智慧城市提供更多的信息資源。

1.2深度互聯(lián)

智慧城市的信息感知是以多種信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，城市中擁有快捷的互聯(lián)通道，數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)陜速互聯(lián)，各個部門專用網(wǎng)絡(luò)的加入，實現(xiàn)信息資源的一體化。智慧城市將大大增加信息的交互程度，將多個分散獨立的小網(wǎng)連接成互聯(lián)互通的大網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的價值大大提升，形成更強的驅(qū)動力。

1.3智能處理

智慧城市擁有海量級PB單位的信息數(shù)據(jù)，這些大數(shù)據(jù)是智慧城市得以正常運轉(zhuǎn)、決策、控制、展示的基礎(chǔ)，智慧城市要具有對所擁有的海量信息進(jìn)行智能處理的能力，這要求通過大數(shù)據(jù)處理平臺將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行效的集中存儲和處理，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生具有價值的信息，為自主進(jìn)行判斷和預(yù)測提供支持，從而實現(xiàn)智能決策。這一過程中還需要體現(xiàn)出自我學(xué)習(xí)的能力，主要是通過數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)，從歷史信息中提煉相關(guān)的知識，指導(dǎo)未來的分析和處理。在技術(shù)上，以云計算為代表的分布式處理框架和線性擴(kuò)展能力，為智慧城市的智能處理提供了有力支撐。

1.4開放應(yīng)用

開放性是智慧城市的信息應(yīng)用特征，信息的應(yīng)用不能局限在政府或城市管理部門對信息的掌控和分配。智慧城市應(yīng)具有信息開放式應(yīng)用的能力，最終目標(biāo)是要能夠?qū)⑻幚砗蟮母黝愋畔⑺徒o信息的需求者，從而完成信息的完整增值利用，其中搭建開放式的信息應(yīng)用平臺是關(guān)鍵，通過該平臺使個體間進(jìn)行信息交互，充分利用系統(tǒng)現(xiàn)有能力，大大提升智慧城市的信息資源并產(chǎn)生新應(yīng)用。

2.智慧城市中的大數(shù)據(jù)特征

在智慧城市中，城市的管理與服務(wù)涉及各個領(lǐng)域，智慧城市中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)由于體量巨大，處理要求高，傳統(tǒng)的信息技術(shù)和IT架構(gòu)已不能解決問題。這些大數(shù)據(jù)具有的特征如下。

2.1數(shù)據(jù)量巨大

智慧城市中諸多領(lǐng)域都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通常是在PB級以上，如中國1個1 000萬人口的城市50年積累的醫(yī)療數(shù)據(jù)量就達(dá)到了50 PB。智慧城市的智慧化管理需要多方協(xié)同管理，共享數(shù)據(jù)，這就需要把多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析和匯集，如流行病的預(yù)防，需要綜合分析人口數(shù)據(jù)、社保數(shù)據(jù)、醫(yī)保數(shù)據(jù)、醫(yī)院數(shù)據(jù)等，進(jìn)行這樣的綜合分析需要將這些數(shù)據(jù)集中存儲于大數(shù)據(jù)平臺上，這是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺不能完成的。

2.2種類繁多，增長迅速

智慧城市中的大數(shù)據(jù)匯集眾多領(lǐng)域、眾多行業(yè)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型多樣化且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有結(jié)構(gòu)化的，半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)點大多數(shù)?？總鹘y(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)己不解決其存儲問題，更談不上進(jìn)行分析。例如，銀行、學(xué)校更多是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；交通管理包含大量的視頻和圖像是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；氣向、醫(yī)療數(shù)據(jù)是半結(jié)構(gòu)化的。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨數(shù)據(jù)量的高速增長，如一個1 000萬人口的中等城市，每天采集交通卡口過車數(shù)量數(shù)據(jù)約占幾個TB。

2.3價值巨大

維克多·邁爾·舍伯恩認(rèn)為“大數(shù)據(jù)的重要價值在于建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的關(guān)于大數(shù)據(jù)相關(guān)分析，而建立在相關(guān)分析基礎(chǔ)上的預(yù)測是大數(shù)據(jù)的核心！大數(shù)據(jù)讓人們知道‘是什么”。從價值層面上看，智慧城市中的大數(shù)據(jù)經(jīng)過加工分析后，蘊含了無窮無盡的價值，對城市的運行和管理起到了極大的輔助作用。一是實現(xiàn)巨大經(jīng)濟(jì)效益，如大數(shù)據(jù)使美國零售業(yè)凈利潤增長達(dá)到60%，使制造生產(chǎn)成本下降50%；二是能夠增強社會管理水平，在政府和公共服務(wù)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，能夠提高政府部門的決策水平，增加服務(wù)效率和提升社會管理水平，有效推動政務(wù)工作的開展，將會產(chǎn)生巨大社會價值；三是能夠提高安全保障能力，通過對大數(shù)據(jù)整理、分析，可以有效地預(yù)測金融、國防、安全等領(lǐng)域的風(fēng)險，提高國家安全保障能力。

3.大數(shù)據(jù)處理平臺構(gòu)成

智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)建大數(shù)據(jù)處理平臺，該平臺的主要功能是為智慧城市提供支撐環(huán)境，來實現(xiàn)智慧應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)深度挖掘、展示和擴(kuò)展等功能。大數(shù)據(jù)平臺的組成如下：

3.1云計算公共平臺

智慧城市集成海量級的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)多數(shù)是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法進(jìn)行處理，只有借助云計算的分布式處理框架和線性擴(kuò)展能力，才能滿足智慧城市基礎(chǔ)平臺的需要，目前應(yīng)用比較廣泛的是基于Hadoop的分布式處理框架云平臺。在海量數(shù)據(jù)存儲方面，Hadoop中的HDFS是一個典型的海量存儲系統(tǒng)，它采用主從結(jié)構(gòu)體系，存儲服務(wù)器集群由一個主節(jié)點和眾多數(shù)據(jù)結(jié)點構(gòu)成，從而實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲和集群冗余機制，能夠把PB級的數(shù)據(jù)存放到分布式服務(wù)器上，并提供數(shù)據(jù)安全可靠性。在對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和挖掘處理，其計算量非常大，分為在線計處和離線計算。對于實時性不高的信息處理，采用離線計算平臺，Hadoop的云計算框架MapReduce是離線計算的典范，具有較高的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。阿里巴巴的數(shù)據(jù)平臺就是依托Hadoop來實現(xiàn)的。在線計算方面，目前比較成熟的是基于Hbase的準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)庫及MysQL Cluster基于流式處理實時響應(yīng)平臺，這兩種技術(shù)能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，響應(yīng)時間短，實時性強，有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，解決了離線平臺處理耗時長，反應(yīng)慢的問題。為應(yīng)急指揮、現(xiàn)場響應(yīng)及動態(tài)控制等各種應(yīng)用場景提供技術(shù)支持。

3.2統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲平臺

智慧城市采集數(shù)據(jù)類型復(fù)雜眾多、數(shù)據(jù)量海量，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行存儲管理是必須的，同時還要提供大規(guī)模分布式存儲與數(shù)據(jù)備份的支持。Hadoop～HDFS是一個典型的分布式海量存儲系統(tǒng)，能夠把PB級的海量數(shù)據(jù)存儲在大規(guī)模的分布式集群服務(wù)器上，同時能夠保證數(shù)據(jù)的讀寫效率和安全。HDFS的設(shè)計目標(biāo)是為存儲超大數(shù)據(jù)文件，它具有“一次寫入，多次讀取”的功能，具有降低并發(fā)控制、簡化數(shù)據(jù)聚合、支持高吞吐量的訪問的特點，在安全性方面，具有硬件錯誤檢測并自動恢復(fù)功能，使某些結(jié)點發(fā)生故障時，整個集群的工作不受影響。

3.3數(shù)據(jù)共享交換平臺

為了滿足各種數(shù)據(jù)交換需求，必須提供并制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，該平臺將提供智慧路由、實時服務(wù)、異步服務(wù)、安全控制等功能。是集數(shù)據(jù)交換開發(fā)、部署、管理、監(jiān)控為一體的數(shù)據(jù)交換全生命周期管理的數(shù)據(jù)交換平臺。

3.4智能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析平臺

智慧城市平臺的核心是智能數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計分析功能，該平臺支持大數(shù)據(jù)的檢索查詢、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、預(yù)測和展示功能，通過對數(shù)據(jù)的分析挖掘，提供相應(yīng)的輔助決策功能。

4.大數(shù)據(jù)在智慧城市中的應(yīng)用

4.1城市公共信息管理

對城市的公共信息如人口、交通、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療、社保等信息進(jìn)行管理，建立統(tǒng)一的公共信息管理平臺，實現(xiàn)海量、多尺度、多時態(tài)的信息管理。

4.2智慧醫(yī)療

醫(yī)院里有大量的病例數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘非常困難，在大數(shù)據(jù)云平臺的環(huán)境下能夠得以實現(xiàn)，這在疾病治療和亞健康管理上將發(fā)揮巨大的作用，進(jìn)一步促進(jìn)醫(yī)療水平的提高。

4.3智能交通

運用大數(shù)據(jù)于整個交通運輸管理體系，建立交通智慧信息發(fā)布平臺，來實現(xiàn)車輛識別、跟蹤、交通流量分析控制等應(yīng)用，來解決城市交通堵塞和環(huán)境污染，保證交通安全，提高運輸效率。

4.4智慧教育

現(xiàn)代教育信息化服務(wù)體系系統(tǒng)構(gòu)成智慧教育的核心。該系統(tǒng)由數(shù)字教學(xué)資源庫、公共服務(wù)平臺和云端設(shè)備組成。任何時間和地點學(xué)習(xí)者都可借助云端設(shè)備進(jìn)行高質(zhì)量個性化的學(xué)習(xí)。

4.5智慧社區(qū)

智慧社區(qū)是通過社區(qū)服務(wù)平臺來實現(xiàn)的，采用的是O2O模式，將實體經(jīng)營和網(wǎng)上經(jīng)營相結(jié)合，拓展了服務(wù)方式，為市民日常家居生活提供便捷服務(wù)。居民可以通過社區(qū)服務(wù)平臺選擇并定制自己的所需服務(wù)。

5.結(jié)語

大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，預(yù)示著數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)中的性質(zhì)和作用發(fā)生了根本的改變。智慧城市既受制于大數(shù)據(jù)又得益于大數(shù)據(jù)，智慧城市與大數(shù)據(jù)的共生關(guān)系促進(jìn)了信息系統(tǒng)的革新。智慧城市建設(shè)要依托新興的云計算技術(shù)，始終以技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新為理念，將原有的粗放式發(fā)展模式改變?yōu)閯?chuàng)新驅(qū)動和市場主導(dǎo)的發(fā)展模式，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的巨大潛力，實現(xiàn)智慧城市的設(shè)計目標(biāo)。