黃新波

陜西省工業(yè)和信息化廳，陜西 西安 710006

0 引言

中華人民共和國第十四屆運動會（以下簡稱十四運會）和中華人民共和國第十一屆殘疾人運動會暨第八屆特殊奧林匹克運動會（以下簡稱殘?zhí)貖W會）在陜西成功舉辦，具有重要的政治影響和社會意義。本屆運動會把科學發(fā)展理念和新一代信息技術融入信息系統(tǒng)規(guī)劃、建設、賽時運營和賽后利用各個環(huán)節(jié)，在開發(fā)基礎設施和信息系統(tǒng)時融合各類信息資源，通過智慧示范場館，營造良好的觀賽體驗。建立十四運會大數據平臺、賽事信息系統(tǒng)、安保指揮系統(tǒng)、廣播電視中心、新聞服務平臺，融合城市應急指揮的各類綜合保障數據，成立智慧全運賽事指揮中心，實現(xiàn)了全省競賽場館和人員統(tǒng)一高效指揮、管理和綜合應急保障，面向不同群體提供綜合性的大數據應用服務，向參賽運動員、賽事管理者、嘉賓、工作人員、媒體、公眾等提供快捷優(yōu)質的信息服務，確保十四運會整體高效順暢運行。緊密結合國內外優(yōu)質科技成果，將5G、大數據、云計算、人工智能、物聯(lián)網、北斗等技術充分融入賽事，為辦一屆精彩圓滿的體育盛會提供一流的信息技術保障[1-2]。

十四運會信息化系統(tǒng)設計有八大工程，其中競賽信息化工程、信息化基礎設施工程、網絡與信息安全工程以各類競賽信息技術保障為核心，為競賽相關成績處理、計時記分、仲裁錄像等提供數據存儲、數據鏈路、信息設備、信息系統(tǒng)、網絡安全服務；賽事指揮工程、賽事管理工程、公共服務工程輔助競賽組織管理，提供人員注冊、禮賓管理、交通管理、志愿者報名等配套信息化服務；智慧全運工程和全運大數據工程則提高了十四運會的科技含量和智慧體驗[3]。同時為了保障賽事指揮和運行，設計了十四運會運維保障八大中心，即主數據中心、數據災備中心、賽事指揮中心、技術運行中心、競賽視頻處理中心、注冊報名中心、賽事幫助中心、新技術集成測試實驗室。不論是信息化建設八大工程，還是運維保障八大中心，其核心和基礎都是十四運會信息化系統(tǒng)大數據統(tǒng)一平臺（以下簡稱大數據統(tǒng)一平臺），該平臺具備數據采集、共享交換、數據治理、數據存儲、分析計算、模型算法、可視化、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）融合等全生態(tài)鏈的大數據處理能力，實現(xiàn)了與競賽相關的業(yè)務信息系統(tǒng)、與賽事保障相關的部門系統(tǒng)的互聯(lián)互通，一站式地為涉賽人員提供服務和保障[4]。該平臺以混合云資源層為基礎運行環(huán)境，以全運中臺服務和應用軟件工程技術標準規(guī)范為十四運會技術支撐環(huán)境，對十四運會所需的現(xiàn)有應用和創(chuàng)新應用提供運營生態(tài)。本文將重點分析大數據統(tǒng)一平臺的技術架構、平臺功能、關鍵技術，并簡要分析基于平臺的賽事全域感知、智能決策、指揮調度、應急處置等應用。

1 大數據統(tǒng)一平臺核心功能

十四運會信息化系統(tǒng)大數據統(tǒng)一平臺承載了賽事保障服務、競賽成績、競賽場館、賽事管理、賽事指揮、賽事資訊六大類業(yè)務，面向以競賽為核心的多部門數據共享和業(yè)務協(xié)同，接入氣象、環(huán)境、醫(yī)療、交通、食藥等城市管理數據，可為賽事運行提供準確、及時的動態(tài)保障信息。該平臺分為數據源層、大數據支持層、大數據服務層三大部分，如圖1所示。其中，數據源層的主要功能是匯集政府數據、企業(yè)數據及互聯(lián)網數據；大數據支持層主要包括大數據平臺、大數據交換共享平臺、數據可視化平臺，實現(xiàn)對數據源的信息匯總、共享交換、數據治理、數據存儲、分析計算、模型算法等；大數據服務層則利用數據源層匯集的數據為政府部門、十四運會涉賽人員及社會公眾提供各類信息化服務[5]。

圖1 大數據統(tǒng)一平臺

依托大數據統(tǒng)一平臺構建科學高效的賽事指揮管理體系，可為組委會輔助決策、賽事指揮、公眾服務等提供基于大數據的決策信息，其核心功能有三，具體如下。

（1）實時全面的賽事動態(tài)信息展示

通過分布在全省13個市區(qū)、53個競賽場館的計時記分和成績系統(tǒng)完成數據采集，實時將賽事的進程、獲獎、破紀錄等信息傳輸至賽事指揮中心進行展現(xiàn)；通過接入的各場館競賽監(jiān)控和競賽直播系統(tǒng)，指揮中心可全面掌握比賽現(xiàn)場實況，為組委會、新聞媒體、運動員、教練員、各代表隊官員、觀眾等提供實時、準確的競賽信息。經過處理和分析，將實時全面的賽事動態(tài)信息作為賽事指揮和決策的精準數據來源進行綜合分析，智能預測賽事關鍵指標的變化趨勢和影響因素，在賽事舉辦的前一天發(fā)送至各賽事場館，進行賽事預判及預警。

（2）即時高效的賽事管理指揮

依托大數據統(tǒng)一平臺，通過競賽專網和賽事信息化系統(tǒng)與所有比賽場館實現(xiàn)互聯(lián)互通，聚集所有場館的賽事信息，通過視頻監(jiān)控每個場館的運行情況。從競賽、場館、人員、媒體、安全、交通、輿情、公眾服務8個維度，確保決策者能及時掌握賽事的動態(tài)信息。建立各類遠程通信方式，可隨時召開現(xiàn)場視頻會議，實現(xiàn)賽事指揮中心與各執(zhí)委會、各競委會、各場館的及時指揮調度，實時掌握賽事現(xiàn)場狀態(tài)；發(fā)生突發(fā)情況時，可實時連線指揮對講，實現(xiàn)多部門協(xié)同指揮和共同應急。

此外，智能分析大數據統(tǒng)一平臺匯聚的相關部門的業(yè)務數據，構建“全運一張圖”，在醫(yī)療疫情防控、天氣監(jiān)測和預報預警、場館道路交通保障、生態(tài)環(huán)境等方面實現(xiàn)提示和預警，如圖2所示。例如，根據天氣評估戶外競賽項目的安全指數，提前安排賽程，并進行分析優(yōu)化；通過人流監(jiān)測可對場館內人群分布進行實時智能監(jiān)控、人群密度實時預警以及人流疏導保障；通過媒體專題的信息獲取可為賽事管理部門分析輿論導向提供支持，同時媒體可通過對賽事大數據的解讀分析實時分享全運會進程。

圖2 基于多圖層的綜合信息指揮調度

（3）高效精準的疫情防控

首次在大型綜合性運動會上創(chuàng)建疫情防控背景下的三證合一平臺，如圖3所示。通過大數據統(tǒng)一平臺整合涉賽人員的注冊證（票證）、身份證、防疫碼等信息數據，及時準確地掌握人員疫情狀況，實現(xiàn)防疫前置、精準防控和快速通行的多數據融合應用，代替原有的多證件多環(huán)節(jié)審核，實現(xiàn)高效、精準、完備的疫情防控。

圖3 三證合一的疫情防控平臺流程

2 大數據統(tǒng)一平臺技術架構設計

大數據統(tǒng)一平臺采用CentOS7.3操作系統(tǒng)，集群部署業(yè)務服務器、組件服務器及主從數據庫（MySQL）等軟硬件平臺，構建基礎管理子系統(tǒng)、數據交換共享平臺導航子系統(tǒng)、數據交換共享平臺目錄管理子系統(tǒng)、數據交換共享平臺交換管理子系統(tǒng)、數據交換共享平臺門戶管理子系統(tǒng)、數據交換服務、區(qū)塊鏈系統(tǒng)等功能模塊。為了規(guī)范大數據統(tǒng)一平臺的建設和應用，制定了平臺建設體系標準規(guī)范，定義了平臺框架的各項對接標準和實施準則。大數據統(tǒng)一平臺技術架構如圖4所示，其中技術中臺、數據中臺、業(yè)務中臺為核心技術支撐環(huán)境。

圖4 大數據統(tǒng)一平臺技術架構

技術中臺體現(xiàn)了平臺的核心技術能力，對外可以提供系統(tǒng)集成框架、微服務框架、移動應用框架、物聯(lián)網應用框架、中間件服務、數據庫服務、軟件工具服務、大數據庫服務，可以提供綜合型信息化項目建設所需要的框架與應用開發(fā)服務支撐。同時平臺運用容器及容器管理技術實現(xiàn)應用服務自動化構建、自動化部署[6]。

業(yè)務中臺通過服務注冊管理中心為應用服務及業(yè)務服務提供聯(lián)通的中樞，以用戶管理為平臺基礎集成框架，通過服務治理將各類應用服務以行業(yè)應用服務、專題應用服務、場景應用服務等維度形成業(yè)務服務編目，實現(xiàn)應用服務與技術服務同步網格化管理，為應用快速孵化提供業(yè)務服務組件支撐。

數據中臺支持自建與第三方大數據平臺接入，通過業(yè)務中臺應用接入與應用服務孵化，可以快速通過平臺獲取應用服務數據源，為數據采集提供便捷通道。最后通過數據聚合、服務聚合，以業(yè)務中臺為鏈路實現(xiàn)應用服務共享開放和應用數據中心共享開放。系統(tǒng)具備數據采集、共享交換、數據治理、數據存儲、分析計算、模型算法、可視化、GIS融合等全生態(tài)鏈的大數據處理能力，可一站式地為用戶解決問題。將各種數據進行匯聚、整合、清洗、關聯(lián)、標準化、檢索、分析挖掘等處理，為用戶提供智能的大數據應用服務，從而從整體上提升數據利用水平、管理水平和信息化水平。

為了保證平臺的穩(wěn)定性及安全性，建立了平臺監(jiān)控與運維管控體系。通過服務治理的方式，運用服務降級、服務熔斷的技術手段，保證平臺業(yè)務服務正常運行，避免平臺因某一個服務故障導致平臺整體服務“雪崩”現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 大數據統(tǒng)一平臺關鍵技術

3.1 基于競賽專網的數據匯聚

為了保障十四運會和殘?zhí)貖W會的競賽服務，通過圖5所示的競賽專網進行數據匯集，搭建競賽專網、賽事管理網、賽事互聯(lián)網，建立數據中心和數據備份中心，確保數據傳輸高效、安全、可靠，讓分布在全省13個市區(qū)的53個競賽場館和非競賽的賽事信息暢通無阻，使運動員報名與制證、賽程制定、成績統(tǒng)計與發(fā)布等數據實現(xiàn)自動編排，特別是競賽專網的安全運行確保了十四運會競賽的順利進行；研發(fā)一體化的競賽成績、賽事組織和大數據保障等信息系統(tǒng)，并應用5G、物聯(lián)網、北斗等信息技術，實現(xiàn)競賽場館聯(lián)動無縫隙、數據應用無死角、基礎資源集約化的信息技術保障體系[7-9]。

圖5 全運信息化系統(tǒng)數據匯集架構

3.2 基于DevOps理念的大數據分布式微服務架構

大數據統(tǒng)一平臺采用基于DevOps理念的大數據分布式微服務架構。如圖6所示，平臺提供當前主流的技術實現(xiàn)組件，滿足PC與移動端研發(fā)場景技術支撐要求，同時可以支持與微信公眾號“第十四屆全國運動會”研發(fā)對接。服務間松耦合，每個服務之間高度自治，并且使用輕量級協(xié)議進行通信，同時由統(tǒng)一標準的微服務總線進行銜接。

圖6 大數據分布式微服務架構

微服務技術架構具體的技術實現(xiàn)基于Spring Boot 2.x、Spring Cloud和Spring Cloud Alibaba，并采用前后端分離的企業(yè)級微服務多租戶系統(tǒng)架構[10]。通過引入組件化的思想實現(xiàn)高內聚低耦合并且高度可配置化，真正實現(xiàn)了基于角色的權限 訪問控制（role-based access control，RBAC）、JWT（JSON Web token）和OAuth2的無狀態(tài)統(tǒng)一權限認證的解決方案，面向互聯(lián)網設計，同時適合B端和C端用戶，支持持續(xù)集成（ continuous integration，CI）/持續(xù)交付（continuous delivery，CD）多環(huán)境部署，并提供應用管理，方便第三方系統(tǒng)接入，同時還集合了各種微服務治理功能和監(jiān)控功能。

3.3 大數據統(tǒng)一平臺數據交互功能設計

在核心服務的基礎上建立相關系統(tǒng)間信息資源互聯(lián)互通和共享傳輸的管理制度，規(guī)范相關系統(tǒng)、數據、技術接口的形式，形成可持續(xù)發(fā)展的長效運行機制。數據交換功能主要包括與陜西省秦云工程數據交換共享平臺（政務數據交換共享平臺）的數據共享交換和賽事數據交換兩大功能，如圖7所示。

圖7 大數據統(tǒng)一平臺數據交互功能

賽事數據交換是覆蓋十四運會競賽、賽事管理和賽事指揮等信息系統(tǒng)的賽事數據交換系統(tǒng)，其中數據交換、數據處理、數據存儲、數據融合、數據維護為核心服務。數據交換服務實現(xiàn)了交換共享過程中的數據沉淀，可通過數據標準與元數據管理服務構建數據資源庫；提供集中式、分布式、可信3種交換方式，并支持關系型數據庫、文件類型與API的數據進行交換與共享。數據處理服務提供基于數據庫、文件數據和大數據的元數據管理和數據標準管理服務，其中元數據管理包含技術元數據、管理元數據和業(yè)務元數據的采集、維護、權限設置和分析，數據標準應包含數據元、代碼集、目錄分類、編碼規(guī)則和標準審核服務內容。數據存儲服務提供多種數據存儲服務，包括關系型數據庫、分布式文件、Hadoop分布式文件系統(tǒng)（Hadoop distributed file system，HDFS）、HBase、Hive、搜索引擎等內容；提供自動管理服務，包括啟動、關閉、重啟、刪除、橫向擴展等服務內容。數據融合服務可提供多種數據源操作方式，包括關系型數據庫、文件接入、大數據接入等；還可提供多種數據融合組件服務，包括數據連接、數據追加、數據拆分、數據差集和數據分解。數據維護服務主要提供數據視圖服務，顯示當前數據采集、治理、融合的數據資源情況，以及數據使用情況和數據全景圖，可形象地展現(xiàn)當前數據建設情況；可提供在線數據查詢、數據定時備份和數據導出服務。

3.4 大數據統(tǒng)一平臺3D安全體系

安全性是保障大數據平臺正常運行的基礎，大數據平臺支持系統(tǒng)集群部署或分布式部署，支持大型分布式數據庫，通過安全控制措施，嚴格控制和防范軟件系統(tǒng)中各個層面面臨的安全問題，讓系統(tǒng)在一個優(yōu)良的環(huán)境中順暢地運行。采用3D安全控制框架理論，確保物理、網 絡、主機、數據庫、應用5個層面的系統(tǒng)安全，例如，通過網絡安全防火墻、Internet訪問控制管理、防病毒網關、基于網絡的實時入侵檢測系統(tǒng)等保障網絡完全，使系統(tǒng)具有完善的網絡管理能力和網絡防病毒能力，內網環(huán)境、與外界連接的邊界區(qū)域等具有防止和抵抗外來入侵的能力；在用戶登錄和信息傳遞過程中，對密碼進行不可逆加密處理，保證數據庫安全性、文件存儲加密、應用服務器安全性、HTTPS傳輸安全性等，實現(xiàn)遠程用戶的安全訪問[11]。

4 大數據統(tǒng)一平臺應用

依托大數據統(tǒng)一平臺，建成十四運會歷史上技術最先進、功能最完備的賽事指揮中心。中心實行輪流值班、24 h值守、零報告及零點會議制度，能夠在疫情背景下進行賽事的高效指揮。

（1）平臺承載的業(yè)務系統(tǒng)及接口數量

大數據統(tǒng)一平臺承載業(yè)務系統(tǒng)46個，其中保障服務類8個、競賽成績類4個、競賽場館類1個、賽事管理類26個、賽事指揮類3個、賽事資訊類4個，各業(yè)務系統(tǒng)共享接口204個，共同完成了與醫(yī)療、賽事管理、人群監(jiān)測、信息發(fā)布、競賽報名、注冊系統(tǒng)、制服管理、事件管理等系統(tǒng)的關鍵業(yè)務數據交互。

（2）競賽、管理、指揮數據交換量

平臺承載大量數據交互業(yè)務，從2021年9月15日十四運會開幕式開始至9月27日閉幕式結束，平臺共交換數據約8500萬次，其中賽事資訊1400萬次、競賽成績2400萬次、賽事管理1500萬次、賽事場館700萬次、賽事指揮1000萬次、各類保障服務1500萬次。

（3）基于大數據平臺的綜合數據預測快報情況

智能分析競賽、氣象、環(huán)境、交通、票務、疫情、輿情等各類數據，賽事期間提供201份明日賽事綜合數據預測快報。

（4）氣象數據預報與發(fā)布

可查詢氣象綜合數據、氣象7天預報數據以及氣象實況數據，氣象保障服務系統(tǒng)累計數據交換640萬次，根據氣象預判調整十四運會比賽賽程6次。

（5）疫情防控數據流量與紅黃碼人員統(tǒng)計與分析

面向53個場館提供掃碼、刷證通行方式，其中持證人員閘機刷證共計產生通行數據178.21萬人次。微信小程序“陜西全運通平臺”共計掃碼53.95萬人，其中觀眾掃碼23.23萬人次，持證掃碼30.72萬人次；場館異常掃碼50人，其中持證人員掃碼中黃碼有20人、紅碼0人，觀眾掃碼中黃碼27人、紅碼3人?？茖W的疫情防控手段和全民參與的積極態(tài)度是十四運會安全、有序、高效開展的重要保障。

5 結束語

十四運會首次參考國際大型綜合賽事慣例，采取與殘?zhí)貖W會同城同期舉辦的模式，為了對“精彩圓滿的體育盛會”提供一流的信息化服務與保障，將新一代信息技術融入信息系統(tǒng)規(guī)劃、建設、賽時運營和賽后利用各個環(huán)節(jié)，提出“一個信息化大系統(tǒng)服務兩個智慧運動會”的設計理念，首次建立了十四運會大數據統(tǒng)一平臺，成立了十四運會歷史上功能最完備、技術最先進的賽事指揮中心，實現(xiàn)了組委會與全省13個市區(qū)53個場館的競賽組織與賽事管理。對競賽場館各項目比賽進行預警研判、指揮決策、工作協(xié)同和垂直管理，對重大突發(fā)事件能夠迅速調動各職能部門資源，做到協(xié)調順暢、指揮有效、控制有力。秉持“兩個運動會”同步規(guī)劃、同步建設、同步推進原則，在十四運會結束后，信息化建設成果已在最短時間、最大限度復用于殘?zhí)貖W會。

結合筆者在工業(yè)和信息化廳的分管工作，此次大數據統(tǒng)一平臺的成功建設與運行，一方面為陜西省的體育事業(yè)和體育產業(yè)發(fā)展留下了寶貴的信息化資源，另一方面實現(xiàn)了跨部門跨行業(yè)的數據融合應用，為“數字陜西”建設在技術路徑和體制管理方面進行了探索與實踐。