張中偉 張之義

摘要：在智慧城市建設過程中，根據(jù)實踐經(jīng)驗提出了智慧城市建設的總體思路與建設思想，以智慧城市建設實例展開闡述其建設的需求分析、總體架構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)等主要內(nèi)容，對智慧城市建設過程進行分享。根據(jù)智慧城市建設實踐，總結(jié)了智慧城市建設的經(jīng)驗與對策，并對其發(fā)展趨勢進行了分析與展望，為其他智慧城市建設提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市；系統(tǒng)架構(gòu)；統(tǒng)一感知；統(tǒng)一運維；柔性架構(gòu)

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）11-51-3

城市在人類社會發(fā)展過程中發(fā)揮著越來越重要的作用，應該積極地將科學技術(shù)引入到城市的建設與管理過程當中，使城市獲得高速發(fā)展，為人類生活提供美好的生活空間。諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者斯蒂格利茨曾經(jīng)說過，有兩件大事影響21世紀人類社會發(fā)展進程，即中國城市化和美國高科技[1]。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎，基于數(shù)字城市建設，利用和融合更為先進的技術(shù)，為未來城市發(fā)展提供技術(shù)支撐，極大影響著城市的發(fā)展，通過智慧城市建設，對城市的科學、合理建設等方面進行探究，對智慧城市建設和發(fā)展具有重大意義。

智慧城市的概念一直沒有統(tǒng)一定義，較有代表性的定義包括：IBM公司對智慧城市的解釋是充分運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務和工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能的響應，為人類創(chuàng)造更美好的生活[2]；李德仁等提出智慧城市是在各行各業(yè)充分應用新一代的IT技術(shù)，通過傳感器將各種物體普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，并與互聯(lián)網(wǎng)整合，更加精細和動態(tài)地管理生產(chǎn)和生活[3]；國家發(fā)展改革委等給出的定義是智慧城市是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進城市規(guī)劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式[4]。

盡管智慧城市的定義眾說紛紜，但是本文認為智慧城市的實質(zhì)是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息等新一代信息技術(shù)創(chuàng)新應用與城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的深度融合，促進城市規(guī)劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式[5]，體現(xiàn)城市走向綠色、低碳、可持續(xù)、以人為本和高效運行的發(fā)展需求。

智慧城市建設以實現(xiàn)城市建設目標為目的，以領(lǐng)域應用來體現(xiàn)智慧城市建設的重點內(nèi)容，是達到城市目標要素的實現(xiàn)過程，在進行城市建設過程中需要通過頂層設計進行全局規(guī)劃，以城市的實際需求為輸入，結(jié)合城市運行的客觀實際進行建設方案的設計與實施[6]。

2.1需求分析

根據(jù)信息化基礎設施調(diào)研材料，梳理信息化建設需求，結(jié)合需求分析和立足城市建設需要，歸納出其智慧城市建設的戰(zhàn)略目標：統(tǒng)一融合、高速安全的基礎設施；實時高效、無處不在的信息服務；全程全時、實用實惠的惠民服務；穩(wěn)定和諧、細致安全的社會治理；低碳綠色、治理有序的宜居環(huán)境；創(chuàng)新融合、持續(xù)健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

為了實現(xiàn)戰(zhàn)略目標，需要依據(jù)信息化建設需求，解決城市運行過程中存在的問題，堅持以人為本，最大化滿足城市發(fā)展、民眾需要、便捷安全的城市理念，使用頂層設計的思路和方法進行智慧城市頂層設計規(guī)劃。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

智慧城市分層架構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)架構(gòu)設計為分層架構(gòu)，分為基礎設施、公用用平臺和公共服務3部分。

智慧城市分層架構(gòu)包括：

“一云、一網(wǎng)、一中心”基礎設施：一云指統(tǒng)一集中的云計算基礎設施；一網(wǎng)指整合城市通信網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)基礎設施資源，融合成一張“天地一體化泛在網(wǎng)絡”；一中心指結(jié)合發(fā)展趨勢，建設城市運營管理中心，實現(xiàn)城市功能整合，按需服務。

“一圖、一庫、一平臺”公用平臺：一圖指建設全市三維立體全景圖，實現(xiàn)對城市地上地下空間資源統(tǒng)一管理；一庫指建設城市綜合管理庫，覆蓋各種基礎庫以及各業(yè)務應用專題庫；一平臺指構(gòu)建一個信息共享、開放、安全的通用功能平臺，形成統(tǒng)一資源、數(shù)據(jù)融合、促進綜合、推進開放、保障安全的開放通用信息環(huán)境。

“一號、一窗、一證”公共服務：主要以面向市民服務為中心，橫向打通各類信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的惠民服務，即以12345為統(tǒng)一接入號碼的市民服務熱線、以市民服務中心為統(tǒng)一行政審批窗口的業(yè)務辦理平臺以及以身份證號碼為統(tǒng)一身份識別標志的公民信息認證線上線下服務體系。

2.3總體設計

智慧城市的總體框架緊緊圍繞智慧城市的四大核心目標“惠民服務”“城市管理”“社會治理”“產(chǎn)業(yè)發(fā)展”進行設計。在分領(lǐng)域進行智慧創(chuàng)新建設的同時，建設城市信息基礎設施，包括云計算/大數(shù)據(jù)中心、城市運營管理中心、天地一體化泛在通信網(wǎng)絡、通用功能平臺以及網(wǎng)絡空間安全體系等工程，智慧城市系統(tǒng)總體設計如圖2所示。

2.4實現(xiàn)技術(shù)

2.4.1通信網(wǎng)絡

智慧城市通信網(wǎng)絡架構(gòu)采用3層架構(gòu)：傳輸層、承載層和服務層，其中傳輸層根據(jù)地位、作用分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)2部分。對已有的不同網(wǎng)系進行一體化整合，通過統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡在線監(jiān)測對全網(wǎng)進行路由與流量監(jiān)測和網(wǎng)絡業(yè)務性能監(jiān)測，最終得到全網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲、流量拓撲和業(yè)務態(tài)勢等狀態(tài)信息，可作為資源策略控制系統(tǒng)進行信息傳輸QoS控制的依據(jù)，業(yè)務控制統(tǒng)一通信可以完成不同業(yè)務網(wǎng)系互聯(lián)互通時信令和媒體的適配，承載層和服務層的網(wǎng)絡能力可通過服務化封裝的方式提供給上層應用，通過標準的接口直接調(diào)用。

2.4.2云計算

云計算數(shù)據(jù)中心以XaaS模式提供對外的服務，在不同的服務層次，如IaaS，PaaS，SaaS直接提供對外接口。

2.4.3服務化技術(shù)

面向服務技術(shù)架構(gòu)（SOA）作為核心服務的基礎，提供統(tǒng)一的門戶服務、目錄服務、身份認證服務、搜索發(fā)現(xiàn)服務、消息服務、中介服務、安全服務和資源管理服務。

2.4.4信息安全體系

城市網(wǎng)絡空間安全體系建設就是打造安全可控的網(wǎng)絡環(huán)境、保護信息與信息交互安全、構(gòu)建健康有序的網(wǎng)絡秩序。在物理域保護構(gòu)建城市網(wǎng)絡空間的關(guān)鍵基礎設施、通信網(wǎng)絡設施、數(shù)據(jù)中心、計算中心和終端設備的安全。在邏輯域保護城市網(wǎng)絡空間承載的各種應用服務、平臺和數(shù)據(jù)的安全；在社會域?qū)Τ鞘芯W(wǎng)絡空間各種信息數(shù)據(jù)所反映的意識形態(tài)、反恐維穩(wěn)、國家安全、網(wǎng)絡輿情進行內(nèi)容安全監(jiān)管和風險防控。

隨著智慧城市建設進程的推進，在政府服務、城市治理、交通管制、應急指揮、便民服務、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)應用等方面取得了一定的成效，但是，也出現(xiàn)了缺乏城市定位與特色打造、缺乏頂層設計的重復建設、新興技術(shù)應用貧乏且缺失智慧、重硬輕軟、重實輕文、政策變化影響建設實施一級缺乏持續(xù)發(fā)展生態(tài)環(huán)境與業(yè)務模式等問題。

對于出現(xiàn)的問題可以采取以下措施：確立城市精準定位與建設目標；注重頂層規(guī)劃、避免重復建設；加強科技創(chuàng)新和智能服務能力；以人為本，科技與人文相結(jié)合；政府部門制定長效政策；創(chuàng)新智慧城市運營與商業(yè)模式。

在智慧城市建設實踐過程中，智慧城市正在呈現(xiàn)信息技術(shù)改造傳統(tǒng)、移動互聯(lián)改變生活、無人化城市應用、萬億規(guī)模感知、大數(shù)據(jù)與智能化及新技術(shù)應用等特點[7]，主要得益于科學技術(shù)的發(fā)展與推動，與智慧城市相關(guān)的技術(shù)及發(fā)展趨勢如下：

①系統(tǒng)架構(gòu)設計：智慧城市頂層設計過程需要研究一套具有可復用、松耦合、高擴展性、易于理解和指導性強等特點的適合國情的科學的方法體系，對智慧城市頂層設計進行指引。

②統(tǒng)一感知技術(shù)：以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎的智慧城市需要統(tǒng)一感知技術(shù)的支撐，以此對智慧城市的科學、合理建設對策進行探尋，對我國智慧城市的建設和發(fā)展有著極為重大的意義。

③大數(shù)據(jù)技術(shù)：城市大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義在于對含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，提高對數(shù)據(jù)的加工能力，通過加工實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值，在市場經(jīng)濟建設和城市管理等方面都有著不可替代的作用[8]。

④統(tǒng)一運維：智慧城市建設需要統(tǒng)一的城市大腦實現(xiàn)城市資源管理、城市運行和城市維護等功能，實現(xiàn)城市運維向云化架構(gòu)演進，增強系統(tǒng)擴展能力，降低系統(tǒng)擴容成本，提升系統(tǒng)運維效率。

⑤柔性架構(gòu)技術(shù)：柔性架構(gòu)技術(shù)可充分利用云計算的大規(guī)模、高可用、按需服務和可擴展性等特點，打造城市全局核心服務模式，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨部門的異構(gòu)系統(tǒng)間智能互操作。

⑥軟件化技術(shù)：利用虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡和軟件定義無線電等技術(shù)，解決計算資源與存儲資源耦合綁定、網(wǎng)絡資源固化以及資源不能動態(tài)定義等問題，實現(xiàn)各類資源的動態(tài)調(diào)配和功能軟件定義等功能。

⑦人工智能技術(shù)：發(fā)揮人工智能在城市模擬、便捷服務、智能設備、城市大腦以及智能應用等重點應用領(lǐng)域的優(yōu)勢，提升城市運行、公共服務、便民生活和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面的能力[9]。

⑧城市智能化：通過智能化技術(shù)，以人和環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體功能，實現(xiàn)具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的有生命特征的智慧能力，形成有效提升各類智能化系統(tǒng)信息綜合應用的功能環(huán)境。

智慧城市是將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字信息、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)和一系列科技創(chuàng)新技術(shù)應用于城市的管理與轉(zhuǎn)型，達到高效的城市管理及規(guī)劃建設，實現(xiàn)惠民的便民服務，提高城市的可持續(xù)發(fā)展。智慧城市要遵循統(tǒng)一規(guī)劃、立足本地和以人為本的基本原則進行建設，不僅能推動國家經(jīng)濟的發(fā)展，更重要的是保障國民生活水平的有效提高，引導城市建設實現(xiàn)綠色、健康和環(huán)保低碳的發(fā)展戰(zhàn)略。

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