范明月, 于皖豫, 馬慧勇, 周世強, 張 亮, 席 瑞

1(中建西安幸福林帶建設(shè)投資有限公司, 西安 710075)

2(清華大學(xué) 軟件學(xué)院, 北京 100084)

3(西安睿博智能股份有限公司, 西安 710018)

2008年, IBM公司首次提出“智慧地球”的概念[1],勾勒出信息技術(shù)在未來深度融入全球生產(chǎn)、生活方方面面的智慧圖景. 近些年, 在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展和跨學(xué)科跨領(lǐng)域融合的推動下,實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化成為各行各業(yè)尋求創(chuàng)新發(fā)展機遇的共同主題.

智慧城市是在新一代技術(shù)支撐下, 物理世界、人類社會和信息系統(tǒng)“三元空間”有機融合的城市智慧化轉(zhuǎn)型的新型態(tài). 基于全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)、智能融合的應(yīng)用, 實現(xiàn)管理上科技智能信息化、生活上和諧安全更舒適和經(jīng)濟上健康合理可持續(xù). 智慧城市也是開放的復(fù)雜巨型系統(tǒng), 具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù), 是一個體系化的信息系統(tǒng)生態(tài), 各個系統(tǒng)基于共同的設(shè)施和數(shù)據(jù)資源, 具有大量的共性化操作和系統(tǒng)級協(xié)同操作.

遺憾的是, 目前我國智慧化建設(shè)主要集中在智慧園區(qū)[2–4]、智慧建筑[5–7]、智慧交通[8,9]、智慧安防[10]等垂直領(lǐng)域, 而在智慧城市建設(shè)中卻存在的以下問題: 缺乏長期有效規(guī)劃、信息孤島林立、業(yè)務(wù)缺乏協(xié)同、缺乏統(tǒng)一的標準體系、缺乏合適的投資運營模式. 這也使得我國智慧城市建設(shè)發(fā)展緩慢、智慧化程度低. 除此之外, 信息化水平良莠不齊、風(fēng)險辨識與應(yīng)急管控敏銳度較低、園區(qū)綜合服務(wù)與管理效能有待提升、信息透明度和時效性不高等問題, 無法滿足城市實際發(fā)展需求, 進一步抑制著智慧化水平的提高. 因此, 亟需從頂層出發(fā)、自上而下的設(shè)計一個智慧城市運營管控平臺, 滿足日常管理、服務(wù)、應(yīng)急安全、城市規(guī)劃決策等需求, 能夠有效提升城市建設(shè)實效, 提高市民滿意度和獲得感, 真正實現(xiàn)城市的智慧化轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展.

近年來, 數(shù)字孿生技術(shù)逐漸被人們提起以解決解決城市運營管理中遇到的問題. 與此同時世界上的一些地區(qū)和城市已逐漸開展了數(shù)字孿生城市的規(guī)劃設(shè)計和探索實踐, 比如我國雄安新區(qū)數(shù)字孿生城市[11]、 虛擬新加坡平臺[12]等, 數(shù)字孿生城市的建設(shè)理念和模式正在被越來越多地采用, 已經(jīng)成為得到認可的未來城市發(fā)展方向[13].

本文將以幸福林帶[14]為藍本, 分析總結(jié)智慧化建設(shè)過程中存在的通病和難點, 針對這些問題, 提出構(gòu)建用于支持資源設(shè)備集成管理、應(yīng)用服務(wù)融合擴展的通用平臺, 通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備橫向互聯(lián)協(xié)作, 并利用中臺思想完成數(shù)據(jù)融合和智能應(yīng)用, 以期為智慧城市的規(guī)劃、建設(shè)起到一定的參考示范作用. 幸福林帶被譽為“世紀工程”, 位于西安市東二環(huán)外, 規(guī)劃長度5.85 km, 平均寬度200 m, 集地上景觀、市政道路、地下空間、綜合管理和地鐵配套5大業(yè)態(tài), 是西安市最大的市政、綠化和生態(tài)工程, 也是全國最大的城市林帶建設(shè)項目、全球目前最大的地下空間綜合體.

1 現(xiàn)狀思考

目前, 主流的智慧化運營系統(tǒng)是依據(jù)實際運營需求, 圍繞具體工作場景開展平臺系統(tǒng)設(shè)計. 例如華為智慧園區(qū)是基于自有園區(qū)傳統(tǒng)運營模式, 提出平臺設(shè)計構(gòu)想; 萬達慧云則是因為存在大量自有機電系統(tǒng), 基于標準化管理難、運營風(fēng)險大成本高的特點開展了慧云系統(tǒng)的精細化管理路線. 盡管這些系統(tǒng)表現(xiàn)出了一定的智慧化應(yīng)用, 但系統(tǒng)之間無法耦合在一個平臺、相互之間無法協(xié)作仍是目前存在的嚴重阻礙智慧城市的建設(shè)發(fā)展的因素. 表1為已有智慧化平臺對比表.

表1 已有智慧化平臺對比表

導(dǎo)致上述結(jié)果的原因, 同時也是智慧城市建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn), 可概述為以下幾個方面: (1)缺乏長期有效的規(guī)劃和穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展思路, 導(dǎo)致存在大量的重復(fù)建設(shè); (2)信息孤島林立, 不同部門、不同行業(yè)之間各自建設(shè), 信息不共享, 系統(tǒng)之間缺乏業(yè)務(wù)協(xié)同, 無法發(fā)揮出綜合效應(yīng); (3)我國智慧化建設(shè)缺乏完整、統(tǒng)一的標準體系, 不同部門、行業(yè)組織對智慧化程度需求不同, 導(dǎo)致各自發(fā)展水平層次不齊, 制定的標準之間也不協(xié)調(diào); (4)缺乏合適的投資運營管理模式, 這是由于長期的只重視建設(shè)而忽視運營導(dǎo)致的.

通過對行業(yè)現(xiàn)狀的調(diào)研不難發(fā)現(xiàn), 已有智慧化平臺最大的價值體現(xiàn)在數(shù)據(jù)資產(chǎn)積累和可視化管理應(yīng)用,對于如何實現(xiàn)智慧化管控還都處于摸索階段, 尚未完全打破“信息孤島”, 實現(xiàn)利用數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)的模式. 綜合分析現(xiàn)有方案的局限性并加以歸納, 導(dǎo)致目前現(xiàn)狀的核心問題是用于支持資源設(shè)備集成管理、應(yīng)用服務(wù)融合擴展的通用平臺缺失！正是因為這個問題, 導(dǎo)致上層應(yīng)用與底層設(shè)備緊耦合, 智慧平臺并未發(fā)揮信息化系統(tǒng)集成、共享、融合的優(yōu)勢, 而系統(tǒng)復(fù)雜度隨著應(yīng)用的拓展和用戶群體的增長呈指數(shù)級上升, 規(guī)模越大, 投資越多, 成效越低, 可持續(xù)可擴展的運營管理成為無法克服的難題.

針對上述這些問題, 企業(yè)界、學(xué)術(shù)界近幾年也在不斷探索解決方案. 數(shù)字孿生(digital twin)這一技術(shù)因其能夠充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù), 將物理實體在虛擬空間中完成實時映射, 具備該實體的全生命周期過程仿真的能力[15], 受到了廣泛關(guān)注. 同時, 隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展, 該技術(shù)已在電力、船舶、制造等行業(yè)領(lǐng)域落地應(yīng)用, 并受到了波音、西門子等企業(yè)和德勤、中國科協(xié)智能制造協(xié)會等組織的高度重視, 以探索基于數(shù)字孿生的新型智能生產(chǎn)模式. 數(shù)字孿生技術(shù)的廣泛應(yīng)用和研究給城市智慧化轉(zhuǎn)型建設(shè)提供了極有意義且可行的參考方案和技術(shù)路線[16].

基于數(shù)字孿生的智慧城市需要基于物理城市的信息模型(city information model, CIM), 融合泛在感知、高速傳輸、智能處理、協(xié)作互聯(lián)等技術(shù), 到達一種社會世界、物理世界與信息系統(tǒng)的有機融合和相互作用,并最終形成孿生互動的城市發(fā)展新形態(tài)[17]. 例如, 文獻[18,19]利用通過構(gòu)建一個仿真平臺展示了數(shù)字孿生技術(shù)在城市治理中的作用. 與此同時, Fan等人提出將數(shù)字孿生技術(shù)用于解決城市災(zāi)難響應(yīng)和應(yīng)急處理問題[20], 研究如何利用信息通信技術(shù)、AI技術(shù)從災(zāi)難評估、決策調(diào)度以及動態(tài)可視化等多個維度提高災(zāi)難應(yīng)急過程的管理. 文獻[21]則提出構(gòu)建數(shù)字孿生人模型,解決信息源個體差異導(dǎo)致的認知超載問題, 減輕系統(tǒng)負荷. 相較于上述方法, 智慧林帶則要從市民服務(wù)、城市管理、發(fā)展規(guī)劃等多個維度考慮, 其需要考量的問題也是較為復(fù)雜.

2 智慧運營管控平臺需求分析

以智慧林帶為例, 對運營管控平臺的需求主要表現(xiàn)為3個層面: 用戶需求, 價值需求, 系統(tǒng)需求. 下面將逐一簡介其分析思路和方法.

用戶需求體現(xiàn)幸福林帶3類用戶群體(業(yè)主、管理人員、終端顧客)對林帶建筑的使用需求, 例如業(yè)主需要持續(xù)了解建筑結(jié)構(gòu)安全、能耗、環(huán)境狀態(tài)需要全面管控各類功能設(shè)備, 管理需要了解運營發(fā)展態(tài)勢和顧客人流分布, 顧客則期待在林帶中有持續(xù)貼心的智能服務(wù)和極致體驗. 這些需求是可直接體驗的、可確定描述的. 為此, 用戶需求的分析拆解為4個子類(指面向市民游客、面向公共安全、面向林帶管理和面向建筑設(shè)備的智慧應(yīng)用, 在第4.2節(jié)中將對其分別介紹),他們各有側(cè)重, 又需要統(tǒng)一地、融合地體現(xiàn)在智慧林帶提供的功能服務(wù)當中.

價值需求反映建設(shè)智慧林帶項目的價值, 典型的價值需求包括依靠智慧林帶實現(xiàn)高效管理、安全便捷、節(jié)能減排, 借助智慧林帶深度開采數(shù)據(jù)資產(chǎn), 進一步挖掘用戶端價值, 通過建設(shè)智慧林帶, 提升林帶項目的整體品質(zhì)、社會和經(jīng)濟效益. 這類需求是間接的、復(fù)合的, 以數(shù)據(jù)的挖掘和利用為中心, 由期望產(chǎn)生的價值量來決定取舍.

系統(tǒng)需求是為了匹配用戶需求、價值需求, 在系統(tǒng)架構(gòu)和實施方案層面必須考慮的要素, 典型的例子包括:系統(tǒng)安全性的要求, 通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求, 數(shù)據(jù)存儲和防災(zāi)備份機制的需求等等. 這些需求雖然不和任何用戶群體直接相關(guān), 卻是系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定高效運行不可或缺的前提.

智慧運營管控平臺旨在打破行業(yè)中各子系統(tǒng)分散管理、被動響應(yīng)、過度依賴人員的現(xiàn)狀, 建設(shè)以用戶為中心, 充分運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù), 實現(xiàn)各分子系統(tǒng)互聯(lián)互通, 系統(tǒng)智能預(yù)測, 各業(yè)務(wù)閉環(huán)管理, 打破各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島, 保證系統(tǒng)統(tǒng)一運營.

3 智慧化運營管控平臺建設(shè)方案

3.1 建設(shè)目標

在幸福林帶智慧化平臺規(guī)劃設(shè)計中, 提出了“數(shù)字孿生可信可管、智能服務(wù)無縫覆蓋、知識發(fā)現(xiàn)智慧運營”的核心理念, 借鑒數(shù)字孿生思想, 綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿信息技術(shù), 旨在面向不同應(yīng)用場景、多種角色用戶研制智慧化運營平臺, 打造“數(shù)字林帶、智慧林帶”的建設(shè)目標, 表現(xiàn)為如下幾個具體方面.

(1) 全天候運維

應(yīng)用與服務(wù)的魯棒性、穩(wěn)定性、持續(xù)性是系統(tǒng)成功運維的關(guān)鍵. 智慧林帶項目將部署“萬”數(shù)量級的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備, 這些設(shè)備以及構(gòu)建其上的數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用服務(wù)平臺共同支撐智慧林帶的所有功能運轉(zhuǎn). 須確保讓這些設(shè)備、設(shè)施在高度復(fù)雜和多樣化的運行環(huán)境下正確工作, 盡可能持久地工作以保證服務(wù)的連續(xù)性, 以及在出現(xiàn)局部異常和故障時仍保障全局的有序運轉(zhuǎn).

(2) 泛在感知

智慧林帶項目業(yè)態(tài)豐富, 各種智慧應(yīng)用普遍需要底層物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效供給, 感知技術(shù)成為平臺系統(tǒng)的支撐技術(shù)之一. 智慧林帶項目部署規(guī)模大, 且覆蓋了林地(室外)、地下商業(yè)空間(室內(nèi))、停車場(半開放)、綜合管廊(封閉)等多種環(huán)境和應(yīng)用場景, 客觀上要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在復(fù)雜多變的環(huán)境中部署運行; 突破傳統(tǒng)感知技術(shù)對運行環(huán)境、部署條件的依賴以及在感知方式上的局限, 實現(xiàn)隨時、隨處、按需感知.

(3) 異構(gòu)互聯(lián)互操作

實現(xiàn)海量異構(gòu)設(shè)備及系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通, 通過聯(lián)接和感知技術(shù), 將人、物的相關(guān)信息進行全面的感知與互聯(lián), 實現(xiàn)信息之間的無縫聯(lián)接, 協(xié)同聯(lián)動. 其中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在3個層面: 功能異構(gòu),即系統(tǒng)包含了種類繁多功能特性各異的設(shè)備, 擁有不同的硬件資源, 運行不同的軟件程序; 網(wǎng)絡(luò)異構(gòu), 即這些設(shè)備可能采用互不兼容的網(wǎng)絡(luò)通信標準, 如基于光纖的有線局域網(wǎng)、基于WLAN、ZigBee、藍牙等組建的短距離無線網(wǎng)絡(luò), 基于NBIoT或者LoRa構(gòu)建的長距離無線網(wǎng)絡(luò), 或者基于4G以至5G的運營商網(wǎng)絡(luò)等;數(shù)據(jù)異構(gòu), 指的是不同設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式多樣, 存儲和調(diào)用接口不一. 在異構(gòu)的系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享交換和融合分析利用.

(4) 知識發(fā)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的知識生成是智慧林帶項目之所以最終能夠創(chuàng)造商業(yè)價值和社會效益的根本源泉.我們需要哪些知識？這些知識蘊藏著哪些數(shù)據(jù)中？怎樣獲得我們需要的知識？如何辨別獲得的知識的真?zhèn)魏唾|(zhì)量, 做到去粗取精、去偽存真？這客觀上要求將物管、商管、安防、環(huán)保等領(lǐng)域的已有知識經(jīng)驗和運營需求, 與數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合, 以應(yīng)用為導(dǎo)向, 以數(shù)據(jù)為基石, 以實踐檢驗為標準, 獲得我們需要的知識,進而支持科學(xué)決策、科學(xué)判斷、創(chuàng)新運營等.

(5) 智慧一體化

基于物聯(lián)網(wǎng)泛在感知、互聯(lián)互通, 利用云計算、人工智能等技術(shù), 完成從底層設(shè)備到智能決策之間的全過程、全方位互聯(lián), 形成“人、機、物、法、環(huán)”的一體化智慧平臺, 實現(xiàn)管理、服務(wù)、運營的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化和智慧化.

3.2 建設(shè)思路

智慧林帶運營管控平臺提供統(tǒng)一的平臺底座, 上層各種不同的垂直場景應(yīng)用就像是手機的APP, 通過平臺提供底層能力、標準化中間件支撐, 迅速構(gòu)建各領(lǐng)域應(yīng)用. 有效避免了底層硬件的重復(fù)建設(shè)、信息和數(shù)據(jù)規(guī)格符合平臺規(guī)范, 打破了信息孤島, 使得數(shù)據(jù)得到有效打通. 信息孤島問題、重復(fù)建設(shè)冗余投入問題、缺乏聯(lián)動和標準問題以及不可持續(xù)更新問題, 本質(zhì)上都源于智慧城市頂層設(shè)計. 這些問題看似難解, 卻都是來自于各個功能子系統(tǒng)(能源系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等)獨立、割裂這一源頭.

參考如圖1所示, 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架示意圖, 從“感”“聯(lián)”“知”“用” 4個層面設(shè)計智慧林帶平臺. 其中, “感”,即感知層, 包括林帶部署的智能終端設(shè)備和功能子系統(tǒng)硬件設(shè)備, 完成對異構(gòu)的設(shè)備、信道、場景、人員等感知對象, 進行全場景、富媒體、精確、高效的數(shù)據(jù)感知與采集, 實現(xiàn)場景的數(shù)據(jù)化. “聯(lián)”, 即網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層. 主要通過統(tǒng)一標識大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)實體, 并提供通用、安全的通信協(xié)議標準和接口規(guī)范, 利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、局部以太網(wǎng)等對應(yīng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù), 底層大規(guī)模異構(gòu)實體與局部以太網(wǎng)的高效安全自適應(yīng)的互聯(lián),完成異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的實時安全傳輸和信息的高度共享, 實現(xiàn)感知層異構(gòu)功能系統(tǒng)橫向的互聯(lián)互通, 為互相協(xié)作提供支撐. “知”, 即平臺層, 包含數(shù)據(jù)服務(wù)、決策控制、業(yè)務(wù)等多個中臺, 完成對網(wǎng)絡(luò)層匯聚的數(shù)據(jù)進行低延遲、高可靠、高效的分析與挖掘、決策以及閉環(huán)控制反饋等, 打破各個功能子系統(tǒng)之間的“信息壁壘”, 實現(xiàn)信息融合. “用”, 即智慧應(yīng)用層, 基于底層硬件和平臺, 呈現(xiàn)智慧能源管理、公共安全、智慧停車等不同垂直場景的應(yīng)用落地.

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架示意圖

3.3 運營管控平臺建設(shè)

如上所述, 借鑒物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)“感”“聯(lián)”“知”“用” 的思想設(shè)計總體框架, 平臺具體設(shè)計和實現(xiàn)自下向上分成9層和2個體系, 圖2為智慧林帶平臺總體架構(gòu)圖.

圖2 總體架構(gòu)示意圖

弱電基礎(chǔ)層: 提供保證系統(tǒng)運行所必備的軟硬件環(huán)境, 為數(shù)據(jù)采集、管理、業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行等提供基礎(chǔ)支撐.

感知感知層: 對接服務(wù)器端、接口端的外部數(shù)據(jù),并按照協(xié)議規(guī)范對數(shù)據(jù)進行處理, 完成對各子系統(tǒng)的控制和管理.

三維支持層: 利用BIM數(shù)據(jù)提供可視化展示功能支持, 為平臺實現(xiàn)可視化管理和展現(xiàn)提供核心支撐.

中臺數(shù)據(jù)層: 對接收到的數(shù)據(jù)進行整合存儲、分析處理和安全校驗, 保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性.

中臺管理層: 將分散、異構(gòu)的應(yīng)用需求和信息資源進行聚合, 建立一個支持信息訪問、傳遞以及協(xié)作的集成化環(huán)境, 為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的資源管理平臺.

中臺業(yè)務(wù)層: 從具體的應(yīng)用出發(fā), 通過系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)集成, 建立直面具體業(yè)務(wù)的應(yīng)用功能模塊.

中臺業(yè)態(tài)層: 將中臺業(yè)務(wù)層的不同應(yīng)用功能模塊進行組織, 在三維支持層的三維加載下, 打造面向市民游客、公共安全、林帶管理和建筑設(shè)備的智慧應(yīng)用.

智慧展示層: 建立基于中臺業(yè)態(tài)層的多端呈現(xiàn)體系, 結(jié)合語音、手勢、觸屏和傳統(tǒng)控制方式, 提供大屏幕、PC端、APP端等多種應(yīng)用展示場景.

用戶體驗層: 針對不同的用戶, 完成不同展示場景的多業(yè)態(tài)界面和流程體驗的設(shè)計與定制開發(fā).

標準規(guī)范體系: 遵循國家電子政務(wù)有關(guān)標準、行業(yè)要求等各類信息化標準規(guī)范, 為各平臺內(nèi)部數(shù)據(jù)采集管理, 平臺之間及系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)信息交換和共享提供技術(shù)規(guī)范.

安全運維保障體系: 為保證平臺運行提供統(tǒng)一的安全認證、運行管理、維護管理等服務(wù).

4 智慧運營管控平臺總體應(yīng)用建設(shè)

正如平臺需求分析以及提出的核心設(shè)計理念, 總體應(yīng)用主要分為兩大核心功能和5大功能體系.

4.1 平臺核心功能

面對需求各異的市民游客、海量的弱電設(shè)備以及長期運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息, 如何在用戶服務(wù)、設(shè)備管理過程中體現(xiàn)平臺的智慧化將是平臺的亮點和核心價值體現(xiàn). 為此, 本平臺綜合運用大數(shù)據(jù)、智能感知和人工智能技術(shù), 基于用戶的位置信息提供智慧化服務(wù)體系. 同時, 利用物聯(lián)網(wǎng)泛在感知和AI技術(shù), 構(gòu)建基于數(shù)字孿生的智能化運維管理體系, 充分展現(xiàn)幸福林帶“智慧化”的發(fā)展理念.

(1) 基于位置的智慧化服務(wù)體系

位置信息是平臺眾多功能子系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ),基于位置信息提供智慧化服務(wù), 是串聯(lián)各子系統(tǒng)的智慧化功能、強化用戶科技體驗的關(guān)鍵. 平臺在提供基于位置的智慧化服務(wù)過程中, 充分挖掘位置信息背后的豐富語義, 幫助積累用戶歷史數(shù)據(jù), 構(gòu)建全面集成場內(nèi)場外、線上線下不同場景用戶信息的用戶畫像系統(tǒng),同時基于用戶畫像信息, 進一步構(gòu)建智慧推薦系統(tǒng), 分析得到顧客的潛在需求, 推薦合適的服務(wù)和信息, 提高游客購物效率和體驗.

1)信息物理融合系統(tǒng)的用戶畫像

智慧林帶運營管控平臺是一個典型的信息物理融合系統(tǒng). 該系統(tǒng)服務(wù)于業(yè)主、商管、物管、顧客等多種用戶群體. 更重要的是, 系統(tǒng)包含了物理(/環(huán)境)監(jiān)測數(shù)據(jù)、商業(yè)數(shù)據(jù)、用戶行為(/體驗)數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)等.多種類型的數(shù)據(jù), 覆蓋了用戶與林帶系統(tǒng)交互的全過程,能夠全面刻畫用戶特征, 是個性化服務(wù)和精準商業(yè)管理運營的前提. 幸福林帶的用戶畫像, 全面集成了線上線下不同場景的信息, 數(shù)據(jù)來源豐富, 潛在價值高. 對此進行研發(fā)和開采利用, 不僅為面向用戶提供智能服務(wù)奠定基礎(chǔ), 還有可能打造出高價值數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息服務(wù)(例如林帶用戶畫像, 可以反映不同消費水平市民的出行方式、購物意愿和消費熱點, 為整個城市的商業(yè)布局、基礎(chǔ)設(shè)施和交通規(guī)劃提供極具針對性的信息依據(jù), 還可以為單個門店或連鎖店的選址、精準經(jīng)營、定價提供數(shù)據(jù)參考), 開辟林帶運營的新業(yè)態(tài)新方向.

2)跨域重識別

幸福林帶區(qū)域空間大, 環(huán)境類型多樣, 不能依靠單一技術(shù), 而必須聯(lián)合多種監(jiān)測技術(shù)手段、因地制宜部署不同監(jiān)測系統(tǒng), 實現(xiàn)全域范圍內(nèi)的環(huán)境、設(shè)備、用戶行為監(jiān)測. 跨域重識別, 指的是在不同地域空間和不同類型的監(jiān)測系統(tǒng)共同工作的場景中, 如何保持對同一移動的目標對象實現(xiàn)一致性識別. 跨域重識別, 使得用戶在任何時間、任何地方都能被系統(tǒng)準確識別, 系統(tǒng)對用戶的追蹤不會因為用戶移動范圍的擴大、所處場景或者行為狀態(tài)的變化而中斷, 從而滿足智能服務(wù)無縫覆蓋的前提條件.

3)邊緣互聯(lián)與互操作

智慧林帶運營管控平臺內(nèi)各子系統(tǒng)及各式設(shè)備終端, 除了在數(shù)據(jù)層面統(tǒng)一接入數(shù)據(jù)中臺外, 還應(yīng)具備一定程度的互聯(lián)與互操作能力. 特別是具備較強計算能力的邊緣設(shè)備, 應(yīng)在保障系統(tǒng)安全性前提下, 面向平臺內(nèi)信息空間提供開放的互操作服務(wù). 在邊緣到中心的雙向信息流動之外, 進一步支持信息和指令的橫向交換. 邊緣互聯(lián)與互操作的意義有兩層: 充分利用邊緣計算能力, 降低中心端的計算負載和運維開銷, 提升系統(tǒng)的可擴展性; 降低端到端傳輸時延, 支持實時互操作和智能協(xié)同, 保障復(fù)雜場景下的用戶體驗.

(2) 基于數(shù)字孿生的智能化運維管理體系

平臺利用數(shù)字孿生技術(shù), 構(gòu)建智能化運維管理系統(tǒng), 實現(xiàn)面向物管的全林帶數(shù)字孿生, 完成林帶內(nèi)所有設(shè)備的全生命周期智能化管理運維, 同時基于物聯(lián)網(wǎng)泛在感知、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)和AI技術(shù), 構(gòu)建智能化運營管控模型, 實現(xiàn)林帶故障智能化診斷與處理、預(yù)測性運維、智能工單派發(fā)等智慧化運維功能,降低物管的運維成本, 提升管理效率.

1)故障預(yù)測

幸福林帶運營過程中, 不同子系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生了大量的運行數(shù)據(jù)和記錄, 例如故障記錄、維修記錄、運行狀態(tài)、異常信息等, 且數(shù)據(jù)包含的特征與故障存在某種隱藏的相關(guān)性. 結(jié)合大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)技術(shù), 發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障出現(xiàn)的規(guī)律, 構(gòu)建故障與時間相關(guān)模型, 預(yù)測故障出現(xiàn)的可能性和位置, 有助于協(xié)助物管進行部署預(yù)測性維修, 延長設(shè)備使用壽命.

2)智能診斷

幸福林帶中, 數(shù)10萬子系統(tǒng)設(shè)備運行, 且相互之間關(guān)聯(lián)復(fù)雜. 利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)分析持續(xù)積累的監(jiān)測數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備中存在的異常值, 并能夠迅速判斷異常類型和定位異常設(shè)備, 指導(dǎo)物管人員排除故障,提高維護效率.

3)壽命預(yù)測

構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)備全壽命周期模型, 通過持續(xù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、累計的維修記錄等, 評估設(shè)備健康程度和置信閾值, 模擬系統(tǒng)設(shè)備的退化模式,預(yù)測設(shè)備剩余使用壽命, 指導(dǎo)人員進行提前替換, 避免潛在的不必要事故出現(xiàn), 提高系統(tǒng)健壯性.

4)事件模擬與推演

幸福林帶區(qū)域空間大、設(shè)備種類多且關(guān)聯(lián)復(fù)雜,對某些故障事件需多系統(tǒng)聯(lián)動處理, 如何有效合理的協(xié)同調(diào)動工作是智慧化物管能力的重要體現(xiàn), 也是幸福林帶安全重要保證. 目前在做應(yīng)急決策時完全依賴于人為決策, 缺乏各種可供參考信息輔助決策, 通過事件模擬、演示與推演技術(shù)、交互式會商與協(xié)同技術(shù)有機集成, 構(gòu)建可視化決策環(huán)境, 為專家提供決策分析與決策可視化工具, 提高應(yīng)急決策方案的可行性、準確性與快速反應(yīng)能力.

4.2 5大功能體系

如圖3所示, 本平臺的智慧應(yīng)用分為面向市民游客、面向公共安全、面向林帶管理、面向建筑設(shè)備以及面向決策的5大類智能應(yīng)用, 每一個具體的智慧系統(tǒng)應(yīng)用功能對應(yīng)的都是一系列管理、運維、服務(wù)的系統(tǒng)功能.

圖3 智慧林帶應(yīng)用體系示意圖

(1) 面向市民游客的智慧應(yīng)用

綜合運用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 為市民游客提供跨時空域全方位的服務(wù). 例如用戶平臺將林帶內(nèi)景觀、交通、服務(wù)、商戶、個人信息與運動交互等方面資源進行整合, 協(xié)助用戶制定最優(yōu)出行線路,并事先安排好整條線路的交通、居住、用餐、休閑娛樂等事項, 減少用戶等待時間. 在地上公園區(qū)域, 以公共綠道活動空間為載體, 采用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 匯聚成包含多參數(shù)多用戶的大數(shù)據(jù)平臺, 并根據(jù)用戶的運動信息, 結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、AI技術(shù), 為用戶健康提供私人定制式的健康指導(dǎo). 利用林帶范圍內(nèi)WiFi、藍牙、攝像頭等基礎(chǔ)設(shè)施, 實現(xiàn)多粒度多場景的無縫定位和實時路線規(guī)劃, 規(guī)避人群擁擠區(qū)域.

(2)面向公共安全的智慧應(yīng)用

作為人員密集的公共場所, 幸福林帶要對公共安全時刻保持警惕, 平臺通過多系統(tǒng)之間互聯(lián)互通協(xié)操作保障區(qū)域內(nèi)的公共安全. 例如, 在智慧安防方面, 通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安保巡更系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、門禁出入口控制系統(tǒng)、無線對講系統(tǒng), 以及BIM+GIS可視化系統(tǒng)、門禁消防系統(tǒng)、防爆安全檢查系統(tǒng)等多系統(tǒng)安防聯(lián)動, 實現(xiàn)安防體系和應(yīng)急指揮體系, 提高應(yīng)急響應(yīng)和處理效率. 智慧消防, 采用只監(jiān)不控, 協(xié)助聯(lián)動防控的策略. 根據(jù)起火位置設(shè)置合理的疏散路線并開啟疏散指示燈, 引導(dǎo)顧客疏散至安全位置, 同時自動通知消防值班人員并啟動消防設(shè)備進行滅火處理. 為避免人群聚集, 智慧導(dǎo)引通過視頻網(wǎng)絡(luò)、WiFi探針、5G智能感知等技術(shù), 對進入林帶的顧客進行跨區(qū)域、跨業(yè)態(tài)不間斷的身份識別、位置信息和行為數(shù)據(jù)收集,精準推送顧客感興趣的周邊商鋪、商品等, 實時優(yōu)化調(diào)整方案, 在降低安全隱患的同時, 為林帶內(nèi)各商戶合理引流, 并提高顧客體驗.

(3)面向林帶管理的智慧應(yīng)用

林帶管理體系龐雜, 需要通過智慧化應(yīng)用對其進行梳理, 建立針對林帶管理的應(yīng)用體系, 協(xié)助實現(xiàn)智慧化運維. 幸福林帶智慧運營管控平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù), 旨在解決數(shù)據(jù)共享不及時、信息管理封閉、人工監(jiān)管低效的問題, 實現(xiàn)林帶日常管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和精細化, 優(yōu)化管理流程, 提高管理效率. 例如, 利用RFID技術(shù)管理林帶區(qū)域內(nèi)的固定資產(chǎn), 實現(xiàn)物資的監(jiān)管、使用、置換等工作的自動化、數(shù)字化, 并根據(jù)數(shù)據(jù)對整體項目進行資產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析和資產(chǎn)評估, 以實現(xiàn)智慧資產(chǎn)管理. 在智慧停車方面, 將停車與人活動意圖相結(jié)合, 智能合理制定路線, 避免車流擁堵, 通過接入城市智能交通有助于城市交通疏導(dǎo). 在環(huán)境監(jiān)測管理中, 建立全方位的環(huán)境傳感網(wǎng)絡(luò), 依托BIM+GIS的三維可視化平臺和人工智能技術(shù)建立環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)保監(jiān)測指揮調(diào)度智慧環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng), 完成環(huán)境質(zhì)量狀況客觀、準確、智能分析監(jiān)測, 環(huán)保資源智慧、科學(xué)、有效分配調(diào)度,實現(xiàn)智能互聯(lián)、零接觸收集、精準化管理.

(4)面向建筑設(shè)備的智慧應(yīng)用

作為我國最大的單體地下綜合林帶項目, 幸福林帶需要對整體的建筑設(shè)備進行智慧化運營管控, 實現(xiàn)對樓宇、能源、機房、照明等至關(guān)重要環(huán)節(jié)的綜合管控. 智慧林帶運營管控平臺踐行數(shù)字孿生理念, 實現(xiàn)物理世界和虛擬計算空間的無縫聯(lián)接, 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)采集所有設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù), 基于機器學(xué)習(xí)技術(shù), 智能評估設(shè)備及系統(tǒng)健康狀態(tài); 及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患, 提前作出故障預(yù)警, 或者在發(fā)生故障時實時定位異常所在, 為物業(yè)管理人員提供準確的診斷建議和維修方案, 以提高了設(shè)備的可用性、穩(wěn)定性和安全性, 同時支持物業(yè)工單智能派發(fā)、巡更人性化管理,做到有的放矢, 實時響應(yīng). 例如, 在智慧能源方面, 利用物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備實時監(jiān)測水、電、氣等能源的消耗量, 通過能源可視化模塊將能源消耗狀態(tài)、能耗構(gòu)成情況和能耗目標等清晰呈現(xiàn). 隨著數(shù)據(jù)的積累, 利用人工智能技術(shù)逐步建立林帶自己的能源管控模型,自主學(xué)習(xí)優(yōu)化.

(5)面向決策的數(shù)據(jù)智能應(yīng)用

通過將項目中各個業(yè)務(wù)子集、服務(wù)子集、管理子集的各類海量數(shù)據(jù)進行挖掘分析, 實現(xiàn)以數(shù)據(jù)流引領(lǐng)服務(wù)流、業(yè)務(wù)流、管理流, 將深刻影響項目分工協(xié)作服務(wù)的組織模式, 促進服務(wù)組織方式的集約和創(chuàng)新, 并且為服務(wù)部門、業(yè)務(wù)部門、管理部門的分析、決策提供依據(jù), 促進項目各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合和資源整合. 建立“創(chuàng)新性服務(wù)、科學(xué)化決策、智能化管理”的服務(wù)機制,實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的科學(xué)決策, 推動幸福林帶項目決策管理理念和決策模式的進步, 實現(xiàn)幸福林帶科技化決策的新場景.

5 總結(jié)

智慧城市運營管控平臺是一個規(guī)模大、創(chuàng)新強、多系統(tǒng)、跨學(xué)科、業(yè)務(wù)復(fù)雜的智慧化集成項目. 建設(shè)應(yīng)遵循規(guī)劃大、起步小、升級快、兼容強的建設(shè)原則.即在規(guī)劃階段要從全局思考、頂層設(shè)計, 同時具有發(fā)展眼光向未來展望; 在設(shè)計初期從細微著手, 深度挖掘需求和問題, 堅持快速更新迭代, 敏捷開發(fā)的建設(shè)原則保持平臺靈活性, 以及強延展性, 高度擴展性. 充分借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù), 達到人、物理設(shè)備與信息系統(tǒng)三元有機融合, 確保管理、服務(wù)、運營和發(fā)展的數(shù)字化、精準化、多元化以及智慧化, 最終為政府改善民生、管理市政提供決策支持, 形成良好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益.