數(shù)字化城市管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題和解決思路

盛新

【摘 要】“數(shù)字城市管理”是一場里程碑式的變革，不但是信息化時代的必然結(jié)果，也是我國城市各種問題加劇的必然要求。然而，隨著數(shù)字化城市管理不斷發(fā)展和推廣，相關(guān)的許多問題，特別是相關(guān)的技術(shù)問題，如信息共享、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用、大數(shù)據(jù)分析、城市監(jiān)控、預防和報警等漸漸地暴露出來了。本文針對這些問題，提出了相應的解決思路。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；城市管理；關(guān)鍵技術(shù)；解決思路

0 引言

城市是國家和地區(qū)的政治、經(jīng)濟和文化中心，是人類先進生產(chǎn)力的聚集地。城市文明是人類社會進步的重要標志。隨著我國的城市化進程還在不斷加快中，預計到2020年，城市化水平將達到50%以上，絕對人口數(shù)將超過7億。如此龐大的城市人口群將給我國的城市建設和管理帶到巨大的壓力。

相對于傳統(tǒng)的城市管理來說，“數(shù)字城市管理”是一場里程碑式的變革，不但是信息化時代的必然結(jié)果，也是我國城市各種問題加劇的必然要求。數(shù)字化城市管理就是運用現(xiàn)代信息技術(shù)（計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、人工智能等）量化城市管理對象和細化管理行為。根據(jù)建設部相關(guān)行業(yè)標準和技術(shù)規(guī)范的要求，在《城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中，對信息系統(tǒng)的組成做了明確的劃分，各個城市的信息系統(tǒng)建設全部參照了該規(guī)定的內(nèi)容。數(shù)字城管信息系統(tǒng)主要包括如下九個子系統(tǒng)：監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集子系統(tǒng)、監(jiān)督（呼叫）中心受理子系統(tǒng)、基礎數(shù)據(jù)資源管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、大屏幕監(jiān)督指揮子系統(tǒng)、城市管理綜合評價系統(tǒng)、地理編碼系統(tǒng)、構(gòu)建與維護子系統(tǒng)、協(xié)同工作子系統(tǒng)。

然而，隨著數(shù)字化城市管理不斷發(fā)展和推廣，越來越多的問題暴露出來了。首先，數(shù)據(jù)共享問題。目前國內(nèi)大部分數(shù)字城市信息管理系統(tǒng)都是封閉運作的，盡管各不同部門的城市管理系統(tǒng)在各自的內(nèi)部網(wǎng)絡采用共同的標準協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，但在城市內(nèi)部不同部門間、部門與企業(yè)間、系統(tǒng)與系統(tǒng)間還沒有形成一套統(tǒng)一的、規(guī)范化的數(shù)據(jù)交換標準，缺乏共同的數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一約束，導致數(shù)據(jù)集成、共享和交換變得日益困難；其次，物聯(lián)網(wǎng)應用問題。在通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、射頻識別技術(shù)等新技術(shù)的推動下，一種能夠?qū)崿F(xiàn)人與人、人與機器、人與物乃至物與物之間的直接溝通的全新網(wǎng)絡構(gòu)架——物聯(lián)網(wǎng)正日漸清晰。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字化城管相結(jié)合，能有效實現(xiàn)信息的共享、識別與分析功能，推進我國城市的管理；第三，大數(shù)據(jù)分析。隨著數(shù)字化城市管理系統(tǒng)應用不斷深入，系統(tǒng)中存在大量數(shù)據(jù)，如何把這些數(shù)據(jù)利用起來也是目前面臨的一大難題；第四，管理監(jiān)控、預警和防范。隨著城市不斷擴大，人員日益復雜，社會問題不斷突出，如何利用數(shù)字化城市系統(tǒng)對城市突發(fā)事件進行監(jiān)控、預警和防范是我們面臨的又一大難題。

1 問題的解決思路

針對上面提出的問題，我們通過分析研究，提出了一系列解決問題的思路和方面，供大家參考：

1.1 建立一個基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)中心與數(shù)字化城市管理信息共享平臺

針對不同數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)庫之間異構(gòu)數(shù)據(jù)難以共享和交互的問題，可以采用一種以統(tǒng)一方式、統(tǒng)一視圖來組織和訪問來自不同數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)數(shù)據(jù)方案，從數(shù)據(jù)共享的角度出發(fā)，通過在數(shù)據(jù)交換的源點和目的點之間建立源表與目的表之間的映射配置，實現(xiàn)了數(shù)字化城市信息資源的網(wǎng)絡化共享。具體內(nèi)容包括：

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)和結(jié)構(gòu)化異構(gòu)數(shù)據(jù)的兼容技術(shù)，開發(fā)基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，實現(xiàn)交通管理部門、財政管理部門、公共管理部門等諸多城市部門的數(shù)據(jù)自動獲取、分類和集中功能。

（2）針對圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息的存儲技術(shù)和無損壓縮技術(shù)，開發(fā)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成接口，實現(xiàn)信息的分級存儲、圖文混合存儲和實時存取。

（3）根據(jù)異構(gòu)應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，實現(xiàn)交通管理部門、財政管理部門、公共管理部門等諸多城市部門之間的信息存儲、交換和獲取。

（4）建立基于網(wǎng)絡化和XML技術(shù)的數(shù)字化城市管理信息資源共享技術(shù)和數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)，實現(xiàn)項目各階段、各屬性數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、記錄有權(quán)限地存取，實現(xiàn)資源網(wǎng)絡化共享。

1.2 構(gòu)建面向數(shù)字化城市管理的大數(shù)據(jù)流的挖掘系統(tǒng)

針對分布異構(gòu)的數(shù)字城管數(shù)據(jù)環(huán)境中，每個部門、企業(yè)節(jié)點都積累了大量的運行數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)出空間非均衡分布、數(shù)據(jù)內(nèi)容異構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜、量大（海量）、速變（變化快）和無時空約束等特征。隨著當前數(shù)字城市管理的要求，如何針對分布異構(gòu)海量數(shù)據(jù)的特點，利用數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計分析工具，實現(xiàn)對海量城市數(shù)據(jù)流的快速實時動態(tài)挖掘，從中獲取反映城市管理、資源調(diào)配等的信息和知識，已經(jīng)成為改變政府服務功能、促進城市快速持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵。因此，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立適用于數(shù)字城管的數(shù)據(jù)挖掘模型，構(gòu)建數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)城市資源利用的一些隱含的信號，具體內(nèi)容包括：

（1）針對數(shù)字城市的數(shù)據(jù)流特點，分析其數(shù)據(jù)源定義、特點、物理結(jié)構(gòu)和邏輯分布，以數(shù)據(jù)形式化表達為重點研究海量城市數(shù)據(jù)流的概念模型，從而有效的進行海量城市數(shù)據(jù)流管理。在此基礎上，研究分布異構(gòu)數(shù)據(jù)源清洗、初始化、整合、遷移機制，以及支持分布異構(gòu)海量城市管理數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)的網(wǎng)絡流優(yōu)化和動態(tài)負載平衡模型。

（2）開發(fā)融入多因素情境的城市管理數(shù)據(jù)流挖掘，分析氣候、經(jīng)濟發(fā)展狀況、文化、地區(qū)、人口等因子在城市災害、交通、資源等方面的影響。

（3）在經(jīng)過數(shù)據(jù)編碼、拆分、轉(zhuǎn)換等處理操作后，確定數(shù)據(jù)分析維度，選擇貝葉斯網(wǎng)絡、決策樹算法和關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法等合適的數(shù)據(jù)挖掘算法。重點研究海量城市數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)挖掘模型，使算法可以插件的形式組合到系統(tǒng)中。

（4）基于SOA的思想，構(gòu)建面向數(shù)字化城市管理的分布異構(gòu)海量數(shù)據(jù)流的挖掘平臺。

1.3 構(gòu)建基于小波理論的的數(shù)字化城市管理的信息監(jiān)測系統(tǒng)

數(shù)字化城市信息監(jiān)測系統(tǒng)的建設使信息的存儲、復制、分析變得十分方便；寬頻帶、大動態(tài)的數(shù)字化城市信息中包含了模擬記錄所沒有的豐富信息。因此，可以通過基于小波理論的的數(shù)字化城市信息監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對獲取的信息進行有效的處理，充分的發(fā)揮了這一新的監(jiān)測系統(tǒng)的效益。具體內(nèi)容如下：

（1）利用先驗知識，根據(jù)信號和故障的小波系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機理，構(gòu)造響應的規(guī)則，在小波域采用數(shù)學方法對故障信號的小波系數(shù)進行處理。

（2）通過研究小波變換理論的多分辨率分析特點以及在時域和頻域都具有表征信號局部特征的能力，實現(xiàn)從非平穩(wěn)信號中提取瞬態(tài)信息，有效地提取信號的波形特征，從而為準確對數(shù)字化城市信息進行監(jiān)測提供可靠的依據(jù)。

（3）利用經(jīng)過小波分解后的低頻系數(shù)和經(jīng)過閾值故障消除后的各層高頻系數(shù)做逆小波變換，對過程的狀態(tài)進行重構(gòu)融合估計，得到恢復的原始數(shù)字化信號估計值，然后通過對狀態(tài)的估計值進行分析，從而達到對過程的監(jiān)控。

1.4 構(gòu)建基于隱半馬爾可夫模型的數(shù)字化城市管理的信息預警系統(tǒng)

由于城市公共危機的高度突發(fā)性、不確定性，對反應時間的高度敏感性，以及涉及的領(lǐng)域多源化等特點，使得針對危機的預測、預警、反應都存在許多困難，因此，可以通過引入隱半馬爾可夫模型來建立城市安全信息體系，將城市各領(lǐng)域安全情況與正常安全模型閾值進行比較，從而將偏離正常的情況及時進行預警。具體內(nèi)容包括：

（1）對數(shù)字化城市安全體系進行研究和分析，確立預警目標，找出目標系統(tǒng)的隱藏狀態(tài)。

（2）確定城市危機隱藏狀態(tài)產(chǎn)生的一系列輸出觀察值，從而確定其對應關(guān)系。

（3）采用隱半馬爾可夫模型，應用到對在城市化公共危機的應用中，根據(jù)之前事例的學習對其進行預測。

2 總結(jié)

由于數(shù)字化城市管理系統(tǒng)是一個復雜的綜合工程，涉及的面廣，應用的技術(shù)龐雜，各地由于發(fā)展的方向和發(fā)展的過程各不相同，因此對于數(shù)字化城管也有很多不同的理解。不管怎樣，對數(shù)字化城市管理主要運用現(xiàn)代信息技術(shù)（計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、人工智能等）量化城市管理對象和細化管理行為，實現(xiàn)城市管理運行模式科學化，形成信息采集、信息處置和監(jiān)督評價多層面完整閉合的回路系統(tǒng)。隨著數(shù)字化城市管理的進一步深入發(fā)展，城市的信息化進程也明顯加快，在不同類型的城市信息系統(tǒng)中逐步積累了各種各樣的數(shù)字化城市信息資源，如：政務信息資源、科技信息資源、地理信息資源、交通信息資源、文化信息資源等等。

面對這些信息，本文提出了一些關(guān)鍵的技術(shù)問題，并提出了相應解決思路，希望能起到拋磚引玉的作用。

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[責任編輯：楊玉潔]