城市大數(shù)據(jù)與城市智能化發(fā)展

潘云鶴*，田 沄b,c，劉曉龍，顧德道，華 崗

aChinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China

bCollege of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

cDepartment of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China

dNingbo Academy of Smart City Development, Ningbo, Zhejiang 315048, China

城市大數(shù)據(jù)與城市智能化發(fā)展

潘云鶴a,*，田 沄a,b,c，劉曉龍a，顧德道d，華 崗d

aChinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China

bCollege of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

cDepartment of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China

dNingbo Academy of Smart City Development, Ningbo, Zhejiang 315048, China

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Received 13 April 2016

Revised 16 May 2016

Accepted 26 May 2016

Available online 22 June 2016

城市大數(shù)據(jù)

本文探討了城市大數(shù)據(jù)的概念，明確了城市大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，并依據(jù)處理方法和應(yīng)用目標(biāo)對(duì)中國(guó)城市大數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類；分析了中國(guó)城市智能化同其他國(guó)家“智慧城市”的區(qū)別，給出了中國(guó)城市智能化的定義，并提出了中國(guó)城市智能化的模型；明確了城市大數(shù)據(jù)在城市智能化中的作用，即城市大數(shù)據(jù)是城市智能化的基礎(chǔ)和核心，是城市智能化持續(xù)發(fā)展的不竭動(dòng)力；指出了中國(guó)城市大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)；針對(duì)城市大數(shù)據(jù)在城市智能化中的支撐和核心作用，提出了城市大數(shù)據(jù)的建設(shè)重點(diǎn)，包括：基礎(chǔ)支撐、城市治理、公共服務(wù)以及經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等；指出了城市智能化的應(yīng)用是推動(dòng)中國(guó)城市發(fā)展的極妙抓手。當(dāng)前，中國(guó)具備天時(shí)、地利、人和的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，應(yīng)充分借助城市大數(shù)據(jù)，促進(jìn)城市智能化向高水平發(fā)展。

? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

1.引言

隨著中國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市人口、工業(yè)以及交通運(yùn)輸過(guò)度集中，導(dǎo)致了包括人口膨脹、交通擁堵、環(huán)境惡化、住房緊張、就業(yè)困難和安全隱患等問(wèn)題在內(nèi)的多種不同形式的“城市病”，以及由這些“城市病”引發(fā)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、健康和居住等問(wèn)題。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了中國(guó)城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)發(fā)展[1]。事實(shí)上，“城市病”出現(xiàn)的原因在于城市基礎(chǔ)設(shè)施所構(gòu)成的物理系統(tǒng)和城市居民所構(gòu)成的社會(huì)環(huán)境變得日趨復(fù)雜，并且人們沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到其復(fù)雜性，缺少對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的高效管理。從根本上講，城市已經(jīng)從過(guò)去的二元空間升級(jí)為現(xiàn)在的三元空間。這里所說(shuō)的第一元空間指“物理空間”，即城市所處的物理環(huán)境和城市所含的物質(zhì)系統(tǒng)；第二元空間指“人類社會(huì)空間”，即城市人的行為與社會(huì)交往；第三元空間指“賽博空間”(Cyber Space)，即計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)及其“數(shù)據(jù)信息” [2]。為此，急需新理念和新方法對(duì)城市生活的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及其中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入和系統(tǒng)地分析，從而確立新技術(shù)革命條件下城市發(fā)展的新方向。

“智能城市”和“大數(shù)據(jù)”的出現(xiàn)為解決“城市病”提供了新的可能?！爸悄艹鞘小睘閭鹘y(tǒng)的城市生態(tài)系統(tǒng)加上了一個(gè)神經(jīng)層，而城市大數(shù)據(jù)從不同維度描述了城市的物理環(huán)境(如建筑、汽車(chē)和道路等)和居民社會(huì)生活的方方面面，即以虛擬形式反映真實(shí)的第一元空間和第二元空間，由此構(gòu)成了城市的第三元空間——城市大數(shù)據(jù)。中國(guó)工程院的李國(guó)杰院士認(rèn)為，大數(shù)據(jù)是典型的“蜜蜂模型”，即：蜜蜂的貢獻(xiàn)不是它們生產(chǎn)的蜂蜜，而是其傳粉過(guò)程帶來(lái)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的增加[3]。城市大數(shù)據(jù)如同城市中的自然資源和人力資源，已成為“智能城市”發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源與戰(zhàn)略方向。城市在信息化和智能化的過(guò)程中形成了大量的信息庫(kù)和數(shù)據(jù)中心，將這些數(shù)據(jù)相互連接，便形成了城市大數(shù)據(jù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)對(duì)城市大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的匯聚、挖掘和分析，有助于人們正確地認(rèn)識(shí)和把握城市系統(tǒng)各層次的發(fā)展規(guī)律，輔助政府和社會(huì)的城市決策與規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)城市智能化管理的目標(biāo)。同時(shí)，城市大數(shù)據(jù)也促使城市各行業(yè)的運(yùn)作模式發(fā)生深刻的變革，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和新興產(chǎn)業(yè)的培育發(fā)展?？傊?，城市大數(shù)據(jù)正在加速城市智能化發(fā)展，具體表現(xiàn)為：以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和無(wú)線寬帶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)組合為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)高度集成和大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用為主要特征，以智能技術(shù)、智能產(chǎn)業(yè)、智能服務(wù)、智能管理和智能生活等為重要內(nèi)容，構(gòu)建一種致力于自我修正并及時(shí)解決城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)等關(guān)鍵問(wèn)題的城市發(fā)展新形態(tài)[2]。

2.城市大數(shù)據(jù)的概念

2.1.城市大數(shù)據(jù)的概念與特點(diǎn)

城市大數(shù)據(jù)是指城市的政府、公共機(jī)構(gòu)、企業(yè)和個(gè)人利用新一代信息技術(shù)手段獲取和匯聚的各類城市設(shè)施設(shè)備、個(gè)人和集體等主客體所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可被共享、融合、分析和挖掘，以使人們深入了解城市的運(yùn)行狀態(tài)，在城市管理方面做出更加明智的決策，優(yōu)化城市資源配置，降低城市系統(tǒng)運(yùn)行成本，推動(dòng)“智能城市”安全、高效、綠色、和諧、智能地發(fā)展。除了大數(shù)據(jù)的一般特征(如海量性、高速性、多樣性、真實(shí)性和重要性)之外，城市大數(shù)據(jù)還有其特殊性，包括：

(1) 層次性：例如，電子病歷按照醫(yī)院或區(qū)域分類，而醫(yī)學(xué)圖象按照設(shè)備或醫(yī)院分類。又如，健康數(shù)據(jù)可以分為個(gè)人、醫(yī)院病人、社區(qū)或衛(wèi)生防疫部門(mén)的健康數(shù)據(jù)。城市大數(shù)據(jù)的層次性深刻反映了城市物理系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的組織層次性。

(2) 完整性：城市經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行與發(fā)展，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)覆蓋越來(lái)越廣泛。例如，近年來(lái)中國(guó)城市環(huán)保數(shù)據(jù)的覆蓋度正在迅速提高。由于這種數(shù)據(jù)完整性的迅速改善，城市大數(shù)據(jù)日益精確，具備了揭示城市的整體發(fā)展規(guī)律的能力。

(3) 關(guān)聯(lián)性：城市各類數(shù)據(jù)之間具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。例如，城市的物流信息既包含在物流企業(yè)的數(shù)據(jù)中，也包含在制造業(yè)、商業(yè)和運(yùn)輸業(yè)，甚至是金融業(yè)的數(shù)據(jù)中。這些關(guān)聯(lián)性不僅可以用于相互印證，也可用于城市運(yùn)行中的協(xié)同推理與規(guī)則挖掘。

由于城市大數(shù)據(jù)的普遍性與特殊性，在其應(yīng)用中需要新的處理技術(shù)，即基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)方法的特定數(shù)據(jù)提取[4]，這主要集中在從數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)處理，再到模型建立的整個(gè)數(shù)據(jù)流程的自動(dòng)化[5,6]。首先，獲取與存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，包括按照目標(biāo)需求對(duì)從所需數(shù)據(jù)源中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式抽取和集成，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理(如數(shù)據(jù)填補(bǔ)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)一致性檢查以及多種數(shù)據(jù)屬性的初步組織等)，建立待處理數(shù)據(jù)集；其次，處理和分析數(shù)據(jù)集(包括線性分析、非線性分析、因子分析、序列分析、線性回歸、變量曲線分析和雙變量統(tǒng)計(jì))，通過(guò)利用支持向量機(jī)、樸素貝葉斯、隨機(jī)森林和邏輯回歸進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)與類別間的關(guān)系分析；然后，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和跨媒體算法揭示分類數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)深層次的模式、規(guī)則及知識(shí)；最后，以交互式和可視化的方式解釋變量間的關(guān)系，以更深入地理解結(jié)果。

2.2.城市大數(shù)據(jù)的分類

就數(shù)據(jù)本身而言，城市大數(shù)據(jù)描述了各種城市元素的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括建筑、街道、管網(wǎng)、環(huán)境、企業(yè)、金融、商業(yè)、產(chǎn)品、市場(chǎng)、物流、醫(yī)療、文化、教育、交通、公安和人口。文獻(xiàn)[7]中提出，可將城市大數(shù)據(jù)分為5類：基于傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)、政府管理數(shù)據(jù)、客戶和交易記錄數(shù)據(jù)及藝術(shù)和人文數(shù)據(jù)。表1列出了此5類數(shù)據(jù)的類型、實(shí)例及相應(yīng)的用戶群體。

其實(shí)，城市大數(shù)據(jù)的分類方法不止一種。從本質(zhì)而言，數(shù)據(jù)分類以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)最為有效，而城市數(shù)據(jù)信息為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以城市大數(shù)據(jù)的分類需根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法和應(yīng)用目標(biāo)而定。對(duì)于中國(guó)城市的大數(shù)據(jù)而言，經(jīng)常使用以下三種分類方法：

(1) 按城市功能的供給側(cè)劃分：此分類方法的基礎(chǔ)是城市管理系統(tǒng)，也就是現(xiàn)有城市層次組織數(shù)據(jù)的聚集系統(tǒng)。這種分類方法具有組織促進(jìn)力。

(2) 按城市服務(wù)的需求側(cè)劃分：此分類方法按不同需求者劃分(如居民、企業(yè)、事業(yè)系統(tǒng)和政府機(jī)關(guān))，并且可以進(jìn)一步分類，因此會(huì)牽引出各種城市應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。這種分類方法具有應(yīng)用促進(jìn)力。

表1 城市大數(shù)據(jù)的類型及用戶群體

(3) 按城市數(shù)據(jù)的發(fā)生原因劃分：例如，城市大數(shù)據(jù)可被劃分為基于城市物理系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)，城市人口及組織的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)類數(shù)據(jù)，城市人口及組織的社會(huì)活動(dòng)類數(shù)據(jù)，城市人口及組織的科教活動(dòng)類數(shù)據(jù)，城市人口的生活類數(shù)據(jù)。

2.3.城市大數(shù)據(jù)在城市發(fā)展中的應(yīng)用

城市大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為深入研究城市的運(yùn)行和發(fā)展提供了新的思路[8-11]，已成為重塑城市競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新機(jī)遇[12]。在全球信息化快速發(fā)展的大背景下，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為了每個(gè)城市重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。充分利用城市大數(shù)據(jù)的規(guī)模、質(zhì)量和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，挖掘和釋放數(shù)據(jù)資源的潛在價(jià)值，提升大數(shù)據(jù)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，能夠有效提升城市競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，大數(shù)據(jù)也已成為了推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新動(dòng)力[13]。具體地說(shuō)，大數(shù)據(jù)在以下領(lǐng)域起到了重要的作用：① 推動(dòng)生產(chǎn)要素網(wǎng)絡(luò)化共享、集約化整合以及協(xié)同化開(kāi)發(fā)利用；② 促進(jìn)生產(chǎn)原料、技術(shù)、人才和資金的流動(dòng)模式和商業(yè)模式的創(chuàng)新；③ 提高企業(yè)的核心價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不斷催生新的業(yè)務(wù)模式和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并且大數(shù)據(jù)為提升政府的治理能力提供了新的途徑[14]。此外，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還能夠揭示傳統(tǒng)技術(shù)方式難以展現(xiàn)的潛在關(guān)系，挖掘看似無(wú)關(guān)的知識(shí)間的相關(guān)性并匯聚成新知識(shí)，通過(guò)定性化判斷和定量化分析實(shí)現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展的診斷和評(píng)估，提升政府利用數(shù)據(jù)做出決策的能力，為有效處理復(fù)雜的社會(huì)問(wèn)題提供新的手段。

本質(zhì)上講，利用城市大數(shù)據(jù)對(duì)城市模式和城市化進(jìn)程的探索就是對(duì)城市大數(shù)據(jù)的分析、可視化和理解，以及對(duì)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的解釋，從而實(shí)現(xiàn)城市資源的動(dòng)態(tài)管理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、城市模式和進(jìn)程的深度分析、市民的有效參與以及合理的城市規(guī)劃和城市政策的科學(xué)分析。城市大數(shù)據(jù)的目標(biāo)、方法及應(yīng)用之間的關(guān)系如圖1所示。

3.城市大數(shù)據(jù)助推城市智能化

圖1.城市大數(shù)據(jù)的目標(biāo)、方法及應(yīng)用的關(guān)系圖。

“智慧城市”的概念由IBM公司于2008年提出，其內(nèi)容主要側(cè)重于度量、聯(lián)通和智能[15]，主要目的是將特定的信息技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用到城市的管理過(guò)程中。這一概念比較適合于歐洲和北美的發(fā)達(dá)國(guó)家，因?yàn)檫@些國(guó)家已經(jīng)完成了城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。發(fā)達(dá)國(guó)家“智慧城市”建設(shè)的主要任務(wù)局限于政府管理與智能服務(wù)[16,17]。相比發(fā)達(dá)國(guó)家城市的市長(zhǎng)，中國(guó)城市的市長(zhǎng)需要執(zhí)行更多的行政職能以及管理更多的事情。此外，中國(guó)正處于工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的高潮，遇到的困惑與問(wèn)題在質(zhì)和量上都有其獨(dú)特性。所以，中國(guó)城市智能化發(fā)展路徑必然與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家不同，如圖2所示。顯然，利用發(fā)達(dá)國(guó)家“智慧城市”的發(fā)展路線圖來(lái)建設(shè)中國(guó)的“智能城市”，難以解決中國(guó)城市面臨的諸多發(fā)展問(wèn)題。因此，在中國(guó)使用“智能城市”替代發(fā)達(dá)國(guó)家的“智慧城市”是合適的。

圖2.中國(guó)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在信息化、城市化和工業(yè)化發(fā)展方面的比較示意圖。

城市智能化發(fā)展是“智能城市”建設(shè)的過(guò)程，目的是發(fā)展城市三元空間(包括城市物理設(shè)施、人類社會(huì)和城市數(shù)據(jù))，方法為基于從市民、企業(yè)和政府整合的情報(bào)的科學(xué)方法，關(guān)鍵是巧妙合理地調(diào)度城市綜合資源，優(yōu)化城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)和城市管理，持續(xù)改善城市發(fā)展與市民的生活水平，有效地滿足市民當(dāng)前與未來(lái)的需求[2]。城市智能化發(fā)展是一個(gè)從分到合、由淺入深的過(guò)程。以城市現(xiàn)有的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立智能應(yīng)用系統(tǒng)，是建設(shè)“智能城市”的合適起點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，增強(qiáng)城市物理基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)數(shù)據(jù)化，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享，開(kāi)展城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)宏觀決策和微觀服務(wù)的深入發(fā)展，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代。因此，城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠推進(jìn)城市智能化由局部水平到系統(tǒng)以及全局水平的發(fā)展，使城市智能化與“經(jīng)濟(jì)–社會(huì)–生態(tài)”發(fā)展相統(tǒng)一。城市智能化發(fā)展模型如圖3所示，城市大數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、指數(shù)系統(tǒng)和運(yùn)維保障系統(tǒng)五部分。

發(fā)展過(guò)程如下：① 充分采集城市運(yùn)行中產(chǎn)生的海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并將其匯聚到統(tǒng)一的城市數(shù)據(jù)平臺(tái)，形成城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；② 通過(guò)海量數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、融合、清洗、處理、挖掘、分析和可視化，獲取可反映客觀規(guī)律且有價(jià)值的數(shù)據(jù) 信息，滿足城市政務(wù)、商業(yè)和城市管理的需求，提高決策能力、知識(shí)發(fā)現(xiàn)能力和流程優(yōu)化能力；③ 促進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，帶動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)交易等大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快城市的信息化和智能化發(fā)展；④ 提出適用于衡量城市大數(shù)據(jù)建設(shè)成效和發(fā)展水平的指數(shù)，建設(shè)大數(shù)據(jù)運(yùn)維保障機(jī)制，確保城市大數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

圖3.城市智能化和大數(shù)據(jù)發(fā)展模型。

3.1.城市大數(shù)據(jù)是城市智能化的基礎(chǔ)和核心

城市大數(shù)據(jù)來(lái)源于城市中眾多物理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)和人群活動(dòng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的聯(lián)通和融合。采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，這些數(shù)據(jù)可被用于挖掘物理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的各種復(fù)雜的關(guān)系，產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟(jì)變化的趨勢(shì)，以及居民健康、教育、科技和文化等方面的狀態(tài)、關(guān)系和規(guī)律。因此，城市大數(shù)據(jù)不僅是系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)整個(gè)城市的信息基礎(chǔ)，也是城市智能化的基礎(chǔ)和核心。城市大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐模型如圖4所示。感知層通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)采集城市數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層著重于網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)建和網(wǎng)絡(luò)融合；數(shù)據(jù)層匯聚物聯(lián)網(wǎng)和信息系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，形成城市公共數(shù)據(jù)庫(kù)；平臺(tái)層主要包括各種云計(jì)算設(shè)施、公共信息平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)。

圖4.城市大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐模型。

推進(jìn)由物理設(shè)施、人群社會(huì)和城市信息構(gòu)成的三元世界的科學(xué)互動(dòng)和可持續(xù)發(fā)展的核心是采用大數(shù)據(jù)思維和技術(shù)，統(tǒng)籌推進(jìn)城市物理世界的信息化建設(shè)：打破信息壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流、知識(shí)流和人類智慧的自由流動(dòng)，完成對(duì)城市物理設(shè)施的科學(xué)調(diào)配，促進(jìn)人流、物流、資金流和技術(shù)流的合理高效流動(dòng)，有效解決城市發(fā)展與環(huán)境、資源和空間之間的矛盾，逐步建成滿足市民、企業(yè)和政府需要的新型未來(lái)城市。

3.2.城市大數(shù)據(jù)是城市智能化持續(xù)發(fā)展的不竭動(dòng)力和智能源泉

大數(shù)據(jù)的應(yīng)用正在加速信息技術(shù)與各行業(yè)的交叉融合，孕育形成新型業(yè)態(tài)，進(jìn)一步拓展信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。同時(shí)，在城市智能化發(fā)展過(guò)程中，需要重新激活現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，充分利用大數(shù)據(jù)增量，才能持續(xù)提升城市智能化水平。城市大數(shù)據(jù)在揭示城市典型問(wèn)題的本質(zhì)關(guān)系、分析復(fù)雜系統(tǒng)、開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)性城市研究以及感知城市合作方面有著重要的作用。城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是破解各類“城市病”的重要抓手。在城市規(guī)劃方面，通過(guò)對(duì)城市的自然信息(包括地理、氣象、環(huán)境)和社會(huì)信息(包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、人口)的挖掘，城市大數(shù)據(jù)為城市規(guī)劃提供了強(qiáng)大的決策支持，強(qiáng)化了城市管理服務(wù)的科學(xué)性和前瞻性，這方面的應(yīng)用突出體現(xiàn)在基礎(chǔ)建設(shè)、交通管理、公共設(shè)施和社會(huì)安全領(lǐng)域[18,19]。城市智能化使數(shù)據(jù)共享成為可能，政府各個(gè)部門(mén)的既有數(shù)據(jù)庫(kù)可被高效地互聯(lián)互通，極大地提高了政府各部門(mén)間的協(xié)同辦公能力和辦事效率，大幅降低了政府的管理成本[20]。大數(shù)據(jù)奠定了未來(lái)人們享受“智慧”生活的基礎(chǔ)，使人們可以建立個(gè)性化檔案，智能化管理日程事務(wù)、個(gè)人健康、安全起居、購(gòu)物以及旅游。同時(shí)，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可增 強(qiáng)公共服務(wù)同個(gè)體生活之間的聯(lián)系，在醫(yī)療衛(wèi)生、教育培訓(xùn)、交通和安防等領(lǐng)域?yàn)閭€(gè)體提供信息查詢、內(nèi)容分發(fā)和移動(dòng)支付等應(yīng)用體驗(yàn)。如此，大數(shù)據(jù)將人們“簡(jiǎn)單平面”的生活轉(zhuǎn)向“多維”化[21,22]，讓城市智能化真正服務(wù)于民生。城市大數(shù)據(jù)被廣泛地應(yīng)用于一系列城市問(wèn)題的研究和破解，并正在迅速成為促進(jìn)中國(guó)城市智能化發(fā)展的重要橋梁和技術(shù)。

3.3.中國(guó)城市大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

當(dāng)前，中國(guó)多數(shù)城市已經(jīng)經(jīng)過(guò)了前期“數(shù)字城市”和“智慧城市”的建設(shè)，在信息通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、政務(wù)信息資源整合共享平臺(tái)和智能應(yīng)用體系建設(shè)方面取得了一定成效，并發(fā)展了信息經(jīng)濟(jì)，積累了大量城市數(shù)據(jù)資源，為城市智能化的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。然而，城市大數(shù)據(jù)的發(fā)展也面臨著一些問(wèn)題與挑戰(zhàn)，主要有：① 現(xiàn)有的操作機(jī)制給數(shù)據(jù)資源的整合和共享帶來(lái)了一定的困難；② 與信息安全和共享有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系亟待建立；③ 技術(shù)創(chuàng)新滯后于大數(shù)據(jù)的發(fā)展；④ 不清晰的商業(yè)模式影響大數(shù)據(jù)的可持續(xù)發(fā)展；⑤ 人才資源的供應(yīng)不足制約大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

4.城市大數(shù)據(jù)發(fā)展重點(diǎn)

中國(guó)積極鼓勵(lì)大數(shù)據(jù)的發(fā)展和“智能城市”的建設(shè)，地方政府高度重視信息經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在這種背景下，需要正確處理城市大數(shù)據(jù)發(fā)展中統(tǒng)與分的關(guān)系，堅(jiān)持統(tǒng)籌規(guī)劃和分工建設(shè)、技術(shù)驅(qū)動(dòng)和需求拉動(dòng)相結(jié)合。為此，加強(qiáng)城市大數(shù)據(jù)頂層設(shè)計(jì)和確定城市大數(shù)據(jù)建設(shè)重點(diǎn)成為當(dāng)前推動(dòng)我國(guó)城市智能化發(fā)展的關(guān)鍵?；谥袊?guó)城市智能化發(fā)展模型，本文提出城市大數(shù)據(jù)發(fā)展的重點(diǎn)基于四個(gè)方面，即基礎(chǔ)支撐、城市治理、城市服務(wù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如圖5所示。

4.1.統(tǒng)一大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐體系

圖5.城市大數(shù)據(jù)重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。

城市應(yīng)建立一個(gè)公共設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。該平臺(tái)以“一體化服務(wù)平臺(tái)+積木式應(yīng)用模塊”的技術(shù)架構(gòu)和“專業(yè)化運(yùn)營(yíng)+開(kāi)放式服務(wù)”的管理體系為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施(如道路設(shè)施、水電氣設(shè)施和地下管廊)波動(dòng)變化的動(dòng)態(tài)感知，對(duì)城市運(yùn)行狀況和特征的全面、及時(shí)掌握，對(duì)城市要素發(fā)展趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，以及為城市發(fā)展提供有力的決策支持。為此，城市應(yīng)該調(diào)研和梳理全市政務(wù)數(shù)據(jù)資源(包括類別、規(guī)模、增長(zhǎng)速度、能否共享與開(kāi)放、數(shù)據(jù)源頭和所屬權(quán))現(xiàn)狀，以確定能夠優(yōu)先分享或優(yōu)先開(kāi)放的數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)字段，明確涉密或涉及公共安全和個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)。此外，城市還應(yīng)建立一個(gè)政務(wù)數(shù)據(jù)架構(gòu)體系，以對(duì)城市政府?dāng)?shù)據(jù)的清洗、處理、整合、挖掘和共享為主線，建立城市數(shù)據(jù)共享和交換服務(wù)中心。該服務(wù)中心以分層數(shù)據(jù)服務(wù)為主體、工具平臺(tái)為支撐、機(jī)制建設(shè)為保障，實(shí)現(xiàn)全市范圍的政務(wù)數(shù)據(jù)資源和有關(guān)數(shù)據(jù)資源的整合、共享與服務(wù)。最后，城市應(yīng)建立一個(gè)政務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一開(kāi)放平臺(tái)，以完善政府?dāng)?shù)據(jù)資源的管理規(guī)范，建立政務(wù)信息資源開(kāi)放目錄體系和服務(wù)體系，逐步向社會(huì)開(kāi)放如信用、交通、醫(yī)療、衛(wèi)生、就業(yè)、社保、地理、文化、教育、科技、資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、安監(jiān)、金融、質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)、氣象及企業(yè)登記監(jiān)管等民生保障服務(wù)相關(guān)領(lǐng)域的政府?dāng)?shù)據(jù)。

4.2.推進(jìn)大數(shù)據(jù)在城市治理領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市治理包括社會(huì)安全管理、城市規(guī)劃與建設(shè)、市場(chǎng)監(jiān)管及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。因此，要推動(dòng)大數(shù)據(jù)在城市治理中的應(yīng)用。基層社會(huì)治理大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)涵蓋多個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)資源，如城市人防、能源、電力、環(huán)保、衛(wèi)生、交通、城管、水利、通信、安監(jiān)、氣象和地震等。加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的挖掘、分析和應(yīng)用可快速識(shí)別、及時(shí)預(yù)警以及順利解決社會(huì)管理問(wèn)題，提升基層社會(huì)治理能力。為達(dá)到“多規(guī)融合”和跨部門(mén)協(xié)作，城市需建立完善的國(guó)土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)以及時(shí)空大數(shù)據(jù)和不動(dòng)產(chǎn)登記信息管理平臺(tái)，以開(kāi)展國(guó)土資源大數(shù)據(jù)分析，建立統(tǒng)一的國(guó)土資源大數(shù)據(jù)服務(wù)體系，建成支撐跨部門(mén)協(xié)作管理的城市規(guī)劃大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，為城市規(guī)劃的編制、審批和實(shí)施等全流程提供有力支撐。此外，城市還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)主體的信用體征監(jiān)管，建立公共和個(gè)人信用數(shù)據(jù)庫(kù)，以獲得有關(guān)覆蓋全部信用主體(以企業(yè)為核心，以個(gè)人、政府為補(bǔ)充)和所有信用信息類別的信用大數(shù)據(jù)，增強(qiáng)社會(huì)成員的誠(chéng)信意識(shí)，營(yíng)造優(yōu)良的信用環(huán)境。之后，城市需完善城市環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布局，建立綜合監(jiān)測(cè)水、土壤、垃圾及大氣污染的大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯聚與分析平臺(tái)，以全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握城市環(huán)境質(zhì)量和污染源信息，為環(huán)境保護(hù)提供決策支撐。最后，城市需構(gòu)建大數(shù)據(jù)能源管理體系，以提高能源的使用效率，完善資源的價(jià)格機(jī)制和創(chuàng)新能源的消費(fèi)方式。

4.3.加快大數(shù)據(jù)在城市服務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市服務(wù)包括交通、醫(yī)療、教育、社會(huì)福利和文化旅游等領(lǐng)域。城市應(yīng)建立交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，以使城市居民及時(shí)獲得交通信息(包括實(shí)時(shí)公交、實(shí)時(shí)路況、出租、公共交通設(shè)施和道路管養(yǎng)等信息)。該平臺(tái)還可以提供各種增值服務(wù)(如出行信息服務(wù)和交通指南)，輔助優(yōu)化交通規(guī)劃，提高公眾出行效率以及改善用戶交通體驗(yàn)。城市還應(yīng)建立匯集和整合人口信息、電子健康檔案和電子病歷的統(tǒng)一健康大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，并開(kāi)發(fā)覆蓋公共衛(wèi)生、醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療保障、藥品供應(yīng)和綜合管理等業(yè)務(wù)的醫(yī)療健康管理和服務(wù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。此外，城市也應(yīng)鼓勵(lì)有關(guān)企業(yè)和事業(yè)單位開(kāi)展醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新示范，豐富和完善醫(yī)療健康服務(wù)?？紤]到社會(huì)福利，城市應(yīng)建立城鄉(xiāng)一體化的社會(huì)救助、社會(huì)福利和社會(huì)保障大數(shù)據(jù)平臺(tái)，加強(qiáng)相關(guān)部門(mén)之間的數(shù)據(jù)對(duì)接和信息共享，支撐城市大數(shù)據(jù)在勞動(dòng)用工和社?；鸨O(jiān)管、醫(yī)療保險(xiǎn)對(duì)醫(yī)療服務(wù)監(jiān)控、勞動(dòng)保障監(jiān)察、內(nèi)控稽核、人力資源和社會(huì)保障相關(guān)政策制定及其執(zhí)行效果跟蹤評(píng)價(jià)等方面的應(yīng)用，為社會(huì)公眾提供更為個(gè)性化和更具針對(duì)性的服務(wù)。最后，城市應(yīng)整合數(shù)字圖書(shū)館、檔案館、博物館、美術(shù)館、群眾文化館和科技體驗(yàn)館中的數(shù)字文化資源，建立文化傳播大數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺(tái)。為促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展，城市應(yīng)推進(jìn)旅游信息資源共享，整合旅游相關(guān)的數(shù)據(jù)資源(如公安、交通、環(huán)保、商務(wù)、航空、郵政、電信和氣象)，與主要網(wǎng)絡(luò)搜索引擎以及在線旅游服務(wù)商合作，建立旅游大數(shù)據(jù)資源庫(kù)。

4.4.促進(jìn)大數(shù)據(jù)在經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市應(yīng)鼓勵(lì)大數(shù)據(jù)在產(chǎn)業(yè)、跨境電子商務(wù)、物流、技術(shù)與知識(shí)服務(wù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。為推進(jìn)不同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)采取以下措施：① 建立重點(diǎn)行業(yè)云服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)大數(shù)據(jù)資源在研發(fā)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)營(yíng)銷等領(lǐng)域的應(yīng)用；② 引進(jìn)“云+網(wǎng)+端”的物聯(lián)網(wǎng)云工程和云服務(wù)企業(yè)，發(fā)展可提供一體化的云工程產(chǎn)業(yè)，如全流程整體設(shè)計(jì)、裝備制造、軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成、工程安裝和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維服務(wù)；③ 完善各行業(yè)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù) 資源的采集和利用效率，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)資源背后的產(chǎn)業(yè)價(jià)值和潛力，為研發(fā)體系創(chuàng)新、生產(chǎn)管理方式變革以及產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系重構(gòu)提供有力支撐。在電子商務(wù)方面，城市應(yīng)大力發(fā)展“生產(chǎn)商直接面對(duì)消費(fèi)者(M2C)”和“生產(chǎn)商直接面對(duì)經(jīng)銷商(M2B)”的服務(wù)，加強(qiáng)跨境電子商務(wù)平臺(tái)建設(shè)，構(gòu)建支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)展示的跨境電子商務(wù)服務(wù)體系，為跨境電子商務(wù)平臺(tái)及其基本的物流倉(cāng)儲(chǔ)、信譽(yù)評(píng)級(jí)以及綜合信息服務(wù)提供有力支撐；城市還應(yīng)發(fā)展面向“網(wǎng)上絲綢之路”沿線國(guó)家的電商營(yíng)銷和比價(jià)系統(tǒng)，為全球客戶提供便捷、快速的購(gòu)物體驗(yàn)。此外，城市應(yīng)建立物流大數(shù)據(jù)平臺(tái)，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)整合物流數(shù)據(jù)(如商品信息、交通路網(wǎng)、貨物運(yùn)輸和貨物周轉(zhuǎn))，通過(guò)對(duì)物流車(chē)輛、線路以及貨物等數(shù)據(jù)的全面分析，為物流企業(yè)提供最優(yōu)化的運(yùn)輸線路，提升物流效率。物流大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有助于及時(shí)了解倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)存信息以及各商品門(mén)類的動(dòng)態(tài)需求，確保庫(kù)存和倉(cāng)儲(chǔ)配套的優(yōu)化以及物流和倉(cāng)儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整。最后，城市應(yīng)通過(guò)鼓勵(lì)公眾和企業(yè)發(fā)掘利用開(kāi)放數(shù)據(jù)資源，探索新技術(shù)，研究數(shù)據(jù)挖掘、分析和應(yīng)用模式，營(yíng)造大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的良好氛圍。公眾還應(yīng)推動(dòng)大數(shù)據(jù)發(fā)展與科研創(chuàng)新、技術(shù)發(fā)展以及政府和市場(chǎng)需求的有機(jī)結(jié)合，形成大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的創(chuàng)新模式，推動(dòng)開(kāi)放創(chuàng)新和聯(lián)動(dòng)創(chuàng)新。

5.結(jié)語(yǔ)與展望

城市大數(shù)據(jù)是城市智能化發(fā)展的核心。城市智能化發(fā)展對(duì)中國(guó)而言，是一個(gè)極好的抓手。隨著人口與經(jīng)濟(jì)逐漸在城市集中，城市的成功發(fā)展標(biāo)志著國(guó)家主體的成功發(fā)展。所以，城市智能化在中國(guó)大有用武之地。目前，中國(guó)工業(yè)化與城市化的環(huán)境和政府結(jié)構(gòu)非常有利于城市大數(shù)據(jù)的發(fā)展。對(duì)可被成功管理以及開(kāi)放的城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠促進(jìn)城市知識(shí)服務(wù)的發(fā)展，創(chuàng)造新的市場(chǎng)和新的企業(yè)，進(jìn)一步推進(jìn)城市智能化的發(fā)展。當(dāng)前，中國(guó)具備天時(shí)、地利、人和的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，應(yīng)充分借助城市大數(shù)據(jù)，促進(jìn)中國(guó)城市智能化向更高水平發(fā)展。

致謝

本研究獲中國(guó)工程院重大戰(zhàn)略咨詢項(xiàng)目(Nos.2012-ZD-6, 2014-ZD-01)和中國(guó)工程院重點(diǎn)項(xiàng)目(No.2015-XZ-14)的資助，作者感謝來(lái)自上述項(xiàng)目的所有專家對(duì)本文的貢獻(xiàn)。

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2095-8099/? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

英文原文: Engineering 2016, 2(2): 171-178

Yunhe Pan, Yun Tian, Xiaolong Liu, Dedao Gu, Gang Hua.Urban Big Data and the Development of City Intelligence.Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.02.003

城市智能化

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