基于智慧城市建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究

王兆慶++賀勇

摘 要：以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代技術(shù)為核心的智慧城市建設(shè)理念，已成為一種未來(lái)城市發(fā)展的全新模式。智慧城市是人類社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，文中分析了智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了各種技術(shù)的體系架構(gòu)和應(yīng)用，通過(guò)云技術(shù)的應(yīng)用，提出云計(jì)算在海南萬(wàn)寧智慧城市建設(shè)中的解決方案。

關(guān)鍵詞：智慧城市；云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）11-00-05

0 引 言

智慧城市是指在新一代物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)支撐下，把城市建設(shè)與數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、互動(dòng)化、協(xié)同化融合在一起，形成生活便捷、環(huán)境友好、資源節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展和具有創(chuàng)新環(huán)境的城市形態(tài)。智慧城市技術(shù)是解決城市發(fā)展進(jìn)程中存在問(wèn)題的重要手段，它可提升城市服務(wù)水平，使城市實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感知、高效信息處理，有效決策與智慧調(diào)控，提高城市的管理與運(yùn)轉(zhuǎn)效率[1]。

智慧城市的關(guān)鍵技術(shù)是指物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)三大核心技術(shù)，這三大技術(shù)都屬于平臺(tái)性的包含眾多技術(shù)分支的總體性描述，是智慧城市信息系統(tǒng)強(qiáng)大感知能力、計(jì)算能力和數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的體現(xiàn)。

1 智慧城市關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是通過(guò)在城市體系中應(yīng)用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把城市物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，按約定的協(xié)議進(jìn)行信息處理和交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種智能化網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間進(jìn)行信息交換，提升了城市運(yùn)行的效率和效益。

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物品與物品間的信息交流和通信，它的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖如圖1所示。

1.1.1.1 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的觸角，通過(guò)識(shí)別、數(shù)據(jù)獲取、處理和通信等將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)任何物品的智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理。感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是物物相連實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)，只有通過(guò)感知技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)才能對(duì)物體進(jìn)行智能控制。

1.1.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息通道，是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的延伸和拓展，其使得網(wǎng)絡(luò)更加互聯(lián)互通。如果單憑物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，由于網(wǎng)絡(luò)終端的計(jì)算和存儲(chǔ)能力十分有限，不能形成強(qiáng)大的物理系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，因此它必須融合到大數(shù)據(jù)云計(jì)算系統(tǒng)平臺(tái)中，利用云計(jì)算技術(shù)強(qiáng)大的資源整合能力，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算以及信息安全保障功能，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更廣泛的互聯(lián)互通以及更深入的城市智能化。

1.1.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的受益終端，也是人與物溝通的平臺(tái)，從智能家居、智慧醫(yī)療與養(yǎng)老、智能電網(wǎng)到智能的交通管理、城市管理、物流管理，物聯(lián)網(wǎng)在居民城市生活的各個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本工作程序是： 物聯(lián)網(wǎng)感知層和控制層通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）等信息傳感設(shè)備對(duì)城市系統(tǒng)和環(huán)境的各類信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再由網(wǎng)絡(luò)層傳送感知信息，在大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)中對(duì)信息進(jìn)行匯聚、提取和處理，并實(shí)現(xiàn)行業(yè)集成的應(yīng)用接口整合。最后在應(yīng)用層中完成智慧家居、智慧交通、智慧醫(yī)療等功能。系統(tǒng)架構(gòu)中的安全保障體系將涵蓋物聯(lián)網(wǎng)各層面的安全，保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)指RFID 技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。

1.1.2.1 RFID

RFID （Radio Frequency Identification，RFID）射頻識(shí)別是一種利用無(wú)線射頻識(shí)別來(lái)獲取目標(biāo)對(duì)象相關(guān)信息的技術(shù)，屬于非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，它通常由標(biāo)簽（Flag or Transponder）、閱讀器（Interrogatoror Reader）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。其工作原理是閱讀器發(fā)射特定頻率的無(wú)線電波能量，以驅(qū)動(dòng)電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出。此時(shí)閱讀器依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理、采集和存儲(chǔ)。這是物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集、識(shí)別的主要技術(shù)。

1.1.2.2 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是探測(cè)物體物理信號(hào)的感知信息技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)絡(luò)由大量傳感器組成，傳感網(wǎng)絡(luò)分為傳感單元、處理單元、通信單元。其工作原理是通過(guò)物理傳感器、化學(xué)傳感器、視頻傳感器等核心部件實(shí)時(shí)獲取如溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)等信息，并把部分模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，完成數(shù)字信息的采集工作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層把信息傳送給大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)[2]。

1.1.2.3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要包括無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和M2M技術(shù)等。無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)是指物體與物體在連接過(guò)程中，既有智能的也有非智能的，為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中那些能力較低節(jié)點(diǎn)的低能量、低速率、低計(jì)算能力指標(biāo)要求，在將各類物體連接在一起后，通過(guò)低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。它包含藍(lán)牙、紫蜂協(xié)議和近距離通信NFC等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式，它包括衛(wèi)星移動(dòng)、蜂窩移動(dòng)、無(wú)線尋址、網(wǎng)關(guān)等技術(shù)。M2M技術(shù)是“機(jī)器對(duì)機(jī)器”的縮寫，是指通過(guò)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)之間的智能化、交互式無(wú)縫連接，M2M技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，可用于安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)售貨機(jī)、貨物跟蹤領(lǐng)域等[3]。

1.1.2.4 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，是完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架由處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O）和軟件四部分組成。物聯(lián)網(wǎng)不僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)物體實(shí)施智能控制。

1.2 云計(jì)算

云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)的增加、使用和交付模式，常通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展、虛擬化的資源，它是在分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、效用計(jì)算的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的計(jì)算模式。云計(jì)算是能為用戶提供無(wú)限計(jì)算資源的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是應(yīng)用服務(wù)按需定制、易于擴(kuò)展的軟件架構(gòu)。

1.2.1 云計(jì)算的體系架構(gòu)

云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)分為四層，如圖2所示。

（1）軟件即服務(wù)（SaaS）。把軟件作為服務(wù)，服務(wù)提供商集中資金完成軟件和軟件設(shè)施的建設(shè)，負(fù)責(zé)管理和維護(hù)， SaaS實(shí)現(xiàn)了軟件服務(wù)租賃化。

（2）平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）。把開發(fā)平臺(tái)作為一種服務(wù)，用戶以租賃的形式使用應(yīng)用程序，PaaS可提供中間軟件平臺(tái)，開發(fā)程序數(shù)據(jù)庫(kù)，托管服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)器。PaaS實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的可伸縮化。

（3）基礎(chǔ)設(shè)備服務(wù)（IaaS）。把基礎(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)化為服務(wù)，服務(wù)提供商將服務(wù)器組成龐大的基礎(chǔ)設(shè)備，用戶通過(guò)租賃的方式接受存儲(chǔ)資源和虛擬化服務(wù)器服務(wù)，IaaS 實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)和資源的虛擬化。物理資源層主要提供物理設(shè)置服務(wù)，并把存儲(chǔ)作為一項(xiàng)服務(wù)，為互操作留有編程接口，它包含計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和軟件資源等。

SaaS、PaaS和IaaS服務(wù)在工作過(guò)程中既獨(dú)立又相互聯(lián)系，從用戶角度而言，這三種服務(wù)是獨(dú)立的，因?yàn)樗鼈兲峁┑姆?wù)完全不同，面對(duì)的用戶群也不相同。但從技術(shù)角度而言，這三種云服務(wù)不是獨(dú)立的，例如SaaS提供的產(chǎn)品和服務(wù)不僅需要SaaS技術(shù)支撐，還依賴 PaaS所提供的開發(fā)平臺(tái)或直接部署于IaaS計(jì)算資源上。此外，PaaS的產(chǎn)品和服務(wù)也可能構(gòu)建于IaaS服務(wù)之上。

1.2.2 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用了許多技術(shù)，主要有虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)、安全技術(shù)、編程模型四個(gè)方面。

1.2.2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)可以將離散的硬件資源統(tǒng)一起來(lái)以創(chuàng)建共享動(dòng)態(tài)平臺(tái)，在提供的云計(jì)算服務(wù)中，并非在真實(shí)的硬件上運(yùn)行，而以虛擬軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)。在云計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)虛擬技術(shù)處理后，可以最大限度調(diào)動(dòng)和使用網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)計(jì)算，運(yùn)行多種應(yīng)用程序和超強(qiáng)存儲(chǔ)等，提高服務(wù)效率，高效地為用戶提供各類服務(wù)。目前在云計(jì)算中普遍使用VMware、Xen和KVM虛擬技術(shù)。

1.2.2.2 數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)行需要海量的存儲(chǔ)空間，同時(shí)還需要提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的可靠性和高效性，分布式存儲(chǔ)架構(gòu)能夠使眾多計(jì)算機(jī)集群協(xié)調(diào)作業(yè)，它的文件管理協(xié)調(diào)系統(tǒng)將海量數(shù)據(jù)通過(guò)多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行計(jì)算，將大量數(shù)據(jù)以分布式進(jìn)行儲(chǔ)存，從而完成大型數(shù)據(jù)工程的分解、協(xié)同、計(jì)算和存儲(chǔ)任務(wù)。當(dāng)前分布式存儲(chǔ)技術(shù)已成為云基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵部分，常用的如Google的GFS，Amazon的Dynamo，HDFS和Big Table等。

1.2.2.3 安全技術(shù)

從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研發(fā)到應(yīng)用，安全始終是關(guān)鍵問(wèn)題，在云計(jì)算系統(tǒng)中，用戶的軟件在“云”中，同樣數(shù)據(jù)也在“云”中存儲(chǔ)，云計(jì)算的安全不僅基于傳統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)保護(hù)，終端基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)及新引入數(shù)據(jù)的兼容等安全問(wèn)題，還涉及到云計(jì)算的動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展特性且經(jīng)常是虛擬化資源的特點(diǎn)，必須采用更高級(jí)別的安全技術(shù)來(lái)確保云計(jì)算平臺(tái)的安全，云的安全性和穩(wěn)定性是用戶首要考慮的因素。

1.2.2.4 編程模型

為了讓用戶能更好地使用云計(jì)算提供的服務(wù)，獲取更大的計(jì)算性能，云技術(shù)提供了編程模型，用戶可通過(guò)模型編寫程序?qū)崿F(xiàn)特定的功能，這種簡(jiǎn)化的分布式編程模型和高效的任務(wù)分派調(diào)度模型極大地方便了用戶編程人員[4]。目前較為常用的是由Google公司研發(fā)的Map Resuce，它的主要內(nèi)容有函數(shù)式編程語(yǔ)言的映射和簡(jiǎn)化操作，也是大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運(yùn)算過(guò)程。

1.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)（big data）是指在特定時(shí)期和環(huán)境里無(wú)法對(duì)巨大的信息通過(guò)人工或常規(guī)工具進(jìn)行整合、利用和處理的海量數(shù)據(jù)資源。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何使用非常規(guī)軟件技術(shù)和特定的應(yīng)用工具來(lái)挖掘利用這些信息數(shù)據(jù)集合是大數(shù)據(jù)技術(shù)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。大數(shù)據(jù)處理僅靠單機(jī)無(wú)法完成海量資源的整合，它需要通過(guò)云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、海量存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中高效獲取有價(jià)值信息的能力，這就是大數(shù)據(jù)技術(shù)。

1.3.1 大數(shù)據(jù)架構(gòu)

從技術(shù)上分析，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算密不可分。大數(shù)據(jù)通過(guò)云處理與云應(yīng)用平臺(tái)等云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合來(lái)提升智慧城市信息系統(tǒng)的高可用性、高性能以及數(shù)據(jù)中心硬件資源的利用率。大數(shù)據(jù)具有Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價(jià)值）四個(gè)特點(diǎn)。

智慧城市在基于云計(jì)算環(huán)境下的大數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖3所示。技術(shù)體系框架有一個(gè)共同的特性，即以數(shù)據(jù)的獲取與管理技術(shù)作為底層支撐，以數(shù)據(jù)挖掘、處理和分析技術(shù)作為整個(gè)框架的核心構(gòu)成，在此基礎(chǔ)上對(duì)城市用戶提供多樣化的服務(wù)應(yīng)用。未來(lái)智慧城市技術(shù)的發(fā)展方向必將以數(shù)據(jù)為中心。

智慧城市云平臺(tái)是城市建設(shè)的核心。云平臺(tái)采集大數(shù)據(jù)技術(shù)處理層所提供的數(shù)據(jù)信息以及系統(tǒng)的各類硬件資源和軟件資源，通過(guò)虛擬化技術(shù)將計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一構(gòu)造成虛擬資源池，使用虛擬資源管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源按需自動(dòng)分配與調(diào)度、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、自動(dòng)部署。用戶按需獲取資源。其中，分布式文件系統(tǒng)和分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)成了整個(gè)云計(jì)算的基石，提供上層系統(tǒng)所需的可靠和高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，能夠滿足容錯(cuò)與自動(dòng)故障恢復(fù)、高效的讀寫與創(chuàng)建、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)等要求。另外，云計(jì)算作為一種以虛擬化資源調(diào)度為核心的計(jì)算模式，在全局資源調(diào)度方面具有降低系統(tǒng)能源開銷和提高基于云的遠(yuǎn)程資源訪問(wèn)效率的優(yōu)勢(shì)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)處理層是智慧城市數(shù)據(jù)分析處理的中心。它主要完成大量不同類型的信息處理，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，最大限度發(fā)揮這些數(shù)據(jù)信息的效用和價(jià)值。城市數(shù)據(jù)具有非常多的類型與來(lái)源，即數(shù)據(jù)的多元性。這些不同來(lái)源的城市數(shù)據(jù)無(wú)論是從結(jié)構(gòu)上、組織方式上、維度尺度與粒度上都會(huì)存在巨大差異，即數(shù)據(jù)的異構(gòu)性。因此大數(shù)據(jù)應(yīng)用到的技術(shù)也很多，如整合、處理、管理和分析大數(shù)據(jù)的技術(shù)包括商業(yè)智能、云計(jì)算、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)集市、分布式系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、R語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等。用于大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)包括關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)融合和集成、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)分析、信號(hào)處理、空間分析、時(shí)間序列分析、時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型、可視化技術(shù)等[5]。

源數(shù)據(jù)層是智慧城市數(shù)據(jù)的抓手和觸角。源數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)信息來(lái)源多、類型雜、體量大，目前尚未有統(tǒng)一的格式和標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)接入與匯集機(jī)制，使之形成信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在城市數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中形成了許多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、地理信息網(wǎng)以及各行業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)等，在城市環(huán)境中提供了異構(gòu)、多維、海量、多時(shí)相和多觀測(cè)模型的空間信息。此外，種類繁多的傳感器、控制器和計(jì)算終端所采用的設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)主要針對(duì)某一類應(yīng)用展開，之間缺乏兼容性和體系規(guī)劃，如何實(shí)現(xiàn)各種通信標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通以及不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，就成為感知智能服務(wù)必須解決的問(wèn)題。由城市數(shù)字化到城市智慧化，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的智慧處理，其核心是引入大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

1.3.2 大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

在智慧城市的云平臺(tái)中，大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)非常多，其關(guān)鍵技術(shù)是指數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)等。

1.3.2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是指從各種集群網(wǎng)絡(luò)、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)以及行業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源中收集與處理龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息的過(guò)程。在集群網(wǎng)絡(luò)中可利用網(wǎng)絡(luò)搜索引擎技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)爬蟲等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的抓取，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)ETL將分布的、異構(gòu)的數(shù)據(jù)如關(guān)系數(shù)據(jù)、平面數(shù)據(jù)文件等進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換、加載等預(yù)處理，然后按照定義好的數(shù)據(jù)模型加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（DW）或數(shù)據(jù)集市（DM）。行業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源通過(guò)成熟分布式框架如Chukwa、Flume、Scrib等，實(shí)現(xiàn)信息的分布式收集和統(tǒng)一處理。

1.3.2.2 數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)

智慧城市建設(shè)存有海量信息， 挖掘技術(shù)就是從這些信息中獲取有價(jià)值的知識(shí)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠合理有效的整合、挖掘和智能處理網(wǎng)絡(luò)中的海量數(shù)據(jù)，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，可為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供動(dòng)態(tài)伸縮的高效率計(jì)算模式和解決網(wǎng)絡(luò)融合等問(wèn)題。數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)或其他信息庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘引擎、圖形用戶界面等組成，數(shù)據(jù)挖掘的算法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、決策樹法、遺傳算法、粗糙集法、模糊集法、關(guān)聯(lián)規(guī)則等方法[6]。

1.3.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)容量龐大，包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)三種類型，由于大數(shù)據(jù)依托于云平臺(tái)運(yùn)行，充分利用了云計(jì)算的分布式文件管理與計(jì)算處理、數(shù)據(jù)管理等技術(shù)，很好地解決了存儲(chǔ)問(wèn)題。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)有分布式文件存儲(chǔ)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、列式數(shù)據(jù)庫(kù)等。

2 云技術(shù)在海南萬(wàn)寧智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用研究

2013年海南省萬(wàn)寧市成為首批國(guó)家智慧城市試點(diǎn)之一，萬(wàn)寧市在進(jìn)行智慧城市建設(shè)時(shí)需要有一個(gè)以云計(jì)算技術(shù)為支撐的數(shù)據(jù)控制平臺(tái)，統(tǒng)一調(diào)配各類資源， 實(shí)現(xiàn)隨需應(yīng)變動(dòng)態(tài)伸縮的能力。海南建設(shè)智慧城市要從解決民生問(wèn)題為中心，從創(chuàng)新的視角來(lái)提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，改善環(huán)境、提高能源和資源利用率等。同時(shí)還要圍繞智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智慧改造、新興智慧產(chǎn)業(yè)的培育、智慧政府建設(shè)、智慧化城市生活環(huán)境和管理、智能化公共服務(wù)體系等戰(zhàn)略重點(diǎn)領(lǐng)域，構(gòu)建城市公共信息平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)等信息化基礎(chǔ)設(shè)施。此外，海南與全國(guó)一樣仍然存在資源透支、環(huán)境污染、交通擁堵、就業(yè)困難、社會(huì)管理薄弱等問(wèn)題，構(gòu)建智慧城市將成為解決城市社會(huì)問(wèn)題的重要途徑。

根據(jù)智慧城市建設(shè)規(guī)劃，萬(wàn)寧重點(diǎn)推出3大類、17個(gè)子項(xiàng)目進(jìn)行招商，涵蓋智慧城市建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、智慧管理、智慧民生、智慧產(chǎn)業(yè)4個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，提出萬(wàn)寧建設(shè)智慧城市的七大示范區(qū)：以萬(wàn)城+濱海新區(qū)、興隆、神州半島、石梅灣、日月灣、山欽灣、奧特萊斯（萬(wàn)寧芭蕾雨）為智慧城市建設(shè)示范區(qū)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)各區(qū)域的特點(diǎn)，將這7個(gè)區(qū)域建設(shè)成為有特色的智慧城市示范區(qū)。萬(wàn)寧這7個(gè)示范區(qū)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫對(duì)接。

考慮到基于云計(jì)算IaaS架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，海南萬(wàn)寧市的智慧城市建設(shè)以云計(jì)算數(shù)據(jù)中心為核心，打造獨(dú)立于多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的公共云，如設(shè)定政務(wù)云、交通云、教育云、安全云、海南旅游云、醫(yī)療云、生態(tài)云等，為各類下層應(yīng)用提供支持，通過(guò)云數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)七大示范區(qū)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配和管理，未來(lái)在示范區(qū)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，云網(wǎng)覆蓋全市，新功能的云又增加到云平臺(tái)中，其架構(gòu)能后續(xù)擴(kuò)展支持其它云，云計(jì)算智慧城市架構(gòu)如圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

智慧城市關(guān)鍵技術(shù)是指物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)三大核心技術(shù)，這三大技術(shù)都屬于平臺(tái)性的包含眾多技術(shù)分支的總體性描述，如表1所列，是智慧城市信息系統(tǒng)強(qiáng)大的感知能力、計(jì)算能力和數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的體現(xiàn)。

中國(guó)高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)了城市化的進(jìn)一步提高，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，中國(guó)的城市人口居住量將達(dá)到50%，2050年將達(dá)到75%?？焖俪鞘谢M(jìn)程給城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和發(fā)展帶來(lái)了大量新的問(wèn)題，出現(xiàn)了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展失調(diào)、環(huán)境建設(shè)失衡、社會(huì)管理失穩(wěn)、城市運(yùn)行失序等社會(huì)矛盾[7]。智慧城市可以實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更廣泛的互聯(lián)互通和更深入的智能化，可以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置與成本節(jié)約，可以避免“信息孤島”，有效改善民生，保護(hù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與國(guó)家安全，實(shí)現(xiàn)人口、資源與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。目前，世界各地以智能手機(jī)、智能交通、智能家居、智能電網(wǎng)、智能小區(qū)、智能醫(yī)療、智能安全及智慧政府等為代表的智慧城市建設(shè)正在快速展開[8]，人們享受著技術(shù)對(duì)生活帶來(lái)的便捷同時(shí)，已經(jīng)深刻感受到智慧城市讓生活變得更美好。

參考文獻(xiàn)

[1]陳金梅.智慧城市的愿景及其評(píng)估——智慧天津建設(shè)的對(duì)策建議[J].科學(xué)觀察，2013 （2）：80-82.

[2]周楊福.論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于智慧城市的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2014（2）：22-23.

[3]張麗.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].信息通信，2015（8）：140-141.

[4]龔強(qiáng).云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)之編程模型認(rèn)知研究[J].信息技術(shù)，2015（1）：1-3.

[5]鄒國(guó)偉，成建波.大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2013（4）：25-28.

[6]李德仁.智慧城市中的大數(shù)據(jù)[J].Science China Information Sciences，2015，58（21）：1-12.

[7]侯遠(yuǎn)志，焦黎帆.國(guó)內(nèi)外智慧城市建設(shè)研究綜述[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，13（24）：94-97.

[8]張永民.智慧城市總體方案[J].中國(guó)信息界，2011（3）：12-21.