智慧城市系統(tǒng)工程與架構(gòu)

楊麗華

文章首先對智慧城市的基本特征進行簡要闡釋，在此基礎(chǔ)上對智慧城市系統(tǒng)工程與架構(gòu)進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)ν苿又腔鄢鞘械陌l(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】智慧城市 系統(tǒng)工程 架構(gòu)

1 智慧城市的基本特征

智慧城市（Smart city）簡稱SC，是以信息技術(shù)的應(yīng)用作為主線，構(gòu)建具有復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性的大型生態(tài)系統(tǒng)，它是城市未來發(fā)展的一種全新模式，可使人們的生活水平獲得大幅度提升。從本質(zhì)的角度上講，SC是信息化與城市化的融合，是城市信息化向更高層次發(fā)展的表現(xiàn)形式，可將之視作為城市的整體發(fā)展戰(zhàn)略，有助于推動產(chǎn)業(yè)升級。智慧城市的本質(zhì)特征體現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）在SC中，信息隨處可見，基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)的信息架構(gòu)，可為信息需求者提供各種所需的信息，由此可使城市管理的科學(xué)性獲得進一步提升，管理效率和水平也會隨之提高。

（2）SC以融合作為基礎(chǔ)，實現(xiàn)城市中各個運行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)服務(wù)與管理城市的目標(biāo)。

（3）SC遵循人本理念，皆在為廣大市民提供機會均等的城市服務(wù)。四是信息技術(shù)與各種資源要素的優(yōu)化配置，可使資源的消耗量有所減少，有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

2 智慧城市系統(tǒng)工程與架構(gòu)

通過上文的分析可知，信息技術(shù)是SC的主線，因此，在SC系統(tǒng)工程中信息平臺的構(gòu)建是重要環(huán)節(jié)，下面本文基于當(dāng)前較為流行的開源框架，運用J2EE技術(shù)體系開發(fā)信息平臺的服務(wù)端，實現(xiàn)Web GIS地圖數(shù)據(jù)的顯示與處理，并利用Web Services作為傳輸媒介，實現(xiàn)跨平臺的通信與操作。本文所提出的SC信息平臺依托Web GIS和Mobile GIS，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的共享，以此來對與城市建設(shè)規(guī)劃有關(guān)的市政對象進行管理。該平臺除對GIS的相關(guān)操作之外，還包含業(yè)務(wù)邏輯處理。

2.1 服務(wù)端設(shè)計

本文所提出的SC信息平臺中，服務(wù)器端為元數(shù)據(jù)引擎，具體分為以下幾個模塊：市政地圖服務(wù)模塊、市政對象定義與屬性動態(tài)配置模塊、數(shù)據(jù)字典管理模塊、計劃項目管理模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊等等。服務(wù)器利用一個Web GIS端與四個客戶端，分別為Auto CAD、Mobile GIS、Bentley及Arc GIS實現(xiàn)綜合性操作，客戶端通過平臺所提供的接口，能使相關(guān)人員對客戶端進行二次開發(fā)，借助網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)端能夠?qū)⒂嘘P(guān)數(shù)據(jù)發(fā)布給不同的功能模塊進行處理，并實現(xiàn)與客戶端之間的信息傳輸。

2.2 MT設(shè)計

在SC信息平臺中，MT（移動終端）是較為重要的一個組成部分，由服務(wù)端提供的Web Services接口，可供MT通過無線或互聯(lián)網(wǎng)調(diào)用，進而獲取信息平臺的信息。可將終端安裝在相應(yīng)的移動設(shè)備上，通過移動巡檢，將獲取到的地理信息及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以GML的格式保存下來，并在地圖上進行展現(xiàn)，為使用者提供可視化的地理對象巡檢操作。MT由以下四層架構(gòu)組合而成：

2.2.1 數(shù)據(jù)層

該層處于MT的最底部，主要作用是對訪問層發(fā)出的數(shù)據(jù)訪問請求進行響應(yīng)，同時，該層還可對系統(tǒng)中的全部數(shù)據(jù)進行集中統(tǒng)一管理，并對這些數(shù)據(jù)的完整性進行維護，為數(shù)據(jù)安全提供保障。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、圖片等，其在終端以GML描述和保存。

2.2.2 數(shù)據(jù)訪問層

該層位于數(shù)據(jù)層和邏輯層的中間，主要起橋梁作用，其能夠?qū)?shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)映射成基本對象，同時還能夠?qū)壿媽影l(fā)出數(shù)據(jù)訪問請求進行響應(yīng)，由此使邏輯層不需要考慮數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)存儲方式。在MT中，不同平臺之間的交互，可借助Web Services來完成，并由該層為業(yè)務(wù)邏輯層提供相關(guān)的訪問服務(wù)。

2.2.3 業(yè)務(wù)邏輯層

該層的主要作用是對顯示層發(fā)出的請求進行邏輯分析和處理，可先通過對訪問層的調(diào)用來查詢相關(guān)請求，借此來獲得信息，再將結(jié)果返回給顯示層。在MT中，該層主要被應(yīng)用在地圖操作、實時顯示等邏輯中，可實現(xiàn)MT顯示層的GPS路徑導(dǎo)航以及數(shù)據(jù)采集等功能。

2.2.4 MT顯示層

該層的主要作用是為用戶界面提供顯示，通過Mobile SVG，可對地圖進行縮放及圖層控制等操作，并為用戶提供交互界面，可將用戶的操作轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)邏輯。MT顯示層能夠為操作者提供如下操作界面：GPS定位、GIS地圖操作等等。

2.3 數(shù)據(jù)存儲

在對該信息平臺進行設(shè)計的過程中，應(yīng)用了SDB模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，這是一種空間數(shù)據(jù)對象建模方法，具體的設(shè)計步驟如下：

Step1：定義數(shù)據(jù)對象模塊及其所屬的業(yè)務(wù)模塊范疇，隨后對具有行業(yè)共性特點的業(yè)務(wù)模型進行分類，使之形成若干個不同的業(yè)務(wù)模塊；

Step2：完成定義后，便可開始創(chuàng)建基本模型和對象模型，這里所指的基本模型是按業(yè)務(wù)需要對空間數(shù)據(jù)對象定義，該數(shù)據(jù)對象具有多種不同數(shù)據(jù)類型的屬性字段；

Step3：由于各個基本模型并不是獨立存在的個體，模型間存在的相互關(guān)系，所以，當(dāng)基本模型構(gòu)建完成后，需要對空間那數(shù)據(jù)對象的關(guān)系進行定義；

Step4：SDB模型具備地理對象數(shù)據(jù)模板定義功能，該模板可用于具有共性屬性數(shù)據(jù)的批量生成；

Step：5進行地理對象索引的建立，該索引中應(yīng)包含唯一約束的定義；

Step：6對地理對象服務(wù)接口進行定義，該接口能夠擴展SDB模型的應(yīng)用范圍。

借助SDB建模方法能夠比較快速地構(gòu)建起一個對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行管理和決策分析的空間信息化系統(tǒng)，由此可使空間及非空間數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建變得更加快速，有助于提升各種信息資源的管理效率。

2.4 語義緩存

當(dāng)MT采集到相關(guān)數(shù)據(jù)后，會將這部分?jǐn)?shù)據(jù)以實時傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給信息平臺的數(shù)據(jù)庫，在這一過程中，需要不斷訪問數(shù)據(jù)庫，故此，當(dāng)MT發(fā)出一條查詢指令時，起會被拆分為試探和剩余查詢兩部分，在客戶端上將這兩部分查詢結(jié)果進行合成后，便可形成完整的結(jié)果集。為進一步簡化對象管理，可采用語義緩存，由此可實現(xiàn)完全查詢擴展，這樣一來便不需要對類屬性對象進行創(chuàng)建。

2.5 漸進傳輸

本文所提出的SC信息平臺中包含了如下拓?fù)鋽?shù)據(jù)集測試，建筑、街路和綠地，為實現(xiàn)不同圖層內(nèi)空間對象不相交的目標(biāo)，最好只選取一種幾何類型進行顯示，這樣可使?jié)u進傳輸效果更加清楚。鑒于此，在平臺設(shè)計中，應(yīng)用了矢量數(shù)據(jù)漸進傳輸算法，下面以道路類型為例，對漸進傳輸?shù)倪^程中進行說明。巡檢人員在進行移動巡檢時，可借助電子地圖對自己當(dāng)前所處的具體位置與前進方向進行確定，移動端則會實時接收GPS數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，經(jīng)由改進算法計算后發(fā)給服務(wù)器；當(dāng)服務(wù)器接收到相關(guān)的數(shù)據(jù)后，便會對巡視檢查結(jié)果進行提取，當(dāng)平臺用戶完成分析后，再將結(jié)果回傳給移動端；當(dāng)移動端得到新的巡檢信息后，會實現(xiàn)信息同步，并顯示當(dāng)前巡檢人員的實際位置，電子地圖則會隨著GPS位置的變化進行實時刷新。

3 結(jié)論

綜上所述，智慧城市是一項復(fù)雜且系統(tǒng)的戰(zhàn)略性工程，對其各方面的研究仍然處于起步階段。因此，在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)加大對智慧城市的研究力度，在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上進行不斷完善和創(chuàng)新，借此來推動智慧城市的發(fā)展。

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作者單位

大同市電子計算中心 山西省大同市 037004