基于云計算的智慧城市運(yùn)營腦

● 文 | 1.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實驗室 2.地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心 李德仁

一、智慧城市及其應(yīng)用

1.智慧城市的概念

智慧城市是在數(shù)字城市建立的基礎(chǔ)框架上，通過物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實世界與數(shù)字世界進(jìn)行有效融合，自動和實時地感知現(xiàn)實世界中人和物的各種狀態(tài)和變化，由云計算中心處理其中海量和復(fù)雜的計算與控制，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市管理和公眾提供各種智能化的服務(wù)。

智慧城市的內(nèi)涵是數(shù)字城市、物聯(lián)網(wǎng)與云計算三個概念的融合。即：智慧城市=數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng)+云計算。

智慧城市對經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、城市智慧管理和大眾的智能服務(wù)具有廣泛的前景，從而使人與自然更加協(xié)調(diào)發(fā)展。智慧城市是智慧地球的重要組成部分。

2.智慧城市的應(yīng)用

城市的主要職能包括生存繁衍、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會交往和文化享受。按照這四個職能，智慧城市讓城市智能化。在生存繁衍方面，實現(xiàn)智慧安防、智慧環(huán)保、智慧能源、智慧城管、智慧養(yǎng)老、智慧國土規(guī)劃、智慧社區(qū)、智慧家居，讓人有更好的環(huán)境生存繁衍；對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，可以推動智慧制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流等；在社會交往方面，有智慧交通、購物、社會綜合管理；在文化享受方面，可以考慮智慧戶外流媒體、智慧教育、智慧旅游等。

智慧城市的本質(zhì)在于信息化與城市化的高度融合。作為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級、城市提升的新引擎，智慧城市將極大地提高民眾生活的幸福感，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)競爭力和城市可持續(xù)發(fā)展能力。

山西省太原市在建設(shè)智慧城市國家示范市方面走在了前面。2012年武漢大學(xué)在太原市創(chuàng)立“太原市智慧城市研究發(fā)展中心”；2013年太原市聯(lián)合武漢大學(xué)申請并獲得國家“863計劃”智慧城市（二期）重大項目“城市信息多層次智能決策關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)”，并在太原市示范應(yīng)用；以“863”團(tuán)隊為核心幫助太原市參與申請并獲得國家科學(xué)技術(shù)部、國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家工業(yè)和信息化部和國家測繪地理信息局等多個部委智慧城市示范試點(diǎn)城市。

圖1 太原市多傳感器組成的傳感網(wǎng)

在太原市初步建立了地下管網(wǎng)、交通、環(huán)境、氣象等多傳感器組成的傳感網(wǎng)（見圖1）。利用多傳感器監(jiān)測、收集城市多種運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對各種城市運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，使決策過程智能化。

二、基于云計算的智慧城市運(yùn)營腦

智慧城市需要一個基于云計算的運(yùn)營腦來管理即智慧城市運(yùn)營腦（smart city operation brain，SCOB）（見圖2），由市級主管領(lǐng)導(dǎo)牽頭，成立智慧城市運(yùn)營中心（SCOC），任命城市首席運(yùn)營官（COO），下設(shè)首席信息官（CIO）聯(lián)席會議委員會和SCOC管理辦公室，管理四大部門：城市信息技術(shù)（IT）的運(yùn)維中心、大數(shù)據(jù)中心、城市運(yùn)行監(jiān)控與指揮中心、智慧城市服務(wù)中心。

圖2 智慧城市運(yùn)營腦架構(gòu)圖

SCOB的職能包括：參與和審核智慧城市的頂層設(shè)計；規(guī)劃和審核各行業(yè)信息化發(fā)展的總體目標(biāo)、框架、任務(wù)、運(yùn)營管理機(jī)制等；相關(guān)政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)的制定；負(fù)責(zé)城市信息資源整合與共享；城市運(yùn)營的集中監(jiān)控；多部門協(xié)調(diào)與指揮；促進(jìn)面向社會的大數(shù)據(jù)開放應(yīng)用、服務(wù)于交易體系的形成等。基于開放的云架構(gòu)構(gòu)建智慧城市 運(yùn)營中心總體架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 基于開放的云架構(gòu)構(gòu)建智慧城市運(yùn)營中心

1.智慧應(yīng)用建設(shè)

智慧應(yīng)用建設(shè)以智慧城市建設(shè)為核心，圍繞智慧政務(wù)、智慧民生和智慧產(chǎn)業(yè)三個方向，涵蓋公共視頻采集與共享、建筑能源、智慧能源、公共信息平臺、無線網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)、智慧社區(qū)、智能交通、市政園林綠化、飲用水源地保護(hù)與水質(zhì)監(jiān)測、智慧醫(yī)療、花卉苗木、垃圾管理、智慧景區(qū)、城市照明和空間數(shù)據(jù)等具體應(yīng)用（見圖4）。

圖4 智慧城市應(yīng)用

2.公共信息云服務(wù)平臺

智慧城市應(yīng)用建設(shè)的核心是公共信息云服務(wù)平臺（見圖5）。智慧城市時代IT的合作圍繞大數(shù)據(jù)開展。數(shù)據(jù)采集、加工、存儲、清洗、挖掘、決策、控制與利用服務(wù)，形成智慧城市中的大數(shù)據(jù)生態(tài)。

基于大數(shù)據(jù)共同實現(xiàn)城市運(yùn)行監(jiān)控與指揮調(diào)度的城市運(yùn)行指揮與應(yīng)急中心（見圖6）。智慧服務(wù)中心將政府治理的模式從管理走向服務(wù)，傳統(tǒng)的政府IT信息化架構(gòu)將被“云—端”互動的智慧城市所取代。

圖5 公共信息云服務(wù)平臺

圖6 基于大數(shù)據(jù)共同實現(xiàn)城市運(yùn)行監(jiān)控與指揮調(diào)度

3.實時地理信息系統(tǒng)（GIS）

實時GIS支持智慧城市中無所不在的傳感器流數(shù)據(jù)的接入，動態(tài)實時分析并作出決策支持。武漢大學(xué)吉奧信息技術(shù)有限公司開發(fā)了一個實時GIS平臺——GeoSmarter。GeoSmarter是智慧時代的一個地理信息軟件，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)接入、實時數(shù)據(jù)分析和推理、動態(tài)數(shù)據(jù)管理，提供動態(tài)信息服務(wù)，最終實現(xiàn)感知、認(rèn)知和行動的一個大腦感知識別的過程。

4.智慧城市運(yùn)營腦

智慧城市是一把手工程，需要根據(jù)每個城市特點(diǎn)做好頂層設(shè)計和整理規(guī)劃，建立智慧城市運(yùn)營中心和運(yùn)營腦，并組織實施。智慧城市運(yùn)營腦具有頂層設(shè)計、制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、數(shù)據(jù)共享、監(jiān)控功能，具有統(tǒng)一開放的云構(gòu)架，以公共信息的云平臺為核心，把云的基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、平臺、軟件作為服務(wù)，上下關(guān)聯(lián)起來，關(guān)聯(lián)底層的數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)上層的應(yīng)用，形成一個數(shù)據(jù)采集、加工、儲存、清洗、挖掘、應(yīng)用、反饋的生態(tài)鏈。但與此同時，智慧城市的大數(shù)據(jù)問題也帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要抓好技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)研究，才能拉動數(shù)字服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更好地實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧城市”的各種智慧應(yīng)用。

5.智慧城市運(yùn)營中心

智慧城市的心臟是運(yùn)營中心，是城市大數(shù)據(jù)的資源池、城市物聯(lián)網(wǎng)的樞紐和城市運(yùn)營監(jiān)控與指揮中心，能對城市運(yùn)營數(shù)據(jù)全面感知，實現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)的高效協(xié)同與應(yīng)急響應(yīng)。智慧城市運(yùn)營中心是面向社會企業(yè)與公眾的服務(wù)平臺，能降低城市信息化建設(shè)與運(yùn)維的成本，最大程度降低政務(wù)成本、提升城市效率。

6.智慧監(jiān)管平臺

智慧監(jiān)管平臺旨在實現(xiàn)對城市“人、車、路、企、環(huán)境”的全面監(jiān)控。以“車”為本，對公共營運(yùn)客車、旅游大巴、渣土車、危險品運(yùn)輸車、混凝土車、普通貨車進(jìn)行監(jiān)控。落實到“人”，對重點(diǎn)車駕駛?cè)?、失格駕駛?cè)恕⑦`法大戶駕駛?cè)?，酒駕毒駕駕駛?cè)?、精神病駕駛?cè)诉M(jìn)行監(jiān)控；督查到“企”，對企業(yè)車輛駕駛員進(jìn)行事故違法監(jiān)管，并下達(dá)整改指令，與城市管理委員會、城市交通運(yùn)輸管理處、城市客運(yùn)交通管理處互通信息，共享情報，共同監(jiān)管；治理到“路”，對城市危險道路，事故違法高發(fā)道路、施工道路、橋隧等進(jìn)行監(jiān)管，嚴(yán)防擁堵、事故發(fā)生；嚴(yán)控“環(huán)境”，對城市易發(fā)大霧、結(jié)冰、漬水道路進(jìn)行實時監(jiān)控，對異常事件進(jìn)行實時預(yù)警，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。

采用智慧監(jiān)管應(yīng)用，以武漢市為例，2017年11月到2018年4月，全市共查處毒駕100余起，違法大戶900余人、黃標(biāo)車1500余輛、渣土車超速50余起、整治危險路段100余條，生成報表600余份。

7.SCOC模式創(chuàng)新，再造電子政務(wù)新平臺

通過SCOC模式創(chuàng)新，再造電子政務(wù)新平臺，使政府治理通過基于實證的事實而不是主觀意志或受利益集團(tuán)的影響。

在城市運(yùn)行方面，將實現(xiàn)可視化、可控化、智能化、可預(yù)測及可量化評估與持續(xù)優(yōu)化。政府將因之變得更加開放和負(fù)責(zé)，并更有效率，從而最大程度地降低行政風(fēng)險。

對于企業(yè)而言，能夠通過大數(shù)據(jù)重組生產(chǎn)資源，改良商業(yè)模式，獲得更大效益。

對于市民而言，智慧服務(wù)將貫穿“出生、醫(yī)療、教育、就業(yè)、婚育、養(yǎng)老、殯喪”等人生全過程，提升城市居民幸福感。

以武漢市為例，其充分利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，參照國內(nèi)外已開通的政府公開數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，結(jié)合武漢市的應(yīng)用特點(diǎn)和具體需求，形成了簡稱“六個一”的公開數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，含48個部門，700余種服務(wù)數(shù)據(jù)。按照“一套標(biāo)準(zhǔn)、一朵云、一個中心、一張圖、一站式、一種模式”原則，將各部門數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心，進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)公共服務(wù)（見圖7）。數(shù)據(jù)從各行各業(yè)上傳至平臺，經(jīng)過中心管理變成有序的數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，然后做服務(wù)和智能管理，創(chuàng)造價值。

三、結(jié)論與展望

智慧城市是基于數(shù)字城市、物聯(lián)網(wǎng)和云計算建立的現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的融合，以實現(xiàn)對人和物的感知、控制和智能服務(wù)。智慧城市的實現(xiàn)需要建設(shè)更加完善的信息和空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，才能保證各種智慧城市的應(yīng)用能夠用得好，用得起。在根據(jù)每個城市特點(diǎn)做好頂層設(shè)計和整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，建立智慧城市運(yùn)營中心和運(yùn)營腦，推動每個城市發(fā)展，形成技術(shù)鏈、數(shù)據(jù)鏈、價值鏈。智慧城市建設(shè)中將產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)問題既是下一個大的科學(xué)前沿問題，也是推進(jìn)智慧城市發(fā)展的源動力，需要有針對性地加快有關(guān)大數(shù)據(jù)的技術(shù)創(chuàng)新和攻關(guān)研究，推動和加速智慧服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧城市的各種智慧應(yīng)用。在建設(shè)智慧城市的同時，要根據(jù)智慧城市建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的問題，升級改造現(xiàn)實城市的實際規(guī)劃、建設(shè)，助力城市更加科學(xué)、高效、低碳和安全發(fā)展，使智慧城市真正造福于人民大眾。