基于航天系統工程，實施智慧城市“六化”建設

· 文| 航天恒星科技有限公司 馬祥斌 李璇 趙興圓 張澤根

基于航天系統工程，實施智慧城市“六化”建設

· 文| 航天恒星科技有限公司 馬祥斌 李璇 趙興圓 張澤根

一、智慧城市概念內涵

智慧城市早期概念的提出是在20世紀90年代，2008年IBM提出了“智慧地球”的理念以后，全球智慧城市建設的熱潮在世界各地掀起；2009年維也納理工大學區域科學中心首次提出了智慧城市的六個表現維度：增長的經濟、便捷的移動、舒適的環境、智慧的民眾、安全的生活、公正的治理，對智慧城市的概念進行了具體的詮釋。

我國智慧城市的建設得到了國家和地方政府部門的大力支持，并陸續出臺相關政策，加強對智慧城市發展的政策指導和推動作用。特別是在2014年3月，中共中央、國務院印發了《國家新型城鎮化規劃（2014-2020年）》（簡稱《規劃》），明確指出了智慧城市的發展方向：統籌城市發展的物質資源、信息資源和智力資源利用，推動物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術創新應用，實現與城市經濟社會發展深度融合；促進跨部門、跨行業、跨地區的政務信息共享和業務協同，強化信息資源社會化開發利用，推廣智慧化信息應用和新型信息服務，同時增強城市要害信息系統和關鍵信息資源的安全保障能力。同時《規劃》還明確了我國智慧城市建設的六項指標：信息網絡寬帶化、規劃管理信息化、基礎設施智能化、公共服務便捷化、產業發展現代化以及社會治理精細化，簡稱“六化”。

城市建設和發展是一個復雜多元的巨系統，包含著社會、經濟、政治、文化等方方面面，各個系統之間相互關聯、相互影響。無論從國外對智慧城市概念的詮釋，還是從我國智慧城市建設“六化”的提出，不難看出，智慧城市的建設應更加注重頂層設計和底層應用，應以城市基礎地理信息、地下管網信息、動態感知信息和公共數據信息等全要素信息為基礎，以物聯網、云計算、大數據處理以及衛星通信與導航等技術為支撐，以網格化管理為手段，以企業的優勢技術和可靠集成能力為依托，面向公眾、行業和政府，構建一套涵蓋民生、人文、產業、環保、能源和管理的全生態城市系統，從而實現城市的感知全面化、服務泛在化和管理智能化，讓城市變得更聰明。

二、基于航天系統工程的智慧城市總體設計

結合航天系統工程思想以及對智慧城市概念的理解和探索實踐，從總體架構上，將智慧城市分為“感、傳、智、用”四大部分，即感知層、傳輸層、平臺層和應用層，組成框圖如圖1所示。

圖 1 智慧城市總體組成框圖

“感”——對城市產生的各類數據進行采集和感知，感知的數據可分為城市空間信息和動態信息兩大類。其中空間信息包括了城市基礎地理信息、地表部件信息、地下管線信息和地下空間信息，這一類信息變化相對緩慢，通常采用現代衛星遙感、航空攝影、地面三維推掃等先進測繪手段按照一定的時間周期進行數據采集和更新處理；動態信息主要包括城市的視頻監控信息、站網監測信息、數字傳感信息以及位置服務信息等，該類信息的實時性較強，且數據豐富多樣，數據量巨大，構成了城市運行監測的基礎數據。

“傳”——為城市信息的采集與更新提供數據傳輸通道，具體通信手段包括地面2G/3G/4G移動通信系統、有線/無線互聯網絡、北斗短報文、衛星通信等。

“智”——通過城市政府內（外）網云平臺，將分散的不同特性的城市空間信息、動態信息和公共信息三類數據，按照統一的數據體系標準、時空框架和分層標準，進行一體化的邏輯組織與管理；并采用云存儲、并行計算、大數據挖掘等先進技術，一方面實現信息的共享服務；另一方面形成政府管理的輔助決策信息。

“用”——包括政府行政審批、行業職能管理和社會公眾服務三類。政府的行政審批應用，通過政府云平臺，面向市、區（縣）、街道三級政府的行政管理，優化政府的辦事流程，提升行政審批效率；行業的職能管理應用，通過大數據的信息融合和挖掘，為國土、規劃、房產、水務、交通等行業的管理提供輔助決策，提升管理服務水平；社會的公眾服務應用，面向企業和市民，通過政府公共服務平臺和大數據資源，使企業和市民享受到便捷化的服務。

三、智慧城市“六化”建設內容

圍繞智慧城市“六化”建設指標以及“感、傳、智、用”的總體架構，智慧城市的建設內容可以概括為“兩項建設、三大數據庫、兩大平臺、三大應用”，建設內容如圖2所示。

“兩項建設”——包括基礎設施建設和保障體系建設，基礎設施是硬件，保障體系是軟件，作為智慧城市政府管理的兩大基礎建設必不可少。基礎設施建設包括基礎網絡建設和基礎數據采集，其中有線通信、無線通信、視頻監控、地面監測、傳感監測、導航增強等“六網”，構成了城市的基礎網絡建設；城市基礎地圖、地上部件、地下管線、地下設施以及地名地址等數據的測繪、普查與調查，構成了城市基礎數據采集的內容。基礎設施建設是智慧城市建設所必需的基礎，有基礎設施建設就有了設施管理信息，政府管理這些對象就需建設相應的政策法規、組織管理、標準規范、安全保密、數據更新、運營服務等配套體系，概括為“六大體系”。

“三大數據庫”——包括空間信息、動態信息、公共信息三大數據庫的建設。空間信息數據庫包括基礎地理信息庫、地上部件信息庫、地下管線信息庫和地下空間信息庫，這一類來自于基礎數據的測繪采集。動態信息數據庫包括視頻監控信息庫、站網監控信息庫、位置服務信息庫和傳感數據信息庫，這一類數據來自于各行業信息系統的實時監測數據。公共信息數據庫，包括人口庫、法人庫、證照庫以及地名地址庫等，這一類數據主要是從政府各委、辦、局的數據庫中進行抽取得來，通過信息清洗、融合，形成公共信息庫。

“兩大平臺”——即建設政府的內網云平臺和外網云平臺。政務內網屬于保密網絡，對于高精度地圖、地下管線和地下人防等涉密數據，需要在政務內網上運行，為國土、規劃、建設、房產等強GIS需求部門提供數據服務；政務外網屬于非涉密網絡，對于低精度的地圖數據和城市部件數據等，在政務外網上運行，為城管、安監、交通等弱GIS需求部門提供數據服務。

“三大應用”——圍繞政府行政審批、行業職能管理和社會公眾服務，在城市政府內（外）網數據共享服務平臺的基礎上，建設面向市、區（縣）、街道三級政府的行政審批系統，建設交通、環保、城管、水務等行業的智能管理及輔助決策系統，以及建設面向企業和市民的社會化公眾服務平臺。

圖 2 智慧城市建設內容框圖

四、智慧城市解決方案

針對智慧城市的解決方案，需重點關注兩個方面：一是智慧城市模型體系的構建；二是智慧城市核心——大數據云平臺的建設。

1．智慧城市模型體系構建

按照智慧城市“感、傳、智、用”的總體架構，其中智慧城市的傳輸層基本依托電信運營商的移動及互聯網絡實現，從而在智慧城市的建設上業界更多關注的是智慧城市的總體設計以及“感、智、用”的系統構建、產品提供以及運營服務。圍繞智慧城市的建設，從系統解決方案的角度，應重點構建四大模型體系，即需求模型、應用模型、技術模型和運營模型；而從智慧城市發展的角度，還需要構建商業模型和產業發展模型。智慧城市模型體系如圖3所示。

（1）需求模型

無論是智慧城市的總體設計，還是城市基礎數據的采集、大數據挖掘以及具體的行業應用，均需要從城市管理者具體的需求出發，需要針對城市的特點、政府管理現狀等進行充分的調研、資料收集和分析工作，從而深入了解智慧城市的建設需求，構建智慧城市的需求模型。

圖 3 智慧城市解決方案模型體系框圖

（2）應用模型

應用模型更多解決的是城市管理問題，研究城市到底怎么去管？如果說需求模型描述的是“點”，那么應用模型則描述的是“線”，具體到一項城市管理職能的應用模型，就要說清楚它的管理流和數據流是什么，最終構建最優的管理體系。

（3）技術模型

技術模型討論的是系統實現問題，也就是在應用模型的基礎上，通過系統設計、技術攻關、產品開發和系統集成，實現應用模型的信息化和智能化管理，并滿足城市管理者的需求。

（4）運營模型

運營模型是為了解決每一個智慧城市項目完成之后，如何去做維護，使其能夠長期且良好運轉的問題，這就需要思考如何為每個項目都建立一套長效機制，能夠保證數據鮮活，保證系統的生命力。

（5）商業模型

智慧城市建設的投資無疑是巨大的，不可能單靠政府出資，這就需要對智慧城市的商業模式進行研究，建立商業模型。無論是政府，還是企業，都需要關注如何解決項目建設資金的問題，還要關注項目如何盈利，這樣智慧城市建設才能夠落實，才能持續發展。

（6）產業發展模型

智慧城市的建設離不開產業發展，也是“六化”指標之一，這就需要對其產業發展模型進行深入研究，比如：如何通過戰略合作、企業購并、資本運作、外引內聯等多種手段，打造智慧城市產業聯盟，帶動地方智慧城市的產業發展。

2．智慧城市云平臺構建

政府的大數據云平臺是智慧城市建設的核心內容，其建設框圖如圖4所示。在城市云平臺上通常關聯了基礎的空間信息、城市的動態信息和公共信息三類數據，并且每一類數據均包含了多個項目、多種類型的數據信息，從而一方面就要求云平臺能夠實現數據的云存儲，能夠對以地圖數據為代表的結構性數據、以照片數據為代表的半結構數據以及以視頻數據為代表的非結構性數據進行統一存儲；另一方面，還要通過云平臺進行大數據的挖掘，即結合政府及行業部門的管理需求，對基礎位置信息、動態監測信息以及人口、法人等信息進行數據的融合和分析，支撐政府行政審批和行業智能管理的輔助決策。

從未來智慧城市信息系統的構架來講，只建設一個政府的云平臺是不夠的，即城市的數據并不是完全存在于政府的內（外）網平臺里，而應是繼續存儲在諸如城管、交通、環保等城市管理部門的信息中心。但是存儲在行業管理部門信息中心的這些數據需要向上開放，城市的云平臺有權去調用各系統的數據，即取消系統的橫向管理，變成縱向管理，這個原則在城市信息系統中至關重要。另外，在這套管理系統體系中，數據的融合分析需要在城市云平臺上來實現，就需要成立一個政府的信息中心，在其云平臺上建立相應的臨時庫，對各行業的數據進行抽取、清洗和融合分析，形成輔助決策信息。

圖 4 智慧城市云平臺建設框圖

五、智慧城市發展愿景

當前智慧城市建設，更多的還是圍繞政府管理進行，通過搭建一個政府性的平臺，來為各政府部門提供服務。然而，這遠遠不能夠滿足智慧城市的建設要求，真正的智慧城市應該是為民眾服務，因此在下一階段，需要重點研究如何通過政府的資源來建立社會服務平臺，智慧城市的發展愿景框圖如圖5所示。通過社會服務平臺，可以應用政府的資源來提供數據和信息服務，通過好的商業模式產生盈利；還可以進行運營及增值服務，未來交通、環保、城管等行業的信息系統都能夠通過運營產生效益；第三是電子商務，通過建設智慧城市，獲取了城市的各種數據資源，也就具備了互聯網經營的可能，未來如何實現智慧城市的電子商務經營，也將是解決智慧城市建設資金及盈利的有效手段。

圖5 智慧城市發展愿景框圖

智慧城市系統復雜、建設周期長，需要從實際出發，循序漸進，并兼顧產業發展。因此，需要在充分理解智慧城市內涵的基礎上，以國家要求為綱要，充分結合地方實際情況和智慧城市建設需求，致力于構建一套完整的、可復制推廣的智慧城市模式，通過推廣，進一步實現省域城市的互聯互通，從智慧城市走向智慧省區，最終實現智慧中國。