智慧城市中的大數據

智慧城市的實現需要建設更加完善的信息基礎設施，才能保證各種智慧城市的應用能夠用得好，用得起。智慧城市的大數據問題帶來新的機遇和挑戰，需要抓好技術創新和攻關研究，才能拉動數字服務產業發展，更好的實現智慧城市的各種智慧應用。

智慧城市及其應用

智慧城市是在數字城市建立的基礎框架上，通過物聯網將現實世界與數字世界進行有效融合，自動和實時地感知現實世界中人和物的各種狀態和變化，由云計算中心處理其中海量和復雜的計算與控制，為經濟發展、城市管理和公眾提供各種智能化的服務。智慧城市是智慧地球的重要組成部分。智慧城市即“數字城市”、“物聯網”和“云計算”的總和。將要建設的智慧城市是Cyberphysic space，這是虛實結合的空間，可以在家里做自己想做的事情。

智慧城市的發展歷程經過了信息化城市、數字城市和智慧城市等幾個階段。1993年，“信息高速公路”的提出標志著城市信息化建設開始起步。1998年，“數字化舒適社區建設”標志著城市信息化開始步入“數字城市”建設新階段。2006年，物聯網、云計算等新一代信息技術促進了對城市信息系統的綜合集成與整合應用。2008年，IBM提出了“智慧城市”新理念，標志著城市信息化開始邁向“智慧城市”建設新階段。

“智慧城市”的發展和早期的信息基礎設施及“數字城市”的建設一脈相承，但更注重信息資源與城市中人和物的整合集成，更強調城市管理協調統籌，是數字城市建設的更高級階段，是工業化和信息化的高度集成。

智慧城市的發展動力是城鎮化、工業化和信息化，目標是追求低碳、綠色、可持續發展的城市。

數字城市技術把基礎地理數據、正射影像、街景影像數據、全景影像數據、三維模型數據結合在一起，在政務網上，通過注冊可以進行服務共享，在公共平臺上、互聯網、公網，通過二次開發提供各種交通、導航、旅游、文物、購物等服務系統。物聯網能夠實現人與人、人與機器、機器與機器的互聯互通，實現智慧城市的各種應用。

城市承載著人類的生存繁衍，經濟發展，社會交往，使人們能夠享受到文化的好處。按照這四個職能，可以總結出智慧城市的智慧應用，比如智慧安防、智慧環保、智慧能源、智慧城管、智慧養老、智慧國土規劃、智慧社區、智慧家居等都是提供一個更好的生存繁衍的環境。推動智慧制造、工業互聯網、物聯網更有利于經濟發展。智慧交通、智慧購物、智慧社會綜合管理更有助于社會交往。智慧戶外流媒體、智慧教育、智慧旅游等能夠提高文化享受。

智慧城市中的大數據

在智慧城市的建設和應用中，將產生從TB到PB級越來越多的數據，世界將進入真正的大數據時代！

2011年 2月， Science?？?指出大數據時代已到來。美國工程院院士Eric指出：我們正處在一個激動人心的時代，利用大規模有效數據分析預測建模、可視化和發現新規律的時代就要到來。奧巴馬宣布美國政府正式啟動“大數據研究和發展計劃”，認為大數據是未來世界的石油，該計劃的意義堪比上個世紀的“信息高速公路計劃”?？臻g的傳感器資源方面，衛星每天傳送的數據可以達到PB級；從空間數據庫的資源來看，空間信息資源、地學知識資源等都可以傳到網上。

“天地圖”的數據已經超過了TB級，目前已經超過100TB。運用4+1傾斜相機城市三維模型，最近在貴陽等地做了很多三維建模工作。通過監測某地地表，把雷達數據進行歸結、分析和挖掘，能夠自動地、隨時地檢測地表下沉。我國已建成世界最大的街道、區、市、省、國家 五級視頻監控網，2005年國務院啟動平安城市建設，迄今已經在600多個城市安裝超過2000萬個攝像頭，投入資金超過3200多億元。

以上智慧城市的應用可以幫助我們建設平安、交通暢通的城市，但是出現了一個大數據的問題：存不起。

全球電子行業領先的權威研究機構IMS Research在2011年的報告中預測：“2012年全球僅新增的監控設備所需的存儲規模就將達3300PB?！币蕴旖蚴袨槔治鑫磥泶鎯Τ杀镜挠绊懀焊咔鍞z像頭每小時產生3.6GB數據，“十二五”末，天津將安裝60萬攝像頭。根據《2011-2015年天津市技術防范網絡體系建設規劃實施方案》，按3個月視頻存儲容量計算，天津市“十二五”末視頻監控數據存儲容量需要4665.6PB，目前4T容量存儲服務器5萬/臺，僅存儲就需投入583.2億元，相當于西藏2012年全年GDP總值，快速增長的存儲規模和投入成為制約城市監控系統發展的重要因素。

大數據時代面臨的形勢更為嚴峻：查不準，數據快速增長導致虛警輸出規模超出人工處理的極限；防不住，數據規模的急劇擴大進一步凸顯傳統預警分析技術的困境。

例如在智慧交通領域，交管中心需要為上億人和千萬級的車輛提供停車信息，需要監控及追蹤違規車輛，監控交通路口信息，監控交通量，提供車輛到達信息等。智慧安防領域，監控中心需要365天x24小時地監控住宅小區、校園、交通道路和城市工地等。智慧養老領域，現今我國超過65歲以上的老人已達2-2.5億人，為使老人可以得到及時的救護和幫助，需要記錄老人體征數據，老人定位數據，服務記錄數據，費用核算設局和系統日志數據等。

遙感云與位置云

云計算是一種基于互聯網的大眾參與的計算模式，其計算資源（包括計算能力、存儲能力、交互能力等）是動態、可伸縮、被虛擬化的，而且以服務的方式提供，云計算支撐信息服務。

互聯網資源配置的變遷經歷了這樣幾個階段：客戶機/服務器出現；瀏覽器/服務器的出現使更多任務由服務器承擔；郵件服務器、數據服務器、安全服務器、搜索服務器和視頻服務器等專業服務器井噴，專業服務導致了服務器多樣化；服務器托管形成市場；服務器集群和虛擬化。

遙感云是指將海量遙感數據，復雜的遙感處理與分析方法放在遠程的云計算平臺中，利用云計算平臺彈性的計算能力，用戶無需搭建專用環境，只需要選擇數據和算法后即可獲取最終結果。遙感云平臺OpenRSCloud免費開放，OpenRS-Cloud Web型的算法提交界面可直接獲取和設定位于云端的算法插件的參數信息，可直接利用遠程集群進行并行處理，集成WebGIS技術查找感興趣遙感圖像。通過瀏覽器可直接查看任務的執行狀況，包括子任務的分解與合并、子任務LOG實時輸出和子任務的運行進度。OpenRS-Cloud可以直接在瀏覽器上查看處理結果。OpenRSCloud通過WebService提供桌面級調用接口，桌面程序直接利用OpenRSCloud的WebService接口實現并行鑲嵌與糾正。

數據的發布經歷了從以計算機為中心，到以網絡為中心，再到以人為中心的轉變。從計算設施上，經歷了大型機、小型機、個人電腦和局域網、桌面互聯網和移動互聯網的轉變；從測繪成果的共享方式上，經歷了紙質復印、文件拷貝、數據庫共享到基于云計算的注冊服務的轉變；從軟件架構上，經歷了面向過程、面向對象、面向構件、面向領域、面向服務的變化。

位置云將手機接收到的導航衛星信號與其他定位相關的傳感器信息傳輸到云計算中心，通過實時解算，實現室內外高精度的手機連續位置定位和實時導航。適用于地理國情監測員，災情報告員，森林調查員，地質勘測隊員，土地調查員，城管員，公安交警人員等國家公務員和車聯網用戶。

位置云的傳感器有加速度計、陀螺儀、電子羅盤和手機攝像頭等，無線信號包括RFID NFC，藍牙，WLAN，以及蜂窩網絡、無線數字電視信號等，可以采用衛星定位、基于無線信號定位、基于傳感器定位和混合定位等定位方法。

2012年12月27日，北斗系統對中國及周邊地區正式提供全面運營服務。國務院新聞辦公室舉行了北斗系統新聞發布會，正式公布了“北斗”系統空間信號接口控制（ICD）文件。其定位精度： 水平方向10米; 垂直方向10 m，測速精度： 大于 0.2 m/s，授時精度： 50納秒（單程 ）。

北斗地基增強系統湖北示范驗證，總體目標是通過地面基準站系統的增強服務，實現北斗系統在湖北省的高精度導航定位服務能力。具體目標是建立湖北省均勻分布的6個框架網基準站（平均邊長220km），實現全省范圍單頻米級導航定位服務，建立示范區24個區域基準站（平均邊長60km），實現區域三頻厘米級精密定位服務，建立湖北省北斗精密定位服務系統，開展在測繪、氣象和交通等領域的北斗高精度定位導航應用示范。

高精度導航性能分析可用于智慧交通中車輛控制和智能駕駛。測試流動站為東方聯星導航型終端LX260，測試地點為全省高速公路，測試方法采用每秒采樣值與GPS-RTK定位結果比較。精度統計結果是RMS為0.67m，95%誤差為1.44m。

數據挖掘

時空數據挖掘和知識發現的方法包括：統計方法和空間統計學、歸納方法、聚類方法、空間分析方法、探測性的數據分析、Rough集方法、數據場和云模型、圖像分析和模式識別、神經網絡、證據理論、遺傳算法、數學形態學等。

視頻數據挖掘包括安全行為智能分析、視頻數據自動理解和視頻數據自動壓縮等。智能識別系統是監控系統發展的必然趨勢。視頻處理技術經歷了模擬視頻、數字視頻壓縮、計算機視覺、圖像分析等智能視頻技術的發展變化，模擬視頻監控全部采用模擬技術，數字視頻監控采集模擬信號，存儲數字信號，網絡視頻監控包含數字采集、數字存儲、數字傳輸，智能視覺監控包括運動檢測、行為檢測、入侵報警、傳感器網絡，未來，將通過人臉識別、行為識別、異常報警等實現全自動智能監控。

在傳統的城市大規模聯網監控系統中，監控中心的電視墻可同時顯示幾十路的監控畫面，完全靠人眼觀察很容易遺漏異常事件。研究表明，專業監控人員在僅僅監視2個監視器的情況下，22分鐘后將錯過95%的行為。這不能事先有效防控犯罪行為的發生。2005年7月，英國倫敦地鐵連環爆炸案，通過海量的錄像查證后才找到犯罪線索，無法及時阻止犯罪的發生。而通過智能視頻分析，計算機能夠通過數字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內容，自動對動態場景視頻中運動目標物體進行檢測、 分離、跟蹤，對目標的行為進行有效的識別。

結語

智慧城市是基于數字城市，物聯網和云計算建立的現實世界與數字世界的融合，以實現對人和物的感知，控制和智能服務智慧城市對經濟轉型發展、城市智慧管理和對大眾的智能服務具有廣泛的前景，從而使得人與自然更加協調發展。

智慧城市的實現需要建設更加完善的信息基礎設施，才能保證各種智慧城市的應用能夠用得好，用得起。智慧城市的大數據問題帶來新的機遇和挑戰，需要抓好技術創新和攻關研究，才能拉動數字服務產業發展，更好的實現智慧城市的各種智慧應用。智慧城市建設是一把手工程，需要根據每個城市的特點，做好頂層設計、統一規劃、分步實施。