智慧城市系統工程與架構

楊麗華

文章首先對智慧城市的基本特征進行簡要闡釋，在此基礎上對智慧城市系統工程與架構進行論述。期望通過本文的研究能夠對推動智慧城市的發展有所幫助。

【關鍵詞】智慧城市 系統工程 架構

1 智慧城市的基本特征

智慧城市（Smart city）簡稱SC，是以信息技術的應用作為主線，構建具有復雜性和關聯性的大型生態系統，它是城市未來發展的一種全新模式，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展的表現形式，可將之視作為城市的整體發展戰略，有助于推動產業升級。智慧城市的本質特征體現在如下幾個方面：

（1）在SC中，信息隨處可見，基于大數據、物聯網、云計算和移動互聯網的信息架構，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，實現城市中各個運行系統的協調運作，實現服務與管理城市的目標。

（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。四是信息技術與各種資源要素的優化配置，可使資源的消耗量有所減少，有利于城市的可持續發展。

2 智慧城市系統工程與架構

通過上文的分析可知，信息技術是SC的主線，因此，在SC系統工程中信息平臺的構建是重要環節，下面本文基于當前較為流行的開源框架，運用J2EE技術體系開發信息平臺的服務端，實現Web GIS地圖數據的顯示與處理，并利用Web Services作為傳輸媒介，實現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，實現地理數據的共享，以此來對與城市建設規劃有關的市政對象進行管理。該平臺除對GIS的相關操作之外，還包含業務邏輯處理。

2.1 服務端設計

本文所提出的SC信息平臺中，服務器端為元數據引擎，具體分為以下幾個模塊：市政地圖服務模塊、市政對象定義與屬性動態配置模塊、數據字典管理模塊、計劃項目管理模塊、系統數據管理模塊等等。服務器利用一個Web GIS端與四個客戶端，分別為Auto CAD、Mobile GIS、Bentley及Arc GIS實現綜合性操作，客戶端通過平臺所提供的接口，能使相關人員對客戶端進行二次開發，借助網絡，服務端能夠將有關數據發布給不同的功能模塊進行處理，并實現與客戶端之間的信息傳輸。

2.2 MT設計

在SC信息平臺中，MT（移動終端）是較為重要的一個組成部分，由服務端提供的Web Services接口，可供MT通過無線或互聯網調用，進而獲取信息平臺的信息。可將終端安裝在相應的移動設備上，通過移動巡檢，將獲取到的地理信息及業務數據以GML的格式保存下來，并在地圖上進行展現，為使用者提供可視化的地理對象巡檢操作。MT由以下四層架構組合而成：

2.2.1 數據層

該層處于MT的最底部，主要作用是對訪問層發出的數據訪問請求進行響應，同時，該層還可對系統中的全部數據進行集中統一管理，并對這些數據的完整性進行維護，為數據安全提供保障。本系統中的數據有空間數據、屬性數據、圖片等，其在終端以GML描述和保存。

2.2.2 數據訪問層

該層位于數據層和邏輯層的中間，主要起橋梁作用，其能夠將數據層中的數據映射成基本對象，同時還能夠對邏輯層發出數據訪問請求進行響應，由此使邏輯層不需要考慮數據層的數據存儲方式。在MT中，不同平臺之間的交互，可借助Web Services來完成，并由該層為業務邏輯層提供相關的訪問服務。

2.2.3 業務邏輯層

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

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，可將用戶的操作轉換為業務邏輯。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 數據存儲

在對該信息平臺進行設計的過程中，應用了SDB模型實現數據存儲，這是一種空間數據對象建模方法，具體的設計步驟如下：

Step1：定義數據對象模塊及其所屬的業務模塊范疇，隨后對具有行業共性特點的業務模型進行分類，使之形成若干個不同的業務模塊；

Step2：完成定義后，便可開始創建基本模型和對象模型，這里所指的基本模型是按業務需要對空間數據對象定義，該數據對象具有多種不同數據類型的屬性字段；

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系，所以，當基本模型構建完成后，需要對空間那數據對象的關系進行定義；

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

Step：5進行地理對象索引的建立，該索引中應包含唯一約束的定義；

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

借助SDB建模方法能夠比較快速地構建起一個對業務數據進行管理和決策分析的空間信息化系統，由此可使空間及非空間數據模型的創建變得更加快速，有助于提升各種信息資源的管理效率。

2.4 語義緩存

當MT采集到相關數據后，會將這部分數據以實時傳輸的方式發送給信息平臺的數據庫，在這一過程中，需要不斷訪問數據庫，故此，當MT發出一條查詢指令時，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果進行合成后，便可形成完整的結果集。為進一步簡化對象管理，可采用語義緩存，由此可實現完全查詢擴展，這樣一來便不需要對類屬性對象進行創建。

2.5 漸進傳輸

本文所提出的SC信息平臺中包含了如下拓撲數據集測試，建筑、街路和綠地，為實現不同圖層內空間對象不相交的目標，最好只選取一種幾何類型進行顯示，這樣可使漸進傳輸效果更加清楚。鑒于此，在平臺設計中，應用了矢量數據漸進傳輸算法，下面以道路類型為例，對漸進傳輸的過程中進行說明。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數據和矢量數據，經由改進算法計算后發給服務器；當服務器接收到相關的數據后，便會對巡視檢查結果進行提取，當平臺用戶完成分析后，再將結果回傳給移動端；當移動端得到新的巡檢信息后，會實現信息同步，并顯示當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 結論

綜上所述，智慧城市是一項復雜且系統的戰略性工程，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，應當加大對智慧城市的研究力度，在現有成果的基礎上進行不斷完善和創新，借此來推動智慧城市的發展。

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作者單位

大同市電子計算中心 山西省大同市 037004