新型智慧城市運行管理大數據平臺關鍵技術研究

李飛

摘要：新型智慧城市建設是貫徹落實習近平總書記系列重要講話精神，推動國家治理體系和治理能力現代化建設的重要舉措。新型智慧城市運行管理大數據平臺是由物聯港、大數據分析處理引擎、新型智慧城市模型所構成的新型智慧城市信息整體框架，形成統一的數據匯集、統一的數據分析和統一的運行指揮，形成“傳感-傳輸-處理-應用”閉環。該平臺的建立孤立的算法、技術和管理模式，系統性的解決新型智慧城市及大數據應用的創新缺乏全局視野、難以獲得實際應用等問題。

關鍵詞：新型智慧城市；模型；大數據

一、概述

新型智慧城市是以為民服務全程全時、城市治理高效有序、數據開放共融共享、經濟發展綠色開源、網絡空間安全清朗為主要目標，通過體系規劃、信息主導、改革創新，推進新一代信息技術與城市現代化深度融合、迭代演進，提高城市發展的持續性、宜居性，實現國家與城市協調發展的新生態。

二、研究內容

物聯港是實現物聯傳感網中海量設備接入，管理和控制設備，并將設備上傳的異構信息轉換為便于系統處理的歸一化處理平臺。新型智慧城市運行管理大數據平臺中的物聯港構筑在物聯網通用體系架構之上，對下提供將包含各類接入設備在內的物體進行服務封裝，對上提供便捷統一的開發接口為進一步的數據分析處理提供便利。得益于通用體系架構，異構的物聯網設備和信息網絡終端能夠采用統一的方式進行描述、接入、標識與尋址、訪問調用和控制。通過物聯港的隔離，其上層系統僅需要根據需求和能力通過封裝成服務的接口訪問虛擬設備即可，實現了新型智慧城市信息系統的快速構建，按需擴展和高度的互聯互通與信息共享。

大數據處理引擎實現對海量、異構、準實時數據的處理，對數據的封裝、清洗、存儲、索引、檢索及高級運算操作，實現以合理數據結構和存儲方式存檔數據，并提供數據的查詢展示、統計分析、趨勢預測等服務。大數據引擎采用基于集合的非關系數據庫，以分布式文件系統和并行處理框架作為基礎支撐。引擎的主要功能分為內部處理和外部處理。內部處理通常是非關系數據庫本身提供或衍生出來的功能特性，具有實時性，能夠保證前端數據非阻塞式入庫而不會丟失，并確保對數據訪問請求的實時響應。外部處理指獨立于非關系數據庫以外，通過定制化開發的模型及分析算法進行諸如社會動力學仿真、模糊條件搜索與特征匹配、間接經濟效益核算等研究。不同的外部處理能力通過獨立的引擎實現，通過通用接口掛載到數據庫上讀取原始數據并回寫計算結果。

新型智慧城市模型是城市運行管理體系的控制核心，與大數據引擎緊密配合，負責根據城市的總體狀態，生成任務并動態分配各類資源以確保任務的總體優化執行，提供應用程序接口支撐上層的各類應用。當通過大數據分析識別城市狀態異常或產生突發事件，城市模型將自動生成一個任務并定義其基本屬性，同時根據預案開啟一個工作流程并分配一定的資源加以處理。系統將不斷更新任務屬性并確定其優先級，動態調整投入資源，指揮并約束每個基本執行單位的行為，并追蹤工作流程的進度。任務和工作流程信息都通過應用程序接口提供給特定應用展示給管理人員。當任務完成后，其本身及工作流程中各環節信息將提交大數據引擎存檔，進行過程重構、推演分析與優化，以對預案進行優化。任務和工作流程亦可由人工指令開啟、干預及結束。

三、關鍵技術研究

（一）新型智慧城市模型

從邏輯數據、資源調配、應用接口、安全管理的方面對城市運行管理過程進行建模，并在實際中驗證模型的準確性和通用性。該模型將指導新型智慧城市運行管理大數據中心的建設工作，并為其他智慧城市建設項目提供理論支持。新型智慧城市模型的主要功能在于從數據中分析出異常，并根據城市運行管理的規律，調配資源來處理異常；同時向上提供應用接口，支撐上層應用。除此之外，新型智慧城市模型還通過內嵌的安全管理模塊，對城市管理數據和邏輯進行保護。

（二）新型智慧城市大數據處理引擎核心與擴展算法

新型智慧城市大數據處理引擎以非關系型數據庫及其支撐環境和部件為核心，可通過標準化接口掛載用于功能擴展的外部算法和模型。大數據處理引擎核心包括非關系型數據庫、分布式文件系統、分布式處理框架、數據基本處理工具及必要的中間件。項目選取合理的數據封裝格式，數據集合/圖的基本結構及拓撲方式，定義數據篩選、索引方式及視圖服務使之滿足新型智慧城市各類上層應用的需要并具有進一步擴展的潛力。大數據處理外部算法和模型用于從非關系型數據庫中提取各類數據進行深度檢索，并將結果回寫入數據庫。

（三）新型智慧城市運行管理大數據平臺框架

采用由大數據分析處理平臺和新型智慧城市模型組成的新型智慧城市控制與處理聚合（Control&Processing Unity）架構來搭建新型智慧城市運行管理大數據平臺。大數據分析處理平臺實現數據處理、輸入、存儲、查詢、統計、分析、預測功能，提供洞察力；新型智慧城市模型負責處理城市管理邏輯、調配城市資源，提供執行力。在城市運營大數據平臺中將兩者分開，有助于實現分系統任務的同質化，提高系統運行效率，并平衡系統靈活性與魯棒性。

四、結論

該平臺將提供完整的新型智慧城市數據采集、處理、分析和應用的系統，提供高性能、易管理、完全自主可控的、具有自主知識產權的數據分析處理平臺軟件系統，提供功能豐富、擴展性強、用戶友好的大數據接口，構建活躍的大數據生態系統。具備高移植性，可將城市運行管理的大數據平臺，硬件系統和軟件系統中平臺性軟件部分可直接擴展至其他城市，應用性軟件部分經過適當的修改，也可以應用到其他城市。endprint