系統思維下的新型智慧城市建設

◎王家耀 院士

2016年4月19日，習近平總書記在網絡安全和信息化工作座談會上講話時指出，要以信息化推進國家治理體系和治理能力現代化，統籌發展電子政務，構建一體化在線服務平臺，分級分類推進新型智慧城市建設。同年10月9日，習近平總書記在主持中央政治局第36次集體學習時又指出，要深刻認識互聯網在國家管理和社會治理中的作用，以推進電子政務、建設新型智慧城市等為抓手，以數據集中和共享為途徑，建設全國一體化的國家大數據中心，實現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務等協同管理和服務。2017年12月8日下午，習近平總書記在主持中央政治局就實施國家大數據戰略進行第二次集體學習時強調，大數據發展日新月異，我們應該審時度勢、精心謀劃、超前布局、力爭主動，深入了解大數據發展現狀和趨勢及其對社會經濟發展的影響，分析我國大數據發展取得的成績和存在的問題，推進實施國家大數據戰略，加快完善數字基礎設施，推進數據資源整合和開放共享，保障數據安全，加快建設數字中國，更好服務我國經濟社會發展和人民生活改善。這是我們新型智慧城市建設的重要戰略指導思想。

《馬克思恩格斯選集》第三卷中指出：“思維即把相互聯系的要素聯合為一個統一體，同樣也把意識的對象分解為它們的要素。沒有分析就沒有綜合?！卞X學森先生《論系統工程》當中有一段話，他說“馬克思、恩格斯的辯證主義認為，物質世界是由無數相互聯系、相互依賴、相互制約、相互作用的事物和過程所形成的統一整體。辯證唯物主義體現的物質世界普遍聯系及其整體性的思想，也就是系統思想。”當前經濟體系建設，要用這樣的系統思維考慮和規劃。

一、新型智慧城市的提出、內涵、目標與任務

新型智慧城市提出的背景就是由于數字城市到智慧城市建設過程中存在很多問題，這個問題的根本在于我們建設了很多信息孤島，各個系統之間不互聯互通，所以花了很多錢，構建了很多設備，但是效果不佳。所以，要加強城市規劃和科學引導，有序推進。在這種情況下，國家發改委、中央網絡辦等25個部委在2016年5月份聯合成立了新型智慧城市建設部級協調工作組，這個工作組主要是在新型智慧城市建設過程中進行頂層指導、監督和協調。

什么是新型智慧城市？它經歷了三個階段，包括數字城市、智慧城市和新型智慧城市。

數字城市是城市信息化發展初級階段的產物。以城市信息基礎設施（網絡、數據）為支撐，采用GNSS、RS、GIS技術，以可視化方式再現城市“自然、社會、經濟”復合系統的各類資源的空間分布狀況，對城市規劃、建設和管理的各種方案進行模擬分析和研究的城市信息系統體系。

智慧城市通過互聯網把無處不在的智慧傳感器連接起來形成物聯網，實現對物理城市的全面感知，利用云計算等技術對感知信息進行智能處理和分析，實現網上“數字城市”與物聯網的融合，并發出指令，對包括政務、民生、環境、公共安全、城市服務、工商活動等在內的各種需求做出智能化響應和智能化決策支持。

2016年以后提出新型智慧城市的問題，什么是新型智慧城市？我認為是適應新型城鎮化建設需要，以信息化創新引領城市發展轉型，全面推進新一代信息通信技術與城市發展融合創新，加快工業化、信息化、城鎮化、農業現代化融合，提高城市治理能力現代化水平，實現城市可持續發展的新路線、新模式、新形態。

新型智慧城市的目標就是要實現資源驅動發展到創新驅動發展的城市發展模式轉型，以創新引領城市發展。實現“互聯網+”、時空大數據、云計算等新興信息技術與城市發展融合創新，提高科技創新能力，構建技術創新體系，消除孤島現象。實現城市管理治理能力的現代化，促進城市可持續發展。這是我們新型智慧城市的基本目標。

新型智慧城市新在哪里？智在哪里？我提出三個方面，新理念、新思維、新方法。新理念是創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。服務化理念，一切為了服務，一切都是服務，以人為核心，成為新型智慧城市的基本價值取向。新思維是“互聯網+”思維，（時空）大數據思維。要認識互聯網、適應互聯網、使用互聯網，一切靠（時空）大數據說話、憑（時空）大數據決策。新方法是系統科學與系統工程方法。把新型智慧城市建設作為一個復雜巨系統工程。

建設數字城市相當于有了“車”、車上有了“貨”；車要開動，貨要流動，因此必須網絡化（無線城市），相當于建設高速公路（信息高速公路），有了信息高速公路數據才能流動；但高速公路上也會產生各種問題（信息不能高效、有序、可控流動，信息不能共享、出現信息孤島），必須有新理念、新思維、新方法，這就要建設智慧城市。新型智慧城市同智慧城市并無本質區別，只是更加強調智慧城市建設與工業化、信息化、城市化、農業現代化的融合發展。

數字城市是城市信息化的初級階段，無線城市（網絡化）是橋梁或紐帶，智慧城市是城市信息化的高級階段，新型智慧城市是新型城鎮化條件下智慧城市水平的進一步提升。

二、新型智慧城市建設的基本原則和思路

新型智慧城市的總體架構，要體現前述新型智慧城市的內涵、目標與任務，由智慧信息基礎設施層、智慧服務平臺層和智慧應用層，以及政策、標準和安全等構成的保障體系所組成。

新型智慧城市建設首先要把握方向，智慧城市要尊重城市信息化發展的規律，絕不是三年兩年就能完成的，要規劃先行，示范引領。要打牢基礎，推動新一代網絡基礎設施和時空大數據平臺的建設，邊建邊用，注重實效，統籌協調。

基本的思路，我們提出了四個方面：一是以系統工程理論和方法為指導，探索建設新型智慧城市的最佳路徑，創新技術架構、體制機制、建設運營模式，保證長期可持續升級發展。二是以智能感知、多源融合、開放共享、深度挖掘和智能服務為指導，探索構建時空大數據平臺的技術體制，充分發揮其在新型智慧城市建設中的“大腦”作用。三是以新一代信息通信網絡技術和天空海一體智能感知技術為支撐，探索充分利用物聯網、大數據、云計算和“人-機”智能融合式時空大數據融合、分析、挖掘與可視化技術，以及智能服務技術，構建新型智慧城市建設的技術路線。四是借鑒吸收國內外智慧城市建設經驗，結合我國實際，創新構建新型智慧城市建設的標準體系和網絡空間安全監控體系，保證新型智慧城市建設和運行的安全、穩定、可行和高效。

根據新型智慧城市建設的指導思想和建設思路，我們提出新型智慧城市建設的技術路線。

三、新型智慧城市的“大腦”——時空大數據平臺

新型智慧城市總體架構

為什么把時空大數據平臺作為新型智慧城市的“大腦”，因為時空大數據平臺是建立在互聯網的基礎上，建立在大數據存儲分析的基礎上，具有分析處理機制和應用機制。為什么要用時空大數據呢？因為大數據的時空統一是至關重要的，我把這幾個方面綜合為幾句話，空間和時間一起，構成了運動著的物質存在的兩種基本形式，沒有什么時間和空間不存在運動中的物質，也沒有什么運動中的物質不是在一定的時間和空間當中。任何大數據都是包括人類活動在內的自然和社會現象運動變化的產物，空間參照性和時間參照性是自然和社會形成的兩個基本參照系統，任何事物和現象都離不開這兩個參照，所以，也可以說沒有什么時間和空間不存在大數據，也沒有什么大數據不是在一定的空間和時間當中存在或者是流動的。因此，我們可以說所有的大數據從本質來講都是時空大數據，我們把它簡稱大數據。

時空大數據的內涵是指基于統一的時空基準（空間參照系統、時間參照系統），活動（運動變化）于時間和空間中與位置直接（定位）或間接（空間分布）相關聯的大數據。這樣界定時空大數據是基于以下三個事實：一是，世界是物質的，物質是運動的，包括人類活動在內的萬事萬物的運動變化都是在一定的時間和空間中進行的，而所有的大數據都是世界萬事萬物運動變化的產物；二是，隨著智能感知技術、物聯網、云計算技術的發展，各個領域開始了“量化”的進程，這種一切皆可“量化”（數字化）的趨勢導致了大規模海量數據的產生，而空間參照與時間參照是大數據的兩個基本特征；三是，從可視化角度講，正是因為一切大數據都具有空間參照與時間參照特征，所以才能直觀地為人們提供大數據的空間位置、空間分布和時間標識。

時空大數據的類型和構成，一是時空基準數據，二是GNSS及CORS數據。時空大數據的基本特征很多，位置、屬性、時間、異構性、多樣性、多維等等。所謂時空大數據平臺，是把各種分散的（點數據）和分割的（條數據）大數據匯聚到一個特定的平臺上，并使之發生持續的聚合效應。這種聚合效應就是通過數據多維融合和關聯分析與數據挖掘，揭示事物的本質規律，對事物做出更加快捷、更加全面、更加精準和更加有效的研判和預測。從這個意義上講，時空大數據平臺是大數據的核心價值，是大數據發展的高級形態，是大數據時代的解決方案。具體的講，首先來構建一個通用時空大數據平臺，通過通用時空大數據平臺+軍用，構建一體化指揮的時空大數據平臺、地理情報平臺等。

新型智慧城市建設技術路線

對于時空大數據平臺的構建，在基于網格集成與彈性云的“混合式”時空信息服務技術體制中，包括傳感器（網）資源、計算資源、存儲資源、數據資源、軟件（功能）資源、知識資源等在內的信息資源都是以“服務”的形式分布在網絡節點上的，服務提供者和服務享用者（兩個角色可相互轉換）也分布式部署在網絡節點上，雖然它們都有特定的地域，所有服務都有“服務元數據”，而且都以標準封裝“組件”形式注冊或發布到注冊中心，但總體來說分布是任意的或混沌的，特別是在服務范圍很大、服務提供者和享用者很多，服務任務（要解決的問題）很復雜的情況下，就必須用協同論方法來組織、管理和實施。也就是說需要通過一種架構即面向服務的體系架構（SOA），將服務提供者、服務代理（注冊中心，資源池）和服務享用者三個角色組織起來，實現系統從混沌走向有序（初級的）；需要通過工作流和服務鏈模型，將發布的所有“服務”進行自動匹配以發現“服務”，實現服務組合（聚合）以獲得用戶需要的結果，達到從低級有序到高級有序的目的。我想這個是引用了錢學森先生的思想。

基于這樣的分析，我們提出構建智慧城市時空大數據平臺的六大工程。一是構建一個開放的體系架構，強化功能開放應用；二是構建一個天地一體的信息服務網絡，為實現范圍更加廣泛的信息資源共享與多層次多節點的協同工作提供嶄新的運行環境；三是構建一個通用的功能平臺，通過服務化封裝，實現各類信息資源的高效調度、支撐信息服務的智能化；四是構建一個開放共享的城市信息服務“資源池”（數據體系），通過多源異構時空大數據的融合（聚合），形成一致性的數據集（全球一致、陸海一體、無縫連續），通過統計分析和挖掘，進一步提升治理體系和指揮決策的現代化水平；五是構建一個高效運行的組織管理指揮體系，實現信息資源的匯聚共享和跨部門的協調聯動，為時空大數據平臺安全可靠運行提供支撐；六是建立一套標準體系，保證時空大數據平臺規范、有序、健康、安全、可持續運行。

結束語

城市是一個復雜巨系統，涉及到自然、社會、經濟、人文等方方面面。智慧城市是城市這個復雜巨系統的數字化、網絡化、智能化過程，是人的自然智能與計算機人工智能的深度融合，也是一個復雜巨系統，涉及到組織管理科學方法——系統工程。新型智慧城市由多個系統及其子系統組成，系統之間、子系統之間、系統與子系統之間有著密切的關系。因此，新型智慧城市建設必須遵循系統科學理論和系統工程的方法，這樣我們才能得到應有的效果。