從城市單體智慧化到城市治理智慧化的探索

文｜武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司 余道敏 肖偉明 黃曉艷 張重齊

一、引言

我國(guó)智慧城市的發(fā)展經(jīng)歷了“數(shù)字城市”“智慧城市”“新型智慧城市”三個(gè)階段，當(dāng)前正處于由智慧城市轉(zhuǎn)變成新型智慧城市的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期。新型智慧城市的核心是以人為本、智慧運(yùn)行的理念，是城市治理智慧化的重要手段，同時(shí)也是構(gòu)建智慧社會(huì)的基石。

加快新型智慧城市建設(shè)，推進(jìn)城市治理智慧化，已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略，但目前新型智慧城市的建設(shè)面臨著一個(gè)嚴(yán)重問題：新型智慧城市的頂層設(shè)計(jì)已經(jīng)較為完備，但落地實(shí)施仍很困難，主要是新型智慧城市的建設(shè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到政府、民生等各個(gè)方面，導(dǎo)致城市基層感知數(shù)據(jù)采集難、互通難，城市治理智慧化無法得到基層數(shù)據(jù)的決策支撐，以致新型智慧城市建設(shè)出現(xiàn)許多“小智慧”“假智慧”現(xiàn)象。如何讓新型智慧城市建設(shè)落在實(shí)處，加快城市治理智慧化，已成為當(dāng)下亟待解決的難題。

二、城市單體智慧化到城市治理智慧化

城市是由社區(qū)、園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、商圈、道路等眾多城市單體構(gòu)成，是城市的神經(jīng)末梢，通過這些城市神經(jīng)末梢的智慧化建設(shè)，收集各類智能感知數(shù)據(jù)，向上匯聚到神經(jīng)元，再向上匯聚到“城市大腦”，建成海量城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，通過智能判斷與大數(shù)據(jù)挖掘分析，提升城市運(yùn)營(yíng)管理水平，從而實(shí)現(xiàn)由城市單體智慧化到城市治理智慧化。通過城市單體的智慧化建設(shè)，滿足人民在生活與工作中的安全保障需求、便捷高效需求、低碳環(huán)保需求；通過城市治理的智慧化建設(shè)，幫助政府提升城市精細(xì)化治理水平。城市單體智慧化與城市治理智慧化，二者相互支撐、相互依賴、相互協(xié)同、相互促進(jìn)。其關(guān)系如圖1所示。

三、總體技術(shù)架構(gòu)

城市單體智慧化到城市治理智慧化的總體技術(shù)架構(gòu)如圖2所示，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層以及解決方案層：

1、感知層：通過園區(qū)、社區(qū)、學(xué)校、商圈等城市單體的可視對(duì)講、車輛通行、安防監(jiān)控等感知設(shè)備，采集人、事、物等城市基層數(shù)據(jù)。

2、網(wǎng)絡(luò)層：針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，利用工業(yè)控制網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送。

3、平臺(tái)層：平臺(tái)層包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心以及通用大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入、處理以及存儲(chǔ)。

圖1 城市單體智慧化到城市治理智慧化

圖2 總體技術(shù)架構(gòu)圖

4、應(yīng)用層：實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用功能，應(yīng)用層包括：智慧建筑綜合管理平臺(tái)、智慧社區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、智慧園區(qū)運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)、城市運(yùn)營(yíng)中心綜合管理平臺(tái)等。主要功能設(shè)計(jì)如下：

（1）智慧建筑綜合管理平臺(tái)，針對(duì)建筑物中照明、消防、門禁等各類智能化子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中管理、一鍵控制、協(xié)同聯(lián)動(dòng)、智慧運(yùn)維。

（2）智慧園區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，高效、便捷的園區(qū)管理與服務(wù)，舒適、安全的生活服務(wù)，專業(yè)化的產(chǎn)業(yè)服務(wù)，綠色、低碳的生態(tài)環(huán)境，來滿足園區(qū)運(yùn)營(yíng)者、使用者、管理者、訪客、入駐企業(yè)等各方的信息化需求。

（3）智慧社區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，融合社區(qū)居家生活的智慧家庭、智慧民生、智慧服務(wù)、智慧物業(yè)、智慧商業(yè)和智慧政務(wù)六大應(yīng)用，使社區(qū)管理者、用戶和各種智慧系統(tǒng)形成各種形式的信息交互，以達(dá)到更加方便快捷的管理，從而為居民提供一個(gè)安全、舒適、便利的生活環(huán)境，進(jìn)一步提升社區(qū)信息化、智能化管理與服務(wù)水平。

（4）智慧燈桿綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智慧照明、智能廣播、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、緊急呼叫、充電樁管理等功能。

（5）城市運(yùn)管中心綜合管理平臺(tái)，城市運(yùn)管中心平臺(tái)是基于居民社區(qū)、園區(qū)、商業(yè)綜合體、校園醫(yī)院等城市末梢的智慧化建設(shè)，收集海量的城市感知數(shù)據(jù)、基層治理數(shù)據(jù)，在平臺(tái)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚融合，從而為城市的運(yùn)行管理提供智能化的研判結(jié)果、科學(xué)化的決策支持以及扁平化、可視化的指揮調(diào)度支持。

四、關(guān)鍵技術(shù)

1、海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)

海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)，是為解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、協(xié)議眾多的難題，通過研究攝像頭、門禁控制器、道閘控制器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、消防傳感器、電子圍欄、地磁、震動(dòng)光柵、電子巡更等多類設(shè)備的通信協(xié)議特征，收集主流設(shè)備廠家接口方法，研究廠家對(duì)接接口特征，建立接口特征庫(kù)，通過特征庫(kù)識(shí)別的方式，設(shè)計(jì)通用型協(xié)議適配方法，實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議智能識(shí)別。同時(shí)建立接口協(xié)議與適配方法的關(guān)系庫(kù)，一旦協(xié)議識(shí)別成功，自動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)接口方法，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備異種協(xié)議動(dòng)態(tài)適配，解決目前智慧城市建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入環(huán)節(jié)中，各設(shè)備對(duì)接適配需定制化開發(fā)，通用型不強(qiáng)，實(shí)施配置繁瑣的問題。接入方案如圖3所示。

2、大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)與組合檢索技術(shù)

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)海量、異構(gòu)等特點(diǎn)，搭 建 基 于Zookeeper、Hbase、Hive、HDFS的分布式大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，Zookeeper 是一個(gè)高可用的分布式數(shù)據(jù)管理與協(xié)調(diào)框架，基于對(duì)ZAB 算法的實(shí)現(xiàn)，能夠在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行通知與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)變更的實(shí)時(shí)處理。Hbase 是一個(gè)構(gòu)建在HDFS 上的分布式列存儲(chǔ)系統(tǒng)，其典型特征是大表、面向列以及稀疏，適合存儲(chǔ)海量非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀寫。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)架構(gòu)如圖4所示。

基于分布式架構(gòu) Hadoop 設(shè)計(jì)的時(shí)空索引方法，為了充分利用Hadoop 在處理海量數(shù)據(jù)下分布式主從節(jié)點(diǎn)間的交互機(jī)制的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量時(shí)空數(shù)據(jù)的快速檢索，將建立的時(shí)間索引、空間索引以及數(shù)據(jù)源索引結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在不同節(jié)點(diǎn)中，即在 Hadoop 的分布式主節(jié)點(diǎn)上分別設(shè)計(jì)時(shí)間索引、空間索引和數(shù)據(jù)源索引，以實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)的快速檢索。索引設(shè)計(jì)如圖5所示。

3、基于人機(jī)融合的異構(gòu)大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)

數(shù)據(jù)質(zhì)量直接決定了大數(shù)據(jù)分析的難度以及準(zhǔn)確性，基于人機(jī)融合的異構(gòu)大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)能夠有效提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)清洗主要包括對(duì)空值、異常數(shù)據(jù)、冗余或是相似重復(fù)數(shù)據(jù)的處理，針對(duì)各類問題數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的清洗規(guī)則，最終形成清洗規(guī)則庫(kù)，利用清洗規(guī)則庫(kù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷，并做出補(bǔ)全、合并、刪除等處理，達(dá)到提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的目標(biāo)。

數(shù)據(jù)清洗規(guī)則的來源有兩處，一是利用專家經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)清洗規(guī)則；二是利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，推演新的清洗規(guī)則，通過收集的樣本數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，進(jìn)行聚類分析，推演出新的清洗規(guī)則，不斷完善清洗規(guī)則庫(kù)。數(shù)據(jù)清洗流程如圖6所示。

圖3 海量物聯(lián)泛在接入技術(shù)方案

五、應(yīng)用探索

在武漢市東湖高新區(qū)某街道綜合治理項(xiàng)目中，進(jìn)行了城市單體智慧化到城市治理智慧化的應(yīng)用探索。

1、項(xiàng)目背景

武漢市東湖高新區(qū)某街道轄10 個(gè)居委會(huì)、11 個(gè)社區(qū)、13 個(gè)行政村，該轄區(qū)為全市最大的拆遷還建區(qū)，轄區(qū)的綜合治理、社會(huì)治安、社區(qū)服務(wù)等工作涉及面廣、工作難度大。2017年底，該街道辦啟動(dòng)了街道、社區(qū)兩級(jí)綜治中心建設(shè)實(shí)施三年方案規(guī)劃的整體工作部署，力求通過信息化手段實(shí)現(xiàn)智慧綜合治理，打造多元共治共享的治理局面，提升基層社會(huì)治理智能化、精細(xì)化、專業(yè)化水平。

圖4 異構(gòu)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)

圖5 分布式多級(jí)、多類型索引設(shè)計(jì)

圖6 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)清洗流程

2、實(shí)施方案

第一階段試點(diǎn)工作擬接入2 個(gè)社區(qū)、1個(gè)商業(yè)綜合體等3 個(gè)城市單體，通過對(duì)社區(qū)、商業(yè)綜合體進(jìn)行智能道閘、智能門禁、電子巡更、智能停車等智能化子系統(tǒng)的升級(jí)改造工作，實(shí)現(xiàn)智慧社區(qū)、智慧商業(yè)綜合體建設(shè)。通過實(shí)時(shí)采集社區(qū)、商業(yè)綜合體等城市單體物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)，與公安、民政、城管、市場(chǎng)監(jiān)督等政務(wù)數(shù)據(jù)融合后形成基層社會(huì)治理大數(shù)據(jù)中心，通過專家經(jīng)驗(yàn)與機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的綜合利用，為街道辦、派出所、社區(qū)居委會(huì)等多方提供集“態(tài)勢(shì)感知、決策分析、事件管理、監(jiān)測(cè)預(yù)警、專題應(yīng)用、應(yīng)急指揮”為一體的綜合治理大數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐服務(wù)，構(gòu)建街道、社區(qū)兩級(jí)綜合治理中心。后續(xù)將會(huì)接入轄區(qū)內(nèi)的學(xué)院、醫(yī)院等其他城市單體。

3、應(yīng)用效果

該試點(diǎn)項(xiàng)目打通了綜治、公安、市監(jiān)、城管等八大數(shù)據(jù)孤島，治理人口12 萬人，成為首個(gè)打通社區(qū)與城市運(yùn)管項(xiàng)目。滿足綜治、黨建、紅色物業(yè)、安全生產(chǎn)、計(jì)生、民政、社區(qū)、園區(qū)等多元治理需求，同時(shí)有效聚合各類政務(wù)服務(wù)和便民服務(wù)信息資源，為居民群眾提供了多項(xiàng)就近服務(wù)功能；平臺(tái)完成以綜合治理為主的實(shí)有房屋數(shù)據(jù)、實(shí)有人口、實(shí)有車輛數(shù)據(jù)、黨建、城管、工商、計(jì)生、物業(yè)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作，結(jié)合以門禁、人臉識(shí)別、車輛出入等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建社區(qū)重點(diǎn)人員全景視圖，通過對(duì)重點(diǎn)人員、異常行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)治安風(fēng)險(xiǎn)，將治安風(fēng)險(xiǎn)消滅在萌芽狀態(tài)。

六、結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)城市治理智慧化仍然處于初始階段，充分利用新一代信息技術(shù)提升城市智慧化水平，是城市管理理念的重要變革，也是關(guān)乎民生改善的工程。在目前頂層設(shè)計(jì)、指標(biāo)評(píng)價(jià)較為完善的情況下，大力推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化，需要解決智慧城市建設(shè)落地難、實(shí)施難的困境。

從城市單體智慧化到城市治理智慧化，為智慧城市落地實(shí)施探索出一條切實(shí)可行的路徑：以社區(qū)、園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、商圈等城市單體智慧化建設(shè)為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)智能化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、升級(jí)改造；以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、處理以及分析，構(gòu)建城市治理大數(shù)據(jù)中心；以城市治理智慧化為終點(diǎn)，滿足多元治理需求，提升政府公共服務(wù)能力，打造和諧宜居的城市環(huán)境。