智慧城市中的“降熵”及安全探討

陸寶華 曾偉東 趙尚偉

習近平總書記在2016年就提出新型智慧城市的概念.2020年3月，習近平總書記赴浙江考察時指出，通過大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等手段推進城市治理現(xiàn)代化，大城市也可以變得更“聰明”.信息化到智能化再到智慧化，是建設智慧城市的必由之路.在智慧城市建設中，我們要抓住關鍵，解決相關核心問題.

數(shù)據(jù)顯示，國內有83%的地級城市、95%的副省級城市，總計超過500個城市，都提出了建設智慧城市的政府工作計劃.我國已建成和在建智慧城市數(shù)量將有望超過500個.

智慧城市建設的任務應該解決關鍵問題，包括以下方面.

1 降低城市熵

熵是物理學中熱力學的概念，在物理化學中也有這一概念，是對系統(tǒng)中失序狀態(tài)的描述.熵越大，說明秩序越差.信息論的創(chuàng)始人香農利用這一概念提出了信息熵，并將信息定義為“負熵”，解釋為“不確定性的減少”.當然后來有批評說，這只是給出了“信息量”的概念，而不是信息的概念.在城市中失序的問題是普遍存在的，許多事物存在大量的偶然性，大量的數(shù)據(jù)是統(tǒng)計概率的結果，故而存在很大的城市熵.城市越大這個熵也就越大.

降低城市熵是智慧城市建設的一項重要工作.獲取各類城市要素確定的數(shù)據(jù)，是降低城市熵的關鍵所在.幾十年以前，由于缺少相應的信息化手段，所以降低城市熵只能靠統(tǒng)計的結果.當今大數(shù)據(jù)時代，則完全有辦法大大地降低城市熵.降低城市熵的根本途徑就是獲取更多的城市各類要素的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有些是靜態(tài)的，更多的則是動態(tài)的.

1.1 全面的城市要素的感知

全面的城市要素的感知包括對自然人個人數(shù)字身份的數(shù)據(jù)、各類機構的數(shù)據(jù)、各類政府部門的數(shù)據(jù)；自然人行為軌跡的數(shù)據(jù)(目的是出行規(guī)律的記錄)；各類基礎設施的感知數(shù)據(jù)(包括重要建筑、港口、車站、空港、道路、場館、供電、水、氣、暖、污水處理、垃圾處理……)；相關產業(yè)的感知，包括：原料、市場(區(qū)域內、外、境外)產能、產品、勞動力、智慧資源等等；資本包括：本地資本情況；可用于本市的資本情況；可以引進的基金；銀行、保險等等；物流數(shù)據(jù)；境外(城市之外)相關數(shù)據(jù)的獲取；其他數(shù)據(jù)的獲取.

獲取這些數(shù)據(jù)的方法為：

1)對于自然人的數(shù)據(jù)，通過個人數(shù)字身份的建立不僅可以獲取相關的個人信息，也是對個人隱私的一種保護，同時還可以建立相應的個人數(shù)據(jù)賬戶、個人征信數(shù)據(jù)等等；個人活動數(shù)據(jù)可以通過視頻監(jiān)控網(wǎng)絡、移動電話的信令數(shù)據(jù)等獲取.

2)獲取各類基礎設施及其他物品的數(shù)據(jù)，可以利用物聯(lián)感知體系，包括各類傳感器(非電測量的方法)、RFID(無線數(shù)據(jù)標識的方法)、二維碼標識等方法.

3)其他類的數(shù)據(jù)，可以直接對接相關機構的計算機系統(tǒng)，可以通過交換，有償使用或者是其他的方法，獲取相應的脫敏、脫密后的數(shù)據(jù)，也可以利用某些算法，進行結果計算等等.

數(shù)據(jù)獲取，有些應用和場景還需要結合相關的時間、位置等等，這樣衛(wèi)星導航定位的相關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也要納入其中.

1.2 數(shù)據(jù)的匯聚與傳輸

數(shù)據(jù)的匯聚則需要建立相應的數(shù)據(jù)中心，這些數(shù)據(jù)一般都依賴于某些云平臺進行存儲和應用.而數(shù)據(jù)的傳輸則需要相應的網(wǎng)絡.這些網(wǎng)絡包括城市自建的骨干光纖網(wǎng)絡、運營商的網(wǎng)絡，還有以運營商為主的移動網(wǎng)絡，也有其他的城市WiFi之類的無線網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡等等，構成一個全面立體的網(wǎng)絡體系.

2 預測、分析、研判、決策

數(shù)據(jù)并不等同于信息，這是降低城市熵的基礎條件，但是并不能直接降低城市熵.降低城市熵還是要從數(shù)據(jù)中提取相關的信息，用這些信息來降低城市熵.

一個城市的活動基本上要依賴于2條線：生產(經濟)和生活(民生).降低城市熵并不是我們的目的，而是利用降低城市熵所獲取的數(shù)據(jù)，進行有效的預測、分析、研判和決策，這才是我們的目的.現(xiàn)在一些城市都在提城市大腦的概念，概念應該說不是錯的，但是做法距離“大腦”還是比較遠的，有的只能算是感知器官，有的也只能算是神經網(wǎng)絡，就算是有一些大腦功能，其智商也是比較低的.

預測、分析、研判、決策，是要以數(shù)據(jù)為基礎，同時要有科學的算法、模型，利用人工智能的各類工具和大數(shù)據(jù)分析的各類工具，對某個領域的某些方向進行預測、分析、研判和決策.這些活動確實需要大腦的功能，如果這個大腦是比較聰明的，智商比較高，那么相關的結果就會更好一些，如果相反，可能的決策是低水平的，或者是錯誤的.系統(tǒng)論的思想是可以幫助我們提高智商的.

2.1 系統(tǒng)論的指導意義

系統(tǒng)論來源于醫(yī)學，這是把人看成是一個整體，一個系統(tǒng)與外部進行交互的理論.我國的錢學森大師提出了我國的系統(tǒng)工程思想.主要觀點是：系統(tǒng)是一個整體；系統(tǒng)具有多要素；系統(tǒng)可以分為多個層次；系統(tǒng)中有多個任務；系統(tǒng)是動態(tài)的.

城市是一個復雜的系統(tǒng)，是由多個子系統(tǒng)構成的，多種要素共同來支撐這些子系統(tǒng)，有些要素是多個子系統(tǒng)共有的.用系統(tǒng)論的思想來建立、分析各類模型和算法，相信能獲得一個高智商的城市大腦.

同時，第2代的系統(tǒng)論思想、第3代系統(tǒng)論的思想對智慧城市建設都有指導意義.

2.2 需要預測、分析、研判和決策的領域

產業(yè)分析與預測包括：產業(yè)類型、產品、產能、市場(國內外)、相關的市場約束條件分析、資本、勞動力與就業(yè)，產品歷史、相關的專家智慧團隊等等.

經濟分析包括：金融與稅收，境內外的各類政治、經濟、軍事等等因素的分析，資本需求與可用資本分析，國家的相關政策分析等等.

民生需求分析包括：住房、交通、個人物聯(lián)網(wǎng)絡與智慧家庭、就業(yè)情況、醫(yī)療、教育、養(yǎng)老及老年技能培訓、殯葬、其他.

基礎設施需求分析包括：供電、供水、供氣、供暖、交通基礎設施(路、航道、港口、空港等等)、公共基礎設施、場所、城市發(fā)展、其他相關的分析.

宏觀調控包括：金融資本調控、產能調控、產業(yè)聚集區(qū)調控、土地、房屋、水電資源的調控、醫(yī)療教育資源的調控、城市規(guī)劃與自然資源調控、其他資源的調控等等.

2.3 監(jiān)測與控制

城市中需要進行監(jiān)測與控制系統(tǒng)很多，如：

1)城市交通的控制.城市交通控制是非常重要的，包括軌道交通的信號與系統(tǒng)的控制、道路與信號、流量的監(jiān)測與控制、車路協(xié)同，都需要相應的監(jiān)測和控制.

2)供水、電、氣、暖體系的管控.用電、供水都有大量的自動控制問題，如為了保證水的衛(wèi)生標準，需要向源水中投入一定量的藥物.同樣，對供氣、供暖都需要監(jiān)測和控制.北方地區(qū)的冬季供暖是能源的一大消耗，如果能智能化地進行監(jiān)測和控制，就會減少能源的供給和有害氣體的排放.

3)基礎建筑設施的管控包括：橋梁、通過橋梁的車輛是否超重、各類建筑物等等；地下管廊(道)(線)、窨井、通信線路等等.

3 城市操作系統(tǒng)

如果把一個城市類比為1臺計算機，城市大腦就是相關的應用系統(tǒng)，這個應用系統(tǒng)是需要操作系統(tǒng)支持的.建立城市操作系統(tǒng)，對各類資源進行管理，是非常重要的，也是非常有意義的.

城市操作系統(tǒng)目前的定義還不夠充分.以下幾項功能，是城市操作系統(tǒng)應該具備的：

1)對城市要素的管理.就像計算機中，對存儲、輸入輸出、文件、程序的管理一樣，城市操作系統(tǒng)應該對感知到的所有的城市要素進行管理.對城市應該進行標識，就像計算機那樣，對各類資源進行標識.我們還可以利用GIS，BIM等平臺以及衛(wèi)星導航定位、遙感等，對城市進行網(wǎng)格化劃分和標識，這些數(shù)據(jù)與感知數(shù)據(jù)相結合，就可以形成更加完善的城市基礎數(shù)據(jù).

2)對城市任務的管理.一個城市必然會有各類任務，對任務的管理也應該是城市操作系統(tǒng)的任務.

4 應急響應

任何一個城市，總是會有一些突發(fā)事件的，對這些事件的應急處置特別重要，特別是一些存在風險源的城市更要考慮這樣的問題.如礦難、危化品生產與運輸、海上救援等等，這里無法列出所有可能的突發(fā)事件.

重大疫情事件：這次的新冠病毒給我們提出一個考卷，應該說在疫情剛發(fā)生時，相關城市和相關部門，沒有把這個卷子答好，根本的原因還是在于沒有把相應城市熵問題解決好.實際上，我們現(xiàn)在也不認為這張卷子已經答滿分了，可以提升的空間還是很大的.這次疫情擴散的原因，空氣傳播、密接是重要因素，流調也是依據(jù)這個展開的.但是，我們還是沒有把大數(shù)據(jù)利用好，一些掌握數(shù)據(jù)的機構，沒有發(fā)揮出真正的作用.所以，全員的核酸檢測就成為最好的抓手.核酸檢測是有成本的，沒有接觸到傳染源的人是不必要進行核酸檢測的.

我們完全可以依據(jù)手機的定位數(shù)據(jù)、移動基站的登錄數(shù)據(jù)、城市視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等等，實現(xiàn)所有相關人員密接的可能性，對存在密接可能性的人員進行檢測是必要的.

應急聯(lián)動指揮與資源調配：應急聯(lián)動是需要資源調配和指揮的，沒有統(tǒng)一的指揮也就不可能有更好的資源調配.對于資源調配，還要注意本地與外地的協(xié)調問題.應該建立一個應急指揮系統(tǒng)，包括指揮體系的結構、資源調配、應急預案、相關的人員等等.

對于應急我們還要考慮到輿情控制與應急響應和群體性事件的應急響應的問題.

5 智慧城市的安全

智慧城市是一個將網(wǎng)絡空間與現(xiàn)實社會完全融合的新型城市.

無論是什么樣的城市，導致安全問題的2大因素是天災和人禍.本文給天災的定義是由于自然和自我的原因導致的安全問題；給人禍的定義是他人對其合法利益構成的侵害所導致的安全問題.

對于天災，除了我們所討論的應急外，還要有相應的，有針對性的防護，如：對于雷擊，要有良好的接地和雷電的引流措施；對于火災要有相應的消防報警和滅火措施等等.我們重點不討論天災，而是要討論人禍的問題.

對于人禍，我們解決的方法只有1條：保證行為的正確受權.可是要做到這一點是不容易的.這里是3層意思：一是行為需要授權；二是授權應該正確；三是行為正確的授權要有保障機制.

對于智慧城市，由于網(wǎng)絡空間與現(xiàn)實社會的調度融合，其安全也必須整體性地來考慮，而不能再清晰地將網(wǎng)絡空間安全與現(xiàn)實社會的安全分開成2大界線分明的體系.

如何利用智慧城市的條件，重新打造和完善對現(xiàn)實社會的保護的打、防、管、控體系，以及如何防范罪犯利用智慧城市提供的便利條件對現(xiàn)實社會目標進行侵害的打、防、管、控體系，這是智慧城市安全必須解決的2大問題.

未來的殺人、放火等犯罪行為可能就是動動鼠標、敲敲鍵盤.同時對于一些重要的城市，還要考慮到有可能成為網(wǎng)絡戰(zhàn)被打擊的目標.

當然，網(wǎng)絡空間的安全與現(xiàn)實社會的安全還是各自有所側重的.從網(wǎng)絡空間安全的角度上看，有5大任務，包括：數(shù)據(jù)保護；應用系統(tǒng)功能的保護；網(wǎng)絡資源的安全；人的網(wǎng)上行為的安全；建立通過網(wǎng)絡對現(xiàn)實目標侵害的打、防、管、控體系.

6 結 語

降低城市熵與做好網(wǎng)絡安全工作，是智慧城市中的關鍵工作.智慧城市安全從任務目標上，不僅僅要保護數(shù)據(jù)，更要從保護人民的生命財產安全，維護社會的穩(wěn)定與國家安全作為任務目標.我們要科學建設智慧城市，搞好新基建工作.