智慧城市大數據平臺設計與應用研究

楊一峰　賴獻昆　姚金華　俞善文

摘要：隨著智慧地球概念被提出，各個國家給予了廣泛關注，我國啟動了智慧城市建設計劃，依靠大數據與云計算技術，搭建了智慧城市時空大數據平臺。本文基于智慧城市大數據平臺，深入分析大數據平臺建設的必要性，結合智慧城市典型結構，了解平臺搭建主要涉及的技術內容，實時更新數據，搭建云平臺，優化平臺設計，并從智慧城市交通、城市社區、城市醫療、城市政務等方面，實現智慧城市大數據平臺的有效應用。

關鍵詞：智慧城市;大數據平臺;平臺設計;城市服務

一、引言

大數據平臺的發展與平臺的應用使眾多領域發生變化。在智慧城市建設工作中，各方面工作的開展都離不開大數據平臺，依靠大數據平臺整合信息資源，采集、監測海量數據，同時對數據進行挖掘與分析，促進信息資源的高效共享，在突出信息資源應用價值的同時，推進智慧城市服務水平的提升。

二、大數據平臺建設的必要性

大數據主要指的是規模巨大的數據集合，依托計算機網絡與信息技術，完成大數據的采集與存儲分析，實現大數據的預測處理[1]。大數據體量大，數據規模大且時效性強，以此創建的大數據平臺可以用于城市服務的各個領域，提高公共服務水平，增強群眾獲得感、幸福感以及安全感。

當前我國社會治理逐漸朝著精細化的方向發展。智慧城市大數據平臺整合城市社會管理各方面內容，平臺涵蓋了城市規劃、自然環保、社會治安、民政司法等方面的信息資源，可實時掌握社會管理要素，實現智慧城市管理。

三、大數據平臺主要涉及的技術

（一）平臺體系架構

實際上，大數據平臺就是以數據作為核心的信息平臺，依靠平臺完成對數據的綜合處理與深入分析。雖然國內創建的智慧城市系統在運行方式、內容體系方面存在差異，但建設框架存在一定的共性。智慧城市大數據平臺主要包含數據交換平臺、數據處理平臺、數據共享服務平臺。其中用戶層面向政府部門、企業以及公眾;應用層包含智慧建設、智慧管理服務以及智慧產業等內容;公共信息平臺包含政務平臺與公眾平臺兩部分，通過傳統業態升級平臺與新型業態平臺的整合，創建基于智慧城市的時空大數據信息云平臺。智慧城市下的公共數據庫通過計算資源、存儲資源以及虛擬化的應用，使云計算環境能夠更好地為電信網、廣播電視網、互聯網提供服務[2]。

智慧城市典型結構中，感知層作為主要數據來源，以衛星、飛機、攝像頭以及傳感設備為感知手段，完成數據的感知與采集。網絡層是智慧城市的基礎，互聯網與互聯網聯合計算存儲設施層，對網絡資源綜合處理，再將公共設施資源進行虛擬化處理，虛擬資源可根據業務需求組裝為獨立運行的服務，為智慧城市的創建提供公共設施服務[3]。

（二）數據采集與處理

數據平臺中會存在海量數據，這些數據有一部分是無用數據，只有一小部分的數據是有價值的信息內容，所以數據平臺在進行數據分析和處理工作之前，會對數據集中采集，尋找數據間的規律，應用數據網來分析與處理數據。對采集數據展開分析，找到其中的特征點，基于數據統一歸納的思想進行數據綜合分析，立足于數據抽象處理的概念完成數據綜合處理。通過這種方式建立數據模型，處理數據時，考慮數據內蘊含的價值，完成數據協調分析，從全局角度出發了解數據的特點，防止數據因局部特征過于突出而造成處理不及時。

（三）網格計算

大數據的計算過程或者算法常常難以完全轉換，一些函數不能被嵌入在數據庫內。這時應先從定義函數內將數據提取出來，再使用分析軟件進行數據分析。數據分析任務逐漸增加，服務容量受到限制，此時只有對服務器擴容才能達到需求，但服務器價格昂貴，人們只能采用網絡配置的方式降低成本支出，此時網格計算應運而生。網格計算就是將不同任務分配給不同計算機，使每臺計算機承擔不同任務，間接地提高系統性能，擴大系統容量，且不會增加太多成本支出。

（四）自動化運維

數據處理時需要全方位的展示運維對象與相關內容，將平臺分為不同功能區，比如巡查管理區、運維監控區、設備管理區，此外還需接入第三方平臺。在可視化技術應用下，利用圖形圖像展示大數據內容，突出數據的實時變化，各項工作開展可依托平臺實現，在自動化運維技術作用下實現數據高效管理，同時可對文件加密，讓文件保存在數據管理中心。

四、智慧城市大數據平臺設計

（一）時空大數據實時更新

基于智慧城市的發展理念，以采集傳統測繪數據為基礎，解決數據采集過程中周期長與成本高的問題，實現時空大數據的實時更新。應用衛星遙感影像技術采集數據信息，對區域內的城市地表信息變化狀態展開實時監測，在無人機設備的幫助下，利用網格化采集方式完成數據的采集。為了更好地完成數據信息的增量更新，需設置集天空、地面以及人于一體的增量更新模式，在無人機、攝像頭的網絡采集與傳統采集模式下，采集衛星遙感影像內的時空數據，不同時相產生的影像會有差異，且各個區域的分發節點也會出現差異，實際應用時應結合前后時相的遙感影像數據，采取固定采集與更新間隔的方法完成數據實時更新。從智慧城市角度出發，大數據的應用價值主要體現于微觀統計分析與宏觀可視化展示兩方面。所以建立智慧城市大數據平臺的時候，應采取不同方式完成數據統計分析。傳統技術中，大數據信息一般會按照國家、省份、市區的形式區分，各地區地理條件要素可能相同，采集數據時會出現重復采集的情況。為了規避這一情況，提升數據更新效率，可建立更新與統計機制，明確分級分類與共享生產模式，根據智慧城市分級建設來梳理數據。分區進行信息的采集工作，統一整合三級地理要素，促進各渠道的高效共享。經過實時更新后的大數據平臺中內容更加豐富，數據類型多樣化，比如影像數據中包含數字正射影像數據，高程數據中涵蓋數字高程模型數據信息，此外還包含了地名地址數據、街景影像數據以及傾斜攝影數據等[4]。

（二）云平臺構建

從某種程度來講，智慧城市就是對數字城市、物聯網以及云計算的集合，通過搭建城市時空信息平臺，基于數字地理空間的架構，實現智慧城市的延續發展。云平臺在信息內容、使用功能以及應用能效方面有著較為突出的優勢，這是傳統數字地理空間無法達到的。云平臺可以實時匯集城市內各類時空消息，可為智慧城市的具體應用環境按照需求提供服務。云平臺的搭建需依靠數據中心，經過信息的提取與加工。地理編碼，在已經簡稱的數字框架上研發智慧城市信息平臺。該平臺可以提供詳細的時空地圖與資源信息，同時具有智能裝配和服務接口，使用時經過政府網可共享并調用所有信息[5]。平臺應當按照需求來選擇服務功能，對于政府、企業、社會公眾提出的不同需求，向其提供相對應的服務，將平臺服務功能確定為任務知識庫、智能解析、智能學習三方面功能。其中任務知識庫的構件主要利用源數據信息建立知識庫，以關鍵詞為基礎實現各部分內容的相互對應;智能解析功能以語義為基礎，可對任務進行智能分析，再提煉數據信息，精準顯示關鍵詞，以便對數據服務功能精準定位;智能學習主要是對知識庫內的無關聯數據抓取感知，實現大數據平臺在智慧城市下的動態聚合。大數據平臺主要分為數據交換平臺、數據處理平臺、數據共享服務平臺三部分，數據經過處理與共享之后，將會存儲于平臺中，建立基礎數據庫或者專題數據庫。

（三）云支撐環境搭建

基于智慧城市的發展理念，云計算環境主要包含基礎設施、分布式存儲以及操作系統三部分，城市云計算中心可以對地理信息的云計算環境進行擴容和改造升級，比如在政務云內部署大數據平臺，依靠網絡安全系統，在密碼保護技術的應用下，保證數據使用安全。基于智慧城市建設需求，編寫大數據平臺設計的標準規范，確立信息共享機制。

五、智慧城市大數據平臺應用

（一）智慧城市交通

交通系統是城市發展的重要組成部分，也是智慧城市建設的重點。國民經濟發展態勢良好，居民生活水平顯著提升，人們紛紛購入私家車，不僅方便交通出行，也提高了出行效率。但是私家車數量的增加會造成城市交通系統壓力增大的問題，一、二線城市每天早晚高峰時間存在著嚴重的交通擁堵的現象，想要緩解交通壓力，就要致力于智慧城市交通建設。通過對大數據平臺的應用，將平臺和道路監控系統結合在一起，方便交通管理部門通過網絡圖像統計交通數據，從而根據實際情況靈活調整擁擠路段的信號燈。

智慧交通主要將人工智能、車聯網技術、信息通信技術、傳感器技術相結合，確立統一化跨地區交通信息平臺，綜合區域內所有交通資源，實現對道路的智能化管理。平臺可以監控區域內的交通情況，采集交通流數據，分析運行特征，預期大致變化，調整最佳交通管理方案，全方位提升交通管理的技術含量。依靠智慧交通體系，利用Smartbi對交通流量分布情況進行監測并優化，完善公安、城管、公路等監控體系和信息網絡系統。

（二）智慧城市社區

利用大數據平臺，推動地方檢察邁向信息智能化高速軌道，全面實現檢察工作數字化、網絡化、應用化、智能化。智慧城市社區是當前一種現代化的社區管理理念和管理模式，以互聯網、物聯網、云計算技術為基礎，依托大數據平臺，在應用智能設備與移動終端的同時打造智慧化生活情景，形成數字化管理模式的社區，完成對社區內所有用戶信息的智能化管理。與此同時，智慧城市社區能夠對小區內的車牌自動識別，具有停車費用自助結算與自助繳費的功能。智慧社區能夠與信息監控中心相配合，整合所有社區內的數據與影像信息，實現可視化監控管理與統一調度。比如應用大唐軟件搭建智慧城市數據平臺，利用城市數據創造城市社區領域的智慧應用，實現對該部分資源利用的最大化，社區是社會公共服務的核心，每日會產生大量信息資源，大唐軟件智慧社區可快速實現城市內所有社區資源的高效共享與信息交換，促進社區商業服務模式的智能化探索。

（三）智慧城市醫療

一直以來，城市發展進程下，居民醫療服務問題都是百姓關注的重點，隨著居民健康意識的不斷提升，人們已經不再局限于患病后才到醫院就診，而是定期進行健康體檢，醫院服務工作更加繁忙。建設智慧城市醫療，依靠大數據平臺簡化醫療服務流程，提升服務效率，將大數據平臺用于醫療診斷、治療、用藥等方面，并將平臺用在臨床醫療與醫學研究領域，從而獲取直觀數據，為醫療領域的技術研究提供數據參考。

搭建智慧醫療服務平臺，平臺架構包含中心層、基礎中間件層以及衛生醫療數據采集三部分，數據采集可通過條碼和RFID完成智能識別，實現數據的高度融合，醫護流程處理逐漸向移動端遷移，可有效減低醫療事故發生率，確立以患者為中心的服務理念，減輕醫務人員工作負擔，提高工作效率。配合醫療管理系統，比如廢棄物管理，應用RFID電子標簽技術實現對廢棄物的全過程管理，并在固定式讀寫器的應用下讀取信息，在線監管廢棄物收集、整理、運輸等信息。

創建智慧醫療遠程監護和會診系統，在醫療級硬件的使用下實現患者與醫生間的遠程監護與會診，解決數據支持問題，智能硬件可對患者身體數據實時監測，將數據傳輸到后臺，等待遠程協助，醫生與患者家屬通過平臺遠程監視患者情況，保證醫療衛生環境的安全。依靠大數據平臺建立智慧醫療運營管理系統，基于HIS、檢驗以及成本核算數據，為醫療決策提供數據支持。建立智慧醫療運營監控體系，將醫院整體運營情況、醫療質量、服務效率、患者構成等情況進行多維度分析，以便做好資源的合理調配。

（四）智慧城市政務

大數據平臺在政務領域發揮著至關重要的作用，整合政務各部門的數據資源，確立信息共享平臺，實現城市政務信息的高度集中。智慧城市政務具有智慧性、服務性的特點，在大數據平臺的作用下可以提高工作效率，同事業單位相互協調統一，推進城市政務工作的智能化發展，為服務型城市政府的創建提供幫助。除此之外，大數據平臺可以結合情報指揮功能，加強對數據信息的挖掘分析，提高政務服務保障，保障公共財產安全。大數據平臺采取云計算架構模式，從邏輯上劃分不同虛擬化平臺，在虛擬平臺技術的應用下，依靠云計算SaaS服務方式，靈活支撐不同業務，促進各部門的信息交互與需求共享，所有資源都將在統一平臺中顯示，再按照需求分配到相應虛擬平臺中。

（五）智慧城市公安

當前國內各個城市的公安系統已全方位地實現了信息化管理，應用大數據平臺加快信息化建設，創建高質量數據庫，轉變以往城市公安系統在工作上的獨立性，打破數據庫的局限性，讓各個警種相互協調工作，實現信息高效共享。在智慧城市公安方面應用大數據平臺，采用動態的形式建立公安數據庫，以便公安部門掌握更具體的信息，提高系統感應能力，提升公安人員日常工作效率。應用大數據平臺之后，城市公安系統內的工作變得更加主動，利用平臺的數據預測與判斷功能，可快速掌握相關信息，為接下來的智能決策提供數據參考和技術支持。

（六）智慧城市環保

智慧城市下的環保地理信息系統主要依靠大數據平臺，平臺可提供地理信息數據，對環境和污染源信息展開空間化處理，加強對廢水廢氣污染、河流斷面以及空氣環境圖層的監管。從環保角度出發，加強應急指揮管理，依靠污染物擴散模擬的功能分析，建立企業排污三維場景，預測污染的擴散范圍，確定排污口，以便做好污染問題的快速溯源，為接下來的決策指揮提供參考。加強人員與物資配置，利用事故水池、節制閘、人工濕地做好污水的攔蓄處理，防止超標廢水被排放，在大數據平臺的應用下實現快速定位與迅速處理，實現智慧城市環保服務水平的提升。氣象局聯合思邁特大數據分析平臺、ETL工具和中國氣象局信息中心地圖服務為基礎支撐，保證平臺監管應用、服務應用、移動應用達到三級等保要求的數據保護解決方案。

六、結束語

總而言之，建設智慧城市是現代化城市發展的要求，有必要科學把握大數據與云計算的發展機會，合理建立大數據平臺，實現平臺的設計與應用。從智慧城市交通、城市社區、城市醫療等方面入手，發揮大數據平臺的應用價值，依據當前生產技術與市場需求，實現數據平臺的創新，提高城市醫療服務水平，改善交通環境，為市民營造良好的城市環境。

作者單位：楊一峰? ? 賴獻昆? ? 姚金華? ? 俞善文? ? 浙江嘉興數字城市實驗室有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]雷國雅.智慧城市時空大數據平臺下自然資源檔案管理系統的升級與改造[J].城建檔案，2021（10）：54-55.

[2]陳瓊.打造CIM平臺，構建大數據中心[J].中國建設信息化，2021（17）：48-51.

[3]孫麗娟.基于服務自動化發布技術的數據開放平臺設計與實現[J].智能物聯技術，2021，4（04）：1-5+15.

[4]沈鳳嬌，余曉敏.時空大數據平臺云計算及其典型應用服務探討[J].地理空間信息，2021，19（06）：32-34+4.

[5]劉捷.數據要素驅動新型智慧城市建設[J].軟件和集成電路，2021（05）：80-81.