新型智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)分析

高 磊，周曉輝

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

新型智慧城市是信息化建設(shè)融入城市生活的重要體現(xiàn)。在信息化建設(shè)中，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)方法可以為全局建設(shè)提供藍(lán)圖，加快智慧城市信息系統(tǒng)的落地建設(shè)。國(guó)家“十四五”規(guī)劃指出要加快數(shù)字化發(fā)展，并提議建設(shè)數(shù)字中國(guó)。在該提議的驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)智慧城市建設(shè)得到快速發(fā)展，其信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)已經(jīng)具有完整的框架模型，但仍存在部分設(shè)計(jì)落地難的問(wèn)題。對(duì)此，將通過(guò)深化頂層框架設(shè)計(jì)的方式，使其能夠更加貼合目前我國(guó)城市發(fā)展現(xiàn)狀，加快智慧城市信息系統(tǒng)的落實(shí)。

1 設(shè)計(jì)理念與目標(biāo)

現(xiàn)階段我國(guó)的新型智慧城市信息化建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)立足于長(zhǎng)久規(guī)劃，尋求符合發(fā)展現(xiàn)狀的頂層框架設(shè)計(jì)。為此，在融合場(chǎng)景需求的前提下，應(yīng)當(dāng)做好框架的接口設(shè)計(jì)，即框架與未來(lái)城市發(fā)展需求的融合，實(shí)現(xiàn)在城市發(fā)展的過(guò)程中能夠持續(xù)完善信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的大框架，深入城市發(fā)展的同時(shí)完善信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在秉持安全的基礎(chǔ)上，智慧城市信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)起到加速融合各類(lèi)數(shù)據(jù)，提高城市間信息共享與信息化建設(shè)共享能力，即框架設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)立足于近期城市發(fā)展的實(shí)際需求，同時(shí)可以在整體框架的引導(dǎo)下進(jìn)行合理的拆分，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步建設(shè)，逐步推進(jìn)城市智慧發(fā)展的目的。

為落實(shí)上述設(shè)計(jì)理念，智慧城市的信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)明確發(fā)展目標(biāo)，重點(diǎn)突出頂層設(shè)計(jì)在整個(gè)信息系統(tǒng)中的作用，明確框架設(shè)計(jì)全局性、多維度和多視角的發(fā)展目標(biāo)，努力為各地政府、企業(yè)以及城市居民提供細(xì)化且多元的信息技術(shù)支撐，從整體和細(xì)微兩視角出發(fā)，全面帶動(dòng)各地城市的智慧發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)落實(shí)以下要求：一是頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有全面覆蓋的特性；二是落實(shí)頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)做到簡(jiǎn)政放權(quán)和一鍵聯(lián)動(dòng)；三是頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有便捷實(shí)用和低碳宜居的功能；四是頂層設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)起到環(huán)境優(yōu)化推動(dòng)城市綠色發(fā)展的作用；五是可以借助頂層設(shè)計(jì)全面提高城市形象和區(qū)域間的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

2 智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)要規(guī)避的安全隱患

2.1 系統(tǒng)隱患

應(yīng)用到智慧城市的信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)可分為硬件基礎(chǔ)與軟件設(shè)計(jì)兩大部分，其中系統(tǒng)安全隱患主要出現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)中。從已發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)安全隱患中可知，因系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的安全隱患占比較小，多數(shù)安全隱患來(lái)自軟件系統(tǒng)投入使用后遭到的惡意攻擊和隱藏漏洞。結(jié)合系統(tǒng)安全隱患類(lèi)型，可將智慧城市下信息系統(tǒng)軟件安全隱患?xì)w類(lèi)為自身漏洞、外界攻擊信道和系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)的沖突等安全隱患。

為解決上述問(wèn)題造成的系統(tǒng)安全隱患，可從軟件產(chǎn)品、服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)、傳輸協(xié)議以及網(wǎng)關(guān)等角度，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊能力。同時(shí)，對(duì)于城市下屬所有頂層設(shè)計(jì)框架構(gòu)建一個(gè)具有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)安全防火墻，以此統(tǒng)一安全防范的管理工作，提高系統(tǒng)安全隱患防治的效率[1]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)隱患

智慧城市頂層設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)受到病毒或惡意攻擊影響，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源被非法控制，相關(guān)設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)信息被篡改或泄露，該部分隱患均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)不法分子的攻擊操作。在新型智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)初級(jí)階段，會(huì)面臨較多的網(wǎng)絡(luò)安全攻擊，其攻擊對(duì)象以系統(tǒng)核心為主，各級(jí)終端網(wǎng)絡(luò)為輔，且在各頂層架構(gòu)通信中容易摻雜欺騙攻擊以及木馬等程序，嚴(yán)重影響智慧城市信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

為解決上述問(wèn)題，可從智慧城市信息系統(tǒng)的保密等級(jí)設(shè)計(jì)角度入手，將不同應(yīng)用領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行安保等級(jí)的劃分，從而針對(duì)不同設(shè)計(jì)架構(gòu)提出針對(duì)性的解決方法，最大限度地利用現(xiàn)有資源解決最主要的網(wǎng)絡(luò)隱患。

2.3 數(shù)據(jù)安全隱患

進(jìn)一步對(duì)網(wǎng)絡(luò)隱患進(jìn)行分析可知，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳送、保存以及交換等操作時(shí)，容易受到上述攻擊的影響，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)出現(xiàn)泄漏。例如，當(dāng)?shù)罔F交通網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安保防線被攻破之后，其車(chē)站內(nèi)部信息將會(huì)面臨被篡改和截取，甚至對(duì)地鐵線路發(fā)車(chē)規(guī)劃的控制造成影響。從頂層設(shè)計(jì)角度來(lái)看，現(xiàn)階段所建智慧城市信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)存在數(shù)據(jù)量龐大，但管理方法缺失等現(xiàn)象，當(dāng)大量用戶信息頻繁調(diào)動(dòng)時(shí)，信息系統(tǒng)便極易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響而出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失、被篡改和紊亂的問(wèn)題。為此，可通過(guò)構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的頂層數(shù)據(jù)管理架構(gòu)，通過(guò)分布式存儲(chǔ)的方式提高信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)潛在風(fēng)險(xiǎn)中數(shù)據(jù)記錄方面的問(wèn)題，提高智慧城市信息系統(tǒng)的運(yùn)行安全[2]。

3 信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的框架分析

為確保設(shè)計(jì)框架能夠適應(yīng)目前我國(guó)城市的現(xiàn)狀，需要設(shè)計(jì)秉承以人為本的設(shè)計(jì)理念，消除面向社會(huì)的客觀差異性，構(gòu)建基于智慧通信系統(tǒng)的信息系統(tǒng)框架，其框架由底層支撐、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用服務(wù)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等5個(gè)部分組成。

3.1 場(chǎng)景下要求分析

傳統(tǒng)智慧城市的頂層設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無(wú)法滿足城市對(duì)信息化的需求，同時(shí)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)階段信息技術(shù)對(duì)用戶行為以及社會(huì)需求產(chǎn)生的影響[3]。為使智慧城市信息系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)階段的場(chǎng)景重構(gòu)，將提出一種基于場(chǎng)景需求的新型智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)方法，該方法立足于實(shí)際情況，結(jié)合社會(huì)對(duì)信息化建設(shè)的要求，實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。以場(chǎng)景需求為基礎(chǔ)的頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 以場(chǎng)景需求為基礎(chǔ)的智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)

（1）從社會(huì)現(xiàn)狀與需求輸入角度分析，基于場(chǎng)景的需求可通過(guò)資料調(diào)查、街邊訪談以及調(diào)查問(wèn)卷的方式獲取，從目標(biāo)城市的未來(lái)發(fā)展策略與目標(biāo)出發(fā)，構(gòu)建貼合城市發(fā)展現(xiàn)狀的新型智慧城市信息系統(tǒng)，營(yíng)造頂層設(shè)計(jì)的環(huán)境結(jié)構(gòu)，例如可從新技術(shù)融合創(chuàng)新角度入手，對(duì)下方信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)、技術(shù)、運(yùn)營(yíng)以及支撐等方向進(jìn)行環(huán)境營(yíng)造。

（2）從常見(jiàn)城市場(chǎng)景需求設(shè)計(jì)出發(fā)，相關(guān)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考智慧城市的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并融合地域文化特色，開(kāi)展具有地方業(yè)務(wù)特點(diǎn)的業(yè)務(wù)版塊，例如政府治理、社會(huì)民生、基礎(chǔ)服務(wù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等特色版塊[4]。進(jìn)一步將智慧城市信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相融合，將程序框架按需求分類(lèi)匹配到各級(jí)業(yè)務(wù)域當(dāng)中。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可基于設(shè)計(jì)架構(gòu)與需求的內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)聚類(lèi)算法提高信息技術(shù)在框架上的依托，從而改變傳統(tǒng)需求適應(yīng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)引領(lǐng)需求的角色關(guān)系，提高信息系統(tǒng)在城市間的工作效率，擴(kuò)大影響范圍。以所提新型智慧城市信息系統(tǒng)的頂層智慧政務(wù)框架設(shè)計(jì)為例，可以較為直觀表述出各級(jí)政務(wù)服務(wù)的信息處理能力，梳理頂層智慧政務(wù)設(shè)計(jì)中關(guān)于典型業(yè)務(wù)的場(chǎng)景隸屬問(wèn)題[5]。以某城市通辦協(xié)作工作作為頂層智慧政務(wù)設(shè)計(jì)的典型場(chǎng)景，則設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 跨省通辦智慧政務(wù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)框架

從圖2可看出，政務(wù)工作仍作為活動(dòng)的主體，加入智慧信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，可使各階段政務(wù)工作模塊化、簡(jiǎn)約化，所有信息結(jié)構(gòu)可通過(guò)統(tǒng)一的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享，進(jìn)而極大提高政務(wù)工作效率。

3.2 智慧信息系統(tǒng)的底層支撐架構(gòu)

用于智慧城市信息系統(tǒng)的底層支撐框架應(yīng)當(dāng)涵蓋信息交互、場(chǎng)景引導(dǎo)、場(chǎng)景銜接、平臺(tái)接口和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等服務(wù)。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，智慧型信息系統(tǒng)的底層支撐服務(wù)屬于面向大眾的智能終端，可為市民提供更多信息交互環(huán)節(jié)及基礎(chǔ)服務(wù)。對(duì)于場(chǎng)景引導(dǎo)服務(wù)可將其視為在聯(lián)合衣食住行和娛樂(lè)購(gòu)物等場(chǎng)景的引導(dǎo)載體，通過(guò)將信息系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)化，得到一個(gè)涵蓋面廣使用環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單的智慧信息平臺(tái)[6]。場(chǎng)景銜接與場(chǎng)景引導(dǎo)大致相同，但具有更加細(xì)致的針對(duì)對(duì)象，可面向組成城市結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域、領(lǐng)域和服務(wù)對(duì)象，為其打造可互利互惠的橋梁。平臺(tái)接口是上述功能面向群眾的服務(wù)接口，主要負(fù)責(zé)整個(gè)信息系統(tǒng)框架的數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)以及管理服務(wù)等接口服務(wù)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用承擔(dān)對(duì)整個(gè)智慧信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與調(diào)用，是支撐整個(gè)框架的重要組成部分。

3.3 智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)

智慧城市通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施屬于穩(wěn)定整個(gè)城市智慧化運(yùn)行的前提條件，也是影響智慧信息系統(tǒng)框架穩(wěn)定的基礎(chǔ)保障。結(jié)合場(chǎng)景需求因素可將組成智慧城市信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備框架分為基礎(chǔ)通信運(yùn)營(yíng)保障體系、物聯(lián)感知和網(wǎng)絡(luò)通信等結(jié)構(gòu)。其中，物聯(lián)感知屬于連接信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)設(shè)施的渠道，主要由各網(wǎng)點(diǎn)的終端、聯(lián)網(wǎng)感知、紅外線感知以及藍(lán)牙感知等設(shè)備組成，可解決智慧城市信息系統(tǒng)對(duì)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與短距離傳輸?shù)葐?wèn)題[7]。網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)主要是以互聯(lián)網(wǎng)為主建立的公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)提供信息傳輸通道。而通信運(yùn)營(yíng)保障體系包括構(gòu)成智慧城市信息系統(tǒng)的通信運(yùn)營(yíng)設(shè)備、大數(shù)據(jù)中心、本地服務(wù)器等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為智慧信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的增刪改查、虛擬化計(jì)算等輔助功能。

3.4 智慧城市數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)

該部分屬于促進(jìn)城市智慧化運(yùn)轉(zhuǎn)與智慧信息頂層設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，該框架主要由數(shù)據(jù)的采集層、管理層以及輔助層組成，可對(duì)全市智慧信息系統(tǒng)各網(wǎng)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、整理和應(yīng)用等支撐。在數(shù)據(jù)采集層設(shè)計(jì)中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)共享交換、外部數(shù)據(jù)代入，內(nèi)部數(shù)據(jù)導(dǎo)出和感知采集等功能。管理層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增添、刪除、修改和查詢等工作。而輔助層主要負(fù)責(zé)整個(gè)智慧信息系統(tǒng)的輔助工作，即實(shí)現(xiàn)與第三方軟件銜接，為數(shù)據(jù)決斷提供計(jì)算方法，使調(diào)度數(shù)據(jù)具有可視化能力[8]。

3.5 智慧城市應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

該框架結(jié)構(gòu)屬于整個(gè)智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的價(jià)值體現(xiàn)。該系統(tǒng)框架主要涵蓋運(yùn)營(yíng)服務(wù)、運(yùn)行服務(wù)中心和公共服務(wù)平臺(tái)等模塊，能夠以城市實(shí)際場(chǎng)景需求為社會(huì)提供場(chǎng)景化服務(wù)。從智慧城市信息系統(tǒng)角度來(lái)看，應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)框架主要以“窗口”形式為主，是信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)面向用戶并為其提供交互服務(wù)系統(tǒng)之一，例如現(xiàn)階段的移動(dòng)支付、無(wú)人售貨、智慧交通和智慧引導(dǎo)等措施均屬于智慧城市信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)的體現(xiàn)。運(yùn)行服務(wù)中心可視為新型智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)應(yīng)用服務(wù)的保障模塊，能夠?yàn)橹腔鄢鞘腥姘l(fā)展提供資源整合與必要的保障服務(wù)。公共服務(wù)平臺(tái)主要承擔(dān)對(duì)頂層設(shè)計(jì)入口提供一個(gè)信息化平臺(tái)，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化技術(shù)向社會(huì)展示智慧支付涵蓋的業(yè)務(wù)申請(qǐng)、辦理、協(xié)同調(diào)度、辦理進(jìn)度以及結(jié)果等反饋工作流程，使所設(shè)計(jì)的智慧信息系統(tǒng)能夠更加貼合城市的實(shí)際發(fā)展。

3.6 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與運(yùn)營(yíng)保障服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

該框架設(shè)計(jì)主要負(fù)責(zé)對(duì)上述所提設(shè)計(jì)的合理性、可行性、科學(xué)性和適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)為系統(tǒng)框架不足之處提供臨時(shí)保障。該框架設(shè)計(jì)主要包括總體的基礎(chǔ)性指標(biāo)、頂層設(shè)計(jì)的軟硬件指標(biāo)、底層基礎(chǔ)技術(shù)與系統(tǒng)平臺(tái)指標(biāo)、場(chǎng)景需求指標(biāo)、實(shí)際投入使用與運(yùn)營(yíng)管理指標(biāo)以及面向社會(huì)應(yīng)用服務(wù)的指標(biāo)等內(nèi)容。在運(yùn)營(yíng)保障服務(wù)模塊中，需要對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)的落實(shí)與效益發(fā)揮情況進(jìn)行維護(hù)，例如對(duì)技術(shù)、資金、人才以及政策等方面的維護(hù)工作。從標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范角度出發(fā)，其指標(biāo)的獲取應(yīng)以城市實(shí)際情況為基礎(chǔ)，結(jié)合城市各場(chǎng)景對(duì)智慧頂層設(shè)計(jì)的需求構(gòu)建框架，以此得到的需求標(biāo)準(zhǔn)既可以作為框架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也可以作為約束框架的指標(biāo)，提高智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的功能適用性。

4 結(jié) 論

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)新型智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出面向大眾、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、服務(wù)和運(yùn)營(yíng)保障等5個(gè)方向的架構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，阻礙智慧城市信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)落實(shí)的主要問(wèn)題在于，各地所設(shè)計(jì)的應(yīng)用架構(gòu)均具有較高的理想化因素，即設(shè)計(jì)架構(gòu)存在與城市實(shí)際需求不符和技術(shù)缺陷等問(wèn)題。本文提出的信息系統(tǒng)依托場(chǎng)景需求，符合城市現(xiàn)狀，更能加快現(xiàn)階段智慧城市的建設(shè)。