數據智能與區塊鏈在北京城市智慧治理中的應用*

北方工業大學 周萌，王昶，董哲

黨的十九屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中明確提出：十四五期間要著重提高城市治理水平。北京市認真學習并貫徹中央決策部署，始終把城市智慧治理作為社會治理重要理念，歷經“數字北京”“智慧北京”，正逐步向“新型智慧北京”邁進。

為全面推進北京市等特大城市治理能力現代化水平，傳統的技術方法與管理手段往往存在很大的滯后性與客觀性，難以應對特大城市的諸多風險與不確定性。隨著人工智能、大數據處理、區塊鏈等新一代信息技術的日漸成熟，如何借助現代信息化手段提升智能化管理水平，是當今城市智慧化治理中最為關注的難題。為充分感知城市“全息”信息，北京、杭州、廣州、天津、四川等地紛紛建設城市管理智慧平臺——城市大腦。大數據環境下，城市各部門、各行業多源的數據、信息與知識相互關聯、相互印證，通過城市實時精準的數據呈現，使特大城市治理問題從主觀經驗的“模糊控制”邁向數據驅動的“精確管理”成為可能。

一、北京智慧城市大腦建設現狀

北京作為特大型城市，已經形成“一核一主一副，兩軸多點一區”的城市空間結構，在北京城市大腦建設時需考慮地域廣、人口多、體量大等特點，采用以點帶面，多“腦”并行的策略，通過構建多區多場景應用平臺，對各市區諸多問題一一突破，再逐步集成，最終實現北京城市智能治理的整體升級。

面向北京“四個中心”“兩區三平臺”的戰略需求，海淀區整合區內各政務（包括交通、市容、環境、公共安全、社區等）系統，集成融合指揮和智能運營兩大模式，開發了“城市大腦”綜合系統，將海淀區13個委辦局的36個業務系統、1.2萬多路監控視頻、1萬多個物聯傳感設備接入海淀城市大腦。該系統匯聚海淀區全景地圖、實時監控畫面、各種數據以及突發事件等多類信息，每天處理視頻、圖像、結構化數據等16萬條數據。目前，試點內部分智慧社區已見雛形，可實現基本的人、車、設備設施的自動識別與采集，正計劃借助人工智能算法，以實現對城市安全治理、環境監測、交通管理、社區監管等諸多領域的“人-事-地-物-組織”自動識別、派轉、核實、考核等技能，提升海淀城市大腦的智慧。

北京城市副中心通州區為實現環境監測智能化改造與升級，構建了城市大腦-生態環境治理平臺，打通了城管委、住建、環保等多部門的信息平臺，接入超千路視頻、超千個大氣預警傳感器。以往工地施工現場揚塵監測、渣土運輸車管理等事項主要依靠人工篩查，效率低下，借助通州城市大腦，實現了對區域內各交通運輸、施工作業等的全天候自動識別，很大程度上解決了環境污染問題，實現了全方位數字化管理。

“十四五”期間，北京經開區的城市大腦將基于城市生命體理念，將散落在城市各個角落的政務數據、企業數據、社會數據、互聯網數據等匯聚起來，用云計算、大數據、人工智能等前沿技術構建的平臺型人工智能中樞，對城市進行全域的即時分析、指揮、調動、管理，從而實現對城市的精準分析、整體研判、協同指揮，幫助管理城市。

此外，北京市搭建了網格化城市管理系統，建設現代化生態環境監測網絡體系，搭建了重大活動安保指揮系統和智慧管控平臺，開展“城市生命線”實時監測物聯網應用示范工程等一系列重要舉措，通過對城市數據的感知預測與風險評估，提高城市應急管理能力，在應對新冠病毒疫情期間發揮了重要作用。

二、北京城市治理目前存在的主要問題

北京市作為特大城市具有占地面積廣、常住人口數量眾多、市民成分繁雜、訴求多種多樣等特點，由于時空跨度大、影響因素多、社會影響大，在城市治理過程中往往存在著深度的不確定性及模糊和模棱兩可的復雜問題。大數據時代的到來為人民的實時深度交互和相互學習提供了契機，可以使個體智能通過充分的“人-機-物”交互實現指數級增長，達到群體智能的效果。依托北京城市大腦系統，可以全方位的感知城市信息，但同時也帶來了巨大挑戰與困難。具體表現為以下方面：

（一）數據來源多樣化、異構化又存在“信息孤島”

為提升北京全方位治理能力，智慧城市大腦的數據來自各行業系統和城市基礎庫，涵蓋交通、醫療、樓宇、電網、農業、安防、環保、旅游、教育、水務等諸多領域，呈現出數據來源多樣化的特征；但由于數據信息的來源渠道廣，數據資源整合的難度大，“信息孤島”現象依舊存在。

隨著大數據、人工智能技術的發展，為了精確的感知城市信息，從智慧城市到智慧社區乃至智慧家電，都離不開物聯網、智能傳感器的身影。這些傳感器既包括各種視覺感知設備，也包括地下管網中各種專業的傳感器等，不同領域不同需求的物理網設備進行數據采集的過程中，由于傳感設備、視頻監控、移動設備、非傳統IT設備等通信協議與標準不一致，呈現出明顯的數據類型異構化。

（二）數據規模海量化又存在知識稀疏化

隨著城市大腦的不斷完善與發展，城市數據資源體量巨大但有價值的信息密度低，呈現出數據規模海量化，但知識稀疏化等特性。城市大腦大數據中不僅包含數據和信息，同時也隱含著豐富的規律和知識，但目前大數據檢索、信息提取自動化程度較低。城市大腦對采集到的數據信息僅能進行簡單的存儲與分析，而對數據背后隱藏的規律等知識的提取缺乏有效的技術手段，針對與空間相關的數據挖掘的技術難度更大。

現階段切實可行的數據篩選、語義理解、語義關聯等技術還無法直接面向大數據應用，導致大數據中的規律和知識無法被充分利用。未來，面對人類可持續發展的九大問題——健康、能源、氣象預報、氣候變化、災害應急預測、水資源、可持續農業、生態環境和生物多樣性等，如何充分借助城市大腦數據進行深度的挖掘、整合和分析，尋找切實可行的答案則顯得尤為重要[8-10]。

（三）城市治理數據缺乏安全可信監管機制

智慧城市在建設發展過程中運用了大量的企業數據和個人數據，數據的安全、數據價值的充分釋放引起了研究者的廣泛關注。目前基于云計算、大數據等技術的計算模式雖然可以集聚強大的運算能力，但是通過這種不斷中心化的模式，使企業對用戶信息實現了完全的壟斷，這種壟斷不僅無法滿足政府部門的監管需求，而且無法打消使用者對于安全和個人隱私的顧慮，甚至對于企業本身來說，也陷入無法自證清白的處境。為了保證安全性，目前不同部門不同行業之間的數據存在天然的鴻溝，信息難以共享。如何構建可信的監管機制，保證數據安全性，不被竊取與任意篡改，最大化的實現數據共享，將是實現北京城市治理現代化的重要課題。

此外，城市治理數據應用采用開放的分布式計算和存儲框架。新技術、新架構、新型攻擊手段帶來新的挑戰，使得目前的安全保護手段存在嚴重的不足。大數據平臺處理環節多，需要針對數據采集、傳輸、存儲、處理、交換和銷毀等生命周期各階段進行安全防護，在不同階段采取適合的安全技術保護機制。數據共享和流通是大數據發展的關鍵，但是在很多大數據應用場景中，存在數據所有權不清晰的情況，這均是未來北京城市治理現代化建設的重要內容。

三、數據智能與區塊鏈技術賦能北京城市治理新方向

未來，北京等特大城市治理針對海量異構城市治理數據標準不一致、數據語義知識挖掘難、安全性尚未得到保證等問題，充分借助數據智能與區塊鏈技術，可圍繞如下方面展開研究。

（一）基于多模態信息融合技術的海量異構數據分析與挖掘

由于城市治理數據具有海量、異構、多模態、知識稀疏化特性，如何從數據成分中挖掘出有價值的知識，并用來輔助城市治理現代化建設，是當前亟待解決的關鍵難題。多模態數據融合技術能從不能維度對數據特性進行分析與處理，經歷了“數據融合→信息融合→知識融合”的路徑，有助于知識的提取，信息融合是數據融合發展到一定階段的擴展，知識融合是對數據融合與信息融合的提煉與升華。

針對城市治理數據規模海量但知識稀疏的特性，研究新型多模態數據融合算法，充分利用多模態信息之間的互補性，獲取城市治理過程中更完整、更好的特征表達，實現跨時間尺度與空間維度的多模態數據特征融合與數據背后隱藏價值的深度挖掘，為后續治理決策的制定提供基礎。

（二）基于數據與知識相融合的城市治理智慧決策方法

當前，借助于人工智能技術，大數據智能正從傳統示范教學的監督學習推理方法，向數據驅動的知識挖掘方法邁進。未來基于大數據與人工智能有機結合的關鍵技術，基于數據驅動與知識融合的方法，將成為賦能北京現代化治理的重要手段。探索數據驅動和知識引導相結合策略，對海量數據與知識加以分析并構建相應的分析模型，進一步結合決策支持系統，有助于增強對城市治理問題的分解與處理能力，解決以往擁有海量數據卻無法根據該數據形成相應的治理決策的問題，進而提升“數據-知識”相融合的閉環體系架構下城市治理風險管控能力。

（三）基于區塊鏈的城市治理數據安全可信監管體系

城市治理海量數據的安全保障問題至關重要，隨著人們安全意識的不斷增長，公民對個人隱私的保護也越來越重視。智慧城市在建設發展過程中運用了大量的企業數據和個人數據，數據的安全、數據價值的充分釋放引起了研究者的廣泛關注。區塊鏈作為一種建立信任和價值的分布式系統，具有分布存儲、不可篡改、多方維護、智能合約等特點，在城市治理現代化建設過程中的政府有效監管等應用領域也展現出得天獨厚的優勢，目前已被高度重視。

基于區塊鏈技術，建立創新性協作關系的信息化智能可信平臺，搭建可信共享的分布式數據架構，使治理體系內的數據內容一致可信、流程高效靈活、過程可回溯，形成有效維護數據安全的新機制，以提升北京市城市治理能力的數據智能水平。但是受限于多方數據獲取不充分、數據來源不完全、數據信息不可靠等問題，目前真正實現技術落地的較少，在數據共享機制、背書策略、共識機制等方面尚存在諸多研究難題，借助新興的聯盟區塊鏈技術在城市數據庫中選定若干數據采集基站，組成智慧城市大數據存儲聯盟鏈系統，將有望實現各部門的數據共享。

四、總結

綜上所述，為提升北京市城市治理能力現代化，需要借助云計算、物聯網、大數據、數字孿生等新興信息技術，實現城市治理實時精準的數據采集、融合與分析，借助數據智能與知識融合的策略，提升北京城市治理現代化決策水平。借助區塊鏈技術打通政府、企業、居民之間的信息鴻溝，實現跨行業跨領域跨部門的信息共享，實現城市治理從數字化到智能化再到智慧化的演化與發展。

相關鏈接

區塊鏈是一個信息技術領域的術語。從本質上講，它是一個共享數據庫，存儲于其中的數據或信息，具有“不可偽造”“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等特征?；谶@些特征，區塊鏈技術奠定了堅實的“信任”基礎，創造了可靠的“合作”機制，具有廣闊的運用前景。

2019年1月10日，國家互聯網信息辦公室發布《區塊鏈信息服務管理規定》。2019年10月24日，在中央政治局第十八次集體學習時，習近平總書記強調，“把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”“加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”。“區塊鏈”已走進大眾視野，成為社會的關注焦點。

區塊鏈起源于比特幣，2008年11月1日，一位自稱中本聰(Satoshi Nakamoto)的人發表了《比特幣:一種點對點的電子現金系統》一文，闡述了基于P2P網絡技術、加密技術、時間戳技術、區塊鏈技術等的電子現金系統的構架理念，這標志著比特幣的誕生。兩個月后理論步入實踐，2009年1月3日第一個序號為0的創世區塊誕生。幾天后2009年1月9日出現序號為1的區塊，并與序號為0的創世區塊相連接形成了鏈，標志著區塊鏈的誕生。

近年來，世界對比特幣的態度起起落落，但作為比特幣底層技術之一的區塊鏈技術日益受到重視。在比特幣形成過程中，區塊是一個一個的存儲單元，記錄了一定時間內各個區塊節點全部的交流信息。各個區塊之間通過隨機散列(也稱哈希算法)實現鏈接，后一個區塊包含前一個區塊的哈希值，隨著信息交流的擴大，一個區塊與一個區塊相繼接續，形成的結果就叫區塊鏈[6]。

什么是區塊鏈？從科技層面來看，區塊鏈涉及數學、密碼學、互聯網和計算機編程等很多科學技術問題。從應用視角來看，簡單來說，區塊鏈是一個分布式的共享賬本和數據庫，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護、公開透明等特點。這些特點保證了區塊鏈的“誠實”與“透明”，為區塊鏈創造信任奠定基礎。而區塊鏈豐富的應用場景，基本上都基于區塊鏈能夠解決信息不對稱問題，實現多個主體之間的協作信任與一致行動。