數字化轉型背景下物聯感知賦能城市精細化管理的發展路徑

摘要：在城市數字化轉型背景下，亟需面向城市精細化管理需求，夯實“物聯”底座、筑牢“數聯”組織、牽引“智聯”應用。通過物聯感知技術規范和場景管理關聯統籌需求的分析，解析物聯感知漏報和誤報的類型根源與診斷辨識，明確物聯知識庫升級和知識圖譜構建的方向路徑，通過賦予時空數字底座載體新概念和新內涵，破解物聯感知體系的現狀難題，提出了支撐數字化轉型的物聯感知賦能城市精細化管理發展路徑和方向，踐行可持續發展和高質量發展的新發展理念。

關鍵詞：數字化轉型；物聯感知；城市精細化管理；發展路徑

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2024.02.009

“一流城市要有一流治理，要注重在科學化、精細化、智能化上下功夫。”[1]2023年12月，習近平總書記在上海考察時指出，要全面踐行人民城市理念，在城市規劃和執行上堅持一張藍圖繪到底，加快城市數字化轉型，積極推動經濟社會發展全面綠色轉型，全面推進韌性安全城市建設，努力走出一條中國特色超大城市治理現代化的新路。[2]上海城市數字化轉型，要求“堅持整體性轉變、堅持全方位賦能、堅持革命性重塑”，打造“物聯、數聯、智聯”城市數字底座，構筑城市數字化轉型“新底座”，系統規劃“城市神經元系統”，實現城市要素的全面AIoT（人工智能+物聯網）化，加快推動城市形態向數字孿生演進。[3]“物聯”，作為城市數字底座的基底，是聯系物理世界與信息世界的重要紐帶，是構建城市數字孿生的神經末梢。[4，5]借助各種創新現代科技，以下游“城市末梢”智能感知每塊細小區域，經“神經元”匯集，傳送給最上游“城市大腦”，及時研判管理熱點難點和趨勢規律，能夠有效提升超大城市治理水平。

2021年3月，城市運行“一網統管”作為超大城市精細化治理的重要探索，被寫入國家“十四五”規劃，提出推進物聯網應用和智能化改造，以科技賦能不斷提升城市治理科學化精細化智能化水平。[6]8月，《上海市城市管理精細化“十四五”規劃》要求，圍繞治理要素“一張圖”，加快城市空間、城市部件、城市運行動態的數字化，推動物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）、地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）、建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）等多項技術統一集成的城市信息模型（City Information Modeling，簡稱CIM）建設，并做好數據全域全量匯聚和實時匯集更新。[7]9月，工信部等部門發布的《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021—2023年）》指出，隨著數字化轉型和智能升級步伐加快，物聯網已成為新型基礎設施的重要組成部分，以社會治理現代化需求為導向，積極拓展應用場景，提升社會治理和服務水平，符合“治理”數字化轉型目標要求。[8]10月，《上海市全面推進城市數字化轉型“十四五”規劃》指出，按照“統籌規劃、統一標準、共建共享”原則，構建完善“城市神經元系統”，圍繞生活、產業、城市需求，推動智能終端科學部署，實現地上、地下、空中、水域立體覆蓋，建設城市資源標識解析系統，編制標識體系、編碼目錄、解析規則，以城市時空底圖為基礎，全量接入各類智能終端，保障數字城市與物理城市的實時鏡像、精準映射。[9]2022年4月，住建部印發通知，要求以物聯網、大數據、人工智能等前沿技術支撐城市運行管理“一網統管”，加強對城市運行管理服務狀況的實時監測、動態分析、統籌協調、指揮監督和綜合評價。[10]作為“數聯”和“智聯”的基礎，在數字化轉型大背景下，針對城市精細化管理復雜場景應用，改變物聯感知體系“感知少規范、信息不精準、決策欠智能、底座未完善”的發展現狀，成為亟待研究的關鍵問題。

本文從物聯感知多方統籌、異常狀態診斷預防、物聯知識圖譜構建、時空底座融合完善等4個方面出發，通過分析物聯感知技術規范和場景管理關聯統籌的需求，解析物聯感知漏報和誤報的類型根源與診斷辨識，明確知識庫升級和知識圖譜構建的方向路徑，賦予時空數字底座載體全新概念與內涵，挖掘城市精細化管理中物聯感知的發展現狀和存在問題，給出相應的破解思路與方法，形成支撐數字化轉型的物聯感知賦能城市精細化管理關鍵路徑，如圖1所示。

一、物聯感知多方統籌

面向城市精細化管理的各個場景，進行全面、精準、適宜、安全的物聯感知，做實多源數據關鍵要素，以“物聯”階段的標準化，促進“數聯”階段的時效性，要從物聯組網技術規范、物聯感知終端標準、復雜場景統籌聯動、設備安全身份管理等多個方面入手，以頂層設計、統籌規范，有序推進物聯感知建設，盡快擺脫“感知少規范”的困境。

（一）從物聯感知技術規范角度來看

一是物聯網數據傳輸和組網技術眾多，諸如NFC、藍牙、Wi-Fi、ZigBee、LoRa、NB-IoT、2G/4G/5G等通訊距離、傳輸速度、功耗、延遲、成本各異。基于不同無線傳輸技術的物聯感知，缺乏面向廣域物聯應用的標準，亟需進行廣域物聯發展的頂層設計和統籌考量，從國家和地方政策層面，規范城市各領域和行業的物聯建設與應用融合，協調制定完善的系列標準，保證各領域和行業物聯感知的高質量發展，做到統籌兼顧、有序推進。

二是物聯終端感知對象多樣、品牌繁多、參數龐雜，報警、傳感、控制三類感知設備的型號參數、身份代碼、采集制式、數據格式、字段結構不一。在實際應用中，采用基于不同制式和廠家的感知終端，會導致物聯感知中臺的數據處理、數據聯動、信息整合的效率降低，影響決策管理診斷和實施的時效性，亟需對其格式、結構、指標、質量等多個方面，制定國家統一規范和通用標準，助力不同品牌同類感知產品的數據融合和實時應用。

（二）從場景管理實際需求角度來看

一是城市精細化管理場景復雜，園區樞紐、路橋隧道、街面樓宇、環衛河道等不同領域行業的應用場景多元。面向不同場景的物聯感知，應根據實際管理對數據時間空間的顆粒度要求，從頂層對感知終端在各場景的設備選型、規劃布局、現場布設、多源互聯、邊緣融合等進行協同部署，破除不同場景管理不聯動、同一場景感知不關聯的弊端。

二是海量的物聯感知設備，具有形態多樣化、設備架構異構化、設備標識差異化的特點，經常導致統一辨識困難。為實現對感知設備的無打擾清查和漏洞掃描管理，亟需從顯性、隱性設備標識符號橫向層次，從設備硬件、操作系統、應用軟件、應用環境縱向層次，統一設備標識體系，為海量感知設備指紋精準辨識提供指紋元標記，構建多方可信的設備指紋庫。基于設備影子技術、認證技術清查設備工況，及時識別并標注異常設備，判別仿冒、篡改、入侵等攻擊行為，提升安全等級。

二、異常狀態診斷預防

城市精細化管理場景的物聯感知設備，超長時間待機運行期間，受電路組件、實際工況、外部環境的影響，極易出現感知數據異常和設備故障，漏報、誤報、重復報時有發生。要從物聯網關管理優化、設備狀態清查、數據異常判別、設備異常診斷等多個方面入手，對漏報和誤報狀態和成因，及時發現、準確診斷、有效預防、管理優化，切實杜絕“信息不精準”的現象。

（一）從物聯感知漏報角度來看

一是城域物聯網覆蓋范圍廣、感知終端類型數量多、空間分布與布設分散，基于人工經驗的物聯網關建設，使網絡覆蓋存在盲區，導致物聯感知數據異常丟包的發生。網關各類參數、地上地下空中、室外室內分布、場景應用需要不同，亟需借鑒網格化管理模式，以網關布設與擴頻因子分配相結合，對網關配置管理與優化；從數據層面逆向分析指導網關布局，辨識與分析丟包異常數據，有針對性地優化網絡覆蓋與包碰撞，提升網絡傳輸性能和包交付率。

二是物聯感知終端運行中的故障和損毀，傳感終端設備會發生采集周期內數據缺失型漏報，物聯報警終端設備會發生該報未報的觸發型漏報。根據城市管理場景時效性、重要性、迫切性需求，對物聯感知終端上傳數據集設定周期性統計與分析，結合感知設備心跳檢測、狀態告警等輔助信息，由數據序列驅動感知設備的無打擾狀態清查，同時進行遠程參數同步配置、感知設備復位、人工現場維護等管理動作。

（二）從物聯感知誤報角度來看

物聯感知數據出現非字典定義數值、超出合理值區間等范圍異常，不該報而報、頻繁上報等狀態異常情況，其根源在于數據異常和設備異常兩類，這嚴重干擾正常信息感知與決策管理應用。

一是確定為數據異常時，對范圍異常型誤報，需要對物聯感知終端上傳數據集監測，診斷屬于常態性或一過性異常，并從數據異常追溯至是否存在設備異常；對狀態異常型誤報，則要根據場景管理的監測經驗，考量上報閾值和邏輯是否需要重新修訂，摒除上報敏感度過高的問題，同時調整上報周期，減少重復誤報的數量；

二是診斷是否設備異常時，則需要面向城市管理的具體場景，從時間和空間兩個維度，基于多源異構、多顆粒度冗余數據，進行融合和一致性處理，確定相適應的融合維度（時間、空間等）和粒度（小時、天、周等），將維度中表達各異、存在歧義的數據統一描述，并設計高辨識率誤報設備的異常檢測算法，對設備異常進行在線評測和精準診斷。

三、物聯知識圖譜構建

對城市管理場景、物聯網網關、感知終端等監測、管理和優化，進行多源數據時空維度特征提取和分析，實現標記異常模式、訓練檢測算法、在線精準辨識應用，要從物聯感知數據庫、信息庫、知識庫升級，城市管理場景內、跨場景關聯界定，時空圖譜解析賦能知識推理等多個方面入手，以“物聯”的數據組織、知識驅動、智能辨識，夯實“智聯”基礎，有效破解“決策欠智能”的難題。

（一）從數據庫升級知識庫角度來看

一是城域物聯應用集合了眾多城市管理場景，物聯感知數據體量巨大、關聯關系復雜，若匯聚存儲后直接調用，則數據應用效率低，先要合理構建城域物聯感知數據庫，根據物聯數據的調用頻度，區分冷熱數據，并以高擴展架構存儲，支持冷熱數據分級遷移和數據彈性組織。

二是融合感知數據、設備數據、業務數據、文件數據等，基于場景管理先驗知識，適配特定場景建立數據關聯關系和關聯模型，升級數據庫為信息庫，按照數據抽取規則動態執行抽取，并配合信息庫快速更新優化緩存，保證數據高效可用。

三是基于表示學習進行知識分析和推理，通過隱性知識挖掘、場景化知識投影、模型化知識轉換等系列方法，分類獲取不同場景下物聯感知動態監測的態勢風險因素等先驗知識集，提高對城市管理場景要素及其運行規律的認知能力，升級信息庫為知識庫，為管理要素運行態勢監測、風險預測、智能決策提供知識驅動的基礎推理能力。

（二）從物聯知識圖譜構建角度來看

一是物聯感知網關、感知終端、各類參數數據之間的關聯性分析與挖掘，決定了知識庫構建和應用的效率。城市管理場景物聯大數據價值密度低、時空顆粒度散亂，構建物聯本體庫和基于跨網關、跨終端、跨參數數據的高內聚知識圖譜，基于時間相依、空間相鄰、語義相似的關聯邏輯定義，構建城域物聯和場景級知識庫，完成實體抽取、關系抽取、屬性抽取和事件抽取方法，以及語義實體消歧、共指消解和多元語義關聯，支撐“物聯”階段的全域和局域知識推理。

二是“物聯”感知對接“智聯”建模，離不開大規模知識圖譜的構建和應用，知識庫的動態演化和更新迭代，需要面向城域物聯、跨場景關聯挖掘，拓展突破場景限制的時空知識圖譜，采用注意力機制有效選擇實體，從時空維度定義實體關聯關系，從時間、空間、語義屬性等三類特征獲取不同角度抽取組織信息，以知識驗證和自動凈化賦能時空圖譜對知識庫錯誤知識糾錯、衍生知識發現、缺失知識補充功能，提升“智聯”模型數據調用需求解析的準確率。

四、時空底座融合完善

作為數字化轉型基底的城市數字底座，是支撐管理要素全域標識、時空AI全面推廣、數字孿生感知和推演的核心載體，面向實際應用推動數字底座融合與完善，要從對象統一編碼映射、底座智能動態拓展、時動空靜底座本體、時空圖譜知識注入等多個方面入手，賦予時空數字底座全新概念與內涵，真正改變“底座未完善”的現狀。

（一）從數字底座融合構建角度來看

一是物聯感知將城市管理場景中的人、物、事等要素數字化，與二維、三維地理實體模型相結合，融合生成城市管理數字基底，要對管理要素和物聯設備類型分類、聚類，挖掘對象共性特征，以統一的編碼規則對兩者身份唯一標識，完成對象編碼和空間映射，并實現兩者在地理實體模型中的數字化匹配和表達，按照基礎屬性、集合屬性、位置屬性等不同維度組織，確保在數據接入、共享、調用時，管理要素、物聯設備、數據特征映射一致性。

二是物聯感知具有多源分布離散、數據顆粒度細、維護動態非周期等特點，在與二維、三維地理實體模型的一體化融合時，增加了空間基礎數據動態更新的頻率和難度。數字底座的建模、管理和更新，對多源離散地理實體和分層連續實體，均要具備二三維一體化、空間信息可拓展、地上地下空中可疊加的能力，以適應物聯感知大數據的接入、調用和展示，實現地理實體模型智能拓展、二三維一體動態更新、服務發布和按需組裝的“多形態、可擴展”。

（二）從時空底座完善應用角度來看

一是城市管理場景以實際應用為導向，物聯感知體系、場景管理全要素與城市空間地理實體模型，以動態實時、多源異構數據的在線加載、匹配融合和虛實映射，構建“時動+空靜”的時空數字底座。以城市管理業務、流程和要素的本體框架，理清城市管理實體與類的層次和屬性關系，通過語義標注本體內容與知識表達，挖掘實體與屬性結構化關系，完善并賦予時空底座數據抽取、特征凝練、信息交互、挖掘展示的全新概念與內涵。

二是面向城市管理場景，以時空數字底座為基底完善時空知識圖譜，符合城市管理全時空、全要素、全場景“智聯”應用需求。將知識圖譜資源描述框架（Resource Description Framework，簡稱RDF）、本體知識體系載體、城市數字孿生的核心，注入地理實體模型分類、知識圖譜三元組和圖模型數據組織過程中，以知識驅動時空數據組織和知識圖譜邏輯結構完善，實現時空底座知識圖譜時空知識、多元關系、多模態知識的高效清晰表達，形成以時空知識圖譜為基礎的時空數字底座標準體系。

五、結語

本文在數字化轉型發展大背景下，針對城市精細化管理復雜場景中物聯感知面臨的“感知少規范、信息不精準、決策欠智能、底座未完善”等問題，逐層解析物聯感知體系建設現狀與應對策略。從組網規范化、感知標準化、復雜場景統籌和安全身份管理，分析了物聯感知技術規范和場景管理關聯統籌需求；從網關管理優化、設備狀態清查、數據異常判別和設備異常診斷，解析了物聯感知漏報和誤報的類型根源與診斷辨識；從數據庫優化、信息庫關聯、知識庫推理以及時空圖譜賦能知識驅動，明確了物聯知識庫升級和知識圖譜構建的方向路徑；從對象統一編碼映射、底座智能動態拓展、時動空靜底座本體和時空圖譜知識注入，賦予時空數字底座載體全新概念與內涵。給出的破解思路與方法，形成了支撐數字化轉型的城市物聯感知體系賦能城市精細化管理的發展路徑。從數字化轉型發展全局視角出發，面向城市管理場景內和跨場景，著眼“物聯”功能定位、建設規范和發展格局，聚焦物聯感知體系統籌規劃、管理優化、定位升級和賦能載體，筑牢“數聯”科學組織、邏輯關聯和高效調用的發展基底，牽引“智聯”場景辨識、模型訓練、智能應用的結構布局，符合可持續發展和高質量發展的新發展理念。

說明：本文系上海市住建委技術攻堅項目“城區智慧建設運營管理技術與應用”（滬建科2021-002-027）、上海市科委項目“基于信息共享的大型樞紐智能協同與應急保障”（21DZ1203703）、上海市科委項目“面向新城智慧運行的數字協同與精細管理關鍵技術及應用”（22DZ1201502）以及上海市住建委科研項目“區塊鏈技術驅動的城市精細化管理數據治理應用體系研究”（滬建科2023-001-006）的階段性研究成果。

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Development Path of Internet of Things （IOT） Perception in Urban Fine Management under Digital Transformation

Zhang Yang

（Shanghai Urban-Rural Construction and Transportation Development Research Institute， Shanghai 200032， China）

Abstract： Under the background of urban digital transformation， it is urgent to tamp superior foundations of Internet of Things （IoT） and Digital Couplet， and lead to smart applications of Intelligent Couplet facing application demands of urban fine management. Based on analysis of technical specifications， scene connectivity， coordinate demand of IoT perception systems， this paper analyzes source types of misreport， 1 report， and diagnosis recognition as well. Through providing definition and connotation of spatial-temporal digital base， this paper solves existing difficulties of IoT perception systems and proposes corresponding development path and future direction to support digital transformation in urban fine management， which fit in with the new development concept of sustainability and high quality.

Key words： IOT perception; digital transformation; urban fine management; development path

責任編輯：王明洲