大数据支持下智慧城市架构的研究

聂燕敏，吴红乐，陈刚

（河北金融学院，河北　保定　071051）



大数据支持下智慧城市架构的研究

聂燕敏，吴红乐，陈刚

（河北金融学院，河北保定071051）

摘要：随着城市信息化与大数据技术的快速发展，智慧城市逐步成为全球未来城市的发展趋势。文章详细阐述了智慧城市的发展现状和国外智慧城市带来的国际经验，研究了建设智慧城市所需的关键技术。最后通过以上分析，设计了符合河北省实际情况的智慧城市架构，为大数据时代智慧城市的建设提供技术支持和理论指导。

关键词：大数据技术；智慧城市架构；关键技术

2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，从此掀起了智慧城市的研究热潮。国外对智慧城市的研究比较早，形成了相对比较完整的研究体系，取得了很多研究成果。国外许多国家和地区都提出了“智慧城市”建设战略，尤其是欧洲、美国和亚洲等，如美国的“智慧地球”、欧盟的“智慧城市和社区计划”、韩国的“智能首尔2015”计划等。我国虽然对于“智慧城市”的研究起步稍晚一些，但是发展的速度相当惊人。2012年12月5日，我国正式发布了“关于开展国家智慧城市试点工作的通知”，其中河北省第一批试点就涉及6个市。随后，河北省众多学者和相关机构围绕“智慧城市”相关理论、技术体系等方面在城市建设的各个领域进行了广泛的研究和探索，取得了较为可观的成果，为河北省智慧城市建设实践奠定了坚实的理论基础。但是，城市智慧化是一个艰难且漫长的过程，随着大数据时代的到来，智慧城市的核心已经转变为如何利用大数据技术推动智慧城市向更加智慧、更加科学、更加高效的目标迈进。因此，研究大数据支持下智慧城市的架构的构建，为我省全面实现智慧城市提供理论基础和技术支持，具有很强的实践意义。

1　智慧城市的发展现状

1.1智慧城市的理论内涵

随着中国城市化进程的不断推进，能源紧缺、交通拥堵、环境污染等问题也越发凸显。智慧城市的建设是城市信息化过程以及人类社会发展过程的必然产物，有利于解决城市发展带来的一系列问题，有利于提升城市信息化水平，有利于促进国家可持续发展。智慧城市建设必须依靠信息技术的飞速发展，正是由于云计算、大数据及物联网技术的日趋成熟，才使得智慧城市的建设成为可能。云计算的分布式处理能力，大数据技术的信息处理能力和物联网的智慧感知能力，都能够提升城市管理和运转效率，提升城市人民的生活质量，促进城市的可持续发展，使人们真正感受到建设智慧城市带来的便利。

1.2智慧城市建设的国际经验

国外对智慧城市的研究要早于国内，比如：2008年11月，IBM在纽约提出了“智慧的地球”这一理念。2009年，迪比克市与IBM合作，建立美国第一个智慧城市，利用物联网技术，在一个有6万居民的小区里将城市公用资源连接起来，监测、分析和整合各种数据以做出智能化的响应，更好地服务市民。欧盟的“Fireball协同行动”于2010年5月在第七个科技框架下启动，共有5个核心试点城市，包括荷兰阿姆斯特丹的智慧能源，英国曼彻斯特的智慧远景，葡萄牙里斯本的智能电网的商业生态系统，西班牙巴塞罗那的数字空间与ICT结合，提高城市生活质量，芬兰赫尔辛基的未来开放网络创新生态系统。2009年，日本推出“I-Japan智慧日本战略2015”，旨在将数字信息技术融入生产生活的每个角落，目前将目标聚焦在电子政务治理、医疗健康服务、教育与人才培养三大公共事业领域。从这些国际案例中可以总结出一些经验：（1）智慧城市建设的推进主要依靠政府的支持。因此，我国政府要做好智慧城市建设的顶层设计，制定出一套强有力的政策，从而推进智慧城市的建设。（2）智慧城市建设要注重服务的智慧性，要注意保障民生，尤其是要保护生态环境，坚持可持续发展。（3）要充分取得群众力量的支持和信任，鼓励人民的主动参与，同时加入竞争机制，提高智慧城市建设的效率，加快步伐。（4）各个城市要因地制宜，一切都要从自己的实际出发。因此，河北省建设智慧城市要结合自己的实际，抓住京津冀一体化发展的大好机会，统观全局，有计划、分步骤地有序推进。

2　智慧城市建设关键技术介绍

智慧城市的概念强调更透彻的感知、更深度的互联互通、更广泛的智能应用，正是由于物联网、云计算和大数据等新一代技术的飞速发展，才使得智慧城市建设成为可能。智慧城市数据源的采集获取、数据管理与存储、分析功能和业务应用等技术都与传统的信息化城市有所不同。下面简要介绍一下智慧城市建设的关键技术。

（1）物联网技术。物联网这个概念，美国早在1999年就提出来了。物联网的发展给智慧城市的建设提供数据采集支持，它通过RFID、红外感应器等信息传感设备，将智能终端连入互联网，从而为实现智慧交通、智慧医疗、智慧旅游等提供了技术支持，因此有人提出 “处处是终端”的说法。物联网使得人、机器之间的互联互通，世界无线研究论坛曾预测，到2017年，地球上将有大约7万亿传感器为人们提供服务。

（2）云计算技术。云计算是分布式计算（Distributed Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物，是一种全民参与的模式，它的计算、存储和交互能力是动态可伸缩的，而且是以服务的模式进行的。云计算的计算和存储能力都被隐藏起来，对用户都是透明的，用户只需要知道自己对信息服务的需求就行。而具体的功能实现时虚拟化的城市数据中心、大量的异构服务器等设备，从而，实现最大程度的信息统筹和共享。

（3）大数据技术。大数据目前已经出现了多类新型技术，为大数据采集、存储、处理提供了有力的保障。大数据拥有Volume容量大、Variety种类多、Velocity速度快和价值密度低Value四个特征。海量的各类数据，如：大量博客信息、物联网数据、空间数据、3D数据等，被采集、存储、分类、挖掘和分析，对复杂事件作出智慧的决策。正是由于大数据技术的发展，才使得同源异构数据的集合与共享成为可能。

大数据技术可以对大量的、多源异构数据进行深入的数据分析和挖掘，可以发现一些潜在规律或关系。比如美国有专家利用大数据挖掘技术，通过对超市数据进行分析，得出啤酒和尿布同时出现的概率特别大的规律。同样的，大数据技术也可以为智慧城市的建设提供服务，比如智慧交通、智慧医疗、智慧金融、智慧农业等。智慧城市建设过程中，可以将大数据技术与各个行业业务深度融合，为各领域的分析决策提供支持服务。大数据技术可以帮助智慧城市建设过程中产生的类似多源数据进行关联分析、数据建模、数据仿真、数据报告等服务。在智慧城市中综合各行业和大数据技术，形成趋势预测判断和数据共享等功能，为智慧城市的各行业的互联互通、创新社会高效管理、社会良性竞争与经济可持续发展提供技术支持，大数据分析决策与优化是新型智慧城市的核心，是提升智慧城市“智商”的关键。

3　智慧城市架构

3.1智慧城市架构的重要性

智慧城市信息技术发展到一定阶段的必然产物。智慧城市的建设特别依赖与国家和政府政策支持和顶层设计，只有有了整体的发展规划和蓝图，才能使得各个城市信息化建设实现资源共享，避免出现各个部门各自为政，形成信息孤岛。因此，智慧城市建设必须要从局部走向系统，从参差不齐走向标准化，这就需要设计合理的建设架构。

河北省第一批智慧城市试点就有6个，随着京津冀一体化的大力推进，构建适合河北自身的智慧城市建设的总体架构显得尤为迫切，因此，经过充分的前期调研和分析，构造出河北省智慧城市总体架构，参考前期学者研究成果的基础上，加入了生态环境和可持续发展的发展理念。

3.2智慧城市架构的研究现状

国内外研究学者对智慧城市建设也作了深入研究，但其理论架构研究相对比较少，经过分析总结，具有代表性的是：Komninos强调在智慧城市建设中要将信息技术和区域创新系统紧密结合，将其理论架构分为3个层次：智慧城市基础架构层，组织云端层，技术云端层。许庆瑞等进行了更为详细地划分，提出了三层四柱的理论架构；张陶新等将城市分为四层基本结构：智能感知网络、信息资源中心、运行管理应用层及公共服务中心；袁峰等将智慧城市架构为四个层次：感知层、传输层、知识层和应用层。以往部分研究学者有的只是把其中的一个或两个方面进行细分，大多是基于技术性层面，没有考虑符合本地实际的社会因素、生态环境和可持续发展等方面。

3.3河北省智慧城市架构的设计

智慧城市的理论架构能够让我们清晰地了解智慧城市的实现路径，有助于我们对智慧城市有一个宏观把握。参考国内外学者研究的架构，结合我省实际情况，加入了社会因素和生态环境保护因素，将智慧城市理论架构设计为4层。第一层为信息感知层；第二层为数据传输层；第三层为服务层；第四层为应用层，并且在智慧城市可持续发展和系统信息安全的前提下进行设计。智慧城市的总体架构主要由获取数据的感知层对信息进行传输交互的传输层层，提供海量数据存储、实时分析和处理的服务层，以及面向最终用户的应用层组成，如图1所示。

图1　智慧城市总体架构

4　结语

目前，国内外城市都在积极参与建设智慧城市。但是，我们要在保障民生的前提下，在保护生态环境、可持续发展和信息安全的前提下，实现智慧城市的建设工作，这样不仅能提升城市的经济和政治实力，还可以促进社会和文化的繁荣发展。比之城市发展的其它各种形态，智慧城市是城市发展的更完美的形态。切合实际的智慧城市架构可以帮助城市实现“经济—社会—生态”的全面可持续发展，最终满足居民生活的安全感和幸福感。本文提出基于大数据的智慧城市的架构，为未来的智慧城市建设提供一定的理论参考。但是，智慧城市的实现，需要进一步建设更加完善的信息基础设施，需要维持智慧城市运营的更多的技术支撑。因此，智慧城市的建设还在路上，需要我们继续努力。

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［6］邱景富.大数据技术在信息系统中的应用［J］.中国新通信，2014（18）：27.

Research on Big Data Supported by Wisdom City Architecture

Nie Yanmin, Wu Hongle, Chen Gang
(Hebei Finance University, Baoding071051, China)

Abstract：With the development of city information technology and big data technology rapidly, Smart city has gradually become the development trend of all world’s city in the future. In this paper， describes the development status of smart city and the international experience of foreign smart city in detail, studiesthe key technologies needed to build smart city. Finally, through the above analysis, designsthe smart city architecture in line with the actual situation of Hebei Province, provides technical support and theoretical guidance for the construction of smart city in the era of big data.

Key words：big data; smart city architecture; key technology

基金项目：2015年度河北省社会科学发展研究民生调研专项课题；项目名称：大数据支持下智慧城市架构的研究；项目编号：201501113。

作者简介：聂燕敏（1984-），女，河北邯郸。