基于云计算的智慧城市运营脑

● 文 | 1.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 2.地球空间信息技术协同创新中心 李德仁

一、智慧城市及其应用

1.智慧城市的概念

智慧城市是在数字城市建立的基础框架上，通过物联网将现实世界与数字世界进行有效融合，自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状态和变化，由云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制，为经济发展、城市管理和公众提供各种智能化的服务。

智慧城市的内涵是数字城市、物联网与云计算三个概念的融合。即：智慧城市=数字城市+物联网+云计算。

智慧城市对经济转型发展、城市智慧管理和大众的智能服务具有广泛的前景，从而使人与自然更加协调发展。智慧城市是智慧地球的重要组成部分。

2.智慧城市的应用

城市的主要职能包括生存繁衍、经济发展、社会交往和文化享受。按照这四个职能，智慧城市让城市智能化。在生存繁衍方面，实现智慧安防、智慧环保、智慧能源、智慧城管、智慧养老、智慧国土规划、智慧社区、智慧家居，让人有更好的环境生存繁衍；对于经济发展，可以推动智慧制造、工业互联网、物联网、物流等；在社会交往方面，有智慧交通、购物、社会综合管理；在文化享受方面，可以考虑智慧户外流媒体、智慧教育、智慧旅游等。

智慧城市的本质在于信息化与城市化的高度融合。作为经济转型、产业升级、城市提升的新引擎，智慧城市将极大地提高民众生活的幸福感，提升企业经济竞争力和城市可持续发展能力。

山西省太原市在建设智慧城市国家示范市方面走在了前面。2012年武汉大学在太原市创立“太原市智慧城市研究发展中心”；2013年太原市联合武汉大学申请并获得国家“863计划”智慧城市（二期）重大项目“城市信息多层次智能决策关键技术与系统”，并在太原市示范应用；以“863”团队为核心帮助太原市参与申请并获得国家科学技术部、国家住房和城乡建设部、国家工业和信息化部和国家测绘地理信息局等多个部委智慧城市示范试点城市。

图1 太原市多传感器组成的传感网

在太原市初步建立了地下管网、交通、环境、气象等多传感器组成的传感网（见图1）。利用多传感器监测、收集城市多种运行数据，并对各种城市运行数据进行分析、处理，使决策过程智能化。

二、基于云计算的智慧城市运营脑

智慧城市需要一个基于云计算的运营脑来管理即智慧城市运营脑（smart city operation brain，SCOB）（见图2），由市级主管领导牵头，成立智慧城市运营中心（SCOC），任命城市首席运营官（COO），下设首席信息官（CIO）联席会议委员会和SCOC管理办公室，管理四大部门：城市信息技术（IT）的运维中心、大数据中心、城市运行监控与指挥中心、智慧城市服务中心。

图2 智慧城市运营脑架构图

SCOB的职能包括：参与和审核智慧城市的顶层设计；规划和审核各行业信息化发展的总体目标、框架、任务、运营管理机制等；相关政策法规与标准的制定；负责城市信息资源整合与共享；城市运营的集中监控；多部门协调与指挥；促进面向社会的大数据开放应用、服务于交易体系的形成等。基于开放的云架构构建智慧城市 运营中心总体架构，如图3所示。

图3 基于开放的云架构构建智慧城市运营中心

1.智慧应用建设

智慧应用建设以智慧城市建设为核心，围绕智慧政务、智慧民生和智慧产业三个方向，涵盖公共视频采集与共享、建筑能源、智慧能源、公共信息平台、无线网络、传感网络、智慧社区、智能交通、市政园林绿化、饮用水源地保护与水质监测、智慧医疗、花卉苗木、垃圾管理、智慧景区、城市照明和空间数据等具体应用（见图4）。

图4 智慧城市应用

2.公共信息云服务平台

智慧城市应用建设的核心是公共信息云服务平台（见图5）。智慧城市时代IT的合作围绕大数据开展。数据采集、加工、存储、清洗、挖掘、决策、控制与利用服务，形成智慧城市中的大数据生态。

基于大数据共同实现城市运行监控与指挥调度的城市运行指挥与应急中心（见图6）。智慧服务中心将政府治理的模式从管理走向服务，传统的政府IT信息化架构将被“云—端”互动的智慧城市所取代。

图5 公共信息云服务平台

图6 基于大数据共同实现城市运行监控与指挥调度

3.实时地理信息系统（GIS）

实时GIS支持智慧城市中无所不在的传感器流数据的接入，动态实时分析并作出决策支持。武汉大学吉奥信息技术有限公司开发了一个实时GIS平台——GeoSmarter。GeoSmarter是智慧时代的一个地理信息软件，实现了实时数据接入、实时数据分析和推理、动态数据管理，提供动态信息服务，最终实现感知、认知和行动的一个大脑感知识别的过程。

4.智慧城市运营脑

智慧城市是一把手工程，需要根据每个城市特点做好顶层设计和整理规划，建立智慧城市运营中心和运营脑，并组织实施。智慧城市运营脑具有顶层设计、制定标准规划、数据共享、监控功能，具有统一开放的云构架，以公共信息的云平台为核心，把云的基础设施、数据、平台、软件作为服务，上下关联起来，关联底层的数据，关联上层的应用，形成一个数据采集、加工、储存、清洗、挖掘、应用、反馈的生态链。但与此同时，智慧城市的大数据问题也带来新的机遇和挑战，需要抓好技术创新攻关研究，才能拉动数字服务产业发展，更好地实现“互联网+智慧城市”的各种智慧应用。

5.智慧城市运营中心

智慧城市的心脏是运营中心，是城市大数据的资源池、城市物联网的枢纽和城市运营监控与指挥中心，能对城市运营数据全面感知，实现跨部门、跨区域、跨系统的高效协同与应急响应。智慧城市运营中心是面向社会企业与公众的服务平台，能降低城市信息化建设与运维的成本，最大程度降低政务成本、提升城市效率。

6.智慧监管平台

智慧监管平台旨在实现对城市“人、车、路、企、环境”的全面监控。以“车”为本，对公共营运客车、旅游大巴、渣土车、危险品运输车、混凝土车、普通货车进行监控。落实到“人”，对重点车驾驶人、失格驾驶人、违法大户驾驶人，酒驾毒驾驾驶人、精神病驾驶人进行监控；督查到“企”，对企业车辆驾驶员进行事故违法监管，并下达整改指令，与城市管理委员会、城市交通运输管理处、城市客运交通管理处互通信息，共享情报，共同监管；治理到“路”，对城市危险道路，事故违法高发道路、施工道路、桥隧等进行监管，严防拥堵、事故发生；严控“环境”，对城市易发大雾、结冰、渍水道路进行实时监控，对异常事件进行实时预警，保障人民群众生命财产安全。

采用智慧监管应用，以武汉市为例，2017年11月到2018年4月，全市共查处毒驾100余起，违法大户900余人、黄标车1500余辆、渣土车超速50余起、整治危险路段100余条，生成报表600余份。

7.SCOC模式创新，再造电子政务新平台

通过SCOC模式创新，再造电子政务新平台，使政府治理通过基于实证的事实而不是主观意志或受利益集团的影响。

在城市运行方面，将实现可视化、可控化、智能化、可预测及可量化评估与持续优化。政府将因之变得更加开放和负责，并更有效率，从而最大程度地降低行政风险。

对于企业而言，能够通过大数据重组生产资源，改良商业模式，获得更大效益。

对于市民而言，智慧服务将贯穿“出生、医疗、教育、就业、婚育、养老、殡丧”等人生全过程，提升城市居民幸福感。

以武汉市为例，其充分利用云计算、大数据等技术，参照国内外已开通的政府公开数据服务平台，结合武汉市的应用特点和具体需求，形成了简称“六个一”的公开数据服务平台，含48个部门，700余种服务数据。按照“一套标准、一朵云、一个中心、一张图、一站式、一种模式”原则，将各部门数据传送至数据监控管理中心，进行大数据挖掘，实现公共服务（见图7）。数据从各行各业上传至平台，经过中心管理变成有序的数据，运用大数据进行挖掘，然后做服务和智能管理，创造价值。

三、结论与展望

智慧城市是基于数字城市、物联网和云计算建立的现实世界与数字世界的融合，以实现对人和物的感知、控制和智能服务。智慧城市的实现需要建设更加完善的信息和空间信息基础设施，才能保证各种智慧城市的应用能够用得好，用得起。在根据每个城市特点做好顶层设计和整体规划的基础上，建立智慧城市运营中心和运营脑，推动每个城市发展，形成技术链、数据链、价值链。智慧城市建设中将产生的大数据问题既是下一个大的科学前沿问题，也是推进智慧城市发展的源动力，需要有针对性地加快有关大数据的技术创新和攻关研究，推动和加速智慧服务产业的发展，更好地实现互联网+智慧城市的各种智慧应用。在建设智慧城市的同时，要根据智慧城市建设中发现的问题，升级改造现实城市的实际规划、建设，助力城市更加科学、高效、低碳和安全发展，使智慧城市真正造福于人民大众。