系统思维下的新型智慧城市建设

文/王家耀

2016年4月19日，习近平总书记在网络安全和信息化工作座谈会上讲话时指出，要以信息化推进国家治理体系和治理能力现代化，统筹发展电子政务，构建一体化在线服务平台，分级分类推进新型智慧城市建设。同年10月9日，习近平总书记在主持中央政治局第36 次集体学习时又指出，要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用，以推进电子政务、建设新型智慧城市等为抓手，以数据集中和共享为途径，建设全国一体化的国家大数据中心，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务等协同管理和服务。2017年12月8日下午，习近平总书记在主持中央政治局就实施国家大数据战略进行第二次集体学习时强调，大数据发展日新月异，我们应该审时度势、精心谋划、超前布局、力争主动，深入了解大数据发展现状和趋势及其对社会经济发展的影响，分析我国大数据发展取得的成绩和存在的问题，推进实施国家大数据战略，加快完善数字基础设施，推进数据资源整合和开放共享，保障数据安全，加快建设数字中国，更好服务我国经济社会发展和人民生活改善。这是我们新型智慧城市建设的重要战略指导思想。

《马克思恩格斯选集》第三卷中指出：“思维即把相互联系的要素联合为一个统一体，同样也把意识的对象分解为它们的要素。没有分析就没有综合。”钱学森先生《论系统工程》当中有一段话，他说“马克思、恩格斯的辩证主义认为，物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一整体。辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其整体性的思想，也就是系统思想。”当前经济体系建设，要用这样的系统思维考虑和规划。

一、新型智慧城市的提出、内涵、目标与任务

新型智慧城市提出的背景就是由于数字城市到智慧城市建设过程中存在很多问题，这个问题的根本在于我们建设了很多信息孤岛，各个系统之间不互联互通，所以花了很多钱，构建了很多设备，但是效果不佳。所以，要加强城市规划和科学引导，有序推进。在这种情况下，国家发改委、中央网络办等25个部委在2016年5月份联合成立了新型智慧城市建设部级协调工作组，这个工作组主要是在新型智慧城市建设过程中进行顶层指导、监督和协调。

什么是新型智慧城市？它经历了三个阶段，包括数字城市、智慧城市和新型智慧城市。

数字城市是城市信息化发展初级阶段的产物。以城市信息基础设施（网络、数据）为支撑，采用GNSS、RS、GIS 技术，以可视化方式再现城市“自然、社会、经济”复合系统的各类资源的空间分布状况，对城市规划、建设和管理的各种方案进行模拟分析和研究的城市信息系统体系。

智慧城市通过互联网把无处不在的智慧传感器连接起来形成物联网，实现对物理城市的全面感知，利用云计算等技术对感知信息进行智能处理和分析，实现网上“数字城市”与物联网的融合，并发出指令，对包括政务、民生、环境、公共安全、城市服务、工商活动等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持。

2016年以后提出新型智慧城市的问题，什么是新型智慧城市？我认为是适应新型城镇化建设需要，以信息化创新引领城市发展转型，全面推进新一代信息通信技术与城市发展融合创新，加快工业化、信息化、城镇化、农业现代化融合，提高城市治理能力现代化水平，实现城市可持续发展的新路线、新模式、新形态。

新型智慧城市的目标就是要实现资源驱动发展到创新驱动发展的城市发展模式转型，以创新引领城市发展。实现“互联网+”、时空大数据、云计算等新兴信息技术与城市发展融合创新，提高科技创新能力，构建技术创新体系，消除孤岛现象。实现城市管理治理能力的现代化，促进城市可持续发展。这是我们新型智慧城市的基本目标。

新型智慧城市新在哪里？智在哪里？我提出三个方面，新理念、新思维、新方法。新理念是创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。服务化理念，一切为了服务，一切都是服务，以人为核心，成为新型智慧城市的基本价值取向。新思维是“互联网+”思维，（时空）大数据思维。要认识互联网、适应互联网、使用互联网，一切靠（时空）大数据说话、凭（时空）大数据决策。新方法是系统科学与系统工程方法。把新型智慧城市建设作为一个复杂巨系统工程。

建设数字城市相当于有了“车”、车上有了“货”；车要开动，货要流动，因此必须网络化（无线城市），相当于建设高速公路（信息高速公路），有了信息高速公路数据才能流动；但高速公路上也会产生各种问题（信息不能高效、有序、可控流动，信息不能共享、出现信息孤岛），必须有新理念、新思维、新方法，这就要建设智慧城市。新型智慧城市同智慧城市并无本质区别，只是更加强调智慧城市建设与工业化、信息化、城市化、农业现代化的融合发展。

数字城市是城市信息化的初级阶段，无线城市（网络化）是桥梁或纽带，智慧城市是城市信息化的高级阶段，新型智慧城市是新型城镇化条件下智慧城市水平的进一步提升。

二、新型智慧城市建设的基本原则和思路

新型智慧城市的总体架构，要体现前述新型智慧城市的内涵、目标与任务，由智慧信息基础设施层、智慧服务平台层和智慧应用层，以及政策、标准和安全等构成的保障体系所组成。

新型智慧城市建设首先要把握方向，智慧城市要尊重城市信息化发展的规律，绝不是三年两年就能完成的，要规划先行，示范引领。要打牢基础，推动新一代网络基础设施和时空大数据平台的建设，边建边用，注重实效，统筹协调。

基本的思路，我们提出了四个方面：一是以系统工程理论和方法为指导，探索建设新型智慧城市的最佳路径，创新技术架构、体制机制、建设运营模式，保证长期可持续升级发展。二是以智能感知、多源融合、开放共享、深度挖掘和智能服务为指导，探索构建时空大数据平台的技术体制，充分发挥其在新型智慧城市建设中的“大脑”作用。三是以新一代信息通信网络技术和天空海一体智能感知技术为支撑，探索充分利用物联网、大数据、云计算和“人-机”智能融合式时空大数据融合、分析、挖掘与可视化技术，以及智能服务技术，构建新型智慧城市建设的技术路线。四是借鉴吸收国内外智慧城市建设经验，结合我国实际，创新构建新型智慧城市建设的标准体系和网络空间安全监控体系，保证新型智慧城市建设和运行的安全、稳定、可行和高效。

根据新型智慧城市建设的指导思想和建设思路，我们提出新型智慧城市建设的技术路线。

三、新型智慧城市的“大脑”——时空大数据平台

为什么把时空大数据平台作为新型智慧城市的“大脑”，因为时空大数据平台是建立在互联网的基础上，建立在大数据存储分析的基础上，具有分析处理机制和应用机制。为什么要用时空大数据呢？因为大数据的时空统一是至关重要的，我把这几个方面综合为几句话，空间和时间一起，构成了运动着的物质存在的两种基本形式，没有什么时间和空间不存在运动中的物质，也没有什么运动中的物质不是在一定的时间和空间当中。任何大数据都是包括人类活动在内的自然和社会现象运动变化的产物，空间参照性和时间参照性是自然和社会形成的两个基本参照系统，任何事物和现象都离不开这两个参照，所以，也可以说没有什么时间和空间不存在大数据，也没有什么大数据不是在一定的空间和时间当中存在或者是流动的。因此，我们可以说所有的大数据从本质来讲都是时空大数据，我们把它简称大数据。

时空大数据的内涵是指基于统一的时空基准（空间参照系统、时间参照系统），活动（运动变化）于时间和空间中与位置直接（定位）或间接（空间分布）相关联的大数据。这样界定时空大数据是基于以下三个事实：一是，世界是物质的，物质是运动的，包括人类活动在内的万事万物的运动变化都是在一定的时间和空间中进行的，而所有的大数据都是世界万事万物运动变化的产物；二是，随着智能感知技术、物联网、云计算技术的发展，各个领域开始了“量化”的进程，这种一切皆可“量化”（数字化）的趋势导致了大规模海量数据的产生，而空间参照与时间参照是大数据的两个基本特征；三是，从可视化角度讲，正是因为一切大数据都具有空间参照与时间参照特征，所以才能直观地为人们提供大数据的空间位置、空间分布和时间标识。

时空大数据的类型和构成，一是时空基准数据，二是GNSS 及CORS数据。时空大数据的基本特征很多，位置、属性、时间、异构性、多样性、多维等等。所谓时空大数据平台，是把各种分散的（点数据）和分割的（条数据）大数据汇聚到一个特定的平台上，并使之发生持续的聚合效应。这种聚合效应就是通过数据多维融合和关联分析与数据挖掘，揭示事物的本质规律，对事物做出更加快捷、更加全面、更加精准和更加有效的研判和预测。从这个意义上讲，时空大数据平台是大数据的核心价值，是大数据发展的高级形态，是大数据时代的解决方案。具体的讲，首先来构建一个通用时空大数据平台，通过通用时空大数据平台+军用，构建一体化指挥的时空大数据平台、地理情报平台等。

对于时空大数据平台的构建，在基于网格集成与弹性云的“混合式”时空信息服务技术体制中，包括传感器（网）资源、计算资源、存储资源、数据资源、软件（功能）资源、知识资源等在内的信息资源都是以“服务”的形式分布在网络节点上的，服务提供者和服务享用者（两个角色可相互转换）也分布式部署在网络节点上，虽然它们都有特定的地域，所有服务都有“服务元数据”，而且都以标准封装“组件”形式注册或发布到注册中心，但总体来说分布是任意的或混沌的，特别是在服务范围很大、服务提供者和享用者很多，服务任务（要解决的问题）很复杂的情况下，就必须用协同论方法来组织、管理和实施。也就是说需要通过一种架构即面向服务的体系架构（SOA），将服务提供者、服务代理（注册中心，资源池）和服务享用者三个角色组织起来，实现系统从混沌走向有序（初级的）；需要通过工作流和服务链模型，将发布的所有“服务”进行自动匹配以发现“服务”，实现服务组合（聚合）以获得用户需要的结果，达到从低级有序到高级有序的目的。我想这个是引用了钱学森先生的思想。

基于这样的分析，我们提出构建智慧城市时空大数据平台的六大工程。一是构建一个开放的体系架构，强化功能开放应用；二是构建一个天地一体的信息服务网络，为实现范围更加广泛的信息资源共享与多层次多节点的协同工作提供崭新的运行环境；三是构建一个通用的功能平台，通过服务化封装，实现各类信息资源的高效调度、支撑信息服务的智能化；四是构建一个开放共享的城市信息服务“资源池”（数据体系），通过多源异构时空大数据的融合（聚合），形成一致性的数据集（全球一致、陆海一体、无缝连续），通过统计分析和挖掘，进一步提升治理体系和指挥决策的现代化水平；五是构建一个高效运行的组织管理指挥体系，实现信息资源的汇聚共享和跨部门的协调联动，为时空大数据平台安全可靠运行提供支撑；六是建立一套标准体系，保证时空大数据平台规范、有序、健康、安全、可持续运行。

结束语

城市是一个复杂巨系统，涉及到自然、社会、经济、人文等方方面面。智慧城市是城市这个复杂巨系统的数字化、网络化、智能化过程，是人的自然智能与计算机人工智能的深度融合，也是一个复杂巨系统，涉及到组织管理科学方法——系统工程。新型智慧城市由多个系统及其子系统组成，系统之间、子系统之间、系统与子系统之间有着密切的关系。因此，新型智慧城市建设必须遵循系统科学理论和系统工程的方法，这样我们才能得到应有的效果。