基于大数据的智慧城管设计方案

文/周宏成 陈佳松

1 概述

随着物联网技术和大数据技术的快速发展，国家对城市管理信息化的要求越来越高，主要包括整合信息平台，积极推进城市管理数字化、精细化、智慧化，以此提高城市管理效能，提升人民群众满意度。智慧城管系统能将城市管理中的信息收集、指挥调度协调、监督管理等功能整合成一个系统，可以对城市规划、市容环境卫生整治、市政设施管理、环境保护、园林绿化、防洪防涝、污水处理等城市运行领域进行实时监控管理。

但随着国内城市化进程的迅猛发展，新的城市管理问题不断出现，国内已建的智慧城管系统亟待通过优化升级解决面临的新问题和新挑战，主要包括：

（1）发现问题渠道单一，过于依赖专业人力；

（2）城市管理覆盖范围不足，业务管理内容需增加；

（3） 业务范围不断增加，考核评价体系显落后；

（4）公众参与度不够，政民互动尚待加强；

（5） 实时管控能力欠缺，大数据分析能力不足；

（6）“大城管”工作格局待完善，跨部门业务协同待加强；

（7）城市管理运行体制需进一步完善，实现高位监管。

针对上述问题，本文以智慧城市管理运行管理体系为基础，以城市管理综合数据库为支撑，将城市管理数据在各层面打通。以精细化管理、高效化协同、人性化服务、多元化参与为手段构建智慧化城市管理应用平台。通过管理带动服务、以服务提升为目标实现城市管理螺旋上升，采用大数据分析与决策不断提升城市管理水平。

2 总体架构设计

本文主要以A市智慧城市为顶层框架，智慧城管作为基础应用，依托现代信息通信技术，运用数字化的基础数据，多个维度信息数据采集，各部门协同工作，智能预警决策分析等手段，对城市管理部件、事件标准进行量化，建设城市管理公共服务平台，建设基于海量信息数据和智能过滤处理的城市管理模式。智慧城管系统架构如图1所示，该框架主要分为基础平台层、数据资源层、应用支撑层、业务应用系统层以及用户层等五个部分。

2.1 基础平台层

基础平台层为智慧城管平台提供基础运行环境，包括机房与场地、通信网络系统、存储与备份系统、呼叫中心系统、大屏显示系统、视频监控系统、信息安全系统等。充分考虑电子政务平台的优势，通过电子政务平台实现与A市各级业务单位的全面互联，同时结合电子政务平台的适用范围，将业务应用层与数据资源层中的平台与系统、核心数据库，部署于智慧城管云平台中，数据的安全性、完整性由智慧城管云平台负责保证。通过引入云计算技术提档智慧城管的基础运行环境，符合当前技术发展的趋势，保障智慧城管系统更可靠、更安全、更智能的运行。

2.2 数据资源层

数据资源层主要包括数据集成管理、数据信息服务、数据存储服务三个方面的功能。数据集成管理主要是指借助于数据仓库技术，对城市的数据库系统进行分类管理。涉及的数据库主要有地理信息数据库、人口信息数据库、房屋及城市建筑数据库、企事业单位法人信息数据库、遥感影像数据库、视频资料库以及面向其他应用的主题数据库。数据信息服务在集成管理的基础上，借助云计算，通过数据交换与共享服务平台为A市的城市管理应用系统提供数据信息与计算服务。将分散在各网络内各单位间存在的交互壁垒和信息孤岛的公共数据信息抽取到平台进行汇聚、分类、比对、关联和存储。处理后的数据向上提供大平台各组成模块使用，向下提供各职能部门应用系统调用。

2.3 应用支撑层

应用支撑层处于应用层和系统支撑层之间，在整个总体架构中承担着承上启下的关键作用。应用支撑层提供一些公共的功能以支撑应用功能的实现，主要包括数据接入接口、数据应用插件、中间件、系统管理、统一权限管理、表单服务、报表引擎、数据交换与共享服务和日志服务，以及视频、短信平台等支撑功能构成。

2.4 业务应用系统层

根据业务应用系统需求，将A市智慧城管业务应用系统层划分为十一个子系统，实现完整的智慧城管业务功能。十一个子系统包括受理、移动处置、公共服务、地理信息、智能管控、行业监管、业务协同、数据交换、数据分析与评价统、应急指挥、资源整合等。

2.5 用户层

用户层主要是城市管理数据的采集和数据的展现。智慧城管更注重城市管理的全社会参与，通过热线、政务网站、市民通、APP、新媒体（微信、微博）等途径让市民参与城市管理，举报城市问题，可以全面的增进市民对城市管理的参与度。通过处置通，可让城市管理的相关专业部门更便捷的参与到城市管理中来。通过领导通，领导无论身处何地，都能对城市管理工作进行全局了解掌控，对重点工作催办督办。通过物联网（视频监控、传感器）的部署，更加直观、智能的感知、发现城市中的问题，城市管理更加智能化。

3 大数据处理应用平台设计方案

智慧城管系统主要利用物联网技术和智能视频分析技术实现对城市的实时监控，本方案设计主要包括基础数据库平台、应用平台软件和内外部接口设计三大部分，下面分别进行介绍。

3.1 基础数据库平台

通过A市市政设施基础部件普查、基础地理编码普查、万米单元网格划分等工作，为A市数字化城管管理提供精确度高、可用性强的基础数据库平台。通过进一步细化管理网格，以城市街道为主体，形成社区图与单元网格图重叠，构成智慧城市管理单元网格和监督网格。

对于单元的编码规则，主要根据数据库的基本操作来实现，其编码方法如表1所示。在一个社区内编码顺序为从左到右、从上到下的顺序。

表1：数据库编码方法表

图1：智慧城管系统架构图

3.2 应用平台软件

智慧城管应用软件平台是一个复杂系统，因此在应用软件划分上较以往智慧城管发生了较大的改变，本文将智慧城管应用软件平台划分为基础业务类、行业监管类、物联网平台等三大业务类；各业务类由一个或多个分平台组成，而分平台则是由子系统构建。其中，基础业务类指的是智慧城管运行所必需或常用的业务分平台或子系统，行业监管类指指行业监管的应用，以各业务子系统为代表，包含户外广告子系统、智能视频分析子系统以及环卫绿化管理子系统等。

其中，广告子系统的管理功能主要分为两个部分，一个是日常管理，另一个是问题管理。日常管理侧重对广告牌信息的展示，问题管理侧重于广告牌问题的处理流程，分别对应于专业化管理和长效性管理。广告牌的管理流程如图2所示。

智能视频分析接入应用子系统是通过对接“视频分析”模块，建立与视频分析的接口，实现对城管的智能化管理，从传统人工主动去发现问题，转换到由现代计算机强大的运算、处理能力，过滤与业务无相关的视频数据，实现对智能去分析发现问题，让视频监控者的从频繁人力劳动解脱出来，并专注于与业务相关的问题。

3.3 内外部接口设计

在智慧城管系统中，内部接口主要包括无线终端系统传输接口、协同工作与地理编码子系统接口、监督受理与协同工作子系统接口、监督指挥子系统和GPS定位系统接口、视频监控系统和监督管理子系统接口，以及协同工作、监督管理、协同工作子系统和地理信息子系统之间的接口。

外部接口主要涉及下面几个内容：

3.3.1 与公安联动

市民公安报警求助涉及城管方面的非紧急民生警情，统一推送到城管服务热线进行处置，与“110”快速反应机制相结合。共享空间地理信息和公安、综治视频监控资源；利用电子政务外网，进行处置终端互联互通；将园林、市政、环境卫生等方面纳入平台实施监管，问题处置统一指挥，及时解决市民诉求。

3.3.2 与分布式数字化城市管理系统的接口

县级平台与市级平台的对接，将采用数据交换的方式实现交互。在市和县级平台中专门设立了数据交换子系统以实现市、县两级城管平台间的问题基本信息和动态信息的信息交换功能。数据交换主要包括两个方面：业务流程中发生的交互和数据同步发生的交互。

3.3.3 GΙS共享服务接口架构

智慧城管系统的建设，为各专业系统的信息化建设打下很好的基础。利用智慧城管的GΙS接口可以实现GΙS资源的共享。

图2：广告牌的管理流程

图3：智慧城管云平台框图

3.3.4 与其他信息系统的数据共享接口

该数据共享接口适用于智慧城管平台和其他信息系统之间的数据交换，并且利用Webservice 作为平台的数据交换协议。其他应用系统可以调用智慧城管平台服务层提供的WebService 服务和系统进行数据交换，系统也能提供外界TradeService.wsdl 文件供外界引用。

同时该系统还添加短信平台接口，对短信平台来说，需要根据业务系统的要求，发布社会管理及公共服务的业务短信，包括批量发送、群发、点发、催办短信、督办短信、到达短信、反馈短信、评价短信等等，支持自动发送与手工发送，并记录短信内容，反馈发送结果，并提供相应的统计功能。同时还必须包括短信的接收功能，针对特定的短信回复号码，区别接收的业务系统，并可自行设置相应的短信回复的业务类别。

4 云中心运行环境设计方案

“云中心”是一个资源池，包括各种服务器、带宽资源等。“云计算”将各种计算资源集中起来，通过网络提供给用户。应用提供者能够共享计算资源和贷款，更加专注于自己的业务，从而有利于技术创新和降低开发成本。

云主机整合了计算、存储与网络资源的ΙT基础设施能力，能提供基于云计算模式的按需使用和付费能力的租用服务。客户可以通过web界面的服务平台，部署所需的服务器环境。云主机整合了各种高性能服务器和优质网络带宽，能够克服传统主机购买租用价格高、服务品质参差不齐等缺点，可满足用户对租用服务高可靠，低成本，易管理的需求。

4.1 云主机资源需求

4.1.1 数据库服务器

数据库服务器是本次项目的核心服务器，在配置方面需要确保较高的性能和高可靠性，数据库组成服务集群方式实现并行处理，减轻单台服务器的工作负载，并互为备份，保证数据库的连续工作，能够长期、稳定的提供服务。

4.1.2 应用服务器

因为所有的用户均需要访问应用服务器，对并发数量要求较高。在核心应用上，采用负载均衡策略，保证任务能平均的分配到两台服务器上，不会出现一台服务器负载过重，而其它服务器闲置的情况。

4.1.3 GΙS服务器

GΙS服务器上安装了平台软件，该软件能够提供地理空间数据的动态显示、实习操作和预警分析。

4.1.4 数据交换服务器

数据接口服务器安装了智慧城管的数据交换软件，实现各个委办局的业务平台的数据交换，并实现与智慧城管系统的协同工作。

4.1.5 视频监控服务器

视频监控服务器用于控制监控摄像头的工作，同时也用来作为视频点播的分发平台。

4.1.6 Web服务器

Web服务器用于实现公众服务及外网发布。

4.2 云存储资源要求

数据存储是系统安全运行的重要部件，用户的业务价值最终体现在用户的数据上。在本项目的存储与备份系统设计过程中，能实现以下目的：建立独立的存储系统；提供网络级的共享接入；多种数据备份技术；大容量的数据存储满足数据存储扩容的需要；

4.3 云平台部署

通过电子政务外网，实现“智慧城管”应用平台与A市城管部门互联互通；在电子政务外网未开通的情况下，申请宽带专线进行网络互联互通，专线网络带宽至少为100M。

本次项目根据A市 “智慧城管”应用系统特点，将提供对外公众服务应用系统部署在云平台公众服务区（公网）Public资源池，将其他内部专有应用系统部署在云平台资源共享区（专网）Resource资源池。如图3所示。

5 系统测试分析

按照上述思路搭建系统之后，本文进行了一系列测试实验用于分析该城管系统的可靠性与有效性。首先进行系统指标测试，该系统能每时每刻处于运行状态，系统有效工作时间大于99.9%，且系统故障恢复时间不超过30分钟。同时该系统的稳定性较好，不会出现无故退出系统、发生系统不可控制的故障提示、因系统故障导致操作系统或机器无法正常操作等故障现象。

本文还进行了系统响应指标的测试实验，在处理简单事务时，例如各类信息录入、修改、查询等基本业务时，系统的平均响应时间小于3秒，同时可以允许500名用于同时操作；在对复杂事务处理进行处理时，系统的平均响应时间小于60秒。

从该城管系统的指标测试与响应时间测试可以发现，该系统可以稳定运行，且满足智慧城市的基本应用需求。

6 结论

针对智慧城市管理困难的问题，本文主要利用物联网技术和大数据技术设计了一套智慧城市管理系统，通过数据库管理平台和相应的应用软件平台，可以有效提高了城市管理水平，对城市运行领域进行实时监控管理，推进了经济社会发展。系统测试实验表明，系统有效工作时间大于99.9%，且系统故障恢复时间不超过30分钟，同时可实现大规模并发和图像声音等信息的传输。