智慧城市跨域数据治理体系与平台研究

董晶，张天龙

（1.太极计算机股份有限公司，北京 100020：2.华北计算技术研究所，北京 100083）

0 引言

我国大力推动的数字经济、“新基建”对城市大数据治理和共享提出了很高的要求，如何构建安全高效的城市数据治理和共享平台，解决智慧城市大数据治理、共享和服务中面临的问题，是当前学术界和工业界共同的焦点。城市数据具有多源、海量、多模态等特点，城市治理和共享要解决数智融合、算力融合、多模态异构融合等问题，融合已成为重要特征和趋势。数据治理与人工智能的发展日益相辅相成，城市数据治理为人工智能的应用提供高质量的合规数据，人工智能对数据治理提供诸多优化。城市数据大数据治理涉及不同领域、不同层级系统的可信跨域、跨层次对接互通问题。在城市数据治理领域，尚未实现完善可信高效的数据共享机制，大规模的区块链数据共享仍处于探索阶段[1]。目前，区块链的跨链机制是实现城市数据跨域可信共享与有效监管的重要前提和基础。国内外智慧城市建设纵横推进，但城市数据治理和共享尚未没有形成长效机制。我国尚未形成完整的城市数据治理与共享体系。长三角、粤港澳大湾区等启动建设区域特色鲜明的智慧城市群，初步探索医保、社保等邻近区域的数据打通和业务协同。将若干中心城市的智慧城市数据治理与共享能力扩展到整个区域，实现大区域范围内的城市群综合治理，形成城市数据治理链、数据融合共享链和服务协同链，进行城市精细化管理服务，目前还处于起步阶段。

1 城市跨域数据治理体系

基于复杂系统论，聚焦城市级多源异构数据采集、汇聚、管理、分析和共享过程，建立数据治理决策权和职责体系，覆盖政府、企业、社会组织和公众等多元治理主体。聚焦数据生命周期、数据质量、数据安全等治理客体，定义跨地域、跨层级、跨领域、跨业务、跨系统的多模态数据治理活动，形成城市数据治理模型。

以城市数据治理模型为基础，构建包含治理要素控制、治理过程控制、治理层次控制和治理机制控制的多视域安全可信数据治理框架[2]。聚焦多源异构数据融合应用过程中涉及的权利责任利益分配问题，形成多层次的安全可信数据治理机制，形成宏观、中观和微观层面融合的决策机制、责任机制、利益机制、监督机制、约束机制框架。

2 跨域城市数据治理平台构建与关键技术

2.1 平台框架

以城市数据治理与共享体系为基础，通过可信可溯源的数据汇聚和服务汇聚，形成数据目录与服务目录、城市数据集与服务集，并通过城市数据与服务的网格化交互，构建城市服务图谱，形成城市数据与服务的协同机制[3]。在此基础上，构建城市数据治理与共享平台，支持城市智能化的精细管理和服务。平台框架如图1所示。

图1 跨域城市数据治理平台框架

2.2 城市服务节点生成

城市服务节点是城市数据治理共享平台的支撑环境。根据城市行业和数据特点，基于城市基础云平台，对公共服务，形成核心资源节点；对专门业务服务，生成业务资源节点；对监管节点，生成城市公共服务和专门业务监管资源池。

2.3 城市数据与应用接入

城市数据分布在多行业，跨多个主体部门，相互独立的系统通常都具有数据量大、复杂异构、隐私限制等特点。由于传输成本、数据所属以及服务质量等问题，以云计算为代表的集中式处理模式无法高效地处理这些系统产生的数据[4]。采用基于边缘智能的多源多模态城市数据接入方法，将智能算法与模型部署到边缘设备中。利用边缘设备直接进行处理而不上传到云服务器，避免隐私泄露。对于非隐私数据，利用边缘智能进行初步加工，将海量多模态的原始数据进行脱敏转化，传输至云服务器，减少带宽消耗。利用边缘设备直接响应用户产生的部分高频率、低精度的智慧城市相关需求，增强服务的实时性。

2.4 多模态数据清洗与规约

数据治理的处理对象是海量分布在各个系统中的多模态数据。不同系统的数据代码标准、数据格式、数据标识等往往不一样,严重影响数据的可用性。基于跨模态特征度量，提取多领域多行业城市数据特征属性，建立城市级分层次标准数据项和数据元库，采用区块链历史记录链式为主体的块状存储技术和哈希算法实现标准数据项和数据元的不可篡改、城市级一致性、演变追溯性和跨系统互通性。

基于自然语言理解和标签传播算法抽取城市分领域数据转换、数据校验、数据拼接赋值等规则实体和事件实体等要素，实现多模态数据项、数据元、规约规则间关系的语义化表示，基于RDFS-Plus建立领域分片规约规则知识树和规约事件知识逻辑模型[5]。对不同领域多模态数据，对数据项属性基于机器学习进行认知和识别,提出基于有偏随机游走的数据规约路径生成算法，对数据自动对标和数据规约。

2.5 多领域异构数据存储和可信授权

采用区块链技术，通过规范的数据格式、数据传输格式以及统一加密算法，实现多机构主体系统间的互联互通，并通过异构多链和异步多任务交互协议，形成数据共享与智能合约调用的基础安全操作集，为城市应用提供灵活易用的调用接口。

不同领域系统通过数据授权管理智能合约的状态转移，并通过智能合约与链上链下协同进行跨域数据授权，数据授权方通过一次性对称密钥方式加密请求数据，以实现即便该部分数据被人获取，其余数据的安全性依旧能够得到保证。

通过设计角色权限模型对智慧城市不同领域系统用户进行管理，通过划分治理角色、监管角色、业务角色等，使得仅有部分角色能获取数据授权密钥。多机构主体的数据请求方与授权方通过智能合约和统一密钥进行跨域数据授权。

2.6 城市服务图谱

海量城市数据和业务服务如何根据需求进行场景化交互协同是城市服务智能化和精细化基础，城市服务图谱建立城市数据与服务、服务与服务的关联，形成城市服务脉络。依据城市服务主题构建服务主题分面树，通过主题间关系的语义化表示建立城市服务森林图谱逻辑模型，并基于场景属性的向量化表示与服务主题关联拓扑特征进行城市“主题-分面”关系抽取、基于小样本学习解决碎片化场景与主题分面的映射、基于认知关系进行服务图谱场景导航。

2.7 城市数据治理链

基于区块链的跨域交互，构建安全可信的数据治理链，提供不同应用链间业务数据相互访问和交换能力，协同城市数据和服务，使城市数据可溯源、可信互联和共享，支持跨域跨行业数据连通和场景协同。

3 结语

跨域城市数据治理是一个复杂的系统工程，目前，大规模跨域可信数据共享还在探索阶段。基于区块链的大规模跨域数据交换的性能问题、安全问题和数据高效管理问题是未来进一步的研究重点。