智慧城区应用系统建设探讨
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一、智慧城市背景
城市是国民经济的基础单元，在新一轮的城市发展中，只有通过运用信息化等科技手段，才能实现科学的城市运行管理，进而将我们的城市调整到最佳的状态，打造成为充满竞争力的智慧城市。
随着技术的发展，中国政府将“感知中国”确定为战略发展方向，通过物联网技术、数字技术、无线技术、空间信息技术、移动技术等，为市民提供无处不在的公共服务，为政府提供高效规范的公共管理服务，并帮助政府和企业增加就业、提升劳动效率、解决能源、环境、老龄化等危机，将“P2P的无限沟通”带入到“M2M的无线政务、无线产业、无线生活”时代。
《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》指出：“十二五”期间要大力推动数字城市建设，提高信息化和精细化管理服务水平；推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范，加强云计算服务平台建设；加快社区信息化建设，构建社区综合管理和服务平台；还提出“十二五”期间将建设“国家宽带网”、“‘中国云’工程”等信息基础设施，这为项目的顺利实施提供了“硬环境”的支撑与保障；同时该纲要提出“重点发展数字文化、数字医疗与健康、数字生活、数字旅游、空间位置信息服务等”，更强调了发展数字生活，要“开展共性技术支撑与应用聚合服务、智慧城市应用服务等平台建设与应用示范”。
近两年“智慧城市”在中国获得不少地方政府的认同。在全球智慧风潮和国家政策的鼓励下，很多省市已把智慧城市列入重点研究，纷纷加入“智慧城市”、“感知中国”建设的赛跑，希望借助物联网布局在未来的经济竞争中脱颖而出，有的甚至已经着手编制智慧城市专项规划。目前，北京、上海、宁波、深圳、无锡、武汉、南京、佛山、昆明、成都等国内城市已纷纷启动“智慧城市”战略规划，同时颁布了多项相关的保障措施，意在抢占先发优势。
二、系统架构规划
通过整合专业信息系统或平台，集成统一的地理空间基础信息、人口基础信息、法人单位基础信息、宏观经济基础信息以及各职能部门的专题数据信息等全市范围内的政务信息资源，建立应用到各个领域的数据集，高速在线共享服务体系。保障各单位能在办公决策审批过程中按需按权限获得各种基础信息，实现科学、合理高效的行政审批和决策；对外，能方便、快捷地向社会提供相关的服务和政府信息公开。
充分运用最新技术，完成基于“云+端”的地理信息资源的整合和时空信息云平台的建设，使“智慧城市”规划、电子政务规划和时空信息云平台三头并进，将时空信息云平台接入人口基础信息库、法人单位数据库、宏观经济信息库以及共享的业务专题信息库，完成非空间信息的整合与共享，实现政务信息资源在政府各委办局的全面共享和公众的广泛应用。
智慧城区解决方案总体架构如下图所示，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧城区系统结构。
各层的功能按自下而上顺序可描述如下：
感知层：感知层就如同人体的五官与四肢，它的作用是收集城市信息；主要组成是遍布城区各个角落的终端设备，包括移动终端、传感器、摄像头、无线网关等。
感知层是智慧城区区别于数字城市的重要特征之一，是智慧城区运行数据的主要来源。从技术角度来看，几种主要的感知技术是对地观测感知技术、RFID射频识别技术、WSN无线传感器技术和 Zigbee传感技术等。从感知数据来源来看，几种主要的感知手段是天上的卫星、空中的飞机、地面上的移动测量系统、地下的各类传感设备。
网络层：网络如同人体的神经网络，它的作用是城区信息传递和储存；主要由城区的基础网络互联网、物联网、通信网、电信网组成。以通讯网络为主，建设方式可以无线+有线互为补充，建设一张无处不在的“泛在网”是智慧城区的基础。
基础设施层：为整个智慧城区提供基础设施服务。包括机房环境、服务器、存储、安全等硬件设备。
数据层：数据如同人类所掌握的知识，通过整合城区的各种公共基础数据库、公共业务数据库、公共服务数据库以及城区运行数据库，来实现为智慧城区提供数据应用服务的目标。
平台层：为建设提供应用开发平台服务。PaaS层提供了时空信息云计算与服务管理平台，基于服务总线重构功能服务和数据服务交互的标准体系，统一进行服务注册，同时支持第三方服务注册。时空信息云计算与服务管理平台能够实现服务的插件式统一管理，在云搜索服务、监控服务、云数据服务、并行计算、等云基础服务之上，提供云应用服务，同时提供服务管理平台、共享与交换平台以及运维与监控平台，实现服务认证、服务自助开发、服务监控、用户管理、数据交换服务、虚拟化平台运行监控、数据监控、服务监控、人员监控等多种功能服务。
应用层：相当于人体的行为能力，它是智慧城区所必须实现的城区功能保障，主要是维稳定、保民生、促增长。智慧应用是以公共数据库和应用单位业务数据为数据来源，通过公共信息平台对公共数据和应用单位业务数据的整合，为智慧应用提供整合后的信息服务，提供应用的服务水平和协同能力。
用户层：智慧城区建设的最终用户是政府、公众和企业。智慧城区建设的应该遵循“以人为本”的原则，着力突出人在智慧城区建设中的主体地位，在完善物的智能化基础上，为公众、企业和政府提供更加智能化和完善的服务和决策。
三、智慧能力规划
智慧城区是城市化的高级阶段，是网络汇聚人的智慧的、以大系统整合的、物理空间和网络空间交互的、城区管理更加精细、城区环境更加和谐、城区经济更加高端、城区生活更加宜居的城市发展模式。而在这之中，物联网和云计算的应用将成为打造“智慧城区”的重要途径。智慧城区的重要技术基础就是“云+端”的技术。
云计算机中心
（一）基础设施即服务层（Infrastructure as a Service，IaaS）
IaaS层承载智慧城区所需要的计算基础设施，为利用虚拟化技术构建的云计算中心。
智慧能力：
自动安装、自动配置和自动适应的云计算平台智能部署能力。智慧城区中所有软件和应用不仅要能够部署和运行在物理的机器上，同时还能够部署和运行在以虚拟化为基础的云计算平台，支持多应用环境下共享物理资源、系统软件资源和服务资源；
动态资源智能配置。云计算中心可以动态监控部署的应用，根据动态的压力负载，自动采取相应的调度策略，从而实现IT资源的利用最大化；
服务级别智能管理。基于策略的访问优先级控制以及基于资源池的计算资源动态调度，能够针对服务重要性或请求优先级的不同进行响应；
自动化感知管理。当监测到应用服务器运行状况出现异常时，可以自动采取预先设定的运行进行自动处理；
（二）平台即服务层（Platform-as-a-Service，PaaS）
Paas层主要由基础数据平台、应用支撑共享平台、集成层组成。
应用支撑共享平台：
提供智能搜索功能。能够按需对各类信息进行高质量、快速地检索，再通过相应的API与各类应用集成；
业务流程的智能管理。依托工作流引擎实现项目中业务流程的定义、运行、监控和管理，将系统中动态变化、相互依赖的活动、资源、任务、工作流、约束、授权等要素有效组合起来，并提供按角色访问的功能，实现业务操作和管理工作标准化、规范化，消除人为因素的影响；
流程管理的快速实施能力。支持让流程中所涉及的每一个人都参与到业务流程的改进过程中；
业务策略、规则的快速部署能力。当业务策略和业务规则发生变化时，通过更改配置文件，规则引擎便能快速完成对其的部署；
大数据存储能力。通过数据仓库存储当前明细数据、历史数据、汇总和统计数据、衍生数据，建立数据模型，能够支持管理决策和联机分析应用；
大数据处理能力。通过业务分析技术实现对信息的智能化加工和处理，能够支持按需生成复杂的合并报表，提供及时、准确、科学的决策分析依据；通过数据挖掘技术，能够深度挖掘数据中隐藏的关系，提供数据规划、数据收集以及领域分析能力；
智能分析能力。“更深入的智能化”是智慧城市另外一个特征与要求，智能化是指深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业的数据和信息。
基础数据平台：
数据库具备支持高效的内存管理功能，具备支持数据库核心参数根据系统负载情况自动调整，支持内存缓冲区、排序内存、并发控制内存等内存对象之间的动态分配，能更好地适应负载的动态变化；
数据库具备支持DBA日常工作的自动化执行机制，具备自动收集统计信息、自动执行表重组等功能；
（三）集成层
感知端数据接入网关具备兼容多数据格式、多通信协议、多消息格式的能力。智慧城区的建设中会使用多种类型的外场设备，例如视频监测器、传感器、地感线圈、检测棒等等。这些外场设备产生的实时数据格式各异，使用的通信协议和消息格式也呈多样化。感知端数据接入网关能够自动识别接入设备，并对数据进行诸如格式转换、数据清洗等标准数据处理；
遗留系统数据接入网关具备兼容多种技术接口的能力。城区各企事业单位现有IT系统，由于建立时间参差不齐，部门标准各异，开发平台语言不统一，数据格式定义千差万别，采用的接口各式各样，遗留系统数据接入网关能够智能识别不同系统所采用的技术接口，并对数据进行格式上的统一；
数据实时捕捉能力。不论数据来源何处，在何平台上处理，存储于何处，都能够快速对其获取以及分析；同时具备跨地域、跨部门合并及配送数据的能力；
数据抽取转换加载能力。具备根据需要抽取承载业务含义的表单、凭证或数据集合。
（四）软件即服务层（Software-as-a-service，SaaS）
SaaS层主要为智慧公共安全、智慧水利、智慧交通、智慧教育、智慧企业、智慧农业等等应用。
泛在互联能力
（一）物联网互联能力
物联网互联指广泛的感知、测量、采集和传递信息的设备或系统。通过使用这些设备，从室内温度、湿度、烟雾到路面车辆信息、城市交通状况等任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。
（二）移动互联网
“更全面的互联互通”是智慧城市另外一个基本特征与要求。这里的互联互通是指将遍布整个城区的各类“感知”设备收集和储存的分散的信息及数据通过无线WIFI、移动3G、4G等无线网络连接起来，进行交互和多方共享，从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变整个世界的运作方式。
端
（一）数据源感知端
数据源端主要由两部分组成，一是处于公开、暴露、移动、野外等复杂的环境中的感知端，二是各企事业单位的IT遗留系统。
智慧能力：
感知端从单纯的数据收集到智慧型远程终端的转变，感知端具有更强判断、反应和信息处理能力。例如在智慧农业的应用中，传感器在采集数据的同时，当采集到的数据值超过预设的正常阀值范围，便发出报警信息。
（二）云计算客户端
客户端根据访问和服务的用户群体，分为面向公众的公共服务门户和面向政府公务人员的协同工作门户。
智慧能力：
开放、可扩展的门户框架，方便的集成后台应用系统界面，统一的用户访问入口，支持跨平台运行，支持Cluster，支持在操作界面中采用拖拽式进行用户界面的定制；
支持HTML、XML等数据格式，并能够灵活扩展更多的数据格式；支持不同智能移动终端的接入，能够针对不同的设备提供适应各自设备的界面；
个性化规则和智能推荐引擎。根据用户特性、业务规则、业务逻辑、用户浏览历史等个性化页面。
综上所述，通过云计算，泛在互联，信息共享技术，实现资源共享与互联互通；通过大数据管理，数据挖掘等手段，逐渐达到智能感知，智能分析，智能预测和决策，智能应急处置。
智慧能力综合应用
通过上述多种智慧能力的综合，我们能够帮助城区搭建统一的整体框架，帮助管理单位从容的应对所面临的问题。
让我们能够更快的获知事件的发生，尽可能全面的收集到相关的数据。基于传感器的系统能够将我们的可视性扩展到现实世界的交通、公共事业、水资源和建筑，提供以前无法获得或搜集的成本异常高昂的全新实时数据源。例如用传感器获得测量空气质量数据，或者通过定制化的数据采集监控接入现有的各个行业系统，实时掌握行业现状，利用泛在互联网络优势实现快速响应，同时进行过滤与汇总，减少向上级部门发送时间请求进一步处理所占宽带资源。
能够选择更加合理的使用行政策略，并且能够更加有效的执行策略、实时了解进度状况。事件处理系统从传感网络输入的原始数据流中提取业务相关事件，与此同时，时空信息云平台将这些事件置于所需的业务背景之下，实现对现实世界运行系统实际行为的全面侦测。
有了上面两个过程作为基础，能够预见到事件的影响及范围。
避免次生灾害的发生，可视化配合业务规则及分析的运用，可以优化这些运作系统。不管是改善交通流量，最大化使用水电公共事业，还是在这些基础城市进程中实现创新都能用到。
四、结论
为保证创建智慧城区的总体目标，作为智慧城市的重要组成部分，智慧城区有必要加快有线、无线、感知等网络基础设施规划、建设和改造升级，加强云计算中心、综合应急指挥和平安城市等功能设施和信息安全保障设施建设，增强智慧城市发展承载能力和基础保障能力。