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資訊頻道作者：城市軌道交通標準技術委員會 魏曉東
7.1 智慧城市系統集成技術應用
7.1.1 智慧城市系統集成共享平臺的建設理念
智慧城市系統集成共享平臺是實現智慧城市的基礎和關鍵，該平臺可以將“數據中心”所包含的各種基礎數據服務經過“數據工廠”進行動態聚合和裝配，形成滿足實際需求的功能服務，并以“數據超市”的模式將這些數據對外發布，供其他平臺用戶直接調用，進而搭建出各種業務應用系統。處于智慧城市的建設模型中的平臺層。
數據中心是智慧城市集成共享平臺的“數據倉庫”，不同行業的數據中心可提供面向各自行業的數據服務、功能服務等各種信息數據，同時不同級別的結點服務能夠通過該平臺進行注冊和管理，服務可集中托管，也可分布式部署，各行業應用可通過服務中心調用其他行業的數據和功能服務。
數據工廠是指智慧城市集成共享平臺可以對數據中心提供的各種信息數據進行動態聚合、裝配及組合加工，搭建形成新的業務功能數據，滿足不同的業務應用需要，為業務系統的集成及功能復用提供技術手段。
智慧城市集成共享平臺可向其他單位或行業部門提供各種信息服務—即“數據超市”，在提高平臺應用廣度和深度、降低系統開發難度的同時，可逐步收回前期建設投資，從而建立一種“以平臺養平臺”的運營模式。
7.1.2 集成共享平臺的體系架構
基于面向服務的SOA（Service-oriented architecture）架構，智慧城市集成共享平臺采用層次化結構進行建設，包括軟硬件基礎層、平臺層和應用層。如圖1所示。
圖1 智慧城市集成共享平臺
軟硬件基礎層主要包括智慧城市建設過程中所需要的軟硬件設施，如操作系統、數據庫管理系統、GIS平臺、防護軟件、通信網絡等。
智慧城市集成共享平臺以數據中心集成技術作為基礎支撐，通過數據服務、位置服務、服務管理等模塊，對外發布面向城市各行業的專題信息服務，支持各部門對城市基礎地理空間數據和專題數據服務、功能服務進行直接調用，從而構建出滿足各種實際需求的行業解決方案。城市信息化建設需深入具體業務細節，形成包括國土、市政、通信、規劃、城管、警用、應急、交通、旅游等行業子系統，為快速深入業務進行應用系統搭建，節約開發成本，縮減項目周期提供支持。
在城市重點行業子系統基礎上，用戶即可根據具體的業務需求，快速搭建配置出滿足實際應用的業務應用系統，如城市綜合應急管理平臺、市政基礎設施管理平臺、規劃管理平臺等，實現城市各行業信息的集成共享和業務的協同辦公，實現智慧城市的建設目標。
7.1.3 集成共享平臺的功能及技術特點
智慧城市集成共享平臺是建設智慧城市的重點和關鍵，提供GIS數據與城市各行業專題數據分布式管理和功能整合的解決方案。集成共享平臺建設是城市公共數據的進出通道，可實現城市公共數據的采集、交換、存儲、清洗、整合和加工，可實現城市公共數據的組織、編目、管理以及應用，可實現城市公共數據的共享服務，為城市的各類智慧應用提供基于城市公共數據的數據服務、時空信息承載服務及基于數據挖掘的決策基礎數據知識服務。
智慧城市集成共享平臺主要功能有:
實現對多源、多尺度矢量、影像、緩存、三維數據、目錄與元數據、專題數據的有效組織與管理，支持數據上傳下載，支持托管式數據集中管理。
實現服務注冊、管理、授權、監控及發布，并提供標準的數據服務和查詢統計、空間分析服務，支持服務動態聚合與裝配。
提供多種傳感設備、個人電子設備、嵌入式設備、視頻、數據采集器等硬件設備的接口庫，通過各種高速高帶寬通信網絡將各種設備、組織和政府信息系統中分散的信息連接起來進行隨時隨地感知、測量、捕獲、信息傳遞。
提供服務倉庫管理，在各站點通過網絡以標準的服務方式提供地理信息圖層、虛擬目錄、服務發布、跨部門共享等各類信息服務。
提供在線的地圖瀏覽、定位、標注、查詢統計、分析等功能。
提供用戶注冊、角色管理、權限設置、系統監控、事件管理等功能。
提供應用系統快速開發環境，支持信息服務網絡中各類功能服務的任意組合與搭建。
智慧城市集成共享平臺具有以下技術特點：
海量、多源、異構城市數據的統一層次化管理。城市數據是平臺運行的基礎和靈魂，而數據管理也往往是平臺建設的難點和重點。可通過數據中心、云計算技術、數據挖掘技術、海量數據存儲與處理技術等數據運算與智能處理技術，有效管理無限量的城市數據，加快數據處理速度，充分挖掘潛在信息。智慧城市集成共享平臺采用數據倉庫實現對多專題、多級別、多年度城市數據（如行業數據、基礎數據、專題數據、業務數據以及GIS、CAD、文本等不同格式數據）的集成化、網絡化、標準化、可視化、層次化的統一管理，有效解決了數據管理難題。
信息服務的完全集成與共享。平臺的主體思想是通過城市政務網或互聯網，實現各政府部門數據、行業數據及功能等各種信息服務的集成和共享。部署于網絡中的各政府單位前置節點可以將各自行業的專題數據或業務功能以服務的形式對外發布，網絡中的各前置節點系統用戶可以在遵循相關標準或規則基礎上，實現對這些信息服務的任意選取和調用，有效利用信息化資源，在產生最大化效益的同時，避免重復開發建設，減少資金投入。實現多方位、多層次、多角度對接模式支持數據、平臺和應用等各層面的對接。可通過信息服務網絡調用各行業及部門前置節點的功能服務進行任意組合，搭建出能滿足不同行業需求的功能服務。
支撐業務應用系統的快速構建。基于信息服務網絡中的各種信息服務和平臺提供的搭建配置開發技術，系統開發人員可根據需求調用、組合、裝配、加工部署于網絡中的各種信息服務并快速構建滿足業務需要的應用系統，科學、合理利用現有信息化資源，有效縮短建設周期。在相關統一標準下，城市各行業及部門通過信息服務網絡任意調用所有行業對外發布的信息服務，滿足自身應用需要。豐富的功能倉庫、傳感設備接口庫、自定義的界面布局、隨需而變的工作流引擎滿足各行業不斷變化的業務需求，支持面向城市各個行業應用系統的快速定制。
7.1.4 智慧城市各領域集成應用
智慧城市涵蓋民生、政府、經濟、環境涉及民生服務、公共安全、交通運輸、節能減排、社會保障、醫療衛生等諸多領域。包括：智慧城市頂層設計、應急系統、平安城市、智慧城管、智慧醫療、智慧旅游、低碳節能等領域的集成應用。
7.1.4.1 智慧城市頂層設計
我國智慧城市建設應從城市轉型發展戰略高度和全局的視角出發，進行總體設計，確定目標、重點和實施路徑。
（1）明確目標定位，解決智慧城市“為什么”而建的問題。
（2）確定建設重點，解決智慧城市“建什么”的問題。基于智慧城市建設目標定位和系統推進的要求，智慧城市建設重點，應構建“一個中心”、“兩大支撐體系”和“四大應用體系”：建設智慧城市運營管理中心。圍繞智慧城市大系統智能運行要求，運用物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術，建設智慧城市運營管理中心，實現城市范圍內不同系統之間的互聯互通、數據融合、信息共享，為城市各領域智慧應用系統運行提供信息整合、數據挖掘和智能分析支撐，為城市管理、運營和服務提供統一的智能化指揮協同平臺。建設兩大支撐體系。一是智慧基礎設施。加強水網、電網、氣網、交通等基礎設施智能化改造，推進通信基礎設施建設和“三網融合”，滿足各領域智慧應用需求。二是智慧人群。著力提升全社會對智慧城市的認知，加強智慧城市專業人才培養。建設四大應用體系。一是智慧民生。建設一體化的滿足民生需求的各類綜合信息服務系統，對民生需求及時感知，并做出實時響應和高效處理。二是智慧政府。建設政府決策、管理和服務信息支撐系統，全面感知并掌控城市運行狀況，整合城市分散的資源、信息和組織，實現政府部門信息共享和業務協同，提升政府城市治理和民生服務能力。三是智慧經濟。促進信息化與工業化、農業現代化的深度融合，實現傳統產業轉型，促進新一代信息技術產業發展，創造新的經濟增長點。四是智慧環境。通過智能化途徑，改造環境保護的技術手段和管理模式，智慧感知生產生活中能源消耗并加以自動控制，對環境污染和生態破壞及時預警預防和處置。
（3）設計實施路徑，解決智慧城市“怎么建”的問題。
（4）實施架構，解決智慧城市整體架構的問題。從全局的視角出發，對整個架構的各個方面、各個層次、各種參與力量、各種正面的促進因素和負面的限制因素進行統籌考慮和設計。包括體制機制架構、業務架構、績效架構、信息架構和技術架構。
7.1.4.2 應急系統
伴隨著經濟、科技與社會的快速發展，社會分工越來越細，社會結構越來越復雜，整個社會的脆弱程度也在不斷上升，各種突發事件發生的可能性也日趨增大。為了應對和處置各種類型的突發事件，迫切需要各地、各級政府采取果斷行動，以大幅度地減少突發公共事件造成的生命傷害以及社會、經濟損失，建設功能全面、預警范圍廣泛、預警信息準確豐富、應急處置及時高效的城市應急系統顯得尤為重要。
應急系統是指政府及其他公共機構在突發事件的事前預防、事發應對、事中處置和善后管理過程中，通過建立必要的應對機制，采取一系列必要措施，保障公眾生命財產安全；促進社會和諧健康發展的有關活動。應急系統的建設是一個復雜的系統工程，涉及到公共安全、監控管理、報警聯動、計算機、通訊、監控等多個專業領域。
應急系統整體架構從上至下分為五個部分：應急平臺展示部分、應急應用系統、應急數據庫系統、應急通信網絡系統及應急基礎設施部分，其中應急應用系統含有9個主要應急功能模塊，是應急系統的核心業務部分。圖2中標準規范體系和安全保障體系在邏輯上起著承上啟下的作用，始終貫穿體系的各個層次和階段。架構如圖2所示。
圖2 應急系統整體架構圖
應急系統主要應急應用功能模塊包括：
危險源監測子系統：結合物聯網技術，對城市危險源、重要目標進行監測和可視化管理，對防護目標、重大危險源、關鍵基礎設施等監控目標的動態監控、定量分析、評價和分級管理。實現了危險源信息管理、危險源事故后果分析、危險源分級和危險源統計分析。
應急保障子系統：實施對專業隊伍、儲備物資、救援裝備、交通運輸、通信保障和醫療救護等應急資源的動態管理，為應急指揮調度提供保障。基于地理信息系統的數據管理系統，可直觀展現應急資源的分布及狀態，并為指揮決策提供準確的數據保障。用于綜合、集中、數字化的管理應急指揮所涉及的各類資源的所在位置、狀態與分布情況等信息，并為預案制作、應急指揮提供數據支持。
預測預警子系統：實現突發事件的綜合預警和衍生、次生災害后果分析。實現突發事件的早期預警、趨勢預測；結合事件進展情況，對事件影響范圍、影響方式、持續時間和危害程度等后果進行綜合研判；為上級預測預警系統提供事件報送信息、本級的預測預警分析和建議，接收上級預測預警系統給本級應急平臺下發的預警分級建議和預測分析結果。
應急預案子系統：應急預案子系統通過在地圖上標注目標，了解周邊的應急物資儲備和相應人員分布情況，實現動態加載數據生成指揮體系和任務列表，為應急指揮快速制定多套數字化方案，為指揮自動化提供基礎和依據，做到科學決策。
應急指揮調度子系統：應急平臺和部門級應急平臺能夠將事發現場采集的多媒體信息、氣象信息、環境信息等傳輸到應急指揮中心，應急專家根據現場情況，制定資源部署、人員疏散方案，通過基于GIS開發的協同標繪系統，將救援方案推送給現場事件處置人員，方便展開快速救援，做到“上情下達”，同時，根據事件發展態勢，現場人員利用移動GIS應急平臺及時同步現場情況，做到“下情上傳”，使突發公共事件處置做到多方協同，有序開展，將災害損失降到最低。
應急評估子系統：應急評估子系統可以記錄突發事件的應急處置過程，再現應急過程；按照評價模型對應急過程前的應急能力、過程中的及時性、過程后的有效性進行分類和綜合評估，生成評估報告。
模擬演練子系統：模擬演練子系統在安全領域建立一套能提供應急預案演練、救災操作培訓等功能的計算機軟硬件系統。系統依據“培訓與演練相結合、進階式應急演練過程”的模式，建立以基礎數據庫為輔、階段式訓練進程為主、并配有考試考核功能的系統架構，循序漸進提高應急人員的應急救援能力，并通過對應急預案的演練過程檢驗預案的可操作性與實用性，使應急隊伍和指揮人員在不斷地學習和練習中提高他們的指揮能力、作戰能力和應變能力，能迅速處理突發事故，最大限度地減少事故損失和人員傷亡。
智能輔助子系統：根據有關應急預案，利用對突發公共事件的研判結果，結合應急組織體系、工作流程和應急保障力量，通過對有關法規、政策、安全技術要求以及處理類似事件的案例等進行智能檢索和分析，并咨詢專家意見，提供應對突發公共事件的指導流程和輔助決策方案。根據應急過程不同階段處置效果的反饋，實現對輔助決策方案的動態調整和優化。
綜合管理子系統：實現突發公共事件信息的接報處理、跟蹤反饋和情況綜合等應急值守業務管理。通過下級應急平臺向應急指揮中心報送特別重大、重大突發公共事件信息，及時報送特別重大突發公共事件現場音視頻數據，并向有關部門通報。整合面向公眾緊急信息接報平臺整合工作，建立“信息統一接報、分類分級處理”的工作機制，確保各職能部門之間快速反應、協同應對。
7.1.4.3 平安城市
平安城市是利用綜合管理信息平臺，集成視頻監控系統、智能交通、卡口、電子警察等多個系統，利用市區級數據交換平臺實現資源共享、數據集成。系統前端數據通過監控系統采集并傳輸到市、區公安局110接警指揮中心平安城市管理平臺，在市政府應急辦、城市管理部門、公安等部門安裝平安城市客戶端。平安城市管理平臺由數據庫服務器、存儲服務器、管理服務器、報警服務器、接入網關服務器、流媒體轉發服務器和其他應用服務器組成，并與公安現有的其它信息系統（如三臺合一接處警系統、GIS等系統）有效集成，實現信息的充分共享，形成一套功能強大、貼近實戰、運行穩定、操作簡便的應用系統。
系統架構：平安城市利用先進的互聯網技術、計算機技術、通信技術、IC芯片技術、光電技術形成一個大型監控網絡，整合一切可利用的資源，結合工作生活需求，供各個部門共享資源，這些資源不但將在安防安保中大規模使用，還將在城市應急、智能交通、環境監測、應急指揮、災害控制等等領域發揮重要作用。
平安城市監控系統總體架構自下到上分為四層，依次為：數據感知層、網絡傳輸層、數據管理及控制層、數據應用層。如圖3所示。
圖3 平安城市監控系統總體架構圖
（1）數據感知層：平安城市數據感知層是利用一種數據采集設備，從系統外部感知數據并輸入到系統內部的一個接口，可完成信號向數據的轉換。數據感知層負責現場音視頻信號、報警信號、人臉、車輛等信息的采集，為整個信息管理系統提供原始信號源。包括高清治安監控子系統、高清智能卡口子系統、高清電子警察子系統等。包含的主要設備有高清槍型攝像機、高清球型攝像機、道路高清抓拍專用攝像機、智能交通路口主機、頻閃燈、報警探測器等。設備需要適應各種惡劣環境，確保7×24小時正常工作。（2）網絡傳輸層：網絡主要包括公安視頻專網、運營商公共網絡、衛星鏈路等組成，用于承載視頻信息數據傳輸。網絡傳輸層采用統一的、基于IP的網絡平臺，網絡層為視頻監控數據傳輸、存儲與處理提供可靠的網絡通信保障。包含的主要設備有交換機、路由器、防火墻等。（3）數據管理、控制層：數據管理、控制層為所有業務系統提供計算與存儲資源，通過對存儲資源統一管理和調度，實現計算和存儲資源有效利用。通過強大的容錯能力，確保城市的視頻信息系統的穩定可靠運行。數據管理、控制層全面整合多種公安及社會的圖像資源，實現城市資源共享；提供統一的業務登錄與管理界面，實現視頻資源調閱、智能分析應用、網上督察、預案管理、治安防控圈、信息報送、3G/4G無線視頻監控、智能交通、可視指揮調度等多項業務功能于一體。（4）數據應用層：數據應用層是平安城市的核心，該層包括公安各警種，如刑偵、治安、指揮中心、督察、交警、監管、反恐等部門用戶，也包括政府應急辦指揮中心、城市安保運營公司指揮中心等客戶端作為視頻系統的直接用戶，通過對業務及基礎功能的應用，完成對基于視頻應用業務的日常管理工作。隨著圖像信息庫的不斷完善和積累，逐步實現全國圖像信息庫資源的共享，公安日常業務應用中對圖像的調用將逐步圍繞圖像信息庫展開，圖像信息庫將成為公安“八大庫”后又一個關鍵信息庫。（5）制度與標準規范：借助GB28181《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》，可以實現實際意義上全區域的圖像資源的共享。對于關鍵的應用和數據，明確統一的編碼標準、聯網標準和接口標準等。
7.1.4.4 智慧城管
智慧城管實現城市各類資源的高度共享、各業務單元協同聯動、快速反應和精確管理，實現全局統籌指揮、獨立全面過程監督考核，面向行動、支撐一線，以人為本、強化服務的智能化城管模式。也是實現集信息獲取、信息處理、全程跟蹤督辦、分析研判、視頻監控、應急聯動、聯合指揮調度等多位一體的智慧化的全覆蓋的全流程的綜合性城市管理平臺。
智慧城市通過二維碼、RFID等物聯技術實時獲取路燈、綠地、公廁等固定對象的位置信息，通過手持智能終端、高清攝像機獲取實時視頻信息，通過溫度傳感器、濕度傳感器、照度傳感器、空氣質量傳感器等獲取環境信息，通過GPS設備實時定位和追蹤車。智慧城管利用各類隨時隨地的感知設備，立體感知城市環境、狀態、位置等信息，與業務流程智能化集成，促進城市各個關鍵系統和諧高效的管理。智慧城管系統中，網格化管理系統將管轄地域劃分成若干網格狀的單元，并對每一網格實施動態、全方位管理。網格化管理技術與地理編碼技術、三維視頻呈現技術相融合，形成基于地圖的城市部件管理系統，這一創新管理模式使城市管理更加精細、準確、規范。
智慧城管的架構包括感知層、傳輸層和綜合系統層，如圖4所示。
圖4 智慧城管架構圖
（1）感知層：提供前端傳感器等硬件設備，使信息符合規范互聯和控制協議，具備位置感知、圖像感知、狀態感知等多方面感知能力。視頻感知系統包括固定點位攝像頭、執法車載視頻采集設備等多種圖像感知裝置，為執法取證、現場指揮提供圖像信息。位置感知系統用于執法員、執法車輛和裝備的定位，可以幫助城管明確執法力量分布。狀態感知系統用于工地噪聲等擾民問題的發現、預警及取證。基于物聯網技術的感知平臺是整個智能城市管理系統的基礎部分，是城市管理所有信息的采集端口，集成了軟件、硬件和通信網絡的應用。其感知的信息范圍和類型非常廣泛，包括位置感知、視頻感知、狀態感知、服務感知以及其他信息感知。
（2）傳輸層：依托智慧城市基礎網絡，實現傳感器信號、數據的傳輸，保障城管物聯網平臺所需要的IT基礎設施，構建城管云，提供各類數據和業務的存儲、運算、分析與服務功能。
（3）綜合應用層：是實現對監控信息的關聯分析、智能識別、高效融合和全景展示，支持實時的預警和事件接入，并支持執法力量的分布展示和執法指揮調度。綜合應用平臺主要由無線數據采集系統、監督中心受理系統、協同工作系統、調度指揮子系統、綜合評價系統、RFID部件管理系統、數字化車輛管理系統、綜合發布系統和地理編碼系統等組成：
無線數據采集子系統：無線數據采集子系統是對城市現場信息進行快速采集與傳送的子系統，供城市監督員使用。系統功能包括：接收無線采集設備報送的市政監管問題信息；下發監管中心分配的核實、核查、專項普查任務；管理和發布當日提示信息；提供信息查詢、數據同步等功能。監督中心受理子系統：受理來自信息采集員上報、公眾舉報和視頻監控員上報的城市管理問題，對問題進行審核、記錄，立案后傳遞給指揮中心。協同工作子系統：運用空間網格、地理編碼、工作流、WEBGIS等技術，受理城市管理監督員通過信息采集器上報的城市部件和事件問題信息以及社會公眾的舉報信息，將任務派遣、處理、反饋、核查、結案、歸檔等環節關聯起來，完成跨部門的任務流轉和全程監督。調度指揮子系統：通過大屏幕直觀地了解城市部件（事件）信息、業務辦理信息、綜合評價信息等情況，實現信息實時監控，便于各級領導更加清楚地了解城市網格化管理的狀況，還可對每個網格、監督員、部件等個體情況進行查詢。綜合評價子系統：系統按照工作過程、責任主體、工作績效、規范標準等系統內置的評價模型，對區域、部門和崗位等信息進行綜合分析、計算評估，生成以圖形為主的評價結果。部件管理子系統：利用電子標簽對城市部件進行標識，在城市部件和公共部件的日常維護、搶修和發生緊急意外事故時，通過射頻卡上的編碼和數據，可以快速查到相關信息，為市政管理提供迅速、全面、有效、準確的信息支持。數字化車輛管理子系統：利用GPS技術、RFID電子車牌技術，對各類工程車輛（渣土車、道路清潔車等）農用運輸車輛進行信息化管理，實現對車牌號碼的自動讀取、信息快速查詢、車輛定位跟蹤等功能。綜合發布子系統：社會公眾通過頁面登記功能自行上報城市管理問題信息，同時可直觀地查看各職能部門工作及時率、完好率的統計。使政府工作更加公開化、透明化。地理編碼子系統：地理編碼子系統實現資源信息與地理位置坐標的關聯，建立起地理位置坐標與給定地址的一致性，在空間信息支持下進行有效的分析和決策應用。地理編碼子系統具有地址描述、地址查詢和地址匹配等功能，能為監管數據無線采集子系統、監督中心受理子系統、協同工作子系統等提供地理編碼服務。
作者簡介：
魏曉東，1967年畢業于天津大學精儀系。1984~1991年任安徽工業大學自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統》（上海科技文獻出版社）。2000~2012年任北京和利時系統工程公司副總工、事業部總設計師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監控系統工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統與技術》初版與第二版（電子工業出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范》（GB50636-2010）、《城市軌道交通綜合監控系統施工與質量驗收規范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關于兩化融合的國家標準《工業企業信息化集成系統規范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數字城市工程中心技術專家，住建部城市軌道交通標注技術網Eu委員會委員，全國自動化系統與集成標準技術委員會委員。
摘自《自動化博覽》2018年1月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號