· 文| 航天恒星科技有限公司 马祥斌 李璇 赵兴圆 张泽根

基于航天系统工程，实施智慧城市“六化”建设

· 文| 航天恒星科技有限公司 马祥斌 李璇 赵兴圆 张泽根

一、智慧城市概念内涵

智慧城市早期概念的提出是在20世纪90年代，2008年IBM提出了“智慧地球”的理念以后，全球智慧城市建设的热潮在世界各地掀起；2009年维也纳理工大学区域科学中心首次提出了智慧城市的六个表现维度：增长的经济、便捷的移动、舒适的环境、智慧的民众、安全的生活、公正的治理，对智慧城市的概念进行了具体的诠释。

我国智慧城市的建设得到了国家和地方政府部门的大力支持，并陆续出台相关政策，加强对智慧城市发展的政策指导和推动作用。特别是在2014年3月，中共中央、国务院印发了《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》（简称《规划》），明确指出了智慧城市的发展方向：统筹城市发展的物质资源、信息资源和智力资源利用，推动物联网、云计算、大数据等新一代信息技术创新应用，实现与城市经济社会发展深度融合；促进跨部门、跨行业、跨地区的政务信息共享和业务协同，强化信息资源社会化开发利用，推广智慧化信息应用和新型信息服务，同时增强城市要害信息系统和关键信息资源的安全保障能力。同时《规划》还明确了我国智慧城市建设的六项指标：信息网络宽带化、规划管理信息化、基础设施智能化、公共服务便捷化、产业发展现代化以及社会治理精细化，简称“六化”。

城市建设和发展是一个复杂多元的巨系统，包含着社会、经济、政治、文化等方方面面，各个系统之间相互关联、相互影响。无论从国外对智慧城市概念的诠释，还是从我国智慧城市建设“六化”的提出，不难看出，智慧城市的建设应更加注重顶层设计和底层应用，应以城市基础地理信息、地下管网信息、动态感知信息和公共数据信息等全要素信息为基础，以物联网、云计算、大数据处理以及卫星通信与导航等技术为支撑，以网格化管理为手段，以企业的优势技术和可靠集成能力为依托，面向公众、行业和政府，构建一套涵盖民生、人文、产业、环保、能源和管理的全生态城市系统，从而实现城市的感知全面化、服务泛在化和管理智能化，让城市变得更聪明。

二、基于航天系统工程的智慧城市总体设计

结合航天系统工程思想以及对智慧城市概念的理解和探索实践，从总体架构上，将智慧城市分为“感、传、智、用”四大部分，即感知层、传输层、平台层和应用层，组成框图如图1所示。

图 1 智慧城市总体组成框图

“感”——对城市产生的各类数据进行采集和感知，感知的数据可分为城市空间信息和动态信息两大类。其中空间信息包括了城市基础地理信息、地表部件信息、地下管线信息和地下空间信息，这一类信息变化相对缓慢，通常采用现代卫星遥感、航空摄影、地面三维推扫等先进测绘手段按照一定的时间周期进行数据采集和更新处理；动态信息主要包括城市的视频监控信息、站网监测信息、数字传感信息以及位置服务信息等，该类信息的实时性较强，且数据丰富多样，数据量巨大，构成了城市运行监测的基础数据。

“传”——为城市信息的采集与更新提供数据传输通道，具体通信手段包括地面2G/3G/4G移动通信系统、有线/无线互联网络、北斗短报文、卫星通信等。

“智”——通过城市政府内（外）网云平台，将分散的不同特性的城市空间信息、动态信息和公共信息三类数据，按照统一的数据体系标准、时空框架和分层标准，进行一体化的逻辑组织与管理；并采用云存储、并行计算、大数据挖掘等先进技术，一方面实现信息的共享服务；另一方面形成政府管理的辅助决策信息。

“用”——包括政府行政审批、行业职能管理和社会公众服务三类。政府的行政审批应用，通过政府云平台，面向市、区（县）、街道三级政府的行政管理，优化政府的办事流程，提升行政审批效率；行业的职能管理应用，通过大数据的信息融合和挖掘，为国土、规划、房产、水务、交通等行业的管理提供辅助决策，提升管理服务水平；社会的公众服务应用，面向企业和市民，通过政府公共服务平台和大数据资源，使企业和市民享受到便捷化的服务。

三、智慧城市“六化”建设内容

围绕智慧城市“六化”建设指标以及“感、传、智、用”的总体架构，智慧城市的建设内容可以概括为“两项建设、三大数据库、两大平台、三大应用”，建设内容如图2所示。

“两项建设”——包括基础设施建设和保障体系建设，基础设施是硬件，保障体系是软件，作为智慧城市政府管理的两大基础建设必不可少。基础设施建设包括基础网络建设和基础数据采集，其中有线通信、无线通信、视频监控、地面监测、传感监测、导航增强等“六网”，构成了城市的基础网络建设；城市基础地图、地上部件、地下管线、地下设施以及地名地址等数据的测绘、普查与调查，构成了城市基础数据采集的内容。基础设施建设是智慧城市建设所必需的基础，有基础设施建设就有了设施管理信息，政府管理这些对象就需建设相应的政策法规、组织管理、标准规范、安全保密、数据更新、运营服务等配套体系，概括为“六大体系”。

“三大数据库”——包括空间信息、动态信息、公共信息三大数据库的建设。空间信息数据库包括基础地理信息库、地上部件信息库、地下管线信息库和地下空间信息库，这一类来自于基础数据的测绘采集。动态信息数据库包括视频监控信息库、站网监控信息库、位置服务信息库和传感数据信息库，这一类数据来自于各行业信息系统的实时监测数据。公共信息数据库，包括人口库、法人库、证照库以及地名地址库等，这一类数据主要是从政府各委、办、局的数据库中进行抽取得来，通过信息清洗、融合，形成公共信息库。

“两大平台”——即建设政府的内网云平台和外网云平台。政务内网属于保密网络，对于高精度地图、地下管线和地下人防等涉密数据，需要在政务内网上运行，为国土、规划、建设、房产等强GIS需求部门提供数据服务；政务外网属于非涉密网络，对于低精度的地图数据和城市部件数据等，在政务外网上运行，为城管、安监、交通等弱GIS需求部门提供数据服务。

“三大应用”——围绕政府行政审批、行业职能管理和社会公众服务，在城市政府内（外）网数据共享服务平台的基础上，建设面向市、区（县）、街道三级政府的行政审批系统，建设交通、环保、城管、水务等行业的智能管理及辅助决策系统，以及建设面向企业和市民的社会化公众服务平台。

图 2 智慧城市建设内容框图

四、智慧城市解决方案

针对智慧城市的解决方案，需重点关注两个方面：一是智慧城市模型体系的构建；二是智慧城市核心——大数据云平台的建设。

1．智慧城市模型体系构建

按照智慧城市“感、传、智、用”的总体架构，其中智慧城市的传输层基本依托电信运营商的移动及互联网络实现，从而在智慧城市的建设上业界更多关注的是智慧城市的总体设计以及“感、智、用”的系统构建、产品提供以及运营服务。围绕智慧城市的建设，从系统解决方案的角度，应重点构建四大模型体系，即需求模型、应用模型、技术模型和运营模型；而从智慧城市发展的角度，还需要构建商业模型和产业发展模型。智慧城市模型体系如图3所示。

（1）需求模型

无论是智慧城市的总体设计，还是城市基础数据的采集、大数据挖掘以及具体的行业应用，均需要从城市管理者具体的需求出发，需要针对城市的特点、政府管理现状等进行充分的调研、资料收集和分析工作，从而深入了解智慧城市的建设需求，构建智慧城市的需求模型。

图 3 智慧城市解决方案模型体系框图

（2）应用模型

应用模型更多解决的是城市管理问题，研究城市到底怎么去管？如果说需求模型描述的是“点”，那么应用模型则描述的是“线”，具体到一项城市管理职能的应用模型，就要说清楚它的管理流和数据流是什么，最终构建最优的管理体系。

（3）技术模型

技术模型讨论的是系统实现问题，也就是在应用模型的基础上，通过系统设计、技术攻关、产品开发和系统集成，实现应用模型的信息化和智能化管理，并满足城市管理者的需求。

（4）运营模型

运营模型是为了解决每一个智慧城市项目完成之后，如何去做维护，使其能够长期且良好运转的问题，这就需要思考如何为每个项目都建立一套长效机制，能够保证数据鲜活，保证系统的生命力。

（5）商业模型

智慧城市建设的投资无疑是巨大的，不可能单靠政府出资，这就需要对智慧城市的商业模式进行研究，建立商业模型。无论是政府，还是企业，都需要关注如何解决项目建设资金的问题，还要关注项目如何盈利，这样智慧城市建设才能够落实，才能持续发展。

（6）产业发展模型

智慧城市的建设离不开产业发展，也是“六化”指标之一，这就需要对其产业发展模型进行深入研究，比如：如何通过战略合作、企业购并、资本运作、外引内联等多种手段，打造智慧城市产业联盟，带动地方智慧城市的产业发展。

2．智慧城市云平台构建

政府的大数据云平台是智慧城市建设的核心内容，其建设框图如图4所示。在城市云平台上通常关联了基础的空间信息、城市的动态信息和公共信息三类数据，并且每一类数据均包含了多个项目、多种类型的数据信息，从而一方面就要求云平台能够实现数据的云存储，能够对以地图数据为代表的结构性数据、以照片数据为代表的半结构数据以及以视频数据为代表的非结构性数据进行统一存储；另一方面，还要通过云平台进行大数据的挖掘，即结合政府及行业部门的管理需求，对基础位置信息、动态监测信息以及人口、法人等信息进行数据的融合和分析，支撑政府行政审批和行业智能管理的辅助决策。

从未来智慧城市信息系统的构架来讲，只建设一个政府的云平台是不够的，即城市的数据并不是完全存在于政府的内（外）网平台里，而应是继续存储在诸如城管、交通、环保等城市管理部门的信息中心。但是存储在行业管理部门信息中心的这些数据需要向上开放，城市的云平台有权去调用各系统的数据，即取消系统的横向管理，变成纵向管理，这个原则在城市信息系统中至关重要。另外，在这套管理系统体系中，数据的融合分析需要在城市云平台上来实现，就需要成立一个政府的信息中心，在其云平台上建立相应的临时库，对各行业的数据进行抽取、清洗和融合分析，形成辅助决策信息。

图 4 智慧城市云平台建设框图

五、智慧城市发展愿景

当前智慧城市建设，更多的还是围绕政府管理进行，通过搭建一个政府性的平台，来为各政府部门提供服务。然而，这远远不能够满足智慧城市的建设要求，真正的智慧城市应该是为民众服务，因此在下一阶段，需要重点研究如何通过政府的资源来建立社会服务平台，智慧城市的发展愿景框图如图5所示。通过社会服务平台，可以应用政府的资源来提供数据和信息服务，通过好的商业模式产生盈利；还可以进行运营及增值服务，未来交通、环保、城管等行业的信息系统都能够通过运营产生效益；第三是电子商务，通过建设智慧城市，获取了城市的各种数据资源，也就具备了互联网经营的可能，未来如何实现智慧城市的电子商务经营，也将是解决智慧城市建设资金及盈利的有效手段。

图5 智慧城市发展愿景框图

智慧城市系统复杂、建设周期长，需要从实际出发，循序渐进，并兼顾产业发展。因此，需要在充分理解智慧城市内涵的基础上，以国家要求为纲要，充分结合地方实际情况和智慧城市建设需求，致力于构建一套完整的、可复制推广的智慧城市模式，通过推广，进一步实现省域城市的互联互通，从智慧城市走向智慧省区，最终实现智慧中国。