智慧城市建设技术体系架构.docx
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智慧城市建设技术体系架构
XXX
XXX智慧城市体系架构
V0.1
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XXX
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V1.0
第一章XXX城市发展现状
1.1XXX城市发展现状
改革开放以来,XXX城市化持续快速发展,城市已经成为国民经济发展的核心载体。
●城市化水平持续快速提高,城市体系不断完善
XXX城市化进程在迅速的发展,城市化的水平大幅度提高。
实现人口以农业为主的城市向城市为主的历史性转变。
XXX城市建设成效比较明显,城市现代化水平提高很快,城市接纳人口的能力也在不断地提高。
●居民在城市化过程中普遍受益,生活水平显著提高
伴随着XXX工业化和改革开放的快速推进,XXX居民收入水平明显增长,居民生活水平、生活环境、居住条件等发生根本性的改变。
覆盖城乡的就业和社会保障体系不断完善。
●市政公用设施服务能力和供给能力增强
随着XXX的城市化发展,XXX的城市功能日趋完善,承载能力逐步提高。
XXX城市人均生活用水量、用水普及率、城市燃气普及率、污水处理率、生活垃圾无害化处理、城市建设成去绿化覆盖率、人均公园绿地面积、每万人拥有公共交通车辆、人均道路面积等指标都有较大幅度地提升。
XXX设置了公交优先车道或专用车道,大公交、做地铁,逐渐成为XXX城市居民出行的优先选择。
●信息技术在城市建设中得到广泛应用
借助国家出台的一系列信息化相关政策,实施了系列“金子工程”、“电子政务”、“电子商务”等重大信息化工程,大大推进了XXX城市信息化进程。
同时以信息技术地球观测与导航技术为核心的数字城市技术得到迅速发展。
并获得了广泛应用。
当前,XXX数字城市继续向广度和深度推广,数字城市建设更加务实和理性化,数字城市的作用和效益正在逐步显现。
1.2XXX城市发展现存问题
在XXX城市化建设历程中取得一系列成绩的同时,也出现了许多困境。
便随着XXX城市人口的不断增长,XXX城市规模不断扩大,交通拥堵、产业结构不合理、环境污染、食品安全、“信息孤岛”等城市问题也进一步凸显。
●城市人口剧增
我国现在每年有1500万人口进入城市,预计到2025年我国将会有近三分之二的人口居住在城市。
XXX也将自然地进入城市社会。
城市化也就成为继工业化之后推动XXX经济社会发展的新引擎。
●交通拥堵
汽车越来越多,市区道路面积的平均增长率远远低于机动车的平均增长率。
这将使XXX城区中心经常堵车。
城区道路不足和城区交通管理落后造成城区交通拥挤,这是大城市的通病。
对城市居民的汽车消费也形成极大制约。
●产业能耗偏高
XXX的产业模式尚未根本改变。
物耗高、能耗高、污染高的“三高”问题依然突出。
同时,我国石油、天然气的人均储量不足世界平均水平的10%,水的人均储量仅为世界平均水平的1/4。
资源的相对匮乏使得我国的产业结构显得更不合理。
●环境污染严重
大量使用化学物质的现代农业和重化工业的快速发展成为当前环境污染的主要源头,对原本就十分脆弱的生态环境造成了巨大压力。
另一方面,汽车队环境的破坏也很明显。
城市的生活垃圾是城市环境污染的一个重要源头。
垃圾处理85%以填埋方式处理,雨水使重金属和细菌渗到水和土壤中,腐烂的垃圾释放出甲烷和二氧化碳,再次造成城市的空气污染。
城市的噪音问题也是环境污染的一个重要方面,包括交通噪音、建筑噪音、动物噪音、人为噪音等。
●食品监管不力
目前,我国食品安全状况并不乐观:
农药、兽药的大量使用;食品添加剂超量、超范围使用;各种工业、环境污染物的存在;有害元素、微生物和各种病原体的污染;有害生物和疫病的多次发现;生物技术和食品新技术、新工艺的应用带来的负面效应;国内外人口流动的增加,新疾病的出现和原已消灭的重大疫病的死灰复燃。
同时,政府对“食品安全”经费投入不足和政策倾斜不足,监管工作要做到位比较难。
食品安全监管方面检测设备老化,未能及时更新,缺少必备检测设备;抽检经费不足等,大大制约了食品安全监管工作的开展。
●“信息孤岛”问题突出
XXX在城市管理和建设方面,推进了一系列的信息化举措,比如电子政务、办公信息化等技术化管理手段,但在这一过程中,由于主要是纵向推进,缺乏横向的整合,导致XXX城市信息化在为公众服务上效果打折扣。
大多数应用系统之间没有统一的技术和数据标准,数据不能自动传递,缺乏有效的关联和共享,从而形成一个个彼此隔离的“信息孤岛”。
信息孤岛的存在导致信息的多口采集、重复输入以及多头使用和维护,信息更新的同步性差,从而影响了数据的一致性和正确性。
并使信息资源拆乱分散和大量冗余,信息使用和管理效率低下,且失去了统一的、准确的依据。
孤立的信息系统无法有效地提供跨部门、跨系统的综合性信息,各类数据不能形成有价值的信息,局部的信息不能提升为管理知识,以致对XXX的政府决策支持缺乏力度。
第二章建设智慧城市是战略选择
城市发展日益受到土地、空间、能源、清洁水等资源短缺的约束,城市人口膨胀、环境保护等问题面临的压力也越来越大。
如何用新的技术和管理方法面对和解决这些问题呢?
创新性地使用新一代信息技术、知识和智能技术手段来重新审视城市的本质、城市发展目标的定位、城市功能的培育、城市结构的调整、城市形象与特色等一系列现代城市发展中的关键问题,特别是通过智慧传感和城市智能决策平台改善节能、环保、水资源短缺等问题。
●建设“智慧XXX”促进产业升级和结构调整
XXX城市建设必须拥有一批在未来具有核心竞争力的产业,才能具有区域经济的可持续性和发展潜力。
改变依靠传统资源密集和劳动密集型产业的状况,创造核心技术和优势品牌。
力争XXX智慧城市与其它区域城市之间形成协同创新机制和平台,增强整体创新能力。
XXX智慧城市可以通过引进技术手段,以行业为单位建立虚拟和实体的创新协同机制(如智慧物流、智慧环保、智慧银行和智慧医院等),整合不同行业之间的协同机制(如智慧交通和智慧城管等),提升XXX城市内部和城市时间的创新能力,推动产业升级和结构调整。
●建设“智慧XXX”促进社会和谐
随着XXX城市的工业化建设和发展,也伴随着出现了食品药品安全、家政服务质量、人身安全和社社区安全等问题,尤其是食品安全问题已经越来越突出。
只有解决这些关系民生的基本生活保障问题(如食品安全和医疗保障),城市的发展才可能和谐。
但随着XXX城市规模的日益扩大、流动人口增加和物流系统越来越复杂,传统的由质检部门和居委会进行管理的方式已经难以胜任。
XXX城市管理必须利用新一代信息技术建立实时更新的控制和协调系统,实现智慧化管理才能与日益复杂的城市实体系统协调一致,达到现代人宜居的目标(如XXX智慧社区等)。
国外先进经验表明,城市的高宜居性是稳定和吸引高智能人才的重要条件之一。
经济发展带来了XXX经济的一体化和全球化,也带来了恶意传染疾病爆发、恶性犯罪事件的增加等问题。
为了防范和解决这类问题,XXX智慧城市的引入可以在第一时间快速感知这些突发事件,通过其智能化的调控能力和行为意识加快(由区长或城市智能决策平台)判断和决策的准确性、有效性与及时性,实现不同行业和区域的协同和应对能力。
同时也可以通过其“学习”能力,不断提高处理应急事件和突发性事件的视屏,使应急预案程序化、智能化。
第三章智慧城市的定义和愿景
3.1智慧城市的定义
智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。
其实质是利用先进的信息技术,实现城市智慧式管理和运行,进而为城市中的人创造更美好的生活,促进城市的和谐、可持续成长。
3.2XXX智慧城市的愿景
XXX智慧城市的愿景是使XXX城市“发展更科学,管理更高兴,生活更美好”。
●发展更科学
XXX智慧城市建设的首要目标就是要调整XXX城市产业结构、转变XXX城区发展方式,并以此作为带动XXX城市经济发展的主要抓手。
通过“智慧XXX”的建设,大力发展新一代信息产业(物联网、云计算等),降低产业能耗,使XXX城区的产业结构更加合理,发展更加持续。
●管理更高效
XXX必须依靠可感知、可控制、高智能的城市管理手段是城区运行畅通和高效。
通过物联网、空间地理等技术,对森林、大气、水流等自然环境和道路、地面设施、地下管网等城市基础设施以及汽车、食品、药品等流动的物品进行实时的管理控制,对本地人口、常驻人口、流动人口等进行实时的管理和服务,以实现XXX智慧的交通、智慧的环保、智慧的应急、智慧的基础设施、智慧的食品药品监管、智慧的政务,达到信息化社会的新阶段,创造低碳社会、绿色生态、山水宜居的文明城市。
●生活更美好
通过高度发达的基础设施和信息环境,XXX市民在任何时间、任何地点、任何渠道的都可以享受便捷和廉价的社会服务、就业安居、公共交通、医疗卫生、文化教育等融合的公共服务,使XXX人民生活品质得到大幅提升;通过强大的社会服务能力让市民感受到归属和认同、便捷与关怀、交流与信任、尊重与成长。
物理环境不再成为障碍,人人比邻而居,成为XXX城市家园中日日相伴的朋友,不论是本土居民还是外来居民,都为工作和生活在座智能、亲切的城市而感到舒心和骄傲。
第四章XXX智慧城市体系架构
4.1XXX智慧城市的顶层设计要求
XXX智慧城市是一个多层次结构的复杂系统,它是以一个中心平台为基础,以及之上的多个应用子系统组成的复杂而庞大的系统。
XXX智慧城市由多领域、多类别、多级系统构成的庞大系统。
它需要处理不同领域、不同系统、不同类型的海量数据。
它具有新老系统配合使用、技术发展快速、外部链接关系多、内部结构复杂、科研和建设周期长、需要为其他系统提供广泛的信息支持和服务等特点。
XXX智慧城市体系架构要具备以下特征:
●可扩展性-包括系统结构的可扩展性、系统容量的可扩展性以及网络的可扩展性;
●兼容性-包括对系统的兼容性和不同行业、不同领域系统的兼容性;
●安全性-XXX智慧城市的安全性包括平台本身的安全性、数据的安全性和通信的安全性;
●可靠性-XXX智慧城市平台必须具备很高的可靠性,包括软件系统的可靠性、硬件的可靠性以及网络的可靠性;
●可管理性-XXX智慧城市涉及很多子系统和网络,智慧城市平台应能提供业务管理、配置管理、故障检测和性能监视等基本管理功能。
4.2XXX智慧城市体系架构
XXX智慧城市的体系架构自下而上分为:
感知层、通信层、数据层、应用层;以及完善的标准体系和安全体系。
体系架构如下图所示:
图4.2:
XXX智慧城市体系架构
感知层是智慧城市实现其“智慧”的基本条件。
感知层具有超强的环境感知能枵和智能性,通过RFID、传感器、传感网等物枹网技术实现对城市范围内基础设施、环境、建筑、安全等的监测和控制,为个人和社会提供无处不在的、无所不能的信息服务和应用。
通信层是智慧城市中的信息高速公栤,是未来智慧城市的重要基础设施。
未来城市的通信网桔应该是由大容柎、高带宽、高可靠的光网桔和全城覆盖的无线宽带网桔所组成,为实现城市的智慧化奠定柋好的基础。
同时,让市民“随时、随地、随需”都可以宽带上网,而且可以享受网桔电视、高清电视、高清视频通话等宽带业务。
数据层的核心目的是让城市更加“智慧”,在未来的智慧城市中,数据是非常重要的战略性资源,因此构建智慧城市的数据层是智慧城市建设中非常重要的一环。
数据层主要的目的是通过数据关枹、数据挖掘、数据活化等技术解决数据割柠、无法共享等问题。
数据层包含各行业、各部门、各企业的数据中心以及为实现数据共享、数据活化等建枱的市一级的动态数据中心、数据仓库等。
应用层主要是指在感知层、通信层、数据层基础上建枱的各种应用系统。
智慧产业、智慧管理和智慧民生构成的智慧应用层,促进实现“产业发展、功能提升、民生幸福”的智慧城市。
市民可以通过各种终端访问这些系统,市民可以亲自体验到城市生活的幸福与和谐。
4.2.1感知层技术架构
智慧城市中的感知层又可分为感知对象子层、感知单元、传感网络、接入网关子层。
图4.2.1:
XXX智慧城市感知层
Ø感知对象子层
感知对象主要是指物理世界中的“物”,比如需要监测的设施和设备、在智慧交通中的车辆、智慧物流中的物品、在智慧社区中被监控的人,甚至在遥感测绘中的地球表面空间都是被感知对象。
Ø感知单元
感知单元是指具有数据采集功能的,用于采集物理世界中发生的物理事件和数据的设备和网络。
采集的数据可以包括各类物理量、标识、音频、视频数据等。
数据采集设备涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位设备等。
Ø传感网络
由传感设备组成的传感网,包括通过近距果无线通信方式组成的无线传感网以及其它的传感网。
在XXX智慧城市体系中要求每个感知设备都能够寻址,都可以通信,都可以被控制。
Ø接入网关
接入网关主要负责将感知层接入到智慧城市的通信层中,可能做的处理包括协议转换、数据转换等工作,这取决于感知层和网络层采用的技术。
4.2.2通信层技术架构
XXX智慧城市的通信层是以“宽带、无线、泛在、融合”为特征的智慧一体化网络。
实现高起点、高标准面向未来信息网络,促进电信网、互联网、广播电视网的融合。
满足智慧城市发展要求。
未来网络的发展不仅要求更高的宽带速度、更便捷的接入方式、更深程度的融合还要支持人与机器(或物体)间以及机器到机器间通信,最终形成智慧一体化的网络基础设施。
我国的通信事业经过十余年的快速发展,移动通信、互联网等技术已比较成熟,基本能够满足智慧城市中数据传输的需要。
通信层是XXX智慧城市体系架构中发展最好、也较为完善的一部分。
图4.2.2:
XXX智慧城市通信层
4.2.3数据层技术架构
城市本身是典型的数据密集环境,城市的运行涵盖环境检测、城市交通、公共服务、居家生活、经济商务、健康管理、公共安全等诸多方面,海量的数据在不断被生产出来。
更充分、更智能地发挥数据的作用是智慧城市未来发展的必然趋势。
因此智慧城市的数据层是看XXX智慧城市体系架构中的核心。
图4.2.3:
XXX智慧城市数据层
数据层采用云计算的架构模式。
数据层体系结构主要分为3层:
城市数据中心、城市基础库和城市的云服务。
Ø城市数据中心
数据中心作为未来XXX智慧城市的重要基础设施,主要包括计算机、存储设备、网理设施、数据库和软件等物理资源。
数据中心利用虚拟化和云计算技术将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池。
资源的虚拟化避免了硬件异构的特性,并被动态分配和动态调整。
Ø城市基础库
城市基础库是XXX智慧城市中的基础的信息资源,是其它应用的基础数据。
XXX智慧城市中经过授权的用户可以访问和共享这些数据。
Ø城市云服务
主要为XXX智慧城市的各级用户提供包括政务云、行业云和公共云在内的云服务。
XXX城市云服务将以服务的形式为用户提供软件、应用和计算资源等,用户不再关心软件的购买、安装和升级维护,根据租用服务的实际使用情况进行付费。
4.2.4应用层技术架构
XXX智慧城市应用层由智慧产业型应用、智慧管理型应用和智慧民生型应用构成,促进实现“产业发展、功能提升、民生幸福”的智慧城市。
图4.2.4:
XXX智慧城市应用层架构
4.3XXX智慧城市标准体系
为了推进XXX智慧城市相关产业的快速、健康发展,必须有统一的技术和接口标准。
XXX智慧城市不仅涉及一些基础性的关键技术而且与应用密切相关,因此,XXX智慧城市的标准体系中分为技术基础标准和应用标准两个部分。
图4.3:
XXX智慧城市标准体系
对于在XXX智慧城市中已有的技术和标准我们尽可能的进行引用,比如通信层所涉及的电信行业标准已经相对的完善和成熟,我们将直接引用不再制定。
在制定标准过程中,坚持以拥有自主知识产权的技术为核心,广泛听取各方意见,形成大家认可的标准体系,使标准真正起到推动产业发展的作用。
4.3.1技术基础标准体系
Ø通用规范部分
通用规范部分主要定义XXX智慧城市技术中的名词术语、体系架构以及需求分析等。
Ø感知层部分
感知层部分主要涉及XXX智慧城市中动态感知层的相关标准,主要涉及到传感器接口、组网协议、接入标准、统一标识和安全标准等。
Ø通信层部分
通信层是XXX智慧城市中标准较为完善和发展最好的一个部分,有大柎的国际和国内标准。
在智慧城市标准体系中,这部分主要是引用现有标准,不再重新制定。
Ø数据层部分
数据层部分涉及的标准主要有云计算本身、信息描述、信息存储和云安全的标准。
Ø接口部分
接口部分包括:
网络接口、数据接口、中间件接口和用户接口。
Ø测试规范部分
测试规范包括系统的系统测试、一致性测试、互操作测试。
4.3.2应用标准体系
应用标准部分主要涵盖的是各行业的标准。
智慧城市涉及到很多行业的应用,各行业的标准制定情况各不相同,有的已经有大量的标准存在,有的标准相对较少;另外在智慧城市中还要考虑跨专业、跨单位和跨地域的多域协同运行和管理的情况。
因此,在制定应用标准时,我们会坚持尽量引用和修改现有标准。
对于现有标准没有涉及到的技术再重新制定新的标准,并加强跨地域、跨单位的多域协同运行时的标准制定。
4.4XXX智慧城市安全体系
智慧城市信息安全体系在安全基础设施的基础上,从技术和管枞双方面为智慧城市提供安全保障。
详细规划请参见文档《XXX智慧城市信息安全保障体系建议》
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