智慧城市的思考

　　核心系統(tǒng)說(shuō)

　　21世紀(jì)城市發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，有知名企業(yè)白皮書(shū)將其歸結(jié)為六大核心問(wèn)題，人口、健康與安全狀況拖累城市的競(jìng)爭(zhēng)力;商業(yè)程序效率低下影響城市活力;運(yùn)輸成本因城市交通管理困難居高不下;通訊需求激增致使城市通信連通性面臨巨大壓力;水資源危機(jī)影響城市永續(xù)發(fā)展;脆弱的能源體系威脅城市運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定。這些挑戰(zhàn)揭示了相應(yīng)的六大基礎(chǔ)設(shè)施急需完善的重要性，即六大核心系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。六大核心系統(tǒng)相互制約，相互關(guān)聯(lián)，任何缺失都會(huì)影響城市的整體發(fā)展。

　　如此的“核心系統(tǒng)說(shuō)”認(rèn)為強(qiáng)化這些城市基礎(chǔ)設(shè)施的均衡發(fā)展就能體現(xiàn)智慧城市的優(yōu)勢(shì)。為此核心系統(tǒng)說(shuō)賦予智能城市四個(gè)特征，全面感知(物聯(lián)網(wǎng)技術(shù))，充分整合(互聯(lián)網(wǎng)技術(shù))，激勵(lì)創(chuàng)新(智能化應(yīng)用)，協(xié)同運(yùn)作(綜合集成)，即智能城市變革的四個(gè)方面。不過(guò)，核心系統(tǒng)說(shuō)目前還停留在愿景表述，政府決策機(jī)構(gòu)是否認(rèn)同一個(gè)企業(yè)的主張幷不明朗。

　　事實(shí)上，從企業(yè)自身發(fā)展的角度規(guī)劃的智慧城市難免存在對(duì)市場(chǎng)利益的考慮，權(quán)威觀察認(rèn)為核心系統(tǒng)說(shuō)支撐的智能城市理念是企業(yè)力圖將其綜合集成服務(wù)能力轉(zhuǎn)化為核心競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略新思路。

　　基礎(chǔ)應(yīng)用說(shuō)

　　關(guān)于智慧城市不同版本的白皮書(shū)，具有政府背景的非營(yíng)利組織所做的研究或更值得關(guān)注。有國(guó)家級(jí)學(xué)會(huì)發(fā)表的智慧城市白皮書(shū)成體系地論述了智慧城市的愿景、技術(shù)體系、建設(shè)指導(dǎo)、評(píng)價(jià)體系，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)和通信技術(shù)的支撐作用。該報(bào)告給出的智能城市體系是以三類基礎(chǔ)應(yīng)用為歸宿的框架，如此“基礎(chǔ)應(yīng)用說(shuō)”的三類基礎(chǔ)應(yīng)用是指：智能產(chǎn)業(yè)類，包括物流、制造、信息、能源;智慧管理類，包括交通、城管、政府、平安城市、節(jié)能;智慧民生類、包括醫(yī)療、小區(qū)、食藥安全、教育。以上智慧城市的兩種構(gòu)想都是關(guān)注城市基礎(chǔ)職能的智能化完善，不過(guò)，后者的職能歸類研究較前者晚了三年(2012年)，或許更貼近國(guó)情。

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　　毋庸置疑，相對(duì)“核心系統(tǒng)說(shuō)”，“基礎(chǔ)應(yīng)用說(shuō)”所描繪的智能城市框架是認(rèn)真思考的產(chǎn)物，但實(shí)現(xiàn)這一愿景所面臨的復(fù)雜性可想而知，巨大規(guī)模能否控制也不得而知，能否成為主流共識(shí)尚在兩可。相比之下，技術(shù)學(xué)派對(duì)智慧城市的思考則更為現(xiàn)實(shí)。

　　共性平臺(tái)說(shuō)

　　智慧地球，智慧城市理念發(fā)端物聯(lián)網(wǎng)，2005年以來(lái)，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)相繼成為發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略部署，我國(guó)也在2009年開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市的實(shí)質(zhì)研究。在此背景下，由國(guó)家物聯(lián)研究機(jī)構(gòu)倡導(dǎo)的“共性平臺(tái)說(shuō)”應(yīng)運(yùn)而生。共性平臺(tái)研究一開(kāi)始就以學(xué)術(shù)高度規(guī)制物聯(lián)網(wǎng)“小雜散低”的現(xiàn)狀，針對(duì)整合對(duì)象非確定、高混雜和強(qiáng)關(guān)聯(lián)特征，開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究，分析幷揭示物理空間和信息空間的復(fù)雜耦合機(jī)理，突破物聯(lián)網(wǎng)自治機(jī)理、融合決策、可信軟件建模與系統(tǒng)優(yōu)化等方面的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，力爭(zhēng)主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)智慧城市的實(shí)踐。

　　與理論研究幷行，共性平臺(tái)說(shuō)指導(dǎo)下的應(yīng)用軟件平臺(tái)在個(gè)別城市做試點(diǎn)部署，還引入了軍工傳感技術(shù)成果，構(gòu)建城市尺度的共性平臺(tái)，統(tǒng)合各類應(yīng)用子系統(tǒng)，即共性平臺(tái)加應(yīng)用子集的技術(shù)路線。

　　“共性平臺(tái)說(shuō)”面臨的最大問(wèn)題在于社會(huì)應(yīng)用系統(tǒng)的多樣性，行業(yè)的個(gè)性化需求以及市場(chǎng)引導(dǎo)的開(kāi)放性幷無(wú)共性可言，因此這一構(gòu)想的技術(shù)歸宿有待觀察。相比軟件產(chǎn)品行業(yè)應(yīng)用時(shí)共性能力提取及快速生成的平臺(tái)技術(shù)，這里的共性平臺(tái)要面對(duì)城市尺度的功能整合，復(fù)雜程度沒(méi)有可比性。

　　還有一類“共性平臺(tái)”的說(shuō)法是IT界對(duì)云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于智能城市的技術(shù)整合所做的詮釋，認(rèn)為云服務(wù)作為智慧城市職能運(yùn)作的技術(shù)支撐是信息和數(shù)據(jù)的共性平臺(tái)。

　　以上思考基于整體規(guī)劃的高度來(lái)構(gòu)建智慧城市，與此相反，以最大限度滿足市場(chǎng)需求為目的的技術(shù)路線卻在自下而上地踐行著智慧城市。

　　一部手持智能裝置(手機(jī)，平板計(jì)算機(jī))自云端下載相關(guān)APP激活之后，通話、導(dǎo)航、泊車、購(gòu)物、游戲、保健，無(wú)所不能。值得關(guān)注的是，APP除了提供消費(fèi)，娛樂(lè)等個(gè)人業(yè)務(wù)之外，逐步涉足職能業(yè)務(wù)，如商務(wù)、簽約、監(jiān)控、定位、執(zhí)法、醫(yī)療、會(huì)議等，甚至正在成為商務(wù)、政務(wù)、管理用途的標(biāo)配保障手段之一。

　　還注意到，這些手持裝置已經(jīng)自帶音視頻采集，定位、方向、加速度、溫度等傳感器，如果需要還可以借助WiFi等短程無(wú)線通信技術(shù)與各類現(xiàn)場(chǎng)傳感器，控制器連通，如此一來(lái)，手機(jī)，平板計(jì)算機(jī)，或類似的現(xiàn)場(chǎng)管理裝置作為物聯(lián)服務(wù)器，已經(jīng)體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)自由連通，自由接入，自助操作的屬性。

　　隨著云端服務(wù)提供的個(gè)人業(yè)務(wù)，職能業(yè)務(wù)日漸豐富，植根具體應(yīng)用的智慧城市技術(shù)框架已經(jīng)顯現(xiàn)。如此“市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模式”的智能城市順從商業(yè)化，市場(chǎng)化運(yùn)作規(guī)則，也就提供了智慧城市繼續(xù)發(fā)展和完善自身的資金來(lái)源。隨著云時(shí)代的到來(lái)，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模式的智能化進(jìn)程能否有意識(shí)地完善自己成為完整的智慧城市形態(tài)令人期待。

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　　云計(jì)算與智慧城市

　　科學(xué)家構(gòu)想的云技術(shù)城市信息化進(jìn)程逐步成為現(xiàn)實(shí)，智慧城市的物理實(shí)現(xiàn)也自然會(huì)納入這樣的城市信息框架，由此帶來(lái)理念和思維的變革在所難免。圖1是虛擬機(jī)方式的安防系統(tǒng)開(kāi)發(fā)創(chuàng)建示意圖，借此管窺智慧城市應(yīng)有的技術(shù)形態(tài)。依照云計(jì)算的規(guī)劃，云底提供的服務(wù)包括架構(gòu)服務(wù)(IaaS)、平臺(tái)服務(wù)(PaaS)，軟件服務(wù)(SaaS)，還可能出現(xiàn)物聯(lián)服務(wù)(TaaS)。云底服務(wù)由不同的技術(shù)服務(wù)商維護(hù)，分為系統(tǒng)層技術(shù)提供商(圖上方綠框)、應(yīng)用層集成服務(wù)商(圖左側(cè)藍(lán)框)，各自分擔(dān)不同職責(zé)的技術(shù)支撐。

　　云技術(shù)的使命之一是將分散的計(jì)算器(服務(wù)器)主機(jī)功能回收由超算中心集中承擔(dān)，將分散的計(jì)算器退化為不具計(jì)算能力的終端設(shè)備，使得整個(gè)計(jì)算器體系功能大為加強(qiáng)，這一變革的重要步驟就是物理機(jī)虛擬化過(guò)程。首先，圖中云設(shè)備提供商依照IaaS設(shè)計(jì)虛機(jī)架構(gòu)幷生產(chǎn)銷售虛擬機(jī)服務(wù)器和相應(yīng)的虛機(jī)系統(tǒng)軟件;于此同時(shí)，虛機(jī)應(yīng)用集成商將原來(lái)安裝于普通計(jì)算器(服務(wù)器)的安防系統(tǒng)軟件做適應(yīng)性調(diào)整后移植到虛機(jī)服務(wù)器，于是創(chuàng)建了虛機(jī)安防系統(tǒng)(如圖所示)。安防系統(tǒng)所需的流媒體存儲(chǔ)解決方案由IaaS虛擬數(shù)據(jù)中心提供。

　　虛機(jī)服務(wù)器是云計(jì)算的重要設(shè)備，由于運(yùn)算資源雄厚，眾多CPU動(dòng)態(tài)調(diào)度、存儲(chǔ)、傳輸資源均衡操作，使得虛機(jī)服務(wù)器資源利用率成倍提升，高速海量運(yùn)算得以輕松實(shí)現(xiàn)，勝任普通計(jì)算器無(wú)法完成的大數(shù)據(jù)處理需求。在圖中云平臺(tái)供貨商提供虛機(jī)環(huán)境操作系統(tǒng)，如共享服務(wù)、開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、集成服務(wù)和安全性管理等PaaS。以此為基礎(chǔ)，中間件提供商開(kāi)發(fā)提供共享傳輸、流媒體服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作、大數(shù)據(jù)算法實(shí)施，如安全威脅的數(shù)據(jù)挖掘、通用智能算法實(shí)施等。物理機(jī)安防系統(tǒng)流媒體實(shí)時(shí)傳輸、處理成為可能。

　　虛機(jī)安防系統(tǒng)除了能夠連接傳統(tǒng)意義的前端設(shè)備，機(jī)房設(shè)備，構(gòu)建監(jiān)控中心之外，借助應(yīng)用業(yè)務(wù)支撐商提供SaaS，在此基礎(chǔ)上網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開(kāi)發(fā)商使得監(jiān)控樣式更為豐富和全面，特別是無(wú)線手持監(jiān)控設(shè)備的大量使用，安防樣式有了質(zhì)的改變。

　　我們看到與城市云規(guī)劃部署的同時(shí)，小型虛機(jī)系統(tǒng)和虛機(jī)集成商已經(jīng)有成熟產(chǎn)品提供虛擬化服務(wù)，這為自有云的部署提供便利，安防系統(tǒng)的虛擬化進(jìn)入實(shí)施階段。隨著自有云，共有云，公用云在城市中的部署，物理機(jī)的虛擬化進(jìn)程加快，軟硬件工程師隊(duì)伍的資源分配正在調(diào)整。云方式的安防體系因其設(shè)備，服務(wù)更為專業(yè)，某個(gè)單位很難自我擁有，安防業(yè)務(wù)的租賃模式悄然而生。

　　復(fù)雜巨系統(tǒng)的分析與綜合

　　云計(jì)算為智能城市提供了專業(yè)的承載架構(gòu)，不過(guò)智能城市規(guī)模巨大，功能復(fù)雜，如果再考慮到資金投入的分散性，市場(chǎng)需求的變化性，智慧城市的規(guī)劃和實(shí)施其難度不言而喻，甚至不知從何入手才能做到全面而穩(wěn)妥。

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　　多年前，我國(guó)科學(xué)家就提出了用于求解復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論，適用于社會(huì)系統(tǒng)和自然科學(xué)系統(tǒng)的求解，即著名的綜合集成體系，這一體系也為智能城市的工程實(shí)施指明了方向。圖2是綜合集成體系的概念模型，形象地由三塔構(gòu)成，左側(cè)為分析過(guò)程塔(西塔)，自上而下，右側(cè)為綜合過(guò)程塔(東塔)，自下而上，中間為綜合集成塔(南塔)。

　　綜合集成體系的核心是還原論與整體論(南塔中層)。還原論其核心思想是將研究對(duì)象分解成部分(模塊)，認(rèn)為部分的問(wèn)題研究清楚了，整體也就清楚了，于是解決復(fù)雜問(wèn)題的能力很大程度上取決于簡(jiǎn)化問(wèn)題的能力。

　　在安防領(lǐng)域如何解決安防需求發(fā)散就是還原論要面對(duì)的首要問(wèn)題。歸納與條理，概括與抽象是還原論模塊化分解的常用手段。還原論應(yīng)用過(guò)程也有局限性，分解過(guò)程會(huì)忽略模塊的整體屬性，分解后的模塊很難融入系統(tǒng)在整體中發(fā)揮應(yīng)有作用。整體論正是看到還原論的局限性而發(fā)展起來(lái)的方法論，兩論合稱系統(tǒng)論。

　　系統(tǒng)論的思想是在模塊化分解的過(guò)程中賦予模塊結(jié)構(gòu)化屬性，分解模塊要滿足全局整體架構(gòu)的拓?fù)湟?guī)則。南塔下層面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)，原本發(fā)端IT的軟件組件模型，相比面向?qū)ο蟮慕M件模型，SOA松耦合中性接口在應(yīng)用中適應(yīng)性更好。如今SOA已發(fā)展為一門(mén)方法論，適當(dāng)定義的SOA作為模塊整合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分適合。綜合集成強(qiáng)調(diào)人與機(jī)的融合，專家、知識(shí)、計(jì)算器相結(jié)合構(gòu)成高智能“新人類”。綜合集成的要領(lǐng)是模塊化分解，結(jié)構(gòu)化整合，智能化應(yīng)用。

　　方法論是關(guān)于研究事物的途徑和路線的科學(xué)，三塔模型的策略層、方法層，技術(shù)層彼此貫通，在智慧城市分析(西塔)與綜合(東塔)過(guò)程中，自覺(jué)運(yùn)用南塔方法論，復(fù)雜系統(tǒng)的求解會(huì)十分條理，每一個(gè)環(huán)節(jié)及相互關(guān)系清楚明細(xì)，SOA的開(kāi)放架構(gòu)也能確保智慧城市的搭建科學(xué)有序。綜合集成體系為智慧城市的實(shí)踐提供了嚴(yán)謹(jǐn)，可控的技術(shù)路線。

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