智慧城市的結(jié)構(gòu)問題探索

1、智慧城市的結(jié)構(gòu)問題探索陳亦工陳亦工 北京大學(xué)數(shù)字中國研究院創(chuàng)新與治理中心北京大學(xué)數(shù)字中國研究院創(chuàng)新與治理中心目前許多城市在建設(shè)智慧城市，各種令人困惑的問題越來越多，尤其是智慧城市層面的需求和整體結(jié)構(gòu)問題。量變到質(zhì)變，智慧城市整體上超出了IT領(lǐng)域已有知識范圍，并呈現(xiàn)出開放性復(fù)雜巨系統(tǒng)的許多特性；從大環(huán)境看，我國在聯(lián)合國經(jīng)濟與社會事務(wù)部全球信息化排名：2006年57位、2008年65位、2010年72位、2012年78位，與我們的大國地位不符。這迫使我們思考，不能再繼續(xù)在黑暗中摸索、瞎子摸象，要以更為開闊的結(jié)構(gòu)學(xué)視野，通過探索其結(jié)構(gòu)，揭示其性質(zhì)、機制和原理，在技術(shù)上創(chuàng)新，提供技術(shù)途徑和方法學(xué)模型，

2、而不是盲目追逐國際所謂的先進技術(shù)。前言當(dāng)前的困惑不是也不可能是一種靜態(tài)的確定性結(jié)果更不是一大堆系統(tǒng)的整合、互通或共享構(gòu)建智慧城市n需求分析n方案設(shè)計n構(gòu)建和演進發(fā)展n智慧城市服務(wù)運營主要是整體宏觀性的結(jié)構(gòu)問題，超出了IT領(lǐng)域已有知識范圍，例如：n 需求、要素和關(guān)聯(lián)關(guān)系的不確定性n 各方面的系統(tǒng)和站點不斷變化n 智慧城市本身不斷動態(tài)演進發(fā)展n 以上情況下，不可能橫向集成或互通 n結(jié)構(gòu)：自然界和社會中的事物之間和事物內(nèi)部各部分之間的各種相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，是自然界和社會普遍存在的現(xiàn)象和性質(zhì)，各種科學(xué)技術(shù)都是關(guān)于結(jié)構(gòu)的模型n結(jié)構(gòu)的作用：規(guī)定事物的性質(zhì)、機制、原理和功能，是分析/綜合各種事物和問題鑰匙n結(jié)構(gòu)

3、學(xué)：出現(xiàn)于19世紀(jì)末 主要研究結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、機制、原理、變化和衍生等，以及結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化對事物的作用 以更開闊的視野，更宏觀和更深入地揭示事物的性質(zhì)、機制、原理、功能和它們相互關(guān)系 前沿領(lǐng)域：不再停留在對結(jié)構(gòu)變化和不確定性問題推測上，進一步研究結(jié)構(gòu)的動態(tài)衍生和變化原理，為解決各種復(fù)雜巨系統(tǒng)問題提供理論基礎(chǔ)和方法學(xué)模型基礎(chǔ)n結(jié)構(gòu)學(xué)的基礎(chǔ)地位： 是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的共同基礎(chǔ)，促生了許多當(dāng)代科學(xué)技術(shù)。例如，系統(tǒng)學(xué)、控制論、協(xié)同學(xué)和管理學(xué)，計算機范式、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)代物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)，思維科學(xué)、分析哲學(xué)和語言學(xué)，以及當(dāng)代經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)、 為解決復(fù)雜性、綜合性的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)問題，提供跨越

4、不同學(xué)科，跨越宏觀與微觀的橋梁結(jié)構(gòu)學(xué)的作用和意義n從結(jié)構(gòu)學(xué)角度看 智慧城市及智慧城市層面的各種需求，涉及城市內(nèi)外大量的系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)，整體上，已經(jīng)超出具體系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)的范圍 量變到質(zhì)變，屬于網(wǎng)絡(luò)宏觀層面的宏觀性問題，并同時具有整體宏觀與局部微觀兩個基本層面 整體上，與各局部微觀采取的不同具體技術(shù)無關(guān)智慧城市及智慧城市層面需求的宏觀性局部微觀層面（網(wǎng)絡(luò)微觀層面）整體宏觀層面（網(wǎng)絡(luò)宏觀層面）各方系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)智慧城市服務(wù)網(wǎng)絡(luò)宏觀層面網(wǎng)絡(luò)微觀層面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不同于過去信息化的整合、互通、共享等微觀層面的問題n 智慧城市的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、機制、原理和技術(shù)，由整體宏觀層面規(guī)定，而非微觀層面

5、n 整體結(jié)構(gòu)問題集中在整體宏觀層面n 智慧城市層面的各種需求，屬于整體宏觀層面，也要在此層面實現(xiàn)智慧城市關(guān)鍵在于其整體宏觀層面關(guān)鍵是解決整體結(jié)構(gòu)問題局部微觀層面（網(wǎng)絡(luò)微觀層面）整體宏觀層面（網(wǎng)絡(luò)宏觀層面）各方系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)智慧城市服務(wù)網(wǎng)絡(luò)宏觀層面網(wǎng)絡(luò)微觀層面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)微觀層面技術(shù):n不具備宏觀層面的結(jié)構(gòu)、機制和原理n既不能解決宏觀層面的問題，也不能跨越網(wǎng)絡(luò)宏觀與微觀層面間的鴻溝解決問題需求、要素和關(guān)聯(lián)關(guān)系的不確定性的根源n在宏觀層面上，協(xié)同的自組織過程所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)動態(tài)性和不確定性，導(dǎo)致智慧城市和智慧城市層面需求的不確定性和復(fù)雜性的根源n智慧城市不可能一天建成，要經(jīng)歷動態(tài)演進發(fā)展過

6、程，并還將導(dǎo)致需求的變化和演進n既不可能阻止需求、要素和結(jié)構(gòu)的變化，也不是硬性規(guī)定或削足適履裁剪需求，就可以化解的問題“整體大于各部分之和”協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)需求、要素和關(guān)聯(lián)關(guān)系，動態(tài)變化且不確定不確定性不確定性在無外界干預(yù)下，各方自發(fā)關(guān)聯(lián)，形成動態(tài)和不確定的結(jié)構(gòu)，進而組成可動態(tài)演化整體自組織自組織協(xié)同城市在運轉(zhuǎn)中發(fā)展、問題在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生、也要在運轉(zhuǎn)中解決 在城市運轉(zhuǎn)中解決問題，需要方方面面協(xié)同和智慧城市管理城市服務(wù)城市運行發(fā)展問題民生問題城市運轉(zhuǎn)協(xié)同運轉(zhuǎn)的有機整體智慧城市在城市運轉(zhuǎn)中解決問題結(jié)合城市實際，解決實際問題的智慧城市城市運轉(zhuǎn)協(xié)同化、智慧化n 主要原因是： 需求、要素和關(guān)聯(lián)關(guān)系的不確定性

7、問題，由協(xié)同產(chǎn)生，也要由協(xié)同來化解 城市中已建成的信息系統(tǒng)成千上萬，技術(shù)、功能、數(shù)據(jù)格式各異，而且各方面的系統(tǒng)和站點不斷變化，智慧城市本身不斷動態(tài)演進發(fā)展，想要靠集成是不可能實現(xiàn)的 整體宏觀層面的問題，不可能由各方系統(tǒng)和站點自己來解決，或者在微觀層面用“垂直集成、橫向互通”、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)或?qū)ο髤f(xié)作等微觀層面的技術(shù)方法來解決 智慧城市要解決城市的實際問題，就必須支持城市運轉(zhuǎn)的協(xié)同化、智慧化，其核心基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同 需要采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同，跨越網(wǎng)絡(luò)宏觀與微觀間的“鴻溝”解決問題n 因此，智慧城市不可能是橫向的集成或互通，而是“橫向協(xié)同”問題，即“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同”問題智慧城市需要解決的是“橫向協(xié)同”

8、問題 組織協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 個人網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境PSE 基于各點自治的控制管理“橫向協(xié)同”需要解決的三個方面基礎(chǔ)性問題1.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同城市運轉(zhuǎn)協(xié)同化、智慧化的核心基礎(chǔ)n既是城市運轉(zhuǎn)協(xié)同的一個方面，又是其他方面協(xié)同化、智慧化的基礎(chǔ)和手段n通過動態(tài)協(xié)同城市內(nèi)外各方提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可直達(dá)智慧城市n解決網(wǎng)絡(luò)宏觀層面的“橫向協(xié)同”問題，需采用“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同”這種宏觀層面技術(shù) 各系統(tǒng)、站點、子網(wǎng)提供出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同機動態(tài)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)化+信息化 城市運轉(zhuǎn)協(xié)同化 城市運轉(zhuǎn)智慧化協(xié)同化+智慧化直達(dá)智慧城市協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同運轉(zhuǎn)的智慧城市網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)成為人們生活工作、城市運轉(zhuǎn)和各行各業(yè)的基

9、礎(chǔ)智慧城市層面的需求問題模型2.個人網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境PSEn需要主動、精準(zhǔn)、泛在地協(xié)同和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而不是匯聚在某個或某幾個站點被動地讓人們尋找n用戶通過有線網(wǎng)絡(luò)、WiFi、移動互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)，隨時可以得到自己所需的服務(wù)n真正實現(xiàn)面向用戶個人的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同的泛在和用戶跟隨n讓人們感受，協(xié)同、泛在的智慧城市服務(wù)方式和生活體驗其它城市移動網(wǎng)政府CBD 銀行 商貿(mào)居民社區(qū)數(shù)字城市水 電 燃?xì)?環(huán)境機場 車站 道路交通文化 教育 衛(wèi)生 旅游PSE服務(wù)PSE服務(wù)PSE服務(wù)PSE服務(wù)PSE服務(wù)PSE服務(wù)PSE服務(wù)3.基于各點自治的控制管理機制n 精確控制管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同n 基于“各點自治

10、”的統(tǒng)一控制管理機制n 靈活切合現(xiàn)行管理制度：明確劃定應(yīng)用業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的歸屬權(quán)、管理權(quán)與使用權(quán)、各系統(tǒng)仍繼續(xù)自行管理基于各點自治的統(tǒng)一控制管理協(xié)同機控制管理協(xié)同機控制管理協(xié)同機控制管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)宏觀層面網(wǎng)絡(luò)微觀層面n需求實現(xiàn)過程：各方參與配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同及其規(guī)則，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同機制動態(tài)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)n智慧程度：隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同的增加，城市的智慧程度不斷增加，并且，只取決于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同的范圍、規(guī)模和方式，不增加技術(shù)難度，充分利用已有資源，而不需再花費巨大投資推倒重來實現(xiàn)智慧城市層面的各種需求不影響各系統(tǒng)安全性靈活切合各方管理制度無需改動

11、或集成系統(tǒng)與各方系統(tǒng)技術(shù)體系無關(guān)互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)城市外部各方系統(tǒng)城市內(nèi)部各方系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用戶用戶（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同）多點協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同機制 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同智慧城市層面的各種需求n自網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以來，此鴻溝一直存在：集成、互通、共享、協(xié)作、代理服務(wù)、消息總線、ESB、云計算、云端、Agent等基于OSI-RM七層模型的微觀層面的技術(shù)方法，在接近鴻溝的宏觀一側(cè)時尚無進展n構(gòu)建智慧城市，需要跨越網(wǎng)絡(luò)鴻溝解決問題，例如實現(xiàn)用大量的網(wǎng)絡(luò)微觀層面資源，智慧城市層面的需求跨越網(wǎng)絡(luò)宏觀與微觀，讓用戶可以隨時得到自己所需的服務(wù)，即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)泛在與用戶跟隨跨越網(wǎng)絡(luò)宏觀與微觀的控制管理跨越網(wǎng)絡(luò)宏觀與微

12、觀間的“鴻溝”網(wǎng)絡(luò)微觀層面智慧城市局部微觀層面網(wǎng)絡(luò)宏觀層面智慧城市整體宏觀層面跨越網(wǎng)絡(luò)的宏觀與微觀間的“鴻溝”各方各系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同，直達(dá)智慧城市部署安裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同機各方登記網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同快速構(gòu)建各方對智慧城市提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)站點站點站點站點站點站點市外市內(nèi)智慧城市城市互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)演進發(fā)展：配置新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同、添加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或協(xié)同機智慧城市需要新一代網(wǎng)絡(luò)n上述需求問題，是宏觀層面的問題、基礎(chǔ)層面的問題，實際上是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問題n需要智慧城市的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)來解決：不可能由各方系統(tǒng)或站點自行解決，而且只能在連接各方的網(wǎng)絡(luò)通信過程中進行，智慧城市需要“既能傳輸數(shù)據(jù)，又能協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”的網(wǎng)絡(luò)n需要對網(wǎng)絡(luò)引入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同機制，以及基于此協(xié)同機制的，個人PSE服