智慧城市的技術(shù)體系

智慧都市的技術(shù)體系從技術(shù)角度而言，智慧都市是一種多層次構(gòu)造的復(fù)雜系統(tǒng)，它是以一種中心平臺(tái)為基礎(chǔ)，以及之上的多個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)。1.1智慧都市頂層設(shè)計(jì)的規(guī)定智慧都市是由多領(lǐng)域、多類別、多級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成的龐大系統(tǒng)。它需要解決不同領(lǐng)域、不同系統(tǒng)、不同類型的海量數(shù)據(jù)。它含有新老系統(tǒng)配合使用、技術(shù)發(fā)展快速、外部鏈接關(guān)系多、內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、科研和建設(shè)周期長(zhǎng)、需要為其它系統(tǒng)提供廣泛的信息支持和服務(wù)等特點(diǎn)。因此做好智慧都市的體系架構(gòu)的頂層設(shè)計(jì)是非常重要的。智慧都市的體系架構(gòu)要含有下列特性：（1）可擴(kuò)展性涉及：系統(tǒng)構(gòu)造的可擴(kuò)展性、系統(tǒng)容量的可擴(kuò)展性以及網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。智慧都市是一種建設(shè)周期很長(zhǎng)的項(xiàng)目，在建設(shè)和維護(hù)整個(gè)生命周期內(nèi)，隨著技術(shù)不停的發(fā)展可能會(huì)有不同的技術(shù)和系統(tǒng)需要接入到智慧都市平臺(tái)中，因此智慧都市平臺(tái)必須含有非常好的可擴(kuò)展性。（2）兼容性涉及：對(duì)原有系統(tǒng)的兼容性和對(duì)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域系統(tǒng)的兼容性。我國(guó)都市的信息化建設(shè)已經(jīng)達(dá)成了一種相稱的水平，現(xiàn)在已經(jīng)存在有諸多的信息系統(tǒng)。在智慧都市建設(shè)中不可能將原有系統(tǒng)推到重來(lái)，因此智慧都市平臺(tái)對(duì)原有系統(tǒng)必須含有兼容性。同時(shí)智慧都市是一種包含多領(lǐng)域和多行業(yè)的系統(tǒng)，因此必須含有對(duì)不同系統(tǒng)和不同格式數(shù)據(jù)的兼容性。（3）安全性智慧都市中的安全性涉及平臺(tái)本身的安全性、數(shù)據(jù)的安全性以及通信的安全性。智慧都市平臺(tái)對(duì)于都市的日常運(yùn)行、應(yīng)急解決等起著至關(guān)重要的作用，如果平臺(tái)受到病毒和黑客的侵?jǐn)_那么后果是不堪構(gòu)想的。因此智慧都市平臺(tái)的安全性至關(guān)重要，它直接影響到智慧都市的發(fā)展和運(yùn)行。智慧都市中數(shù)據(jù)的安全性也非常重要。智慧都市平臺(tái)中存儲(chǔ)著政府、公司、行業(yè)以及個(gè)人等海量的信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涉及到諸多的國(guó)家機(jī)密、商業(yè)機(jī)密以及個(gè)人隱私。因此智慧都市平臺(tái)必須有足夠的安全方法確保數(shù)據(jù)在傳送、存儲(chǔ)等各個(gè)環(huán)節(jié)的安全性，確保不會(huì)被不法分子竊取。（4）可靠性智慧都市平臺(tái)必須含有很高的可靠性，這是在異常和危險(xiǎn)狀況下系統(tǒng)生存的核心。智慧都市平臺(tái)本身是一種復(fù)雜的分布式系統(tǒng)，因此這里的可靠性涉及軟件系統(tǒng)的可靠性、硬件的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)的可靠性。（5）可管理性智慧都市平臺(tái)是一種龐大的系統(tǒng)，涉及到諸多的子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，因此易操作和易管理的特性是智慧都市平臺(tái)的核心特性之一。智慧都市平臺(tái)應(yīng)能提供業(yè)務(wù)管理、配備管理、故障檢測(cè)和性能監(jiān)視等基本的功效。使系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)能盡快的得以診療和修復(fù)。系統(tǒng)要易于操作，方便于減少運(yùn)行維護(hù)成本。1.2智慧都市體系架構(gòu)智慧都市的體系架構(gòu)自下而上分為：感知層、通信層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層；以及完善的原則體系和安全體系。體系架構(gòu)以下圖所示：圖1智慧都市體系架構(gòu)感知層是智慧都市實(shí)現(xiàn)其“智慧”的基本條件。感知層含有超強(qiáng)的環(huán)境感知能力和智能性，通過(guò)RFID、傳感器、傳感網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)都市范疇內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、建筑、安全等的監(jiān)測(cè)和控制，為個(gè)人和社會(huì)提供無(wú)處不在的、無(wú)所不能的信息服務(wù)和應(yīng)用。通信層是智慧都市中的信息高速公路，是將來(lái)智慧都市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。將來(lái)都市的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是由大容量、高帶寬、高可靠的光網(wǎng)絡(luò)和全城覆蓋的無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，為實(shí)現(xiàn)都市的智慧化奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，讓市民“隨時(shí)、隨處、隨需”都能夠?qū)拵暇W(wǎng)，并且能夠享有網(wǎng)絡(luò)電視、高清電視、高清視頻通話等寬帶業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)層的核心目的是讓都市更加“智慧”，在將來(lái)的智慧都市中，數(shù)據(jù)是非常重要的戰(zhàn)略性資源，因此構(gòu)建智慧都市的數(shù)據(jù)層是智慧都市建設(shè)中非常重要的一環(huán)。數(shù)據(jù)層重要的目的是通過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)活化等技術(shù)解決數(shù)據(jù)割裂、無(wú)法共享等問(wèn)題。數(shù)據(jù)層包含各行業(yè)、各部門(mén)、各公司的數(shù)據(jù)中心以及為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)活化等建立的市一級(jí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等。應(yīng)用層重要是指在感知層、通信層、數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)上建立的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。智慧產(chǎn)業(yè)、智慧管理和智慧民生構(gòu)成的智慧應(yīng)用層，增進(jìn)實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)發(fā)展、功效提高、民生幸福”的智慧都市。市民能夠通過(guò)多個(gè)終端訪問(wèn)這些系統(tǒng)，市民能夠親自體驗(yàn)到都市生活的幸福與和諧。（1）感知層智慧都市中的感知層又可分為感知對(duì)象子層、感知單元、傳感網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)關(guān)子層。圖2智慧都市感知層感知對(duì)象子層感知對(duì)象重要是指物理世界中的“物”，例如需要監(jiān)測(cè)的設(shè)施和設(shè)備、在智慧交通中的車(chē)輛、智慧物流中的物品、在智慧社區(qū)中被監(jiān)控的人，甚至在遙感測(cè)繪中的地球表面空間都是被感知對(duì)象。感知單元感知單元是指含有數(shù)據(jù)采集功效的，用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。采集的數(shù)據(jù)能夠涉及各類物理量、標(biāo)記、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)采集設(shè)備涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位設(shè)備等。傳感網(wǎng)絡(luò)由傳感設(shè)備構(gòu)成的傳感網(wǎng)，涉及通過(guò)近距離無(wú)線通信方式構(gòu)成的無(wú)線傳感網(wǎng)以及其它的傳感網(wǎng)。在智慧都市體系中規(guī)定每個(gè)感知設(shè)備都能夠?qū)ぶ?，都能夠通信，都能夠被控制。接入網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)關(guān)重要負(fù)責(zé)將感知層接入到智慧都市的通信層中，可能做的解決涉及合同轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等工作，這取決于感知層和網(wǎng)絡(luò)層采用的技術(shù)。（2）通信層智慧都市的通信層是以“寬帶、無(wú)線、泛在、融合”為特性的智慧一體化網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)高起點(diǎn)、高原則面對(duì)將來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)，增進(jìn)電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的融合，滿足智慧都市發(fā)展規(guī)定。將來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展不僅規(guī)定更高的寬帶速度、更便捷的接入方式、更深程度的融合還要支持人與機(jī)器（或物體）間以及機(jī)器到機(jī)器間通信，最后形成智慧一體化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。我國(guó)的通信事業(yè)通過(guò)十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足智慧都市中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。通信層是智慧都市體系架構(gòu)中發(fā)展最佳、也較為完善的一部分。圖3智慧都市通信層（3）數(shù)據(jù)層都市本身是典型的數(shù)據(jù)密集環(huán)境，都市的運(yùn)行涵蓋環(huán)境檢測(cè)、都市交通、公共服務(wù)、居家生活、經(jīng)濟(jì)商務(wù)、健康管理、公共安全等諸多方面，海量的數(shù)據(jù)在不停被生產(chǎn)出來(lái)。更充足、更智能地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用是智慧都市將來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此智慧都市的數(shù)據(jù)層是智慧都市體系架構(gòu)中的核心。圖4智慧都市數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層采用云計(jì)算的架構(gòu)模式。數(shù)據(jù)層體系構(gòu)造重要分為3層：都市數(shù)據(jù)中心、都市基礎(chǔ)庫(kù)和都市的云服務(wù)。都市數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心作為將來(lái)智慧都市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，重要涉及計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件等物理資源。數(shù)據(jù)中心運(yùn)用虛擬化和云計(jì)算技術(shù)將大量相似類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或靠近同構(gòu)的資源池。資源的虛擬化避免了硬件異構(gòu)的特性，并被動(dòng)態(tài)分派和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。都市基礎(chǔ)庫(kù)：都市基礎(chǔ)庫(kù)是智慧都市中的基礎(chǔ)的信息資源，是其它應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。智慧都市中通過(guò)授權(quán)的顧客能夠訪問(wèn)和共享這些數(shù)據(jù)。都市云服務(wù)：重要為智慧都市的各級(jí)顧客提供涉及政務(wù)云、行業(yè)云和公共云在內(nèi)的云服務(wù)。都市云服務(wù)將以服務(wù)的形式為顧客提供軟件、應(yīng)用和計(jì)算資源等，顧客不再關(guān)心軟件的購(gòu)置、安裝和升級(jí)維護(hù)，根據(jù)租用服務(wù)的實(shí)際使用狀況進(jìn)行付費(fèi)。（4）應(yīng)用層智慧都市應(yīng)用層由智慧產(chǎn)業(yè)型應(yīng)用、智慧管理型應(yīng)用和智慧民生型應(yīng)用構(gòu)成，增進(jìn)實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)發(fā)展、功效提高、民生幸?！钡闹腔鄱际?。圖5智慧都市應(yīng)用層1.3智慧都市原則體系為了推動(dòng)智慧都市有關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速、健康發(fā)展，必須有統(tǒng)一的技術(shù)和接口原則。智慧都市不僅涉及某些基礎(chǔ)性的核心技術(shù)并且與應(yīng)用親密有關(guān)，因此，智慧都市的原則體系中分為技術(shù)基礎(chǔ)原則和應(yīng)用原則兩個(gè)部分。圖6智慧都市原則體系對(duì)于在智慧都市中已有的技術(shù)和原則我們盡量的進(jìn)行引用，例如通信層所涉及的電信行業(yè)原則已經(jīng)相對(duì)的完善和成熟，我們將直接引用不在制訂。制訂原則過(guò)程中，堅(jiān)持以擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)為核心，廣泛聽(tīng)取各方意見(jiàn)，形成大家承認(rèn)的原則體系，使原則真正起到推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。（1）技術(shù)基礎(chǔ)原則體系通用規(guī)范部分通用規(guī)范部分重要定義智慧都市技術(shù)中的名詞術(shù)語(yǔ)、體系架構(gòu)以及需求分析等。感知層部分感知層部分重要涉及智慧都市中動(dòng)態(tài)感知層的有關(guān)原則，重要涉及到傳感器接口、組網(wǎng)合同、接入原則、統(tǒng)一標(biāo)記和安全原則等。通信層部分通信層是智慧都市中原則較為完善和發(fā)展最佳的一種部分，有大量的國(guó)際和國(guó)內(nèi)原則。在智慧都市原則體系中，這部分重要是引用現(xiàn)有原則，不再重新制訂。數(shù)據(jù)層部分?jǐn)?shù)據(jù)層部分涉及的原則重要有云計(jì)算本身、信息描述、信息存儲(chǔ)和云安全的原則。接口部分接口部分涉及：網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)接口、中間件接口和顧客接口。測(cè)試規(guī)范部分測(cè)試規(guī)范涉及系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試、一致性測(cè)試、互操作測(cè)試。（2）應(yīng)用原則體系應(yīng)用原則部分重要涵蓋的是各行業(yè)的原則。智慧都市涉及到諸多行業(yè)的應(yīng)用，各行業(yè)的原則制訂狀況各不相似，有的已有大量的原則存在，有的原則相對(duì)較少；另外在智慧都市中還要考慮跨專業(yè)、跨單位和跨地區(qū)的多域協(xié)同運(yùn)行和管理的狀況。因此，在制訂應(yīng)用原則時(shí)，我們會(huì)堅(jiān)持盡量引用和修改現(xiàn)有原則，對(duì)于現(xiàn)有原則沒(méi)有涉及到的技術(shù)再重新制訂新的原則，并加強(qiáng)跨地區(qū)、跨單位的多域協(xié)同運(yùn)行時(shí)的原則制訂。1.4智慧都市信息安全體系（1）智慧都市信息安全體系總體架構(gòu)圖7智慧都市安全體系架構(gòu)智慧都市信息安全體系在安全基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，從技術(shù)和管理雙方面為智慧都市提供安全保障。在技術(shù)層面上，從物理與環(huán)境安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)與應(yīng)用安全四個(gè)方向建立全方面的安全防護(hù)體系。并針對(duì)智慧都市的感知層、通信層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層上各自特有的安全隱患分別實(shí)施對(duì)應(yīng)的解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧都市的層層防控。借此保護(hù)涉及智慧都市整體建設(shè)體系，保障智慧都市的安全。（2）智慧都市信息安全基礎(chǔ)設(shè)施圖8智慧都市信息安全基礎(chǔ)設(shè)施智慧都市安全基礎(chǔ)設(shè)施是整個(gè)體系的技術(shù)基礎(chǔ)，提供了多個(gè)智慧應(yīng)用場(chǎng)景下普遍、大量需要用到的安全技術(shù)，涉及容災(zāi)體系、密鑰管理、數(shù)字證書(shū)、等級(jí)保護(hù)體系等，是其它各維度的基礎(chǔ)。智慧都市安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以整合提高現(xiàn)有資源為重要方式，建立邏輯上統(tǒng)一的容災(zāi)恢復(fù)中心、監(jiān)控應(yīng)急中心、密鑰管理中心、安全管理中心、身份管理中心和安全評(píng)測(cè)中心等六大安全中心。（3）智慧都市信息安全技術(shù)防護(hù)信息安全技術(shù)防護(hù)涉及物理域環(huán)境的安全，系統(tǒng)的安全，網(wǎng)絡(luò)的安全、以及數(shù)據(jù)與應(yīng)用的安全。物理與環(huán)境安全涉及：環(huán)境安全、設(shè)備安全、災(zāi)難恢復(fù)防止幾個(gè)方面。系統(tǒng)安全重要涉及：防病毒技術(shù)、主機(jī)安全加固、操作系統(tǒng)安全三個(gè)方面。網(wǎng)絡(luò)安全涉及：網(wǎng)關(guān)殺毒、防火墻、入侵檢測(cè)幾個(gè)方面。數(shù)據(jù)與應(yīng)用安全：包含數(shù)據(jù)庫(kù)加密和數(shù)據(jù)庫(kù)備份等技術(shù)。（4）智慧都市信息安全管理體系智慧都市的安全保障體系是全方位的，需要全社會(huì)的主動(dòng)配合以及各職能部門(mén)的互相協(xié)調(diào)。有必要建立或健全安全管理體系和組織體系，完善安全運(yùn)行管理機(jī)制，明確各職能部門(mén)的職責(zé)和分工，從技術(shù)、管理和法律等多方面確保智慧都市的正常運(yùn)行。完善信息安全組織體系成立以政府職能部門(mén)為主的“智慧都市”安全管理機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化和明確其職責(zé)；在健全信息安全組織體系的基礎(chǔ)上，切實(shí)貫徹安全管理責(zé)任制。明確各級(jí)、各部門(mén)作為信息安全保障工作的負(fù)責(zé)人；技術(shù)部門(mén)主管或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人作為信息安全保障工作直接負(fù)責(zé)人，強(qiáng)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理人員和操作人員的管理。加強(qiáng)信息安全配套建設(shè)消除信息安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，把好涉密計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)介質(zhì)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)對(duì)外接入、設(shè)備采購(gòu)和服務(wù)外包三個(gè)重要的管理關(guān)口。對(duì)政府信息系統(tǒng)和涉及重大民生及都市公共服務(wù)重要系統(tǒng)，建立與之配套的數(shù)據(jù)災(zāi)備中心。加強(qiáng)對(duì)涉密信息的監(jiān)督管理對(duì)有關(guān)單位將涉密信息存儲(chǔ)在聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上并違反規(guī)定上互聯(lián)網(wǎng)，將涉密信息暴露在互聯(lián)網(wǎng)上的要及時(shí)糾正，并對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行教育和解決。對(duì)網(wǎng)上公布的信息進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄密事件，將危害控制在最小的范疇內(nèi)，使保密制度得到有效的執(zhí)行和貫徹。建立健全信息安全制度制訂整個(gè)都市的安全方針、安全方略以及整體的安全戰(zhàn)略規(guī)劃；針對(duì)市一級(jí)信息安全管理制訂對(duì)應(yīng)管理制度和規(guī)范；規(guī)定基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和重要信息系統(tǒng)運(yùn)行、使用單位根據(jù)本身