智慧城市运行管理的信息协同标准体系，本文主要内容关键词为：体系论文,智慧论文,标准论文,城市论文,信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]C916；G307 [文献标识码]A 2014年3月16日发布的《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》明确提出了推进智慧城市建设，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。作为城市发展的高级阶段，智慧城市成为信息化与城市化高度融合的最佳契合点，也是推进城市化建设的战略制高点[1]。 当前，我国的智慧城市建设处于基础设施建设和领域示范应用的起步阶段，智慧城市的架构模式、标准规范、关键技术、评价体系等均不成熟。根据工信部《2014年ICT深度报告》统计，目前全国全部15个副省级以上城市、超过89%的地级及以上城市(241个)，超过47%的县级及以上城市(51个)提出了智慧城市建设的设想或规划。但是，在智慧城市的实际建设过程中，普遍面临着重应用轻规划、重建设轻标准、重技术轻规范的问题。从顶层设计的层面上构建完整、合理的标准体系框架，成为指导智慧城市科学建设和可持续发展的关键。 1 智慧城市标准化的发展态势与现状分析 1.1 城市化、信息化与标准化协同发展的战略趋势 当前，全球的智慧城市建设在规模化扩张的同时，逐渐凸显出各自的发展方向和区域特色，其中北美具有代表性的有纽约的应急保障与社会安全体系、圣地亚哥的智能电表和清洁能源应用、多伦多的循环经济等，东亚具有代表性的有东京的移动智能、济州岛的“智慧岛”基础设施与服务出口等，欧洲具有代表性的有维也纳的智能电网、伦敦和瑞典的智慧交通、巴黎的自行车共享、德国的电动汽车、哥本哈根的创新清洁技术、巴塞罗那的光伏产业等。但从全球视野来看，不同国家和地区的差异化发展过程中，又进一步呈现出了领域重点的聚焦，如社会服务的智能化与个性化，以及城市治理的协同开放。 从系统学的角度来看，智慧城市是一个开放的复杂巨系统[2]，城市系统本身与系统周围的环境有物质、能量和信息的交换，同时城市系统下又包含数量庞大、种类繁多的子系统。智慧城市的标准化建设是促进城市各利益相关方达成共识的基础，同时也是促进城市产业链优化、降低城市运行成本、提升城市竞争力的重要保障[3]。而信息协同则是保障城市系统中其他资源要素优化配置的基础，是城市系统更加智慧运行的前提[4]。智慧城市建设需要城市化、信息化和标准化的协同发展(图1)。 物联网、云计算、移动互联网、大数据等新一代信息技术的应用带来技术变革的深入发展，技术标准体系建设成为标准壁垒时代技术创新的重要支撑[5]。随着信息系统的泛在化逐步成为全球信息化向高端发展的主要特征，城市运行管理需要城市各部门、各领域、各主体间信息的互联互通，信息共享的重要性日益凸显[6-7]。但是，智慧城市的建设过程在解决一个个“信息孤岛”的同时，不可避免地又形成了领域间新的“智慧孤岛”，各领域应用均按照各自的管理思路和标准体系建设，在城市和区域层面上缺少统筹协调。智慧城市运行管理的信息协同标准体系成为城市化、信息化和标准化协同发展亟待解决的核心问题。 1.2 全球智慧城市标准化的发展现状 目前，全球标准化组织和各个国家都在加速推进智慧城市的标准化进程。2012年2月，ISO(国际标准化组织)成立ISO/TC268SCI城市智能基础设施计量分技术委员会，负责制定城市(社区)基础设施计量的标准；2013年2月，ITU-T(国际电信联盟标准化部)成立针对智慧城市可持续发展问题的专题评估小组，用以评估智慧城市标准化工作；2013年6月，IEC(国际电工委员会)SMB设立智慧城市系统评价小组，开展智慧城市的评估工作。除此之外，欧洲的CEN/CENLEC(欧洲标准委员会/欧洲电工标准化委员会)、BSI(英国标准协会)、DIN(德国标准化协会)和美国的ANSI(美国国家标准学会)分别提出了智慧城市标准化的战略定位、体系框架和参考模型；亚洲的新加坡、韩国U-Eco City研发机构、日本INOTEK组织等也分别提出了各自的标准研究计划[8]。
图1 城市化、信息化与标准化协同发展框架 国内智慧城市标准体系的研究和关键标准的制定工作与国外处于同步发展阶段，主要的标准化机构包括国家标准化管理委员会(SAC)、全国通信标准化技术委员会、全国信息技术标准化技术委员会、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会等。2013年10月，SAC联合科技部开展智慧城市标准的试点、验证和示范工作；2014年1月，SAC联合9个部委启动智慧城市国家标准体系建设工作，首批下达了《智慧城市技术参考模型》等五项国家标准，以指导推进智慧城市国家标准制定、国际标准化工作以及标准服务体系建设；2014年7月，全国首批17个智慧城市专项联合实验室揭牌，聚焦城市基础设施、城市安全、水务工程、建筑节能、智能交通、公共信息平台、信息安全、信息技术等领域的科研和标准建设；同时，住房和城乡建设部正在编制《智慧城市评价模型及基础评价指标体系》的国家标准。 领域应用方面，国内外在市政管理、交通管理、公安、水务、安全生产等领域已开展了先期应用并取得了较好的效果，形成了传感器类别编码标准等实操性较强的地方标准和行业标准。但是，由于领域标准的业务管理特性较强，没有形成业务特点的共性需求，在城市和区域层面上尚不具有通用性。 2 相关概念的内涵与边界 作为城市发展的高级阶段，智慧城市创造了以互联互通、整合共享、协同联动、创新发展为主要特征的城市发展新模式，大数据成为全球信息化的重点所在[9]。从城市运行的层面来看，智慧城市运行管理的主体是政府部门，服务对象面向城市的政府、企业和个人。城市大数据作为智慧城市建设的重要支撑环境，需要整合全部政务信息资源，以及智慧城市管理中需要的社会资源(包括社会公开资源及政府有权限提取的非公开资源)。 与数字城市运行管理中的信息获取方式不同，智慧城市运行管理中的信息更多的属于物联信息，来自于对城市中不同实体状态和行为的实时感知，呈现出多源、异构、海量、实时、不间断的显著特征。物联信息正逐步取代传统的业务信息，成为城市运行管理中信息流转的主体。 物联信息主要包括实时感知信息和物联综合信息两类。实时感知信息主要指通过感知设备实时采集或读取的信息，如自动气象站温度实时信息、消防车辆GPS实时信息等；物联综合信息主要指在智慧城市领域应用中通过汇总、分析等方式形成的综合性信息，如某地区的天气预报信息、某区域的危险化学品流向信息等。物联信息通过物联信息元数据来描述具体的内容、质量、表示方式、管理方式以及数据集的其他特征。物联信息元数据由元数据实体和元数据元素组成，是实现物联信息共享的核心部分。 物联信息所涉及的实体统称为物联实体，主要包括感知设备、管理对象和传感网网关三类。其中，感知设备指能够实时监测、感受、识别外界信息，并将获取的信息传递给其他装置的物理设备，如温度传感器、数字摄像头、卫星定位设备、射频识别读写器等；管理对象指需要通过感知设备来进行辅助监管和监控的业务实体对象，主要包括地理实体、物品和证照三类；传感网网关指能够将物联感知设备采集的实时感知信息进行接入和处理，并按照规范规定的格式和内容打包后依托网络设施进行传输的一种设备。 3 智慧城市运行管理的信息协同标准体系架构 3.1 城市运行信息协同标准的核心问题分析 随着新一代信息技术的发展和全球智慧城市的规模化建设，感知设备越来越多地应用在城市运行管理的各个层面。通过感知设备对管理对象的实时感知，能够为城市运行的监管和服务提供更快速、更有效的数据支撑。面对日益增多、分布在城市各个角落的大量传感设备，如何对其进行科学的管理，同时加强感知设备和感知信息的共享和利用，保障感知信息在城市系统下合理、高效的流转，是智慧城市信息协同标准体系需要解决的关键问题。 首先，物联实体的编码是智慧城市标准化建设和应用的基础。一方面，标准的编码及其表示方式有利于感知设备、管理对象等城市运行管理中物联实体的唯一识别；另一方面，实时感知信息是物联信息的主体部分，通过编码可以将不同时间采集的信息进行统一管理，实现物联实体的实时定位。 其次，统一的基础信息属性管理是城市基础设施集约化建设的前提。一方面，属性规范有利于物联实体管理的规范化和标准化，确立编码与信息之间的一一对应关系，从而保证对信息表述的唯一性、可靠性和可比性；另一方面，统一的基础信息属性管理有利于城市基础设施的重复利用和有效利用，可以大幅减少政府和市场的投资。 第三，物联信息在城市系统下的流转需要统一模式规范和技术标准，并与物联实体的基础信息属性和编码标准相关联。一方面，根据实体编码规则对采集信息进行不同维度的分类，形成有效的信息，便于在信息流转过程中进行整合融合；另一方面，信息流转过程中包含城市系统下的唯一编码，并通过基础属性描述与物联实体相关联，有利于根据不同的业务和场景需求选择合理的信息流转模式，并根据需求的变化进行自适应调整。 3.2 智慧城市运行管理的信息协同标准体系总体框架 目前，国内外在智慧城市标准体系框架和共性标准方面尚未形成统一的认知。一般认为，智慧城市标准体系涉及总体标准、基础设施、建设与宜居、管理与服务、产业与经济、安全与运维等多个部分[10]。智慧城市运行管理的信息协同标准作为智慧城市标准体系框架的主要组成部分，需要包含信息技术标准体系和城市运行标准体系两个范畴的必要元素；同时，还应体现智慧城市不同于传统城市和数字城市的典型特征。智慧城市运行管理的信息协同总体框架如图2。
图2 智慧城市运行管理的信息协同标准体系总体框架 从内部结构上看，信息协同标准体系主要由五个部分组成： (1)基础信息标准系列：重点在于物联实体的基础信息属性、编码及其表示方式。 (2)信息流转标准系列：重点在于城市系统下的信息共享方式、信息流转模式及其共性规范。 (3)领域应用标准系列：以业务属性为主，具体内容由行业的要求和特点决定。 (4)安全标准系列：主要包括安全防护体系的基本规范，重点涉及身份验证、访问控制、传输安全等技术要求。 (5)接口标准系列：重点在于信息流转过程中数据交换接口规范，及城市运行管理过程中与识别和定位相关的认证授权接口规范。 从内部关系上，基础信息标准、信息流转标准和领域应用标准在逻辑关系上自下而上，下层标准是上层标准的基础；安全标准和接口标准属于标准体系的共性规范，与其他所有标准相关联。 除此之外，智慧城市运行管理的信息协同标准体系需要做好三个层面的外部对接：第一，与智慧城市运行管理的信息协同总体框架之间，形成协同标准与协同模式的对接；第二，与智慧城市标准体系中的其他标准规范之间，形成信息标准与城市标准的对接；第三，与已有基础标准规范和管理制度之间，形成拟制定标准与现行标准的对接。 4 智慧城市运行管理的信息协同关键标准研究与实证 在智慧城市运行管理的信息协同标准体系总体框架中，安全标准系列和接口标准系列是信息化标准化的通用性规范；领域应用标准系列需要根据业务特性与对应的行业标准相匹配，不同领域之间具有明显的差异性；而基础信息标准系列和信息流转标准系列是体现城市运行和信息协同领域交叉特性的关键标准，也是在智慧城市背景下需要重点研究的内容。下面，重点对基础信息标准和信息流转标准进行探讨。 4.1 物联实体的基础信息属性、编码及其表示方式 基础信息标准系列主要以智慧城市运行管理的应用需求为依托，以城市系统下的物联信息流转为前提，对管理对象、感知设备、传感网网关等物联实体的基础信息特征所需要的属性、编码及其表示方式进行规定，用于不同应用领域对物联实体基础信息的统一标识和统筹管理。 物联实体的基础信息可以按照管理要求分为核心属性和扩展属性。其中，核心属性属于强制管理范畴，扩展属性主要体现业务管理特性，可根据物联实体的个性特征进行扩展。管理对象、感知设备、传感网网关的基础信息核心属性及其关联关系如图3。 感知设备基础信息的核心属性中，通过管理对象编码与对应感知的管理对象进行关联，感知设备与管理对象的关系为多对一关系；传感网网关基础信息的核心属性中，通过感知设备编码与所接入的感知设备进行关联。 物联实体的编码规则需要体现三个特点：一是唯一性，即实体的唯一标识；二是可分类，即编码具有一定的规则；三是能够反映所编码的承载信息，即数据包含有意义的内容。为了编码规范的通用性和使用的灵活性，编码结构应由定长码和非定长码两组编码组成。其中，定长码规定编码版本、实体类别、实体归属部门等基本信息，由编码管理部门统一管理；非定长码根据不同领域和行业的业务特征，由归属部门依据现有标准管理或自行编制，并将编码规则向编码管理部门备案。编码应保证整体结构的完整性，即定长码和非定长码在编制和使用时不得拆分。
图3 物联实体基础信息的核心属性及其关联关系 4.2 城市系统下的信息流转模式及其共性规范 信息流转标准系列主要规范城市运行管理中可共享信息的基本描述、流转模式与技术要求，实现信息在城市系统下共享和接入的统筹管理，并对信息在流转过程中的整合融合标准提供共性支撑。 根据信息提供方的业务需求和业务规则，信息的共享边界主要包括公开、普适共享、有限共享、特定共享和专用五种情况[11]，如表1。
对于城市运行管理中的可共享信息(普适共享、有限共享、特定共享)，按照信息的流转模式可分为直接接入、前置交换、接入转发、数据库对接、系统对接、Portlet嵌入、页面链接、Web服务接入等八种方式，如图4。 信息流转标准体系一方面需要对不同信息共享和接入方式的基本信息描述和技术要求进行规范，另一方面需要对数据传输格式等共性的技术标准进行统一。
图4 城市系统下的信息流转模式 4.3 智慧城市运行管理的信息协同关键标准实证 危险品监管是城市运行管理的重点之一，涉及运输、存储、销售等危险品流向的实时跟踪管理、综合保障、环境整治等多个环节，需要多领域、多部门、多层级、多主体的协同联动。下面以某大型城市运行管理中的危险品监管为例，对信息协同标准体系的领域应用进行实证分析。 4.3.1 管理对象和感知设备的基础信息与编码 危险品监管领域涉及的管理对象和感知设备分类如表2。
管理对象和感知设备的共性核心属性包括名称、编码、所属业务、空间位置、负责方、频率、编/解码标准等。管理对象和感知设备之间通过唯一的实体编码进行关联，如感知设备“GPS全球定位系统”的基础属性中包含“管理对象编码”，与所感知的管理对象“货车”的唯一编码相对应。根据不同的业务特定，物联实体还具备一系列扩展属性，如： (1)管理对象基础信息：“仓库”具有“库房间数、仓库面积、灭火器数、消防水源、限制存箱量、限制存药量”等扩展属性，“批发单位”具有“安全管理人员数量、仓库保管和守护人员数量、运输车辆数量”等扩展属性，“消防车”具有“车辆牌号”的扩展属性，“自动气象站”具有“建设时间”等扩展属性。 (2)感知设备基础信息：“温度计”具有“所属仓库、所属库房、所属房间、型号、最小刻度、最大刻度”等扩展属性，“空气质量传感器”具有“量程、工作温度、存储温度、加热阻抗、加热电压”等扩展属性。 管理对象和感知设备的编码结构采用“前段码.后段码”组合的形式。其中，前段码为定长码，由版本码2位(编码管理部门发布)、类别码1位(管理对象、感知设备、传感网网关)、单位编码组成，由编码管理部门统一管理；后段码为非定长码，由业务部门依据业务规则或现行标准自行编制和管理。 4.3.2 物联实时信息的共享与接入 危险品监管领域的物联实时信息涉及安全监管、环境保护、气象、消防、卫生、市政、城管执法、民防、交通、公安等多个领域和部门(表3)。
根据实际管理需求，视频信息主要采用直接接入和系统对接两种模式，车辆位置信息主要采用接入转发模式，实时监控信息主要采用前置交换模式，预警预报信息主要采用Portlet嵌入模式。所有物联信息均按照统一的接口标准和技术规范在信息源、信息提供方、基础支撑平台(中心)、信息需求方之间有序流转，所有信息包含对应实体的唯一编码。 5 结束语 智慧城市运行管理的信息协同标准体系建设是打通领域间的“智慧孤岛”、实现城市和区域物联实体“一盘棋”管理的必经之路，也是标准化与城市化、信息化协同发展亟待解决的核心问题。 城市运行管理的各部门和各领域主体应在信息协同标准体系总体框架基础上，分别制定本行业、本领域的应用和服务标准，实现技术标准与服务标准、信息标准与城市标准、规划标准与现行标准的一体化管理；同时，在标准体系的建设过程中充分体现信息技术和城市运行两个范畴的重要内涵，做好标准体系与信息协同总体框架的无缝对接，体现智慧城市不同于传统城市和数字城市的典型特征，逐步建立完善的智慧城市运行管理信息协同标准体系。
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