智慧城市大数据平台设计与应用研究

杨一峰　赖献昆　姚金华　俞善文

摘要：随着智慧地球概念被提出，各个国家给予了广泛关注，我国启动了智慧城市建设计划，依靠大数据与云计算技术，搭建了智慧城市時空大数据平台。本文基于智慧城市大数据平台，深入分析大数据平台建设的必要性，结合智慧城市典型结构，了解平台搭建主要涉及的技术内容，实时更新数据，搭建云平台，优化平台设计，并从智慧城市交通、城市社区、城市医疗、城市政务等方面，实现智慧城市大数据平台的有效应用。

关键词：智慧城市;大数据平台;平台设计;城市服务

一、引言

大数据平台的发展与平台的应用使众多领域发生变化。在智慧城市建设工作中，各方面工作的开展都离不开大数据平台，依靠大数据平台整合信息资源，采集、监测海量数据，同时对数据进行挖掘与分析，促进信息资源的高效共享，在突出信息资源应用价值的同时，推进智慧城市服务水平的提升。

二、大数据平台建设的必要性

大数据主要指的是规模巨大的数据集合，依托计算机网络与信息技术，完成大数据的采集与存储分析，实现大数据的预测处理[1]。大数据体量大，数据规模大且时效性强，以此创建的大数据平台可以用于城市服务的各个领域，提高公共服务水平，增强群众获得感、幸福感以及安全感。

当前我国社会治理逐渐朝着精细化的方向发展。智慧城市大数据平台整合城市社会管理各方面内容，平台涵盖了城市规划、自然环保、社会治安、民政司法等方面的信息资源，可实时掌握社会管理要素，实现智慧城市管理。

三、大数据平台主要涉及的技术

（一）平台体系架构

实际上，大数据平台就是以数据作为核心的信息平台，依靠平台完成对数据的综合处理与深入分析。虽然国内创建的智慧城市系统在运行方式、内容体系方面存在差异，但建设框架存在一定的共性。智慧城市大数据平台主要包含数据交换平台、数据处理平台、数据共享服务平台。其中用户层面向政府部门、企业以及公众;应用层包含智慧建设、智慧管理服务以及智慧产业等内容;公共信息平台包含政务平台与公众平台两部分，通过传统业态升级平台与新型业态平台的整合，创建基于智慧城市的时空大数据信息云平台。智慧城市下的公共数据库通过计算资源、存储资源以及虚拟化的应用，使云计算环境能够更好地为电信网、广播电视网、互联网提供服务[2]。

智慧城市典型结构中，感知层作为主要数据来源，以卫星、飞机、摄像头以及传感设备为感知手段，完成数据的感知与采集。网络层是智慧城市的基础，互联网与互联网联合计算存储设施层，对网络资源综合处理，再将公共设施资源进行虚拟化处理，虚拟资源可根据业务需求组装为独立运行的服务，为智慧城市的创建提供公共设施服务[3]。

（二）数据采集与处理

数据平台中会存在海量数据，这些数据有一部分是无用数据，只有一小部分的数据是有价值的信息内容，所以数据平台在进行数据分析和处理工作之前，会对数据集中采集，寻找数据间的规律，应用数据网来分析与处理数据。对采集数据展开分析，找到其中的特征点，基于数据统一归纳的思想进行数据综合分析，立足于数据抽象处理的概念完成数据综合处理。通过这种方式建立数据模型，处理数据时，考虑数据内蕴含的价值，完成数据协调分析，从全局角度出发了解数据的特点，防止数据因局部特征过于突出而造成处理不及时。

（三）网格计算

大数据的计算过程或者算法常常难以完全转换，一些函数不能被嵌入在数据库内。这时应先从定义函数内将数据提取出来，再使用分析软件进行数据分析。数据分析任务逐渐增加，服务容量受到限制，此时只有对服务器扩容才能达到需求，但服务器价格昂贵，人们只能采用网络配置的方式降低成本支出，此时网格计算应运而生。网格计算就是将不同任务分配给不同计算机，使每台计算机承担不同任务，间接地提高系统性能，扩大系统容量，且不会增加太多成本支出。

（四）自动化运维

数据处理时需要全方位的展示运维对象与相关内容，将平台分为不同功能区，比如巡查管理区、运维监控区、设备管理区，此外还需接入第三方平台。在可视化技术应用下，利用图形图像展示大数据内容，突出数据的实时变化，各项工作开展可依托平台实现，在自动化运维技术作用下实现数据高效管理，同时可对文件加密，让文件保存在数据管理中心。

四、智慧城市大数据平台设计

（一）时空大数据实时更新

基于智慧城市的发展理念，以采集传统测绘数据为基础，解决数据采集过程中周期长与成本高的问题，实现时空大数据的实时更新。应用卫星遥感影像技术采集数据信息，对区域内的城市地表信息变化状态展开实时监测，在无人机设备的帮助下，利用网格化采集方式完成数据的采集。为了更好地完成数据信息的增量更新，需设置集天空、地面以及人于一体的增量更新模式，在无人机、摄像头的网络采集与传统采集模式下，采集卫星遥感影像内的时空数据，不同时相产生的影像会有差异，且各个区域的分发节点也会出现差异，实际应用时应结合前后时相的遥感影像数据，采取固定采集与更新间隔的方法完成数据实时更新。从智慧城市角度出发，大数据的应用价值主要体现于微观统计分析与宏观可视化展示两方面。所以建立智慧城市大数据平台的时候，应采取不同方式完成数据统计分析。传统技术中，大数据信息一般会按照国家、省份、市区的形式区分，各地区地理条件要素可能相同，采集数据时会出现重复采集的情况。为了规避这一情况，提升数据更新效率，可建立更新与统计机制，明确分级分类与共享生产模式，根据智慧城市分级建设来梳理数据。分区进行信息的采集工作，统一整合三级地理要素，促进各渠道的高效共享。经过实时更新后的大数据平台中内容更加丰富，数据类型多样化，比如影像数据中包含数字正射影像数据，高程数据中涵盖数字高程模型数据信息，此外还包含了地名地址数据、街景影像数据以及倾斜摄影数据等[4]。

（二）云平台构建

从某种程度来讲，智慧城市就是对数字城市、物联网以及云计算的集合，通过搭建城市时空信息平台，基于数字地理空间的架构，实现智慧城市的延续发展。云平台在信息内容、使用功能以及应用能效方面有着较为突出的优势，这是传统数字地理空间无法达到的。云平台可以实时汇集城市内各类时空消息，可为智慧城市的具体应用环境按照需求提供服务。云平台的搭建需依靠数据中心，经过信息的提取与加工。地理编码，在已经简称的数字框架上研发智慧城市信息平台。该平台可以提供详细的时空地图与资源信息，同时具有智能装配和服务接口，使用时经过政府网可共享并调用所有信息[5]。平台应当按照需求来选择服务功能，对于政府、企业、社会公众提出的不同需求，向其提供相对应的服务，将平台服务功能确定为任务知识库、智能解析、智能学习三方面功能。其中任务知识库的构件主要利用源数据信息建立知识库，以关键词为基础实现各部分内容的相互对应;智能解析功能以语义为基础，可对任务进行智能分析，再提炼数据信息，精准显示关键词，以便对数据服务功能精准定位;智能学习主要是对知识库内的无关联数据抓取感知，实现大数据平台在智慧城市下的动态聚合。大数据平台主要分为数据交换平台、数据处理平台、数据共享服务平台三部分，数据经过处理与共享之后，将会存储于平台中，建立基础数据库或者专题数据库。

（三）云支撑环境搭建

基于智慧城市的发展理念，云计算环境主要包含基础设施、分布式存储以及操作系统三部分，城市云计算中心可以对地理信息的云计算环境进行扩容和改造升级，比如在政务云内部署大数据平台，依靠网络安全系统，在密码保护技术的应用下，保证数据使用安全。基于智慧城市建设需求，编写大数据平台设计的标准规范，确立信息共享机制。

五、智慧城市大数据平台应用

（一）智慧城市交通

交通系统是城市发展的重要组成部分，也是智慧城市建设的重点。国民经济发展态势良好，居民生活水平显著提升，人们纷纷购入私家车，不仅方便交通出行，也提高了出行效率。但是私家车数量的增加会造成城市交通系统压力增大的问题，一、二线城市每天早晚高峰时间存在着严重的交通拥堵的现象，想要缓解交通压力，就要致力于智慧城市交通建设。通过对大数据平台的应用，将平台和道路监控系统结合在一起，方便交通管理部门通过网络图像统计交通数据，从而根据实际情况灵活调整拥挤路段的信号灯。

智慧交通主要将人工智能、车联网技术、信息通信技术、传感器技术相结合，确立统一化跨地区交通信息平台，综合区域内所有交通资源，实现对道路的智能化管理。平台可以监控区域内的交通情况，采集交通流数据，分析运行特征，预期大致变化，调整最佳交通管理方案，全方位提升交通管理的技术含量。依靠智慧交通体系，利用Smartbi对交通流量分布情况进行监测并优化，完善公安、城管、公路等监控体系和信息网络系统。

（二）智慧城市社区

利用大数据平台，推动地方检察迈向信息智能化高速轨道，全面实现检察工作数字化、网络化、应用化、智能化。智慧城市社区是当前一种现代化的社区管理理念和管理模式，以互联网、物联网、云计算技术为基础，依托大数据平台，在应用智能设备与移动终端的同时打造智慧化生活情景，形成数字化管理模式的社区，完成对社区内所有用户信息的智能化管理。与此同时，智慧城市社区能够对小区内的车牌自动识别，具有停车费用自助结算与自助缴费的功能。智慧社区能够与信息监控中心相配合，整合所有社区内的数据与影像信息，实现可视化监控管理与统一调度。比如应用大唐软件搭建智慧城市数据平台，利用城市数据创造城市社区领域的智慧应用，实现对该部分资源利用的最大化，社区是社会公共服务的核心，每日会产生大量信息资源，大唐软件智慧社区可快速实现城市内所有社区资源的高效共享与信息交换，促进社区商业服务模式的智能化探索。

（三）智慧城市医疗

一直以来，城市发展进程下，居民医疗服务问题都是百姓关注的重点，随着居民健康意识的不断提升，人们已经不再局限于患病后才到医院就诊，而是定期进行健康体检，医院服务工作更加繁忙。建设智慧城市医疗，依靠大数据平台简化医疗服务流程，提升服务效率，将大数据平台用于医疗诊断、治疗、用药等方面，并将平台用在临床医疗与医学研究领域，从而获取直观数据，为医疗领域的技术研究提供数据参考。

搭建智慧医疗服务平台，平台架构包含中心层、基础中间件层以及卫生医疗数据采集三部分，数据采集可通过条码和RFID完成智能识别，实现数据的高度融合，医护流程处理逐渐向移动端迁移，可有效减低医疗事故发生率，确立以患者为中心的服务理念，减轻医务人员工作负担，提高工作效率。配合医疗管理系统，比如废弃物管理，应用RFID电子标签技术实现对废弃物的全过程管理，并在固定式读写器的应用下读取信息，在线监管废弃物收集、整理、运输等信息。

创建智慧医疗远程监护和会诊系统，在医疗级硬件的使用下实现患者与医生间的远程监护与会诊，解决数据支持问题，智能硬件可对患者身体数据实时监测，将数据传输到后台，等待远程协助，医生与患者家属通过平台远程监视患者情况，保证医疗卫生环境的安全。依靠大數据平台建立智慧医疗运营管理系统，基于HIS、检验以及成本核算数据，为医疗决策提供数据支持。建立智慧医疗运营监控体系，将医院整体运营情况、医疗质量、服务效率、患者构成等情况进行多维度分析，以便做好资源的合理调配。

（四）智慧城市政务

大数据平台在政务领域发挥着至关重要的作用，整合政务各部门的数据资源，确立信息共享平台，实现城市政务信息的高度集中。智慧城市政务具有智慧性、服务性的特点，在大数据平台的作用下可以提高工作效率，同事业单位相互协调统一，推进城市政务工作的智能化发展，为服务型城市政府的创建提供帮助。除此之外，大数据平台可以结合情报指挥功能，加强对数据信息的挖掘分析，提高政务服务保障，保障公共财产安全。大数据平台采取云计算架构模式，从逻辑上划分不同虚拟化平台，在虚拟平台技术的应用下，依靠云计算SaaS服务方式，灵活支撑不同业务，促进各部门的信息交互与需求共享，所有资源都将在统一平台中显示，再按照需求分配到相应虚拟平台中。

（五）智慧城市公安

当前国内各个城市的公安系统已全方位地实现了信息化管理，应用大数据平台加快信息化建设，创建高质量数据库，转变以往城市公安系统在工作上的独立性，打破数据库的局限性，让各个警种相互协调工作，实现信息高效共享。在智慧城市公安方面应用大数据平台，采用动态的形式建立公安数据库，以便公安部门掌握更具体的信息，提高系统感应能力，提升公安人员日常工作效率。应用大数据平台之后，城市公安系统内的工作变得更加主动，利用平台的数据预测与判断功能，可快速掌握相关信息，为接下来的智能决策提供数据参考和技术支持。

（六）智慧城市环保

智慧城市下的环保地理信息系统主要依靠大数据平台，平台可提供地理信息数据，对环境和污染源信息展开空间化处理，加强对废水废气污染、河流断面以及空气环境图层的监管。从环保角度出发，加强应急指挥管理，依靠污染物扩散模拟的功能分析，建立企业排污三维场景，预测污染的扩散范围，确定排污口，以便做好污染问题的快速溯源，为接下来的决策指挥提供参考。加强人员与物资配置，利用事故水池、节制闸、人工湿地做好污水的拦蓄处理，防止超标废水被排放，在大数据平台的应用下实现快速定位与迅速处理，实现智慧城市环保服务水平的提升。气象局联合思迈特大数据分析平台、ETL工具和中国气象局信息中心地图服务为基础支撑，保证平台监管应用、服务应用、移动应用达到三级等保要求的数据保护解决方案。

六、结束语

总而言之，建设智慧城市是现代化城市发展的要求，有必要科学把握大数据与云计算的发展机会，合理建立大数据平台，实现平台的设计与应用。从智慧城市交通、城市社区、城市医疗等方面入手，发挥大数据平台的应用价值，依据当前生产技术与市场需求，实现数据平台的创新，提高城市医疗服务水平，改善交通环境，为市民营造良好的城市环境。

作者单位：杨一峰    赖献昆    姚金华    俞善文    浙江嘉兴数字城市实验室有限公司

参  考  文  献

[1]雷国雅.智慧城市时空大数据平台下自然资源档案管理系统的升级与改造[J].城建档案，2021（10）：54-55.

[2]陈琼.打造CIM平台，构建大数据中心[J].中国建设信息化，2021（17）：48-51.

[3]孙丽娟.基于服务自动化发布技术的数据开放平台设计与实现[J].智能物联技术，2021，4（04）：1-5+15.

[4]沈凤娇，余晓敏.时空大数据平台云計算及其典型应用服务探讨[J].地理空间信息，2021，19（06）：32-34+4.

[5]刘捷.数据要素驱动新型智慧城市建设[J].软件和集成电路，2021（05）：80-81.