潘云鶴*，田 沄b,c，劉曉龍，顧德道，華 崗

aChinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China

bCollege of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

cDepartment of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China

dNingbo Academy of Smart City Development, Ningbo, Zhejiang 315048, China

城市大數(shù)據(jù)與城市智能化發(fā)展

潘云鶴a,*，田 沄a,b,c，劉曉龍a，顧德道d，華 崗d

aChinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China

bCollege of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

cDepartment of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China

dNingbo Academy of Smart City Development, Ningbo, Zhejiang 315048, China

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Received 13 April 2016

Revised 16 May 2016

Accepted 26 May 2016

Available online 22 June 2016

城市大數(shù)據(jù)

本文探討了城市大數(shù)據(jù)的概念，明確了城市大數(shù)據(jù)的特點，并依據(jù)處理方法和應(yīng)用目標(biāo)對中國城市大數(shù)據(jù)進行了分類；分析了中國城市智能化同其他國家“智慧城市”的區(qū)別，給出了中國城市智能化的定義，并提出了中國城市智能化的模型；明確了城市大數(shù)據(jù)在城市智能化中的作用，即城市大數(shù)據(jù)是城市智能化的基礎(chǔ)和核心，是城市智能化持續(xù)發(fā)展的不竭動力；指出了中國城市大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn)；針對城市大數(shù)據(jù)在城市智能化中的支撐和核心作用，提出了城市大數(shù)據(jù)的建設(shè)重點，包括：基礎(chǔ)支撐、城市治理、公共服務(wù)以及經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等；指出了城市智能化的應(yīng)用是推動中國城市發(fā)展的極妙抓手。當(dāng)前，中國具備天時、地利、人和的獨特優(yōu)勢，應(yīng)充分借助城市大數(shù)據(jù)，促進城市智能化向高水平發(fā)展。

? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

1.引言

隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進，城市人口、工業(yè)以及交通運輸過度集中，導(dǎo)致了包括人口膨脹、交通擁堵、環(huán)境惡化、住房緊張、就業(yè)困難和安全隱患等問題在內(nèi)的多種不同形式的“城市病”，以及由這些“城市病”引發(fā)的社會、經(jīng)濟、健康和居住等問題。這些問題嚴重影響了中國城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)發(fā)展[1]。事實上，“城市病”出現(xiàn)的原因在于城市基礎(chǔ)設(shè)施所構(gòu)成的物理系統(tǒng)和城市居民所構(gòu)成的社會環(huán)境變得日趨復(fù)雜，并且人們沒有充分認識到其復(fù)雜性，缺少對城市生態(tài)系統(tǒng)的高效管理。從根本上講，城市已經(jīng)從過去的二元空間升級為現(xiàn)在的三元空間。這里所說的第一元空間指“物理空間”，即城市所處的物理環(huán)境和城市所含的物質(zhì)系統(tǒng)；第二元空間指“人類社會空間”，即城市人的行為與社會交往；第三元空間指“賽博空間”(Cyber Space)，即計算機、互聯(lián)網(wǎng)及其“數(shù)據(jù)信息” [2]。為此，急需新理念和新方法對城市生活的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展以及其中出現(xiàn)的問題進行深入和系統(tǒng)地分析，從而確立新技術(shù)革命條件下城市發(fā)展的新方向。

“智能城市”和“大數(shù)據(jù)”的出現(xiàn)為解決“城市病”提供了新的可能。“智能城市”為傳統(tǒng)的城市生態(tài)系統(tǒng)加上了一個神經(jīng)層，而城市大數(shù)據(jù)從不同維度描述了城市的物理環(huán)境(如建筑、汽車和道路等)和居民社會生活的方方面面，即以虛擬形式反映真實的第一元空間和第二元空間，由此構(gòu)成了城市的第三元空間——城市大數(shù)據(jù)。中國工程院的李國杰院士認為，大數(shù)據(jù)是典型的“蜜蜂模型”，即：蜜蜂的貢獻不是它們生產(chǎn)的蜂蜜，而是其傳粉過程帶來的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的增加[3]。城市大數(shù)據(jù)如同城市中的自然資源和人力資源，已成為“智能城市”發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源與戰(zhàn)略方向。城市在信息化和智能化的過程中形成了大量的信息庫和數(shù)據(jù)中心，將這些數(shù)據(jù)相互連接，便形成了城市大數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能技術(shù)對城市大數(shù)據(jù)進行深度的匯聚、挖掘和分析，有助于人們正確地認識和把握城市系統(tǒng)各層次的發(fā)展規(guī)律，輔助政府和社會的城市決策與規(guī)劃，實現(xiàn)城市智能化管理的目標(biāo)。同時，城市大數(shù)據(jù)也促使城市各行業(yè)的運作模式發(fā)生深刻的變革，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和新興產(chǎn)業(yè)的培育發(fā)展?？傊?，城市大數(shù)據(jù)正在加速城市智能化發(fā)展，具體表現(xiàn)為：以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和無線寬帶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)組合為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)高度集成和大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用為主要特征，以智能技術(shù)、智能產(chǎn)業(yè)、智能服務(wù)、智能管理和智能生活等為重要內(nèi)容，構(gòu)建一種致力于自我修正并及時解決城市經(jīng)濟、社會和生態(tài)等關(guān)鍵問題的城市發(fā)展新形態(tài)[2]。

2.城市大數(shù)據(jù)的概念

2.1.城市大數(shù)據(jù)的概念與特點

城市大數(shù)據(jù)是指城市的政府、公共機構(gòu)、企業(yè)和個人利用新一代信息技術(shù)手段獲取和匯聚的各類城市設(shè)施設(shè)備、個人和集體等主客體所產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可被共享、融合、分析和挖掘，以使人們深入了解城市的運行狀態(tài)，在城市管理方面做出更加明智的決策，優(yōu)化城市資源配置，降低城市系統(tǒng)運行成本，推動“智能城市”安全、高效、綠色、和諧、智能地發(fā)展。除了大數(shù)據(jù)的一般特征(如海量性、高速性、多樣性、真實性和重要性)之外，城市大數(shù)據(jù)還有其特殊性，包括：

(1) 層次性：例如，電子病歷按照醫(yī)院或區(qū)域分類，而醫(yī)學(xué)圖象按照設(shè)備或醫(yī)院分類。又如，健康數(shù)據(jù)可以分為個人、醫(yī)院病人、社區(qū)或衛(wèi)生防疫部門的健康數(shù)據(jù)。城市大數(shù)據(jù)的層次性深刻反映了城市物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的組織層次性。

(2) 完整性：城市經(jīng)過長期的運行與發(fā)展，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)覆蓋越來越廣泛。例如，近年來中國城市環(huán)保數(shù)據(jù)的覆蓋度正在迅速提高。由于這種數(shù)據(jù)完整性的迅速改善，城市大數(shù)據(jù)日益精確，具備了揭示城市的整體發(fā)展規(guī)律的能力。

(3) 關(guān)聯(lián)性：城市各類數(shù)據(jù)之間具有很強的關(guān)聯(lián)性。例如，城市的物流信息既包含在物流企業(yè)的數(shù)據(jù)中，也包含在制造業(yè)、商業(yè)和運輸業(yè)，甚至是金融業(yè)的數(shù)據(jù)中。這些關(guān)聯(lián)性不僅可以用于相互印證，也可用于城市運行中的協(xié)同推理與規(guī)則挖掘。

由于城市大數(shù)據(jù)的普遍性與特殊性，在其應(yīng)用中需要新的處理技術(shù)，即基于目標(biāo)驅(qū)動方法的特定數(shù)據(jù)提取[4]，這主要集中在從數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)處理，再到模型建立的整個數(shù)據(jù)流程的自動化[5,6]。首先，獲取與存儲原始數(shù)據(jù)，包括按照目標(biāo)需求對從所需數(shù)據(jù)源中獲取的數(shù)據(jù)進行模式抽取和集成，對采集的數(shù)據(jù)進行清洗和預(yù)處理(如數(shù)據(jù)填補、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)標(biāo)準化、數(shù)據(jù)一致性檢查以及多種數(shù)據(jù)屬性的初步組織等)，建立待處理數(shù)據(jù)集；其次，處理和分析數(shù)據(jù)集(包括線性分析、非線性分析、因子分析、序列分析、線性回歸、變量曲線分析和雙變量統(tǒng)計)，通過利用支持向量機、樸素貝葉斯、隨機森林和邏輯回歸進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)與類別間的關(guān)系分析；然后，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和跨媒體算法揭示分類數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)深層次的模式、規(guī)則及知識；最后，以交互式和可視化的方式解釋變量間的關(guān)系，以更深入地理解結(jié)果。

2.2.城市大數(shù)據(jù)的分類

就數(shù)據(jù)本身而言，城市大數(shù)據(jù)描述了各種城市元素的實時運行狀態(tài)，包括建筑、街道、管網(wǎng)、環(huán)境、企業(yè)、金融、商業(yè)、產(chǎn)品、市場、物流、醫(yī)療、文化、教育、交通、公安和人口。文獻[7]中提出，可將城市大數(shù)據(jù)分為5類：基于傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)、政府管理數(shù)據(jù)、客戶和交易記錄數(shù)據(jù)及藝術(shù)和人文數(shù)據(jù)。表1列出了此5類數(shù)據(jù)的類型、實例及相應(yīng)的用戶群體。

其實，城市大數(shù)據(jù)的分類方法不止一種。從本質(zhì)而言，數(shù)據(jù)分類以樹狀結(jié)構(gòu)最為有效，而城市數(shù)據(jù)信息為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以城市大數(shù)據(jù)的分類需根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法和應(yīng)用目標(biāo)而定。對于中國城市的大數(shù)據(jù)而言，經(jīng)常使用以下三種分類方法：

(1) 按城市功能的供給側(cè)劃分：此分類方法的基礎(chǔ)是城市管理系統(tǒng)，也就是現(xiàn)有城市層次組織數(shù)據(jù)的聚集系統(tǒng)。這種分類方法具有組織促進力。

(2) 按城市服務(wù)的需求側(cè)劃分：此分類方法按不同需求者劃分(如居民、企業(yè)、事業(yè)系統(tǒng)和政府機關(guān))，并且可以進一步分類，因此會牽引出各種城市應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。這種分類方法具有應(yīng)用促進力。

表1 城市大數(shù)據(jù)的類型及用戶群體

(3) 按城市數(shù)據(jù)的發(fā)生原因劃分：例如，城市大數(shù)據(jù)可被劃分為基于城市物理系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)，城市人口及組織的經(jīng)濟活動類數(shù)據(jù)，城市人口及組織的社會活動類數(shù)據(jù)，城市人口及組織的科教活動類數(shù)據(jù)，城市人口的生活類數(shù)據(jù)。

2.3.城市大數(shù)據(jù)在城市發(fā)展中的應(yīng)用

城市大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為深入研究城市的運行和發(fā)展提供了新的思路[8-11]，已成為重塑城市競爭優(yōu)勢的新機遇[12]。在全球信息化快速發(fā)展的大背景下，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為了每個城市重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。充分利用城市大數(shù)據(jù)的規(guī)模、質(zhì)量和應(yīng)用優(yōu)勢，挖掘和釋放數(shù)據(jù)資源的潛在價值，提升大數(shù)據(jù)的社會價值和經(jīng)濟效益，能夠有效提升城市競爭力。同時，大數(shù)據(jù)也已成為了推動城市經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的新動力[13]。具體地說，大數(shù)據(jù)在以下領(lǐng)域起到了重要的作用：① 推動生產(chǎn)要素網(wǎng)絡(luò)化共享、集約化整合以及協(xié)同化開發(fā)利用；② 促進生產(chǎn)原料、技術(shù)、人才和資金的流動模式和商業(yè)模式的創(chuàng)新；③ 提高企業(yè)的核心價值和優(yōu)勢。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不斷催生新的業(yè)務(wù)模式和新的經(jīng)濟增長點，并且大數(shù)據(jù)為提升政府的治理能力提供了新的途徑[14]。此外，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還能夠揭示傳統(tǒng)技術(shù)方式難以展現(xiàn)的潛在關(guān)系，挖掘看似無關(guān)的知識間的相關(guān)性并匯聚成新知識，通過定性化判斷和定量化分析實現(xiàn)對城市發(fā)展的診斷和評估，提升政府利用數(shù)據(jù)做出決策的能力，為有效處理復(fù)雜的社會問題提供新的手段。

本質(zhì)上講，利用城市大數(shù)據(jù)對城市模式和城市化進程的探索就是對城市大數(shù)據(jù)的分析、可視化和理解，以及對結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的解釋，從而實現(xiàn)城市資源的動態(tài)管理、知識發(fā)現(xiàn)、城市模式和進程的深度分析、市民的有效參與以及合理的城市規(guī)劃和城市政策的科學(xué)分析。城市大數(shù)據(jù)的目標(biāo)、方法及應(yīng)用之間的關(guān)系如圖1所示。

3.城市大數(shù)據(jù)助推城市智能化

圖1.城市大數(shù)據(jù)的目標(biāo)、方法及應(yīng)用的關(guān)系圖。

“智慧城市”的概念由IBM公司于2008年提出，其內(nèi)容主要側(cè)重于度量、聯(lián)通和智能[15]，主要目的是將特定的信息技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用到城市的管理過程中。這一概念比較適合于歐洲和北美的發(fā)達國家，因為這些國家已經(jīng)完成了城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。發(fā)達國家“智慧城市”建設(shè)的主要任務(wù)局限于政府管理與智能服務(wù)[16,17]。相比發(fā)達國家城市的市長，中國城市的市長需要執(zhí)行更多的行政職能以及管理更多的事情。此外，中國正處于工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的高潮，遇到的困惑與問題在質(zhì)和量上都有其獨特性。所以，中國城市智能化發(fā)展路徑必然與歐美等發(fā)達國家不同，如圖2所示。顯然，利用發(fā)達國家“智慧城市”的發(fā)展路線圖來建設(shè)中國的“智能城市”，難以解決中國城市面臨的諸多發(fā)展問題。因此，在中國使用“智能城市”替代發(fā)達國家的“智慧城市”是合適的。

圖2.中國與歐美發(fā)達國家在信息化、城市化和工業(yè)化發(fā)展方面的比較示意圖。

城市智能化發(fā)展是“智能城市”建設(shè)的過程，目的是發(fā)展城市三元空間(包括城市物理設(shè)施、人類社會和城市數(shù)據(jù))，方法為基于從市民、企業(yè)和政府整合的情報的科學(xué)方法，關(guān)鍵是巧妙合理地調(diào)度城市綜合資源，優(yōu)化城市經(jīng)濟發(fā)展、城市建設(shè)和城市管理，持續(xù)改善城市發(fā)展與市民的生活水平，有效地滿足市民當(dāng)前與未來的需求[2]。城市智能化發(fā)展是一個從分到合、由淺入深的過程。以城市現(xiàn)有的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立智能應(yīng)用系統(tǒng)，是建設(shè)“智能城市”的合適起點。在此基礎(chǔ)上，增強城市物理基礎(chǔ)設(shè)施的自動數(shù)據(jù)化，逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享，開展城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新，實現(xiàn)宏觀決策和微觀服務(wù)的深入發(fā)展，帶動產(chǎn)業(yè)升級換代。因此，城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠推進城市智能化由局部水平到系統(tǒng)以及全局水平的發(fā)展，使城市智能化與“經(jīng)濟–社會–生態(tài)”發(fā)展相統(tǒng)一。城市智能化發(fā)展模型如圖3所示，城市大數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、指數(shù)系統(tǒng)和運維保障系統(tǒng)五部分。

發(fā)展過程如下：① 充分采集城市運行中產(chǎn)生的海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并將其匯聚到統(tǒng)一的城市數(shù)據(jù)平臺，形成城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和綜合數(shù)據(jù)庫；② 通過海量數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、融合、清洗、處理、挖掘、分析和可視化，獲取可反映客觀規(guī)律且有價值的數(shù)據(jù) 信息，滿足城市政務(wù)、商業(yè)和城市管理的需求，提高決策能力、知識發(fā)現(xiàn)能力和流程優(yōu)化能力；③ 促進其他產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，帶動數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)交易等大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快城市的信息化和智能化發(fā)展；④ 提出適用于衡量城市大數(shù)據(jù)建設(shè)成效和發(fā)展水平的指數(shù)，建設(shè)大數(shù)據(jù)運維保障機制，確保城市大數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)的穩(wěn)定和可靠運行。

圖3.城市智能化和大數(shù)據(jù)發(fā)展模型。

3.1.城市大數(shù)據(jù)是城市智能化的基礎(chǔ)和核心

城市大數(shù)據(jù)來源于城市中眾多物理設(shè)施運轉(zhuǎn)和人群活動所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的聯(lián)通和融合。采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，這些數(shù)據(jù)可被用于挖掘物理設(shè)施運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的各種復(fù)雜的關(guān)系，產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟變化的趨勢，以及居民健康、教育、科技和文化等方面的狀態(tài)、關(guān)系和規(guī)律。因此，城市大數(shù)據(jù)不僅是系統(tǒng)地認識整個城市的信息基礎(chǔ)，也是城市智能化的基礎(chǔ)和核心。城市大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐模型如圖4所示。感知層通過物聯(lián)網(wǎng)采集城市數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層著重于網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)建和網(wǎng)絡(luò)融合；數(shù)據(jù)層匯聚物聯(lián)網(wǎng)和信息系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，形成城市公共數(shù)據(jù)庫；平臺層主要包括各種云計算設(shè)施、公共信息平臺和大數(shù)據(jù)分析處理平臺。

圖4.城市大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐模型。

推進由物理設(shè)施、人群社會和城市信息構(gòu)成的三元世界的科學(xué)互動和可持續(xù)發(fā)展的核心是采用大數(shù)據(jù)思維和技術(shù)，統(tǒng)籌推進城市物理世界的信息化建設(shè)：打破信息壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流、知識流和人類智慧的自由流動，完成對城市物理設(shè)施的科學(xué)調(diào)配，促進人流、物流、資金流和技術(shù)流的合理高效流動，有效解決城市發(fā)展與環(huán)境、資源和空間之間的矛盾，逐步建成滿足市民、企業(yè)和政府需要的新型未來城市。

3.2.城市大數(shù)據(jù)是城市智能化持續(xù)發(fā)展的不竭動力和智能源泉

大數(shù)據(jù)的應(yīng)用正在加速信息技術(shù)與各行業(yè)的交叉融合，孕育形成新型業(yè)態(tài)，進一步拓展信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。同時，在城市智能化發(fā)展過程中，需要重新激活現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，充分利用大數(shù)據(jù)增量，才能持續(xù)提升城市智能化水平。城市大數(shù)據(jù)在揭示城市典型問題的本質(zhì)關(guān)系、分析復(fù)雜系統(tǒng)、開展經(jīng)驗性城市研究以及感知城市合作方面有著重要的作用。城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是破解各類“城市病”的重要抓手。在城市規(guī)劃方面，通過對城市的自然信息(包括地理、氣象、環(huán)境)和社會信息(包括經(jīng)濟、社會、文化、人口)的挖掘，城市大數(shù)據(jù)為城市規(guī)劃提供了強大的決策支持，強化了城市管理服務(wù)的科學(xué)性和前瞻性，這方面的應(yīng)用突出體現(xiàn)在基礎(chǔ)建設(shè)、交通管理、公共設(shè)施和社會安全領(lǐng)域[18,19]。城市智能化使數(shù)據(jù)共享成為可能，政府各個部門的既有數(shù)據(jù)庫可被高效地互聯(lián)互通，極大地提高了政府各部門間的協(xié)同辦公能力和辦事效率，大幅降低了政府的管理成本[20]。大數(shù)據(jù)奠定了未來人們享受“智慧”生活的基礎(chǔ)，使人們可以建立個性化檔案，智能化管理日程事務(wù)、個人健康、安全起居、購物以及旅游。同時，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可增 強公共服務(wù)同個體生活之間的聯(lián)系，在醫(yī)療衛(wèi)生、教育培訓(xùn)、交通和安防等領(lǐng)域為個體提供信息查詢、內(nèi)容分發(fā)和移動支付等應(yīng)用體驗。如此，大數(shù)據(jù)將人們“簡單平面”的生活轉(zhuǎn)向“多維”化[21,22]，讓城市智能化真正服務(wù)于民生。城市大數(shù)據(jù)被廣泛地應(yīng)用于一系列城市問題的研究和破解，并正在迅速成為促進中國城市智能化發(fā)展的重要橋梁和技術(shù)。

3.3.中國城市大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn)

當(dāng)前，中國多數(shù)城市已經(jīng)經(jīng)過了前期“數(shù)字城市”和“智慧城市”的建設(shè)，在信息通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、政務(wù)信息資源整合共享平臺和智能應(yīng)用體系建設(shè)方面取得了一定成效，并發(fā)展了信息經(jīng)濟，積累了大量城市數(shù)據(jù)資源，為城市智能化的進一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。然而，城市大數(shù)據(jù)的發(fā)展也面臨著一些問題與挑戰(zhàn)，主要有：① 現(xiàn)有的操作機制給數(shù)據(jù)資源的整合和共享帶來了一定的困難；② 與信息安全和共享有關(guān)的標(biāo)準法規(guī)體系亟待建立；③ 技術(shù)創(chuàng)新滯后于大數(shù)據(jù)的發(fā)展；④ 不清晰的商業(yè)模式影響大數(shù)據(jù)的可持續(xù)發(fā)展；⑤ 人才資源的供應(yīng)不足制約大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

4.城市大數(shù)據(jù)發(fā)展重點

中國積極鼓勵大數(shù)據(jù)的發(fā)展和“智能城市”的建設(shè)，地方政府高度重視信息經(jīng)濟的發(fā)展。在這種背景下，需要正確處理城市大數(shù)據(jù)發(fā)展中統(tǒng)與分的關(guān)系，堅持統(tǒng)籌規(guī)劃和分工建設(shè)、技術(shù)驅(qū)動和需求拉動相結(jié)合。為此，加強城市大數(shù)據(jù)頂層設(shè)計和確定城市大數(shù)據(jù)建設(shè)重點成為當(dāng)前推動我國城市智能化發(fā)展的關(guān)鍵?；谥袊鞘兄悄芑l(fā)展模型，本文提出城市大數(shù)據(jù)發(fā)展的重點基于四個方面，即基礎(chǔ)支撐、城市治理、城市服務(wù)和經(jīng)濟發(fā)展，如圖5所示。

4.1.統(tǒng)一大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐體系

圖5.城市大數(shù)據(jù)重點建設(shè)內(nèi)容。

城市應(yīng)建立一個公共設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)平臺。該平臺以“一體化服務(wù)平臺+積木式應(yīng)用模塊”的技術(shù)架構(gòu)和“專業(yè)化運營+開放式服務(wù)”的管理體系為核心，實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施(如道路設(shè)施、水電氣設(shè)施和地下管廊)波動變化的動態(tài)感知，對城市運行狀況和特征的全面、及時掌握，對城市要素發(fā)展趨勢的準確預(yù)測，以及為城市發(fā)展提供有力的決策支持。為此，城市應(yīng)該調(diào)研和梳理全市政務(wù)數(shù)據(jù)資源(包括類別、規(guī)模、增長速度、能否共享與開放、數(shù)據(jù)源頭和所屬權(quán))現(xiàn)狀，以確定能夠優(yōu)先分享或優(yōu)先開放的數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)字段，明確涉密或涉及公共安全和個人隱私的數(shù)據(jù)。此外，城市還應(yīng)建立一個政務(wù)數(shù)據(jù)架構(gòu)體系，以對城市政府?dāng)?shù)據(jù)的清洗、處理、整合、挖掘和共享為主線，建立城市數(shù)據(jù)共享和交換服務(wù)中心。該服務(wù)中心以分層數(shù)據(jù)服務(wù)為主體、工具平臺為支撐、機制建設(shè)為保障，實現(xiàn)全市范圍的政務(wù)數(shù)據(jù)資源和有關(guān)數(shù)據(jù)資源的整合、共享與服務(wù)。最后，城市應(yīng)建立一個政務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一開放平臺，以完善政府?dāng)?shù)據(jù)資源的管理規(guī)范，建立政務(wù)信息資源開放目錄體系和服務(wù)體系，逐步向社會開放如信用、交通、醫(yī)療、衛(wèi)生、就業(yè)、社保、地理、文化、教育、科技、資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、安監(jiān)、金融、質(zhì)量、統(tǒng)計、氣象及企業(yè)登記監(jiān)管等民生保障服務(wù)相關(guān)領(lǐng)域的政府?dāng)?shù)據(jù)。

4.2.推進大數(shù)據(jù)在城市治理領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市治理包括社會安全管理、城市規(guī)劃與建設(shè)、市場監(jiān)管及環(huán)境保護等領(lǐng)域。因此，要推動大數(shù)據(jù)在城市治理中的應(yīng)用?；鶎由鐣卫泶髷?shù)據(jù)應(yīng)用平臺涵蓋多個行業(yè)的數(shù)據(jù)資源，如城市人防、能源、電力、環(huán)保、衛(wèi)生、交通、城管、水利、通信、安監(jiān)、氣象和地震等。加強數(shù)據(jù)資源的挖掘、分析和應(yīng)用可快速識別、及時預(yù)警以及順利解決社會管理問題，提升基層社會治理能力。為達到“多規(guī)融合”和跨部門協(xié)作，城市需建立完善的國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫以及時空大數(shù)據(jù)和不動產(chǎn)登記信息管理平臺，以開展國土資源大數(shù)據(jù)分析，建立統(tǒng)一的國土資源大數(shù)據(jù)服務(wù)體系，建成支撐跨部門協(xié)作管理的城市規(guī)劃大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，為城市規(guī)劃的編制、審批和實施等全流程提供有力支撐。此外，城市還應(yīng)加強對市場主體的信用體征監(jiān)管，建立公共和個人信用數(shù)據(jù)庫，以獲得有關(guān)覆蓋全部信用主體(以企業(yè)為核心，以個人、政府為補充)和所有信用信息類別的信用大數(shù)據(jù)，增強社會成員的誠信意識，營造優(yōu)良的信用環(huán)境。之后，城市需完善城市環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局，建立綜合監(jiān)測水、土壤、垃圾及大氣污染的大數(shù)據(jù)實時匯聚與分析平臺，以全面、實時、準確地掌握城市環(huán)境質(zhì)量和污染源信息，為環(huán)境保護提供決策支撐。最后，城市需構(gòu)建大數(shù)據(jù)能源管理體系，以提高能源的使用效率，完善資源的價格機制和創(chuàng)新能源的消費方式。

4.3.加快大數(shù)據(jù)在城市服務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市服務(wù)包括交通、醫(yī)療、教育、社會福利和文化旅游等領(lǐng)域。城市應(yīng)建立交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，以使城市居民及時獲得交通信息(包括實時公交、實時路況、出租、公共交通設(shè)施和道路管養(yǎng)等信息)。該平臺還可以提供各種增值服務(wù)(如出行信息服務(wù)和交通指南)，輔助優(yōu)化交通規(guī)劃，提高公眾出行效率以及改善用戶交通體驗。城市還應(yīng)建立匯集和整合人口信息、電子健康檔案和電子病歷的統(tǒng)一健康大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，并開發(fā)覆蓋公共衛(wèi)生、醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療保障、藥品供應(yīng)和綜合管理等業(yè)務(wù)的醫(yī)療健康管理和服務(wù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。此外，城市也應(yīng)鼓勵有關(guān)企業(yè)和事業(yè)單位開展醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新示范，豐富和完善醫(yī)療健康服務(wù)?？紤]到社會福利，城市應(yīng)建立城鄉(xiāng)一體化的社會救助、社會福利和社會保障大數(shù)據(jù)平臺，加強相關(guān)部門之間的數(shù)據(jù)對接和信息共享，支撐城市大數(shù)據(jù)在勞動用工和社?；鸨O(jiān)管、醫(yī)療保險對醫(yī)療服務(wù)監(jiān)控、勞動保障監(jiān)察、內(nèi)控稽核、人力資源和社會保障相關(guān)政策制定及其執(zhí)行效果跟蹤評價等方面的應(yīng)用，為社會公眾提供更為個性化和更具針對性的服務(wù)。最后，城市應(yīng)整合數(shù)字圖書館、檔案館、博物館、美術(shù)館、群眾文化館和科技體驗館中的數(shù)字文化資源，建立文化傳播大數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺。為促進旅游業(yè)發(fā)展，城市應(yīng)推進旅游信息資源共享，整合旅游相關(guān)的數(shù)據(jù)資源(如公安、交通、環(huán)保、商務(wù)、航空、郵政、電信和氣象)，與主要網(wǎng)絡(luò)搜索引擎以及在線旅游服務(wù)商合作，建立旅游大數(shù)據(jù)資源庫。

4.4.促進大數(shù)據(jù)在經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

城市應(yīng)鼓勵大數(shù)據(jù)在產(chǎn)業(yè)、跨境電子商務(wù)、物流、技術(shù)與知識服務(wù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。為推進不同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)采取以下措施：① 建立重點行業(yè)云服務(wù)平臺，促進大數(shù)據(jù)資源在研發(fā)設(shè)計、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)營銷等領(lǐng)域的應(yīng)用；② 引進“云+網(wǎng)+端”的物聯(lián)網(wǎng)云工程和云服務(wù)企業(yè)，發(fā)展可提供一體化的云工程產(chǎn)業(yè)，如全流程整體設(shè)計、裝備制造、軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、工程安裝和網(wǎng)絡(luò)運維服務(wù)；③ 完善各行業(yè)統(tǒng)計標(biāo)準，提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù) 資源的采集和利用效率，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)資源背后的產(chǎn)業(yè)價值和潛力，為研發(fā)體系創(chuàng)新、生產(chǎn)管理方式變革以及產(chǎn)業(yè)價值鏈體系重構(gòu)提供有力支撐。在電子商務(wù)方面，城市應(yīng)大力發(fā)展“生產(chǎn)商直接面對消費者(M2C)”和“生產(chǎn)商直接面對經(jīng)銷商(M2B)”的服務(wù)，加強跨境電子商務(wù)平臺建設(shè)，構(gòu)建支持數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)展示的跨境電子商務(wù)服務(wù)體系，為跨境電子商務(wù)平臺及其基本的物流倉儲、信譽評級以及綜合信息服務(wù)提供有力支撐；城市還應(yīng)發(fā)展面向“網(wǎng)上絲綢之路”沿線國家的電商營銷和比價系統(tǒng)，為全球客戶提供便捷、快速的購物體驗。此外，城市應(yīng)建立物流大數(shù)據(jù)平臺，按照統(tǒng)一標(biāo)準整合物流數(shù)據(jù)(如商品信息、交通路網(wǎng)、貨物運輸和貨物周轉(zhuǎn))，通過對物流車輛、線路以及貨物等數(shù)據(jù)的全面分析，為物流企業(yè)提供最優(yōu)化的運輸線路，提升物流效率。物流大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有助于及時了解倉儲庫存信息以及各商品門類的動態(tài)需求，確保庫存和倉儲配套的優(yōu)化以及物流和倉儲資源的動態(tài)調(diào)整。最后，城市應(yīng)通過鼓勵公眾和企業(yè)發(fā)掘利用開放數(shù)據(jù)資源，探索新技術(shù)，研究數(shù)據(jù)挖掘、分析和應(yīng)用模式，營造大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的良好氛圍。公眾還應(yīng)推動大數(shù)據(jù)發(fā)展與科研創(chuàng)新、技術(shù)發(fā)展以及政府和市場需求的有機結(jié)合，形成大數(shù)據(jù)驅(qū)動型的創(chuàng)新模式，推動開放創(chuàng)新和聯(lián)動創(chuàng)新。

5.結(jié)語與展望

城市大數(shù)據(jù)是城市智能化發(fā)展的核心。城市智能化發(fā)展對中國而言，是一個極好的抓手。隨著人口與經(jīng)濟逐漸在城市集中，城市的成功發(fā)展標(biāo)志著國家主體的成功發(fā)展。所以，城市智能化在中國大有用武之地。目前，中國工業(yè)化與城市化的環(huán)境和政府結(jié)構(gòu)非常有利于城市大數(shù)據(jù)的發(fā)展。對可被成功管理以及開放的城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠促進城市知識服務(wù)的發(fā)展，創(chuàng)造新的市場和新的企業(yè)，進一步推進城市智能化的發(fā)展。當(dāng)前，中國具備天時、地利、人和的獨特優(yōu)勢，應(yīng)充分借助城市大數(shù)據(jù)，促進中國城市智能化向更高水平發(fā)展。

致謝

本研究獲中國工程院重大戰(zhàn)略咨詢項目(Nos.2012-ZD-6, 2014-ZD-01)和中國工程院重點項目(No.2015-XZ-14)的資助，作者感謝來自上述項目的所有專家對本文的貢獻。

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Yunhe Pan, Yun Tian, Xiaolong Liu, Dedao Gu, and Gang Hua declare that they have no conflict of interest or financial confl icts to disclose.

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* Corresponding author.

E-mail address: zhs@cae.cn

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

英文原文: Engineering 2016, 2(2): 171-178

Yunhe Pan, Yun Tian, Xiaolong Liu, Dedao Gu, Gang Hua.Urban Big Data and the Development of City Intelligence.Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.02.003

城市智能化

三元空間

建設(shè)重點