摘 要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，智慧城市已成為未來城市發(fā)展的重要方向?；ゲ僮餍宰鳛橹腔鄢鞘薪ㄔO(shè)中不可或缺的一環(huán)，對于提升城市管理的智能化、信息化水平具有重要意義。本文旨在探討互操作性在智慧城市中的應(yīng)用及其標準化研究，以期為智慧城市的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市，互操作性，標準化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.17.008

0 引 言

智慧城市是指運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)、社會治理等領(lǐng)域的智能化、信息化、高效化[1]。在智慧城市建設(shè)中，互操作性是實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同設(shè)備、不同應(yīng)用之間無縫連接、協(xié)同工作的關(guān)鍵。因此，對互操作性的應(yīng)用及標準化研究具有重要的理論價值和實踐意義。

1 互操作性的概念和內(nèi)涵

國際標準ISO/IEC 22123-1：2023[2]、ISO/IECTR 15944-14：2020[3]及ITU-T Y.101（03/2000）[4]中對于互操作性的定義為兩個或多個系統(tǒng)或應(yīng)用程序交換信息并相互使用已交換信息的能力?；ゲ僮餍园韵滤膫€特征：

（1）在跨越組織邊界的兩個或多個系統(tǒng)之間交換有意義的、可操作的信息；

（2）對所交換信息具有共同理解；

（3）對信息交換的回應(yīng)有商定的預(yù)期；

（4）必要的服務(wù)質(zhì)量：可靠性、真實性和安全性。

互操作性不僅僅是解決不同信息類別間的技術(shù)問題。為了交換和使用信息，所涉及的系統(tǒng)需要在信息和組織類別之間使用一致的互操作性機制[5]。

2 智慧城市互操作性應(yīng)用框架

智慧城市互操作性應(yīng)用框架（如圖1所示）主要由技術(shù)、信息和組織三個核心層面構(gòu)成。組織層面聚焦于互操作的實用性，代表了交互的策略和業(yè)務(wù)驅(qū)動因素。信息層面強調(diào)互操作的語義層面，專注于正在交換的信息及其內(nèi)在含義。技術(shù)層面?zhèn)戎赜谛畔⒌恼Z法或格式，關(guān)注信息在消息交換和通信媒介中的呈現(xiàn)方式。并細分為八個互操作性類別，包括基本連接性、網(wǎng)絡(luò)互操作性、句法互操作性、語義理解、業(yè)務(wù)背景、業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)目標以及經(jīng)濟/監(jiān)管政策等[6]。

交叉領(lǐng)域問題，作為實現(xiàn)互操作性的關(guān)鍵所在，需要被妥善處理并達成共識。這些問題通常與多個互操作性類別緊密相連，它們有助于組織具體的工作項目，并鼓勵尋求解決方案的建議。在處理這些問題時，需要優(yōu)先考慮它們對互操作性的影響，并在解決方向上建立明確的協(xié)議，以推動智慧城市的發(fā)展進程[5]。

3 互操作性在智慧城市中的應(yīng)用

3.1 美國智慧城市互操作性應(yīng)用案例

在美國，開放地理空間聯(lián)盟（OGC）在美國國土安全部（DHS）科學技術(shù)局（Samp;T）的贊助下，發(fā)起了《智慧城市互操作性參考體系結(jié)構(gòu)（SCIRA）》這一創(chuàng)新項目。該項目針對智慧城市中的互操作性問題，提出了一個獨特的解決方案，并成功應(yīng)用于實際。

SCIRA項目通過制定標準化的智慧城市安全框架，并開發(fā)開放、可互操作的設(shè)計，將物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器無縫整合到城市服務(wù)中。SCIRA不僅提供免費的部署指南和可重復使用的設(shè)計模式，還通過引入一系列資源，幫助市政當局利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、傳感器Web和地理空間框架等先進技術(shù)，規(guī)劃、構(gòu)建和實施基于標準的、成本效益高、供應(yīng)商無關(guān)的、面向未來的智慧城市IT系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。

在智慧城市建設(shè)中，由于缺乏對通用術(shù)語和智慧城市建設(shè)原則的共識，常常導致標準之間的分歧甚至矛盾，這使得許多基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）技術(shù)的應(yīng)用難以達到預(yù)期的互操作性和可擴展性。SCIRA項目正是為了解決這些問題而設(shè)計，它致力于研究和測試一個可重用的設(shè)計工具包——智慧城市互操作性參考體系結(jié)構(gòu)（SCIRA），這一工具包展示了如何將商業(yè)專有的物聯(lián)網(wǎng)傳感器集成到社區(qū)級公共安全應(yīng)用的通用框架中[7]。

通過這一應(yīng)用案例，可以體現(xiàn)互操作性在智慧城市建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅促進了不同系統(tǒng)之間的無縫集成，消除了信息孤島，還提高了智慧城市應(yīng)用的整體效率和可靠性。同時，也為智慧城市的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 歐洲智慧城市互操作性應(yīng)用案例

歐盟、德勤和魯汶大學發(fā)布了歐洲智慧城市和社區(qū)互操作性框架提案（EIF4SCC）。EIF4SCC的目標是“為歐盟地方行政領(lǐng)導者提供定義、原則、建議，包括實際用例和通用模型，以實現(xiàn)跨領(lǐng)域、城市、地區(qū)和邊界的公共服務(wù)交付?！?/p>

自2010年以來，歐洲已經(jīng)有了互操作性框架，EIF4SCC側(cè)重于區(qū)域細節(jié)，旨在幫助制定必要的基礎(chǔ)設(shè)施計劃，以確保商品和服務(wù)繼續(xù)從一個地方流向另一個地方。它適應(yīng)當?shù)厍闆r，并為當?shù)仡I(lǐng)導人提供指導方針、定義和原則。此外，來自幾個歐洲城市的實際用例展示了此類系統(tǒng)如何在考慮公民的情況下發(fā)展。主要包括互操作性的五個方面：

（1）技術(shù)可操作性：追求開放標準以確保城市可以使用可用的智能系統(tǒng)進行鏈接和通信；

（2）語義可操作性：城市之間的任何數(shù)據(jù)交換都保持清晰和不變；

（3）組織可操作性：文檔對于確保流程透明至關(guān)重要，而調(diào)整流程有助于信息交換；

（4）法律互操作性：因為許多城市都在自己的邊界之外工作，這個特殊的目標確保他們能夠在法律差異的情況下一起工作；

（5）文化互操作性：一個小世界使得文化敏感性和理解對于與其他實體和地區(qū)的合作具有內(nèi)在的意義；

以及隱含的第六個領(lǐng)域——互操作性治理——明確而精確的措施確保地方當局可以采取必要的步驟來調(diào)整結(jié)構(gòu)以適應(yīng)其特定區(qū)域的細微差別[8]。

4 互操作性標準化現(xiàn)狀

4.1 國際互操作性標準化現(xiàn)狀

國際互操作性標準化進展在近年來呈現(xiàn)出積極的態(tài)勢，涵蓋了多個領(lǐng)域，包括工業(yè)自動化、信息技術(shù)、電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)等。以下是對國際互操作性標準化進展的清晰歸納和總結(jié)：

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）等多個機構(gòu)共同制定了一系列工業(yè)自動化領(lǐng)域的互操作性標準，如IEC 61499[9]系列標準，它提供了工業(yè)自動化系統(tǒng)分布式功能塊的建模和互操作性方法。

在信息技術(shù)領(lǐng)域，國際標準化組織如ISO/IECJTC 1（信息技術(shù)標準化聯(lián)合技術(shù)委員會）推動了信息技術(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)的互操作性標準化工作，如通過制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和接口標準等。

在電動汽車領(lǐng)域，國際電工委員會（I EC）和國際標準化組織（ISO）共同制定了一系列電動汽車充電設(shè)施的互操作性標準，如IEC 61851[10]和ISO15118[11]，以確保不同品牌電動汽車與充電設(shè)施之間的互操作性。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的互操作性標準化工作正在逐步推進，包括制定統(tǒng)一的設(shè)備連接協(xié)議、數(shù)據(jù)交換格式和安全標準等。例如，物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)盟（IoTivity）和開放互聯(lián)基金會（OpenConnectivity Foundation， OCF）等組織都在推動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的互操作性標準化。

4.2 我國互操作性標準化現(xiàn)狀

我國在互操作性標準化方面取得了顯著的進展，這些標準覆蓋了多個領(lǐng)域，包括信息安全、工業(yè)自動化、電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)等，具有以下特點：

（1）多領(lǐng)域覆蓋：從信息安全（如G B / T29241—2012[12]）到工業(yè)自動化（如GB/T 19902[13]系列），再到電動汽車（如GB/ T 34657[14]和GB/ T38775[15]系列）和物聯(lián)網(wǎng)（如GB/T 41782[16]系列），我國的互操作性標準涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，顯示出我國在不同行業(yè)推動互操作性標準化的全面性和深度。

（2）標準化體系完善：在工業(yè)自動化領(lǐng)域，GB/T 19902[13]系列標準從框架、方法論到接口服務(wù)、協(xié)議、能力模板，再到一致性測試方法和專規(guī)匹配的方法學，形成了一套完整的標準化體系，為工業(yè)自動化系統(tǒng)的互操作性提供了全面指導。

（3）技術(shù)創(chuàng)新與標準化結(jié)合：在信息技術(shù)領(lǐng)域，如GB/ T 32392[17]系列標準提出了互操作性元模型框架（MFI），為信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的互操作性提供了標準化的模型和方法論，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與標準化的緊密結(jié)合。

（4）關(guān)注實際應(yīng)用：在電動汽車領(lǐng)域，GB/ T34657[14]和GB/T 38775[15]系列標準針對傳導充電和無線充電的互操作性提出了具體的要求和測試規(guī)范，關(guān)注了實際應(yīng)用中的互操作性問題。

（5）與國際接軌：我國互操作性標準在制定過程中也積極借鑒國際標準和經(jīng)驗，如GB/T 41782[16]系列標準在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互操作性方面與國際標準保持了一致性。

我國在互操作性標準化方面取得了顯著的進展，這些標準不僅為我國各行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持，也為我國在國際舞臺上展示標準化領(lǐng)域的實力奠定了基礎(chǔ)。

5 我國智慧城市互操作性標準化工作建議

智慧城市互操作性標準化工作對智慧城市高質(zhì)量發(fā)展起著基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐作用，為智慧城市建設(shè)與發(fā)展提供規(guī)范和指導。結(jié)合我國智慧城市互操作性標準化工作發(fā)展現(xiàn)狀，對智慧城市互操作性標準化工作提出以下建議：

（1）加快制定和完善智慧城市互操作性標準體系

基于智慧城市發(fā)展的整體規(guī)劃和需求，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有標準，識別標準缺口和需求，優(yōu)先制定和完善基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的互操作性標準。鼓勵跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的標準制定和協(xié)作，形成完備統(tǒng)一、上下銜接的智慧城市互操作性標準體系。

（2）強化互操作性技術(shù)創(chuàng)新與標準化工作的融合

鼓勵企業(yè)和研究機構(gòu)將最新的互操作性技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標準，推動標準與技術(shù)的同步發(fā)展。加強標準化工作與科研項目的結(jié)合，將標準研究納入科研項目計劃中，提升標準的科技含量和前瞻性。

（3）推廣實施智慧城市互操作性標準

加大對智慧城市互操作性標準的宣傳力度，提高各相關(guān)方對標準的認知和重視程度。制定實施指南和培訓計劃，幫助各方更好地理解和應(yīng)用標準，提升標準的實施效果。鼓勵企業(yè)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等產(chǎn)業(yè)界力量積極參與智慧城市互操作性標準化工作，提出實際需求和問題，推動標準更好地滿足市場需求。

（4）深化國際交流與合作

積極參與國際智慧城市標準化組織和活動，學習借鑒國際先進經(jīng)驗和技術(shù)，提高我國智慧城市互操作性標準的國際化水平。加強與國際標準化組織的合作，推動國內(nèi)標準與國際標準的接軌和互認，提升我國智慧城市互操作性標準在國際上的影響力和話語權(quán)。

6 結(jié) 語

對互操作性在智慧城市中的應(yīng)用及標準化進行研究。結(jié)果表明，互操作性是智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵驅(qū)動力，對于提升城市管理水平、增強城市競爭力具有不可替代的作用。通過加強互操作性標準化工作，可以進一步提升智慧城市建設(shè)的質(zhì)量和效率，為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。展望未來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和深入應(yīng)用，智慧城市互操作性標準化工作將繼續(xù)深化，為智慧城市高質(zhì)量發(fā)展貢獻更多力量。

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[17]信息技術(shù) 互操作性元模型框架系列標準：GB/T 32392[S].2018.

作者簡介

吳菁，通信作者，碩士，工程師，研究方向為質(zhì)量工程。

賈廷辰，碩士，高級工程師，研究方向為質(zhì)量工程。

劉金琳，碩士，工程師，研究方向為信息技術(shù)標準化。

張明狀，碩士，工程師，研究方向為信息技術(shù)標準化。

（責任編輯：袁文靜）