作者：城市轨道交通标准技术委员会 魏晓东

7.1　智慧城市系统集成技术应用

7.1.1　智慧城市系统集成共享平台的建设理念

智慧城市系统集成共享平台是实现智慧城市的基础和关键，该平台可以将“数据中心”所包含的各种基础数据服务经过“数据工厂”进行动态聚合和装配，形成满足实际需求的功能服务，并以“数据超市”的模式将这些数据对外发布，供其他平台用户直接调用，进而搭建出各种业务应用系统。处于智慧城市的建设模型中的平台层。

数据中心是智慧城市集成共享平台的“数据仓库”，不同行业的数据中心可提供面向各自行业的数据服务、功能服务等各种信息数据，同时不同级别的结点服务能够通过该平台进行注册和管理，服务可集中托管，也可分布式部署，各行业应用可通过服务中心调用其他行业的数据和功能服务。

数据工厂是指智慧城市集成共享平台可以对数据中心提供的各种信息数据进行动态聚合、装配及组合加工，搭建形成新的业务功能数据，满足不同的业务应用需要，为业务系统的集成及功能复用提供技术手段。

智慧城市集成共享平台可向其他单位或行业部门提供各种信息服务—即“数据超市”，在提高平台应用广度和深度、降低系统开发难度的同时，可逐步收回前期建设投资，从而建立一种“以平台养平台”的运营模式。

7.1.2　集成共享平台的体系架构

基于面向服务的SOA（Service-oriented architecture）架构，智慧城市集成共享平台采用层次化结构进行建设，包括软硬件基础层、平台层和应用层。如图1所示。

图1 智慧城市集成共享平台

软硬件基础层主要包括智慧城市建设过程中所需要的软硬件设施，如操作系统、数据库管理系统、GIS平台、防护软件、通信网络等。

智慧城市集成共享平台以数据中心集成技术作为基础支撑，通过数据服务、位置服务、服务管理等模块，对外发布面向城市各行业的专题信息服务，支持各部门对城市基础地理空间数据和专题数据服务、功能服务进行直接调用，从而构建出满足各种实际需求的行业解决方案。城市信息化建设需深入具体业务细节，形成包括国土、市政、通信、规划、城管、警用、应急、交通、旅游等行业子系统，为快速深入业务进行应用系统搭建，节约开发成本，缩减项目周期提供支持。

在城市重点行业子系统基础上，用户即可根据具体的业务需求，快速搭建配置出满足实际应用的业务应用系统，如城市综合应急管理平台、市政基础设施管理平台、规划管理平台等，实现城市各行业信息的集成共享和业务的协同办公，实现智慧城市的建设目标。

7.1.3　集成共享平台的功能及技术特点

智慧城市集成共享平台是建设智慧城市的重点和关键，提供GIS数据与城市各行业专题数据分布式管理和功能整合的解决方案。集成共享平台建设是城市公共数据的进出通道，可实现城市公共数据的采集、交换、存储、清洗、整合和加工，可实现城市公共数据的组织、编目、管理以及应用，可实现城市公共数据的共享服务，为城市的各类智慧应用提供基于城市公共数据的数据服务、时空信息承载服务及基于数据挖掘的决策基础数据知识服务。

智慧城市集成共享平台主要功能有:

实现对多源、多尺度矢量、影像、缓存、三维数据、目录与元数据、专题数据的有效组织与管理，支持数据上传下载，支持托管式数据集中管理。

实现服务注册、管理、授权、监控及发布，并提供标准的数据服务和查询统计、空间分析服务，支持服务动态聚合与装配。

提供多种传感设备、个人电子设备、嵌入式设备、视频、数据采集器等硬件设备的接口库，通过各种高速高带宽通信网络将各种设备、组织和政府信息系统中分散的信息连接起来进行随时随地感知、测量、捕获、信息传递。

提供服务仓库管理，在各站点通过网络以标准的服务方式提供地理信息图层、虚拟目录、服务发布、跨部门共享等各类信息服务。

提供在线的地图浏览、定位、标注、查询统计、分析等功能。

提供用户注册、角色管理、权限设置、系统监控、事件管理等功能。

提供应用系统快速开发环境，支持信息服务网络中各类功能服务的任意组合与搭建。

智慧城市集成共享平台具有以下技术特点：

海量、多源、异构城市数据的统一层次化管理。城市数据是平台运行的基础和灵魂，而数据管理也往往是平台建设的难点和重点。可通过数据中心、云计算技术、数据挖掘技术、海量数据存储与处理技术等数据运算与智能处理技术，有效管理无限量的城市数据，加快数据处理速度，充分挖掘潜在信息。智慧城市集成共享平台采用数据仓库实现对多专题、多级别、多年度城市数据（如行业数据、基础数据、专题数据、业务数据以及GIS、CAD、文本等不同格式数据）的集成化、网络化、标准化、可视化、层次化的统一管理，有效解决了数据管理难题。

信息服务的完全集成与共享。平台的主体思想是通过城市政务网或互联网，实现各政府部门数据、行业数据及功能等各种信息服务的集成和共享。部署于网络中的各政府单位前置节点可以将各自行业的专题数据或业务功能以服务的形式对外发布，网络中的各前置节点系统用户可以在遵循相关标准或规则基础上，实现对这些信息服务的任意选取和调用，有效利用信息化资源，在产生最大化效益的同时，避免重复开发建设，减少资金投入。实现多方位、多层次、多角度对接模式支持数据、平台和应用等各层面的对接。可通过信息服务网络调用各行业及部门前置节点的功能服务进行任意组合，搭建出能满足不同行业需求的功能服务。

支撑业务应用系统的快速构建。基于信息服务网络中的各种信息服务和平台提供的搭建配置开发技术，系统开发人员可根据需求调用、组合、装配、加工部署于网络中的各种信息服务并快速构建满足业务需要的应用系统，科学、合理利用现有信息化资源，有效缩短建设周期。在相关统一标准下，城市各行业及部门通过信息服务网络任意调用所有行业对外发布的信息服务，满足自身应用需要。丰富的功能仓库、传感设备接口库、自定义的界面布局、随需而变的工作流引擎满足各行业不断变化的业务需求，支持面向城市各个行业应用系统的快速定制。

7.1.4　智慧城市各领域集成应用

智慧城市涵盖民生、政府、经济、环境涉及民生服务、公共安全、交通运输、节能减排、社会保障、医疗卫生等诸多领域。包括：智慧城市顶层设计、应急系统、平安城市、智慧城管、智慧医疗、智慧旅游、低碳节能等领域的集成应用。

7.1.4.1　智慧城市顶层设计

我国智慧城市建设应从城市转型发展战略高度和全局的视角出发，进行总体设计，确定目标、重点和实施路径。

（1）明确目标定位，解决智慧城市“为什么”而建的问题。

（2）确定建设重点，解决智慧城市“建什么”的问题。基于智慧城市建设目标定位和系统推进的要求，智慧城市建设重点，应构建“一个中心”、“两大支撑体系”和“四大应用体系”：建设智慧城市运营管理中心。围绕智慧城市大系统智能运行要求，运用物联网、云计算、大数据等新一代信息技术，建设智慧城市运营管理中心，实现城市范围内不同系统之间的互联互通、数据融合、信息共享，为城市各领域智慧应用系统运行提供信息整合、数据挖掘和智能分析支撑，为城市管理、运营和服务提供统一的智能化指挥协同平台。建设两大支撑体系。一是智慧基础设施。加强水网、电网、气网、交通等基础设施智能化改造，推进通信基础设施建设和“三网融合”，满足各领域智慧应用需求。二是智慧人群。着力提升全社会对智慧城市的认知，加强智慧城市专业人才培养。建设四大应用体系。一是智慧民生。建设一体化的满足民生需求的各类综合信息服务系统，对民生需求及时感知，并做出实时响应和高效处理。二是智慧政府。建设政府决策、管理和服务信息支撑系统，全面感知并掌控城市运行状况，整合城市分散的资源、信息和组织，实现政府部门信息共享和业务协同，提升政府城市治理和民生服务能力。三是智慧经济。促进信息化与工业化、农业现代化的深度融合，实现传统产业转型，促进新一代信息技术产业发展，创造新的经济增长点。四是智慧环境。通过智能化途径，改造环境保护的技术手段和管理模式，智慧感知生产生活中能源消耗并加以自动控制，对环境污染和生态破坏及时预警预防和处置。

（3）设计实施路径，解决智慧城市“怎么建”的问题。

（4）实施架构，解决智慧城市整体架构的问题。从全局的视角出发，对整个架构的各个方面、各个层次、各种参与力量、各种正面的促进因素和负面的限制因素进行统筹考虑和设计。包括体制机制架构、业务架构、绩效架构、信息架构和技术架构。

7.1.4.2　应急系统

伴随着经济、科技与社会的快速发展，社会分工越来越细，社会结构越来越复杂，整个社会的脆弱程度也在不断上升，各种突发事件发生的可能性也日趋增大。为了应对和处置各种类型的突发事件，迫切需要各地、各级政府采取果断行动，以大幅度地减少突发公共事件造成的生命伤害以及社会、经济损失，建设功能全面、预警范围广泛、预警信息准确丰富、应急处置及时高效的城市应急系统显得尤为重要。

应急系统是指政府及其他公共机构在突发事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后管理过程中，通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，保障公众生命财产安全；促进社会和谐健康发展的有关活动。应急系统的建设是一个复杂的系统工程，涉及到公共安全、监控管理、报警联动、计算机、通讯、监控等多个专业领域。

应急系统整体架构从上至下分为五个部分：应急平台展示部分、应急应用系统、应急数据库系统、应急通信网络系统及应急基础设施部分，其中应急应用系统含有9个主要应急功能模块，是应急系统的核心业务部分。图2中标准规范体系和安全保障体系在逻辑上起着承上启下的作用，始终贯穿体系的各个层次和阶段。架构如图2所示。

图2 应急系统整体架构图

应急系统主要应急应用功能模块包括：

危险源监测子系统：结合物联网技术，对城市危险源、重要目标进行监测和可视化管理，对防护目标、重大危险源、关键基础设施等监控目标的动态监控、定量分析、评价和分级管理。实现了危险源信息管理、危险源事故后果分析、危险源分级和危险源统计分析。

应急保障子系统：实施对专业队伍、储备物资、救援装备、交通运输、通信保障和医疗救护等应急资源的动态管理，为应急指挥调度提供保障。基于地理信息系统的数据管理系统，可直观展现应急资源的分布及状态，并为指挥决策提供准确的数据保障。用于综合、集中、数字化的管理应急指挥所涉及的各类资源的所在位置、状态与分布情况等信息，并为预案制作、应急指挥提供数据支持。

预测预警子系统：实现突发事件的综合预警和衍生、次生灾害后果分析。实现突发事件的早期预警、趋势预测；结合事件进展情况，对事件影响范围、影响方式、持续时间和危害程度等后果进行综合研判；为上级预测预警系统提供事件报送信息、本级的预测预警分析和建议，接收上级预测预警系统给本级应急平台下发的预警分级建议和预测分析结果。

应急预案子系统：应急预案子系统通过在地图上标注目标，了解周边的应急物资储备和相应人员分布情况，实现动态加载数据生成指挥体系和任务列表，为应急指挥快速制定多套数字化方案，为指挥自动化提供基础和依据，做到科学决策。

应急指挥调度子系统：应急平台和部门级应急平台能够将事发现场采集的多媒体信息、气象信息、环境信息等传输到应急指挥中心，应急专家根据现场情况，制定资源部署、人员疏散方案，通过基于GIS开发的协同标绘系统，将救援方案推送给现场事件处置人员，方便展开快速救援，做到“上情下达”，同时，根据事件发展态势，现场人员利用移动GIS应急平台及时同步现场情况，做到“下情上传”，使突发公共事件处置做到多方协同，有序开展，将灾害损失降到最低。

应急评估子系统：应急评估子系统可以记录突发事件的应急处置过程，再现应急过程；按照评价模型对应急过程前的应急能力、过程中的及时性、过程后的有效性进行分类和综合评估，生成评估报告。

模拟演练子系统：模拟演练子系统在安全领域建立一套能提供应急预案演练、救灾操作培训等功能的计算机软硬件系统。系统依据“培训与演练相结合、进阶式应急演练过程”的模式，建立以基础数据库为辅、阶段式训练进程为主、并配有考试考核功能的系统架构，循序渐进提高应急人员的应急救援能力，并通过对应急预案的演练过程检验预案的可操作性与实用性，使应急队伍和指挥人员在不断地学习和练习中提高他们的指挥能力、作战能力和应变能力，能迅速处理突发事故，最大限度地减少事故损失和人员伤亡。

智能辅助子系统：根据有关应急预案，利用对突发公共事件的研判结果，结合应急组织体系、工作流程和应急保障力量，通过对有关法规、政策、安全技术要求以及处理类似事件的案例等进行智能检索和分析，并咨询专家意见，提供应对突发公共事件的指导流程和辅助决策方案。根据应急过程不同阶段处置效果的反馈，实现对辅助决策方案的动态调整和优化。

综合管理子系统：实现突发公共事件信息的接报处理、跟踪反馈和情况综合等应急值守业务管理。通过下级应急平台向应急指挥中心报送特别重大、重大突发公共事件信息，及时报送特别重大突发公共事件现场音视频数据，并向有关部门通报。整合面向公众紧急信息接报平台整合工作，建立“信息统一接报、分类分级处理”的工作机制，确保各职能部门之间快速反应、协同应对。

7.1.4.3　平安城市

平安城市是利用综合管理信息平台，集成视频监控系统、智能交通、卡口、电子警察等多个系统，利用市区级数据交换平台实现资源共享、数据集成。系统前端数据通过监控系统采集并传输到市、区公安局110接警指挥中心平安城市管理平台，在市政府应急办、城市管理部门、公安等部门安装平安城市客户端。平安城市管理平台由数据库服务器、存储服务器、管理服务器、报警服务器、接入网关服务器、流媒体转发服务器和其他应用服务器组成，并与公安现有的其它信息系统（如三台合一接处警系统、GIS等系统）有效集成，实现信息的充分共享，形成一套功能强大、贴近实战、运行稳定、操作简便的应用系统。

系统架构：平安城市利用先进的互联网技术、计算机技术、通信技术、IC芯片技术、光电技术形成一个大型监控网络，整合一切可利用的资源，结合工作生活需求，供各个部门共享资源，这些资源不但将在安防安保中大规模使用，还将在城市应急、智能交通、环境监测、应急指挥、灾害控制等等领域发挥重要作用。

平安城市监控系统总体架构自下到上分为四层，依次为：数据感知层、网络传输层、数据管理及控制层、数据应用层。如图3所示。

图3 平安城市监控系统总体架构图

（1）数据感知层：平安城市数据感知层是利用一种数据采集设备，从系统外部感知数据并输入到系统内部的一个接口，可完成信号向数据的转换。数据感知层负责现场音视频信号、报警信号、人脸、车辆等信息的采集，为整个信息管理系统提供原始信号源。包括高清治安监控子系统、高清智能卡口子系统、高清电子警察子系统等。包含的主要设备有高清枪型摄像机、高清球型摄像机、道路高清抓拍专用摄像机、智能交通路口主机、频闪灯、报警探测器等。设备需要适应各种恶劣环境，确保7×24小时正常工作。（2）网络传输层：网络主要包括公安视频专网、运营商公共网络、卫星链路等组成，用于承载视频信息数据传输。网络传输层采用统一的、基于IP的网络平台，网络层为视频监控数据传输、存储与处理提供可靠的网络通信保障。包含的主要设备有交换机、路由器、防火墙等。（3）数据管理、控制层：数据管理、控制层为所有业务系统提供计算与存储资源，通过对存储资源统一管理和调度，实现计算和存储资源有效利用。通过强大的容错能力，确保城市的视频信息系统的稳定可靠运行。数据管理、控制层全面整合多种公安及社会的图像资源，实现城市资源共享；提供统一的业务登录与管理界面，实现视频资源调阅、智能分析应用、网上督察、预案管理、治安防控圈、信息报送、3G/4G无线视频监控、智能交通、可视指挥调度等多项业务功能于一体。（4）数据应用层：数据应用层是平安城市的核心，该层包括公安各警种，如刑侦、治安、指挥中心、督察、交警、监管、反恐等部门用户，也包括政府应急办指挥中心、城市安保运营公司指挥中心等客户端作为视频系统的直接用户，通过对业务及基础功能的应用，完成对基于视频应用业务的日常管理工作。随着图像信息库的不断完善和积累，逐步实现全国图像信息库资源的共享，公安日常业务应用中对图像的调用将逐步围绕图像信息库展开，图像信息库将成为公安“八大库”后又一个关键信息库。（5）制度与标准规范：借助GB28181《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》，可以实现实际意义上全区域的图像资源的共享。对于关键的应用和数据，明确统一的编码标准、联网标准和接口标准等。

7.1.4.4　智慧城管

智慧城管实现城市各类资源的高度共享、各业务单元协同联动、快速反应和精确管理，实现全局统筹指挥、独立全面过程监督考核，面向行动、支撑一线，以人为本、强化服务的智能化城管模式。也是实现集信息获取、信息处理、全程跟踪督办、分析研判、视频监控、应急联动、联合指挥调度等多位一体的智慧化的全覆盖的全流程的综合性城市管理平台。

智慧城市通过二维码、RFID等物联技术实时获取路灯、绿地、公厕等固定对象的位置信息，通过手持智能终端、高清摄像机获取实时视频信息，通过温度传感器、湿度传感器、照度传感器、空气质量传感器等获取环境信息，通过GPS设备实时定位和追踪车。智慧城管利用各类随时随地的感知设备，立体感知城市环境、状态、位置等信息，与业务流程智能化集成，促进城市各个关键系统和谐高效的管理。智慧城管系统中，网格化管理系统将管辖地域划分成若干网格状的单元，并对每一网格实施动态、全方位管理。网格化管理技术与地理编码技术、三维视频呈现技术相融合，形成基于地图的城市部件管理系统，这一创新管理模式使城市管理更加精细、准确、规范。

智慧城管的架构包括感知层、传输层和综合系统层，如图4所示。

图4 智慧城管架构图

（1）感知层：提供前端传感器等硬件设备，使信息符合规范互联和控制协议，具备位置感知、图像感知、状态感知等多方面感知能力。视频感知系统包括固定点位摄像头、执法车载视频采集设备等多种图像感知装置，为执法取证、现场指挥提供图像信息。位置感知系统用于执法员、执法车辆和装备的定位，可以帮助城管明确执法力量分布。状态感知系统用于工地噪声等扰民问题的发现、预警及取证。基于物联网技术的感知平台是整个智能城市管理系统的基础部分，是城市管理所有信息的采集端口，集成了软件、硬件和通信网络的应用。其感知的信息范围和类型非常广泛，包括位置感知、视频感知、状态感知、服务感知以及其他信息感知。

（2）传输层：依托智慧城市基础网络，实现传感器信号、数据的传输，保障城管物联网平台所需要的IT基础设施，构建城管云，提供各类数据和业务的存储、运算、分析与服务功能。

（3）综合应用层：是实现对监控信息的关联分析、智能识别、高效融合和全景展示，支持实时的预警和事件接入，并支持执法力量的分布展示和执法指挥调度。综合应用平台主要由无线数据采集系统、监督中心受理系统、协同工作系统、调度指挥子系统、综合评价系统、RFID部件管理系统、数字化车辆管理系统、综合发布系统和地理编码系统等组成：

无线数据采集子系统：无线数据采集子系统是对城市现场信息进行快速采集与传送的子系统，供城市监督员使用。系统功能包括：接收无线采集设备报送的市政监管问题信息；下发监管中心分配的核实、核查、专项普查任务；管理和发布当日提示信息；提供信息查询、数据同步等功能。监督中心受理子系统：受理来自信息采集员上报、公众举报和视频监控员上报的城市管理问题，对问题进行审核、记录，立案后传递给指挥中心。协同工作子系统：运用空间网格、地理编码、工作流、WEBGIS等技术，受理城市管理监督员通过信息采集器上报的城市部件和事件问题信息以及社会公众的举报信息，将任务派遣、处理、反馈、核查、结案、归档等环节关联起来，完成跨部门的任务流转和全程监督。调度指挥子系统：通过大屏幕直观地了解城市部件（事件）信息、业务办理信息、综合评价信息等情况，实现信息实时监控，便于各级领导更加清楚地了解城市网格化管理的状况，还可对每个网格、监督员、部件等个体情况进行查询。综合评价子系统：系统按照工作过程、责任主体、工作绩效、规范标准等系统内置的评价模型，对区域、部门和岗位等信息进行综合分析、计算评估，生成以图形为主的评价结果。部件管理子系统：利用电子标签对城市部件进行标识，在城市部件和公共部件的日常维护、抢修和发生紧急意外事故时，通过射频卡上的编码和数据，可以快速查到相关信息，为市政管理提供迅速、全面、有效、准确的信息支持。数字化车辆管理子系统：利用GPS技术、RFID电子车牌技术，对各类工程车辆（渣土车、道路清洁车等）农用运输车辆进行信息化管理，实现对车牌号码的自动读取、信息快速查询、车辆定位跟踪等功能。综合发布子系统：社会公众通过页面登记功能自行上报城市管理问题信息，同时可直观地查看各职能部门工作及时率、完好率的统计。使政府工作更加公开化、透明化。地理编码子系统：地理编码子系统实现资源信息与地理位置坐标的关联，建立起地理位置坐标与给定地址的一致性，在空间信息支持下进行有效的分析和决策应用。地理编码子系统具有地址描述、地址查询和地址匹配等功能，能为监管数据无线采集子系统、监督中心受理子系统、协同工作子系统等提供地理编码服务。

作者简介：

魏晓东，1967年毕业于天津大学精仪系。1984~1991年任安徽工业大学自动化系副教授。1991年出版《分散型控制系统》（上海科技文献出版社）。2000~2012年任北京和利时系统工程公司副总工、事业部总设计师，北京地铁13号线、深圳地铁一期工程、广州地铁3号线综合监控系统工程技术总负责人。2006、2010年出版《城市轨道交通自动化系统与技术》初版与第二版（电子工业出版社）；2010年主编国家标准《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》（GB50636-2010）、《城市轨道交通综合监控系统施工与质量验收规范》（GB/T50732-2011）；2010年主编关于两化融合的国家标准《工业企业信息化集成系统规范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清华同方数字城市工程中心技术专家，住建部城市轨道交通标注技术网Eu委员会委员，全国自动化系统与集成标准技术委员会委员。

摘自《自动化博览》2018年1月刊