智慧城市的內(nèi)涵與支撐技術(shù)

智慧城市的內(nèi)涵與支撐技術(shù)

1智能城市的概念1.1數(shù)據(jù)存儲和實時數(shù)據(jù)控制數(shù)字城市存在于網(wǎng)絡(luò)空間（cyberrate）中。虛擬數(shù)字城市與物理虛擬城市和現(xiàn)實物理城市之間進行互動，是實現(xiàn)生活的物理城市在網(wǎng)絡(luò)世界中的數(shù)字再現(xiàn)。智慧城市則是建立在數(shù)字城市的基礎(chǔ)框架上,通過無所不在的傳感網(wǎng)將它與現(xiàn)實城市關(guān)聯(lián)起來,將海量數(shù)據(jù)存儲、計算、分析和決策交由云計算平臺處理,并按照分析決策結(jié)果對各種設(shè)施進行自動化的控制。在智慧城市階段,數(shù)字城市與物理城市可以通過物聯(lián)網(wǎng)進行有機的融合,形成虛實一體化的空間(cyberphysicalspace)。在這個空間內(nèi),將自動和實時地感知現(xiàn)實世界中人和物的各種狀態(tài)和變化,由云計算中心處理其中海量和復(fù)雜的計算與控制,為人類生存繁衍、經(jīng)濟發(fā)展、社會交往等提供各種智能化的服務(wù),從而建立一個低碳、綠色和可持續(xù)發(fā)展的城市。用易于理解的簡單公式表達,可以這樣認為:智慧城市=數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng)+云計算。1.2城市數(shù)字城市的建設(shè)背景智慧城市的發(fā)展歷程按照信息化、數(shù)字化、智能化的程度主要分為三個階段:信息化城市階段、數(shù)字城市階段和智慧城市階段。其中可以代表每個階段的標志性事件如下:1)1993年9月,美國啟動“信息高速公路”計劃;1995年,中國推動全國信息化的“八金”工程,標志著城市信息化建設(shè)開始起步。2)1998年,美國副總統(tǒng)戈爾提出“數(shù)字地球”概念,“數(shù)字化舒適社區(qū)建設(shè)”標志著城市信息化開始步入數(shù)字城市建設(shè)新階段。我國已有300多個城市初步建成數(shù)字城市基礎(chǔ)框架,國家測繪地理信息局發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上的“天地圖”成了數(shù)字中國和數(shù)字城市的載體,已有數(shù)億網(wǎng)民使用。3)2006年,物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)正式推出形成對城市信息系統(tǒng)的綜合集成與整合應(yīng)用;2008年,國際商業(yè)機器公司(internationalbusinessmachinescorporation,IBM)提出智慧城市的新理念;2009年,IBM首席執(zhí)行官彭明盛向美國總統(tǒng)奧巴馬提出要推進智慧基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),旨在打破金融危機,對社會經(jīng)濟發(fā)展帶來新的動力,標志著城市開始由數(shù)字化邁向智慧化建設(shè)的新階段。智慧城市的發(fā)展與早期的信息基礎(chǔ)設(shè)施以及數(shù)字城市的建設(shè)一脈相承,但智慧城市階段更注重信息資源的整合、共享、集成和服務(wù),更強調(diào)城市管理方面的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào),時效性要求也更高,是信息化城市和數(shù)字城市建設(shè)進入實時互動智能服務(wù)的更高級階段,同時也是工業(yè)化和信息化的高度集成。1.3西方國家智慧城市發(fā)展現(xiàn)狀中國智慧城市建設(shè)的目標就是要推進城市向著低炭、綠色、和諧和可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。中國的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化相對于發(fā)達國家還有一定差距,但在信息化上基本與之同步;而西方國家的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化已經(jīng)趨于成熟與穩(wěn)定,在推進智慧城市的過程中,其實際需求、動力以及資本的支撐也沒有中國這樣巨大而迫切。中國當前正處于城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)化、信息化同時推進的大好時機,四化一同建設(shè)有利于相互促進更加高效的協(xié)調(diào)發(fā)展,智慧城市建設(shè)從國家部委到地方政府,再到相關(guān)行業(yè)和企業(yè)都非常活躍,并逐步從探索、設(shè)計邁入建設(shè)階段。2智慧城市的概念城市為人類提供生產(chǎn)繁衍、經(jīng)濟發(fā)展、社會交往和文化享受這四大類職能,而智慧城市將在這四個方面為人類提供各種智能化的應(yīng)用和服務(wù),從而使得人與社會、人與自然更加協(xié)調(diào)的發(fā)展。智慧城市能夠為人類生存繁衍、經(jīng)濟發(fā)展、社會交往和文化享受這四大類職能提供的智慧應(yīng)用如表1所示。智慧城市依托數(shù)字城市技術(shù)將城市中的人和物按照地理位置進行組織,通過物聯(lián)網(wǎng)獲取并傳輸數(shù)據(jù)和信息,將海量實時運算交由云計算進行處理,并將結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)進行智能化和自動化控制,最終讓城市達到智慧的狀態(tài)。智慧城市的總體架構(gòu)主要由獲取數(shù)據(jù)的感知層對信息進行傳輸交互的網(wǎng)絡(luò)層,提供海量數(shù)據(jù)存儲、實時分析和處理的服務(wù)層,以及面向最終用戶的應(yīng)用層組成,如圖1所示。以下就支撐智慧城市的數(shù)字城市、物聯(lián)網(wǎng)和云計算這三大類支撐技術(shù)分別進行介紹。2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整合利用數(shù)字城市是一個無縫的覆蓋整個城市的信息模型,把分散在城市各處的各類信息按城市的地理坐標組織起來,既能體現(xiàn)出城市中各種信息(自然、人文、社會等)的內(nèi)在的有機聯(lián)系,又便于按地理坐標進行檢索和利用。將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)、街景影像數(shù)據(jù)、全景影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)按照地理位置在數(shù)字城市里進行整合,通過面向服務(wù)的架構(gòu),把各類空間和屬性數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)布并提供給用戶。各類用戶通過網(wǎng)絡(luò)注冊共享自己的信息,并以服務(wù)的形式在數(shù)字城市地理空間框架平臺上進行發(fā)布,政府、行業(yè)和公眾等各類用戶都通過網(wǎng)絡(luò)方便地獲取交通、旅游、醫(yī)療、教育、應(yīng)急等相關(guān)服務(wù)。2.2“三網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)景觀設(shè)計通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。具體地說,就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中,并且被普遍連接,形成物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與人、人與機器、機器與機器的互聯(lián)互通。世界無線研究論壇曾預(yù)測,未來世界是無所不在的物聯(lián)網(wǎng)世界,到2017年,將有7萬億傳感器為地球上的70億人口提供服務(wù)。這些傳感器通過各類有線和無線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供固定、游牧和移動式無所不在的應(yīng)用和服務(wù)。2.3云計算是一種大數(shù)據(jù)的計算方法。云計算是一種為云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計算模式,其計算資源(包括計算能力、存儲能力、交互能力等)是動態(tài)、可伸縮、被虛擬化的,而且以服務(wù)的方式提供。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)模式的計算,是分布式計算和網(wǎng)格計算的進一步延伸和發(fā)展。云計算支撐信息服務(wù)社會化、集約化和專業(yè)化的云計算中心通過軟件的重用和柔性重組進行服務(wù)流程的優(yōu)化與重構(gòu),提高利用率。云計算促進了軟件之間的資源聚合、信息共享和協(xié)同工作,形成面向服務(wù)的計算。云計算能夠快速處理全球的海量數(shù)據(jù),并同時向上千萬的用戶提供服務(wù)。3建設(shè)信息高速公路2008年9月,Nature出版《BigData》專刊,2011年2月,Science出版《DealingwithData》?？?指出大數(shù)據(jù)時代已到來;2012年3月,美國奧巴馬政府宣布正式發(fā)布了“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議”,并正式啟動了該計劃,認為大數(shù)據(jù)是未來世界的“石油”,該計劃的意義堪比20世紀的信息高速公路計劃。從科學(xué)界到政界,都逐漸意識到大數(shù)據(jù)將是挖掘信息和知識的一個寶藏。而隨著智慧城市的逐步建設(shè)和應(yīng)用,人類將和各類傳感器一同產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)礦藏越來越大,數(shù)據(jù)量級將從現(xiàn)在的GB(GigaByte)和TB(TeraByte)級逐步增長到PB(PetaByte)級甚至EB(ExaByte)級。若能透徹分析這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量龐大的數(shù)據(jù),以云端運算整合分析,便能快速地將之轉(zhuǎn)化成有價值的信息,從中探索和挖掘自然和社會的變化規(guī)律,人們的生活及行為,社會的潮流、思維和輿論趨向,推斷市場對產(chǎn)品、服務(wù)甚至政策等各方面的反應(yīng)。利用大規(guī)模有效數(shù)據(jù)分析預(yù)測建模、可視化和發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的時代就要到來。3.1互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)量表智慧城市通過無所不在的物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實城市與數(shù)字城市連在一起。全球每日產(chǎn)生超乎想象、數(shù)據(jù)量不斷擴張的大數(shù)據(jù)。人們每分每秒以極速在網(wǎng)絡(luò)上交換思想、數(shù)據(jù)和信息。1min內(nèi),Google就有200萬次的搜索查詢,Facebook有68萬條貼文,逾2億個電子郵件被發(fā)送;百度每天要處理60億次搜索請求,新增10TB,處理超過100PB的數(shù)據(jù),產(chǎn)生一個TB的日志。目前,互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁總數(shù)近1萬億,數(shù)據(jù)總量接近1000PB。騰訊QQ月活躍用戶超過8億,微信用戶超過5億,在線人際關(guān)系鏈超過1000億,經(jīng)壓縮后的數(shù)據(jù)總存儲量達100PB,每天1千億次服務(wù)調(diào)用,日新增200TB以上的數(shù)據(jù)。數(shù)字地球中的海量空間2維和3維大數(shù)據(jù)在快速增長,也將達到TB到PB級。單個高清攝像頭每小時產(chǎn)生3.6GB數(shù)據(jù),全中國攝像頭數(shù)目超過2000萬個,數(shù)據(jù)量將達到PB到EB級。民航飛機裝有大量傳感器,每個引擎每飛行1h產(chǎn)生20TB數(shù)據(jù),從倫敦到紐約的飛行將產(chǎn)生640TB數(shù)據(jù),這些引擎狀態(tài)的數(shù)據(jù)在飛行過程中通過衛(wèi)星傳回發(fā)動機公司進行監(jiān)測。根據(jù)賽門鐵克2012年的調(diào)研報告,全球企業(yè)數(shù)據(jù)存儲總量達到2.2ZB,年增長率達67%。北京公交一卡通每天使用量達4千萬人次,地鐵1千萬人次,北京市交通調(diào)度中心每天的數(shù)據(jù)增量為30GB,存儲量為20TB;國家電網(wǎng)年均產(chǎn)生數(shù)據(jù)510TB(不含視頻),累計產(chǎn)生數(shù)據(jù)5PB;單個病人的CT影像往往多達兩千幅,數(shù)據(jù)量已經(jīng)到了數(shù)十GB,如今中國大城市的醫(yī)院每天門診上萬人,全國每年門診更是達數(shù)十億人次,住院已經(jīng)達到兩億人次。按照醫(yī)療行業(yè)的相關(guān)規(guī)定,患者的數(shù)據(jù)通常需要保存50a以上,醫(yī)療大數(shù)據(jù)也將會達到EB級。3.2大數(shù)據(jù)存儲、處理和查詢過程中面臨的挑戰(zhàn)智慧城市中由海量傳感器組成的物聯(lián)網(wǎng)將不斷地采集海量的數(shù)據(jù),而這些大數(shù)據(jù)需要經(jīng)過存儲、處理、查詢和分析后才能充分用于各類應(yīng)用,從而提供智慧服務(wù),并且對大數(shù)據(jù)存儲、處理、查詢和分析的實時性要求越來越高,隨之將帶來一系列的問題和挑戰(zhàn)。1過高的過高成本存儲技術(shù)發(fā)展帶來的存儲成本下降的速度遠趕不上數(shù)據(jù)增長的速度,現(xiàn)階段按照理想的標準存儲和保存所有大數(shù)據(jù)還存在成本上的巨大障礙。以天津市安防系統(tǒng)為例,按理想狀況進行建設(shè)4.6EB的存儲能力,成本就超過500億元,相當于2012年整個西藏的GDP總值?？焖僭鲩L的數(shù)據(jù)規(guī)模及隨之帶來的過高成本已成為制約城市安防等系統(tǒng)發(fā)展的重要因素。目前我國絕大部分城市均采取縮短數(shù)據(jù)保存時限,降低數(shù)據(jù)存儲質(zhì)量的方式來降低建設(shè)成本,但這樣又會嚴重降低視頻數(shù)據(jù)的可追溯性和辨識價值。2城市中遙感識別與預(yù)警機制傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)只對數(shù)據(jù)進行簡單的采集和存儲,而對行為等關(guān)鍵語義信息缺乏有效的自動提取和分析。在大數(shù)據(jù)時代,尤其是空間、視頻等大數(shù)據(jù)規(guī)模的急劇擴大進一步凸顯了傳統(tǒng)方法的困境,各種遙感對地觀測衛(wèi)星每天向地面發(fā)回PB級的數(shù)據(jù),城市中視頻每天采集EB級的數(shù)據(jù),現(xiàn)階段復(fù)雜的語義自動分析與理解還存在障礙。而城市中的大數(shù)據(jù)中蘊含摔倒、扭打、翻墻、徘徊以及車輛碰撞、逆行等較為重要的異常行為、事件和特征等信息,可以進行識別并進行預(yù)警,如重大搶劫事件前通常會伴隨踩點這類徘徊行為。高效地通過對象與行為識別及檢索等自動化技術(shù)提取城市大數(shù)據(jù)中的語義信息,可對犯罪進行事前預(yù)警和有效震懾,對事件做到事前預(yù)防、事中實時掌握信息和事后及時處置,最終使得城市突發(fā)事件中的人民生命財產(chǎn)安全以及日常生產(chǎn)生活秩序得到全方位的保障。3挖掘與分析技術(shù)大數(shù)據(jù)中不僅包含數(shù)據(jù)和信息,同時也隱含著豐富的規(guī)律和知識,而數(shù)據(jù)中的規(guī)律與知識并不是直接給出的,而是需要通過深度的挖掘與分析,而大數(shù)據(jù)由于自身的特性存在難以有效集成與管理、難以自動化處理與分析的問題,尤其是涉及空間相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘十分困難。想要挖掘與分析大數(shù)據(jù)中蘊含的規(guī)律和知識,在解決數(shù)據(jù)異構(gòu)和檢索等問題外,還需要解決數(shù)據(jù)篩選、語義描述、語義理解、不確定性、知識表達等一系列關(guān)鍵技術(shù)。而現(xiàn)階段有效可行的數(shù)據(jù)篩選、語義理解、語義關(guān)聯(lián)等方面還無法直接面向大數(shù)據(jù)進行應(yīng)用,同時導(dǎo)致大數(shù)據(jù)中的規(guī)律和知識無法被充分利用。面對人類可持續(xù)發(fā)展的九大問題———人類健康、能源、氣象預(yù)報、氣候變化、災(zāi)害應(yīng)急預(yù)測、水資源、可持續(xù)農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境和生物多樣性等至今未能得到有效的回答。4及時檢索,提取信息面對智慧城市中各類數(shù)量龐大的大數(shù)據(jù),尤其是空間、視頻等非結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù),應(yīng)積極面對挑戰(zhàn),通過充分發(fā)揮云計算的優(yōu)勢并重點研究數(shù)據(jù)挖掘理論,對大數(shù)據(jù)進行有效的存儲和管理,并快速檢索和處理數(shù)據(jù)中的信息,挖掘大數(shù)據(jù)中的信息與知識,充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價值。在云計算與數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)支撐下,智能服務(wù)將從任何人可在任何時間、任何地點獲取任何信息的服務(wù)(anyone,anytime,anywher,anyinformation,4A)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝?guī)定的時間、關(guān)注的地點將正確的信息傳遞給需要的人的靈性服務(wù)(righttime,rightplace,rightinformation,rightperson,4R),從而使得城市真正達到智慧的狀態(tài)。4.1綜合智慧應(yīng)用基于云計算技術(shù),建立從基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、平臺到服務(wù)的一體化的時空信息云平臺,將空間大數(shù)據(jù)、視頻大數(shù)據(jù)以及各類應(yīng)用中的大數(shù)據(jù)進行有效管理,并按照實際需求進行處理、存儲、管理,并提供相應(yīng)服務(wù),滿足交通、物流、城市管理、旅游、安防、應(yīng)急等各行業(yè)和城市綜合的智慧應(yīng)用。如圖2所示,時空信息云平臺基礎(chǔ)框架包含4層。第1層為設(shè)施虛擬化管理平臺,采用虛擬化技術(shù),將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等多種資源形成一個虛擬化資源池,實現(xiàn)資源虛擬化管理,通過對基礎(chǔ)設(shè)施的集中管理實現(xiàn)智能資源調(diào)配和動態(tài)負載均衡。第2層為云數(shù)據(jù)管理平臺,實現(xiàn)多源、異構(gòu)、海量時空數(shù)據(jù)的一體化存儲與管理。第3層為云服務(wù)管理平臺,為用戶提供多種類型的服務(wù),服務(wù)統(tǒng)一通過服務(wù)總線進行注冊,通過服務(wù)訪問接口請求服務(wù),可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求實現(xiàn)服務(wù)自助開發(fā)和注冊。第4層為云服務(wù)門戶,通過門戶網(wǎng)站和各類應(yīng)用的形式為用戶提供服務(wù),門戶對各種專題服務(wù)進行封裝,如二維地圖、實景地圖等各種地理信息的專題服務(wù),智慧城管、智慧社管、智慧養(yǎng)老、智慧交通等各種行業(yè)的專題服務(wù),并支持各種主流開發(fā)語言的網(wǎng)絡(luò)版和移動版開發(fā)接口,快速構(gòu)建各類智慧應(yīng)用服務(wù)。4.2智能壓縮方法基于時空信息云平臺的云存儲與智能壓縮算法可以初步解決大數(shù)據(jù)最基本的存儲問題。在設(shè)施虛擬化管理平臺中,將存儲資源直接作為服務(wù)實現(xiàn)云存儲,云存儲能夠通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格或分布式文件系統(tǒng),將網(wǎng)絡(luò)中大量的不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作,共同提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。云存儲可以實現(xiàn)存儲完全虛擬化,所有設(shè)備對云端用戶完全透明,任何云端被授權(quán)用戶都可以通過網(wǎng)絡(luò)與云存儲連接,讓用戶擁有相當于整片云的存儲能力,從而突破傳統(tǒng)存儲方式的性能和容量瓶頸,實現(xiàn)了性能和容量的線性擴展。智能壓縮方法將從整體獲取大數(shù)據(jù)冗余產(chǎn)生的機理出發(fā),將編碼層次從傳統(tǒng)的信號編碼層和特征編碼層提升到語義編碼層。針對視頻大數(shù)據(jù),將基于全局運動估計的高效視頻編碼在視頻對象所在的空間中對前景和背景、全局對象、運動估計進行提取和表達,對全局冗余對象特征進行抽取和語義映射,在語義層上進行編碼,同時也為后期的快速檢索與分析提供良好的支撐。結(jié)合云存儲與智能壓縮,可以大幅降低存儲成本,對智慧城市中的各類大數(shù)據(jù)進行有效的保存將成為可能。4.3高效快速的數(shù)據(jù)檢索在解決基礎(chǔ)性的存儲問題后,還需要針對應(yīng)用范圍進行高效快速的數(shù)據(jù)檢索。在檢索到有效的數(shù)據(jù)集后,結(jié)合各類智慧應(yīng)用的具體需求進行處理,并按需提供可靠服務(wù)。下面以檢索、遙感影像處理和位置服務(wù)為例進行說明。1多錄像圖像特征空間在彈性計算能力支撐下的檢索云服務(wù)不僅能夠自動地提取圖像和視頻內(nèi)的特征,還能夠?qū)Ψ瓑Α⒈寂?、尾隨、聚集、徘徊等行為進行提取并建立索引,如圖3所示。針對視頻檢索,首先將視頻分割成各個鏡頭,并實現(xiàn)對各個鏡頭的特征提取,得到一個盡可能充分反映鏡頭內(nèi)容的特征空間,這個特征空間將作為視頻聚類和檢索的依據(jù)。特征提取包括關(guān)鍵幀中的顏色、紋理、形狀等視覺特征和鏡頭的運動特征的提取。鏡頭運動特性的提取通過對鏡頭的運動分析(主要針對鏡頭運動的變化、運動目標的大小變化、視頻目標的運動軌跡等)來進行。然后根據(jù)提取的關(guān)于鏡頭的動態(tài)特性和關(guān)鍵幀的一些靜態(tài)特性進行索引。對于最終用戶而言,只需選擇感興趣的行為和地理位置,如對某小區(qū)搜索奔跑行為,即可快速檢索到小區(qū)內(nèi)與奔跑有關(guān)的對象位置、關(guān)鍵幀以及視頻信息。2空天空間信息可視化服務(wù)遙感云通過整合各類遙感相關(guān)的信息資源,建立面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的架構(gòu),通過云計算平臺為用戶提供直觀、便捷、定制化的地球空間服務(wù)。具體來說,遙感云就是將分布在不同地理位置的空天地傳感器資源、空間數(shù)據(jù)資源、處理算法及軟件資源、地學(xué)知識資源、模塊化的工作流資源等進行有效組織,并通過注冊服務(wù)中心統(tǒng)一發(fā)布,借助于云計算平臺的可伸縮性,通過計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源的共享和自動控制機制以及各種網(wǎng)絡(luò)為全社會提供地球空間信息可視化服務(wù)。國家測繪地理信息局主導(dǎo)建設(shè)的國家地理信息公共服務(wù)平臺———天地圖,采用分布式存儲將全國各省市的電子地圖、影像、地形等基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)通過門戶網(wǎng)站提供一站式的數(shù)據(jù)資源服務(wù),并且可以擴展到三維城市、水雨情等各類型的數(shù)據(jù)。OpenRS-Cloud采用將注冊的數(shù)據(jù)與算法服務(wù)在云計算中心的支撐下虛擬成Web桌面,讓用戶無需搭建專業(yè)平臺,在選擇遙感數(shù)據(jù)和算法后自動分配計算資源快速獲得相應(yīng)的處理和分析的結(jié)果。GeoSquare采用空間信息服務(wù)鏈可視化建模工具,通過簡單的拖拉圖形對象的方式,構(gòu)建從數(shù)據(jù)到算法到處理流程的完全可視化的服務(wù)鏈模型,分配計算資源,并獲得相應(yīng)的處理結(jié)果。正在建立的空天地一體化對地觀測的傳感網(wǎng)將實現(xiàn)全球、全天候、全天時、全方位的空間數(shù)據(jù)獲取,將成為遙感云中獲取地理空間數(shù)據(jù),快速響應(yīng)和預(yù)警各類災(zāi)害、資源安全等重大事件和應(yīng)對全球可持續(xù)發(fā)展的重大問題的基礎(chǔ)。國際對地觀測組織把基于觀測網(wǎng)的衛(wèi)星星座觀測作為未來10年的核心計劃,并在2007年非洲及2008年緬甸洪災(zāi)等重大災(zāi)害監(jiān)測中發(fā)揮了巨大作用。3衛(wèi)星定位技術(shù)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于存在各種誤差,定位精度還無法達到很多行業(yè)用戶的要求。為了提高定位精度,出現(xiàn)了連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(continuouslyoperatingreferencesystem,CORS),現(xiàn)在用戶將衛(wèi)星定位信息傳送到位置云服務(wù)中心,位置云服務(wù)在1s內(nèi)即可將定位精度解算到亞米級。通過地面基準站系統(tǒng)的增強服務(wù),可以實現(xiàn)北斗等衛(wèi)星定位系統(tǒng)米級高精度導(dǎo)航定位服務(wù)。而對于衛(wèi)星信號無法覆蓋的室內(nèi)和地下空間,可以采用加速度計、陀螺儀、電子羅盤、攝像頭等傳感器和WiFi(wirelessfidelity)、無線通信網(wǎng)、藍牙等無線信號方式進行定位,提供高精度室內(nèi)外連續(xù)定位,充分滿足森林等各類環(huán)境的監(jiān)測、勘察、調(diào)查,以及城管和公安等從政府、行業(yè)到公眾的需求。圖4為采用多傳感器多網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)。4.4計算模擬和驗證科學(xué)家格雷對科學(xué)發(fā)展的四個階段進行了劃分:在幾千年前,科學(xué)是經(jīng)驗法;在幾百年前,科學(xué)是理論的分支,由假想到印證假想的過程;在最近幾十年前,科學(xué)是計算的分支,通過計算進行模擬和驗證;現(xiàn)在,科學(xué)是數(shù)據(jù)探索與挖掘,通過數(shù)據(jù)挖掘來統(tǒng)一理論、模擬和實驗驗證。數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)成為從大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)和探索科學(xué)以及知識發(fā)現(xiàn)的一個重要手段和解決現(xiàn)實重大問題與需求的有效方法。通過對智慧城市中的大數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘,可以從中探索和發(fā)現(xiàn)自然和社會的變化規(guī)律,包括人們的生活、行為及喜好,社會的潮流、思維和輿論趨向,推斷市場對產(chǎn)品、服務(wù)甚至政策等各方面的反應(yīng)等。下面具體分析大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘過程以及空間、屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘。1基于相關(guān)理論技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘?qū)Υ髷?shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘需要對整個過程都面向大數(shù)據(jù)的特點往前端和后端延伸,具體過程包括從海量、多源大數(shù)據(jù)中進行處理和分析,自動發(fā)現(xiàn)和提取隱含的模式、規(guī)則和知識,通過可視化并融合為易于人類理解的方式進行展現(xiàn),具體過程如圖5所示。數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)檢索、處理和信息提取相比較而言有更大的難度,需要基于大數(shù)據(jù)和知識庫的智能推理等相關(guān)理論技術(shù)的支持。數(shù)據(jù)挖掘首先獲取并存儲數(shù)據(jù),按照挖掘需求在大數(shù)據(jù)中進行數(shù)據(jù)采集、檢索和整合,并對數(shù)據(jù)進行篩選,包括去噪、取樣、過濾、合并、標準化等去除冗余和多余數(shù)據(jù),建立待處理數(shù)據(jù)集。接著對數(shù)據(jù)集進行處理和分析,包括線性、非線性、因子、序列分析、線性回歸、變量曲線、雙變量統(tǒng)計等處理和分析,按照一定方式對數(shù)據(jù)進行分類,并分析數(shù)據(jù)間及類別間的關(guān)系等。然后對分類后的數(shù)據(jù)通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、遺傳算法等方法揭示數(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。對發(fā)現(xiàn)的這些模式、規(guī)則及知識按照變量的關(guān)系以人類易于理解的可視化方式給出變量間的關(guān)系分析,對于各類不同又有一定關(guān)聯(lián)的內(nèi)容,可以將其融合在一起,更直觀展示并供人類分析和利用。2別值或連續(xù)值空間數(shù)據(jù)是與對象的地理和空間分布有關(guān)的、反映現(xiàn)實世界各種現(xiàn)象及其變化的記錄,與一般數(shù)據(jù)相比,空間數(shù)據(jù)不僅具有空間性、時間性、多維性、海量性、復(fù)雜性等特點,還包含空間不確定性。而屬性數(shù)據(jù)是對象的非空間數(shù)據(jù),可以具有離散類別值或連續(xù)值?；诳臻g和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘是指從空間和屬性數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)信息中提取用戶感興趣的空間模式與特征、空間與非空間數(shù)據(jù)的普遍關(guān)系及其他一些隱含在數(shù)據(jù)中的普遍的特征、規(guī)律和知識?；诳臻g和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘與其使用的挖掘方法與發(fā)現(xiàn)的知識類型密切相關(guān),空間數(shù)據(jù)挖掘理論與方法的選取將直接影響到所發(fā)現(xiàn)知識的優(yōu)劣?？臻g數(shù)據(jù)挖掘的主要理論和方法包括概率論、證據(jù)理論、空間統(tǒng)計學(xué)、規(guī)則歸納、聚類分析、空間分析、模糊集、云模型、數(shù)據(jù)場、粗集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、決策樹等。以上方法不是孤立應(yīng)用的,為了發(fā)現(xiàn)某類知識,常常要綜合應(yīng)用這些方法,根據(jù)特定的需求綜合選擇和使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘理論、方法和工具,并充分利用機器學(xué)習和人工智能等自學(xué)習技術(shù)來提高自動化程度,減少人機交互的參與程度。5智能城市運營中心5.1scoc建設(shè):基于政府數(shù)據(jù)的智慧城市運營管理一個城市在完成物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)字城市地理空間框架等相關(guān)平臺和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)后,如何更好地在城市運行中充分發(fā)揮其巨大的智能作用,就需要一個融合各類實時數(shù)據(jù)、信息和匯聚各種服務(wù)的機構(gòu)———智慧城市運營中心(smartcityoperationcenter,SCOC)。SCOC作為智慧城市的“心臟”,將全方位地收集和監(jiān)控城市運行中的各類數(shù)據(jù)與信息,并面向政府、企業(yè)和個人提供智能化和個性化的定制服務(wù)。SCOC的建設(shè),在規(guī)劃和設(shè)計上首先對智慧城市進行頂層設(shè)計,制定相關(guān)政策法規(guī)與標準;統(tǒng)一規(guī)劃各行業(yè)信息化發(fā)展的目標、框架、任務(wù)、運營管理機制等;在頂層設(shè)計上進行各種規(guī)范和標準的統(tǒng)一。在城市運營中,整合與共享城市信息資源;實時監(jiān)控城市運行狀況,并實現(xiàn)多部門的協(xié)同與指揮。在服務(wù)全社會上,全面促進面向全社會的大數(shù)據(jù)開放應(yīng)用、服務(wù)與交易體系的形成,形成完善的基于大數(shù)據(jù)的包括公益及商業(yè)化深加工在內(nèi)的各層次應(yīng)用和服務(wù)體系。5.2城市運行監(jiān)控與指揮中心SCOC一般由大數(shù)據(jù)中心、城市運行監(jiān)控與指揮中心、城市IT基礎(chǔ)設(shè)施運維中心、智慧服務(wù)中心4個部分組成。大數(shù)據(jù)中心將成為城市運營的數(shù)據(jù)資源池和物聯(lián)網(wǎng)的樞紐,實現(xiàn)城市運營數(shù)據(jù)的實時全面感知。城市運行監(jiān)控與指揮中心將在實時全面感知的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)的高效協(xié)同與應(yīng)急響應(yīng)。城市IT基礎(chǔ)設(shè)施運維中心負責對SCOC的基礎(chǔ)設(shè)施進行維護和更新,保證SCOC全天候的安全和穩(wěn)定運行。智慧服務(wù)中心除面向政府提供