智慧城市中的大数据

智慧城市的实现需要建设更加完善的信息基础设施，才能保证各种智慧城市的应用能够用得好，用得起。智慧城市的大数据问题带来新的机遇和挑战，需要抓好技术创新和攻关研究，才能拉动数字服务产业发展，更好的实现智慧城市的各种智慧应用。

智慧城市及其应用

智慧城市是在数字城市建立的基础框架上，通过物联网将现实世界与数字世界进行有效融合，自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状态和变化，由云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制，为经济发展、城市管理和公众提供各种智能化的服务。智慧城市是智慧地球的重要组成部分。智慧城市即“数字城市”、“物联网”和“云计算”的总和。将要建设的智慧城市是Cyberphysic space，这是虚实结合的空间，可以在家里做自己想做的事情。

智慧城市的发展历程经过了信息化城市、数字城市和智慧城市等几个阶段。1993年，“信息高速公路”的提出标志着城市信息化建设开始起步。1998年，“数字化舒适社区建设”标志着城市信息化开始步入“数字城市”建设新阶段。2006年，物联网、云计算等新一代信息技术促进了对城市信息系统的综合集成与整合应用。2008年，IBM提出了“智慧城市”新理念，标志着城市信息化开始迈向“智慧城市”建设新阶段。

“智慧城市”的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相承，但更注重信息资源与城市中人和物的整合集成，更强调城市管理协调统筹，是数字城市建设的更高级阶段，是工业化和信息化的高度集成。

智慧城市的发展动力是城镇化、工业化和信息化，目标是追求低碳、绿色、可持续发展的城市。

数字城市技术把基础地理数据、正射影像、街景影像数据、全景影像数据、三维模型数据结合在一起，在政务网上，通过注册可以进行服务共享，在公共平台上、互联网、公网，通过二次开发提供各种交通、导航、旅游、文物、购物等服务系统。物联网能够实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通，实现智慧城市的各种应用。

城市承载着人类的生存繁衍，经济发展，社会交往，使人们能够享受到文化的好处。按照这四个职能，可以总结出智慧城市的智慧应用，比如智慧安防、智慧环保、智慧能源、智慧城管、智慧养老、智慧国土规划、智慧社区、智慧家居等都是提供一个更好的生存繁衍的环境。推动智慧制造、工业互联网、物联网更有利于经济发展。智慧交通、智慧购物、智慧社会综合管理更有助于社会交往。智慧户外流媒体、智慧教育、智慧旅游等能够提高文化享受。

智慧城市中的大数据

在智慧城市的建设和应用中，将产生从TB到PB级越来越多的数据，世界将进入真正的大数据时代！

2011年 2月， Science专刊 指出大数据时代已到来。美国工程院院士Eric指出：我们正处在一个激动人心的时代，利用大规模有效数据分析预测建模、可视化和发现新规律的时代就要到来。奥巴马宣布美国政府正式启动“大数据研究和发展计划”，认为大数据是未来世界的石油，该计划的意义堪比上个世纪的“信息高速公路计划”。空间的传感器资源方面，卫星每天传送的数据可以达到PB级；从空间数据库的资源来看，空间信息资源、地学知识资源等都可以传到网上。

“天地图”的数据已经超过了TB级，目前已经超过100TB。运用4+1倾斜相机城市三维模型，最近在贵阳等地做了很多三维建模工作。通过监测某地地表，把雷达数据进行归结、分析和挖掘，能够自动地、随时地检测地表下沉。我国已建成世界最大的街道、区、市、省、国家 五级视频监控网，2005年国务院启动平安城市建设，迄今已经在600多个城市安装超过2000万个摄像头，投入资金超过3200多亿元。

以上智慧城市的应用可以帮助我们建设平安、交通畅通的城市，但是出现了一个大数据的问题：存不起。

全球电子行业领先的权威研究机构IMS Research在2011年的报告中预测：“2012年全球仅新增的监控设备所需的存储规模就将达3300PB。”以天津市为例分析未来存储成本的影响：高清摄像头每小时产生3.6GB数据，“十二五”末，天津将安装60万摄像头。根据《2011-2015年天津市技术防范网络体系建设规划实施方案》，按3个月视频存储容量计算，天津市“十二五”末视频监控数据存储容量需要4665.6PB，目前4T容量存储服务器5万/台，仅存储就需投入583.2亿元，相当于西藏2012年全年GDP总值，快速增长的存储规模和投入成为制约城市监控系统发展的重要因素。

大数据时代面临的形势更为严峻：查不准，数据快速增长导致虚警输出规模超出人工处理的极限；防不住，数据规模的急剧扩大进一步凸显传统预警分析技术的困境。

例如在智慧交通领域，交管中心需要为上亿人和千万级的车辆提供停车信息，需要监控及追踪违规车辆，监控交通路口信息，监控交通量，提供车辆到达信息等。智慧安防领域，监控中心需要365天x24小时地监控住宅小区、校园、交通道路和城市工地等。智慧养老领域，现今我国超过65岁以上的老人已达2-2.5亿人，为使老人可以得到及时的救护和帮助，需要记录老人体征数据，老人定位数据，服务记录数据，费用核算设局和系统日志数据等。

遥感云与位置云

云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供，云计算支撑信息服务。

互联网资源配置的变迁经历了这样几个阶段：客户机/服务器出现；浏览器/服务器的出现使更多任务由服务器承担；邮件服务器、数据服务器、安全服务器、搜索服务器和视频服务器等专业服务器井喷，专业服务导致了服务器多样化；服务器托管形成市场；服务器集群和虚拟化。

遥感云是指将海量遥感数据，复杂的遥感处理与分析方法放在远程的云计算平台中，利用云计算平台弹性的计算能力，用户无需搭建专用环境，只需要选择数据和算法后即可获取最终结果。遥感云平台OpenRSCloud免费开放，OpenRS-Cloud Web型的算法提交界面可直接获取和设定位于云端的算法插件的参数信息，可直接利用远程集群进行并行处理，集成WebGIS技术查找感兴趣遥感图像。通过浏览器可直接查看任务的执行状况，包括子任务的分解与合并、子任务LOG实时输出和子任务的运行进度。OpenRS-Cloud可以直接在浏览器上查看处理结果。OpenRSCloud通过WebService提供桌面级调用接口，桌面程序直接利用OpenRSCloud的WebService接口实现并行镶嵌与纠正。

数据的发布经历了从以计算机为中心，到以网络为中心，再到以人为中心的转变。从计算设施上，经历了大型机、小型机、个人电脑和局域网、桌面互联网和移动互联网的转变；从测绘成果的共享方式上，经历了纸质复印、文件拷贝、数据库共享到基于云计算的注册服务的转变；从软件架构上，经历了面向过程、面向对象、面向构件、面向领域、面向服务的变化。

位置云将手机接收到的导航卫星信号与其他定位相关的传感器信息传输到云计算中心，通过实时解算，实现室内外高精度的手机连续位置定位和实时导航。适用于地理国情监测员，灾情报告员，森林调查员，地质勘测队员，土地调查员，城管员，公安交警人员等国家公务员和车联网用户。

位置云的传感器有加速度计、陀螺仪、电子罗盘和手机摄像头等，无线信号包括RFID NFC，蓝牙，WLAN，以及蜂窝网络、无线数字电视信号等，可以采用卫星定位、基于无线信号定位、基于传感器定位和混合定位等定位方法。

2012年12月27日，北斗系统对中国及周边地区正式提供全面运营服务。国务院新闻办公室举行了北斗系统新闻发布会，正式公布了“北斗”系统空间信号接口控制（ICD）文件。其定位精度： 水平方向10米; 垂直方向10 m，测速精度： 大于 0.2 m/s，授时精度： 50纳秒（单程 ）。

北斗地基增强系统湖北示范验证，总体目标是通过地面基准站系统的增强服务，实现北斗系统在湖北省的高精度导航定位服务能力。具体目标是建立湖北省均匀分布的6个框架网基准站（平均边长220km），实现全省范围单频米级导航定位服务，建立示范区24个区域基准站（平均边长60km），实现区域三频厘米级精密定位服务，建立湖北省北斗精密定位服务系统，开展在测绘、气象和交通等领域的北斗高精度定位导航应用示范。

高精度导航性能分析可用于智慧交通中车辆控制和智能驾驶。测试流动站为东方联星导航型终端LX260，测试地点为全省高速公路，测试方法采用每秒采样值与GPS-RTK定位结果比较。精度统计结果是RMS为0.67m，95%误差为1.44m。

数据挖掘

时空数据挖掘和知识发现的方法包括：统计方法和空间统计学、归纳方法、聚类方法、空间分析方法、探测性的数据分析、Rough集方法、数据场和云模型、图像分析和模式识别、神经网络、证据理论、遗传算法、数学形态学等。

视频数据挖掘包括安全行为智能分析、视频数据自动理解和视频数据自动压缩等。智能识别系统是监控系统发展的必然趋势。视频处理技术经历了模拟视频、数字视频压缩、计算机视觉、图像分析等智能视频技术的发展变化，模拟视频监控全部采用模拟技术，数字视频监控采集模拟信号，存储数字信号，网络视频监控包含数字采集、数字存储、数字传输，智能视觉监控包括运动检测、行为检测、入侵报警、传感器网络，未来，将通过人脸识别、行为识别、异常报警等实现全自动智能监控。

在传统的城市大规模联网监控系统中，监控中心的电视墙可同时显示几十路的监控画面，完全靠人眼观察很容易遗漏异常事件。研究表明，专业监控人员在仅仅监视2个监视器的情况下，22分钟后将错过95%的行为。这不能事先有效防控犯罪行为的发生。2005年7月，英国伦敦地铁连环爆炸案，通过海量的录像查证后才找到犯罪线索，无法及时阻止犯罪的发生。而通过智能视频分析，计算机能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容，自动对动态场景视频中运动目标物体进行检测、 分离、跟踪，对目标的行为进行有效的识别。

结语

智慧城市是基于数字城市，物联网和云计算建立的现实世界与数字世界的融合，以实现对人和物的感知，控制和智能服务智慧城市对经济转型发展、城市智慧管理和对大众的智能服务具有广泛的前景，从而使得人与自然更加协调发展。

智慧城市的实现需要建设更加完善的信息基础设施，才能保证各种智慧城市的应用能够用得好，用得起。智慧城市的大数据问题带来新的机遇和挑战，需要抓好技术创新和攻关研究，才能拉动数字服务产业发展，更好的实现智慧城市的各种智慧应用。智慧城市建设是一把手工程，需要根据每个城市的特点，做好顶层设计、统一规划、分步实施。