一种面向电子政务物联网应用的社会感知模型

赵宁社，袁 溪

（西安文理学院 信息工程学院，陕西 西安 710065）

一种面向电子政务物联网应用的社会感知模型

赵宁社，袁 溪

（西安文理学院 信息工程学院，陕西 西安 710065）

物联网的应用能够为各个孤立的电子政务系统建立统一的公共平台构架，基于探究该架构中感知交互的社会性参与完整性的目的，以电子政务领域的物联网应用为背景，针对政务物联网的社会感知过程，阐述了物联网对电子政务的积极影响，并通过分析政务物联网应用中社会感知的特点，重点关注了感知过程的社会性参与对感知信息的影响。进一步综合政务物联网层次化结构中参与者的影响，提出了政务物联网社会感知模型，并采用计算机软件手段对层次化社会感知过程进行了仿真验证。

电子政务；物联网；感知；模型

电子政务（E-Government）被认为是一种实现国家发展的手段，是政府掌握的一个强有力的工具[1]，它是美国总统克林顿第一个提出的，由五种数字交互组成，即C2G（民众与政府），G2G（政府与政府），G2C（政府与民众），G2E（政府与员工）以及G2B（政府与商业）[2]，尤其是电子政务传递模式的简要概括。随着网络技术的不断发展，电子政务已由传统的PC端办公向移动端，甚至向物联网方式发展[3]。物联网从技术架构上来划分，可分为感知层、网络层、应用层3个大的层次。感知层的主要功能是实现对信息的采集、识别和控制。目前我国各地也开始了物联网技术应用于完善公共服务的尝试，目前应用最多的领域分布在交通、环保、物流、安全、能源及医疗等行业[4]。政务物联网是智慧城市背景下政务领域的物联网框架，有助于实现资源的优化配置，支持政府部门之间信息共享与业务协同[5]，政务物联网是未来电子政务的一个重要的组成，虽然有一些关于政务物联网应用的研究，但多数仅仅反映了物联网与电子政务之间的联系以及政务物联网应用的结构研究[6-10]，对于分层以下粒度的中观和微观研究较少。随着政务物联网的现实发展，亟待对政务物联网感知过程的机理有更清晰的认知，本文旨在对该感知过程进行探索性研究并描述。

1 物联网对电子政务的意义

在物联网技术的电子政务应用中，感知层的远程监控能力影响到整个政务体系的顶层设计和管理，并贯穿网络层和应用层，是提升物联网的电子政务应用神经末梢智能的一个重要环节。通常认为物联网对于政务可以发挥几个作用，首先是能提高政府各个核心业务系统的一体化的程度；其次能够用于应急，提高安全生产能力；再次能够应用于空气、水等资源领域的监测[11]。文中通过调查研究认为，物联网对于政务的作用可以从4个方面来看。

1.1 增强政务数据采集的准确性

传统的政务数据来源于各类问卷以及各种业务流程，对于某些现场，则需要采用人工方式输入到计算机系统，操作过程中出错的可能性很大，数据准确性就打了折扣。采用物联网手段可以更准确地采集到第一手数据，并且历史数据可以具有较好的连续性。在此基础之上对数据进行进一步加工才有意义[12-13]，如聚类、深度学习等。

1.2 提升政务信息感知的自动化能力

在政务过程中采用物联网技术，不但使得数据准确性增强，而且信息感知能够自动生成、自动传输、自动处理等，这就使得数据流转效率提高，在整个政务运作中信息感知的自动化能力大大提升。

1.3 利于构建政务大数据基础设施

开放数据是社会发展所依赖的核心参考数据。据英国开放数据研究院发布文件，无论统计数据、地图数据还是实时传感数据，都是帮助我们开展决策、构建服务并获取洞见的重要基础资源[14]。大多数政务数据都属于这一类开放数据，因而具有很强的应用价值。随着大数据战略的推演，更多的组织和部门将加入开放数据联盟，各种应用价值将越发凸显。建立完善的数据基础设施不仅需要我们加强数据的管理能力，同时也需要制定使用、管理和保护数据的规范，这其中物联网技术的介入会让电子政务如虎添翼。

1.4 有助于拓宽政府职能的服务范围

近年的电子政务发展成为转变政府职能、提高行政效率、推进公平公开的有效手段。物联网应用下至神经末梢的传感器，上到公共领域的大数据分析，可以说其覆盖面空前延伸。通过物联网手段，政府可以把服务做到更深更广的领域中。

2 政务物联网应用中的社会感知分析

电子政务已经覆盖了公共管理的各个行业，物联网应用体系的发展促使了诸多政务处理不断向智能化、系统化、规范化服务迈进，感知层远程交互涉及到几个方面的问题，比如感知数据完整性和实时性以及感知数据管理。感知数据的完整性约束界定影响了顶层的信息融合任务，但仅仅强调完整性，必然会给交互效率带来影响，因而同时必须考虑实时性约束；远程感知数据具有异构性，需要重视如何对获取的异构数据进行管理。但政务物联网应用有其自身发展规律，因而其感知也具有不同于其它物联网的特征。

2.1 物联网的电子政务应用现状

目前政务物联网应用研究主要表现在应用架构和相互影响，首先在电子政务的物联网应用架构研究上，周鹏、殷利梅提出了建设政务物联网平台的构想，在安全、架构和接口方面给出了一些建议[5]。刘辉，巴晨锋则提出了电子政务物联网的三层架构，即信息采集层、运作操控层、领导决策支持层[11]，但这种架构基本上是对物联网技术在电子政务应用的一个社会性的映射。

其次在物联网技术对于电子政务的影响研究上，吴佳颖、李正明研究了基于物联网技术的政务流程再造，归纳了物联网在我国政府公共服务平台中的运用模型[15]，认为其是一个以物联网技术为基础，以云计算为核心，政府、企业和公民共同应用的应用结构。费翔提出物联网及电子政务对建立服务型政府的行政组织、管理方式和执政效率有重要影响[8]。

与传统电子政务相比，物联政务具有透彻感知、快速反应、主动服务、科学决策等特征。同时也把电子政务物联网分为三层：政务采集层、政务网络层、政务应用层。

2.2 物联政务感知的社会属性

在电子政务的实际运行中，信息采集工作是复杂多变的，原因在于数据往往通过多通道获取，获得的数据具有异构性，最关键的是数据的感知取向与精确度往往与数据源的持有者有关联。因此政务物联网的信息感知不仅仅是传统物联网传感器方式工作的一种感知，而是在传统物联网基础上具备一定的社会性。

2.3 社会传感器的增强

文献[16]中提出了基于Web社会网络的社会传感器网络模型，认为人类个体构成了庞大的社会传感群，能够实现无处不在的社会感知。当今社会，随着移动通信技术的发展，智能移动设备成为各类人群不可缺少的日常配备，随时随处可以见到移动设备，移动应用也无所不在，具有主动性的人与具有一定智能的移动设备出现一种捆绑现象——人+智能设备。在公共社会网络中信息的感知有相当大一部分是源于人群的，这是社会传感器的一种增强形态，即基于移动网络的社会传感网络。其中数据采集的手段是移动设备所联成的网络，而使用设备人则起到一个处理器的作用。在这些社会传感节点工作的过程中，人还产生了一些其它的影响，如感知环境的决定、感知对象的确定、感知时间的掌握。因而在这个物联网的信息采集过程中，引入人的因素以后，整个架构的感知的时空与事件都与传统的物联网感知有了极大的不同。

3 面向电子政务物联网应用的社会感知建模

社会感知是指基于社会传感器的感知模式，政务物联网应用的感知过程由于受到人为的影响，感知结果与物理的物联网比较就有很大不同。对这种感知特征可以进行初步形式化建模。

在不同的层次上由于视图的差异，对整个政务物联网的影响水平是不同的，就社会性影响粒度而言可以代表性地分为以下四级：

1）决策级：管理者处于整个政务物联网感知的顶层，也是整个网络发展需求的提炼与决策者。决策依赖信息源于应用级的数据分析。

2）应用级：该层次针对于大众用户，主要是基层政务工作人员及群众，其应用支持数据源于汇聚级的数据整合。

3）汇聚级：主要针对对原始传感数据有融合能力的用户，包括物联网建设的各种专业用户，其汇聚数据源是各种现场传感器网络的初级感知空间。

4）传感级：该层的传感器部署跟具体系统设计需求关系密切，在此基础之上，设计者的视图决定的设计思想对传感器的信息收集也关系极大，设计视图还取决于设计者的专业知识以及业务取向。

3.1 社会性对信息结构的影响

如图1所示，设在政务物联网中，每一汇聚节点对应一组传感源节点{N1，N2，…，Nx}，由于政务物联网中用户参与了传感器节点的数据采集 （对传感数据向量产生兴趣选择），因而造成汇聚节点下所属的传感器节点的差异性。每种应用的支持数据源于汇聚层的y个汇聚节点{S1，S2，…，Sy}，因为应用用户参与了汇聚数据的使用 （对传感数据向量产生压缩或膨胀变换），因而造成应用级上数据使用的差异性。

图1 物联政务的感知层次示意图

设SX为传感器层的数据向量子空间，SY为汇聚层对应的数据子空间，设X，Y均为m×n矩阵，X为传感矩阵，Y为汇聚矩阵，传感器节点Ni对应的原始数据向量为 xi=[xi（1），xi（2），…，xi（n）]，Ni对应的汇聚数据向量yi=[yi（1），yi（2），…，yi（n）]，X∈V，Y∈W，有

考虑到传感器级设计者的社会性参与，令其对信息结构的影响用矩阵R、C表示，那么则有

其中矩阵R、C是稀疏的选择矩阵，能够实现对传感矩阵X的行列投影。如设计者对于传感器Ni的第j个分量进行提取，则令矩阵R的第i行为1，令矩阵C的第j列为1。

3.2 社会性对信息的加工

假设汇聚数据空间一个向量框架为VY={α1α2… αm|α1，α2，…，αM∈Sr}，则由向量组VY各向量生成的向量空间为公式（2）：

对于应用层由各个应用节点的支撑数据向量，可以认为是汇聚层数据向量线性变换。若v∈SY，w∈Sz，P为SY到SZ的线性变换，有

此处P为v对应的变换阵。

3.3 社会感知模型

综合上述分析，考虑了社会性因素对于政务感知的影响，电子政务物联网的社会感知模型可以用公式（5）表达。

公式（5）表达了原始数据X从无加工的传感级经过拣择、投影到达汇聚级，再经过压缩与膨胀等变换到达应用级的感知过程，Z为应用支撑数据集。

4 模型应用仿真

为了方便研究，假设已知政务物联网传感器规模有50个传感器，一个传感器网络的节点分量最大值为25，表示每个传感器的能力项，用一个冗余矩阵表达，列数为传感器分量的最大值，行数为传感器数。

原始的传感数据如图2所示，原始数据表现出无拣择、无加工的特点。经设计人员介入作用，汇聚级的数据如图3所示，数据表现出经历过滤和投影的特点。经专业用户参与之后，应用级的数据如图4所示，数据表现出经历压缩与膨胀的特点。由于参与者社会性介入数据感知过程，表现出明显的差异。

图2 传感数据

图3 汇聚数据

图4 应用数据

5 结束语

文中基于物联网技术在电子政务中的应用，对政务物联网的社会感知进行了研究，从一个新颖的视角分析了政务物联网中的社会感知过程，提出了一种社会性参与的感知模型，并通过计算机仿真手段，以图形化方式直观地验证了模型的设想。本研究促进了电子政务物联网感知层的交互完整性研究，同时文中所提出的模型不但能在研究电子政务的物联网感知中发挥作用，而且能用于某些社会感知参与的具有明显层次架构的复杂专业社会网络，比如运动员训练支持网络，所以有一定的推广意义。

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A social awareness model for e-government IOT application

ZHAO Ning-she，YUAN Xi
（School of Information Engineering，Xi'an University，Xi'an 710065，China）

The Internet of things（IoT）application could establish a unified public platform framework for the isolated e-government systems.In order to explore the influence on the social participation integrity during cognitive interaction in the framework，based on the background of e-government applications of Internet of things，for social awareness process of e-government IoT，the positive impact on IoT to the electronic government is expounded.And by analyzing the characteristics of the e-government social awareness in the application of IoT，the influence of social participation to sensory information in the awareness.Furtherly the effects of the participants in the hierarchical structure of government Internet of things are synthesized，and government IoT social awareness model is put forward and the hierarchical process is simulated and verified by computer software means.

e-government；the internet of things；awareness；model

TN919

：A

：1674-6236（2017）08-0135-04

2016-06-11稿件编号：201606081

国家自然科学基金（61440036）；西安市科技计划项目（CXY1443WL06，CXY1443WL18）

赵宁社（1975—），男，陕西扶风人，博士，副教授。研究方向：分布式计算。