天空地一体化智慧生态城信息平台建设实践与研究

王大成，崔绍龙，姚晓婧，池天河

(中国科学院 遥感与数字地球研究所 智慧城市工程部，北京 100094)

0 引 言

智慧城市已经成为全球城市发展关注的热点，随着物联网、新一代移动宽带网络、下一代互联网、云计算等新一轮信息技术迅速发展和深入应用，城市信息化发展向更高阶段的智慧化发展已成为必然趋势[1]。 随着智慧城市公共信息资源应用的深入开展，公共信息平台作为智慧城市应用的基础支撑平台，越来越被人们所重视[2]。中国智慧城市建设的目标就是要推进城市向着低炭、绿色、和谐和可持续发展的方向发展[3]。中新天津生态城是全国首批智慧城市试点城市，前期已经构建了智慧城市公共信息平台，实现了部分部门和企业的数据互通互联。在前期建设的基础之上，中新天津生态城智慧城市提出了智慧城市数据汇聚平台,进一步实现了“智慧城市”的建设目标。

数据汇聚平台是智慧城市公共信息平台的延伸和升级，是智慧城市建设的基础和必要组成部分。中新天津生态城的数据汇聚平台定位于整个智慧城市建设的基础核心，以构建城市公共数据库为基础，结合各种城市感知手段汇聚城市管理、生活、生产相关的各种异质异构数据，并将其整合为面向城市智慧应用的信息服务资源，通过物联化、互联化、智能化方式渗透到城市建设管理、城市功能提升、政务服务、基本公共服务和专项服务等智慧应用中，提高政府的服务水平与协同办公能力；并构建开放共享的公共服务环境，提高各个系统间的基础数据交换、挖掘分析与服务能力，为各部门及第三方系统集成应用提供支撑，进而促进部门和行业间信息互联、互通、融合和共享，加速智慧应用的孵化进程，实现城市共性问题的统一处理，解决某一个应用单位或机构难以独立完成的公共问题，让城市中各个功能彼此协调运作，为政府、企业、公众的各类应用提供平台支撑。中新天津生态城的数据汇聚平台聚焦数据应用和数据分析，在协同多源异构数据的基础之上，在城市环境、能源、交通、经济、规划等方面进行城市大数据的脉动分析，为有效缓解直至解决“城市病”提供决策支持，科学引导城市的建设与管理。

1 智慧生态城建设需求分析

在中国科学院遥感与数字地球研究所等单位的专家领导下，已经开展了中新天津生态城“脉动城市”的顶层设计，制定了《脉动城市总体规划》（以下简称《规划》），《规划》为中新天津生态城的建设制定了长期目标、短期目标，为实现中新天津生态城的建设目标，必须不断完善顶层设计、继续深化细化顶层设计，这就需要我们必须贴合中新天津生态城的实际现状情况，认真调研总结分析，挖掘符合中新天津生态城特色的智慧城市。

1.1 完善智慧城市数据体系

目前各地智慧城市的建设都围绕着住建部发布的《智慧城市公共信息平台建设指南》构建四大基础库，“自然资源和空间地理基础信息库”“人口基础信息库”“法人单位基础信息库”“宏观经济信息数据库”，但是基础库并不能囊括城市运行的所有数据，满足智慧城市的服务应用。中新天津生态城以本地的实际现状为基础，分析智慧城市建设发展中的技术现状、标准现状，初步研究提出智慧城市建设发展的技术体系框架与标准体系框架[4]。目前，数据汇聚平台已经汇聚了13个部门共55类数据，经过字段清洗、数据校核、数据结构设计、数据分类等步骤，建成了四大基础数据库和七大特色领域数据库，其中，七大领域数据库包括环境特色领域库、能源特色领域库、规划特色领域库、执法特色领域库、项目特色领域库、城市运维特色领域库、交通特色领域库，基本涵盖了整个中新天津生态城的方方面面，同时随着中新天津生态城的不断发展，数据体系也在不断完善。

1.2 构建服务导向型的公共平台

中新天津生态城是首个国家级别的绿色示范区，希望构建服务导向型公共平台，打造政府平台服务窗口形象，以公共服务来提高民生保障，构建资源节约型、环保友好型城市，实现新加坡合作项目的三和目标，即人与人和谐共存，人与经济活动和谐共存，人与环境和谐共存。

目前数据汇聚平台以服务政府、企业和大众用户为导向，打造平台的服务模块化、精细化、宜用化的新型格局，实现了平台服务与手机、pad等移动终端的无缝对接，信息可被实时推送到用户手上，使市民可以足不出户就可获得各种服务。

1.3 打造智慧城市标准规范

中新天津生态城与新加坡合作项目的目标之一是“三能”，即能复制、能实行、能推广。不同于其他城市建设智慧城市，中新天津生态城期望在构建智慧城市的过程中，更加注重标准规范的建设，期望打造智慧城市的建设标准，规范智慧城市的管理流程，保证数据汇聚的延续性和数据应用的正确性，为智慧城市的建设提供积极的探讨和典型示范。

1.4 突出城市数据分析应用

在智慧城市的构建过程中，积累了大量的城市运行数据，数据资源中蕴含的知识远未得到充分的挖掘和应用，致使数据爆炸但知识匮乏。我们以城市数据为基础，采用多种数据分析手段挖掘数据的隐藏价值，发现城市脉动发展规律，对于城市管理的精细化迈进、城市运转效率的提升、城市病的诊断和人民生活品质的改善，将起到积极的推动作用，同时也将数据转化为知识规律，为决策者提供了城市管理的科学依据。

2 中新天津生态城脉动城市总体框架设计

中新天津生态城总体规划通过分析生态城智能城市的发展愿景，结合中新天津生态城目前信息化发展水平和发展实际情况，从信息化基础设施、感知网络、城市动态数据中心、公共平台、服务体系、智慧体验、标准规范和保障机制等多个角度，确立智慧城市的基本建设目标，为生态城产业升级、经济增长、生态宜居和城市发展提供持续源动力支撑，如图1所示。

图1 中新天津生态城“智慧城市”总体设计Fig.1 The top-level design of "smart city" for SINO-SINGAPORE TIANJIN ECO-CITY

2.1 数据感知层

数据感知层是整个数据汇聚平台系统运行的基本保证和数据来源，包括城市运维、政府系统、园区系统、公安执法等，保证数据汇聚平台能从生态城各个领域中获取城市的数据。

2.2 数据汇聚层

数据汇聚层为平台提供数据支持，是服务共享的源头，也是整个平台的核心。综合中新天津生态城的实际情况，将数据划分为三级，分别是源数据库、基础库和应用库。源数据库根据数据来源的部门进行划分和管理；基础库则是对源数据库的进一步处理，根据构建的数据体系，形成四个基础库和七个特色领域库；应用库则是对不同的应用服务提供数据支持。

2.3 数据分析层

数据分析层则是对数据进行更深层次的处理，包括数据挖掘、数据协同、数据融合等，对平台中城市数据进行有效的自动提取和分析，充分挖掘和发现城市大数据的作用。

2.4 数据应用层

数据应用层是基于服务开发的应用系统，实现平台与用户多种方式的交互，将数据共享和应用到相关的部门，将分析的结果呈现在用户的面前，为城市管理者和参与者提供数据支撑和决策支持。

2.5 标准规范层

标准规范层是贯穿于整个平台的建设当中，通过各种智慧城市的建设标准规范，保障数据汇聚平台的可持续性、稳定性和易用性。

3 中新天津生态城脉动城市内容体系建设

3.1 公共空间服务平台

公共空间服务平台（如图2所示）是以地图为基础，使用户直观地了解整个生态城的情况，基于城市数据，为用户提供城市管理的服务应用，实现城市数据的一体化应用。公共空间服务平台的主要功能包括：①“一张图”功能按照不同大类展示和应用城市数据，使用户能够全方位管理生态城公共空间服务的所有数据，不仅是部门内部的一张图，还是多部门协同数据的一张图；②多尺度数据展示则是从城市、区域、地块等多个尺度展示生态城概貌；③专题应用是为各个委办局构建应用服务，将整个城市的数据整合到了一起，实现了多源数据的空间化展示和应用；④数据中心则提供平台应用数据的信息，用户能够方便地查询到数据的来源和内容。

图2 “脉动城市”公共空间服务平台Fig.2 The public spatial information platform of "Pulse City"

3.2 脉动分析

在智慧城市的建设过程中，各委办局的信息化系统中逐步积累了大量的城市运行数据，然而，数据资源中蕴含的知识远未得到充分的挖掘和应用，致使数据爆炸但知识匮乏。中新天津生态数据汇聚平台以城市大数据为核心，通过数据分析和信息挖掘技术手段反映城市各项参数变化脉动特征，采用多种数据分析手段挖掘数据的隐藏价值，分析城市脉动发展规律，使汇聚的城市数据发挥更大的作用，为政府决策，民众生活提供更大价值的服务。

中新天津生态数据汇聚平台以四大基础库和七大领域库为核心，在城市交通、城市环境、城市能源、城市管理、城市房价这6个方面尝试和实现了城市的脉动分析，为政府的决策和管理起到了积极的作用。

3.2.1 城市环境脉动分析

城市环境脉动分析（如图3所示）是通过收集水环境质量、空气质量等指标数据，通过数据挖掘分析，对比环境实时监测指标，并在城市地理空间进行直观呈现，从而探索生态城环境随时间、空间变化的脉络，为城市管理者、城市生活者展示城市环境脉络地图，方便城市管理，也为展示生态城优良的环境指标提供了一扇特殊的窗口。

图3 城市环境脉动分析Fig.3 Environment analysis of the "Pulse City"

3.2.2 城市能源脉动分析

城市能源脉动分析（如图4所示）是通过汇集城市区域全部能源相关数据信息，分析城市能源产生、能源消耗、能源流动及能源趋势和能耗节约等变化情况，形成城市用能情况分析处理能力，为城市管理者掌握城市用能情况提供数据支撑。

图4 城市能源脉动分析Fig. 4 Energy analysis of the "Pulse City"

3.2.3 城市交通脉动分析

城市交通脉动分析（如图5所示）通过分析中新天津生态城公交车客流量、公交站点空间格局，反映生态城公交线路、站点规划是否合理，新的线路改造如何规划。通过分析出入境车辆牌照，分析生态城客流主要来源。

图5 城市交通脉动分析Fig.5 Transportation analysis of the "Pulse City"

3.2.4 城市管理脉动分析

城市管理脉动分析（如图6所示）通过收集城市管理部件、案卷数据等，展现城市部件实时动态变化情况，将数据管理情况进行实时展现，实现城市管理动态监控。

图6 城市管理脉动分析Fig.6 Management analysis of the "Pulse City"

3.2.5 城市审批脉动分析

项目审批脉动规律是通过收集工商营业执照审批、土地规划审批、经济项目审批、社会局的社会事实审批等实时审批数据，掌握生态城一系列审批流程动向，将城市重要审批脉络通过数据汇聚平台展示出来，让领导、企业、公众能够一目了然地跟踪城市建设各种相关事项审批动向，及时跟踪城市审批每日更新情况，在一清二楚地获知自身相关审批节点的同时，自然提高业务办公效率，如图7所示。

图7 城市审批脉动分析Fig.7 Approval analysis of the "Pulse City"

3.2.6 城市房价脉动分析

城市房价脉动分析（如图8所示）通过收集中新天津生态城的房屋销售和出租的数据，分析影响生态城房屋销售率、入住率的各种因素和城市发展方向等。

图8 城市房价脉动分析Fig.8 Housing price analysis of the "Pulse City"

3.3 大屏展示应用

大屏展示应用（如图9所示）是基于数据汇聚平台，针对大屏幕应用提供的数据展示应用窗口。大屏展示应用能够发挥平台强大的数据汇集、查询功能，从整体上展现中新天津生态城的运行情况，辅助政府掌握和管理整个城市各个领域的信息和问题。

图9 大屏展示应用Fig.9 Application presentation

4 智慧生态城特色创新分析

传统的信息系统只对数据进行简单的采集和存储，而对行为等关键语义信息缺乏有效的自动提取和分析[5]。同样，在智慧城市的建设过程中，智慧城市公共信息平台大多只是局限于城市大数据的采集和存储，对于城市大数据的深层次挖掘和分析应用缺少思考和实践。

中新天津生态城的数据汇聚平台在原有的公共信息平台的基础之上，针对城市不断增长的大数据进行不断的完善和建设，收集整合城市多源时空大数据，充分挖掘和发现城市大数据的作用，为中新天津生态城的决策和发展更加科学，让城市更加科学、高效、低碳和安全地运行[6]。

数据汇聚平台建设通过数据汇聚平台的全面服务功能提升，打造与中新天津生态城智慧城市建设发展相适应的新型城市信息体系，构建生态城“脉动城市”现代信息资源中心，为中新天津生态城产业升级、经济增长、生态宜居和城市发展提供持续源动力支撑，也为国内外智慧城市建设提供参考。

5 结束语

中新生态城数据汇聚平台以中新天津生态城信息化工程总体规划为基础，紧紧围绕中新天津生态城特点及需求，从满足政府及其各部门决策需求出发，采用遥感、地理信息系统、大数据分析、互联网技术等现代信息技术，建立完善的公共基础数据平台，通过信息提取、要素扩充、数据重组等手段对资源进行整合，深入挖掘城市大数据的价值和知识，发现城市发展和运行的脉动规律，为“智慧生态城”提供智慧的源动力，以实现中新天津生态城“三和”“三能”的建设目标，扩大中新天津生态城的影响力，为国内外智慧城市建设提供参考。