作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2020/9/27 10:17:45
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郭仁忠院士:智慧城市建设的基本逻辑

 

一场“跨界的狂欢”

智慧城市建设像是一场“跨界的狂欢”。

计算机、通信、物联网、地理、测绘、物流、交通、城市规划等,各领域学者和行业人士踊跃参与。这是个新的蓝海,其中存在不少困惑,需要我们重新思考。

这场“狂欢”有几个特点。一是学术跨界。检索近几年关于智慧城市的论文发现,和计算机系统架构与网络通信有关的占19%,和计算机理论相关的占12%,和电子电器工程相关的占33%,和地理信息测绘有关的占19%,和环境生态相关的占10%、此外还有些城市和再生能源方面的研究。

二是热度长期持续。从2011年至今,只有新冠疫情严重时有个小小的低谷,此外都保持着较高的社会关注度。IDC(互联网数据中心)的一项分析认为,未来5年,中国在智慧城市方面的投入,每年将有15%~16%的增长。这个增长率远高于固定资产投资,远高于GDP增长,也远高于工资增长率。说明社会各界对智慧城市高度重视、高度关注。

三是概念迭出。城市是一个“复杂巨系统”,它“横跨文理工、融合天地生、涉及产学研”。各路专家的思想和观点,必然会打上专业或工作背景的印记。不同领域的专家有不同的视角和诉求,因此认识和理解的智慧城市也千差万别。目前相关的概念有城市大脑、数字孪生、大数据平台、操作系统、中枢神经系统、CIM(城市信息模型)、驾驶舱、仪表盘、运营管理中心等。

尽管概念很多,但不同观点背后有着相同的逻辑,建设智慧城市,我们必须回答一个关键问题:智慧城市究竟该怎么建?

无限“智慧工程”重复“昨天的故事”

我们经常看到,一个路口装十几个摄像头,多的地方甚至几十个。为什么要装这么多?因为这些摄像头的产权主体不同,每个部门建系统都要装摄像头,因为他们的系统各自独立。

很多城市的智慧城市建设规划得很好,其建设原则、建设目标、建设规划描述得美奂美轮,包括具体的任务落实单位也有十几个,非常具体、非常很详细。但遗憾的是,其建设理念非常先进,工作模式十分传统。

智慧城市建设会催生智慧交通、智慧应急、智慧安防、智慧城管、智慧社区、智慧教学等。那么这么多的各自独立的“智慧”,其实只是“无限的智慧工程将重复昨天的故事”。这样的智慧城市建设不过是传统的、部门化的信息系统贴上了“智慧”的标签。

过去信息化的逻辑是线下业务在线化,比如我们的管理信息系统、规划信息系统、土地管理系统等,都用系统化的、规范化的软件工程来开发,以单一业务或部门业务为需求导向的系统。它的结果是出现了功能和用户非常明确,“纵向耦合、横向隔离”的信息系统。

这些信息系统,从城市感知到信息传输、数据处理再到最后应用,相当于“自己吃菜自己种”,是典型的自给自足模式。纵向耦合、横向隔离的部门信息化,导致信息孤岛化、应用重复化。

数据需要“上架”

中国工程院院士王家耀认为,智慧城市是城市信息化的高级阶段。

这是个非常准确的概念。城市信息化的高级阶段不是某些部门的信息化,它是一个“复杂巨系统”的信息化。按照以往做软件工程的方法进行智慧城市建设将面临两大挑战,一是复杂性难以处理。各部门的业务流程是非常清晰,但把城市所有职能放一起,没有人能理得清,没有模型能把城市的功能全部集成起来。二是创新难以预见。智慧城市究竟能干什么,实际上我们还说不太清楚。有了大数据,我们还要从数据里面发现知识、发现规律,投入使用。这是个创新的过程,但创新的东西难以预见。

因此,智慧城市建设的首要问题,是复杂的数据和业务无法按照软件工程的方法集成,形成数据库,形成信息系统。同时,新技术、新数据会产生新的需求,这些需求我们暂时想不到,也不可能预先设计一个流程图或逻辑框架。

既然智慧城市是城市信息化的升级版,那我们就把复杂问题简答化,思考城市是怎么发展起来的。城市建设是个层级推进的过程,其基础设施与商业开发应分离进行。比如,我们先把道路,水、电管网完成,然后进行商业开发。智慧城市建设也应该遵从这个逻辑,先建信息基础设施,然后再建相关的应用系统。

传统智慧城市建设分为城市感知、数据获取和应用开发三个层次。但这个三层架构还不够,还需要在其中加个数据平台,形成“感知-数据-平台-应用”的四层结构。其中数据平台就像超市的“货架”,各种商品到超市后要“上架”才方便我们寻找,数据平台要在一个开放的开发框架下,“向下屏蔽复杂异构世界,向上赋能开放多元应用”,把过去部门化的信息系统从纵向耦合,变为横向耦合,“以开放性包容复杂性、保障创新性”。

这个系统可以称作“智慧城市操作系统”。在这个四层结构中,下面的三层是信息基础设施。智慧城市建设的顶层设计、统筹规划主要在下面三层进行。上面的应用层内容很多,我们无法穷尽,也无法做顶层设计。而是要调动公众的智慧,让大家从这个“超市”获得数据,根据特定需要加工、开发应用。

基于GIS的城市操作系统

城市数据是十足的“大数据”,其特点是多元异构、时空交错。如何建大数据平台,怎么把它组织起来,怎么“上架”是个重要问题。其实最好的办法是利用三维地理信息系统(GIS)模型,因为所有数据都发生在城市的地理空间中,所有数据都有其位置属性。所有数据都可以用位置属性这个“关键词”进行关联,进行管理。

这个基于三维地理模型的操作系统是智慧城市“基础之基础、核心之核心、关键之关键”。它必须是可视化的、可仿真的、可模拟的。有了这样一个“超市”,数据集成后就可以做很多分析,比如通过摄像头了解某区域的人口分布,进行空间管理,遇到紧急情况可用系统来优化疏散,缩短避险时间。比如做立体仓储、商场热力图、建设云端博物馆、进行数字化体验式购物等。

基于三维地理模型的智慧城市操作系统是智慧城市建设的基本逻辑,但并非唯一逻辑。智慧城市建设可以遵循不同的逻辑,智慧城市也不应仅坚守一个平台。

(本文据郭仁忠在2020GIS软件技术大会上的发言整理,经本人授权发布)

 
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