《信息与通信技术》是国内外出版的中英文科技期刊（CN11-5650/TN,-1285),2007）2009年12月正式创刊。本刊旨在反映国内外ICT最新研究成果，提供ICT交流平台，推广先进ICT服务和应用，服务我国信息化社会和创新型国家建设。

[作者姓名]许玲玲

[作者单位]

[摘要]现代城市的信息化建设伴随着“按业务定制，随需而变”的软件模式。在城市向数字化升级的过程中，定制化需求以更快的速度发展；同时，城市治理和市民服务的覆盖面、效率和质量要求不断提高。我们需要一套有效的、系统的软件基础设施来满足这种“更快、更准确、更多样化、随需应变”的城市数字业务需求。文章首先从宏观层面简要回顾了近五年新型智慧城市的建设和发展历程，然后提出新型智慧城市。城市软件基础设施的概念，从商业角度分析软件基础设施对于新型智慧城市建设的必要性和重要性。最后，从技术设计的角度，系统地介绍了新型智慧城市软件基础设施应具备的能力。

【关键词】智慧城市；软件基础设施；大数据;人工智能

简介

我国城市发展面临的主要矛盾包括三个方面：一是快速城市化的需求与城市公共设施和服务供给之间的矛盾，主要体现在出行难、教育难、就医难、住房和应急响应效率不理想；二、城市经济增长需求与资源 环境约束矛盾的典型表现包括城市环境污染治理难度大、见效期长；三是社会阶层分化与管理体制滞后的矛盾，主要表现在社会矛盾、群体性事件、市民对城市管理和服务的表达。意见渠道多元化，但城管体制和手段跟不上。解决城市发展问题，需要建设新型智慧城市，这是一个循序渐进、不断建设的过程。

2016年12月13日，国家信息中心发布了新的智慧城市评价指标（GB/T 33356-2016)），明确指出8个一级指标，为智慧城市建设指明了方向。全国各地的智慧城市。 2017年9月23日，新型智慧城市建设部际协调工作组办公室秘​​书处、国家信息中心权威发布《2017年全国新型智慧城市评价数据分析报告》[1]，这是首次中国发布了新的智慧城市评估数据分析。结果。报告肯定了新型智慧城市建设工作机制的作用，也明确了我国新型智慧城市发展仍处于起步阶段。 2020年1月14日，国家信息中心发布《2018-2019新型智慧城市发展报告》[2]，我国大量新型智慧城市建设正从筹备期过渡到起步和成长期，起步和成长期城市从2017年开始占5%。7.从7%提高到80%，工作重点从统筹向全面实施转变。

2020年席卷全球的新冠疫情，一目了然地暴露了城市管理、服务、决策、应急等方面的短板。是我国新型智慧城市建设的催化剂，将加速新型智慧城市解决方案的迭代升级和全面落地。

党的十九大报告强调，要“提高社会治理的社会化、法治化、智能化、专业化水平”，“善于利用互联网技术和信息技术开展工作”。当前，城市治理仍面临诸多困难，高新技术的蓬勃发展为解决这些问题提供了新手段、新机遇。

纵观近五年新中国城镇化进程和新型智慧城市发展，从宏观上看，智慧城市建设将随着城市文明的发展不断向前推进。从微观上看，新型智慧城市的商业效应体现在运营上，运营是满足当前业务需求、培育新业务的迭代过程。迭代过程。

1新型智慧城市的建设需要软件基础设施的支持

新型智慧城市建设包括两类业务：政务服务一站式管理和城市治理一站式管理。政务服务和城市治理都跨越城市的各个领域，包括应急响应、公共安全、生态环境、医疗卫生、文化教育、产业园区、社区管理等，各个领域的服务和管理对应垂直的政府职能部门这些部门在不断的信息化建设过程中积累了自己的IT基础设施、信息化系统和业务数据。规划、单独建设、缺乏整体规划，导致大量垂直业务系统。同时，垂直业务自建的传感设备产生了大量的传感数据，而这些传感数据大多没有得到及时有效的收集和利用。这些系统之间的业务流程相互隔离，数据之间无法互通。于是，就产生了我们常说的“数据孤岛、应用孤岛、业务流程孤岛”。典型表现是：一个完整​​的业务被划分为不同的业务系统。其中，每个业务系统只能支持部分环节的处置和流通。业务系统之间的连接需要依靠人工数据查看/导出和输入。人工连接的过程往往需要“认证”和“印章”来支持，一直是制约业务准确性和效率提升、市民体验升级的瓶颈。在建设新型智慧城市的过程中，无论是一站式服务还是一站式管理，都需要更大的覆盖范围和更高的效率，这意味着支撑业务的IT系统必须具备三大核心能力。

1)大量的感官数据和业务数据必须经过智能分析，然后转化为信息。城市建设积累了ZB级数据，但数据与信息之间的巨大差距无法通过传统的人工抽样、分析或统计软件来填补。对自然语言的理解能力，大数据技术对海量异构数据的存储、计算和建模能力，以及基于机器学习的BI分析能力。

2)经过合理授权，数据可以被各种业务系统使用。新型智慧城市基于大量数据应用，一个垂直业务的处理往往需要多个垂直业务的数据。所有的城市数据都要按照一定的标准规范进行分类、管理、聚合成业务模型，形成数据资产。每个数据资产都需要关联各个业务单元的读写权限。

3)业务流程应该能够在隔离的业务系统之间准实时甚至实时自动流动。越来越多的业务流程需要跨多个职能部门协同处理。只有将细分业务按特定顺序自动连接，才能实现业务处理的效率和成本降低。

城市的不断发展带来越来越多元化的政务服务和城市治理服务，因此需要越来越多的IT应用系统。智慧城市的基本需求，我们称之为智慧城市软件基础设施。

2新型智慧城市软件基础设施的业务和技术特点

2.1 新型智慧城市软件基础设施的业务特点

新型智慧城市城市软件基础设施应具备以下三个业务特征。

1)跨行业。新的智慧城市软件基础设施需要能够支持政府的多个垂直行业，这就不需要我们为每个垂直行业单独构建一套基础设施。共享同一套基础设施是跨行业开放业务的基础。这意味着软件基础架构需要与行业独有的各个业务特征脱钩。

2)了解行业。新型智慧城市软件基础设施不能是完全与业务绝缘的软件平台，而必须具备行业意识和不断提升行业意识的能力，才能让业务部门享受基于它构建业务应用的好处。行业意识也是降低业务应用建设门槛的关键之一。

3)连接行业。新型智慧城市软件基础设施的另一个作用是实现业务流程的连接和不同行业业务系统的集成。一套软件基础设施可以支持多个行业在其基础上构建应用，即“跨行业”；多个行业的垂直业务系统也可以通过软件基础设施进行数据交换和流程连接，这就是“连接行业”。智慧城市建设是多行业并行建设。只有打破各行业独立发展的局面，推动相关行业业务系统的整合，才能最大程度地实现城市的数字化、智能化。

新型智慧城市软件基础设施的业务属性如图1所示。

2.2 新型智慧城市软件基础设施的技术特点

新型智慧城市软件基础设施还应具备以下技术特点。

1)平台。新型智慧城市软件基础设施必须能够支持多行业应用系统的不断迭代，为应用系统提供安全、稳定、高可用、性能好的数据服务、计算服务和各类应用引擎。

2)可迭代性。业务系统的不断发展，要求新型智慧城市软件基础设施提供越来越丰富的功能，软件基础设施必须具备技术迭代和扩展的能力。

3)水平和垂直双向兼容性。新型智慧城市以逐城、分级建设的方式发展。各市、区、县、乡都希望结合自身独特的营商环境和当地风土人情建设。通常，每个地市需要建设自己的一套智慧城市软件基础设施，地市所辖区县可以共用一套设施，也可以独立建设。这就要求智慧城市的软件基础设施要做到跨地市横向兼容，这是多城市业务联动的必要条件；它还要求具有连接地市、区县和乡镇的能力，以实现垂直兼容，这是一个地市内的多重性。分层业务连接的必要条件。

4)低耦合。低耦合包括两个方面：一是与应用系统的解耦，二是内部组件之间的解耦。智慧城市软件基础设施以城市综合、中长期规划为基础，支持泛行业应用系统；应用系统应全面支持当前业务特性，具备面向未来的迭代能力。从技术上讲，应用系统依赖于智慧城市基础设施，但不应该有任何反向依赖。在智慧城市建设过程中，不同业务量或不同建设阶段对基础设施的需求不同。它需要能够根据当前的需求灵活地组装一套基础设施。当未来需求增长时，可以添加更多。能力。

3 新型智慧城市软件基础设施应具备的核心能力

新型智慧城市软件基础设施包括以下五个组成部分：大数据泛感知能力、大数据存储与计算能力、AI识别与分析能力、应用基础能力、业务套件，它们之间的支撑关系如图所示在图 2 中。

3.1 大数据泛感知能力

数据是智慧城市的基础。一些数据用于支持业务决策，例如对历史业务数据的分析；有些数据是业务流程不可或缺的一部分，例如各种传感器感应到的业务数据。从软件的角度来看，数据泛感知能力的本质是采集各类离线或在线数据，为后续计算提供数据依据。数据源主要包括：1)5G+AIoT组成的物联网感知系统，不仅采集物联网设备感知到的业务数据，还对设备的工作状态进行监控和管理。 2)用于获取网络舆情等公共数据的网络爬虫。 3)政务热线系统（包括热线、手机APP等综合媒体渠道）分析政务服务和城市治理的水平和问题。它可以从公民对智慧城市的直接感受中获取信息。 4)在合理授权和安全脱敏的前提下，从各个业务系统获取的业务数据。

3.2 大数据存储与计算能力

海量异构数据的存储和计算，包括非实时分析计算和实时交互查询计算，提供符合行业标准的数据服务或模型计算服务。主要包括以下内容。

1)存储计算引擎负责存储和计算海量结构化、半结构化和非结构化数据，提供两种计算模式：不需要高时效计算的分析型和交互式查询需要实时回报。这意味着同时具备数据仓库和事务性数据查询系统的功能。

2)数据聚合与治理，从不同的感知系统获取数据，然后对数据进行一系列治理操作：质量审计用于发现脏数据，数据清洗用于去除或纠正脏数据数据，按照行业数据资产编目规范对数据进行分类，按照行业惯例对数据进行一系列操作，形成数据宽表，根据具体业务需求构建数据集市。

3)数据沿袭与链路计算，对于数据聚合、治理、使用全过程中的每一个ETL（抽取、转换、加载），使用过程对上下游关系都有影响对数据和耗时的数据计算进行记录和监控，用于数据溯源分析和数据链路性能控制。

4)数据资产管理，数据资产的命名、分类、排列、访问权限管理。数据资产包括业务数据和元数据（用于描述业务数据的数据）。数据资产的管理单位应该有不同的粒度，如表、行或列，或文件或文件夹。每个行业的元数据都有其特定的属性，而且大部分还具有一定的行业标准。元数据资产的预定义和管理可以有效提高业务数据治理的效率和业务数据资产的标准化，进而促进数据层向应用系统暴露的接口的标准化。

5)数据共享和交换本质上是对数据资产访问权限的管理和对数据访问过程的审计。管理员根据业务需求和权限以及期限设置，向特定用户开放特定数据资产。用户通过数据中间库或数据服务API访问数据，并记录访问日志，用于事后审计或故障排查。数据共享与交换是新型智慧城市软件基础设施实现不同行业业务系统之间数据连接的核心能力。

3.3 AI识别分析能力

提供语音识别、语义识别、视频图像识别和机器学习行业建模的一站式管理服务能力。值得注意的是，人工智能涉及的技术领域很多，每个领域都有一定的技术门槛。尽管近年来各个领域的人工智能算法已经达到前所未有的开放程度，但从算法到场景落地，再到投入生产，都需要大量的算法优化和工程技术研发，技术和业务门槛不容小觑。因此，作为智慧城市软件基础设施的人工智能能力不应走“人工智能算法开放平台”的技术路线，而应将算法、算法工程、在线业务效果的持续优化封装成面向应用系统的人工智能服务。没有算法基础的业务系统开发者可以直接使用，辅以简单的参数调试，完成在线部署和交付。

业务的发展会带来场景的变化，会降低AI的准确率和召回率。为了保证线上业务持续稳定的效果，交付后的持续优化是必不可少的。但是，仅仅通过定期的手动调试来实现这一点是不够的。 AI生产系统必须具备数据回传能力，通过对AI计算过程和业务结果的闭环分析，在某些场景下实现半自动甚至全自动的参数调优。

3.4 基本应用能力

构建大数据泛感知能力、大数据存储计算能力、AI识别分析能力，是对传统业务流程应用的升级，是数字化、智能化的应用；基础能力的应用是为了提高应用软件的构建效率和质量。通过提炼一站式服务、一站式管理的业务流程，我们可以从其应用系统能力中抽象出高频使用的能力，并将这些能力封装成具有高逻辑性和内聚性的技术中间件。一方面，这些中间件与业务代码解耦，使其具备支持多个子行业的多种应用场景的能力，并且可以独立于业务代码进行前向迭代（但需要满足接口层面的向后兼容） 一方面，这些中间件构成了应用系统的技术骨架。当其响应速度、长期稳定性、高可用性、安全性、可扩展性等技术指标得到保障时，基于它构建的业务应用系统的技术指标就会得到保障。这使得应用系统开发者可以直接使用中间件提供的服务，快速构建出高质量的应用系统，而无需关心中间件复杂的内部逻辑。应用基础能力是新型智慧城市实现不同行业业务系统过程连接的核心，主要包括以下内容。

1)多级网格组织结构和用户管理：提供分层、网状组织结构配置能力、角色、权限、用户配置能力楼宇自控系统论文，并可供所有应用系统调用的认证服务。

2)报表引擎：通过接口提供配置，辅以少量SQL代码（或更具可读性的类SQL伪代码），实现团队或业务用户可以根据需要快速自定义报表的能力.

3)工作流引擎：提供通过界面拖放快速生成电子表格的能力，创建和配置工作流模板的能力，以及执行工作流实例的能力。

4)2D/3D高性能渲染：提供基于地图或建筑内外的2D/3D渲染能力。这就是各行业数字孪生系统在表现层广泛应用的能力。例如，用于各种情况呈现系统和业务流程协作系统的数字大屏幕。

5)时空地理数据计算：提供基于时空两个维度的数据计算能力，并将数据呈现在地图上，常用于在地图上呈现行业形势指标。地理空间内的时间和历史变化或未来趋势。

6)GIS引擎：提供地图数据配置、计算和渲染能力。

7)BIM 建模：提供建筑物内外的 3D 建模和渲染功能。值得注意的是，智慧城市场景中的BIM不同于建筑设计场景，可以适当降低建模精度，降低对数据计算能力和渲染能力的硬件要求，降低实施成本。因此，BIM建模能力还提供了在专业建筑设计层面对BIM数据模型进行泛化和降维的能力。

8)移动低代码开发平台：提供快速构建移动应用的能力。政府移动办公和市民移动服务是提高智慧城市业务效率的重要手段。考虑到与PC在屏幕尺寸和输入方式上的差异，移动端应用主要侧重于不需要大量文本输入但对处理时效性要求较高的场景，如分析结果数据的呈现、事件处理和处理等。流和消息推送处理。因此，移动端开发平台的主要能力应该本着“小而好用”的原则，比如重点关注报表渲染、事件流、消息处理等功能。

9)元模型驱动的业务建模架构：是保证上述大部分能力与个性化业务逻辑解耦的技术基础。应用基础能力最大的技术难点是模型抽象。无论是简单的站内消息模型，还是复杂的跨组织结构，还是更复杂的业务处理流程，都需要对用于描述模型的模型进行抽象。它接近于与业务流程完全解耦。

3.5 商务套件

业务套件是对智慧城市业务系统进行抽象后提取出来的具有跨业务甚至跨行业通用业务系统模块的业务系统模块集合。 ，每个业务系统的数据、流程和用户界面都可以通过配置实例化成某个行业的业务系统模块。商务套件是五种功能中业务属性最高的部分。智慧城市应用系统包括以下常用的商务套件。

1)城市状况综合呈现：以多项业务指标呈现城市运行状况，包括过去的演进历史和未来的发展趋势。值得注意的是，呈现的情况应该基于业务判断，可以直接表征业务的优劣和呈现风险，而不仅仅是对物理世界的简单数字渲染。

2)城市运行指标定义、监测、预警：计算运行情况，首先定义城市运行指标。在城市治理体系中，经济、文化、旅游、民生、生态、公安等行业都有自己的指标，符合一定的信息管理规范或约定。该套件带有预定义的操作指标，并支持用户定义的操作指标。并支持用户根据指标定义监测预警规则。当指标触发规则产生预警时，将预警信息封装成标准消息，供应用系统使用。

3)事件处理与协同指挥：事件处理是智慧城市应用系统中常见的业务形式。难点在于如何完成一个事件在多个孤立系统之间的流动和运行。协同处理，尤其是现有遗留系统和新系统之间的协同处理。传统的方法是将系统与流程相关的连接成对连接，这需要对现有系统进行大量修改，而且一个事件跨越的应用系统越多，事件流链接的脆弱性就越高。该套件提供独立于每个应用系统的事件路由服务。各个应用系统在事件路由服务上注册相关的事件类型，从中获取事件，处理完成后将结果提交给事件路由服务。事件路由服务定义了注册和提交的技术规范，每个应用系统只需要少量增量开发即可接入事件网络，无需修改内部逻辑。事件路由服务作为整个事件网络的中心，对并发性、高可用性和安全性有很高的技术要求。此外，该套件还提供多对多的语音和视频通信能力，以提高协同指挥的效率。

4)考核评价：提供可灵活配置的考核规则、考核审批流程、考核数据流入流出等功能。

5)辅助决策：提供基于统计模型和机器学习模型的数据分析能力，以及基于知识图谱的检索能力。

4 总结

新型智慧城市的建设是一个持续的建设过程。随着数字化、智能化的不断提升，新的业务需求自然会不断涌现。这将需要越来越多的业务支撑系统，同时对业务支撑系统的能力、建设速度和更新频率的要求也将与日俱增。实施新的智慧城市软件基础设施是支持业务快速增长的最佳方式之一。新型智慧城市软件基础设施聚焦五项核心能力，具有相对稳定、可预测的演进迭代路线，使得新型智慧城市软件体系的整体可持续发展成为可能。

参考文献

[1]新型智慧城市建设部际协调工作组。 2017新型智慧城市发展报告[M].北京：中国规划出版社，2017：34-35

[2]新型智慧城市建设部际协调工作组。新型智慧城市发展报告2018-2019[M].北京：中国规划出版社，2020

[作者介绍]

徐玲：CTO，负责智慧城市技术路线、软件产品定义、产品开发和交付。曾在IBM中国研发中心从事数据库软件研发和部门管理工作9年，在阿里云从事人工智能软件研发和部门管理工作4年。专注于视频图像识别在大数据、人工智能、低代码应用开发架构领域的技术创新与应用，并以此升级新型智慧城市软件技术架构和研发体系。