计算机前沿数据活化与智慧城市

大望路 上地 18287 43098
中关村 鼓楼 28289 16429
国贸 14075
新街口 望京 19589 10305
*
五道口 东四十条 19767 20782
➢早高峰要运送14万人 ➢平均1辆/分钟驶出天通苑 ➢约需2000辆公交车
居住地分布
工作地分布
*
可针对区域进行查询，在表格 内展示相应数据。双击记录或 GIS地图上的区域，即可将获 取详细出行分析信息及出行量 的变化趋势图。
必然趋势
“…Mankind will create 1200 exabytes (billion gigabytes) this year. Merely keeping up with this flood, and storing the bits …”
----The Economist Feb. 2010
• 图灵奖获得者Jim Gray：数据密集型科学发现 （Data-Intensive Scientific Discovery）将成为 科学技术发展的第四范式
63
智慧城市之核心技术和新兴产业
动态数据中心 Dynamic Data Center（D2C）
智慧城市之核心技术和新兴产业
准备好的随时可用的活的数据
*
支持在GIS地图上根据分析需 要框选区域，即可统计出关心 区域工作/居住人口的情况。
25% 其 他类型
5% 运输 行业人员
*
职业 类型
18% 居 家人员
52% 通 勤人员
珠三角城市群
*
区域城市群关联性分析
京津冀一体化
数据与城市 咋用？
*
城市数据
基
能源 经济
市
环境
大
础
手机
* 设 IOT
施
城市 动态
数 据
视频监控
*低频数据
地图
*高频数据
浮动车 GPS
*
POI
公交一卡通
街景
手机 定位
*
公交站点分布
* 出行人口分布
到达人口分布
被忽略的隐性特征：仅有少数区域（红色标记）具有高聚集特点
*天通苑住户都去哪儿了？
➢住户主要通往市38个区域 ➢仅有8个区域是主要目的地
应用系统汇聚与融合支撑环境
5 互联数据高效 处理与检索技术
2 内容安全
控制技术
*
五项核心 关键技术
1 数据实体互联 技术
一一套套模模型型和和规规范范
72
多模式数据系统汇聚模型和互联规范
4 多模式数据系 统高速协同技术
3 大规模可 扩展虚拟存
储技术
*
城市 生活
移动 互联网
环境监测
城市规划、 决策
应急指挥
交通规划
数据活化 数据恢复
数 据
动态数
数 据
数 据
存 据中心 转 呈
续
换现
数据安全 数据获取
现代信息 7服3 务
传感器
以应用
为导向
国家战略应用
微
电
子
以计算 设
为核心
计 支
人-机-物 网域和谐计算
撑
2平
以网络 台
为基础
物联网
智慧城市
虚拟现实 等
中国云
智能感知
1 与人机交
高效能计算 可信软件 互等
三网融合
?
城市的创新与发展
什么没有呢? 智慧!
城市的创新与发展
数据依类别、行业、部门、地方被隔离 数据之间的关联性被遗忘 数据的利用被限制
城市的创新与发展
数据是有生命的
数据是活的
城市的创新与发展
恢复激活数据的生命
各种各样的应用
大家可能关心：
*一栋楼是不是违章建筑？ *某一个地址在那个地方？ *五年前的建筑和现在有何不同？ *不同时间车辆分布如何？ *我现在到机场最佳路线是那一条？ *空气污染最严重的地方在那里？ *在某一段时间人口最多的地方在那里？ *今天有多少流动人口？
4 万台服务器分布在 6 个区域之中
50
50
美国、欧盟都把未来互联网数据作为国家战略基础。
50
WSN
RFID
GPS
手机
Multi-dimentional Spatio-temporal
Data
卫星
GIS
监控摄像头
1 million taxis, GPS 72TB/year
0.6 billion cell phones, call log 1.1PB/year
专用 网络
物联网网关
通信模块
延伸网络
传感器 执行器
RFID
二维码 智能装置
77
4
信
息
基
础
设
信息基础设施
施
城
信息网络基础设施
市
基
光纤
础
3G与4G
设
感知网络
施
下一代互联网等
信息共享基础设施
信息资源库 云计算平台 信息安全设施等
78
❖ 数据成为生产物质，战略资源 ❖ 信息技术成为基础设施
79
数据获取与 动态感知
空天一体等 3
以安全 为保障
可信
可管
可控
1 重大专项1：核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品
2 重大专项2：极大规模集成电路制造装备及成套工艺
3 重大专项3：新一代宽带无线移动通信网
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数据已成为一种战略性资源，“智慧城市”是 典型的数据密集环境，最大限度、更加智能地发挥 数据的作用是“智慧城市”未来发展的必然趋势。
欧洲寒潮
航空运输
陆路运输
旅游业
医疗
零售业
17
城市的创新与发展
我们有什么、缺什么?
设施 感受
19
Βιβλιοθήκη Baidu 慧!
20
城市的创新与发展
现在满天空的卫星数据 满大街的摄像机 满兜的“卡” 堆满仓库的历史资料 可能很快就很多无线传感数据 浩瀚的移动通信数据 就医数据 ……
城市的创新与发展
资之深 则取之左右逢其原
——《孟子·离娄下》
计算机学院前沿讲座2015
数据活化与智慧城市
熊璋
2015年04月14日
主要内容
1. 城市的创新与发展 2. 智慧城市 3. 智慧城市之核心技术和新兴产业 4. 数据与城市
* 中国城市化进程
城市化率由1978年 已发展118个人口 拥有1.99亿辆机动 17.9%增加至2011年51% 超百万的超大型城市 车，2011年产量第一
一种全新的基础设施 分析模拟仿真的基础 辅助决策的基础
*
• 1200家企业受灾 • 以美国911事件为例
• 无数据恢复能力的企业损失惨重 • 400家企业启动了灾难恢复计划 • 摩根士丹利公司几天后在新泽西
州恢复营业
企业数据中心承载的信息资源 核心业务和技术信息 市场信息 客户信息 资产信息
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数据监管
建模
多源数据融合
• 小型数据融合 • 大型数据融合
静态数据 • 动态数据智能分析 分析 • 实时性
集中式后 • 集中式分布式结 台处理 合处理
• 并行性
• 城市的智能分析与事 件提取
• 城市场景分类、识别 与理解
多源多模数据获取 像素级融合
卫星遥感 低空航拍 地面拍照/视频
设备 •激光扫特描征级融合
数据活化
战略资源基础设施 增长点
数据中心
智慧城市
新兴产业
云计算
80
智慧城市之核心技术和新兴产业
智慧城市与新兴产业
核心作用（抓住龙头） 基础作用（重大基础设施） 市场作用（市场牵引） 培育作用（带动战略新兴产业）
数据与城市
数据与城市 有什么数据？
“X-Ray”
社
信
GPS
会 交通 人口
城
息 RFID
海量数据处理
个性化推荐
数据活化
一种具有前瞻性的新型 数据组织与处理技术
数据密集型计算
动态数据中心
数据挖掘
67
*
*IOT: 物理实体, RFID tags *IOD: 数据实体, virtual tags
GPS RFID 传感器
• 多功能
设备
• 低成本
获取方 • 动态 式 • 分布式
• 小型动态数据获取 • 大型动态数据获取与
中国城市发展趋势
国际化
集群化
生态化
国际化大都市 城市带和城市 治疗“大城市
的发展
群的发展 6
病”
智能化 以科技创新
为基础
* 世界城市化进程
欧洲 城市化率: 60%--80%
北美 城市化率: 70%--90%
日本 城市化率: 60%--70%
发展中 国家
城市化率:
30%--50%
世界城市化的主要特点
获取方
决策级融合
式 •动态
原始数据融合 原始特征提取 高层次融合
智能事件分析
智慧城市之核心技术和新兴产业
一个新的平台 可提炼的新的知识 无数新的应用
智慧城市之核心技术和新兴产业
新的产业
采集技术和行业 核心技术和服务业（超算、云计算、网格） 应用技术和服务业（信息服务产业） 完整的产业链
一个验证平台与支撑环境
智慧城市
企业:更加高效和低成本的运行 * 企业运行效率 * 企业的生态环境
智慧城市
百姓:更加便捷和舒适的生活 *感受得到智慧
智慧城市
产业:新的产业链条、产业圈 *新的应用 *新的产业：点-线-面-体
智慧化
信息化
数字化
智慧城市
信息成为运营城市的新资源 新的服务业增长点 新城市运载 城市的未来战略投资 新的产业
75
海量城市运行管理数据
大量人类活动数据
新型社交网络
日常生活
监控
位置
电力 公共安全
… *…
遥感
社会形态从单向到网状 物联网
企业活动
大数据汇聚
数据活化与处理
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物联网架构：可分为感知层、网络层和应用层等三层。
物联网应用
应用基础设施/中间件 信息处理 应用集成 云计算
解析服务 网络管理 Web服务
电信网/互联网
0.27 million km streets, GIS 214TB/year
10000 video cameras 36PB/year
位 字节 千 百万 十亿 兆 千兆 百京 十垓 秭
智慧城市之核心技术和新兴产业
数据隔离→整体 数据关系遗忘→恢复 数据利用限制→接触
智慧城市之核心技术和新兴产业
城市化速度 明显加快
大城市数量 快速增长
7
城市群与城市 带相继崛起
城市的创新与发展
让我们先看几个小故事
城市的创新与发展
发达国家也一样
• 4月14日喷发
冰岛火山
空域
• 1600公里火 山云
• 北欧西欧
• 欧洲大部分 航班取消
• 1.7万/日
机场
旅行者
• 航空 • 陆路 • 城市
16
2010年11月-12 月
以信息技术为支撑，具备:
健全、透明、充分的信息获取 通畅、广泛、安全的信息共享 有效、规范、科学的信息利用
智慧城市
政府:更加高效的决策和执行力 企业:更加高效和低成本的运行 百姓:更加便捷和舒适的生活 产业:新的产业链条、产业圈
智慧城市
政府:更加高效的决策和执行力 * 城市运行管理效益 * 城市公众服务水平 * 应急处理能力
智慧城市之核心技术和新兴产业
熔接的数据 时间的数据 实时的数据 不断成长的数据 立即可用的数据
“… Science is becoming increasingly dependent on data …” ----Science March 2010
数据已成为一种战略性资源，“智慧城市”
是典型的数据“…S密cien集ce is环abo境ut m，ore 最than大data限, is a度bou、t ide更as, 加智能 地发挥数据的作用ex是pl-a-n“--aNtiao智tnusrea慧nDdecp.城e2o0p0l市e9s …”” 未来发展的
数据关联
数据关联识别
数据实体构建
数据实体间组 织关系
数据演进
数据实时感知 数据主动成长 数据实体繁衍
数据养护
数据实体溯源 数据维度增减 数据新陈代谢
海
面
量
数据活化模型
向
多
智
维
主动学习
动态交互
自主演化
慧
时
城
空
实体知识
实体关联
实体主动
市
数
自动增长
动态产生
成长繁衍
应
据
用
创新思路： 主动学习——动态交互——自主演化——数据活 化
计算能力 ↑ 存储能力 ↑ 网络 ↑ 数据 ↑
设施 感受
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城市的创新与发展
?
城市的创新与发展
有没有设备? 有!
城市的创新与发展
有没有网络? 有!
城市的创新与发展
有没有计算能力? 有!
城市的创新与发展
有没有存储能力? 有!
城市的创新与发展
有没有数据? 有!
城市的创新与发展
大家面临：
* 安全问题 * 交通拥堵 * 食品安全 * 医疗资源紧张 * 环境污染 * 公共卫生事件 * 教育资源分配不均 * 就业压力
大家在想： * 政府决策、响应水平 * 市民的方便实惠 * 企业的高效 * 经济的发展 * 环境的保护
交通堵塞
火灾
洪水
环境污染
暴雪
人群聚集
39
智慧城市
智慧城市
智慧城市之核心技术和新兴产业
互联网在不断发展和融合中，网络资源规模不断增长
据国际电信联盟：2010年，互联网用户20亿
《CIA World Factbook》：互联网已有5.75亿台主机 美国自然基金会预测：到2020年：50亿
超过45万台服务器。 分布在全球25个地方。
拥有20万台服务器。 希望2011年增加到80 万台。
激活数据的生命 数据活化 Data Vitalization
智慧城市之核心技术和新兴产业
数据的关联性 数据的实时性 数据的感知性 数据的成长性
➢ 数据活化（Data Vitalization）是一种新型的 数据组织与处理技术，通过感知、关联、存续等 手段，实现海量多源多模数据的自我认知、自主 学习和主动生长 。