智慧城市的技术体系

智慧城市的技术体系从技术角度而言，智慧城市是一个多层次结构的复杂系统，它是以一个中心平台为基础，以及之上的多个应用子系统组成的复杂而庞大的系统。

1.1 智慧城市顶层设计的要求智慧城市是由多领域、多类别、多级系统构成的庞大系统。

它需要处理不同领域、不同系统、不同类型的海量数据。

它具有新老系统配合使用、技术发展快速、外部链接关系多、内部结构复杂、科研和建设周期长、需要为其他系统提供广泛的信息支持和服务等特点。

因此做好智慧城市的体系架构的顶层设计是非常重要的。

智慧城市的体系架构要具备以下特性：（1）可扩展性包括：系统结构的可扩展性、系统容量的可扩展性以及网络的可扩展性。

智慧城市是一个建设周期很长的项目，在建设和维护整个生命周期内，随着技术不断的发展可能会有不同的技术和系统需要接入到智慧城市平台中，因此智慧城市平台必须具有非常好的可扩展性。

（2）兼容性包括：对原有系统的兼容性和对不同行业、不同领域系统的兼容性。

我国城市的信息化建设已经达到了一个相当的水平，当前已经存在有很多的信息系统。

在智慧城市建设中不可能将原有系统推到重来，因此智慧城市平台对原有系统必须具有兼容性。

同时智慧城市是一个包含多领域和多行业的系统，因此必须具有对不同系统和不同格式数据的兼容性。

（3）安全性智慧城市中的安全性包括平台本身的安全性、数据的安全性以及通信的安全性。

智慧城市平台对于城市的日常运行、应急处理等起着至关重要的作用，如果平台受到病毒和黑客的侵扰那么后果是不堪设想的。

因此智慧城市平台的安全性至关重要，它直接影响到智慧城市的发展和运行。

智慧城市中数据的安全性也非常重要。

智慧城市平台中存储着政府、企业、行业以及个人等海量的信息数据，这些数据涉及到很多的国家机密、商业机密以及个人隐私。

因此智慧城市平台必须有足够的安全措施保证数据在传送、存储等各个环节的安全性，保证不会被不法分子窃取。

（4）可靠性智慧城市平台必须具备很高的可靠性，这是在异常和危险情况下系统生存的关键。

智慧城市平台本身是一个复杂的分布式系统，因此这里的可靠性包括软件系统的可靠性、硬件的可靠性以及网络的可靠性。

（5）可管理性智慧城市平台是一个庞大的系统，涉及到很多的子系统和网络，因此易操作和易管理的特性是智慧城市平台的关键特性之一。

智慧城市平台应能提供业务管理、配置管理、故障检测和性能监视等基本的功能。

使系统在发生故障时能尽快的得以诊断和修复。

系统要易于操作，以便于降低运行维护成本。

1.2 智慧城市体系架构智慧城市的体系架构自下而上分为：感知层、通信层、数据层、应用层；以及完善的标准体系和安全体系。

体系架构如下图所示：图1 智慧城市体系架构感知层是智慧城市实现其“智慧”的基本条件。

感知层具有超强的环境感知能力和智能性，通过RFID、传感器、传感网等物联网技术实现对城市范围内基础设施、环境、建筑、安全等的监测和控制，为个人和社会提供无处不在的、无所不能的信息服务和应用。

通信层是智慧城市中的信息高速公路，是未来智慧城市的重要基础设施。

未来城市的通信网络应该是由大容量、高带宽、高可靠的光网络和全城覆盖的无线宽带网络所组成，为实现城市的智慧化奠定良好的基础。

同时，让市民“随时、随地、随需”都可以宽带上网，而且可以享受网络电视、高清电视、高清视频通话等宽带业务。

数据层的核心目的是让城市更加“智慧”，在未来的智慧城市中，数据是非常重要的战略性资源，因此构建智慧城市的数据层是智慧城市建设中非常重要的一环。

数据层主要的目的是通过数据关联、数据挖掘、数据活化等技术解决数据割裂、无法共享等问题。

数据层包含各行业、各部门、各企业的数据中心以及为实现数据共享、数据活化等建立的市一级的动态数据中心、数据仓库等。

应用层主要是指在感知层、通信层、数据层基础上建立的各种应用系统。

智慧产业、智慧管理和智慧民生构成的智慧应用层，促进实现“产业发展、功能提升、民生幸福”的智慧城市。

市民可以通过各种终端访问这些系统，市民可以亲自体验到城市生活的幸福与和谐。

（1）感知层智慧城市中的感知层又可分为感知对象子层、感知单元、传感网络、接入网关子层。

图2 智慧城市感知层感知对象子层感知对象主要是指物理世界中的“物”，比如需要监测的设施和设备、在智慧交通中的车辆、智慧物流中的物品、在智慧社区中被监控的人，甚至在遥感测绘中的地球表面空间都是被感知对象。

感知单元感知单元是指具有数据采集功能的，用于采集物理世界中发生的物理事件和数据的设备和网络。

采集的数据可以包括各类物理量、标识、音频、视频数据等。

数据采集设备涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位设备等。

传感网络由传感设备组成的传感网，包括通过近距离无线通信方式组成的无线传感网以及其它的传感网。

在智慧城市体系中要求每个感知设备都能够寻址，都可以通信，都可以被控制。

接入网关接入网关主要负责将感知层接入到智慧城市的通信层中，可能做的处理包括协议转换、数据转换等工作，这取决于感知层和网络层采用的技术。

（2）通信层智慧城市的通信层是以“宽带、无线、泛在、融合”为特征的智慧一体化网络。

实现高起点、高标准面向未来信息网络，促进电信网、互联网、广播电视网的融合，满足智慧城市发展要求。

未来网络的发展不仅要求更高的宽带速度、更便捷的接入方式、更深程度的融合还要支持人与机器（或物体）间以及机器到机器间通信，最终形成智慧一体化的网络基础设施。

我国的通信事业经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足智慧城市中数据传输的需要。

通信层是智慧城市体系架构中发展最好、也较为完善的一部分。

图3 智慧城市通信层（3）数据层城市本身是典型的数据密集环境，城市的运行涵盖环境检测、城市交通、公共服务、居家生活、经济商务、健康管理、公共安全等诸多方面，海量的数据在不断被生产出来。

更充分、更智能地发挥数据的作用是智慧城市未来发展的必然趋势。

因此智慧城市的数据层是智慧城市体系架构中的核心。

图4 智慧城市数据层数据层采用云计算的架构模式。

数据层体系结构主要分为3层：城市数据中心、城市基础库和城市的云服务。

城市数据中心：数据中心作为未来智慧城市的重要基础设施，主要包括计算机、存储设备、网络设施、数据库和软件等物理资源。

数据中心利用虚拟化和云计算技术将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池。

资源的虚拟化避免了硬件异构的特性，并被动态分配和动态调整。

城市基础库：城市基础库是智慧城市中的基础的信息资源，是其他应用的基础数据。

智慧城市中经过授权的用户可以访问和共享这些数据。

城市云服务：主要为智慧城市的各级用户提供包括政务云、行业云和公共云在内的云服务。

城市云服务将以服务的形式为用户提供软件、应用和计算资源等，用户不再关心软件的购买、安装和升级维护，根据租用服务的实际使用情况进行付费。

（4）应用层智慧城市应用层由智慧产业型应用、智慧管理型应用和智慧民生型应用构成，促进实现“产业发展、功能提升、民生幸福”的智慧城市。

图5 智慧城市应用层1.3 智慧城市标准体系为了推进智慧城市相关产业的快速、健康发展，必须有统一的技术和接口标准。

智慧城市不仅涉及一些基础性的关键技术而且与应用密切相关，因此，智慧城市的标准体系中分为技术基础标准和应用标准两个部分。

图6 智慧城市标准体系对于在智慧城市中已有的技术和标准我们尽可能的进行引用，比如通信层所涉及的电信行业标准已经相对的完善和成熟，我们将直接引用不在制定。

制定标准过程中，坚持以拥有自主知识产权的技术为核心，广泛听取各方意见，形成大家认可的标准体系，使标准真正起到推动产业发展的作用。

（1）技术基础标准体系通用规范部分通用规范部分主要定义智慧城市技术中的名词术语、体系架构以及需求分析等。

感知层部分感知层部分主要涉及智慧城市中动态感知层的相关标准，主要涉及到传感器接口、组网协议、接入标准、统一标识和安全标准等。

通信层部分通信层是智慧城市中标准较为完善和发展最好的一个部分，有大量的国际和国内标准。

在智慧城市标准体系中，这部分主要是引用现有标准，不再重新制定。

数据层部分数据层部分涉及的标准主要有云计算本身、信息描述、信息存储和云安全的标准。

接口部分接口部分包括：网络接口、数据接口、中间件接口和用户接口。

测试规范部分测试规范包括系统的系统测试、一致性测试、互操作测试。

（2）应用标准体系应用标准部分主要涵盖的是各行业的标准。

智慧城市涉及到很多行业的应用，各行业的标准制定情况各不相同，有的已经有大量的标准存在，有的标准相对较少；另外在智慧城市中还要考虑跨专业、跨单位和跨地域的多域协同运行和管理的情况。

因此，在制定应用标准时，我们会坚持尽量引用和修改现有标准，对于现有标准没有涉及到的技术再重新制定新的标准，并加强跨地域、跨单位的多域协同运行时的标准制定。

1.4 智慧城市信息安全体系（1）智慧城市信息安全体系总体架构图7 智慧城市安全体系架构智慧城市信息安全体系在安全基础设施的基础上，从技术和管理双方面为智慧城市提供安全保障。

在技术层面上，从物理与环境安全、系统安全、网络安全和数据与应用安全四个方向建立全面的安全防护体系。

并针对智慧城市的感知层、通信层、数据层、应用层上各自特有的安全隐患分别实施相应的解决方案，实现对智慧城市的层层防控。

借此保护包括智慧城市整体建设体系，保障智慧城市的安全。

（2）智慧城市信息安全基础设施图8 智慧城市信息安全基础设施智慧城市安全基础设施是整个体系的技术基础，提供了各种智慧应用场景下普遍、大量需要用到的安全技术，包括容灾体系、密钥管理、数字证书、等级保护体系等，是其他各维度的基础。

智慧城市安全基础设施建设以整合提升现有资源为主要方式，建立逻辑上统一的容灾恢复中心、监控应急中心、密钥管理中心、安全管理中心、身份管理中心和安全评测中心等六大安全中心。

（3）智慧城市信息安全技术防护信息安全技术防护包括物理域环境的安全，系统的安全，网络的安全、以及数据与应用的安全。

物理与环境安全包括：环境安全、设备安全、灾难恢复预防几个方面。

系统安全主要包括：防病毒技术、主机安全加固、操作系统安全三个方面。

网络安全包括：网关杀毒、防火墙、入侵检测几个方面。

数据与应用安全：包含数据库加密和数据库备份等技术。

（4）智慧城市信息安全管理体系智慧城市的安全保障体系是全方位的，需要全社会的积极配合以及各职能部门的相互协调。

有必要建立或健全安全管理体系和组织体系，完善安全运行管理机制，明确各职能部门的职责和分工，从技术、管理和法律等多方面保证智慧城市的正常运行。

完善信息安全组织体系成立以政府职能部门为主的“智慧城市”安全管理机构，强化和明确其职责；在健全信息安全组织体系的基础上，切实落实安全管理责任制。

明确各级、各部门作为信息安全保障工作的责任人；技术部门主管或项目负责人作为信息安全保障工作直接责任人，强化对网络管理人员和操作人员的管理。