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智慧城市中的數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)

發(fā)布時(shí)間：2017-11-03 分類：趨勢(shì)研究

截止到2016年底，中國(guó)的城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到了57.35%，城鎮(zhèn)化建設(shè)雖然有力地促進(jìn)了城市的發(fā)展，但是也帶來了一系列新的問題，比如交通擁堵、空氣污染、資源消耗等，這些都是21世紀(jì)城市發(fā)展所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為了更好的應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，“智慧城市”這個(gè)概念應(yīng)運(yùn)而生，并且一經(jīng)提出就受到了廣泛的關(guān)注。

智慧城市這個(gè)概念可以追溯到20世紀(jì)90年代，在2009年IBM公司在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了“智慧地球”戰(zhàn)略之后，更是受到世界各國(guó)廣泛關(guān)注，其核心主要就是利用以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)化和互聯(lián)化的方式對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、分析、整合，以更透徹的感知方式對(duì)城市進(jìn)行更合理全面的調(diào)控，使城市中各個(gè)部分協(xié)調(diào)配合，在城市的經(jīng)濟(jì)、交通、通信、教育、環(huán)境、能源、安全、管理、服務(wù)、文化、醫(yī)療等方面實(shí)現(xiàn)更高效、更便捷的運(yùn)作模式，極大的提高居民生活質(zhì)量，塑造良好城市整體環(huán)境，加強(qiáng)人和城市之間溝通的新型城市形態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)智慧城市的構(gòu)想，需要有合適的技術(shù)架構(gòu)來進(jìn)行支撐，為此，學(xué)術(shù)界對(duì)于智慧城市技術(shù)體系架構(gòu)也進(jìn)行了廣泛的研究和探討，在這些技術(shù)體系架構(gòu)中，數(shù)據(jù)的重要性獲得了一致的關(guān)注，普遍認(rèn)為城市的智慧需要依賴對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效和合理的采集、清洗、存儲(chǔ)、處理以及實(shí)用的能力。

數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)

智慧城市因其涵蓋的內(nèi)容涉及城市的方方面面，研究的切入點(diǎn)即可以是一個(gè)具體的應(yīng)用，也可以是城市整體的發(fā)展規(guī)劃，因此研究智慧城市技術(shù)體系架構(gòu)的不同方法有著不同的側(cè)重面，比如有的重點(diǎn)研究包括信息化基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于智慧城市的影響，也有的從智能化服務(wù)入手。但是無論從什么角度，絕大部分的研究都認(rèn)為數(shù)據(jù)及其使用才是智慧城市最為核心的研究要點(diǎn)之一。

對(duì)于智慧城市的數(shù)據(jù)，第一步首先是有效的獲取與感知，其核心主要是研究如何高效獲取互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和各行業(yè)數(shù)據(jù)，通過研究視頻、音頻、激光、射頻定位、報(bào)警、智能圖像分析等感知技術(shù)，構(gòu)建智慧城市內(nèi)立體感知系統(tǒng)，特別是需要針對(duì)數(shù)據(jù)來源的多源、異構(gòu)等特性，對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行再組織與管理。在獲取到了有效數(shù)據(jù)之后，下一步主要工作則是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的傳輸，其核心內(nèi)容是通過各種無線、有線的長(zhǎng)距離或短距離通信網(wǎng)絡(luò)，在確保信息安全和傳輸質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)選定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

在有了海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之后，如何高效智能化地存儲(chǔ)、管理和分析數(shù)據(jù)，并將有意義的信息提取出來應(yīng)用于各種城市數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用成了最重要的一個(gè)挑戰(zhàn)，為此，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛深度的融合，為了應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了一系列相關(guān)的技術(shù)和解決方案，其中數(shù)據(jù)活化是一個(gè)面向智慧城市數(shù)據(jù)融合需求的技術(shù)體系，該體系通過研究數(shù)據(jù)的描述、認(rèn)知、建模、關(guān)聯(lián)、演化等方法，實(shí)現(xiàn)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的自我認(rèn)知、自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)生長(zhǎng)。

智慧城市的數(shù)據(jù)活化技術(shù)體系首先需要研究數(shù)據(jù)描述方法與描述語言、數(shù)據(jù)認(rèn)知技術(shù)、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)建模技術(shù)、數(shù)據(jù)演化與自主生長(zhǎng)機(jī)制和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)等面向海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，面向數(shù)據(jù)和應(yīng)用的規(guī)模性、資源分配的動(dòng)態(tài)性以及資源環(huán)境的異構(gòu)特征，為構(gòu)建智慧城市應(yīng)用提供支撐能力。

數(shù)據(jù)描述方法與描述語言的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容主要包括數(shù)據(jù)描述的共性基礎(chǔ)問題，如何定義通用數(shù)據(jù)特征描述規(guī)范，并研究數(shù)據(jù)的實(shí)體對(duì)象描述方法。其核心能力包括建立元數(shù)據(jù)組織、語義等模型，對(duì)元數(shù)據(jù)語法進(jìn)行表示和封裝，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，將數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型和描述型元數(shù)據(jù)封裝成可唯一標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)象，能夠支持不同層次的數(shù)據(jù)粒度大小要求。

數(shù)據(jù)的認(rèn)知技術(shù)主要研究數(shù)據(jù)的底層特征識(shí)別、提取和檢索方法，基于統(tǒng)一完備的數(shù)據(jù)特征與語義描述，建立數(shù)據(jù)底層特征與高層語義的多粒度跨媒體數(shù)據(jù)映射，形成一個(gè)較為完整的海量數(shù)據(jù)之間語義理解和認(rèn)知的技術(shù)理論方法。從海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的底層特征識(shí)別、提取和檢索，到上層語義理解和知識(shí)發(fā)現(xiàn)，通過統(tǒng)一完備的海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)特征與語義描述，建立完整的數(shù)據(jù)的認(rèn)知技術(shù)體系。

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)建模方法則重點(diǎn)放在不同類型數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系上，通過研究關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的多層次建模方法，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)間關(guān)系的規(guī)范化表示、添加、刪減、重構(gòu)等基本運(yùn)算操作，突破數(shù)據(jù)模型的動(dòng)態(tài)構(gòu)建與實(shí)時(shí)更新。根據(jù)文本、圖像、視頻等各種不同數(shù)據(jù)實(shí)體之間在時(shí)間、空間、事件等方面的相互關(guān)聯(lián)、作用及影響，應(yīng)用動(dòng)態(tài)圖理論對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模。

數(shù)據(jù)的演化與自主生長(zhǎng)機(jī)制主要研究具有競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同特性的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)主動(dòng)成長(zhǎng)機(jī)制，分析數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)主動(dòng)識(shí)別方法的基本原理，通過建立一套基于數(shù)據(jù)特征描述規(guī)范的屬性操作運(yùn)算法則，研究分析數(shù)據(jù)實(shí)體成長(zhǎng)、演進(jìn)和繁衍的基本方法。

數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)則是借鑒物聯(lián)網(wǎng)的概念，研究比數(shù)據(jù)本身所包含的信息更為重要的數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)(Internet of Data，IOD)結(jié)合信息隱藏技術(shù)，將數(shù)據(jù)的虛擬標(biāo)簽嵌入到數(shù)據(jù)實(shí)體中，虛擬標(biāo)簽將用于存儲(chǔ)ID、元數(shù)據(jù)、日志信息、以及數(shù)據(jù)活化結(jié)果等信息，從而記錄數(shù)據(jù)從產(chǎn)生開始后全生命周期中的各種活動(dòng)信息，為未來數(shù)據(jù)的使用提供完整的記錄。

數(shù)據(jù)融合挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)措施

數(shù)據(jù)已經(jīng)慢慢變成了關(guān)系城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，城市本身是典型的數(shù)據(jù)密集環(huán)境，城市的運(yùn)行涵蓋環(huán)境檢測(cè)、城市交通、公共服務(wù)、居家生活、經(jīng)濟(jì)商務(wù)、健康管理、公共安全等諸多方面。隨著城市數(shù)據(jù)規(guī)模呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，越來越多的數(shù)據(jù)帶來了大量的應(yīng)用和商機(jī)，但是數(shù)據(jù)量的高速膨脹、數(shù)據(jù)無意義的冗余、數(shù)據(jù)原有關(guān)聯(lián)的割裂又對(duì)信息的充分利用形成嚴(yán)重制約，同時(shí)數(shù)據(jù)可能關(guān)于某一時(shí)間、空間、人物、事件或者對(duì)象是有聯(lián)系的，是相互關(guān)聯(lián)的，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)組織和處理并未充分體現(xiàn)這些關(guān)聯(lián)性，而這些關(guān)聯(lián)性往往對(duì)解決城市的管理與服務(wù)問題具有重要價(jià)值。如何更充分、更智能地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用是智慧城市未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，也使得數(shù)據(jù)融合成為了一個(gè)最重要的能力建設(shè)方向。為了解決數(shù)據(jù)融合的挑戰(zhàn)，則需要從技術(shù)創(chuàng)新、管理體制、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與國(guó)際合作等方面進(jìn)行深化建設(shè)。

首先要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，只有技術(shù)手段的更新，才使得數(shù)據(jù)融合成為現(xiàn)實(shí)，為此，需要建立起領(lǐng)先的“智慧城市”數(shù)據(jù)融合技術(shù)概念體系，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新投入，增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新能力。同時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)創(chuàng)新體系建設(shè)，激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在動(dòng)力，形成一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)、產(chǎn)品和專利。此外，大力推動(dòng)基于數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用推廣，從真實(shí)應(yīng)用需求角度指導(dǎo)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究方向。

其次，數(shù)據(jù)融合的實(shí)現(xiàn)也以來體制機(jī)制的改革。數(shù)據(jù)融合最重要的是數(shù)據(jù)能夠共享，如何將分散在現(xiàn)有各處的信息化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)提取出來并共享出來，需要一系列體制機(jī)制的保障，對(duì)涉及到數(shù)據(jù)隱私性要充分進(jìn)行保護(hù)，通過共享來促進(jìn)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的推廣，并催生新的基于數(shù)據(jù)融合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

數(shù)據(jù)融合的推動(dòng)還需要依賴強(qiáng)有力的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行保障，需要從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，圍繞其結(jié)構(gòu)體系的共同特征，針對(duì)術(shù)語定義、設(shè)計(jì)與實(shí)施方法、技術(shù)體系、信息分類編碼、空間定位、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)交換格式、接口規(guī)范等問題進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提出一系列標(biāo)準(zhǔn)化的原則和具體要求。標(biāo)準(zhǔn)體系要滿足集合性、目標(biāo)性、可分解性、相關(guān)性、整體性、環(huán)境適應(yīng)性等要求，只有建立良好的標(biāo)準(zhǔn)體系，才能使得數(shù)據(jù)融合無論在技術(shù)發(fā)展上和共享應(yīng)用上有章可循。

目前，數(shù)據(jù)融合類的標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)正在開展一系列工作，包括數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)編碼規(guī)范、開放共享要求以及知識(shí)模型等一系列標(biāo)準(zhǔn)都在制定和發(fā)布過程中，這些標(biāo)準(zhǔn)的研制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的指導(dǎo)下，以國(guó)家智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化總體組為依托，在不同標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的支持下，以協(xié)同編制的方式開展工作，這樣才能使得數(shù)據(jù)融合的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)成為一個(gè)緊密融合的體系。

最后，中國(guó)在智慧城市數(shù)據(jù)融合中的技術(shù)發(fā)展和相應(yīng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，也需要與國(guó)內(nèi)外組織尤其是標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)行緊密溝通，把中國(guó)的經(jīng)驗(yàn)與國(guó)際進(jìn)行分享，在智慧城市的核心關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)出中國(guó)的聲音。