城市大数据：内涵、服务架构与实施路径
華崗1，顧德道1，劉良華1，田沄2,3,4，許海燕1，方丹丹1
1. 寧波市智慧城市規劃標準發展研究院，浙江 寧波 315048；2. 中國工程院，北京 100088； 3. 清華大學自動化系，北京 100084；4. 北京師范大學信息科學與技術學院，北京 100875
摘要：在大數據時代，城市大數據成為轉變城市發展模式、提升人民生活水平、培育經濟增長新動力的關鍵，必須做 好頂層設計、系統規劃和推進措施。為此，深入剖析了城市大數據的概念與內涵、邊界和數據分類以及當前我 國城市大數據發展中面臨的機遇和挑戰，提出了由一體化基礎支撐體系、應用體系、產業體系、指數體系和體 制機制保障措施等構成的城市大數據服務架構體系，并給出了實施路徑和大數據服務中心建設的建議。
關鍵詞：城市大數據；服務架構；實施路徑
中圖分類號：TP399????????? ?文獻標識碼：A
doi: 10.11959/j.issn.2096-0271.2016026
Urban big data: connotation, service architecture and implementation path
HUA Gang1, GU Dedao1, LIU Lianghua1, TIAN Yun2,3,4, XU Haiyan1, FANG Dandan1
1. Ningbo Academy of Smart City Development, Ningbo 315048, China
2. Chinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China
3. Department of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China
4. College of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
Abstract: In the era of big data, urban big data is the key to change the way of urban development, improve people’s living standard and offer new impetus to economic growth, so top-level design, system planning and promoting measures must be done. Firstly, the concept, connotation, boundary and classification of urban big data, and opportunities and challenges may appear in the process of developing China’s urban big data were analyzed. Then, a service architecture of urban big data which including an integrated foundation support framework, an application framework, an industrial framework, an index framework and maintenance framework was proposed. Finally, the implementation path and some suggestions to constitute the service center of urban big data were given.
Key words: urban big data, service architecture, implementation path
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1? 城市大數據的內涵
1.1? 城市大數據的概念
大數據與傳統數據科學的差異主要在于：數據的異源和異構不能直接嵌入經典的數學空間、含有深層的隱藏信息以及不能直接與已獲得的經驗數據聯系和融合[1]，這正是大數據的挑戰性所在。從現有的眾多大數據定義來看，大數據不僅包括數據本身，同時還包括大數據處理技術，甚至包括大數據引發的人類思維模式、行為模式和商業模式變革。城市為人類提供生產繁衍、經濟發展、社會交往和文化享受四大類職能，隨著人類社會的不斷發展進步，人、機、物三元世界[2,3]在這4個方面實現了高度融合，引發了數據規模的爆炸式增長，同時帶來數據模式的高度復雜化，城市開始進入大數據時代。通過對整個城市，甚至跨城市的數據進行采集、處理、分析、重構、挖掘和利用，將有助于促進人與社會、人與自然更加協調發展，推動城市經濟社會安全、高效、綠色、和諧和智能發展。用簡單、易于理解的公式可以表達為：城市大數據=城市數據+大數據技術+物聯網+城市職能。
1.2? 城市大數據的界定
根據數據的來源[2]，大數據可以初略地分成兩大類：一類來自物理世界，另一類來自人類社會。前者主要是指為科學技術研究進行的科學實驗產生的數據，稱為科技大數據。后者與人類活動有關，又可分為兩大類數據：一類與互聯網有關，網絡上千千萬萬的人通過操作網頁以及與網絡相連的各類機器設備隨機產生的數據，稱為網絡大數據；另一類是指與城市四大職能密切相關的政府、企事業單位、個人和各類城市設施設備等主客體所產生的動態和靜態數據，稱為城市大數據。城市大數據與科技大數據和網絡大數據的數據源界限相對清晰，但同時又存在一定重疊性和相關性：與科技大數據在產業發展領域存在一定重疊性，與網絡大數據在電商和社交媒體領域存在一定重疊性。城市大數據的發展，不僅要融合網絡大數據，更要借鑒并采用網絡大數據和科技大數據領域取得的成功理論和科技成果。
1.3? 城市大數據的分類
為了實現城市為人類提供的四大功能，城市管理者、生產者和服務者采用各種各樣的信息化手段，采集和獲取城市設備設施、城市人群以及各種業務過程的信息，形成了不同業務領域的數據，構成了城市大數據的主要源頭，見表1。
表 1 ? 城市大數據的分類
城市不同業務數據涉及的主體和客體通常為相同的人或物，因此需要建立城市不同部門之間能夠共享的數據庫（如人口庫、法人庫、空間地理庫等）。同時，不同業務之間還需要相互交換和共享相關信息，甚至實現業務協同，所以城市大數據的發展重點是要實現不同業務數據之間的共享交換和開放[4]。
按照數據源和數據權屬不同，城市大數據又可分為政務大數據、產業大數據和社會公益大數據，表1中多數業務數據為政務大數據和產業大數據，所以城市大數據的主要推動者應為一個城市的政府和相關的具有一定數據規模的企業。
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2? 城市大數據的作用
隨著大數據時代的來臨，人類的思維方式、城市的社會管理和經濟發展等諸多方面都將進行大變革。毫無疑問，城市大數據隱含著巨大的社會、經濟價值，已引起了各行各業的高度重視[5]。如果能科學地發展城市大數據，將對人類社會發展、城市管理服務和經濟發展產生巨大的推動作用，同時也將孕育前所未有的機遇[6]。
2.1 ?引發人類思維方式變革
大數據是人們獲得新認知、創造新價值的源泉，大數據還是改變市場、組織機構以及政府與公民關系的方法[7]。因此，人們迅速地開始以數據的眼光來觀察世界，以定量化的指標和指數來理解、解釋紛繁復雜的城市活動，這就是所謂的大數據思維[7]。
在大數據時代，群眾成了真正的英雄，所有的主體都處于平等關系，能夠根據自身的興趣和需要獲得需要的知識和信息。人們也不再一味地強調標準化，而是承認世界的多樣性和差異性，并開始考慮和滿足個性化的需求。傳統數據科學中，人們關注的更多是事物發展的規律，即各種因果關系。在大數據時代，由于數據量特別巨大，要找出所有量與量之間的因果關系幾乎是不可能的，因此人們開始從原來的凡事皆要問“為什么”到現在只關注“是什么”，相關性成為了新的思維模式。
2.2 ?推進政府治理能力建設
大數據作為一種新興的治理資源，在變革國家治理理念、革新治理手段及優化治理過程等方面有著廣泛的應用前景，是切實推進國家治理現代化的有效媒介和途徑[8]。利用大數據可從宏觀、微觀兩個層面對事實真相進行定量化分析和描述，利于發現小數據時代難以發現的相關關系，找出解決社會問題的新思路和新途徑，形成更科學的決策。
新型服務型政府的主張主要有：治理主體的多元化、治理過程的互動性、治理對象的參與性和治理手段的多樣化。這些訴求和大數據帶來的多樣性、平等性和相關性的思維模式變革不謀而合?；ヂ摼W、移動媒體、云計算、物聯網等信息技術又提供了便捷的信息交互和共享手段，所有的數據和數據背后的主體都處于平等關系，這有助于社會個體或組織直接參與政策的制定和效果監督，幫助城市進行智慧治理，逐步實現真正的社會自我治理。
2.3? 推動經濟增長機制變革
當前中國經濟增長進入新常態，在新常態下經濟由高速增長轉向中高速增長的同時，需要通過轉變經濟發展方式、結構調整、創新驅動來進一步開發經濟增長的潛力。在大數據時代背景下，傳統的經濟增長方式已經暴露出一些弊端，過于重視宏觀方面的增長，忽視了由結構變化、要素需求和供給變化對微觀主體造成的影響[9]。
信息化、大數據和工業化的融合以及產業制造的智能化時代即將來臨。信息化、智能化和產業發展的不斷融合將使產業呈現出融合趨勢，產業結構得到不斷優化。基于大量存在的數據、高超的數據分析技術以及第三次工業革命推動的制造業呈現出的數字化、智能化、定制化和生態化等特點，傳統的產品要素需求和供給結構將被打破。市場將能夠提供每個消費者需要的異質化產品，實現廠商利潤最大化，消費者得到最大的消費者剩余，整個社會將會實現帕累托最優，達到經濟增長的最優狀態。
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3 ?我國城市大數據發展面臨的機遇和挑戰
3.1 ?機遇
當前，新一代信息技術與經濟社會的快速融合發展引發了數據的迅猛增長，大數據已成為國家基礎性戰略資源。城市大數據對于掌握城市運行狀態，實現智能科學決策和優化資源配置，降低城市系統運行成本，推動城市經濟社會安全、高效、科學發展具有重要戰略意義。近些年，國家有關部門積極推進智慧城市、“兩化”融合建設和城市治理現代化建設，為我國城市大數據發展奠定了良好的基礎。同時，我國經濟開始進入轉型、提升和增速換檔期，亟需尋求新的手段和抓手，城市大數據發展應運而生，面臨著難得的機遇。
3.2 ??挑戰
在城市大數據發展方面，我國很多城市已具備良好的基礎和條件，但也面臨著一些困難和挑戰。既有技術層面的挑戰，也有管理體制、機制方面的挑戰。一方面，不少專家認為大數據的發展，技術不是問題，關鍵是體制、機制問題。實踐中發現，從數據的采集、傳輸、存儲、處理、共享、應用全過程來看，技術方面存在較多的困難和障礙。另一方面，由于政府是最大的數據資源生產者和擁有者，掌握著社會上超過80%的數據資源，向社會開放政府數據是實現城市大數據發展的必然途徑之一。但由于欠缺相關的法律法規，缺少具體的操作辦法，包括開放主體、流程、范圍、責任權利等方面如何界定和明確等，導致政府部門數據開放可操作性受到影響。
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4 ?城市大數據服務架構
城市大數據服務架構是指為實現城市智能化、可持續健康發展，由城市大數據一體化基礎支撐體系、城市大數據應用體系、城市大數據產業體系、城市大數據指數體系和體制機制保障措施構成的服務架構，如圖1所示。
圖 1 ?城市大數據服務架構
4.1? 城市大數據一體化基礎支撐體系
城市大數據一體化基礎支撐體系是城市大數據發展的基礎，為城市大數據采集、交換、融合、共享、開發利用和開放提供基礎支撐，由感知層、傳輸層和數據層構成。其中，感知層為整個城市的公共基礎設施和設備提供統一接入、統一資源管理、統一調控和融合共享服務，實現全市物理資源的一體化管控；傳輸層為各類數據、信息傳輸、人類社會自身以及與物理世界互動提供統一、泛在、高速、低成本的網絡資源，促進人類社會與物理世界的有效互動；數據層則通過數據架構平臺實現管理類數據的收集，通過公共設施物聯網平臺實現設施設備類數據采集，為全市數據的融合匯聚搭建公共服務平臺，云計算（IaaS、PaaS、SaaS、DaaS）則為數據存儲、數據處理提供基礎平臺，城市大數據分析服務平臺則為數據挖掘提供基礎支撐。
4.2? 城市大數據應用體系
引導政府部門和企業推進政務、服務和產業等領域的大數據應用創新，構建包含交通、健康、教育、環保、食品安全、經濟運行監測等公共領域、商業服務領域以及城市重點產業領域的大數據應用，由大數據指數體系引導應用創新發展，并將支撐需求反饋給基礎支撐體系，以實現基礎設施的建設和完善，同時帶動城市大數據產業體系的建設與發展。
4.3 ?城市大數據產業體系
城市大數據產業體系主要包括兩個方面：一是利用大數據對城市現有優勢產業進行改造升級，培育產業大數據；二是大數據服務產業，重點圍繞大數據產業鏈的重要環節，立足城市的基礎和優勢，培育數據采集、數據傳輸、云計算、數據挖掘、分析應用、數據安全和綜合解決方案服務等產業。
4.4 ?城市大數據指數體系
基于大數據分析，挖掘看似無關的知識間的相關性并匯集成新知識，以量化的相對數據實現對城市某領域業務的診斷和評估，并根據歷史軌跡對其發展趨勢進行預測和判斷，將復雜的城市大數據再造為具有宏觀、實時、歷史和公眾價值的城市大數據指數體系，使之成為指導部門業務發展的“指南針”和反映城市經濟與社會發展的“晴雨表”，引導城市大數據應用體系建設和產業發展布局規劃。
4.5? 體制機制保障措施
成立城市大數據發展領導機構，建立城市跨部門、跨行業的大數據戰略實施協同推進機制和措施；制定數據交易、數據共享、數據流動、數據開放辦法，創新數據管理模式，推動數據應用和開發；建設城市大數據運維保障體系，建立數據開放、共享的安全使用機制、安全管理技術和管理措施，確保城市大數據項目高效、持續運行。
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5? 城市大數據實施路徑
城市大數據發展要根據城市的實際情況，遵照大數據發展規律，按照“基礎為先、應用引領、產業互動、創新驅動”的原則，有序推進城市大數據總體服務架構和四大體系建設，形成基礎、應用和產業良性互動的發展格局。
5.1? 優先建設一體化基礎支撐體系
數據的獲取、流動和應用離不開基礎硬件和軟件支撐平臺，因此應率先建設城市云中心和數據架構體系，為全市數據融合匯聚提供基礎通道、資源和服務，建設服務城市公共設施數據采集的物聯網平臺，建設支撐大數據分析挖掘的分析服務平臺以及泛在、高速、低成本的網絡資源，為城市大數據發展奠定堅實的基礎和保障。
5.2? 穩步推進大數據應用創新
對于城市大數據的發展而言，應用創新是關鍵，應按照突出重點、示范引領的原則，率先在政府部門和公共服務領域推進大數據應用服務創新，引導和帶動各領域的大數據應用創新。在此過程中，要建立良好的機制和措施，積極吸引社會力量參與大數據應用市場化服務，優化資源配置，關注民生需求，構建公平、普惠、便捷的大數據應用服務體系。
5.3? 加快培育大數據產業生態圈
圍繞數據采集、傳輸、存儲、處理、管理、安全、分析、挖掘、可視化等全流程，優化大數據產業發展環境，明確城市的區域定位和優勢基礎，全面發展有關硬件設施、軟件、終端、數據和服務產業，打造具有區域競爭力的大數據產業生態體系。大力優化大數據產業組織結構和區域結構，建立大數據產業集聚區，促進大數據產業向創新化、高端化和規?；l展。
6? 城市大數據服務中心
6.1? 城市大數據服務中心的意義
一個城市若要更好地、深度地發揮城市大數據在城市智能化運轉中的基礎和核心作用，需要建立一個集基礎支撐、數據共享、城市運行、運維管理等各種服務于一身的機構——城市大數據服務中心。中心將作為城市智能化的中央處理器，全方位采集并監控城市運行中的各類數據、信息和服務，巧妙地促進城市的數據信息、物理世界和人群社會進行有效互動，促進人類智慧和個性化的服務在政府、企業和市民之間流動、繁衍、再生。
6.2? 城市大數據服務中心的組成
城市大數據服務中心將由云計算中心、數據資源中心、物聯網服務中心、指數中心和運營服務中心5部分組成。云計算中心將為城市智能化發展提供一體化的計算、網絡、存儲、軟件組件和安全等計算資源；數據資源中心將成為各類數據的資源池和交換樞紐，保障整個城市數據的融合匯聚和自由流動以及與外部數據的有效對接和交換；物聯網服務中心將統籌推進全市公共設施物聯網建設，建立各類傳感設施的統一接入標準，集約化建設數據通道，逐步實現全市物理設施的一體化、集約化智能管控；指數中心基于物聯網數據和城市管理數據，以指數化方式呈現城市運行狀況和未來可能的變化趨勢；運營服務中心負責創新城市大數據項目建設模式，建立有效的運維手段，保證城市大數據服務中心全天候安全、穩定地運行。
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7? 結束語
城市大數據是城市智能化的核心，也是實現人和物智能感知、控制和服務的基礎。城市大數據對于城市文化、經濟轉型、智能化管理和民生服務具有廣泛的前景，有助于人與自然更加和諧地發展。城市大數據發展是一個系統工程，需要根據每個城市的特點、基礎和優勢，做好頂層設計和實施路徑選擇，并明確實施載體。城市大數據的發展將不僅需要大數據采集、傳輸、處理、分析挖掘等方面的技術支撐，更強調采用科學的商業模式，充分調動每個市民和社會力量參與的積極性，培育城市的大數據文化和思想，才能保證大數據在城市發展中被應用好、普及好。
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華崗（1977-），男，博士，寧波市智慧城市規劃標準發展研究院副研究員，主要研究方向為智慧城市、大數據、智能可視化管理。
顧德道（1966-），男，現任寧波市智慧城市建設工作領導小組辦公室副主任，寧波市智慧城市規劃標準發展研究院院長。中國信息化推進聯盟智慧城市專委會會員，浙江大學寧波理工學院研究員。目前主要從事智慧城市行政管理、研究與規劃等方面的工作。
劉良華（1969-），男，寧波市智慧城市規劃標準發展研究院研究室副主任，主要研究方向為智慧城市和大數據。
田沄（1980-），男，博士，中國工程院—清華大學聯合博士后科研工作站博士后，北京師范大學副教授，主要研究方向為智慧城市、大數據、可視化。
許海燕（1987-），女，寧波市智慧城市規劃標準發展研究院研究人員，主要研究方向為智慧城市和大數據。
方丹丹（1981-），女，就職于寧波市智慧城市規劃標準發展研究院，主要研究方向為智慧城市和大數據。
總結
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