智慧城市的結構問題探索

1、智慧城市的結構問題探索陳亦工陳亦工 北京大學數(shù)字中國研究院創(chuàng)新與治理中心北京大學數(shù)字中國研究院創(chuàng)新與治理中心目前許多城市在建設智慧城市，各種令人困惑的問題越來越多，尤其是智慧城市層面的需求和整體結構問題。量變到質變，智慧城市整體上超出了IT領域已有知識范圍，并呈現(xiàn)出開放性復雜巨系統(tǒng)的許多特性；從大環(huán)境看，我國在聯(lián)合國經(jīng)濟與社會事務部全球信息化排名：2006年57位、2008年65位、2010年72位、2012年78位，與我們的大國地位不符。這迫使我們思考，不能再繼續(xù)在黑暗中摸索、瞎子摸象，要以更為開闊的結構學視野，通過探索其結構，揭示其性質、機制和原理，在技術上創(chuàng)新，提供技術途徑和方法學模型，

2、而不是盲目追逐國際所謂的先進技術。前言當前的困惑不是也不可能是一種靜態(tài)的確定性結果更不是一大堆系統(tǒng)的整合、互通或共享構建智慧城市n需求分析n方案設計n構建和演進發(fā)展n智慧城市服務運營主要是整體宏觀性的結構問題，超出了IT領域已有知識范圍，例如：n 需求、要素和關聯(lián)關系的不確定性n 各方面的系統(tǒng)和站點不斷變化n 智慧城市本身不斷動態(tài)演進發(fā)展n 以上情況下，不可能橫向集成或互通 n結構：自然界和社會中的事物之間和事物內部各部分之間的各種相互關聯(lián)關系，是自然界和社會普遍存在的現(xiàn)象和性質，各種科學技術都是關于結構的模型n結構的作用：規(guī)定事物的性質、機制、原理和功能，是分析/綜合各種事物和問題鑰匙n結構

3、學：出現(xiàn)于19世紀末 主要研究結構的性質、機制、原理、變化和衍生等，以及結構和結構變化對事物的作用 以更開闊的視野，更宏觀和更深入地揭示事物的性質、機制、原理、功能和它們相互關系 前沿領域：不再停留在對結構變化和不確定性問題推測上，進一步研究結構的動態(tài)衍生和變化原理，為解決各種復雜巨系統(tǒng)問題提供理論基礎和方法學模型基礎n結構學的基礎地位： 是當代科學技術的共同基礎，促生了許多當代科學技術。例如，系統(tǒng)學、控制論、協(xié)同學和管理學，計算機范式、軟件工程和網(wǎng)絡技術，當代物理學、化學、生物學和環(huán)境科學，思維科學、分析哲學和語言學，以及當代經(jīng)濟學、社會學、 為解決復雜性、綜合性的現(xiàn)代科學技術問題，提供跨越

4、不同學科，跨越宏觀與微觀的橋梁結構學的作用和意義n從結構學角度看 智慧城市及智慧城市層面的各種需求，涉及城市內外大量的系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)，整體上，已經(jīng)超出具體系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)的范圍 量變到質變，屬于網(wǎng)絡宏觀層面的宏觀性問題，并同時具有整體宏觀與局部微觀兩個基本層面 整體上，與各局部微觀采取的不同具體技術無關智慧城市及智慧城市層面需求的宏觀性局部微觀層面（網(wǎng)絡微觀層面）整體宏觀層面（網(wǎng)絡宏觀層面）各方系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡服務智慧城市服務網(wǎng)絡宏觀層面網(wǎng)絡微觀層面網(wǎng)絡服務不同于過去信息化的整合、互通、共享等微觀層面的問題n 智慧城市的性質、結構、機制、原理和技術，由整體宏觀層面規(guī)定，而非微觀層面

5、n 整體結構問題集中在整體宏觀層面n 智慧城市層面的各種需求，屬于整體宏觀層面，也要在此層面實現(xiàn)智慧城市關鍵在于其整體宏觀層面關鍵是解決整體結構問題局部微觀層面（網(wǎng)絡微觀層面）整體宏觀層面（網(wǎng)絡宏觀層面）各方系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡服務智慧城市服務網(wǎng)絡宏觀層面網(wǎng)絡微觀層面網(wǎng)絡服務微觀層面技術:n不具備宏觀層面的結構、機制和原理n既不能解決宏觀層面的問題，也不能跨越網(wǎng)絡宏觀與微觀層面間的鴻溝解決問題需求、要素和關聯(lián)關系的不確定性的根源n在宏觀層面上，協(xié)同的自組織過程所產(chǎn)生的結構動態(tài)性和不確定性，導致智慧城市和智慧城市層面需求的不確定性和復雜性的根源n智慧城市不可能一天建成，要經(jīng)歷動態(tài)演進發(fā)展過

6、程，并還將導致需求的變化和演進n既不可能阻止需求、要素和結構的變化，也不是硬性規(guī)定或削足適履裁剪需求，就可以化解的問題“整體大于各部分之和”協(xié)同效應協(xié)同效應需求、要素和關聯(lián)關系，動態(tài)變化且不確定不確定性不確定性在無外界干預下，各方自發(fā)關聯(lián)，形成動態(tài)和不確定的結構，進而組成可動態(tài)演化整體自組織自組織協(xié)同城市在運轉中發(fā)展、問題在運轉中產(chǎn)生、也要在運轉中解決 在城市運轉中解決問題，需要方方面面協(xié)同和智慧城市管理城市服務城市運行發(fā)展問題民生問題城市運轉協(xié)同運轉的有機整體智慧城市在城市運轉中解決問題結合城市實際，解決實際問題的智慧城市城市運轉協(xié)同化、智慧化n 主要原因是： 需求、要素和關聯(lián)關系的不確定性

7、問題，由協(xié)同產(chǎn)生，也要由協(xié)同來化解 城市中已建成的信息系統(tǒng)成千上萬，技術、功能、數(shù)據(jù)格式各異，而且各方面的系統(tǒng)和站點不斷變化，智慧城市本身不斷動態(tài)演進發(fā)展，想要靠集成是不可能實現(xiàn)的 整體宏觀層面的問題，不可能由各方系統(tǒng)和站點自己來解決，或者在微觀層面用“垂直集成、橫向互通”、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)或對象協(xié)作等微觀層面的技術方法來解決 智慧城市要解決城市的實際問題，就必須支持城市運轉的協(xié)同化、智慧化，其核心基礎是網(wǎng)絡服務協(xié)同 需要采用網(wǎng)絡服務協(xié)同，跨越網(wǎng)絡宏觀與微觀間的“鴻溝”解決問題n 因此，智慧城市不可能是橫向的集成或互通，而是“橫向協(xié)同”問題，即“網(wǎng)絡服務協(xié)同”問題智慧城市需要解決的是“橫向協(xié)同”

8、問題 組織協(xié)同網(wǎng)絡服務 個人網(wǎng)絡服務環(huán)境PSE 基于各點自治的控制管理“橫向協(xié)同”需要解決的三個方面基礎性問題1.網(wǎng)絡服務協(xié)同城市運轉協(xié)同化、智慧化的核心基礎n既是城市運轉協(xié)同的一個方面，又是其他方面協(xié)同化、智慧化的基礎和手段n通過動態(tài)協(xié)同城市內外各方提供的網(wǎng)絡服務，可直達智慧城市n解決網(wǎng)絡宏觀層面的“橫向協(xié)同”問題，需采用“網(wǎng)絡服務協(xié)同”這種宏觀層面技術 各系統(tǒng)、站點、子網(wǎng)提供出網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡服務協(xié)同機動態(tài)協(xié)同網(wǎng)絡服務提供網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡服務協(xié)同網(wǎng)絡化+信息化 城市運轉協(xié)同化 城市運轉智慧化協(xié)同化+智慧化直達智慧城市協(xié)同網(wǎng)絡服務協(xié)同運轉的智慧城市網(wǎng)絡服務已經(jīng)成為人們生活工作、城市運轉和各行各業(yè)的基

9、礎智慧城市層面的需求問題模型2.個人網(wǎng)絡服務環(huán)境PSEn需要主動、精準、泛在地協(xié)同和網(wǎng)絡服務，而不是匯聚在某個或某幾個站點被動地讓人們尋找n用戶通過有線網(wǎng)絡、WiFi、移動互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)，隨時可以得到自己所需的服務n真正實現(xiàn)面向用戶個人的網(wǎng)絡應用服務、網(wǎng)絡服務協(xié)同的泛在和用戶跟隨n讓人們感受，協(xié)同、泛在的智慧城市服務方式和生活體驗其它城市移動網(wǎng)政府CBD 銀行 商貿(mào)居民社區(qū)數(shù)字城市水 電 燃氣 環(huán)境機場 車站 道路交通文化 教育 衛(wèi)生 旅游PSE服務PSE服務PSE服務PSE服務PSE服務PSE服務PSE服務3.基于各點自治的控制管理機制n 精確控制管理網(wǎng)絡服務和網(wǎng)絡服務協(xié)同n 基于“各點自治

10、”的統(tǒng)一控制管理機制n 靈活切合現(xiàn)行管理制度：明確劃定應用業(yè)務與數(shù)據(jù)的歸屬權、管理權與使用權、各系統(tǒng)仍繼續(xù)自行管理基于各點自治的統(tǒng)一控制管理協(xié)同機控制管理協(xié)同機控制管理協(xié)同機控制管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理網(wǎng)絡宏觀層面網(wǎng)絡微觀層面n需求實現(xiàn)過程：各方參與配置網(wǎng)絡服務協(xié)同及其規(guī)則，網(wǎng)絡服務協(xié)同機制動態(tài)協(xié)同網(wǎng)絡服務n智慧程度：隨著網(wǎng)絡服務協(xié)同的增加，城市的智慧程度不斷增加，并且，只取決于網(wǎng)絡服務協(xié)同的范圍、規(guī)模和方式，不增加技術難度，充分利用已有資源，而不需再花費巨大投資推倒重來實現(xiàn)智慧城市層面的各種需求不影響各系統(tǒng)安全性靈活切合各方管理制度無需改動

11、或集成系統(tǒng)與各方系統(tǒng)技術體系無關互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)城市外部各方系統(tǒng)城市內部各方系統(tǒng)網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡服務用戶用戶（網(wǎng)絡服務協(xié)同）多點協(xié)同的網(wǎng)絡服務協(xié)同機制 網(wǎng)絡服務協(xié)同網(wǎng)絡服務協(xié)同智慧城市層面的各種需求n自網(wǎng)絡出現(xiàn)以來，此鴻溝一直存在：集成、互通、共享、協(xié)作、代理服務、消息總線、ESB、云計算、云端、Agent等基于OSI-RM七層模型的微觀層面的技術方法，在接近鴻溝的宏觀一側時尚無進展n構建智慧城市，需要跨越網(wǎng)絡鴻溝解決問題，例如實現(xiàn)用大量的網(wǎng)絡微觀層面資源，智慧城市層面的需求跨越網(wǎng)絡宏觀與微觀，讓用戶可以隨時得到自己所需的服務，即網(wǎng)絡服務泛在與用戶跟隨跨越網(wǎng)絡宏觀與微觀的控制管理跨越網(wǎng)絡宏觀與微

12、觀間的“鴻溝”網(wǎng)絡微觀層面智慧城市局部微觀層面網(wǎng)絡宏觀層面智慧城市整體宏觀層面跨越網(wǎng)絡的宏觀與微觀間的“鴻溝”各方各系統(tǒng)、站點和子網(wǎng)通過網(wǎng)絡服務協(xié)同，直達智慧城市部署安裝網(wǎng)絡服務協(xié)同機各方登記網(wǎng)絡服務配置網(wǎng)絡服務協(xié)同快速構建各方對智慧城市提供網(wǎng)絡服務系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)站點站點站點站點站點站點市外市內智慧城市城市互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)演進發(fā)展：配置新的網(wǎng)絡服務協(xié)同、添加網(wǎng)絡服務或協(xié)同機智慧城市需要新一代網(wǎng)絡n上述需求問題，是宏觀層面的問題、基礎層面的問題，實際上是網(wǎng)絡技術問題n需要智慧城市的網(wǎng)絡基礎來解決：不可能由各方系統(tǒng)或站點自行解決，而且只能在連接各方的網(wǎng)絡通信過程中進行，智慧城市需要“既能傳輸數(shù)據(jù)，又能協(xié)同網(wǎng)絡服務”的網(wǎng)絡n需要對網(wǎng)絡引入網(wǎng)絡服務協(xié)同機制，以及基于此協(xié)同機制的，個人PSE服