智慧城市的结构问题探索

1、智慧城市的结构问题探索陈亦工陈亦工 北京大学数字中国研究院创新与治理中心北京大学数字中国研究院创新与治理中心目前许多城市在建设智慧城市，各种令人困惑的问题越来越多，尤其是智慧城市层面的需求和整体结构问题。量变到质变，智慧城市整体上超出了IT领域已有知识范围，并呈现出开放性复杂巨系统的许多特性；从大环境看，我国在联合国经济与社会事务部全球信息化排名：2006年57位、2008年65位、2010年72位、2012年78位，与我们的大国地位不符。这迫使我们思考，不能再继续在黑暗中摸索、瞎子摸象，要以更为开阔的结构学视野，通过探索其结构，揭示其性质、机制和原理，在技术上创新，提供技术途径和方法学模型，

2、而不是盲目追逐国际所谓的先进技术。前言当前的困惑不是也不可能是一种静态的确定性结果更不是一大堆系统的整合、互通或共享构建智慧城市n需求分析n方案设计n构建和演进发展n智慧城市服务运营主要是整体宏观性的结构问题，超出了IT领域已有知识范围，例如：n 需求、要素和关联关系的不确定性n 各方面的系统和站点不断变化n 智慧城市本身不断动态演进发展n 以上情况下，不可能横向集成或互通 n结构：自然界和社会中的事物之间和事物内部各部分之间的各种相互关联关系，是自然界和社会普遍存在的现象和性质，各种科学技术都是关于结构的模型n结构的作用：规定事物的性质、机制、原理和功能，是分析/综合各种事物和问题钥匙n结构

3、学：出现于19世纪末 主要研究结构的性质、机制、原理、变化和衍生等，以及结构和结构变化对事物的作用 以更开阔的视野，更宏观和更深入地揭示事物的性质、机制、原理、功能和它们相互关系 前沿领域：不再停留在对结构变化和不确定性问题推测上，进一步研究结构的动态衍生和变化原理，为解决各种复杂巨系统问题提供理论基础和方法学模型基础n结构学的基础地位： 是当代科学技术的共同基础，促生了许多当代科学技术。例如，系统学、控制论、协同学和管理学，计算机范式、软件工程和网络技术，当代物理学、化学、生物学和环境科学，思维科学、分析哲学和语言学，以及当代经济学、社会学、 为解决复杂性、综合性的现代科学技术问题，提供跨越

4、不同学科，跨越宏观与微观的桥梁结构学的作用和意义n从结构学角度看 智慧城市及智慧城市层面的各种需求，涉及城市内外大量的系统、站点和子网，整体上，已经超出具体系统、站点和子网的范围 量变到质变，属于网络宏观层面的宏观性问题，并同时具有整体宏观与局部微观两个基本层面 整体上，与各局部微观采取的不同具体技术无关智慧城市及智慧城市层面需求的宏观性局部微观层面（网络微观层面）整体宏观层面（网络宏观层面）各方系统、站点和子网提供的网络服务智慧城市服务网络宏观层面网络微观层面网络服务不同于过去信息化的整合、互通、共享等微观层面的问题n 智慧城市的性质、结构、机制、原理和技术，由整体宏观层面规定，而非微观层面

5、n 整体结构问题集中在整体宏观层面n 智慧城市层面的各种需求，属于整体宏观层面，也要在此层面实现智慧城市关键在于其整体宏观层面关键是解决整体结构问题局部微观层面（网络微观层面）整体宏观层面（网络宏观层面）各方系统、站点和子网提供的网络服务智慧城市服务网络宏观层面网络微观层面网络服务微观层面技术:n不具备宏观层面的结构、机制和原理n既不能解决宏观层面的问题，也不能跨越网络宏观与微观层面间的鸿沟解决问题需求、要素和关联关系的不确定性的根源n在宏观层面上，协同的自组织过程所产生的结构动态性和不确定性，导致智慧城市和智慧城市层面需求的不确定性和复杂性的根源n智慧城市不可能一天建成，要经历动态演进发展过

6、程，并还将导致需求的变化和演进n既不可能阻止需求、要素和结构的变化，也不是硬性规定或削足适履裁剪需求，就可以化解的问题“整体大于各部分之和”协同效应协同效应需求、要素和关联关系，动态变化且不确定不确定性不确定性在无外界干预下，各方自发关联，形成动态和不确定的结构，进而组成可动态演化整体自组织自组织协同城市在运转中发展、问题在运转中产生、也要在运转中解决 在城市运转中解决问题，需要方方面面协同和智慧城市管理城市服务城市运行发展问题民生问题城市运转协同运转的有机整体智慧城市在城市运转中解决问题结合城市实际，解决实际问题的智慧城市城市运转协同化、智慧化n 主要原因是： 需求、要素和关联关系的不确定性

7、问题，由协同产生，也要由协同来化解 城市中已建成的信息系统成千上万，技术、功能、数据格式各异，而且各方面的系统和站点不断变化，智慧城市本身不断动态演进发展，想要靠集成是不可能实现的 整体宏观层面的问题，不可能由各方系统和站点自己来解决，或者在微观层面用“垂直集成、横向互通”、数据共享、系统或对象协作等微观层面的技术方法来解决 智慧城市要解决城市的实际问题，就必须支持城市运转的协同化、智慧化，其核心基础是网络服务协同 需要采用网络服务协同，跨越网络宏观与微观间的“鸿沟”解决问题n 因此，智慧城市不可能是横向的集成或互通，而是“横向协同”问题，即“网络服务协同”问题智慧城市需要解决的是“横向协同”

8、问题 组织协同网络服务 个人网络服务环境PSE 基于各点自治的控制管理“横向协同”需要解决的三个方面基础性问题1.网络服务协同城市运转协同化、智慧化的核心基础n既是城市运转协同的一个方面，又是其他方面协同化、智慧化的基础和手段n通过动态协同城市内外各方提供的网络服务，可直达智慧城市n解决网络宏观层面的“横向协同”问题，需采用“网络服务协同”这种宏观层面技术 各系统、站点、子网提供出网络服务网络服务协同机动态协同网络服务提供网络服务网络服务协同网络化+信息化 城市运转协同化 城市运转智慧化协同化+智慧化直达智慧城市协同网络服务协同运转的智慧城市网络服务已经成为人们生活工作、城市运转和各行各业的基

9、础智慧城市层面的需求问题模型2.个人网络服务环境PSEn需要主动、精准、泛在地协同和网络服务，而不是汇聚在某个或某几个站点被动地让人们寻找n用户通过有线网络、WiFi、移动互联网、移动网，随时可以得到自己所需的服务n真正实现面向用户个人的网络应用服务、网络服务协同的泛在和用户跟随n让人们感受，协同、泛在的智慧城市服务方式和生活体验其它城市移动网政府CBD 银行 商贸居民社区数字城市水 电 燃气 环境机场 车站 道路交通文化 教育 卫生 旅游PSE服务PSE服务PSE服务PSE服务PSE服务PSE服务PSE服务3.基于各点自治的控制管理机制n 精确控制管理网络服务和网络服务协同n 基于“各点自治

10、”的统一控制管理机制n 灵活切合现行管理制度：明确划定应用业务与数据的归属权、管理权与使用权、各系统仍继续自行管理基于各点自治的统一控制管理协同机控制管理协同机控制管理协同机控制管理系统管理系统管理系统管理系统管理系统管理系统管理系统管理系统管理系统管理网络宏观层面网络微观层面n需求实现过程：各方参与配置网络服务协同及其规则，网络服务协同机制动态协同网络服务n智慧程度：随着网络服务协同的增加，城市的智慧程度不断增加，并且，只取决于网络服务协同的范围、规模和方式，不增加技术难度，充分利用已有资源，而不需再花费巨大投资推倒重来实现智慧城市层面的各种需求不影响各系统安全性灵活切合各方管理制度无需改动

11、或集成系统与各方系统技术体系无关互联网及移动互联网城市外部各方系统城市内部各方系统网络服务网络服务用户用户（网络服务协同）多点协同的网络服务协同机制 网络服务协同网络服务协同智慧城市层面的各种需求n自网络出现以来，此鸿沟一直存在：集成、互通、共享、协作、代理服务、消息总线、ESB、云计算、云端、Agent等基于OSI-RM七层模型的微观层面的技术方法，在接近鸿沟的宏观一侧时尚无进展n构建智慧城市，需要跨越网络鸿沟解决问题，例如实现用大量的网络微观层面资源，智慧城市层面的需求跨越网络宏观与微观，让用户可以随时得到自己所需的服务，即网络服务泛在与用户跟随跨越网络宏观与微观的控制管理跨越网络宏观与微

12、观间的“鸿沟”网络微观层面智慧城市局部微观层面网络宏观层面智慧城市整体宏观层面跨越网络的宏观与微观间的“鸿沟”各方各系统、站点和子网通过网络服务协同，直达智慧城市部署安装网络服务协同机各方登记网络服务配置网络服务协同快速构建各方对智慧城市提供网络服务系统系统系统系统系统系统站点站点站点站点站点站点市外市内智慧城市城市互联网动态演进发展：配置新的网络服务协同、添加网络服务或协同机智慧城市需要新一代网络n上述需求问题，是宏观层面的问题、基础层面的问题，实际上是网络技术问题n需要智慧城市的网络基础来解决：不可能由各方系统或站点自行解决，而且只能在连接各方的网络通信过程中进行，智慧城市需要“既能传输数据，又能协同网络服务”的网络n需要对网络引入网络服务协同机制，以及基于此协同机制的，个人PSE服