数字城市泛在感知体系白皮书.pdf

海纳云数字城市泛在感知体系白皮书03序 言foreword当今世界已进入数字化时代，5G、物联网、人工智能、大数据、数字孪生等新技术趋于成熟，让人类的科技文明发展到了一个新高度，科技也开始反哺城市建设，数字城市也由此应运而生。伴随着城市中大量跨领域协同场景与技术的深度融合，驱动数字城市架构持续演进、技术不断迭代、应用不断创新。城市作为一个善感知、会思考、可进化的有机生命体，唯有加快数字城市感知体系，才能从根本上提升城市感知能力，强化“数据赋能”。城市感知体系涉及到产业链中软件供应商、硬件供应商、系统集成商、城市管理者、城市建设者、社会民众等多种角色，亟需在建设之初就明确目标、做好顶层设计、突破关键技术，并提供一个开源、安全、统一、自迭代的生态平台。数字城市感知体系既是一个开放包容的体系，也是一个复杂多变的巨系统，特别是在从行业垂直大脑到城市综合大脑的演进过程中，仍存在诸多需要解决的难点问题。海纳云，作为数字城市领域一颗冉冉升起的新星，在城市感知体系建设与实践中发挥了重要的作用。本白皮书基于海纳云在城市感知体系建设的多年成果，出版恰逢其时。该书系统梳理了数字城市感知体系的发展背景，总结出感知体系建设的五大目标，并从建设架构、关键技术、典型业务场景等多个维度，围绕城市感知数据的获取、传输、存储、处理和使用等方面进行了全方位论述。相信通过本书的出版发布，进一步推进智慧、绿色、环保、韧性的数字中国建设进程。同时，也希望和业界同仁一起，分享数字城市的建设成果以及城市治理的经验，让城市可感知、能执行，实现物理世界和数字世界的连接，真正让城市充满流动的“智慧”。中科院信工所副所长王伟平04目 录contents序言 03一、泛在感知体系建设背景 071.1相关政策 081.2国内外现状101.3问题与挑战12二、泛在感知体系建设目标 152.1物联感知，智能设备快速接入172.2信息感知，海量数据标准化管理 182.3事件感知，复杂场景精准识别192.4交互感知，用户体验可视化展现 202.5决策感知，城市治理协同联动21三、泛在感知体系建设架构 233.1总体架构243.2主要功能253.2.1场-感知中心层253.2.2云-感知平台层263.2.3管-感知网络层27海纳云数字城市泛在感知体系白皮书053.2.4边-感知接入层283.2.5端-感知终端层293.3支撑功能313.3.1安全保障313.3.2能力集成323.3.3运行维护34四、泛在感知体系核心关键技术 374.1智能传感监测384.25G 移动通信404.3云边协同计算424.4IoT 全场景接入 444.5泛协议标准化解析464.6大数据实时计算484.7多模态数据融合504.8跨媒体数据解析524.9实景三维重建544.10时空数据处理564.11时空云端渲染584.12城市信息模型6006五、泛在感知体系典型业务场景 635.1场景一：数字应急645.1.1城市生命线645.1.2生产安全685.1.3自然灾害735.1.4公共安全755.2场景二：数字市政795.3场景三：数字城市治理 835.3.1智慧城管835.3.2智慧镇街895.4场景四：数字 BIM/CIM 945.4.1智慧建造945.4.2智慧楼宇1015.5场景五：数字社区/园区1085.5.1社区治理1085.5.2园区管理114六、泛在感知体系总结与未来展望 119七、关于海纳云 121泛在感知体系建设背景081.1PART相关政策在数字中国建设及“十四五”规划政策背景下，国家大力推动新型智慧城市建设。智慧城市建设的重要基础设施之一的“物联网”被作为重头戏加快推进，国家部委和各地政府陆续出台相关政策，推行城市感知体系规范化建设，在城市治理、公共安全、交通运输、水利监测等各行业，物联网的智慧连接需求呈现出爆发性增长趋势，城市治理一网统管的需求愈加强烈。2021 年 10 月，工信部、网信办、住建部等八部门印发国家物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023 年），要求打造系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系，推进物联网新型基础设施建设，充分发挥物联网在推动数字经济发展、赋能传统产业转型升级方面的重要作用，并在创新能力、产业生态、应用规模、支撑体系等方面分别制定了行动目标。2022 年 1 月，国务院发布“十四五”数字经济发展规划，要求加快建设信息网络基础设施，提高物联网在工业制造、农业生产、公共服务、应急管理等领域的覆盖水平，增强固移融合、宽窄结合的物联接入能力。2022年7月，住建部与国家发改委共同发布了 “十四五”全国城市基础设施建设规划，要求推动城市基础设施智能化建设与改造，加快推进城市交通、水、能源、环卫、园林绿化等系统传统基础设施数字化、网络化、智能化建设与改造，加强泛在感知、终端联网、智能调度体系构建，在有条件的地方推进城市基础设施智能化管理，逐步实现城市基础设施建设数字化、监测感知网络化、运营管理智能化，对接城市运行管理服务平台，支撑城市运行“一网统管”。2022 年 8 月，中央网络安全和信息化委员会印发“十四五”国家信息化规划（以下简称规划），对我国“十四五”时期信息化发展做出部署安排。为使社会各界更好理解规划的主要内容，中央网信办组织有关专家学者对规划各项重点任务进行研究解读，共同展望数字中国建设新图景。此外，我国多地在“十四五”规划时均指出，要加快智慧城市、新基建等规模部署，海纳云数字城市泛在感知体系白皮书09推进新技术等基础设施建设，推动传统基础设施升级，建设新一代信息基础设施体系。智慧城市、数字城市转型等相关专项规划也相继推出。2021 年 7 月，北京市发布了关于加快建设全球数字经济标杆城市的实施方案，提出建设全感知城市，作为把北京市建设成为全球数字经济标杆城市的重要手段之一。2021 年 10 月，上海市发布了上海全面推进城市数字化转型“十四五”规划,明确了“十四五”时期上海城市数字化转型的“1+4”目标体系，提出完善城市人工智能物联网基础设施的主要任务，计划到 2025 年建成物联感知终端数超过 1 亿个，开放公共数据规模超过 15 亿条，更精准、更全面地为上海市数字化转型保驾护航。2021 年 11 月，北京市大数据工作推进小组办公室印发了北京新型智慧城市感知体系建设总体方案，要求“集约开展感知终端建设，加强全市感知终端分建统用，统筹共用感知网络、感知数据管理和 Al分析能力，避免重复建设”，提出以城市治理、网络诉求、经济调控、文化旅游、物资供应、生活保障等专题应用建设为牵引，打造物联、数联、智联三联一体的新型智慧城市感知体系，加快建立底账清晰、全域覆盖、网络通畅、数据共享、智慧共用的智慧城市感知体系。通过支撑城市的智慧感知服务，辅助政用、民用、商用，成为全球超大城市感知体系的领先者。2022 年 3 月，深圳市发布推进新型信息基础设施建设行动计划（2022-2025 年），提出加快构建物联感知体系，在城市公共安全、公共建筑设施、城市公共服务等领域全面感知，打造城市级的物联感知平台，实现感知终端状态数据的实时采集、处理与传输，推动多源感知应用，实现城市生产生活、城市管理运行的协同，提升城市自感知、自适应、自决策能力。101.2PART国内外现状在国外，美国是最早展开智慧城市建设的国家之一，在 IBM 提出智慧地球的概念后不久，美国的迪比克市于 2009 年 9 月与 IBM 合作，利用物联网技术将城市水、电、油、气、交通、公共服务等资源连接起来，通过感知、监测、分析、整合和展示各种数据，对整个城市资源使用情况一目了然，智能化响应市民需求，并降低城市能耗和成本，有效推动了政府行政效率和城市管理水平跃升。日本政府早在 2016 年就提出“5.0 社会（Society 5.0）”的概念，提出物联网的普及将打破各个领域间的信息界限，推动现实世界数字化。日本东京都于2020年2月制定了 “智慧东京”实施战略。近些年，东京开始了以区域改造为核心的城市更新，这种改造，往往是以建设“城市综合体”的形式出现，名曰“城中城”。东京港城竹芝城市综合体，对综合体内的建筑进行了 5G 信号全覆盖，并融入了 AR、VR 等技术，通过全方位布置的物联感知设备使综合体内的上班族可以随时掌控大楼内外的人流、温度、湿度，而且还可以随时提醒人们电梯的混杂状况、提出分散建议。市民可通过专用的 APP 获得对家电的远程控制操作、查询电力使用情况、人体感应照明、室内温度湿度显示与调控、订餐送餐、购超市商品自动送货等 20 多种服务。与国外智慧城市建设相比，我国虽然起步较晚，但通过概念导入、试点探索和统筹推进等三个阶段的发展，目前已经形成相对完备的基于智能物联感知的智慧城市建设体系。北京市以城市安全运行和民生服务保障为重点，面向城市运行安全、应急、韧性、便民及“双碳”等多目标决策需求，整合现有感知基础，补齐短板弱项，加强基础感知和算力建设，统筹开展城市运行感知体系建设，夯实城市运行智慧应用基础。通过深化感知数据的应用，充分挖掘多源异构数据价值，实现从“仪表盘”到“驾驶舱”的跨越。首先是对全市城市运行感知体系现状进行梳理，摸清家底，建立基础台账，整合感知资源，形成“时空一张图”；制定管理标准和编码规则，共享感知数据，形成“感知一张网”。其次，将能源、水务、交通、应急、环卫、市政设施、气象等领域作为重点任务，开展对燃气管网、相邻地下空间可燃气体、危化品、自然灾害、生活垃圾、建筑垃圾、地下管线、海纳云数字城市泛在感知体系白皮书11路灯照明、大型户外广告、充电/氢站、井盖等一系列城市感知设施运行状态的监测与预警，从而对城市韧性进行动态评估。上海市则坚持“一网统管”和“一网通办”双管齐下。其中，“一网统管”侧重管理，依托分布在全市的上亿个智能物联终端，每天汇聚、共享、交换超过 10 亿条数据，让超大城市巨系统变得“透明可控”。在感知体系建设方面，上海市以“一网统管”为抓手，注重实战应用，围绕具体应用场景，建设城市运行感知体系“神经元”，并初步实现了城市运行态势感知和趋势预判。截至2022年6月，整个体系已支撑全市超过70个部门/单位、200 多个系统、1200 多个应用，助力推动城市治理模式、治理体系的颠覆性变革，支撑对城市复杂巨系统进行智慧、动态、精细的调控，并在迎战台风“烟花”和强降雨天气应急处置中取得了成效。广州市近年来着力打造集感知、分析、服务、管理、指挥于一体的“穗智管”城市运行管理中枢，推动城市治理智慧化转型。截至 2022 年 7 月，“穗智管”已对接 35 个市直部门、共 115 个业务系统，接入全市 8.4 万个物联感知终端设备，归集超 72 亿条城市运行数据，生成城市体征数据项 3103 个，基本实现城市运行态势“一屏统观”、城市运行体征重点指标“一图统揽”，为各级领导科学决策、指挥调度提供了智慧化支撑。成都市打造了智慧蓉城市域物联感知中心，感知中心通过感知终端、通信网络、管理平台等构建起万物互联的城市神经网络，实现物与物的联结、物与人的联结，汇聚城市脉搏（传感、定位、射频识别）类感知数据及城市影像数据。根据计划，成都市将在2023 年末完成 300 万个前端感知终端的建设，到 2025 年末通过自建、带动社会资本共建，共计接入 5000 万个感知数据，实现多元渠道布局千万级社会治理感知节点。合肥市以公共安全科技为支撑，融合物联网、云计算、大数据、BIM/GIS 等现代信息技术，感知桥梁、燃气、供水、排水、热力管网等城市生命线运行状况，分析生命线风险及耦合关系，深度挖掘城市生命线运行规律，打造合肥市智能化城市安全运行管理平台，形成了城市生命线系统风险的及时感知、早期预测预警和高效处置应对的“合肥模式”，通过“前端感知风险定位专业评估预警联动”一体化，实现城市生命线工程安全运行和管控精细化治理。12（1）数字基础设施引领不足，亟需统筹加快基础设施建设近年来，国内智慧城市建设如火如荼，当前正处于从一二线城市向三四线以及县级城市深入建设的关键时期，各地秉承“前瞻领先、集约共享、安全可靠、敏捷开放”的理念，全面完善自上而下的数字基础设施体系，提升城市在物联传感、通信网络、数据融合、AI能力、时空孪生等领域的基础建设，推动典型应用场景先试先行，不断统筹省、市、区（县）、镇（乡）、街道、社区的一体化物联感知体系，实现城市全面的智能物联感知和资源效率的最大化。（2）海量感知设备管理难，亟需提升统一接入管理能力为了更广泛、更精准地感知到城市运行状态，越来越多的物联网设备被部署在城市中，设备连接数已成为衡量物联网目前发展状态的核心指标。根据 GMSA 预计，中国物联网连接数相比 20 年增长至 80 亿，当前已呈现爆发式增长态势。由于物联网设备厂家高度分散，接入协议种类多样，如何高效地对如此海量的物联感知设备进行统一接入和管理，继而破除各部门之间的数据孤岛，为后续物联感知数据的高效应用提供有效支撑，成为智慧城市建设关注的重点之一。（3）感而不知现象仍然普遍，亟需提升数据融合与分析能力在收集海量感知数据的基础上，要不断提升数据的数据融合以及分析能力。通过构建大数据平台、人工智能平台，实现对数据的高效处理和融合创新，改变传统智慧城市建设中出现的“感而不知”的现象，为智慧城市上层应用提供高效支撑。（4）城市管理要求不断提升，亟需提供精细化管理有效抓手根据中国科学院空天信息创新研究院对国内 75 个城市建成区的统计，建成区在过去近 50 年间面积扩大约 7.46 倍，达到 3 万多平方公里，传统网格员巡查的方式，面临着空1.3PART问题与挑战海纳云数字城市泛在感知体系白皮书13间维度上的覆盖度不足以及在时间维度上的及时性挑战，城市管理的监管方式和运行机制势必需要借助智慧城市的泛在感知体系，为城市的精细化管理提供更广阔的视角和更高效的应用。泛在感知体系建设目标16城市感知体系以物联网技术为基础，通过多种感知手段，提供对智慧城市的基础设施、环境、设备、人员等方面的识别、信息采集、监测和调控。城市感知体系是实现城市管理“自动感知、快速反应、科学决策”的关键基础设施，在智慧城市建设中具有不可替代的作用。感知体系为城市带来了敏锐的“视觉”（图像感知）、“听觉”（噪声监测）和“嗅觉”（大气监测），在全面提升城市品质、改善居住环境、增强应对风险的能力、全方位提升城市“韧性”方面发挥着重要作用。泛在感知则是普适计算、移动计算、人机交互、物联网和人工智能等多个领域交叉的一个新兴研发方向。在智慧终端、智慧家居、智慧社区、智慧园区、智慧城市以及自动驾驶等领域有着广泛应用，近年来也受到了来自学术界和产业界的关注与重视，是一个具有重大意义研究及应用的主题。在城市数字化改革与转型过程中，保障城市公共安全与提高城市治理的科学化水平、支持国家经济建设和社会发展的科学决策、带动新一代信息技术等战略新兴产业的跨越发展是当前和未来一段时间我国的重大战略需求。这些重大需求归结到一个共同的关键目标就是要构建一个无处不在、功能强大的数字城市泛在感知体系。与此同时，该体系也是一个复杂的巨系统，其复杂性主要体现在以下几个方面：（1）感知节点泛在分布。物理空间上亿级的视频监控终端和网络空间百亿级的计算机、智能手机等共同构成了一个庞大分布式的城市泛在感知信息网络。（2）感知数据泛在混杂。根据 IDC 的统计和预测，2025 年全球数据量将达到175ZB，中国数据量预计将达到 40ZB。城市级感知数据包括文本、图形、图像、视频、音频等相互关联的不同模态，且动态变化、真伪混杂。（3）感知对象泛在繁多。物理空间的感知对象主要包括场景、目标（人、车、物）、行为、人群密度、事件等；网络空间的感知对象包括网站、社区、论坛、博客、微博、话题倾向与传播情况、社会关系等。（4）感知事件泛在跨时空。城市事件的态势感知需要围绕一个主题进行长期跟踪，只有对跨时间、跨地域、跨物理空间和网络空间的感知信息进行关联聚合才能准确把握整个事件的来龙去脉。从城市治理的角度讲，就是要将海量庞杂、异质多源、大范围时空关联的城市级感知信息化繁为简，高效提炼出满足城市治理需求的、人可理解并利用的信息情报和知识资源，从而有效服务于城市治理态势的实时监控、预警预报和应急处理。可以预见，泛在感知体系作为智慧城市建设的重要使能基础，以物联网、大数据、人工智能、数字孪生等新一代信息技术为基础，通过在城市布设感知终端，实时收集监测多样化感知数据，智能挖掘分析数据信息，实现城市主要生命体征的实时感知，提升城市感知判断、快速反应的能力，是做好新型数字城市建设的关键一环，在超大城市治理中将发挥更大的作用。海纳云数字城市泛在感知体系白皮书17城市级物联感知的设备具有数量规模大、种类和品牌多、通信协议和数据格式不统一等特点。城市级物联感知平台以全域物联设备统一接入、数据汇聚、资源共享为建设目标，打通融合城市不同管理部门的物联数据，实现感知终端统筹共建，感知数据资源共享。物联感知应具备以下能力：（1）统一标准。建立统一、开放的物联设备接入协议规范，为各行业物联网设备提供统一的物模型。物模型作为产品数字化的描述，为城市数字孪生、数据共享交换、设备共建共享提供坚实的数据标准基础。（2）统一管理。满足城市全部设备的统一管理，支持百万级以上设备接入和万级以上 TPS 并发数据采集，提供分权分域功能，满足细颗粒度的权限管理，下属各部门共享平台能力。（3）广泛兼容。标准的建立和统一是循序渐进的过程，物联感知平台需要具备兼容接入城市存量物联设备的能力，针对不同设备种类和品牌，提供灵活、开放的私有协议接入和解析功能。（4）泛协议接入。城市感知终端包括各类智能传感器和安防监控设备，视频是 AI 分析的重要数据来源，也是城市管理部门决策的关键依据，因此物联感知平台应具备智能传感器和视频融合接入能力。（5）行业使能。物联感知平台应在设备全生命周期管理的基础上，融合视觉算法、行业算法等场景算法模型，挖掘物联数据在垂直行业中的应用价值，提供基于物模型的标准 API 和流媒体播放服务，赋能各场景业务层高效、便捷的数据共享和模块化应用。2.1PART物联感知，智能设备快速接入18信息感知基于城市多源异构大数据进行治理和分析。当前在智慧城市建设中，大数据中心扮演着城市大脑的角色，采集汇聚了来自城市不同业务部门、不同场景的智能设备和不同人群的过程、行为和位置等数据，这些城市主体元素的监测数据组成了大数据中心庞杂的数据源，大数据平台及各类数据挖掘与分析系统组成了大数据中心的数据分析引擎。信息感知应具备以下能力：（1）标准化接入。通过制定数据接口规范，以标准化、模块化的方式进行多源异构数据资源的接入并统一数据标准规范；提供采集全面、动态可配的数据接入机制，实现数据的获取采集、策略配置、任务配置、任务调度、数据加密、断点续传等数据采集功能。（2）自动化处理。通过合理设计 ETL 过程或者使用 ETL 开发工具，提高数据抽取、转换、加载效率。一方面保障采集的数据能正确、完整、规范地加载到数据仓库；另一方面，实现数据整合过程中的异常处理机制，如处理传输异常、数据加载异常、数据结构与质量异常等。（3）智能化监控。通过定义多种接口规范，实现运维监控管理，完成多源数据平台所有数据处理工作的统一执行调度，包括采集任务调度、资源调度、优先级设定等，统一调度能力包括统一调度配置、统一调度运行、资源控制、调度策略、调度监控等功能。在此基础上，以短信、邮箱等多种方式实现监控预警。（4）知识化组织。各部门通过数据共享，提取核心数据，形成主数据模型，确定主题域，整合关联数据，形成以业务实体为单位的数据关系网络，即知识图谱。（5）自助化应用。通过建设企业综合服务平台，依托服务权限和数据权限控制实现数据的便捷服务和应用。2.2PART信息感知，海量数据标准化管理海纳云数字城市泛在感知体系白皮书19事件感知将基于视觉智能、语音智能、语义智能等 AI 算法，实现城市智慧政务、智慧交通、智慧安防、智慧园区等多领域、多场景的事件自动精准识别，提升城市级事件感知能力，为城市应急处置及精细化治理提供服务。事件感知应具备以下能力：（1）算法快速生产。提供针对城市级多媒体数据的标注、清洗、模型构建、模型训练、模型优化等一站式 AI 模型快速生产能力，构建标准的 AI 算法生产线，具备环节内部、环节之间的自动迭代和自动流转功能。（2）模型高效管理。支持多框架、多厂商、多来源的 AI 模型导入与统一管理，并持续维护 AI 算法仓的模型更新迭代、效果评估、模型加密、版本管理等内容。（3）资源智能调度。支持 AI 服务的动态编排组合，提高模型组合调用效率及事件识别精度；统一监控并管理计算资源、存储资源等，支持资源的弹性调度。（4）事件精准解析。具备快速对接物联网平台、大数据平台的能力，并基于深度融合的 AI 技术对音视频等多媒体数据进行推理分析，构建以人、车、物、事件为核心的视图大数据服务体系，实现事件精准感知、风险预警等智能服务，为城市感知赋能。2.3PART事件感知，复杂场景精准识别20交互感知旨在通过 1:1 复原真实城市空间，在细度上将数据颗粒度细化到建筑内部的一根水管、一根电线、一个机电配件，在广度上覆盖了地上的建筑、地下的市政管网和隧道、地铁，建筑外部的一草一木，对城市进行全面数字化建模：可利用 GIS 系统实现城市从地下到地上地理信息的数字化，利用 BIM 模型构建城市的三维数据空间画像，同时整合城市遥感、北斗导航、地理测绘信息、智能建筑等城市空间数据，在数字空间模拟仿真组建出虚实映射的数字孪生城市模型。交互感知应具备以下能力：（1）三维数据高效存储。从空间索引结构、数据组织存储模型、数据编码压缩算法三方面设计数据分布模式驱动的空间索引算法，在索引空间划分的基础上构建了块状组织存储模型，以“块”为单元实现了精度自适应的智能空间数据编码压缩算法，以此来存储城市级三维模型文件。（2）模型轻量化处理。传统 GIS 多采用点、线、面等表面模型和 TIN、网格、构造立体几何等体模型来表达空间对象。这些模型对三维空间关系和拓扑关系的表达不足，难以支持三维的空间分析与计算，并实现有效的三维城市建模。通过自动轻量化处理能力，可在兼顾美观的同时便于浏览加载，提升用户感知体验。（3）多源异构数据融合。城市设计不仅关注宏观层面的城市形态，也关注小尺度、大比例尺的城市内部结构,以及地上、地下的全空间地理信息。在实际应用中，城市设计涉及多种与空间位置相关的基础数据，从时间维度上划分，包括城市的历史、现状和未来的规划数据、业务数据，从设计内容上，分为市政道路管线、地下管线、地上环境、小区建筑、街道广告等数据，从数据类型上，则包含传统的影像、矢量、地形数据，3Ds MAX数据、CAD 数据、三维精细模型，新兴的倾斜摄影模型、激光点云、BIM 以及虚拟的场数据等。多源数据融合成为数字城市感知体系建设必须要解决的重大问题之一。2.4PART交互感知，用户体验可视化展现海纳云数字城市泛在感知体系白皮书21决策感知融合物联感知、信息感知、事件感知和交互感知等能力，打造数字城市泛在感知体系。一方面，充分利用传感器和物联网技术，打造城市末端神经感知网络，将城市的状态感知网络延伸到城市各个角落，实现城市运行状态的“处处可感”；另一方面，通过数据汇聚、人工智能、数字孪生等技术，对收集的海量数据进行高效处理，实现海量数据和城市管理要素的“事事可知”，在城市管理、领导决策、群众服务等全方位打造人民满意的新型智慧化城市标杆。决策感知应具备以下能力：（1）城市运行一网统管。全面收集城市运行数据，打通市、区（县）、街道、社区等各层级，聚焦城市管理、公共安全、生态环保、应急指挥、特殊人员管理、重大项目保障、防汛防涝等场景，构建城市精细化治理系统，实现跨部门、跨领域、跨层级协同，对城市运行事件实现及时感知和高效处置。（2）精准决策一屏统览。打造汇聚城市各类数据资源、能够运算处理复杂数据信息的城市中枢控制系统，解剖城市中相互交织的各种因素、互为关联的各个领域、互为影响的各类问题，支撑决策、服务市民，实现城市各个要素的协调运转，让城市管理者能够及时全面了解城市运营管理各个环节的关键指标，增强城市运营管理能力，辅助领导高效决策，实现一屏观天下。（3）群众服务一网通办。聚焦政府内部业务高效运行，加快推进数据共享和系统对接，全面简化办事材料，推动从“减证便民”向“无证利民”转变。将政务服务设施延伸到社区和基层，构建群众政务办理“10 分钟圈”。同时，通过信息跨部门、跨层级、跨行业共享互认政务服务便捷高效办理为目标，驱动政务服务持续改进实现群众和企业办事“减材料，减环节，减时间，减跑动”，实现各类群众服务一网通办，推动营商环境进一步优化，提升群众办事满意度。（4）公众出行一码通行。建立统一的码证管理和服务体系，打通各类“互联网+公共服务”系统，贯通人、证的各个场景环节，实现不同公共服务领域二维码之间互认，为2.5PART决策感知，城市治理协同联动22企业和群众提供高效精准服务。同时，依托统一的数字身份认证，实现不同空间公共服务信息的共享，免去人们在出行、交通、防疫、人员防控、企业服务等场景重复认证、领取等烦恼，真正让大家实现公众出行一码通行的便利。泛在感知体系建设架构24数字城市泛在感知体系的架构从上到下包含场、云、管、边、端，分别对应感知应用层（SaaS）、感知平台层（PaaS+IaaS）、感知网络层、感知接入层和感知终端层，如下图所示。3.1PART总体架构海纳云数字城市泛在感知体系白皮书253.2PART主要功能依托具备全域感知、数据服务、AI 以及时空孪生等底层能力的感知平台层，感知应用层将形成感知体系的运行中枢，以此来横向打通各业务部门、纵向各层级的业务壁垒，全面感知城市运行体征，充分推进城市数据资源共享和集约整合，为数字城市泛在感知体系建设提供全方位的能力支撑。同时，感知应用层紧扣民生服务便捷化、社会治理精准化、社会经济绿色化、城乡发展一体化、网络安全可控化的目标，在城市治理、产业经济和惠民服务等领域形成具有鲜明特色的场景服务体系，构建从数据接入、数据赋能到场景服务的全流程数字城市建设能力。感知应用层的建设主要涉及以下方面：（1）在政府治理领域，重点聚焦政府基层和垂直业务领域，在镇街、乡村等政府基层治理单元以及应急、市政、城管、水务等城市治理的重点难点领域和薄弱环节，加强智慧化改造升级。（2）在民生服务领域，一方面基于政务数据的打通，为行政服务“一网通办”提供基础支撑，另一方面，聚焦智慧社区、智慧交通和智慧教育等应用场景，切实以提升人民群众的满意度为出发点，从教育养老、便民政务、社区服务、生活运营等领域，全方位为人民群众提供便捷化场景应用，让人民群众共享智慧城市建设成果。（3）在产业发展领域，通过感知体系汇聚投资、消费、就业、税收、财政、金融、能源等经济运行领域的监测数据，开展产业运行态势综合监测，为地方政府在产业经济运行分析、产业升级、新旧动能转换等重大决策领域提供及时、精准、有效的决策信息。3.2.1场-感知应用层26感知平台层作为整个泛在感知体系的 PaaS 层，向下连接城市中的各种感知终端，向上支撑感知应用层的各类场景，以此来解决海量终端的连接和管理、海量数据的实时分析与处理，以及城市数据的可视化仿真呈现，成为保障城市数字化转型的关键。作为落地这一理念的海纳云星海数字平台，可支撑 ISV（独立软件供应商）的公共支撑组件服务化，如大数据组件、基础数据库、中间件、数据采集等，实现上层应用的快速调度和业务发放，提升应用构建的效率。同时，通过管理城市统一的四库（人口库/法人库/宏观经济库/地理信息库），实现城市级的基础数据统一共享和交换，加速各部门的业务创新和服务质量的提升。感知平台层的建设主要涉及以下方面：（1）云计算管理。通过对基础设施的资源池化，实现对计算、存储、网络等基础设施的细粒度管理，以及对资源初始化、申请、发放和终止等阶段的管理。通过对物理资源和虚拟资源的使用分析，可对所有资源进行动态优化调整，以提高用户应用的运行效率和服务质量。（2）IoT 场景物联。提供对物联设备的快速接入，同时为应用开发者、业务管理运维服务人员提供物联感知服务，成为终端设备、数据处理与上层应用之间的纽带。同时，该中心提供协议匹配、设备及接入管理等功能，向下可以接入设备，向上可以为应用开发者提供开放 API，支撑上层业务高效创新应用。（3）大数据治理。提供对文本、音频、视频、图像等多模态感知数据的存储与管理。3.2.2云-感知平台层海纳云数字城市泛在感知体系白皮书27感知网络层是数字城市泛在感知体系的中间环节，是架设在感知平台层与感知接入层之间的桥梁。网络层由常见的通信网、互联网、物联网组成，其目的是把感知所采集的数据进行路由、传输与控制。在数字城市感知体系中，主要的无线传输技术包括5G、蓝牙、NB-IoT、LoRa、Zigbee、红外等。感知网络层的建设主要涉及以下方面：（1）5G。5G 作为最新一代的无线通信技术，其超高速率、超低时延、超大连接特性可实现智慧城市万物智联，人、机、物深度融合发展；同时，与云计算、大数据、人工智能以及物联网等为代表的新一代信息技术的深度融合，通过使 5G 网络末端应用场景灵活配置网络资源，满足智慧城市对网络差异化需求，成为支撑城市发展的重要“毛细血管”。（2）蓝牙。蓝牙是使用 2.4GHz 的 ISM 波段的 UHF 无线电波、基于数据包、有着主从架构的一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙技术在低带宽条件下邻近的两个或多个设备间的信息传输十分有用。蓝牙常用于电话语音传输（如蓝牙耳机）或手持计算机设备的字节数据传输（文件传输）。（3）NB-IoT。NB-IoT 构建于蜂窝网络，只消耗大约 180KHz 的带宽，可直接部署于3.2.3管-感知网络层在此基础上，利用自然语言处理、复杂图聚类和典型性相关分析等方法，实现海量跨媒体数据的分析挖掘，发现事件和对象之间蕴含的关联关系，建立跨媒体数据关联关系全景谱图，提取蕴含在跨媒体数据中与智慧城市相关的模式和知识。（4）AI 算法融合。提供精准的智能视频分析能力，完成对城市人员、车辆、事件三个维度的全景检测分析，明确“是谁在做什么事儿”，第一时间准确判断，并联动预警和态势研判。AI 算法融合作为城市感知平台层的核心技术，基于深度学习平台的不断迭代，支撑城市个性化、碎片化算法模型训练及调优。与此同时，构建城市知识图谱来精细化支撑城市领域各业务系统对 AI 服务的使用需求，赋能城市自我训练、持续演进。（5）数字孪生仿真。面向城市全要素感知对象的物理属性、时空属性、业务属性等数据，形成一个城市级共用的数字底座，以实现城市物理空间与数字空间的精准映射与智能运行。基于数字孪生及城市泛在感知体系，数字孪生可对各业务部门提供位置溯源、空间计算、人机交互、远程控制、监测预警等能力支撑，打造创新“去部门化”的集约治理和“一站式”服务模式。28GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级。我国三大运营商采用 NB 技术组建窄带物联网，其中电信的 NB-IoT 部署在 800MHz 频段，移动的 NB-IoT部署在 900MHz 频段，联通的 NB-IoT 部署在 900MHz 和 1800MHz 频段。（4）LoRa。LoRa 产业链比 NB-IoT 成熟更早，能耗更低。针对物联网快速发展的业务需求和技术空窗期，部分运营商选择部署 LoRa，我国一般用来自组网模式，作为 NB的一个补充。LoRa 采用非授权频谱，易受干扰。（5）Zigbee。ZigBee 是一种低功耗、低时延、高可靠性和短距离的无线通信协议，主要适用于无线自动控制领域，可嵌入各种小型设备之中，目前已经广泛应用于智能家居、工业自动化、智慧城市以及智慧农业等行业。（6）红外。红外遥控是利用近红外光进行数据传输的一种控制方式。近红外光波长0.76m-1.5m，红外遥控收发器件波长一般为0.8m-0.94m，具有传输效率高、成本低、电路实现简单、抗干扰强等特点。作为感知终端层和感知平台端的通讯枢纽，感知接入层将实现对现场的数据采集、通信协议转换、数据传输，并用标准化的协议进行数据转发，为设备信息化和大数据应用提供高效、可靠的数据通道。感知接入层的建设主要涉及以下方面：（1）通信接口。支持 RS485、RS232、IO、LORA、ZigBee、有线、WIFI、4G/5G，以满足不同的通信需求。（2）行业接口。支持 4 路 RS485 接口、2 路 RS232 接口、2 路 DI、2 路 DO、1 路USB 接口。（3）通信协议。支持ModbusRTU、ModbusTCP、MQTT、HTTP等，以适应多种工业设备。（4）安全可靠。支持国密加密算法，保障数据传输安全及数据存储安全。（5）大容量存储。具有强大的存储和外扩存储功能，可保存较长历史数据，掉电不丢失数据。（6）超低功耗。最高功耗应不超过 15W。3.2.4边-感知接入层海纳云数字城市泛在感知体系白皮书29（7）多重防护。提供硬件看门狗、软件看门狗、系统冗余等措施。（8）操作简单。提供图形化操作向导，以方便用户快速、简便地安装使用。感知终端层是物联网的核心，也是信息采集的关键部分。通过多种手段对现场环境进行数据采集、检测、综合分析、自动识别终端目标属性并发送给感知接入层进行统一整理，是感知体系中的数据信息来源与控制目标。该层的主要设备包括监控设备、水电表、温湿表、体征传感器、气体传感器、工业传感器、人行道闸、人行门禁、电子哨兵、车牌识别机、车辆道闸、车牌识别分体机、车牌识别道闸一体机、地感检测、车位引导屏、车位检测相机等。感知终端层的建设主要涉及以下方面：3.2.5端-感知终端层30（1）智能监控类终端。提供具有行为分析、高空抛物、人脸人行识别、车辆识别、烟火检测、周界检测、人车非检测等功能的智能摄像机；内置多种通信协议，支持GB28181、ONVIF、MQTT、HTTP、私有协议等；支持自有平台及第三方平台接入。（2）楼宇对讲类终端。提供超低功耗及待机功耗，最低 1.5W，工作功耗 13W；内置高灵敏度话筒、搭载高效语音降噪算法，增强对讲体验效果；支持国密加密算法，数据传输及存储安全可靠；支持本地及云对讲，端到端延迟小于 200ms。（3）智慧通行类终端。提供国密加密算法，数据传输及存储安全可靠；10 万级人脸库管理、毫秒级无感通行体验、小于 0.3测温误差；支持人脸、体温、身份证、二维码、IC 卡、密码、健康码、远程开门等多重开门组合方式，方便、安全通行；提供遇阻反弹功能和自动停机保护功能，在水平或垂直时机芯自锁，保护电机安全；具备高可靠性，工作环境温度-30 70，防护等级 IP66、工作湿度 0%90%，设备在恶劣环境可正常运行。（4）智慧停车类终端。提供高清识别算法与视频流判断；部署白名单，可识别假车牌，避免手机照片及纸质车牌导致的系统漏洞；提供视频自动触发、虚拟线圈触发、外部触发三种触发方式；提供遇阻反弹功能和自动停机保护功能，在水平或垂直时机芯自锁，保护电机安全。海纳云数字城市泛在感知体系白皮书313.3PART支撑功能考虑到数字城市泛在感知体系含有大量的软硬件资源以及重要敏感信息；同时，随着感知体系高度集中化和网络化的发展，以及为提高业务的灵活性和便利性使用大量的开放平台接口，使得对城市级感知体系的管理面临更多的运行风险和安全隐患，为此，需要通过安全保障的建设来确保泛在感知体系的可信、可管、可控和可靠。安全保障的建设主要涉及以下方面：（1）网络安全。根据实际需求划分不同的安全域，使得不同安全域采用防火墙技术3.3.1安全保障32对网络进行隔离，并分别设置不同的安全策略。通过部署防火墙系统、抗 DDOS 攻击系统、入侵检测系统等来有效保证网络安全。（2）通信安全。对传输的数据采用链路加密措施，防止通过网络窃听传输的敏感数据。对数据传输中的完整性进行校验，以此来确保数据的安全性、完整性和不可篡改性。（3）接入安全。对接入感知体系的外部设备实施统一安全管理，采用设备白名单的方式，仅允许经过平台认证与验证的