数字城市泛在感知体系白皮书

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 目录 contents 序言 03 一、 泛在感知体系建设背景 07 1.1 相关政策 08 1.2 国内外现状 10 1.3 问题与挑战 12 二、 泛在感知体系建设目标 15 2.1 物联感知，智能设备快速接入 17 2.2 信息感知，海量数据标准化管理 18 2.3 事件感知，复杂场景精准识别 19 2.4 交互感知，用户体验可视化展现 20 2.5 决策感知，城市治理协同联动 21 三、 泛在感知体系建设架构 23 3.1 总体架构 24 3.2 主要功能 25 3.2.1场-感知中心层 25 3.2.2云-感知平台层 26 3.2.3管-感知网络层 27 3.2.4边-感知接入层28 3.2.5端-感知终端层29 3.3支撑功能31 3.3.1安全保障31 3.3.2能力集成32 3.3.3运行维护34 四、泛在感知体系核心关键技术37 4.1智能传感监测38 4.25G移动通信40 4.3云边协同计算42 4.4IoT全场景接入44 4.5泛协议标准化解析46 4.6大数据实时计算48 4.7多模态数据融合50 4.8跨媒体数据解析52 4.9实景三维重建54 4.10时空数据处理56 4.11时空云端渲染58 4.12城市信息模型60 五、 泛在感知体系典型业务场景 63 5.1 场景一：数字应急 64 5.1.1 城市生命线 64 5.1.2 生产安全 68 5.1.3 自然灾害 73 5.1.4 公共安全 75 5.2 场景二：数字市政 79 5.3 场景三：数字城市治理 83 5.3.1智慧城管 83 5.3.2智慧镇街 89 5.4 场景四：数字BIM/CIM 94 5.4.1智慧建造 94 5.4.2智慧楼宇 101 5.5 场景五：数字社区/园区 108 5.5.1社区治理 108 5.5.2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 PART 1.1 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， 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。 PART 1.2 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（Society5.0）”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、 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。 PART 1.3 问题与挑战 （1）数字基