1、智慧城市神经网络基础平台建设可行性报告目录一、需求分析11.1国家新型城镇化战略与智慧城市建设11.2当前智慧城市建设所面临的问题11.3项目需求分析21.4项目在中小城市建设和推广的意义31.4.1示范应用区域选择的考虑31.4.2项目的意义4二、任务目标5三、实施方案73.1体系架构73.2智慧城市神经网络构建93.3资源管理子系统143.4进程控制子系统203.5智慧城市神经元模型333.6基础应用服务研发353.7应用示范383.7.1市政383.7.2环保473.7.3安防503.7.4交通513.7.5智慧社区整体解决方案523.7.6智慧街道整体解决方案55四、工作基础584.12、工作基础584.2队伍状况65广州中国科学院软件应用技术研究所66广东科海信息科技股份有限公司66中科智城软件有限公司67东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心68中国科学院深圳先进技术研究院68五、任务管理69六、经费概算与资源集成方案73七、承担单位法人代表意见75八、有关附件或佐证材料7587一、需求分析1.1国家新型城镇化战略与智慧城市建设智慧城市建设是我国新型城镇化建设的重要内容之一。城镇化进程在给我们带来新机遇的同时，也带来了一系列的挑战：如何合理利用城市的各类资源，提高城市居民的生活质量，并且使城市可持续发展成了亟需解决的问题。信息化是解决城市发展进程中所面临诸多问题的有效手3、段之一。国家新型城镇化规划明确提出推进智慧城市建设，要求统筹城市发展的物质资源、信息资源和智力资源利用，推动物联网、云计算、大数据等新一代信息技术创新应用，实现与城市经济社会发展深度融合，新型城镇化建设的持续深入将带动智慧城市建设不断推进完善。截止到2015年4月，住建部和科技部对第三批国家智慧城市试点名单的发布后, 住建部的智慧城市试点已达290个。智慧城市相关投资总额或达到4万亿元，智慧城市相关领域将成为政府下一轮投资周期的重点。1.2当前智慧城市建设所面临的问题从国内智慧城市建设情况来看，部分城市在部分领域取得了一定的成绩和效果，但也凸显了很多问题。在这些问题之中，最典型的就是不同领域垂4、直建设带来的“重复建设”和“信息孤岛”问题。过去数年来，各地政府在解决这两个问题上已经做了大量的工作，包括技术和体制建设上。典型地如视频共享平台的建设，以及省市区各级大数据主管部门的组建以及数据共享交换平台的建设，这些水平方向上的共享平台建设也收到了不错的效果。随着物联网的爆炸性增长，在智慧城市建设领域涌现出大量的物联网应用。在这些应用的建设中，也出现了物联网基础设施共享共通的迫切需求，如果不及时解决，又将出现新一轮的重复建设和信息孤岛。共享共通的物联网基础设施建设，已经成为智慧城市信息化基础设施中非常重要的部分。另外，在智慧城市的建设中，既有政府的工作，也有市场和社会资本的工作。研究智慧城市5、建设中政府和市场的分工，探索高效的运营模式，成为一个重要的课题。对于水平方向共享共通基础设施的建设，涉及到政府不同垂直管理部门的协调，如何有效统筹和建设运营；如何避免互联网经济发展中出现的“桉树效应”（税收集中到互联网企业总部所在地，各地贡献大量利润却享受极少税收），保证地方经济的健康良性发展；如何通过PPP（公私合营）等模式，实现项目建设的落地和本地化运营，实现智慧城市的健康长效发展；需要针对我国信息化现状和国情，摸索行之有效的建设模式和商业模式。1.3项目需求分析在城市的精细化管理中，涌向了大量的物联网应用需求。例如市政设施的智慧化管理（窨井盖监测等）、路灯智能调控、涵洞积水预警、空气质量6、环保安全监控、Wifi、微基站等等，所有这些物联网应用都需要解决一些共同的问题，主要包括：供电、载体、数据传输、控制平台。为每一个单独的应用去单独解决这些问题，就会出现“小马拉大车”的情况，为每一个应用建设一套基础设施，一方面成本很高，另一方面，带来新一轮的重复建设和信息孤岛问题。因此，建设共享共通的城市级物联传感基础平台是城市社会管理的基本需求。它将成为一个城市的神经网络，为智慧城市中的各种物联网应用提供公共支撑，最终做到智能化地感知城市民情、智慧化地预警城市动态、个性化地满足居民服务需求等。在物联传感基础平台的建设载体选择上，思科、GE、施耐德、Google等国际巨头一致认为最适合的载体7、是路灯。2015年7月，思科和GE领衔了对智慧路灯公司Sensity的7400万美元投资 ，目的就是建设面向全美乃至全球的基于路灯的物联传感网络。Sensity Systems是美国一家智慧路灯厂商，基于它的智慧路灯网络，提出了“Creating the smart and connected city, starting with lighting”的愿景，基于该平台接入各种传感器，并支持第三方智慧城市应用研发。目前全世界的路灯保有量超过40亿，如果将这些自带电源的杆子安上各种传感器、摄像头和无线网络，包括温湿度、光照强度、地震活动、辐射、空气质量、噪音、MAC地址追踪手机以及高分辨率的视频8、等等，将得到关于城市物联信息的大数据，这些大数据体现了城市的实时状态，基于这些物联网大数据可以有效地对城市进行各种智慧化的管理，发挥巨大的价值。 1.4项目在中小城市建设和推广的意义1.4.1示范应用区域选择的考虑本项目选择示范应用区域的主要因素包括：1）基础好，需求明确。区域信息化建设已经有一定的基础，对智慧城市建设中的各种物联网应用需求明确。2）区域适中，统筹有力。对于水平方向共享共通基础设施的建设，政府不同垂直部门的高位协调能力和建设落地的统筹能力，是决定示范项目成败的关键因素。为此，项目在选择示范区域的时候更多偏向于首先在规模适中，统筹力度较强的中小城市落地。在摸索出行之有效的建设模式9、之后，再向其他城市和区域进行推广。基于以上考虑，本STS计划任务选定了东莞XX和肇庆市端州区作为智慧城市神经网络基础平台及应用的两个示范地，并同时在广州南沙区庆盛、贵州贵安新区、安庆宜秀区、四川绵阳市等地进行成果推广。东莞XX高新技术开发区坐落于“广深港”黄金走廊腹地，地处东莞几何中心，南临香港、深圳，北靠广州，地理位置十分优越。XX规划控制面积72平方公里，坐拥8平方公里的淡水湖和14平方公里的生态绿地，是一个在国内具有示范意义、人与自然和谐共存的科技新城。目前XX的迎宾大道已经由中科智城公司实施了智慧路灯改造，具有较好的基础条件。同时，XX目标成为科技进步和自主创新的重要载体, 成为东莞科10、学发展示范区、产业升级引领区，成为珠三角乃至全中国产业转型的科技中心，XX管委会领导能够充分认识到本STS任务的先进性，将会提供极大的支持，因此在XX进行示范预计将取得较好的效果。肇庆端州区是我国中小城市的典型代表，2014年城区人口约45万，人均国民年收入9.2万元，刚好处于全国平均水平，具备较强的应用示范代表性。肇庆位于珠三角的边缘，随着高铁、轻轨、高速公路网等基础设施的完善，在不久的将来将与珠三角中心区完全融为一体，国家当前的“新型城镇化”战略，有利于肇庆的产业升级和进一步的城市化。目前端州已经采用了智慧社区智能监控平台进行城市事件和部件的管理，建立了区、街道（镇）、社区三级可视化管理体11、系，同时大力进行空间地理信息库的建设，同时具备了建设实施本STS计划任务的必要性和可行性。本STS计划任务建设的智慧城市神经网络基础平台及相关的城市管理、智慧社区、安防等应用。通过建设本平台，将采集示范地的各种城市体征数据，建立城市体征大数据库，基于大数据建立一系列的典型应用，并通过开放数据接口，引入第三方企业或者个人建立创新应用。本STS计划任务将尝试采用PPP建设模式，获取示范地基于路灯的增值服务特许经营权作为主要盈利方式，实践城市大数据的运营模式。通过在示范地的运营服务，形成一个模式清晰、可持续发展的智慧城市应用示范案例，向全国推广，促进“互联网+”战略在全国落地，带动地方传统产业转型升12、级。1.4.2项目的意义中小城市作为国家新型城镇化战略的发展重点，建设并推广智慧城市神经网络基础平台意义重大。具体表现在三个方面：第一，建设智慧城市神经网络基础平台，将物联网、移动互联、云计算等先进技术应用到城市公共管理和民生服务中，做到智慧化的精细管理，有效解决城市发展中遇到的各种问题，让智慧城市建设落到实处，收到实效。通过应用于智慧城市的物联网感知基础平台技术研究，平台具备了音视频、位置信息、状态信息等的各方面的可视化能力；通过对海量数据实现自动采集及互联共享，使城市的公共管理将不再是空泛的信息化管理模式，而是真正具备智慧化特征。让智慧城市建设落到实处，提高城市管理和服务的效率，让市民感受13、实效。第二，建设智慧城市神经网络基础平台，通过实践反馈，形成成熟的解决方案，在全国范围内推广。目前，我国许多省市都在大力推进智慧城市的建设，而物联网信息基础设施作为智慧城市的最基本组成单元，其建设优劣极大地影响着智慧城市的建设与发展。各地智慧城市的建设推进有快有慢，从全社会范围来说，每一个地方从头开始进行物联网基础平台的建设摸索，是非常消耗资源的，而且达不到足够好的效果。本STS计划任务以东莞XX和肇庆端州作为建设和运营服务试点。通过在建设实践中验证技术平台的可靠性，并通过实践反馈不断改进，形成成熟的技术平台，未来在全国其他城市的智慧城市建设中发挥作用，降低建设成本，提高建设效率。第三，通过在14、试点示范区域的实践，探索一套智慧城市落地和长期健康运营的建设模式和运营模式，总结经验和教训，未来在更大范围内推广应用。一方面，智慧城市的建设不是短期的项目建设，要保证应用的成功，需要有可持续的健康的商业模式，支持智慧城市建设成果的长期运营。另一方面，智慧城市的建设也不是单纯的技术问题，涉及到政府内部不同部门的协调，政府和市场的分工协调，如何保证项目的成功落地，需要摸索一套行之有效的建设模式。在中小型统筹力度较强的区域进行试点示范，有助于项目的落地成功，并从中总结归纳符合我国国情和信息化现状的建设模式，以支持未来在更大范围内的推广。另外，智慧城市神经网络基础平台的建设涉及物联网和智慧城市产业链上15、下游的各个环节：物联网终端、芯片、软件基础平台、生产厂商、工程厂商、EMC公司、系统集成商。通过项目的建设，有助于对智慧产业链条上下游的企业产生辐射拉动作用，带动试点区域地方现代信息服务业发展，促进地方产业转型升级。二、任务目标2.1科技服务目标本任务将东莞市作为成果应用和推广的第一服务目标。通过将东莞XX作为任务示范点，建立良好的示范效应，后续向东莞各镇街及国内其他区域进行推广。同时，任务还选择了肇庆端州区做一期示范区域。近年来，互联网经济蓬勃发展，在带动产业转型升级的同时，也给地方经济带来了一定的困扰。以电子商务为例，各地都将发展电子商务作为重点方向，但由于互联网经济的特点，主要的税收收入16、都落到互联网企业的注册地，出现了“全国税收支援杭州”的情况。在国际上，英国首先提出了针对在英国运营的国外科技企业征收转移利润税（又称“谷歌税”）的方案；在国内，各地政府也在考虑如何在发展互联网经济的同时，带动地方产业经济发展，解决地方收入和就业的方法。本任务在示范区域探索基于PPP（公私合营）的长期运营模式。通过在各地成立PPP项目公司，将政府和企业通过股份纽带联合起来，结合实践情况，探索行之有效的建设和运营模式，带动地方产业转型升级，解决以下问题：1） 通过政府的参与，将智慧城市神经网络基础平台建设中需要的特许经营权授予到项目公司，项目公司可基于此探索长期有效健康发展的商业模式。2） 智慧城17、市神经网络基础平台建设涉及到城市建设和管理中的各个部门，如何有效协调，实际落地，是智慧城市在各地建设中出现的典型问题。如何建立高位协调的机制，有效解决此问题，也是本任务建设的目标之一，在东莞XX和肇庆端州这样规模适中的项目实践中，尝试摸索和总结符合我国国情的解决办法，以支持未来在国内其他地方的推广应用。3） 通过落地在各地的PPP项目公司，解决地方政府困扰的产业空洞化问题。项目建设和运营的团队、技术、税收都落在当地，并且通过项目对整个产业链条的带动作用，促进产业转型升级，避免互联网经济带来的税收转移的“桉树效应”。通过在试点区域的摸索，探索地方政府欢迎，对地方产业发展有利的智慧城市建设模式。总18、结来说，本任务不仅要研发先进的技术框架：智慧城市神经网络基础平台；同时基于技术的支撑，探索智慧城市中非技术问题的解决方案。以中小城市为切入点，针对过去智慧城市建设中遇到的各种问题，摸索行之有效的建设模式和运营模式，切实带动地方经济转型升级和产业发展。形成成熟的模式，支持智慧城市在全国各地的建设和应用推广。2.2技术目标具体的技术目标包括：1） 研发智慧城市神经网络基础平台软件一套，为第三方提供开放数据和应用交互接口。2） 研发智慧城市神经网络基础平台硬件设施，包括支持PLC、Zigbee、IPV6/6lowpan等主流网络协议的智慧城市网关控制器、节点控制器等硬件装备，能够接入温度、湿度、PM19、2.5、积水、Wifi、广告牌等十余种传感器和控制设备。3） 选择东莞XX和肇庆市端州，建立智慧城市神经网络基础平台示范路段，基于该网络研发路侧停车、积水涵洞、路灯WiFi、窨井盖管理等十余项典型应用。4） 制定智慧城市神经网络平台的地方标准和国标草案。2.3进度计划本任务具体进度计划如下：1） 2015年2016年：在XX和端州区选定小范围的试点区域，在该区域内进行智慧路灯改造，并基于路灯灯杆建立Wifi、井盖监测、积水检测、路侧停车、安防报警、智慧社区等应用。2） 2016年2017年：在上年度工作基础之上，在整个XX和端州区进行全面推广，进行全城智慧路灯的改造，以及进行城市管理、民生服务20、应用的建设。通过与当地政府、当地公司建立PPP项目公司，政府一方面会出让一部分的特许经营权，另一方面会每年购买平台的城市管理服务。因此，项目的建设完成仅仅是开始。PPP项目公司会通过面向企业和个人的特许经营权(比如面向公众的Wif)进行盈利，同时政府每年还会购买其提供的城市管理服务费（比如窨井盖的管理）。这种模式就使得智慧城市从“建设”升级为“运营”，该模式与思科公司主导的美国堪萨斯城 和西班牙巴塞罗那 的建设模式相同，属于国内首创，能够为国内其他城市进行智慧城市提供积极参考。3） 2015年2018年：在建设东莞XX和肇庆端州的同时，任务团队还将与各地政府进行智慧城市项目的合作，计划将本任务21、成果推广到东莞各镇街、广州南沙庆盛、贵州贵安新区、安庆市宜秀区、四川绵阳等，打造中科院进行智慧城市建设和运营的品牌，并带动智慧城市、智慧路灯、LED等、物联网芯片装备制造、云计算等上下游产业发展。基于实际项目经验，制定智慧城市底层基础设施建设和运维的行业标准和国际标准。三、实施方案3.1体系架构智慧城市神经网络基础平台将基于智慧路灯系统进行创建。智慧路灯是智慧城市感知层信息采集最适合的载体，因为城市里面围绕着道路，而道路上排列有路灯，采用了智慧路灯控制系统的路灯更是具有了“有电、有杆、有网络、有平台”的特点。因此，整个平台取名为神经网络，就是寓意城市的各个区域被道路分割为各个区域，而每个区域里22、面都以路灯为中心建立了各种感知传感器，就像一个个大脑神经元。如下图所示是智慧城市神经网络基础平台的体系架构。图 1 智慧城市神经网络基础平台的体系架构整个平台的架构充分参考了传统操作系统的架构，将平台分为内核层和应用服务接口层。内核层中包含资源管理子系统和进程管理子系统。资源管理子系统可以接入基于智慧路灯神经网络的各种物联网设备，包括温湿度传感器、PM2.5传感器、紫外线传感器、积水传感器、烟雾传感器、酸雨传感器、摄像头、CO/CO2传感器等，还可以接入各种控制设备，包括Wifi、微基站、广告牌、充电桩等。这些海量的、异构的物联网设备将通过资源管理子系统统一接入，并通过抽象封装提供给上层应用。23、进程控制子系统将处理云计算级别的计算和存储资源的调度和分配，以及面对多租户环境下，根据不同的SLA动态进行资源调度的策略。应用服务接口层中主要封装了各种基础服务，提供了城市中各个业务领域的智慧城市神经元模型，并通过开放接口提供给上层应用。该神经元模型将采用领域特定语言(DSL)、脚本语言和规则引擎等几种形式封装底层物联网设备的访问，以及应用运行时按需进行资源弹性分配。这使得智慧城市应用的开发、部署和运营将极大的得到简化，从而加快智慧城市建设的步伐。3.2智慧城市神经网络构建智慧路灯控制网络是构件智慧城市神经网络的基础，我们主要研究在智慧城市建设中，面临的众多城市基础设施的智能感知的传输网络共性24、问题，本STS计划任务拟组建一个“有线PLC+无线自组网 + 移动通信”相结合的异构网络，同时基于这三种基础的通信网络，后续将可扩展更多的有线无线传感基础网络。研发的异构网络将提供标准的接入通信协议，建立标准的通信管道。基于该基础网络平台式时，只需要根据本通信协议对自己的接入设备稍加修改，即可以方便地接到本网络，并通过异构网络的基础建设将数据传输到云端。例如：用户在路灯控制设备上接入环境传感设备，平台将利用自身已经组建好的通信网络将数据采集到后台，无需再部署PLC通信线路、网关设备和电信网移动通信设备。图 2 智慧城市神经网络示意图异构网络的研发过程，将主要进行以下部分的研究解决：（1） 电力25、载波组网设计基于本所的智慧路灯项目的电力载波（PLC）通信网络技术基础，搭建选定区域的电力载波通信网络，基于路灯灯杆安装感知节点，并在配电柜处安装电力载波方式的通信网关。根据感知节点的功能和性能要求，对感知节点进行硬件模块化设计。感知节点主要由单片机MCU、AC/DC电源部分、电力载波模块、EEPROM存储部分、相关外围接口及复位芯片组成。图 3电力载波通信设计（2） Zigbee组网设计Zigbee通信硬件模块研发，设计的硬件模块具有通用性，提供详细的管脚定义及提供转接板案例，并在模块中嵌入自研自组网通信协议软件。使用户可以直接使用本模块或进行简单的转接小板设计即可接入系统。一个Zigbee26、网络至少由1个Coordinator、多个Router和若干个EndDevice构成，其中End当一个Device不是一个网络中必须具备的节点类型。ZigbeeMesh网络拓扑设计如下图所示：图 4 zigbee组网示意图当网络被Coordinator创建完成并有Router成功加入后：Router获取的地址（ShortAddress）保持不变，它可作为该节点在网络中的唯一标志；网络组建完成后，Coordinator创建网络的使命已经完成，Coordinator和Router的功能就完全相同，此时的Coordinator可以退出网络；当Coordinator掉电后，Router依然能维持网络运27、行，因此新的节点仍然能加入该网络，同时网络中的节点之间仍能进行正常通讯；每个Zigbee网络可能需要多个EndDevice，但该类型的节点在一个网络中非必须。EndDevice采用周期唤醒的的方式，向多对应的父节点查询是否有数据发送给自己，并执行相应的任务。因此EndDevice通常应用于少量数据交互、周期性收发数据和对低功耗有要求的场景。（3） 6Lowpan组网设计6Lowpan (IPv6 over Low power WPAN)协议是IETF组织于2004年11月成立工作组开始制定的协议，专门针对IPv6协议在IEEE802.15.4上运行提供解决方案，经过这几年的发展，已经形成了一些28、列的RFC标准，逐渐走向成熟。此外，IETF组织还形成了ROLL和CoRE组织，分别制定6Lowpan之上的路由算法以及应用层标准，形成了标准化体系。6Lowpan无线自组网如图所示。图 5 6Lowpan无线组网结构网络中由6Lowpan网络、IPv6网络构成，通过边缘路由器进行转换和适配。6Lowpan无线网络中通过RPL路由协议自动形成无线Mesh网络。同 ZigBee 技术一样，6Lowpan 技术也采用的是 IEEE802.15.4 规定的物理层和 MAC 层，不同之处在于 6Lowpan 技术在网络层上使用IETF规定的IPv6，采用IPv6 协议栈，其协议栈参考模型如图所示：图 29、6 6Lowpan协议栈参考模型在物理层和MAC采用低功耗的IEEE802.15.4标准，实现底层的无线数据收发和链路管理功能。适配层6Lowpan主要针对IPv6网络以太网与IEEE802.15.4物理层的差异性，实现网络的地址转换、数据包分片与重组、帧头压缩与解压缩，实现IPv6帧在最大只有128byte的802.15.4物理层上传输。网络层使用标准的IPv6协议，通过ICMPv6发送消息和控制报文，并通过RPL路由组网算法建立路由，并形成特定的网络拓扑。传输层使用无连接的UDP传输协议，算法开销小。应用层使用专门针对低功耗的无线传感器网络优化的CoAP应用层协议，是一种类似于HTTP的协30、议，易于实现CoAP-HTTP转换。IPv6/6Lowpan网络中，主要由6Lowpan主机、6Lowpan路由器、边缘路由器、IPv6主机/服务器等设备构成，各种设备的运行的协议栈层次不相同，如图所示。6Lowpan能够方便的集成到因特网，如图实现6Lowpan主机与IPv6主机的端到到通信。图 7 IPv6/6Lowpan网络通信过程IPv6 技术在 LR-WPAN 上的应用具有广阔发展的空间，而将基于6Lowpan的 IPv6 无线传感器网络的研究与实现LR-WPAN 接入互联网也将大大扩展其应用，使得大规模 LR-WPAN 的实现成为可能。由于6Lowpan技术支持 IPv6 技术和无31、线传感器网络间的无缝连接，特别适合应用于嵌入式IPv6这一领域，它使大量电子产品不仅可以在彼此之间组网，还可以通过 IPv6 协议接入下一代互联网。使人们与周围环境更紧密的结合，实现IPv6协议所倡导的“IP Anywhere”理念。以上通信子网在组建完成后，均拟定各自标准的接入通信协议，建立通信规范，用户设备只要符合规范就可以无缝接入到本平台，享受本异构网络的基础建设、自动组网和基础网关，很方便地在后台获取采集的数据。3.3资源管理子系统智慧城市中的物联网设备具有海量异构的特点，由于物联网设备及其网关的异构性，智慧城市神经网络基础平台需要适配不同的通信协议，因此，需要研究制定设备接入协议规范32、，以及对不同协议的适配策略，支持各类设备的无缝接入，将对接入系统的设备根据不同领域应用环境进行实时适配，实现设备进入即使用。这部分研究包括三方面关键技术，分别是异构设备适配，设备资源共享和负载均衡策略。（1） 异构设备适配由于物联网设备网关的异构性，智慧城市神经网络基础平台需要适配不同的通信协议，对不同协议的适配策略是本STS计划任务研究的关键技术之一。适配器模式广泛用于中间件的接口适配问题上，适配器可以将一个接口转换成另外一个接口，使得原来由于接口不兼容而不能在一起工作的模块可以一起工作。适配器的实现方式是在中间件定义一个标准接口，用一个类同时继承标准接口和指定设备接口，主要用了重载接口方法33、的办法实现接口中的定义，也就是这个类适配了标准接口和指定设备接口。若指定设备发生变化，只需修改类适配器，就可以满足接口的实现。智慧城市神经网络基础平台需要为异构协议转换提供一个标准接口，基于这个标准接口可以为不同的硬件网关开发不同的适配器，在适配器中将不同的协议转换统一标准的协议。智慧城市神经网络基础平台需要建立一个适配器的容器，不同的适配器可以插拔的方式装载入容器中，并支持适配器的在线加载。智慧城市神经网络基础平台能够自动搜索网络发现设备，实时配置设备的网络位置，支持设备的动态IP变化，实现物联网设备的自动注册。（2） 设备资源共享物联网应用广泛，同一物联网设备可能需要同时支持多个物联网应用34、。基础平台通过适配器与所有物联网设备网关相连，为物联网应用共享物联网设备资源提供条件。物联网应用可以通过基础平台对物联网设备进行控制，获取设备感知信息；物联网设备产生的事件信息也可以通过基础平台主动上报给物联网应用。然而并非所有物联网应用都需要智慧城市神经网络基础平台连接的所有物联网设备的事件信息，不同的物联网应用有不同的信息需求。这里需要一种资源共享策略，使物联网应用能够在基础平台设备资源池里获取所需设备的事件信息。订阅模式是实现事件共享的常用方式，它定义了一种一对多的依赖关系,让多个订阅者对象同时监听某一个资源对象。这个资源对象在自身状态变化时,会通知所有订阅者对象,使它们能够自动自动更新35、自己的状态。智慧城市神经网络基础平台需要提供订阅管理功能，使物联网应用能够根据多种方式（如设备网关、网关类型、事件类型等）订阅所属设备的事件信息。如图8所示，物联网设备产生的信息首先汇聚到智慧城市神经网络基础平台，再由智慧城市神经网络基础平台根据订阅策略发布给订阅的上层应用。物联网设备产生的事件信息会在基础平台缓存，没有实时获取订阅信息的物联网应用，也可以按需主动从基础平台获取事件信息。图8. 基础平台事务订阅/发布机制（3） 负载均衡策略随着物联网技术的发展，物联网应用的规模不断扩大，智慧城市神经网络基础平台需要连接海量的物联网设备，这需要智慧城市神经网络基础平台具有很强的性能扩展型。集群是36、实现负载的均衡和高可用性的常用技术，通过集群技术可将多台服务器虚拟为一台服务器，并按一定策略使负载在服务器群中尽可能平均地分摊处理以来，以解决性能的可伸缩性问题。负载均衡存在基于应用层和基于IP层的两种负载均衡方式： 基于应用层的负载均衡实现方式：通过高速的互联网络连接成一个集群系统，在前端有一个基于应用层的负载调度器，当用户访问请求到达调度器时，请求会提交给作负载均衡调度的应用程序，分析请求，根据各个服务器的负载情况，选出一台服务器，重写请求并向选出的服务器访问，取得结果后，再返回给用户。基于应用层的负载均衡调度器通常只针对某种特定的应用，如目前流行的nginx,它只针对Web应用的HTTP37、请求； 基于IP层的负载均衡方式（如图9所示）：用户通过虚拟IP地址（Virtual IP Address）访问服务，访问请求的报文会到达负载调度器，由它进行负载均衡调度，从一组真实服务器选出一个，将报文的目标地址Virtual IP Address改写成选定服务器的地址，报文的目标端口改写成选定服务器的相应端口，最后将报文发送给选定的服务器。真实服务器的回应报文经过负载调度器时，将报文的源地址和源端口改为Virtual IP Address和相应的端口，再把报文发给用户。基于IP层的负载均衡调度器可以支持基于TCP/IP的应用，如目前流行的LVS，它可以支持socket，适用的应用范围要比n38、ginx广。智慧城市神经网络基础平台的负载主要来自硬件网关，而硬件网关与基础平台连接基本都基于TCP/IP，因此需要选择基于IP层负载均衡服务器，如LVS。终端VIP接入层(中间件)RS1RS2RSnVIP应用层(应用服务器)RS1RS2RSn浏览器VIP数据层(数据库服务器)RS1RS2RSn存储（磁盘阵列）图9.基于IP层的负载均衡机制基于上述的关键技术研究的基础上，开发智慧城市神经网络基础平台的资源管理子系统，实现对物联网设备统一管理的相应功能，包括以下几个功能模块：（1） 消息路由模块消息路由器是智慧城市神经网络基础平台的核心组成部分，它将上层应用对硬件节点的控制命令路由到对应的适配器39、上，再由适配器通过硬件网关对硬件节点进行控制。消息路由器的路由表中保存了基础平台与上层应用的会话信息，以及基础平台与硬件网关之间的连接信息。当基础平台接收到来自上层应用的指令消息后，消息路由器会对当前消息进行解释，读取消息接收者信息，再查询消息路由表，得到目标网关的连接信息，然后通过已经建立后的连接，将信息推送到对应硬件网关。同时，基础平台接收到来自硬件网关的事件信息后，消息路由器会根据订阅表对消息和应用进行匹配，再将消息发布给订阅此消息的上层应用。（2） 资源管理模块资源管理是指对智慧城市神经网络基础平台所连接资源的管理，资源管理模块包括应用管理、硬件网关管理、网关类型管理。 应用管理：应用40、管理是对智慧城市神经网络基础平台上层应用信息的管理，应用信息包括应用名称，应用类型，部署地址，端口等。管理员可根据需要添加和维护基础平台需要支撑的应用，只有在资源管理模块注册的上层应用，其对智慧城市神经网络基础平台的请求才会被接受； 硬件网关管理：硬件网关一般可以都有自动注册功能，其信息会在智慧城市神经网络基础平台自动登记，同时管理员也可以通过硬件网关管理模块手工添加和维护硬件网关； 网关类型管理：管理员也可以维护网关类型，对硬件网关进行归类。（3） 设备监控模块监控管理是指对智慧城市神经网络基础平台所连接硬件网关、上层应用的状况进行监控，检测他们是否正常工作，并接收来自硬件网关的故障报警。它41、包括在线设备监控，告警管理，自动检测等功能。 在线设备监控：管理员可监控在线的硬件网关、硬件节点信息，包括节点UID，上线时间等； 告警管理：管理员可以了解所有硬件设备的运行状况,并实时得到设备的报警信息，同时系统会通过短信，邮件等方式自动提醒管理员； 自动检测：在智慧城市神经网络基础平台进行集群部署时，通过监控管理模块还可以检测每台基础平台的运行状态。智慧城市神经网络基础平台还记录了每段时期各种设备和系统的运行日志，管理员可随时调阅查看。（4） 事件订阅模块事件订阅是指上层应用可以根据自己的需要订阅某些硬件网关、硬件节点的产生事件，智慧城市神经网络基础平台汇聚事件信息，根据订阅记录将事件发布42、给订阅者。事件订阅模块包括网关订阅，节点订阅，类型订阅等功能。管理员可通过节点ID、节点所属网关和节点类型等对硬件节点事件进行订阅，同时上层应用也可以通过接口调用的方式提交订阅请求。3.4进程控制子系统面向智慧城市“感、传、知、用”的层次要求，为支撑上层大规模智慧城市应用，需要智慧城市神经网络基础平台在充分利用海量ICT资源的前提下，根据不同应用的资源需求弹性动态德提供所需资源。因此，本平台应用级进程控制需要基于进程管理和调度理论，并融合云计算技术的多租户、按需服务等特点，研究多租户应用级进程隔离和基于服务等级协议（Service-Level Agreement，SLA）的应用级进程调度，以支43、持上层面向智慧城市应用的开发和运维。（1） 面向多租户的应用级进程隔离根据前述调研的分析，本STS计划任务将支持通过虚拟机技术共享各种物理资源的虚拟机隔离和通过共享一个应用实例为多个租户提供服务的应用隔离模式。而从隔离对象来分，应用级进程隔离分为数据隔离、个性化需求隔离和性能隔离。其中，性能隔离可依靠前面所述的基于多租户SLA的进程资源调度实现。以下分别介绍对数据和租户个性化需求的进程隔离机制。为了保证不同租户的数据安全性，可采用物理隔离的方式对租户业务数据库加以隔离。此种方式需要建立系统级的中央数据库，用来记录租户的实际业务数据库的信息，并解决租户对数据请求的路由、租户数据切分放置等问题： 44、业务数据库路由：每个租户对应一个物理隔离的业务数据库，用户通过输入租户名，登录系统后会根据中央数据库的租户映射表路由到指定的业务数据库，并且将该用户的身份与数据库的映射组合在一起构成令牌进行记录。当用户再次进行操作时，不需要再查找路由表，直接根据令牌的信息导航到相应的业务数据库； 租户业务数据实体主键生成：为了解决业务数据库的单点压力，采用数据库水平切分的方式，将租户的业务数据库拆分为多个数据结构一样的、在物理上独立的数据库，使得业务数据的持久化可以根据算法和策略定位到某一个分片数据库上，解决对集中数据库访问的问题。但是存在多个物理上独立的水平数据库时，不同的数据库可能会生成相同的主键，无法再45、使用数据库的主键自增功能。因此，数据实体的主键需要通过外部来进行设置。在应用程序中采用UUID的方式能够保证主键值的唯一，但是采用UUID的长字符串作为主键会造成查询、连接等操作的效率低下。因此，本STS计划任务中还是采用数字作为主键，提供一种对各水平切分数据库的主键生成机制。租户容器对各租户建立了主键生成信息表，该表记录了每个租户内最大的主键值。当应用实例进行主键分配时，需要获取中央数据库记录的本租户的最大主键值并返回。但是该方案的单点压力移到了中央数据库中，需要对该分配策略进行一点调整。当应用实例每次申请主键时，不是返回一个值，而是一个设定数值范围，主键值从该数值范围内取即可。如果该范围内46、的数值还没有分配完，则不用再到中央数据库申请了。同时，主键数值范围还可以进行调整，达到缓解中央数据库的主键分配压力的目的； 从面向构件的角度：多租户应用可分为界面构件、业务构件、数据构件等，数据库的隔离不但针对数据构件，还需要针对界面构件、业务构件等，这才能使得整个多租户构件模型状态一致。因此，作为补充，我们还需研究如何将这种能力透明的增加到多租户的其他构件中，使得业务的开发更加专注。面向方面编程技术（Aspect Oriented Programming，AOP）提供了一种途径，通过将数据库的隔离封装为方面（Aspect）构件，形成与之相关的方面库，从而达到支撑多租户能力的透明注入。大规模智47、慧城市应用因面向的领域不同，需要下层平台支持不同领域应用开发的个性化需求。个性化需求体现在菜单的个性化、国际化显示、流程的个性化、业务逻辑的个性化和数据实体的个性化等方面。而为实现不同应用间的独立运行，需要对不同租户个性化需求实现相应隔离机制。个性化定制能力的两个基础是控制反转技术（Inverse of Control，IoC）和元数据驱动技术（Metadata driven）： 控制反转：控制反转是一种减轻模块之间耦合度的方法，利用了面向接口编程的思想，将业务逻辑的编写依赖于接口而不是实现类。这就使得可以利用面向对象语言的多态性，能够在运行时动态注入不同的实现类，从而完成不同的功能。比如对于48、不同租户个性化业务逻辑的支持，就是通过对不同的租户访问时，动态注入不同的业务处理能力而实现的； 元数据驱动：元数据是数据的数据，元数据驱动是通过对元数据的编程，实现类似于“泛化”编程的功能。元数据驱动包含如图10的实体关系，其中MetaType定义了元数据的类型，可以通过parentType递归的构建层次化的类型结构。MetaItem定义了具体的元数据项，属于某一个元数据类型。根据不同的元数据类型，可以生成不同的元数据驱动的业务逻辑。针对租户在菜单、国际化、业务逻辑和实体等方面的个性化定制需求，元数据的类型可以设置为菜单、国际化类型、业务类、实体类和实体属性等。图10. 元数据驱动的实体关系（49、2） 基于SLA的进程资源调度通过前述的多租户进程隔离机制避免了应用级进程在数据以及资源使用方面的相互影响，同时提高了资源的共享程度，特别是应用级别的多租户模式最大限度的实现了多租户在保持租户数据隔离的同时对底层资源的共享使用。但是，由于不同租户对资源访问存在着竞争关系，一旦某个租户占用资源时间较长，必定会阻碍和延迟其他租户的对该资源的请求响应。从全局角度，为实现对面向所有租户的弹性资源供给，需要根据租户订阅的服务级别SLA提供性能扩展的技术。该技术需要实现对全局系统资源容量的实时监控，同时设计一套调度策略进行用户访问请求的调度或者是启动新的资源实例，从而满足租户的性能需求。首先需要研究多租户50、容器的资源模型，对计算、内存、网络三种主要资源的进行分析，提取出影响性能的关键指标，建立效用函数优化目标；其次，采用AOP的方式，对具有资源性能特征的方法进行标注，从而织入性能监控能力；最后研究基于QoS的请求分配和资源调度算法，采用如图11所示的框架进行。当用户请求到达时，将执行请求序列上的方法资源需求添加到缓存的用户请求列表形成的资源需求中，并根据请求的SLA级别，建立效用优化目标，计算当前实时的系统资源容量的效用函数值。根据该值，设定阈值，确定采用新增应用实例负载迁移的方式，还是调整用户访问请求队列优先级的方式。完成匹配之后执行请求，然后释放相关资源。在该框架中，有以下三个关键点： 一个51、是系统资源容量的实时监控，需要在操作系统级通过插入探针的方式，获取系统的资源特征； 第二个是基于效用优化目标，确定参数阈值。该阈值是实践产生的数值，需要根据不同特点的业务资源特征确定不同的阈值参数； 第三，对访问请求和资源的元数据请求的并发访问控制。在实际的调度中会采用多线程的方式进行，那么就对元数据信息就存在频繁的更新操作。图11. 基于多租户SLA的应用级进程资源调度流程在前述应用级进程控制关键技术研究的基础上，开发智慧城市神经网络基础平台的进程控制子系统，实现ICT资源虚拟化和基于租户SLA进程资源分配调度的功能。（3） 云计算资源虚拟化抽象模块ICT资源虚拟化抽象模块采用虚拟化技术，屏52、蔽计算、存储、网络等ICT资源的异构性，即完成对数据中心中物理资源及不同类型的虚拟资源的管理。可以采用设计模式中的适配器（Adapter）模式来实现对多种资源类型的支持。Adapter模式是指将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。基于Adapter模式，可定义相应的适配器程序来与特定类别的资源交互，调用Hypervisor平台和集群管理工具的API或命令行接口，将异构计算资源的差异化接口转换成统一的接口提供给其它组件。采用Adapter模式有一下两点优势： 如果底层资源的API或通信协议发生改变，对逻辑的变动可以局限在相应的适配器上，53、降低了后期的修改成本，提高了灵活性； 当需要增加新的资源类型，如增加一种新的虚拟化平台时，只需要增加一个针对该平台的适配器即可，增强了资源抽象层的可扩展性。基于Adapter模式可将资源虚拟化抽象可以分为两个部分，即控制器（Master）和适配器（Adapter）： 控制器：是进行资源虚拟化抽象的中心，负责资源的集中管理与监控。提供虚拟机管理、物理机管理、适配器管理以及负载信息管理四个基本功能，同时向资源调度器提供Java API作为资源申请的接口； 适配器：直接与底层集群的异构ICT资源交互，与控制器通过Socket进行通信，数据交互满足XDR协议。监听并响应来自控制器的资源请求，然后通过调54、用Hypervisor或集群管理工具的API或CLI来实现资源请求，并将请求的执行结果和负载信息实时报告给控制器。由于ICT资源的异构性，需要三种适配器来管理三种不同类型的ICT资源：Adapter I型适配器通过Libvirt库管理类似KVM这样的开源虚拟化平台；Adapter II型适配器通过调用Hypervisor所提供的API来管理类似VMware这样的封闭平台；Adapter III型适配器通过调用集群管理软件的命令行工具来管理物理资源。ICT资源虚拟化抽象模块的物理结构可以采用典型的C/S结构，其节点主要可分为两类，部署控制器的管理节点（Master Node）和部署适配器的资源节55、（Resource Node），如图12所示。图12. ICT资源虚拟化抽象的逻辑实现图资源控制器的主要功能是计算资源的集中管理与监控，包括对虚拟资源，物理资源，适配器的管理以及负载信息收集。控制器可以分为五个模块，分别是虚拟机管理、物理机管理、适配器管理、负载信息管理以及控制器管理。各模块需要实现功能如下： 虚拟机管理模块：提供对虚拟资源的管理功能，包括虚拟机创建，删除，状态及负载信息查询，基本电源操作等；将资源调度层的虚拟机操作请求发给适配器管理模块，调用适配器实例完成实际的操作任务； 物理机管理模块：提供对物理资源的管理功能，包括增加或移除集群中的物理机，状态查询，负载信息查询，基本电源56、操作等；将资源调度层的物理机操作请求发给适配器管理模块，调用适配器实例完成实际的操作任务； 适配器管理模块：负责资源抽象层中所有适配器实例的管理，是资源抽象层实现异构计算资源管理的核心模块。适配器管理模块与资源抽象层中所有的适配器实例通信，根据所需要的资源类型，将资源调度层的操作请求发给相应的适配器实例，并与适配器实例相互协作来完成操作。同时监控适配器实例的状态，控制适配器实例的启动和停止； 负载信息管理模块：负责计算资源负载信息的存储，查询与更新。通过适配器管理模块周期性查询平台中所有虚拟机、物理机的状态与负载信息，包括虚拟机与物理机的电源状态，CPU利用率，内存容量及利用率，磁盘大小等；将57、这些信息存入关系数据库的表中，并负责这些表的更新和查询； 控制器管理模块：作为控制器的程序入口点，负责控制器其它四个模块的初始化、启动、停止以及运行状态监控；提供获取其他模块服务的接口。资源适配器是资源抽象层能够管理异构的计算资源的关键模块。适配器在控制器与底层的计算资源之间起到了包装器的作用，通过将异构计算资源的管理接口转换成统一的XDR格式的消息交互，使控制器能够以一致的方式操作和查询异构的计算资源。适配器需要实现三个核心功能： 通过Socket与适配器管理模块通信，监听并执行适配器管理模块的操作请求并返回操作结果；XDR技术是屏蔽异构计算资源间的数据编码和通信协议差异的关键，无论是那一种58、类型的适配器实例，适配器管理模块都只需要处理基于XDR协议的消息交互； 调用多种Hypervisor或集群管理软件的管理接口，完成对指定虚拟机实例、物理机或Hypervisor主机的操作；适配器设计需要以通用的方式，即基于Adapter模式的方法，处理计算资源管理接口的差异化，以便在增加新平台时易于扩展。为此，需要设计三种类型的适配器：Adapter I型适配器，运行在Hypervisor主机之上，通过Libvirt库管理开源的虚拟化平台；Adapter II型适配器，运行在管理节点本地，通过Hypervisor的API管理封闭的虚拟化平台；Adapter III型适配器，运行在管理节点本地，59、通过SSH协议远程登录集群管理节点，在其上运行CLI来管理集群中的物理节点； 实时监控适配器所管理的物理机或Hypervisor主机及其上运行的虚拟机实例的状态和负载，并将结果返回给控制器。资源适配器结构由四个模块组成：命令监听器，命令执行器，监控器以及库代理。每个模块的功能描述如下： 命令监听器：负责监听來自适配器管理模块的请求，它包含一个用以监听特定监听端口的监听线程，当监听线程收到适配器管理模块的请求后，将会创建一个Socket对象来处理同控制器的连接，然后创建单独工作线程进行处理； 命令执行器：负责执行适配器管理模块的操作请求并返回结果。命令执行器包含若千个由命令监听器所创建的工作线程60、，每个工作线程的工作流程是：（1）读取和解析适配器管理模块发来的请求消息头。（2）从请求消息头中获取操作码并在加载的库代理操作列表查找关联操作。（3）读取请求消息体并将其解序列化以寻找操作参数。（4）执行请求消息体中指定的操作，完成后将操作结果通过请求被接受时所建立的Socket连接返回到适配器管理模块； 监控器：监控适配器所管理的节点及其上运行的虚拟机实例的状态及负载。它包含一个单独的工作者线程，通过库代理获取包含所有节点信息的列表，然后将新取得的列表与较早前的列表进行对比，寻找到状态和属性发生变化的节点。最后，将发生变化的节点信息发给适配器管理模块； 库代理与库程序：库代理负责为适配器实例61、调用和管理适配器实例所需的库程序。库程序是负责实际调用Hypervisor或集群管理软件的API或CLI的程序，来自控制器的一系列接口调用进行到库程序这里转化成对Hypervisor的本地、远程API或命令行接口的实际调用。适配器的设计中有两种类型的库程序:一种是用C语言编写的Linux共享库，调用Hypervisor的本地接口或Web服务接口；另一种是用Python语言编写的脚本文件，远程调用集群管理软件的CLI。对应的需要两种库代理，一种通过Java本地方法(Java Native)调用共享库文件，另一种通过Java外部命令执行方法调用Python脚本文件。（4） 进程资源的分配调度资源调62、度内部结构主要由接口引擎，调度管理，策略引擎，分配策略，扩展策略，高可用性策略，临界值监控，资源代理等模块组成（如图13所示），各模块分别实现如下功能： 调度管理模块：是资源调度层的管理模块和程序入口点，负责其它模块的初始化、启动、停止以及状态监控。通过调度管理模块可以获得其它模块所提供的服务； 资源代理模块：通过调用资源抽象层的控制器管理模块所提供的JavaAPI，封装对物理机和虚拟机的全部操作。调度策略的具体操作执行通过资源代理模块进行； 调度策略引擎模块：是资源调度层的核心模块，主要负责调度策略的处理以及执行过程。主要工作包括：分析调度请求，选择具体的调度策略模块进行处理；通过Thres63、hold Monitor模块监控资源的使用情况，当资源使用出现异常时，动态触发对应的策略执行新的调度； 三种具体分配策略模块：分配策略模块，处理资源分配策略；扩展策略模块，处理资源的扩展策略；高可用性策略模块，处理高可用性策略； 临界值监控模块：负责对资源的状态及负载情况的监控，并将数据实时报告给调度策略引擎模块作为策略触发的依据； API引擎模块：负责接口提供平台的其它组件可以通过这个接口向资源管理方案申请资源。图13. 基于SLA的应用级进程调度内部机制在资源分配和扩展策略方面，将按照Hypervisor机器的负载轻重对资源池中不同虚拟化类型的Hypervisor主机生成各自的动态优先队列64、；然后，按照一定的筛选规则从队列中选出适合的机器，将虚拟机创建并启动在这台机器上。资源分配策略的具体执行过程如下：1）资源分配策略模块通过Threshold Monitor模块查询资源池里不同虚拟化类别的所有Hypervisor主机的负载信息，选择出未分配的机器。2）按照预定义的筛选规则，为每种虚拟化类型生成各自的未分配机器的动态优先队列。3）资源分配策略模块需要实时维护动态优先队列，当部分节点负载发生变化时，调整队列位序。4）处理资源请求，按照资源类型，在对应的动态优先队列里选择队头位置的Hypervisor主机，然后调用资源代理模块，完成虚拟机实例的创建或启动；最后将队头元素出队并标记为己65、分配。5）返回第三步，对进行过资源分配的动态优先队列进行调整。资源分配策略可提供四种筛选规则，以满足不同租户对资源分配的差异化需求，如表1所示。表1. 资源分配策略类型策略名规则公式规则描述填满order(0-used)*MAXNUM-slots)order()代表按照参数字符串的升序排序，used代表已经使用的内存数，slots 代表总的内存大小，MAX_NUM代表一个预定义的极大值分散order(used)同上基于内存利用率order(used-slots)同上基于CPU利用率order(0-(cpuSize*(l-ut)cpusize代表了CPU的速率与核心数的积，ut代表CPU的当前利66、用率 填满策略：填满策略可以将全部的虚拟实例创建或启动在资源池中的符合计算规则的Hypervisor主机上。按照计算规则，第一次执行分配任务的Hypervisor的权值的绝对值一直最大，因此一直处于动态优先队列的队头而被选中。这样可以使负载集中，并且使服务器利用率最大化，减少资源碎片； 分散策略：分散策略目的是使负载平均的分摊到资源池中所有的Hypervisor主机上。因为按照计算规则，已使用内存最少的机器处于队头位置，动态优先队列中的Hypervisor机器将获得均等的调度任务执行机会。分散策略可以将虚拟机实例分摊到尽可能多的Hypervisor主机上，从而减少机器故障带来的影响，平衡Hyp67、ervisor主机的利用率； 基于UT的策略：基于CPU或内存利用率的策略保证了新的应用程序总是运行在负载最轻的Hypervisor上，因为计算规则使得CPU或内存的UT最轻的主机始终处在动态优先队列的队头。从而可以根据机器的物理性能选择出最优的Hypervisor节点来运行客户的虚拟机实例，提高应用的运行效率。3.5智慧城市神经元模型在开发智慧城市应用时，开发者需要使用到由感知层各类物联网设备采集的城市事物的监控数据。本STS计划任务的智慧城市神经网络基础平台提供城市领域资源组件服务，就是将这些分散的各类感知数据通过两层抽象处理，整合为各领域的资源组件，为上层智慧城市应用的快速开发提供支持。68、城市领域资源组件提供了描述各类城市事物的资源数据，如街道、车辆、路灯等。这些事物由感知层各类物联网设备采集的数据构成，作为描述城市领域的基本组成单位。各城市领域，包括交通、医疗、教育等，可通过共享的方式使用这些基本的城市事物，如图14所示。例如，当应用开发者在开发智慧城市交通领域的应用（智慧路灯）时，不再需要由自己独立处理视频、GPS、温度、湿度等各类传感器数据以构建城市领域对象，只需通过本STS计划任务的智慧城市神经网络基础平台提供的基础服务调用接口，调用交通领域的道路这个事物对象，即可获得描述该道路的视频、GPS、温度、湿度等多类感知数据。图14. 智慧城市神经元模型组件实例智慧城市应用系69、统建设了大量的物联网设备，如传感器、控制器、摄像头等相关设备，基于智慧城市神经网络基础平台这些设备是可以被共享的。比如工研院智慧园区系统，可通过调用智慧路灯项目在门前建设的摄像头获取视频进行车牌识别，从而自动开关车门。智慧园区需要接入大量不同种类的园区硬件设备（如门禁控制器、闸口控制器、摄像头等），这些不同设备接入到园区应用存在异构性，而众多的园区设备会产生大量的并发事件，这都使智慧园区系统出现异构协议适配、海量并发支持等类似方面。通过在智慧园区系统中增加智慧城市神经网络基础平台，可以很大程度解决上述问题，并可将园区设备作为共享资源供其他应用访问。利用资源抽象模型可以将园区内的设备资源，封装成70、领域资源对象，通过对领域对象的简单操作实现各类园区设备节点的控制。如下面例子：根据来人检测打开大门：If(楼栋A栋.红外传感器1.来人) 楼栋A栋.门禁控制器1.打开根据入侵检测控制报警：If(道路后围墙.摄像头2.入侵) 楼栋A栋.警钟2.振铃基于智慧城市神经网络基础平台的物联网应用都通过基础平台接入设备资源，由智慧城市神经网络基础平台统一管理和分配资源，通过事件订阅模式向有需求的应用反馈资源信息。物联网中的设备不再只从属于某个应用，很多程度避免了重复投资和信息孤岛的出现。3.6基础应用服务研发本STS计划任务基础平台在内核层之上封装了多种供上层应用开发直接调用的基础应用服务，为物联网应用提71、供基础服务支撑，包括城市领域资源组件服务、租户基础信息管理、基础资料管理服务、工作流服务和应用集成门户等。 租户基础信息管理服务租户的基础信息管理服务的功能主要包括基础平台系统管理、租户数据的管理、租户数据备份恢复等。l 基础平台系统管理：平台管理员可以对租户的各种信息进行管理，可以进行创建、修改、禁用、续费、删除和查询的功能，同时实现对租户数据库的创建、修改、删除和查询操作；l 租户数据管理：提供页面进行租户注册，租户管理员可以订阅系统的功能列表，选定可以同时在线访问的用户数量，选定该租户所支持的智慧公共照明业务系统对硬件设备的管理限制，最后完成费用结算；租户管理可以进行内部的用户的管理，设72、置各个角色信息，并分配到具体的菜单权限、功能权限和数据权限；l 租户数据备份与恢复：平台管理员和租户管理员都可以对租户数据库进行定时备份设置，并且可以在租户数据损坏时，实现指定时间点的租户数据的恢复。采用物理隔离的租户数据库使得租户间的数据不会互相影响，可以随时进行备份和恢复。 基础资料管理服务基础资料是指在所有业务应用系统共享的唯一的、统一的信息数据，它包括用户资料、组织架构资料、用户业务角色、工作分组等等。这些基础资料是构成整套系统统一用户管理、统一验证授权的基础，同时避免不同的业务系统之间多重身份、基础资料不唯一的情况。（1） 组织机构管理组织架构管理内容包括食品安全管理部门的组织结构，73、管理部门和人员构成关系，人员和人员之间的领导隶属关系。组织结构为层级树状结构，组织结构一旦定义好后可以被平台其它构件（如工作流、信息发布）系统调用和使用，无论是在系统管理还是在客户端应用都可以呈现层级的组织架构。所有基于基础平台接入的业务系统都可以通过开发包方便访问这些组织架构。（2） 用户管理对用户账号及用户的基本信息进行管理，包括增加、删除用户、统一设置登录密码等。一个用户在协同工作应用平台上构建的业务系统都使用同一个用户账号。（3） 角色管理根据业务性质或工作需要，可在平台中设置多种角色，再将相关用户划分到这些角色中，同一用户可具有多种业务角色。（4） 权限管理对构建在平台之上的业务系统74、的功能权限进行统一管理，将业务系统各功能点作为权限项，控制其访问路径的访问权限。来自各业务系统的权限项，可统一分配到某一角色中去，平台根据用户所在角色，分配给该用户相应的功能权限。 工作流服务工作流引擎的核心功能在于管理和控制业务流程，结合组织架构、角色权限以及表单要素，实现对公文流转和审批表单内容的控制。工作流可以由流程、表单设计工作，流程引擎、运行管理工具以及二次开发接口等组成。工作流本身的流转数据，与表单中的数据是分开存储的，因此后续针对流程的统计，如办理期限、催办次数、流程痕迹等等平台可以提供各种查看方式及提供结合报表工具的手段制作扩展统计。而对于表单中的数据，相对于工作流本身的流转数75、据，是相对独立的，不会耦合在一起，这部分的数据如需进行统计查询，则非常方便。工作流引擎可以作为业务系统的一个组件的方式，嵌入到业务系统的应用当中去。从而使业务系统保持一个业务相对独立的整体，又能利用工作流强大、便捷的流程功能。构建在平台上的综合案件管理系统可通过工作流引擎对案件处理进行流转控制，实现各部门对案件的协同办理，并可随时监控案件的办理状态，对案件进行催办督办。 应用基础门户应用集成门户是整个协同支撑平台表现层的框架，它提供用户统一进入系统、板块栏目导航、应用界面统一展示等等功能。所有应用模块通过它接入到应用平台的框架中，形成一个有机的整体。（1） 各级应用功能菜单配置对应用平台的各种76、业务系统所提供的功能进行统一的菜单配置，将业务系统的不同功能点对应不同的菜单栏目，通过配置形成一级导航菜单、二级导航菜单、三级导航菜单等各级导航菜单。对于接入到门户下的每个Web资源，可实现按照用户及组织架构进行访问权限的配置，以实现对的应用资源的访问控制进行集中管理。（2） 单点登录管理与应用挂接在没有本STS计划任务之前建立的应用，可统一集成到协同支撑平台中，各独立的Web应用功能都是一个单独的连接，将这些的链接定义为功能，然后与模块进行一一对应或一对多的对应（同一版面聚合多个内容），从而实现功能与模块栏目的挂接。通过单点登录功能完成平台跟其他业务系统的统一验证，无缝连接。（3） 个性化工77、作桌面可以对每个模块及模块内的每个功能进行可视化的配置环境，包括功能应用资源的布局、模板（背景、字体、边框）、主题等内容进行修改，从而便捷地将功能模块在门户系统内统一展示。各种角色用户可根据自己需要调整模块排版布局，形成自己的工作桌面。3.7应用示范3.7.1市政3.7.1.1智慧路灯智慧城市公共照明管理系统融合电力载波、2.4G/3G/4G通信、云计算、单灯控制及物联网等技术，结合城市空间地理信息技术的应用，实现一个能够连接整个城市路灯照明设备网络的资源管理平台与控制管理平台，对城市照明设施和业务进行全方位的控制及管理，为城市照明资源的控制调度指挥与规划决策提供强大实用的依据。系统支持对公共78、照明灯具进行遥控、遥测、遥信、遥调、遥视，具备单灯控制、主动报警、智能控制、移动终端管理等功能，通过信息通信技术和智慧城市建设来完善城市公共服务和改善城市生活环境，使城市变得更加智慧。图 15智慧公共照明管理系统网络示意图智慧公共照明管理系统总体框架如图15所示，主要由云控制中心、服务器、集中控制器、节点控制器、环境检测器等设备组成。智慧公共照明管理系统是智慧路灯的核心，是对路灯远程监控调度、运维数据管理的中心监控平台，支持在线地图和用户自定义上传地图的方式，直观迅速定位路灯位置，对路灯进行远程控制管理，功能包括：设置单灯或一组灯的调控策略，路灯预警上报、派工单管理、查询路灯状态和历史统计数据79、记录，实时更改路灯运行状态、提供路灯相关信息及其能耗报表统计等功能。图 16智慧公共照明管理系统-GIS地图展示移动客户端应用:用户通过操作在Windows、Android系统的电脑、手机和pad客户终端应用软件上，即可实现对照明灯具进行远程管理。系统支持移动控制终端对单灯进行控制、故障定位等功能，方便维护人员检修路灯和进行移动远程管理。 图 17移动控制终端3.7.1.2路灯WIFI随网络和移动互联网的高速发展，城市居民对物联网的使用越来越广泛，需求也越来越高，更多人都希望在城市主要区域，如城市道路、街区、景区、广场、公交站台等可以使用免费的网络服务。目前国内杭州、南京、扬州、沈阳、深圳等一80、些地区已经有部分试点进行了路灯wifi的部署，主要是面向公众的wifi使用需求。基于智慧城市神经网络建设的wifi应用可以很好地满足城市居民的网络服务需求，形成城市区域的城市数字网络。wifi站点的建设可以分布在路口的红绿灯杆、路灯杆还有监控杆上，也有少数分布在路牌指示牌上这些人流量较多的位置。本STS计划任务的wifi建设，将基于智慧城市神经网络，通过AC（无线控制器）+无线AP（无线访问节点）实现，AC统一配置和管理AP，AP装在灯杆上并由路灯进行供电，同时可在后台管理软件商上展现和定位AP设备。基于智慧城市神经网络，其他物联网设备通过wifi基站轻松的获取网络连接，也为城市居民提供便利，81、为市民的手机、PAD、笔记本等智能设备提供网络。基于智慧城市神经网络的wifi应用覆盖面广，城市居民可以通过手机搜索附近的wifi，系统便自动跳转到“手机注册页面”，用户只需要在“用户登录区”输入了手机号码，并点击“短信获取密码”，手机便可收到系统动态生成的密码，输入该密码，进入该区域的无线网页面，便可进行使用。此外，部署二维码并结合智慧城市神经网络的wifi/微基站给市民提供服务应用，市民只要用手机或其他移动设备在路边的电灯杆上扫描一下，并连接路灯公共wifi/微基站，就能实现准确定位，旅游问路，寻找最近公厕、药店、超市、停车场、酒店、宾馆、商圈、公交站点等多项功能。图 18路灯wifi应用82、3.7.1.3井盖监测近年来，由于城市井盖被盗、被挪位造成的事故越来越多。暴雨天气人员物资被卷入井盖的事情频频发生。因此城市井盖的实时监控越来越重要，利用物联网技术对城市数万的井盖进行实时监测非常的有必要。本STS计划任务中，将对指定的区域中选定一条道路进行模拟井盖被移位情况，实时监测井盖状态，进行示范性监测，在井盖中安装智能传感设备，为城市道路井盖监测难题提供解决方案。通过在管井底部或井壁上选取测量基准点，在井盖中部署距离检测传感设备，对井盖与基准点之间的距离进行监测，当检测至井盖距离超出预定阈值时，向智慧城市神经网络发出短距离无线报警信号，并最终通过智慧城市神经网络的3G/4G网络传输到后83、端平台。终端设备可以自动监测城市管井井盖异动并发出报警信号，后台云平台管理系统接收到报警信号后，可以及时定位发生异动的井盖位置和性质，从而对其进行及时维修或更换，在保护城市设施的同时，保证人员、财产的安全。图 19井盖监测示意图3.7.1.4路灯充电桩电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。电动汽车充电桩属于配电网侧，其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。通信是配电网自动84、化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，可应用的通信方式也不同，具体到电动汽车充电桩，其通信方式主要有有线方式和无线方式。有线方式主要有有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。无线方式主要采用移动运营商的移动数据接入业务，如：GRPS、EVDO、CDMA等。采用移动运营商的移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备85、接入移动运营商的移动数据网络，需要支付昂贵的月租和年费，随着充电桩数量的增加费用将越来越大因此，采用基于智慧路灯的网络来建设充电桩，将利用路灯“有杆、有电、有网络、有平台，以及城市中分布广泛”的特点，方便电动汽车在停车的同时进行充电工作，将克服传统的有线和无线两种方式的缺点。目前德国的宝马汽车公司 、Ubitricity公司 http:/factor-已经提出了完整的智慧路灯充电桩方案，已经在德国慕尼黑等地建设基于路灯的智能充电桩网络。本STS计划任务将针对当前充电桩建设的系列问题，结合国家充电桩设计规范，基于智慧城市神经网络，建设慢充和快充两种充电桩，充分利用市政用电网络。复用市政电力资源。86、对原有的钠灯进行LED路灯改造，可以减少一半以上的电力负荷，这样可以在路灯上安装充电桩，提高电力容量使用率。一段150杆灯的道路进行LED路灯改造可以减少30kW的电力负荷，这样安装10台3kW的交流充电桩。结合路侧停车位提供充电服务。路灯充电桩部署地点一般为较为宽阔的公路，能在灯杆下划定专用的停车位或者城市中原有已规划停车位路段。不用专门规划充电站用地。通信系统。利用智慧路灯通信系统，把充电桩通过RS485通信接口接入到路灯节点控制器，可实现对充电桩的远程管理，预约充电，计费等功能。由于共用底层通信网络，运营通讯费将大大降低。 图 20市政路灯充电桩方案示意图3.7.1.5涵洞积水随着城市的87、快速发展，现有的城市排水管网建设已远远滞后于城市开发建设的步伐，部分地方的排水设施已不能满足城市排水的需要，无法承担暴雨时的排放要求。近年来，水害已成为诸多城市道路破坏最主要的病害之一。同时，由强降雨引发的道路低洼处、下穿式立交桥和隧道产生大量积水的现象时有发生，给人们的出行带来很大不便，严重时甚至会造成人民生命、财产的重大损失。城市道路积水监测预警系统可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。市政管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况，及时进行排水调度。交通管理部门通过该系统可获取各路段的实时积水水位，并借助广播、电视等媒体为广大群众提供出行指南，避免人员、车辆误入深水路段造成88、重大损失。对道路的积水进行实时监测，有助于提升城市对积水的监测粒度和提升排水防涝水平。图 21道路积水监测示意图本STS计划任务中，城市积水监测将通过智慧城市神经网络进行接入，无需重新立杆，无需要额外的GSM通信sim卡，传感器可安装在灯杆周边，检测线引出到路边，电源及485信号线连接到节点控制器对应的接口即可。传感器监测到信息后通过神经网络的传输单元，主动上传到后台管理系统，实时通知相关人员进行处理。并通过手机或电子广告牌方式发布给市民。3.7.1.6路侧停车随着社会经济快速发展，人们生活水平不断提高，人们购买车辆的数量快速增长，给公共交通和停车带来了诸多不便和困扰。当前，城市大多车辆停车多89、采用人工管理，少部分采用咪表，收费混乱，存在多头管理，私划车位，大部分路侧停车费没进入政府财政收入；同时，市民也深感停车困难，寻找车位难，费用较高。本STS计划任务针对目前国内停车管理的问题和需求，通过在道路停车位旁边的路灯灯杆中安装摄像头，实时监测路边的停车位信息，并通过智慧城市神经网络实时的采集数据到后台，实现城市停车位管理：a）实时显示各停车位空闲/占用状态，与地图定位相结合，引导司机到达车位位置，帮助司机快速寻找车位，解决城市找车位难问题。b）智能车位感应：采用磁感应埋地或挂在灯杆上的超声波、摄像头进行车位检测。c）停车缴费：司机端手机APP缴费，地图定位空闲车位并导航。d）信息处理：90、车位信息汇总及发布，车位引导，停车计费，巡查员巡检。 图 22路侧停车示意图3.7.2环保3.7.2.1环境检测近年来，随着城市快速发展，许多城市的环境受到不同程度的污染，雾霾问题日趋严重，严重影响了人们的生活环境。习近平、李克强明确要求出台有力举措,扎实推进大气污染治理工作,采取稳、准、狠的措施坚决治理大气污染。2015年1月15日，全国环境保护工作会议上，环保部部长周生贤透露，2015年将集中力量打好大气、水和土壤污染防治三大战役。2015年2月10日，环保部发布关于推进环境监测服务社会化的指导意见，提出全面放开服务性环境监测市场，推进环境监测服务主体多元化和服务方式多样化。随着城市居民生91、活水平不断提高，居民对自身的居住环境的健康状况也越来越关注。本STS计划任务紧密结合国家当前环境民生政策，基于路灯灯杆部署PM2.5、温湿度、噪声等各种传感器，广泛采集城市不同区域的环境健康状况，并通过智慧城市神经网络传送到后台进行分析，挖掘出环境监测数据独有特点，通过建立评估、预测预报模型和空气质量分布可视图，预测城市空气环境未来发展趋势，协助环保部门有效监测和监督环境监控指数，监管污染源企业。同时，通过大数据的虚拟化特征，还将大大降低环境管理风险，能够在管理调整尚未展开之前就给出相关答案，让城市环境管理措施做到有的放矢，服务城市民生健康和安全。实现的环境检测应用包括以下几方面： 空气温湿度92、传感设备：检测空气温湿度具体参数数据。 噪声监测设备：加装噪声传感器，实现道路噪声监测。 环境监测设备（沙尘、浓雾、PM10、土壤湿度、水位等）：加装环境监测设备，实现基于路灯的自动终端设备控制。图 23环境检测设备接入示意图3.7.2.2土壤湿度监测本STS计划任务研制的土壤湿度监测应用，主要是针对植被和城市园林绿化浇灌的管理应用。土壤湿度检测功能，根据不同植物需水性设定合适的湿度，根据设定的湿度值进行自动浇水。终端土壤湿度监测设备通过智慧城市神经网络在道路两旁部署土壤温湿度传感器，监测城市绿化带的土壤水分和温度情况。该类监测数据统一传回智慧城市神经网络平台后台服务集群后，可以提供城市园林管93、理单位应用，可以根据实时监测情况，制定相应的浇灌方案。本STS计划任务的土壤湿度监测研制的应用功能包括： 水压检测功能：可根据水压情况进行全智能调整所有的控制口，分开分部进行浇水，以解决单条管道给大片面积供水不足的问题。 瞬时流量检测功能：用于实时查询管道中水的实时流量，如果超过阈值则发送告警信息。 累计流量检测功能：用于统计灌溉用水量。 电压检测功能：可以实时查询电泵的实时电压，如果超过阈值则发送告警信息。 电流检测功能：可以实时查询电泵的实时电流，如果超过阈值则发送告警信息。 功率检测功能：可以实时查询电泵的实时功率，如果超过阈值则发送告警信息。图 24土壤湿度监测示意图3.7.3安防3.94、7.3.1报警点随着交通日益发达，人口流动增加，在不熟悉的区域遇到紧急情况需要拨打110报警，却不知自己身在何处，不知道在哪里，又说不清准确方位怎么办？这一系列棘手的问题已经不能忽视。本STS计划任务将基于路灯灯杆部署110联动报警按钮，报警市民可以通过按下路灯灯杆上的报警按钮，发出报警信号或求助信号，通过智慧城市神经网络传输到公安软件管理系统后台，与路灯报警点进行联动。公安部门的软件管理系统可以对报警信号进行精确定位，如：路灯编号、地理坐标、道街道具体位置、所属警局、警局电话、区域警力资源、区域负责人等基本信息将最快、最准地显示在警务管理平台的地理信息地图上，并进行定位显示，提高智慧城市紧急95、状况联动告警效率。图 25报警流程示意图 26与城市公共安全维稳系统关联示意图3.7.4交通3.7.4.1浮动车路况数据处理分析基于智慧城市神经网络基础平台，建设车联网中的“路”侧设备。路侧设备主要是RFID阅读器，安装在路灯灯杆上，并复用路灯的电力，以及智慧城市神经网络和和后端平台。在浮动车上安装有源电子标签，实现对车辆位置信息的精准定位。系统记录浮动车的位置信息、业务信息、运营信息等数据，建立大数据分析模型，为交通委员会等政府和企业单位提供数据平台支撑和决策支持。包括：基于手机等出行信息的城市道路车速分析与评价系统研究；客运与信息服务板块超算空间与数据挖掘优化服务；基于海量视频分析的智能交96、通示范应用；公交出行时空特征分析与数据挖掘研究等。3.7.4.2公交电子站牌基于浮动车路况大数据分析平台，建立公交电子站牌系统，实时显示公交车的位置信息、到站信息、延迟预警等。公交电子站牌基于路灯杆进行建设，利用路灯的电力，以及智慧城市神经网络和后端平台。与此同时，公交电子站牌不仅仅可以对公交信息进行显示，基于智慧城市神经网络平台大数据，还是一个城市信息发布窗口，可以对路况、车位、紧急事故等信息进行实时报道。比如，某路段出现积水，该积水被神经网络探测到，该信息将发布到附近的公交电子站牌上，方便行人了解。3.7.5智慧社区整体解决方案社区作为智慧城市的重要单元，也是市民日常活动区域的一个相对独立97、的重要子系统，将作为本STS计划任务中智慧城市神经网络承载的重要应用。具体根据社区服务类型，包括政务管理和民生服务两大部分。3.7.5.1政务管理本STS计划任务拟基于建设的路灯终端感知和各类短距离通信、3G/4G通信等神经网络，面向网格化社区，研发相应的业务子系统。包括四个基础子系统，分别是社区智能监控管理系统、特殊人群关爱管理系统、市政设施管理系统和社区事务受理系统，所提供的管理功能覆盖环卫管理、治安管理、设施管理、特殊人群管理、停车管理、政务公开等。各部分功能如下： 社区智能监控可视化管理系统社区安全管理是智慧社区服务平台的一个重要内容，关系到治安管理、环卫管理、停车管理等城市管理环节成98、效。居村社区主要场所安装视频监控系统，通过对重要场所如城市路口、停车场、小区花园、住户出入口、电梯走廊等重要位置的摄像机，可以看到主要场所的情况，及时发现犯罪分子，也可打开录像机进行录像，以作为证据，对那些有不良企图的人起到一定的威慑作用。 社区特殊人群可视化管理系统特殊人群可视化管理系统，是通过基于北斗/GPS卫星定位及LBS移动基站定位、具备多种感应器的可穿戴式智能终端，感知并管理本街道下辖社区内需要特殊关爱人群的软件平台。所面向的使用人群包括独居老人、体弱人员等。可实时监测老人的身体状态及其位置，不仅可在老人跌倒时进行自动的现场报警并发送报警信息给监控中心。 社区市政设施可视化管理系统 99、社区市政设施可视化管理系统，是通过北斗/GPS卫星导航技术和各种智能感应技术，感知并监控管理社区内车辆、路灯、井盖等市政基础设施的软件平台。平台由各种前端感知设备和后端管理中心平台构成。前端感知设备包括：用于车辆监控管理的北斗/GPS卫星导航设备，用于路灯的可编程可寻址控制器、用于井盖的RFID标识卡等，后端管理中心平台集成了电子地图，作为可视化智慧社区管理平台的一个子系统，高度智能地管理各种市政基础设施。 社区事务受理系统社区事务受理系统为社区居民提供事务类的网上政策咨询，服务表格下载、预受理申请、受理结果和状态查询，以及居村委社区自治、信息公开等服务。在渠道层面向社区居民，提供社区事务服务100、的交互界面，包括社区综合门户网站、服务热线、手机移动APP软件、受理窗口、小区显示屏、手机短信、微信公众平台、广播电视等服务渠道，与社区智慧民生服务子平台的终端功能集成在一起，为社区居民提供社区事务综合服务；在应用层，社区事务受理系统包括社区事务受理服务、社区综合管理服务、社区事务分析决策、信息发布、社区GIS和信息共享协同等功能。3.7.5.2民生服务社区服务体系是政府行使社会管理职能和提供公共服务的基础平台。智慧民生服务中心平台以街道一级政府为引导、以居民为核心、以企业服务为重点、以信息化服务平台为载体，通过LBS定位和移动互联网技术，把现有的社会管理和生活服务功能，如家电维修、家政服务、101、菜篮子、社会扶助、治安管理、街坊互动、休闲娱乐、公共信息等服务延伸到社区，以提高社区公共服务水平，促进服务型政府建设和社会和谐。平台由后端管理中心和手机移动端软件构成，管理中心软件平台集成了呼叫中心系统，作为可视化智慧社区管理平台的一个子系统，手机移动端包含社区服务APP应用软件和微信公众平台应用。社区管理员、居民、商户作为三种主要用户，通过平台进行生活服务和日常管理的协同。社区智慧民生服务中心平台的功能架构如下图所示：图 27 智慧社区功能架构图3.7.6智慧街道整体解决方案街道是城市的一个线状基本单元，延伸至城市的各个区域。其具有天然的优势和共性的特点，都分布着大量城市基础部件，包括每盏2102、0-40米一盏的路灯灯杆和路灯，沿着道路延伸的电力线路和通信线路，道路旁边的路侧停车位、道路上的井盖、电子广告牌等等，以及近年来需求强烈的公共wifi、汽车充电桩等。因此，以街道作为智慧城市建设的基本单元，建设一个智慧街道整体解决方案，具有可复制强，资源利用程度高，覆盖城市面广的优势。以往的建设模式中，多采用垂直式的建设思路，比如：路灯建设时立起了灯杆和电线，在路侧停车建设时，又单独立自己的传感信号采集杆并重新拉线，在道路积水监测项目的建设中，同样也在道路旁建起自己水位监测杆体和供电线路。造成了大量的资源浪费和重复建设。图 28广西北海城市应用重复建设本方案将通过统一的智慧城市神经网络平台，收103、拢街道各种智能化管理应用建设，进行低成本的街道智能化建设，并快速复制到城市的各个街道，进而实现智慧城市的路灯物联网建设。实现具体的建设方案为：图 29智慧街道示意图建设分三级：终端传感设备：各监测部件对应的传感终端分别安装在自身或灯杆中，如井盖移动传感器安装在井盖底部，路侧监测传感器埋在车位上，安装于灯杆上的电子广告牌、告警点、积水监测、公共wifi热点设备、微基站设备等。统一的智慧城市神经网络：统一通过路灯杆线路进行取电，针对以往路灯线路白天不供电问题，采用创新性的白天线路照样供电，但通过节点控制器对每盏路灯进行关灯，即保障24小时供电，又避免了路灯白天亮灯，则无需重新拉专线供电，实施成本低104、。相关的传感数据通过免费的电力线通信网络及2.4G短距离无线通信传输到统一的集中控制器端，再通过3G/4G网络统一传输到后台，相比以往的每个设备都直接通过电信网络传输到后台，大大降低通信成本。综合智慧城市神经网络云平台：传感数据收集到后台后，通过统一的云计算和大数据处理引擎，实现数据的相互共享和消息发布，真正意义上实现智慧城市数据上的互联互通。项目中，智慧街道拟建设的应用包括以下方面： 路侧停车：采用磁感应埋地或挂在灯杆上的超声波、摄像头进行车位检测，车位信息通过电力线或无线方式传输到后台，车位信息在后台进行汇总及发布，对用户进行空闲车位引导，停车计费。同时巡查员通过终端进行巡检，司机端手机A105、PP缴费。 路侧充电桩：通过路灯灯杆取220V供电，利用智慧路灯通信系统，把充电桩通过RS485通信接口接入到路灯节点控制器，可实现对充电桩的远程管理，预约充电，计费等功能。节约专用管理系统的建设成本。 公共wifi：通过灯杆安装wifi的AP热点设备，所有的根AP配置为瘦AP模式，接受AC的统一管理；所有安装在路灯上的AP配置为胖AP，通过WDS与根AP建立5GHz的连接。 微基站：利用路灯灯杆和电，还利用路灯物联网的管理平台，对微基站进行精细化管理，比如电线被盗导致微基站关机，通过路灯物联网平台检测之后及时通知运营商。 广告牌：在路灯杆安装电子广告牌，通过后台管理中心进行统一管理，远程批量106、更新现场广告内容。并方便监管部门对广告信息的管理管控。 井盖：在每个井盖下方安装RFID有源芯片及相关的倾角传感器，实时监测井盖在位状态并上报，通过安装于井盖旁边的灯杆的接收器，再汇总到后台管理中心，实现对街道每个井盖信息的监控，出现移位时实时通知现场处理，提高出警效率，降低事故发生概率。 报警点：通过在灯杆中安装报警点，设备通过485接入到智能控制设备中，市民在遇到紧急情况时，可通过周边的灯杆报警点，快速上报事故信息，后台管理中心实时接收并在地图中进行精确定位事故地点，快速安排人员现场处理。 积水：在路灯灯杆中安装水位监测传感设备，实时监测灯杆周边的道路积水信息，当监测到超过预设的阀值时，通107、过统一的通信网络上传到后台，在暴雨天气时，形成城市积水水位状态图，指导市民出行及进行水位过深告警提示。四、工作基础4.1工作基础（1） 智慧城市顶层规划设计基础本STS计划任务团队拥有智慧城市领域的多位专家，长期从事智慧城市规划咨询服务，参与了多个地区的智慧城市顶层规划设计，有智慧城市领域研究和设计的丰富经验，对智慧城市建设的关键点和核心问题有深刻的理解。在智慧城市顶层设计中，项目团队对国内城市建设的基础设施、数据资源、网络建设、应用系统等现状和问题进行了深入的调研和设计，形成了成熟的公共物联网支撑平台、信息共享交换平台、智慧城市指挥中心等成熟规划设计方案，并参与了国内众多城市的顶层规划设计，108、包括南沙区智慧城市顶层设计、佛山物联新城、智慧城市公共开放技术平台、广东惠州市智慧城市顶层设计、广东增城市挂绿湖智慧城市顶层设计、山东青岛市北区智慧城市顶层设计、海珠区网格化信息系统接口标准规范项目等。在本STS计划任务中，将基于前期的智慧城市顶层规划设计技术和经验，从顶层设计角度出发，科学指导项目在神经网络基础平台的综合设计，保障项目研发后在智慧城市各领域的落地实施。（2） 物联网应用技术研究基础电力载波自组网通信技术。项目团队自2011年开始研发了智慧公共照明管理系统，研发的系统基于城市路灯电力线电力载波通信，完成节点控制器、集中控制器的研发，集成电力载波通信技术、2G/3G 无线通信技术109、，组建了一个从城市基础设备感知到后台服务器数据处理的一个基础通信网络。节点控制器采集的数据通过电力线传输到城市变电柜安装的集中控制器，再通过2G/3G方式传输到后台服务器进行处理。节点控制器和集中控制器都预留了RS232/RS485等扩展接口，可以接入其它类型的传感器设备，并提供标准的接入通信协议和接口，构建成为一个典型的覆盖范围广泛的数据感知和通信网络，成为路灯物联网雏形，为本STS计划任务的路灯物联网异构网络系统打下坚实基础。Zigbee及6Lowpan动态组网技术：在前期的智慧照明管理系统研发中，完成了基于Zigbee的无线节点控制器技术研发，并研究了6Lowpan无线组网技术，能够实现110、大规模的低功耗无线网络覆盖，具有无需布线、易于接入、安装方便等优势，方便实现大规模的传感器接入。ZigBee技术支持星状网(Star Network)，树状网(Cluster tree Network)和网状网(Mesh Network)三种网络拓扑结构，组网灵活，可以实现系统动态增加或者减少节点，无需重新调整系统的拓扑结构。6Lowpan网路也可以动态组网，并且基于IPv6技术，具有海量的地址空间，易于与互联网无缝集成，易于接入到管理平台。目前已经完成相关无线模块的研发，外接的传感器，只需要添加该模块，就可以自动与节点控制器通信，实现的传感器数据的接入。本STS计划任务中，将基于以上电力载波111、zigbee和6Lowpan通信技术基础，进一步整合成标准化协议，针对实际项目中，不同道路环境提供相应的短距离通信解决方案，并实现可灵活切换的标准化通信管道。基于物联网的社区智能感知技术：项目前期的智慧社区建设中，研究了部分物联网关键支撑技术，对社区运营实现“智慧化”，在前端体现为人、物、事的状态智能感知。通过芯片、传感器、RDID、摄像头等手段实现对社区范围内基础设施、环境、人、车辆、建筑、家居等方面的识别、信息采集、监测和控制。采用物联网智能感知设备来实现智慧社区的可视化管理和服务。通过各种摄像头采集用于社区环卫管理、停车管理、治安管理；通过北斗/GPS卫星导航技术和各种智能感应技术，感112、知并监控管理社区内车辆、路灯、井盖等市政基础设施；通过卫星导航结合LBS定位，以及集成各种传感器的可穿戴式终端，感知并关爱社区内的孤寡老人等特殊人群。本STS计划任务中，将基于前期的基础，研发更多的智能传感接入技术，包括新增路侧停车感应技术、充电桩技术等等，扩大智慧城市感知面，真正形成面向各领域的智慧城市大数据感知。（3） 云计算研究基础基于G-Cloud云操作系统的基础设施云平台基础：中科院云计算中心拥有自主研发的G-Cloud云操作系统，并已获得多项专利以及产品著作权，同时该系统获2011年工信部安全可控云计算典型示范项目，2012年获得公安部信息系统安全等级三级等保认证，2013年获东莞113、市科技进步一等奖。中科院云计算中心面向现代信息服务业的云计算平台已被获得广东省和东莞市政府的重点支持项目。中科院云计算中心在云计算系统软件，云计算应用，云计算标准等领域进行了大量的研究和技术开发工作，目前除G-Cloud云操作系统外，还拥有异构数据库云管理平台、中间件以及云终端等创新产品，目前，已与国内多个城市展开合作，全面推进云平台的建设，产品已得到广泛应用，如参与国家高新区东莞XX基础设施云平台建设、东莞市电子政务云平台建设、东莞市教育云平台建设、增城电子政务云平台建设、国家北斗珠三角公共服务云平台建设、安徽宿州基础设施云平台建设、海南省海口市软件园基础设施云平台建设等。E-caf云计算开114、发框架技术基础：包括云计算的IaaS、PaaS和SaaS相关的技术内容。企业云应用快速开发框架（简称“E-cafe”）结合实际的产业应用需求，为各类云计算应用解决方案提供基础平台支持和咨询实施服务。已拥有自有知识产权的E-cafe平台采用分布式事务技术，集成了Spring、JBPM、Birt、Hadoop等第三方开发框架，封装了报表引擎、工作流引擎、统一权限服务等基础业务组件，重在构建一个基于云计算的PaaS层，不仅能为企业提供应用系统的快速开发，实现业务的敏捷化管理、数据的自动化管理以及资源的集约化管理，而且能提高企业的研发效率，缩短开发周期，提升企业的创新力，从而提高企业竞争力。在本STS115、计划任务中，将可以快速应用于智慧路灯、路灯物联网、智慧社区的各项业务中，在开发效益与性能稳定等各方面均具明显效果。同时，本STS计划任务基于E-cafe平台来构建，将极大的缩短了项目的开发周期，起到了非常好的实际效果。同时该系统支持多租户使用，使平台不需要搭建系统，仅需通过租用的方式就可以直接使用。系统采用云计算SaaS技术提供的软件使用模式，其主要特点是按需付费，无需安装部署，所有的用户都使用同一套系统。因此，团队以往的产品研发中，已经针对云计算SaaS容器技术进行了一定的基础研究，为本STS计划任务的平台提供了技术基础。基于异构数据库管理的大数据系统基础：团队已有的大数据系统，它依托于异构116、数据库管理平台，以海量数据存储、数据高速处理、并行服务开发、运行于廉价集群上为设计目标，以主从模式、数据发布、并行处理、数据流分离、同构复制为设计思路，将各类信息系统产生的数据作为存贮、分析和利用的信息系统，通过借助计算机硬件、软件、网络通信设备以及其他设备，实现对数据的收集、存贮、处理、传递、备份的系统。在本STS计划任务中，可以为智慧城市的各类传感数据进行大数据分析提供良好的支撑。基于大数据处理并行优化的技术研究基础：针对集中式数据处理模式的弊端，可采用多进程和多线程机制来对传统数据算法进行并行化重构。通过分布式文件系统的统一存取接口，将数据透明地分布到多个独立的计算机节点中，并利用Map117、/Reduce并行计算模型实现各节点上数据独立运算，最后汇总计算结果。其中并行计算和汇总计算可以是一个迭代的过程。对算法本身进行多进程或者多线程处理是在单个计算节点上进行的。这将对数据进行智能化分割，将数据按照同等大小分配给不同的线程，不同的线程可能由多个独立的CPU分别执行。每个线程计算结束后，向协调线程汇报成功信息。协调进程统一管理各个计算线程，包括其数目，运行状态，负责线程的生成、运行和销毁，并统一收集各计算线程的结果，将该结果再交给分布式处理的更高级的协调进程来处理。该技术已经国内进行了应用，与多家企业进行了深入合作，包括与广州金鹏集团有限公司合作建设广州市视频大数据平台，与英国兰卡斯118、特大学合作建设广东省视频大数据中英国际科技合作基地等。同时，也获得广东省各地方的科技项目支持，比如广东省科技厅项目“基于大数据和深度学习技术的视频智能监控系统研发及产业化”，与深圳华大基因联合申报的“基因测序大数据并行处理压缩工具的研究”项目等。（4） 智慧路灯及路灯物联网技术基础项目团队自2011年开始研究智慧路灯系统，内容包括基于城市路灯电力线，组建了一个从城市基础设备感知到后台服务器数据处理的一个基础通信网络,感知节点的数据通过电力线传输到城市变电柜安装的网关设备，网关设备再通过2G/3G方式传输到后台服务器进行处理。在智慧公共照明研发基础上，基于路灯进行路灯物联网的应用部署和测试的前期119、研究，深入研究了IPv6，6Lowpan等前瞻、关键技术，前期已在示范区进行了路灯wifi、积水传感、路灯广告牌、空气温湿度传感等研究工作，并经过通过测试验证。项目将基于现有的面向路灯的硬件控制、网络通信、云计算处理、告警检测及发布、图形化数据统计等技术基础，应用到本STS计划任务中，打造一个面向更多领域的综合管理平台。智慧路灯是项目团队的一款成熟应用产品，已在全国多个城市得到广泛应用，已在全国实施智慧路灯数量达近20万余盏，其中实施道路照明的包括广州市照明中心、东莞（东莞市凤平路、东莞市永盛大街、东莞市XX迎宾路、东莞市东坑镇科技路、东莞市凤港镇、东莞市石竭镇、东莞东深大道）、湖南衡阳、江门120、鹤山、辽宁抚顺、湖南新邵、西安西咸新区、佛山等二十多个地区，园区照明有南沙晶科电子有限公司、北京中科院软件所、成都高新西区天奥园区、佛山顺德区锦力公司、鸿利光电厂区等。同时，路灯物联网的推广模式上也在积极探索，2015年9月份已经与安庆市签署了合作协议，计划在安庆市宜秀区开展基于路灯物联网的智慧城市PPP项目。其他类似地区还包括广州南沙区庆盛、贵州贵安新区、四川绵阳、四川阆中等地。（5） 智慧社区研究基础在智慧社区服务相关的解决方案建设方面，背靠广东省软件共性技术重点实验室、中科院云计算产业技术创新与育成中心，在移动互联网、大数据、云计算等领域有着强大的研发和运营支撑能力。云计算中心软件分中心121、与广东金赋信息科技有限公司开展合作，成立了智慧城市创新产品联合实验室，共同建设“市民之窗”社区自助服务平台。“市民之窗”以建设服务型政府、构建和谐社会为目标，秉承为市民生活带来更多便利的服务宗旨，建设的一个开放式行政便民自助服务平台。广东科海与广东软件共性技术重点实验室合作共建了“智慧产业工程技术实验室”，通过智慧产业科技创新服务平台服务于广大互联网创业者。在本STS计划任务中，将基于前期的社区研究基础，进一步研究在社区中通过路灯为主要载体形成的神经网络系统，形成建设成本更低、覆盖面更广、取电安装更方便快捷的新型社区建设模式。目前，本技术成果已在佛山南海区、广西南宁、南沙区珠江街道、南沙区黄阁122、镇等地进行落地。（6） 基于移动应用中间件的快速开发技术移动应用中间件技术的出现，就是为了解决移动终端上的移动应用适应性问题。前期研究的移动中间件平台通过下列技术手段实现移动应用的终端适配问题： 结合构件技术、反射技术和面向方面(Aspect-Oriented)技术的优势，通过智能算法的分析及适应策略的应用，实现了移动应用的表现界面以及本地能力的高度适应能力。 采用结合B/S和C/S架构优势的MUIL（Mobile User Interaction Language）， 使移动应用既有C/S架构的表现丰富性和响应即时性，又有B/S架构的自包含性和跨平台性。 采用虚拟归属环境技术，解决移动应用的123、表现及内容与设备类型、位置感知及网络状态的适配问题。 基于WSDL的Web服务与界面控件的自动匹配技术提高移动应用定制开发的效率。该技术已实施的项目包括海珠区移动终端管控平台建设、萝岗区移动终端管控平台建设、南沙区政企移动云终端管理平台建设、广州市电子政务中心移动云平台项目、广东省食品药品监督管理局智慧食药监项目等。同时，该中间件技术申报了多项科技项目，包括基于安全定制ROM的政企移动终端管理云平台研发、面向政企专用移动终端的云安全管控平台研发、移动电子政务终端云安全管控平台、政企移动终端管理云平台、面向电子政务的移动终端管理云平台、政府移动云终端平台及产业化等项目。4.2队伍状况本STS计划124、任务联合了中科院在广东省的多家单位，以及当地企业进行技术联合攻关和项目落地实施。其中，将以广州中科院软件所为牵头单位，先进院和云计算中心提供核心技术支撑，广东科海和中科智城公司负责项目的最终落地实施和运营服务。广州中国科学院软件应用技术研究所广州软件所，是由广州市人民政府与中国科学院共建的隶属于广州市人民政府的直属事业法人单位，是广州市政府创新发展模式的试点单位之一。目前已汇集起包括享有国务院津贴的专家、博士、硕士、海归学者在内约75人（全所共136人）的研发团队，专门从事与智能视频、云计算、物联网、软件工程、并行计算以及智慧城市建设相关的理论、关键技术及产品的研究开发工作。申报单位依托母所中125、国科学院软件研究所深厚的科研理论基础实力，为项目的研究和关键技术攻关提供了强有力的技术支撑，同时作为中国科学院软件研究所的智慧城市中心及广东智慧城市产业技术创新联盟理事长单位，深入开展智能视频、云计算、物联网、智慧城市、并行计算、软件工程等项目和产品的研发、生产和市场推广工作。现建有智慧照明事业部、智慧城市研究中心、物联网及系统研究工程中心、先进软件技术实验室、智能视频实验室等多个研究开发部门。各研发中心、实验室、事业部的科技成果屡次获得国内、国际上相关领域的奖项殊荣，包括“2012巴塞罗那智慧城市国际博览会创新类决赛奖”、“工信部智慧城市创新应用奖”、“2012中国物联网关键技术创新奖”、“126、高交会优秀产品奖”等。广州软件所将牵头整个项目，将负责整合参与单位在物联网、云计算、智慧社区、智慧交通等方面的研究成果，形成整体方案，并最终在示范点实施。广东科海信息科技股份有限公司广东科海成立于2000年，注册资金1550万元，是一家专业从事物联网智能监控技术、平安城市及智慧城市解决方案研发的高新科技企业。公司自主研发的智能安防监控管理平台产品及可视化智慧社区管理系统，广泛应用于智能安防、楼宇智能、工业监控、智慧城市等领域。广东科海已经与东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心建立了联合实验室，共同在云计算、智慧社区方面开展合作。广东科海将在本STS计划任务中负责肇庆示范地的实施工作，基于127、公司在社区网格化、城市部件管理等方面工作基础上，集成整个智慧城市神经网络基础平台，为社区网格化和城市部件管理提供实时数据信息，实现整个社区信息的自动采集、上报和处置，提高整个肇庆端州区的智慧程度。中科智城软件有限公司中科智城是东莞中科院云计算育成中心孵化的高科技企业，其主要专注于智慧城市基础支撑平台建设，特别是在智慧路灯及路灯物联网方面，技术水平已达到国内领先和国际一流。公司研发的智慧路灯已经在国内占据了前三市场份额，产品遍布全国各地，包括广州、东莞、贵州、安徽、北京、湖北等地。其提出的“将智慧城市建立在路灯基础上”的理念已经得到国内同行的广泛认可，并与欧美的最新理念一致。中科智城在本STS计128、划任务中将致力于物联网神经网络基础平台中关键技术研究，并基于该平台研制面向城市精细化管理的各种应用，包括窨井盖管理、Wifi接入、路面积水预警、广告牌、路侧停车等，并研制支撑整个产业链上下游厂商的开放API接口，建立生态圈。同时，中科智城将在本STS计划任务中负责东莞XX示范地的实施工作，基于该公司在XX已经进行智慧路灯系统，升级建设底层智慧城市神经网络平台，以及一系列智慧城市应用。东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心中国科学院云计算中心是2011年在广东省东莞XX高新技术产业开发区成立的中科院直属的大型院地合作机构。中科院云计算中心汇聚了中科院计算所、遥感所、电子所、自动化所、软件所、129、声学所、网络信息中心等相关单位在云计算领域的技术、人才、设备和网络等核心科技创新资源，形成中科院在云计算技术领域的研发、创新与运营基地。中心在东莞XX国家级高新技术产业开发区拥有科研与办公用地100亩，建筑面积10万平方米。作为国内首家自主知识产权的云计算平台运营商，云计算中心拥有国内首个自主产权的云计算平台，自主研发的G-Cloud云操作系统获2011年工信部安全可控云计算典型示范项目，技术处于国内领先地位，并且得到了广泛的实际应用。云计算中心产品线涵盖云计算创新服务平台、云操作系统、云存储、云码头、电子政务云平台、遥感云服务平台、智能交通平台、支持云应用迁移与定制开发、测试，虚拟化桌面服务130、等。同时软件分中心广泛联系业界同行，发起和成立了广东省智慧城市产业创新联盟，是联盟理事长单位，目前联盟成员已达到50家。加入了4个国家级协会和联盟，是中国通信工业协会物联网分会理事单位，也是中国智慧城市产业联盟、中国软件协会现代服务业分会的发起单位和中国云计算应用与服务产业联盟理事单位。 东莞中科院云计算育成中心将提供云计算平台，支撑上层智慧城市应用的计算和存储资源需求。中国科学院深圳先进技术研究院中国科学院深圳先进技术研究院是2006年2月中国科学院和深圳市人民政府共同组建，并于2009年12月顺利通过国家验收，成为中科院所属的国立科研院所。研究院是以信息技术为基础，从事先进制造业共性关键技131、术研究和开发的国家级研究所，是国内外一流的集成技术研究基地，是我国制造业领军人才的培养基地，是我国一流制造企业的孵化基地。深圳先进技术研究院的建设坚持面向国家战略需求与面向世界科学前沿的紧密结合，坚持知识创新、技术创新与区域创新的紧密结合，坚持先进技术研究与创新创业人才培育紧密结合，坚持院地共建与国际合作相结合，坚持科技创新与体制创新紧密结合，坚持和院内有关研究所协作与自主发展相结合。是中组部第二批“海外高层次人才创新创业基地”（千人计划基地）。团队人员专业背景涵盖机械工程、电力工程、自动控制、光学、热能、纳米材料、环境等多个学科领域，与国内多个一流研究所、高校建立良好的科研和学术交流合作，与132、美国、德国、日本、韩国等海外著名制造研究机构建立了长期稳固的合作关系。先进院将基于底层智慧城市神经网络基础平台，建设交通路侧设备，从而补全车联网中的“人、车、路”三要素中“路”这一要素信息采集，实现智慧交通更加精细化的定位、导航、预警等功能。五、任务管理本STS计划任务以广州软件所为牵头单位联合参与单位共同开展研究任务，将组织高素质的研发队伍，并严格进行质量控制，为项目的顺利实施提供保证。本STS计划任务负责人将全面负责本STS计划任务的总体实施，统筹项目计划制定、各个工作环节的协调、阶段任务的检查和考核等。项目采用ISO9001、CMMI三级认证管理体系，实行岗位到人，任务到人，职责到人，层133、层负责，奖罚分明的责任制。项目采用云计算中心的iSERP项目管理工具进行项目研发管理，实现从人力资源计划、分配、变更，到项目任务的WBS拆分、报工、周报/月报、审批的闭环管理，保证人力资源的充分利用，以及项目进度、质量和成本的高层视图展示，实现精细化的人力和项目的管理。在组织和队伍上，建立灵活和有效的管理制度和方法，为此项目的实施提供人才和队伍保证。为了保证整个项目的执行，将组织以项目组长为核心的项目实施队伍，包含技术总体组、质量管理、对外事务负责人以及开发组、测试组、质保组、协作组（政府部门协调）以及前瞻技术研究组等。具体组织架构如下图所示：图 30课题组织架构图具体的，课题组长由广州软件所134、袁峰常务副所长担任，他在研究成果的市场转换方面具有多年丰富的经验。前瞻技术组由中科院的核心骨干构成，主要进行物联网协议、平台支撑软件、云计算底层调度、大数据分析等方面的技术研究。开发组和测试组主要是由中科智城负责，进行硬件及嵌入式研发、应用层软件研发和测试工作。质量管理组采用CMMI3的质量体系对整个过程进行管理，由云计算中心质量主管担任负责人。对外事务负责人由广东科海公司派人担任，与XX和端州区当地政府进行对接。同时为保障项目的顺利实施，项目组制订了一系列的管理机制，具体如下：（1） 项目组织管理机制为了保证项目团队的高效协作，保证项目顺利实施，本STS计划任务将严格遵循CMMIL3管理模型135、，主要管理机制如下： 统一规划、分头实施：根据项目的总体目标，统一制订项目总体实施方案，形成多个研发小组，进行任务划分，将具体任务明确分配到各个研发小组实施。 严格控制过程质量：由质保人员和项目经理一同确定项目遵循的标准过程和标准工作产品，并在执行中由质保人员进行严格的审计，以确保最终产品质量。 落实项目管理制度：严格遵循项目需求获取与跟踪管理、方案选择集成、计划与跟踪，实施研发过程，以保证项目研发任务按照进度高质量完成。 团队协作、优势集成：在项目实施中，各小组之间定期及时就实施中出现的问题进行沟通，集中整体资源优势，攻克技术难题。（2） 定期交流研讨机制 在项目进行中，通过组织进行定期来访136、交流讨论会制度来保证项目良好运行，让项目双方团队人员及时了解项目进展状况，对项目的问题进行充分沟通和解决，对项目的下一阶段工作进行分析部署，保障项目可控、运行良好。 定期听取项目成员对负责任务的汇报，对完成有困难的任务进行集体协商，并寻找解决办法。 对项目中出现的风险问题及时跟踪改进，对工作中的失误找出原因并及时改正、总结。 探讨项目任务或技术难点的最佳方案，并对各阶段工作进行及时总结，以达到项目整体目标的实现。 讨论部署开展下阶段的工作任务。（3） 落实项目进度管控 制定详实的项目计划：在项目计划阶段，制定详细的项目计划，项目负责人能够对项目有整体性的掌握，明确项目的关键路径，重点的关注项目137、的关键阶段。 通过每日项目报工数据的收集，及时、准确的反应项目的进度情况，从而更好的把握和控制项目的正常运行。 通过项目管理平台汇总分析工作日志、项目个人报告中的数据，采用逐层汇报机制，生成项目工作报告，便于项目负责人及时了解项目的整体情况。 定期进行项目风险维护、风险识别、风险跟踪、风险预警以及对已发生风险采取纠正措施的管理，以便于项目负责人及时发现项目风险并跟踪风险发展趋势，采取有效措施及时处理问题，规避风险。（4） 进行严格的质量把控 制定严格完善的质量保证和管理计划，在项目管理过程中结合进度管理进行质量保证管理。 质保组每天通过审查每日开发工作报告、适当抽查和联合测试组等方式对工作进行138、项目质量的跟踪和管理，对不符合项目要求的项目工作及时纠正。 按照质量管理计划进行里程碑检查，举行评审会，严格管理质量变更，及时有效对项目质量进行管控，保证高品质的项目质量。 质量管理有独立于技术发开组的专门部门，直接对接项目负责人，既能够避免自己监督自己的局限性又能够及时将项目质量情况反馈给项目负责人，以对整个项目进行质量管理，避免不合格项目和烂尾项目的出现。（5） 建立有效的绩效考核制度 项目管理中，及时、合理、有效地评价员工的工作业绩和素质能力，对项目工作的结果和行为进行评价。 通过调动项目组工作人员的工作热情和能力，降低项目中的人员风险，提高项目的完成效率。 利用有效的绩效考核制度帮助员139、工提高工作绩效与工作胜任力，促进组织绩效的不断提高，建立项目良好的人力资源队伍。 加强项目管理者与项目成员之间的沟通与交流，增强了项目组织的凝聚力。六、经费概算与资源集成方案（一）经费来源及使用计划单位：万元经费来源经费使用计划金额合计2016年2017年2018年合计3800合计3800140513851010国拨经费科研业务费50151520科发局经费800实验材料费240808080研究所经费仪器设备费100403030地方经费劳务费400140130130企业经费3000生产性投资2370900900570贷款基本建设400150150100借款管理费120404040其他其他1204140、04040（二）院拨经费概算表单位：万元序号科目名称经费1经费总额8002一、直接费用75031设备费（合计）8042材料费44553计算分析费1564差旅费4075会议费1586国际合作与交流费1597出版/文献/信息传播/知识产权事务费30108劳务费80119专家咨询费101210其他费用2013二、间接费用50年度拨款计划2016 年2017年2018年院拨经费350350100（三）子任务经费明细表（不设子任务可不填此表）子任务名称负责人单 位起止时间经费（万元）备注综合集成与调控费/院拨经费合计/说明：单位既可以是研究所，也可以是非法人单元。七、承担单位法人代表意见承担单位法人代表141、对负责人、支持经费、提供保障条件的意见。法人代表（签字） 承担单位（公章） 年 月 日八、 有关附件或佐证材料（三）项目的沟通协调机制；（6） 项目组织管理机制为了保证项目团队的高效协作，保证项目顺利实施，本项目计划任务将严格遵循CMMIL3管理模型，主要管理机制如下： 统一规划、分头实施：根据项目的总体目标，统一制订项目总体实施方案，形成多个研发小组，进行任务划分，将具体任务明确分配到各个研发小组实施。 严格控制过程质量：由质保人员和项目经理一同确定项目遵循的标准过程和标准工作产品，并在执行中由质保人员进行严格的审计，以确保最终产品质量。 落实项目管理制度：严格遵循项目需求获取与跟踪管理、方142、案选择集成、计划与跟踪，实施研发过程，以保证项目研发任务按照进度高质量完成。 团队协作、优势集成：在项目实施中，各小组之间定期及时就实施中出现的问题进行沟通，集中整体资源优势，攻克技术难题。（7） 定期交流研讨机制 在项目进行中，通过组织进行定期来访交流讨论会制度来保证项目良好运行，让项目双方团队人员及时了解项目进展状况，对项目的问题进行充分沟通和解决，对项目的下一阶段工作进行分析部署，保障项目可控、运行良好。 定期听取项目成员对负责任务的汇报，对完成有困难的任务进行集体协商，并寻找解决办法。 对项目中出现的风险问题及时跟踪改进，对工作中的失误找出原因并及时改正、总结。 探讨项目任务或技术难点143、的最佳方案，并对各阶段工作进行及时总结，以达到项目整体目标的实现。 讨论部署开展下阶段的工作任务。（8） 落实项目进度管控 制定详实的项目计划：在项目计划阶段，制定详细的项目计划，项目负责人能够对项目有整体性的掌握，明确项目的关键路径，重点的关注项目的关键阶段。 通过每日项目报工数据的收集，及时、准确的反应项目的进度情况，从而更好的把握和控制项目的正常运行。 通过项目管理平台汇总分析工作日志、项目个人报告中的数据，采用逐层汇报机制，生成项目工作报告，便于项目负责人及时了解项目的整体情况。 定期进行项目风险维护、风险识别、风险跟踪、风险预警以及对已发生风险采取纠正措施的管理，以便于项目负责人及时144、发现项目风险并跟踪风险发展趋势，采取有效措施及时处理问题，规避风险。（9） 进行严格的质量把控 制定严格完善的质量保证和管理计划，在项目管理过程中结合进度管理进行质量保证管理。 质保组每天通过审查每日开发工作报告、适当抽查和联合测试组等方式对工作进行项目质量的跟踪和管理，对不符合项目要求的项目工作及时纠正。 按照质量管理计划进行里程碑检查，举行评审会，严格管理质量变更，及时有效对项目质量进行管控，保证高品质的项目质量。 质量管理有独立于技术发开组的专门部门，直接对接项目负责人，既能够避免自己监督自己的局限性又能够及时将项目质量情况反馈给项目负责人，以对整个项目进行质量管理，避免不合格项目和烂尾145、项目的出现。（10） 建立有效的绩效考核制度 项目管理中，及时、合理、有效地评价员工的工作业绩和素质能力，对项目工作的结果和行为进行评价。 通过调动项目组工作人员的工作热情和能力，降低项目中的人员风险，提高项目的完成效率。 利用有效的绩效考核制度帮助员工提高工作绩效与工作胜任力，促进组织绩效的不断提高，建立项目良好的人力资源队伍。 加强项目管理者与项目成员之间的沟通与交流，增强了项目组织的凝聚力。（四） 知识产权管理；为保证项目顺利进行，申报团队不仅对本领域知识产权情况、研究规避他人专利壁垒的应对策略，还制定了知识产权管理办法。 本领域知识产权情况及分析智慧城市物联传感基础平台与众多技术相关，146、存在很多既有技术标准。对这些现有各领域标准的支持和规避是本课题需要同时考虑的两方面问题。云计算技术的核心技术 MapReduce已经于2010年1月被授权专利，MapReduce广泛用于各种数据挖掘应用中，除了Google自己，还有Yahoo的搜索基础设施，Amazon的Elastic MapReduce服务，IBM的M2平台，最重要的实现还有Apache的开源项目 Hadoop。因此，我们会慎重的进行云计算技术的选型考虑，通过与云计算中心的核高基“新型网络计算操作系统”课题组进行充分的交流，最后确定方案。本项目将采用Web服务技术来实现与第三方平台的通信。现有的Web服务为描述一组可通过标准147、XML消息进行网络访问的操作接口。Web服务采用UDDI、WSDL、SOAP、HTTP、XML等标准协议，因此比CORBA、DCOM等使用私有协议的技术更适合于系统运行和维护。这些标准大都为国际标准组织、开源组织或大型信息公司联合体以标准形式发布，不涉及专利和垄断性知识产权障碍。1) 规避他人专利壁垒的应对策略a) 实现真正的自主创新为主。本课题将解决云计算环境下的智慧城市物联传感基础平台的关键技术问题，实现规模化自主创新。对于我们的自主创新，本课题将通过专利、软件著作权等方式保护我们的知识产权。b) 充分利用开源资源，实现最前沿创新。开放源码已经成为全球软件发展的重要趋势。本课题将尽可能使用148、开源技术，利用开源技术为开发提供丰富的资源。同时，为了有效避免国外大公司的知识产权壁垒和专利陷阱，我们将慎重应用开源技术，力争在课题实现过程中拥有最大程度的国产知识产权。除此之外，本项目制定了知识产权管理制度，如下：第一条 为了加强对本项目知识产权的保护，规范知识产权管理工作，促进科技成果的推广应用，根据国家有关法律法规规定，制定本办法。第二条 本办法所称的知识产权，包括：1）专利权和技术秘密。主要指新产品、新技术、新工艺、新方法、新材料、新设计、新配方、新品种等专利权和技术秘密；2）著作权(含计算机软件)。主要指本项目的产品设计图纸及其说明、计算机软件及文档资料、集成电路布图设计、地图、摄影149、录像、艺术表演、教材、辞书、规范汇编等；3) 国家法律规定保护的其它知识产权。第三条 本项目知识产权管理遵循统一管理、分工协作、规范有序的原则。第四条 本项目设立知识产权管理部，负责知识产权的管理工作。下设专利、商标、商业秘密等各专业管理岗位，在各自的业务范围内负责相关知识产权的管理和具体工作。其他各相关业务部门还应指定本部门知识产权管理工作的兼职人员。第五条 知识产权管理部的主要职责：1) 制定知识产权各类管理规定，协调知识产权管理工作，划分各岗位的管理范围与职责，指导、监督、检查其他部门的知识产权管理工作；2）审核业务部门的申请，组织和建立知识产权档案管理；3）代表本项目负责知识产权的申150、请等对外工作；4）代表本项目负责知识产权纠纷处理、诉讼等对外工作；5） 参与签订或审核涉及本专业知识产权内容的各类合同、协议，建立知识产权合同档案；6）组织宣传和学习有关知识产权的法律知识并交流经验。第六条 本项目员工完成项目工作任务、利用项目名义、利用项目物质条件产生的智力劳动成果，属于职务智力劳动成果，其持有权属本项目。1）完成本项目工作产生的智力劳动成果是指：1.执行本项目工作任务所完成的智力劳动成果：2.履行本岗位职责所完成的智力劳动成果；3.完成的智力劳动成果属于所在项目的业务范围；4.离休、退休、停薪留职、辞职或调离的员工在离开原公司二年内完成的与其在原工作岗位承担的本职工作或分配151、任务有关的智力劳动成果。2）利用本项目的名义完成的智力劳动成果是指：1利用本项目的名誉、名称或社会地位进行的各种行为；2利用本项目的人力及未公开的技术情报资料完成的智力劳动成果；3工作时间内完成的智力劳动成果。第七条 一切职务智力劳动成果的持有(所有)权归本项目，任何其他公司及个人未经允许不得以任何形式转让、销售、使用或侵吞本项目持有(所有)的职务智力劳动成果。第八条 职务智力劳动成果的完成人享有在有关成果文件上署名和取得相应荣誉、奖励及获得报酬的权利。第九条 技术项目完成后，项目负责人须及时向研究项目下达的主管部门报告，按本项目的规定提交全部科技档案文件，并提出申请专利的必要性和可行性，对可152、申请专利的项目及时办理申请事项，不宜申请专利的技术秘密，应采取相应保密措施。应申请专利而未申请造成本项目经济损失者，要追究直接责任者和项目有关责任人的责任，包括在研究过程中已具备申请专利条件者。第十条 专利是知识产权中的重要内容，在专利管理中涉及的具体问题，根据国家和本公司的有关规定执行。第十一条 完成科技项目合同约定或计划任务书的规定任务后，研究人员须将全部实验报告、实验记录、图纸、声像、手稿等原始技术资料收集整理交本公司知识产权档案管理部门归档并填写鉴定申请书，要按照国家和本公司的有关规定及时组织鉴定。第十二条 对本项目的技术秘密和商业秘密，应严格执行国家和本项目的有关规定，签定保密协议。153、第十三条 在与其他公司进行委托研究、委托开发或合作研究、合作开发时，必须订立书面合同，合同中必须有关于知识产权保护的条款。第十四条 订立技术合同(包括技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务等合同)必须严格遵守国家和本项目关于技术合同管理的相关规定，明确约定科技成果有关权益的分配等。任何个人未经同意，不得以项目的名义对外签定技术合同。第十五条 违反本办法，剽窃、窃取、篡改、非法占有或者以其他方式侵犯本项目知识产权的，或造成项目知识产权被侵犯的，由知识产权管理部依据规定追究经济责任。构成犯罪的，及时向司法机关举报。第十六条 侵害人为本项目成员的，应责令其改正，要追究直接责任者和部门主要负责人的责任154、，造成损失的，应当追究其经济责任。第十七条 本办法在执行过程中如有与国家法律、法规相抵触的，以国家法律、法规为准。第十八条 本办法由知识产权管理部负责解释。第十九条 本办法自下发之日起执行。（五）风险分析。1.管理风险评估及应对措施 申报单位拥有一支由高级系统集成项目工程师领衔，众多相关专业技术人员组成的团队，具有强大的技术研发能力和丰富的项目实施经验。同时，项目组人员均有着丰富的开发经验和技术背景，为本项目的开发提供了坚实、可靠的技术支持。此外，申报单位的高层及中层管理者具有CMMI、ISO9001、软件工程的丰富理论基础及多年企业管理和项目管理的经验，并设有专门的项目管理委员会对项目进行审155、计和考核管理，用丰富的项目管理和运营经验保证项目的正常运行。在管理体系方面，申报单位已建立了一套完整的开发、升级、培训和服务体系，在多个实施项目的产品升级、用户培训和售后服务中都获得了客户的广泛好评。在管理模式上，申报单位使用项目管理工具保障研发过程的质量，使用在线报销管理系统进行严格的财务监管；此外，申报单位设有严格的项目研发制度、财务管理制度、健全的财务管理部门、合格的财务管理人员以及健全的项目管理制度、财务经济责任制，以确保本项目的顺利实施。 本项目组人员目前已经全部到岗，预计人员流动率不超过 15%，其中关键技术研发人员队伍将保持稳定。在项目的开发管理上将结合申报单位的管理体制，按照软156、件工程学的开发模式，使项目始终在可控制的状态下完成。上述的人员保障、项目管理经验、产品服务体系都能有效降低项目的管理风险，保障本项目的顺利开展。 2.技术风险评估及应对措施 为保障本项目研发的顺利开展，将采用以下措施保障项目技术研究的正常运作，以应对技术风险： (1) 成立项目组，由智慧城市研究领域专家担任负责人，落实项目成员任务分工，定期开展技术研讨； (2) 强化技术创新，在深化项目技术的同时关注技术发展的新动态，注重对新技术的开发和应用； (3) 邀请物联网和智慧城市建设领域的专家成立项目专家委员会，对项目技术研发提供技术支持。 3.市场风险评估及应对措施 我国自 2015 年 4 月 157、7 日起，住建部和科技部对第三批国家智慧城市试点名单的发布后, 智慧城市试点已达 290 个。智慧城市相关投资总额或达到 4 万亿元，智慧城市相关领域将成为政府下一轮投资周期的重点。这庞大的建设规模中，相当一部分的投入就是针对城市的基础设施进行物联网智能感知与数据处理，物联网在交通、电网、环保、农业、市政管理、安防等领域都将发挥重要作用。因此，在这种智慧城市建设和探索的大背景下，本项目具备了一个良好的市场环境和市场规模。因此市场前景明朗，风险较低。应对市场风险的策略如下： 1) 严格执行项目前期市场调研，明确市场需求，把握技术难关，实时做到项目推广进度风险预测。 2) 项目执行期间，定期开展项目风险跟踪，在技术、资金、管理上采取妥善措施保障项目顺利实施推广。 3) 建立详实的项目保密体系，严格按照保密制度对项目知识产权、商业机密进行保护。九、