智慧城市平台技术方案建议书.docx
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智慧城市平台技术方案建议书
智慧城市平台
技术方案建议书
1.概述
1.1.背景介绍
XX生态城是中国、新加坡两国政府战略性合作项目，生态城市的建设显示了中新两国政府应对全球气候变化、加强环境保护、节约资源和能源的决心，为资源节约型、环境友好型社会的建设提供积极的探讨和典型示范。
2013年，XX生态城入选国家住建部首批“智慧城市”试点名单，在未来的三五年内，XX生态城将努力建设成为一个基础设施先进、信息网络通畅、科技应用普及、生产生活便捷、城市管理高效、公共服务完备、生态环境优美、惠及全体市民的智慧城市。
XX生态城的智慧城市建设以城市可持续发展、民生核心需求为关注点，将先进信息技术与先进的城市经营服务理念进行有效融合，通过对城市的地理、资源、环境、经济、社会等系统进行数字网络化管理，对城市基础设施、基础环境、生产生活相关产业和设施的多方位数字化、信息化的实时处理与利用，构建以政府、企业、市民三大主体的交互、共享服务平台，为城市治理与运营提供更简捷、高效、灵活的决策支持与行动工具，为城市公共管理与服务提供更便捷、高效、灵活的创新应用与服务模式，从而推进现代城市运作更安全、更高效、更便捷、更绿色的发展目标。
1.2.建设目标
总体目标：
争先率先，充分发挥生态城体制机制优势，利用现代信息技术，特别是GIS技术、云计算技术、物联网技术、大数据技术和信息安全技术等，整合现有政务空间数据资源、平台资源、硬件资源，建立智慧城市门户网站，并依托该门户创建一系列智慧应用模板，营造多方共建、多方受益的智慧城市建设环境，为生态城智慧城市建设提供探索和尝试。
系统建设主要实现以下四个方面的目标考量：
1）以Portal为中心建立智慧城市门户
依托底层基础设施，整合资源，利用PortalforArcGIS构建智慧城市门户，实现各业务公司数据及应用的共享和协同。
2）建立城市综合指标监控平台
以智慧城市门户为内容支撑，结合物联网传感器设备采集的实时数据为监控源，以图表结合地图的形式对生态城各业务指标进行监控。
3）面向生态城业务部门的智慧应用
立足于业务单位的实际需求，以物联网、云计算技术为支撑，结合GIS技术实现2-3个智慧应用模板。
4）面向生态城居民的普适应用
从政府与公众良性互动的角度出发，以普适GIS为方向，实现1-2个面向市民的GIS应用案例。
2.智慧城市平台架构设计
2.1.总体架构
智慧城市平台的整体架构以基础设施虚拟化技术为基础，利用云管理套件实现硬件、资源、系统等内容虚拟化、自动化以及流程化，用户可根据需求生成GISServer站点，并对其进行监控、统计、管理等；接着用户可利用ArcGISforServer将虚拟化资源池中的数据发布成服务；通过虚拟化资源管理中的资源分发网关对平台内部的基础数据服务、服务和功能的访问进行路由转发、鉴权过滤。
保障平台内部的服务稳定安全的运行；然后利用PortalforArcGIS向用户提供服务注册管理、在线创建应用、分享服务、群组管理、Rest接口和展示等功能。
整个平台是在标准的规范体系和安全保障体系中构建的，保障用户的使用和管理。
图21XX生态城智慧城市平台总体架构图
2.1.1.基础设施层
平台的基础设施层以生态城所建云中心和物联网设备为基础，将包括网络、智能传感器、虚拟化设备、服务器设备及其他硬件在内的硬件设备和必要的监控工具软件通过虚拟化技术进行整合。
与传统的IT建设模式相比，云架构下的基础设施层的优势主要体现在：
Ø提高资源利用率，实现生态转型
基础设施层通过采用虚拟化的技术手段，共用基础设施资源，提高资源利用率。
Ø降低系统的管理维护成本
基础设施层将基础资源以服务的形式交付给用户，用户无需购买、维护硬件设备和相关系统软件、GIS基础软件平台，就可以利用基础设施层提供的服务灵活搭建自己的平台和应用。
Ø应用的高灵活性、高可用性和高可扩展性
基础设施层向用户提供了虚拟化的计算资源、存储资源和网络资源，这些资源能够根据用户的需求进行动态分配，从而为用户的应用带来高可用性、高可扩展性和高灵活性。
在传统的IT建设模式下，每一个系统所占用的IT基础设施资源是相对固定的，不可动态调整的。
一旦发生资源不足，就会严重影响业务系统的运行，降低系统连续运行的能力，需要进行再次的资源扩充，不能保证应用的连续运行，带来管理上的复杂性。
而基于基础设施即服务，系统可以根据自身的应用需求情况请求资源，并且在不影响系统运行的情况下，动态、及时的获取资源，从而保证了系统的高可用性和高可扩展性。
2.1.2.虚拟化服务层
虚拟化服务包括资源存储、资源监控及管理等。
虚拟化服务帮助用户完成了对底层基础设施的虚拟化、自动化和流程化的工作，为用户提供弹性服务，平台运行环境的性能也是可伸缩的。
当平台负载较大时，可以按需分配合适的资源支撑运行，做到资源的弹性动态调配。
2.1.3.软件资源层
软件资源层是资源分发的核心层，包括ArcGIS一系列核心的产品技术。
ArcGISforServer负责将资源池中的数据发布成为可用的服务，并提供Rest接口，供第三方应用调用，GeoEvent作为ArcGISforServer的扩展模板，用于处理实时数据流，如车载GPS设备、移动设备、环境监控设备以及社交媒体提供者，并在指定状况发生时自动向相关人员报警。
GISToolsforHadoop负责对大数据进行分析和挖掘。
OneMap负责整合服务资源，提供服务共享平台。
PortalforArcGIS负责连通各子公司的业务，形成在线协作分享的业务模式，构建智慧城市门户。
RuntimeSDKs和WebAPIs负责利用虚拟化资源池中搭建的基础服务：
基础地图服务、数据查询服务、地理编码服务、导航定位服务等构建智慧应用。
2.1.4.智慧城市门户
门户基于底层的资源层搭建的，综合各种空间信息资源形成服务目录，并为用户提供顶层软件的应用入口。
PortalforArcGIS，可以管理用户单位自己的地理信息资源；在线创建地图、Web应用；在用户单位内外，分享地图和Web应用；将本地、现有的ArcGISforServer服务注册进来进行管理；基于群组实现日常工作的协同办公。
利用PortalforArcGIS，能够打通各部门/单位间的信息壁垒，在智慧城市的建设中起到良好的推动作用。
2.1.5.智慧城市应用
智慧应用层包括了一系列智慧行业的应用系统，包括桌面端、Web端、移动端等方向的应用。
内容包括如社区儿童智能监控、智能管线巡检、生态城运行指标综合监控等，这些系统为业务人员和居民提供了更多的便利。
2.2.技术路线
2.2.1.基于ArcGISforServer构建空间数据服务平台
ArcGISforServer是功能强大的基于服务器的GIS产品，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，如：
空间数据管理、二维三维地图可视化、数据编辑、空间分析等即拿即用的应用和类型丰富的服务。
ArcGISforServer是用户创建工作组、部门和企业级GIS应用的平台，通过ArcGISforServer创建集中管理的、支持多用户的、提供丰富的GIS功能、并且满足工业标准的GIS应用。
ArcGISforServer提供广泛的基于Web的GIS服务，以支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其它的GIS功能。
ArcGISforServer主要功能包括：
Ø提供通用的框架在企业内部建立和分发GIS应用；
Ø提供操作简单、易于配置的Web应用；
Ø提供广泛的基于Web的空间数据获取功能；
Ø提供通用的GIS数据管理框架；
Ø支持在线的空间数据编辑和专业分析；
Ø支持二维三维地图可视化；
Ø除标准浏览器外，还支持ArcGISforDesktop和ArcGISExplorer等桌面客户端；
Ø可以集成多种GIS服务；
Ø支持标准的WMS、WFS；
Ø提供配置、发布和优化GIS服务器的管理工具；
Ø提供.NET和Java软件开发工具包；
为移动客户提供应用开发框架。
2.2.2.基于GeoEventProcessor处理实时数据流
GeoEventProcessor是ArcGISforServer的扩展模版，用于处理实时数据流。
它几乎可以连接任意类型的流数据，包括车载GPS设备、移动设备、环境监控设备以及社交媒体提供者，并在指定状况发生时自动向相关人员报警，所有的这些都是实时的。
有了GeoEventProcessor，我们可以将日常GIS应用转变为一线决策应用，无论时间、位置如何变化，它都可以帮我们快速精准响应。
使用GeoEventProcessor，我们可以做以下事情：
●通过连接传感器连接托管在ArcGISforServer的要素，这些要素反映当前真实世界中正在发生的最新数据信息。
●使用任意ArcGISViewer查看最新的要素状态。
●使用空间/属性条件过滤流数据，从而关注最感兴趣的要素。
●使用现有要素进行地理围栏事件监测。
甚至可以不干扰流数据的情况下实时动态创建地理围栏。
●使用要素服务存储历史事件。
●通过添加其他要素服务的属性信息丰富传入事件的字段属性。
2.2.3.基于GISToolsforHadoop进行大数据的挖掘分析
GISToolsforHadoop是ArcGIS10.2中提供的与Hadoop进行交互工具，可以在ArcGIS的建模工具中构建任务模型以便于自动化的执行工作流。
在ArcGIS中，可以通过工具将数据传送到Hadoop上。
上传之后，大量的分析工作就交给Hadoop来完成，而Hadoop便发挥它并行计算的优势来分析数据，因此效率有了明显的提升。
Hadoop可以通过ArcGIS提供的GeometryAPI进行空间几何运算（比如缓冲区分析、包含统计分析、叠加分析等等），还可以进行要素数据与JSON格式的转换，从而将数据传回到ArcGIS当中。
2.2.4.使用PortalforArcGIS管理服务与应用
PortalforArcGIS是一个具备协同、资源共享的地理信息门户系统，可以部署在用户本地，并且可以管理用户本地的GIS资源服务。
使用PortalforArcGIS，可以进行：
●管理用户单位自己的地理信息资源；
●访问ArcGISOnline提供的地理底图、GIS工具和分析服务；
●在线创建地图、Web应用；
●在用户单位内外，分享地图和Web应用；
●将本地、现有的ArcGISforServer服务注册进来进行管理；
●基于群组实现日常工作的协同办公；
PortalforArcGIS的产品组成如下图：
图22PortalforArcGIS的产品组成图
●Anintegratedwebsite：
一个用户自己版本的ArcGIS.com,包括ExplorerOnline和mapviewer。
●Sharingservices：
用于管理items,services,groups以及其他功能，这些功能用于提供共享和协同能力。
它提供RESTAPI，从而使用户能够上载/下载数据，或者将Webmaps嵌入到其他应用中。
●Adefaultidentitystore（modularforintegration）：
提供身份认证和安全管理。
●Administrativetools：
为系统管理员提供的管理工具，对users，groups，items进行管理，与ArcGISOnline提供的管理工具相同。
●WebmappingandPortalAPI’s：
为用户利用服务和资源开发应用提供JavaScript,Flex,SilverlightAPI。
PortalAPI（REST）为用户管理、操作users,groups,content提供能力。
PortalRESTAPI与ArcGISwebMapping、ArcGISDevice/RuntimeAPIs结合使用,开发web,device,desktop应用来实现共享和协同。
●ArcGISExplorerOnline：
像PortalforArcGIS的mapviewer一样，提供了一个轻量级的地图搜索和浏览应用。
2.2.5.基于Web服务实现地理空间数据的共享应用模式
Web服务是一种革命性的分布式计算技术。
从表面上看，Web服务就是一个应用程序，它向外部暴露了公开了一个能够通过网络进行调用的API。
它使用基于XML的消息处理作为基本的数据通讯方式，消除使用不同组件模型、操作系统和编程语言的系统之间存在的差异，使异构系统能够作为计算网络的一部分协同运行。
开发人员可以使用像过去创建分布式应用程序时使用组件的方式，创建由各种来源的Web服务组合在一起的应用程序。
由于Web服务是建立在一些通用协议的基础上，如HTTP（HypertextTransferProtocol，WWW服务程序所用的协议）、XML（eXtensibleMarkupLanguage可扩展标记语言）、WSDL（WebservicesDescriptionLanguage，Web服务描述语言）等，这些协议在涉及到操作系统、对象模型和编程语言的选择时，没有任何倾向，因此WebServices将会有很强的生命力。
通过Web服务，客户端和服务器能够自由的用HTTP进行通信，不论两个程序的平台和编程语言是什么，都可以跨越不同区各部门网络防火墙限制。
正是基于Web服务的这些技术特性，使用了HTTP和其他Web协议，地理信息公共服务平台采用基于开放标准与技术的Web服务方式共享数据，不需要了解各部门的应用系统现状，形成松散耦合的共享模式，便于平台服务根据发展需要进行伸缩。
综合考虑，平台对外的数据共享模式将主要基于WebService方式实现，达到跨平台异构多源数据的访问和互操作。
2.2.6.基于混合模式的业务应用系统开发
地理空间数据交换共享体系是一种松散耦合的异构式环境，内网用户对公共服务平台的访问都在专网上进行，而社会公众对平台的访问是通过公网进行，应用请求和服务是一种分布式网络环境。
为了保证平台架构的可伸缩性，以及考虑到数据库和网络防火墙等方面的安全限制，这种访问连接和服务部署不能采用传统的两层C/S结构模式，而必须采用多层架构的B/S结构模式建设，同时也对性能和伸缩性有较高的要求。
纯粹的侧重服务器或纯粹的客户端设计策略都存在明显的局限：
如果需要频繁的数据请求和传输，侧重服务器的策略情况下，服务器系统性能和网络带宽等都会受到挑战，会造成一定程度上的客户端响应效率低下；而侧重客户端的策略，则对数据共享和系统部署及更新带来影响。
因此，综合这两种策略，为了提供客户端的响应速度和用户体验水平，业务应用系统开发将采用胖客户端和瘦客户端相结合的混合WebGIS模式，综合考虑客户机和服务器的计算能力和网络通信量，适当地在服务端和用户客户端分布GIS的任务，以充分使用客户机和服务器的计算功能，提高互操作性和系统性能。
例如，对平台地理空间框架数据库的查询、地理空间数据管理和复杂的空间分析功能将由服务器实现；用户的交互操作和控制，对Web页面的局部空间查询、专题分析、本地叠加分析等放在客户机上进行。
这样，客户机和服务器协同完成GIS的任务，提高了系统性能。
这种混合模式既不是把全部的空间处理功能模块和数据下载到本地，再在客户端进行所有的空间操作，也不是把全部的空间处理功能放置在服务器端，在服务器进行所有的空间操作，而是根据不同政府部门对地理空间数据应用的特点和网络的状况，在客户端和服务器端进行空间处理功能的分配。
这种混合模式将基于常用的Web协议和数据格式，诸如HTTP、XML来进行信息的交互和传输，这样有助于实现各委办局间应用系统和公共服务平台之间的互操作性，从而使存在的应用能够被广泛的用户所访问。
3.智慧城市平台应用体系设计
3.1.生态城综合运行指标监控中心
2.1.1.场景介绍
对于一个城市区域来说，随着城市的发展，城市管理工作的动态性和复杂性会越来越高。
在这样的情况下，在城市管理中只针对具体事件或者只对某一城市运行指标的监控和管理可能是不够的，应该在城市管理中更加注重动态化的，综合性的，育有预测性的管理。
城市运行体征监控一般包括对能源，交通，通信，市容环境，公共卫生等指标数据以及重点区域，城管问题，市民投诉等信息的在线监测。
以往各个部门各自建立自己的业务系统，很难宏观掌握总体运行情况。
通过建立一个生态城综合运行指标监控系统，借助GIS的优势将其作为一个基础支撑平台，以空间化的形式直观展示生态城运行的宏观信息。
生态城综合运行指标监控系统将生态城现已建成的各种监控系统，传感网络进行统一集成，实时汇总不同业务部门的数据，以地图，仪表盘，统计图表来实时跟踪城市运行的各项宏观指标。
帮助城市管理者或者领导实时宏观把握城市运行状况。
根据管理者的需求定制系统所包含的运行指标，对于超标数据和监控到的突发事件，提供与其他程序的接口，辅助决策人员进行快速的事件响应处置和指挥调度。
2.1.2.总体设计
系统使用ArcGISRuntimeAPI开发，各部门将各自维护的实时数据服务在PortalforArcGIS中进行注册，生态城综合运行指标监控系统使用PortalAPI以及ArcGISRuntime实时调用监控数据，按专题分别进行展示，对每一专题，以地图，表格，文字，仪表盘等形式进行实时监控展现，并通过设置指标告警阈值，在指标超出阈值时给予报警。
对于报警信息，系统提供接口，直接进入到突发事件快速相应系统中，对报警信息进行处理。
系统主要架构图如下图所示：
2.1.3.功能结构
2.1.3.1.地下管线指标运行监控
管线指标运行监控会接入目前已有的管线监控系统，在地图上实时显示管线分布状况，各部分管线运行指标，并以表格，统计图，仪表盘等形式显示，对于发现指标异常，系统会实时报警。
2.1.3.2.工业组态指标运行监控
对城市运行至关重要的一些组态信息被实时接入地图，如市政、能源等信息，在地图上实时显示各站点分布状况，各站点运行指标，并以表格，统计图，仪表盘等形式显示，对于发现指标异常，系统会实时报警
2.1.3.3.交通指标运行监控
交通指标运行监控会实时显示当前各路段的交通拥堵状况，在地图上以不同的颜色演示各路段的交通指数，并以表格显示当前拥堵路段，仪表盘显示当前总体拥堵指数，并以图表的形式显示当日各时段的总体拥堵指数
3.2.社区儿童智能监控系统
3.2.1.场景介绍
在现代社会，由于有子女的中青年人群来说，一方面要忙于工作事业，另外一方面要忙于对子女的教育和抚养，这其中子女的安全保护和监管是这一人群的重点关注的问题之一，而生态城的人口结构也以中青年为主。
而儿童走失的情况也不是没有，一旦发生，对于没有任何自理能力的孩子危险性更大。
而对于家庭来说也是重大的打击。
所以，儿童弱势群体设计一套追踪定位方案，以备不时之需，方便亲属、救援部门快速得到当事人所处的地理位置，平日里监护人也可以作为一套监护系统在不便的时候进行基础的监护，而现在市场上并无成熟的此类产品以供选择。
通过为使用者佩戴LBS终端，从而可实现对其位置定位，。
针对小孩：
利用终端对小孩日常校外及节假日期间的行为，实现有效的完全保障，当父母无法对其进行监控的时间段内，系统将对小孩的行为进行有效的防范。
选择为监护人员佩戴内置GPS定位芯片的移动设备进行定位跟踪，设备支持国内的北斗定位系统，并且兼容美国的GPS定位系统。
3.2.2.总体设计
图34总体架构图
儿童等被监护人佩戴定制的GPS终端，监控终端将定位信息通过通信网络传送至LBS运营中心，LBS运营中心对用户的位置数据存贮、管理。
监护人可通过web端查询被监护人的位置，也可使用移动终端通过短消息，彩信等方式查询被监护人的位置。
3.2.3.功能结构
3.2.3.1.概述
GPS人员监护系统分为定位端和监控端，定位采用定制的GPS设备。
监控端分为web界面监控和移动设备短信息监控。
3.2.3.2.定位端功能结构
定制硬件功能设计
定位终端采用腕式佩戴的定位终端，设备便于儿童佩戴，不易丢失。
定位端设备的功能包括定位功能、一键通话功能、数据传输等。
图35GPS定位终端设计图
多源定位
定位终端设备支持北斗定位、美国GPS定位系统，并在缺少卫星信号的情况下，支持电信运营商的基站定位。
数据传输
将位置信息实时的通过数据传输功能上报到LBS运营中心。
用于监护人获取被监护人的位置。
3.2.3.3.监控端功能结构
人员整体监控
人员整体监控为Web端监控系统。
通过为使用者佩戴的LBS终端，实现对其进行位置跟踪，公共服务部门可以在地图上监控某一儿童群体（如某一学校，某一小区的儿童）的实时位置。
越界监控
设置被监护儿童的活动范围，当儿童离开活动范围后，系统自动向监护人发送提示信息。
设置危险区域或告警区域，当儿童进入此区域范围后，在地图上进行报警，并可以选择向监护人发送提示信息。
系统设置
可对定位终端进行管理，在系统中添加、删除终端设备。
监护人可以通过Portal自由设置区域监控的电子围栏、设置黑点信息（网吧、KTV、电子游戏厅等）。
3.3.智能管线分析演示系统
2.1.4.场景介绍
对于专业公司而言，在信息化领域智慧城市于非智慧最大的不同，在于智慧城市平台之下分析决策人员能够借助方便的信息共享平台获取更多的非本专业业务数据，借助ArcGIS强大的的地理处理框架高效、可视化的完成分析决策工作。
本分系统就是希望演示管线行业能够所使用地理平台多来源的异构数据进行综合分析，从而指导业务工作的过程。
2.1.5.总体设计（暂定）
管线养护系统有一个功能，管线寿命预警，基于设计寿命进行管线设施的维护或者更新。
但是实际上管线的实际寿命还跟其他环境因素相关，在传统的专业系统当中是无法考虑到的。
在新的城市智慧平台中，我们将能够直接跨单位、跨部门引入各种异构的环境数据到一张地图，经过科学的分析模型，给出不同空间不同环境下各管线寿命预期的精细化建议。
2.1.6.功能结构（暂定）
本系统主要演示的是一个分析功能，其基础功能建立在管线养护系统基础寿命预警功能之上。
一方面，金属管线实际埋设地土壤腐蚀性会影响其实际寿命；另一方面，沿主要道路埋设的管线会受其上方车流量的影响。
因此综合考虑各方因素才能得到较为准确的预测分布图。
在PortalforArcGIS平台上，可以方便地获取获取环保部门的土壤酸碱性信息的成果以及交通部门的主干道交通流量信息。
通过既定的算法，我们可以得到考虑了多种因素之后对管线寿命预估的专题图。
3.4.生态城智能公交查询客户端
2.1.7.场景介绍
XX生态城公交服务系统是面向大众提供公共交通服务的移动智能终端应用系统，支持iOS、Android移动智能操作系统。
在基础地图数据、导航路网数据等空间数据库的强大数据支撑以及ArcGIS强大的技术支持下，系统为用户在移动终端上提供公交站点的浏览查看、位置定位、公交路线查询、公交车实时位置查询，等待时间分析等便捷的服务，让公众的生活和出行更加的方便和快捷。
2.1.8.总体设计
系统采用B/S模式的架构，在服务器端使用ArcGISServer将公交系统的相关数
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