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《武汉大学》 2012年
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智慧城市信息系统关键技术研究

袁远明  
【摘要】:城市作为人类的聚集中心和交易中心,是人类文明进步的标志。城市化是城市发展的必然趋势,也是一个社会问题不断涌现的过程:低效的城市管理方式、拥堵的交通系统、难以发挥实效的城市应急系统、远不完善的环境监测体系等等。数字城市以全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感RS、计算机、网络通信等技术手段来采集、分析和处理各类城市管理问题,利用网格化管理和城市部件管理法,在城市治安、交通、环卫、规划等方面的应用取得明显成效,也为以城市可持续发展为目标的智慧城市模式提供了动力。作为智慧城市的信息系统必须拥有强大的计算能力、感知能力和数据应用能力。云计算、物联网和语义网三大技术的发展为智慧城市建设提供了可行性,对云计算、物联网和语义网的应用基础和关键技术研究具有重要的理论意义和实用价值。 本文以武汉市智慧城市及其重点工程市行政服务中心的需求、规划、实施、运营为课题背景,对城市数据中心的云计算资源调度、城市感知网的架构与中间件设计和城市关联数据的组织与应用三个方面的关键技术进行了深入研究。在分析智慧城市信息系统需求的基础上,首先建立基于演化算法的云计算虚拟资源调度模型,然后提出城市感知网的技术体系与实现方法,最后提出针对海量感知数据的关联政府数据组织与应用方法。论文研究的理论和关键技术对于智慧城市信息系统的规划、设计、实施和评价具有重要的理论指导意义,对未来提升城市公共服务水平、确保城市可持续发展具有重大的应用价值。 本文在关键技术与应用方案层面,具有如下的贡献和创新。 (1)基于多目标演化算法的云计算虚拟机资源分配方法 针对数据中心云计算资源调度模型、策略及目标,提出了虚拟机资源的初次分配与自适应动态调度方法;根据虚拟机的多维向量特征提出了基于多目标演化算法的资源虚拟机分配算法;给出了根据性能向量的综合负载能力评估策略、基于历史负载数据的触发迁移策略、基于迁移开销的定位策略实现、基于最佳匹配的迁移物理目标机选择策略。在保证应用服务性能的基础上,能更有效地降低虚拟机迁移次数,减轻因迁移对云计算中心整体性能的影响,同时更大程度地减少启用物理服务器数量,提高服务器资源的有效利用率,达到更佳的节能效果。 (2)面向泛在服务的城市感知网技术体系与中间件架构 智慧城市汇聚异构、多维、多时相和海量的泛在信息,需要构建统一的数据接入与汇集机制。本文以物联网的计算框架为基础,提出了满足城市感知网的数据采集、传输与计算服务的技术体系;根据物联网网关的功能需求,提出了软件系统和硬件系统构建方法;提出了符合M2M需求的城市感知网中间件架构,即可以实现感知资源的动态管理,也支持通过HTTP协议提供泛在服务。这对于解决器、控制器和计算终端的多样性条件下提供智能服务具有重要意义。 (3)关联政府数据组织的系统架构和数据处理技术 关联语义数据广泛应用于语义搜索和个性化推荐等智能服务。运用关联数据技术发布的资源对象,具有可共享、可重用、结构化和规范化的特性。在对关联政府数据组织的系统架构、方法技术进行深入分析的基础上,提出了一种由数据转换、数据加工和关联、数据存储及索引、数据应用及服务层组成的关联数据组织4层架构。分别对各层的组成模块和主要功能进行了详细描述,给出了相应的算法和分析。重点阐述了文本、表格等政府开放数据转换为RDF三元组以及进一步加工、关联、存储、索引、查询、呈现的具体方法和技术,通过属性项向关联数据集中本体映射、表元值与实体匹配、联合推断属性项间关系,形成一套自动生成高质量关联数据技术,在政府资源间建立链接,实现跨平台、跨系统查询。以实例说明它们的有效性和可用性,对网络资源语义级共享和关联政府数据组织、知识管理和知识服务科学问题的求解有较大的理论意义和应用价值。 综上所述,本文面向提升智慧城市的运算能力、感知能力和数据应用能力展开研究,提出了基于多目标演化算法的云计算虚拟机分配方法,设计了城市感知网的体系与中间件架构,探究了关联政府数据组织的系统架构和数据处理技术,最后将本文的研究成果应用在武汉市智慧城市和市行政服务中心的项目实践中,验证了理论模型和技术方案的有效性。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP315

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【引证文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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