目前，智慧城市是全球關注的熱點話題，中國也十分重視智慧城市建設。國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設部、工業(yè)和信息化部、科學技術部、衛(wèi)生部等均在積極地推進智慧城市試點建設工作。其中，住房和城鄉(xiāng)建設部智慧城市試點建設規(guī)模較為龐大，三批試點共計 290個城市，其中第一批 90個、第二批 103個、第三批97個。

隨著試點城市建設工作的不斷推進，人們對于智慧城市頂層設計有了更多的關注。智慧城市的頂層設計是否合理，關系到是否有一個良好的城市建設實施、智慧化運營、決策管理及智慧服務。相關學者對智慧城市頂層設計的理論與方法進行了積極地探索，宋巍巍等介紹了頂層設計的發(fā)展線路圖法及體系架構法;楊瑛提出要借助標準化思維和工具，強化智慧城市頂層設計，并分析了具體案例;朱貴冬等運用系統(tǒng)論的方法，提出從業(yè)務、系統(tǒng)、標準、安全等層面加強頂層設計。頂層設計是影響智慧城市建設成敗的關鍵因素，從全國約 300個智慧城市試點建設中看，城市的頂層設計如何合理地編制、有效地管理、科學地實施是當前各級智慧城市管理部門亟需解決的重要問題。

本文在智慧城市的互聯(lián)、整合、共享的理念與技術框架下，對智慧城市頂層設計申報、審核、評估、管理、展示進行了全流程設計，改變了傳統(tǒng)的以文本方式管理智慧城市頂層設計成果的單一形式，并結合數(shù)據(jù)庫應用技術，借助專題地圖與統(tǒng)計圖表進行設計成果的可視化表達。在此基礎上，綜合運用計算機、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)等技術，設計研發(fā)了智慧城市頂層設計管理與可視化系統(tǒng)，為智慧城市試點建設提供管理、評價和可視化軟件，實現(xiàn)了部門間頂層設成果的共享，指導智慧城市的建設進程有序推進，并為國家智慧城市試點的評價驗收工作提供支撐。

01智慧城市頂層設計管理流程分析

智慧城市頂層設計管理流程貫穿于頂層設計申報、審核、評估、管理、展示的整個周期中，具體可概括為項目申報、項目初審、設計評估、成果復審、項目實施及驗收和成果管理6個階段(圖1)。

圖 1 智慧城市頂層設計管理流程

1)項目申報。頂層設計成果項目信息錄入是項目申報階段的主要任務，是由填報用戶(市級智慧城市管理用戶)填報用戶基本信息、頂層設計項目成果信息，并上報項目成果文件(頂層設計材料)，項目信息錄入之后提交至省級管理用戶。該階段需明確智慧城市建設的申報主體、牽頭部門、建設周期、投資總額等基本信息，以及計劃開展的重點建設項目基本信息，并按照模板編制成果文件。

2)項目初審。項目初審階段的主要任務是省級管理用戶對市級提交的項目申報信息、申報材料進行初審。省級管理用戶可實時掌握省內智慧城市頂層設計申報情況，并統(tǒng)籌安排省內智慧城市建設工程。對于基本信息填報缺項、成果文件上傳不完整、不符合統(tǒng)籌建設要求、包含重復建設工程的項目可退回，由填報用戶重新補充完善;對于符合要求的項目，開展設計合理性評估。省級管理用戶結合城市特色，選擇評估指標體系與參與此項目評估的專家組人員，并設置專家組組長，提交項目成果。項目初審是省級智慧城市主管部門對本地區(qū)智慧城市建設實施指導的有力抓手，有利于推動區(qū)域智慧城市協(xié)調發(fā)展，避免重復建設。

3)設計評估。設計評估階段，評審專家工作組根據(jù)評估指標體系，結合項目頂層設計成果完成打分，并填寫評審意見匯交至專家組組長。專家組組長結合評審意見，撰寫頂層設計成果合理性評估報告，并將評估結果反饋至省級管理用戶。設計評估指標涉及經濟情況和財政投入情況、試點工作基礎情況、保障措施情況、資源整合利用情況等多個方面。通過設計評估，領域、行業(yè)專家對各城市的智慧城市頂層設計提出指導建議，保障智慧城市建設的統(tǒng)籌性、科學性、先進性、全面性和可行性。

4)成果復審。成果復審階段，省級管理用戶將頂層設計成果報給部級管理用戶進行復審確認。復審階段需審核頂層設計成果，并確認評審專家組提供的評審結果。通過復審階段后，頂層設計申報成功。該階段部委智慧城市的主管部門從全國范圍內領導、統(tǒng)籌、組織智慧城市建設，進一步規(guī)范智慧城市建設秩序，確保智慧城市建設水平。

5)項目實施及驗收。項目實施及驗收階段，試點城市按計劃實施智慧城市頂層設計，開展具體的創(chuàng)建工作。在項目實施過程中，項目填報用戶可根據(jù)實施情況申請項目變更，通過審批后可以進行頂層設計成果調整。項目實施完成之后可申請進行項目驗收工作。驗收工作依據(jù)頂層設計內容，由部委級智慧城市管理部門會同省級智慧城市管理部門開展，檢查資金投入到位情況、制度建設完成情況、建設工程完程情況等內容。

6)成果管理。成果管理階段，試點城市提交各類創(chuàng)建工作成果至部級智慧城市管理部門，提交成果主要涉及創(chuàng)建任務書、實施方案、投融資方案、規(guī)劃綱要、申請書、驗收報告以及評估報告等。各級管理部門及時進行成果歸檔，定期對智慧城市的建設成效進行總結與評價，根據(jù)總結成果及時對后續(xù)其他智慧城市建設進行滾動調整。

02智慧城市頂層設計可視化分析

傳統(tǒng)的頂層設計成果通常為單一文本，不利于用戶直接掌握成果的內容。智慧城市視角下的頂層設計，應當擺脫單一的表現(xiàn)形式、實現(xiàn)多元化的呈現(xiàn)方式。借助信息技術手段，融入即時、互動的信息，將數(shù)字、文本轉化為形象的圖形進行表達，全方位地考慮設計成果的可視化。

智慧城市頂層設計的可視化屬于信息可視化的范疇。馬華認為信息可視化旨在把數(shù)據(jù)資料以視覺化的方式表現(xiàn)出來，是一種將數(shù)據(jù)與設計結合起來的圖形，是有利于簡短、有效地向用戶傳播信息的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。聶自超認為，信息可視化是將抽象的數(shù)據(jù)通過視覺方式表現(xiàn)，加強人們對抽象概念的認知，其中抽象數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，如文本和地理信息。總之，可視化是連結數(shù)據(jù)和用戶的橋梁，是展示分析成果的一種方式。

隨著智慧城市建設的深入發(fā)展，可視化設計在Web界面、信息圖表設計、電子地圖等各個領域引起廣泛關注，實踐應用范圍也逐步擴大。百度、阿里巴巴、騰訊等互聯(lián)網公司已經專門成立了數(shù)據(jù)及信息可視化的部門或團隊。2013年6月，百度發(fā)布了用于商業(yè)數(shù)據(jù)圖表可視化產品 Echarts。Echarts 是基于 HTML5 Canvas 的 Javascript 圖表庫，提供直觀、生動、可交互、個性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表，可流暢的運行在個人計算機及移動設備上，兼容當前絕大部分瀏覽器(IE 8/9/10/11、Chrome、FireFox、Safari 等)。ECharts 可提供常規(guī)的折線圖、柱狀圖、散點圖、餅圖、K線圖，及用于地理數(shù)據(jù)可視化的地圖、熱力圖、線圖，并且支持圖與圖之間的混搭。Echarts創(chuàng)新了拖拽重計算、數(shù)據(jù)視圖、值域漫游等特性，大大增強了用戶體驗，并賦予用戶對數(shù)據(jù)進行挖掘、整合的功能。

可視化系列產品是探索數(shù)據(jù)的工具，只有從數(shù)據(jù)中獲取盡可能多的關鍵信息，才有可能找到合適的可視化表達方式。通過借助 Echarts 和 GIS 技術，以及對智慧城市頂層設計內容的初步分析，將需要可視化的內容分為以下4類。

1)數(shù)值數(shù)據(jù)可視化。普通數(shù)字型的數(shù)據(jù)，如頂層設計合理性的評價指標得分值、智慧城市建設投資總額、重點項目資金數(shù)額等。此類信息可通過折線圖、柱狀圖、散點圖、K線圖、餅圖、雷達圖等單一或混合圖表的形式展現(xiàn)。

2)空間位置可視化。空間位置描述物體所在的位置，如頂層設計中規(guī)劃的重點項目位置信息。此類信息可借助 GIS技術，將地理位置放在地理坐標系中，將屬性信息通過數(shù)據(jù)標注的方式反映。目前有較多的公開地圖可支持空間位置表達，如百度地圖、OpenStreetMap等。

3)帶有空間位置的數(shù)值信息可視化。與某一地理位置或地理區(qū)域相關聯(lián)的數(shù)字型數(shù)據(jù)，如頂層設計中描述的地區(qū)寬帶普及率?？赏ㄟ^ GIS專題地圖組件表達，在普通地圖的基礎之上，反映一種或多種主題要素，表示特定專題信息，如直方圖地圖、餅圖地圖、等級符號地圖、點密度圖、獨立值地圖等。

4)時序數(shù)據(jù)可視化。可描述并展現(xiàn)隨時間變化的數(shù)據(jù)。如智慧城市的建設狀態(tài)隨時間變化而改變，會經歷申報、建設、驗收等不同階段。可通過動態(tài)地圖的方式，以時間為變量，用顏色變化表達狀態(tài)的改變。

03頂層設計合理性評估指標構建原則

建立智慧城市建設的評價指標體系，有助于城市管理決策層及相關機構及時、有效地把握智慧城市的發(fā)展，從而進行科學、合理的決策。2015年，國家標準化管理委員會聯(lián)合中央網絡安全和信息化委員會、國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)了《關于開展智慧城市標準體系和評價指標體系建設及應用實施的指導意見》，2016年，國家標準化管理委員會研究制定了《國家新型智慧城市評價指標(征求意見稿)》。但是，由于城市規(guī)劃、城市區(qū)位、智慧城市建設牽頭部門等方面存在的差異，智慧城市建設內容也各不相同。建立統(tǒng)一、合理的頂層設計評估指標存在一定的難度。因此，確定智慧城市頂層設計評估指標確定的原則，可為開展頂層設計管理中的可視化系統(tǒng)設計、建設可配置的評估指標管理功能提供指導。

1)層次性與獨立性原則。采用層次性原則，可按照指標層次高低與相關性，將指標體系進行等級與類別劃分，可更方便地確定指標權重。同時，指標之間還應該彼此相互獨立，不存在任何相互包含關系，也不相互重疊。

2)普適性與特殊性原則。頂層設計評價指標可分為控制項與指導項?？刂祈検呛饬宽攲釉O計優(yōu)劣過程中必須考慮的因素。指導項以城市地方特色為依據(jù)，從地區(qū)角度出發(fā)，構建可落地、可操作的指標體系。

3)導向性與可操作性原則。智慧城市頂層設計合理性評估的目的不僅是為了評價設計的優(yōu)劣程度，更重要的是為后續(xù)的智慧城市建設和改進提供科學的參考依據(jù)，引導城市建設向正確的方向和目標發(fā)展。因此，評價指標選取以及評價的標準均應較為詳細地列出具體內容，使得評價指標具有一定的導向性。

在滿足導向性的同時，指標應具有可操作性。評價指標體系要繁簡適中，指標涵義明確，易于獲取。在基本保證評價結果客觀、全面的條件下、指標體系盡可能簡化，減少或排除沒必要考慮的因素，使評價易于實現(xiàn)。

04智慧城市頂層設計管理與可視化系統(tǒng)建設

系統(tǒng)用戶分析

綜合分析智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)的用戶群體構成和業(yè)務組織邏輯關系，結合智慧城市頂層設計管理流程，設計該系統(tǒng)的用戶組織架構，為不同用戶分配不同的系統(tǒng)功能權限。系統(tǒng)用戶包括管理用戶、評估用戶與填報用戶(圖2)。

圖 2 系統(tǒng)用戶組織架構

根據(jù)用戶組織架構進一步展開各級用戶間的關聯(lián)分析。在縱向管理上，通過部委級-省級-市區(qū)縣級三級管理用戶完成頂層設計申報管理，市級智慧城市管理辦公室完成頂層設計項目成果的提交，再通過省級智慧城市管理用戶逐級審核并反饋信息。在橫向管理上，通過本級管理用戶及評估用戶完成頂層設計成果合理性評價，管理用戶分配評估用戶與評價指標，評估用戶完成評價后提交評價報告(圖3)。

圖 3 系統(tǒng)用戶關聯(lián)分析

系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)集頂層設計項目成果申報、管理、評估、展示于一體，根據(jù)每級用戶的職責和工作內容分析系統(tǒng)業(yè)務功能需求。

1)市區(qū)縣級用戶業(yè)務功能需求。市區(qū)縣級用戶主要是填報用戶(智慧城市管理辦公室)，需要完成基本信息填報、頂層設計成果文件提交、頂層設計變更調整申請等工作。

2)省級用戶業(yè)務功能需求。省級用戶主要包括管理用戶(住房和城鄉(xiāng)建設廳)和評估用戶(省級評審工作組)。其中，管理用戶需要上報通過初審的申報材料至部委級用戶、項目信息維護管理、項目建設情況可視化展示及統(tǒng)計分析、分配評估指標與評估專家;評估用戶需要完成分配的頂層設計材料合理性評估、撰寫頂層設計成果評審報告。

3)部委級用戶業(yè)務功能需求。部委級用戶(住房和城鄉(xiāng)建設部)需要維護管理全國頂層設計項目信息、全國智慧城市建設情況可視化展示及統(tǒng)計分析、復核頂層設計申報與評估成果、管理頂層設計成果評估指標體系。

智慧城市頂層設計管理的可視化系統(tǒng)總體架構

智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)的總體架構可分為 4個層次，包括基礎設施、數(shù)據(jù)層、平臺層和應用層如圖4所示。

圖 4 智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)總體架構

基礎設施層是系統(tǒng)運行的支持環(huán)境，包括硬件設施和軟件設施。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基礎，主要包括頂層設計編制成果，合理性評估指標，以及其他各類頂層設計管理的數(shù)據(jù)。平臺層是系統(tǒng)建設的核心內容，包括構建頂層設計管理可視化系統(tǒng)的各類功能組件，如基本信息管理、信息變更、合理性評估、成果可視化、項目資料與成果管理、系統(tǒng)管理等。應用層是面向系統(tǒng)的各類用戶，包括各級智慧城市建設管理機構和頂層設計評估專家。

智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)的功能

智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)為頂層設計管理提供基本信息管理、合理性評估、成果可視化、資料管理等功能。

1)基本信息管理功能?；拘畔⒐芾碇饕獙崿F(xiàn)智慧城市頂層設計的基本信息的填寫、修改、查詢、分析等功能，可基于基本信息數(shù)據(jù)庫自動生電子報表(圖5)。項目成果填報用戶登錄系統(tǒng)后，對項目的基本信息進行添加和錄入，主要包括項目名稱、類別、承擔單位、起止時間、現(xiàn)狀指標、考核指標、資金保障等關鍵信息，針對頂層設計中的具體項目，可錄入項目具體建設內容、負責人等信息，并可繪制項目所在的空間位置。

圖5 智慧城市頂層設計管理基本信息

2)合理性評估功能。合理性評估模塊可創(chuàng)建多套頂層設計合理性評價指標，滿足評估指標、評估專家、評估過程的管理。系統(tǒng)管理員可通過評估指標與評估專家管理新增指標與專家信息，并管理整個評價進度，評估專家根據(jù)成果評估功能進行評估打分。

評估指標管理，通過分析智慧城市頂層設計評估指標的構建原則，系統(tǒng)支持評估指標的可定制、可配置，并實現(xiàn)指標的多級、多套管理功能，包括設置指標名稱、用途以及權重賦值等內容，同時提供指標的編輯、增加、修改、功能;對評估專家管理，主要針對專家信息資料，主要包括專家姓名、工作單位、技術領域、聯(lián)系電話等內容的管理，管理員可以增加、刪除、更新專家信息;成果評估環(huán)節(jié)是評估專家以項目成果內容為基礎，以選定評估指標為依據(jù)，結合項目成果實際情況，針對每項指標給出詳細的得分，完成指標得分的輸入并編寫評審意見;待各位專家的評估工作完成后，由評估專家小組組長匯總評估結果，并出具評估報告;通過評估過程管理，可以查看頂層設計項目的狀態(tài)信息，包括項目的基本信息、評估信息以及進度信息等內容，其中評估信息包括評估專家、評估具體指標及評估結果(得分情況、專家意見)內容;進度信息反映目前評估的進度狀態(tài)，如顯示哪些專家已經評估完畢，還有哪些未評估。

3)成果可視化。項目成果可視化模塊主要是以圖形的方式提供頂層設計成果的各維度視圖。摒棄了以往頂層設計以文檔資料為成果的單一展現(xiàn)形式，使得成果內容更為直觀、易懂，為城市管理者快速地掌握與理解頂層設計提供方便?？梢暬瘍热葜饕攲釉O計項目成果評估指標可視化、頂層設計項目空間分布可視化、頂層設計統(tǒng)計分析結果可視化。項目成果評估指標可視化可展示單個項目的評估指標數(shù)據(jù)，也能展示多個項目評估結果的匯總信息?？梢暬δ芡ㄟ^圖表展示，如折線圖、柱狀圖、餅圖、雷達圖等展示形式，使用戶直觀的了解評估指標數(shù)據(jù)。通過條形圖表達該頂層設計成果各專家的分值及平均分，通過雷達圖將重要的評價指標集中畫在一個圓形圖表上，可看出該頂層設計的特點與問題(圖6)。

圖6 評估結果可視化

項目空間分布可視化功能將智慧城市頂層設計的城市區(qū)域以及具體實施項目的空間屬性，在地圖上進行專題展示。如在地圖上展示一定區(qū)域內頂層設計項目的總量，不同類型頂層設計項目的數(shù)量，有利用管理者掌握區(qū)域內智慧城市的整體情況與分布態(tài)勢，對于智慧城市建設較少的區(qū)域可適時加大鼓勵與支持力度，推動整個智慧城市建設協(xié)調發(fā)展(圖7)。

圖7 空間分布可視化

統(tǒng)計分析結果可視化是將項目基本信息進行分類匯總后，對結果進行圖表一體化展示。能夠提供按頂層設計項目的分類、空間分布等屬性進行總量統(tǒng)計，可進行各區(qū)域、各年度項目的對比分析。通過餅狀圖與折線圖對比分析了不同區(qū)域項目投資額度的多少及趨勢(圖8)。

圖8 統(tǒng)計分析結果可視化

4)成果管理。項目資料與成果管理模塊提供頂層設計資料與成果的分類、上傳、查詢、下載，實現(xiàn)對智慧城市頂層設計各類成果的掌控與管理。根據(jù)項目申報、創(chuàng)建及驗收 3大階段，按照頂層設計成果分類標準創(chuàng)建文件存儲目錄，對各階段成果及更新版本進行分類匯總(表1)。

表1 成果管理資料分類

智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)特色

智慧城市頂層設計管理可視化系統(tǒng)具有一鍵申報、智能流轉，項目管理、全程跟蹤，圖文互動、全域分析3方面的特色。

1)一鍵申報、智能流轉。采用項目實時跟蹤管理和業(yè)務場景建模技術規(guī)范化智慧城市頂層設計項目申報，在規(guī)范業(yè)務流程過程的同時，滿足用戶對自定義業(yè)務流程的需求。系統(tǒng)應用中提示用戶業(yè)務流轉方向，維護日志中全程記錄業(yè)務流轉信息，通過便捷的業(yè)務場景模型，實現(xiàn)快速申報、智能流轉。

2)項目管理、全程跟蹤?；谥腔鄢鞘许攲釉O計項目管理需求，系統(tǒng)形成了城市申報、省廳初審、專家評估、部級復審的全過程辦理流程，為用戶提供全生命周期的項目管控，實現(xiàn)項目審核過程全程跟蹤。

3)圖文互動、全域分析。系統(tǒng)通過統(tǒng)計圖表及專題地圖實現(xiàn)了圖文互動的項目成果審報以及成果可視化。將頂層設計的城市位置及具體項目落到空間位置，從專題地圖直觀了解全國與各省市的智慧城市建設現(xiàn)狀，為全國智慧城市的發(fā)展規(guī)劃提供科學、合理的輔助決策。

05結 論

科學合理的智慧城市頂層設計，可避免遭遇各自為政、信息孤島等城市信息化建設的老問題。本研究形成的智慧城市頂層設計管理與評估流程將智慧城市設計與建設成果同步于國家、省、市三級，擺脫了以往單一文本的頂層設計成果展現(xiàn)方式，項目開展的頂層設計成果的可視化研究，通過地圖、圖表等相結合的方法，使得頂層設計成果可視、可感、可懂，有助于各級決策者掌握城市乃至區(qū)域發(fā)展的藍景，有效地實現(xiàn)了各級部門工作的融合與協(xié)同，提高了智慧城市評估、審核、建設工作的效率和質量。但是，目前研究中涉及的可視化內容及表達方式仍然有限，下一步將深入分析歸納頂層設計可視化內容，并結合三維仿真等可視化技術進一步完善研究成果。