ｌ＿＿■ｉ城市管理技術
口北京大學數字中國研究院資訊化創新與治理研究中心李立明
口北京理工大學數學系
曹鵬口中國高技術產業發展促進會中國公務創新研究中心李譁
一新的管理模式：網元化服務系統
物聯網是近年來出現的一種資訊科技，它提出的物質資訊之間的聯絡，資訊的可靠傳輸以及智慧型管理等豐富了信
息化管理的內容，同時，也提出了很多新的問題，如雲計算
等，這些方面的研究在參考文獻［１】中得到了很好的總結。然而，物聯網主要是從技術角度提出的資訊化管理模式，而在城市管理中，人的因素是非常重要的。筆者曾經提出的
ｇｂｃｐ管理模式 ｊｉ是一種既考慮了資訊化管理，又考慮了人的因素的管理模型。在經典的ｇｂｃｐ理論中，我們考察了**（ｇ）、企業（ｂ）、公眾（ｃ）與公共物品（ｐ）之間的動態關係，建立了靜態、動態兩種模型，並在此基礎上，討論了物質資訊系統的基本性質 ，然而，這些討論的乙個前提假設是所有的公共物品都可以看成是點，即不考慮形狀和位置，並且考慮的重點為單個ｇｂｃｐ環的性質和規律，這樣與實際應用還有一定的距離。為此，在原有ｇｂｃｐ理論的基礎
上，本文提出了一種新的管理模式：「網元化服務系統」。這種管理模式借鑑了物聯網的基本思想，即物質資訊的對應、轉換關係，智慧型管理（包括機器和人的智慧型管理）等，又兼顧人的因素，實現了「以人為本」的管理目標。
在網元化服務系統中，主要考慮的因素有：物質所存在的環境，即三維現實空間、時間因素以及網元系統執行所需要的金錢等成本，我們稱之為能量。於是由三維現實空間、時間、能量這五個相對獨立的因素，構成了乙個五維空間，
並在這五維空間中，討論網元系統的執行。
二網元的構建與執行模式
（一）網元的構建
首先，適用網元化服務的系統範圍，即哪些系統適合網
元化管理，稱之為元系統，一般具有以下特徵：
１．系統中有物質、資訊和人，物質和資訊存在著對應關係，在一定條件下可以轉化，資訊可以傳遞（用一句話概括，就是高度資訊化）；
收稿日期：２０１１—０５一ｉｏ————
作者簡介：李立明（１９５８一），男，河北唐山人碩士，高階工程師。
５６城市管理與科技２０１１／３
２．系統在正常執行下，具有某種功能，這種功能服務於
人；３．如果系統中的物質的屬性發生改變，從而影響功能的話，系統自身有能力修復此物質的屬性，使之重新具有原功能。
比如城市管理系統中，以道路照明的路燈為例，所有
維護路燈照明的企業、主管部門以及公眾就可以形成乙個元系統，這裡路燈是物質，系統的功能是照明，為公眾服務。
如果路燈屬性改變（壞了），那麼就會產生對應的資訊的改變，資訊可以傳遞，最終結果為路燈修好了（資訊與物質轉換）。這個過程就是經典的ｇｂｃｐ模式所描述的過程。由此可見，如果在城市部件都已經資訊化的假設下，城市管理系統就可以看成是乙個元系統，筆者研究的重點，不在於元系統的構建和如何執行，而是如果系統的物質的性質發生改變，影響到系統的功能時，系統如何更好地修復此功能。
為了研究方便，可以給出如下概念：
（１）元系統的穩定：是指元系統能夠保證功能正常執行；（２）事件：影響元系統功能的物質變化；（３）服務：系統所
需處理的目標事件；（４）子服務：為了完成這個目標事件，可以把完成的過程分為若干個步驟或若干個子目標事件；（５）單位子服務：不能再分解的子服務；（６）網元：為了提供單
位子服務，所需要的系統中元素的最小集合。
這裡提出的不能再分解，主要依賴於元系統，是指在元
系統中物質不能再分解了。比如城市管理系統就是乙個大的元系統，可能有路燈壞了，可能有井蓋丟了，等等，這些事件需要服務。如果有多個井蓋丟了，那麼每修復乙個的過程
就可以看成是乙個網元。而如何製造、安裝這個井蓋，就不是城市管理系統所關心的範圍了，因此可看成是乙個網元。很明顯，元系統中可能有多個網元，這些網元可以相互作用，但每個網元是相對獨立的。
有了網元的概念，可以給出網元化管理的描述。所謂網元化管理，就是針對每個網元，利用ｇｂｃｐ的管理模式，利用物質、資訊、人的相互作用與影響，完成單位服務，再經過服務的疊加，完成整個服務，使元系統恢復功能的過程。
城市管理技術ｌ＿
這裡要回答兩個問題，一是為什麼要選擇ｇｂｃｐ管理模
式；二是如何應用ｇｂｃｐ管理模式。
首先，可以看到，元系統是乙個物質資訊系統，同時，
廠第１個資訊採集點 】ｉ共廠————————＿
ｎ個資訊採集點
這個物質資訊系統又有反饋的作用，即在處理事件的過程中，元系統的某組成部分（比如說「人」）會對事件的處理的程序和結果有作用；同時，每處理完乙個事件之後，本次處理的結果都會對下乙個事件有作用。正是通過對這種具有於是１維物質在ｒ時刻對應的資訊為：
簡記為其中，為物質的位置資訊，：１為物質的維數，共，２個反饋作用的物質資訊系統的研究，提出了ｇｂｃｐ管理模式，並指出ｇｂｃｐ模式可以很好的達到管理的目的（參見文獻［５］，第六章）。
其次，如何應用ｇｂｃｐ管理模式的問題。在城市管理中，對於公共部件，我們給出了ｇｂｃｐ模式的理論和演算法。
那麼在元系統中，其核心思想同樣適用。因為在元系統中，三個重要的組成部分，物質（ｍ）、資訊（ｉ）、人（ｍ），構成乙個ｍｉｍ系統，而這個系統中最重要的還是人的作用。因為元系統的乙個重要的功能就是「以人為本」，正是為了滿足人的需求，一旦物質的屬性發生改變（ａｍ＞０），利用「物質一資訊」相互轉換這個工具，完成對物質屬性的修復。
這和ｇｂｃｐ理論中ａｐ的產生帶動整個ｇｂｃｐ環的形成的原理是一致的。所不同的是，元系統中的物質更為複雜，研
究好元系統中物質的屬性是建立網元化管理的關鍵所在，解決的辦法就是利用五維空間中的三維現實子空間。
為了更精確表達網元化管理的過程和優勢，要借助於數學模型。由於考慮元系統中物質屬性的改變，物質屬性中下列兩個屬性對於網元模式是很重要的：
幾何屬性：物質在現實三維空問中呈現的維數特徵；功能屬性：物質是否正常，即該物質能否保證元系統功能正常執行。
比如，在城市管理的元系統中，電線桿、井蓋就可以
看成是點狀物質，即０維；公路、各種線路可以看成是線狀物質，即１維；停車場、湖泊可看成是面狀物質，即２維；**、高層建築等可看成體狀物質，即３維。於是，在ｔ時刻，
物質的屬性可表示為其中ｐ表示物質的位置資訊；為物質的幾何屬性，取值範圍為物質的狀態，ｓ＝０，表示物質功能正常，：１表示物質功能不正常；為時刻。
一般來說，對於高維（維數大幹等於１）的物質，其狀
態不能簡單地表示成正常或非正常，因為還要進一步確定非
正常的部分（看成乙個點），在高度資訊化的假設下，用向量（或矩陣）的方法給出表達，比如對於ｌ維物質（公路，河流等），可以採取的資訊採集方式為：
資訊點，（）的取值為０或１，為第ｉ個資訊採集點的狀態，ｆ為時刻。
顯然，有一０一（ｆ）一。或 ＝ｌ一
（）＞０兩種結果。
對於２維物質，資訊採集方式為：
於是，２維物質在ｔ時刻對應的資訊為
ｉｎｆ（ｐ，２，聊ｆ）
簡記為其中，ｐ為物質的位置資訊，ｋ＝２為物質的維數，共ｍｈ個資訊點，（，）的取值為０或１，為第（，＿／）個資訊採集點的狀態，ｆ為時刻。
以此類推，３維物質在ｔ時刻對應的資訊為：
１．ｆ（ｐ，３，
ｆ）簡記為以矗），ｆ）
其中，ｐ為物質的位置資訊，ｋ＝３為物質的維數，共ｎｍ１個資訊點，ｓ（ｉ，ｊ，）的取值為０或１，為第（ｉ，ｊ，ｈ）個資訊採集
城市管理與科技２０１１／３５７
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點的狀態，ｔ為時刻。
以上筆者給出了從的過程，
獲取，於是得到影射
這裡 （）＝１。
然而，為了以ｇｂｃｐ管理模式進行網元化管理，還必須引入第二步，此資訊經由管理者傳遞到物質「人」的因素。首先，從資訊的採集可能靠感測器，也可能是人，對於人，或者說資訊的採集者（對應ｇｂｃｐ中的ｃ），用表示，即在ｔ時刻，對物品的部分（ｉｊ，＾）進行資訊採集的人；如果採集的結果出現異常，要對這個異常資訊進行處理，於是就要有具有管理職能的人（對應ｇｂｃｐ中的ｇ），即把資訊傳遞到提供或修復物品的人或企業
（對應ｇｂｃｐ中的ｂ），最終使物品中（７，）部分的屬性從 （＾）＝ｌ變成
於是可以看出，網元系統是按照物質（ｍａｔ）——資訊
（ｉｎｆ）一一人員（ｍａｎ）的形式建立起來的，為乙個ｍｉｍ系統。
物質流，資訊流，人員流的概念如下：
物質流：描述物質的屬性在一段時間內隨時間改變而變
化的集合，用數學表示式給出為
其中 、ｔ１分別表示首末時間點；
資訊流：描述物質對應的資訊在一段時間內隨時間改變
而變化的集合，用數學表示式給出為
（ｔｏ，ｔ『）｝，其中ｔｏ、ｆ，分別表示首末時間點；
人員流：描述人員在一段時間內隨時間改變而變化的集
合，用數學表示式給出為
（ｔｏ，ｔ『）｝，其中 、ｆ，分別表示首末時間點。
（二）網元化管理的執行方式
網元化管理的執行方式，即ｇｂｃｐ模式、物質、資訊、人員流互動模式，以及五維系統空間模式。對於乙個網元，首先要注意它是提供單位子服務的，因此，這裡的物質屬
性發生改變時，其對應的中，有且僅有乙個（『，）：１，其餘均為０。換句話說，就只有一處出現故障。
１．網元化管理的ｇｂｃｐ執行方式。（見圖１）
首先 ，
觸發網元管理的原因是物質
的ｓ＝１，因此由前述有且僅有乙個ｓ（，，ｈ）＝１，
圖１網元化管理的ｇｂｃｐ執行方式示意圖此
資訊由５８城市管理與科技２０１１／３
的提供者
：第三步，物質的提供者ｍａｎ（ｐ，曰（），ｆ）生產此物質，：
此時，新的物質的屬ｌ￣ｓ＝ｏ。
這裡的對映同樣滿足７１ｆ７１ｇ＝，，即去掉時間因素外，復合對映為恒等對映。
２．網元管理的物質資訊流模式（見圖２）ｉ黴
圖２物質資訊流相互作用模型示意圖
圖２為典型的物質資訊流相互作用模型。從ｇｂｃｐ模式可以看出，網元化管理起始幹物質狀態的改變，即△ｓ＝ｌ，終止
也是物質狀態的改變△ ＝一１，在這期間，物質、資訊可以相互轉變，即 ：口ｆ— ，ｔｂ：ｉ，礦一ｍａｔ，資訊可以傳輸ｔｃ：ｉｉｎｆ，最終形成物質流、資訊流的相互影響，完成網元化管
理。這裡還有人員流的概念，但在圖中沒有給出，事實上，人員流相對穩定，但其存在的必要性是：確保物質流、資訊流能夠順利地形成並相互作用。
至此，筆者認為，單個網元的模型和ｇｂｃｐ模型基本一致。
網元系統的構建與執行模式
在元系統中，一旦功能出現問題，涉及的網元往往不止
乙個，那麼在多網元情形下，如何確定管理模式呢。為此，筆者考慮了以下幾種可能出現的情形。既然網元系統的核心
思想是提供服務，因此，多網元系統的劃分必然也是按照服務來劃分的。首先，如果服務可以分解成若干個子服務，並且由這些子服務確定的網元中涉及的ｇ、ｂ、ｃ都是互不重疊
的，於是就可以簡單的分析這些子服務是否有先後順序，如沒有，就可用並行式；若有，就是序列式；
城市管理技術ｉｉ
（一一）網元系統的基本模式１．並行式
（二）網元系統的其他模式
如果在乙個元系統中，需要提供的服務可以分解為若
在乙個元系統中，若需要提供的服務可以分解為若干個子服務，且這些子服務確定的網元中互不相同，那麼就可以
幹個子服務，且這些子服務確定的網元中有相同的元素，可採用以下方式處理。
同時進行網元管理，最終提供系統的服務。
例如：在城市管理系統中，井蓋和路燈同時壞了，用物１．共享ｇ式
如果在元系統中，若干個子服務共享質流、資訊流可表示如圖３。
圖３並行式示意圖
２．序列式
在乙個元系統中，若需要提供的服務可以分解為若干個子服務；且這些子服務確定的網元中互不相同，但服務之間
有先後次序，那麼就要按子服務次序進行網元管理，最終提供系統的服務。
例如：井蓋丟了，但在送新井蓋的途中，交通發生了擁堵，這樣，必須先解決交通擁堵問題，再解決井蓋丟失問題，用物質流、資訊流可表示如圖４。
圖４序列式示意圖
那麼可以按照並列式網元系統模型進行考慮，因為ｇ是管理者，其在網元系統中主要起資訊傳遞、監督的作用，因此，當兩個網元在ｇ處重疊時，可按並行處理。採用並行式管理模式。
２．共享ｂ、ｃ式
如果在元系統中，若干個子服務共享口（），ｆ），那麼，可以按序列式網元系統模型處理，因為ｂ ｃ承擔著物質、資訊轉換的功能，如果上乙個網元沒有完成，下乙個網元無法繼續，因此，可以按序列式模型提供服務。
３．共享物質式
如果在系統中，對於同乙個物質，若物質的幾何屬性為０，那麼它的功能屬性要麼是０，要麼是１。但是對於高維物
質，可能發生同一物質在兩個以上不同點同時功能屬性為１的情形，比如，同一條公路上發生兩處以上事故，同乙個小區內出現多處垃圾汙染等等，那麼就需要根據物質的型別判斷是並列式還是序列式了，比如，如果是公路擁堵問題，往往是序列式，但如果小區汙染問題，又可以採用並行式了。
ｏ參考文獻：
［２】李立明，程永強，曹鵬．資訊化城市管理和諧模型建模初探［ｊｊ．城市管理與科技
［３］李立明，程永強，曹鵬，等．資訊化城市管理和諧模型建模再探【ｊ】ｌ城市管理與科技
［４】李立明，程永強，曹鵬．資訊化城市管理和諧模式評價體系［ｊ］城市
管理與科技
［５］李立明，等著．奧運城市執行系統設計與實現【ｍ】．北京：科學出版
社．２ｏ０９．
（責任編輯：黃荔）
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