智慧城市簡(jiǎn)述

丁克奎，鐘凱文

(1.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州510640;2.廣州地理研究所，廣東廣州510070;3.廣東省遙感與地理信息應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070;4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

一、引 言

在21世紀(jì)，信息與通信技術(shù)的迅速發(fā)展使全世界的人們可以彼此連接，世界正在逐漸變得平坦化，這種變化深刻影響和改變著全世界人民的生產(chǎn)和生活。這種變化的根源在于資源——尤其是信息資源正在逐漸平等地被每一個(gè)接入到世界網(wǎng)絡(luò)中的人所獲取。由此而產(chǎn)生的前所未有的海量信息如何被高效、準(zhǔn)確地采集、存儲(chǔ)、管理、分析和為人類提供服務(wù)面臨諸多挑戰(zhàn)。2008年，IBM公司現(xiàn)任董事會(huì)主席兼CEO Samuel Palmisano在外交關(guān)系委員會(huì)上發(fā)言《A Smarter Planet：The Next Leadership Agenda》提出了“智慧星球”(smarter planet)的概念，認(rèn)為我們的世界正在向物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化的方向發(fā)展。作為智慧星球的重要組成部分，智慧城市應(yīng)是其重點(diǎn)和著手點(diǎn)。IBM將智慧城市定義為：可以充分利用今天可用的互聯(lián)化信息，從而更好地理解和控制城市運(yùn)營(yíng)，并優(yōu)化有限資源的使用情況的城市。IBM從城市管理的角度來(lái)理解智慧城市，并將智慧城市劃分為智慧政府、智慧公共安全、智慧醫(yī)療、智慧能源、智慧交通、智慧教育、智慧水網(wǎng)、智慧鐵路、智慧建筑共9個(gè)智慧城市子系統(tǒng)。智慧地球尤其是智慧城市逐漸從概念階段進(jìn)入研究和試驗(yàn)階段。智慧社區(qū)論壇(Intelligent Community Forum，ICF)每年都會(huì)發(fā)布Smart21社區(qū)，所選用的指標(biāo)體系分別是寬帶連接、腦力勞動(dòng)力、數(shù)字化普及、創(chuàng)新、市場(chǎng)和宣傳。

從表1可以看出歐美和亞洲國(guó)家(主要指中日韓和新加坡)對(duì)智慧城市研究比較多并且取得了一系列的成果，美國(guó)在智慧城市領(lǐng)域研究得最早并且遙遙領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)。

表1 Smart21分布

二、智慧城市概念及研究現(xiàn)狀

1.智慧城市概念

智慧城市利用互聯(lián)化信息有效平衡社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展需求，從而更好地理解和控制城市運(yùn)營(yíng)，并優(yōu)化有限資源的使用情況，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展［1］。城市的出現(xiàn)是人類步入文明的標(biāo)志，也是人類脫離原始社會(huì)城市步入文明的象征。據(jù)世界銀行集團(tuán)(World Bank Group，WBG)數(shù)據(jù)，2010年城鎮(zhèn)人口占到世界總?cè)丝诘?1%，中國(guó)城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒壤秊?5%;據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2011年中國(guó)城鎮(zhèn)人口比例為51.3%。盡管城市所占面積不到世界陸地面積的2%，城市居民卻消耗超過(guò)3/4的全球自然資源，同時(shí)是溫室氣體排放的主犯［2］。

目前，全球許多地方都在進(jìn)行智慧城市的試點(diǎn)，并取得了一系列進(jìn)展，但仍處在試驗(yàn)和探索的階段。關(guān)于智慧城市，眾多專家學(xué)者從不同的角度和研究領(lǐng)域?qū)χ腔鄢鞘凶龀隽烁拍钚缘年U述和概括。目前，幾乎所有的專家學(xué)者都不否認(rèn)智慧城市整合了科技、人、社區(qū)、管理、政策等眾多概念［3］，但是大部分研究者主要從技術(shù)角度、管理角度、政策角度、服務(wù)角度和系統(tǒng)角度理解智慧城市。也有少部分研究者試圖給予智慧城市新的解釋，認(rèn)為智慧城市就是智能增長(zhǎng)、智能網(wǎng)絡(luò)、智慧社區(qū)等。

2.智慧城市的支撐技術(shù)

(1)信息與通信技術(shù)

信息與通信技術(shù)是城市增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力量，改變了城市競(jìng)爭(zhēng)的方式。智慧城市是指安全、可靠、環(huán)保和高效的未來(lái)都市中心，同時(shí)具備先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施，比如傳感器、電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)來(lái)刺激可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和高品質(zhì)的生活。韓國(guó)的能源集成城市規(guī)劃及管理支持系統(tǒng)(EnerISS，Energy Integrated Urban Planning＆ Managing Support System)不僅向用戶和非專業(yè)人士提供信息以提高節(jié)能環(huán)保意識(shí)和高效利用能源，還向?qū)I(yè)人士提供數(shù)據(jù)以供分析、預(yù)測(cè)、規(guī)劃［4］。智能計(jì)算技術(shù)的使用使得城市的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)變得更加智能化、互聯(lián)化和高效。信息與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展、數(shù)字城市的不斷深入推進(jìn)以及物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算新技術(shù)的不斷革新正在不斷改變著我們的城市和生產(chǎn)生活。智慧城市就是要主動(dòng)利用這種科技趨勢(shì)，借助新技術(shù)將城市運(yùn)行的各個(gè)核心系統(tǒng)整合起來(lái)，以一種更智慧的方式運(yùn)行，進(jìn)而創(chuàng)造更高水平的生活質(zhì)量。推動(dòng)智慧城市技術(shù)進(jìn)步和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要支撐技術(shù)是信息與通信技術(shù)、數(shù)字城市、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算。

(2)數(shù)字城市

數(shù)字城市是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運(yùn)用遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙測(cè)、仿真-虛擬等技術(shù)，對(duì)城市的人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等要素，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的方向進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類的描述，即利用信息技術(shù)手段把城市的各種信息資源整合起來(lái)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)字化虛擬實(shí)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行規(guī)劃、管理、預(yù)測(cè)、監(jiān)管城市［5-6］。智慧在城市是在城市全面數(shù)字化基礎(chǔ)之上建立的可視化和可測(cè)量的智能化城市管理監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)，包含城市的信息、基礎(chǔ)設(shè)施以及在此基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)化的城市信息管理平臺(tái)與綜合決策支撐平臺(tái)［7］。與數(shù)字城市相比，智慧城市意味著更透徹的感知、更廣泛的互聯(lián)互通和更深入的智能化，也意味著需要城市不同部門和系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同，更合理地利用資源、做出最優(yōu)化的決策、及時(shí)預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)、突發(fā)事件與各類災(zāi)害;目的是協(xié)調(diào)各職能部門，整合優(yōu)化現(xiàn)有資源，提供更好的服務(wù)，為城市各類主體營(yíng)造一個(gè)良好的工作、生活和休閑環(huán)境。

(3)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、激光掃描和其他基于物一物通信模式的短距無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)，依照約定的協(xié)議，通過(guò)各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，從而形成的一個(gè)巨大智能網(wǎng)絡(luò)［8-9］。智慧城市就是要實(shí)現(xiàn)城市的人與人、物與物、人與物之間的智慧互聯(lián)互通，人口、自然、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等信息的即時(shí)共享與資源的優(yōu)化利用。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，城市因感知物體更多實(shí)時(shí)的信息而更具智慧，物體因接受更多指令控制而具有智能，這種相互運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使我們生活的城市更加智慧，使我們城市的生活更加美好。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展，進(jìn)行人與人、物與物、人與物之間信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)具備3個(gè)特征［10］：①全面感知，即利用傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、激光掃描和其他基于物一物通信模式的短距無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)等感知環(huán)境，獲取人和物的信息(狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)信息);②可靠傳遞，通過(guò)電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合，將人和物的信息準(zhǔn)確實(shí)時(shí)傳遞和相互溝通;③智能處理，利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)獲得的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)物體實(shí)施智能的觀測(cè)和控制。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們的城市可以更透徹地感知環(huán)境，我們的世界變得更全面地互聯(lián)互通，事物、流程、運(yùn)行方式具有更深入的智慧化。

(4)云計(jì)算

云計(jì)算將計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力作為一種服務(wù)提供給用戶，包括3種層次：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)、軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS)［11］，是一種新的商業(yè)模式，可以動(dòng)態(tài)彈性地按需提供存儲(chǔ)服務(wù)和計(jì)算能力服務(wù)。智慧城市對(duì)計(jì)算和存儲(chǔ)資源的無(wú)限需求與計(jì)算和存儲(chǔ)資源的有限供給之間的矛盾是導(dǎo)致智慧城市采用云計(jì)算技術(shù)的根本原因。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)，可以隨時(shí)隨地提供大規(guī)模擴(kuò)展的計(jì)算資源、簡(jiǎn)化服務(wù)的交付、實(shí)現(xiàn)新商業(yè)模式的快速創(chuàng)新，城市基礎(chǔ)設(shè)施的部署、服務(wù)的交付都變得更加智慧化。目前，電子政務(wù)被廣泛應(yīng)用并不斷深入推廣，比如數(shù)字廣東不僅提高了城市管理者的工作效率，降低了能耗，同時(shí)為市民提供智慧服務(wù)。

三、智慧城市的建設(shè)

智慧城市的建設(shè)如圖1所示，主要包括以下幾個(gè)層面：環(huán)境感知層、數(shù)據(jù)中心層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層和用戶。

圖1 智慧城市的架構(gòu)圖

1)環(huán)境感知層：利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)感知環(huán)境數(shù)據(jù)和信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行物與物、人與物、人與人之間的互聯(lián)互通，并可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)和用戶服務(wù)需求進(jìn)行自調(diào)整、自優(yōu)化以便更好地感知環(huán)境以向數(shù)據(jù)中心提供高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的數(shù)據(jù)、信息以及向業(yè)務(wù)層提供實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。

2)數(shù)據(jù)中心層：存儲(chǔ)著城市的人口、自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文等數(shù)據(jù)，不間斷接收來(lái)自環(huán)境感知層的數(shù)據(jù)(經(jīng)過(guò)預(yù)處理后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心)，響應(yīng)業(yè)務(wù)層發(fā)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求返回?cái)?shù)據(jù)。

3)業(yè)務(wù)層：接受服務(wù)層的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，分析業(yè)務(wù)所需數(shù)據(jù)類型，向數(shù)據(jù)中心層發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求;實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)需求需要向環(huán)境感知層發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求以獲得實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，然后將結(jié)果返回給服務(wù)層。

4)服務(wù)層：接受用戶的服務(wù)請(qǐng)求，分析服務(wù)請(qǐng)求，將服務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成業(yè)務(wù)序列;向業(yè)務(wù)層發(fā)出業(yè)務(wù)請(qǐng)求，并將業(yè)務(wù)層處理結(jié)果以用戶友好方式向用戶提供服務(wù)。

5)用戶：城市居民和游客。

四、結(jié)束語(yǔ)

智慧城市并不是一個(gè)新概念，但是智慧城市研究和實(shí)施方興未艾，智慧城市正在從實(shí)驗(yàn)室走向人們的生產(chǎn)和生活。目前，關(guān)于智慧城市還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，更多的是從技術(shù)層面和基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)闡述智慧城市。世界上很多城市，包括中國(guó)的很多城市，正在實(shí)施智慧城市戰(zhàn)略和提出建設(shè)智慧城市的目標(biāo)。但是智慧城市不是一蹴而就的，危機(jī)管理是智慧城市的一個(gè)重要組成部分，城市管理者在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害方面的不足暴露出我國(guó)的智慧城市一定要從基礎(chǔ)做起，也說(shuō)明智慧城市是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程。智慧城市不是面子工程，我國(guó)的城市管理者還需要向歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)借鑒他們的經(jīng)驗(yàn)和智慧。

目前智慧城市的研究還主要停留在技術(shù)層面的基礎(chǔ)設(shè)施上面，很多研究都是從各自角度出發(fā)來(lái)看待問(wèn)題，很少有人系統(tǒng)性地闡述智慧城市。但是智慧城市是一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)，城市的各個(gè)系統(tǒng)不是獨(dú)立分散的個(gè)體，各個(gè)子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系、相互制約、相互影響，因此智慧城市將會(huì)是一個(gè)集大成者。智慧城市是一個(gè)融合各種最新技術(shù)和創(chuàng)新想法，吸引創(chuàng)新人才貢獻(xiàn)其聰明才智的理想平臺(tái)。智慧城市不僅影響和改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)、生活和世界的面貌，還將影響和改變?nèi)藗兊男袨榉绞胶退季S邏輯。

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