論智慧城市與頂層設(shè)計

程俊　馬云峰

摘要：針對智慧城市建設(shè)過程中面臨的困境，提出頂層設(shè)計是智慧城市成功的關(guān)鍵，在整理智慧城市與頂層設(shè)計的概念和特征基礎(chǔ)上，分析兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，研究了如何利用頂層設(shè)計的思想和技術(shù)來建設(shè)智慧城市。

關(guān)鍵詞： 智慧城市； 頂層設(shè)計； 云計算； 物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP302.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）21-5131-03

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模日益擴大，環(huán)境污染、出行擁堵、就醫(yī)難等城市病逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)手段和管理方法難以從根本上緩解這些問題，智慧城市建設(shè)通過使用新技術(shù)、新方法和智能化手段，深入感知城市、調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局、加強各部門溝通，對逐步解決城市病將有重大意義。

目前智慧城市建設(shè)如火如荼開展，但均處于“摸石頭過河”階段，亟需先進的頂層設(shè)計方法來規(guī)范建設(shè)者，從業(yè)務(wù)架構(gòu)角度重新規(guī)范產(chǎn)業(yè)布局，從信息架構(gòu)角度梳理各行業(yè)信息流向，從系統(tǒng)架構(gòu)角度規(guī)劃城市級的信息化系統(tǒng)建設(shè)，從技術(shù)架構(gòu)角度制定相關(guān)的標準，為實現(xiàn)智慧城市奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

本文針對智慧城市建設(shè)過程中存在的問題，在整理智慧城市與頂層設(shè)計的概念和特征基礎(chǔ)上，分析兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，并展示了如何利用頂層設(shè)計的思想和技術(shù)來建設(shè)智慧城市。

1 智慧城市的概念與特征

智慧城市是指綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，智慧高效推進城市的規(guī)劃制定、建設(shè)過程、管理模式、服務(wù)定位、發(fā)展藍圖等各方面工作，通過構(gòu)建全面的信息化應(yīng)用體系，使其更好地服務(wù)于政府、企業(yè)和居民。其本質(zhì)是適應(yīng)新時代特點的城市管理與發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。

新時期的智慧城市建設(shè)呈現(xiàn)出以下特征。第一，信息采集迅速，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、RFID等技術(shù)，快速獲取各類城市數(shù)據(jù)，及時感知城市狀態(tài)；第二，信息資源高度共享，通過搭建城市級的信息共享平臺，打破現(xiàn)有的行政條塊化分割，保障智慧城市各應(yīng)用之間資源的順暢流動；第三，信息高度感知，基于高度共享的信息資源，充分利用大數(shù)據(jù)分析、價值工程、特征識別等手段，智慧城市對信息的理解更加智能；第四，應(yīng)用成體系，面向政府、企業(yè)和居民三類主體，建成承載于電腦、手機、移動終端等多種形式的，體驗好、服務(wù)質(zhì)量高的應(yīng)用體系。

2 頂層設(shè)計概念及其特征

設(shè)計是一種有目標性和計劃性的創(chuàng)作。頂層設(shè)計本意指從高層開始的總體設(shè)想，對應(yīng)于系統(tǒng)工程學(xué)領(lǐng)域的自頂向下設(shè)計。IBM研究員尼克勞斯·沃斯提出采用“自頂向下、逐步求精、分而治之”的原則進行大型程序的設(shè)計，從需要解決的實際問題出發(fā)，自頂向下將復(fù)雜問題逐步分解成一個個相對獨立的子問題，每個子問題可以再進一步分解，直到問題簡單到可以很容易地解決。20世紀70年代，沃斯與同事哈蘭·米爾斯共同提出自頂向下設(shè)計的概念，隨后西方國家將“頂層設(shè)計”應(yīng)用于軍事和社會學(xué)等方面，甚至將其作為政府制定國家發(fā)展戰(zhàn)略的基本方法。

在當(dāng)今時代的中國，自“頂層設(shè)計”概念在“十二五”規(guī)劃中出現(xiàn)之后，溫總理在多個場合分別提到“頂層設(shè)計”，包括在中央經(jīng)濟工作會議中。隨后，該詞被各行各業(yè)廣泛使用，對其理解各有偏差。幾種有代表性的定義如下：“頂層設(shè)計”是工程學(xué)上的一個概念，綜合考慮項目各階段和各因素，溯本求源，運籌帷幄，在頂層角度求解問題；頂層設(shè)計是工程“整體理念”的具體表述，諸如，要建設(shè)一項大系統(tǒng)工程，需要理解一致、行動協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)同構(gòu)、信息共享、技術(shù)標準化等，高屋建瓴，對大工程的各階段與因素進行綜合考慮。

綜上所述，“頂層設(shè)計”都提出需要從全局和頂層的角度來考慮問題。本質(zhì)上，頂層設(shè)計代表的是一種方法論和思考問題的方法，主要有以下三個主要特征：一是頂層為核心，頂層設(shè)計是自頂而下展開的設(shè)計方法，理念與目標都源自頂層，因此頂層是核心，決定著底層；二是有機聯(lián)系性，設(shè)計對象各要素緊緊圍繞著頂層確定的核心理念，形成一個有機銜接的整體，可發(fā)揮出“1+1>2”的整體效能；三是可用性，頂層設(shè)計歸根結(jié)底是為解決問題服務(wù)的，本質(zhì)是一種方法論，而切實解決問題是檢驗與衡量方法論的一個重要方面，因此頂層設(shè)計一定是可用的，可用于解決實際問題。

3 智慧城市與頂層設(shè)計的區(qū)別與聯(lián)系

3.1 區(qū)別

智慧城市與頂層設(shè)計的區(qū)別主要表現(xiàn)在本質(zhì)和服務(wù)對象上。

智慧城市本質(zhì)上是通過綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、傳感、知識工程、數(shù)據(jù)挖掘等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、整合各類信息資源、統(tǒng)籌各行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、規(guī)范城市規(guī)劃建設(shè)、創(chuàng)新城市管理模式，是適應(yīng)信息時代要求的城市建設(shè)、管理與發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)；頂層設(shè)計代表的是一種系統(tǒng)論思想和全局觀念，是一種方法論，是用于實現(xiàn)某種目標而進行的整體規(guī)劃的一種途徑或手段。

智慧城市的服務(wù)對象是市民、政府和企業(yè)三類主體，著力于對城市生產(chǎn)和生活方式的改善；頂層設(shè)計服務(wù)對象是廣大的建設(shè)者，幫助建設(shè)者從全局的視角，為解決某一核心目標和理念，統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)任務(wù)的各階段、各層級、各因素，利用有限的資源，達到最高的使用價值，保質(zhì)保量地實現(xiàn)既定目標。

3.2 聯(lián)系

智慧城市與頂層設(shè)計相互促進，相互依賴，主要表現(xiàn)在：

第一：頂層設(shè)計是智慧城市建設(shè)成功的關(guān)鍵

智慧城市建設(shè)是一個系統(tǒng)或體系工程，如果不經(jīng)過頂層設(shè)計，各部門各自為政，難以避免出現(xiàn)重復(fù)投資、重復(fù)建設(shè)的局面，并且建成的成果由于技術(shù)標準不統(tǒng)一，為形成一個又一個的“煙囪”，信息難以有效共享與流動。因此，建設(shè)智慧城市，需要從全局角度，加強智慧城市建設(shè)的頂層設(shè)計與規(guī)劃，從整體上推動“智慧城市”建設(shè)進程。具體而言，可以將整個城市看做一個巨型的企業(yè)，一方面設(shè)立城市的CIO（首席信息官），CIO可以是一個人，也可以是一個政府、企業(yè)和市民認可的工作機構(gòu)，統(tǒng)一對各級政府、各區(qū)企業(yè)、各地市民進行業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)的頂層設(shè)計。另一方面通過頂層設(shè)計建立城市共性技術(shù)體制，搭建公共的信息平臺，統(tǒng)一和規(guī)范城市各部門、各區(qū)縣的軟件、接口和標準體系，提高城市各領(lǐng)域的信息共享水平，推進政府、企業(yè)和市民之間的協(xié)作和信息分享。

第二、智慧城市是展現(xiàn)頂層設(shè)計效能的舞臺

經(jīng)過近些年黨中央和各大企業(yè)的宣傳與引導(dǎo)，“頂層設(shè)計”的概念深入人心，中國需要頂層設(shè)計、城市需要頂層設(shè)計、企業(yè)需要頂層設(shè)計，軍工武器裝備需要頂層設(shè)計，但如何應(yīng)用頂層設(shè)計、如何發(fā)揮頂層設(shè)計的效能，一直缺乏有效的展示平臺，借助于智慧城市發(fā)展的良好契機，充分展示頂層設(shè)計的效能，建立應(yīng)用頂層設(shè)計的典范，必將推定頂層設(shè)計在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

4 利用頂層設(shè)計方法論建設(shè)智慧城市

利用頂層設(shè)計方法論建設(shè)智慧城市，是從頂層的視角，設(shè)計智慧城市總體架構(gòu)，對智慧城市架構(gòu)的各方面、各參與人員、各限制因素進行深入分析和統(tǒng)籌規(guī)劃，力爭達到基礎(chǔ)設(shè)施、科學(xué)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與管理模式之間的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)，順利開展智慧城市建設(shè)。

本章主要從以下4個方面論述如何利用頂層設(shè)計來建設(shè)智慧城市。

1） 體制機制保障力促成合力。

2） 云平臺創(chuàng)新資源管控模式。

3） 基礎(chǔ)設(shè)施鑄智慧城市根基。

4） 以先進技術(shù)支撐信息挖掘。

4.1 體制機制保障力促成合力

城市的體制機制可為智慧城市的創(chuàng)建提供根本的保障，只有完備有效的管理機制才能保障智慧城市建設(shè)的順利進行。

智慧城市建設(shè)周期長、涉及政府部門多、企業(yè)門類廣，對市民的影響巨大。在建設(shè)過程中，各利益團體都有著自己的利益訴求，如何協(xié)調(diào)好各方的關(guān)系與利益，實現(xiàn)多方的共贏，無疑是智慧城市有序進行首先需解決的問題。

而在政府、企業(yè)和市民三類主體中，政府無疑是智慧城市建設(shè)的主導(dǎo)者，理應(yīng)承擔(dān)起實現(xiàn)共贏的責(zé)任。在當(dāng)前的智慧城市建設(shè)中，牽頭部門各有不同，發(fā)改委、經(jīng)信委、旅游局都因為各城市的特點擔(dān)當(dāng)著智慧城市的領(lǐng)頭羊。為改善這一狀況，建議政府從國家層面，統(tǒng)一設(shè)立智慧城市的主管部門，并賦予其統(tǒng)籌智慧城市人、事、財、物的權(quán)力，創(chuàng)立切實可行的工作模式，從而達到基礎(chǔ)設(shè)施、科學(xué)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)布局和管理模式之間的有序和諧，共同促進與發(fā)展。

4.2 云平臺創(chuàng)新資源管控模式

各大智慧城市都提出了自己的總體架構(gòu)，經(jīng)過分析與歸納，其整體架構(gòu)包括：“感、傳、知、用”四層，如圖1所示。

1） 感知層：是智慧城市的信息采集端，主要利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)，在管線、道路、車輛、商品、家電等城市基礎(chǔ)設(shè)施上架設(shè)傳感器、射頻識別讀寫器和音視頻采集設(shè)備，采集城市基礎(chǔ)信息，為上層提供數(shù)據(jù)支持。

2） 網(wǎng)絡(luò)層：主要包括電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)數(shù)據(jù)專網(wǎng)、無線寬帶專網(wǎng)、移動公網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。作為上下層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

3） 支撐層：主要基于云計算、云存儲等先進的技術(shù)，將物理的計算資源和存儲資源，虛擬為可動態(tài)調(diào)配和更高可靠性的邏輯資源池，并在此運行環(huán)境上，搭建基礎(chǔ)信息服務(wù)、信息接入、信息整合、信息目錄、信息交換和信息空間等公共服務(wù)，為上層提供服務(wù)支撐。

4） 應(yīng)用層：包括電子政務(wù)、智慧交通、智慧城管、智慧安防、智慧生態(tài)、智慧教育、智慧金融、智慧社區(qū)、智慧物流和公共安全等各個領(lǐng)域的應(yīng)用，直接服務(wù)于政府、企業(yè)和個人。

從圖1的總體架構(gòu)圖中可以得知，支撐層發(fā)揮著承上啟下的關(guān)鍵作用，基于云計算、虛擬化等技術(shù)搭建的云平臺完全有能力服務(wù)于支撐層。智慧城市涉及面廣，每分每秒都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，為充分利用好歷史數(shù)據(jù)，需要保存這些數(shù)據(jù)，無疑其量級是海量的，傳統(tǒng)的計算與存儲模式難以適應(yīng)海量數(shù)據(jù)的存儲與管理的需要，云平臺創(chuàng)新了計算資源和存儲資源的管控模式，可以根據(jù)負載和需要合理地分配資源，保障提供的公共服務(wù)的質(zhì)量，從而更好地服務(wù)于各類智慧應(yīng)用。

4.3 基礎(chǔ)設(shè)施鑄智慧城市根基

基礎(chǔ)設(shè)施是智慧城市建設(shè)的根基，涉及的基礎(chǔ)設(shè)施主要有：

1） 感知層基礎(chǔ)設(shè)施：主要指部署在管線、道路、車輛、商品、家電等城市基礎(chǔ)設(shè)施上的傳感器、射頻識別讀寫器和音視頻采集設(shè)備，為更全面的感知城市提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2） 網(wǎng)絡(luò)層基礎(chǔ)設(shè)施：主要指各類網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，既包括互聯(lián)網(wǎng)、3G、4G、LTE、Wi-Fi、超寬帶等數(shù)據(jù)網(wǎng)，也包括電話網(wǎng)和有線電視網(wǎng)，三網(wǎng)融合為采集到的城市基礎(chǔ)信息向上層傳遞與匯聚提供了更順暢的通路。

3） 支撐層基礎(chǔ)設(shè)施：既包括服務(wù)器、存儲等硬件設(shè)施，也包括云計算平臺、公共服務(wù)平臺等軟件，軟硬件的有機整合為智慧城市提供按需擴展的計算、分析、存儲能力和高效統(tǒng)一的公共服務(wù)。

4.4 以先進技術(shù)支撐信息挖掘

智慧城市建設(shè)是一項跨行業(yè)的創(chuàng)新工作，眾多先進的通信、計算、存儲等IT新技術(shù)均被廣泛使用，如圖2所示。

“智慧城市”專業(yè)領(lǐng)域虛實結(jié)合，既包括頂層設(shè)計、戰(zhàn)略研究等橫向?qū)I(yè)，又包含云計算、云存儲、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能感知等縱向?qū)I(yè)。

“智慧城市”專業(yè)領(lǐng)域通用與專有結(jié)合，既涉及城市績效、整體規(guī)劃、信息化建設(shè)等通用領(lǐng)域，又涉及交通、醫(yī)療、社區(qū)、教育等專有領(lǐng)域。

為了更好服務(wù)于政府、企業(yè)與個人，信息的挖掘日益重要，以上關(guān)鍵技術(shù)都圍繞著信息挖掘為核心，均作為實現(xiàn)挖掘目標的支撐。

正是這眾多的先進技術(shù)，有效支撐了對智慧城市更透徹的感知。

5 結(jié)束語

本文針對智慧城市建設(shè)過程中存在的問題，在整理智慧城市與頂層設(shè)計的概念和特征基礎(chǔ)上，分析兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，并展示了如何利用頂層設(shè)計的思想和技術(shù)來建設(shè)智慧城市，重點從管理、平臺、基礎(chǔ)設(shè)施和先進技術(shù)四個方面探討了如何利用頂層設(shè)計建設(shè)智慧城市，每個智慧城市的規(guī)劃師都應(yīng)充分領(lǐng)會頂層設(shè)計的核心理念，結(jié)合本城市特色，開展智慧城市頂層設(shè)計。

參考文獻：

[1] 李林.數(shù)字城市建設(shè)指南[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010：1052-1068.

[2] 李德仁，邵振峰，楊小敏.從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實踐[J].地理空間信息，2011，9（6）：1-5.

[3] 陳如明.云計算、智慧應(yīng)急聯(lián)動及智慧城市務(wù)實發(fā)展策略思考[J].移動通信，2012（5）：5-10.

[4] 李翼，馬昌軍，董辰兒，等.智慧城市頂層設(shè)計探討[J].郵電設(shè)計技術(shù)，2013（6）：8-9.

[5] 孫小禮.數(shù)字地球與數(shù)字中國[J].科學(xué)學(xué)研究，2000，18（4）：20-24.