丁克奎，鐘凱文

(1.中國科學(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)用重點實驗室，廣東廣州510070;4.中國科學(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、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)任董事會主席兼CEO Samuel Palmisano在外交關(guān)系委員會上發(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)是其重點和著手點。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營，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入研究和試驗階段。智慧社區(qū)論壇(Intelligent Community Forum，ICF)每年都會發(fā)布Smart21社區(qū)，所選用的指標(biāo)體系分別是寬帶連接、腦力勞動力、數(shù)字化普及、創(chuàng)新、市場和宣傳。

從表1可以看出歐美和亞洲國家(主要指中日韓和新加坡)對智慧城市研究比較多并且取得了一系列的成果，美國在智慧城市領(lǐng)域研究得最早并且遙遙領(lǐng)先于其他國家和地區(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、經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展需求，從而更好地理解和控制城市運營，并優(yōu)化有限資源的使用情況，促進城市的可持續(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城市步入文明的象征。據(jù)世界銀行集團(World Bank Group，WBG)數(shù)據(jù)，2010年城鎮(zhèn)人口占到世界總?cè)丝诘?1%，中國城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒壤秊?5%;據(jù)中國國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2011年中國城鎮(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3/4的全球自然資源，同時是溫室氣體排放的主犯［2］。

目前，全球許多地方都在進行智慧城市的試點，并取得了一系列進展，但仍處在試驗和探索的階段。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、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)是城市增長的經(jīng)濟推動力量，改變了城市競爭的方式。智慧城市是指安全、可靠、環(huán)保和高效的未來都市中心，同時具備先進的基礎(chǔ)設(shè)施，比如傳感器、電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)來刺激可持續(xù)的經(jīng)濟增長和高品質(zhì)的生活。韓國的能源集成城市規(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、規(guī)劃［4］。智能計算技術(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以及物聯(lián)網(wǎng)與云計算新技術(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利用這種科技趨勢，借助新技術(shù)將城市運行的各個核心系統(tǒng)整合起來，以一種更智慧的方式運行，進而創(chuàng)造更高水平的生活質(zhì)量。推動智慧城市技術(shù)進步和基礎(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)和云計算。

(2)數(shù)字城市

數(shù)字城市是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運用遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙測、仿真-虛擬等技術(shù)，對城市的人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會等要素，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的方向進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的描述，即利用信息技術(shù)手段把城市的各種信息資源整合起來在網(wǎng)絡(luò)上進行數(shù)字化虛擬實現(xiàn)來進行規(guī)劃、管理、預(yù)測、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量的智能化城市管理監(jiān)測和運營，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與綜合決策支撐平臺［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、及時預(yù)測和應(yīng)對潛在風(fēng)險、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)，為城市各類主體營造一個良好的工作、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線自組織網(wǎng)絡(luò)，依照約定的協(xié)議，通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，從而形成的一個巨大智能網(wǎng)絡(luò)［8-9］。智慧城市就是要實現(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、經(jīng)濟等信息的即時共享與資源的優(yōu)化利用。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，城市因感知物體更多實時的信息而更具智慧，物體因接受更多指令控制而具有智能，這種相互運動的結(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)上的延伸和擴展，進行人與人、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)和運動信息);②可靠傳遞，通過電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合，將人和物的信息準(zhǔn)確實時傳遞和相互溝通;③智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對獲得的海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能的觀測和控制。通過物聯(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、運行方式具有更深入的智慧化。

(4)云計算

云計算將計算能力和存儲能力作為一種服務(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，可以動態(tài)彈性地按需提供存儲服務(wù)和計算能力服務(wù)。智慧城市對計算和存儲資源的無限需求與計算和存儲資源的有限供給之間的矛盾是導(dǎo)致智慧城市采用云計算技術(shù)的根本原因。通過云計算技術(shù)，可以隨時隨地提供大規(guī)模擴展的計算資源、簡化服務(wù)的交付、實現(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，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行物與物、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)層提供實時環(huán)境數(shù)據(jù)。

2)數(shù)據(jù)中心層：存儲著城市的人口、自然、社會、經(jīng)濟、人文等數(shù)據(jù)，不間斷接收來自環(huán)境感知層的數(shù)據(jù)(經(jīng)過預(yù)處理后存儲在數(shù)據(jù)中心)，響應(yīng)業(yè)務(wù)層發(fā)出的數(shù)據(jù)請求返回數(shù)據(jù)。

3)業(yè)務(wù)層：接受服務(wù)層的業(yè)務(wù)請求，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)請求;實時動態(tài)數(shù)據(jù)需求需要向環(huán)境感知層發(fā)出數(shù)據(jù)請求以獲得實時環(huán)境數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行處理和分析，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)請求，分析服務(wù)請求，將服務(wù)請求轉(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

智慧城市并不是一個新概念，但是智慧城市研究和實施方興未艾，智慧城市正在從實驗室走向人們的生產(chǎn)和生活。目前，關(guān)于智慧城市還沒有一個統(tǒng)一的定義，更多的是從技術(shù)層面和基礎(chǔ)設(shè)施的角度來闡述智慧城市。世界上很多城市，包括中國的很多城市，正在實施智慧城市戰(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，危機管理是智慧城市的一個重要組成部分，城市管理者在應(yīng)對自然災(zāi)害方面的不足暴露出我國的智慧城市一定要從基礎(chǔ)做起，也說明智慧城市是一項長期工程。智慧城市不是面子工程，我國的城市管理者還需要向歐美日等發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)借鑒他們的經(jīng)驗和智慧。

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)來看待問題，很少有人系統(tǒng)性地闡述智慧城市。但是智慧城市是一個有機系統(tǒng)，城市的各個系統(tǒng)不是獨立分散的個體，各個子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系、相互制約、相互影響，因此智慧城市將會是一個集大成者。智慧城市是一個融合各種最新技術(shù)和創(chuàng)新想法，吸引創(chuàng)新人才貢獻其聰明才智的理想平臺。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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