高瑞清，郝 明

（1.黑龍江省穆棱卷煙廠, 黑龍江 穆棱 157500； 2.黑龍江省科學(xué)院自動化研究所， 哈爾濱 150090）

一、智慧城市化進程帶來的挑戰(zhàn)

城市人口的增長考驗著城市管理的執(zhí)政效率，其中包括：

（1）城市安全監(jiān)管難度加大，城市突發(fā)事件頻發(fā)，事后取證困難。

（2）基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)建設(shè)、城鄉(xiāng)一體化難以推動。

（3）信息鴻溝、各部門工作協(xié)調(diào)困難。

（4）城市交通擁堵、環(huán)境污染、看病難。

城市資源、環(huán)境的矛盾也限制了城市的發(fā)展，其中包括：

（1）城市資源環(huán)境承載能力與城市化發(fā)展規(guī)模失衡。

（2）能源短缺、污染加劇。

（3）大量的生活、工業(yè)垃圾使城市不堪重負。

二、智慧城市的提出

隨著城市的負擔越來越重，人們提出了智慧城市這個概念。智慧城市的核心是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)來改變?nèi)藗?、企業(yè)和政府相互交往的方式，對于包括環(huán)保、民生、城市服務(wù)、公共安全、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求作出智能、快速的響應(yīng)，提高城市運行效率，為居民創(chuàng)造更美好的城市生活[1]。智慧城市建設(shè)框架如圖1所示。

圖1 智慧城市建設(shè)框架Fig.1 Smart city construction framework

三、智慧城市涉及的關(guān)鍵技術(shù)

第一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是通過互聯(lián)網(wǎng)把植入城市物體的智能化傳感器連接起來，形成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對物體城市的全面感知，利用云計算等技術(shù)對感知信息進行智能處理和分析，實現(xiàn)網(wǎng)上“數(shù)字城市”與物聯(lián)網(wǎng)的融合，并發(fā)出指令，對包括政務(wù)、民生、環(huán)境、公共安全、城市服務(wù)、工商活動等在內(nèi)的各種需求，作出智能化響應(yīng)和智能化決策支持，使城市變?yōu)檎嬲龘碛兄腔鄣某鞘小?/p>

第二，3S(RS,GIS,GPS)技術(shù)。3S技術(shù)是遙感技術(shù)（Remote Sensing,簡稱 RS）、地理信息系統(tǒng)（Geography Information Systems,簡稱 GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Systems,簡稱GPS）的統(tǒng)稱，是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)的結(jié)合，對多學(xué)科高度集成的空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)[2]。

第三，云計算技術(shù)。云計算技術(shù)是指基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計算機模式，即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設(shè)備上的大量信息和處理器資源集中在一起協(xié)調(diào)工作。在極大規(guī)模上可擴展信息技術(shù)的能力，并向外部客戶作為服務(wù)來提供的一種計算方式。

第四，寬帶無線通信技術(shù)。寬帶無線通信技術(shù)是利用電磁波信號在自由空間中傳播進行信息交換的一種通信方式。目前使用較廣泛的寬帶無線通信技術(shù)包括無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）、3G通信技術(shù)和4G通信技術(shù)。

第五，虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality,簡稱VR）是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，它為實施智慧城市戰(zhàn)略提供了三維描述方法和人機交互的虛擬城市環(huán)境，具有多維動態(tài)可視化和實時交互式操作的效果。

第六，異源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)。異源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)存在于各自獨立的信息系統(tǒng)中，由于軟硬件平臺及數(shù)據(jù)模型的不同，導(dǎo)致存取方式、結(jié)構(gòu)和精確度都不同的數(shù)據(jù)，包括以關(guān)系表為代表的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、以XML為代表的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和以文本文件為代表的無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成是為了更好地利用分布在各處的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)資源的合并和共享。可以通過網(wǎng)絡(luò)建立跨部門、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換平臺，滿足各信息管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換需要，為用戶提供全方位的信息服務(wù)，并為管理者提供輔助決策的信息支持。

第七，綠色節(jié)能技術(shù)。綠色的城市意味著污染全部控制、資源高效利用、人與自然和諧相處。綠色節(jié)能技術(shù)是指加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放，有效、合理地利用能源。如在建筑物中高度集成光伏建筑一體化、風力發(fā)電一體化等清潔能源技術(shù)和智能照明、空調(diào)群控等智能化管理技術(shù)，不僅能達到綠色節(jié)能的目的，還可對建筑物的溫度和光線環(huán)境進行調(diào)控[3]。通過步行交通、慢行系統(tǒng)、新能源汽車、純電動公交和軌道交通組成的綠色交通運輸體系，實現(xiàn)城市環(huán)境多元化及城市交通可持續(xù)發(fā)展的目的。通過這些措施以保持經(jīng)濟社會發(fā)展與資源環(huán)境承載能力相適應(yīng)，創(chuàng)造人與自然和諧相處的環(huán)境。

第八，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。移動互聯(lián)網(wǎng)是一個全國性、以寬帶IP為技術(shù)核心的，可同時提供話音、傳真、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等高品質(zhì)電信服務(wù)的新一代開放的電信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。它將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來，繼承了移動隨時隨地隨身和互聯(lián)網(wǎng)分享、開放、互動的特點，逐漸滲透到人們生活、工作的各個領(lǐng)域。短信、鈴圖下載、移動音樂、手機游戲、視頻應(yīng)用、手機支付、位置服務(wù)等豐富多彩的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅猛發(fā)展，正在深刻改變信息時代的社會生活。同時在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施完善以及3G、移動尋址技術(shù)等技術(shù)成熟的推動下，移動互聯(lián)網(wǎng)也將迎來發(fā)展高潮。

第九，低碳減排技術(shù)。低碳減排技術(shù)是指以技術(shù)手段為契機減少污染物的排放，提高污染物的控制效率，發(fā)展新型高效節(jié)能、先進環(huán)保、資源循環(huán)利用激射裝備以及減排環(huán)保服務(wù)業(yè)和再制造產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。實現(xiàn)污染物減排，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，確保環(huán)境的安全。重點技術(shù)包括脫硫脫硝、污水處理、垃圾發(fā)電、可再生資源回收利用等。

第十，智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)是控制理論發(fā)展的新階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。常用的智能技術(shù)包括模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習控制、分層遞階控制、遺傳算法等。以智能控制為核心的智能控制系統(tǒng)具備一定的智能行為，如：自學(xué)習、自適應(yīng)、自組織等。

四、智慧城市體系結(jié)構(gòu)

智慧城市的體系結(jié)構(gòu)從功能角度看，其主要特征分為以下六個方面：

（1）更深入的感知。各類智能傳感器遍及整個城市的所有據(jù)點，通過使用這些高科技設(shè)備，從個人信息、法人信息到城市的交通狀況等任何數(shù)據(jù)都可以實時獲知，成為智慧城市精細運營不可或缺的信息基礎(chǔ)[4]。

（2）更智能的分析。將收集到的城市各類數(shù)據(jù)信息整合起來，并與以往數(shù)據(jù)進行對比，進行更深入、智能的分析，為智慧城市用戶提供預(yù)測、決策的依據(jù)。

（3）更全面的決策。調(diào)用各種信息資源和分析工具，輔助決策者進行綜合性、戰(zhàn)略性的決策。

（4）更廣泛的互聯(lián)。通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)互相協(xié)同，將城市的信息實時準確的傳遞。

（5）更精確的預(yù)測。通過歷史資料整理和實時數(shù)據(jù)的分析，依照預(yù)案對未來城市的方方面面進行預(yù)測，從而幫助城市管理者和城市居民、企業(yè)做出合理的判斷。

（6）更專業(yè)的運營。為整個智慧城市系統(tǒng)提供后期的運營、管理、增值服務(wù)。

智慧城市的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智慧城市的體系結(jié)構(gòu)Fig.2 Smart city architecture

智慧城市建設(shè)是一項長期、復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)工程，智慧城市的建設(shè)需要分步驟、分層次、分階段進行。智慧低碳新城作為智慧城市的前沿示范基地，通過在較小范圍內(nèi)實現(xiàn)智慧城市的功能，再逐漸推廣應(yīng)用到整個城市，從而實現(xiàn)“安全、便捷、健康、高效”的城市運行管理目標，最終實現(xiàn)整個城市的智慧化。

[1]亞細波，楊再高.智慧城市理念與未來城市發(fā)展[J].城市發(fā)展研究，2010，4(17)：256-260.

[2]高鐵軍，吳立新.論城市管網(wǎng)智慧管理研究范疇與關(guān)鍵技術(shù)[J].地理與地理信息科學(xué)，2011，1（18）：86-89.

[3]辜勝阻，王敏.智慧城市建設(shè)的理論思考與戰(zhàn)略選擇[J].中國人口 - 資源與環(huán)境，2012，5（19）：347-350.

[4]逢金玉.“智慧城市”——中國特大城市發(fā)展的必然選擇[J].經(jīng)濟與管理研究，2011，9（18）：1228-1233.