曲 巖，王 前

（1.大連理工大學(xué) 人文與社會科學(xué)學(xué)部，遼寧 大連 116024；2.中共遼寧省委黨校，沈陽 110004）

0 引言

智慧城市是信息化推動城鎮(zhèn)化的一個具體體現(xiàn)，其本質(zhì)是在特定空間內(nèi)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的新模式和新形態(tài)，是未來很長時期內(nèi)引領(lǐng)、支撐城鎮(zhèn)化發(fā)展，拉動內(nèi)需，促進新型消費的核心載體。

目前智慧城市建設(shè)發(fā)展水平進行測度的研究尚屬起步階段，這些評估體系側(cè)重的內(nèi)容和優(yōu)缺點各有差異，有的指標(biāo)體系地域特征明顯，缺乏適用性；有的指標(biāo)體系僅僅停留在認(rèn)識方法的層面，缺少可操作性而未能進行實證分析；指標(biāo)的權(quán)重確定仍以算數(shù)平均數(shù)的計算方法為主，難以體現(xiàn)不同指標(biāo)的貢獻度。因此，本文將從理論與實踐相結(jié)合的角度，構(gòu)建中國智慧城市建設(shè)發(fā)展水平測度體系，并對國內(nèi)15個副省級和4個直轄市進行測評。一方面是檢驗測度指標(biāo)體系的可靠性；另一方面，通過實證使不同規(guī)模等級的城市能夠更好地認(rèn)清自身的發(fā)展水平和條件，避免智慧城市建設(shè)的盲目性，為各個城市選擇建設(shè)項目、運營模式、融資渠道及制定相關(guān)政策提供參考。

1 智慧城市建設(shè)發(fā)展水平的測度方法

1.1 核主成分分析（KCPA）方法

智慧城市建設(shè)作為一個復(fù)雜的動態(tài)的系統(tǒng)工程，內(nèi)外部環(huán)境具有諸多隨機性、模糊性和灰色性，因而其建設(shè)水平評估和管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)具有高維性、時變性和非線性的特點，核主成分分析方法能夠更好地描述智慧城市建設(shè)水平動態(tài)的、高維的、非線性的變化過程。通過對各類指標(biāo)要素的測量和識別對智慧城市建設(shè)水平做出動態(tài)評價，可以將建設(shè)水平數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為決策信息，構(gòu)建智慧城市建設(shè)水平和智慧城市建設(shè)管理系統(tǒng)之間的橋梁。因此本文選擇核主成分分析方法。

核主成分分析（KCPA）方法是通過非線性映射Φ實現(xiàn)輸入空間到特征空間的轉(zhuǎn)換，然后對映射后的數(shù)據(jù)進行線性PCA，因而具有很強的非線性處理能力。其基本思想是將核方法應(yīng)用到主成分分析中。主成分分析（CPA）是一種較好的特征提取技術(shù)，旨在利用降維的方法，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)。但對于原始空間的非線性問題，CPA無法提取，此時引入核函數(shù)，通過非線性變換函數(shù) φ將原始變量映射到一個高維的特征空間F，即輸入空間樣本點X1，X2，…Xn，變換為特征空間的樣本點 φ(x1)，φ(x2)，… φ(xn)，在 F中進行CPA。具體原理為：X是原始空間樣本，通過映射函數(shù)滿足,x→φ(x)∈F，特征向量V∈F，F(xiàn)是特征空間。原始空間中的兩個樣本xi和xj在空間的距離，用他們的內(nèi)積φ(Xi)·φ(Xj)表示，核函數(shù)為 K(Xi，Xj)= φ(Xi)·φ(Xj)，稱為 K 矩陣。模型y=φξ+ε是特征空間F中的標(biāo)準(zhǔn)回歸模型；y是以觀測值為分量的n維向量；φ是n×m階矩陣，為回歸變量矩陣；ξ是回歸系數(shù)向量；ε是由誤差項構(gòu)成的向量。假設(shè)特征空間F中的回歸變量滿足中心化條件則回歸方程可進一步寫為：y=φVVTξ+ε=Bw+ε，這里B=φV，w=VTξ。其中，新回歸變量矩陣B是核主成分矩陣。于是回歸系數(shù)w的最小二乘估計可表示為：再計算因變量y的n個預(yù)測值，構(gòu)成的向量為

1.2 KPCA計算方法的步驟

（1）輸入樣本數(shù)據(jù)X，對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對所取核函數(shù)進行內(nèi)積計算，從而得到矩陣K；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法：X*=(X-E(X))D(X)，其中E(X)為樣本均值，D(X)為樣本方差。選取高斯徑向基核函數(shù)為核函數(shù)，其參數(shù)選擇為E(X)=2.98。

（3）求矩陣K的特征值λi和特征向量Vi；

（4）找出其中最大的特征值λm和特征向量Vm；

（5）求出主成分的貢獻率，找出累計貢獻率達于85%的前n項主成分，提取主成分。

1.3 智慧城市建設(shè)發(fā)展水平測度模型的構(gòu)建

本文充分考慮到智慧城市發(fā)展中的經(jīng)濟、科技、管理等方面的實際情況，在對相關(guān)學(xué)者和政府有關(guān)部門的評價指標(biāo)進行整理與分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性、實用性和可操作性四個原則選取5個決策層指標(biāo)和21個指標(biāo)層指標(biāo)，構(gòu)建了智慧城市發(fā)展水平測度指標(biāo)體系（見表1）。本文采用和諧城市指數(shù)、宜商城市指數(shù)、宜居城市指數(shù)對智慧城市治理水平進行衡量。和諧城市指數(shù)反映了城市管理中信息公開透明的程度和公平公正的水平，宜商城市指數(shù)通過企業(yè)審批等事項的便捷度、政策環(huán)境和交通運輸能力等方面反映城市的宜商性，宜居城市指數(shù)通過對公民的醫(yī)療、教育、交通和居住環(huán)境的評價來反映城市的宜居性，宜居、宜商和城市的和諧程度是衡量智慧城市的建設(shè)和發(fā)展的標(biāo)志性指標(biāo)。

表1 智慧城市發(fā)展水平測度指標(biāo)體系

1.4 數(shù)據(jù)的來源

本文根據(jù)我國各個城市的智慧城市規(guī)劃制定情況選取15個副省級城市和4個直轄市為樣本進行實證分析。所有數(shù)據(jù)主要來源于《中國城市競爭力》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國統(tǒng)計年鑒》和各城市統(tǒng)計年鑒及其統(tǒng)計公報，還有少部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于“搜數(shù)網(wǎng)”，并運用MATLAB7.0對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 智慧城市建設(shè)發(fā)展水平研究結(jié)果

2.1 核主成分分析結(jié)果

智慧城市建設(shè)影響不同因素Xi具有不同的量綱，數(shù)據(jù)需要進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，才能進行綜合測度。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法：X*=(X-E(X))D(X)，其中E(X)為樣本均值，D(X)為樣本方差。樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到n個樣本的m個指標(biāo)數(shù)據(jù)，從而得到矩陣A，選取的核函數(shù)為高斯徑向基核函數(shù)，利用Matlab對所取核函數(shù)進行內(nèi)積計算得到核矩陣K（如表2所示），核函數(shù)參數(shù)選擇：E(X)=2.98。

表2 核矩陣K數(shù)值表（截表）

高斯核函數(shù)

由Matlab計算得出核矩陣的特征值，將特征值排序，計算累計方差貢獻率（取累計方差貢獻率超過85%的主成分），見表3。

表3 主成分變量特征值、貢獻率、累計貢獻率

最大特征值λm=0.9314，對應(yīng)最大特征向量如表4所示。

表4 最大特征向量

2.2 模型的顯著性分析

本文通過核主成分分析方法在對樣本數(shù)據(jù)進行計算的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了智慧城市發(fā)展水平測度模型，得到了相應(yīng)的測度系數(shù)。為了判斷各指標(biāo)變量對測度結(jié)果影響的顯著性水平，本文對每個測度系數(shù)均采用t檢驗，結(jié)果見表6。

表5 19個智慧城市的發(fā)展水平測度結(jié)果

表6 測度系數(shù)檢驗表

首先提出假設(shè)。對于任意參數(shù)Xi（i=1，2，…，21）：

計算檢驗的統(tǒng)計量

21個指標(biāo)變量的評估系數(shù)均通過了顯著性水平ρ=0.05的t檢驗，說明每個指標(biāo)變量均對評估結(jié)果的評估作用很大，這也驗證了指標(biāo)體系構(gòu)建的合理性、指標(biāo)評估結(jié)果的有效性。

2.3 測度結(jié)果分析

根據(jù)表5可知我國主要智慧城市的總得分和要素指標(biāo)的得分。智慧城市發(fā)展水平的綜合測度范圍在[-0.451,2.352]，均值為0.361，總體發(fā)展水平不高。

（1）從城市信息基礎(chǔ)設(shè)施水平的測度結(jié)果可知，各智慧城市間的信息基礎(chǔ)設(shè)施水平存在較大差異，其最高得分為2.516，最低得分為-0.646，均值為0.375。智慧城市的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括兩大方面：一方面，網(wǎng)絡(luò)等城市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，例如建設(shè)無線城市，實施寬帶樓宇改造工程；推進三網(wǎng)融合，實現(xiàn)市區(qū)和全部農(nóng)村區(qū)域的100%無縫覆蓋等。另一方面，加強信息基礎(chǔ)設(shè)施與城市道路以及給排水管網(wǎng)、氣管網(wǎng)、路燈等市政設(shè)施互聯(lián)互通的建設(shè)，提升市政設(shè)施的智能化。目前，中國智慧城市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要集中在第一方面，對第二方面的建設(shè)處于起步階段。對于智慧城市發(fā)展的引領(lǐng)者，其新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本完成，如北、上、廣等城市其無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、光纖接入覆蓋達到100%，戶均網(wǎng)絡(luò)寬帶達到1024Mbps。這些城市應(yīng)逐步加強信息基礎(chǔ)設(shè)施與市政基礎(chǔ)設(shè)施（排水管網(wǎng)、氣管網(wǎng)、路燈、污水處理等）互聯(lián)互通，即物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，全面提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的智慧化，加強城市管理信息數(shù)據(jù)的共享，提升城市管理和運營的效率。對于處于起步階段的智慧城市，應(yīng)抓緊時間對傳統(tǒng)信息基礎(chǔ)設(shè)施進行改造與升級，提高光纖、無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，為下一步智慧城市在城市管理上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（2）根據(jù)城市經(jīng)濟發(fā)展水平測度結(jié)果可見，最高的上海市得分為2.88，最低的長春市得分為-0.729，各城市建設(shè)智慧城市的經(jīng)濟實力差距很大，完全依賴傳統(tǒng)的政府自建自營模式已經(jīng)無法滿足資金需求。因此，各城市在建設(shè)智慧城市時，其選擇的建設(shè)模式和融資模式就會不同。對于經(jīng)濟實力較強、企業(yè)種類繁多、科研能力強勁、資金雄厚、資金來源渠道廣泛、地方政策開放的城市，就可以采用企業(yè)或通信類運營商投資建設(shè)為主，政府配合為輔的建設(shè)和融資模式。對于經(jīng)濟基礎(chǔ)較好、城市對信息技術(shù)帶來的經(jīng)濟和社會效益比較重視、政府與地方高校和科研機構(gòu)合作密切的城市，可以采用政府和社會資本合作的建設(shè)和融資模式（PPP模式）。

（3）通過智慧城市的治理水平測度結(jié)果可知，其均值為0.035，標(biāo)準(zhǔn)差為0.215，由此可見，我國智慧城市建設(shè)的整體治理水平偏低。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市交通、城市環(huán)境、城市公共問題等越來越突出，如何加強城市的宜居性、宜商性和城市的和諧發(fā)展，提升城市管理和服務(wù)的效益，增強人民的幸福感，是智慧城市建設(shè)和發(fā)展的核心。目前大多數(shù)城市都面臨的突出問題是城市交通和民生問題。因此，智慧城市建設(shè)首要應(yīng)建設(shè)城市公共服務(wù)系統(tǒng)和城市管理系統(tǒng)，重點推進“智慧交通”、“智慧衛(wèi)生”和“智慧教育”工程的建設(shè)。如杭州的市民卡系統(tǒng)將醫(yī)保、公交、圖書館等網(wǎng)絡(luò)連接，為市民提高方便快捷的公共服務(wù)。因此智慧城市發(fā)展要注重“互聯(lián)網(wǎng)+城市功能”的融合，建設(shè)智慧公共服務(wù)和城市管理系統(tǒng)。城市功能體系包括公安應(yīng)急系統(tǒng)、公共服務(wù)系統(tǒng)、社會管理系統(tǒng)、城市管理系統(tǒng)、經(jīng)濟分析系統(tǒng)、輿情分析系統(tǒng)六大中樞系統(tǒng)。

（4）從產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平測評結(jié)果可見，除了北京、上海、廣州以外，其他16個智慧城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平較低。從空間分布看，19個智慧城市的分布在東部沿海地區(qū)、西部地區(qū)、京津冀地區(qū)和偏重于重工業(yè)的東北老工業(yè)基地地區(qū)；從城市類型看，這19個智慧城市有世界城市（北京、上海）、區(qū)域中心城市和港口城市（廈門、寧波、天津、大連、青島）。不同的城市定位與區(qū)位特點，使得各個智慧城市的建設(shè)切入點和產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點各不相同。如廈門、天津等港口城市，其智慧城市的建設(shè)重點是發(fā)展智慧物流服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和智慧電子商務(wù)交易系統(tǒng)；沈陽作為東北老工業(yè)基地，應(yīng)將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)相融合，將傳統(tǒng)的制造工業(yè)升級為智慧制造業(yè)。強調(diào)“互聯(lián)網(wǎng)+特色產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展，將智慧城市建設(shè)與自身產(chǎn)業(yè)特色與區(qū)位優(yōu)勢相結(jié)合，促進城市經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步、產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+特色產(chǎn)業(yè)”主要是將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，提升產(chǎn)業(yè)的智慧化水平。

3 結(jié)束語

智慧城市是推動新型城市建設(shè)的核心，即在創(chuàng)新應(yīng)用新一代信息技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等）的基礎(chǔ)上，對城市的物質(zhì)資源、信息資源和智力資源進行統(tǒng)籌綜合利用，目標(biāo)是實現(xiàn)城市經(jīng)濟與社會發(fā)展的深度融合。我國智慧城市發(fā)展尚處于初期的起步和探索階段。因此，如何在“以人為本”的發(fā)展理念下，在新一代信息技術(shù)的支撐下，在智能技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、城市經(jīng)濟發(fā)展水平、治理能力、科技支撐能力、智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的協(xié)同運作下，以政府、企業(yè)和公眾為主體，破解城市發(fā)展困境，構(gòu)建和諧的城市生活和城市生態(tài)，實現(xiàn)全面小康社會，讓民眾過上幸福的生活，具有重要的意義。