錢應(yīng)苗 王孟鈞 袁瑞佳

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長沙410075）

1 引言

2010年，世界城市人口首度超過總?cè)丝诘囊话耄A(yù)計(jì)到 2050年，占比將高達(dá) 70%［1］，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市發(fā)展也將面臨前所未有的挑戰(zhàn)，資源與能耗壓力、政府公共服務(wù)效率、城市管理水平等問題都需要解決。如何改變城市生活、生產(chǎn)方式，創(chuàng)新城市發(fā)展模式，已成為各國處理城市化挑戰(zhàn)的首要問題，各國紛紛從戰(zhàn)略角度進(jìn)行智慧城市的頂層設(shè)計(jì)，美國“智慧地球”、新加坡“智慧國”計(jì)劃、韓國“智能首爾”戰(zhàn)略、荷蘭阿姆斯特丹“智慧城市計(jì)劃”，瑞典斯德哥爾摩“智慧城市建設(shè)”等智慧城市發(fā)展計(jì)劃相繼出臺(tái)。其中，阿姆斯特丹主要通過家庭節(jié)能減排、智能樓宇與街道建設(shè)等手段，推動(dòng)智慧城市建設(shè)；斯德哥爾摩基于智能基礎(chǔ)設(shè)施與交通建設(shè)，提升城市創(chuàng)新能力，引領(lǐng)智慧城市發(fā)展。我國也于2012年發(fā)布《關(guān)于開展國家智慧城市試點(diǎn)工作通知》，拉開智慧城市建設(shè)的序幕，并在2016年4月全國網(wǎng)信工作會(huì)議上首次提出新型智慧城市概念，計(jì)劃“建設(shè)真正以人民為中心，實(shí)現(xiàn)民生服務(wù)便捷、社會(huì)治理精準(zhǔn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)綠色、城鄉(xiāng)發(fā)展一體、網(wǎng)絡(luò)安全可控的智慧城市”。顯然，智慧城市對科學(xué)、合理解決城市發(fā)展中的系列挑戰(zhàn)有顯著價(jià)值，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對此的關(guān)注度也不斷提高，涌現(xiàn)出大量的研究成果。鑒于此，本文通過揭示智慧城市研究演進(jìn)路徑、跟蹤研究熱點(diǎn)及前沿動(dòng)態(tài)，為我國智慧城市發(fā)展、建設(shè)與研究提供理論借鑒和實(shí)踐指導(dǎo)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

在WoS核心合集數(shù)據(jù)庫中，以標(biāo)題=（smart cit*OR intelligent cit*），文獻(xiàn)類型 =（PROCEEDINGS PAPER OR ARTICLE OR REVIEW）為檢索條件，不限時(shí)間跨度進(jìn)行檢索。檢索時(shí)間2017年12月30日。經(jīng)過篩選，共得到2311篇文獻(xiàn)。然后，以定量研究為主，輔以定性研究，采用科學(xué)知識(shí)圖譜等方式對所選文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制與展現(xiàn)。

智慧城市研究的時(shí)空分布如圖1所示。由時(shí)間分布可知，相關(guān)研究的發(fā)文量總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，2011年以前相關(guān)研究較少且增長緩慢，之后則增長趨勢明顯，這與智慧城市發(fā)展的國際背景相吻合。同時(shí)，國家分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，主要發(fā)文國家集中在西歐、北美、東亞地區(qū)。東亞地區(qū)的文獻(xiàn)又主要集中在中、日、韓及印度四國。

圖1 智慧城市研究的時(shí)空分布Fig.1 Temporal and spatial distribution of smart city research

3 研究演進(jìn)路徑可視化探測

在 HistCite軟件中［2］，用 LCS（Local Citation Score）值排序鎖定最重要的 30篇文獻(xiàn)。由于2016—2017間的文獻(xiàn)排名在 30外，故生成的引文編年圖只涉及1999—2015年的文獻(xiàn)（圖2）。通過引文編年圖，可觀察到智慧城市研究領(lǐng)域主題發(fā)展的歷史脈絡(luò)和繼承關(guān)系，從而得出智慧城市研究演進(jìn)路徑的三個(gè)階段：探索期、初步成長期和深入發(fā)展期。

圖2 引文編年圖：1999—2015年間智慧城市研究重要文獻(xiàn)總覽Fig.2 Chronicle of citation：an overview of important documents on smart cities from 1999 to 2015

1）研究探索期（1999—2006）

該時(shí)期僅出現(xiàn)2篇經(jīng)典文獻(xiàn)，即結(jié)點(diǎn)1［3］和結(jié)點(diǎn)33［4］。20世紀(jì) 90年代末，“智慧城市”作為應(yīng)對城市人口增長和破解城市化進(jìn)程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城市基礎(chǔ)建設(shè)、居民生活質(zhì)量、環(huán)境生態(tài)等相關(guān)問題的戰(zhàn)略手段被提出［3］。新加坡“智慧島”項(xiàng)目是這一時(shí)期的智慧城市建設(shè)典型代表，強(qiáng)調(diào)依托現(xiàn)代先進(jìn)信息技術(shù)，整合與管理城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)城市公共資源優(yōu)化、安全監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能［4］。

2）研究初步成長期（2007—2011）

此階段共有 5篇關(guān)鍵文獻(xiàn)，即結(jié)點(diǎn) 96［5］、98［6］、99［7］、109［8］、111［9］。其中，結(jié)點(diǎn) 99［7］是圖中最大結(jié)點(diǎn)，在核心文獻(xiàn)中被引排名第一，其研究內(nèi)容對往后的智慧城市研究有著深厚影響；結(jié)點(diǎn)111［9］雖被引頻次較多，但在圖中并沒有引用或被引關(guān)系，通過閱讀文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)智慧城市不是其研究重點(diǎn)。

2007年以來，歐洲智慧城市組織、美國 IBM公司、自然資源保護(hù)委員會(huì)等研究機(jī)構(gòu)在不斷探索性研究智慧城市的過程中，對其內(nèi)涵有了更深入的認(rèn)識(shí)，逐漸形成國際上較為認(rèn)可的定義：智慧城市是指充分利用智慧計(jì)算技術(shù)使得IT基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施之間深度融合、互通互聯(lián)、產(chǎn)生集體智慧的城市［5］。并指出信息與通信技術(shù)（ICTs）是智慧城市發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，將意識(shí)融合與智慧技術(shù)兩個(gè)層面有機(jī)結(jié)合是加強(qiáng)智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵思路［7］。這一時(shí)期，從信息技術(shù)的視角研究智慧城市得到學(xué)術(shù)界重視，學(xué)者們紛紛基于ICTs對智慧城市的技術(shù)支持層面展開研究，側(cè)重于如何通過云計(jì)算、社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)與商務(wù)智能、第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）等技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)與管理智慧化。

3）研究與實(shí)踐深入發(fā)展期（2012以后）

本階段中新的研究成果層出不窮，僅2012—2015年3年時(shí)間的重要文獻(xiàn)高產(chǎn)量就達(dá)23篇。其 中，高 被 引 文 獻(xiàn) 有 159［10］、466［11］、478［12］、480［13］、848［14］等，通 過 對這些 文 獻(xiàn) 內(nèi) 容 的 剖 析，發(fā)現(xiàn)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的智慧城市研究仍持續(xù)受到關(guān)注，同時(shí)，從管理學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)［14］、生態(tài)環(huán)境學(xué)等其他領(lǐng)域?qū)χ腔鄢鞘醒芯颗c發(fā)現(xiàn)也層出不窮，逐漸形成以多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域知識(shí)融合、跨行業(yè)合作的智慧城市知識(shí)網(wǎng)絡(luò)［12］。智慧城市研究重心開始由信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)應(yīng)用［11］轉(zhuǎn)移至智慧城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、生態(tài)環(huán)境、能源資源利用整體框架研究［14］，并從重視城市基礎(chǔ)設(shè)施的硬件投資，到側(cè)重于人力資本和社會(huì)資本的軟件投資［10］，智慧城市理論研究逐步完善。

4 研究熱點(diǎn)可視化及多維尺度分析

4.1 基于關(guān)鍵詞的熱點(diǎn)可視化分析

利用Citespace軟件［15］得到由關(guān)鍵詞所生成的智慧城市研究熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖3），以及關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次不少于24的熱點(diǎn)術(shù)語19個(gè)（表1）。由圖表可知，頻次最高關(guān)鍵詞為 “Smart city（智慧城市）”，達(dá)1029頻次，且其中心度值 為0.33，位居首位。其后依次為物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能電網(wǎng)、創(chuàng)新、可持續(xù)、云計(jì)算等。深刻剖析這些高頻熱點(diǎn)術(shù)語，可將智慧城市研究總結(jié)歸納成如下三大方向。

1）建設(shè)目標(biāo)與發(fā)展策略研究方向

國際上，眾多學(xué)者對智慧城市建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行研究，強(qiáng)調(diào)智慧城市建設(shè)應(yīng)當(dāng)以人為本、關(guān)注綠色，實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的愿景［16］，其建設(shè)目標(biāo)可歸納為城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城市運(yùn)行效率、城市科技創(chuàng)新和城市生活休閑4類。基于此目標(biāo)，當(dāng)前發(fā)展策略研究熱點(diǎn)主要有：（1）挖掘智慧城市發(fā)展創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力，深化數(shù)字技術(shù)集成與融合，探索城市發(fā)展新理念與新模式；（2）研制智慧城市頂層設(shè)計(jì)與階段性行動(dòng)計(jì)劃，完善智慧城市評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范；（3）探究政府部門職能與社會(huì)管理模式的轉(zhuǎn)變，在政策制定與城市治理過程中重視電子民主、多部門溝通協(xié)作，以“智慧視野”思考政府、企業(yè)、學(xué)術(shù)界、社區(qū)之間的關(guān)系，構(gòu)建以政府為主導(dǎo)、多參與主體、多學(xué)科、多專業(yè)的智慧城市協(xié)同建設(shè)機(jī)制。

表1 高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)Tab.1 High frequency keyword statistics

2）管理與應(yīng)用研究方向

目前，國際上已對交通、醫(yī)療、環(huán)境、教育、生活、公共安全、公共管理等眾多社會(huì)領(lǐng)域智慧化發(fā)展進(jìn)行研究。如：Agirre［17］利用智慧城市 ICT平臺(tái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測。Leacock［18］構(gòu)建測量智慧城市建設(shè)中能量使用情況的技術(shù)信息監(jiān)控模型。Toppeta［19］研究智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施，注重其在物理、信息技術(shù)、社會(huì)和商業(yè)的連接方式。未來的智慧城市管理仍然植根于信息化建設(shè)基礎(chǔ)之上，以傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，著力建設(shè)城市基礎(chǔ)設(shè)施、城市環(huán)境、城市公共安全、建筑等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)感知、監(jiān)測與共享平臺(tái)，推動(dòng)各行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)智慧服務(wù)的發(fā)展與完善。

圖3 智慧城市研究熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.3 Smart city research hot spot network map

3）技術(shù)支撐研究方向

在城市的智慧化發(fā)展與自動(dòng)化進(jìn)程中，先進(jìn)信息系統(tǒng)發(fā)揮著主導(dǎo)作用，而要實(shí)現(xiàn)智慧城市管理信息的全面整合與感知、廣泛互聯(lián)互通、高效分析及智能化處理，必須依靠信息與通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及移動(dòng)通信等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的支持。目前，物聯(lián)網(wǎng)（internet of thing）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（sensor network）、云計(jì)算（cloud computing）等技術(shù)是智慧城市研究熱點(diǎn)。通過技術(shù)集成，可從感知層、網(wǎng)絡(luò)支持結(jié)構(gòu)層、數(shù)據(jù)集成與分析層及管理與應(yīng)用層4個(gè)層面出發(fā)，構(gòu)建智慧城市管理框架，實(shí)現(xiàn)城市“人 -社會(huì) -自然”一體化，使城市服務(wù)（如智能停車、維修等服務(wù)）和監(jiān)測（如交通網(wǎng)絡(luò)、旅游景區(qū)景點(diǎn)、環(huán)境污染、天氣狀況等監(jiān)控）更加全面、高效，并實(shí)現(xiàn)互動(dòng)［20］。21世紀(jì)初，隨著信息技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”備受關(guān)注，且比以往的信息處理與分析模式更能適用海量、高增長率和多樣化的現(xiàn)代城市信息發(fā)展需求，具有針對性提升對城市管理不同領(lǐng)域內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的分析、決策與預(yù)測能力［21］。

4.2 基于多維尺度的研究熱點(diǎn)區(qū)域劃分

利用SATI3.2軟件［22］和SPSS進(jìn)行多維尺度分析（信度 Stress=0.09126，效果估計(jì)值 RSQ=0.90376，表明此分析過程可信，且效果顯著），最終生成智慧城市研究領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞多維尺度分析圖（圖4）。

基于多維尺度圖譜分析發(fā)現(xiàn)，除“Smart city（智慧城市）”本身外，智慧城市領(lǐng)域研究熱點(diǎn)劃分為三大區(qū)域：1）建設(shè)目標(biāo)與發(fā)展策略研究，由可持續(xù)性、智慧設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、政策、能源、智慧城市未來等6個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞構(gòu)成；2）管理與應(yīng)用研究，包括優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施、傳感器網(wǎng)絡(luò)、智慧城市環(huán)境、智慧城市安全、智慧建筑、智慧服務(wù)，共計(jì)7個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞；3）技術(shù)支撐研究，主要有信息與通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能電網(wǎng)等5個(gè)主題關(guān)鍵詞。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了基于關(guān)鍵詞的熱點(diǎn)可視化分析中提煉的三大研究方向。

圖4 智慧城市研究領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞多維尺度圖Fig.4 Multi-dimensional scale map of high-frequency keywords in the field of smart city research

5 研究前沿方向可視化追蹤

從浩瀚的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中挖掘、探索及追蹤研究前沿是智慧城市研究可視化分析的關(guān)鍵內(nèi)容之一［23］。智慧城市研究前沿（research frontier）代表智慧城市領(lǐng)域中突然涌現(xiàn)或最具發(fā)展?jié)摿Φ难芯啃轮黝}及新趨勢，把握智慧城市研究前沿，有助于掌握智慧城市研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。

陳超美［24］指出研究前沿強(qiáng)調(diào)學(xué)科發(fā)展新趨勢及突變特征，因而借助“突現(xiàn)主題術(shù)語（surged topical terms）”比“高頻主題詞（title words）”更適合追蹤學(xué)科研究前沿［25］。利用 Citespace軟件，在術(shù)語詞類型中設(shè)置“突顯術(shù)語（Brust Terms）”，節(jié)點(diǎn)類型中選擇“主題詞（Terms）”。運(yùn)行CiteSpace軟件，得到智慧城市研究前沿的知識(shí)圖譜，如圖5所示，并探測得到7個(gè)突現(xiàn)詞，見表2所示。

表2 智慧城市研究領(lǐng)域中突現(xiàn)詞統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical tables of emergent words in the field of smart cities

結(jié)合圖5和表2可知，突變率最高主題詞為“Intelligent city（智慧城市）”，達(dá)4.74。除 “intel-ligent city（智慧城市）”以外，還有“Open data（開放 數(shù) 據(jù) ）”、“Governance（智 慧 治 理 ）”、“Crowdsourcing（眾包服務(wù)）”、“Community（智慧社區(qū)）”、“Performance（績效）”、“Energy efficiency（能源效率）”等6個(gè)突現(xiàn)詞。與建設(shè)目標(biāo)及發(fā)展策略研究相關(guān)的突現(xiàn)詞是“Energy efficiency（能源效率）”和“Community（智慧社區(qū)）”，以智慧社區(qū)建設(shè)為核心，強(qiáng)調(diào)能源高效利用的智慧城市建設(shè)目標(biāo)及發(fā)展策略是智慧城市領(lǐng)域研究的重要前沿。與管理及應(yīng)用研究相關(guān)的突現(xiàn)詞有“Governance（智 慧 治 理 ）”、“Performance（績 效 ）”、“Crowdsourcing（眾包服務(wù)）”等，說明近年來智慧城市對智慧治理及績效研究的重視，也是未來智慧城市管理研究重點(diǎn)，且眾包服務(wù)將成為未來智慧城市應(yīng)用研究熱點(diǎn)。與技術(shù)支撐研究相關(guān)的突現(xiàn)詞是“Open data（開放數(shù)據(jù)）”，說明隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，開放數(shù)據(jù)技術(shù)將成為智慧城市未來支撐技術(shù)發(fā)展趨勢。

圖5 智慧城市研究前沿知識(shí)圖譜Fig.5 Smart city research frontier knowledge map

6 結(jié)論與展望

1）主要結(jié)論

為系統(tǒng)梳理、分析智慧城市領(lǐng)域國際研究成果，基于 Histcite、SATI、Citespace等科學(xué)計(jì)量軟件，對Web of ScienceTM核心集合中1999—2017年發(fā)表的2311篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，主要結(jié)論有：

（1）智慧城市研究演進(jìn)路徑已經(jīng)歷了研究探索期（1999—2006）、初步成長期（2007—2011），2012年，邁入深入發(fā)展期。

（2）智慧城市研究熱點(diǎn)可分為三個(gè)方向。建設(shè)目標(biāo)與發(fā)展策略研究方向包括可持續(xù)、智慧設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、政策、能源及未來等研究重點(diǎn)；管理與應(yīng)用研究方向關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施、傳感器網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境、安全、建筑、優(yōu)化、服務(wù)等研究熱點(diǎn)；技術(shù)支撐研究方向注重物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能電網(wǎng)等核心主題。

（3）智慧城市研究前沿由智慧社區(qū)、能源效率、智慧治理、績效、眾包服務(wù)、開放數(shù)據(jù)等方面組成，其中，智慧社區(qū)、能源效率屬于智慧城市未來建設(shè)目標(biāo)及發(fā)展策略研究的核心；智慧治理、績效、眾包服務(wù)是智慧城市未來管理及應(yīng)用研究的重點(diǎn)；開放數(shù)據(jù)技術(shù)是智慧城市未來支撐技術(shù)研究趨勢。

2）研究局限與展望

本文通過研究數(shù)據(jù)的合理獲得與研究方法的科學(xué)分析基本已達(dá)預(yù)期目標(biāo)，但因研究條件與能力限制，仍存在一定局限性。如在2311份有效樣本獲取過程中，僅分析1999—2017年間會(huì)議與期刊論文的研究成果，2018由于未能獲得全年數(shù)據(jù)，較其他年份的成果沒有可比性，故未選用，以致2018年智慧城市大腦等最新成果未能在結(jié)論中體現(xiàn)。

隨著我國城市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日漸成熟，新型城市智慧化的需求不斷增長，未來的研究熱點(diǎn)趨向于建設(shè)目標(biāo)與發(fā)展策略、管理與應(yīng)用、技術(shù)支撐等多方向研究的交叉與互動(dòng)。因此，我國智慧城市建設(shè)需因地制宜，制定科學(xué)有效的頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃，將智慧城市建設(shè)視作一項(xiàng)綜合管理系統(tǒng)，堅(jiān)持以人為本的建設(shè)理念，通過頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行整體規(guī)劃，積極調(diào)動(dòng)政府、企業(yè)、團(tuán)體及大眾等各方力量支持智慧城市建設(shè)；堅(jiān)持市場需求驅(qū)動(dòng)，理好政府導(dǎo)向與市場需求關(guān)系，充分發(fā)揮資源市場配置作用，現(xiàn)實(shí)頂層設(shè)計(jì)“有形之手”和市場需求“無形之手”相互結(jié)合；加強(qiáng)智慧城市建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新，基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展創(chuàng)建彈性云計(jì)算與大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，結(jié)合機(jī)器視覺、大規(guī)模拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)計(jì)算、認(rèn)知反演、交通流分析等跨學(xué)科領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，在互聯(lián)網(wǎng)級(jí)開放平臺(tái)上不斷探索城市海量多源數(shù)據(jù)的收集、實(shí)時(shí)處理與智能計(jì)算，為智慧城市的管理提供科學(xué)決策。同時(shí)，從智能交通管理出發(fā)，進(jìn)一步向醫(yī)療、城管、環(huán)境、旅游、城規(guī)、平安、民生等七大領(lǐng)域全面拓展城市大腦，通過整個(gè)城市人工智能中樞向全面開放的AI平臺(tái)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市管理的可視化。