智慧城市概念、框架及現(xiàn)狀問題分析

1、智慧城市概念、框架及現(xiàn)狀問題分析摘要：智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)、云計算相結(jié)合的產(chǎn)物，它成為全球城市發(fā)展的新趨勢，同時面臨新的困難和挑戰(zhàn)。本文辨析了數(shù)字城市與智慧城市的概念，總結(jié)了智慧城市的框架和核心技術(shù)，并對國內(nèi)外建設(shè)現(xiàn)狀、存在的問題和相應(yīng)的解決方案進(jìn)行了分析，最后提出了我國的智慧城市愿景。關(guān)鍵詞：智慧城市；數(shù)字城市；物聯(lián)網(wǎng)；云計算；問題分析1 引言城市是人類活動最集中的區(qū)域，也是人類面臨的人口、資源、環(huán)境和災(zāi)害問題矛盾最突出的區(qū)域。在信息社會中，信息的快速流動，決定了城市物質(zhì)流、人流和財富流的聚集和擴散過程及其空間格局。2008 年IBM 公司首次提出“智慧地球”的概念，描繪智慧城市的發(fā)展

2、愿景，其核心理念是“全面物聯(lián)、充分整合、激勵創(chuàng)新、協(xié)同運作”。智慧城市是21世紀(jì)以來在全球范圍內(nèi)興起的關(guān)于未來城市發(fā)展和信息化建設(shè)的概念，成為繼數(shù)字城市之后，引領(lǐng)當(dāng)今城市信息化的新理念，對城市未來的發(fā)展戰(zhàn)略和形態(tài)具有重要的影響。2 智慧城市概念2.1 數(shù)字城市 城市信息化或數(shù)字化，為人們研究城市問題提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，由此學(xué)者從“數(shù)字地球”的角度提出了“數(shù)字城市”的概念。數(shù)字城市狹義上指以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ), 以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運用遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、仿真一虛擬等技術(shù)，對城市進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，即利用信息技術(shù)手段把城市的過去

3、、現(xiàn)狀和未來的全部內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)字化虛擬實現(xiàn)。“數(shù)字城市”廣義上指城市的信息，它既是城市信息化急的概述，又是城市信息化的目標(biāo)，即用數(shù)字化的手段來處理、分析和管理整個城市，促進(jìn)城市運行的通暢和協(xié)調(diào)1。數(shù)字城市是現(xiàn)代信息技術(shù)對城市社會經(jīng)濟(jì)信息進(jìn)行的全面整合，實現(xiàn)城市各種信息的共享與服務(wù)。2.2 智慧城市概念的提出 今年來，有學(xué)者在“數(shù)字城市”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了“智慧城市”的概念。李德仁院士認(rèn)為，智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)和云計算等技術(shù)有機融合的產(chǎn)物。基于數(shù)字城市的基礎(chǔ)框架，各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器將人及其相關(guān)的固定或移動物品連接起來，并將海量數(shù)據(jù)的存儲、計算和交互服務(wù)交由云計算平臺在“云端”處理，

4、按照處理結(jié)果對城市實施實時自動化控制，就可以實現(xiàn)智慧的城市服務(wù)。 智慧城市是基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)以及社交網(wǎng)絡(luò)、智能搜索、智能分析等工具和方法，實現(xiàn)城市信息全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)以及智能融合的應(yīng)用，無所不在的傳感網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)城市部件的實時感知與自主聯(lián)網(wǎng)，地理信息系統(tǒng)將水、電、氣、交通、環(huán)境等基礎(chǔ)信息與特定時空下的城市事件緊密關(guān)聯(lián)、實時融合，將全面滿足城市人與物的聯(lián)通、管理、響應(yīng)的需求。智慧城市實現(xiàn)的是城市系統(tǒng)的優(yōu)化升級，使城市各系統(tǒng)更完善、更智能、更協(xié)調(diào)、更發(fā)達(dá)，使城市中的人和物更智慧、更和諧，使城市中的人生活得更幸福4。3 智慧城市框架 智慧城市以信息化基礎(chǔ)設(shè)施為根本，以信

5、息共享為核心，以“安全、便捷、高效、綠色”為目標(biāo)。智慧城市體系框架主縱向自下而上可劃分為感知層、設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐層和應(yīng)用層4個層次，橫向則輔之安全、標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)3個支撐體系 5,形成了“四縱三橫”的智慧城市體系框架。具體來說：（1）感知層是智慧城市實現(xiàn)其智慧的基本條件。感知層具有超強的環(huán)境感知能力和智能性，通過傳感器及傳感網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)對城市范圍內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、建筑、安全等對象的監(jiān)測和控制、可為市民和社會提供無處不在、無所不能的信息服務(wù)和應(yīng)用。（2）設(shè)施層是未來智慧城市的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心高效一體化的云基礎(chǔ)設(shè)施可以有效支撐人與機器、機器與機器間隨時、隨地、隨需的無縫通信，并綜合

6、承載各類信息化應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲，為實現(xiàn)城市的智慧化奠定良好的物理基礎(chǔ)設(shè)施。（3）數(shù)據(jù)層的核心使命是讓城市更加智慧。在未來的智慧城市中，數(shù)據(jù)是最有價值的戰(zhàn)略資產(chǎn)構(gòu)建。智慧城市的數(shù)據(jù)層將是智慧城市建設(shè)中非常重要的一環(huán)，數(shù)據(jù)層的主要目標(biāo)是通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)活化等技術(shù)解決數(shù)據(jù)割裂、無法共享的問題，重點是為城市實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)活化等建立的數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)服務(wù)等。（4）應(yīng)用層是在傳感層、設(shè)施層、數(shù)據(jù)層之上建立的各種應(yīng)用系統(tǒng)。宏觀上智慧政府、智慧產(chǎn)業(yè)和智慧民生構(gòu)成了智慧城市的智慧應(yīng)用層、市民可以通過各種終端可視化地訪問這些系統(tǒng)，有助于體驗城市信息化生活的便利、魅力和幸福。（5）安全體系是在安全設(shè)施的

7、基礎(chǔ)上，從技術(shù)和管理雙方面為智慧城市提供安全保障。智慧城市體系架構(gòu)和信息系統(tǒng)的復(fù)雜化、協(xié)作體系和參與角色的多樣化、數(shù)據(jù)資源的海量化導(dǎo)致其面臨安全威脅的多樣化，沒有完善的技術(shù)和管理安全體系無法保障智慧城市物理設(shè)施、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)資源的安全可靠。（6）標(biāo)準(zhǔn)體系是智慧城市多系統(tǒng)協(xié)作、海量信息匯聚融合和共享、多執(zhí)行機構(gòu)協(xié)同的基礎(chǔ)。 缺乏標(biāo)準(zhǔn)、多頭建設(shè)很容易造成數(shù)據(jù)多口采集、相互隔離、缺乏同步、效率低下的局面，也難以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的自動化協(xié)作體系，造成業(yè)務(wù)流程執(zhí)行效率低下，服務(wù)質(zhì)量無法保證的局面。（7）評價指標(biāo)體系是對智慧城市建設(shè)成果進(jìn)行量化計算、科學(xué)評測的方法體系，是檢驗智慧城市成果的具體體現(xiàn)，將起

8、到引領(lǐng)、監(jiān)測指導(dǎo)、量化評估等作用，是評價城市智慧化的一個核心和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。指標(biāo)體系涵蓋是否全面、層次結(jié)構(gòu)是否清晰合理，直接關(guān)系到評價質(zhì)量的好壞。4 智慧城市核心技術(shù)智慧城市主要由數(shù)字城市和物聯(lián)網(wǎng)、云計算三大類支撐技術(shù)組成3。以下就這三大類支撐技術(shù)分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。4.1 數(shù)字城市相關(guān)技術(shù) 數(shù)字城市相關(guān)技術(shù)涵蓋城市空間信息的獲取、管理、使用等方面，數(shù)字城市建設(shè)的具體需求也推動著相關(guān)技術(shù)逐步發(fā)展和成熟。在未來，政府、研究機構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)制定組織、非盈利組織、企業(yè)等將共同推動數(shù)字城市技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和完善6。數(shù)字城市從數(shù)據(jù)獲取、組織到提供服務(wù)的技術(shù)有：天空地一體化的空間信息快速獲取技術(shù)、海量空間數(shù)據(jù)調(diào)度與管

9、理技術(shù)、空間信息可視化技術(shù)、空間信息分析與挖掘技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)等。4.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延伸與應(yīng)用拓展，具有整合感知識別、傳輸互聯(lián)和計算處理等功能，是對新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運用。物聯(lián)網(wǎng)通過信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，將人與人之間的信息交互溝通向人與物、物與物擴展延伸，它的應(yīng)用為優(yōu)化資源配置、加強科學(xué)管理、緩解資源能源約束提供了可能，拓寬了道路。其主要特征是通過信息傳感設(shè)備等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳送與交互，采用智能計算技術(shù)對信息進(jìn)行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能

10、力，實現(xiàn)智能化的決策和控制7。智慧城市的理念是把傳感器裝備到城市生活中的各種物體中形成物聯(lián)網(wǎng)，并通過超級計算機和云計算實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整合，從而實現(xiàn)數(shù)字城市與城市系統(tǒng)整合。通過智慧城市，可以實現(xiàn)城市的智慧管理及服務(wù)8。4.3 云計算技術(shù)云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)模式的計算，是分布式計算和網(wǎng)格計算的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，是隨著互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷逐漸形成的。計算機交互服務(wù)一度未能脫離硬件的桎梏，直到出現(xiàn)了基于虛擬化的云計算，軟件和交互服務(wù)才完全與硬件無關(guān)，同時也無需關(guān)心硬件的維護(hù)9。支撐信息服務(wù)社會化、集約化和專業(yè)化的云計算中心通過軟件的重用和柔性重組，進(jìn)行服務(wù)流程的優(yōu)化與重構(gòu)，提高利用率。云計算促進(jìn)了軟件

11、之間的資源聚合、信息共享和協(xié)同工作，形成面向服務(wù)的計算。云計算能夠?qū)⑷虻暮Ａ繑?shù)據(jù)快速處理，并同時向上千萬的用戶提供服務(wù)。云計算關(guān)鍵技術(shù)使得用戶無需關(guān)心操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及平臺軟件環(huán)境、底層硬件環(huán)境、計算中心的地理位置、軟件提供方和服務(wù)渠道。如同使用電力一樣方便，云計算可以讓用戶更加自然和快捷地使用個性化的交互服務(wù)3。云計算根據(jù)其提供的虛擬化服務(wù)的層次不同，可以分為三個層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)、平臺作為服務(wù)、軟件作為服務(wù)。5 國內(nèi)外智慧城市建設(shè)現(xiàn)狀 目前，很多城市已經(jīng)開始智慧城市建設(shè)，主要集中在美國、瑞典、西班牙、德國、法國以及新加坡、日本、韓國和中國，大部分國家的智慧城市建設(shè)都處于有限規(guī)模

12、、小范圍探索階段。但國外智慧城市建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展時期，而我國才剛剛起步，在戰(zhàn)略規(guī)劃、行動綱要制定以及以為代表的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面亟待完善10。5.1 國外建設(shè)現(xiàn)狀信息技術(shù)飛速發(fā)展，使美國、英國、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家開始研究，如何加大信息技術(shù)在城市管理、服務(wù)和運行中的創(chuàng)新性應(yīng)用。他們運用新一代信息技術(shù)來重新審視城市的本質(zhì)、城市發(fā)展目標(biāo)的定位、城市功能的培育、城市結(jié)構(gòu)的調(diào)整、城市形象與特色等一系列現(xiàn)代城市發(fā)展中的關(guān)鍵問題，在此過程中，發(fā)展“智慧城市”的戰(zhàn)略舉措被提出，把智慧城市建設(shè)作為提升城市競爭力的重要手段，孕育了城市智能發(fā)展的新模式11。國外很多國家一般是站在國家戰(zhàn)略的高度來推動本國智慧

13、城市的建設(shè)的，他們紛紛出臺一系列相關(guān)鼓勵政策，明確智慧城市建設(shè)過程中的方向、目標(biāo)以及重點建設(shè)內(nèi)容。如美國率先提出國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）和全球信息基礎(chǔ)設(shè)施（GII）計劃。韓國從1992 年開始，開展了第二次國家骨干網(wǎng)的建設(shè)，實現(xiàn)了行政電子化網(wǎng)絡(luò)管理的目標(biāo)。日本政府于2009 年7 月制定了i-Japan 2015 戰(zhàn)略，提出到2015 年實現(xiàn)以人為本，“安心且充滿活力的數(shù)字化社會”。各國致力于用精準(zhǔn)、可視、可靠、智能的城市管理推進(jìn)城市管理和運行的智慧化。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)，使市政設(shè)施具備感知、計算、存儲和執(zhí)行能力。美國科羅拉多州的博爾德市于2008 年8 月啟動了智能電網(wǎng)

14、城市工程，成為美國第一座開展智能電網(wǎng)的城市?！耙匀藶楸尽?理念是國外推進(jìn)“智慧城市”建設(shè)的核心思想，建立智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)等無所不在的社會服務(wù)環(huán)境，不斷促進(jìn)人們的活與學(xué)習(xí)。5.2 國內(nèi)建設(shè)現(xiàn)狀與世界其他國家不同，我國智慧城市建設(shè)的背景源于城市人口增長與承載能力不協(xié)調(diào)，如何加快城市管理和運行創(chuàng)新，成為城市建設(shè)者與管理者亟待解決的關(guān)鍵問題。同時，由于我國物聯(lián)網(wǎng)、云計算、新一代移動通信技術(shù)，以及大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，為城市新發(fā)展帶來機遇。伴隨著我國新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)，以及對GDP 增長是否應(yīng)以犧牲環(huán)境為代價的深刻思考，推動社會各界開始探索建設(shè)電子城市、數(shù)字城市、智能城市以及智慧城市等。國內(nèi)在推進(jìn)智慧城市建

15、設(shè)過程中，往往以發(fā)展智慧基礎(chǔ)設(shè)施為重點。大力建設(shè)城市信息基礎(chǔ)設(shè)施，鋪設(shè)光纖骨干網(wǎng)、實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)入戶，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋公共區(qū)域、增加網(wǎng)絡(luò)寬帶、推進(jìn)三網(wǎng)融合，以期建成互聯(lián)互通的城市信息網(wǎng)絡(luò)。如泛長三角區(qū)域“滬、蘇、浙、皖、贛、閩” 五省一市實現(xiàn)高速公路ETC 互聯(lián)互通。以發(fā)展智慧的管理和服務(wù)為重點。在建設(shè)時，重點建設(shè)一批重點示范項目，通過各類信息化手段改造提升政府社會公共管理職能，大幅提升城市管理和服務(wù)職能水平，促進(jìn)城市和諧可持續(xù)發(fā)展。以發(fā)展智慧人文和智慧生活為重點。無論政府還是企業(yè)，均在為切實改進(jìn)人們生活方式而努力。如深圳市從科技、人文、生態(tài)三個方面打造智慧城市，并以此作為建設(shè)國家創(chuàng)新型城市的突破口

16、。企業(yè)更是積極研發(fā)，確保用戶有更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗。6 智慧城市存在問題分析 智慧城市建設(shè)過程中一個突出的問題就是理論體系亟待完善且理論普遍高于實踐，在國內(nèi)外又有不同的表現(xiàn)。6.1 國外存在問題分析雖然全球智慧城市建設(shè)浪潮異常迅猛，但是很多國家并沒有完善的理論體系來支撐，因此會帶來很多不可預(yù)見的城市建設(shè)風(fēng)險。信息安全與隱私泄露風(fēng)險與日俱增。即使是對于信息安全和隱私保護(hù)問題重視程度很高的國家，在智慧城市的建設(shè)中也存在國家與個人信息泄露的風(fēng)險。信息安全和隱私保護(hù)始終是智慧城市建設(shè)必須考慮的重要課題11。6.2 國內(nèi)存在問題分析我國智慧城市建設(shè)起步較晚，受制于政府缺乏市場競爭機制及成本預(yù)算約束而導(dǎo)致的

17、低效率，加之社會各界對智慧城市的戰(zhàn)略意圖和內(nèi)涵特征的理解偏差，智慧城市在實踐過程中容易出現(xiàn)一系列問題12。如重項目而輕規(guī)劃”、城市之間盲目攀比而一哄而起：很多城市缺乏科學(xué)的統(tǒng)籌規(guī)劃就競相上馬、立項施工。城市政府在建設(shè)中決策隨意，智慧城市發(fā)展缺乏長遠(yuǎn)的制度保障，只是形成了表面上的繁榮景象。沿襲傳統(tǒng)建設(shè)思路，千城一面的格局顯現(xiàn)：各地往往沿襲以往的城市建設(shè)經(jīng)驗和思路，缺乏不同城市的創(chuàng)新性思維，導(dǎo)致各智慧城市的建設(shè)大同小異、功能重復(fù)，給人以似曾相識的感覺，而且限制了城市特色文化發(fā)揚。只重建設(shè)而輕應(yīng)用、缺乏市場引導(dǎo)：一些地方政府視智慧城市為“政績工程”、“形象工程”，但卻忽視市場需求，忽視了方便市民的應(yīng)

18、用開發(fā)和普及推廣，市民的生活并沒有因為智慧城市的建設(shè)而得到改善，花重金建立的系統(tǒng)淪為了“面子工程”。技術(shù)自主研發(fā)能力不足：，在新一代信息技術(shù)領(lǐng)域，我國自主研發(fā)能力弱，對外技術(shù)依存度高，多項關(guān)鍵核心技術(shù)依然掌握在跨國公司手中，這使得我國信息安全存在很大漏洞。針對上述智慧城市發(fā)展過程中存在的問題，在今后智慧城市建設(shè)過程中要突出城市特色和“軟實力”，以改善民生和市場需求為導(dǎo)向，加強技術(shù)創(chuàng)新，努力實現(xiàn)智慧城市健康可持續(xù)發(fā)展，也使智慧城市真正服務(wù)于民、用之于民。7 結(jié)語智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)、云計算相結(jié)合的產(chǎn)物，并擁有“四縱三橫”的體系框架。目前國內(nèi)外智慧城市建設(shè)仍存在大量問題，尤其是由于我國國情復(fù)雜，問題尤為突出。所以在今后智慧城市建設(shè)過程中要因地制宜，注重創(chuàng)新，最終實現(xiàn)便民利民、提升政府效率、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)：1 李建松.地理信息系統(tǒng)原理M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2012.2 張永民,杜忠潮. 我國智慧城市建設(shè)的現(xiàn)狀及思考J.中國信息界,2011(2): 28-323 李德仁,姚遠(yuǎn),邵振峰.