第三章 智慧城市理论研究

第一节 智慧城市概述

一 智慧城市起源

关于智慧城市的起源，国内外学者的观点存在差异。国外学者普遍认为智慧城市（smart city）起源于20世纪90年代（张陶新等，2012）。1990年5月，在美国旧金山举行的一次国际会议以“实现全球经济可持续发展：互联互通的智慧化城市（smart cities）、快捷信息系统（fast systems）、全球网络（global networks）”为主题，探寻城市通过信息通信技术的创新、网络化的跨国联系、多元文化、人力资本要素优势等宏观和微观条件，聚合“智慧”以形成可持续的城市竞争力的成功经验。会后正式出版的文集“The Technopolisphenomenon: smart cities, fast systems, global networks”，成为关于智慧城市研究的早期代表性文献。

国外的智慧城市实践最早可以追溯到新加坡于1992年提出的IT2000——“智慧岛计划”（郑立明，2011）。1996年，美国圣地亚哥州立大学与加利福尼亚州政府合作推出世界首个智慧社区（Smart Community）项目（李春友、古家军，2014）。该项目把智慧社区定义为：在一个大小可以从邻域到多县的地区内，市民、团体和市政管理机构利用信息技术显著地，甚至彻底地改造他们所生活的地区，政府、工业界、教育工作者和市民之间的合作将代替他们各自的孤立行动。紧接着旧金山、硅谷、布莱克斯堡等地也相继推出了智慧社区项目。继美国之后，加拿大政府于1997年推出了美国境外首个智慧社区项目——智慧资本项目，该项目的目标：为加拿大企业在国内外发展和推广信息通信技术提供机会；协助社区发展和实施可持续智慧社区战略；为社区居民共享智慧社区活动和经验提供机会。

进入21世纪以来，基于信息相关产业的技术创新，美国、欧盟、日本、韩国、新加坡、中国台湾、马来西亚等国家和地区相继出现了运用信息通信技术，尝试城市发展新模式的实践。韩国2004年提出了“泛在城市”计划。新加坡2006年启动“智慧国2015”计划，意图将新加坡建设成为经济、社会发展一流的国际化城市。欧盟则于2006年发起了欧洲Living Lab组织，它采用新的工具和方法、先进的信息和通信技术来调动方方面面的“集体的智慧和创造力”，为解决社会问题提供机会。2007年10月，欧盟在《欧盟智慧城市报告》中率先在城市发展传统理论的基础上提出“智慧城市”的创新构想，成为世界上较早的智慧城市推进设计框架与探索实践。2009年，日本在延续以往的“泛在日本”战略基础上提出了智慧城市计划。现在全球（不包括中国）大概有200多个智慧城市的项目正在实施（中国通信学会，2012）。

国内学者一般认为智慧城市起源于IBM公司2008年在题为《智慧地球：下一代领导人议程》的演讲报告中提出的“智慧地球”概念（杨再高，2012）。2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，希望为世界和中国的城市发展贡献自己的力量。此后，智慧城市的概念引起全球关注，智慧城市的实践也在我国迅速展开（邹佳佳，2013）。

二 智慧城市概念

从第二章对智慧城市概念内涵的梳理中不难看出，不同视角、学科背景，不同国家、区域和城市、研究机构、实施企业之间，对智慧城市的定义存在差异，尚未形成统一的智慧城市概念。但它们有其共同点和交叉点，即这些概念均认为运用现代信息技术对城市公共管理与服务领域进行智能化建设是智慧城市的出发点，实现城市可持续发展与提升居民生活品质是智慧城市的落脚点（赵大鹏，2013）。

笔者比较赞同单志广（2014）的观点，即智慧城市是以推进实体基础设施和信息基础设施相融合、构建城市智能基础设施为基础，以物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术应用在城市经济社会发展各领域的充分运用、深度融合为主线，以最大限度地开发、整合、融合、共享和利用各类城市信息资源为核心，以为居民、企业和社会提供及时、互动、高效、智能的信息服务为手段，以促进城市规划设计科学化、基础设施智能化、运行管理精细化、公共服务普惠化和产业发展现代化为宗旨，通过智慧的应用和解决方案，实现智慧的感知、建模、分析、集成和处理，以更加精细和动态的方式提升城市运行管理水平、政府行政效能、公共服务能力和市民生活质量，推进城市科学发展、和谐发展，是信息化发展进入深水区后城镇发展的新理念、新模式和高层次阶段。

智慧城市与信息化、数字城市、物联网、云计算等概念的关系如下（中国通信学会，2012）：

（一）智慧城市与信息化的关系

城市的信息化是智慧城市的基础，智慧城市是信息化的提升和升华。城市信息化是指在城市管理、经济和社会生活各个方面应用信息技术，深入开发和广泛利用信息资源，加速实现城市现代化的进程。智慧城市是指把城市中分散的、各自为政的信息化系统、物联网系统整合起来，提升为一个具有较好协同能力和调控能力的有机整体，这是以前所没有的，是传统意义上的城市信息化的升华和飞跃，并被赋予了新的内涵。

（二）智慧城市与数字城市的关系

数字城市是数字地球的重要组成部分，是数字地球在城市的生产、生活等活动中，利用数字技术、信息技术和网络技术，将城市的人口、资源、环境、经济、社会等要素，以数字化、网络化、智能化和可视化的方式加以展现，本质上就是把城市的各种信息资源整合起来用于规划城市、预测城市、运营城市、监管城市。

智慧城市和数字城市本质上都是信息社会条件下现代城市发展的高级形态。数字城市和智慧城市的概念都是基于现代信息技术的快速发展和普及应用，从数字化和智能化两个不同的角度提出来的，都是信息社会条件下现代城市发展的前进方向和高级形态。两者有重叠和相近的体系结构，都是把信息技术应用在城市管理、运行和服务中，两者的根本宗旨相同，都是旨在提高现代城市的管理、运行和服务水平。

智慧城市的前提必然是数字化，数字城市的核心宗旨是智能化。城市数字化是城市智能化的必要条件，开展智慧城市建设的基础和前提必然是实现城市的数字化。智能化是基于数字化条件，综合应用物联网、感知网、云计算等集感知、获取、传输、处理于一体的信息技术和应用系统，提升城市发展规划、公共设施、公共服务、新兴业态的智能化水平。

智慧城市建设必须要充分利用和整合数字城市建设的成果，着力推进数据融合。智慧城市建设不是空中楼阁，也不是另起炉灶，必须基于现有数字城市建设的信息化成果，充分利用和整合已有的各级各类城市信息资源，大力推进数据融合。在一定意义上讲，智慧城市建设成败的关键不是大量开发建设新的信息化应用系统，而是如何有效推进城市范围内数据的融合，通过数据融合真正实现信息与智慧决策的融合，从根本上促进实现政府部门的协同共享、行业的互动协调、城市的精细化运行管理、人与自然的和谐相处。因此，围绕城市运行数据的采集、加工、提炼、分析、应用等开展的融合工作将是智慧城市建设的核心和关键环节。

（三）智慧城市与物联网的关系

物联网是智慧城市的重要基础设施。物联网是指通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。从物联网的定义可看出，物联网强调的是“物”和“网”，是智慧城市的重要基础设施。其中的“物”强调物理世界中的每一个物件都要能被感知，要求都有地址，都可以被通信，都可以被控制。而这些“物”要泛在的互联成“网”。这里的网是泛在的，包含传感网、电信网、互联网以及各种专网等。

智慧城市强调“智慧”和“创新”。从技术角度讲，智慧城市更强调的是在物联网这些基础设施上的“协同运作、全面整合、激励创新，并且具有一定的自我学习、自我成长和自我创新能力”。另外，智慧城市不仅仅涉及技术层面的东西，其中还包括政治、管理、文化方面的东西，更强调为民服务的思想。通过智慧城市建设一个和谐、美好的城市生活环境，使整个城市像一个有智慧的人那样，具有较为完善的感知、认知、学习、成长、创新、决策、调控能力和行为意识，使绝大多数市民都能享受到智慧城市的服务和应用。

（四）智慧城市与云计算的关系

智慧城市推动云计算落地。云计算是一种基于网络的支持异构设施和资源流转的服务供给模型，它提供给客户可自治的服务。云计算支持异构的基础资源和异构的多任务体系，可以实现资源的按需分配、按量计费，达到按需索取的目标，最终促进资源规模化，促使分工的专业化，有利于降低单位资源成本，促进网络业务创新。

智慧城市是以多应用、多行业、复杂系统组成的综合体。多个应用系统之间存在信息共享、交互的需求。各不同的应用系统需要共同抽取数据综合计算和呈现综合结果。如此繁复的系统需要多个强大的信息处理中心进行各种信息的处理。要从根本上支撑庞大系统的安全运行，需要考虑基于云计算的网络架构，建设智慧城市云计算数据中心。在满足上述需求的同时云计算数据中心具备传统数据中心、单应用系统建设无法比拟的优势：随需应变的动态伸缩能力以及极高的性能投资比。因此说智慧城市的建设推动了云计算落地。

云计算给城市插上“智慧”的翅膀。依托云计算、物联网等新兴技术，以信息技术高度集成、信息资源综合应用为主要手段，加快推进城市信息化，是建设智慧城市的基础。政府是云计算建设的主要推动力，因为政府积累的大量数据，能强有力推动云计算落地。行业云是当今市场的热点，能实现行业数据的“活化”，推动公共服务。移动终端设备和云计算的发展给智慧城市建设带来新的动力。下一代人工智能技术与网络、数据中心结合在一起，将发展出新的智能化方式，人们在智慧城市的“智慧生活”将更加丰富多彩。

三 智慧城市特征

从技术角度看，智慧城市具有4个核心特征（中国电子技术标准化研究院，2013）：一是深层的感知：通过深层感知全方位地获取城市系统数据，二是广泛的互联：通过广泛互联将孤立的数据关联起来、把数据变成信息，三是高度的共享：通过高度共享、智能分析将信息变成知识，四是智慧的应用：把知识与信息技术融合起来应用到各行各业形成智慧，参见图3—1。

（一）深层的感知

利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。比如城市中的监控摄像机、传感器、RFID、移动和手持设备、电脑和多媒体终端、GPS、数据中心、数据挖掘和分析工具等，通过使用这些新设备和系统，包括人在内的城市任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。

（二）广泛的互联

通过各种形式的高速的高带宽的通信网络工具，如有线网、无线网、蓝牙、红外等，发挥三网融合的优势，将传感器、个人电子设备等智能设备连接起来进行交互，实现互联互通，实时监控。

（三）高度的共享

利用SOA（Service Oriented Architecture，面向服务的体系结构）、云计算、大数据等技术手段，通过将资源“服务”化、集中存储、共享计算资源等方式，对整个城市信息资源进行汇集、存储、分类、整合，将政府信息系统中收集和储存的分散的信息及数据关联起来，多方共享，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成。

共享视频监控、地理信息、通信调度等平台，平时用于城市管理和部门间业务联动，突发事件发生时由政府统一指挥，协同处置。

（四）智慧的应用

通过使用传感器、先进的移动终端，可以实时收集城市中的所有信息，采用高速分析工具和集成IT处理复杂的数据分析、汇总和计算，把数据变成信息，把信息变成知识，把知识变成智慧，从全局的角度分析形势并实时解决问题，以便政府及相关机构及时做出决策并采取适当的措施。

四 智慧城市愿景

智慧城市的愿景是：使城市“发展更科学，管理更高效，生活更美好”（中国通信学会，2012）。

（一）发展更科学

智慧城市建设的首要目标就是要调整城市产业结构、转变城市发展方式，并以此作为带动城市经济发展的主要抓手。通过智慧城市建设，大力发展新一代信息产业，降低产业能耗，使城市的产业结构更加合理，发展更加持续。

（二）管理更高效

城市畅通高效的运行，必须依靠可感知、可控制、高智能的管理手段。通过物联网、空间地理等技术，对湖泊、森林、大气等自然环境，道路、地面设施、地下管网等城市基础设施，汽车、食品、药品等流动的物品进行实时的管理控制，对本地人口、常住人口、流动人口等进行实时的管理和服务，以实现智慧的交通、智慧的环保、智慧的应急、智慧的基础设施、智慧的食品药品监管、智慧的政务，达到新阶段的人类文明：低碳社会、绿色生态、山水宜居。

（三）生活更美好

通过高度发达的基础环境和信息环境，市民在任何时间、任何地点、任何渠道都可以享受便捷廉价的社会服务、就业安居、公共交通、医疗卫生、文化教育等融合的公共服务，生活品质获得大幅提升；强大的服务能力让市民感受到归属与认同、便捷与关怀、交流与信任、尊重与成长。物理位置不再成为障碍，人人比邻而居，成为城市家园中日日相伴的朋友，无论是本土居民，还是外来居民，都为工作和生活在一座智能、亲切的城市而感到舒心和骄傲。

五 智慧城市作用

智慧城市的作用如下（工信部，2013）：

（一）是实现国家工业化、城镇化、信息化跨越式发展的重要载体

工业化、城镇化、信息化是我国当前社会发展的重要特征，实现三者的融合发展，是缓解城市突出问题，实现产业转型升级，保持经济持续发展的重要手段。而智慧城市正是工业化与信息化、城镇化与信息化相融合的必然产物，是实现工业化、城镇化、信息化跨越式发展的重要载体。

（二）是转变政府管理方式，提升城市服务效能的重要途径

随着信息技术的飞速发展，城市管理的手段朝着电子化、数字化、网络化的方向不断转变，社会公众和企业对城市服务的要求也朝着快速、高效、便捷、实时的方向不断提升。原有的政府管理方式和城市服务效能，已明显无法满足社会公众和企业的需求，智慧城市的建设与发展成为转变政府管理方式，提升城市服务效能的重要途径。

（三）有助于推进解决城市发展面临的问题

城市发展日益受到土地、空间、能源和清洁水等资源短缺的约束，城市人口膨胀、环境保护等问题面临的压力也越来越大。这些问题使用传统的技术和管理方法已经难以有效解决，而目前发达国家正在研究如何创新性地使用新一代信息技术、知识和智能技术手段来重新审视城市的本质、城市发展目标的定位、城市功能的培育、城市结构的调整、城市形象与特色等一系列现代城市发展中的关键问题，特别是通过智慧传感和城市智能决策平台改善节能、环保、水资源短缺等问题。智慧城市课题正是基于这个背景提出，其必要性和紧迫性十分明显。

（四）有利于促进经济增长和产业升级

首先，智慧城市的建设可以帮助政府实现对城市更好的掌控，可以提高政府效能，为经济增长和产业升级提供高效、快捷、低成本的政务服务环境，创造营养丰富的土壤。其次，智慧城市建设短时间内吸引、聚集大批的技术和资金资源，为城市的经济增长和产业升级形成推动。再次，智慧城市建设促进传统产业升级，倡导新能源、新材料等新兴战略产业，对城市的产业升级起到引导、带动作用。最后，智慧城市建设从根本上提升城市居民的总体素质，为经济增长和产业升级提供人力资源基础。而智慧城市建设下优化的城市环境也与经济增长和产业升级形成良性循环。因此说，现阶段，智慧城市建设的最大受益者应该是经济增长和产业升级工程，这个阶段，智慧城市建设的主要服务对象也应该是经济增长和产业升级工程。

（五）有利于促进社会和谐

我国的城市发展是随着近几十年工业化步伐的加快而实现的，工业化在给我国人民带来更多物质财富的同时也彻底改变了人们的生活方式。最突出的表现就是生活的社会化、国际化，通过社会分工和网络化来为居民提供各种服务。但这就带来了食品药品安全、家政服务质量、人身安全和社区安全等问题，尤其是食品安全问题已经越来越突出。只有解决了这些关系民生的基本生活保障问题（如放心食品和药品），城市的发展才可能和谐。但随着城市规模日益扩大、流动人口增加和物流系统越来越复杂，传统的由质检部门和居委会进行管理的方式已经难以胜任。城市必须利用新一代信息技术建立实时更新的控制和协调系统，实现智慧化管理才能与日益复杂的城市实体系统协调一致，达到现代人宜居的目标（如智慧社区等）。国外先进经验表明，城市的高宜居性，是稳住和吸引高智能人才的重要条件之一。

经济发展带来了我国经济的一体化和全球化，也带来了恶性传染病暴发、恶性犯罪事件的增加、国际恐怖主义的威胁等问题。为了防范和解决这类问题，智慧城市的引入可以在第一时间快速感知这些突发性事件，通过其智能化的调控能力和行为意识加快（由市长或由城市智能决策平台）判断和决策的准确性、有效性与及时性，实现不同行业和区域的协同和应对能力。同时也可以通过其“学习”能力，不断提高处理应急事件和突发性事件的水平，使应急预案程序化、智能化。

（六）为城市建设和管理提供了更加丰富的方式与手段

物联网、云计算、移动互联网等新一代信息技术的快速发展，为城市建设和管理提供了更加丰富的方式与手段。智慧城市可对信息进行实时、准确的采集、传输和分析，可以向公众提供泛在、便捷、高效的服务，可以对城市的突发事件进行快速、合理的响应与处理，是新一代信息技术在城市中的创新应用。

（七）有助于提高国家综合竞争力

智慧城市建设是促进新一代信息技术成长的一个重要发展契机，将会带动一大批具有广阔市场前景、资源消耗低、产业带动大、就业机会多、综合效益好的产业发展。把这一主题列为培育和发展国家战略性新兴产业的研究范畴，将会使国家和民众都受益，堪称“一把钥匙开多把锁”。对于宏观经济而言，将促进产业链升级和提高获利能力，催生出智慧社区、智慧家庭、智慧交通、智慧物流、智慧医疗、智慧银行、智慧电网、智慧政府、智慧学校、智慧农业、智慧环保、智慧建筑等对国民经济和社会发展具有直接拉动作用的、可持续发展的新兴产业。在后金融危机时代，对于扩大内需、拉动出口增长堪称是一匹黑马。据有关专家预测，相关产业可带动至少1万亿元的消费，为我国GDP带来新的增长点。

六 智慧城市发展阶段

根据城市发展的基本规律，国脉互联（2012）将智慧城市的发展分为起步阶段、建设阶段、发展阶段、深化阶段、成熟阶段等5个阶段，参见表3—1。