智慧城市概念、框架及现状问题分析

摘要：智慧城市是数字城市与物联网、云计算相结合的产物，它成为全球城市发展的新趋势，同时面临新的困难和挑战。本文辨析了数字城市与智慧城市的概念，总结了智慧城市的框架和核心技术，并对国内外建设现状、存在的问题和相应的解决方案进行了分析，最后提出了我国的智慧城市愿景。

关键词：智慧城市；数字城市；物联网；云计算；问题分析

1引言

城市是人类活动最集中的区域，也是人类面临的人口、资源、环境和灾害问题矛盾最突出的区域。在信息社会中，信息的快速流动，决定了城市物质流、人流和财富流的聚集和扩散过程及其空间格局。2008 年IBM 公司首次提出“智慧地球”的概念，描绘智慧城市的发展愿景，其核心理念是“全面物联、充分整合、激励创新、协同运作”。智慧城市是21世纪以来在全球范围内兴起的关于未来城市发展和信息化建设的概念，成为继数字城市之后，引领当今城市信息化的新理念，对城市未来的发展战略和形态具有重要的影响。

2智慧城市概念

2.1数字城市

    城市信息化或数字化，为人们研究城市问题提供了先进的技术手段，由此学者从“数字地球”的角度提出了“数字城市”的概念。数字城市狭义上指以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础, 以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、仿真一虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。“数字城市”广义上指城市的信息，它既是城市信息化急的概述，又是城市信息化的目标，即用数字化的手段来处理、分析和管理整个城市，促进城市运行的通畅和协调[1]。数字城市是现代信息技术对城市社会经济信息进行的全面整合，实现城市各种信息的共享与服务。

2.2智慧城市概念的提出

    今年来，有学者在“数字城市”的基础上，进一步提出了“智慧城市”的概念。李德仁院士认为，智慧城市是数字城市与物联网和云计算等技术有机融合的产物。基于数字城市的基础框架，各类物联网传感器将人及其相关的固定或移动物品连接起来，并将海量数据的存储、计算和交互服务交由云计算平台在“云端”处理，按照处理结果对城市实施实时自动化控制，就可以实现智慧的城市服务。

    智慧城市是基于物联网、云计算等新一代信息技术以及社交网络、智能搜索、智能分析等工具和方法，实现城市信息全面透彻的感知、宽带泛在的互联以及智能融合的应用，无所不在的传感网络将实现城市部件的实时感知与自主联网，地理信息系统将水、电、气、交通、环境等基础信息与特定时空下的城市事件紧密关联、实时融合，将全面满足城市人与物的联通、管理、响应的需求。智慧城市实现的是城市系统的优化升级，使城市各系统更完善、更智能、更协调、更发达，使城市中的人和物更智慧、更和谐，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础设施为根本，以信息共享为核心，以“安全、便捷、高效、绿色”为目标。智慧城市体系框架主纵向自下而上可划分为感知层、设施层、数据支撑层和应用层4个层次，横向则辅之安全、标准和评价指标3个支撑体系 [5],形成了“四纵三横”的智慧城市体系框架。具体来说：

（1）感知层是智慧城市实现其智慧的基本条件。感知层具有超强的环境感知能力和智能性，通过传感器及传感网等技术实现对城市范围内基础设施、环境、建筑、安全等对象的监测和控制、可为市民和社会提供无处不在、无所不能的信息服务和应用。

（2）设施层是未来智慧城市的重要信息基础设施。网络与数据中心高效一体化的云基础设施可以有效支撑人与机器、机器与机器间随时、随地、随需的无缝通信，并综合承载各类信息化应用和数据存储，为实现城市的智慧化奠定良好的物理基础设施。

（3）数据层的核心使命是让城市更加智慧。在未来的智慧城市中，数据是最有价值的战略资产构建。智慧城市的数据层将是智慧城市建设中非常重要的一环，数据层的主要目标是通过数据关联、数据挖掘、数据活化等技术解决数据割裂、无法共享的问题，重点是为城市实现数据共享、数据活化等建立的数据仓库和数据服务等。

（4）应用层是在传感层、设施层、数据层之上建立的各种应用系统。宏观上智慧、智慧产业和智慧民生构成了智慧城市的智慧应用层、市民可以通过各种终端可视化地访问这些系统，有助于体验城市信息化生活的便利、魅力和幸福。

（5）安全体系是在安全设施的基础上，从技术和管理双方面为智慧城市提供安全保障。智慧城市体系架构和信息系统的复杂化、协作体系和参与角色的多样化、数据资源的海量化导致其面临安全威胁的多样化，没有完善的技术和管理安全体系无法保障智慧城市物理设施、应用系统和数据资源的安全可靠。

（6）标准体系是智慧城市多系统协作、海量信息汇聚融合和共享、多执行机构协同的基础。 缺乏标准、多头建设很容易造成数据多口采集、相互隔离、缺乏同步、效率低下的局面，也难以实现不同系统之间的自动化协作体系，造成业务流程执行效率低下，服务质量无法保证的局面。

（7）评价指标体系是对智慧城市建设成果进行量化计算、科学评测的方法体系，是检验智慧城市成果的具体体现，将起到引领、监测指导、量化评估等作用，是评价城市智慧化的一个核心和关键的环节。指标体系涵盖是否全面、层次结构是否清晰合理，直接关系到评价质量的好坏。

4智慧城市核心技术

智慧城市主要由数字城市和物联网、云计算三大类支撑技术组成[3]。以下就这三大类支撑技术分别进行详细介绍。

4.1数字城市相关技术

    数字城市相关技术涵盖城市空间信息的获取、管理、使用等方面，数字城市建设的具体需求也推动着相关技术逐步发展和成熟。在未来，、研究机构、标准制定组织、非盈利组织、企业等将共同推动数字城市技术进一步发展和完善[6]。数字城市从数据获取、组织到提供服务的技术有：天空地一体化的空间信息快速获取技术、海量空间数据调度与管理技术、空间信息可视化技术、空间信息分析与挖掘技术、网络服务技术等。

4.2物联网技术

物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，物联网是互联网和通信网的网络延伸与应用拓展，具有整合感知识别、传输互联和计算处理等功能，是对新一代信息技术的高度集成和综合运用。物联网通过信息共享和业务协同，将人与人之间的信息交互沟通向人与物、物与物扩展延伸，它的应用为优化资源配置、加强科学管理、缓解资源能源约束提供了可能，拓宽了道路。其主要特征是通过信息传感设备等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、通信网等网络进行信息传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制[7]。智慧城市的理

念是把传感器装备到城市生活中的各种物体中形成物联网，并通过超级计算机和云计算实现物联网的整合，从而实现数字城市与城市系统整合。通过智慧城市，可以实现城市的智慧管理及服务[8]。

4.3云计算技术

云计算是一种基于互联网模式的计算，是分布式计算和网格计算的进一步延伸和发展，是随着互联网资源配置的变迁逐渐形成的。计算机交互服务一度未能脱离硬件的桎梏，直到出现了基于虚拟化的云计算，软件和交互服务才完全与硬件无关，同时也无需关心硬件的维护[9]。支撑信息服务社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。云计算促进了软件之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算。云计算能够将全球的海量数据快速处理，并同时向上千万的用户提供服务。云计算关键技术使得用户无需关心操作系统、数据库及平台软件环境、底层硬件环境、计算中心的地理位置、软件提供方和服务渠道。如同使用电力一样方便，云计算可以让用户更加自然和快捷地使用个性化的交互服务[3]。云计算根据其提供的虚拟化服务的层次不同，可以分为三个层次的服务：基础设施作为服务、平台作为服务、软件作为服务。

5国内外智慧城市建设现状

    目前，很多城市已经开始智慧城市建设，主要集中在美国、瑞典、西班牙、德国、法国以及新加坡、日本、韩国和中国，大部分国家的智慧城市建设都处于有限规模、小范围探索阶段。但国外智慧城市建设已经进入了快速发展时期，而我国才刚刚起步，在战略规划、行动纲要制定以及以ＩＣＴ为代表的基础设施建设等方面亟待完善[10]。

5.1国外建设现状

信息技术飞速发展，使美国、英国、日本、韩国等发达国家开始研究，如何加大信息技术在城市管理、服务和运行中的创新性应用。他们运用新一代信息技术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，在此过程中，发展“智慧城市”的战略举措被提出，把智慧城市建设作为提升城市竞争力的重要手段，孕育了城市智能发展的新模式[11]。

国外很多国家一般是站在国家战略的高度来推动本国智慧城市的建设的，他们纷纷出台一系列相关鼓励，明确智慧城市建设过程中的方向、目标以及重点建设内容。如美国率先提出国家信息基础设施（NII）和全球信息基础设施（GII）计划。韩国从1992 年开始，开展了第二次国家骨干网的建设，实现了行政电子化网络管理的目标。日本于2009 年7 月制定了《i-Japan 2015 战略》，提出到2015 年实现以人为本，“安心且充满活力的数字化社会”。各国致力于用精准、可视、可靠、智能的城市管理推进城市管理和运行的智慧化。通过应用物联网、云计算等新一代信息技术，使市政设施具备感知、计算、存储和执行能力。美国科罗拉多州的博尔德市于2008 年8 月启动了智能电网城市工程，成为美国第一座开展智能电网的城市。“以人为本” 理念是国外推进“智慧城市”建设的核心思想，建立智慧医疗、智慧社区等无所不在的社会服务环境，不断促进人们的活与学习。

5.2国内建设现状

与世界其他国家不同，我国智慧城市建设的背景源于城市人口增长与承载能力不协调，如何加快城市管理和运行创新，成为城市建设者与管理者亟待解决的关键问题。同时，由于我国物联网、云计算、新一代移动通信技术，以及大数据的快速发展，为城市新发展带来机遇。伴随着我国新型城镇化的建设，以及对GDP 增长是否应以牺牲环境为代价的深刻思考，推动社会各界开始探索建设电子城市、数字城市、智能城市以及智慧城市等。

国内在推进智慧城市建设过程中，往往以发展智慧基础设施为重点。大力建设城市信息基础设施，铺设光纤骨干网、实现有线网络入户，无线网络覆盖公共区域、增加网络宽带、推进三网融合，以期建成互联互通的城市信息网络。如泛长三角区域“沪、苏、浙、皖、赣、闽” 五省一市实现高速公路ETC 互联互通。以发展智慧的管理和服务为重点。在建设时，重点建设一批重点示范项目，通过各类信息化手段改造提升社会公共管理职能，大幅提升城市管理和服务职能水平，促进城市和谐可持续发展。以发展智慧人文和智慧生活为重点。无论还是企业，均在为切实改进人们生活方式而努力。如深圳市从科技、人文、生态三个方面打造智慧城市，并以此作为建设国家创新型城市的突破口。企业更是积极研发，确保用户有更加优质的服务体验。

6智慧城市存在问题分析

    智慧城市建设过程中一个突出的问题就是理论体系亟待完善且理论普遍高于实践，在国内外又有不同的表现。

6.1国外存在问题分析

虽然全球智慧城市建设浪潮异常迅猛，但是很多国家并没有完善的理论体系来支撑，因此会带来很多不可预见的城市建设风险。信息安全与隐私泄露风险与日俱增。即使是对于信息安全和隐私保护问题重视程度很高的国家，在智慧城市的建设中也存在国家与个人信息泄露的风险。信息安全和隐私保护始终是智慧城市建设必须考虑的重要课题[11]。

6.2国内存在问题分析

我国智慧城市建设起步较晚，受制于缺乏市场竞争机制及成本预算约束而导致的低效率，加之社会各界对智慧城市的战略意图和内涵特征的理解偏差，智慧城市在实践过程中容易出现一系列问题[12]。

如重项目而轻规划”、城市之间盲目攀比而一哄而起：很多城市缺乏科学的统筹规划就竞相上马、立项施工。城市在建设中决策随意，智慧城市发展缺乏长远的制度保障，只是形成了表面上的繁荣景象。沿袭传统建设思路，千城一面的格局显现：各地往往沿袭以往的城市建设经验和思路，缺乏不同城市的创新性思维，导致各智慧城市的建设大同小异、功能重复，给人以似曾相识的感觉，而且了城市特色文化发扬。只重建设而轻应用、缺乏市场引导：一些地方视智慧城市为“政绩工程”、“形象工程”，但却忽视市场需求，忽视了方便市民的应用开发和普及推广，市民的生活并没有因为智慧城市的建设而得到改善，花重金建立的系统沦为了“面子工程”。技术自主研发能力不足：，在新一代信息技术领域，我国自主研发能力弱，对外技术依存度高，多项关键核心技术依然掌握在公司手中，这使得我国信息安全存在很大漏洞。

针对上述智慧城市发展过程中存在的问题，在今后智慧城市建设过程中要突出城市特色和“软实力”，以改善民生和市场需求为导向，加强技术创新，努力实现智慧城市健康可持续发展，也使智慧城市真正服务于民、用之于民。

7结语

智慧城市是数字城市与物联网、云计算相结合的产物，并拥有“四纵三横”的体系框架。目前国内外智慧城市建设仍存在大量问题，尤其是由于我国国情复杂，问题尤为突出。所以在今后智慧城市建设过程中要因地制宜，注重创新，最终实现便民利民、提升效率、促进经济发展的目标。

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[11] 秦洪花,李汉清,赵霞.“智慧城市”的国内外发展现状[J]。信息化建设，      2010,09:50-52

[12] 辜胜阻,杨建武,刘江日. 当前我国智慧城市建设中的问题与对策[J].中国     软科学,2013,01:6-12.