智慧城市建設的思考與展望

◎ 袁峰 徐昊

一、研究背景

目前，全球城市化進程已經是不可回避的趨勢。據統計，目前全球人口已接近70億，2005年，全世界近一半人口（32億）居住在城市，而2050年，這個比例將上升到70%。城市的快速擴張也造成了很多問題。有限的道路資源、醫療資源、教育資源、城市管理資源等已經不能適應城市急速發展的需要，公共安全問題、交通問題、醫療教育問題、食品安全問題等相繼爆發，城市變得越來越不宜居。

新技術革命是拯救城市病的重要嘗試。2008年，IBM提出“智慧的地球”，將物聯網等前沿技術應用于日常生活，以改善人們的生活質量。其中代表性的項目是在斯德哥爾摩為緩解擁塞所做的嘗試[1]：通過新技術的支撐，分時段收費方案收到了出乎意料的好效果，城區的車流量降低了近25%，每天乘坐軌道交通工具或公共汽車的人數增加了4萬，市區環境明顯改善，廢氣排放量降低了8到14個百分點，二氧化碳等溫室氣體排放量降低了40%。

在國內，隨著IBM等公司在各地的宣傳和推進，“智慧城市”成為了這兩年最熱的詞匯之一，上海、寧波、無錫、深圳、武漢、佛山、成都等國內各大城市紛紛提出了相關建設計劃并付諸實踐。各地智慧城市建設取得了一定的進展的同時，也還存在諸多問題。關于“智慧城市”的深層內涵和目標莫衷一是，并沒有形成清晰明確的發展方向和道路，各地的項目建設大多缺少全局和長遠的規劃。大量概念如云計算、物聯網、無線城市、數字城市、物聯城市等的涌現，使人們對智慧城市的理解更加混亂。針對這些問題，本文就智慧城市的定義、評價體系、架構、問題和建議進行系統的研究探討，為智慧城市的健康發展提供一些建議。

二、智慧城市的定義

國內外很多著名專家學者和機構都對智慧城市提出了不同的定義，如中國工程院院士鄔賀銓給出的定義是：智慧城市指的是將信息與通訊技術（Information Communication Technology，ICT）和傳感器系統嵌入到物理實體并環繞我們生活的旅行與工作的物理環境[2]。IBM給出的定義是：智慧城市是指在城市的發展過程中，利用信息通信技術來感知、分析、整合，并智能地響應在其管轄范圍內市民關于環境、安全、城市服務、民生、當地產業的活動及需求，從而創造一個更好的城市來生活、工作、休息及娛樂[3]。這些定義或從具體實現技術上，或從其運作方式上對其做出了詮釋。

本文將“智慧城市”定義為：將云計算、物聯網等信息化技術應用于現代城市的建設和管理之中，服務于覆蓋民生的各個領域，如交通、醫療、教育、旅游等，提高城市居民的滿意度和城市的競爭力的相關體系建設。

該定義中包含了另外兩個熱門概念——云計算和物聯網。我們認為，云計算和物聯網是支撐技術，而智慧城市則是這些技術在城市管理領域的應用。一方面，不論用什么技術（即使不使用云計算和物聯網技術），只要可以支撐好城市管理的各個方面，有效解決城市問題，就可以說是智慧城市。另一方面也必須看到，隨著網絡應用的日益廣泛，以計算和存儲的集約化為特征的云計算技術，以及隨著各種感知和終端技術日益成熟帶來的物聯網技術，已經成為智慧城市建設中的重要技術支撐，能夠有效服務于智慧城市建設所關心的各個領域。

圖1 云計算、物聯網技術支撐智慧城市的應用

和智慧城市容易混淆的，還有無線城市、數字城市、物聯城市等概念。這些概念一方面是城市信息化建設中不同階段的體現，另一方面也代表建設重點的不同。例如，無線城市的重點在于無線網絡接入的建設，物聯城市的重點則在于感知網絡、物聯網基礎設施的鋪設。在某種程度上，它們都是為智慧城市所做的鋪墊。相對而言，智慧城市的內涵體現在其建設目標側重于最終的應用效果，即“提高城市居民的滿意度和城市的競爭力”。無線接入、數字化、物聯網等具體技術都是為實現這個建設目標而服務的手段。

三、智慧城市的評價體系

如何衡量一個城市的智慧程度、評價智慧城市建設的效果，是一個值得探討的問題。一套科學完善的智慧城市評價體系，可以規范并約束智慧城市的發展方向，避免建設中可能出現的失誤，支持主管機關科學把握智慧城市的發展水平，從而進行科學決策，最終確保智慧城市建設快速健康發展。

指數測評法[4]和波拉特法[5]是兩種衡量國家或城市產業經濟發展水平的常用評價體系。然而，它們并不適用于對智慧城市進行評價。指數測評法相對陳舊，對信息產業的作用強調不夠，而波拉特法的數據整理比較復雜，應用有一定難度。

如定義中所指出，智慧城市建設是圍繞“提高城市居民的滿意度和城市的競爭力”而展開的，一套科學完善的智慧城市評價體系需要具備以下幾個特點：（1）實用導向，面向最終應用效果制定指標體系；（2）客觀量化為主，準確反映城市智慧化水平；（3）全面綜合，全面反映城市智慧化水平。符合以上幾點的指標都可以考慮納入智慧城市的評價體系，例如，引入智慧城市新技術之后，城市的擁堵時段降低的幅度、急病突發時送醫的時間等。這樣的評價體系設計突出了“技術服務應用”的原則?，F在國內有些城市采用“Wi-Fi熱點數量”和“主干光纜長度”等作為評價指標，就有些重過程輕結果、緣木求魚了。

四、智慧城市的架構

本文給出智慧城市的架構設計如圖2所示，包括“感、傳、知、用”四個層次[7]。

圖2 智慧城市架構圖

最下面一層是感知層，包括各種物聯網設備和感知終端，典型的如GPS設備、攝像頭、RFID基站和傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器等。通過這些設備采集到的大量感知數據，是支持城市智慧管理的基礎。

第二層是傳輸層，包括無線傳感網以及公眾互聯網等。其中需要特別提出的是“智慧城市專網”。需要指出，智慧城市帶來的不僅是智慧和便利，同時也將帶來新的風險和危機。未來，城市控制中心可能會成為這個城市的“阿喀琉斯之踵”，不法分子一旦控制，就可以破壞整個城市的交通、安防、供水供電，讓整個城市陷入癱瘓。因此，智慧城市專網的建設有其必要性，本文建議：專網與公眾互聯網物理隔離，城市關鍵感知終端的數據信息都通過專網進行傳輸，并由控制中心通過專網進行控制，可以有效避免關鍵數據外泄或遭到篡改。目前，國內有些城市已經在專網的建設方面進行了嘗試。事實上，在智慧城市建設的各個層次和環節，都必須重視安全技術和標準的落實。

第三層是知識層，扮演的是智慧城市綜合信息平臺的角色。知識層的功能是系統整合整個城市的信息數據，并保障數據的一致性、時效性和全局性。感知層采集到的海量數據通過傳輸層匯聚到知識層的城市公共物聯網信息平臺，政府機構的各類信息數據也匯聚到知識層，成為政務信息共享服務平臺。智慧城市建設中出現的一個常見問題是：各個垂直領域的建設缺乏統籌，感知基礎設施層出現了很多重復建設的情況。例如在有些城市的道路上方，交通部門、公安部門、交警各安裝一個攝像頭，分別用來檢測車流量、安防監控、違章取證。其實一個攝像頭就足以勝任。之所以出現這種情況，一方面是建設的不同階段造成的，另一方面則是非技術的部門利益分割導致的。從技術層面來看，一個城市的所有感知設施應該是統一建設、統一管理，由“城市公共物聯網信息平臺”和“政務信息共享服務平臺”統一向上層應用提供數據信息支持，無論是建設車流量檢測系統、安防監控系統，還是違章取證系統，都只需要從“城市公共物聯網信息平臺”讀取視頻數據即可。國內有些城市已經意識到了這個問題，開始對已有的設施進行梳理，開展“各委辦局設施一張圖”等工作，逐漸發揮知識層的作用。

感知數據的集中帶來了另一個問題——海量數據。以短信為例，據來自運營商的數據，通過物聯設備發送的信息數量，已經大大超出了人所發送的數據量。隨著越來越多的感知設施建設，海量數據將成為各城市信息中心所不可回避的問題。云計算以其特有的優勢，成為解決這一問題的重要技術。在網絡的保障之下，云計算中的不同層面，從IaaS（基礎設施層）、PaaS（平臺層）到SaaS（應用層），將為這一問題的解決提供技術支撐。

最上面一層是應用層，直接面向智慧城市的最終用戶——市民和企業，提供多樣化的應用和服務。在這一層，可以基于知識層的各種城市管理基礎信息，開發出交通、教育、醫療、安防等各種領域的豐富應用，例如交通領域的智慧路燈、路旁停車系統，醫療領域的遠程掛號、電子病歷等。這些應用一部分是由政府建設并營運，一部分則可以由政府提供平臺、建立規范，由企業來建設運營。例如：政府可以建立智慧城市運行中心，整合生活信息服務熱線，推出市民主頁，對市民和企業提供統一的服務接口，同時也可以向公眾開放部分信息數據，鼓勵社會力量參與信息數據的開發利用，政府有責任也有能力制定游戲規則，并規范管理，構建良性的生態環境，達到政府、企業、居民的多贏。

五、現有智慧城市建設的問題

結合近年來在該領域的觀察和實踐，總結現有智慧城市建設中存在的相關問題如下：

（一）重復建設，資源浪費

智慧城市的建設之中出現了大量的重復建設，近年受到眾多專家和媒體的質疑。例如南方周末報道的河北廊坊的云存儲基地[6]，僅前期規劃面積就是目前全球最大數據中心（位于美國芝加哥）的兩倍多，現在還是玉米地，能不能真正為智慧城市建設貢獻與其投入成比例的價值確實存在巨大疑問。究其原因，還在于政府管理部門是政績導向，而非應用導向。另外，缺乏頂層設計和統一規劃也是導致重復建設的原因之一。

（二）缺乏足夠應用，缺乏典型應用

政績導向的負面影響還在于過分強調基礎設施建設。設施建好以后，宣傳、軟件、數據、服務卻沒有跟上，缺乏有示范意義的應用，導致硬件設施只能被閑置。為了避免重復建設、充分發揮基礎設施建設的優勢，最重要的就是需要遵循應用導向，根據應用的需求，而不是盲目追求政績數字而建設云計算中心、物聯網等基礎設施。

（三）煙囪式開發造成信息孤島

煙囪式開發是指各領域應用在開發的時候覆蓋了自頂向下的“感、傳、知、用”各個環節，各領域應用之間缺少信息和設備的共用共享。以廣州軟件所建設的智慧路燈[8]為例，其來車控制是通過路口的視頻攝像頭實現，通常來說，在安防和交通等應用建設階段已經安裝了攝像頭，這里就可以直接利用，而不是重復建設。煙囪式開發一方面帶來了重復建設，另一方面也造成了各個應用系統之間的數據隔離和信息孤島。典型的案例是“開寶馬的拿低?！保绻⒘松绫Ｏ到y和車管系統之間的信息關聯，從技術上就可以防止這種現象的發生。

（四）未形成良好的產業鏈分工布局，沒有掌握關鍵技術

智慧城市建設是一個綜合性的大工程，涉及從元器件生產、信息通訊、數據分析、安全和標準等組成的龐大產業鏈，需要有良好的頂層設計和分工布局。而目前的現狀是硬件廠商、軟件開發商、集成商、運營商、政府、大學、研究機構都蜂擁而上，一方面大家什么都做，另一方面都沒有掌握關鍵技術。沒有良好的產業鏈分工和布局。這樣的后果是相關的關鍵技術缺乏突破，仍然掌握在國外廠商手里。

（五）表層整合，沒有長遠規劃

目前部分城市的智慧城市建設停留在表層，在應用層以網絡接入的方式快速實現一些智慧城市的功能，并沒有從底層架構（感知層、傳輸層和知識層）層面進行真正的整合。之所以很多城市采用這種方式，原因是多方面的，各部門眾多的遺留系統、垂直部門的利益糾葛等都是可能的因素。表層整合雖然能夠快速推出很多智慧城市應用層的服務，但由于根基不牢，沒有長遠規劃，為未來的擴展性和穩定性留下隱患。因此，智慧城市建設需要建設者具有遠見，從底層架構的整合做起，穩扎穩打，將頂層應用建立在牢固的基礎之上。

六、未來智慧城市發展的建議

（一）結合城市整體目標，統籌規劃，加強頂層設計

圖3 智慧城市建設中的產業分工建議

智慧城市的建設不僅是一個技術問題，更是一個全局性的規劃和管理問題。從某種意義上看，雖然技術的作用也很大，有時候甚至是革命性的，但技術終歸只是作為智慧城市建設的重要支撐，技術人員需要結合城市管理者的整體規劃和目標來支持城市愿景的實現。

為了避免低水平重復建設等情況的發生，智慧城市的建設需要提高到決策者的高度上來，加強頂層設計，統籌規劃，合理布局。對于已經開發的系統和應用，現在有些城市正在開展“物聯設備一張圖——各委辦局感知設備統一梳理”行動，對現有資源進行全面系統的整合，值得借鑒。

（二）應用導向，重點先行，垂直領域應用開發和整體框架并行推進

煙囪式開發雖然存在一些問題，但有其一定的合理性。智慧城市建設需要有一個業務專精并且強有力的團隊來進行統籌，采取垂直領域應用（煙囪式）和整體框架并行推進、重點先行的模式。這樣一方面可以保證階段性的成果和應用，保證建設者的信心，并在實際應用中不斷驗證整體框架；另一方面，加強頂層設計，可以有效避免各垂直領域隔離開發中出現的重復建設。

（三）發揮政府的主導作用，構建“政-企-研-學”的良好生態環境

智慧城市覆蓋面很廣，在其建設中應該有合理的分工。本文就圖2所示的智慧城市總體架構圖，結合政府、運營商、研究機構、學校的各自特點，對不同機構的分工提出建議，構建如圖3所示的以政府為主導的“政-企-研-學”智慧城市生態環境。

1.感知層：適合政府主導、企業運營。這一層是基礎設施層，一方面安全性要求高（設想破壞者控制整個城市的電力和交通燈的后果），另一方面建設投資大，但后期運營效益可觀，和目前的電信運營商的工作非常類似，未來也會出現大量的物聯網運營商（財大氣粗、經驗豐富、體系成熟的電信運營商是天然的候選人），他們來搭建各種傳感網絡（例如RFID基站），并在后續運營中收取利潤。

2.傳輸層：從安全角度出發，政府專網是需要政府集中控制的，目前部分城市已經開始相關工作，和感知層的工作類似，專網的建設也可以由政府出資，企業建設和維護。

3.標準規范、政策法規、安全和評價體系等：由研究機構和大學進行研究。政府出資主導，研究機構做好智囊團的工作。

4.知識層：出于安全方面的考慮，應該由政府出資主導建設。但是從繁榮應用的角度出發，應該或收費或免費地將接口開放給企業和市民。以某企業研發的一款應用到城市基礎數據（例如地理信息）的應用為例，如果需要企業去維護全國各大城市的地理信息，無論從成本和政策許可來說都是不現實的，但是如果各大城市的地理信息都有統一的管理和開放方式，相關應用實現起來就簡單多了。城市管理者只要將這些城市管理的公共信息公開給企業，并制定好合理的商業模式，相信會有大量的應用涌現。

5.云計算技術與服務：像阿里巴巴這樣的互聯網企業或掌握傳輸層資源的實力雄厚的運營商都可以涉足這塊領域，向智慧城市生態體系貢獻計算和存儲資源。

6.應用層：該層是對知識層信息的加工和利用，政府會主導一部分與政府職能相關的應用開發，如網上政務辦理、民生服務熱線等，而更多的多樣化的應用則需要社會力量的參與，有能力的企業和個人都可以充分利用智慧城市知識層的開放資源，構建出一個信息增值的良性生態圈。

[1]托馬斯·弗里德曼,商容.綠色之旅新嘗試.中國企業家,2007,(16).

[2]鄔賀銓.智慧城市與物聯服務.中國智能城市論壇, 2011.

[3]IBM.IBM構建一個更加智慧的城市:概念篇, 2009.

[4]閆瑩.用改進信息化指數法測度山西省社會信息化水平的探討.科技經濟市場, 2007.

[5]M.V.Porat.The Information Economy, Definition and Measurement.Report for Office of Telecommunications, US Department of Commerce, 1977.

[6]謝鵬.云里霧里“云躍進”躍進南方周末, 2011.

[7]袁峰.關于智慧城市建設的觀點和建議.中國節能環保產業, 2012.

[8]袁丁.智慧路燈自動調明暗?——106個高科技項目亮相南沙.南方周末, 2011.