論智慧城市涉及的關鍵技術

高瑞清，郝 明

（1.黑龍江省穆棱卷煙廠, 黑龍江 穆棱 157500； 2.黑龍江省科學院自動化研究所， 哈爾濱 150090）

一、智慧城市化進程帶來的挑戰

城市人口的增長考驗著城市管理的執政效率，其中包括：

（1）城市安全監管難度加大，城市突發事件頻發，事后取證困難。

（2）基礎設施重復建設、城鄉一體化難以推動。

（3）信息鴻溝、各部門工作協調困難。

（4）城市交通擁堵、環境污染、看病難。

城市資源、環境的矛盾也限制了城市的發展，其中包括：

（1）城市資源環境承載能力與城市化發展規模失衡。

（2）能源短缺、污染加劇。

（3）大量的生活、工業垃圾使城市不堪重負。

二、智慧城市的提出

隨著城市的負擔越來越重，人們提出了智慧城市這個概念。智慧城市的核心是利用物聯網、云計算等信息技術來改變人們、企業和政府相互交往的方式，對于包括環保、民生、城市服務、公共安全、工商業活動在內的各種需求作出智能、快速的響應，提高城市運行效率，為居民創造更美好的城市生活[1]。智慧城市建設框架如圖1所示。

圖1 智慧城市建設框架Fig.1 Smart city construction framework

三、智慧城市涉及的關鍵技術

第一，物聯網技術。物聯網是通過互聯網把植入城市物體的智能化傳感器連接起來，形成物聯網，實現對物體城市的全面感知，利用云計算等技術對感知信息進行智能處理和分析，實現網上“數字城市”與物聯網的融合，并發出指令，對包括政務、民生、環境、公共安全、城市服務、工商活動等在內的各種需求，作出智能化響應和智能化決策支持，使城市變為真正擁有智慧的城市。

第二，3S(RS,GIS,GPS)技術。3S技術是遙感技術（Remote Sensing,簡稱 RS）、地理信息系統（Geography Information Systems,簡稱 GIS）和全球定位系統（Global Positioning Systems,簡稱GPS）的統稱，是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術的結合，對多學科高度集成的空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術[2]。

第三，云計算技術。云計算技術是指基于互聯網的超級計算機模式，即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設備上的大量信息和處理器資源集中在一起協調工作。在極大規模上可擴展信息技術的能力，并向外部客戶作為服務來提供的一種計算方式。

第四，寬帶無線通信技術。寬帶無線通信技術是利用電磁波信號在自由空間中傳播進行信息交換的一種通信方式。目前使用較廣泛的寬帶無線通信技術包括無線局域網802.11（Wi-Fi）、3G通信技術和4G通信技術。

第五，虛擬現實技術。虛擬現實（Virtual Reality,簡稱VR）是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物，它為實施智慧城市戰略提供了三維描述方法和人機交互的虛擬城市環境，具有多維動態可視化和實時交互式操作的效果。

第六，異源異構數據集成技術。異源異構數據集成技術存在于各自獨立的信息系統中，由于軟硬件平臺及數據模型的不同，導致存取方式、結構和精確度都不同的數據，包括以關系表為代表的結構化數據、以XML為代表的半結構化數據和以文本文件為代表的無結構化數據。異構數據的集成是為了更好地利用分布在各處的數據資源，實現不同數據資源的合并和共享?？梢酝ㄟ^網絡建立跨部門、跨系統的數據交換平臺，滿足各信息管理系統之間的數據交換需要，為用戶提供全方位的信息服務，并為管理者提供輔助決策的信息支持。

第七，綠色節能技術。綠色的城市意味著污染全部控制、資源高效利用、人與自然和諧相處。綠色節能技術是指加強用能管理，采取技術上可行、經濟上合理以及環境和社會可以承受的措施，從能源生產到消費的各個環節，降低消耗、減少損失和污染物排放，有效、合理地利用能源。如在建筑物中高度集成光伏建筑一體化、風力發電一體化等清潔能源技術和智能照明、空調群控等智能化管理技術，不僅能達到綠色節能的目的，還可對建筑物的溫度和光線環境進行調控[3]。通過步行交通、慢行系統、新能源汽車、純電動公交和軌道交通組成的綠色交通運輸體系，實現城市環境多元化及城市交通可持續發展的目的。通過這些措施以保持經濟社會發展與資源環境承載能力相適應，創造人與自然和諧相處的環境。

第八，移動互聯網技術。移動互聯網是一個全國性、以寬帶IP為技術核心的，可同時提供話音、傳真、數據、圖像、多媒體等高品質電信服務的新一代開放的電信基礎網絡。它將移動通信和互聯網二者結合起來，繼承了移動隨時隨地隨身和互聯網分享、開放、互動的特點，逐漸滲透到人們生活、工作的各個領域。短信、鈴圖下載、移動音樂、手機游戲、視頻應用、手機支付、位置服務等豐富多彩的移動互聯網應用迅猛發展，正在深刻改變信息時代的社會生活。同時在互聯網絡基礎設施完善以及3G、移動尋址技術等技術成熟的推動下，移動互聯網也將迎來發展高潮。

第九，低碳減排技術。低碳減排技術是指以技術手段為契機減少污染物的排放，提高污染物的控制效率，發展新型高效節能、先進環保、資源循環利用激射裝備以及減排環保服務業和再制造產業等領域。實現污染物減排，建設資源節約型、環境友好型社會，確保環境的安全。重點技術包括脫硫脫硝、污水處理、垃圾發電、可再生資源回收利用等。

第十，智能控制技術。智能控制技術是控制理論發展的新階段，主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題。常用的智能技術包括模糊邏輯控制、神經網絡控制、專家系統、學習控制、分層遞階控制、遺傳算法等。以智能控制為核心的智能控制系統具備一定的智能行為，如：自學習、自適應、自組織等。

四、智慧城市體系結構

智慧城市的體系結構從功能角度看，其主要特征分為以下六個方面：

（1）更深入的感知。各類智能傳感器遍及整個城市的所有據點，通過使用這些高科技設備，從個人信息、法人信息到城市的交通狀況等任何數據都可以實時獲知，成為智慧城市精細運營不可或缺的信息基礎[4]。

（2）更智能的分析。將收集到的城市各類數據信息整合起來，并與以往數據進行對比，進行更深入、智能的分析，為智慧城市用戶提供預測、決策的依據。

（3）更全面的決策。調用各種信息資源和分析工具，輔助決策者進行綜合性、戰略性的決策。

（4）更廣泛的互聯。通信網、互聯網、物聯網互相協同，將城市的信息實時準確的傳遞。

（5）更精確的預測。通過歷史資料整理和實時數據的分析，依照預案對未來城市的方方面面進行預測，從而幫助城市管理者和城市居民、企業做出合理的判斷。

（6）更專業的運營。為整個智慧城市系統提供后期的運營、管理、增值服務。

智慧城市的體系結構如圖2所示。

圖2 智慧城市的體系結構Fig.2 Smart city architecture

智慧城市建設是一項長期、復雜、龐大的系統工程，智慧城市的建設需要分步驟、分層次、分階段進行。智慧低碳新城作為智慧城市的前沿示范基地，通過在較小范圍內實現智慧城市的功能，再逐漸推廣應用到整個城市，從而實現“安全、便捷、健康、高效”的城市運行管理目標，最終實現整個城市的智慧化。

[1]亞細波，楊再高.智慧城市理念與未來城市發展[J].城市發展研究，2010，4(17)：256-260.

[2]高鐵軍，吳立新.論城市管網智慧管理研究范疇與關鍵技術[J].地理與地理信息科學，2011，1（18）：86-89.

[3]辜勝阻，王敏.智慧城市建設的理論思考與戰略選擇[J].中國人口 - 資源與環境，2012，5（19）：347-350.

[4]逢金玉.“智慧城市”——中國特大城市發展的必然選擇[J].經濟與管理研究，2011，9（18）：1228-1233.