2016全球智慧城市發展趨勢分析

湯莉華 馬君 楊翠紅 李泳涵 宋海艷

摘 要：全球智慧城市研究水平保持著逐漸上升的趨勢，2013年出現爆發增長態勢，目前仍處于成長期。中國研究實力在全球占據絕對優勢，發文量占比高達45.48%。其中，中國研究機構的科研實力突出，中國科學院處于領跑地位。智慧城市研究相關熱點關鍵詞有：智能城市、智能電網、物聯網、云計算、生態城市、數字城市、低碳城市等。從專利產出機構來看，專利族數量最多的機構是美國思科技術公司與韓國三星電子有限公司。

關鍵詞：智慧城市;智能城市;科研實力;研究熱點;專利

Abstract：The progress of researching on “Smart city” keeps a rising trend globally， before it happened an outbreak of growth in 2013， which is still in the growth stage nowadays. China has occupied an overwhelming superiority on the scientific research capacity in the world， with a high proportion of published papers of 45.48%. Further more， it shows a high level of scientific research strength of Chinas research institutions， among which， the Chinese Academy of Sciences is in the leading position. The hot key words related： Intelligent City、Smart grid、Internet of things、Cloud computing、Ecological city、Digital City、Low-carbon city， etc. From the point of view of patent agencies， CISCO technology company and Samsung Electronics Co Ltd has the largest number of patents.

Key words：smart city ; intelligent city ; scientific research capabilities ; research hotspots ; patent

中圖分類號：C912 文獻標識碼：A

文章編號：1674-4144（2016）-07-39（8）

1 引言

作為城市化的高級階段，智慧城市是以科技智慧為支撐、以管理智慧為保障、以人文智慧為目標的城市信息化系統工程，也是以大系統整合、物理空間和網絡空間交互的、公眾廣泛參與、城市管理更加精細、城市環境更加和諧、城市經濟更加高端、城市生活更加宜居、城市文化更加繁榮為特征的城市創新發展模式。根據不同的智慧類型，智慧城市可以分為科技型智慧城市、管理型智慧城市和人文型智慧城市三大類。

本文選用美國湯森路透公司Web of Science（WOS）數據庫平臺的SCI-EXPANDED （Science Citation Index Expanded，即科學引文索引）、SSCI（Social Sciences Citation Index，即社會科學引文索引）、A&HCI（Arts & Humanities Citation Index，即人文藝術引文索引）、CPCI-S （Conference Proceedings Citation Index-Science，即科學會議引文索引）、CPCI-SSH （Conference Proceedings Citation Index - Social Science & Humanities，即人文社會科學引文索引）五個子數據庫作為學術論文數據來源，文獻采集的時間范圍從1997年至2015年，同時采用DII（Derwent Innovations Index，即德溫特專利）數據庫作為專利數據來源，文獻采集的時間范圍從1979年至2015年，數據采集時間是2015年11月2日。根據檢索策略，對智慧城市相關論文或專利進行搜索和篩選，最終獲得2119篇論文和481項專利。

所選用的文獻分析工具中，除了WOS平臺自帶的分析功能外，本文還采用了湯森路透公司的TDA（Thomson Data Analyzer）數據分析工具、共享軟件CiteSpace和微軟公司的EXCEL軟件，對數據進行可視化分析處理。

2 領域發展概況

智慧城市相關研究論文中，1997年①至今論文總產出為2119篇，隨年份變化智慧城市的研究論文數量呈穩定增長趨勢（圖1），且自2012年開始，期刊和會議論文發文數量都有較大漲幅，其中會議論文發文數量在2013年、2014年呈快速增長，增長幅度遠超期刊論文發文數量。

在智慧城市研究領域，1979年至今DII專利共計481族，期間，隨著年份的變化專利族數量呈逐步增加趨勢（圖2）。1979-2003年，專利族數量保持基本穩定不變，年均不超過4族，專利發明水平尚處于萌芽階段;2003-2008年，專利族數量平穩增加，由2003年的4族升至2008年的22族，這一階段相關發明專利的發展呈現出成長性特點;2009-2013年，DII專利產出數量急速上升，專利族數量以年均22族增速持續增加，于2013年達到峰值，專利產出數量計115族，這一階段專利的研發呈現出爆發性特征;2013年至今，由于研究者用于研發的資源投入已達到一定規模，技術的相對成熟使研發產出陷入瓶頸，專利產出數量逐漸減緩，趨于穩定，這一時期，專利研發呈現出成熟性特征。

從研究領域來看，學術論文數量占據前10位的分別是Engineering（工程學科）770篇，Computer Science（計算機科學）730篇，Environmental Sciences Ecology（環境生態學）274篇，Business Economics（商業經濟學）226篇，Telecommunications（電信學科）213篇，Energy Fuels（能源燃料）167篇，Materials Science（材料科學）139篇，Urban Studies（城市研究）128篇，Public Administration（公共行政）112篇，及Transportation（交通運輸）100篇（圖3）。其中工程科學和計算機科學兩大類分別占發文總量的35.48%和33.64%，可見該領域是智慧城市研究關注的重要領域。

根據期刊論文和會議論文產出和作者數量生成論文生命周期圖（圖4），得出如下推論：智慧城市相關研究在1997-2008年處于緩慢增長期;2008-2013年發文作者數量、發文數量均呈現快速上升，尤其是2013年，發文數量和發文作者數量呈倍數增長，出現爆發增長態勢;2014年有小幅回落，目前智慧城市的相關研究仍處于成長期。

依據DII專利族數量和發明人數據生成智慧城市研究領域的專利生命周期圖（圖5），1979-2015年，專利產出與專利權人數量整體呈逐漸增加的發展趨勢。期間，1979-2003年為專利技術研發的平穩期，智慧城市專利技術發展相對緩慢，專利族數量與專利權人數量在這5年內發展變動幅度較小;2004-2013年為專利產出的高發年，專利的發展呈現出高速增長態勢，專利族數量與專利權人數量均顯著增加，2004年專利產出量與專利權人數量出現一次快速上升，2005年專利產出量顯著增加，2006年作者人數急劇擴大，由2003年的4人增至14人。特別需要指出的是，2013年達到專利研究近30年的峰值，專利產出數量合計117族，專利權人115人。2013年以后，專利研發開始進入穩定發展期，2014年、2015兩年，隨著智慧城市專利研究趨于成熟，專利族數量與專利權人數量有所回落，專利產出均為71族，生命周期逐漸趨于穩定。

在智慧城市相關的研究，1997年至今學術論文研究細分領域位列前五的學科領域分別是工程應用、計算機科學、環境科學與生態學、商業與經濟學和電信學等學科（圖6），2010年之前，計算機科學一直是智慧城市領域研究的主流，自2011年之后，工程應用領域研究異軍突起，與計算機學科領域一起引領整體研究趨勢。

其中，選取發文量排名前10的國際會議進行分析，結果如圖7所示。其中，排名會議發文量前5位的分別是：Kyoto Meeting on Digital Cities（京都，日本）、17篇，4th International Conference of Urbanization and Land Resource Utilization（天津，中國）、14篇，International Conference on Construction and Real Estate Management（堪薩斯市，美國）、11篇，8th International Forum on Knowledge Asset Dynamics Ifkad（薩格勒布，克羅地亞）、11篇，1st International Conference on Energy and Environmental Protection Iceep 2012（呼和浩特，中國）、11篇，說明這些會議是智慧城市學科領域比較重要、有影響力的國際會議。

選取發文量排名前10位的國際會議地點進行分析，如圖8所示，排名前3位的分別是武漢、北京、上海，新加坡排名第5位，日本京都排名第6位;前10位的城市中，中國占8個，由此可見，中國召開了比較多有關智慧城市的國際會議，在該領域具有突出的影響力。

3 主要國家科研實力分析

1997-2015年各國智慧城市相關研究論文發表數量（圖9）對比可以看出，具備較強科研實力的國家有中國、美國、意大利、英國、日本、西班牙、德國、澳大利亞、荷蘭、韓國等。其中中國占絕對優勢，發文量占比高達45.48%，隨后依次是美國（11.56%）、意大利（9.52%）、英國（7.31%）、日本（6.51%）、西班牙（4.89%）、德國（4.09%），其他國家的發文均低于發文總量的4.0%。

根據主要國家和研究細分領域論文產出對比，生成優勢領域對比圖（圖10），由于中國的發文量占絕對優勢，在主要領域（位列前五的學科領域分別是工程應用、計算機科學、環境科學與生態學、商業與經濟學和電信學等學科）的發文趨勢引領了整體發文的趨勢，而美國、意大利、西班牙、德國等國家的計算機科學發文超過工程領域發文。

研究智慧城市的主要國家近三年（2012-2014年）發文量對比（圖11）顯示，多數國家近三年發文數量處于平穩增長，2013、2014年的發文量相差不大。但是意大利、德國兩個國家在2014年的發文數量出現比較大的增加，發文比較活躍。

根據論文產出主要國家近三年（2012-2014年）和近十年（2005-2014年）的對比（圖12），可以看出論文產出總量位列第六的國家西班牙比值最高，占比89.06%，其次是產出總量位列第三的意大利，占比84.62%，接著是產出總量位列第十的韓國，占比82.50%，占比超過50%的國家依次還有：德國（77.05%）、日本（76.25%）、英國（占比75.76%）、澳大利亞（占比74.42%）、荷蘭（占比65.79%）。近三年論文產出占比大，說明該國家在智慧城市領域的研究正處于熱點期，而中國近三年與近十年占比顯示，發文趨于穩定。

就國家專利產出數量而言，處于遙遙領先地位的是中國，其次是美國、韓國、日本、德國、中國臺灣、加拿大、法國、英國和瑞典，如表1、圖13所示。中國以347族專利位列第一，遠遠高于列于第二的美國，占據專利產出全球總量的73.05%，這說明中國在智慧城市研究領域內的專利發明水平位于世界先進水平;美國專利產出位居第二，共66族;TOP10中其他8個國家的專利產出合計60族，只占據全球總量的12.62%。在專利引用方面，引用頻次情況與產出數量情況基本一致，中國和美國依舊處于絕對優勢地位，其他各國專利水平相對均衡。

4 主要機構競爭力分析

在智慧城市相關研究中，1997年至今論文產出的位列前15的研究機構依次為中國科學院、武漢大學、京都大學（日本）、哈爾濱理工大學、代爾夫特理工大學（荷蘭）、北京大學、天津商業大學、北京師范大學、米蘭理工大學（意大利）、清華大學、北京航空航天大學、中國地質大學、北京交通大學、同濟大學、波羅尼亞大學（意大利）、那不勒斯菲里德里克第二大學（意大利）、浙江大學（圖14），其中中國的研究機構有12所，日本有1所，意大利3所，荷蘭1所，中國的研究機構占絕對優勢，尤其是中國科學院，處于領先地位，武漢大學、哈爾濱理工大學分別位列第二、第四。

對比研究機構近三年論文產出，發文量位居前10的機構依次為：中國科學院、武漢大學、哈爾濱理工大學、代爾夫特理工大學（荷蘭）、波羅尼亞大學（意大利）、那不勒斯菲里德里克第二大學（意大利）、北京師范大學、清華大學、浙江大學、北京交通大學（圖15），以上機構均是1997年至今發文排名前15的機構，說明這些研究機構在智慧城市領域的學術研究依然保持活躍。根據論文產出主要機構近三年發文量占10年發文量的比值來看，那不勒斯菲里德里克第二大學、波羅尼亞大學、代爾夫特理工大學的比值分別位列第一、二、三名，其余七家機構近三年發文占比也超過50%及以上，說明以上機構的研究在近三年十分活躍。

依據DII專利產出數據分析，得出專利族數量排名的前15家機構（表2）。智慧城市研究領域中專利族數量最多的機構是美國思科技術公司與韓國三星電子有限公司，專利產出均為10族;并列第二名的是美國帕洛阿爾托研究分公司與美國施樂公司，專利產出為7族;中國東方電力試驗研究有限公司與深圳先進技術研究所以6族專列并列第三名;第7-15家機構并列第四位，專利產出均為4族。從專利產出數量上來看，前15家機構中，美國機構6家，中國機構9家，韓國機構1家，表明中國、美國的研究機構在這個領域發展實力強勁。就專利權機構的布局而言，美國在前三名機構中占據50%的份額，表明美國的單個機構貢獻率較高;就數量而言，中國在前15家機構中占據60%，表明中國個體機構的貢獻率均衡，但專利產出總數在世界總量中處于絕對領先地位。

5 研究主題分析

將檢索所得2119條題錄信息導入CiteSpace中，運行軟件生成智慧城市熱點關鍵詞圖譜（圖16）。圖中節點越大代表其出現頻次越高，通常頻次高的關鍵詞可以表現出一個研究領域的熱點。對高頻關鍵詞進行統計，得到智慧城市領域關鍵詞排名前20的高頻熱點詞列表（表3）。排名第一的關鍵詞為“smart city（智慧城市）”，出現頻次為276次;排名第二的關鍵詞為smart grid（智能電網），出現頻次為107次;eco-city（生態城市）、digital city（數字城市）、low-carbon city（低碳城市）、sustainable developmen（可持續發展）、e-commerce（電子商務）緊隨其后，都是智慧城市的熱點領域。結合時間軸觀察熱點領域出現年份，可以看出，2002年以前，研究熱點digital city（數字城市）、e-commerce（電子商務）、information（信息）、networks（網絡）等領域已出現;而sustainable developmen（可持續發展）、eco-city（生態城市）在2002-2009年間出現并受到關注;2009年smart city（智慧城市）概念出現，之后，low-carbon city（低碳城市）、cloud computing（云計算）、urban planning（城市規劃）、big data（大數據）逐漸出現并成為關注重點。

借助CiteSpace的詞頻探測技術和算法，通過對詞頻的時間分布，探測出其中頻次變化率較高的詞（burst term），通過這些詞頻的變動趨勢，來判定前沿技術領域和技術發展趨勢。對高burst值的熱點詞進行探測，結果見圖17。在圖17中，近五年的爆發詞有：smart city（智慧城市）、low-carbon city（低碳城市）、digital city（數字城市）、low-carbon economy（低碳經濟）、electronic commerce（電子商務）、eco-city（生態城市）、urban planning（城市規劃）、smart grid（智能電網），說明這些主題是近年來智慧城市的重要前沿領域。

采用TDA對論文作者關鍵詞②進行統計分析發現（圖18），2014年學術論文較多關注的關鍵詞依次有：智能城市、智能電網、物聯網、云計算等;2013年較多關注的關鍵詞有：智能城市、智能電網、生態城市、物聯網、云計算、數字城市等;2012年較多關注的關鍵詞有：智能城市、智能電網、物聯網、生態城市、云計算等;2011年較多關注的關鍵詞有：低碳城市、生態城市、數字城市、智能城市等。其中，在發文量呈暴漲趨勢的2013年，對發文漲幅貢獻量最大的是“智能城市”和“智能電網”的相關研究成果。

智慧城市研究領域481族專利所分布的國際專利分類（IPC）TOP10如表4所示，其中，IPC分布主要集中于物理、電學、作業運輸這三大領域，在IPC TOP 10分類中，物理類專利合計181族，電學類專利169族，作業運輸類專利61族。就細分技術而言，物理領域中的交通控制系統技術的專利產出數量位居第一，為74族。其次還有分布在電學領域中的發電、變電和配電，電通信技術等細分領域，都是專利產出的高發技術領域。其次，涉及較多的細分技術領域還包括電動車輛動力裝置、輸送、測量等。

6 研究總結與發展建議

在發展理念上，關注管理型與人文型智慧城市建設與研究。智慧城市是信息時代的城市新形態，是將信息技術廣泛應用到城市的規劃、服務和管理過程中，通過市民、企業、政府、第三方組織的共同參與，對城市各類資源進行科學配置，提升城市的競爭力和吸引力，實現創新低碳的產業經濟、綠色友好的城市環境、高效科學的政府治理，最終實現市民高品質的生活。智慧城市的建設和研究需要突出“以人為本”的核心價值，方能實現城市建設由技術主導型向可持續方向發展。

在戰略推進上，以企業生態圈文化為中心，引領和整合企業發展戰略。及早布局重構價值服務模式，最大限度弱化惡性競爭，最大限度培植協調合作環境，以“共同成長，共建共贏”為理念，形成“獨樂樂，不如眾樂樂”的生態圈，以較低的成本快速解決拖累自身的“社會問題”，為企業的和諧與可持續發展建立“開放共享”“互利互惠”的生態圈。

在實施路徑上，以企業的技術和產品為基礎，以相關技術標準和服務規范為抓手，用技術引導多種協議和方案走向一致，實現數據在多個不同網絡之間的有效交換，對大量非結構化且雜亂冗余的數據進行標準化處理，同時，采取跨領域、全資源的整合協調模式，在傳輸協議、終端架構、操作系統等層面必須形成完整的標準支撐，使智慧產業像互聯網一樣實現全球的互聯互通和協調發展。

（上海交通大學城市科學研究院院長、上海交通大學斐訊智慧城市研究中心主任劉士林教授、上海交通大學城市科學研究院智慧城市研究部主任、上海交通大學斐訊智慧城市研究中心副主任張立群副教授對本報告進行審閱并撰寫了“研究總結與發展建議”，謹致謝忱?。?/p>

注釋：

①盡管智慧城市的概念在2009年才誕生，但在此之前早就有引發智慧城市的技術及其相關研究，因此本項目組數據分析的起止時間與數據庫收錄時間一致，下同。

②WOS檢索系統的關鍵詞有兩種，一種是Key Words by author（論文作者提供的關鍵詞），一種是Key Words plus（系統從論文的引文標題中抽取的關鍵詞），本文選擇前一種關鍵詞進行分析。

參考文獻：

[1]劉士林.新常態下的智慧城市建設探析[J].中國國情國力，2015（6）：47-48.

[2]劉士林.智慧城市建設更應追求“真善美”[N].人民日報，2015-05-31（5）.

責任編輯：于向鳳