基于ISM的智慧城市影響因素層次關(guān)系研究

許瑩 陳莉

摘要：指出了智慧城市的內(nèi)涵十分廣泛，影響因素眾多，在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)智慧城市建設(shè)現(xiàn)狀和特點，選取了智慧城市主要影響因素，提出了假設(shè)，通過定性分析，確定了智慧城市影響因素ISM結(jié)構(gòu)模型，以探究影響因素之間的層次關(guān)系。

關(guān)鍵詞：智慧城市;影響因素;ISM模型

中圖分類號：F274

文獻標識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0254-03

1?引言

當前，全球信息技術(shù)發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)資源在社會中的地位日益突出，許多國家開始考慮如何在新一輪技術(shù)革命背景下來定位城市發(fā)展目標、培育城市新功能、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)。各國家紛紛出臺“智慧城市”戰(zhàn)略計劃，把信息化的城市布局作為提升國家競爭力的重要手段，以搶占新一輪信息技術(shù)革命的制高點。我國政府審時度勢，提出了建設(shè)智慧城市的規(guī)劃布局，以智慧城市試點為起點，在人口壓力、資源短缺的大背景下，以期加快經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、把握住信息產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，促進我國社會經(jīng)濟又快又好地發(fā)展。我國住建部自2012年公布90個智慧城市試點以來，至今，已陸續(xù)公布三批試點城市，截至2020年1月，我國實際上已有290個試點城市。當前，我國智慧城市的建設(shè)尚處于探索和發(fā)展階段，對智慧城市的一些研究還不全面。從前文中相關(guān)介紹可以看出，智慧城市的特征決定了其有著相較于傳統(tǒng)城市的優(yōu)越性。因此，在此前提下，運用解釋結(jié)構(gòu)模型法（Interpretative Structural Modeling Method，即ISM）研究智慧城市影響因素層次關(guān)系， 開展對智慧城市建設(shè)水平影響因素的探索具有重要意義。

2?研究綜述

智慧城市旨在為人類提供一個可持續(xù)繁榮的社會經(jīng)濟環(huán)境，因此，它的影響會滲透到社會民生的各個角落。國外對此方面有豐富的研究。Hashem等分析了信息技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用，例如大數(shù)據(jù)通過計算、開發(fā)應(yīng)用以獲得更有價值的信息，物聯(lián)網(wǎng)可以集成傳感器等各種輸入端，而物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的結(jié)合為智慧城市的發(fā)展帶來了商業(yè)和技術(shù)問題上的挑戰(zhàn)[1]。Ferrara R指出了綠色經(jīng)濟的發(fā)展對歐洲智慧城市有促進作用，進而詳細闡述了能源效率和可再生能源對智慧城市的影響[2]。Jin J等提出了基于物聯(lián)網(wǎng)（IOT）構(gòu)建的智慧城市框架，解釋了該框架從感官層次、網(wǎng)絡(luò)支持層次到數(shù)據(jù)管理和基于云的各個系統(tǒng)和服務(wù)的集成，以及該框架對城市居民（包括居民、工人和游客）的服務(wù)作用[3]。Antoni 等認為智慧城市是為了給市民提供更好的居住環(huán)境，實現(xiàn)途徑是依賴于信息和通信技術(shù)，以解決從地方經(jīng)濟、交通、生活供給、電子政務(wù)等多方問題[4]。Centenaro M等通過研究指出物聯(lián)網(wǎng)效率、有效性和架構(gòu)設(shè)計方面對于典型的智能城市應(yīng)用的重要性[5]。Lee J等提出了智慧城市是以公民為中心的，其產(chǎn)生了4個維度影響：技術(shù)模式、服務(wù)目的、服務(wù)權(quán)威和交付模式[6]。Balakrishna C提出了在智慧城市背景下，互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施和智能設(shè)備對社會生態(tài)系統(tǒng)等方方面面的影響[7]?；谝陨衔墨I，本文結(jié)合解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）探究智慧城市影響因素之間的遞階層次關(guān)系。

3?智慧城市影響因素

本文在參考大量文獻及有關(guān)政策文件的基礎(chǔ)上，采用共詞分析法，選取了智慧城市影響因素如表1所示。

智慧城市的發(fā)展需要有對信息通訊技術(shù)有較強感知能力，全面科學文化素養(yǎng)的人來推動。市民生活信息化水平是市民在消費、出行、工作等方面，使用信息手段或者智能終端進行交流、娛樂、學習的水平，是豐富市民生活、拓展活動領(lǐng)域的過程。智慧城市是一個巨大的、復(fù)雜的系統(tǒng)，前期規(guī)劃是建設(shè)的基礎(chǔ)，也是龍頭。智慧城市領(lǐng)導(dǎo)小組是智慧城市建設(shè)與運行的統(tǒng)籌機構(gòu)，如果缺乏統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、各自為政，不可避免會帶來信息孤島、數(shù)據(jù)集成不順暢，建設(shè)重復(fù)等問題，也會造成人力、財力和物力的巨大浪費。多樣豐富的智慧城市宣傳可以使居民更加了解和掌握數(shù)字化、智能化的新知識、新技術(shù)，適應(yīng)信息化時代的生活與工作變化，積極參與到智慧城市的建設(shè)當中，更好地享受智能時代給帶來的便捷。隨著智慧項目的種類增多，越來越多的組織和公民參與到基于信息網(wǎng)絡(luò)展開的活動中，寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的搭建可以將經(jīng)濟社會活動融為一體，保障城市信息暢通、部門的協(xié)調(diào)運作。時空信息平臺是以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，匯集交通、環(huán)境、人口等領(lǐng)域數(shù)據(jù)的“信息資源池”，是實現(xiàn)跨行業(yè)信息交換共享的應(yīng)用載體，它可以在城市管理中使決策更智能、服務(wù)更有效。數(shù)據(jù)庫建設(shè)是智慧城市發(fā)展的“綠色引擎”，是在微觀單位數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各部門非涉密數(shù)據(jù)資源的匯總交換及整合，為城市提供科學安全的信息服務(wù)，為社會提高資源配置效率。

4?智慧城市影響因素解釋結(jié)構(gòu)模型

智慧城市是一個復(fù)雜的系統(tǒng)（S），由許多要素互相作用組成，S={S1，S2，......，Sn}。對系統(tǒng)進行描述時，通常用鄰接矩陣A（Adjacency Matrix）來識別系統(tǒng)要素間的直接關(guān)系。A=（aij）n×n的定義為：

在鄰接矩陣A中，元素只能是1和0。若aij=1，則表明從系統(tǒng)要素Si出發(fā)，可直接到達要素Sj;若aij=0，則表明從系統(tǒng)要素Si出發(fā)，無法直接到達要素Sj。

智慧城市系統(tǒng)組成要素：智慧城市建設(shè)水平（S1）、市民生活信息化（S2）、社會治理信息化（S3）、智慧城市氛圍營造（S4）、時空信息平臺（S5）、數(shù)據(jù)庫建設(shè)（S6）、寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)施（S7）、智慧城市發(fā)展規(guī)劃（S8）、智慧城市組織領(lǐng)導(dǎo)機制（S9）、ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平（S10）、城市經(jīng)濟實力（S11）、創(chuàng)新與研發(fā)能力（S12）。用集合表示為：S={Si | i=1，2，3，…，12}。本文在實地調(diào)研了智慧城市研究院、合肥數(shù)據(jù)資源管理局等地，吸取了各方智慧城市研究人員意見的基礎(chǔ)上，建立鄰接矩陣A。

在鄰接矩陣A的基礎(chǔ)上，根據(jù)布爾代數(shù)的計算規(guī)則，求出智慧城市系統(tǒng)要素的可達矩陣M。計算公式為：M=（A+I）r，其中，r為最大傳遞次數(shù)，即傳遞路長，本研究中r=4;I為與A同階的單位矩陣。

在上一步得出的系統(tǒng)要素可達矩陣M的基礎(chǔ)上，求解解釋結(jié)構(gòu)模型，具體過程如下（下面將Si簡記為i）

（1）區(qū)域劃分。區(qū)域劃分是將系統(tǒng)的要素集合S={S1，S2，......，Sn}劃分成若干個互不相關(guān)的區(qū)域。依據(jù)可達矩陣M，需要再次求得的集合有：可達集R（Si），表示要素Si可到達的要素構(gòu)成的集合;先行集A（Si），表示到達Si的要素集合;共同集C（Si），是可達集R（Si）和先行集A（Si）的交集;終止集E（Si），表示只有要素到達Si，而Si不會到達其他要素的要素集合。

根據(jù)可達矩陣M，列出智慧城市系統(tǒng)素中的各類要素集合，具體見下表。利用終止集E（S）來判別智慧城市系統(tǒng)能否劃分，即判別R（Si）與C（Si）要素集合是否相等，當R（Si）=C（Si）時，則該項集合為終止集。本研究中，由于E（S）只有一個要素S1，且A（S1）={S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12}，所以該系統(tǒng)集合S不能劃分為若干獨立的區(qū)域，即區(qū)域劃分結(jié)果Л（S）=P，區(qū)域要素集合P={S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12}（表2）。

（2）級位劃分。級位劃分是構(gòu)建ISM的關(guān)鍵，是在上一步劃分出的區(qū)域內(nèi)，確定每個區(qū)域內(nèi)的要素所處的層級。設(shè)L1，L2，L3，......為某區(qū)域內(nèi)要素由高到低的集合，級位劃分的步驟是：找出區(qū)域終止集要素E（S）后，將它劃去;再找出剩下要素的E（S），將終止集中的元素劃去;以此類推，直到剩下要素全部可以劃去為止。對智慧城市系統(tǒng)要素進行級位劃分的過程如下表，結(jié)果為：

級位劃分過程表略，此時的可達矩陣M（L）為：

（3）骨架矩陣提取。骨架矩陣A′是對M（L）的縮減。提取骨架矩陣A'主要分為三步：基于上一步求出的M（L）矩陣，刪去具有強連接關(guān)系要素中的某一個要素，建立縮減矩陣M′（L）;再對M′（L）中具有越級二元關(guān)系的要素，解除其間的越級關(guān)系，得到新矩陣M″（L）;解除M″（L）中自身到達的二元關(guān)系，即將M″（L）主對角線上的數(shù)字“1”改成數(shù)字“0”。經(jīng)過上述計算，得到骨架矩陣A′：

（4）建立解釋結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)上一步提取的骨架矩陣A'，繪制解釋結(jié)構(gòu)模型圖，這是ISM技術(shù)的重要結(jié)論。主要步驟：分區(qū)域按層次排列各級要素;將在求縮減矩陣M（L）時被刪掉的有強連接關(guān)系的要素加入同級中;根據(jù)A'所示，用有向弧連接各級要素;最終得出ISM模型圖。本節(jié)按照上述步驟，繪制出智慧城市系統(tǒng)要素ISM模型圖，如圖1所示。

（5）ISM模型解釋。通過建立ISM模型，理清了智慧城市影響因素之間的層級關(guān)系，對圖1進行分析可知：12個因素被劃分為5個層級，各層之間由下到上層層遞進，最高級為智慧城市建設(shè)水平。城市經(jīng)濟實力和創(chuàng)新與研發(fā)能力處于ISM模型圖的最底層，是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)。對于建設(shè)智慧城市這樣龐大的工程，必須要以強大的經(jīng)濟實力和創(chuàng)新研發(fā)能力作后盾。中間的層級的遞進深入體現(xiàn)了信息技術(shù)對城市居民生活的改變，基礎(chǔ)設(shè)施為管理服務(wù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，智慧城市的管理與服務(wù)又是為了提高精細化的服務(wù)水平，最終目標是讓居民具有獲得感，建成宜居宜業(yè)的智慧城市。

5?結(jié)論

（1）以技術(shù)創(chuàng)新為抓手，推動增長方式轉(zhuǎn)變。2019年，隨著5G技術(shù)的正式商用，意味著智慧城市進入信息技術(shù)驅(qū)動發(fā)展的又一階段。在新技術(shù)的浪潮下，應(yīng)把握住發(fā)展的契機，實現(xiàn)核心技術(shù)的突破。另外，引進高新技術(shù)企業(yè)、知名機構(gòu)參與建設(shè)，深化擴大合作交流，推進技術(shù)研發(fā)、落地，推動城市產(chǎn)業(yè)向智能化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型。

（2）以挖掘城市特色為抓手，提升城市宣傳水平。政府的部門機構(gòu)應(yīng)加強對相關(guān)知識的了解和掌握，政府頂層部門應(yīng)當積極了解相關(guān)知識并組織專家、學者來政府授課，宣傳城市建設(shè)新思想，鼓勵工作人員參與到有關(guān)智慧城市建設(shè)的相關(guān)工作中，尤其需要調(diào)動“老員工”的積極性。也要深入了解人民生活，做好相關(guān)宣傳。政府應(yīng)疏通與民互動的交流渠道，鼓勵百姓為城市建設(shè)建言獻策。只有真正了解到市民的生活需求，才能更好地開發(fā)智能服務(wù)的項目，打造“為民”、“宜居”城市環(huán)境。

（3）以共享信息資源為抓手，提升綜合管理水平。政府不僅要做好頂層設(shè)計，制定合理的智慧城市發(fā)展規(guī)劃，而且要探索整合各部門的信息資源，將分散在交通、醫(yī)療、公安等各方面的管理協(xié)調(diào)起來，形成分工明確又協(xié)作共享的智慧執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)。同時，政府和企業(yè)應(yīng)積極展開合作，密切配合形成工作合力，特別是對核心技術(shù)的研發(fā)。政府、企業(yè)應(yīng)當提升網(wǎng)絡(luò)安全度，成立獨立的網(wǎng)絡(luò)安全部門，專門負責維護網(wǎng)絡(luò)安全，保護好相關(guān)信息。尤其是核心技術(shù)的研發(fā)信息，更應(yīng)當有專人、專門、全天候保護防止信息外漏。

（4）以開發(fā)智慧應(yīng)用為抓手，提升城市信息化水平。方便、服務(wù)全面的智慧應(yīng)用是連接政府和民眾之間的橋梁，在互聯(lián)網(wǎng)時代，要結(jié)合市民生活中的需求，有針對性的重點開發(fā)一些智慧應(yīng)用，也要注意智慧應(yīng)用不在于數(shù)量更要注重質(zhì)量，避免“僵尸APP”的產(chǎn)生，不盲目跟風開發(fā)。線上應(yīng)用的開發(fā)不僅給商業(yè)生產(chǎn)民眾生活帶來便利，而且也為政府形象、地區(qū)形象的宣傳提供了更為廣闊的平臺。讓民眾得到方便日常生活的有用信息，快捷地辦理業(yè)務(wù)，是政府的核心目的。

參考文獻：

[1]Hashem IAT ， Chang V ， Anuar NB ， et al. The role of big data in smart city[J]. INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION MANAGEMENT， 2016， 36（5）：748～758.

[2]Ferrara R . The Smart City and the Green Economy in Europe：， A Critical Approach[J]. Energies， 2015， 8（6）：4724～4734.

[3]Jin J ， Gubbi J ， Marusic S ， et al. An Information Framework for Creating a Smart City Through Internet of Things[J]. IEEE Internet of Things Journal， 2014， 1（2）：112～121.

[4]Antoni Martínez-Ballesté， Pablo A. Pérez-Martínez， Solanas A. The Pursuit of Citizens' Privacy： A Privacy-Aware Smart City Is Possible[J]. IEEE Communications Magazine， 2013， 51（6）.

[5]Centenaro M ， Vangelista L ， Zanella A ， et al. Long-range communications in unlicensed bands： the rising stars in the IoT and smart city scenarios[J]. IEEE Wireless Communications， 2016， 23（5）：60～67.

[6]Lee J ， Lee H . Developing and validating a citizen-centric typology for smart city services[J]. Government Information Quarterly， 2014（31）：S93～S105.

[7]Balakrishna C . Enabling Technologies for Smart City Services and Applications[C]// Next Generation Mobile Applications， Services and Technologies （NGMAST），6th International Conference on. IEEE， 2012.