智慧城市的原理及其在我國城市發展中的功能和意義

史璐

（中央民族大學管理學院，北京 100081）

智慧城市的原理及其在我國城市發展中的功能和意義

史璐

（中央民族大學管理學院，北京 100081）

本文從智慧地球的理念入手，系統論述智慧城市的理論基礎、概念和特征；分析智慧城市的業務構架和具體功能；前瞻性地論述智慧城市建設在我國城市發展中的重要意義；最后，本文對智慧城市建設應注意的問題以及配套改革措施進行了展望。論文在系統綜述的基礎上，力求深入淺出、論述嚴謹，供政府相關決策者和研究人員參考。

物聯網；智慧地球；智慧城市；城市發展

1 智慧地球的理念解析

智慧地球（Smart Planet）試圖構建新的“智慧”社會管理模型。（1）把傳感器嵌入到電網、交通設施、建筑、供水系統、大壩、醫療商業設備等物體中，物理設施可以被感知，信息技術向物理世界延伸，構成“傳感網（Sensor Networks）”；再利用有線和無線通訊技術，把傳感網信息和通訊系統連接，人和物體之間可以對話，物體就智能化，物體之間也可以交流，建立了“物聯網（Internet of Things）”。（2）物聯網信息通過互聯網通信技術整合，世界上任何地方都可以獲取物聯網所載的萬事萬物信息。（3）通過超級計算機和“云計算（Cloud Computing）”，應用先進的數據處理技術，建立模型、預測和分析獲取的所有數據，提供決策支持和行動解決方案，對數以億計甚至更多的物體進行實時動態管理［1］。

智慧地球的應用包括：智慧城市、智慧電力、智慧醫療、智慧交通、智慧供應鏈、智慧銀行、智慧氣象、智慧食品系統、智慧金融、智慧水資源管理等等。其功能舉例見表1。

2 智慧城市的概念和特征

在未來大多數人口居住在城市，城市人口密集、系統復雜，人與自然矛盾突出。“智慧城市（Smart City）”是“智慧地球”最重要、最綜合的應用。

表1 智慧地球的功能舉例

2.1 城市運行基于六大核心系統

如表2所示，在智慧城市模型下城市由六大核心系統組成，六大核心系統又可以進一步歸類：其中人的社會網絡和政府對商業管制屬于 “社會網絡”，前者是人與人之間的組織系統，后者是城市業務系統（政府政務和商務）；運輸、通訊、水和能源構成城市的基礎設施，前兩個是人類活動的基礎設施，后兩個是獲取環境資源的基礎設施。

城市是六大核心系統相互協作而組成的宏觀系統，城市參與者（政府、企業、組織和個人）的活動體現為在城市宏觀系統中，基于城市基礎設施獲取環境資源并從事各種社會活動。

2.2 智慧城市的概念

表2 城市的六大核心系統

智慧城市是指在城市發展過程中，地方政府為行使經濟調節、市場監督、社會管理和公共服務的職能，充分利用物聯網和互聯網等信息通訊技術，智能地感知、分析和集成城市所轄的環境、資源、基礎設施、公共安全、城市服務、公益事業、公民、企業和其他社會組織的運行狀況，以及它們對政府職能的需求，并做出相應的政府行為。智慧城市的目的是形成城市系統運轉的良性循環，以創造一個更好的生活、工作、休息和娛樂的城市環境。

智慧城市要求每個核心系統都達到智慧運行的程度，六大核心系統之下有具體的子系統；核心系統及其子系統的建設，不是孤立的，而是相互聯系的。

2.3 智慧城市的特征

（1）基于透徹感知的物聯化（Instrumented）。透徹感知是指，一方面智慧城市物聯網的感知手段超越了一般性的傳感裝置，如傳感器、無線射頻識別標記（RFID）、GPS、監控攝像、手持終端、數碼相機和手機等，包括任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統或流程；另一方面，感知的客體更加豐富，包括從人的血壓到公司財務數據的生理和社會活動。物聯化是指城市公共設施物聯成網，物聯網實現 “無所不在的連接”（Pervasive Connectivity），對城市核心系統實時感測。

（2）更全面的互聯互通（Interconnected）。物聯網信息通過各種形式的高速和高帶寬的通信網絡工具進行互通互聯，進行交互和多方共享。智慧城市系統中，物聯網和互聯網系統完全連接融合，將數據整合為城市核心系統的運行全圖，城市參與者可以對自然環境和城市運行情況進行實時監控，從全局角度分析并解決問題；同時分析的高度、（遠程）協作的廣度大大增強，改變了城市運作方式。

（3）全面升級的智能化（Intelligent）。超級計算機的運算速度已經突破1petaflop，未來渴望達到1000petaflop（1 petaflop等于每秒1千萬億次運算，也稱1000兆；1000 petaflop每秒100萬萬億次運算，也稱100萬兆），應用最先進的云計算技術和數據挖掘等數據處理技術，整合和分析海量的跨地域、跨行業和跨職能部門的數據和信息，并將特定的知識應用到特定的行業和場景，制定特定的解決方案，更好地支持決策和行動。

（4）系統運作和激勵創新。智慧城市使得政府、企業、個人、各種組織和城市系統之間的關系重新定義，從過去單緯度的“生產-消費”、“管理-被管理”、“計劃-執行”轉變為先進、多維和新型的協作關系，基于智能基礎設施，達成城市系統運作的最佳狀態。智慧城市激勵政府、企業和個人在智慧基礎設施之上進行科技和業務的創新應用，為城市提供源源不斷的發展動力［2］。

3 智慧城市的業務構架和功能分析

如圖1所示，智慧城市的建設首先需制定并執行智慧城市綜合規劃，然后構建智慧城市業務構架的四個層次：基礎業務、行政業務、智慧服務、智慧城市運行管理。

3.1 基礎業務

基礎業務是智慧城市的最基礎功能和應用，完成城市信息的實時獲取，實施即時的城市管理。通過城市網格化管理，實現城市管理信息化、標準化、精細化和動態化，提高管理效率并且改善市容市貌和維護城市安全。

（1）數字城管。例如可將城區劃分為1萬平方米為單位的網絡狀單元，應用物聯網技術對流動攤販、違反市容規定行為等進行實時監控和精確管理，明確管理責任人，實現分層、分級、全區域管理。

圖1 智慧城市的業務構架

（2）平安城市。通過犯罪實時監控技術為犯罪偵查提供及時豐富的信息和分析支持，實現公安系統各級別監控聯網，整合安防監控系統、城市報警系統、電子警察系統等，構建城市安全的基礎平臺。

3.2 行政業務

智慧城市的行政業務系統指構建綜合電子政務平臺、整合公共服務。將一系列行政事務進行整合和管理優化，形成“多個部門、一個政府”的格局，主要系統功能有：

（1）并聯審批。實現市（區）級社區橫向聯系，建立跨政府各職能部門的數據標準及交換體系。實現各類行政業務的共享，樹立服務性政府為民辦事的形象。通過信息透明公開，加強社會監管，實現“陽光式”權力運行。

（2）建立網上虛擬電子政務大廳。實現“一站式”市政服務，精簡政務流程，不僅降低了行政成本，而且讓市民和企事業單位足不出戶完成行政審批和其他政府服務。

以上兩個業務層次智慧程度比較低，是智慧城市的低級應用，但可以有效提高管理效率和降低行政成本。

3.3 智慧服務

智慧服務針對城市面臨的具體問題提出智慧解決方案。

（1）智慧城市交通。智慧城市交通整合公共汽車系統、出租車系統、城市捷運系統（MRT）、城市輕軌系統（LRT）、城市高速路監控信息系統（EMAS）、車速信息系統（TrafficScan）、電子收費系統（ERP）、道路信息管理系統 （RIMS）、優化交通信號系統（GLIDE）、電子通訊系統和車內導航系統信息，提供綜合的實時信息服務，并對交通流量進行預測和智能判斷。如果遇到突發事件可以優化應急方案，調動救援資源。

智慧城市交通還可以通過感知交通流量并進行預測和建立模型，提供智能的“擁堵費”收取系統、停車位管理收費系統，通過“收費”杠桿引導車流，有效緩解城市交通壓力，緩解擁堵和污染問題。例如瑞典斯德哥爾摩建立了智慧交通體系，按照擁堵程度對交通智能收費，該市汽車使用量降低了25%，汽車碳排放降低14%。

（2）智慧城市醫療。不僅可以實現表1中所示智慧醫療的基本功能，智慧城市醫療還可以解決城市的特色問題。例如，可以通過建立“語義化個人健康電子病歷”，使醫療機構間信息對接，醫療資源得以整合，解決社區醫院、專科醫院和大醫院之間分工協作問題。使得“小病進社區、大病進醫院、康復回社區”成為現實，有助于解決“看病難、看病貴”的問題。在這樣的模式下，還可以有效提升用藥安全水平和臨床診療水平。

（3）智慧食品。近年來我國城市食品供應安全問題頻發，食品安全包括生產安全和流通安全。智慧食品系統包括三個子系統：A.追蹤系統。通過物聯網技術對農、林、畜、牧、漁的食品原料生產、原料加工、物流運輸環節和銷售環節，再到餐桌上整個閉合圈全程監控，明確供應鏈上各個企業責任，控制風險。B.生產評估系統。原料企業、加工和深加工企業可以通過數學模型，把食品質量和工藝聯系起來，分析工藝的風險程度，確保符合國家標準。C.食品行業應急機制。包括食品安全的早期預警和突發問題應急管理。當出現突發食品安全事故時，可以追蹤事發點、當事人，并查明食品去向，把影響控制在最小范圍。顯然，智慧食品對于諸如生豬產業的“放心肉工程”建設、“地溝油”控制以及“三聚氰胺”牛奶突發事件的處置都會有很大幫助。

（4）智慧城市水管理系統。水資源越來越成為我國城市發展的瓶頸，智慧水系統試圖實現水資源的優化利用。A.實施日常監管工作，實時掌握水環境。對流域的整體分布、自然降水、水流、地下水、水質、人工蓄水、生活用水、工業農業用水和污水排放實時感知監控。B.數據分析做出響應，提高水資源使用效率。一方面，通過分析海量監控數據，合理規劃政府、水務部門、自來水公司、污水處理廠、市政建設部門流域取水和農田灌溉布局，科學決策調水、取水、污水排放、水再生、地下回灌等；另一方面，及時預知管網故障、輸水情況和水壓等管網健康狀況，進行維護、檢修和建設。C.加強水污染和突發事件響應，一方面事前發出預警，另一方面污染事件發生后根據污染物、污染源和污染情況的監測數據分析，估計災害波及程度和制定快速應對方案。

（5）智慧的城市規劃。城市規劃是對城市未來發展的預測和指導，對于我國城市化快速發展、城市面貌日新月異的今天來說，往往會陷入“規劃趕不上變化”的困境。智慧城市規劃的關鍵點在于，結合城市發展的經濟、地理、人口、交通的歷史和現狀海量信息，對未來趨勢進行科學預測，智慧布局交通道路、物流樞紐、中央商務區、工業園區、衛星城、警務、商業網點、醫院、銀行、公交站點、學校、娛樂設施、文體設施、博物館、公園等城市規劃項目，達到綠色、環保、以人為本的要求。智能城市規劃同時能夠制定城市調整和優化解決方案，比如老工業區的外遷和升級改造、老商業區和居住區的升級和功能再定位、城中村改造等。

智慧服務還包括工業園區和城市一體化平臺、綠色供應鏈、智慧城市電力供應和社保決策系統等等。隨著城市運行中問題的不斷涌現，智慧城市的智慧服務也將不斷豐富。

3.4 智慧城市的運行管理

（1）日常運行管理。智慧城市系統的綜合運行，需要智慧城市的綜合指揮指令中心來指揮協調。A.促使智慧城市的運行和短、中、長期綜合規劃銜接，達到各時期目標。B.綜合指揮指令中心，作為智慧城市的“總中心”，指揮協調各智慧服務系統的“分中心”，形成智慧城市系統的宏觀運行。C.負責智慧城市系統日常維護和升級工作。如數據的儲存、維護，軟硬件設施的運轉維護以及系統升級等。

（2）城市應急系統。在城市面臨突發事件時，城市應急系統啟動。突發事件是指自然災害（地震、洪水、海嘯、山洪、滑坡、冰雪等）、公共安全事件（污染物化學品泄露、突發不明傳染病）以及群體性突發犯罪事件等。近年來我國開始逐步建立國家應急體系，中央和省市都設有應急辦公室，以作為突發事件下的組織保證。

智慧應急系統有助于提高應急體系水平。A.科學建立應急預案。智慧的預案有較強的預見性（做出預警）、針對性，對風險做出準確預計和分析并做好科學的人員疏散、物資分配、救援和生產恢復計劃，確定責任人和崗位責任。B.應急管理和指揮系統。物聯網、互聯網和計算機系統可以準確地分析災情進展，分析救災物資需求數量和投放地點，察看應急物資儲備和補給供應情況，和消防、交管、醫療等多部門協作，實施綜合指揮，妥善處置災情并力爭災后損失最小［3］。

4 智慧城市建設對我國城市發展的意義

4.1 促進城市化模式的轉變

城市化已經成為推動我國經濟增長的重要引擎，城市化發展迅猛。但當前城市化模式是以巨額基礎設施投入、大量拆遷更新建筑、耗用大量土地、濫用不可再生自然資源、能源密集消費以及破壞生存環境為代價的。這種“粗放型”、“外延式”的城市化模式越來越顯示出其弊端，有些城市承載能力已經達到飽和，難以持續。以北京為例，2009年底常住人口近2000萬，98%的能源需外地調入，交通、環保問題突出。依靠老模式，進一步擴寬道路、加大基礎設施投入，其效果在逐步遞減。水資源方面，2008年我國北方45%的地表水和38.7%的地下水被開采，城市水資源處于極度緊缺狀況。水資源缺乏不僅僅是由于自然供應不足，更重要的原因是人為因素，如對水資源整體規劃利用不當、管線跑冒滴漏、利用不科學等。

2008年我國城鎮人口為6.07億，鄉村人口為7.21億，據一般估算，未來十幾年中，城鎮人口每年增加3000萬，將有3到4億人涌入城市，出現約8個人口超千萬的超級城市。與此同時，二三線城市發展迅速，“城市群”逐步崛起。我國城市化模式迫切需要轉向“提高資源利用效率和優化生存環境”為導向的“集約型”和“內涵式”模式。智慧城市系統，從整體規劃、系統綜合運行到具體智慧服務，以整合、節約資源和創造宜居生活為宗旨，將成為我國城市化模式轉型的重要平臺。

4.2 全面提高城市發展中政府提供公共服務的能力

高速城市化中，公共服務和社會管理壓力加劇，政府承擔的公共責任越來越大。智慧城市使政府信息化建設從傳統的 “電子政府”過渡到 “整合的政府”、“無處不在的服務性政府”，最終達到 “智慧政府”，大大提高了政府提供公共服務的能力。

（1）降低城市管理成本、提高行政效率。智慧城市的基礎業務低成本并及時準確對城市管理和公共安全做出響應；行政業務整合了各部門的行政資源，提高行政資源使用效率。

（2）公共服務層次深化。智慧服務提供高層次的、細化的公共服務，涉及食品、醫療、教育、電力、供水、交通等等，有一種公共服務如影相隨、量身定制的感覺。

（3）促進政府職能轉變。比傳統的“管理與被管理”式的服務更進一步，智慧城市各項服務更加人性化，形成政府和被管理者的友好互動關系，最終促進政府職能從根本上轉變。

4.3 有助于城市治理模式的變革

智慧城市建設有助于對城市治理模式進行變革，這樣的變革體現了 “新公共管理 （New Public Management，是指20世紀80年代以來發達國家所進行的公共行政改革實踐）”的基本價值取向。

（1）公共權力透明化。物聯化和全面的互通互聯，使城市公共管理的信息共享；另一方面，以智慧城市的行政業務為代表，公共權力的決策和使用更加透明化，城市治理結構變得扁平。這都有助于實現新公共管理所要求的，諸如加強政府部門內部競爭，應用企業化的管理以及對公共管理進行監督和績效考核等改革措施。

（2）城市管理出現“自治”特征。和傳統的政府發號施令，市民、企業和組織服從這樣的“他治”模式相比，智慧城市使得城市管理出現“自治”特征。在智慧交通中，出行者根據擁堵情況和停車位情況，自行決定是否出行和出行的方式，這種模式下，避免開車進入擁堵地段的決策是出行者自己做出的，每個人都是交通秩序的維護者。這種方式顯然比諸如“尾號限行”這種行政方式更加有效。城市管理的自治機制，使得行政命令變成被管理者的自主選擇，實現“自己管理自己”。自治模式體現了新公共管理所追求的，政府從“劃槳”變成“掌舵”，公共服務的提供模式轉變為政府主持、公民自治。

（3）實現城市管理的客體中心主義。智慧城市以城市管理客體為核心，完成了新公共管理要求的從“主體中心主義”向“客體中心主義”的轉型。智慧城市的管理者和被管理者的良性互動關系，使得市政當局從發號施令的官僚機構，轉型成為以人為本的，尊重“顧客”滿意度的服務者。

4.4 促進城市經濟的發展

粗放式的城市化建設，建造了城市的“四肢”，智慧城市相當于建造城市的“神經系統和大腦”，對城市經濟將起到較大促進作用。

（1）智慧城市建設成為新的經濟增長點。傳感網、物聯網、互聯網更新、超級電子計算機以及數據處理、計算技術的研發、制造和應用，這些高科技資本密集產業會成為新的經濟增長點和產業升級的引擎，對于相關產業帶動極強。

（2）提升城市經濟發展的質量。智慧城市使得城市系統升級換代，基于城市系統的財富創造活動也升級換代，促進整個城市經濟向知識經濟和創新經濟轉型，提升經濟發展質量，達到高效、低耗、可持續發展的目標。

（3）激活民間投資、促進就業。首先，民間投資將得到大量政府采購訂單、服務外包等業務機會，促進民間投資產業結構不斷升級；其次，公共服務水平的提升、智慧基礎設施和智慧服務的普及，都為民間投資提供了良好的經營環境；最后，城市治理模式的變革改進了政府和民營資本之間的關系，民營資本的創業和發展環境不斷優化。在當前流動性過剩和就業形勢緊張的背景下，激活民間投資和開啟就業新領域，具有重要意義。

5 結論和展望

從人類社會和城市發展的一般規律看，智慧地球和智慧城市的產生具有一定的必然性。物聯網的概念早在1999年就被提出，中科院也同時開展了傳感網的研發，2005年國際電信聯盟正式提出了物聯網的概念［4］。智慧地球的概念由美國IBM公司于2008年11月提出，并隨后向剛就任的美國總統奧巴馬正式提交，作為美國危機后重整經濟的國家戰略。2009年11月，溫家寶總理在首都科技界大會上發表了《讓科技引領中國可持續發展》的演講，指出“‘智慧地球’簡單說來就是物聯網與互聯網的結合，就是傳感網在基礎設施和服務領域的廣泛應用。……我們要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息社會的‘發動機’”。由此可見，建設智慧地球已經上升到我國科技發展的國家戰略層面［5］。

在智慧城市建設上，我國浦東早在2008年底就提出了“數字高原、智慧浦東”的相似概念。2009年初開始，我國十幾個省市相繼提出了“智慧城市”的建設目標，很多地方政府把智慧城市列入規劃前期研究的重點課題，一些城市開始編制智慧城市專項規劃。智慧城市的建設成為當前我國城市發展的重要趨勢［6］。

要做好智慧城市的建設，首先需要做好規劃，提供前瞻性的指導和具體策略目標；其次需要轉變觀念，認識到智慧城市建設的意義，認識到智慧城市建設是繼上一輪大規模實體基礎設施投資之后的又一次城市的升級換代、是產業結構升級和社會發展的重要契機；最后本著先易后難、系統推進的原則，安排好建設的次序和銜接。

智慧城市的構建是一項復雜的系統工程，還有一些需要配套解決的問題。（1）信息安全。智慧城市系統無疑掌握了整個城市發展的“智慧密碼”，這樣的核心數據如何保管，如何界定信息的查詢權、處理權、保管權、經濟開發利用權等都是需要解決的重要問題。這不僅是一個行政管理的問題，更是公共信息產權系統的立法和司法問題，同時也是一個國家安全問題。（2）風險控制。正如交通工具的速度越來越快，風險也越來越高一樣，智慧城市作為下一代城市管理模型也會在新的層次上產生風險。這需要加強系統的風險控制，做到“速度越快的交通工具出事故的概率也越低”。（3）物聯網的邊界需要立法界定。需要立法明確界定把哪些對象納入到物聯網是合法的，私人信息是否應該主動或被動“物聯”的問題。“主動物聯”指哪些私人信息有義務進入智慧城市系統，必須被物聯，例如汽車銷售的時候是否必須安裝傳感裝置。“被動物聯”指合理的物聯信息會不會連帶透露私人信息，例如手機作為傳感器，主人帶著手機四處旅行，私人旅行被“窺視”是否合法。

［1］李德仁，龔健雅，邵振峰.從數字地球到智慧地球［J］.武漢大學學報·信息科學版，2010，（35，2）：127-132.

［2］［美］IBM商業價值研究院.智慧的城市在中國［R］.IBM公司官方網站，2009.

［2］［美］錢大群.智慧的城市在中國［R］.IBM商業價值研究院，2009：1-37.

［3］［美］IBM云計算中心Hipods.“智慧的地球”—IBM云計算2.0［R］.IBM中國公司，2009：1-7.

［3］［美］IBM中國公司.“智慧的地球”-IBM云計算2.0［R］.IBM公司版權所有，2009.

［4］徐全平，張暉，邢濤等.傳感器網絡與智慧地球［J］.信息技術與標準化，2009，（10）：7-9.

［5］陳銳.物聯網——后IP時代國家創新發展的重大戰略機遇［J］.中國科學院院刊，2010，（25，1）：41-49.

［6］姚萬華.用智慧謀劃“智慧城市”［J］.中國信息界，2010，（1）：32.

Smart City Theory and its Function and Significance of Chinese Urban Development

Shi Lu
（School of Management,Minzu University of China,Beijing 100081，China）

The paper based on the idea of Smart Planet,discusses the theory,concept and characteristics of smart city.Then it analyzes the smart city’s framework and specific functions,and the important significant of smart city construction in Chinese urban development.Based on the systematically summary,the paper gives some suggestions for government decision-makers and relevant researchers reference.

internet of things；smart planet；smart city；urban development

2010-11-25

史璐（1971-），男，河北徐水人，中央民族大學管理學院講師，經濟學博士；研究方向：公共管理、政府管制、區域和城市經濟。

F062.5

A

（責任編輯 劉傳忠）