智慧城市建设的思考与展望

◎ 袁峰 徐昊

一、研究背景

目前，全球城市化进程已经是不可回避的趋势。据统计，目前全球人口已接近70亿，2005年，全世界近一半人口（32亿）居住在城市，而2050年，这个比例将上升到70%。城市的快速扩张也造成了很多问题。有限的道路资源、医疗资源、教育资源、城市管理资源等已经不能适应城市急速发展的需要，公共安全问题、交通问题、医疗教育问题、食品安全问题等相继爆发，城市变得越来越不宜居。

新技术革命是拯救城市病的重要尝试。2008年，IBM提出“智慧的地球”，将物联网等前沿技术应用于日常生活，以改善人们的生活质量。其中代表性的项目是在斯德哥尔摩为缓解拥塞所做的尝试[1]：通过新技术的支撑，分时段收费方案收到了出乎意料的好效果，城区的车流量降低了近25%，每天乘坐轨道交通工具或公共汽车的人数增加了4万，市区环境明显改善，废气排放量降低了8到14个百分点，二氧化碳等温室气体排放量降低了40%。

在国内，随着IBM等公司在各地的宣传和推进，“智慧城市”成为了这两年最热的词汇之一，上海、宁波、无锡、深圳、武汉、佛山、成都等国内各大城市纷纷提出了相关建设计划并付诸实践。各地智慧城市建设取得了一定的进展的同时，也还存在诸多问题。关于“智慧城市”的深层内涵和目标莫衷一是，并没有形成清晰明确的发展方向和道路，各地的项目建设大多缺少全局和长远的规划。大量概念如云计算、物联网、无线城市、数字城市、物联城市等的涌现，使人们对智慧城市的理解更加混乱。针对这些问题，本文就智慧城市的定义、评价体系、架构、问题和建议进行系统的研究探讨，为智慧城市的健康发展提供一些建议。

二、智慧城市的定义

国内外很多著名专家学者和机构都对智慧城市提出了不同的定义，如中国工程院院士邬贺铨给出的定义是：智慧城市指的是将信息与通讯技术（Information Communication Technology，ICT）和传感器系统嵌入到物理实体并环绕我们生活的旅行与工作的物理环境[2]。IBM给出的定义是：智慧城市是指在城市的发展过程中，利用信息通信技术来感知、分析、整合，并智能地响应在其管辖范围内市民关于环境、安全、城市服务、民生、当地产业的活动及需求，从而创造一个更好的城市来生活、工作、休息及娱乐[3]。这些定义或从具体实现技术上，或从其运作方式上对其做出了诠释。

本文将“智慧城市”定义为：将云计算、物联网等信息化技术应用于现代城市的建设和管理之中，服务于覆盖民生的各个领域，如交通、医疗、教育、旅游等，提高城市居民的满意度和城市的竞争力的相关体系建设。

该定义中包含了另外两个热门概念——云计算和物联网。我们认为，云计算和物联网是支撑技术，而智慧城市则是这些技术在城市管理领域的应用。一方面，不论用什么技术（即使不使用云计算和物联网技术），只要可以支撑好城市管理的各个方面，有效解决城市问题，就可以说是智慧城市。另一方面也必须看到，随着网络应用的日益广泛，以计算和存储的集约化为特征的云计算技术，以及随着各种感知和终端技术日益成熟带来的物联网技术，已经成为智慧城市建设中的重要技术支撑，能够有效服务于智慧城市建设所关心的各个领域。

图1 云计算、物联网技术支撑智慧城市的应用

和智慧城市容易混淆的，还有无线城市、数字城市、物联城市等概念。这些概念一方面是城市信息化建设中不同阶段的体现，另一方面也代表建设重点的不同。例如，无线城市的重点在于无线网络接入的建设，物联城市的重点则在于感知网络、物联网基础设施的铺设。在某种程度上，它们都是为智慧城市所做的铺垫。相对而言，智慧城市的内涵体现在其建设目标侧重于最终的应用效果，即“提高城市居民的满意度和城市的竞争力”。无线接入、数字化、物联网等具体技术都是为实现这个建设目标而服务的手段。

三、智慧城市的评价体系

如何衡量一个城市的智慧程度、评价智慧城市建设的效果，是一个值得探讨的问题。一套科学完善的智慧城市评价体系，可以规范并约束智慧城市的发展方向，避免建设中可能出现的失误，支持主管机关科学把握智慧城市的发展水平，从而进行科学决策，最终确保智慧城市建设快速健康发展。

指数测评法[4]和波拉特法[5]是两种衡量国家或城市产业经济发展水平的常用评价体系。然而，它们并不适用于对智慧城市进行评价。指数测评法相对陈旧，对信息产业的作用强调不够，而波拉特法的数据整理比较复杂，应用有一定难度。

如定义中所指出，智慧城市建设是围绕“提高城市居民的满意度和城市的竞争力”而展开的，一套科学完善的智慧城市评价体系需要具备以下几个特点：（1）实用导向，面向最终应用效果制定指标体系；（2）客观量化为主，准确反映城市智慧化水平；（3）全面综合，全面反映城市智慧化水平。符合以上几点的指标都可以考虑纳入智慧城市的评价体系，例如，引入智慧城市新技术之后，城市的拥堵时段降低的幅度、急病突发时送医的时间等。这样的评价体系设计突出了“技术服务应用”的原则。现在国内有些城市采用“Wi-Fi热点数量”和“主干光缆长度”等作为评价指标，就有些重过程轻结果、缘木求鱼了。

四、智慧城市的架构

本文给出智慧城市的架构设计如图2所示，包括“感、传、知、用”四个层次[7]。

图2 智慧城市架构图

最下面一层是感知层，包括各种物联网设备和感知终端，典型的如GPS设备、摄像头、RFID基站和传感器、压力传感器、温湿度传感器等。通过这些设备采集到的大量感知数据，是支持城市智慧管理的基础。

第二层是传输层，包括无线传感网以及公众互联网等。其中需要特别提出的是“智慧城市专网”。需要指出，智慧城市带来的不仅是智慧和便利，同时也将带来新的风险和危机。未来，城市控制中心可能会成为这个城市的“阿喀琉斯之踵”，不法分子一旦控制，就可以破坏整个城市的交通、安防、供水供电，让整个城市陷入瘫痪。因此，智慧城市专网的建设有其必要性，本文建议：专网与公众互联网物理隔离，城市关键感知终端的数据信息都通过专网进行传输，并由控制中心通过专网进行控制，可以有效避免关键数据外泄或遭到篡改。目前，国内有些城市已经在专网的建设方面进行了尝试。事实上，在智慧城市建设的各个层次和环节，都必须重视安全技术和标准的落实。

第三层是知识层，扮演的是智慧城市综合信息平台的角色。知识层的功能是系统整合整个城市的信息数据，并保障数据的一致性、时效性和全局性。感知层采集到的海量数据通过传输层汇聚到知识层的城市公共物联网信息平台，政府机构的各类信息数据也汇聚到知识层，成为政务信息共享服务平台。智慧城市建设中出现的一个常见问题是：各个垂直领域的建设缺乏统筹，感知基础设施层出现了很多重复建设的情况。例如在有些城市的道路上方，交通部门、公安部门、交警各安装一个摄像头，分别用来检测车流量、安防监控、违章取证。其实一个摄像头就足以胜任。之所以出现这种情况，一方面是建设的不同阶段造成的，另一方面则是非技术的部门利益分割导致的。从技术层面来看，一个城市的所有感知设施应该是统一建设、统一管理，由“城市公共物联网信息平台”和“政务信息共享服务平台”统一向上层应用提供数据信息支持，无论是建设车流量检测系统、安防监控系统，还是违章取证系统，都只需要从“城市公共物联网信息平台”读取视频数据即可。国内有些城市已经意识到了这个问题，开始对已有的设施进行梳理，开展“各委办局设施一张图”等工作，逐渐发挥知识层的作用。

感知数据的集中带来了另一个问题——海量数据。以短信为例，据来自运营商的数据，通过物联设备发送的信息数量，已经大大超出了人所发送的数据量。随着越来越多的感知设施建设，海量数据将成为各城市信息中心所不可回避的问题。云计算以其特有的优势，成为解决这一问题的重要技术。在网络的保障之下，云计算中的不同层面，从IaaS（基础设施层）、PaaS（平台层）到SaaS（应用层），将为这一问题的解决提供技术支撑。

最上面一层是应用层，直接面向智慧城市的最终用户——市民和企业，提供多样化的应用和服务。在这一层，可以基于知识层的各种城市管理基础信息，开发出交通、教育、医疗、安防等各种领域的丰富应用，例如交通领域的智慧路灯、路旁停车系统，医疗领域的远程挂号、电子病历等。这些应用一部分是由政府建设并营运，一部分则可以由政府提供平台、建立规范，由企业来建设运营。例如：政府可以建立智慧城市运行中心，整合生活信息服务热线，推出市民主页，对市民和企业提供统一的服务接口，同时也可以向公众开放部分信息数据，鼓励社会力量参与信息数据的开发利用，政府有责任也有能力制定游戏规则，并规范管理，构建良性的生态环境，达到政府、企业、居民的多赢。

五、现有智慧城市建设的问题

结合近年来在该领域的观察和实践，总结现有智慧城市建设中存在的相关问题如下：

（一）重复建设，资源浪费

智慧城市的建设之中出现了大量的重复建设，近年受到众多专家和媒体的质疑。例如南方周末报道的河北廊坊的云存储基地[6]，仅前期规划面积就是目前全球最大数据中心（位于美国芝加哥）的两倍多，现在还是玉米地，能不能真正为智慧城市建设贡献与其投入成比例的价值确实存在巨大疑问。究其原因，还在于政府管理部门是政绩导向，而非应用导向。另外，缺乏顶层设计和统一规划也是导致重复建设的原因之一。

（二）缺乏足够应用，缺乏典型应用

政绩导向的负面影响还在于过分强调基础设施建设。设施建好以后，宣传、软件、数据、服务却没有跟上，缺乏有示范意义的应用，导致硬件设施只能被闲置。为了避免重复建设、充分发挥基础设施建设的优势，最重要的就是需要遵循应用导向，根据应用的需求，而不是盲目追求政绩数字而建设云计算中心、物联网等基础设施。

（三）烟囱式开发造成信息孤岛

烟囱式开发是指各领域应用在开发的时候覆盖了自顶向下的“感、传、知、用”各个环节，各领域应用之间缺少信息和设备的共用共享。以广州软件所建设的智慧路灯[8]为例，其来车控制是通过路口的视频摄像头实现，通常来说，在安防和交通等应用建设阶段已经安装了摄像头，这里就可以直接利用，而不是重复建设。烟囱式开发一方面带来了重复建设，另一方面也造成了各个应用系统之间的数据隔离和信息孤岛。典型的案例是“开宝马的拿低保”，如果建立了社保系统和车管系统之间的信息关联，从技术上就可以防止这种现象的发生。

（四）未形成良好的产业链分工布局，没有掌握关键技术

智慧城市建设是一个综合性的大工程，涉及从元器件生产、信息通讯、数据分析、安全和标准等组成的庞大产业链，需要有良好的顶层设计和分工布局。而目前的现状是硬件厂商、软件开发商、集成商、运营商、政府、大学、研究机构都蜂拥而上，一方面大家什么都做，另一方面都没有掌握关键技术。没有良好的产业链分工和布局。这样的后果是相关的关键技术缺乏突破，仍然掌握在国外厂商手里。

（五）表层整合，没有长远规划

目前部分城市的智慧城市建设停留在表层，在应用层以网络接入的方式快速实现一些智慧城市的功能，并没有从底层架构（感知层、传输层和知识层）层面进行真正的整合。之所以很多城市采用这种方式，原因是多方面的，各部门众多的遗留系统、垂直部门的利益纠葛等都是可能的因素。表层整合虽然能够快速推出很多智慧城市应用层的服务，但由于根基不牢，没有长远规划，为未来的扩展性和稳定性留下隐患。因此，智慧城市建设需要建设者具有远见，从底层架构的整合做起，稳扎稳打，将顶层应用建立在牢固的基础之上。

六、未来智慧城市发展的建议

（一）结合城市整体目标，统筹规划，加强顶层设计

图3 智慧城市建设中的产业分工建议

智慧城市的建设不仅是一个技术问题，更是一个全局性的规划和管理问题。从某种意义上看，虽然技术的作用也很大，有时候甚至是革命性的，但技术终归只是作为智慧城市建设的重要支撑，技术人员需要结合城市管理者的整体规划和目标来支持城市愿景的实现。

为了避免低水平重复建设等情况的发生，智慧城市的建设需要提高到决策者的高度上来，加强顶层设计，统筹规划，合理布局。对于已经开发的系统和应用，现在有些城市正在开展“物联设备一张图——各委办局感知设备统一梳理”行动，对现有资源进行全面系统的整合，值得借鉴。

（二）应用导向，重点先行，垂直领域应用开发和整体框架并行推进

烟囱式开发虽然存在一些问题，但有其一定的合理性。智慧城市建设需要有一个业务专精并且强有力的团队来进行统筹，采取垂直领域应用（烟囱式）和整体框架并行推进、重点先行的模式。这样一方面可以保证阶段性的成果和应用，保证建设者的信心，并在实际应用中不断验证整体框架；另一方面，加强顶层设计，可以有效避免各垂直领域隔离开发中出现的重复建设。

（三）发挥政府的主导作用，构建“政-企-研-学”的良好生态环境

智慧城市覆盖面很广，在其建设中应该有合理的分工。本文就图2所示的智慧城市总体架构图，结合政府、运营商、研究机构、学校的各自特点，对不同机构的分工提出建议，构建如图3所示的以政府为主导的“政-企-研-学”智慧城市生态环境。

1.感知层：适合政府主导、企业运营。这一层是基础设施层，一方面安全性要求高（设想破坏者控制整个城市的电力和交通灯的后果），另一方面建设投资大，但后期运营效益可观，和目前的电信运营商的工作非常类似，未来也会出现大量的物联网运营商（财大气粗、经验丰富、体系成熟的电信运营商是天然的候选人），他们来搭建各种传感网络（例如RFID基站），并在后续运营中收取利润。

2.传输层：从安全角度出发，政府专网是需要政府集中控制的，目前部分城市已经开始相关工作，和感知层的工作类似，专网的建设也可以由政府出资，企业建设和维护。

3.标准规范、政策法规、安全和评价体系等：由研究机构和大学进行研究。政府出资主导，研究机构做好智囊团的工作。

4.知识层：出于安全方面的考虑，应该由政府出资主导建设。但是从繁荣应用的角度出发，应该或收费或免费地将接口开放给企业和市民。以某企业研发的一款应用到城市基础数据（例如地理信息）的应用为例，如果需要企业去维护全国各大城市的地理信息，无论从成本和政策许可来说都是不现实的，但是如果各大城市的地理信息都有统一的管理和开放方式，相关应用实现起来就简单多了。城市管理者只要将这些城市管理的公共信息公开给企业，并制定好合理的商业模式，相信会有大量的应用涌现。

5.云计算技术与服务：像阿里巴巴这样的互联网企业或掌握传输层资源的实力雄厚的运营商都可以涉足这块领域，向智慧城市生态体系贡献计算和存储资源。

6.应用层：该层是对知识层信息的加工和利用，政府会主导一部分与政府职能相关的应用开发，如网上政务办理、民生服务热线等，而更多的多样化的应用则需要社会力量的参与，有能力的企业和个人都可以充分利用智慧城市知识层的开放资源，构建出一个信息增值的良性生态圈。

[1]托马斯·弗里德曼,商容.绿色之旅新尝试.中国企业家,2007,(16).

[2]邬贺铨.智慧城市与物联服务.中国智能城市论坛, 2011.

[3]IBM.IBM构建一个更加智慧的城市:概念篇, 2009.

[4]闫莹.用改进信息化指数法测度山西省社会信息化水平的探讨.科技经济市场, 2007.

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

[6]谢鹏.云里雾里“云跃进”跃进南方周末, 2011.

[7]袁峰.关于智慧城市建设的观点和建议.中国节能环保产业, 2012.

[8]袁丁.智慧路灯自动调明暗?——106个高科技项目亮相南沙.南方周末, 2011.