基于城市特征分析模型的智慧城市建设需求分析——以新乡市为例

◎ 张 凡

一、引言

“智慧城市”是信息时代一种全新的城市形态，是城市信息化的高级阶段，其本质是借助新一代的物联网、云计算、决策优化、大数据等信息技术，通过感知、物联、集约、智能的方式，将城市中客观存在的物理系统与人类社会有机地结合起来。“智慧城市”的目的是为了解决目前城市发展过程中出现的环境恶化、交通拥堵等“城市病”，创造宜居、便捷的城市生活环境，是一次促进城市管理模式转变、推动城市可持续发展的重要尝试。

自2008年IBM提出“智慧城市”概念后，世界范围内迅速掀起了一股“智慧城市”建设的热潮。亚洲国家相继出台了国家战略层面的“智慧城市”建设计划，其中具有代表性的是日本的i-Japan计划和新加坡的智慧国建设计划。荷兰、瑞典等欧洲国家也进行了智慧城市试点。

我国在智慧城市建设领域也取得了不小的进展。目前已经开展或申请智慧城市试点建设的城市超过190个，这些城市地域分布跨度大，在经济结构、管理水平、创新能力等方面具有较大差异，因此各城市在进行“智慧城市”建设时要了解城市实际状况，总结智慧城市建设需求，明确城市未来发展方向，这就需要使用城市特征分析模型对城市进行分析。

二、城市特征分析模型的构建

IBM公司在《智慧的城市在中国》白皮书中提出了现代城市核心系统构成模型。模型认为现代城市通常是由人（people）、商业（business）、通信（communication）、交通运输（transport）、供水（water）、能源（energy）六大核心系统构成的，这六大系统也就成为智慧城市的主要建设方向。各个系统间的相互关系见图1。

图1 城市核心系统之间的关系

IBM公司提出的现代城市核心系统构成模型仅是一个描述性的框架，由于不能直接用于对城市类型及现状进行分析，因此对城市进行智慧城市建设的指导作用有限。基于这一情况，本文构建了城市特征分析模型。城市特征分析模型是一个比较分析模型，旨在通过目标城市与其他城市主要指标的比较，最大限度地反映城市特征，并通过对这些特征的分析制定有针对性的智慧城市发展策略。模型选取人口、经济规模、交通状况、工业实力、服务业实力和创新能力作为城市特征的比较方面。理由在于：

人口是用来度量一个城市中人的数量的。人口的多少在一定程度上显示了城市的规模，同时城市中的一切活动都与人有关而人又反过来影响着城市中的活动，智慧城市建设也是为了更好地为人服务，因此本文将人口作为衡量城市特征的一个主要方面。

经济规模度量的是城市经济发展的状况，它与人口相结合，可以更全面地展现一个城市的规模。经济是发展的基础，也是智慧城市建设的基础，因此经济规模显然也是城市的一个重要特征。

交通状况即指交通运输状况。这里交通状况包含了两层含义：交通运输既完成人在不同地点之间的传送，也完成了物在不同地点之间的传送。交通对经济活动有着重要影响，其中货物运输情况反映了城市各类物资进出的情况和交换能力，对经济的影响大于旅客的周转能力，因此模型中的交通状况可以理解为货物的交通运输能力。

工业与服务业都是城市经济规模的一个细分，之所以要将它们与经济规模放在并列的模型中，是因为工业直接反映了城市工业产业的总量规模，将工业与服务业进行比较还可以反映城市的工业化进程，这是城市显著的标志性特征。

创新能力是城市科技进步活力的一个表现方面，同时也在一定程度上反映了城市的科学技术水平。通过不断的创新，城市实现了科学技术的更新，同时也有助于外来技术的本地化，这对智慧城市建设具有积极的影响，因此本文将创新能力列为城市特征分析模型的一个重要比较方面。

图2 城市特征分析模型

图2为城市特征分析模型，模型中的人口特征用人口数量来衡量；经济规模用地区生产总值衡量；交通状况可用货物周转量或旅客周转量衡量；工业实力可用工业增加值或第二产业增加值衡量；服务实力用第三产业增加值衡量；创新能力可用发明授权量或科技发明授权量衡量。图中的数值为选定城市某个指标与一定数量的比较对象城市该指标平均值的比值，因此图中1.00即平均值的图形。

图3 指针型分析结果示例

图4 均衡型分析结果示例

根据分析结果在模型中反映出的不同形状，分析结果可分为指针型与均衡型两类。指针型的特点十分明确，智慧城市建设的需求主要来自指针指向的点，指向人口的结果意味着人口数量突出，智慧城市建设需要更加关注民生问题；指向交通状况的结果意味着城市交通运输能力优势明显，在进行智慧城市建设时应加强智慧交通的建设；指向工业实力、服务业实力的结果意味着城市工业实力雄厚、服务业发达，在智慧城市建设时应考虑从强化优势产业入手，上马相应的项目；指向创新能力的结果说明城市创新能力突出，这一点对智慧城市建设具有积极的影响，有利于符合城市自身特点的智慧城市应用的开发。

与指针型分析结果相反，均衡型分析结果的特点并不突出，这就需要通过进一步细分比对指标进行具体分析，找到智慧城市建设的切入点，从而达到借助智慧城市建设实现城市某一方面的突破或继续保持城市在某一方面的优势。在均衡型结果中，对指标的细分是指在原有的六大指标中寻找二级指标，作为分析智慧城市需求的方向。论文将对如何在均衡结果情况下，将一级指标进行细化进行简要说明。

在一级指标中人口反映了城市的人口数量，在对其细分时应从人口的结构入手，因此人口指标可分解为受高等教育人群比例，这是因为智慧城市应用的管理与操作需要人们具有一定的知识水平。一级指标中的经济规模反映的是城市的经济总量，在对其进行细分时应着重考虑经济增长的质量，因此经济规模可分解为扣除环境污染的地区生产总值即“绿色GDP”；一级指标中的工业实力反映的是城市第二产业的总量，在分解时应从工业结构及工业技术含量角度入手，将高技术制造业比例作为衡量指标；一级目标中的服务业实力的分解方式与工业实力类似，可分解为信息服务业比例；创新能力可细化为发明性专利授权量。

三、城市特征分析模型在新乡市的运用

（一）新乡市概况

新乡是河南省第三大城市，豫北的经济、文化、教育、交通中心，国家级交通枢纽城市，中原城市群核心区重要城市，现有市区人口120万，市区面积422平方公里，建成区180平方公里，现辖12个县市区（四区两市六县）、两个国家级开发区（新乡高新技术产业开发区和新乡经济技术开发区）、一个城市新区平原新区。2012年新乡市生产总值1618.93亿元，位列河南省第三位。为全面推进中原经济区信息化水平，配合“中部崛起”战略，加快中原地区经济发展，2012年9月，河南省开始进行“智慧河南”建设，为配合河南省“智慧河南”的顺利实现，新乡市在2013年申请并获批成为工信部智慧城市试点城市。

（二）新乡市与30个地级市试点智慧城市对比

1.比对城市的选择

由于城市特征分析模型是一个比对模型，因此在运用模型对城市进行分析时，选择比较对象十分关键，比较对象选择是否合理，直接影响到模型结果的正确性和有效性。为确保模型对新乡市智慧城市建设需求分析结果的正确性和准确性，在比对城市的选择上，应该注意以下几点：

首先，要选取与新乡市同一行政级别的城市作为比对城市。由于不同行政级别的城市往往处于不同的城市发展阶段，且不同行政级别的城市在城市规模、经济水平方面存在较大差距，各自城市建设过程中面临的问题也有很大差异，这就造成了不同行政级别的城市不具有可比性。目前，我国城市行政级别共有7级，新乡市属于第5级即一般地级市，因此所选择的比对城市也应是一般地级市。

其次，在选取比对城市时要兼顾东西部城市发展差距。由于现阶段我国经济发展不平衡现象明显，西部内陆地区与东部沿海地区经济差距较大，城市发展水平也存在较大差距。新乡市地处中原地区，是东部沿海发达地区向西部欠发达地区的过渡地带，因此单一的选取东部地区城市或西部地区城市与新乡市进行比对分析，势必会产生不同的结果，这就影响了模型的准确性。所以在选取比对城市与新乡市进行比较分析时就需要兼顾东部与西部城市发展的实际情况，既要与西部城市进行比对，又要与东部城市进行比对。

再次，要有足够数量的比对城市与新乡市进行比较。由于城市特征分析模型是一个比对模型，且目标城市是与比对城市数据的平均值进行比较，而平均值的取值与样本数量有着直接的关系，样本数量越大，平均值参考价值越高，所以本文选择了30个城市与新乡市进行比对。

最后，要减少比对城市间的相似性。随着经济的不断发展，现代城市呈现出集群发展的模式，在某一经济地区往往形成城市带或城市群，城市带与城市群中的城市在经济规模、发展水平、产业结构等方面具有很高的相似度。为降低比对城市数据中的相似度，在选取比对城市时要在同一城市带或城市群中应选择少数具有代表性的城市而非全部城市进行比对。根据我国“十二五”规划纲要中对“实施区域发展总体战略”的描述，目前我国的城市群可分为长江三角洲城市群、环渤海地区城市群、东北老工业基地城市群、太原城市群、中原城市群、珠江三角洲城市群、长江中游地区城市群、成渝城市群、皖江城市带、关中-天水城市群、滇中城市群、东陇海城市带、海峡两岸城市群。

根据上述原则，本文最终选择了处于不同城市群的、具有代表性的30个地级智慧城市试点城市作为新乡市的比对城市，具体城市见表1。

2.新乡市与其他智慧城市建设需求比较分析

表2中给出了2012年新乡市及30个比对城市六项比对指标的数据，其中的数据大部分来自30个比对城市2012年国民经济和社会发展统计公报。表2中增加值指生产过程创造的新增价值和固定资产的转移价值；货物周转量是货物数量与运输距离的乘积。

对于表2中所列出的数据还需做出如下解释：常州市货物周转量是由公路货物周转量、铁路货物周转量、航空货物周转量求和所得；东营货物周转量是由公路货物周转量与水路货物周转量求和所得；威海货物周转量为公路货物周转量、铁路货物周转量和海运货物周转量相加所得；牡丹江市的统计数据中包含了绥芬河市的数据，虽然绥芬河市属于计划单列市，享受地级市经济权限，但在行政上部分政务仍由牡丹江市管辖。

表1 比对城市名单

表2 30个城市主要比对指标数值

将表2中六项数据的平均值与新乡市对应数据进行比较，就得出了新乡市城市特征分析图。

图5 新乡市城市特征分析图

从图5中可以看出，新乡市城市特征分析图呈指针型，指针指向了人口指标，这说明新乡市的人口数量在比对城市中处于较高水平，因而，智慧新乡的建设需要更多的关注民生类的智慧应用，利用智慧应用缓解由于人口数量过多带来的城市公共服务压力，提高公共服务效率。同时，新乡市交通状况这一指标也明显高于比对城市的平均值，这说明新乡市的交通运输能力较强，是其发展的优势所在，因此在智慧新乡建设中，也需要关注交通运输智能化建设需求，通过建设有助于交通运输能力提升的智慧交通及配套项目，进一步发挥新乡市交通运输优势。

通过对图5的分析还可发现，新乡市在经济规模、工业实力、服务业实力和创新能力三个方面发展水平尚未达到比对城市的平均水平。

经济规模反映了城市经济水平，工业实力与服务业实力的比较结果在反映了新乡市的工业化进程同时也在一定程度上反映了新乡市产业高端化水平，这三者共同反映出新乡市整体经济基础。良好的经济基础是智慧城市建设的重要保障，同时通过智慧城市建设促进城市经济发展、优化城市产业结构也是智慧城市建设的重要目标之一。新乡市2012年实现地区生产总值597.32亿元，略低于比对城市的平均水平，其工业与服务业实力也略低于比对城市的平均值，因此新乡市在进行智慧城市建设过程中对于借助信息化手段推进工业智能化、服务业智能化领域有着较大需求，同时从提升新乡市整体经济实力的角度看，新乡市更为关注如何通过落地智慧产业推动城市经济实力整体发展。

其中，新乡市的科技创新能力与其他试点城市相比更为薄弱，这一点对智慧新乡的建设尤为不利。智慧城市建设从本质上讲是城市管理模式的一种创新，也是将现代信息技术与城市更为紧密结合的一次重大尝试，因此创新能力在智慧城市建设过程中的作用十分重要，而城市本地创新能力的高低对智慧城市建设有着直接的影响，因此为了更好地开展智慧新乡建设，新乡市在城市创新能力培育方面具有明显的需求。

四、新乡市智慧城市建设的建议

（一）借助原有电子政务基础，构建智慧政务，强化城市管理能力

新乡市人口众多，截至2012年全市总人口已达到597.31万人，庞大的人口数量加剧了政府在社会管理与公共服务提供方面的压力，这既减缓了政府的行政效率又降低了政府对城市的管理能力，虽然新乡市在前期通过建设“平安城市”已经大幅提升政府信息化程度，但是随着新乡市城市化进程的加速、人口数量的增长，原有的电子政务水平已不能满足政府对城市管理的需求。

智慧政务是智慧城市建设的重要组成部分，也是城市进行其他智慧应用建设的基础。智慧政务在新乡城市各政府部门原有的政务外网、信息平台的基础上，通过建设统一的政务外网、基于地理信息系统的城市基础信息管理平台，配合智慧城管、呼叫中心智能化改造等专项应用建设，促使新乡市政府从原有的“电子政府”升级成为行政效率高、城市管理成本低的“智慧政府”。

（二）构建智慧社区，提升公共服务提供能力，增强居民感知程度

智慧城市建设的目的是为城市居民建立宜居的生活环境与便捷的生活方式，那么如何使每一位市民，特别是新乡市这样人口众多的城市中的每一位市民享受到智慧城市建设的成果呢？这就需要借助智慧社区建设，将智慧城市中的便民应用，以社区服务的方式提供给居民。

智慧社区是以城市中客观存在的居民社区为单元，通过提供远程教学、在线公共服务、数字民主、电子商务、智慧医疗等服务，同时结合社区内门禁、照明、公共卫生等基础设施的智能化改造，在社区范围内形成较为完整、独立的社区应用体系，使得社区居民享受全面、综合的社会公共服务，这有效地提升了社区提供公共服务的能力与质量。

智慧社区的建设需要一定的基础和条件，如：相对封闭式的管理、较高的居民素质等。因此新乡市在进行智慧社区建设时应选取若干基础良好、条件满足的社区进行试点，根据实际实施效果，有针对性的调整智慧社区提供的公共服务种类，进而在全市范围内进行推广，增强居民对智慧城市的感知程度。

（三）借助智慧交通与智慧物流，强化新乡市交通优势

新乡市是豫北地区唯一的国家级交通运输枢纽城市，铁路南北大动脉京广铁路和太石铁路在此交汇，京广高铁也已开通，新月二线正在建设；公路方面，107国道及京港澳、大广、济东高速穿境而过，新晋高速、鹤辉高速正在建设之中。为了进一步加强新乡市交通优势，提高新乡市对交通枢纽的管理能力，增强市内交通的通行与调度能力，有必要在新乡市开展智慧交通与智慧物流的建设。

从智慧交通角度看，新乡市应加快交通基础设施的智能化改造，实现车流量、车速、车型等交通信息的实时监控，交通信号灯的智能控制和路况信息的动态发布，有效提高新乡市内高速公路、主干道的运行效率，缓解新乡市内道路的拥堵情况，最大限度地提高新乡市路网的通行能力。同时，为了方便居民出行，增强旅客周转能力，新乡市还应大力推广市内智能公交站台建设，对城际公路客运实施BRT、ETC改造，并积极与周边城市开展一卡通平台的互联互通。

从智慧物流角度看，新乡市应推动物联网技术在城市现代物流领域的应用，加快推进新乡市成为豫北、中原地区的重要物流中心。通过建设立足新乡市、面向全河南、服务大中原的现代物流信息平台，为新乡建设成为中原地区物流中心提供有力的技术支持和信息服务；通过信息化手段整合新乡市铁路与公路运输资源，结合RFID、北斗卫星定位导航等技术，实现物资的高效快速传递，并打造出一条全程可追溯的物流链条。

（四）引入外部智慧，培育新乡本地创新能力

创新能力在智慧城市建设过程中具有很强的影响作用，拥有较强的自主创新能力有助于城市开发出更多符合城市实际需求的智慧应用，也有利于智慧城市的不断自我升级与完善。新乡市目前拥有两个国家级开发区，即新乡高新技术产业开发区和新乡经济技术开发区，并拥有河南师范大学、新乡科技学院等一批高等院校，为进一步增强新乡市创新能力，更好地为智慧新乡建设服务，新乡市应大力引入外部智慧，加快本地创新能力的培育。建议如下：

1．加快智慧产业企业在新乡高新技术产业开发区和新乡经济技术开发区的落户。通过与国内外知名企业在智慧城市软件研发与推广、物联网研发、IT人才培育等方面开展合作，将新乡市高新技术产业开发区和新乡经济技术开发区打造成智慧城市应用方案解决中心、智慧城市软件及技术推广基地、智慧服务业示范推广基地、智慧企业总部基地。

2．出台人才引进政策，鼓励外来人才落户新乡。通过给予外来人才住房、税收等方面的优惠，积极吸引外来人才落户新乡，为智慧新乡建设提供更多的智力支持。

3．积极开展教育合作，促使新乡本地高校成为智慧城市专项人才培养基地。受经济发展水平因素的制约，新乡市各高校获得的教育资源有限，虽然部分高校在与智慧城市相关领域拥有一定的学科优势，如工业自动化、农业技术，但整体水平有限。通过与国内其他高校展开交流与合作，积极推进新乡市各院校开展智慧城市领域的相关研究与学科建设，强化已有的优势学科，促使高校成为智慧城市专项人才的培育基地。

（五）建设专项智慧应用，促进新乡市产业升级

所谓专项智慧应用是指面向农业、工业和服务业专门设计的，旨在提升行业生产效率、节约生产成本、增加产值的各类具体应用。在智慧新乡的建设过程中，合理的使用专项智慧应用有助于提高产业的科技附加值，实现新乡市的产业升级。

从农业方面看，通过建设大棚小气候管理系统、农产品追溯平台、智慧农田管理系统等专项应用，有助于新乡市农业实现精细化、集约化、产业化经营，实现从传统农业到现代农业的升级；从工业方面看，通过建设能源监测网，有助于新乡市加强对工业企业能耗的监督，及时关停、整顿能耗产出比较低的企业，优化资源配置，合理布局生产力。

五、结语

顶层设计是智慧城市建设的宏观规划，而做好需求分析是做好顶层设计的基础，城市千差万别，如何对一个城市进行有效的、符合城市实际情况的需求分析是智慧城市建设者和顶层设计者关注的问题。论文提出的基于城市特征分析模型的智慧城市需求分析方法，可以有效地找出城市的主要特征，并根据这些特征展开需求分析，进而适配合理的智慧应用。文中运用城市特征分析模型对新乡市智慧城市建设进行了需求分析，并在此基础上提出了一些建议，这有助于新乡市更好地完成智慧城市建设，同时也可以作为智慧新乡建设团队进行顶层设计和需求分析时的重要参考。

智慧城市建设是一项复杂的系统工程，针对城市的客观需求适配具体的智慧应用是完成这一工程的基本原则，运用城市特征分析模型对城市在智慧城市建设中的需求进行分析符合这一基本原则，但其也存在着一定的局限性。首先，城市特征分析模型选取的分析方面有限，没有考虑到城市基础设施状况、资源状况、环境水平、政策导向等智慧城市建设中可能涉及到的因素；其次，城市特征分析模型在比对城市的选取上具有较大的随意性，而选择不同的比对对象对模型结果可能会产生不同的影响；最后，本文在使用城市特征分析模型时只选取了30个地级市一年的统计数据进行了比对分析，由于城市经济可能受到短期宏观经济环境的影响造成某一城市的相关统计数据明显高于或低于其往年正常水平，为了消除短期宏观环境波动对城市特征分析模型的影响，在未来使用这一模型时可以选取同一组比对城市5至10年的长期数据的平均值进行分析，增加模型分析结果的准确性。

为了使得智慧城市建设需求更符合城市的实际发展需要，单纯运用城市特征分析模型是不够的，在运用这一模型进行分析时还应当做到模型分析结果与实地调研结果相结合，同时还要做到模型分析结果与城市发展规划相结合，以达到建设具有区域特色、符合实际需要的智慧城市建设目标。

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