支撑智慧城市的核心技术

文/张保淑

“中国的城市化与美国的高科技发展将是影响21世纪人类社会发展进程的两件大事。”诺贝尔经济学奖得主斯蒂格利茨的这一判断广为传播，他敏锐地看到，拥有14 亿多人的中国正在上演人类历史上最波澜壮阔的城市化进程将给世界带来的广泛而深刻的影响。值得注意的是，中国城市化是在汹涌澎湃的新科技革命浪潮背景下推进的，以大数据、物联网、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术不仅改变了人们的生产和交往方式，而且正在从根本上变革城市的运行、管理、服务方式，使得城市生活更加智能化，由此催生了现代“智慧城市”，而这正是中国城市化进程中最激动人心的发展机遇。

新一代信息技术提供支撑

对“智慧城市”这一概念的起源，中科院院士尹浩介绍说，2010年，IBM 公司首次提出“智慧城市”愿景，认为城市由关系到城市主要功能的不同类型的网络、基础设施和环境6个核心系统组成：组织（人）、业务/政务、交通、通信、水和能源。它们之间相互协作衔接，组成宏观系统。此后，各类有关“智慧城市”的概念和模型架构及建设实践在世界各地纷纷出现。

在尹浩看来，智慧城市的特征，是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续发展。工程院院士邬贺铨引用了联合国欧洲经济委员会和国际电信联盟联合给出的定义，认为“智慧城市”就是创新城市，采用信息通信技术和其他技术，改进生活质量、城市运行与服务效率和竞争力，同时保证满足目前和未来对经济社会环境和文化等方面的需要。对智慧城市的具体定义和描述虽然不同，但是就其涉及到的技术创新层面有基本共识，认为以大数据、人工智能、物联网、云计算为代表的新一代信息技术是智慧城市建设的重要支撑。

依托大数据构建虚拟城市

城市中最远的距离莫过于是红绿灯和摄像头，虽然二者物理空间上近在咫尺，但是毫不关联。杭州市萧山区基于城市大脑，实现了红绿灯与摄像头之间的数据联结，优化红绿灯控制策略，大幅提高了行车速度，特别是特种车辆的行车速度。邬贺铨用这个例子来诠释充分挖掘交通大数据资源给城市交通带来的重大变革，而这正是破解城市拥堵痼疾的一帖良方。

邬贺铨提出，城市大数据是智慧城市的宝贵资产。对于城市治理者来说，长期以来已经形成了各类城市大数据，包括人口大数据库、法人大数据库、地理信息大数据库、经济大数据库等。这些数据库的共享、融合和充分挖掘是智慧城市建设的重要的信息基础设施，不仅可以大幅提高政府电子政务水平、促进政务公开透明，而且可以借助大数据提高交通通行效率、环保检测监督水平、社会治安保障能力等。建设智慧城市要求不断增强对城市大数据的搜集、储存、共享、挖掘、保护和利用的能力，提高信息的准确性、完整性和挖掘利用的集约性。

除了基于传统政务管理和服务形成的数据之外，打造智慧城市所需的各类数据信息往往需要创新性的采集和生成技术和手段。工程院院士、雷达和信息处理专家毛二可告诉记者，像彭州这样的山区城市，预防山体滑坡这类地质灾害是智慧城市建设的必然内容，而引入边坡雷达技术，进行实时数据收集和监测至关重要。

物联网联通城市的虚拟与现实

大数据对智慧城市建设而言当然很重要，但是数据的来源和采集更为根本，基于数据分析进行的反馈和控制才是目标所在，这就需要打造旨在实现万物互联的物联网。这些年来，不同的行业已经开始了相应的数字化转型过程，形成了与物理世界（现实世界）相对应的数字世界（虚拟世界），而将这两者关联和融合在一起的就是物联网。

物联网为智慧城市提供了技术支撑

“随着数字形式和物理形式建立映射关系，当改变数字世界的映射状态时，物理世界的对象也相应会发生变化，反之亦然。这种情况一旦形成，就可以实现对万物的程序化控制。”尹浩所描述的前景无疑是非常梦幻的，而这正是物联网致力于实现的目标，因此，相关研究报告把物联网技术列为未来最具颠覆性的技术名单前三名甚至第一名。

智慧城市建设离不开物联网，它给城市各方面带来重大变革。实践上来看，物联网成为各国智慧城市的核心基础要素，在城市管理、节能减排、智慧交通等领域广泛应用。尹浩表示，就中国而言，一半以上在建的智慧城市应用项目，如公共安全、交通、医疗、环保、地下管网、水务、教育，均依托物联网。它们以自动感知为基础、数据采集为手段、智能控制为核心，实现物联网技术的综合集成应用。

超强计算打造城市大脑

当急救中心接到电话时，城市大脑可实时规划出最优路线，精确预测到沿途每个路口到达的时间，并且实时控制红绿灯。这是阿里ET 城市大脑应用于智慧城市的真实案例。它是基于阿里云开发的超级人工智能，具备机器学习、智能语音交互、生物识别、情感分析等基础能力，此外，还深度融合人工智能、云计算、大数据处理能力，通过多维感知、全局洞察、实时决策、持续进化的方式，帮助城市运行管理者在复杂局面下快速做出更优决定。

在接受采访中，邬贺铨、尹浩等院士都不约而同强调基于超强计算的智能处理，特别是人工智能对于智慧城市建设的重大意义。各类数据通过传感器等途径收集之后，进行存储和处理分析，这依赖于超级计算机的强大信息处理能力，以此为支撑，通过云平台，实现远程信息的快速分析处理。

近年来，中国在超算领域取得重大进步，开发出“神威太湖之光”等世界顶级水平的装备，为智慧城市建设提供了重要信息基础设施。在邬贺铨、尹浩看来，云计算能力对智慧城市建设来说还是不够的，还需要距离终端更近、比“云”更低的“雾”计算和“霾”计算，也就是说减少信息处理层级，在更低层面实现信息处理，以减少计算时延。

计算能力的提升取决于诸多方面，最根本的有芯片、软件等几大因素。邬贺铨指出，中国亟须继续奋发努力，补齐在这些方面的发展短板，同时，移动互联的发展为中国企业在芯片领域的追赶提供了机遇。他盛赞华为近日发布的“麒麟980”7纳米手机芯片，认为这是中国企业在集成电路领域的一个重大突破。尹浩详细列出了中国企业目前在芯片几大细分领域的市场表现，指出要实现相关规划提出的宏伟目标，仍然任重道远。