5G智慧城市框架体系研究

朱惠斌

(中国移动通信集团广东有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518001)

国际商业机器公司(以下简称IBM)研究机构于2008年首次提出“智慧星球”(Smart Planet)的概念，引导世界范围开展对智慧城市与物联网建设的广泛研究(1)朱惠斌、温亮：《城域无线通信基础设施体系及趋势探索》，《信息通信》2020年第4期。。美国已将物联网战略提升为国家重点战略，欧盟已制定促进物联网发展的专项行动计划并组织召开多次智慧城市区域发展会议，设定技术政策和商业需求指引。东亚国家将物联网上升至国家重点战略范围。其中，日本U-Japan项目将物联网作为四项重点战略领域之一，韩国IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一并提出建设U-city试点目标。物联网已成为世界新一轮经济科技发展的战略制高点。

根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，我国在《物联网“十二五”发展规划(2011-2015)》就明确了物联网发展的核心技术、标准体系、产业结构、骨干企业、规划布局、安全保障和公共服务层面发展重心，部署关键技术创新工程、标准化推进工程、重点领域示范工程和公共服务平台工程，建立政策法规、财税支持、技术合作和人才培养的统筹协调措施。

智慧城市是提高城市运营效率、应对城市收缩的重要策略(2)朱惠斌：《我国城市收缩问题研究》，《山东行政学院学报》2020年第1期。。近年来，国内城市通过信息沟通科技建构基础设施服务系统，以创新经济和信息经济形成新型战略发展驱动。对于智慧城市研究普遍存在以下特点：(1)重点关注信息产业比重。信息产值比重提升是社会发展的显著趋势，但智慧城市内涵远不止信息产业。(2)重点关注基础设施建设。由于智慧城市概念为企业首次提出，企业往往将基础设施建设与智慧城市发展理念相关联。(3)涵盖城市系统多，但导向不够明确，未能明确具体抓手。从以上分析可以看出，相关研究多探讨理念愿景、模型方法、问题对策、信息技术等方面，较少涉及智慧城市的特征、驱动机制和影响因素。

本文试图通过文献研究结合具体实践，提出5G智慧城市系统的基本框架体系。智慧城市发展需关注城市作为枢纽，加强与周边地区联系，共同构筑区域合作体系(3)朱惠斌：《粤港澳大湾区金融产业空间格局与分异探讨》，《岭南学刊》2019年第6期。，否则智慧城市易成为信息网络孤岛。区域合作体系应以核心技术、标准制订和产业化进程为主要构成部分(4)朱惠斌：《粤港澳大湾区视角下的深圳城际关系研究》，《深圳社会科学》2019年第6期。。从智慧城市的定义出发，以机构、科技和个人为主要研究视角，探讨基础设施和科技服务整合、机构提升和市民参与的治理模式，对我国新型城镇化发展和城市发展质量提升具有紧迫性和必要性。

一、智慧城市系统的起源与发展

(一)智慧城市理念演进

智慧城市并非新创造的概念，数码城市(Digital City)、智能城市(Intelligent City)、有线城市(Wired City)、移动城市(Hybrid City)、信息型城市(Information City)、创新城市(Creative City)、学习型城市(Learning City)、知识型城市(Knowledge City)、智慧社区(Smart Community)等概念均与智慧城市有关联。对智慧城市理念的解读中，最具代表性和影响力的是IBM研究机构。IBM研究机构将智慧城市概括为技术装备、信息联系和科技整合系统。技术装备指虚拟传感器形成的真实事件和真实世界的数据来源，数据可通过多种流程和系统形成联系。智慧城市将信息融入物质基础设施以提升便捷性、流动性和传输效率，实现信息交互联系，通过分享数据形成企业间多领域合作。城市各子系统包括交通、能源、教育、健康医疗、建筑、基础设施、食物、水体和公共安全等领域，科技整合包括数码通信网络、置入科技、传感器和软件，通过科技整合实现城市各子系统间有机联系。

表1 智慧城市的定义

(二)智慧城市实践发展历程

由IBM、CISCO研究机构和智慧社区论坛(ICF)等报告可知，全球范围内正在推动多个智慧城市项目建设(5)Falconer G，Mitchell S.，“Smart City Framework：A Systematic Process for Enabling Smart+Connected Communities”. Cisco Internet Business Solutions Group(IBSG)，2012，pp.22-24.。为促进智慧城市发展，欧洲爱沙尼亚首都开发大规模信息科技配套项目，普及电子政务平台和智慧身份证应用。北美地区虽未制定区域规划系统和联系会议制度，但民间和政府层面对智慧城市建设均有鼓励措施。加拿大魁北克等城市通过企业权属改革支持增长中的科技企业，美国加利福尼亚州利维赛等市以提升信息流动便捷度、改善老化电子基础设施为措施，提出“提升政府、商业和居民的信息科技和工作效率”的发展愿景，促进智慧城市可持续发展。亚洲地区中国台湾桃园以航空大都市为发展目标，推动系列政府项目(E-桃园、M-桃园和U-桃园)；南京等地率先提出建设智慧城市的发展愿景，深圳等地则提出建设大数据时代基础设施的发展策略。

表2 全球智慧城市

二、5G智慧城市框架体系

(一)5G智慧城市系统核心技术

信息技术是智慧城市的基础要素，智慧城市系统核心技术包括物联网、云计算、移动通信和人工智能技术，涵盖设备商、运营商和研发中心等机构。物联网实现物与人的系统互联，主要通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统(GPS)等信息传感设备，按约定协议把物品与网络进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。云计算和大数据时代，终端使用者不需了解技术细节或专业知识，只需关注自己需要的资源类型，通过网络获得相应服务来解决社会发展所带来的巨量数据存储与处理问题。移动通信指移动设备和固定设备系统间的无线通信，可实现设备实时数据在系统和远程设备间的无线连接，包括5G移动通讯技术、互联网技术和传感技术等。人工智能应用计算机模拟人类智能行为，包括知识获取和智能推理等，已被广泛应用于机器人的控制系统、决策系统和仿真系统中。智慧城市系统是各种技术的集成创新应用，四大核心系统相互关联。物联网和移动通信技术作为网络基础设施，云计算作为网络应用模式，人工智能技术则作为具体应用系统，用于公共需求和营利需求，以信息技术为基础，为城市居民提供多层次服务内容。

(二)5G智慧城市系统重要组件

表3 智慧城市核心组件

智慧城市包括智慧交通、智慧环境、智慧医疗、智慧能源、智慧教育、智慧安全和其他领域。学者对智慧城市的理解包括多个层面，但核心是任何人可在任何区位获得各种信息和实现交流。通过文献研究，可总结出智慧城市系列基础要素，主要包括机构组件(空间管治、空间政策和空间法规)、科技组件(硬件和软件的多种基础设施)以及个人组件(创新性、多样化和文化教育)。

20世纪90年代智慧社区运动致力于拓展信息科技，其参与者、机构管治组织协同努力使用信息科技促进城市转型。智慧社区指“基于开放产业标准，迎合政府、雇员、市民和商业需求的创新服务，整合社区信息基础设施”，其目标在于创造城市居民的信息共享合作平台。智慧城市是智慧社区的高阶发展模式，通过大规模基础设施建设，实现城市范围内各政府机构、社会组织和企业组织间的快速联系，将信息通过设备传递到公共资源与网络，实现居民工作和生活等主要活动在线上完成。智慧城市具有人口、商业和政府间多重复合的社会联系。创新性通常被认为是智慧城市发展的核心驱动力，创新性人才、文化教育和知识溢出效应对智慧城市具有重要影响作用，智慧城市是学习型城市，尤其重视教育、文化和商业间融合。

三、5G智慧城市系统基本研究框架

(一)智慧城市传统研究框架

智慧城市传统研究框架包括机构、业务、运输、通讯、水和能源六个方面，评价指标体系包括社会信息化程度评估和信息科技经济评估两种。其中，社会信息化程度评估起源于日本，各国相继从日本引入指标体系并应用。信息科技经济评估则应用宏观经济分析方法，借鉴波拉特和马克鲁普为代表的信息经济学派方法。

(二)5G智慧城市系统研究框架

5G智慧城市系统研究结合全球城市指数设施(The Global City Indicators Facility，GCIF)、美好生活质量调查(Mercer Quality of Living Survey)和绿色城市指数(Green City Index)等国际量化指标，对智慧城市(Smart Cities，IBM研究机构提出)或智慧社区(Smart+Connected Communities，S+CC，CISCO研究机构提出)进行多维度评估。其中，IBM智慧城市研究目标指出智慧城市建设需政府、市民和科研机构等组织进行通力合作。城市通过信息沟通科技(ICT)应用以提升城市运转效率、减少市民生活成本和提升市民生活质量。

在IBM研究机构基础上，CISCO互联网商业研究组(IBSG)提出较完善的智慧城市研究框架。目前世界过半人口居住于城市，对城市基础设施(交通、住房、水电和城市服务)造成大规模压力。CISCO提出的智慧城市框架(Smart City Framework)指出需重新定义城市目标、理解城市信息要素的重要性，创建城市数据库。

(三)5G智慧城市系统研究方法

国内学者对智慧城市系统的研究方法集中于物联网层面。在物联网研究基础上，国内学者提出以智慧经济、智慧人口、智慧管理、智慧设施、智慧环境和智慧居住为基础的智慧城市研究方法。5G智慧城市的研究除沿用信息化传统研究内容外，还需新增智慧城市数据库，新传感技术、智力决策支持模型等研究内容。

表4 5G智慧城市系统研究内容

智慧城市系统研究参与主体包括政府管理机构、社会监督机构、法规制定机构、地块开发商和运营者。其中，政府管理机构负责公共政策制定和资源配置。社会监督机构包括非盈利组织和大学科研机构等，负责提供公共资讯和技术支持。法规制定机构负责信息标准和网络配额指标的编制和判定。开发商负责基础设施规划、建设和维修。运营者则负责基础设施的运营、维修和补充等需求。

5G智慧城市系统需以跨行政区间信息融合为基础，否则城市将成为仅能处理自身信息的孤岛。全球化进程正促进区域融合发展。欧盟和北美创造跨国合作，以促进中央政府和地方政府不同法规制度间的对接服务，同时增强可达性，分享市民和政府信息，克服文化差异(如语言障碍等)等层面问题。跨国信息系统(Transnational Information System，TIS)涉及生产、运输和消费等多个环节，参与方包括大学、政府机构和国际组织，致力于克服信息共享壁垒。过往研究尚未充分理解跨界环境对智慧城市系统构建和信息共享带来的复杂和重要性，今后需加强对跨界机构信息共享的关注，强调跨组织信息交换效率和信息共享政策环境。

图1 5G智慧城市系统研究方法

四、5G智慧城市跨界合作影响因素

(一)社会变革与信息安全

全球看，美国的芝加哥因其完善的网络系统被称为数码大都市(Digital City)，成为世界上早先的“虚拟城市”。“虚拟城市”(Virtual City)可以提高城市市民的学习、科技和创新能力，通过城市功能置入网络空间，整体提升社会效率。智慧城市信息安全系统面临基础设施容量、信息安全和运行成本等层面的挑战。其中，信息科技基础设施容量面临政府系统间基础设施整合和软件兼容性等问题。信息安全系统面临黑客入侵者、病毒木马、个人数据隐私和高成本安全使用措施等层面挑战。运行成本则包括信息科技专家咨询、信息科技技术、设备安装运行和维护信息系统等。

(二)城市管治与基础设施

智慧城市管治系统具备自我检视和反应功能，以城市管治促进智慧城市系统构建。智慧城市管治系统包括基础设施融合、合作伙伴服务整合和整体经济结构调整等层面。其中，基础设施融合包括多设备平台、数据强化计划、网络基础设施等方面。合作伙伴服务整合包括智慧城市服务和数据管理模式，强调私人公共合作和政府内外部合作。整体经济结构调整包括参与服务结构和公共数据平台。

表5 美国—加拿大、美国—墨西哥智慧城市信息共享特征

(三)信息共享与跨界合作

跨界合作是信息共享的重要环节，包括以货物、人口、资本流动为基础的市场推动和贸易活动。以北美国家边界区域跨界信息共享合作为例，经济、政治、文化和社会差异创造信息共享的复合环境，涵盖特殊法规、语言障碍等多个因素。政府需要高层次的政策管理和科技系统标准化，国家间协议为信息共享使用提供便利。边界区域信息共享能力对公共健康和环境管理等领域非常重要。

通过研究5G智慧城市的理念发展、系统组成、理论基础、研究框架和影响因素，解读信息沟通科技(ICT)如何通过信息科技与传统基础设施融合，有利于实现智慧城市系统构筑。科技进步奠定城市功能的发展基础，为市民、政府、商业和多种机构提供更高效公平的系统。5G智慧城市系统构建，有助于整合城市科技，通过管理、控制和优化，探索城市开发的新模式，促进公平的生活环境和优质的生活质量提升，发展公共参与和共享科技的城市治理模式。5G智慧城市系统的核心技术是物联网、云计算、移动通信和人工智能技术，基于机构、科技和个人的三层次5G智慧城市系统基本构架体系和系统方法的研究，通过竞争发展驱动、社会人文资本、政府民众参与、信息沟通科技、自然资源管理和生活质量保障等内容呈现，鉴别跨界网络的主要影响因素，为我国5G智慧城市规划建设提供理论基础。