智慧城市投入与产出典型相关分析模型与应用—— 以A新区为例

唐怀坤 顾 颖 陈 翔

1.中通服咨询设计研究院有限公司；2.中兴通讯股份有限公司

0 引言

智慧城市是一个开放复杂巨系统工程，其投资建设与产出的关联关系也存在很多不确定性，当前行业比较关注的是如何提升智慧城市投资的效率，通过当前大量的智慧城市建设实践中提取出有成效的部分加以总结，找出关键核心要素，为新城区的智慧城市的投资找到关键方向是本文的出发点和落脚点。

1 投入-产出分析总体思路

为研究智慧城市投入-产出之间的关系，通过建立智慧城市投入指标以及智慧城市产出后评估指标，搭建“投入—产出”预测模型，如图1所示。阐述智慧城市建设投入与建设成果产出之间的互动关系，为预先评估智慧城市建设执行成效提供有效依据，并能够为智慧城市建设者在制定智慧城市建设规划、计划时找到资源分配的重点。

图1 智慧城市投入与产出分析模型图

2 投入-产出典型相关分析

2.1 典型相关分析思路

典型相关分析（canonical correlation analysis），是对互协方差矩阵的一种应用。本文采用的是SPSSPRO数据科学分析软件，根据该软件对典型相关分析的描述，它的作用是研究多个变量和多个变量之间的线性相关关系，能够揭示出两组变量之间的内在联系，首先在每组变量中找到变量的线性组合，使得两组的线性组合之间具有最大的相关系数，然后选取和最初挑选的这对线性组合不相关的线性组合使其配对，直到两组变量之间的相关性被提取完毕。

输入：设X（1），…，X（n）为取自正态总体的样本，每个样品测量两组指标，为两项以上的定量变量或者有序定类变量，分别记为X=（X1，…，Xp）'；Y=（Y1，…，Yq）'，为两项以上的定量变量或者有序定类变量。原始资料矩阵为：

检验第一对典型变量的相关系数，即：

输出：成对典型变量的相关性，以及典型变量对研究变量的解释比例。

它的似然比统计量为：

则统计量：

通过以上过程实现两项目标，首先是数据的简化，用少量的线性组合来解释两组变量之间的相关作用；其次是数据解释，寻找特征值。

2.2 典型相关分析结果

通过采集变量数据导入SPSSPRO分析软件，得出投入要素与产出要素之间的关联关系，如表1所示，可以看出，投资依然是最首要的影响因素，这也是智慧城市属于项目型投资的本质所决定的，因此本次投入产出典型相关分析的重点是仅次于资金投入的、相关性又比较大的因素。

表1 投入-产出关系矩阵

3 投入-产出典型相关分析在某市A新区的应用

A新区位于广东省东南部，粤港澳大湾区最东端。区位优势明显，对外交通便捷，是粤港澳大湾区向粤东沿海经济带辐射的重要战略增长极。某市A新区智慧城市的建设是一项重要投资，资金投入具有较大的保障。但是，A新区智慧城市的建设还需要其他重要成功要素。因此，课题更关注的是仅次于资金投入的第二、第三的重要因素。因此，下文对于资金投入之外的关键影响因素进行分析。

（1）数字底座方面

加强组织投入（0.636）：减少“组织熵增”，打造智慧某市A新区建设高效协同体。组织的结构决定了组织的功能，某市A新区当前建设阶段的数字底座包括信息基础设施、公用基础设施、时空信息平台等，这些是智慧某市A新区当前建设的重中之重。作为城市新开发区域的某市A新区，城市管理者团队陆续到位，其中城市决策者、职能部门和管理团队成员还需要紧密围绕某市A新区管理委员会加强统筹领导、职能部门之间的协同、团队建设与组织考核，还需要与电信运营商、铁塔公司、其他大型参建单位加强组织沟通、战略协同。如果在基础设施领域每个部门都仅仅从自己部门分管工作利益出发，不能从建设理念、建设思路、管理方式与方法上保持协同和协调一致，则会导致智慧某市A新区新的建设理念、发展规划如果不能很好贯彻，最终导致整个智慧某市A新区建设的“熵增”，带来资源和投入的浪费。

规划与实施（0.584）：探索“原始创新”，建设A新区特色的全球领先数字孪生城市。智慧城市的理念从提出到实践不到15年，其本体论、认识论、方法论仍然在理论研究、项目实践中持续摸索，仍然不够成熟。因此，到目前为止还没有可以照搬照抄成熟的样本城市供某市A新区参考，从这个角度来说，试错成本很高、“慢就是快”。但是，总体来看数字经济的基本规律已经逐步显现，从雄安、贵阳、南京江北新区智慧城市的建设经验和建设方向来看，城市需要完善的数字孪生城市顶层设计与建设一套完备的数字孪生城市操作系统。当前A新区已经建成并使用了多维空间地理信息平台可视化系统，目的是在当前阶段加强基础建设之间的统筹，特别是当前急需地下管线之间的建设协同。这套系统是未来某市A新区数字孪生城市的雏形，也可以看作某市A新区数字孪生城市的1.0版，目前全球还没有成熟的数字孪生城市的模式，某市A新区作为飞地模式，如果能围绕数字孪生城市的顶层设计、规划与实施，将形成某市A新区特色的智慧城市建设模式，将实现基于某市A新区数字孪生平台的某市A新区发展“五统一”，即统一规划、统一标准、统一建设、统一运营、统一管理。

（2）数据资源方面

规划与实施（0.513）：培育“数据要素生产力”，形成基于数字孪生的数据资产。

《中共中央国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》提出：数据已成为新的生产要素，数据治理需要整合数字资源、制定共享机制、规划数据资源使用范围，部分数据需要开展政企合作，借助社会企业的力量充分发挥数据资源的价值。A新区智慧城市建设是一个系统工程，数据资源之间的互联互通、大数据挖掘与使用将极大地促进数据生产要素的价值变现，形成数据要素生产力。当前A新区正在着力建设一套时空数据管理标准规范，包括时空数据管理、更新及公共图层使用三方面的标准规范。时空数据库建设：建设一套时空数据中心，实现时空数据一体化管理，涵盖运行支撑库、基础地理数据库、房屋库、人口库、法人库和专题数据库；应用系统建设：建设基础应用和示范性应用系统，包括地址编码引擎、全文搜索引擎、数据管理系统、登录后查看资源管理系统、运维管理系统、某市A新区一张图等基础应用、智慧决策专题、城市要素专题、建设查违专题、城市安全专题、国土资源专题、项目全生命周期管理专题、应急专题、智慧交通等专题示范性应用。但是总体来看，力量比较分散，仍然需要归一化管理思想，将各个线条归一化到一套基于数字孪生的城市操作系统中，在这个总体平台上进行规划与实施。

示范项目（0.513）：把握“建设时序”，形成需求场景-试点示范-总结提高的闭环机制。智慧某市A新区的数据资源开发与共享，需要一套严谨的建设时序，关键不是靠逐个项目投资堆积起来的人、财、物的投入，而是需要依据中远期需求开展试点示范，在数据充分、条件成熟的行业开展试点示范，成熟一个复制一个，逐步扩大数据资源共享与使用的范围、边界、类型，要在“需求场景-试点示范-总结提高”的基础上实现小步快速迭代。比如在建筑领域，国家已经在推广BIM的使用，建筑规划设计的数字化程度较高，就可以先做一批示范，获取经验，摸索出成功路径之后尽快扩大使用范围，形成从BIM到CIM边界不断扩大的示范机制。

（3）智慧应用方面

在投入产出要素的五大方面相关性比来看，智慧应用这一产出指标比数字底座与数据资源要低，也反映出智慧应用较强的市场参与行为，但是前提是要加强政府组织与引导，形成政府引导、商家竞争、技术比对、市场搞活的智慧应用市场生态体系。

组织投入（0.371）：加强“政策引导”，减少市场干预丰富智慧应用场景。目前各类智慧应用对应的行业技术已基本成熟，业内有大量的解决方案，对于某市A新区来说，智慧应用的场景非常之多，政府也没有精力对所有智慧应用场景都大包大揽。智慧应用可以直接引入相关成熟技术与企业参与建设，需要组织加强招商引资，加强政策制定的科学性和目标性，智慧政务、智慧交通、智慧城管、智慧教育、智慧医疗等可以采用BOT、PPP、直接采购运营服务、放开市场搞活等多种模式，政府开放数据接口，国有企业、私营企业都可以在数字孪生某市A新区规划的统一组织下，开展市场化竞争，通过竞争带动技术研发、技术应用、成本下降、活跃各类智慧应用市场。

规划与实施（0.274）：积累“数据资产”，围绕统一规划积累智慧某市A新区城市数据资产。各类智慧应用都可以分为应用场景前台、数据中台和城市数据后台三大部分，而智慧应用场景之间这些方面是系统数据调用的关系，如果仅仅关注各个行业的智慧应用的开发和建设、使用，而不关注应用之间的数据互联互通、数据资产的积累，则每套智慧应用将形成新的信息孤岛、信息荒岛，因此仍然需要围绕智慧A新区数字孪生城市操作系统形成数据沉淀。鼓励社会企业参与智慧应用建设，但是需要统一底层城市数据，新产生的数据资产也保留在城市的数据资产库中，通过不断地迭代积累城市数据。

（4）生态宜居方面

规划与实施（0.352）：建设“田园A新区”，数字化赋能生态金山银山。环境友好为招商引资提供保障，也吸引人才和企业入驻，而生态的投入主要是政府公共预算为主，资金投入是关键，投入的重点关键在于在现有环境法律法规的框架下加强环境监测、监督和审计。除了资金投入以外，如果没有清晰的规划与实施路线，则会导致智慧环保、绿色节能等实施方面不可持续，需要重视围绕统一的数字孪生A新区规划，搭建智慧环保的物联感知破平台、城市环境监测与治理联动。

组织投入（0.297）：保障“宜居A新区”，强有力的组织推动A新区宜居。生态建设是一项外部性很强公共工程，但是短期效益较差，中长期效益往往较好，因此需要某市A新区加强组织投入，在智慧某市A新区规划、建设、运维的过程中要通过组织强有力的理念坚持、环保执法来确保某市A新区生态文明的进程。

（5）网络安全方面

规划与实施（0.235）：构筑“安全A新区”，保障A新区智慧城市平稳发展。网络安全是智慧城市稳步发展的基础，也是智慧城市发展的目标之一，网络安全保障对于网络的可靠性、网络防攻击编码的要求较高，属于投资密集型领域。同时也需要加强网络安全规划，提前制定网络安全机制、应急措施，对网络与数据的安全区域、安全等级、安全规范进行统一规划。

人才保障（0.184）：组建“安全团队”，形成较高技术素养的网络安全保障队伍。随着新基建的深入开展，城市基础设施与网络已经紧耦合，美国5·7油管道黑客攻击事件也为全球智慧城市建设、新基建的推进中的网络安全问题敲响了警钟。网络与信息安全事件往往是黑客发起的攻击行为，因此是网络技术团队与技术团队之间的实力较量，智慧某市A新区建设的过程中要拥有一支稳定、高水平的网络安全保障队伍，

（6）数字经济方面

组织投入（0.507）：搞活“数字产业”，培育智慧某市A新区数字经济时代国际竞争力。依据国家统计局《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》，数字经济分为数字产品制造业、数字产品服务业、数字技术应用业、数字要素驱动业、数字化效率提升业5大类，其中前4类是发展新型数字产业，第5类是传统产业升级。可以产出，这些领域是以企业作为创新主体，同时某市A新区需要加强引导、组织投入、政策引导、资金支持，比如建立数字经济相关产业链的“链长制”；找准特色定位，成立数字经济发展相关核心领域引导基金等。

规划与实施（0.461）：需要注重政府引导招商引资，需要动用组织力量开展招商引资活动，并纳入组织指标，投入引导资金，通过不同类型的核心企业带动本地特色产业形成主导产业集群，形成区位熵效应。制定区域数字经济发展五年总体规划、核心特色产业的专项扶持规划。并在规划中落实组织职责、财政扶持、教育培训、评估机制等保障措施。

4 结束语

智慧城市开放复杂巨系统，要坚持系统论思想，从本质来上说以上建设要素之间不是完全的线性关系，典型相关分析对智慧城市投资可持续性有重要意义，为了简化计算，本文通过采集数据进行了典型相关的分析，研究人员也可以采用综合集成方法研究。