智慧城市中云计算及物联网技术的有效运用

郑 伟 俞晓辉 桑育海

（中国联合网络通信有限公司南京市分公司，江苏南京 210000）

0 引言

进入21 世纪，人类科技一路狂奔，计算和连接的能力突飞猛进。物联网、云计算、大数据、人工智能等新概念接连出现，推动整个社会加速走向信息化、数字化和智能化。在这个过程中智慧工厂、智慧园区、智慧农业等新概念开始层出不穷。城市作为人类文明的重要标志，经过数千年的发展，变得越来越庞大。大量的人口聚集，引发了交通拥堵、治安混乱、资源匮乏等众多问题。作为城市的管理者，政府迫切希望借助信息通信技术来解决问题，延续城市的健康发展，于是智慧城市的理念应运而生。

1 智慧城市的含义及意义

近年来，智慧城市这个词汇开始越来越多地出现在人们的视野，关于智慧城市的理解可以从两方面入手。从广义的层面理解，智慧城市是指借助信息技术对传统的社会生活方式进行革新，既包括个人，也包括企业和政府。社会的应用是最宽泛的[1]。如购物消费、家居生活、交通运输、公共安全、企业园区、教育医疗、生产制造、农林种植等。狭义的智慧城市则是指借助信息技术实现对城市的有效管理，专指城市管理，也就是政府职能相关的领域，如公共安全、应急管理、市政设施、环境治理、民生服务等。随着经济全球化的不断深入，人类社会空前繁荣，其中最具代表性的就是全球城市化进程不断加快，城市的高速发展、人口的急速膨胀为城市治理带来了巨大的挑战。城市基础设施跟不上、交通混乱拥堵、环境污染严重、公共安全事件频发影响了城市的进一步发展，也影响了居民的幸福指数。在这个过程中不少学者就提出了“无线城市”“数字城市”的理念，这些理念都可以理解为智慧城市的早期理念[2]。中国是人口大国，经历了几十年的改革开放，城市的发展速度非常快，面临的城市治理问题也更加严重。所以，中国对智慧城市的需求非常迫切。

智慧城市的构想对于高速发展的中国有重要意义，改革开放以来中国社会快速发展，在这个过程中大量的人口向城市聚集，为了满足社会发展的需要，各地相关部门也开始尝试智慧城市的建设，并取得了一定的成绩。智慧城市的建设需要以通信网络为基础，而中国有世界上最庞大的移动通信网络，也有世界上最全的ICT 产业链，具有技术和人才储备优势，建设成本相对较低。借助智慧城市的建设，各地政府对于城市的管理水平得到了全面提高，更重要的是智慧城市系统有效提高了城市居民的生活水平，得益于智慧城市对社会资源的整合，城市中出现了大量的劳动岗位，可以说智慧城市的出现有效提高了我国的城市化水平。

2 目前智慧城市发展需要解决的问题

智慧城市的建设绝不仅仅是将城市的各类资源进行简单的整合，更重要的是要基于城市发展的需要，借助信息技术实现对传统行业以及传统城市管理模式的革新，在这个过程中大量的计算成为了智慧城市建设必须要解决的问题[3]。城市的发展需要以社会生产为基础，为了推动智慧城市构想的实现还需要对传统的社会生产方式进行革新，借助智能工厂、无人化商店等模式提高社会生产效率。随着智慧城市的建立，城市管理部门每天要处理的信息量将会呈几何式增长，传统的人工难以对这些信息进行有效的处理，全新的城市管理模式也成为了智慧城市发展中必须要面对的问题。

2.1 城市信息处理效率无法满足智慧城市的发展需求

智慧城市的一大特点就是城市人口众多，众多人口聚集在较为拥挤的城市，必然会给城市基础设施带来沉重的负担。以杭州为例，杭州现拥有数以万计的红绿灯且基础交通设施已非常健全。传统方式下，所有的红绿灯遵循统一预设的程序进行交通指挥，这种方式在近年来杭州车流量暴增的背景下暴露出了很大的弊端，很多时候会出现前方几公里的红绿灯已将车辆放行，当前红绿灯积压的车流量排成长队，造成这种情况的原因主要包括3 个方面。

首先，单个交通指挥终端各自为政，没有形成统一的管理网络。每个红绿灯按照自己内置程序变灯，不会考虑自己周围的协同设施矩阵，无法发挥协同作用；其次，交通指挥终端内置程序死板，无法根据实时流量动态调整。大部分城市的交通信号灯都是内置定死的变灯流程，不会感知到当前车流量动态；最后，交通部门无法根据城市规模发展对交通设施做出合理预估，杭州近些年发展很快，交通部门人为预估基础设施的合理度非常困难，在应对极端情况下更是如此。造成这种情况的根源在于缺乏一个高效的计算平台对城市的运行情况进行全面的模拟。

2.2 社会生产方式无法满足智慧城市的发展需求

智慧城市的发展必然会造成人口的快速增长，为了满足社会发展的需求，需要对传统的社会生产方式进行革新，以此提高社会生产效率。以传统的农业生产为例，传统的农业生产需要大量的人工和机械参与到农业的耕、种、管、收4 个环节，最终的收成也十分依赖农业技术人员的经验。这种生产方式显然无法满足智慧城市的发展需求。造成农业领域生产方式落后的根本原因在于，农业生产是一项需要同时对多项信息进行处理的复杂模式，如土壤、水、肥、光照等因素都会影响到最终的收成，虽然传统的生产模式借助机械有效提高了生产效率，但很多信息的收集以及处理还是十分依赖人工，这严重限制了农业生产效率的提高。随着人们对智慧城市认知的提高，人们发现通过将物联网应用于农业生产的各个环节能够有效提高农业生产效率。

2.3 城市管理模式无法满足智慧城市的发展需求

为了满足人们的发展需求，在城市发展过程中人们探索出了一条较为成熟的城市管理模式，这一模式有效提高了城市生产效率。城市管理模式的存在是为了提高城市的生产效率，在智慧城市中城市管理者每天需要处理的信息开始几何式增加，传统的城市管理模式下人工无法对城市信息进行高效的处理。为了满足智慧城市的发展需求，人们迫切需要探索出一套全新的管理模式，以实现对智慧城市的有效管理[4]。从AI 技术在围棋领域战胜人类开始，AI 技术开始走进大众的视野，在智慧城市管理中依托云计算技术以及物联网技术，AI 技术可以实现对智慧城市海量信息的快速处理，能够有效提高城市管理水平。

3 借助云计算及物联网技术实现智慧城市的构想

智慧城市建设中出现各类问题的根本原因是：随着社会的发展，传统的人工模式已经无法有效提高社会的生产管理效率，进而造成的社会大众与城市管理模式的矛盾。针对这一问题可以通过推动信息技术在城市各个领域的应用进行解决，如通过云计算技术在城市信息处理中的应用，能够有效提高智慧城市系统对城市各类信息的自动化处理能力；通过物联网技术在城市生产中的应用，能够有效提高城市的生产效率；通过AI 技术在城市管理模式中的应用，能够有效提高城市的管理水平。

3.1 将云计算技术应用于智慧城市的信息处理

所谓的云计算是一种计算资源交付模型，将各种服务器、应用程序、数据和其他资源进行集成，并通过网络以服务的形式为相关人员提供这些资源，云计算可以简单理解为一种计算服务的提供方案，云计算不同于传统的计算服务器，其容量更大，处理效率更快，而且覆盖范围更广，还能够根据业务需求的变化，调整对服务的使用[5]。还是以杭州的交通问题为例，当地较为完善的通信网络可以将杭州地区所有的红绿灯接入网络，将整个杭州地区的交通信息汇集到一个智慧交通系统进行处理，以云计算为底座的智慧交通系统可以充分利用云计算海量资源、弹性伸缩、高度并行等特点，结合历史交通数据进行大数据分析，预测未来一段时间城市交通流量情况，提前设计出合理的分流方案，下发到全市的信号灯协调指挥系统。随着各路口摄像头对实时流量的上报，大数据系统会实时校正已给出的指挥方案，反馈给协调指挥系统，并下发各终端。借助云计算能够有效提高智慧城市的信息处理能力，能够有效推动我国智慧城市的发展。

3.2 将物联网技术应用于智慧城市的生产

所谓的物联网就是指物物相连的互联网，从物联网的含义不难看出物联网的底层逻辑仍是互联网，或者说物联网是互联网的延伸产物，借助物联网个体能够实现与物品的信息交互[6]。将物联网技术应用于智慧城市的生产环节能够有效实现生产环节的自动化，进而提高智慧城市生产环节的生产效率。以农业生产为例，将物联网技术应用于农业生产环节，在种植前期可以借助土壤检测仪、降雨检测仪等设备对农田的土壤、降雨量等信息进行采集和汇总，农业技术人员可以根据自然环境的变化选择合适的农作物进行种植，在种植过程中可以借助农机自驾仪以及农业无人机等设备实现对农田生产环节的高效管理，在农作物生长过程中还可以借助热成像技术对农田的病虫害情况进行实时观测，并采取相应的措施。将物联网技术应用于农业生产环节是目前能够提高农业生产效率的方式[7]。不仅仅是农业生产环节，智慧城市社会生产的各个方面都可以通过引入物联网实现对传统生产模式的革新，全面提高相关领域的生产效率。

3.3 将AI 技术应用于智慧城市的管理

AI 技术在智慧城市中的应用能够有效提高智慧城市的管理水平，所谓的AI 技术可以理解为一种特征工程，预设好特征，AI 技术通过函数逼近拟合特征函数，从而找到输入和输出之间的映射函数。在智慧城市管理中，人们可以预设某类事件的处置方案，AI 技术对所有接收的事件进行特征扫描，对各类事件进行分类，再对不同的事件给出不同的预设处置方案。将AI 技术应用于智慧城市管理中能够有效减少重复的工作，提高智慧城市的管理效率。

4 智慧城市在我国的发展

随着信息技术在社会中的广泛应用，智慧城市已经成为人类城市化发展的未来，在这个过程中云计算技术、物联网技术、AI 技术等各类信息技术都得到了充分的应用。智慧城市的发展一般分为3 个阶段。

第一阶段，智慧化基础设施的建设。主要包括物联网建设、云计算中心建设等，实现数字化，才能谈智慧化的问题。从服务性来说，城市管理、城市公共设施、基础服务设施的数字化最为关键；第二阶段，智慧城市建设的融合阶段。将不同领域的城市基础服务信息实现互联和互通，借以形成广泛的城市服务；第三阶段，智慧城市的内生发展阶段。实现更透彻的感知、更广泛便捷的互联互通、更深入的智慧化城市服务。

对于我国来说，应将智慧城市建设作为我国信息化发展历程的一个重要阶段，并结合我国当前的经济社会发展历程，正确地理解当前智慧城市建设的深刻内涵。2013年，中国已有上百个城市宣布建设智慧城市，覆盖了东中西部地区。在不久的将来，人们将尽享智能家居、路网监控、智能医院、食品药品管理、数字生活等所带来的便捷服务。

5 结语

智慧城市作为一种全新的城市理念，其通过云计算及物联网等信息技术在城市生产、生活、管理等各个方面的广泛应用，改变了传统的城市发展模式，给人们的生产生活带来了全新的可能。各类信息技术在智慧城市中的应用不仅能够有效提高城市管理水平与生产效率，更重要的是能够极大地提高全体居民的生活质量，能够有效地提高居民的幸福指数，可以说智慧城市是社会发展的必然。