国内外智慧城市信息系统模式研究分析

国内外智慧城市信息系统模式研究分析 摘要：智慧城市是继数字城市和智能城市后的城市信息化高级形态，是信息化、工业化和 城镇化的深度融合。发展智慧城市对城市的经济转型、居民生活方式变革、环境保护和社 会管理具有重要的战略意义。当前,城市信息化正在历经从数字城市向智慧城市的重要转变， 这也带来了理念与技术发展的诸多机遇与挑战。文章建议，智慧城市建设应高度重视差异 定位，注重区域特色激发智慧城市发展活力；秉承“应用为主”的原则，以市场需求引导 项目建设；坚持技术支撑，以技术创新和战略性新兴产业发展为依托; 推进智慧整合，破 解“信息孤岛”问题。 关键词：智慧城市；技术创新；城市信息化；城市治理 Abstract：Smart city is the advanced form after the digital city and intellectualized city, and the deep integration of the informatization, industrialization and urbanization. The development of smart city is of great significance to citys economic transformation, live style amelioration of residents, environmental protection and society management. Today, an important change from Digital City to Smart City is occurring within the City Informatization Progress, which brought opportunities and challenges to the concepts and techniques development. The paper suggests, in developing smart city we must attach great importance to diversities and characters to stimulate cities development vitality, uphold application priority principle, be directed by market demand to develop, depend on the technology innovation and the development of strategic emerging industries, and eliminate information isolation by intelligent integrating. Keyword: smart city; technology innovation; city informatization; city governance 1引言 1990 年美国加州旧金山的一次国际会议上，以“智慧城市(smart cities)，快速系统(fast systems)，全球网络(global networks )”为主题1-3，探寻了城市通过信息技术聚合“智慧” 以形成可持续的城市竞争力的成功经验，会后正式出版的文集“The Techno polis phenomenon : smart cities, fast systems, global networks“，是关于智慧城市研究的最早记录。 随着全球化的到来,城市在发展过程中获得了经济、政治、科技、文化绝对的控制力。城市 的各个方面的主要设施正在被定位，城市的物理设施都可以利用信息通信技术(ICT)进行智 慧分析、感知、集合，使城市变得更加聪明。因此，IBM 正式提出了“智慧城市”(Smart city)的概念，IBM 公司认为， “智慧城市”是有意识地、主动地驾驳城市化这一趋势，运用 先进的信息和通信技术，将人、商业、运输、通信、水和能源等城市运行的各个核心系统 整合起来，从而使整个城市作为一个宏大的“系统之系统” ，以一种更智慧的方式运行，进 而为城市中的人创造更美好的生活,促进城市的和谐、可持续的成长。 “智慧城市”也是将 智慧地球付诸实践的具体方法。 在 2008 年全球性金融危机的影响下，IBM4首先提出了智慧地球新理念并作为一个 智能项目已被世界各国当作应对国际金融危机、振兴经济的重点领域。城市作为地球未来 发展的重点，智慧地球的实现离不开智慧城市的支撑。通过智慧城市建设不仅可以提供未 来城市发展新模式，而且可以带动新兴产业物联网产业的发展，因此很快在世界范围 内掀起了一股风暴，各主要经济体纷纷将发展智慧城市作为应对金融危机、扩大就业、抢 占未来科技制高点的重要战略。 从数字城市到智慧城市的发展反映了城市信息化的与时俱进，同时也提醒我们应更深 入地的思考数字城市与智慧城市的关系，以应对智慧城市带来的技术发展机遇与挑战。从 2005 年开始，我国学者开始借鉴国外智慧城市的建设与发展经验。2009 年，国家总理温家 宝在北京科技界大会上作了相关报告，报告中提出了 “物联网” 、 “智慧地球”等与智慧城 市相关概念。从 2010 年开始，智慧城市指标体系进入了研究者视野，2010 年， 中国城市 (镇)建设行动纲要(建议案)由中国智慧工程研究会制定完成，提出“未来 5 年发展 100 个 智慧城市(镇)、200 个智慧城区示范区的建设构想在中国” 。从全国范围来看智慧城市的建 设已呈现心火燎原之势，北京、上海、南京、武汉等越来越多的城市正积极着手建设智慧 城市。 2智慧城市理论研究 2.1 智慧城市的概念 城市化迅猛发展，在城市的人口不断膨胀的情况下，对于提升城市居民的生活质量和 便利程度，信息化扮演着不可小觑的重要角色。在信息化迅速发展的当下5-7，城市生活也 通过信息技术连结起来，在为城市居民提供方便的同时，在科技方面也得到了迅速的提升。 智慧城市的推广为居民带来了更便捷和更舒适的生活，为城市管理者的协调管理等多方面 工作提供了辅助和协调的功能。科技的进步和人们知识水平的提高不断为智慧城市的建设 扫清障碍，为信息化及高速运转的城市发展创造了良好的智慧环境。智慧城市正在以惊人 的速度在我们身边发展着，在信息技术的高度发展下，城市居民在交通方式、生活模式、 工作环境和各项基础设施方面都体验着前所未有的便利和快捷。 智慧城市对于城市建设和城市居民生活质量提高等方面所具有的优势已经得到了国内 外学者的广泛认同。顺应现今城市的发展速度和方向，原本作为独立学科的城市规划也不 断的与信息技术相结合，试图通过新型的智慧城市模式对城市的发展进行规划，进而促成 城市建设模式的转型，以建设智慧城市的方式提升城市化的水平和质量。 表 2.1 数字城市与智慧城市的对比研究 2.2 智慧城市核心特征 顾名思义，智慧城市的核心特征在于其“智慧”8-11，而智慧的实现，有赖于建设广 泛覆盖的信息网络，具备深度互联的信息体系，构建协同的信息共享机制，实现信息的智 能处理，并拓展信息的开放应用。即如下五方面： 1、广泛覆盖的信息感知网络 广泛覆盖的信息感知网络是智慧城市的基础。任何一座城市拥有的信息资源都是海量 的，为了更及时全面的获取城市信息，更准确的判断城市状况，智慧城市的中心系统需要 拥有与城市的各类要素交流所需信息的能力。智慧城市的信息感知网络应覆盖城市的时间、 空间、对象等各个维度，能够采集不同属性、不同形式、不同密度的信息。物联网技术的 发展，为智慧城市的信息采集提供了更强大的能力。 2、多种网络的深度互联 智慧城市的信息感知是以多种信息网络为基础的，如固定电话网、互联网、移动通信 网、传感网、工业以太网等， “深度互联”要求多种网络形成有效连接，实现信息的互通访 问和接入设备的互相调度操作，实现信息资源的一体化和立体化。梅特卡夫法则指出，网 络的价值同网络节点数量的平方成正比。 3、各种资源体系协同共享 在传统城市中，信息资源和实体资源被各种行业、部门、主体之间的边界和壁垒所分 割，资源的组织方式是零散的。在协同共享的智慧城市中，任何一个应用环节都可以在授 权后启动相关联的应用，并对其应用环节进行操作，从而使各类资源可以根据系统的需要， 各司其能的发挥其最大的价值。这使各个子系统中蕴含的资源能按照共同的目标协调统一 调配，从而使智慧城市的整体价值显著高于各个子系统简单相加的价值。 4、海量信息的智能处理 智慧城市拥有体量巨大、结构复杂的信息体系，这是其决策和控制的基础，而要真正 实现“智慧” ，城市还需要表现出对所拥有的海量信息进行智能处理的能力，这要求系统根 据不断触发的各种需求对数据进行分析，产生所需知识，自主的进行判断和预测，从而实 现智能决策，并向相应的执行设备给出控制指令，这一过程中还需要体现出自我学习的能 力。 2.3 建构模式分析 通过对目前智慧城市建设的实践，上海、宁波等大城市对智慧城市的模式有了初步的 设想，从这些城市的建构思想笔者总结出了智慧城市的初步模式。智慧城市作为智慧的体 现在某些程度上说是人的功能的外化，智慧城市的建构模式在有些方面与人的感觉、思维、 和智力活动极为相似，作为人的功能技术化模式，智慧城市就可以理解为智慧城市就是人 的功能放大的城市，进而智慧城市就可分为具有生命感的三个基本层次，包括感知层、网 络层和智慧层，这三个层次与人的感直觉、神经末梢、大脑决策有某些相似之处，有着明 显的人工生命化追求的痕迹。 感知层是智慧城市的感觉器官，传感设备在智慧城市中的广泛嵌入形成了智慧城市的 感觉器官，感知层的功能是收集现实世界中发生的物理事件和转换的数据，包含各种物理 信息、身份识别信息人造信息等，感知层主要决定物品能否被感知和能否转化成数字信息。 感知层通过在相关区域布置大量的传感设备，对水、大气、树木、危险物品、交通流量、 医疗信息等对象的信息进行全面感知，从而全面地采集实时数据，感知层主要涉及传感器 等各种信息配套获取技术对现实世界的信息感知和获知，与人的感觉器官颇为相似。 网络层是智慧城市的信息传输层。它将完成整个城市信息区域非地理意义上的信息传递与 沟通，通过互联网、泛在陶、互联网、物联网形成一个天罗地网，并对釆集到的全部信息 进行实时、准确、可靠的传递，把信息快捷、准确地送到城市的各个具体应用的点，使物 体自己之间能远距离和跨领域互相通信，从而实现城市之间、甚至全球范围内的感知联接。 网络层是架设在感知层和应用层之间的桥梁，主要负责信息的传输。按照智慧城市的特征 与发展目标，网络层具有泛在化的能力，不仅建构无处不在的网络，而且为智慧城市的运 营主体提供随时随地的服务网络层正如人的经络一样把人的各个感知器官联通，实现了耳 听八方、眼观六路的实时连接。 智慧层是智慧城市的思维层，也是智慧城市最后决策层。 “应用层对海量的数据进行快 速、集中、准确的分析和处理，并做出智能化的控制与处理，完成物体信息的采集、分析、 决策等功能，智慧层是物联网的控制层、决策层” 。作为智慧城市技术构成的决策层，主 要进行数据处理、信息集成、服务发现及服务呈现等，为智慧城市的运营提供直接的智能 化服务和信息指导，并对现实世界采取直接干预。 图 2.1 智慧城市建构模式 3国外智慧城市建设模式研究 3.1 国外智慧城市建设现状 信息技术的高速发展带来了全球普遍的信息化浪潮，未来越来越需要依赖信息技术而 推动智慧城市发展，世界各国和政府组织都不约而同地提出了依赖互联网12-15和信息技术 来改变城市未来发展蓝图的计划。美国率先提出了国家信息基础设施(NII)和全球信息基础 设施(GII)计划。接着，欧盟又着力推进“信息社会”计划，并确定了欧洲信息社会的十大 应用领域，作为欧盟“信息社会”建设的主攻方向。在 2007 至 2013 年间，欧盟为信息 和通信技术研发所投入的资金将达 20 亿欧元左右。 3.2 国外智慧城市建设情况分析 国外智慧城市建设情况各种各样，不同的国家有着不同的建设模式和特征，对这些国 家智慧城市的建设过程进行分析对于我国智慧城市的建设将会有很大的帮助。 国外16-18几个典型的国家智慧城市建设背景各不相同，但深入分析后可以得出以下结 论：从相似性上来看，各个国家虽然具体建设背景不同，但也有相似之处，那就是传统城 市发展模式已经无法满足当今社会的发展，产业结构单一，规避风险能力较弱，资源消耗 过大是每个国家都面临的一个问题。而智慧城市的建设则是这些问题得以解决的一条最好 的出路。 3.2 国外智慧城市建设模式分析 国外智慧城市建设模式从宏观来看主要由以下几种模式17 1.以政府领导为主，企业与科研院校配合为辅。该模式主要见于发展中国家，在这些 国家中，由于经济实力与科研背景与发达国家有所差距，大多数企业无论经济实力还是意 识都与发达国家有着不小的距离，所以，在这些国家中，企业的积极性没有太高。 2.以企业或电子通信等第三方部门投资建设为主，政府配合为辅这种模式主要见于发 达国家和地区，在这些地区，无论是经济实力、基础设施建设还是科研能力都已经达到了 非常高的水平，企业与科研部门的经济雄厚以及前瞻性看到了信息技术在未来的盈利潜力， 自发的提出或投资建设了信息技术产业园区。 3 政府和企业共同建设 这种模式比较适合于有着独特环境，以及特有的文化历史因素的国家和地区，例如美 国智能电网的建设。这种模式可以借鉴第一种和第二种模式的优缺点，从而探索出适合自 己国情的建设模式。 4国内智慧城市建设模式研究 4.1 国内智慧城市建设现状分析 智慧城市的基础是物联网。我国对智慧城市、物联网18-19发展高度重视。2009 年 8 月 7 日，国务院总理温家宝视察中科院嘉兴无线传感网工程中心无锡研发分中心，提出“在 传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，并且明确要求尽快建立中国 的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。全国政协副主席、科技部部长万钢在今年上 海世博会上的演讲让科学技术引领城市未来发展18中指出：“未来城市发展趋势的一 个主要特点就是城市的运行将具备感知和自适应能力，为推动城市的可持续发展，应加强 信息、智能等技术的应用推广，提高城市的综合管理水平，建立和完善基于感知网、智能 化技术的网络体系，提高城市防灾减灾和应急处置能力。”在全球智慧风潮和国家政策的 鼓励下，北京、上海、广东、南京等省市已把智慧城市列入重点研究课题，纷纷加入“智 慧城市”、“感知中国”建设的赛跑，希望借助物联网布局在未来的经济竞争中脱颖而出， 有的甚至已经着手编制智慧城市专项规定。 4.2 国内智慧城市建设中存在的主要问题 国内智慧城市建设过程中主要存在以下几类问题： 1、缺乏政策性指导 缺乏全国性的政策导致智慧城市概念模糊、定位不清。中国在智慧城市的技术开发上 才刚刚开始，缺乏这方面专业的 IT 企业和产品，加上地方政府以发展产业为主要目标， 因此各地政府着力培养与之相关的产业。IT 基础相对落后，中国智慧城市建设将首先大规 模投资基础设施。城市 IT 基础建设由各部门（企业）分开管理，统一平台难以建立，目 前以行业智慧化为主。 2、发展阶段认识不清，口号过大 中国智慧城市远未达到能大规模发展的阶段，政府应及时出台长期的城市信息化战略 作为指导，防止19,20重复建设、投资浪费。目前国内的智慧城市“口号”过大，实施起来 由于技术、行政体制、商业模式等原因比较困难，并且很多都不是真正意义的智慧城市。 缺乏长期战略，地方政府盲目上马项目，企业看不清前景，参与较少。在日本智慧城市战 略出台后，日本各大财团企业联合成立了合作共同体“智慧城市企划株式会社”，包括夏 普、伊藤忠商事、清水设计、日立制作所、三井不动产等。 3、核心技术有待进一步研发 核心技术是中国智慧城市发展的潜在障碍，应加强研发。目前国内针对智慧城市的研 发机构很少，只有针对行业和产品应用的研发中心，例如智慧电网、智慧交通、传感器等。 4、市民参与感不强 智慧城市不仅意味着硬件的完善，更要求居民 IT 素质、环保意识、城市创新能力、 人才吸引力等软件的提升。智慧城市的应用需要居民、企业、城市管理人员的积极参与才 能真正发挥作用。在生态城市的建设中，帮助市民建立环保意识比在硬件投入更重要。国 际上许多智慧城市在规划时都将培育创新人才、培养居民的 IT 使用习惯作为重点内容。 4.3 国内智慧城市建设的关键因素分析 一 政府的政策以及前瞻性 政府的政策以及政府的前瞻性，即政府对于智慧城市的重视程度与认知程度可以说决 定了一个城市智慧城市建设情况，尤其在发展中国家更加重要，我们都知道，政策研究的 基础是通过观察、调查、试验、归纳等手段对客观事实进行收集和整理，因此一个地区对 于智慧城市的政策基本上等于是对该地区进行了一个全方位的调研与评价，最终得出是否 适合建立智慧城市。 二 经济基础 众所周知，智慧城市的建设是一个投资巨大，且是一个持续不断的建设过程，前期基 础设施建设以及后期的二次投资以及研发经费都不是一个小数目，如果说政府的政策决定 了智慧城市的建设与否，那么经济基础就决定了智慧城市建设的可行性与否，一个地区， 当经济基础到达一定阶段，人民素质到达一定境界，才是智慧城市启动的最佳时机。要认 识清目前现状，不要盲目跟风。经济基础是一个地区实力的数字表现，也是智慧城市建设 的硬性条件。 三 基础设施建设情况 基础设施建设情况包含该地区的光纤覆盖率，无线网络覆盖率，信息共享机制建设情 况等等。一个地区的基础设施建设情况可以被认为是该地区信息技术的基础，这一因素是 智慧城市的建设基础，基础设施的建设不是一朝一夕的事，而是一个长期积累的过程，是 一个地区的技术底蕴。发达地区的基础设施建设良好，其发展智慧城市就会更加容易与快 速，而基础设施建设较差的地区，则建设智慧城市比较困难，甚至不适合进行智慧城市的 建设。因此，基础设施建设情况也是智慧城市建设的一个关键因素。 四 法律法规是否完善 法律法规可以看作是智慧城市建设过程中的最后保障，健全的法律法规对于智慧城市 的建设是必不可少的，在信息社会中，由于人们有着不同的目的，会有不同的问题出现， 如果只是单从技术层面来限制人们的活动，只能解决一时一事，而无法从长远和全面的角 度来对人的行为进行约束，只有运用法律的强制性，普遍性等才能保障在智慧城市的建设 和运营过程中人们的合法权益不受侵害。因此，完善的法律法规也是智慧城市建设的一个 关进因素。 五 充足的高科技人才储备 充足的人才储备是一个地区智慧城市建设的源源不断的强大动力，一个地区的高科技 人才储备水平也间接地从侧面反映出了这个地区的科研水平。智慧城市的建设过程充斥着 高端的技术与产品的应用。而高科技人才的储备要从这个地区的教育水平，科研机构水平 以及政府对于高级人才的引进政策等几个方面来着手，少了高科技人才，智慧城市的建设 只能是纸上谈兵。 5. 结 论 如今，对于智慧城市的研究逐渐成为各国学者的研究热点，国内学者也相继从不同的 方面对智慧城市与物联网、云计算等新生概念进行研究。但多数此类研究都停留于对智慧 城市概念的描述、建设现状的概述。目前我国学者对于智慧城市建设模式以及智慧城市建 设关键因素的研究还并不多，因此在这一领域有很多理论与实证研究的空白，可以值得以 后的学者进一步研究。本文在智慧城市建设模式的研究中作出了一定的贡献，但对于这一 领域的研究仍然有很多地方值得改进： 一、在国外智慧城市建设案例选取方面，本研究只是选择了有代表性的四个国家建设 情况：马来西亚、新加坡、瑞典斯德哥尔摩和美国。但是世界其他国家智慧城市建设的成 功案例还有很多，未来的研究可以采用更大的样本，研究更多的国家案例，以得出更全面 和有说服性的研究结果。 二、由于研究时间等因素的限制，本研究对于国内所有的城市简单的运用了一、二、 三线城市来进行分类并逐个分析其智慧城市的建设模式。但是这种简单地对我国城市的分 类对于我国智慧城市建设模式的研究是远远不够的。因此在未来的研究中，对于我国各个 不同地域不同文化特色、不同产业结构所相应的不同智慧城市建设模式的研究也是一个值 得研究的选题。 三、有关智慧城市建设模式的理论和实践研究在国际上已经有不少声音，但是有关于 我国的智慧城市建设模式研究还属于起步阶段，本研究虽对这一理论进行了一定的发展， 但是还有很多的不足，未来的研究可以不断充实这一理论基于中国情景的发展。 参考文献: 1 梁军，黄骞从数字城市到智慧城市的技术发展机遇与挑战J，地理信息世界， 2012(10) 2 辜胜阻，杨建武，刘江日当前我国智慧城市建设中的问题与对策J，中国软科学， 2013(1) 3 张永民，杜忠潮我国智慧城市建设的现状及思考J，中国信息界，2011(2) 4 陈柳钦智慧城市：全球城市发展新热点J，青岛科技大学学报（社会科学版） ， 2011(3) 5 巫细波，杨再高智慧城市理念与未来城市发展J，城市管理，2010(11) 6美IBM 商业价值研究院智慧的城市在中国（R） IBM 公司官方网站， 2009 7美IBM 云计算中心 Hipods “智慧的地球”IBM 云计算 2.0（R） IBM 中国公司， 2009：1-7. 8 美IBM 中国公司 “智慧的地球”-IBM 云计算 2.0（R） IBM 公司版权所有， 2009 9 美钱大群.智慧的城市在中国（R） IBM 商业价值研究院，2009：1-37. 10 IBM 商业价值研究院，智慧的城市在中国(EB/OL)，2009.02 /cn/services/bcs.iibv. 11 IBM 商 业 价 值 研 究 院 ， 智 慧 地 球 赢 在 中 国 (EB/OL)， 200