国内外智慧城市研究及实践综述

国内外智慧城市研究及实践综述

陈伟清1a，c，覃云1b，孙栾2（1.广西大学a.土木建筑工程学院；b.公共管理学院；c.工程防灾与结构安全教育部重点实验室，广西南宁530004；2.桂林理工大学测绘与地理信息学院，广西桂林541000）Summary：随着智慧城市在全球的快速发展，“智慧城市”的理念逐渐为被越来越多的国家和公众所接受。国内外众多学者和研究机构对智慧城市相关理论研究和各国智慧城市建设实践的探索，不仅丰富了智慧城市的基础理论知识，而且有力地推动了智慧城市的建设发展。关注和了解国内外智慧城市理论研究的最新动态，吸收借鉴国内外发达地区和城市的智慧城市建设经验，未来我国的智慧城市研究和建设应加强智慧城市基础理论体系的深入研究；重视智慧技术的研究和应用；强调智慧运用的实际需求；把智慧环保建设放在重要位置。Keys：智慧地球；智慧城市；感知城市；物联网；大数据C912.81：A：1004-6917（2014）11-0141-05“智慧城市”概念为未来城市建设和发展提供了新的思路和途径，引起了国内外相关学者和研究机构的研究与探索，并在世界各国掀起了一股建设热潮。为全面了解国内外智慧城市发展动态，进一步促进我国智慧城市建设健康发展，本文通过疏理国内外智慧城市理论研究发展和建设实践的最新动态，归纳了国内外智慧城市建设的模式差异，总结国内外智慧城市建设的主要经验和启示并提出建议，为我国智慧城市的深入研究和建设提供参考和借鉴。一、智慧城市概念智慧城市是由数字城市不断发展演化而成的，它是基于新一代信息技术与知识社会创新2.0的环境下的城市信息化发展的更高阶段。国内外不少学者对智慧城市的内涵也做了相关界定，IBM将智慧城市定义为：能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活[1]。笔者认为智慧城市是在充分运用先进现代信息技术的基础上，实现城市智慧化管理的顺利运行，为城市发展创造一个便捷、舒适和灵活的生产生活环境，最终实现城市的可持续发展。二、国外智慧城市研究实践动态（一）国外智慧城市研究现状国外对智慧城市的研究比较早，形成了相对比较完整的研究体系，包括对智慧城市基本理论、基本架构、技术体系、基本领域等研究，取得了不少研究成果。1990年美国加利福尼亚州圣弗朗西斯科举行了一场关于“智慧城市，快速系统，全球网络”的会议，探讨了以“智慧”的信息通信技术来推进城市竞争力和可持续发展的经验，并出版了会议文集[2]，这是关于智慧城市研究的早期代表性文献。随着21世纪新一轮信息技术革命的进一步发展，国外学者的研究水平也逐步提升，极大地推动了智慧城市理论研究的发展。美国IBM公司2008年提出“智慧地球”概念，并在电力、医疗、城市、交通、银行和供应链等方面提出解决方案。在创新时代2.0背景下，国外学者普遍认为创新能力是智慧城市得以发展的动力来源，AndreaCaragliu等通过数据分析了影响智慧城市的因素，发现创新能力对城市环境质量、教育水平、多形式互联和行政信息技术的利用水平等起着重要作用[3]。HansSchaffers等基于当前智能城市景观的分析，将智能城市放在开放的环境和用户驱动创新实验条件下来验证未来互联网服务，得出了未来互联网公共服务资源可以在开放式创新环境下实现共享的观点[4]。对于智慧城市的评价研究方面，BeibeiHu，TheodorePatkos等提出了一种基于规则体系结构理论，以用户在智慧城市的现实感受来对智慧城市进行相关性评价，以此提高智慧城市的智能化服务水平[5]。在智慧城市的运行体制研究中，HendrikHielkema等通过赫尔辛基地区智慧城市建设的例子证明竞争机制能够鼓励移动应用程序的开发利用和数据的开放，从而推动开发移动应用程序集群创新方式的应用[6]。智慧城市的信息数据的安全是非常重要的，对于智慧城市运行系统中的个人信息安全问题，Jae-SooJang，Hyung-MinLim在U-City平台上研究出了一种集成身份验证系统（UCIAS），该系统可以有效保护公民的隐私和防止恶意攻击[7]。（二）国外智慧城市建设实践智慧城市建设发展至今，其理念更加丰富、目标更加清晰，并已经受到广泛的认可。国外对于智慧城市的理论和技术的研究成果也在智慧城市的实际建设当中得到应用，许多国家和地区尤其是欧洲、美国和亚洲等都提出了“智慧城市”建设战略，如欧盟的“智慧城市和社区计划”、美国的“智慧地球”、韩国的“智能首尔2015”计划、新加坡的“智慧国2015”（IntelligentNation2015）战略等。在全球掀起了一股“智慧城市”的建设热潮，许多国家在智慧城市的建设上也取得了比较突出的成果，具体如下：1.佛罗里达——智慧电网。2009年美国政府总统奥巴马宣布，实施智能电网拨款项目（SmartGridInvestmentGrantProgram，SGIG），以此带动整个美国地区的智慧电网发展。佛罗里达电力和照明公司（FPL）从2009年就开始建设智能电网项目，并于2014年4月建成了美国第一个完整的智能电网系统。智慧电网系统取代了传统电表而采用新型智慧电表，在电线杆和电线上安装无线射频通信设备，能够实时监控电网的性能和运行状况，诊断停电故障并实现电力改道，帮助电力更快恢复。2.马德里——智慧交通。西班牙首都马德里市区的交通拥堵一直是难以解决的问题，为了提高城市交通运作效率，马德里政府通过在各个街道的十字路口安装了一种基于互补技术、含有先进传感设备的专业交通管制系统，实现了对各个十字路口的车流量实时自动探测，利用交通控制器对车辆进行相变引导，使车辆在最短的时间内快速通过路口。这项措施不仅提高了交通通过率，而且减少了污染物的排放，未来该系统将在西班牙其他城市推广运用。3.米尔海姆——智慧建筑。德国鲁尔河畔米尔海姆地区从2012年开始在大学社区等公共建筑建立含有ICT系统的能源监控系统。该系统集成利用先进的物联网技术、智能化统计和计算建筑内的空调、电灯、电视等各项能耗数据，将数据显示在在公共显示屏和手机应用程序中，以此来提醒人们节约能源。同时，该系统在建筑物上采用一种多功能节能材料，能够生产和存储能源，并进行自我修复和清洁，大大降低了建筑成本，而且实现了温室气体的零排放。4.维也纳——智慧城管。奥地利首都维也纳市在2013年“世界十大智慧城市”的评比中获得了第一名。早在2011年维也纳就提出了“智慧城市”发展目标，并大力建设智慧化的城市管理系统。如“城市供暖和制冷计划”，在供暖方面，利用新型环保方式将回收的固态垃圾和废水转化成新能源，既满足了城市的供暖需求，又减少了二氧化碳的排放。在制冷方面，在建筑安装先进的节能制冷系统，使能源的需求降到了传统能源需求的10%。建成了智慧排污系统，在排水管网枢纽区安装先进的监测设备，对管网内污水的各项指标进行实时动态监测。5.新加坡——智慧政府。新加坡政府一直对信息化建设和应用高度重视。目前新加坡正在实施“智慧国2015”战略。在智慧政府建设领域中新加坡处于全球中领先地位，新加坡的电子政府公共服务架构高度整合了各类政府服务项目，为市民和企业等提供了一站式服务窗口，不仅提高了政府的行政效率，改善了企业民众与政府之间的沟通方式，也推动了新加坡整个社会经济的快速发展。6.首尔——无所不在的信息化。韩国首尔市的“智能首尔2015”计划，借助先进的网络基础和新信息通信技术对公共通信平台进行整合，将首尔市打造成一座信息技术无所不在的智能城市，让市民随时随地享受到智慧城市带来的全面、高效、便捷的服务。例如，首尔市开发出三维（3D）数字地图，市民可以通过手机、电脑等智能终端实现虚拟与现实技术相融合的实景导航、城市街景、环境监测、虚拟游览等服务。三、国内智慧城市研究实践动态（一）国内智慧城市研究现状上海社会科学院信息研究所编写的《智慧城市辞典》[8]和《智慧城市论丛》[9]是国内较早的介绍国内外智慧城市建设实践情况以及相关先进技术的文献。智慧城市不是一朝一夕就能建成，它涉及城市发展的诸多层面，是一个庞大且复杂的系统工程。同济大学教授程大章指出智慧城市建设要运用系统工程的理论和方法来确定智慧城市发展战略，并出版了《智慧城市顶层设计导论》[10]一书，为我国的智慧城市顶层设计方面提供借鉴。中国信息界专家委员会委员张永民提出“智慧中国”概念，并对其发展模式、关键技术、系统工程、建设对策等方面都做了初步探索，勾勒出“智慧中国”的未来建设蓝图[11]。关于智慧城市的技术研究方面，杨正洪对智慧城市建设的支撑技术（云计算、大数据、物联网）做了系统梳理并运用案例进行介绍，出版了相应专著[12]，为解决国内智慧城市建设的技术问题等提供了有价值的参考。关于我国智慧城市评价研究方面，罗文结合国内外建设评估经验，针对我国城市发展的差异，提出了我国智慧城市诊断评估理论模型、框架及实践方法等[13]，对我国各城市的智慧城市评价工作和研究具有深刻的理论和现实意义。北京国脉互联公司是一家主要针对“智慧城市”相关领域提供咨询和服务的机构。2011年至2013年，国脉互联公司连续三年公布了《中国智慧城市发展水平评估报告》[14]。北京赛迪信息工程设计有限公司多年来致力于我国智慧城市的相关研究并取得众多成果，为政府、企业、个人深入了解中国智慧城市现状，把握中国智慧城市发展脉络的重要资料，为国家和地方的智慧城市建设和产业发展提供了参考[15]。我国虽然对于“智慧城市”的研究起步晚于国外，但是发展的速度相当惊人。国内众多学者和相关机构围绕“智慧城市”相关理论和技术体系等在各个领域进行了广泛的研究和探索，取得了较为可观的成果，为我国的智慧城市建设实践奠定了坚实的理论基础。然而在现有的科技水平条件下，我国在智慧城市领域的理论研究中不够深入，研究和实践仍处于较低水平。（二）国内智慧城市建设实践智慧城市理念为城市发展提供了新的思路和途径，也是未来中国新型城镇化发展目标和方向，从中央到地方都在谋划智慧城市的建设布局。仅在2013年，住建部先后公布的两批国家智慧城市试点城市（区、县、镇）就达193个，目前国内已经有超过300个城市提出建设智慧城市的发展目标和战略规划，全国智慧城市犹如雨后春笋快速发展。根据我国智慧城市建设“一城一策”原则，各个城市的智慧城市建设出发点也各有不同，我国一些较发达地区和城市也在“智慧城市”的建设中取得长足发展，具体如下：1.智慧上海——光网城市。上海率先在国内开展“光网城市”工程建设、推动公共场所无线局域网建设、积极开展三网融合、云计算、物联网等技术研发应用，并将信息技术广泛应用于城市各领域；在2014年的上海市政府工作报告中进一步明确全面综合地推进智慧城市建设。当前上海市在公共无线局域网覆盖密度和规模、三网融合业务、高清电视、高清IPTV等信息消费水平均为全国第一。2.智慧北京——世界城市。北京市在“十二五”规划提出，将围绕政府智能服务、城市智能运转、企业智能运营以及生活智能便捷等方面展开“智慧北京”建设。北京市在2012年发布的《智慧北京行动纲要》中明确了“智慧北京”各项行动计划，之后又陆续编制实施了各项措施。目前北京市的信息基础设施建设取得显著成效，特别是在卫生、教育、社保、安防等领域取得了突破性进展，建成了电子政务专网、社区公共服务平台以及社会保障卡系统等项目。3.智慧无锡——感知城市。无锡市的物联网产业发展应用在国内乃至国际上都享有较高知名度。在2010年开始无锡力争建设具有全球影响力的物联网应用示范先导区。在无锡市“十二五”规划纲要中提出了“感知城市”的建设目标。目前，无锡市基本建成了在交通、工农业、教育、电力等领域的一系列感知示范工程，成为引领全国物联网产业发展和应用先行区。4.智慧深圳——安防之都。深圳市政府在“十二五”规划纲要中把建设“智慧深圳”作为未来信息化发展目标；2013年，深圳市政府发布了《智慧深圳建设实施方案（2013-2015年）》，以建设一座科技、人文和生态的智慧型现代化城市为目标。目前深圳正在加速推进“无线城市”建设；发展“云物流”，打造华南智慧物流基地；建成了综合交通运行指挥中心，实施“U交通战略”，成为国内领先的智慧交通城市；推动物联网产业在安防领域的研究应用，被誉为“国家安防之都”。5.智慧南宁——智慧绿城。南宁市在数字城市的建设上已经积累了丰富的实践基础经验，2012年在“数字南宁”的建设基础上深化推进“智慧南宁”的建设战略。目前，南宁市城市通信网络服务能力和宽带覆盖达到国内先进水平，建成了国际先进的信息化综合服务大楼，整合统一全市电子政务网络平台、公安专网、社会治安监控网等政府公共信息与网络平台，建成了面向东盟的国际信息服务展示中心、数字绩效展示中心，实施了集合公交、医疗、金融等多领域应用于一体的“市民卡”工程等一系列智慧公共服务项目，全方位打造“智慧绿城”。6.智慧台湾——智慧生活。中国台湾地区很早就开始了数字信息化建设，目前正在实施“智慧台湾”战略中的“i-236智慧生活科技运用计划”。该计划围绕“智慧小镇”和“智慧经贸园区”两个主轴，整合运用宽带互联网络、数字电视网络和传感网络三种网络，促进智慧技术在农业休闲、舒适便利、安全防灾、医疗照顾、节能环保、智慧便捷六大领域的应用。目前“智慧台湾”的建设取得了巨大的成就，如台北市、桃园县、台中市、新北市等多次在国际智慧城市的评比中获奖。四、总结与未来展望综观全球，国内外对智慧城市的研究和建设基本处于实践探索阶段，国内外智慧城市建设虽各有差异，但宗旨都是希望建设一个更加便捷、舒适、智能和可持续发展的城市。国外研究主要是以技术为导向的基础理论研究，主要有以下几方面建设模式：以企业为主体、政府与企业联合建设、以本地优势和需求为导向、以解决民生环保为重点等。国内的研究主要是对国外的研究进行梳理和介绍，或是对基本理论和战略规划等方面进行研究，缺乏深度和广度；建设模式主要是依靠以政府为主导推动，以基础设施建设为重点导向，缺乏有效的联动机制。当前中国已进入智慧城市规划建设和实施阶段，但由于我国智慧城市相关的理论体系、技术体系、研究方法等与国外相比仍然落后，存在着诸多尚未被认识的问题和风险，实践的水平也较低。可以说，我国目前对智慧城市的研究尚无法满足当前我国智慧城市建设和实践的需求。我们知道，智慧城市是一项复杂的系统工程，不是一朝一夕就能够建成的，未来我国的智慧城市研究和建设应对以下几个方面加以重视。第一，加强智慧城市基础理论体系的深入研究。我国针对智慧城市建设的相关理论研究还比较少，尚未形成统一完善的理论体系，后续的研究应结合我国实际加强在智慧城市架构、智慧城市构建方案、智慧城市建设模式、智慧城市建设路径等方面理论的深入研究。第二，重视智慧技术的研究和应用。我国在智慧城市技术的研究和应用水平总体上仍落后于发达国家，要积极引入国外先进技术加以吸收消化，并加强自身科研能力。如提高我国宽带覆盖范围和速度；在各领域建设中运用物联网技术；加快云服务建设，将城市各个领域智慧有效地连接起来。第三，强调智慧运用的实际需求。智慧城市建设要结合我国国情，设计出符合我国实际的智慧城市发展规划，解决我国城市发展中面临的实际问题和需求。例如，在医疗、交通、安防、教育等领域，我国各个城市可借鉴其他城市经验，但不能依葫芦画瓢，要结合本市的特点和需求，发展具有自身特色的智慧城市发展道路。第四，把智慧环保建设放在重要位置。没有良好的环境就没有良好的发展条件，在智慧城市建设中必须重视对环境资源的保护，发展绿色智慧产业，运用先进技术对环境资源进行有效监测、评估、预警、改良等，为智慧城市健康发展创造一个良好环境，实现智慧城市的可持续发展。Reference：[1]IBM商业价值研究院.智慧地球[M].北京：东方出版社，2009.[2]DavidVGibson，GeorgeKozmetsky，RaymondWSmilor.TheTechnopolisphenomenon：smartcities，fastsystems，globalnetworks[R].1992.[3]AndreaCaragliu，ChiaraDelBo，PeterNijkamp.SmartcitiesinEurope[J].Ideas，2009，98（5）：1766-1782.[4]HansSchaffers.SmartCitiesandtheFutureInternet：TowardsCooperationframeworksforOpenInnovation[J].TheFutureInternetLectureNotesinComputerScience，2011，（6656）：431-446.[5]BeibeiHu，TheodorePatkos，AbdelghaniChibani，YacineAmirat.Rule-basedContextAssessmentinSmartCitie