智慧城市的原理及其在我国城市发展中的功能和意义

史璐

（中央民族大学管理学院，北京 100081）

智慧城市的原理及其在我国城市发展中的功能和意义

史璐

（中央民族大学管理学院，北京 100081）

本文从智慧地球的理念入手，系统论述智慧城市的理论基础、概念和特征；分析智慧城市的业务构架和具体功能；前瞻性地论述智慧城市建设在我国城市发展中的重要意义；最后，本文对智慧城市建设应注意的问题以及配套改革措施进行了展望。论文在系统综述的基础上，力求深入浅出、论述严谨，供政府相关决策者和研究人员参考。

物联网；智慧地球；智慧城市；城市发展

1 智慧地球的理念解析

智慧地球（Smart Planet）试图构建新的“智慧”社会管理模型。（1）把传感器嵌入到电网、交通设施、建筑、供水系统、大坝、医疗商业设备等物体中，物理设施可以被感知，信息技术向物理世界延伸，构成“传感网（Sensor Networks）”；再利用有线和无线通讯技术，把传感网信息和通讯系统连接，人和物体之间可以对话，物体就智能化，物体之间也可以交流，建立了“物联网（Internet of Things）”。（2）物联网信息通过互联网通信技术整合，世界上任何地方都可以获取物联网所载的万事万物信息。（3）通过超级计算机和“云计算（Cloud Computing）”，应用先进的数据处理技术，建立模型、预测和分析获取的所有数据，提供决策支持和行动解决方案，对数以亿计甚至更多的物体进行实时动态管理［1］。

智慧地球的应用包括：智慧城市、智慧电力、智慧医疗、智慧交通、智慧供应链、智慧银行、智慧气象、智慧食品系统、智慧金融、智慧水资源管理等等。其功能举例见表1。

2 智慧城市的概念和特征

在未来大多数人口居住在城市，城市人口密集、系统复杂，人与自然矛盾突出。“智慧城市（Smart City）”是“智慧地球”最重要、最综合的应用。

表1 智慧地球的功能举例

2.1 城市运行基于六大核心系统

如表2所示，在智慧城市模型下城市由六大核心系统组成，六大核心系统又可以进一步归类：其中人的社会网络和政府对商业管制属于 “社会网络”，前者是人与人之间的组织系统，后者是城市业务系统（政府政务和商务）；运输、通讯、水和能源构成城市的基础设施，前两个是人类活动的基础设施，后两个是获取环境资源的基础设施。

城市是六大核心系统相互协作而组成的宏观系统，城市参与者（政府、企业、组织和个人）的活动体现为在城市宏观系统中，基于城市基础设施获取环境资源并从事各种社会活动。

2.2 智慧城市的概念

表2 城市的六大核心系统

智慧城市是指在城市发展过程中，地方政府为行使经济调节、市场监督、社会管理和公共服务的职能，充分利用物联网和互联网等信息通讯技术，智能地感知、分析和集成城市所辖的环境、资源、基础设施、公共安全、城市服务、公益事业、公民、企业和其他社会组织的运行状况，以及它们对政府职能的需求，并做出相应的政府行为。智慧城市的目的是形成城市系统运转的良性循环，以创造一个更好的生活、工作、休息和娱乐的城市环境。

智慧城市要求每个核心系统都达到智慧运行的程度，六大核心系统之下有具体的子系统；核心系统及其子系统的建设，不是孤立的，而是相互联系的。

2.3 智慧城市的特征

（1）基于透彻感知的物联化（Instrumented）。透彻感知是指，一方面智慧城市物联网的感知手段超越了一般性的传感装置，如传感器、无线射频识别标记（RFID）、GPS、监控摄像、手持终端、数码相机和手机等，包括任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程；另一方面，感知的客体更加丰富，包括从人的血压到公司财务数据的生理和社会活动。物联化是指城市公共设施物联成网，物联网实现 “无所不在的连接”（Pervasive Connectivity），对城市核心系统实时感测。

（2）更全面的互联互通（Interconnected）。物联网信息通过各种形式的高速和高带宽的通信网络工具进行互通互联，进行交互和多方共享。智慧城市系统中，物联网和互联网系统完全连接融合，将数据整合为城市核心系统的运行全图，城市参与者可以对自然环境和城市运行情况进行实时监控，从全局角度分析并解决问题；同时分析的高度、（远程）协作的广度大大增强，改变了城市运作方式。

（3）全面升级的智能化（Intelligent）。超级计算机的运算速度已经突破1petaflop，未来渴望达到1000petaflop（1 petaflop等于每秒1千万亿次运算，也称1000兆；1000 petaflop每秒100万万亿次运算，也称100万兆），应用最先进的云计算技术和数据挖掘等数据处理技术，整合和分析海量的跨地域、跨行业和跨职能部门的数据和信息，并将特定的知识应用到特定的行业和场景，制定特定的解决方案，更好地支持决策和行动。

（4）系统运作和激励创新。智慧城市使得政府、企业、个人、各种组织和城市系统之间的关系重新定义，从过去单纬度的“生产-消费”、“管理-被管理”、“计划-执行”转变为先进、多维和新型的协作关系，基于智能基础设施，达成城市系统运作的最佳状态。智慧城市激励政府、企业和个人在智慧基础设施之上进行科技和业务的创新应用，为城市提供源源不断的发展动力［2］。

3 智慧城市的业务构架和功能分析

如图1所示，智慧城市的建设首先需制定并执行智慧城市综合规划，然后构建智慧城市业务构架的四个层次：基础业务、行政业务、智慧服务、智慧城市运行管理。

3.1 基础业务

基础业务是智慧城市的最基础功能和应用，完成城市信息的实时获取，实施即时的城市管理。通过城市网格化管理，实现城市管理信息化、标准化、精细化和动态化，提高管理效率并且改善市容市貌和维护城市安全。

（1）数字城管。例如可将城区划分为1万平方米为单位的网络状单元，应用物联网技术对流动摊贩、违反市容规定行为等进行实时监控和精确管理，明确管理责任人，实现分层、分级、全区域管理。

图1 智慧城市的业务构架

（2）平安城市。通过犯罪实时监控技术为犯罪侦查提供及时丰富的信息和分析支持，实现公安系统各级别监控联网，整合安防监控系统、城市报警系统、电子警察系统等，构建城市安全的基础平台。

3.2 行政业务

智慧城市的行政业务系统指构建综合电子政务平台、整合公共服务。将一系列行政事务进行整合和管理优化，形成“多个部门、一个政府”的格局，主要系统功能有：

（1）并联审批。实现市（区）级社区横向联系，建立跨政府各职能部门的数据标准及交换体系。实现各类行政业务的共享，树立服务性政府为民办事的形象。通过信息透明公开，加强社会监管，实现“阳光式”权力运行。

（2）建立网上虚拟电子政务大厅。实现“一站式”市政服务，精简政务流程，不仅降低了行政成本，而且让市民和企事业单位足不出户完成行政审批和其他政府服务。

以上两个业务层次智慧程度比较低，是智慧城市的低级应用，但可以有效提高管理效率和降低行政成本。

3.3 智慧服务

智慧服务针对城市面临的具体问题提出智慧解决方案。

（1）智慧城市交通。智慧城市交通整合公共汽车系统、出租车系统、城市捷运系统（MRT）、城市轻轨系统（LRT）、城市高速路监控信息系统（EMAS）、车速信息系统（TrafficScan）、电子收费系统（ERP）、道路信息管理系统 （RIMS）、优化交通信号系统（GLIDE）、电子通讯系统和车内导航系统信息，提供综合的实时信息服务，并对交通流量进行预测和智能判断。如果遇到突发事件可以优化应急方案，调动救援资源。

智慧城市交通还可以通过感知交通流量并进行预测和建立模型，提供智能的“拥堵费”收取系统、停车位管理收费系统，通过“收费”杠杆引导车流，有效缓解城市交通压力，缓解拥堵和污染问题。例如瑞典斯德哥尔摩建立了智慧交通体系，按照拥堵程度对交通智能收费，该市汽车使用量降低了25%，汽车碳排放降低14%。

（2）智慧城市医疗。不仅可以实现表1中所示智慧医疗的基本功能，智慧城市医疗还可以解决城市的特色问题。例如，可以通过建立“语义化个人健康电子病历”，使医疗机构间信息对接，医疗资源得以整合，解决社区医院、专科医院和大医院之间分工协作问题。使得“小病进社区、大病进医院、康复回社区”成为现实，有助于解决“看病难、看病贵”的问题。在这样的模式下，还可以有效提升用药安全水平和临床诊疗水平。

（3）智慧食品。近年来我国城市食品供应安全问题频发，食品安全包括生产安全和流通安全。智慧食品系统包括三个子系统：A.追踪系统。通过物联网技术对农、林、畜、牧、渔的食品原料生产、原料加工、物流运输环节和销售环节，再到餐桌上整个闭合圈全程监控，明确供应链上各个企业责任，控制风险。B.生产评估系统。原料企业、加工和深加工企业可以通过数学模型，把食品质量和工艺联系起来，分析工艺的风险程度，确保符合国家标准。C.食品行业应急机制。包括食品安全的早期预警和突发问题应急管理。当出现突发食品安全事故时，可以追踪事发点、当事人，并查明食品去向，把影响控制在最小范围。显然，智慧食品对于诸如生猪产业的“放心肉工程”建设、“地沟油”控制以及“三聚氰胺”牛奶突发事件的处置都会有很大帮助。

（4）智慧城市水管理系统。水资源越来越成为我国城市发展的瓶颈，智慧水系统试图实现水资源的优化利用。A.实施日常监管工作，实时掌握水环境。对流域的整体分布、自然降水、水流、地下水、水质、人工蓄水、生活用水、工业农业用水和污水排放实时感知监控。B.数据分析做出响应，提高水资源使用效率。一方面，通过分析海量监控数据，合理规划政府、水务部门、自来水公司、污水处理厂、市政建设部门流域取水和农田灌溉布局，科学决策调水、取水、污水排放、水再生、地下回灌等；另一方面，及时预知管网故障、输水情况和水压等管网健康状况，进行维护、检修和建设。C.加强水污染和突发事件响应，一方面事前发出预警，另一方面污染事件发生后根据污染物、污染源和污染情况的监测数据分析，估计灾害波及程度和制定快速应对方案。

（5）智慧的城市规划。城市规划是对城市未来发展的预测和指导，对于我国城市化快速发展、城市面貌日新月异的今天来说，往往会陷入“规划赶不上变化”的困境。智慧城市规划的关键点在于，结合城市发展的经济、地理、人口、交通的历史和现状海量信息，对未来趋势进行科学预测，智慧布局交通道路、物流枢纽、中央商务区、工业园区、卫星城、警务、商业网点、医院、银行、公交站点、学校、娱乐设施、文体设施、博物馆、公园等城市规划项目，达到绿色、环保、以人为本的要求。智能城市规划同时能够制定城市调整和优化解决方案，比如老工业区的外迁和升级改造、老商业区和居住区的升级和功能再定位、城中村改造等。

智慧服务还包括工业园区和城市一体化平台、绿色供应链、智慧城市电力供应和社保决策系统等等。随着城市运行中问题的不断涌现，智慧城市的智慧服务也将不断丰富。

3.4 智慧城市的运行管理

（1）日常运行管理。智慧城市系统的综合运行，需要智慧城市的综合指挥指令中心来指挥协调。A.促使智慧城市的运行和短、中、长期综合规划衔接，达到各时期目标。B.综合指挥指令中心，作为智慧城市的“总中心”，指挥协调各智慧服务系统的“分中心”，形成智慧城市系统的宏观运行。C.负责智慧城市系统日常维护和升级工作。如数据的储存、维护，软硬件设施的运转维护以及系统升级等。

（2）城市应急系统。在城市面临突发事件时，城市应急系统启动。突发事件是指自然灾害（地震、洪水、海啸、山洪、滑坡、冰雪等）、公共安全事件（污染物化学品泄露、突发不明传染病）以及群体性突发犯罪事件等。近年来我国开始逐步建立国家应急体系，中央和省市都设有应急办公室，以作为突发事件下的组织保证。

智慧应急系统有助于提高应急体系水平。A.科学建立应急预案。智慧的预案有较强的预见性（做出预警）、针对性，对风险做出准确预计和分析并做好科学的人员疏散、物资分配、救援和生产恢复计划，确定责任人和岗位责任。B.应急管理和指挥系统。物联网、互联网和计算机系统可以准确地分析灾情进展，分析救灾物资需求数量和投放地点，察看应急物资储备和补给供应情况，和消防、交管、医疗等多部门协作，实施综合指挥，妥善处置灾情并力争灾后损失最小［3］。

4 智慧城市建设对我国城市发展的意义

4.1 促进城市化模式的转变

城市化已经成为推动我国经济增长的重要引擎，城市化发展迅猛。但当前城市化模式是以巨额基础设施投入、大量拆迁更新建筑、耗用大量土地、滥用不可再生自然资源、能源密集消费以及破坏生存环境为代价的。这种“粗放型”、“外延式”的城市化模式越来越显示出其弊端，有些城市承载能力已经达到饱和，难以持续。以北京为例，2009年底常住人口近2000万，98%的能源需外地调入，交通、环保问题突出。依靠老模式，进一步扩宽道路、加大基础设施投入，其效果在逐步递减。水资源方面，2008年我国北方45%的地表水和38.7%的地下水被开采，城市水资源处于极度紧缺状况。水资源缺乏不仅仅是由于自然供应不足，更重要的原因是人为因素，如对水资源整体规划利用不当、管线跑冒滴漏、利用不科学等。

2008年我国城镇人口为6.07亿，乡村人口为7.21亿，据一般估算，未来十几年中，城镇人口每年增加3000万，将有3到4亿人涌入城市，出现约8个人口超千万的超级城市。与此同时，二三线城市发展迅速，“城市群”逐步崛起。我国城市化模式迫切需要转向“提高资源利用效率和优化生存环境”为导向的“集约型”和“内涵式”模式。智慧城市系统，从整体规划、系统综合运行到具体智慧服务，以整合、节约资源和创造宜居生活为宗旨，将成为我国城市化模式转型的重要平台。

4.2 全面提高城市发展中政府提供公共服务的能力

高速城市化中，公共服务和社会管理压力加剧，政府承担的公共责任越来越大。智慧城市使政府信息化建设从传统的 “电子政府”过渡到 “整合的政府”、“无处不在的服务性政府”，最终达到 “智慧政府”，大大提高了政府提供公共服务的能力。

（1）降低城市管理成本、提高行政效率。智慧城市的基础业务低成本并及时准确对城市管理和公共安全做出响应；行政业务整合了各部门的行政资源，提高行政资源使用效率。

（2）公共服务层次深化。智慧服务提供高层次的、细化的公共服务，涉及食品、医疗、教育、电力、供水、交通等等，有一种公共服务如影相随、量身定制的感觉。

（3）促进政府职能转变。比传统的“管理与被管理”式的服务更进一步，智慧城市各项服务更加人性化，形成政府和被管理者的友好互动关系，最终促进政府职能从根本上转变。

4.3 有助于城市治理模式的变革

智慧城市建设有助于对城市治理模式进行变革，这样的变革体现了 “新公共管理 （New Public Management，是指20世纪80年代以来发达国家所进行的公共行政改革实践）”的基本价值取向。

（1）公共权力透明化。物联化和全面的互通互联，使城市公共管理的信息共享；另一方面，以智慧城市的行政业务为代表，公共权力的决策和使用更加透明化，城市治理结构变得扁平。这都有助于实现新公共管理所要求的，诸如加强政府部门内部竞争，应用企业化的管理以及对公共管理进行监督和绩效考核等改革措施。

（2）城市管理出现“自治”特征。和传统的政府发号施令，市民、企业和组织服从这样的“他治”模式相比，智慧城市使得城市管理出现“自治”特征。在智慧交通中，出行者根据拥堵情况和停车位情况，自行决定是否出行和出行的方式，这种模式下，避免开车进入拥堵地段的决策是出行者自己做出的，每个人都是交通秩序的维护者。这种方式显然比诸如“尾号限行”这种行政方式更加有效。城市管理的自治机制，使得行政命令变成被管理者的自主选择，实现“自己管理自己”。自治模式体现了新公共管理所追求的，政府从“划桨”变成“掌舵”，公共服务的提供模式转变为政府主持、公民自治。

（3）实现城市管理的客体中心主义。智慧城市以城市管理客体为核心，完成了新公共管理要求的从“主体中心主义”向“客体中心主义”的转型。智慧城市的管理者和被管理者的良性互动关系，使得市政当局从发号施令的官僚机构，转型成为以人为本的，尊重“顾客”满意度的服务者。

4.4 促进城市经济的发展

粗放式的城市化建设，建造了城市的“四肢”，智慧城市相当于建造城市的“神经系统和大脑”，对城市经济将起到较大促进作用。

（1）智慧城市建设成为新的经济增长点。传感网、物联网、互联网更新、超级电子计算机以及数据处理、计算技术的研发、制造和应用，这些高科技资本密集产业会成为新的经济增长点和产业升级的引擎，对于相关产业带动极强。

（2）提升城市经济发展的质量。智慧城市使得城市系统升级换代，基于城市系统的财富创造活动也升级换代，促进整个城市经济向知识经济和创新经济转型，提升经济发展质量，达到高效、低耗、可持续发展的目标。

（3）激活民间投资、促进就业。首先，民间投资将得到大量政府采购订单、服务外包等业务机会，促进民间投资产业结构不断升级；其次，公共服务水平的提升、智慧基础设施和智慧服务的普及，都为民间投资提供了良好的经营环境；最后，城市治理模式的变革改进了政府和民营资本之间的关系，民营资本的创业和发展环境不断优化。在当前流动性过剩和就业形势紧张的背景下，激活民间投资和开启就业新领域，具有重要意义。

5 结论和展望

从人类社会和城市发展的一般规律看，智慧地球和智慧城市的产生具有一定的必然性。物联网的概念早在1999年就被提出，中科院也同时开展了传感网的研发，2005年国际电信联盟正式提出了物联网的概念［4］。智慧地球的概念由美国IBM公司于2008年11月提出，并随后向刚就任的美国总统奥巴马正式提交，作为美国危机后重整经济的国家战略。2009年11月，温家宝总理在首都科技界大会上发表了《让科技引领中国可持续发展》的演讲，指出“‘智慧地球’简单说来就是物联网与互联网的结合，就是传感网在基础设施和服务领域的广泛应用。……我们要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。由此可见，建设智慧地球已经上升到我国科技发展的国家战略层面［5］。

在智慧城市建设上，我国浦东早在2008年底就提出了“数字高原、智慧浦东”的相似概念。2009年初开始，我国十几个省市相继提出了“智慧城市”的建设目标，很多地方政府把智慧城市列入规划前期研究的重点课题，一些城市开始编制智慧城市专项规划。智慧城市的建设成为当前我国城市发展的重要趋势［6］。

要做好智慧城市的建设，首先需要做好规划，提供前瞻性的指导和具体策略目标；其次需要转变观念，认识到智慧城市建设的意义，认识到智慧城市建设是继上一轮大规模实体基础设施投资之后的又一次城市的升级换代、是产业结构升级和社会发展的重要契机；最后本着先易后难、系统推进的原则，安排好建设的次序和衔接。

智慧城市的构建是一项复杂的系统工程，还有一些需要配套解决的问题。（1）信息安全。智慧城市系统无疑掌握了整个城市发展的“智慧密码”，这样的核心数据如何保管，如何界定信息的查询权、处理权、保管权、经济开发利用权等都是需要解决的重要问题。这不仅是一个行政管理的问题，更是公共信息产权系统的立法和司法问题，同时也是一个国家安全问题。（2）风险控制。正如交通工具的速度越来越快，风险也越来越高一样，智慧城市作为下一代城市管理模型也会在新的层次上产生风险。这需要加强系统的风险控制，做到“速度越快的交通工具出事故的概率也越低”。（3）物联网的边界需要立法界定。需要立法明确界定把哪些对象纳入到物联网是合法的，私人信息是否应该主动或被动“物联”的问题。“主动物联”指哪些私人信息有义务进入智慧城市系统，必须被物联，例如汽车销售的时候是否必须安装传感装置。“被动物联”指合理的物联信息会不会连带透露私人信息，例如手机作为传感器，主人带着手机四处旅行，私人旅行被“窥视”是否合法。

［1］李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球［J］.武汉大学学报·信息科学版，2010，（35，2）：127-132.

［2］［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.

［2］［美］钱大群.智慧的城市在中国［R］.IBM商业价值研究院，2009：1-37.

［3］［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.

［3］［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.

［4］徐全平，张晖，邢涛等.传感器网络与智慧地球［J］.信息技术与标准化，2009，（10）：7-9.

［5］陈锐.物联网——后IP时代国家创新发展的重大战略机遇［J］.中国科学院院刊，2010，（25，1）：41-49.

［6］姚万华.用智慧谋划“智慧城市”［J］.中国信息界，2010，（1）：32.

Smart City Theory and its Function and Significance of Chinese Urban Development

Shi Lu
（School of Management,Minzu University of China,Beijing 100081，China）

The paper based on the idea of Smart Planet,discusses the theory,concept and characteristics of smart city.Then it analyzes the smart city’s framework and specific functions,and the important significant of smart city construction in Chinese urban development.Based on the systematically summary,the paper gives some suggestions for government decision-makers and relevant researchers reference.

internet of things；smart planet；smart city；urban development

2010-11-25

史璐（1971-），男，河北徐水人，中央民族大学管理学院讲师，经济学博士；研究方向：公共管理、政府管制、区域和城市经济。

F062.5

A

（责任编辑 刘传忠）