论智慧城市涉及的关键技术

高瑞清，郝 明

（1.黑龙江省穆棱卷烟厂, 黑龙江 穆棱 157500； 2.黑龙江省科学院自动化研究所， 哈尔滨 150090）

一、智慧城市化进程带来的挑战

城市人口的增长考验着城市管理的执政效率，其中包括：

（1）城市安全监管难度加大，城市突发事件频发，事后取证困难。

（2）基础设施重复建设、城乡一体化难以推动。

（3）信息鸿沟、各部门工作协调困难。

（4）城市交通拥堵、环境污染、看病难。

城市资源、环境的矛盾也限制了城市的发展，其中包括：

（1）城市资源环境承载能力与城市化发展规模失衡。

（2）能源短缺、污染加剧。

（3）大量的生活、工业垃圾使城市不堪重负。

二、智慧城市的提出

随着城市的负担越来越重，人们提出了智慧城市这个概念。智慧城市的核心是利用物联网、云计算等信息技术来改变人们、企业和政府相互交往的方式，对于包括环保、民生、城市服务、公共安全、工商业活动在内的各种需求作出智能、快速的响应，提高城市运行效率，为居民创造更美好的城市生活[1]。智慧城市建设框架如图1所示。

图1 智慧城市建设框架Fig.1 Smart city construction framework

三、智慧城市涉及的关键技术

第一，物联网技术。物联网是通过互联网把植入城市物体的智能化传感器连接起来，形成物联网，实现对物体城市的全面感知，利用云计算等技术对感知信息进行智能处理和分析，实现网上“数字城市”与物联网的融合，并发出指令，对包括政务、民生、环境、公共安全、城市服务、工商活动等在内的各种需求，作出智能化响应和智能化决策支持，使城市变为真正拥有智慧的城市。

第二，3S(RS,GIS,GPS)技术。3S技术是遥感技术（Remote Sensing,简称 RS）、地理信息系统（Geography Information Systems,简称 GIS）和全球定位系统（Global Positioning Systems,简称GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术的结合，对多学科高度集成的空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术[2]。

第三，云计算技术。云计算技术是指基于互联网的超级计算机模式，即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起协调工作。在极大规模上可扩展信息技术的能力，并向外部客户作为服务来提供的一种计算方式。

第四，宽带无线通信技术。宽带无线通信技术是利用电磁波信号在自由空间中传播进行信息交换的一种通信方式。目前使用较广泛的宽带无线通信技术包括无线局域网802.11（Wi-Fi）、3G通信技术和4G通信技术。

第五，虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality,简称VR）是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物，它为实施智慧城市战略提供了三维描述方法和人机交互的虚拟城市环境，具有多维动态可视化和实时交互式操作的效果。

第六，异源异构数据集成技术。异源异构数据集成技术存在于各自独立的信息系统中，由于软硬件平台及数据模型的不同，导致存取方式、结构和精确度都不同的数据，包括以关系表为代表的结构化数据、以XML为代表的半结构化数据和以文本文件为代表的无结构化数据。异构数据的集成是为了更好地利用分布在各处的数据资源，实现不同数据资源的合并和共享。可以通过网络建立跨部门、跨系统的数据交换平台，满足各信息管理系统之间的数据交换需要，为用户提供全方位的信息服务，并为管理者提供辅助决策的信息支持。

第七，绿色节能技术。绿色的城市意味着污染全部控制、资源高效利用、人与自然和谐相处。绿色节能技术是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放，有效、合理地利用能源。如在建筑物中高度集成光伏建筑一体化、风力发电一体化等清洁能源技术和智能照明、空调群控等智能化管理技术，不仅能达到绿色节能的目的，还可对建筑物的温度和光线环境进行调控[3]。通过步行交通、慢行系统、新能源汽车、纯电动公交和轨道交通组成的绿色交通运输体系，实现城市环境多元化及城市交通可持续发展的目的。通过这些措施以保持经济社会发展与资源环境承载能力相适应，创造人与自然和谐相处的环境。

第八，移动互联网技术。移动互联网是一个全国性、以宽带IP为技术核心的，可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络。它将移动通信和互联网二者结合起来，继承了移动随时随地随身和互联网分享、开放、互动的特点，逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域。短信、铃图下载、移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、位置服务等丰富多彩的移动互联网应用迅猛发展，正在深刻改变信息时代的社会生活。同时在互联网络基础设施完善以及3G、移动寻址技术等技术成熟的推动下，移动互联网也将迎来发展高潮。

第九，低碳减排技术。低碳减排技术是指以技术手段为契机减少污染物的排放，提高污染物的控制效率，发展新型高效节能、先进环保、资源循环利用激射装备以及减排环保服务业和再制造产业等领域。实现污染物减排，建设资源节约型、环境友好型社会，确保环境的安全。重点技术包括脱硫脱硝、污水处理、垃圾发电、可再生资源回收利用等。

第十，智能控制技术。智能控制技术是控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。常用的智能技术包括模糊逻辑控制、神经网络控制、专家系统、学习控制、分层递阶控制、遗传算法等。以智能控制为核心的智能控制系统具备一定的智能行为，如：自学习、自适应、自组织等。

四、智慧城市体系结构

智慧城市的体系结构从功能角度看，其主要特征分为以下六个方面：

（1）更深入的感知。各类智能传感器遍及整个城市的所有据点，通过使用这些高科技设备，从个人信息、法人信息到城市的交通状况等任何数据都可以实时获知，成为智慧城市精细运营不可或缺的信息基础[4]。

（2）更智能的分析。将收集到的城市各类数据信息整合起来，并与以往数据进行对比，进行更深入、智能的分析，为智慧城市用户提供预测、决策的依据。

（3）更全面的决策。调用各种信息资源和分析工具，辅助决策者进行综合性、战略性的决策。

（4）更广泛的互联。通信网、互联网、物联网互相协同，将城市的信息实时准确的传递。

（5）更精确的预测。通过历史资料整理和实时数据的分析，依照预案对未来城市的方方面面进行预测，从而帮助城市管理者和城市居民、企业做出合理的判断。

（6）更专业的运营。为整个智慧城市系统提供后期的运营、管理、增值服务。

智慧城市的体系结构如图2所示。

图2 智慧城市的体系结构Fig.2 Smart city architecture

智慧城市建设是一项长期、复杂、庞大的系统工程，智慧城市的建设需要分步骤、分层次、分阶段进行。智慧低碳新城作为智慧城市的前沿示范基地，通过在较小范围内实现智慧城市的功能，再逐渐推广应用到整个城市，从而实现“安全、便捷、健康、高效”的城市运行管理目标，最终实现整个城市的智慧化。

[1]亚细波，杨再高.智慧城市理念与未来城市发展[J].城市发展研究，2010，4(17)：256-260.

[2]高铁军，吴立新.论城市管网智慧管理研究范畴与关键技术[J].地理与地理信息科学，2011，1（18）：86-89.

[3]辜胜阻，王敏.智慧城市建设的理论思考与战略选择[J].中国人口 - 资源与环境，2012，5（19）：347-350.

[4]逢金玉.“智慧城市”——中国特大城市发展的必然选择[J].经济与管理研究，2011，9（18）：1228-1233.