国外智慧城市研究的现状分析与启示

王广斌，崔庆宏，刘 欢

（同济大学 经济与管理学院，上海 200092，E-mail：tsinghongcui@126.com）

国外智慧城市研究的现状分析与启示

王广斌，崔庆宏，刘 欢

（同济大学 经济与管理学院，上海 200092，E-mail：tsinghongcui@126.com）

以2010～2015年间Web of ScienceTM核心合集数据库中标题为智慧城市的有效文献作为数据，使用共被引分析的研究方法，用CiteSpaceШ软件对其研究现状进行研究：关键词、文献、期刊、作者的共引与主要研究国家的合作网络分析，并进一步分析得出国外智慧城市研究的4点启示：关注技术进步、集成与融合，强调创新驱动城市服务水平，参与式政策制定与城市治理以及注重城市的可持续发展，以期为我国智慧城市的相关研究与建设活动提供借鉴与参考。

智慧城市；共引分析法；CiteSpace III；知识图谱

城市发展所面临的问题与挑战突出地表现在城市人口持续增加引起资源与能源消耗的巨大压力，受气候变化与经济增长的双重影响，如何创新城市生活生产方式，发展和创新更加绿色与可持续的城市发展模式已成为普遍共识。由于智慧城市对城市问题的解决、资源与能源使用效率的提高、城市可持续发展能力与竞争能力提升的潜在价值，国外学术界对其进行了广泛而又深入的研究。对国外智慧城市研究进展的分析，有助于及时了解与跟踪研究热点与动态，把握研究脉络以及演进过程，为我国智慧城市相关研究与建设活动提供启示。特别是通过计算机可视化信息软件的处理，可将分析的结果直观形象地显现出来，进而达到可视化的效果[1]。在不同的可视化软件中，CiteSpace可以探测和分析学科研究前沿随时间的变化趋势，通过文献信息可视化使研究者能够直观地辨识出学科前沿的演化路径及学科领域的经典基础文献[2]。

1 数据来源、研究方法与工具

数据来源为Web of ScienceTM核心合集中的引文索引Science Citation Index Expanded（SCIEXPANDED）与Social Sciences Citation Index（SSCI）中的外文文献。以标题TI=（smart city OR smart cities OR smarter city OR smarter cities）为检索条件，时间跨度为2010～2015年，检索时间为2016年1月6日，共得到246篇文献。本文对上述文献进行逐一选择，去除研究主题不符、无关键词和作者的文献，最终得到有效文献179篇。

文献计量学主要通过量化指标对某一研究领域全部文献的整体分布和个体体征进行计算和分析，包括共词分析和共引分析两种方法[3]。

（1）共被引分析（Co-Citation Analysis）。是指两篇文献共同出现在第三篇施引文献的参考文献目录中，则这两篇文献形成共被引关系。即当两篇文献A、B同时被文献C引用时，则称A与B之间存在一个共被引关系[4]。由于该方法分析结果的客观性、系统性，国内各领域学者竞相将其引进到研究中来，或揭示科学结构，或进行前沿分析、以及领域分析[5]。文献耦合是指两篇文献共同引用的参考文献的情况，两篇文章引用了同一篇文献，则两篇文献之间就存在耦合关系[6]。即当文献A与文献B同时引用文献C及其他文献时，文献A与文献B之间具有耦合关系。两篇文献的相同参考文献越多，表示两篇文献耦合的强度越大，在研究主题上越接近。

（2）共词分析法（Co-term Analysis）。其思想来源于文献计量学的引文耦合与共被引概念，即当两个能够表达某一学科领域研究主题或研究方向的专业术语（多为主题词或关键词）在一篇文献中同时出现，表明这两个词之间具有一定的关系，同时出现的次数越多，表明它们的关系越密切、距离越近[7]。其基本原理是对一组词两两统计它们在同一组文献中出现的次数，通过这种共现次数来测度它们之间的亲疏关系，常用的共词的可视化方法有基于关系的网络可视化（如CiteSpace）和基于距离的二维空间坐标的可视化（如VOSviewer的Mapping方法和早期的MDS方法）[6]。

本文所使用的工具为CiteSpace软件[8]，它是用于计量和分析科学文献数据的可视化软件，主要用于关键词共现、主要作者、文献及期刊的共被引情况进行分析。

2 现状分析

2.1 关键词共现分析

关键词能准确而直观地表述文献主题。通过对关键词的共词分析可以找到某一学科领域的研究热点，并揭示其研究范式[7]。在国外智慧城市研究的179篇文献中共有184个不同的关键词，使用CiteSpaceШ软件（设定阀值为3）得出21个关键词。其中，被引频次前6位关键词的具体频次、中心性（用于表征重要性的指标）及年份如表1所示。

表1 国外智慧城市研究的高频关键词

2.1.1 物联网

物联网由传感器和其他组件构成，用于将物理世界（如人/身体、设备、交通工具、道路、建筑物、植物与动物等）与数字镜像相连接。通过与其他技术的结合来对城市各种数据持续进行监控和获取变化，使其与生物内部系统的运行和对环境做出反应的方式相类似[9]。

此外，通过物联网与云计算、数字城市等的集成用于构建智慧城市的4层架构：感知层、网络层、应用层以及服务层[10]，Chen[11]则将2G-RFID技术集成到物联网的架构中用以创建供M2M通讯使用的智能系统。物联网用于上述架构的主要目的在于提供更高质量的智能服务，比如智能停车、维修服务以及远程健康监控等。

2.1.2 网络

智慧城市中的网络研究主要包括两个方面：

（1）网络技术层面。无线网络、无线传感器网络、物联网传感器网络等，这些技术本质上是基于网络的，目的在于使不同领域与维度间的广泛交互成为可能[12]，如为了更好地对城市公共停车位进行管理，无线网络的进步为其便捷管理提供了可能[13]；无线传感器网络则被用于监控智慧城市中物体的运动，并可以被应用到交通、旅游等领域[14]。此外，智慧城市亦常被视作是不同维度间技术与设备的整合，它们通过多种网络相互连接，这些网络以城市的物理空间和社会的决策流形式提供关于人和物质流动的连续数据。

（2）城市物理空间网络。道路网络、交通网络及其子网络等[15]，更多地关注于对其进行基于信息与通讯技术的优化或改造，本质上是用更加有效与高效的方式使其提供更高质量的公共服务。

2.1.3 信息与通讯技术

信息与通讯技术被视作推动城市可持续发展的重要力量，也被视作解决当前城市与环境复杂问题的工具，亦有助于增强市民产生城市信息所起的作用和能力[16]。信息与通讯技术在智慧城市中的应用广泛，国外学者更多地关注于如何提高城市能源使用效率与提升公共服务能力上：通过可再生能源与绿色信息与通讯技术系统的结合，对电力系统运行进行优化使其更加智能和环保[17]；还探索应用于提供更为高效的公共服务以应对城市经济社会的变化与市民对服务现代化的需求[18]。

此外，它还通过与其他智慧城市技术进行集成与整合以实现从家庭到市区提供实时的能量和物质流反馈[19]。

2.1.4 传感器

国外智慧城市研究中将传感器视为收集城市实时、有价值数据的重要工具，亦使智慧城市具备可感知的能力（光、温度、湿度等），并被广泛地应用于智慧城市的各个领域。传感器与其他技术（物联网、无线网络等）相结合为数据的收集、传输、加工与使用提供基础性条件并致力于提供更好的公共服务。如城市范围内的传感器网络可以提供实时的有价值信息：市民的出行流动、噪音和其他形式的环境污染（空气质量的监测）、交通和天气状况等；巴塞罗那配有传感器的无线连接垃圾桶未来可能监测到垃圾桶里的有毒物质，更好地实现城市废弃物的管理。

2.1.5 大数据

大数据强调对海量数据的分析、处理与应用水平，并关注于增强对城市动态性变化的分析以及预测能力，旨在为不同人群提供有效、高效的信息与服务。Jara等[20]通过对来自SmartSantander项目数据的分析给出了智慧城市大数据分析的经验：传感器数据管理、数据融合和从数据中发现知识。

然而，大数据在智慧城市中仍面临诸多挑战，包括：存储成本、快速检索和获取的自动化程度低等[21]。

2.2 作者共引分析

作者共引分析可以发现在该研究领域做出重要贡献的学者以及他们之间的相互引用关系，其中：共引频次越高说明作者的学术相关性越强[22]。运行CiteSpaceШ软件（阀值设定为13），在对作者共引分析知识图谱进行分析的基础上，得出了国外智慧城市研究中被引频次＞13的10位主要研究者，他们各自的共被引频次、中心性以及其主要贡献如表2所示。

2.3 文献共引分析

文献共引用于分析当前该研究领域的重要文献，使用CiteSpaceШ软件（阀值设定为10），在对文献共引分析知识图谱进行分析的基础上，得出被引频次＞11研究文献的作者及发表年份，其中被引频次排名前5位的文章/专著、共引频次、中心性以及来源如表3所示。

表2 共被引作者的频次排序

表3 文献共引数据

Hollands RG[23]提供反对一些城市更多地在修辞上标签自己为智慧（Smart）的初步批判性争论：智慧城市本身很难定义并分析其原因（不同城市标签间的区分、商业销售的目的以及对城市发展具有积极作用），从网络基础设施、商业主导的城市发展、社会与环境的可持续能力等特征属性对智慧城市标签进行解读，在对自认为是“智慧城市”的一些案例进行批判后，指出进步的智慧城市更强调人力资本，而不应盲目地相信信息技术能够自发地进行城市变革与促进城市发展；需要对在城市中使用信息技术的企业、政府、社区与生活在城市中的普通人进行平衡，同样也需要平衡城市的经济发展与可持续能力。Giffinger等[24]从Urban Audit（CORE），Espon 1.4.3 project（FUA level）以及Espon 1.2.1 project（NUTS3 level）等数据库中获取公共和开放的数据，进一步提炼出智慧城市的6个基本特征与31项要素，并基于此对欧洲70个中等城市（城市人口在10～50万）进行了排名。上述特征与要素又于2013年与2014年分别进行了调整，调整后的内容包括：28个要素和81项指标，并在2015年对欧洲的大型城市（城市人口在30～100万）进行排名。Caragliu A[25]给出了聚焦而又具有可操作性的智慧城市的定义，并认为创意阶层的出现、城市环境的质量和对其关注、教育水平、公共管理的可访问能力与ICT的使用均与城市财富正相关，这一结果促进了欧洲城市新战略议程的制定，并将有助于实现城市的可持续发展。Naphade M[26]从城市化、经济增长、技术进步与环境的可持续能力4个方面分析了促使智慧城市出现的驱动力，并指出向智慧城市转变需要在规划、管理和运营上的创新；并通过正在世界各地进行的几个项目，进一步分析了向智慧城市转变的机遇和挑战。城市规划和技术专家Townsend A M以宽泛的历史视角审视既有城市规划与设计的推动力以及从19世纪工业城市崛起至今的信息技术。技术大亨、企业家、市长和新兴起的城市黑客（Civic Hackers）正在试图塑造这一新的领域——智慧城市，并认为其动机、愿望和缺点共同提供一种新的方式来引导共建未来的努力[27]。

2.4 期刊共引分析

期刊共引（两种期刊中的文献被其他期刊同时引用的情况）分析用于确定该研究领域中的重要期刊。使用CiteSpaceШ软件（阀值设定为20），在对期刊共引分析知识图谱进行分析的基础上得出被引频次＞20的7种主要期刊，它们各自的具体被引频次、中心性与2010～2015年间首次被引用的年份如表4所示。

表4 国外智慧城市研究的重要期刊

2.5 主要国家的合作网络分析

CiteSpace提供了3个层次的科学合作网络分析，微观的学者（Co-Author）合作网络、中观的机构（Co-institutions）合作网络和宏观的国家或地区（Co-country/territory）的合作[6]。在主要国家的合作网络分析中，节点代表国家，节点的大小代表发文数量多少。节点之间连线的多少代表国家之间合作关系的强弱，中心性的高低则决定了国家在智慧城市研究领域的重要性[28]。运行CiteSpaceШ软件（阀值设定为6）得出进行智慧城市研究的8个主要国家，这些国家的被引频次、中心性以及2010～2015年首次被引用的年份如表5所示。

表5 重点国家频次排序

3 主要启示

近年来，国外对智慧城市的研究呈现出逐年增长趋势并在内容上不断发展，主要研究领域涉及信息技术与通讯技术（比如：物联网、网络、传感器与大数据）对智慧城市的推动作用及具体应用，侧重于以更先进的技术与设备应用对城市各子系统进行再造与优化，使其在产出上、运行效率、对资源/能源消耗的效率以及服务能力上有进一步的提升，以更好地提高城市居民的生活质量、提升城市的竞争力与增强城市的可持续发展能力。结合上述可视化研究的内容，得出如下的启示以期为国内智慧城市研究与建设提供借鉴与参考。

（1）建设目标注重城市的可持续发展。城市的进一步发展需要各种资源的投入，相对于城市的不断增长与向前发展，城市所提供和消耗的资源是有限的，这就需要在不断的城市“规划-建设-运行-管理”理论研究与实践活动中，持续地对各项城市活动进行流程化、科学化与标准化，使得城市系统对各项例行事务的处理响应速度更加迅速、处理过程和结果更加有效；将不同的群体从可以由机器、设备与技术完成的各项例行事务中解放出来，从事更加有创意的创新活动；在不断地对城市系统的良好运行做“加法”的同时，最大限度地发挥资源的功效以满足城市运行与发展所需的各种功能需求，由此进一步降低对环境的负面影响。

从某种程度上说，城市的可持续发展既是智慧城市各项活动的出发点，也是智慧城市建设的终极目标。智慧城市的一系列活动不单单是信息与通讯技术在城市各子系统中的应用，而更强调在满足公共需求以及解决部分城市突出问题的过程中，通过信息与通讯技术对城市建设、运营、管理与发展理念上进行有意识的重塑、优化或再造，以能动地实现城市资源的更优化配置，旨在有效与高效地实现城市经济、社会与环境三者间的协调发展。

（2）建设过程关注技术进步、集成与融合。在关键词共现分析中，频次总量前5位的关键词中涉及技术的分别为物联网、网络、信息与通讯技术以及大数据，随着上述技术的普遍推广使用以及性能的进一步提高，城市所具备类似于人类的神经系统网络将逐渐形成并趋于精细化，即“城市神经系统网络”：前端的传感器与其他工具及设备构成了获取神经信号的末梢感知端，用来辨别和接受各种（光、温度、湿度、声波以及震动等）既定的神经信号；物联网作为物体间相互联系的环境和通道，为不同物体神经信号间的共享与互通创造了条件，并有可能进一步优化物体间功能、运行与使用上的协同；以无线网络为代表的泛在网络与传统以及更加新型的网络共同组成了神经信号的传输通道；以云计算以及人工智能等为代表的计算处理技术构成了神经中枢，在充分利用物理设备的过程中，实现对海量数据的精细化处理及应用。各种信息与通讯技术的集成与融合，逐渐使城市系统具备智能，进而更好地服务于城市居民的生活与持续推动经济、社会与环境的可持续发展。

（3）城市服务能力的提升需要创新驱动。技术、工具与设备虽然能够更好地完成一些复杂、繁重的计算任务以及实现对例行事务更加精细化的处理；而“创意引擎”的角色则是由不同人群所充当的，在不断进行的城市系统改造过程中，在具体的各项活动中创造性地寻求和提出改进的理念、进行着思维方式的转变和适应，通过技术工具的使用更好地服务于城市的高效运行。新的理念与创意的产生需要问题、目标与需求的激发，随着城市系统在技术不断驱动下运行的更加高效、顺畅与有序，不同创新团体的更多精力、其他各种投资与资源投入的结合，将会推动技术的进一步发展以及新的城市发展模式与理念的提出，将采用更加有效与高效的工具、方法与方式对城市的各项活动做持续不断地改造、优化及重塑，以更好地服务于城市可持续发展和城市居民高品质的生活。各种城市智能服务是凸显创新驱动城市服务水平的重要外在表现，如废弃物管理将物理基础设施嵌入到垃圾箱与卡车的设备中，数据由垃圾箱的物联网部件产生，并且与无线传感器网络相结合用于将数据传输到中央系统进行进一步的处理。

（4）参与式政策制定与城市治理强调市民参与。政策制定凸显电子民主[25]，由市民、私营组织以及政府部门共同参与，通过分布式平台架构鼓励市民参与讨论、进行决策制定，私营组织为满足当地政府的决策制定提供技术支持。市民对预定项目以正式文本提案的形式提出其观点与评价，市民团体则提出项目的团体意见，政府部门代表部分团体意见对决策的制定与实施负最终责任。智慧城市治理除了关注治理的组织与结构，更强调市民参与：市民参与有助于增加智慧城市建设政策与规则制定的透明性与可行性，并在一定程度上减少推行与实施的阻力；市民参与智能服务的开发与设计，对新服务的认知与体验有助于新服务功能定位的准确以及推向市场的商业化成功；市民参与智慧城市建设的众筹模式，有助于拓展融资渠道并且增强智慧城市建设的可持续能力；市民的参与式感知为获取更为准确并且成本更低的城市信息提供新途径。

4 结语

本文采用共引分析与共词分析的研究方法，借助于CiteSpaceШ软件工具对2010～2015年间国外智慧城市研究的文献进行分析，研究结果表明：与智慧城市研究相关的高频关键词主要关注于信息技术，其中前5位的高频关键词是物联网、网络、ICT、传感器与大数据；国外智慧城市研究的主要作者有Caragliu A、Hollands RG、Giffinger R、Komninos N、Batty M、Schaffers H、Graham S、Nam T、Chourabi H与Harrison C等，重要的文献或者著作包括“Will The Real Smart City Please Stand Up? Intelligent，Progressive，or Entrepreneurial?”，“Smart Cities Ranking of European Medium-Sized Cities”，“Smart Cities in Europe”，“Smarter Cities and Their Innovation Challenges”以及《Smart cities：big data，civic hackers，and the quest for a new utopia》。国外智慧城市研究共引期刊频次较多地集中在《City：analysis of urban trends，culture，theory，policy，action》、《IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE》、《Journal of Urban Technology》、《Urban Studies》、《COMPUTER》、《Cities》与《SENSORS》上，表明上述期刊是该领域研究的重要期刊。对智慧城市进行研究主要国家包括：西班牙、意大利、中国、英格兰、美国、韩国、瑞士与希腊。结合上述可视化研究的内容，得出如下的启示：智慧城市建设目标注重城市的可持续发展，建设过程则关注技术进步、集成与融合，城市服务能力的提升需要创新驱动以及参与式政策制定与城市治理强调市民参与。

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Current Status Analyses and Enlightenments of Smart City Abroad

WANG Guang-bin，CUI Qing-hong，LIU Huan
（School of Economics and Management，Tongji University，Shanghai 200092，China，E-mail：tsinghongcui@126.com）

Journal articles are retrieved from Web of Science database (from 2010 to 2015) by using the search condition，which titles contain smart/smarter city/cities. Co-citation analysis method is used to analyze effective articles. Besides，current status of smart city aboard is analyzed by CiteSpaceШ，whose contents include co-citation analyses of key words，literatures，journals，authors and co-country analysis. Conclusive enlightenments are shown below：research on smart city abroad pays close attention to technology progress，integration and amalgamation，emphasizes enhancement of innovation-driven urban services，innovates participatory policymaking and urban governance and lays emphasis on urban sustainable development.

smart city；co-citation analysis method；CiteSpaceШ；knowledge mapping

F294

A

1674-8859（2016）06-055-06

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.011

王广斌（1967-），男，教授，博士生导师，研究方向：工程项目管理，建筑经济，工程管理信息化；

崔庆宏（1984-），男，博士研究生，研究方向：工程管理信息化，智慧城市；

刘 欢（1993-），女，硕士研究生，研究方向：工程项目管理。

2016-05-30．