物联网背景下的智慧城市建设

城市作为人类的交易中心和聚集中心，是人类经济社会发展到一定阶段的产物。随着人类文明的进步和经济社会的发展，城市人口不断挑战历史新高，城市规模持续加速增长。同时，城市化过程也是个社会问题不断涌现的过程：低效的城市管理方式、拥堵的交通系统、难以发挥实效的城市应急系统、不完善的环境监测体系等。当城市面临这些实质性挑战时，城市必须应用新的措施和能力使城市管理变得更加智能。

以物联网技术为核心的智慧城市理念为城市未来发展提供了一种全新的模式，为城市发展带来新希望。

一、 智慧城市的概念

目前，智慧城市没有统一的定义。智慧城市是通过互联网把无处不在的被植入城市物体的智能传感器连接起来，实现对现实城市的全面感知，利用云计算等智能处理技术对海量感知信息进行处理和分析，实现网上城市数字空间与物联网的融合，并发出指令，对包括政务、民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持。智慧城市就是以智慧的理念规划城市，以智慧的方式建设城市，以智慧的手段管理城市，用智慧的方式发展城市，从而提高城市空间的可达性，使城市更加具有活力和长足的发展。“智慧城市”是“数字城市”的进一步发展和深化，其最本质的特征是能通过物联网把信息化“数字空间”与现实城市的“物理空间”缝合在一起。

智慧城市的核心在于围绕科学发展观的城市创新工作机制，建立人与经济、人与社会、人与资源环境和谐发展的创新模式。城市管理智慧需要体现在如何处理教育均等化与教育资源不足的统筹问题，解决普遍医疗水平提升与就医难的问题，解决产业结构升级与普遍就业的问题，以科学发展观为基本观点，围绕国家关于国民经济与社会发展的总体规划。从功能角度看，智慧城市体系可以分感知层、网络层、管理层和应用层（如图1），分别对应以下四个方面特征：（1）更透彻的感知：利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程快速获取城市任何信息并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。（2）更广泛的互联互通：通过各种形式的高速高带宽通信网络工具，将个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散信息及数据进行连接、交互和多方共享，从而对环境和业务状况进行实时监控，从全局角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作完成，改变整个城市运作方式。（3）更以人为本的城市管理：在深度感知、互联互通的新一代信息平台下，城市管理要更加的以人为本，充分考虑市民的适应性、满意度，并做出以人为本的智慧的决策。（4）更深入的智能化：深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题以更好地支持城市发展决策和行动。

图1 智慧城市四层体系

二、 智慧城市建设的紧迫性与必要性

我国经过改革开放以来30 多年的发展，中国城市化步伐不断加快，每年有1500 万人口进入城市。到2025 年，中国将会有近三分之二的人口居住在城市，中国已经进入到了一个城市社会。《金融时报》2010 年9 月21 日报道：1980 年中国城市人口比例仅20%，而到2010 年这一比例达到45%，是世界上城市人口最多的国家。城市化虽然带来了人民生活水平的提高，但城市要保持可持续发展却越来越受到各种因素的制约，需要转方式、调结构、改变生活方式、不断解决突发性事件等问题。

第一，城市保持经济持续快速发展急需转变增长方式，突破增长极限。城市发展日益受到土地、空间、能源和清洁水等资源短缺的约束，城市人口膨胀、环境保护等问题面临的压力也越来越大。2007 年我国石油、天然气的人均储量分别只有世界人均水平的7.35%和7.13%，而2006 年我国单位GDP 能耗则是日本的5.5 倍，美国的3.7 倍。最近的一项调查显示，到2009 年底北京市常住人口已达1972 万人，人均水资源占有量仅为全国平均水平的10%，而人口仍在以每年60 万的速度增加，已经陷入“大城市病”困扰。在城市环保方面，《2005 年全国城市环境管理与综合整治年度报告》显示，全国509 个城市中生活污水集中处理率为零的城市有178 个，生活垃圾无害处理率为零的城市有130 个，在293 个地级以上城市中，危险废物集中处理率为零的城市有80 个。2006 年全年发生严重环境污染事故161 起，环境投诉达60 万人次。这些问题使用传统的技术和管理方法已经难以有效解决，而目前发达国家正在研究如何创新性地使用新一代信息技术、知识和智能技术手段来重新审视城市的本质、城市发展目标的定位、城市功能的培育、城市结构的调整、城市形象与特色等一系列现代城市发展中的关键问题，特别是通过智慧传感和城市智能决策平台解决节能、环保、水资源短缺等问题。“智慧城市”课题正是基于这个背景提出，其必要性和紧迫性十分明显。

第二，城市经济发展的可持续性要求产业升级和结构调整。城市必须拥有一批在未来具有核心竞争力的产业，才能具有经济的可持续性和发展潜力。但我国目前大部分城市的支柱产业都是资源密集和劳动密集型产业，缺乏核心技术和优势品牌。随着劳动力成本的不断增加，我国必将逐步丧失竞争优势，资本将会向劳动力更廉价的国家转移，这种动向已经在沿海地区表现出来。其实我国城市是拥有非常丰富的人力资本和物质资源的，这也是跨国公司在我国大量兴办研究院的原因。只是由于国内各企业和高校各自为政，城市和城市之间没有形成协同创新机制和平台，因此整体创新能力较弱。智慧城市则可以通过技术手段的引入，以行业为单位建立虚拟和实体的创新协同机制（如智慧物流、智慧环保、智慧银行和智慧医院等），整合不同行业之间的协同机制（如智慧交通和智慧城管等），提升城市内部和城市之间的创新能力，推动产业升级和结构调整。

第三，城市发展必须适应工业化特别是后工业化后人们生活方式的改变。我国的城市发展是随着近几十年工业化步伐的加快而实现的，工业化在给我国人民带来更多物质财富的同时也彻底改变了人们的生活方式。最突出的表现就是生活的社会化、国际化，通过社会分工和网络化来为居民提供各种服务。但这就带来了食品药品安全、家政服务质量和人身安全、社区安全等问题，尤其是食品安全问题已经越来越突出。只有解决了这些关系民生的基本生活保障问题（如放心食品和药品），城市的发展才可能和谐。但随着城市规模日益扩大、流动人口增加和物流系统越来越复杂，传统的由质检部门和居委会进行管理的方式已经难以胜

任。城市必须利用新一代信息技术建立实时更新的控制和协调系统，实现智慧化管理才能与日益复杂的城市实体系统协调一致，达到现代人宜居的目标（如智慧社区等）。国外先进经验表明，城市的高宜居性，是稳住和吸引高智能人才的重要条件之一。

第四，城市发展必须快速和妥善解决应急事件和突发性事件问题。经济发展带来了我国经济的一体化和全球化，也带来了恶性传染病爆发、恶性犯罪事件的增加、国际恐怖主义的威胁等问题。为了防范和解决这类问题，智慧城市的引入可以在第一时间快速感知这些突发性事件，通过其智能化的调控能力和行为意识加快（由市长或由城市智能决策平台）判断和决策的准确性、有效性与及时性，实现不同行业和区域的协同和应对能力。同时也可以通过其“学习”能力，不断提高处理应急事件和突发性事件的水平，使应急预案程序化、智能化。

智慧城市技术是有效解决上述城市面临问题的关键技术手段，它以信息、知识和脑力资源为支撑，通过透明、充分的信息获取，广泛、安全的信息传递，有效、科学的信息处理，均衡而有效地提高城市运行和管理效率，改善城市公共服务水平，从而跨越式地提高城市发展的创新性、有序性和持续性，形成低碳城市生态圈，构建城市发展的新形态，使整个城市像一个有智慧的人那样，具有较为完善的感知、认知、学习、成长、创新、决策、调控能力和行为意识，使绝大多数市民都能享受到智慧城市的服务和应用。