1 引言

　　城市是社會生產力發展和科技進步的結果，是承載了多項功能的一個綜合體，隨著社會的發展，城市的內涵在不斷發生變化，影響城市發展的因素也在不斷增多。所以，城市化的過程就是一個人類生產生活方式、社會結構不斷發展、完善的動態過程，美國城市地理學家諾瑟姆于1975年提出的城市化過程S型曲線也充分說明了城市化階段性的發展規律和特點。

　　智慧城市是城市化的高級階段，以物聯網技術為基礎，通過更深入的智慧化、更全面的互聯互通、更有效的交換共享、更協作的關聯應用，最終成為一個高效安全、學習創新、和諧友好、智慧開放的類生命體。因此，發展成熟的智慧城市具有像生命體一樣的特征，如具有較為完善的行為意識和調控能力、智能感知、情境感知與認知能力，成熟的信息知識智能轉換機制及決策能力，一定的自我學習、自我成長和自我創新能力。顯然，智慧城市的成長不是一蹴而就的，像一個生命體的成長過程一樣，將經歷一個長期的建設發展、學習創新、自我完善的過程，仍將遵循城市化發展的基本規律，經歷起步、發展、成熟三個不同階段。

　　根據智慧城市的內涵及特征，智慧城市建設將涵蓋信息基礎設施、應用體系、產業發展和支撐體系等，這幾部分涉及面寬、結構復雜，且需要相互支撐、相互促進。所以，智慧城市在起步、發展、成熟等三個階段的特征將是完全不一樣的。

　　目前，全球許多城市都在進行智慧城市的試點，中國已有近50個城市或地區提出了建設智慧城市的目標，智慧城市相關的市場規模超過1500億元。大量新城區的建設以及城市企業信息化發展的各類新趨勢驅動了智慧城市市場。

　　智慧城市建設的動因主要有以下3個方面：

　　(1)調整經濟結構，轉變增長方式：實現企業轉型，創建智慧的業務機制，降低成本，規避風險，實現整合，提升領導力建設。

　　(2)傳統產業升級：助力傳統企業升級轉型并走向世界，石油、天然氣、鋼鐵、化工及其它制造業(如智能電網，智能交通，新能源服務等)。

　　(3)新興產業培育：支持支持現代化服務業發展(如物流，外包，銀行核心業務，旅游等新型產業)。

　　2 智慧城市的定義及需求

　　2.1 智慧城市的定義

　　《維基百科》對智慧城市有如下定義：智慧城市是以“智慧技術、智慧產業、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活”等為重要內容的城市發展的新模式，是信息化向更高階段發展的表現，具有更強的集中智慧發現問題、解決問題的能力，因而具有更強的創新發展能力。

　　該定義是從服務和應用角度，對智慧城市的一個宏觀層面的定義，如果從建設和技術支撐手段方面來看，智慧城市可以理解為：智慧城市是物聯網行業應用的綜合性集成，并通過數據的統一集中管理，信息的智能化處理，形成的面向城市管理、控制與服務的應用模式。

　　為了更好的支撐城市智慧化的應用，形成“智慧技術、智慧產業、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活”等六項內容，一個智慧城市的發展目標主要是圍繞城市的可持續發展，提供全面感知，有效控制，高效管理，優良服務。

　　從技術手段上而言，智慧城市主要需借助物聯網、互聯網以及無線通信網以及IT支撐等基礎設施，充分發揮信息通信技術(ICT)的集成能力，構建產業的智慧化發展環境，形成基于海量信息和智能過濾處理的新的生活、產業發展、社會管理等模式，構建全新的智慧化應用環境，實現協同、高效、安全以及低成本的城市環境。

{$page$}

　　IDC預測到2020年，全球的數據規模將會達到35.2 ZB(ZB=1000EB=106PB)，未來將面臨大數據量的挑戰，具體的如存儲能力如何提供？計算能力如何提供？支撐面向大數據的服務的體系如何構建等問題，均需要好的技術架構來支撐。

　　(1)信息全面感知

　　通過網絡把各種終端、傳感器和網絡，在運行、服務中捕獲到的多種信息元數據，包括行業運行數據、上下文感知數據、服務過程數據和用戶特征數據。

　　(2)海量數據處理

　　●具備P級的多部門、多行業異構數據的存儲。

　　●實現海量數據并行計算與分布式處理。

　　●構建基于人工智能的數據分析和知識管理的智能應用。

　　(3)智能信息化管理

　　形成支撐智慧城市的行業智能應用。建立面向服務的智慧城市綜合應用的統一公共管理平臺。通過網絡提供普適、智能的應用與服務。

　　2.2 智慧城市的支撐技術

　　城市的發展經過了數字化，無線化、移動化的發展過程(見圖1)，目前隨著物聯網技術及模式的不斷發展和成熟，城市的發展以及經營正在向物聯化方向邁進。

圖1 智慧城市的發展過程

　　物聯化的城市發展面臨的主要問題是：全面感知，有效獲取，海量數據的存儲、管理、控制，信息的智能處理及智慧化應用支撐。

　　目前，信息化技術的發展主要針對以上四大挑戰的解決途徑分別是：物聯網，物聯網+通信網+互聯網，云計算+普適計算，云計算+人工智能。

　　同時，為了保證城市的可持續化發展，需要不斷建設和完善面向城市智慧化經營的服務體系架構。整個的技術與服務體系的互相促進，實現智慧化城市的發展。因此，支撐智慧城市的具體技術有云計算，普適計算，固定寬帶網，3G移動網，無線局域網，智能終端，物聯網，GIS與系統集成技術。

　　(1)物聯網的定義

{$page$}

　　物聯網是“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡，實現了任何時間、任何地點及任何物體的連結。可以幫助實現人類社會與物理世界的有機結合，使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，從而提高整個社會的信息化能力。

　　物聯網的核心技術包括傳感與RFID融合技術、識別與環境感知技術、物聯網節點及網關技術、物聯網通信與頻管技術、物聯網接入與組網技術、物聯網軟件與算法、物聯網交互與控制和物聯網計算與服務。

　　物聯網的典型架構如圖2所示，主要分為感知層，網絡層以及應用層。

圖2 物聯網典型架構

　　(2)云計算技術

　　云計算是一種新的計算方法：通過虛擬化、分布式處理和寬帶網絡等技術，按照“即插即用”的方式，自助管理運算、存儲等資源能力，形成高效、彈性的公共信息處理資源；云計算也是一種新的商業模式：使用者通過公眾通信網絡，以按需分配的服務形式，獲得動態可擴展信息處理能力和應用服務，也是電信運營商新的信息服務產品和ICT交付模式。

　　云計算的主要技術包括虛擬化、分布式處理、云管理、云終端、綠色IT、云安全等。云計算的技術及服務架構如圖3所示。

圖3 云計算的技術及服務架構

　　(3)普適計算技術

　　普適計算(Pervasive Computing或Ubiquitous Computing)最早起源于1988年Xerox PARC(Palo Alto Research Center)實驗室計劃。1991年Mark Weiser在The Computer for the 21th Century一文中首先提出了普適計算的概念。普適計算是指在普適環境下使人們能夠可以在任意時間，使用任意設備，通過任意網絡來獲得所需的服務。

　　普適計算與云計算的關系如表1所示，普適計算提供隨時隨地的計算服務云計算提供強大、共享的計算服務。

表1 普適計算與云計算的關系

　　(4)終端技術發展

　　支撐智慧城市的終端發展主要有：

　　●瘦終端，傳感終端，虛擬終端，多設備內容同步等終端技術。

　　●面向家庭、企業的智能融合業務終端。

　　3 智慧城市的整體架構

　　如圖4所示，智慧城市包括智慧城市服務數據中心，應用及服務平臺，網絡以及終端等4類重要元素：以數據中心為核心、以物聯網終端為觸角，以Wi-Fi，3G無線全覆蓋，寬帶通信為高速信息通道，以信息處理提供應用支撐能力，以異地備份提供數據保障，信用透明度評估能力保障信用安全，從而形成一個閉環式的服務體系，構成融合無線通信、寬帶通信、物聯網和云計算的整體集成解決方案。

圖4 智慧城市的概念架構

　　作為城市智慧化服務的核心，數據是最重要的基礎。如圖5所示，智慧城市的重點在于建設城市級數據系統(CDS)。具體的：城市級數據系統包括基礎設施數據子系統，城市人數據子系統以及行業數據子系統。其中，基礎設施數據子系統主要用于收集、存儲、處理支撐智慧城市的基礎設施如網絡，傳感器、平臺等的數據，進行基礎設施能力的智能化配置；城市人的數據子系統，主要對人員使用服務的行為數據進行特征分析和挖掘，建立相應的策略特征庫，從而面向城市人提供個性化，智能化的人性服務。CDS是一個基于云計算分布式數據庫和分布式文件系統、專家系統、機器學習和自動規劃等，構成的網人工智能系統，即城市的“大腦”，使城市的管理、服務具有智能特性。

　　智慧城市的運營，需要建立面向城市管理、控制與服務的體系架構(見圖6)，統一集中各行業數據與信息資源，建立跨部門、跨行業建立協同平臺。通過物聯網，將行業應用的數據進行集中，構建CDS，同時由跨部門、跨行業的協同處理平臺，進行協同處理和智能控制，通過智能網絡，實現面向城市人或物的普實話智能服務。

圖6 智慧城市的運營架構

　　智慧城市的平臺架構如圖7所示，建立以CDS為中心，基于IaaS云平臺管理下的集中資源，通過資源的智能適配，承載和建設開放的業務引擎，包括業務控制引擎，事務處理引擎，數據分析引擎以及上下文感知協同引擎等。與各種終端協同，形成面向智慧城市服務的統一化平臺。

圖7 智慧城市的平臺架構

　　智慧城市的網絡架構如圖8所示，以城市大規模數據中心為核心，進行資源集中，基于數據中心，構建三種基礎設施能力，包括計算、存儲以及網絡的能力，同時提供四種引擎，面向城市提供多樣化的服務。

　　4 智慧城市的建設

　　如圖9所示，智慧城市的建設包括了6種基本的內容，具體包括云計算數據中心、基礎通信、終端、應用系統、物聯網以及業務支撐平臺。

圖9 智慧城市的建設內容

　　(1)云計算數據中心。是承載智慧化應用，構成各種支撐能力的核心基礎設施。一方面承載各種物聯網、三網融合等的數據，更重要的是承載用戶行為數據，構成智慧化應用的核心能力。

　　(2)基礎通信網絡。包括寬帶接入、承載以及傳輸等有線寬帶網絡，3G蜂窩通信網絡以及無線Wi-Fi全覆蓋。

　　(3)終端。包括各種終端(如PC，電視，電話，各種瘦終端，物聯網終端等)。

　　(4)業務支撐平臺。支撐各種智慧化應用的業務，包括訂單管理，用戶管理，服務管理以及各種基本能力支撐，如數據庫，基本的管理應用系統等。

　　(5)物聯網。物聯網傳輸、匯聚以及物聯網信息采集、存儲、預處理等系統。

　　(6)典型應用系統。主要是包括各種應用系統(如管理應用，一卡通應用，智能物流，監控應用，三網融合應用等)。

　　智慧城市的建設目標如圖10所示，可以概括為以云計算數據中心為核心、以物聯網為觸角，以Wi-Fi，3G無線全覆蓋，寬帶通信為高速信息通道，構建智慧城區。

圖10 智慧城市的建設目標

　　如圖11所示，智慧城市中基礎設施的集成主要分為基礎設施層，感知層，網絡層，平臺層以及具體應用層。

　　(1)把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被泛在連接，形成“物聯網”。

　　(2)通過感知層，將不同環境下的感應器收集到感知層。

　　(3)通過網絡支撐層，將不同的感知層通過不同的網絡進行匯集。

　　(4)通過超級計算機和云計算將“物聯網”整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。

　　(5)把新一代IT技術面向用戶，面向產業，充分運用在各行各業之中，更加精細和動態的方式管理生產和生活，從而達到“智慧”狀態。

　　智慧城市的信息處理集成架構如圖12所示，依托公眾通信網絡，以數據心為核心，通過多接入終端實現泛在接入，面向服務的端到端體系架構。

圖12 智慧城市的信息處理集成架構

　　5 智慧城市經營探討

　　在智慧城市的經營和服務過程中，有幾個主體要素，分別是政府，智慧城市的經營者和服務提供者，云計算基礎設施服務提供者以及云計算應用服務提供者。確保智慧城市的良性發展，必須堅持以上四個主體(包括政府、經營者)，云計算基礎設施服務提供商以及云計算應用服務提供商，能夠四位一體，共同推動集中化、集約化、規模化、創新性的智慧城市健康生態環境。

　　5.1 政府

　　是智慧城市的牽頭組織者，必須具備智慧城市建設、運營以及服務開展的全程監管，優化和綜合各種應用，形成城市的整體發展合力。

　　5.2 智慧城市的經營者和服務提供者

　　如圖13所示，隨著社會信息化應用的進一步推進，信息通信服務的進一步發展和提升，要建立創新應用，可靠運營，開放平臺，優質服務，共享資源，有效監管的智慧城市，必須有有力的智慧城市經營與服務者，具體是智慧城市的踐行者，負責牽頭實施，整體規劃，運營安全保障，服務過程保障，服務拓展以及需求搜集等工作。

圖13 智慧城市的經營與服務

　　5.3 云計算基礎設施服務提供者

　　主要關注于規模化投資建設，完善的運營與服務保障制度以及流程，建設安全的信息保障和監管。

　　5.4 云計算應用服務提供者

　　提供創新性、開放性以及共享性的云計算應用服務和行業應用服務。

{$page$}

　　6 面臨的挑戰

　　6.1 協同方面的挑戰

　　(1)加強各種政策之間的協同和銜接，形成政策體系。

　　(2)智慧城市的順利開展涉及多個行業，不同主管部門制定不同的行標和規范，協同性有待加強。

　　(3)現階段信息互聯互通與數據共享程度還較低，信息融合有待進一步加強。

　　6.2 技術人才方面的挑戰

　　云計算行業近期處于快速增長階段。這種爆發式的增長使得云計算工作開展中碰到的最大問題之一就是人才缺乏，人才的缺乏會制約云計算的發展。

　　6.3 安全模式及用戶習慣的挑戰

　　云計算安全問題也是云計算商業推廣中的主要問題之一，由于“云”對外部不透明，云計算的服務提供并沒有對業務給出細節的具體說明，如何在內部IT支撐中給業務系統提供安全可信、數據隔離是云計算的重要影響因素之一。用戶習慣尚不是很成熟，需要進一步培養。