智慧城市可謂是當(dāng)下最受關(guān)注的熱門話題之一。在全球城市化背景下，環(huán)境污染、交通擁堵等“城市病”日益嚴(yán)重，人們渴望通過建設(shè)智慧城市解決這些棘手的問題，使人與自然更加協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)前，中國的智慧城市建設(shè)還處于起步階段，中國科學(xué)院、中國工程院院士李德仁接受《中國信息界》專訪，為我們講解何為“智慧城市”，以及要如何建設(shè)智慧城市。
Q：當(dāng)前中國正處于城鎮(zhèn)化的重要階段，特別是在城鎮(zhèn)化進程中，更衍生出了人口超千萬的超大城市。您認(rèn)為，中國城鎮(zhèn)化過程中主要遇到了哪些問題？
李德仁：城鎮(zhèn)化不僅是中國也是當(dāng)今世界上最重要的社會、經(jīng)濟現(xiàn)象之一。21世紀(jì)初，全球人口的半數(shù)以上生活在城市地區(qū)，并且這種趨勢仍在加劇，每年超過6000萬的人涌入城市，平均每周超過100萬人。現(xiàn)在，城鎮(zhèn)化的步伐還在加快，隨之而來的是大都市和城市群，這在人口密集的亞洲表現(xiàn)得尤為明顯。根據(jù)聯(lián)合國的預(yù)測，全世界358個百萬人口城市中的153個出現(xiàn)在亞洲；27個人口超過千萬的“超級城市”中有15個在亞洲。作為全球人口最多的國家，中國在城鎮(zhèn)化過程中衍生出人口超千萬的超大城市是必然的，然而，很多問題也隨之而來。
城鎮(zhèn)化進程中涌現(xiàn)出了各種“城市病”，例如異常脆弱的基礎(chǔ)設(shè)施、日益加劇的交通擁堵、不斷惡化的生態(tài)環(huán)境、進城務(wù)工人員的蝸居生活……，這些都是城鎮(zhèn)人口快速增長中出現(xiàn)的問題。
特別是那些人口超千萬的超大城市面臨的問題尤為嚴(yán)峻，這些問題主要集中在以下幾個方面：第一，當(dāng)前超大城市地面沉降問題日益凸顯。我國現(xiàn)在有超過50個城市發(fā)生地面沉降，地面沉降是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，會危及到城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全；第二，極端條件環(huán)境下城市災(zāi)害頻發(fā)。超大城市的發(fā)展改變了土地利用性質(zhì)，當(dāng)城市不透水面占75%以上后，55%的降水需要靠地表徑流來排，可以說，不透水層變化從根本上改變了降水再分配。由此帶來的影響我們都已經(jīng)深刻感受到了，近年來城市特大暴雨頻發(fā)，如2016年汛期的武漢，24小時降雨達到550mm，甚至有了“夏天來武漢看海”的說法。災(zāi)害頻發(fā)給老百姓的生活帶來很多不便，甚至?xí)＜暗缴瑢Τ鞘械慕?jīng)濟也造成了巨大的損失；第三，交通擁堵問題突出。中國和國外城市特別是超大城市現(xiàn)有的交通系統(tǒng)存在著很多問題，高峰期交通擁堵、停車難、公共交通出行難、交通管理難……城市交通發(fā)展面臨著交通安全和通行效率的雙重挑戰(zhàn)；第四，城市能源問題。大城市現(xiàn)有能源系統(tǒng)也面臨著挑戰(zhàn)，綠色能源生產(chǎn)不可持續(xù)，能源使用效率低；第五，超大城市進城務(wù)工的農(nóng)民，由于工資低、生活條件差，會帶來城市污染，也會造成貧富懸殊問題。
上述這些“城市病”需要通過智慧城市來幫助解決。智慧城市對經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展、城市智慧管理和對大眾的智能服務(wù)具有廣泛的前景，從而使得人與自然更加協(xié)調(diào)發(fā)展。
中國為什么要抓信息化、智能化？因為現(xiàn)在中國的城鎮(zhèn)化只有53%，還在發(fā)展中。我們之前城鎮(zhèn)化比西方國家落后，到了信息化時代我們要趕上來。中國在總體上是后發(fā)的，有后發(fā)優(yōu)勢，需求大、投資大，抓手就是“智慧城市”，利用信息化的網(wǎng)絡(luò)空間和物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)，把現(xiàn)實城市中人、車、物的活動智能化、科學(xué)化的管理起來。我們的目標(biāo)就是低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展。
但是，我們也必須認(rèn)識到，智慧城市不是萬能的。諸如地面沉降、空氣和水環(huán)境污染、城市地面不透水層、超大城市中的蝸居、基礎(chǔ)設(shè)施跟不上城市的發(fā)展等問題，是智慧城市無法解決的。只有同時抓好現(xiàn)實城市的設(shè)計、規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，落實黨中央關(guān)于城市發(fā)展的一系列政策，才能使智慧城市落到實處。
Q：您提到了智慧城市，可以說，建設(shè)智慧城市是使城鎮(zhèn)化走得更好、更快的路徑，但目前中國智慧城市建設(shè)仍處于起步階段，很多人甚至還不了解什么是智慧城市。您認(rèn)為，怎樣的城市才能稱之為“智慧城市”？
李德仁：“智慧城市”，我給過一個定義：智慧城市=數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng)+云計算。為什么呢？數(shù)字城市是一個網(wǎng)絡(luò)空間、虛擬空間，在這個數(shù)字城市里面，我們把城市的東西裝到互聯(lián)網(wǎng)上去，這時候可以在網(wǎng)上看到城市的信息、實體。但是僅僅這樣還不行，因為它沒有跟現(xiàn)實城市關(guān)聯(lián)，要通過物聯(lián)網(wǎng)把現(xiàn)實城市和數(shù)字城市關(guān)聯(lián)起來，物聯(lián)網(wǎng)就是將各種城市人流、物流信息實時往上輸送。但這又出現(xiàn)了一個問題，物聯(lián)網(wǎng)有上億個傳感器，每個傳感器很小，沒有計算功能，是個傳感器，傳感器收上來的數(shù)據(jù)是需要計算、分析和控制反饋的，所以云計算出現(xiàn)了。物聯(lián)網(wǎng)和云計算是一對孿生兄弟。
到了物聯(lián)網(wǎng)時代，構(gòu)成一個虛實結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)物理空間，叫做CPS，這個CPS可以在網(wǎng)上做一切事情，通過實時分析、計算、感知、認(rèn)知和反饋實現(xiàn)智能化，這是大家要了解的一個全新概念。
一個城市的管理，到了智慧城市階段，市長，市各個職能部門都可以輕松一點了，他們是做優(yōu)化的工作，下一步改善環(huán)境的工作、城市的運控管理，就可以讓城市云計算中心來完成，這就是我們對智慧城市的理解。也就是說，智慧城市運營中心就像人的大腦一樣，自動和實時地感知現(xiàn)實城市中人、車、物的各種狀態(tài)和變化，以及城市的各種狀態(tài)變化，由云計算中心處理其中海量和復(fù)雜的計算與控制，為經(jīng)濟發(fā)展、城市管理和公眾提供各種智能化的服務(wù)。
具體來講，智慧城市要掌握三大技術(shù)，這三大技術(shù)才能構(gòu)成智慧城市。
第一個技術(shù)是“數(shù)字城市”空間信息技術(shù)，就是把這個城市所有相關(guān)的空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)等采集過來。但中國的數(shù)字城市電子地圖是保密的，所以國家測繪局確定了三條路線服務(wù)：元數(shù)據(jù)目錄管理、政務(wù)網(wǎng)數(shù)據(jù)、公眾網(wǎng)數(shù)據(jù)，分為保密與開放級數(shù)據(jù)來提供使用。“天地圖”就是在這方面服務(wù)的，代表中國政府發(fā)布數(shù)據(jù)，其內(nèi)容會越來越好。如果把“天地圖”跟谷歌相比較，中國的數(shù)據(jù)比谷歌的更好，中國的“天地圖”數(shù)據(jù)中，鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)比較多，點擊率到了9億。
第二個技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)人與人、人與機器、機器與機器的互聯(lián)互通。專家預(yù)測，到2020年全世界物聯(lián)網(wǎng)傳感器將達到10萬億個，無處不在。現(xiàn)在我們在國家推行“天網(wǎng)”，例如海上巡洋或作業(yè)時，數(shù)據(jù)能夠通過衛(wèi)星在軌處理，實時回傳、及時做出反應(yīng)，如果能在10秒鐘完成，這就完全支持了實時需要，我們稱之為空間信息網(wǎng)絡(luò)化。
第三個技術(shù)是云計算。為什么要有云計算呢？因為傳感器只能傳輸，不能存儲、處理數(shù)據(jù)，所以需要無處不在的、社會化、集約化、專業(yè)化的動態(tài)可伸縮虛擬化的云計算信息服務(wù)。互聯(lián)網(wǎng)資源配置經(jīng)歷了客戶機/服務(wù)器、瀏覽器/服務(wù)器、服務(wù)器井噴、服務(wù)器托管到虛擬服務(wù)這么一個變遷過程。
我認(rèn)為，城市職能可分為生存繁衍、經(jīng)濟發(fā)展、社會交往、文化享受四個部分。智慧城市職能是城市職能的延伸和發(fā)展，即實現(xiàn)智慧安防、智慧制造、智慧交通、智慧教育等等，也就是在上述四個方面提供智能化。
Q：那么，您認(rèn)為如何才能建設(shè)好智慧城市呢？其中，政府應(yīng)該發(fā)揮怎樣的作用？企業(yè)又該如何參與？
李德仁：智慧城市建設(shè)是“一把手”工程，需要根據(jù)每個城市特點，做好頂層設(shè)計和整體規(guī)劃，建立智慧城市運用中心和運營腦，組織實施。智慧城市需要一個基于云計算的運營腦來管理，可以由市級主管領(lǐng)導(dǎo)牽頭，成立智慧城市運營中心，任命城市首席運營官，下設(shè)聯(lián)席會議委員會和管理辦公室，管理四件事情：城市IT的運維中心、大數(shù)據(jù)中心、城市運行監(jiān)控和指揮中心、智慧服務(wù)中心。
運營中心的職能包括：參與和審核智慧城市的頂層設(shè)計；規(guī)劃和審核各行業(yè)信息化發(fā)展的總體目標(biāo)、框架、任務(wù)、運營管理機制等；相關(guān)政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)的制定；負責(zé)城市信息資源整合與共享；城市運行的集中監(jiān)控；多部門協(xié)同與指揮；促進面向社會的大數(shù)據(jù)開放應(yīng)用、服務(wù)與交易體系的形成……
基于開放的云架構(gòu)構(gòu)建智慧城市運營中心，核心是公共信息云服務(wù)平臺，形成智慧城市中的大數(shù)據(jù)生態(tài)鏈，基于大數(shù)據(jù)共同實現(xiàn)城市運行監(jiān)控和智慧調(diào)度。智慧城市時代的IT合作是圍繞大數(shù)據(jù)的合作——數(shù)據(jù)采集、加工、存儲、清洗、挖掘、決策、控制與利用服務(wù)。
這些技術(shù)的實現(xiàn)當(dāng)然離不開企業(yè)的參與。武大吉奧就開發(fā)了這樣一個實時GIS平臺—GeoSmarter，這是智慧時代的一個地理信息軟件，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)接入、實時數(shù)據(jù)分析和推理、動態(tài)數(shù)據(jù)管理，提供動態(tài)信息服務(wù)，最終實現(xiàn)感知、認(rèn)知和行動的一個大腦感知識別的過程。
基于云計算的智慧城市怎么運營？武大吉奧做的智慧城市運營中心，我把它給很多城市的市長演示，很受歡迎。現(xiàn)在華為和武大吉奧正在合作把這個運營中心推廣到全國上百個城市，希望推廣到地市級以上的、縣以上的城市。
智慧服務(wù)中心，要做好三件事情：第一，面向公眾生活的智慧服務(wù)平臺；第二，開放給企業(yè)的應(yīng)用服務(wù)平臺；第三，政企合作的大數(shù)據(jù)交易平臺及運營公司。這樣一來，政府治理的模式將從管理走向服務(wù)，傳統(tǒng)的政府IT信息化架構(gòu)將被“云-端”互動的智慧城市所取代。
運營中心就是智慧城市的心臟或大腦，因為它是城市大數(shù)據(jù)的資源池，城市物聯(lián)網(wǎng)的樞紐，城市運營監(jiān)控與指揮中心，城市運營數(shù)據(jù)的全面感知，實現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)的高效協(xié)同與應(yīng)急響應(yīng)，面向社會企業(yè)和公眾的服務(wù)平臺可以降低城市信息化建設(shè)與運維的成本，最大程度降低政務(wù)成本、提升城市效率。歐洲在這方面做得很好，歐洲各部門應(yīng)用大數(shù)據(jù)以后，行政管理費用降低了2500億美元。
政府真正實現(xiàn)“基于實證的事實”的政府治理，以及可視化、可控化、智能化、可預(yù)測及可量化評估與持續(xù)優(yōu)化的城市運行模式。企業(yè)也可通過大數(shù)據(jù)重組生產(chǎn)資源，改良商業(yè)模式，獲得更大效益。同時，智慧服務(wù)貫穿老百姓“出生、醫(yī)療、教育、就業(yè)、婚育、養(yǎng)老、殘疾、殯喪”等人生過程，提升城市居民幸福感。這就是我們建設(shè)智慧城市的目標(biāo)。
以武漢市為例，其充分利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，參照國內(nèi)外已開通的政府公開數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，結(jié)合武漢市的應(yīng)用特點和具體的需求，形成了簡稱“六個一”的公開數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，含48個部門，700余種服務(wù)數(shù)據(jù)。按照“一套標(biāo)準(zhǔn)、一朵云、一個中心、一張圖、一站式、一種模式”原則，將各部門數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心，進行大數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)公共服務(wù)。
總的來說，智慧城市的大數(shù)據(jù)問題帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，我們需要抓好技術(shù)創(chuàng)新和攻關(guān)研究，才能拉動數(shù)字服務(wù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更好地實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧城市”的各種智慧應(yīng)用。
延伸閱讀
李德仁：智慧城市應(yīng)重視空間大數(shù)據(jù)作用
當(dāng)前智慧城市是在數(shù)字城市基礎(chǔ)之上，用互聯(lián)網(wǎng)云計算把城市組織起來，實現(xiàn)虛擬空間與現(xiàn)實城市的集合。基于時空大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，由云計算中心處理時刻產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，產(chǎn)生感知、認(rèn)知、控制范圍，實現(xiàn)制度化，實現(xiàn)低碳綠色科技的發(fā)展。
在智慧城市的建設(shè)和應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)將產(chǎn)生反映自然和人類活動的百萬兆級到十億兆級和萬億兆級數(shù)據(jù)，使世界進入真正的大數(shù)據(jù)時代。數(shù)字城市是周圍組織的基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是讓我們實現(xiàn)互聯(lián)互通的手段。一個智慧的城市，需要運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、時空大數(shù)據(jù)集成等新一代信息技術(shù)，來促進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式，以解決空間文化、處理傳輸、實時處理、及時反饋等服務(wù)，實現(xiàn)全球無縫的智能化。
智慧城市及其應(yīng)用
智慧城市的應(yīng)用方面，涉及到城市的方方面面，首先我們要抓好智慧環(huán)保。經(jīng)濟發(fā)展是城市的第二大智能，我們要啟動類似太陽能發(fā)電這樣的能源利用計劃，制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，把物流拉到前端制造，制造放心的產(chǎn)品，促進經(jīng)濟得到發(fā)展。
其次要抓好智慧交通、智慧公路的建設(shè)。城市智慧化的社會綜合管理很重要。城市建設(shè)要實現(xiàn)真正的智慧網(wǎng)，就要充分利用時空數(shù)據(jù)的作用。比如交通環(huán)境加傳感器，收集管道中間的實時數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行分析，可產(chǎn)生軍事化細致的智能化，具有很好的調(diào)度作用。時空數(shù)據(jù)有大量空間的傳感器、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理軟件、信息庫以及資金支持，在園區(qū)的環(huán)境之下，我們應(yīng)利用好這些資源，進行空軍的一體化來支持城市建設(shè)。
時空大數(shù)據(jù)與云計算的運用
時空大數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲、處理、查詢和分析后，可更好地用于各類應(yīng)用從而提供智慧服務(wù)。未來我國將推行60到80顆衛(wèi)星組網(wǎng)，實現(xiàn)一星多用、中心主板多網(wǎng)融合實時服務(wù)，實現(xiàn)遙感，導(dǎo)航的精度提高，實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)的采集，并形成數(shù)據(jù)模型。智慧城市要求各省市將各類應(yīng)用中的時空大數(shù)據(jù)進行有效管理，并按照實際需求進行處理、存儲、管理并提供相應(yīng)服務(wù)，滿足從室外到室內(nèi)，從地上到地下的各類智慧應(yīng)用。
借助遙感云大數(shù)據(jù)科學(xué)的相關(guān)技術(shù)，能夠有效地破解多個城市困局。例如實現(xiàn)的洪水淹沒范圍分析，實現(xiàn)室內(nèi)外高精度的手機連續(xù)位置定位和實時導(dǎo)航，可以提供與位置相關(guān)的各類服務(wù)或需求解決方案。北斗云服務(wù)平臺已于2012年12月27日對中國及周邊地區(qū)正式提供運營服務(wù)，其定位和測速的高精度可用于智慧交通中車輛控制和智能駕駛。
充分利用時空大數(shù)據(jù)的挖掘
基于數(shù)據(jù)表達、信息組織與知識發(fā)現(xiàn)等不同層次的數(shù)據(jù)挖掘方法，實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)挖掘，是時空大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。例如，利用GS數(shù)據(jù)的挖掘，構(gòu)成生態(tài)智能管理系統(tǒng)，形成現(xiàn)代管制的方法，加速解決防洪綜合發(fā)電等各項問題。
通過夜光影像、人口密度、土地覆蓋等數(shù)據(jù)，收集城市人口活動的變化強度，建立模型，并對人的行為認(rèn)知進行研究分析，幫助解決城市建設(shè)的問題。同時，通過對視頻數(shù)據(jù)的挖掘，對夜光影像的長時間序列分析，發(fā)現(xiàn)夜光影像能夠較好的分析行為、理解數(shù)據(jù)、并將數(shù)據(jù)自動壓縮，利用其評估不同區(qū)域受到武裝沖突的影響程度，維護城市的安全。
利用遙感數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測，提取農(nóng)作物信息作為農(nóng)作物長勢監(jiān)測或產(chǎn)量估算的模型參數(shù)，進一步進行農(nóng)作物產(chǎn)量統(tǒng)計分析，為經(jīng)濟發(fā)展提供參考。
建設(shè)智慧城市運營中心
智慧城市建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，需要根據(jù)每個城市自身的特點，在做好頂層設(shè)計后統(tǒng)一規(guī)劃，建立智慧化的城市運營中心，根據(jù)實際需要來運營，并將其變成城市運行監(jiān)控的指揮調(diào)度中心，變成智慧服務(wù)的中心，使其合適化、可控化、智能化，持續(xù)優(yōu)化的發(fā)展下去。企業(yè)可以得到資源，市民可以享受社會化的服務(wù)，幸福感得到充分的提升。
在實現(xiàn)運營中心的管理中，要利用大數(shù)據(jù)交易促進經(jīng)濟的增長，實現(xiàn)其對社會服務(wù)、對公民服務(wù)。大數(shù)據(jù)強調(diào)，智慧城市要實現(xiàn)對實際中的人或物的感知、控制和整合，否則是假的。第二個智慧城市，對經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、對我們的綠色發(fā)展很重要。第三個大數(shù)據(jù)為智慧城市帶來的機遇和挑戰(zhàn)，要發(fā)展智慧化的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展能被認(rèn)知、感知的智慧城市。
智慧城市的建設(shè)是一把手工程，要抓好智慧城市建設(shè)的中心，推動每個城市的發(fā)展，形成技術(shù)鏈、數(shù)據(jù)鏈、價值鏈。智慧城市建設(shè)中將產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)問題既是下一代的科學(xué)前沿問題，也是推進智慧城市發(fā)展的源動力，需要有針對性地加快有關(guān)大數(shù)據(jù)的技術(shù)創(chuàng)新和重點攻關(guān)研究，推動和加速智慧服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助力讓城市更加科學(xué)、高效、低碳和安全地運行。
（本篇根據(jù)中國科學(xué)院、中國工程院兩院院士、武漢大學(xué)教授李德仁于“2016全球智慧城市高峰論壇暨國際智慧城市博覽會”主旨演講整理）
來源：中國智慧城市導(dǎo)刊，csus智慧城市領(lǐng)航（版權(quán)歸原作者及刊載媒體所有）
