1 城市信息化的發(fā)展趨勢

        信息化時代瞬息萬變，移動互聯(lián)網、物聯(lián)網、云計算技術方興未艾，其增長速度超出人們的想象。互聯(lián)網應用從只能讀取內容的Web 1.0時代發(fā)展到人們可以參與共享內容的Web 2.0時代，再到現(xiàn)在已悄然邁進的智能化的Web 3.0時代;管理信息化應用從關注組織內部事務處理到關注組織內部工作流程，又在向組織內外協(xié)同處理的訴求發(fā)展。人們的信息化生活、生產活動逐漸從封閉、單一走向開放、智能，正邁向協(xié)同處理、信息智能的時代。城市作為人們生活和生產的載體，將無可避免地與信息產業(yè)技術發(fā)展趨勢相結合，從而衍生出具備智能的城市級信息系統(tǒng)。智慧城市信息系統(tǒng)作為信息產業(yè)新技術融合的產物，將控制和協(xié)同城市居民的生活和生產活動，使之更加便捷、高效、安全、和諧。

        可以將城市比作一個有機的生物體，而將其信息系統(tǒng)比作生物體的神經系統(tǒng)。高等生物的神經末梢感受體內、體外環(huán)境的信息，通過周圍神經傳遞到中樞神經進行整合加工，再經周圍神經控制、協(xié)調生物體內部各系統(tǒng)的功能以及生物體和外部環(huán)境的平衡。物聯(lián)網感知和控制終端是智慧城市的神經末梢，寬帶通信基礎網絡構成周圍神經系統(tǒng)，而云計算數(shù)據(jù)中心作為城市智慧的大腦，三者共同構成智慧城市信息系統(tǒng)，以協(xié)調城市這個龐大的生物體各系統(tǒng)的運轉，以及城市和自然環(huán)境的平衡。城市將愈發(fā)依賴于這種高度互聯(lián)、高度協(xié)同的智慧信息系統(tǒng)。

         2 智慧城市的概念和關鍵能力

         智慧城市是以智慧技術、智慧產業(yè)、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活為特征的城市發(fā)展新模式，是信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)，具有以更強的集中智慧發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，因而具有更強的創(chuàng)新發(fā)展能力。我們認為，智慧城市是物聯(lián)網行業(yè)應用的綜合性集成，并通過感知數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理、海量信息的智能化處理，形成面向城市管理、控制與服務的應用模式。其建設和發(fā)展目標是圍繞城市的可持續(xù)發(fā)展，提供全面感知的、有效控制的高效管理和優(yōu)良服務。

         智慧城市應具備以下三個信息化關鍵能力：

         (1)信息的全面感知能力

         城市中布有大量的感知終端，通過傳感器網絡，在運行、服務中捕獲到人們生活、生產以及城市環(huán)境的多種信息元數(shù)據(jù)。

         (2)海量的數(shù)據(jù)處理能力

         具備海量的跨部門、跨行業(yè)異構數(shù)據(jù)的存儲能力，能夠對海量異構數(shù)據(jù)進行高效分析、計算和處理的能力，并且能夠構建基于數(shù)據(jù)分析和知識管理的智能應用能力。

        (3)智能的管理服務能力

        在形成支撐智慧城市的行業(yè)智能應用的基礎上，建立面向服務的智慧城市綜合應用的統(tǒng)一公共管理平臺，為居民生活和各行業(yè)生產提供普適的、智能的應用與服務。

         3 物聯(lián)網和云計算技術

         智慧城市信息系統(tǒng)是一個面向城市管理、控制與服務的體系，它統(tǒng)一集中各行業(yè)數(shù)據(jù)與信息資源，為跨部門、跨行業(yè)建立協(xié)同處理和智能控制平臺(見圖1)。

         對智慧城市關鍵能力的分析可以看到，物聯(lián)網和云計算能夠為構建智慧城市信息系統(tǒng)提供技術支撐，它們在寬帶通信基礎網絡的支撐下構成智慧城市信息系統(tǒng)的信息感知端和信息處理端。一方面，物聯(lián)網滲透入各行業(yè)，提供全面的城市感知和控制網絡。另一方面，云計算數(shù)據(jù)中心提供面向各個物聯(lián)網行業(yè)應用的集成，面向用戶和終端提供整體的智慧城市應用服務平臺。兩者之間由普遍覆蓋的寬帶通信網絡在平臺與終端之間提供網絡環(huán)境支撐。云計算構架在寬帶通信網之上，物聯(lián)網將主要依賴寬帶通信網來實現(xiàn)有效延伸，通過云計算模式可以支撐具有業(yè)務一致性的物聯(lián)網集約運營。

        3.1 物聯(lián)網技術在智慧城市中的應用

        物聯(lián)網是通信網和互聯(lián)網的拓展應用和網絡衍生，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知、識別，通過網絡傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。物聯(lián)網的網絡架構可以分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層對物理世界感知、識別并控制。網絡層實現(xiàn)信息的傳遞。應用層在對信息計算和處理的基礎上實現(xiàn)在各行業(yè)的應用。物聯(lián)網的關鍵技術包括傳感與RFID融合技術、識別與環(huán)境感知技術、物聯(lián)網節(jié)點及網關技術、物聯(lián)網通信與頻管技術、物聯(lián)網接入與組網技術、物聯(lián)網軟件與算法、物聯(lián)網交互與控制、物聯(lián)網計算與服務等。

         物聯(lián)網的應用滲透智慧城市的方方面面，可以為智慧城市信息系統(tǒng)的感知和控制提供全面支持。這些應用概括起來有：(1)工業(yè)，如生產過程控制、供應鏈管理、能耗控制等。(2)農業(yè)，如農作物精細灌溉、生長環(huán)境監(jiān)測、農產品流通追溯等。(3)商業(yè)，如自動販賣機、POS終端等。(4)金融服務，如“金卡工程”、二代身份證等。(5)交通，如交通流量監(jiān)控、交通信號控制、電子收費、定位導航、車輛狀況診斷等。(6)電力，如智能變電站、智能用電、配電自動化等。(7)醫(yī)療衛(wèi)生，如遠程診斷、醫(yī)療廢物監(jiān)控等。(8)教育，如圖書信息推送、遠程教育等。(9)家居，如門禁、安防、電氣設備遠程控制等。(10)環(huán)境，如有害物質監(jiān)測、氣候環(huán)境監(jiān)測等。

          3.2 云計算技術在智慧城市中的應用

          社會經濟和信息化大發(fā)展，尤其是移動互聯(lián)網和物聯(lián)網應用的發(fā)展，提出了對海量信息的處理與低成本、普適化、智能化應用的需求。云計算因這些需求快速發(fā)展，獲得了顯著的商業(yè)成功。云計算是一種新的計算方法和商業(yè)模式，即通過虛擬化、分布式存儲和并行計算以及寬帶網絡等技術，按照“即插即用”的方式，自助管理計算、存儲等資源能力，形成高效、彈性的公共信息處理資源，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(tài)可擴展信息處理能力和應用服務。如果從計算效用的角度來看，云計算通過虛擬化技術形成可管理的彈性的資源池，充分提升機群的CPU和存儲的利用率，又通過分布式存儲技術和并行計算技術，充分利用機群并行處理的強大計算能力和快速響應能力，并通過中間件層對上層應用透明。構建智慧城市一體化智能控制服務平臺，需要處理對城市各方面的生活、生產活動以及環(huán)境的感知數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學、機器學習、專家系統(tǒng)和自動規(guī)劃等多種方法，從原始數(shù)據(jù)中挖掘相關信息，提煉出信息中蘊涵的知識，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提供智能的城市管理、控制和服務。對海量信息的快速處理和智能挖掘需要巨大的存儲能力和計算能力，云計算的海量數(shù)據(jù)分布式存儲和并行處理能力為實現(xiàn)人工智能提供了重要的途徑。 　　

          4 智慧城市信息系統(tǒng)的總體框架

          智慧城市的總體框架，包括物聯(lián)網感知和控制層、云計算數(shù)據(jù)中心、數(shù)字化平臺、管理中心和應用五個層次。

         (1)普遍部署的物聯(lián)網感知終端對城市系統(tǒng)和環(huán)境進行感知與采集，通過寬帶通信網絡對感知信息進行傳送;(2)在云計算數(shù)據(jù)中心對信息進行匯聚、提取和處理;(3)在數(shù)字化平臺實現(xiàn)行業(yè)集成的應用接口整合;(4)通過業(yè)務管理平臺實現(xiàn)用戶、業(yè)務、數(shù)據(jù)、安全、認證、授權和計費等管理功能;(5)最后實現(xiàn)各行業(yè)的應用服務。另外，標準、法規(guī)的完善和全局的統(tǒng)籌規(guī)范有利于保障整個信息系統(tǒng)的管理和控制，保證智慧城市的建設和運營，使系統(tǒng)真正具有智能運營、交付和服務能力。

         5 智慧城市信息系統(tǒng)的網絡拓撲

         智慧城市信息系統(tǒng)是智能的開放的系統(tǒng)，其網絡拓撲以城市數(shù)據(jù)中心為核心，以物聯(lián)網終端為觸角，由內而外分為六層。

        (1)城市數(shù)據(jù)中心包括網絡數(shù)據(jù)中心、業(yè)務數(shù)據(jù)中心和用戶數(shù)據(jù)中心，共同構成城市數(shù)據(jù)系統(tǒng)。各種終端、傳感器和網絡捕獲的多種信息元數(shù)據(jù)匯集到城市數(shù)據(jù)中心，利用云計算分布式數(shù)據(jù)存儲和并行計算技術支撐專家系統(tǒng)、機器學習和自動規(guī)劃，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，對網絡、業(yè)務、終端提供協(xié)同和智能的一致性控制、服務和管理支撐，從而構建城市級的人工智能系統(tǒng)，使管理、控制和服務具有智能的特性。(2)云存儲、云計算和云網絡設備構成的云資源系統(tǒng)為城市信息系統(tǒng)提供云計算的能力，使其具有強大的計算能力與共享服務能力。其中，云交換機和云路由器是一種新型可編程、可虛擬化、自適應和智能調度與資源共享構成的精簡架構，即智能交換機和智能路由器，可以支持各種協(xié)議，實現(xiàn)接入普適化和控制智能化。(3)能力引擎系統(tǒng)提供資源和支撐能力的開放使用。其中，數(shù)據(jù)分析能力基于特定的計算規(guī)則，對結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)進行計算處理，以期從海量信息中得到規(guī)律性的認識。(4)智能接入網關將傳感器終端接入云中，屏蔽不同傳感器終端的差異，進行不同終端接入的智能適配，實現(xiàn)統(tǒng)一接入。由于各種終端擁有的資源不同且動態(tài)變化，需要智能接入網關層進行自動發(fā)現(xiàn)識別和智能適配。(5)終端指感知和控制，以及應用服務獲取的末端設備，廣義的包括PC、手機、傳感器、云終端以及各類具有計算與通信能力的設備(如：相機、電視機、播放器、冰箱、空調、洗衣機等)。

        6 智慧城市發(fā)展建議

       智慧城市的建設和發(fā)展需要現(xiàn)代信息通信技術支撐，需堅持開放合作與自主創(chuàng)新相結合，突破海量數(shù)據(jù)處理、智能終端系統(tǒng)、智慧化產業(yè)支撐平臺等關鍵技術。

       另一方面，也需要依靠政府和行業(yè)主管部門制定發(fā)展規(guī)劃和扶持政策以大力推進智慧城市建設，從而構建良好的產業(yè)發(fā)展環(huán)境和配套措施，建設寬帶、普遍部署的通信基礎網絡。同時，需要推動跨行業(yè)聯(lián)合制定統(tǒng)一的標準體系研究，實現(xiàn)通信、數(shù)據(jù)、信息、應用、服務的協(xié)同。此外，還需要通過立法和監(jiān)管，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高信息管理水平，建立數(shù)據(jù)的隱私保護和信息安全管理機制。有了以上四個方面的共同保障，才具備打造一流的智慧城市服務環(huán)境，匯聚規(guī)�；�的產業(yè)集群，實現(xiàn)規(guī)模經濟和現(xiàn)代服務的條件。