教学大纲智慧城市建设

智慧城市建设
教学大纲
河北经贸大学信息技术学院
计算机科学与技术系编
2014年6月
一、课程基本信息
课程名称：智慧城市建设
课程代码：
学分：2
总学时：34
课程类别：校选课
先修课程：
面向专业：全校学生
二、课程描述
1.课程的地位：智慧城市建设课程是一门面向全校低年级学生的一门校选课程。

课程以当前社会信息化进程正稳步、高速的推进为契机，通过对IT新技术的应用实践和趋势展望的介绍，拓宽学生的知识面，完善知识结构，培养创新意识和能力。

2.教学目标：通过本课程学习，有助于学生了解智慧城市的概念和内涵，熟悉构建智慧城市的相关技术支撑和基础设施建设。

同时通过对智慧城市在社会生产、生活中的应用的介绍与对未来的展望，培养学生理解现代信息技术的理念，掌握在全球信息化的大背景下必备的知识和技能，拓展学生的视野，有助于提高学生的创新意识和创新能力，促进社会的更好发展。

3.基本要求：本课程要求学生通过学习，能够了解信息社会的发展过程，理解信息化的本质，从而对智慧城市概念的提出和智慧城市建设的蓬勃发展有一个正确而全面的认知。

学生能够通过学习了解建设智慧城市的技术支撑和发展基础，熟悉当前IT领域的前沿知识、技术以及他们在社会生产、生活方面的集体应用。

在未来的学习、工作中能够将本课程所介绍的知识与所学专业的知识相融合，推进相关领域的信息化发展和创新。

三、教材及参考资料目录
（一）指定教材：
杨正洪. 智慧城市—大数据、物联网和云计算之应用. 清华大学出版社，2014
杨冰之. 智慧城市发展手册. 机械工业出版社，2012
王辉. 智慧城市（第2版）. 清华大学出版社, 2012
吴功宜,吴英. 物联网工程导论. 机械工业出版社，2012
（二）参考资料目录：（包括参考书、资料文献和网络视频等多种形式）
1. 李林. 智慧城市建设思路与规划. 东南大学出版社, 2012
2. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
3. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
4. 岳梅樱. 智慧城市顶层设计方法论与实践分享. 电子工业出版社，2014
五、教学内容
目录
第一章智慧城市概论
第一节智慧城市应用实例
第二节智慧城市的构成
第三节智慧城市的概念和定义
第四节智慧城市的发展过程
第五节智慧城市的内涵和特征
第六节智慧城市的架构和支撑技术
第二章智慧城市与大数据
第一节大数据的概念
第二节大数据的特征
第三节大数据的价值
第四节大数据带来的变革
第五节大数据的应用
第六节大数据关键技术
第七节大数据的风险
第三章智慧城市与云计算
第一节云计算的概念
第二节云计算的分类
第三节云计算的体系结构
第四节云计算的核心技术
第五节云计算与其他技术的关系
第四章智慧城市与物联网
第一节身边的物联网
第二节物联网的概念
第三节物联网的体系结构
第四节物联网的关键技术
第五节物联网产业的发展现状
第五章智慧城市中的信息感知
自动识别技术
第一节
定位技术
第二节
智能设备
第三节
第六章智慧城市中的信息传输
无线传感器网络
第一节
互联网技术
第二节
移动互联网
第三节
第七章智慧城市建设应用
智慧城市建设的蓬勃发展
第一节
第二节
智能电网
智能交通
第三节
环境监测
第四节
第八章信息安全与隐私保护
信息安全概述
第一节
RFID安全与隐私
第二节
位置信息与个人隐私
第三节
第一章智慧城市概论
【教学目的与要求】通过本章讲授，能达到如下要求：首先，能够使学生了解智慧城市就在我们的身边。

其次，使学生了解并掌握智慧城市的定义和特征以及发展过程。

再次，让学生理解智慧城市建设是社会信息化进程的深层次进化，从而加深对智慧城市内涵的认识。

最后，使学生了解智慧城市建设所涉及到的支撑技术和基础。

【教学重点与难点】本章重点智慧城市的定义和内涵。

【教学方法】课堂讲授、专题讨论、学生自学相结合。

【教学内容】
第一节智慧城市应用实例
一、百度迁徙地图
“百度迁移”是一个基于百度LBS大数据的项目。

从时间和空间两个纬度全程、动态、即时、直观地展现中国春节前后人口大迁徙的轨迹与特征。

人们可以在PC和手机上访问，选择不同的城市，不同的时点，查看群体运动的轨迹。

百度迁徙地图就是智慧城市这个大系统其中的一个子系统。

该系统揭示了当前对“信息”最先进的思维方式和应用模式。

也为我们展示出来信息系统的发展方向。

二、百度迁徙地图的实现
1. 位置数据的采集
2. 定位信息处理过程
3. 百度的技术核心
三、百度迁徙地图的作用和意义
百度迁徙希望能通过对大数据的创新应用服务于政府部门科学决策，赋予社会学等科学研究以新的观察视角和方法工具，同时为公众创造近距离接触大数据的机会，科普数据价值。

第二节智慧城市的构成
智慧城市就是多个垂直行业智能系统的联动和融合而形成的一个复杂的，相互作用的智能系统。

一、智慧技术
海量信息数据的搜集和存储、数学模型优化分析和高性能计算技术，实现所有系统的感知、互联互通乃至智能化。

二、智慧产业
人的智慧与人工智能相结合，进行研发、创造、生产、管理等活动，形成有形或无形智慧产品以满足社会需要的产业。

三、智慧服务
为市民提供其随时、随地、随需可获得的“衣食住行乐财教医”等信息服务；为企业提供方便、快捷的审批、投融资、信用信息等服务。

四、智慧管理
培养一种欢迎和包容“群体智慧”以及广泛社会生态系统的组织文化和流程；更加多元化的、更加社会性的、更迅速的和更多预测性的协作方式。

五、智慧民生
市民在工作、生活中可获得一站式、互动式、高效率的信息服务；家居生活可实现远程化智能化管理。

六、智慧人文
充分的智慧城市专业人才的支撑；全社会对智慧城市广泛的认知；健全的智慧城市建设的体制机制；丰硕的智慧城市建设成果和文化成果。

第三节智慧城市的概念和定义
一、智慧城市概念的提出
2008年底，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的概念，2009年底，IBM公司公布了IBM“智慧的城市”的概念及其软件解决方案。

“智慧的城市”是IBM“智慧地球”策略中的一个重要方面。

二、智慧城市的理念
智慧地球的3I特征：感知化（Instrumented）、互联化(Interconnected)和智能化(Intelligent)。

三、智慧城市的定义
智慧城市：就是借助于新一代物联网、云计算、大数据分析等信息技术，将城市运行的各个核心系统整合在一个大平台上，植入智慧的理念，从而更好的理解和控制城市的运营，并优化城市的资源使用。

第四节智慧城市的发展过程
一、智慧城市建设的推动力
智慧城市的营造正成为全球城市之间竞争的基础要件之一，是证明一个城市信息化水平的“名片”、是保持城市竞争力的重要手段。

二、智慧城市在国外的发展
全球有600多个城市正在建设“智慧城市”。

三、智慧城市在国内的发展
国家智慧城市建设正风起云涌如火如荼，现有30个以上城市已提出了具体的智慧城市建设目标和行动方案，甚至有些地区把智慧城市建设列入了“十二五”规划，如宁波、北京、上海、广州、天津、深圳、武汉、株洲、佛山等。

第五节智慧城市的内涵和特征
一、智慧城市的基本内涵
智慧城市是信息技术高度集成、信息应用深度整合的的网络化、信息化和智能化城市。

二、智慧城市的特性
1. 动态性：对于智慧城市的理解在进一步发展中。

2. 基础性：目前，并在相当长的时间里，信息技术与人类社会的结合的广度和深度远远超过其他任何一种技术。

3. 先进性：ＡI和ＨＩ在城市范围内的集合必须在总体上处于先进水平。

4. 不平衡性：不同地区、不同领域的发展水平存在差异性。

5. 渐进性：智慧城市建设需要循序渐进。

6. 突变性：智慧城市所依赖的信息技术发展发展存在着突变的可能。

7. 复杂性：各种信息技术的集成仍然存在很大挑战，而现实社会和虚拟空间管理模式的矛盾是更大的挑战。

三、智慧城市的本质
1. 信息化更广泛深入的应用。

2. 智慧城市的本质含义是人工智能（AI）和人的智慧（HI）在城市范围内最大限度的集合。

3. 智慧城市的最终检验标准是城市（包括企业、人）的发展能力有没有提高。

第六节智慧城市的架构和支撑技术
一、智慧城市整体架构
1. 感知层
2. 网络层
3. 平台层
4. 应用层
二、智慧城市的支撑技术
1. 物联网
2. 云计算
3. 大数据
【思考题】
1.我们身边还有那些智慧城市的身影？
2.如何理解信息化？
3.智慧城市发展的基础是什么？
4.如何理解智慧城市这个概念？
【参考书目】
1. [美] 安东尼·汤森. 智慧城市. 中信出版社，2015
2. 刘峤. 智慧城市中的大数据分析技术. 人民邮电出版社, 2015
3. [美] 阿莱克斯·彭特兰. 智慧社会：大数据与社会物理学. 浙江人民出版社，2015
4. 王喜富. 智慧社区：物联网时代的未来家园. 电子工业出版社，2015
5. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
6. 岳梅樱. 智慧城市顶层设计方法论与实践分享. 电子工业出版社，2014
7. 李林. 智慧城市建设思路与规划. 东南大学出版社, 2012
8. 池天河. 智慧城市理论与技术丛书：智慧城市空间信息公共平台. 科学出版社, 2015
9. 王爱华. 智慧城市――构筑于信息高地上的城市智慧发展之道. 电子工业出版社, 2014
10. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
11. 朱桂龙. 智慧城市建设理论与实践. 科学出版社，2015
第二章智慧城市与大数据
【教学目的与要求】通过本章学习，学生能够了解掌握大数据的基本知识，理解大数据所带来的思维上的变革，同时也能够了解大数据技术的基本原理和应用，从而拓展专业视野，促进创新思维发展。

【教学重点与难点】理解大数据的4V特征，理解大数据的处理方式和过程。

【教学方法】课堂讲授、专题讨论、学生自学相结合。

【教学内容】
第一节大数据的概念
一、大数据出现的契机
1. 硬件成本的降低
2. 网络带宽的提升
3. 云计算的兴起
4. 网络技术的发展
5. 智能终端的普及
6. 电子商务、社交网络、电子地图等的全面应用
7. 物联网
二、大数据的概念
“大数据：或称巨量数据、海量数据、大资料，指的是所涉及的数据量规模巨大到无法通过人工，在合理时间内达到截取、管理、处理、并整理成为人类所能解读的信息。

”
第二节大数据的特征
一、大数据的构成
大数据包括：交易数据和交互数据集在内的所有数据集。

1. 海量交易数据
2. 海量交互数据
3. 海量数据处理
二、大数据的特征
大数据是指无法在一定时间内用传统数据库软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。

大数据的4V特性：
1. 数据量巨大。

2. 数据结构复杂多样。

3. 数据价值密度低。

4. 数据处理实时性要求高。

第三节大数据的价值
一、大数据研究的科学价值
大数据科研属于“数据密集型”的科学发现第四范式。

二、大数据的商业价值
企业会依靠洞悉数据中的信息更加了解自己，也更加了解客户。

三、互联网与大数据
互联网公司受益于大数据。

第四节大数据带来的变革
一、一场生活、工作与思维的大变革
1. 大数据，变革公共卫生
2. 大数据，变革商业
3. 大数据，变革思维
4. 大数据，开启重大的时代转型
5. 预测，大数据的核心
6. 大数据，大挑战
二、对大数据认识的变化
1. “更多”——不是随机样本，而是全体数据
2. “更杂”——不是精确性，而是混杂性
3. “更好”——不是因果关系，而是相关关系
4. “数据化”——一切皆可“量化”
5. “价值”——“取之不尽，用之不竭”的数据创新
6. “角色定位”——数据、技术与思维的三足鼎立
第五节大数据的应用
一、大数据在公共领域的应用
二、公共管理部门受益于大数据
三、金融与大数据
四、医疗与大数据
五、网络通信与大数据
六、能源与大数据
七、旅游与大数据
第六节大数据关键技术
一、大数据关键技术体系
二、大数据采集方法
三、大数据预处理方法
四、大数据存储管理技术
五、大数据计算模式技术
六、大数据分析技术
第七节大数据的风险
一、大数据的安全与隐私
二、大数据的归属
三、数据独裁
【思考题】
1.什么样的数据才能够被称为大数据？
2.大数据有哪些特点？
3.大数据对我们认知有什么改变？
4.举例说明大数据在身边的应用。

5.常见的数据挖掘方法有哪些？
【参考书目】
1. [美] 安东尼·汤森. 智慧城市. 中信出版社，2015
2. 刘峤. 智慧城市中的大数据分析技术. 人民邮电出版社, 2015
3. [美] 阿莱克斯·彭特兰. 智慧社会：大数据与社会物理学. 浙江人民出版社，2015
4. 王喜富. 智慧社区：物联网时代的未来家园. 电子工业出版社，2015
5. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
6. 岳梅樱. 智慧城市顶层设计方法论与实践分享. 电子工业出版社，2014
7. 李林. 智慧城市建设思路与规划. 东南大学出版社, 2012
8. 池天河. 智慧城市理论与技术丛书：智慧城市空间信息公共平台. 科学出版社, 2015
9. 王爱华. 智慧城市――构筑于信息高地上的城市智慧发展之道. 电子工业出版社, 2014
10. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
11. 朱桂龙. 智慧城市建设理论与实践. 科学出版社，2015
第三章智慧城市与云计算
【教学目的与要求】通过本章学习学生能够了解云计算的基本概念，云计算的核心思想，理解云计算的系统架构和实现原理，明白云计算在生产生活中的应用。

【教学重点与难点】教学重点包括：云计算的定义，云计算的架构，虚拟化技术。

【教学方法】课堂讲授、专题讨论、学生自学相结合。

【教学内容】
第一节云计算的概念
一、对云计算的需求
1. 个人面临的问题：
（1）配置要求高。

（2）软件许可购买。

（3）各类软件安装复杂。

（4）更新换代速度快。

2. 企业面临的问题：
（1）需要购买硬件等基础设施。

（2）需要购买软件的许可证。

（3）需要专门的人员维护。

（4）企业的规模扩大时还要继续升级各种软硬件设施以满足需要。

二、云计算的定义
1.云计算的通俗定义
2.云计算的专业定义
3.云计算的主流定义
三、云计算的目的
云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。

四、云计算的特点。

1. 超大规模：服务器群。

2. 虚拟化：可以看作是一片用于计算的云。

3. 高可靠性：冗余副本、负载均衡。

4. 通用性：支撑千变万化的实际应用。

5. 高可扩展性：灵活、动态伸缩。

6. 按需服务：按需购买。

7.极其廉价：不再需要一次性购买超级电。

8. 安全：摆脱数据丢失、病毒入侵。

9. 方便：支持多终端、数据共享。

第二节云计算的分类
一、根据规模划分
1.超级云服务。

2.中等云服务。

3.微型云服务。

二、根据服务方式划分
1. SAAS（ Software as a Service ）。

2. PAAS（ Platform as a Service ）。

3. IAAS（ Infrastructure as a Service ）。

4. 云存储。

5. MSP（管理服务提供）；
6. 商业服务平台。

第三节云计算的体系结构
云计算系统分为两部分：前端和后端。

一、前端系统
前端指用户的计算机或客户端，包括用户计算机（或计算机网络）以及云计算系统登陆程序。

二、后端系统
计算机后端是各种各样的计算机、服务器和数据存储系统。

后端系统的分层结构：
1. SOA构建层。

2. 管理中间件层。

3. 资源池层。

4. 物理资源层。

第四节云计算的核心技术
一、云计算核心技术--虚拟化
虚拟化是将硬件、操作系统和应用程序一同装入一个可迁移的虚拟机档案文件中。

二、虚拟化的优点
虚拟化技术提高了资源利用率，安全可靠地降低了数据中心TCO 。

三、分布式存储
1. 存储数据时，文件被分块，分布存储在不同DataNode节点上。

2. 存储数据时，数据副本数不小于2，单DataNode节点故障时文件分块完整保存，后续保证充分复制。

3. 读写数据时，在不同DataNode节点上实现并发读写。

四、云资源调度
1. 配置资源参数（Configure）
2. 发放（Provision）
3. 热迁移（Live Migration）
4. 增加实例（Grow Instance）
5. 休眠实例（Park Instance）
6. 快速激活（Rapid Active）
7. 系统扩容（Grid Grow）
第五节云计算与其他技术的关系
一、4G与云计算是互相依存、互相促进的关系
二、移动互联网和云计算是相辅相成的
三、物联网与云计算是交互辉映的关系
【思考题】
1.什么是云计算？
2.什么是软件即服务？
3.什么是平台即服务？
4.什么是基础设施即服务？
5.为什么说虚拟化是云计算的关键技术？
【参考书目】
1. [美] 安东尼·汤森. 智慧城市. 中信出版社，2015
2. 刘峤. 智慧城市中的大数据分析技术. 人民邮电出版社, 2015
3. [美] 阿莱克斯·彭特兰. 智慧社会：大数据与社会物理学. 浙江人民出版社，2015
4. 王喜富. 智慧社区：物联网时代的未来家园. 电子工业出版社，2015
5. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
6. 岳梅樱. 智慧城市顶层设计方法论与实践分享. 电子工业出版社，2014
7. 李林. 智慧城市建设思路与规划. 东南大学出版社, 2012
8. 池天河. 智慧城市理论与技术丛书：智慧城市空间信息公共平台. 科学出版社, 2015
9. 王爱华. 智慧城市――构筑于信息高地上的城市智慧发展之道. 电子工业出版社, 2014
10. 徐静. 智慧城市：框架与实践. 电子工业出版社, 2014
11. 朱桂龙. 智慧城市建设理论与实践. 科学出版社，2015
第四章智慧城市与物联网
【教学目的与要求】通过本章学习，学生能够认识什么是物联网，物联网和信息化的关系，理解物联网的层次结构，熟悉物联网系统的关键技术，理解物联网的应用方式。

【教学重点与难点】教学重点包括：物联网与信息化的关系，物联网的层次结构，物联网的核心技术。

【教学方法】课堂讲授、实例讲解、专题讨论、学生自学相结合。

【教学内容】
第一节身边的物联网
物联网-应用渗透到社会各个领域。

IOT应用场景：物体‘说话’。

一、家庭生活
二、政务服务
三、文化教育
四、商务活动
五、社区服务
第二节物联网的概念
一、物联网的定义
通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

二、物的内涵
1. 要有数据传输通路；
2. 要有一定的存储功能；
3. 要有CPU；
4. 要有操作系统；
5. 要有专门的应用程序；
6. 遵循物联网的通信协议；
7. 在世界网络中有可被识别的唯一编号。

三、物联网的特点
1. 海量级的物联信息
2. 亿万异构设备的泛在接入
3. 高度自治化的网络管理
4. 设备的小型微型化
5. 设备所取能源多样化
6. 面临更多安全问题
四、物联网的内涵
1. 物联网、传感器网络、泛在网络的联系与区别。

2. 物联网与信息化的关系。

3.物联网的核心与本质
第三节物联网的体系结构
物联网分为感知层、网络层、应用层三个层次。

一、感知层
数据采集与感知。

主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。

二、网络层
实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送。

三、应用层
应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。

第四节物联网的关键技术
物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、WSN 网络、红外感应器、全球定位系统、
Internet 与移动网络，网络服务，行业应用软件。

一、RFID技术
RFID技术是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。

二、无线传感器网络
无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。

三、ZigBee技术
无线传感网络内的各个要素通过一个统一的协议进行信息的传输，这个协议就是ZigBee。

四、定位技术
位置信息不是单纯的“位置”，它包含：
1. 地理位置（空间坐标。

2. 处在该位置的时刻（时间坐标）。

3. 处在该位置的对象（身份信息）。

第五节物联网产业的发展现状
一、物联网产业
包括物联网制造业和服务业，物联网产业中很大一部分依托于现有信息产业，其独特需求又使这些产业获得新的发展空间。

二、国外物联网产业发展
三、国内物联网产业发展
四、物联网在我国的应用情况
【思考题】
1.物联网的核心技术有哪些？
2.物联网的核心理念是什么？
3.列举身边的物联网实例。