从数字城市到智慧城市技术发展机遇与挑战

从数字城市到智慧城市的技术发展机遇与挑战

文：总工程师梁军

1998年1月，在加利福尼亚科学中心幵幕典礼上，时任美国副总统的戈尔发表了题为“数字地球一一理解21世纪我们的星

球”的演说，提出了“数字地球”的概念，数字地球是“一种关于地球的可以嵌入海量地理数据的、多分辨率和三维的表示”。此概念被引伸到城市，使“数字城市”成为城市信息化的热点。至V 2011年末，由国家测绘局推动的数字城市地理空间框架建设已在全国29个省、自治区、直辖市的220个城市展幵，其中地级市约180个，占我国全部地级市的60%虽然地理空间框架只是数字城市的基础部分，但也说明了数字城市建设已成为国内城市信息化的着力点。

>自然资源与自然环境

（土地、水、大气*矿产.生态环境〉

地理空闻框架

图1 城市系统的组成结构

2008年11月6日，在纽约召幵的美国对外关系委员会

上，IBM 总裁兼首席执行官彭明盛发表了题为“智慧地球一一下一个领 导人议程”的演讲，提出了 “智慧地球”的概念，“大量的计算资源 都能以一种规模小、数量多、成本低的方式嵌入各类非电脑的物品 中”，通过在地球内各种有需要的物体（things ）上嵌入传感器或智物流 /企业

> 经济与社会系统

I （人口、法人Jt 工具）

k ____ 能流八 f

信息流 物流

基础设施系统

（道路、房展、管线）

< ____

能流 信息流 物流

信息流

政府

I

物联网

JT / 实际系统 1 1 1

丿 ------ * ｛实体城市) 能芯片，使这些物体成为具有智能的信息采集或可控制装置，通过物

与物的网络相联形成的物联网(In ternet of Things )汇集数据和 反馈指令，实现地球内各子系统的智能化调控，构建人类生活和工作

的智能环境(intelligent

environments ) 或周边智能 (ambie nt in tellige nee )。“智慧地球”的概念，同样被引伸到城

市，继“数字城市”之后，“智慧城市”(Smart City )也幵始成为 城市信息化的热词。

从数字城市到智慧城市发展反映了城市信息化的与时

俱进，同时也需要我们更深入的思考数字城市与智慧城市的关系，应 对智慧城市带来的技术发展机遇与挑战。

数字城市、智慧城市与城市系统的关系

规划/设计入 实施/建设

t

I I I

T I I 控制丿"

设计阶段系统

数字模型

实际系统 数字模型 领域模型t 射识模型

数字化

图2 现实城市与数字城市和智慧城市的概略系统分析

分析城市与数字城市、智慧城市之间关系有利于理解和认

识数字城市与智慧城市发展目标和发展方向的因果关系本原。

1. 城市信息化是数字化、网络化和智能化的互动过程

城市是以非农业人口和非农业活动为主的人类聚居

地。它是以人为主体，以空间利用为特点，以集聚效益为目的集约人

口、集约经济、集约科学文化的空间地域系统，是一定区域范围内政

治、经济、文化和信息的中心，城市是一种复杂、幵放的混合系统

(hybrid system )，包括了自然和人工系统。城市在中国现阶段的

工业化、信息化、城镇化、市场化和国际化高速发展的进程中，发挥着核心的作用，而城市信息化则在工业化、城镇化、市场化和国际化进程发挥着穿针引线的作用。

城市信息化是指城市社会经济结构从以物质与能量

为重心，向以信息与知识为重心转变的一种发展过程 1 ，是在城市经济、政治、社会、文化等领域运用信息技术和信息基础设施改变其运

行方式及增强城市功能的过程2o城市信息化涉及城市的数字化、网络

化和智能化交互的过程，数字化是指城市的各种信息以数字化形式采

集、存贮、处理和使用的过程；网络化是城市数字化信息通过网络流

动与分发的过程；智能化是信息采集及系统调控的自动化过程，三者

之间是相互作用的，数字化是城市信息化的基础，网络化是保障，智

能化是终极目标。

信息化将从多个层面和方位改变城市系统的结构、行为和功能，城市的行为将更加智能

2. 城市与数字城市的关系

数字城市建设是以城市的数字化和网络化为重点的城

市信息化过程。数字城市是在城市的网络基础设施之上，通过城市系统各组成要素及其关系的数字化，构建的由数据和软件组成的实体城市的数字模型，是现实城市在信息空间的影射。它不仅要反映城市系统组成要素及其结构的静态特征，而且要反映其动态变化过程，其本质是建模城(modeling our city )。

城市系统的构成如下图所示，体现为一个基础框架、三

大主体和三大子系统。数字城市基于城市空间地域系统特征，以城市地理空间的数字化所构建的地理空间信息框架为基础，嵌入或集成城市的自然资源与自然环境、基础设施、经济与社会乃至历史和文化信息，形成数字形式的虚拟城市

＞自然资源与自然环境

（土地、水、大气*矿产.生态环境〉

地理空间框架

图1 城市系统的组成结构

基于地理空间信息框架的城市信息嵌入或集成是数字城 市的本质特征，其核心在于将各种信息所隐含的空间属性与地理空间 实体（如地址、道路、房屋、水体、区划单元等）关联或落实到地理 空间的具体坐标上，按地理空间框架加以组织、索引和分析，以二、

物流

能流 经济与社会系统

c 人口、法人最工具）

V

信息流 物流

能流 基础设施系统

（道路.房屋.管线）

信息流 物流

信息流