云计算时代的智慧城市建设研究 - 熊枫

第18卷第4期2015年7月湖南科技大学学报（社会科学版）JournalofHunanUniversityofScience＆Technology（SocialScienceEdition）Vol．18No．4Jul．2015

doi：10．13582/j．cnki．1672－7835．2015．04．022

云计算时代的智慧城市建设研究

熊枫

（广东财经大学公共管理学院，广东广州510320）

摘，要：“物联网+大数据+云计算+智慧应用=智慧城市”据此所提出的模型必须符合“实体－＞数据－＞智

“桥梁作用”，慧”的一般规律，突出大数据在智慧城市建设中的即：物联网催生大数据、大数据造就智慧城市。

关键词：大数据；物联网；云计算；智慧城市中图分类号：F273

文献标志码：A

文章编号：1672－7835（2015）04－0120－06

ResearchonConstructionofIntelligentCitiesintheEraofCloudComputing

XIONGFeng

（SchoolofPublicAdministration，GuangdongUniversityofFinanceandEconomics，Guangzhou510320，China）

Abstract：TheInternetofThingsplusbigdatapluscloudcomputingplusintelligenceapplicationequalsintelligentcity．Accordingly，themodelthatisproposedshallmeetthelawof“entity－＞data－＞intelli-gence”，andhighlightsthebigdata'sfunctionasabridgeintheconstructionofintelligentcities，i．e．theIn-ternetofThingsgivesthebirthtobigdata，andbigdata，inreturn，bringsupintelligentcities．

Keywords：bigdata；theInternetofThings；cloudcomputing；intelligentcity“智慧地球”，“智慧城市”2008年以来，在全球信息化趋势和理念的推动下发展模式应运而生，并

成为世界范围内城市现代化的战略途径，许多发达国家积极开展智慧城市建设，将城市中的水、电、油、气、交通等公共服务资源信息通过互联网有机连接起来，智能化作出响应，更好地服务于市民学习、生活、工作、医疗等方面的需求，以及改善政府对交通管理、环境的控制等。在我国，一些地区在数字城市建设基础上，开始探索智慧城市的建设。可以说，建设智慧城市已经成为现代城市发展的必然趋势，也是转变城市发展方式、提升城市发展质量的客观要求。

1“智慧城市”的内涵

，2009年1月28日，作为仅有奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”

IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”（SmartPlanet）这一概念，的两名代表之一，进而引发了智

“智慧城市”“智慧的地球”慧城市建设的热潮。因此，可以说是IBM策略中的一个重要方面。到底什么

“智慧城市”，是目前尚无统一界定。

《欧盟智慧城市报告》“智慧城市”欧盟委员会在中第一次对进行了定义：智慧城市可以从六大坐标

维度来认识，即智慧经济、智慧流动、智慧环境、智慧人群、智慧居住和智慧管理。IBM认为“智慧城市”是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环

IBM的这个定义侧重于如何保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求作出智能响应。因此，

实现智能化的城市服务。欧洲智慧城市网络LivingLab组织认为智慧城市应借助开放创新空间的打造

收稿日期：2014－12－18

“十二五”基金项目：教育部人文社会科学研究规划基金项目（12YJA630157）；广东省哲学社会科学规划项目（GD11CGL16）作者简介：熊枫（1964－），副教授，主要从事政府知识管理及电子政务研究。女，重庆人，

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帮助居民利用信息技术和移动应用服务提升生活质量，使人的需求在其间得到最大的尊重和满足。我国李德仁教授认为：数字城市+物联网=智慧城市。朱跃生教授则认为：数字城市+物联网+云计算+移动互联网=智慧城市。胡宝钢教授认为智慧城市就是对于城市发展过程的集成和复合，即智慧城市是对工业城市、信息城市、互联城市、智能城市、数字城市五个阶段的集成和复合。国脉互联认为智慧城

更加广泛的联接、更加集中和更有深度的计算，智慧城市的“智”指智市的本质特征是更加透彻的感知、

［1］

；“慧”能化、自动化，是城市的智商指灵性、人文化、创造力，是城市的情商。

基于以上观点，智慧城市是人类城市建设的延续，是从工业城市、信息城市、数字城市、智能城市发展到更高阶段的必然产物。其本质特征是以传感器、物联网、高速无线信息基础设施为基础，以巨量的大数据为信息源，以云计算、数据挖掘、模糊识别、智能技术等为支撑，实现智慧经济、智慧产业、智慧技术、智慧管理、智慧服务、智慧医疗、智慧校园、智慧生活等智慧应用和服务。智慧城市的建设离不开三

巨量的信息基础（大数据）与提供智慧服务的创新个方面的支撑基础：高度发达的信息网络（物联网）、

，“物联网+大数据+云计算+智慧应用=智慧城市”。技术（云计算）。因此

2智慧城市的国内外实践与研究现状

2004年韩国首尔制定了泛在城市规划（UbiquitousKorea）并成为了世界上较早的就国际情况来看，［2］

2005年7月欧盟正式实施“i2010”2009年6月英国发布了《数智慧城市建设案例，战略（智慧2010），

（DigitalBritain）计划，2009年7月日本推出“I－Japan（智慧日本）战略，字英国》而葡萄牙波尔图附近的

［3］

还可以从下面的相关普兰尼特谷（PlanitValley）被誉为当今世界上正在建设的最智慧的城市。此外，

研究可见一斑：秦洪花等分析和探讨了美国、瑞典、爱尔兰、韩国、日本、新加坡以及我国“智慧城市”的

［4］

陈桂香介绍了美国、英国、日本、荷兰、瑞典、韩国、新加坡、爱沙尼亚、马来西亚等9个国家发展现状，

［5］［6］

的智慧城市建设现状，王兆进等详细描绘了智慧城市的发展蓝图，李亮分析了欧洲中小智慧城市

［7］

的建设等。这些研究清晰地描绘了国外智慧城市建设的脉络、具体做法等，对我国智慧城市建设具有重要的借鉴意义。

就我国来说，在全球智慧风潮和国家政策的鼓励下，北京、上海、广东、南京等省市已把智慧城市列

“智慧城市”“感知中国”纷纷加入建设的赛跑。如：20世纪90年代上海就提出了创入重点研究课题，

“智慧城市”，2010年武汉提出建设“智慧之城”，2010年宁波制订了《加快创建智慧城市行建面向未来

，2009年北京提出建设“智慧北京”，2010年深圳提出建设“智慧深圳”，2008年动纲领（2011—2015）》

［8］

“生态沈阳”，2010年南昌提出建设“数字南昌”沈阳提出建设等。据统计，截止到2012年2月底，我

［9］

投资规模超过1万亿元。与此同时，国内研究人员国提出智慧城市建设的总数量已经达到了154个，

［10］［11］

针对我国智慧城市的建设问题开展了大量的相关研究，如：徐晶华、张永民详细总结和分析了我国智慧城市的建设现状及建设模式，肖易漪等综述了国内关于智慧城市的理论基础、建设策略和评价指

［12］［13］

“智慧城市”标体系等相关研究，胡蓉等分析和探讨了我国建设的瓶颈及对策，顾德道等重点研究

［14］

了我国智慧城市评价指标体系的构建问题等，这些研究较好地总结了我国智慧城市的建设现状、存在的问题与对策，以及建设成效的评价问题，对促进我国智慧城市建设具有重要的借鉴意义。

分析和归纳国内外智慧城市的建设案例可知，智慧城市的建设没有统一的模式，每个城市都是结合

［8］［15］

：以创自身特点，采取全面推进或重点突破等多种模式来建设智慧城市，归纳起来主要有5种模式

新推进智慧城市建设、以发展智能产业为核心、以发展智能管理和智能服务为重点、以发展智能技术和智能基础设施为路径、以发展智能人文和智能生活为目标。

就智慧城市的架构来看，目前也没有一个统一的架构体系，这从现有的智慧城市建设案例和以下研究成果中可以看出。IBM将智慧城市的架构体系定义为三层：物联化层（数据源采集）、互联化层（数据

［16］

处理与交换）和智能化层（智能应用与服务）。许庆瑞等指出智慧城市应由三个层次组成：最底层是知识云端层（智慧城市的基础架构层）、中间层是组织云端层（主要将知识云端层提供的知识进行整合和商业化以实现创新）、最顶层是技术云端层（主要是依靠知识云端层的智力资本和组织云端层的社会资本开发出来的数字技术与环境），该模型架构强调区域创新系统和信息技术在智慧城市建设中的重

［17］74

（三层：基础架构层、要作用；他还借鉴国外实践、结合我国国情，提出符合国情的三层四柱架构模型

创新系统层和可持续发展层；四柱：信息/数字技术、科技创新系统、政策与体制、智慧社会服务）。周世

［18］

4+1体系”咏通过总结贝尔信智慧神农城项目的成功实践提出了智慧城市的“架构：智能感知、互联

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互通、协同共享和综合体运营。李德仁等研究和提出了基于物联网的智慧城市的一般架构，该架构由四

［19］

物理接入网、面向服务的中间件和智慧应用。张永民则将智慧城市的架构分为层组成：智能传感网、

［20］［21］

三层：信息采集层、运作操控层、领导决策支持层。陆伟良等建立了以城市数据系统CDS为中心的面向智慧城市服务的统一化平台，并把智慧城市中基础设施集成分为资源层、感知层、网络层、中间件

核心部件层和智慧应用处理层。层、

3云计算时代智慧城市的四层架构模型设计与分析

“三网合一”“两化融合”“城镇化”3G、4G时代的到来，随着我国步伐的加快，北斗导航系统的逐步投入运行，我国的信息化基础设施和信息化水平得到了快速提升；与此同时，随着物联网、云计算技术的快速普及应用，大数据时代已经来临，智慧城市建设已经成为我国城市发展的必然趋势，特别是“中国梦”的提出再次加速了智慧城市的建设步伐。但是，过去已有的国内外智慧城市架构典范已经不能适应时代发展，人们的需求已不再满足于数字化、智能化，而是不断追求创新的智慧应用和服务。下面在归纳已有智慧城市的建设实践与研究成果的基础上提出基于物联网、大数据、云计算和智慧应用与服务的智慧城市四层架构模型，并对提出的架构模型进行分解分析。3．1概念模型

（1）设计思想。以物联网为基础层（物联网层），利用射频识别（RFID）、移动通信、红外传感、全球定位、互联网等设备与技术，实现城市客体人－人、人－物、物－物的互联互通，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，同时实现数据信息的采集，产生大数据。以大数据为第二层（大数据层），利用大规模并行处理（MPP）数据库、分布式文件系统、分布式数据库、大数据云、可扩展的存储系统等技术，实现对大数据的存储、管理、查询与优化，为智慧化处理提供数据源。以云计算为第三层（云计算层），利用云计算的分布式计算、虚拟资源管理等技术和动态按需、可度量的服务提供方式，通过对大数据的智慧化处理为人们的城市需求提供智慧应用和服务。以智慧应用为最高层（智慧层），这一层是智慧城市建设的最终目

人们可以通过各种方式享受来自智慧城市的各种智慧应用标，

和服务。诸如：智慧交通、智能电网、智慧物流、智慧医疗、智慧

智慧药品系统、智慧环保、智慧水资源管理、智慧气食品系统、

象、智慧企业、智慧银行、智慧政府、智慧家庭、智慧社区、智慧学

智慧建筑、智能楼宇、智慧油田、智慧农业等诸多方面。校、

（2）概念模型。通过对当前国内外智慧城市建设的实践和相关研究成果的分析和借鉴，依据设计思想，得到大数据时代智

图1大数据时代智慧城市的四层架构概

慧城市四层架构概念模型如图1所示。念模型3．2模型分解

第一层：物联网

无所不在的物联网是智慧城市的基础设施。物联网层可分为三个层次：实体层、

［21］

感知层和网络层（图2）。实体层包括现代城市的所有实体：人、建筑、车辆、空气、光线等一切相关数据实体。感知层包括二维

RFID标签和读写器、码标签和识读器、摄像

GPS、传感器、终端、传感器网络等识别、头、

感应实体数据的基础设施。网络层包括通信与互联网的融合体网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。应用层包括与所有相关实体信息化应用需求相结合，借

图2物联网层的构成助于数据采集、传输、处理与应用实现智慧

化的信息化应用。

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未来城市发展和社会发展将出现物理空间与虚拟空间两个空间并存、交叉互动，两种空间信息资源

［22］［23］

。因此，而物联网恰恰可以充当相互之间交流的使者物联网是建设智慧城市的重要手段和共享，

工具，是承载智慧城市建设的基础设施，它不仅是物－物之间联系的桥梁，同时也是信息的源泉，催生巨

［24］

量信息，产生大数据，而这些大数据正是智慧城市的智慧之源。

第二层：大数据

［25］

巨量异质的大数据是智慧城市的信息之源。中国工程院院士邬贺铨指出：智慧城市产生大数据，大数据支撑智慧城市。大数据的挖掘对智慧城市的经济发展和社会管理是无形的生产资料，大数据价值

。“智慧来自大数的合理共享和利用会创造巨大的社会财富

，据”城市管理利用大数据才能获得突破性改善，诸多产业利用大数据才能发现创新升级的机会点，才能获得先发优势。

，“大数据来自物联网”物联网的应用势必引发信息量的爆

发性增长，产生大数据。这些大数据是指来自于物联网的图、文、声、像、视频等结构化、半结构化和非结构化的数据，而且大部分是半结构化和非结构化的数据。大数据的存储常常采用分布式数据库、大规模并行处理数据库、大数据云存储、可扩展

分布式文件系统等大数据存储技术，如图3。的存储系统、

第三层：云计算层

图3大数据层的构成

。“无所不能的云计算是智慧城市的智慧之源智慧城

“智慧”市”的主要体现在对信息深度处理和应用的开放性、易用性和交互性上，它需要具备能够对信息进行深度处理的处理能力、处理平台和处理软件。构建智慧城市一体化智能控制服务平台，需要处理对城市各方面的生活、生产活动以及环境的感知数据，运

机器学习、专家系统和自动规划等多种方用统计学、

法，从原始数据中挖掘相关信息，提炼出信息中蕴涵

发现规律，提供智能的城市管理、控制和服的知识，

务。对海量信息的快速处理和智能挖掘需要巨大的

PaaS和SaaS云计算通过IaaS、存储能力和计算能力，

［21］［26］

（图4）。很显然，“智慧城就可以提供云计算对

市”来说将是重要的信息基础设施，是智慧应用和服务的发生器。

第四层：智慧应用层

智慧城市包含着智慧技术、智慧产业、智慧（应用）项目、智慧服务、智慧治理、智慧人文、智慧生活等内容。对智慧城市建设而言，智慧技术的创新和应用

智慧产业和智慧（应用）项目是载是手段和驱动力，图4云计算层的构成

体，智慧服务、智慧治理、智慧人文和智慧生活是目标。具体说来，智慧（应用）项目体现在：智慧交通、智能电网、智慧物流、智慧医疗、智慧食品系统、智慧药品系统、智慧环保、智慧水资源管理、智慧气象、智慧企业、智慧银行、智慧政府、智慧家庭、智慧社区、智慧学校、智慧建筑、智能楼宇、智慧油田、智慧农业等诸多方面。智慧应用者包括政府用户、企业用户、社区用户和个人用户，如图5所示。

4云计算时代智慧城市建设的推进措施

智慧城市应具备：更透彻的感知，更全面的互联互通；更深入的整合，更协同的运

图5

智慧层的构成

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湖南科技大学学报（社会科学版）2015年第4期

［27］［28］［29］［30］［31］

：作；更多样的服务，更积极的创新。因此，在建设智慧城市过程中要着力做好如下方面

（1）要加强智慧城市软硬环境建设。优先建设宽带、泛在、光纤等网络，抓紧建设基于物联网、大数

SOA的电子政务、据、云计算、电子商务、城市公共服务平台、城市数据交换与共享平台等基础设施。（2）加强相关标准规范建设。智慧城市的建设必然会产生新的问题，在数据和信息上，有了规范标才能更好地服务于整个系统、范各类数据和控制信息的采集、传输、分析处理、分发和按需服务；在各准，

类数据处理上，有了技术规范，才能规范信息质量技术要求和检验方案等。在这样的标准体系支撑下，基于数字城市基础框架的智慧城市才能与空间上分散分布的物联网进行有机结合，实现物联对象的智

定位、跟踪、监控和管理，直接为各行业的用户提供服务。能化识别、

（3）要加强相关法律法规建设。智慧城市阶段将会带来隐私权、产权和信息安全等方面的问题，这需要在法律的层面上制定相应的规章和法令，规范和约束公众的信息发布行为，正本清源，使之自觉地

做到不侵权、不侵犯他人隐私。

（4）要以人为本。智慧城市建设也是对人居环境的改造，一个良好的人居环境，不能只着眼于它的“生物的人”，；还要面向“社会而且要实现整体的充满。既要面向达到“生态环境的满足”部分的建设，

，“人文环境的满足”。的人”达到

（5）要统一规划，注重差异化，突出特色。每个城市都有独特性，智慧城市的建设不可以千篇一律，每个地方一定要有自己的特色和个性，特色和个性是生命。要以解决城市发展和管理核心问题为导向，密切结合城市的实际情况，避免模版化、通知化的设计。

（6）要典型示范与整体推进相结合。高技术开发区可以先行先试，应该由局部到整体，由点到面。（7）要加强智慧教育，提高各级领导、管理干部及职工、全体市民的智商、智力和智能。智慧的人力资源是智慧城市建设成功的保证。

（8）要市场机制与政府引导两手抓。市场是有形之手，政府是无形之手，还有一个是技术创新与金融创新，要两轮驱动。（9）要循序渐进，量力而行。发达国家的智慧城市建设是IT技术升级的结果，我国在宽带普及率带宽不够的国情下，智慧城市建设必须按照每个城市信息技术的发展情况，量力而行，循序渐进。低、

（10）要发展“智慧城市”相关产业。实践表明，信息化发展水平与信息产业发达程度存在一定正相关性。物联网、大数据、云计算等新一代信息技术产业是建设“智慧城市”的重要基础，要建设“智慧城，市”必须因地制宜，重视和有选择性地发展物联网产业、云计算产业、三网融合产业、移动互联网产业以及支撑两化融合的生产性服务业等，实现良性发展。

5结论

“物联网+大数据+云计算+智慧应用=智慧城市”本文提出的的智慧城市四层架构，首先符合我

”、“两化融合”、“城镇化”国的国情，具备实现的条件。在信息化基础设施方面，随着我国“三网合一步3G深入应用、4G时代的到来，伐的加快，北斗导航系统的逐步投入运行，为物联网的搭建与应用、部署

是世界传感网领域云计算奠定了坚实的基础设施；在物联网研发与应用方面：研发水平处于世界前列、

标准主导国之一、是拥有实现物联网的完整的产业链国家之一、我国无线通信网络和宽带覆盖率高、有

较为雄厚的经济实力支持物联网发展；在大数据存储与处理方面，在2011年12月工信部发布的物联网“十二五”规划提出来的4项关键技术创新工程：信息处理技术、信息感知技术、信息传输技术、信息安全技术，前者是大数据的重要组成部分，后三者与“大数据”密切相关，这表明我国已经开始重视“大数、据”步入大数据时代；在云计算方面，中国政府已经开始关注云计算的发展，大力开展云计算相关研发工作，已经开始试点示范工作，并作为“十二五”规划中的重点关注项目，给予国家政策的扶植。其次，“实体－＞数据－＞智慧”，“物联网催生大数据”、“智慧源于大数据”。第三，符合的一般规律突出了

“桥梁作用”，大数据在智慧城市建设中的这也与“大数据”受到广泛重视和热捧的现状与趋势一致，也符合信息网络技术和社会发展的大趋势。

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(责任校对龙四清)

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(责任校对龙四清)

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