智能城市建設及其發展

1 引言
智能城市(Intelligent City)是智能建筑多樣化特征的一種表現形式，智能型建筑IB(Intelligent Building)是信息時代的產物，它的基本要素是通信系統的網絡化、辦公業務自動化和智能化、建筑柔性化和建筑物管理服務的自動化。自從智能建筑概念提出以來，繼1984年誕生于美國哈特福市的世界第一座智能大廈后，日本在1985年開始建設智能大廈，新建的大廈中有近60%為智能型的。日本政府也積極推動，制定了四個層次的發展規劃，即智能城市、智能建筑、智能家庭和智能設備。歐洲國家智能建筑的發展基本上與日本同步啟動，智能大廈主要集中在各國的現代化都市。1989年，在西歐的智能大廈面積中，倫敦占12%，巴黎占10%，法蘭克福和馬德里占5%。亞太地區智能大廈主要集中在漢城、曼谷、香港、雅加達、吉隆坡等中心城市。新加坡政府投入巨資對智能建筑進行研究，規劃將新加坡建成“智能城市公園”。韓國制定了“智能島”計劃，印度則有“智能城”計劃。泰國智能建筑普及率高，在20世紀80年代，泰國新建大樓中，有近60%為智能大廈。我國對智能建筑的研究始于20世紀80年代末期，據國外權威機構預測，在21世紀，全世界智能大廈的50%將興建在中國的大城市里。經過20余年的發展，各國都在向更高智能的階段發展，逐步進入到“綠色建筑”的新境界。智能只是一種手段，通過對建筑物智能功能的配備，強調高效率、低能耗、低污染，在真正實現以人為本的前提下，達到節約能源、保護環境和可持續發展的目標。對智能城市的良好認同本身就是一個城市的凝聚力和吸引力，不論城市本土的居民，還是城市凝聚的外來居民，都為工作和生活在一座智能城市而感到舒心和驕傲。城市和諧，市民安居，這正是城市發展的內在動力，對于智能城市的良好認同經過擴散和傳播，又會形成自然的城市公關效應，成為“引鳳來棲”、促進城市發展的新的動力源，這些都是智能城市的魅力之所在。因此本文對智能城市相關問題作些討論。

2 智能城市的概念
智能城市是智能建筑多樣化特征的一種表現形式，智能建筑能使人與人之間的距離拉得很近，實現零時間、零距離的交流，將整個世界變成象地球村一般的基礎。智能建筑的發展已經并將繼續呈現出多樣化的特征，按其類型和層次結構可分為多種。
2.1 智能大樓
智能大樓主要是指將單棟辦公類大樓建成綜合智能化大樓。智能大樓的基本框架是將BA(建筑自動化)、CA(通訊自動化)、OA(辦公自動化)三個子系統結合成一個完整的整體，發展趨勢則是向系統集成化、管理綜合化和多元化以及智能城市化的方向發展，真正實現智能大樓作為現代辦公和生活的理想場所。
2.2 智能廣場
智能廣場現在智能建筑正在從單幢轉變為成片開發，形成一個位置相對集中的建筑群體，稱之為智能廣場(plaza)，而不再局限于辦公類大樓，正在向集公寓、酒店、商場、醫院、學校等于一體的建筑領域擴展。智能廣場除具備智能大樓的所有功能外，還有系統更大、結構更復雜的特點，一般應有智能建筑集成管理系統(IBMS)，能對智能廣場中所有樓宇進行全面和綜合的管理。
2.3 智能化住宅
智能化住宅其發展分可為三個層次:家庭電子化(HE，Home Electronics);住宅自動化(HA，Home Automation);住宅智能化，美國稱其為智慧屋(WH，Wise House)，歐洲則稱為時髦屋(SH，Smart Home)。
智能化住宅是指通過家庭總線(HDS，Home Distribution System)把家庭內的各種與信息相關的通訊設備、家用電器和家庭保安裝置都并入到網絡之中，進行集中或異地的監視控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環境的協調，提供工作、學習、娛樂等各項服務，營造出具有多功能的信息化居住空間。智能化住宅強調人的主觀能動性，重視人與居住系統的協調，從多方面方便居住者的生活環境，全面提高生活的質量。
2.4 智能化小區
它是對有一定智能程度的住宅小區的籠統稱呼。智能化小區的基本智能被定義為“居家生活信息化、小區物業管理智能化、IC卡通用化。”智能小區建筑物除滿足基本生活功能外，還要考慮安全、健康、節能、便利、舒適五大要素，以創造出各種環境(綠色環境、回歸自然的環境、多媒體信息共享環境、優秀的人文環境等)，從而使小區智能化有著不同的等級。小區智能化將是一個過程，它將伴隨著智能化技術的發展及人們需求的不斷增長而增長和完善，它表明了可持續發展性應是小區智能化的重要特性。
2.5 智能城市
智能城市在實現智能化住宅和智能化小區后，城市的智能化程度將被進一步強化，出現面貌一新以信息化為特征的智能城市。其主要標準首先是通訊的高度發達，光纖到路邊FTTC(Fiber To The Curb)、光纖到樓宇FTTB、光纖到辦公室FTTO、光纖到小區FTTZ、光纖到家庭FTTH;其次是計算機的普及和城際網絡化。屆時，在經歷了“統一的連接”、“實時業務的集成”、“完成統一”(Full Convergence)三個發展階段后，將出現在網絡的諸多方面進行統一的“統一網絡”。計算機網絡將主宰人們的工作、學習、辦公、購物、炒股、休閑等幾乎所有領域，電子商務成為時尚;再次是辦公作業的無紙化和遠程化。
2.6 智能國家
智能國家它是在智能城市的基礎上將各城際網絡互聯成廣域網，地域覆蓋全國，從而可方便地在全國范圍內實現遠程作業、遠程會議、遠程辦公。也可通過Internet或其他通訊手段與全世界溝通，進入信息化社會，整個世界將因此而變成地球村一般。
從上述可見智能城市或智能化城市只是一個相對概念，并無嚴格的定義，各個國家由于國情不同對智能城市的理解也所差異是很正常的，但其本質是一樣的，只是論述的重點各有側重。比如歐洲強調“創造一種可以使住戶有最大效率環境的建筑，同時該建筑可以使之有效地管理資源，而在硬件和設備方面的壽命成本最小”。日本強調的重點集中在如下4個方面:作為收發信息和輔助管理效率的軌跡;確保在里面工作的人滿意和便利;建筑管理合理化，以便用低廉的成本提供更周到的管理服務;針對變化的社會環境、復雜多樣化的辦公以及主動的經營策略做出快速靈活和經濟的響應。中國是指利用系統集成方法，將智能型計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合，通過對設備的自動監控，對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建筑的優化組合，所獲得的投資合理，適合信息社會需要，并使之具有安全、高效、舒適、便利和靈活的特點。

3 智能城市的參考標準
自1999年世界智能化城市評選活動開展以來，參選智能化城市評比主要有五項指標，即寬帶應用覆蓋率，知識生產力的結構、從事寬帶應用技術人員的比例，城市改革開放力度，數字技術應用普及率，智能化對經濟發展的影響等。智能化城市的評比標準并不只是注重智能化成熟度，而是更重視政府政策的支持，團體、民眾對智能化的認識、關注和智能化的發展速度、前景等。我國天津市從全世界100多個參選城市中脫穎而出，進入2005和2006年度世界七大智能化城市行列。2005年度七大智能城市按字母順序排列是:法國依西·雷莫里諾市、日本三鷹市、巴西皮拉伊市、新加坡、英國桑德蘭市、中國天津市、加拿大多倫多市，這是自19999年世界智能化城市評選活動開展以來，中國城市首次入選。得到這一名單的認可，表明這些城市在寬帶基礎建設、知識型人才培養、克服數字鴻溝、取得風險投資以及經營、發展等方面取得了非凡的成就。“十一五”期間，天津市也將進一步打造“智能天津”，全市信息化建設處于全國領先地位，達到發達國家中心城市的平均水平，到2010年，互聯網普及率達到55%，家庭寬帶用戶普及率達到60%，固定電話主線普及率達到75%，移動電話達到80%，每百戶計算機擁有量達到80%，企業上網率達到85%。國家有關部門測評，天津市信息化綜合指標居全國第三位，信息化建設走在了全國的前列。目前，天津市已經建成以光纖為主、無線為輔、立體交叉的城市寬帶網，城區實現了光纖到路邊、樓邊，農村到鄉鎮和主要村，通信能力城鄉覆蓋率達到100%。與2000年相比，寬帶城域網核心交換能力從20G增長到2000G，城市出口帶寬從955M增長到121G，互聯網用戶從56.9萬戶增長到340萬戶，其中寬帶用戶從無到有發展到90萬戶。全市固定電話用戶從247萬戶增長到 437.2萬戶，移動電話用戶從122.8萬戶增長到502.6萬戶。建成覆蓋全市的有線電視傳輸網，用戶190萬戶，并建設了數字電視播出平臺，已具備150套數字電視播出能力。就像前面提到的那些智能化城市，任何一個城市的信息化都應該把為每個市民，為社會服務貫徹到信息化建設的始終，信息化建設的最終目的是服務于人類社會，服務于每一個人的，信息化同樣要人性化，這正是建設智能化城市的最終目的。

4 智能城市的基本框架
智能城市，也稱為網絡城市、數字化城市、信息城市。其概念包含兩方面含義:廣義上講，“智能城市”包含了信息化六大要素和所有領域，也就是城市的信息化;狹義地講，“智能城市”是綜合運用GIS(地理信息系統)、GPS(全球定位系統)、遙感、遙測、寬帶網絡、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市的基礎設施、功能機制進行信息自動采集處理、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統，它具有城市地理、資源、生態環境、人口、經濟、社會等復雜系統的數字化、網絡化、虛擬仿真、優化決策支持和可視化表現等功能。智能城市的建設需要利用國家公用信息網絡平臺，以現代信息技術為基礎，建成一個集城市規劃、建設、管理和服務于一體的智能化信息系統，實現信息共享與應用，為政府、企業、公眾提供及時、準確、有效的信息服務。其中，智能建筑是智能城市的基礎單元，如圖1所示。在智能城市中智能大樓獨領風騷，給人們的辦公與居家生活帶來許多方便，在21世紀，以計算機和網絡為代表的信息產業發展強勁，并正在與通信產業和消費類電子產業相結合，邁入數字會聚及計算機網絡、有線電視網絡、電信網絡三網合一的時代，信息產業正帶領各種自動化系統進行著新一輪的產業革命。

圖1 智能大樓的結構

由于智能城市建設涵蓋整個城市各方面的信息及應用，智能城市的基本框架一般可分為3個層次并由多個組成部分。3個層次為信息基礎層、應用層和綜合決策層。信息基礎層由城市公用信息網絡平臺、中心骨干網、區域骨干網、通信管線、空間數據和政策技術保障體系等組成。應用層根據其性質分為專業類和區域類應用，專業類應用中包括政府類、企業類和公眾類應用;綜合決策層是跨行業、跨區域的綜合性應用系統，構筑在基礎層和應用層之上。主要組成部分分別是城市公用信息網絡平臺和骨干網、空間數據等基礎設施、政府類應用、企業類應用、公眾類應用、區域類應用、數字門戶網站、信息資源管理中心、城市綜合決策指揮系統、政策法規規章及管理制度、技術標準及各種應用規范。智能城市涉及電子政務、電子商務乃至地理信息系統等方方面面，用一句時髦的話說就是“e-everything”(任何事情都是數字的)。智能城市通常包括5個方面的支撐點:
(1) 信息基礎設施，它是城市獲取信息的基本能力，每個城市必須根據自身特點和發展方向，做整體思考;
(2) 城市基礎數據庫，一個城市的數字化程度，從源頭上取決于城市基礎數據庫的容量、速度、便捷性、可更新能力和智能化水平，至少包括數字人口、土地、交通、管線、經濟管理等內容;
(3) 電子政府和城市信息安全，電于政府能提高政府工作效率，提升施政水平，優化服務功能，它同時也是提高政府透明度和有效監督的重要工具;
(4) 全方位的電子商務框架，電子商務系統的全方位、多等級和虛擬化建設，將具體體現未來城市發展的活力;
(5) 城市交通系統的智能化，城市智能交通系統是GIS、GPS和遙感等技術的有機結合。
“智能城市”不是一個純技術的概念，它與“園林城市”、“生態城市”、“山水城市”一樣，是對城市發展方向的一種描述，是信息技術、網絡技術滲透到城市生活各個方面的具體體現。“智能城市”意味著城市管理和運行體制的一次大變革，為認識物質城市打開了新的視野，并提供了全新的城市規劃、建設和管理的調控手段，從而為城市可持續發展和調控管理提供了有力的工具。此外，“智能城市”還將更好地體現出現代城市“信息集散地”的功能，意味著城市功能全面實現信息化，更好地促進城市人居環境的改善和可持續發展，隨著城市信息化進程的推進，“智能城市”已開始步入我們的人們生活。

5 智能城市實施的思考
智能城市盡管是一個虛擬的數字城市，但它的基礎是現實中城市的縮影，即一個城市在互聯網上的再現，把整個城市規化都再現在一個電子地圖上，讓人們輕松認識、了解這個城市。無論何時何地，只要登陸網站，就能為訪問者提供方便快捷的查詢服務，為人們的出行、旅游、商務活動等提供引導和幫助。按照參選智能化城市評比的五項指標，智能城市的實施從宏觀層面考慮，以下幾個方面是值得特別關注的。
5.1 城市信息基礎設施的規劃
信息基礎設施的規劃與建設以及設計，可以表達倩息基礎設施完善程度的“數字覆蓋率”、“數字分辨率”、“數字傳輸速率”和“數字鴻溝差異率”，是任何一個城市進入智能城市的先決條件。城市的數字化水平高低取決于它的息獲取能力，以及與該能力有充分聯系的信息產生、信息傳遞和信息應用等各個環節。信息基礎設施的規劃與建設應始終圍繞城市信息獲取總能力的持續提高。對于一個高效、便捷、動態的城市而言，信息基礎設施的規劃是處于戰略基礎地位的，這事實上是一個聯系著航天(外空間)、航空、地面、地下的立體網絡，該網絡通過各類傳感器、各類凋制解凋裝置、各類接受通道、各類應用終端、各類反饋系統、各類自動識別系統和各類虛擬現實中心等組成，與各類信號(包括衛星信號)接收、圖形圖像處理、光纖傳輸網絡、超大型計算機樞紐同常規的社會、經濟、環境統計資料的有機結合，形成城市信息基礎設施規劃的基本內容，其中包括了不斷更新的技術進步，也包含了不斷提高的城市管理水平，同時還牽涉到城市立法與決策的相應轉換，從而為信息城市數字化水平的整體提高，編制出高質量的發展藍圖。數字城市信息基礎設施的規劃與建設還必須針對每個城市的自身特點及城市的發展方向，嚴格地從空間布局、網絡構建、數據處理、應用領域、信息安全和效能評估諸多方面，做出與傳統城市規劃相連接的整體思考。
5.2 城市基礎數據庫建設
一個城市的信息化程度，從源頭上講取決于該城市基礎數據庫的容量、速度、便捷牲、可靠性、可更新能力和智能化水平。城市基礎數據庫至少應包括以下內容:
(1) 數字人口(戶籍)管理:針對衡量城市人口整體狀況的各項基本指標，從宏觀管理到微觀管理應當有全面的記錄;
(2) 數字土地(地籍)管理，主要對城市規劃如土地利用、地形地貌特征、城市空間布局、城市圖形、地產價格及其動態變化、城市土地級差地租動態變化等一直到門牌、戶型、街道、城市基礎設施(能源、交通、通訊、自來水及排污管道等)的動態記錄和識別;
(3) 數字經濟管理，主要針對貿易、企業、工商等的經濟增長、統計報表等，做出實時的記錄和存儲;
(4) 數字金融管理，涉及政府、企業、國際貿易、股票交易、債券、保險、投資、個人信用、供銷支付等的電子管理;
(5) 數字社區管理，對每一個社區的家庭、健康、教育、娛樂、社區活動、社區建設、社區服務等，做出系統的記錄;
(6) 數字環境管理，對于城市中環境污染源、治理狀況、環保設施、環保產業以及城市生態、城市綠化、城市園林等的系統檔案;
(7) 數字文化管理，包括網絡教育、遠程醫療、數字圖書、數字出版、數字新聞、多媒體娛樂等;
(8) 數字交通管理，立體化、智能化、自動化的交通網絡管理;
(9) 數字災害管理，城市火災、洪災、風災、地震、交通災害、管道泄露、地面沉降等;
(10) 數字犯罪管理，城市安全、罪犯識別等。這些數據庫建設將為智能城市的發展奠定堅實基礎，是智能城市建設的戰略基礎。
5.3 電子政府建設
電子政府是提高政府工作效率，提升政府施政水平，優化服務功能的最佳選擇。同時也是提高政府辦公透明度、實現公正廉潔和有效監督的重要工具。在全世界各國倡導的信息高速公路的五大應用領域中，電子政府均被列為第一位，同傳統定義下的政府運作相比，電子政府可以認為是行政管理的一場革命性變化。在智能城市中的計算機、數據庫、信息技術和互聯網，為電子政府提供了技術支撐條件和信息交流的公共平臺，通過這個平臺，引導城市管理邁向更加快速、更加高效和更加智能的臺階。政府在一個社會系統中居于核心的地位，它肩負著對整個社會導向、協調、控制、管理和服務的功能，城市經濟的發展、城市社會的進步、城市文化的繁榮、城市人民生活質量的保障等，都離不開政府的主導作用。在一個高度智能化的城市中，政府執行上述功能的基本途徑是通過廣泛收集“自然、社會、經濟”復雜系統中的各類信息，在進行加工整理和方案預演后，向公眾發布有關指令性的、調控性的、解釋性的和服務性的“高等級信息集合”，同時能夠快速有效地收集到社會反饋的廣泛信息，以便于對“高等級信息”進行修正和優化。鑒于上述原因，在智能城市規劃中都把電子政府作為智能城市的神經、中樞去建設，它將打破現有行政機構的人為組織界限，構建一個電子化的虛擬機關，突破時間限制(如現行的8小時工作制)、空間限制(如現行的嚴格屬地原則)、流程限制(如現行的必須一級對一級的轉送)、暗箱限制(如現行的關系尋租、政治尋租等)，達到政務公開、采購公開、管理公開和服務公開。值得特別關注的是政府網的安全問題，如果不能成功抵御計算機病毒的侵襲和黑客的攻擊，如果沒有出色的防火墻和穩定可靠的密碼技術，那么電子政府的建設是很難進行的。
5.4 全方位的電子商務建設　　
智能城市的最大服務對象和需求用戶是關于電子商務的全面建設，隨著信息時代的加速發展，電子商務系統的全方位、多等級和虛擬化建設，將成為未來城市發展活力的具體體現之一。電子商務建設的關鍵和難點，集中地體現在如何完成“物流、信息流、貨幣流”三者的有機匹配和統一網絡化。在城市商業行為中，創造一個“公信、穩定、安全、有序、高效”的虛擬商業環境，把每個人、每個企業、每項政府采購和各類供需交易等的交換活動轉換成一種全新的方式，即把包括生產中心、采購中心、倉儲中心、配送中心、批發中心、零售中心和各類電子住戶充分聯結的物流系統，把網絡查詢、電子訂貨、電子交易、價格協商、電子指南、合同擬訂、電子服務、電子廣告和電子仲裁的信息流系統和把虛擬資本、投資往來、貨幣兌換、股權交易、電子消費、電子結算、電子錢包、電子家政計劃等的貨幣流系統，整體地納入到不同級別、不同類型、不同平臺、不同中心的統一數字管理體系之中，這將是智能城市建設中一個特別龐大、特別精密和具有特別法律效力的戰略實體工程，是智能城市建設的戰略核心。
5.5 城市交通智能化建設
智能城市應首先考慮城市交通智能化的全面建設。城市交通是一個高度動態化的空間網絡體系，它從一個(隨機的)起點，經過不同等級通道，通過不同交叉聯結，經歷不同信號調控和不同速度交混，走到目的地的(隨機的)終點，其中還包括了不同車輛特性，不同靜態交通(如停車場、修理廠、洗車廠等)，不同環保要求和不同交通工具的具體規定。城市交通智能化的最終目的是實現“路程最小化、時間最小化和成本最小化”的目標函數。城市交通智能化必須把地理信息系統、全球定位系統和衛星遙感技術的3S技術，加上各種智能化傳感器，結合城市規劃中的現實交通網絡(包括地面交通、地下交通、空中交通和鐵路、公路、水路)和未來發展的交通網絡，在智能城市的總體規劃下，完善不斷變化著的城市電子地圖和各類地物標志，周密設置不同交通等級的虛擬控制中心，虛擬流動模擬、虛擬通過能力、虛擬交通疏導方案、虛擬交通尋路的優選，從而將移動物體(車輛)的流動通量，無人值守的自動調控信號及車載智能終端等的信息采集、信息處理、信息反饋和優化決策組成一個高度靈敏的交通智能系統，該系統將成為智能城市建設中首先實現的可行目標。

6 結束語
城市的智能化程度，是一個城市數字化或者信息化程度的標志。隨著智能城市的實現，將有可能更加優化地配置城市的自然資本、貨幣資本、人力資本、生產資本、社會資本和政治資本，由此達到大力節省資源，提高整體效率，促進經濟發展、推動社會進步，改善生態質量，促進經濟的可持續發展和和諧社會的建設，這正是我們努力奮斗的目標。