第2章 數字經濟時代的智慧城市建設

2.1 數字基礎設施成為城市新的基礎設施

在工業經濟時代，經濟活動架構在以“鐵公機”（鐵路、公路和機場）為代表的物理基礎設施之上。數字技術出現后，網絡和云計算成為必要的信息基礎設施。隨著數字經濟的發展，數字基礎設施的概念變得更為廣泛，既包括物聯網、互聯網、移動互聯網、云計算等信息基礎設施，也包括對傳統物理基礎設施的數字化改造，如安裝了傳感器的自來水總管、數字化交通系統等。這兩類基礎設施共同為數字經濟發展提供了必要的基礎條件，也為智慧城市提供了必要的基礎。

2.1.1 城市傳統基礎設施的數字化

雖然數字城市的提出由來已久，但是全域數字化一直未能實現，這與技術發展的局限性和成熟度有關。數字基礎設施的建設對數字經濟發展至關重要，也是城市智慧化的基礎。這里所說的基礎設施不僅僅包括傳統的信息基礎設施，如高速寬帶網絡、IP地址、域名等網絡基礎設施，也包括公路、建筑、橋梁、電網、給排水系統、油氣管道、電力等傳統基礎設施的數字化過程。

在傳統基礎設施上運用物聯網技術，把感應器嵌入和裝備到城市各類設施中，利用局域網或互聯網等通信技術把感應器、控制器、機器、人員和部件等聯系在一起，形成人與物、物與物相聯，以及遠程控制，是城市智能化管理和服務的基礎。無處不在的傳感器將會搜集城市的各種數據，使得城市處處可以被量化、事事可以被感知，而城市治理的基礎就是對城市現狀的準確了解。

從技術特點來看，物聯網的主要作用是“感知”。即通過各種信息傳感設備識別物體，采集相關信息，獲得以前很難定量化的服務數據，便于相關部門為民眾提供更好的基礎設施服務。物聯網技術比較適合用于政府部門的監測類業務，特別是對自然環境和人造物品的自動監測。但是城市數字基礎設施的建設關鍵不僅僅在于城市傳感器的數量，以及采集到的城市信息的多少，更重要的是對采集到的城市大數據的應用，基于大數據分析的城市治理與應用創新才是城市基礎設施建設的核心。“見物不見人”同樣是智慧城市建設的大忌，以部分城市的視頻監控系統為例，很多城市都安裝了20～60萬個視頻監控攝像頭，每天產生的海量視頻影像和信息是城市最大的數據來源。但是視頻監控系統存在分而治之的現象，部門間信息沒有實現共享；同時重建設、輕應用，只重視視頻監控的數量，而不注重對這些視頻數據的利用導致數據利用程度不高，人力成本依然突出的現象。因此城市數字基礎設施的建設應根據城市發展的實際，綜合分析城市面臨的內外部發展因素。在此基礎上依托物聯網技術，通過對城市各種信息的透徹感知和度量、泛在接入和互聯，以及智能分析和共享，借助各應用系統的協同合作實現“安全、便捷、健康、高效”的城市管理目標，提高城市的整體運作水平。

下面簡單介紹目前應用物聯網技術對城市傳統基礎設施進行數字化改造，提高管理和服務效率的案例。

在市政領域通過建立在線監測系統應用試點，對市政設施，包括橋梁、高架立交橋、隧道等基礎設施的安全狀態信息通過信息采集終端進行自動采集和實時監測。從而有效促進了城市市政管理的效率，大大提高了經濟利益和公共安全。例如，梁橋坍塌往往是由多種原因導致的橋梁結構持續惡化的結果，這些變化靠肉眼很難觀測。而安裝了聯網傳感器就可以測量到這些變化，并及時采取保護性的維修措施。從而降低維修成本，避免人員的巨大傷亡和財產損失。

在物流領域應用RFID、全球衛星定位系統（GPS）、地理信息等物聯網技術可以實現物品快速標識、準確定位和實時跟蹤。利用物流管理系統處理和控制物流信息實現物流企業的運輸合理化、倉儲自動化、包裝標準化、裝卸機械化、加工配送一體化、信息管理網絡化，可大大提高物流和供應鏈管理水平，降低物流成本，實現智慧物流的建設。

在制造領域的生產過程中應用RFID、傳感器和嵌入式智能技術進行各種參數的采集、傳輸、分析和控制，實現生產制造的高度自動化和智能化。目前這些技術已經在汽車制造、船舶制造、數控機床等制造領域大量使用，大大提高了生產設備的信息處理能力和效率，降低了生產成本。對機器設備故障、產品次品率、工件損耗等參數進行監控，大大提高了產品的可靠性和競爭力，物聯網技術在制造領域的應用促使自動化制造向更高級的智慧化制造轉型。

在交通領域利用車載物聯網設備，以及視頻監控系統可以實時監測車流量、車速、車型等交通信息，實時發布道路交通信息，為公眾提供出行參考。從而改善交通擁堵和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力，實現城市交通的智慧化管理。

在安全領域利用視頻監控系統，可對現實社會發生的公共安全事件進行事后跟蹤、重現和分析，并對一些涉及公共安全的事件進行全程事中跟蹤、預判和預警。利用具有熱紅外線探測技術的監控攝像頭，可以實現對火災的及時報警；利用環境感知傳感器，可實時監測溫度、濕度、瓦斯濃度等環境參數。一旦發生瓦斯濃度超標、環境溫度超標等就會自動拉響警報等。

政府部門應把傳統基礎設施的數字化改造當成構建數字政府的重要內容，推進物聯網技術在政府服務領域的深度應用。并結合自身業務特點，大力開展物聯網技術應用試點示范工作，提高行政管理和公共服務的數字化、網絡化及智能化水平。促進行政管理和公共服務模式的創新，實現向智慧化的服務型政府轉變。

2.1.2 信息基礎設施的不斷完善升級

目前，全球已有146個國家實施了寬帶戰略或行動計劃，這些戰略共同的目標是發揮信息基礎設施在建設智慧城市，以及數字社會中的重要作用。通暢、便捷、低廉和可靠的信息網絡是城市數字化建設的重要基礎，而其中的移動互聯網和下一代互聯網更是重中之重。

移動互聯網目前已成為全球關注的熱點，雖然目前業界對移動互聯網并沒有一個統一的定義，但對其概念卻有一個基本的判斷。即從網絡角度看，移動互聯網是指以寬帶IP為技術核心，可同時提供語音、數據、多媒體等業務服務的開放式基礎電信網絡；從用戶行為角度來看，移動互聯網是指采用移動終端通過移動通信網絡訪問互聯網并使用互聯網業務，這里的移動終端包括手機、PDA、平板電腦、筆記本電腦等多種類型。目前移動互聯網正在逐漸滲透到人們生活、工作的各個領域，微信、移動音樂、手機游戲、視頻應用、手機支付、位置服務等豐富多彩的移動互聯網應用迅猛發展，正在深刻改變信息時代的社會生活，對公眾的出行、生活和學習產生了巨大的影響。移動互聯網的發展也為創新城市公共資源供給模式、破解重大民生問題提供了新的機遇。移動互聯網實現了“人”與“公共服務”的無縫連接，有效促進了移動辦公和移動政務的發展，對于優化社會資源配置、提升均等服務水平和實現信息普惠全民具有促進作用。基于微信公眾號及支付寶服務平臺的移動醫療模式，使得患者在手機上可直接預約掛號、繳費、候診、查詢報告等。而無須在醫院大廳多次排隊，有效縮短了就醫流程。各類空氣質量監測APP讓每個人都能實時了解空氣質量情況，從而提前做好出行準備。當發現污染空氣的行為或現象時，也可通過在線舉報實現全民監督。移動互聯網不僅為我國信息經濟的跨越式發展提供了有利條件，而且使得社會公眾可以更便捷地獲取各種公共服務，大幅度地提升了社會整體服務效率和水平，是城市數字基礎設施的重要組成部分。

下一代互聯網是指基于IPv6協議的新一代互聯網，與目前基于IPv4協議的互聯網相比可提供的IP地址數量趨于無限，解決了現有互聯網地址池資源不足的缺點，從而能夠更好地滿足經濟社會發展對互聯網地址資源池不斷增長的需求。下一代互聯網的網絡傳輸速度將比現在提高1 000～10 000倍，隨心所欲的網絡視頻傳輸、大規模數據和圖文的即時收發將成為現實。下一代互聯網可解決現有互聯網無法判斷每一個數據來源的缺陷，其設計的專用安全協議可以通過網絡設備對用戶接入的合法性進行檢查，監控所有數據流向和網絡行為。從而更加有效地防范黑客、病毒的攻擊，實現更安全的網絡管理。

下一代互聯網的技術趨勢將為物聯網、云計算等新一代信息技術的普及創造更大的空間，從而為城市的數字化建設提供強有力的支撐作用。2013年，國家多部委聯合開展下一代互聯網示范建設工作。在北京、上海等具有一定基礎條件的22個城市中先行支持建設一批具有典型帶動作用的示范城市，加快基礎設施建設和升級改造，著力探索解決我國下一代互聯網發展遇到的突出矛盾和問題。2017年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》，并發出通知，要求各地區各部門結合實際認真貫徹落實。該計劃提出用5—10年時間形成下一代互聯網自主技術體系和產業生態，建成全球最大規模的IPv6商業應用網絡。實現下一代互聯網在經濟社會各領域深度融合應用，成為全球下一代互聯網發展的重要主導力量，實現互聯網應用和產業的跨越發展。

2.1.3 基于云計算的城市中樞系統建設

云計算是一種基于互聯網的計算服務模式，也是一種基于互聯網的服務使用和交付模式。通過互聯網客戶可以像使用管道煤氣和自來水一樣，使用云計算的計算服務，讓計算能力成為可以流通的商品。云計算的資源具有彈性可擴展的特性，計算能力很強，可以快速處理海量數據并借助互聯網向客戶提供服務，使用方便且價格低廉。

智慧城市是由多應用、多行業及復雜系統組成的綜合體，各個應用系統之間存在海量數據共享及交互需求，需要共同抽取數據進行綜合計算和呈現綜合效果。要從根本上支撐城市系統的安全運行和全局指揮，必須建設基于云計算的中樞系統。城市中樞系統的建設使城市能夠有效整合計算資源和數據，支撐更大規模的應用，處理更大規模的數據并且能夠對數據進行深度挖掘，從而為政府決策、企業發展和公共服務提供更好的平臺。

2017年10月13日在杭州舉辦的云棲大會開幕式上，杭州城市大腦正式亮相，為這座擁有2 200多年歷史的城市建立了一個城市中樞——城市大腦。城市大腦創新運用大數據、云計算、人工智能等前沿科技構建的平臺型人工智能中樞，整合匯集了政府、企業和社會數據，在城市治理領域進行融合計算，實現城市運行的生命體征感知、公共資源配置、宏觀決策指揮、事件預測預警、“城市病”治理等功能，將作為杭州未來重要的城市基礎設施。

杭州城市大腦開始以解決交通擁堵問題為出發點，通過收集交通監控攝像頭的數據進行分析，每15分鐘根據攝像頭拍到的交通情況更新紅綠燈的策略用紅綠燈的智能調解來疏導交通，使得道路車輛通行速度平均提升了3%～5%，在部分路段的暢通率有11%的提升。隨著2018年底杭州城市大腦（綜合版）的上線，杭州城市大腦除了被用來改善城市交通擁堵問題外還被用來解決各種民生問題，讓群眾辦事“最多跑一次”，讓公眾更加便捷地享受各種公共服務。

城市大腦是面向智慧城市的綜合信息服務系統，是整個城市的中樞系統。它以云計算中心為載體，整合城市內分散的硬件、軟件和數據資源，以一種以更加智慧的方法實現資源共享及業務協同，從而顯著提升城市管理和公共服務能力。城市大腦可以將散落在各個角落的數據匯聚到一起，使用云計算、大數據和人工智能技術讓城市的各個“器官”協同工作，變成一個能夠自我調節并與人類良性互動的有機體。

如前所述，智慧城市得以實現的關鍵是大數據，要讓數據成為生產資源去流通、去使用、去創造價值。而數據不是天然就有價值的，只有通過計算才能使其變得可被利用。讓數據在使用和流動過程中產生價值，這種計算能力只有云計算具備。通過建立云計算數據中心來整合城市計算資源和數據資源，支撐更大規模的應用，處理更大規模的數據。并且能夠對城市數據進行深度挖掘，讓這些數據產生價值，為政府決策、企業發展和公眾服務提供更好的支撐平臺，基于云計算的城市中樞系統將成為城市未來最為重要的數字基礎設施。例如，目前多地比較認可的智慧城市“1+N”平臺的建設模式。1為基于云計算的中樞系統（例如，杭州城市大腦），實現城市數據的匯聚、共享和共用，并為城市決策、運營、管理、協作和應急指揮提供支撐；N為各類不同的行業服務云平臺，如政務云、交通云、教育云、社區云、旅游云等。它們由傳統的行業部委信息系統升級而來，提供專屬行業領域的服務，并可以與“1”無縫對接實現數據的共享，“1+N”架構也被認為是新型智慧城市的最佳建設模式。

2.1.4 智慧城市的數字基礎設施建設

盡管發展迅速，但是我國城市管理在許多方面仍然停留在傳統經驗階段，沒有完整的基礎數據，缺少對整個城市的綜合系統分析。并且缺乏經常性的定量分析和比較健全的動態管理制度，對許多隱患和問題，特別是涉及不同領域或行業的相互關聯的一些矛盾和事件不能及時發現征兆。與早期的城市信息基礎設施建設相比，數字化時代智慧城市的城市數字基礎設施建設更加強調系統之間的整合與服務，以及統籌兼顧、協同配合、快速高效、實時互動和智能服務。

智慧城市的有效運轉是以城市管理的各軟、硬件系統的協同聯動為基礎的。為實現城市基本構成要素（人、物、環境）的協同運行，在智慧城市不同系統之間，除了業務上的邏輯聯動外，還需要將各種數據信息進行有效的集成。即在多個系統之間實現數據交換與共享，將數據作為新的生產資源來提高政府管理效率和社會生產力。數據資源是互聯網時代重要的生產要素之一，是重要的社會財富和資產，它和物質資源、能量資源一起構成了支撐現代經濟社會和社會發展的資源體系。而政府部門活動的規模和特點決定了其所擁有的數據是信息社會非常重要和寶貴的資源，如何利用這些寶貴的資源來完善城市的管理和服務是當前政府部門的核心工作。然而因為多方面原因，過去這些政府數據并未能有效地整合起來。挖掘出數據作為生產資源的潛在價值的阻力首先是行政分割導致的人為壁壘，部門利益把自己所掌握的數據和信息作為部門獨享財富和“傳家寶”；其次是各種數據支離破碎，很多數據甚至沒有經過整理，更無從談數據庫的建設而導致數據的可用性非常低；最后是數據保密范圍的界定不清晰，導致數據的共享變得尤為困難。

智慧城市數字基礎設施的建設首先就要打破政府各個部門之間的信息孤島，使得政府部門的數據資源在政府履職過程中能夠被充分利用，讓政府數據資源得以流動和共享。隨著物聯網、互聯網和云計算技術在智慧城市建設中的廣泛應用，以及各種信息服務系統的運行，數據作為一種重要的戰略資源已經不同程度地滲透到了城市各個部門、行業和領域。這些城市數據記錄了城市運行過程中的痕跡，其匯聚后形成的大數據是城市中所有個體（人、物、環境等）的集合，可以準確還原城市系統的運行過程和變化趨勢；其次智慧城市數字基礎設施必須具備大數據的融合分析能力，城市大數據成為智慧城市管理和運作的基礎。為實現對城市的高效和智能化管理，智慧城市建設必須面對種類繁多且數量龐大的城市大數據，特別是空間、視頻等方面的大數據。利用云計算和大數據技術對城市大數據進行有效的存儲、融合、檢索、挖掘、應用，通過從海量的數據中提取出潛在且有規律的知識和信息，為城市規劃、建設和管理提供決策支持。促進城市管理工作由被動向主動、由靜態向動態、由粗放向精細、由無序向規范轉變，對城市提高管理效率、節約資源、保護環境和可持續發展具有重要價值。