智慧城市的顶层设计与发展

张中伟 张之义

摘要：在智慧城市建设过程中，根据实践经验提出了智慧城市建设的总体思路与建设思想，以智慧城市建设实例展开阐述其建设的需求分析、总体架构和实现技术等主要内容，对智慧城市建设过程进行分享。根据智慧城市建设实践，总结了智慧城市建设的经验与对策，并对其发展趋势进行了分析与展望，为其他智慧城市建设提供参考。

关键词：智慧城市；系统架构；统一感知；统一运维；柔性架构

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）11-51-3

城市在人类社会发展过程中发挥着越来越重要的作用，应该积极地将科学技术引入到城市的建设与管理过程当中，使城市获得高速发展，为人类生活提供美好的生活空间。诺贝尔经济学奖获得者斯蒂格利茨曾经说过，有两件大事影响21世纪人类社会发展进程，即中国城市化和美国高科技[1]。以物联网为基础，基于数字城市建设，利用和融合更为先进的技术，为未来城市发展提供技术支撑，极大影响着城市的发展，通过智慧城市建设，对城市的科学、合理建设等方面进行探究，对智慧城市建设和发展具有重大意义。

智慧城市的概念一直没有统一定义，较有代表性的定义包括：IBM公司对智慧城市的解释是充分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、环保、公共安全、城市服务和工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的生活[2]；李德仁等提出智慧城市是在各行各业充分应用新一代的IT技术，通过传感器将各种物体普遍连接，形成物联网，并与互联网整合，更加精细和动态地管理生产和生活[3]；国家发展改革委等给出的定义是智慧城市是运用物联网、云计算、大数据和空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式[4]。

尽管智慧城市的定义众说纷纭，但是本文认为智慧城市的实质是物联网、云计算、大数据和空间地理信息等新一代信息技术创新应用与城市转型发展的深度融合，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式[5]，体现城市走向绿色、低碳、可持续、以人为本和高效运行的发展需求。

智慧城市建设以实现城市建设目标为目的，以领域应用来体现智慧城市建设的重点内容，是达到城市目标要素的实现过程，在进行城市建设过程中需要通过顶层设计进行全局规划，以城市的实际需求为输入，结合城市运行的客观实际进行建设方案的设计与实施[6]。

2.1需求分析

根据信息化基础设施调研材料，梳理信息化建设需求，结合需求分析和立足城市建设需要，归纳出其智慧城市建设的战略目标：统一融合、高速安全的基础设施；实时高效、无处不在的信息服务；全程全时、实用实惠的惠民服务；稳定和谐、细致安全的社会治理；低碳绿色、治理有序的宜居环境；创新融合、持续健康的产业生态。

为了实现战略目标，需要依据信息化建设需求，解决城市运行过程中存在的问题，坚持以人为本，最大化满足城市发展、民众需要、便捷安全的城市理念，使用顶层设计的思路和方法进行智慧城市顶层设计规划。

2.2系统架构

智慧城市分层架构，如图1所示。系统架构设计为分层架构，分为基础设施、公用用平台和公共服务3部分。

智慧城市分層架构包括：

“一云、一网、一中心”基础设施：一云指统一集中的云计算基础设施；一网指整合城市通信网络和物联网基础设施资源，融合成一张“天地一体化泛在网络”；一中心指结合发展趋势，建设城市运营管理中心，实现城市功能整合，按需服务。

“一图、一库、一平台”公用平台：一图指建设全市三维立体全景图，实现对城市地上地下空间资源统一管理；一库指建设城市综合管理库，覆盖各种基础库以及各业务应用专题库；一平台指构建一个信息共享、开放、安全的通用功能平台，形成统一资源、数据融合、促进综合、推进开放、保障安全的开放通用信息环境。

“一号、一窗、一证”公共服务：主要以面向市民服务为中心，横向打通各类信息化系统，实现便捷、优质、高效的惠民服务，即以12345为统一接入号码的市民服务热线、以市民服务中心为统一行政审批窗口的业务办理平台以及以身份证号码为统一身份识别标志的公民信息认证线上线下服务体系。

2.3总体设计

智慧城市的总体框架紧紧围绕智慧城市的四大核心目标“惠民服务”“城市管理”“社会治理”“产业发展”进行设计。在分领域进行智慧创新建设的同时，建设城市信息基础设施，包括云计算/大数据中心、城市运营管理中心、天地一体化泛在通信网络、通用功能平台以及网络空间安全体系等工程，智慧城市系统总体设计如图2所示。

2.4实现技术

2.4.1通信网络

智慧城市通信网络架构采用3层架构：传输层、承载层和服务层，其中传输层根据地位、作用分为接入网和核心网2部分。对已有的不同网系进行一体化整合，通过统一的通信网络在线监测对全网进行路由与流量监测和网络业务性能监测，最终得到全网网络拓扑、流量拓扑和业务态势等状态信息，可作为资源策略控制系统进行信息传输QoS控制的依据，业务控制统一通信可以完成不同业务网系互联互通时信令和媒体的适配，承载层和服务层的网络能力可通过服务化封装的方式提供给上层应用，通过标准的接口直接调用。

2.4.2云计算

云计算数据中心以XaaS模式提供对外的服务，在不同的服务层次，如IaaS，PaaS，SaaS直接提供对外接口。

2.4.3服务化技术

面向服务技术架构（SOA）作为核心服务的基础，提供统一的门户服务、目录服务、身份认证服务、搜索发现服务、消息服务、中介服务、安全服务和资源管理服务。

2.4.4信息安全体系

城市网络空间安全体系建设就是打造安全可控的网络环境、保护信息与信息交互安全、构建健康有序的网络秩序。在物理域保护构建城市网络空间的关键基础设施、通信网络设施、数据中心、计算中心和终端设备的安全。在逻辑域保护城市网络空间承载的各种应用服务、平台和数据的安全；在社会域对城市网络空间各种信息数据所反映的意识形态、反恐维稳、国家安全、网络舆情进行内容安全监管和风险防控。

随着智慧城市建设进程的推进，在政府服务、城市治理、交通管制、应急指挥、便民服务、产业发展和行业应用等方面取得了一定的成效，但是，也出现了缺乏城市定位与特色打造、缺乏顶层设计的重复建设、新兴技术应用贫乏且缺失智慧、重硬轻软、重实轻文、政策变化影响建设实施一级缺乏持续发展生態环境与业务模式等问题。

对于出现的问题可以采取以下措施：确立城市精准定位与建设目标；注重顶层规划、避免重复建设；加强科技创新和智能服务能力；以人为本，科技与人文相结合；政府部门制定长效政策；创新智慧城市运营与商业模式。

在智慧城市建设实践过程中，智慧城市正在呈现信息技术改造传统、移动互联改变生活、无人化城市应用、万亿规模感知、大数据与智能化及新技术应用等特点[7]，主要得益于科学技术的发展与推动，与智慧城市相关的技术及发展趋势如下：

①系统架构设计：智慧城市顶层设计过程需要研究一套具有可复用、松耦合、高扩展性、易于理解和指导性强等特点的适合国情的科学的方法体系，对智慧城市顶层设计进行指引。

②统一感知技术：以物联网技术为基础的智慧城市需要统一感知技术的支撑，以此对智慧城市的科学、合理建设对策进行探寻，对我国智慧城市的建设和发展有着极为重大的意义。

③大数据技术：城市大数据的战略意义在于对含有意义的数据进行专业化处理，提高对数据的加工能力，通过加工实现数据的增值，在市场经济建设和城市管理等方面都有着不可替代的作用[8]。

④统一运维：智慧城市建设需要统一的城市大脑实现城市资源管理、城市运行和城市维护等功能，实现城市运维向云化架构演进，增强系统扩展能力，降低系统扩容成本，提升系统运维效率。

⑤柔性架构技术：柔性架构技术可充分利用云计算的大规模、高可用、按需服务和可扩展性等特点，打造城市全局核心服务模式，实现跨地区、跨部门的异构系统间智能互操作。

⑥软件化技术：利用虚拟化、软件定义网络和软件定义无线电等技术，解决计算资源与存储资源耦合绑定、网络资源固化以及资源不能动态定义等问题，实现各类资源的动态调配和功能软件定义等功能。

⑦人工智能技术：发挥人工智能在城市模拟、便捷服务、智能设备、城市大脑以及智能应用等重点应用领域的优势，提升城市运行、公共服务、便民生活和产业发展等方面的能力[9]。

⑧城市智能化：通过智能化技术，以人和环境互为协调的整合体功能，实现具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的有生命特征的智慧能力，形成有效提升各类智能化系统信息综合应用的功能环境。

智慧城市是将物联网、互联网、数字信息、云计算、人工智能、大数据和互联网等新一代信息技术和一系列科技创新技术应用于城市的管理与转型，达到高效的城市管理及规划建设，实现惠民的便民服务，提高城市的可持续发展。智慧城市要遵循统一规划、立足本地和以人为本的基本原则进行建设，不仅能推动国家经济的发展，更重要的是保障国民生活水平的有效提高，引导城市建设实现绿色、健康和环保低碳的发展战略。

[1]曹晓兵.中国新型智慧城市创新实践———软通智慧城市业务实践分享[J].软件和集成电路，2018（4）：38-39.

[2]谭骁.基于共词分析的中小型智慧城市要素研究[D].长沙：湖南大学，2017.

[3]钱夔，严红，周颖.面向新型智慧城市的开放云服务平台[J].指挥信息系统与技术，2018，9（1）：73-78.

[4]刘迁.智慧城市视域下智慧档案馆建设研究[D].苏州：苏州大学，2016.

[5]陈硕文.城市规划、建设和管理中新技术的应用[J].建材与装饰，2018（30）：96-97.

[6]杜宪政.智慧城市的规划设计之规划流程[J].智能建筑与智慧城市，2018（12）：60-62.

[7]王谋，康文梅，刘君言，等.我国可持续城市建设：经验、问题与展望[J].阅江学刊，2018，10（6）：25-35.

[8]李帆.智慧城市大数据中心功能与架构探讨[J].智能建筑与智慧城市，2018（12）：67-69.

[9]段鹏琳.推进杭州新型智慧城市建设的思路与建议[J].杭州科技，2017（4）：24-27.