陸延青，1971年生，2006年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)項(xiàng)目獲獎(jiǎng)人之一，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院長江學(xué)者特聘教授、博士生導(dǎo)師、南京大學(xué)智慧城市研究院常務(wù)副院長、國家杰出青年基金獲得者、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。他還擔(dān)任IEEE光子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、美國光學(xué)學(xué)會(huì)刊物“Optical
Materials Express”副主編，并主持了863、973、自然科學(xué)基金等多項(xiàng)國家級(jí)研究課題。
核心提示
城市化建設(shè)要由快向好轉(zhuǎn)變，就必須探索一條更“健康”的新型城市化道路。
人們期望把感應(yīng)器嵌入到全球各個(gè)角落的電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路等各種物體中，并且將它們普遍聯(lián)接，形成所謂的“物聯(lián)網(wǎng)”，再通過“互聯(lián)網(wǎng)”將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實(shí)現(xiàn)社會(huì)與物理世界的融合。
在物聯(lián)網(wǎng)及新一代信息技術(shù)的推動(dòng)下，在一個(gè)無縫銜接、人機(jī)界面友好的狀態(tài)下，智慧城市才真正有可能實(shí)現(xiàn)。
由政府推動(dòng)的智慧城市計(jì)劃，有藍(lán)圖，但其內(nèi)涵和目標(biāo)仍十分模糊，大多處于探索和試驗(yàn)階段，在這個(gè)過程中還要特別注意物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代可能出現(xiàn)的隱私泄露、數(shù)據(jù)安全等問題。
智慧城市，化解“城市病”的良藥
城市化，通俗地講就是人類不斷地由農(nóng)村向城市遷移的過程。
根據(jù)聯(lián)合國的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2000年時(shí)，全球超過50萬人口以上的城市中有四分之一都在中國。在20世紀(jì)80年代初，也就是改革開放初期，農(nóng)村人口占全國人口的80%左右，而《2012中國新型城市化報(bào)告》指出，中國城市化率已突破50%。這意味著中國城鎮(zhèn)人口首次超過農(nóng)村人口，中國城市化進(jìn)程明顯加快，進(jìn)入了一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
城市化是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢，其根本要義是“讓生活更美好”。城市建設(shè)、管理要以人為本，為不同階層提供公共服務(wù)，讓廣大市民享受城市化帶來的美好生活。然而，城市化進(jìn)程在給我們的生活帶來便捷的同時(shí)，也帶來不少隨之而來的問題。
城市病是指城市快速發(fā)展過程中所出現(xiàn)的一些負(fù)面現(xiàn)象，如人口擁擠、交通堵塞、就業(yè)困難、住房緊張、公共衛(wèi)生惡化、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等。尤其是近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速轉(zhuǎn)型，城市病呈高發(fā)之勢，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。舉例來說，城市擁堵問題日趨嚴(yán)重，城市為什么會(huì)擁堵呢?不少時(shí)候是因?yàn)檐囍魅狈τ行У男畔⑦x擇了不恰當(dāng)?shù)男熊嚶肪€，以及交通部門沒有掌握即時(shí)系統(tǒng)的信息而無法及時(shí)或有預(yù)見性地疏導(dǎo)車輛。再比如，常說城市用電緊張，為什么會(huì)緊張?分析表明，40%到70%的電并不是消耗在用戶端，而是消耗在線路上，這說明除了盡可能地增加發(fā)電量外，電的整個(gè)傳輸過程還有很多需要改進(jìn)的地方。
因此，城市化建設(shè)要由快向好轉(zhuǎn)變，就必須探索一條更“健康”的新型城市化道路。如果我們用精細(xì)的方式去管理城市，利用領(lǐng)先的信息技術(shù)，提高城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)的智能化水平，即所謂的智慧城市，有可能是解決城市病的良藥。
智慧城市，從理念步入實(shí)踐
“智慧城市”是“智慧地球”在城市建設(shè)和管理中的具體實(shí)踐。智慧地球是IBM提出的概念，即人們期望把感應(yīng)器嵌入到全球各個(gè)角落的電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路等各種物體中，并且將它們普遍聯(lián)接，形成所謂的“物聯(lián)網(wǎng)”，再通過“互聯(lián)網(wǎng)”將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實(shí)現(xiàn)社會(huì)與物理世界的融合。這個(gè)概念隨后得到不斷地更新與完善。IBM認(rèn)為21世紀(jì)的“智慧城市”能夠充分運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)于包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求做出智能的響應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的城市生活。
“智慧地球”具有三方面的特征：一是更透徹的感知，即能夠充分利用任何可以隨時(shí)隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程;二是更全面的互聯(lián)互通，即指智慧的系統(tǒng)可按新的方式協(xié)同工作;三是更深入的智能化，即能夠利用先進(jìn)技術(shù)更智能地洞察世界，對(duì)信息進(jìn)行有效的加工處理，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，進(jìn)而創(chuàng)造新的價(jià)值。
中國對(duì)推行智慧城市也非常重視，國家“十二五”規(guī)劃綱要提出“全面提高信息化水平”，“加快建設(shè)寬帶、融合、安全、泛在的下一代國家信息基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域信息化”。目前，國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部啟動(dòng)了國家智慧城市試點(diǎn)工作;國家發(fā)改委正著手起草智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見;國家測繪地理信息局將在全國范圍內(nèi)組織開展智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)工作。三大運(yùn)營商已經(jīng)與300 多個(gè)城市達(dá)成“智慧城市”戰(zhàn)略合作協(xié)議。預(yù)計(jì)“十二五”期間，我國“智慧城市”投資總規(guī)模有望達(dá)5000億元。
南京市作為智慧城市建設(shè)發(fā)展的領(lǐng)跑者之一，2013年入選科技部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)確定的“智慧城市”技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)首批試點(diǎn)城市;南京河西新城入選住建部首批國家智慧城市試點(diǎn)名單。南京大學(xué)則在國內(nèi)高校率先成立專門以智慧城市研究為核心的研究院。
智慧城市，應(yīng)有自己的“內(nèi)涵”
由于每個(gè)人立場不同，看問題角度不一樣，對(duì)“智慧城市”內(nèi)涵的解讀也各有側(cè)重。
技術(shù)人員認(rèn)為，智慧城市是通過開發(fā)運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的生產(chǎn)和生活，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)技術(shù);產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，智慧城市推進(jìn)信息化與工業(yè)化在更廣范圍、更高水平上的融合與互動(dòng)，關(guān)鍵在于集成應(yīng)用;而城市的管理者會(huì)將智慧城市作為提升城市運(yùn)行效率、管理水平和綜合服務(wù)功能的手段，強(qiáng)調(diào)城市的和諧、可持續(xù)成長。但是不管何種解讀，智慧城市的建設(shè)都需要有一個(gè)技術(shù)的依托，也就是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及承載它的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊網(wǎng)、光通訊網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的多樣化組合為基礎(chǔ)，如臺(tái)灣地區(qū)是以600萬寬帶入戶作為推進(jìn)智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。
中國文化博大精深，智慧城市也應(yīng)有自己的內(nèi)涵。智者，聰明也，智商高，反應(yīng)快，敏捷;慧者，靈也，悟性好，有靈性，情商高。因此，中國的智慧城市絕不僅僅是信息技術(shù)的智能化應(yīng)用，還應(yīng)包括人的智慧參與、“以人為本”、可持續(xù)發(fā)展等內(nèi)涵，是以信息化、工業(yè)化、城市化深度融合為特征，以“高智商”和“高情商”的高新技術(shù)為基礎(chǔ)，以智慧產(chǎn)業(yè)、智慧服務(wù)、智慧管理、智慧民生、智慧人文為主要內(nèi)容的城市發(fā)展新模式。
推動(dòng)智慧城市的逐步形成，首先要依托相應(yīng)的技術(shù)，包括智化的技術(shù)與慧化的技術(shù)，最主要的就是以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)。其次，有了技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合社會(huì)需要，運(yùn)用人類的智慧進(jìn)行研發(fā)、生產(chǎn)與管理，發(fā)展出充滿創(chuàng)意的理念與產(chǎn)品，以及軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、移動(dòng)互聯(lián)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。第三，智慧產(chǎn)業(yè)構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，可以為市民提供各種智能化的信息服務(wù)，為城市提供智慧化的管理手段。也就是說，充分運(yùn)用和借助智能型高科技手段，有效整合資源信息，使得社會(huì)各子系統(tǒng)高效協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全面感知、泛在互聯(lián)、普適計(jì)算與融合應(yīng)用，讓城市建設(shè)得更“智慧”。
智慧城市，把握物聯(lián)網(wǎng)“契機(jī)”
全球信息化發(fā)展分為三次浪潮，第一次是以信息處理為核心的個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代;第二次是以信息傳輸為核心的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代;第三次則就是現(xiàn)在的以信息獲取為核心的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。
信息技術(shù)一直都是提升國際競爭力的關(guān)鍵領(lǐng)域。以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代的信息技術(shù)的競爭中，中國的狀況既樂觀又令人擔(dān)憂。物聯(lián)網(wǎng)可以分為四層架構(gòu)：應(yīng)用層，系統(tǒng)層，模組層，以及元器件，這實(shí)際上就是產(chǎn)業(yè)鏈不同的組成部分。在它的最高端，也就是最靠近用戶的這一端，有很多知名的企業(yè)，比如中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通——我國通訊領(lǐng)域的三大巨頭。中國人能自己經(jīng)營信息產(chǎn)業(yè)是非常值得自豪的。這些運(yùn)營商使用的設(shè)施從哪里來呢?是從制造方購買的，我們中國也有幾個(gè)知名企業(yè)，比如華為、中興，他們的產(chǎn)品也延伸到世界的各個(gè)角落，所以在系統(tǒng)層，我國也已經(jīng)在世界占有一席之地。但是到了模組層及元器件層就會(huì)發(fā)現(xiàn)，中國本土的領(lǐng)頭企業(yè)十分缺乏。元器件就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU，是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，卻一直被美、日等發(fā)達(dá)國家的企業(yè)所把持，所以缺乏關(guān)鍵技術(shù)的獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)是限制中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。
開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代核心技術(shù)有兩種來源，一是市場驅(qū)動(dòng)，由市場中出現(xiàn)的問題產(chǎn)生出解決問題的創(chuàng)新方案;二是在進(jìn)行市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)某些前沿科技，產(chǎn)生原創(chuàng)性的技術(shù)方案。中國之前的問題，一是只單純引進(jìn)成熟的技術(shù)，當(dāng)此技術(shù)過時(shí)后就不得不再去引進(jìn)更新的技術(shù)，缺乏自我創(chuàng)新和技術(shù)的延續(xù);二是只研究國外先進(jìn)技術(shù)本身，卻不與國內(nèi)的需求相結(jié)合，因此一些技術(shù)研究成果并不能在中國本土落地，轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)。建設(shè)智慧城市一定不能再走這樣的路子，要把握契機(jī)進(jìn)入核心技術(shù)領(lǐng)域，而現(xiàn)在，就是一個(gè)機(jī)遇。
為什么這么說呢?1965年，世界出現(xiàn)大型計(jì)算機(jī);1980年，出現(xiàn)蘋果電腦;1995年，形成互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通訊網(wǎng);基本上是以15年為一個(gè)周期，那么在2010年，正好是現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代，一項(xiàng)新的技術(shù)(物聯(lián)網(wǎng))很可能成形。所以把握這個(gè)重大契機(jī)，就有可能出現(xiàn)中國的英特爾，中國的IBM，中國的蘋果。
物聯(lián)網(wǎng)英文是IOT(Internet of Thing)，是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，因此物聯(lián)網(wǎng)可以簡單的描述為將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接以方便識(shí)別與管理。其發(fā)展目標(biāo)就是無所不在的感知、通信、計(jì)算，及友善(無縫)的人機(jī)界面。物聯(lián)網(wǎng)可以給我們的生活帶來極大的便利。
物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常寬泛的概念，涉及到計(jì)算機(jī)，涉及到人，涉及到各種各樣的物體，在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)也是一個(gè)不斷發(fā)展的概念，一開始的物聯(lián)網(wǎng)主要是指一些基礎(chǔ)設(shè)施的連通，現(xiàn)在認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)就是要任何物體，任何時(shí)間無所不在的互聯(lián)互通。那么物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展趨向呢?應(yīng)該是一個(gè)非常友善的，乃至于無縫的人機(jī)界面。
自2009年8月時(shí)任國家總理溫家寶提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會(huì)極大的關(guān)注，2010年，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》。什么叫戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，我的理解就是對(duì)國計(jì)民生有重大促進(jìn)的產(chǎn)業(yè)，就是說這塊事情如果不做，就可能會(huì)對(duì)國家未來的競爭能力產(chǎn)生消極影響。其中就包括物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算等新一代信息技術(shù)。
在物聯(lián)網(wǎng)及新一代信息技術(shù)的推動(dòng)下，在一個(gè)無縫銜接、人機(jī)界面友好的狀態(tài)下，智慧城市才真正有可能實(shí)現(xiàn)。我們生活中有很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的例子。從智能家居，智慧醫(yī)療與養(yǎng)老，智能電網(wǎng)到智能的交通管理、城市管理、物流管理，物聯(lián)網(wǎng)在居民城市生活的各個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。比如說，在社會(huì)停車場的車位上安裝無線傳感器，車輛只要停在車位上，系統(tǒng)就能感知，并把信息通過專門的客服電話或手機(jī)客戶端傳遞給用戶，這樣，人們駕車出門前就可提前了解哪里有空車位，甚至獲得預(yù)約服務(wù)。用戶泊車后，系統(tǒng)也可以根據(jù)停車時(shí)長精確收費(fèi)。
總之，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代會(huì)使社會(huì)生活及城市管理各方面都發(fā)生革命性的變化。射頻識(shí)別、無線傳感、行業(yè)應(yīng)用軟件等等，都是物聯(lián)網(wǎng)不同層次的核心技術(shù)，需要我們了解、研發(fā)、掌握。
城市“智慧”，說到底是人類智慧
下面針對(duì)這些專業(yè)技術(shù)做一點(diǎn)簡單的介紹，首先是FRID即無線射頻識(shí)別技術(shù)，這是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。
FRID感知的信息很多，對(duì)所感知對(duì)象的信息進(jìn)行采集，就離不開各種各樣的傳感器，需要傳感器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)才能處理。如力敏傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器、光電傳感器、磁敏傳感器、微波和超聲波傳感器等都可以運(yùn)用于生活的方方面面。
采集的信息需要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，比如目前的3G移動(dòng)通訊，未來還會(huì)進(jìn)入到第四代移動(dòng)通訊，傳輸數(shù)據(jù)會(huì)超過100兆，是目前3G的50倍，那時(shí)候你的手機(jī)就可以實(shí)時(shí)傳遞高清圖像;并且4G時(shí)代，還有可能集成任何模式的無線通訊，使得室內(nèi)室外，各種各樣的通訊方式聯(lián)通，可以自由的從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)蔓延到另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們的生活將更加便利、高效。這一點(diǎn)中國目前的發(fā)展是很不錯(cuò)的，中國的TD—LTE技術(shù)，已經(jīng)被國際電聯(lián)確定為兩大候選國際標(biāo)準(zhǔn)之一，這是中國在新一代移動(dòng)通信技術(shù)革命中一個(gè)重要的里程碑。
移動(dòng)通訊會(huì)導(dǎo)致人隨時(shí)隨地都能產(chǎn)生出很多的數(shù)據(jù)，帶寬越寬，數(shù)據(jù)量越大，這就需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)承載層，即光纖網(wǎng)絡(luò)。業(yè)界有這樣一個(gè)論斷：“有線的帶寬是無限的，無線的帶寬是有限的”，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞，有線的光纖網(wǎng)絡(luò)的帶寬幾乎是無限的。目前，各種新穎的光纖器件層出不窮，不僅在光通信和光傳感中占據(jù)著越來越重要的地位，而且在工業(yè)、電力、軍事、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。
海量數(shù)據(jù)的梳理、判斷，大規(guī)模的集成計(jì)算，這就需要靠云計(jì)算，云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)，這意味著計(jì)算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉，這也是當(dāng)前很熱的話題。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)總體說來就是感、傳、知、控四個(gè)核心模塊。感就是信息的感知，包括RFID，傳感器等信息采集技術(shù);傳就是信息的速遞，包括光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等;知就是對(duì)各種信息的分析、處理、判斷，主要包括云計(jì)算技術(shù);控就是實(shí)際應(yīng)用的智能控制過程，包括前面提到的智能交通、智慧家居等。物聯(lián)網(wǎng)將令數(shù)以億計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理變?yōu)榭赡?，從而才能真正?shí)現(xiàn)“智慧城市”。
智慧城市建設(shè)是一項(xiàng)需多方協(xié)作的龐大創(chuàng)新工程。目前國內(nèi)仍正處于智慧城市的初級(jí)階段，沒有成熟的模式和可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)，許多理論和實(shí)踐都需要進(jìn)一步豐富完善。
由政府推動(dòng)的智慧城市計(jì)劃，有藍(lán)圖，但其內(nèi)涵和目標(biāo)仍十分模糊，大多處于探索和試驗(yàn)階段，在這個(gè)過程中還要特別注意物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代可能出現(xiàn)的隱私泄露、數(shù)據(jù)安全等問題。智能城市建設(shè)不可能一蹴而就，可從當(dāng)前城市建設(shè)當(dāng)中最緊迫的、關(guān)切到老百姓安全的一些問題著手。智能城市建設(shè)要有遠(yuǎn)景、總體規(guī)劃和實(shí)施步驟，而且要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和條件來實(shí)施。城市的“智慧”歸根結(jié)底是人類的智慧，堅(jiān)持把“以人為本”作為智慧城市建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，以開放創(chuàng)新的心態(tài)，整合協(xié)同的理念，系統(tǒng)化的原則發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，把人的智慧與物的智能充分融合，實(shí)現(xiàn)智慧化的社會(huì)管理，從而改變城市面貌，創(chuàng)造更美好的城市生活。
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