智慧城市:概念、支撑技术与应用

智慧城市是在数字城市建立的基础框架上，通过物联网将现实世界与数字世界进行有效融合，自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状态和变化，由云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制，为城市管理和公众提供各种智能化的服务。智慧城市是智慧地球的重要组成部分，智慧城市一数字城市+物联网+云计算。

从1993年美国总统克林顿提出“信息高速公路”，标志着城市信息化建设的开始，到2008年IBM提出了“智慧城市”新理念，标志着城市信息化开始迈向“智慧城市”建设新阶段。智慧城市的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相承，但更要注重信息资源的整合集成，强调城市管理的协调统筹，是信息化城市和数字城市建设的更高级阶段。

1.智慧城市的支撑技术

按照以上定义，智慧城市的支撑技术有三个：

一、数字城市相关技术，包括天、空、地一体化的空间信息快速获取技术(当前天、空、地对地观测的在轨卫星，美国有160多颗，中国有60颗，预计2020年中国将有120-140颗;无人机、飞艇、气球等日益增多;地面传感器在本世纪将达到上百万个)、海量空间数据调度与管理技术、空间信息可视化技术、空间信息分析与挖掘技术、网络服务技术。

二、物联网技术，能够实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通。物联网技术除了要做传感网以外，还要造能联网的机器，比如能联网的汽车、机器、电器等。这就是新的技术，能增加全球GDP产值的技术。国际权威机构预测，到2017年，全世界将有七万亿个无线传感网，而到那时世界人口是70亿，无线传感网人均获得率为10个/人。

三、云计算技术，是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源(包括计算能力、存储能力、交互能力等)是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供。云计算支撑信息服务。社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。云计算促进了软件开发商之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算，为智慧城市时代的机器增加了可以思考的大脑。

2.智慧城市的特性

智慧城市建立在数字城市的基础框架上。智慧城市需要依托数字城市建立起来的地理坐标和城市中的各种信息(自然、人文、社会等)的内在有机联系和关系，并在此基础上增加实时传感、控制以及分析处理的功能。

智慧城市包含物联网和云计算。智慧城市不等于数字城市，智慧城市包含无线传感网和云计算，其中包括智能传感网、云计算智能处理、智能控制网、智能安全网。

智慧城市面向应用和服务。采集数据并交由云计算进行实时分析和处理，获得详尽而准确的数据和决策信息，并将其实时推送给需要这些信息的用户。它不是以计算机为中心，也不是以网络为中心，而是以用户的服务为中心。

智慧城市与现实城市融为一体。智慧城市不是一个简单的信息世界，也不是简单的电子世界，而是电子世界与现实世界的有序集成。随着传感器和控制器种类和数量的不断增加，将与电子世界的纽带直接融入到现实城市的基础设施中，自动地控制相应城市基础设施，自动监控城市的空气质量，交通状况等。

智慧城市能实现自主组网和自维护。网络应具备维护动态路由的功能，保证整个网络不会因为某些节点出现故障而导致整个网络瘫痪。

3.智慧城市时代的空间基础设施

3.1位置云

位置云就是将手机接收到的导航卫星信号与其他定位相关的传感器信息传输到云计算中心，通过实时解算，实现室内外高精度的手机连续位置定位(分米级精度)。地理国情监测员、灾情报告员、森林调查员、地质勘测队员、土地调查员、城管员、公安交警人员等国家公务员和广大手机用户，都是数据的收集者，都能利用云计算，把导航信号传到数据中心，再通过实时解算技术对数据进行处理，再传回。当我们都把手机作为传感器，我们就拥有13亿传感器，所产生的数据价值足够形成一个规模产业，一个资源池。

3.2遥感云

遥感云是将海量遥感数据，复杂的遥感处理与分析方法放在远程的云计算平台中，利用云计算平台弹性的计算能力，用户无需搭建专用环境，只需要选择数据和算法后即可获取最终结果。

3.3视频与GIS集成

武汉市的“智慧之眼”，将武汉市25万多个视频传感器与GIS平台进行融合，在监控中心就可以在地图上选择重点街道进行视频巡逻，同时视频传感器捕捉到的视频信息实时更新，并与GIS分析功能结合。支持在场所平面图、矢量图、图片等载体上建立案发现场各监控点之间时、空及逃逸速度等关联关系，便于案件监控点数据关系建立与管理。

3.4空天地一体化传感网与GIS集成

天空传感器众多，要跟网络的GIS集成，就需要我们由被动接受数据变成主动的接受数据。即被动的接收数据――分析数据――使用数据为用户需求――分析数据所需观测平台及参数――主动观测获取数据，按照用户需求制定卫星轨道及观测角度等，从而快速响应用户不同需求。

3.5室内与地下导航定位

室内与地下空间等无卫星信号覆盖区域的定位，可以利用射频、蓝牙、蜂窝基站等无线信号，以及陀螺仪、加速度计、电子罗盘等传感器进行室内与地下的导航定位。

3.6将智能手机开发为传感器

智能手机作为广泛接入的传感器，可以使得人人也成为移动的传感器，配合开发相应的软件，人们可以随时随地移动地、多方位地采集实时信息，包括位置、影像、声音、视频、移动方向及速度，重力加速度等。

3.7空间数据与视频数据挖掘

城市中数十万个视频传感器，海量的实时影像和视频信息，对重点地区，重点人群，重点事件进行实时监控，设置例如徘徊、逗留、遗留物等规则实时预警，在保护隐私的前提下提高安全等级和数据的智能应用，并将大量的无用数据及时删除。