智慧城市研究与实践

“智慧城市”研究与实践李伯虎,全春来,周翔,柴旭东,毕敬,公慧中国航天科工集团二〇一三年1——基于航天科工集团在智慧城市领域的实践，讨论了现代城市发展面临的挑战研究了智慧城市内涵意义特点体系关键技术智慧城市建设规划制定的内容、流程、原则与实践给出二个实践范例（奥运安保；智慧云制造）建议小结2摘要第一部分智慧城市概述第三部分制定智慧城市建设规划第四部分智慧城市实践范例第二部分智慧城市体系及关键技术第五部分建议与结论目录第一部分智慧城市概述一.城市发展面临着挑战二.智慧城市的内涵、意义和特点4城市服务系统：五大核心功能服务系统(市政管理，社会民生，资源环境，产业经济，基础支撑）联合构成，各系统以协作的方式集成运行。城市：由人/组织和五个功能服务系统联合构成并协作集成运行的复杂巨系统。城市生态系统：人/组织与城市5个功能服务系统联合构成，并以协作的方式集成运行的复杂巨系统基础支撑资源环境社会民生产业经济市政管理感知基础设施网络基础设施城市基础信息综合保障措施公共平台……水电气可持续环境……文化教育医疗卫生社区交通建筑……传统产业高新产业服务业商业……社会管理公共安全管理应急管理综合管理……一、城市发展面临着挑战第一部分：智慧城市的概述5然而在城市快速发展的进程中，五大核心服务系统面临前所未有的挑战。一、城市发展面临着挑战（续）第一部分：智慧城市的概述转变政府职能、推进服务型政府建设和政务管理水平城市交通拥堵、社会保障体系不健全、公共安全隐患凸显城市污染、气候变暖、生态承载能力弱可持续发展Text产业经济有待发展Text市政治理效能有待提升城市基础设施有待完善资源环境急待改善Text社会民生质量有待提高基础设施资源利用率低、感知网络的状态无法实时获取和分析产业结构不合理、产业发展模式粗放6部门职责挑战：五大服务系统之间需要有效的整合与协作提高系统资源的利用率加强顶层的统筹智能决策分析和规划基础支撑产业经济市政管理社会民生资源环境运营系统运营系统运营系统运营系统运营系统同时，城市也面临着五大核心服务系统间关联所带来的问题：城市中的基础支撑、产业经济、市政管理、社会民生、资源环境等系统（1）缺少城市发展提供整合的信息；（2）资源利用率较低；（3）顶层缺乏智能决策分析优化等功能。城市职责一、城市发展面临着挑战(续）第一部分：智慧城市的概述7智能设备计算机蒸汽机犁/牛石器原始部落农村/城市工业化城市数字城市智慧城市原始社会农业社会工业社会信息社会网络社会随着科学技术的不断发展，城市的形态也在发生着变化，城市逐渐向更高级的阶段演化。第一部分：智慧城市的概述二、智慧城市的内涵、意义和特点——内涵8在科学发展观指导下，以创新为驱动、以人为本，借助物联网、互联网、云计算、通信、建模仿真、智能科学等先进的新兴信息技术、系统工程技术与城市的经营、管理、运行技术深度融合为手段，对城市基础支撑、资源环境、社会民生、产业经济、市政管理领域活动中的人、物、环境进行智慧化的感知、互联、协同和处理，从而为市民、企业、政府构建和谐、安全、高效、幸福、持续发展的现代化创新型城市生态系统。二、智慧城市的内涵、意义和特点——内涵（续）第一部分：智慧城市的概述91.通过智慧城市的建设，有效帮助城市解决上述五大核心服务系统及其关联所面临的挑战(“城市病”），构成造福于市民、企业和政府的新城市生态系统。关联智慧产业经济智慧资源环境智慧社会民生造福于市民、企业和政府的新城市生态系统可持续的资源和环境优良的企业环境、智慧的产业发展与转型合理的规划布局与基础设施稳定的社会与高质量的生活智慧市政管理智慧基础支撑“智慧”意味着便捷的公共服务与高效的行政管理二、智慧城市的定义、意义和特点——意义第一部分：智慧城市的概述10第一部分：智慧城市的概述二、智慧城市的定义、意义和特点——意义（续）2.智慧城市是创新型国家的重要组成部分,是推动新型城镇化、全面建成小康社会的重要举措。目前，中国正经历着世界最大规模城镇化过程。最新数据显示，截止至2011年，中国城镇化率已经达到51.27%，城镇人口首次超过农村人口，达到6.9亿人。此外，城市集中了全国工业总值的50%，国家税收的80%，第三产业增加值的85%，高等教育和科研力量的90%。胡主席2006年1月9日讲话：“中国发展的总目标——到2020年进入创新型国家行列。”胡主席2012年11月8日讲话：“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，推动信息化与工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调，促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展。”11（1）智慧城市的管理、运营与服务呈现五大特点：更加和谐更加安全更加高效智慧城市管理、运营与服务的特点更加幸福可持续发展二、智慧城市的内涵、意义和特点——特点第一部分：智慧城市的概述12（2）智慧城市系统的技术特点：二、智慧城市的定义、意义和特点——特点（续）第一部分：智慧城市的概述产业经济市政管理社会民生资源环境基础支撑智慧城市全面感知充分互联智能处理协同运作•基于物联网的数据采集和获取•利用“云计算”等技术，对整个城市信息资源进行汇集、存储、分类、整合•利用智能科学技术，对信息数据进行深层次分析加工，实现辅助决策和智能化应用•发挥三网融合的优势，实现整个城市各类信息资源全面的互联互通13第一部分智慧城市概述第三部分制定智慧城市建设规划第四部分智慧城市实践范例第二部分智慧城市体系及关键技术第五部分建议与结论目录一.智慧城市的服务主体二.智慧城市的功能构成三.智慧城市的技术架构四.智慧城市的关键技术第二部分智慧城市体系及关键技术15第二部分：智慧城市的体系及关键技术一、智慧城市的主体智慧城市四大主体之间的业务运作关系：1、政府（G）；2、企业（B）；3、公众（C）；4、公共服务（P）（智慧城市提供的五大核心服务）16综合保障（加强组织领导、建立配套政策、创建产业模式、构建运行机制、资金保障到位、强化人才培养）城市基础信息库（人口库、法人库、空间地理信息库、宏观经济数据库、其它行业基础库）感知基础设施（RFID标签、摄像头、GPS、雷达、微波、传感器、手机）网络基础设施（光纤、IP、3G\Wi-Fi、Internet、专网）基于云计算的基础设施（政务数据中心、行业数据中心、公共数据中心）……产业经济智慧制造、智慧物流、信息产业、智慧旅游、……市政管理智慧社会管理、智慧公共安全、智慧应急指挥、智慧综合管理、……智慧城市总体目标应用领域第二部分：智慧城市的体系及关键技术二、智慧城市的功能构成社会民生智慧医疗、智慧交通、智慧教育、智慧文化、……资源环境水资源智能管理、电资源智能管理、气资源智能管理……基础支撑17三、智慧城市的技术架构第二部分：智慧城市的体系及关键技术标准体系城市感知层感知对象产业经济市政管理社会民生资源环境人-物-环境感知单元RFID传感器摄像头线圈GPS遥感……雷达二维码……传输通信层传感网络以太网WiFi光纤网络IPV64G通信宽带超宽带通信……专网技术物联网WSN网络社会网络新一代互联网行业专网……基础数据层人口库法人库空间地理数据库宏观经济数据库其它行业基础库支撑服务层中间件虚拟化中间件服务化中间件协同调度中间件信息整合中间件……核心服务资源发布匹配发现动态构建按需聚合容错迁移……云计算服务跨专业协同跨单位协同跨地域协同跨虚实协同……协同服务识别获取数据融合定位追踪监控管理……物联网服务知识获取知识融合知识推理智能决策……智能服务系统平台运营数据中心运营计算中心运营网络运营……运营服务…………………………智慧应用层应用领域资源环境水资源智能管理电资源智能管理气资源智能管理……智慧社会管理智慧公共安全智慧应急指挥智慧综合管理智慧节能减排……智慧医疗智慧社区智慧教育智慧文化智慧交通……市政管理社会民生智慧制造智慧物流智慧能源智慧旅游信息产业……产业经济安全体系感知系统：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互联互通系统：实现人与人的互操作，人与物体的互操作，及物体与物体的互操作，达到城市要素中“人—物—环境”之间全面的信息联通与共享智能处理系统：整合并创新应用先进科技实现敏捷智能响应城市生活需求，构建以人类为中心的更加宜居的城市生活环境18智慧城市关键技术物联网技术1云计算技术23高性能计算技术8标准化技术94系统工程技术6安全共性技术7建模仿真技术四、智慧城市的关键技术19第二部分：智慧城市的体系及关键技术应用领域处理技术1210大数据技术网络与通信技术5智能科学技术11自动控制技术（1）物联网：是通过识别、感知的技术与设备获取物体/环境的静/动态属性信息，再由网络传输通信技术与设备进行信息/知识交换和通信，并最终经智能信息/知识处理技术与设备实现人—物—环境世界的智能化管理与控制的一种“人物互联、物物互联、人人互联”的高效能、智能化网络。（2）物联网技术包含：感知层技术、传输层技术和应用层技术。（3）物联网技术为智慧城市中实现“人—物—环境”三元融合一体的世界提供最重要的基础使能技术与新运行模式。计算机互联网物联网物联网（1）物联网技术20四、智慧城市的关键技术（续）第二部分：智慧城市的体系及关键技术（1）云计算是一种新计算模式———把IT资源、数据、应用作为服务通过网络为用户提供按需服务。（2）云计算技术包含：编程模型技术、数据管理技术、资源虚拟化/服务化技术、支撑平台构建/管理/运行/评估技术和标准及安全技术。（3）云计算技术为智慧城市中海量信息的存取、资源共享/协同及智能计算提供重要的提供使能技术与服务。（2）云计算技术21四、智慧城市的关键技术（续）第二部分：智慧城市的体系及关键技术（1）高性能计算技术是指一类具有超高计算能力、存储能力、交互能力的计算技术。。(目前，计算能力已达千万亿次/秒，正研制万万亿次/秒)。（2）高性能计算技术包含：高性能处理器；并行高效计算机系统；相关并行算法及相关领域大型并行应用软件。目前，正向高效能（“高性能、高可靠、高节能、高可用”）方向发展。（3）高性能计算技术为智慧城市中求解复杂问题和开展海量信息处理及高性能计算能力提供了使能技术。。（3）高性能计算技术22四、智慧城市的关键技术（续）第二部分：智慧城市的体系及关键技术（1）建模仿真技术是以相似理论、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，根据对系统仿真的目标，建立并利用模型，对系统（已有的或设想的）进行研究、分析、试验、运行和评估（系统全生命周期活动）的一门综合性、交叉性技术。（2）建模仿真技术体系框架由仿真建模技术、仿真系统与支撑技术，以及仿真应用工程技术等三类子框架构成。（3）建模仿真技术对智慧城市各功能领域和运营活动进行建模仿真分析，支持智慧城市论证、设计、分析、试验、运行和评估等全生命周期活动；特别是现代建模仿真系统可以成为智慧城市智能处理系统的组成部分，参与城市实时运行中的各类处理、分析与决策等。（4）建模仿真技术第二部分：“智慧城市”的理念、体系及关键技术四、智慧城市的关键技术（续）23（1）智能科学是一门交叉学科，主要有脑科学、认知科学、人工智能等学科共同研究智能行为的基本理论和实现技术。（2）脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理，建立脑模型，解释人脑的本质。认知科学是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。人工智能研究用人工的方法和技术，模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器智能。（3）智能科学为智慧城市提供智慧的技术基础，支持对智慧城市中海量信息的智能识别、融合、运算、监控和处理等功能。（5）智能科学技术24四、智慧城市的关键技术（续）第二部分：智慧城市的体系及关键技术（1）系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。——钱学森（2）系统工程的共性基础技术科学有运筹学、控制论