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智慧城市关键技术研究
【摘要】智慧城市建设是一场由技术创新引导的城市生产、生活方式变革。本文阐述了智慧城市的理论内涵，分析了智慧城市建设中的关键技术。
【关键词】数字城市；智慧城市；信息化
1.智慧城市的概念
智慧城市建设是一场由技术创新引导的城市生产、生活方式变革，反映了城市既要在技术上实现透彻感知、移动互联和全面智能，更要在经济、生活和管理上实现全面“智慧”的发展理念[1]。智慧城市是数字城市的更高发展阶段，推动了数字城市的发展、完善，是信息化、工业化和城镇化的深度融合。数字城市和智慧城市通过信息化实现城市的经济转型，既是建设两型社会的必经之路，也是提高城市核心竞争力与整个经济社会可持续发展的必要保障。
2.智慧城市关键技术
从数字城市到智慧城市的演进是人类对城市信息化认知和技术发展的必然结果，其中的关键技术主要包括：网络通信技术、物联网技术、云计算技术、3S一体化数据采集技术、数据挖掘技术、三维可视化与虚拟现实技术等，这些技术为智慧城市建设奠定了基础，同时也赢来新的挑战。
2.1 网络通信技术
数字城市的大量数据分布在不同数据库中，由不同部门构建、管理与维护。进行数据共享、无缝互操作必须通过计算机宽带网络技术和万维网络技术，有机融合分布于不同领域的信息，形成一个规模巨大、形式统一的网络数据库。数字城市作为一个空间信息基础框架，可整合网络环境下与地球空间信息相关的各种社会经济信息，并通过WebService技术向专业部门和社会公众提供服务[2]。随着Internet不断壮大，网络发展趋于宽带化、无线化、综合化，为数字城市建设提供了强有力的技术支持。移动通信可理解为物联网的一种物与物连接方式，是支撑智慧城市物联网的核心基础设施。网络通信技术的发展将促进IT架构向消息驱动模式迁移，为数字或智慧城市的数字模型的动态驱动机制奠定基础。
2.2 物联网技术
感知性、互联性和智能性是智慧城市的核心特性。从数字城市向智慧城市发展最显著的特征是引入了物联网。物联网是通过信息识别、感知的技术与设备（RFID、定位、传感器、图像、条码等）按约定通信协议，连接特定物体与信息网络及存储集控系统，进行信息交换和自动控制，实现智能化识别、感知、定位、跟踪、监控和管理的一种“人物互联、物物互联、人人互联”的高效能、智能化网络。物联网技术为智慧城市中实现人、机、物三元合一的世界提供最重要的
基础使能技术与新运行模式，实现了数据的跨领域、跨行业、跨系统、跨应用的共享、互通，其发展从根本上提高了城市由宏观至微观的信息采集能力，促进了宏、微观调控力及环境智能化。
2.3 云计算技术
随着数字城市和智慧城市的发展，多源海量数据的存储、管理及分析处理、共享、整合和应用，对于计算资源提出了巨大挑战，云计算为该挑战提供了解决方案。云计算是网格计算、并行计算、分布式计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物[3]。其核心思想是计算、信息等资源的有效分配，特点是数据安全可靠、客户端需求低、轻松共享数据且无限扩展。应用云计算平台可对智慧城市发展过程中出现的多种状况、产生的多种数据、要求的多种处理功能合理解决与分配，充分满足城市建设需求。
2.4 “3S”一体化数据采集技术
全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS）是建立数字城市的三大支柱技术。3S集成了空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术、计算机技术和通讯技术，是多学科高度融合的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。GPS实时定位速度快、抗干扰性好，极大改善了传统测量的不便。GIS是“数字城市”数据库管理的基础技术，其空间信息表达和直观表现能力有助于更好地模拟直接感受，建立大局观。RS是构筑“数字城市”最基本的空间数据来源，也是其他非空间数据的框架和载体。运用现代光学、电子学探测仪器，无需与目标物接触，即可远距离记录目标物的电磁波特性，分析、解译、揭示其变化规律。
2.5 数据挖掘技术
智慧城市中的数据大多包含空间数据，存储在空间数据库中，比一般的关系数据库和事务数据库具有更丰富、复杂的语义信息。利用空间数据挖掘可从空间数据库中提取出用户感兴趣的空间模式与特征，空间与非空间的普遍关系及其他一些隐含在数据库中的普遍的数据特征，可提高智慧城市的智能化水平，使智慧城市真正成为智能化的空间咨询和决策支持系统，从而更加智能和科学地为社会管理、企业决策和个人生活服务。
2.6 三维可视化与虚拟现实技术
三维可视化与虚拟现实技术是实现智慧城市人机交互的窗口和工具，可再现逼真的城市地理景观，为分析和查询数据库中的数据，拓宽了视野。其综合集成计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学技术，生成逼真、具有视、听、触觉效果的可交互动态世界，利于用户观察和操作生成的虚拟实体，极大提高数据处理、利用能力，发现隐含信息，为决策支持、宏观管理提供更加有力的依据[4]。
3.智慧城市系统架构
智慧城市让城市管理及服务更富预见性、创造性、协作性，更加高效、科学。智慧城市需打造一个统一平台，设立城市数据中心，构建三张基础网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧城市系统框架。基于技术视角的智慧城市空间框架公共服务平台，作为一种分布式的服务提供形式，其目的是使分布在网络上不同地理位置和不同平台的用户获得服务。总体架构可分为感知层、网络层、数据层、服务层和应用层五大层次，同时包含信息安全保障体系、标准管理运维体系和地理信息公共服务平台标准三大体系，如图1所示。
图1 智慧城市系统框架3.1 感知层
感知层作为整个框架的基础，是获取数据的主要途径。通过传感技术、物联网相关技术、智能测量、RFID等技术，及时感知、测量、捕获、传递和分析城市运行中的各类资源的静、动态属性数据，便于立即采取应对措施和制订长期规划。
3.2 网络层
网络层作为广泛的互联互通信息通道、公共服务平台载体，基于互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网及通信传输技术，承担着传输采集数据信息、知识交换和通信的重要任务。网络层依托现有基础设施软硬件环境建设，包括网络系统、服务器集群系统、存储备份系统等物理环境及专用计算机机房环境等，通过各种形式的高速高带宽通信网络工具，将个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散数据，连接、交互和多方共享，进行环境和业务状况的实时监控，从全局角度分析形势并实时解决问题，多方协作完成任务，改变整个城市运作方式[5]。
3.3 数据层
数据层依据统一规范与技术标准，面向信息网络化服务需求，其数据库中的数据可通过服务层提供给应用层，形成一体化的信息资源体系。
3.4 服务层
服务层依托用户对数据应用的通用性需求，提供系列标准服务接口，以实现在线服务和运维管理。通过在线服务系统向应用层提供所需的各种应用服务，如数据服务、表现服务、目录服务、处理服务、信息交换服务、业务访问、业务集成、安全可信和可管理等通用性的服务[6]。数据层和服务层是核心，能存储、分析海量数据，作出智能决策，实现数据高度融合与实时共享。在深度感知、互通互联的新一代信息平台下，城市管理要更趋于人性化，充分考虑公众适应性、满意度，力求以人为本的智慧决策。
3.5 应用层
应用层智能处理系统，利用智能信息处理技术，深入分析收集到的数据，获取更加新颖、系统而全面的洞察以解决特定问题，实现人、机、物更深层的智能化管理、控制，更好地支持城市发展决策与行动。在应用平台基础上需创新服务模式，实现政府管理、资源配置、产业、金融、物流等一体化运营，融合创新驱动，推动智慧产业快速发展。
3.6 标准管理运维体系
标准管理运维体系能为信息采集、传输、存储等提供标准模式，利于各种系统的互通互联。
3.7 信息安全保障体系
信息安全保障体系包括信息安全保障框架、等级保护、信息安全测评、安全应急与容灾等，是保证智慧城市安全运行的重要体系。
3.8 地理信息公共服务平台标准体系
地理信息资源是基本国情的重要反映，是国土资源规划、管理、保护和合理利用的基础。在地理信息数据基础上，搭建地理信息公共平台，依托计算机、数据库和网络等技术，提供地理信息服务，数字化反演过去、表达现状、预测未来，更精确直观地辅助政府科学决策和突发事件应急。
4.结论
在探索城市特色的发展新模式基础上，无论是数字城市还是智慧城市的建设都必须落于实处，与具体城市运营管理业务紧密结合，实现政府、企业、个人的和谐、无缝隙协作。
参考文献
[1]王敏.我国城市智慧化发展现状、问题与对策[J].工科技进步与对策，2013（6）：1.
[2]李德仁，姚远，等.智慧城市的概念、支撑技术及应用[J].工程研究——跨学科视野中的工程，2012（4）：315.
[3]艾明.面向海量数据的云存储系统实现与应用研究[D].南京：南京理工大学，2012.
[4]张永民.“智慧中国”关键技术的研究[J].中国信息界.2012（1）：10.
[5]杨再高.智慧城市发展策略研究[J].科技管理研究， 2012（7）：21.
[6]李蕊，邵进达，等.“数字日照”地理空间框架公共服务平台构想与实现[J].城市勘测，2013（1）：68.
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