智慧城市

杞洪

摘要：人类科技进步和经济的发展，导致城市规模越来越大，然而生活效率却越来越低。在物质生活不断满足的今天，居民更想通过科技提高自己的生活质量。本文通过介绍5G、物联网、物联网、云计算等基础构建一个未来的智慧城市。

关键词：智慧城市；物联网；车联网；5G

前言

随着世界大部分人口纷纷涌入城市地区，水、电及交通等关键城市系统已不堪重负、几近崩溃。对城市居民而言，智慧城市的基本要件就是生活质量有保障，办事更方便，交通更便捷。

一、城市起源及发展

城市是“城”与“市”的组合。“城”主要是为了防卫，并且用城墙等围起来的地域。《管子•度地》说“内为之城，外为之廓”。“市”则是指进行交易的场所，“日中为市”。这就是城市最原始的形态。

早期，人类居无定所遇穴而栖，三五成群渔猎而食。个人力量显得十分单薄，只有联合其他群体，才能在糟糕的环境下生存。随着群体内个体数量越来越大，收获也就丰富起来，剩余的食物贮藏起来，久而久之便定居下来。为了抵御野兽的侵扰，便在驻地周围扎上篱笆，形成了早期的村落。随着整个村落的繁荣，人口的增加，便有了不同分工。有的人种植，有的人打猎，有的人照顾老幼，大家互相依靠，互相交换劳动成果，早期的“城市”便形成了。

城市是社会分工和生产力发展的产物。在农业经济时代，生产力水平低下，城市发展非常缓慢，重要的城市均为具有政治统治作用的都城。工业化进程促进了生产力水平的提高，加快了城市的发展。社会生产力的发展成为城市产生与发展的基本动力。“城”从防御野兽变为具有防守性质的军事要点，奴隶社会时期城市主要是行政、军事、宗教、手工业的中心，封建社会的城市不仅是商品市场和贸易的中心，而且开始发展成为政治、经济、文化中心。随着工业生产的迅速发展，逐渐出现了现代城市。“城”的行政地域概念，“市”的商品交换商业概念逐步产生了变革。现代化城市通常以GDP，人口数量来衡量一个城市的大小。

二、目前城市现状

我国是农业大国，农业人口众多，城市集中了最优化的教育、医疗、食品等资源。如何提高效能，增加全体人民幸福感，只有推进城镇化发展。通过多年努力我国城市化率突破50%。意味着城镇人口首次超过农村人口，我们城市化进入关键发展阶段。

要使城市有较强的集聚和辐射带动能力，其城区人口规模应在200万以上（才能以合理的税费，提供较好的公共服务；最好是300万以上（才能支撑较发达的公共交通业，比如地铁和航空等）；当城区人口超过1600万人口时，会发生较严重的城市病，尤其是环境问题（城市废弃物难以就近消纳）和住房问题、交通问题等。

中国有约14亿人口，至少将会有10亿城镇人口，只有均衡布局更多的大都市区（中心城市200-1600万人口，200公里范围内1000-5000万人口），建设更多的大型城市，才能使中国的人口相对均衡分布，从根本上解决城镇化与城市病的矛盾。

城市化发展提高工业生产的效率，同时创造较多的就业机会，大量吸收农村剩余人口。劳动力从第一产业向其他产业逐渐转移，带动各个产业均衡发展。科学技术的进步和信息化的推进，使现代化大城市成为主要的科技创新基地和信息交流中心。城市社会服务资源丰富，交通便捷，文化设施齐全，区域内最优秀的教育、医疗资源，饮食、文化、娱乐及服务业的绝对优势，让城市居民更有归属感和幸福感。

城市给我们带来无数便利的同时，却也产生了无数阵痛。环境问题：交通及施工噪音污染扰民；大量使用地下水导致地面下沉。污水处理排放不达标导致河流湖泊水质恶化，水资源短缺；尾气废气排放导致空气污染形成酸雨和雾霾；占用耕地导致耕地面积减少，沙尘暴天气频发，绿化面积减少加剧热岛效应和温室效应；各类垃圾处理困难影响环境。社会问题：房价高涨住房紧张；就业困难就业压力大；社会秩序混乱治安不容乐观，城市管理机构臃肿，群众办事困难；交通拥挤老百姓宝贵的时间都被堵在路上。

怎样在获得城市发展的红利前提下，很好的解决城市扩大带来的环境及社会弊病。不仅仅是头疼医头，脚疼医脚的简单治疗，更需要究其更本，挖其源头用最优化的方式将问题解决在萌芽状态。

三、智慧交通

随着我国经济的高速发展，我国高速公路总里程突破14万公里雄踞世界第一，高铁营业里程达2.9万公里超世界总数三分之二，通用机场310个，各类先进交通工具拉近了我们现实中的物理距离。但是对我们影响最大的还是城市交通，还是我们身边的公交车，还是我们拥堵的二环路。下雨天堵车，交通事故堵车，你忙着上班时它堵车，你忙着下班时它依然在堵车。你开车它堵，你坐公交一样堵。虽然我们在不停修地铁、扩建道路，但我们依然无法解决城市交通问题。在一个普通城市，工作与家距离40公里，每天就得浪费在交通上3到4小时，城市带给我们的幸福感又在何处呢，所以解决交通问题是首要问题。

智慧交通的核心在“智慧”，以机器的钢铁之躯有人的灵活思维，对交通数据及关联数据的及时筛选、深度分析，做出实时反应，用管理和技术手段解决城市交通拥堵，降低安全事故，使城市交通发展走上良性发展的轨道。

现阶段我们还属于智能交通系统。主要集中在高清视频监控系统、高速公路收费、3S（GPS、GIS、RS）和系统集成环节。通过智能交通系统完成交通指挥调度、遏制交通违法、维护交通秩序。

智慧交通是在智能交通的基础上，在交通领域中充分运用物联网、云计算、互联网、人工智能、自动控制、移动互联网等技术，通过高新技术汇集交通信息，对交通管理、交通运输、公众出行等等交通领域全方面以及交通建设管理全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平，为通畅的公众出行和可持续的经济发展服务。大幅度提高城市交通运输系统的管理水平和运行效率，为出行者提供全方位的交通信息服务。围绕政务公开、网上办事、公众出行、客运售票，完善公众信息服务体系及手机APP，大大提升了交通违法处理的效能，也方便了人民群众。

随着技术的发展，物联网、大数据、云计算、人工智能等高新技术融于交通领域，使智慧交通真正的实现“智慧”成为可能。据此提出以下几点智慧交通目前重点方向：

1.5G通信技术

第5代移动通信（5G）极低的时延，相对4G网络，传输速率提升10~100倍，峰值传输速率达到10Gbit/s，端到端时延达到ms级。有5G通信作为基础，人与物、物与物互连，真正完成“万物互联”。

2.车联网技术

车联网通过车辆信息交互，使用无线通讯、传感器探测等技术收集车辆、道路、环境等信息，通过车-车（V2V）、车-路（V2R）、车-人（V2P）等信息交互和共享，从而实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络。车联网的应用主要包括：通过碰撞预警、电子路牌、红绿灯警告、网上车辆诊断、道路湿滑检测为司机提供即时警告，提高驾驶的安全性，为民众的人身安全多添一重保障；通过城市交通管理、交通拥塞检测、路径规划、公路收费、公共交通管理，提高道路的通行效率，为缓解交通拥堵服务。

3.大数据、云计算、人工智能技术

计算机毕竟是程序，程序就无法逃出顺序、选择、循环的基本结构。程序的编写就是模拟人处理问题的过程，只要我们对尽可能多的情况提前做好应对措施，我们的计算机将会变成一个比老司机经验更丰富的“聪明人”。将车、路、人、各类环境综合情况数据都纳入系统，这就是通俗化的大数据。数据量很大，而且信息又需要共享，这个时候就需要我们的云计算，将庞大的数据都存在云端，甚至把所需的强大计算能力也放在云端，而我们最终只需要计算的结果。在4G时代由于传输速度和延时，无法将庞大数据传到云端，云端计算结果又无法及时传回本地，这些梦想一直没有实现。而现在全球推进5G建设，正好5G毫秒级的延时和高带宽完全符合要求，基于5G的车联网得以真正实现。我们云端有庞大计算能力和计算中心，这是一个高效的核心，但是当我们的核心出现问题，整个系统就会瘫痪，所以去中心化系统又孕育而生。人工智能（AI）依靠计算机强大计算能力，加上我们大数据作为基础，程序做好万全准备，最终达到比人思考的更全面和迅速的效果。

5G全球展开后，实际应用会蜂拥而至，基于5G通信的车联网、自动驾驶会上升到一个新的高度，从前都是已一种未来科技的姿态呈现在人们眼中，但今后将会走进我们的生活。但是我们的技术也有壁垒，自动驾驶目前最高只能实现LV4，还是不能完全代替人工驾驶，因为我们没有足够的数据支撑，没有强大的云端及本地运算，AI应对不够充分。我们基于5G通信的车联网，4G时代的网络延时弊病虽然得到解决，但是5G通信因为采用超高频段，导致信号传输距离短，穿透性能差。我们美好的愿望不得不面对更多的基站依然无法完全覆盖，那么郊区怎么办，城乡公路怎么办，没有5G信号就不能享受低延时高带宽的传输，车联网、大数据等等又都成了空谈，自动驾驶的等级依然无法达到LV5。我们大量使用公交、出租等公共交通工具减少公路交通拥堵，开辟地下线路建设立交桥和高架线路形成立体公路交通，大力建设地铁缓解公路压力，推进共享单车完成最后1公里的接驳，无数的改进虽然并没有完全解决我们的交通问题，但相信在不远的未来，全球的技术人才解决各类难题后，我们可以真正实现智慧交通。

四、智慧城市

世界银行测算，一个百万人口以上的智慧城市的建成，在投入不变的条件下，实施全方位的信息管理将能增加城市的发展红利2.5到3倍，这意味着智慧城市可促进实现4倍左右的可持续发展目标，并且引领未来世界城市发展的方向。

针对当下城市交通拥堵、看病难、安全系数低、突发灾难多等“病症”，以物联网和云计算等为支撑的智慧城市技术或许是解决问题的出路。“按照发展规律，城市必定要向数字化、智能化的方向发展。”智能城市建设不可能一蹴而就，可从当前城市建设当中最紧迫的、关切到老百姓安全的一些问题着手。智能城市建设要有远景、总体规划和实施步骤，而且要结合当地的环境和条件来实施。智慧城市技术在世界各地已有较多的应用，在国内也已有100多个城市宣布了智慧城市发展规划。从智能安防到智能电网，从二维码普及到“智慧城市”落地，作为被寄予厚望的新兴产业，物联网正四处开花，悄然影响着人们的生活。“智慧城市”建设进入高峰期。快速的城市化进程推动着中国经济快速发展，但也使得城市面临着可持续发展问题。下一个阶段的“城镇化”建设需要走“精细化管理”的“新型城镇化”道路，因此“智慧城市”由此应运而生。“智慧城市”是指利用领先的信息技术，提高城市规划、建设、管理、服务的智能化水平，使城市运转更高效、更敏捷、更低碳，是信息时代城市发展的新模式。

智慧城市的发展离不开各种新技术和新模式的应用，移动互联网、云计算、物联网以及大数据在智慧城市领域具有强大的推动作用。周民认为，移动互联网是智慧城市的“神经”，为智慧城市提供无处不在的网络；物联网是智慧城市的“血管”，使得智慧城市实现互联互通；云计算是智慧城市的“心脏”，所有数据、所有服务都由它来提供，所以它是一个“心脏”，为城市各领域的智能化应用提供统一的数据平台；而大数据则好比智慧城市的“大脑”，是智慧城市建设发展的智慧引擎，在这些新技术与新应用的支撑下，智慧城市得以快速推进和发展。

智慧公共服务：建设智慧公共服务和城市管理系统。政务民生方面，通过建设一体化平台，针对政府，提升政府服务能力以及公共服务水平；针对企业，优化营商环境，降低办事成本；针对民众，过去群众办事时找不着、看不懂、填的多、跑的多等办事难、办事慢问题，以后只需动动手指，就能实现“指尖办事”。智能电网、水网、天然气已逐步走进我们的家庭，足不出户就可以完成缴费。同时远程医疗、教育、智慧健康、养老及社区服务各类服务共享数据，互通互联更好的解决了老百姓生活问题。智慧交通服务：建设“数字交通”工程，通过监控、监测、交通流量分布优化等技术，完善公安、城管、公路等监控体系和信息网络系统，建立以交通诱导、应急指挥、智能出行、出租车和公交车管理等系统为重点的、统一的智能化城市交通综合管理和服务系统建设，实现交通信息的充分共享、公路交通状况的实时监控及动态管理，全面提升监控力度和智能化管理水平，确保交通运输安全、畅通。以智能设备、云平台与大数据构建的城市场景中，未来城市人、服务、空间将被重新定义的背景下，以云技术为底层，支撑数字政务、城市治理、城市决策和产业互联等领域的解决方案，并通过微信、小程序等工具，实现对用户的触达，打造新型智慧城市建设的“神经中枢”。未来，通过“城市即平台，市民即用户，服务即连接”的理念，将城市打造成一种新型平台，实现人、服务、空间高效交互、快速响应和精准决策，提高城市服务效率。

五、未来城市畅想

未来的高科技城市是什么样子的呢？

建设期考虑节能高效，最终目的是给居民带来幸福感。城市建设的规划就划分为农业区域生产必须的农副产品，工业及办公区域进行工作生产，生活娱乐综合区域是居民住宅集中区域包含各类教育医疗服务设施，环境保护区域负责太阳能发电、水处理、城市污染处理及智慧城市服务器群。房屋建设采用预制墙面组合搭建，工厂按需求预制各部件，现场施工进行搭建，不仅快速而且减少材料损耗及环境污染，大大缓解昂贵房价，缩短了漫长开发周期。物联网万物互联保障了各类信息通畅，以大数据为基础，智慧城市政务部门可以掌握各类信息，提供优质的政务及生活服务，而人民群众作为用户也可以享受信息共享及透明带来的高效生活，达到服务通畅的目的。生产区及生活区各区的隔离，势必需要智慧交通的支持。以5G通信为基础，结合低轨道卫星组建的6G网络，完美解决了信号盲区的问题。已城市轨道交通带来的灵感，地面交通不仅依赖于自动驾驶的科技程度，我们可将道路进行“封闭”，通过城市交通系统对道路可运行区域向不同车辆实时开放，结合已有的自动驾驶技术，实现理想的自动驾驶。城市私家车大量减少，出行自动预约自动驾驶汽车，车少了路不堵了，自动驾驶减少了驾驶员出错出交通事故的可能性，交通将更加顺畅。同时车的减少将解决停车难车位少的难题，自动驾驶的汽车按系统给出的优化方案就近停靠，不需要人考虑停车问题。即时出行，随叫随到最后一公里问题迎刃而解，城市共享单车乱停乱放问题也随之消失，交通将会无比顺畅。同时万物互联还带给我们各类智能穿戴设备，每个人都有私人AI管家，帮你预订出行车辆，设计出行路线及时间，提醒你要做的重要工作，实时监控你的健康状态。或许你人还没下班AI管家已帮你将联网的智能电器预约了煮饭做菜功能，让你享受无微不至的贴心照顾。从交通、居住再到环保，AI管家都统统帮你安排妥善。这样的智慧城市也迎来一个新问题，大部分人将失业，就业压力暴增，但这也是科技发展最终将直面的问题。

终有一天这样美好的未来城市必将建成，那时你愿意住进去吗？

参考文献：

[1]李福亮智慧城市实战攻略电子工业出版社2017

[2]吴红辉智慧城市实践总论人民邮电出版社20172

[3]金江军智慧城市：大数据、互联网时代的城市治理电子工业出版社