第2章 数字经济时代的智慧城市建设
2.1 数字基础设施成为城市新的基础设施
在工业经济时代，经济活动架构在以铁路、公路和机场等为代表的物理基础设施之上。数字技术出现后，网络和云计算成为必要的信息基础设施。随着数字经济的发展，数字基础设施的概念变得更为广泛，既包括物联网、互联网、移动互联网、云计算等信息基础设施；也包括对传统物理基础设施的数字化改造，如安装了传感器的自来水总管、数字化交通系统等。这两类基础设施共同为数字经济发展提供了必要的基础条件，也为智慧城市提供了必要的基础。
2.1.1 城市传统基础设施的数字化
虽然数字城市的提出由来已久，但是全域数字化一直未能实现，这与技术发展的局限性和成熟度有关。数字基础设施的建设对数字经济发展至关重要，也是城市智慧化的基础。这里的基础设施不仅包括传统的信息基础设施，如高速宽带网络、IP地址、域名等网络基础设施，还包括公路、建筑、桥梁、电网、给排水系统、油气管道、电力等传统基础设施的数字化过程。
在传统基础设施上运用物联网技术，把传感器嵌入和装备到城市各类设施中去，利用局域网或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和部件等联系在一起，形成人与物、物与物相连和远程控制，是城市智能化管理和服务的基础。无处不在的传感器将会收集城市的各种数据，使得城市处处可以被量化、事事可以被感知，而城市治理的基础，就是对城市现状的准确了解。
从技术特点来看，物联网的主要作用是“感知”。通过各种信息传感设备识别物体，采集相关信息，获得以前很难定量化的服务数据，便于相关部门为民众提供更好的基础设施服务。物联网技术比较适合用于政府部门的监测类业务，特别是对自然环境和人造物品的自动监测。但是城市数字基础设施的建设关键不仅仅在于城市传感器的数量，采集到的城市信息的多少，更重要的是对采集到的城市大数据的应用，基于大数据分析的城市治理、应用创新才是城市基础设施建设的核心。“见物不见人”同样是智慧城市建设的大忌，以部分城市的视频监控系统为例，很多城市都安装了几十万个视频监控摄像头，每天产生海量的视频影像和信息，是城市最大的数据来源，但是视频监控系统存在分而治之的现象，部门间信息没有实现共享，同时重建设、轻应用，只重视视频监控的数量，而不注重对这些视频数据的利用，导致数据利用程度不高，人力成本依然突出的现象。因此，城市数字基础设施的建设应根据城市发展的实际，综合分析城市面临的内外部发展因素，在此基础上，依托物联网技术，通过对城市各种信息的透彻感知和度量、泛在接入和互联以及智能分析和共享，借助各应用系统的协同合作，实现“安全、便捷、健康、高效”的城市管理目标，提高城市的整体运作水平。下面简单介绍一下目前应用物联网技术对城市传统基础设施进行数字化改造，提高管理和服务效率的案例。
在市政领域，通过建立在线监测系统应用试点，对市政设施，包括桥梁、高架立交桥、隧道等基础设施的安全状态信息，通过信息采集终端进行自动采集和实时监测，有效提高了城市市政管理的效率，能大大提高经济利益和公共安全水平。例如，梁桥坍塌往往是由多种原因导致的桥梁结构持续恶化的结果，这些变化靠肉眼很难观测，而安装了联网传感器，就可以测量到这些变化，及时采取保护性的维修措施，从而降低维修成本，避免人员的巨大伤亡和财产损失。
在物流领域，应用RFID、全球卫星定位系统（GPS）、地理信息等物联网技术，可以实现物品快速标识、准确定位和实时跟踪。利用物流管理系统处理和控制物流信息，实现物流企业的运输合理化、仓储自动化、包装标准化、装卸机械化、加工配送一体化、信息管理网络化，可大大提高物流、供应链管理水平，降低物流成本，实现智慧物流的建设。
在制造领域，在生产过程中应用射频识别（RFID）、传感器和嵌入式智能技术进行各种参数的采集、传输、分析和控制，实现生产制造的高度自动化和智能化。目前这些技术已经在汽车制造、船舶制造、数控机床等制造领域大量使用，大大提高了生产设备的信息处理能力和效率，降低了生产成本。对机器装备故障、产品次品率、工件损耗等参数进行监控，大大提高产品的可靠性和竞争力。物联网技术在制造领域的应用促使自动化制造向更高级的智慧化制造转型。
在交通领域，利用车载物联网设备及视频监控系统，可以实时监测车流量、车速、车型等交通信息，对道路交通信息进行实时发布，为公众提供出行参考，改善交通拥堵和阻塞，最大限度地提高路网的通行能力，实现城市交通的智慧化管理。
在安全领域，利用视频监控系统，可对现实社会发生的公共安全事件进行事后跟踪、重现、分析，对一些涉及公共安全的事件进行全程事中跟踪、预判和预警。利用具有热红外线探测技术的监控摄像头，可以实现对火灾的及时报警。利用环境感知传感器，可实时监测温度、湿度、瓦斯浓度等环境参数，一旦发生瓦斯浓度超标、环境温度超标等，就会自动拉响警报等。
政府部门应把传统基础设施的数字化改造当成构建数字政府的重要内容，推进物联网技术在政府服务领域的深度应用，结合自身业务特点，大力开展物联网技术应用试点示范工作，提高行政管理和公共服务的数字化、网络化、智能化水平，促进行政管理和公共服务模式的创新，实现向智慧化的服务型政府转变。
2.1.2 信息基础设施的不断完善升级
目前，全球已有146个国家实施了宽带战略或行动计划，这些战略共同的目标是发挥信息基础设施在建设智慧城市及数字社会中的重要作用。通畅、便捷、低廉、可靠的信息网络是城市数字化建设的重要基础，而移动互联网和下一代互联网更是其中的重中之重。
移动互联网目前已成为全球关注的热点，虽然目前业界对移动互联网并没有一个统一的定义，但对其概念却有一个基本的判断，即从网络角度来看，移动互联网是指以宽带IP为技术核心，可同时提供语音、数据、多媒体等业务服务的开放式基础电信网络；从用户行为角度来看，移动互联网是指采用移动终端通过移动通信网络访问互联网并使用互联网业务，这里的移动终端包括手机、平板电脑、笔记本电脑等多种类型。目前，移动互联网正在逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域，微信、移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、位置服务等丰富多彩的移动互联网应用迅猛发展，正在深刻改变信息时代的社会生活，对公众的出行、生活、学习产生了巨大的影响。移动互联网的发展也为创新城市公共资源供给模式、破解重大民生问题提供了新的机遇。移动互联网实现了“人”与“公共服务”的无缝连接，有效促进了移动办公和移动政务的发展，对于优化社会资源配置、提升均等服务水平、实现信息普惠全民具有促进作用。基于微信公众号、支付宝服务平台的移动医疗模式，使患者在手机上可直接预约挂号、缴费、候诊、查询报告等，而无须在医院大厅多次排队，有效缩短了就医流程。各类空气质量监测App，让每个人都能实时了解空气质量情况，从而提前做好出行准备；当发现污染空气的行为或现象时，也可通过在线举报，实现全民监督。移动互联网不仅为我国信息经济的跨越式发展提供了有利条件，而且使得社会公众可以更便捷地获取各种公共服务，大幅度地提升了社会整体服务效率和水平，是城市数字基础设施的重要组成部分。
下一代互联网是指基于IPv6协议的新一代互联网。与目前基于IPv4协议的互联网相比，下一代互联网可提供的IP地址数量趋于无限，解决了现有互联网地址资源不足的缺点，从而能够更好地满足经济社会发展对互联网地址资源池不断增长的需求。下一代互联网的网络传输速度将比现在提高1000～10000倍，随心所欲的网络视频传输、大规模数据和图文的即时收发将成为现实。下一代互联网可解决现有互联网无法判断每一个数据来源的缺陷，其设计的专用安全协议可以通过网络设备对用户接入的合法性进行检查，监控所有数据流向和网络行为，从而更加有效地防范黑客、病毒的攻击，实现更安全的网络管理。
下一代互联网的技术趋势将为物联网、云计算等新一代信息技术的普及创造更大的空间，从而为城市的数字化建设提供强有力的支撑作用。2013年，国家发展改革委等部门联合开展下一代互联网示范建设工作，在北京、上海等具有一定基础条件的22个城市中，先行支持建设一批具有典型带动作用的示范城市，加快基础设施建设和升级改造，着力探索解决我国下一代互联网发展遇到的突出矛盾和问题。
2.1.3 基于云计算的城市中枢系统建设
云计算是一种基于互联网的计算服务模式，也是一种基于互联网的服务使用和交付模式，通过互联网，客户可以像使用管道煤气和自来水一样，使用云计算的计算服务，让计算能力成为可以流通的商品。云计算的资源具有弹性可扩展的特性，计算能力很强，可以快速处理海量数据并借助互联网向客户提供服务，使用方便，价格低廉。
智慧城市是由多应用、多行业、复杂系统组成的综合体。各个应用系统之间存在着海量数据共享、交互需求，各个应用系统需要共同抽取数据进行综合计算和呈现综合效果。要从根本上支撑城市巨系统的安全运行和全局指挥，必须建设基于云计算的中枢系统。城市中枢系统的建设，使城市能够有效整合计算资源和数据，支撑更大规模的应用，处理更大规模的数据，并且能够对数据进行深度挖掘，从而为政府决策、企业发展、公共服务提供更好的平台。
2017年10月13日，在杭州举办的云栖大会开幕式上，杭州城市大脑正式亮相，为这座拥有2200多年历史的城市建立了一个城市中枢——城市大脑。城市大脑创新运用大数据、云计算、人工智能等前沿科技构建的平台型人工智能中枢。其整合汇集政府、企业和社会数据，在城市治理领域进行融合计算，实现城市运行的生命体征感知、公共资源配置、宏观决策指挥、事件预测预警、“城市病”治理等功能，将作为杭州未来重要的城市基础设施。
杭州城市大脑一开始以解决交通拥堵问题为出发点，通过收集交通监控摄像头的数据进行分析，每15分钟根据摄像头看到的交通情况去更新红绿灯的策略，用红绿灯的智能调解来疏导交通，使得道路车辆通行速度平均提升了3%～5%，在部分路段有11%的提升。随着2018年年底杭州城市大脑（综合版）的上线，杭州城市大脑除被用来改善城市交通拥堵问题外，还被用来解决各种民生问题，逐渐覆盖政治、经济、文化、社会、生态五大领域，让群众办事“最多跑一次”，让公众更加便捷地享受各种公共服务。
城市大脑是面向“智慧城市”的综合信息服务系统，是整个城市的中枢系统，它以云计算中心为载体，整合城市内分散的硬件、软件和数据资源，以一种更加智慧的方法实现资源共享及业务协同，从而显著提升城市管理和公共服务能力。城市大脑可以将散落在各个角落的数据汇聚到一起，使用云计算、大数据和人工智能技术，让城市的各个“器官”协同工作，变成一个能够自我调节、与人类良性互动的有机体。
智慧城市得以实现的关键是大数据，要让数据成为生产资源去流通、去使用、去创造价值。而数据不是天然就有价值的，只有计算才能让数据变得可被利用，让数据在使用和流动过程中产生价值，这个计算能力只能是云计算。通过建立云计算数据中心来整合城市计算资源和数据资源，支撑更大规模的应用，处理更大规模的数据，并且能够对城市数据进行深度挖掘，让这些数据产生价值，为政府决策、企业发展、公众服务提供更好的支撑平台，基于云计算的城市中枢系统将成为城市未来最为重要的数字基础设施。例如，目前获得多数认可的智慧城市“1+N”平台的建设模式：“1”为基于云计算的中枢系统（如杭州城市大脑），实现城市数据的汇聚、共享和共用，并为城市决策、运营、管理、协作和应急指挥提供支撑。“N”为多个不同的行业服务云平台，如政务云、交通云、教育云、社区云、旅游云等，由传统的行业部委信息系统升级而来，提供专属行业领域的服务，并可以与“1”无缝对接实现数据的共享。“1+N”架构也被认为是新型智慧城市的最佳建设模式。
2.1.4 智慧城市的数字基础设施建设
尽管发展迅速，我国城市管理在许多方面仍然停留在传统经验阶段，没有完整的基础数据，缺少对整个城市的综合系统分析，缺乏经常性的定量分析和比较健全的动态管理制度，对许多隐患和问题特别是涉及不同领域或行业的相互关联的一些矛盾和事件不能及时发现征兆。与早期的城市信息基础设施建设相比，数字化时代智慧城市的城市数字基础设施建设更加强调系统之间的整合与服务，更加强调统筹兼顾、协同配合、快速高效、实时互动和智能服务。
智慧城市的有效运转是以城市管理的各软、硬件系统的协同联动为基础的。为实现城市基本构成要素（人、物、环境）的协同运行，智慧城市不同系统之间除业务上的逻辑联动之外，还需要将各种数据信息进行有效的集成，在多个系统之间实现数据交换与共享，将数据作为新的生产资源，来提高政府管理效率，提高社会生产力。数据资源是互联网时代重要的生产要素之一，是重要的社会财富和资产，数据资源和物质资源、能量资源一起构成了支撑现代经济社会和社会发展的资源体系，而政府部门活动的规模和特点决定了其所拥有的数据是信息社会非常重要和宝贵的数据资源，如何利用这些宝贵的数据资源来完善城市的管理和服务，是当前政府部门的核心工作。然而由于多方面原因，过去这些政府数据并未能有效地整合起来，挖掘出数据作为生产资源的潜在价值，首先是行政分割导致人为的壁垒，部门利益使得各部门把自己所掌握的数据和信息作为部门独享财富和“传家宝”；其次是各种数据支离破碎，很多数据甚至没有经过整理，数据库的建设更是无从谈起，导致数据的可用性非常低；最后是数据保密范围的界定不清晰，导致数据的共享变得尤为困难。
智慧城市数字基础设施的建设首先要打破政府各个部门之间的信息孤岛，使得政府部门的数据资源在政府履职过程中能够被充分利用，让政府数据资源得以流动和共享。随着物联网、互联网、云计算技术在智慧城市建设中的广泛应用以及各种信息服务系统的运行，数据作为一种重要的战略资源，已经不同程度地渗透到了城市各个部门、行业和领域。这些城市数据记录了城市运行过程中的痕迹，其汇聚后形成的大数据是城市中所有个体（人、物、环境等）的集合，可以准确还原城市系统的运行过程和变化趋势。
其次，智慧城市数字基础设施必须具备大数据的融合分析能力，城市大数据已成为智慧城市管理和运作的基础。为实现对城市的高效和智能化管理，智慧城市建设必须面对种类繁多、数量庞大的城市大数据，特别是空间、视频等方面的大数据。城市管理者利用云计算和大数据技术，对城市大数据进行有效的存储、融合、检索、挖掘、应用，通过从海量的数据中提取出潜在的有规律的知识和信息，为城市规划、建设和管理提供决策支持，促进城市管理工作由被动向主动、由静态向动态、由粗放向精细、由无序向规范转变，对城市提高管理效率、节约资源、保护环境和可持续发展具有重要价值。