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李德仁院士:智慧城市建設要做好頂層設計和整體規劃

新聞來源:中國智慧城市導刊 | 發布時間:2018-01-13

智慧城市可謂是當下最受關注的熱門話題之一。在全球城市化背景下,環境污染、交通擁堵等“城市病”日益嚴重,人們渴望通過建設智慧城市解決這些棘手的問題,使人與自然更加協調發展。當前,中國的智慧城市建設還處于起步階段,中國科學院、中國工程院院士李德仁接受《中國信息界》專訪,為我們講解何為“智慧城市”,以及要如何建設智慧城市。

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Q:當前中國正處于城鎮化的重要階段,特別是在城鎮化進程中,更衍生出了人口超千萬的超大城市。您認為,中國城鎮化過程中主要遇到了哪些問題?


李德仁:城鎮化不僅是中國也是當今世界上最重要的社會、經濟現象之一。21世紀初,全球人口的半數以上生活在城市地區,并且這種趨勢仍在加劇,每年超過6000萬的人涌入城市,平均每周超過100萬人。現在,城鎮化的步伐還在加快,隨之而來的是大都市和城市群,這在人口密集的亞洲表現得尤為明顯。根據聯合國的預測,全世界358個百萬人口城市中的153個出現在亞洲;27個人口超過千萬的“超級城市”中有15個在亞洲。作為全球人口最多的國家,中國在城鎮化過程中衍生出人口超千萬的超大城市是必然的,然而,很多問題也隨之而來。


城鎮化進程中涌現出了各種“城市病”,例如異常脆弱的基礎設施、日益加劇的交通擁堵、不斷惡化的生態環境、進城務工人員的蝸居生活……,這些都是城鎮人口快速增長中出現的問題。


特別是那些人口超千萬的超大城市面臨的問題尤為嚴峻,這些問題主要集中在以下幾個方面:第一,當前超大城市地面沉降問題日益凸顯。我國現在有超過50個城市發生地面沉降,地面沉降是一種嚴重的自然災害,會危及到城市基礎設施的安全;第二,極端條件環境下城市災害頻發。超大城市的發展改變了土地利用性質,當城市不透水面占75%以上后,55%的降水需要靠地表徑流來排,可以說,不透水層變化從根本上改變了降水再分配。由此帶來的影響我們都已經深刻感受到了,近年來城市特大暴雨頻發,如2016年汛期的武漢,24小時降雨達到550mm,甚至有了“夏天來武漢看海”的說法。災害頻發給老百姓的生活帶來很多不便,甚至會危及到生命,對城市的經濟也造成了巨大的損失;第三,交通擁堵問題突出。中國和國外城市特別是超大城市現有的交通系統存在著很多問題,高峰期交通擁堵、停車難、公共交通出行難、交通管理難……城市交通發展面臨著交通安全和通行效率的雙重挑戰;第四,城市能源問題。大城市現有能源系統也面臨著挑戰,綠色能源生產不可持續,能源使用效率低;第五,超大城市進城務工的農民,由于工資低、生活條件差,會帶來城市污染,也會造成貧富懸殊問題。


上述這些“城市病”需要通過智慧城市來幫助解決。智慧城市對經濟轉型發展、城市智慧管理和對大眾的智能服務具有廣泛的前景,從而使得人與自然更加協調發展。


中國為什么要抓信息化、智能化?因為現在中國的城鎮化只有53%,還在發展中。我們之前城鎮化比西方國家落后,到了信息化時代我們要趕上來。中國在總體上是后發的,有后發優勢,需求大、投資大,抓手就是“智慧城市”,利用信息化的網絡空間和物聯網、云計算技術,把現實城市中人、車、物的活動智能化、科學化的管理起來。我們的目標就是低碳、綠色、可持續發展。


但是,我們也必須認識到,智慧城市不是萬能的。諸如地面沉降、空氣和水環境污染、城市地面不透水層、超大城市中的蝸居、基礎設施跟不上城市的發展等問題,是智慧城市無法解決的。只有同時抓好現實城市的設計、規劃和基礎設施建設,落實黨中央關于城市發展的一系列政策,才能使智慧城市落到實處。


Q:您提到了智慧城市,可以說,建設智慧城市是使城鎮化走得更好、更快的路徑,但目前中國智慧城市建設仍處于起步階段,很多人甚至還不了解什么是智慧城市。您認為,怎樣的城市才能稱之為“智慧城市”? 


李德仁:“智慧城市”,我給過一個定義:智慧城市=數字城市+物聯網+云計算。為什么呢?數字城市是一個網絡空間、虛擬空間,在這個數字城市里面,我們把城市的東西裝到互聯網上去,這時候可以在網上看到城市的信息、實體。但是僅僅這樣還不行,因為它沒有跟現實城市關聯,要通過物聯網把現實城市和數字城市關聯起來,物聯網就是將各種城市人流、物流信息實時往上輸送。但這又出現了一個問題,物聯網有上億個傳感器,每個傳感器很小,沒有計算功能,是個傳感器,傳感器收上來的數據是需要計算、分析和控制反饋的,所以云計算出現了。物聯網和云計算是一對孿生兄弟。


到了物聯網時代,構成一個虛實結合的網絡物理空間,叫做CPS,這個CPS可以在網上做一切事情,通過實時分析、計算、感知、認知和反饋實現智能化,這是大家要了解的一個全新概念。


一個城市的管理,到了智慧城市階段,市長,市各個職能部門都可以輕松一點了,他們是做優化的工作,下一步改善環境的工作、城市的運控管理,就可以讓城市云計算中心來完成,這就是我們對智慧城市的理解。也就是說,智慧城市運營中心就像人的大腦一樣,自動和實時地感知現實城市中人、車、物的各種狀態和變化,以及城市的各種狀態變化,由云計算中心處理其中海量和復雜的計算與控制,為經濟發展、城市管理和公眾提供各種智能化的服務。


具體來講,智慧城市要掌握三大技術,這三大技術才能構成智慧城市。


第一個技術是“數字城市”空間信息技術,就是把這個城市所有相關的空間數據、非空間數據等采集過來。但中國的數字城市電子地圖是保密的,所以國家測繪局確定了三條路線服務:元數據目錄管理、政務網數據、公眾網數據,分為保密與開放級數據來提供使用。“天地圖”就是在這方面服務的,代表中國政府發布數據,其內容會越來越好。如果把“天地圖”跟谷歌相比較,中國的數據比谷歌的更好,中國的“天地圖”數據中,鄉村數據比較多,點擊率到了9億。


第二個技術是物聯網,實現人與人、人與機器、機器與機器的互聯互通。專家預測,到2020年全世界物聯網傳感器將達到10萬億個,無處不在。現在我們在國家推行“天網”,例如海上巡洋或作業時,數據能夠通過衛星在軌處理,實時回傳、及時做出反應,如果能在10秒鐘完成,這就完全支持了實時需要,我們稱之為空間信息網絡化。


第三個技術是云計算。為什么要有云計算呢?因為傳感器只能傳輸,不能存儲、處理數據,所以需要無處不在的、社會化、集約化、專業化的動態可伸縮虛擬化的云計算信息服務。互聯網資源配置經歷了客戶機/服務器、瀏覽器/服務器、服務器井噴、服務器托管到虛擬服務這么一個變遷過程。


我認為,城市職能可分為生存繁衍、經濟發展、社會交往、文化享受四個部分。智慧城市職能是城市職能的延伸和發展,即實現智慧安防、智慧制造、智慧交通、智慧教育等等,也就是在上述四個方面提供智能化。


Q:那么,您認為如何才能建設好智慧城市呢?其中,政府應該發揮怎樣的作用?企業又該如何參與?


李德仁:智慧城市建設是“一把手”工程,需要根據每個城市特點,做好頂層設計和整體規劃,建立智慧城市運用中心和運營腦,組織實施。智慧城市需要一個基于云計算的運營腦來管理,可以由市級主管領導牽頭,成立智慧城市運營中心,任命城市首席運營官,下設聯席會議委員會和管理辦公室,管理四件事情:城市IT的運維中心、大數據中心、城市運行監控和指揮中心、智慧服務中心。


運營中心的職能包括:參與和審核智慧城市的頂層設計;規劃和審核各行業信息化發展的總體目標、框架、任務、運營管理機制等;相關政策法規與標準的制定;負責城市信息資源整合與共享;城市運行的集中監控;多部門協同與指揮;促進面向社會的大數據開放應用、服務與交易體系的形成……


基于開放的云架構構建智慧城市運營中心,核心是公共信息云服務平臺,形成智慧城市中的大數據生態鏈,基于大數據共同實現城市運行監控和智慧調度。智慧城市時代的IT合作是圍繞大數據的合作——數據采集、加工、存儲、清洗、挖掘、決策、控制與利用服務。


這些技術的實現當然離不開企業的參與。武大吉奧就開發了這樣一個實時GIS平臺—GeoSmarter,這是智慧時代的一個地理信息軟件,實現了實時數據接入、實時數據分析和推理、動態數據管理,提供動態信息服務,最終實現感知、認知和行動的一個大腦感知識別的過程。


基于云計算的智慧城市怎么運營?武大吉奧做的智慧城市運營中心,我把它給很多城市的市長演示,很受歡迎。現在華為和武大吉奧正在合作把這個運營中心推廣到全國上百個城市,希望推廣到地市級以上的、縣以上的城市。


智慧服務中心,要做好三件事情:第一,面向公眾生活的智慧服務平臺;第二,開放給企業的應用服務平臺;第三,政企合作的大數據交易平臺及運營公司。這樣一來,政府治理的模式將從管理走向服務,傳統的政府IT信息化架構將被“云-端”互動的智慧城市所取代。


運營中心就是智慧城市的心臟或大腦,因為它是城市大數據的資源池,城市物聯網的樞紐,城市運營監控與指揮中心,城市運營數據的全面感知,實現跨部門、跨區域、跨系統的高效協同與應急響應,面向社會企業和公眾的服務平臺可以降低城市信息化建設與運維的成本,最大程度降低政務成本、提升城市效率。歐洲在這方面做得很好,歐洲各部門應用大數據以后,行政管理費用降低了2500億美元。


政府真正實現“基于實證的事實”的政府治理,以及可視化、可控化、智能化、可預測及可量化評估與持續優化的城市運行模式。企業也可通過大數據重組生產資源,改良商業模式,獲得更大效益。同時,智慧服務貫穿老百姓“出生、醫療、教育、就業、婚育、養老、殘疾、殯喪”等人生過程,提升城市居民幸福感。這就是我們建設智慧城市的目標。


以武漢市為例,其充分利用云計算、大數據等技術,參照國內外已開通的政府公開數據服務平臺,結合武漢市的應用特點和具體的需求,形成了簡稱“六個一”的公開數據服務平臺,含48個部門,700余種服務數據。按照“一套標準、一朵云、一個中心、一張圖、一站式、一種模式”原則,將各部門數據傳送至數據監控管理中心,進行大數據挖掘,實現公共服務。


總的來說,智慧城市的大數據問題帶來了新的機遇和挑戰,我們需要抓好技術創新和攻關研究,才能拉動數字服務和產業發展,更好地實現“互聯網+智慧城市”的各種智慧應用。


延伸閱讀


李德仁:智慧城市應重視空間大數據作用


當前智慧城市是在數字城市基礎之上,用互聯網云計算把城市組織起來,實現虛擬空間與現實城市的集合。基于時空大數據挖掘技術,由云計算中心處理時刻產生的大數據,產生感知、認知、控制范圍,實現制度化,實現低碳綠色科技的發展。


在智慧城市的建設和應用中,傳感器網將產生反映自然和人類活動的百萬兆級到十億兆級和萬億兆級數據,使世界進入真正的大數據時代。數字城市是周圍組織的基礎,互聯網技術是讓我們實現互聯互通的手段。一個智慧的城市,需要運用物聯網、云計算、時空大數據集成等新一代信息技術,來促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式,以解決空間文化、處理傳輸、實時處理、及時反饋等服務,實現全球無縫的智能化。


智慧城市及其應用

智慧城市的應用方面,涉及到城市的方方面面,首先我們要抓好智慧環保。經濟發展是城市的第二大智能,我們要啟動類似太陽能發電這樣的能源利用計劃,制造工業互聯網,把物流拉到前端制造,制造放心的產品,促進經濟得到發展。


其次要抓好智慧交通、智慧公路的建設。城市智慧化的社會綜合管理很重要。城市建設要實現真正的智慧網,就要充分利用時空數據的作用。比如交通環境加傳感器,收集管道中間的實時數據、運營數據,通過對數據進行分析,可產生軍事化細致的智能化,具有很好的調度作用。時空數據有大量空間的傳感器、數據庫、數據處理軟件、信息庫以及資金支持,在園區的環境之下,我們應利用好這些資源,進行空軍的一體化來支持城市建設。


時空大數據與云計算的運用

時空大數據經過存儲、處理、查詢和分析后,可更好地用于各類應用從而提供智慧服務。未來我國將推行60到80顆衛星組網,實現一星多用、中心主板多網融合實時服務,實現遙感,導航的精度提高,實現時空大數據的采集,并形成數據模型。智慧城市要求各省市將各類應用中的時空大數據進行有效管理,并按照實際需求進行處理、存儲、管理并提供相應服務,滿足從室外到室內,從地上到地下的各類智慧應用。


借助遙感云大數據科學的相關技術,能夠有效地破解多個城市困局。例如實現的洪水淹沒范圍分析,實現室內外高精度的手機連續位置定位和實時導航,可以提供與位置相關的各類服務或需求解決方案。北斗云服務平臺已于2012年12月27日對中國及周邊地區正式提供運營服務,其定位和測速的高精度可用于智慧交通中車輛控制和智能駕駛。


充分利用時空大數據的挖掘

基于數據表達、信息組織與知識發現等不同層次的數據挖掘方法,實現時空大數據挖掘,是時空大數據的優勢。例如,利用GS數據的挖掘,構成生態智能管理系統,形成現代管制的方法,加速解決防洪綜合發電等各項問題。


通過夜光影像、人口密度、土地覆蓋等數據,收集城市人口活動的變化強度,建立模型,并對人的行為認知進行研究分析,幫助解決城市建設的問題。同時,通過對視頻數據的挖掘,對夜光影像的長時間序列分析,發現夜光影像能夠較好的分析行為、理解數據、并將數據自動壓縮,利用其評估不同區域受到武裝沖突的影響程度,維護城市的安全。


利用遙感數據挖掘,實現農業遙感監測,提取農作物信息作為農作物長勢監測或產量估算的模型參數,進一步進行農作物產量統計分析,為經濟發展提供參考。


建設智慧城市運營中心

智慧城市建設是一個系統工程,需要根據每個城市自身的特點,在做好頂層設計后統一規劃,建立智慧化的城市運營中心,根據實際需要來運營,并將其變成城市運行監控的指揮調度中心,變成智慧服務的中心,使其合適化、可控化、智能化,持續優化的發展下去。企業可以得到資源,市民可以享受社會化的服務,幸福感得到充分的提升。


在實現運營中心的管理中,要利用大數據交易促進經濟的增長,實現其對社會服務、對公民服務。大數據強調,智慧城市要實現對實際中的人或物的感知、控制和整合,否則是假的。第二個智慧城市,對經濟轉型、對我們的綠色發展很重要。第三個大數據為智慧城市帶來的機遇和挑戰,要發展智慧化的產業,發展能被認知、感知的智慧城市。


智慧城市的建設是一把手工程,要抓好智慧城市建設的中心,推動每個城市的發展,形成技術鏈、數據鏈、價值鏈。智慧城市建設中將產生的大數據問題既是下一代的科學前沿問題,也是推進智慧城市發展的源動力,需要有針對性地加快有關大數據的技術創新和重點攻關研究,推動和加速智慧服務產業的發展,助力讓城市更加科學、高效、低碳和安全地運行。


(本篇根據中國科學院、中國工程院兩院院士、武漢大學教授李德仁于“2016全球智慧城市高峰論壇暨國際智慧城市博覽會”主旨演講整理)


來源:中國智慧城市導刊,csus智慧城市領航(版權歸原作者及刊載媒體所有)


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