李德仁院士:智慧城市建设要做好顶层设计和整体规划

作者   智慧城市    发表于2018-01-02 13:58:17
       智慧城市可谓是当下最受关注的热门话题之一。在全球城市化背景下,环境污染、交通拥堵等“城市病”日益严重,人们渴望通过建设智慧城市解决这些棘手的问题,使人与自然更加协调发展。当前,中国的智慧城市建设还处于起步阶段,中国科学院、中国工程院院士李德仁接受《中国信息界》专访,为我们讲解何为“智慧城市”,以及要如何建设智慧城市。

       Q:当前中国正处于城镇化的重要阶段,特别是在城镇化进程中,更衍生出了人口超千万的超大城市。您认为,中国城镇化过程中主要遇到了哪些问题?

       李德仁:城镇化不仅是中国也是当今世界上最重要的社会、经济现象之一。21世纪初,全球人口的半数以上生活在城市地区,并且这种趋势仍在加剧,每年超过6000万的人涌入城市,平均每周超过100万人。现在,城镇化的步伐还在加快,随之而来的是大都市和城市群,这在人口密集的亚洲表现得尤为明显。根据联合国的预测,全世界358个百万人口城市中的153个出现在亚洲;27个人口超过千万的“超级城市”中有15个在亚洲。作为全球人口最多的国家,中国在城镇化过程中衍生出人口超千万的超大城市是必然的,然而,很多问题也随之而来。

       城镇化进程中涌现出了各种“城市病”,例如异常脆弱的基础设施、日益加剧的交通拥堵、不断恶化的生态环境、进城务工人员的蜗居生活……,这些都是城镇人口快速增长中出现的问题。

       特别是那些人口超千万的超大城市面临的问题尤为严峻,这些问题主要集中在以下几个方面:第一,当前超大城市地面沉降问题日益凸显。我国现在有超过50个城市发生地面沉降,地面沉降是一种严重的自然灾害,会危及到城市基础设施的安全;第二,极端条件环境下城市灾害频发。超大城市的发展改变了土地利用性质,当城市不透水面占75%以上后,55%的降水需要靠地表径流来排,可以说,不透水层变化从根本上改变了降水再分配。由此带来的影响我们都已经深刻感受到了,近年来城市特大暴雨频发,如2016年汛期的武汉,24小时降雨达到550mm,甚至有了“夏天来武汉看海”的说法。灾害频发给老百姓的生活带来很多不便,甚至会危及到生命,对城市的经济也造成了巨大的损失;第三,交通拥堵问题突出。中国和国外城市特别是超大城市现有的交通系统存在着很多问题,高峰期交通拥堵、停车难、公共交通出行难、交通管理难……城市交通发展面临着交通安全和通行效率的双重挑战;第四,城市能源问题。大城市现有能源系统也面临着挑战,绿色能源生产不可持续,能源使用效率低;第五,超大城市进城务工的农民,由于工资低、生活条件差,会带来城市污染,也会造成贫富悬殊问题。

       上述这些“城市病”需要通过智慧城市来帮助解决。智慧城市对经济转型发展、城市智慧管理和对大众的智能服务具有广泛的前景,从而使得人与自然更加协调发展。

       中国为什么要抓信息化、智能化?因为现在中国的城镇化只有53%,还在发展中。我们之前城镇化比西方国家落后,到了信息化时代我们要赶上来。中国在总体上是后发的,有后发优势,需求大、投资大,抓手就是“智慧城市”,利用信息化的网络空间和物联网、云计算技术,把现实城市中人、车、物的活动智能化、科学化的管理起来。我们的目标就是低碳、绿色、可持续发展。

       但是,我们也必须认识到,智慧城市不是万能的。诸如地面沉降、空气和水环境污染、城市地面不透水层、超大城市中的蜗居、基础设施跟不上城市的发展等问题,是智慧城市无法解决的。只有同时抓好现实城市的设计、规划和基础设施建设,落实党中央关于城市发展的一系列政策,才能使智慧城市落到实处。

       Q:您提到了智慧城市,可以说,建设智慧城市是使城镇化走得更好、更快的路径,但目前中国智慧城市建设仍处于起步阶段,很多人甚至还不了解什么是智慧城市。您认为,怎样的城市才能称之为“智慧城市”?

       李德仁:“智慧城市”,我给过一个定义:智慧城市=数字城市+物联网+云计算。为什么呢?数字城市是一个网络空间、虚拟空间,在这个数字城市里面,我们把城市的东西装到互联网上去,这时候可以在网上看到城市的信息、实体。但是仅仅这样还不行,因为它没有跟现实城市关联,要通过物联网把现实城市和数字城市关联起来,物联网就是将各种城市人流、物流信息实时往上输送。但这又出现了一个问题,物联网有上亿个传感器,每个传感器很小,没有计算功能,是个传感器,传感器收上来的数据是需要计算、分析和控制反馈的,所以云计算出现了。物联网和云计算是一对孪生兄弟。

       到了物联网时代,构成一个虚实结合的网络物理空间,叫做CPS,这个CPS可以在网上做一切事情,通过实时分析、计算、感知、认知和反馈实现智能化,这是大家要了解的一个全新概念。

       一个城市的管理,到了智慧城市阶段,市长,市各个职能部门都可以轻松一点了,他们是做优化的工作,下一步改善环境的工作、城市的运控管理,就可以让城市云计算中心来完成,这就是我们对智慧城市的理解。也就是说,智慧城市运营中心就像人的大脑一样,自动和实时地感知现实城市中人、车、物的各种状态和变化,以及城市的各种状态变化,由云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制,为经济发展、城市管理和公众提供各种智能化的服务。

       具体来讲,智慧城市要掌握三大技术,这三大技术才能构成智慧城市。

       第一个技术是“数字城市”空间信息技术,就是把这个城市所有相关的空间数据、非空间数据等采集过来。但中国的数字城市电子地图是保密的,所以国家测绘局确定了三条路线服务:元数据目录管理、政务网数据、公众网数据,分为保密与开放级数据来提供使用。“天地图”就是在这方面服务的,代表中国政府发布数据,其内容会越来越好。如果把“天地图”跟谷歌相比较,中国的数据比谷歌的更好,中国的“天地图”数据中,乡村数据比较多,点击率到了9亿。

       第二个技术是物联网,实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通。专家预测,到2020年全世界物联网传感器将达到10万亿个,无处不在。现在我们在国家推行“天网”,例如海上巡洋或作业时,数据能够通过卫星在轨处理,实时回传、及时做出反应,如果能在10秒钟完成,这就完全支持了实时需要,我们称之为空间信息网络化。

       第三个技术是云计算。为什么要有云计算呢?因为传感器只能传输,不能存储、处理数据,所以需要无处不在的、社会化、集约化、专业化的动态可伸缩虚拟化的云计算信息服务。互联网资源配置经历了客户机/服务器、浏览器/服务器、服务器井喷、服务器托管到虚拟服务这么一个变迁过程。

       我认为,城市职能可分为生存繁衍、经济发展、社会交往、文化享受四个部分。智慧城市职能是城市职能的延伸和发展,即实现智慧安防、智慧制造、智慧交通、智慧教育等等,也就是在上述四个方面提供智能化。

       Q:那么,您认为如何才能建设好智慧城市呢?其中,政府应该发挥怎样的作用?企业又该如何参与?

       李德仁:智慧城市建设是“一把手”工程,需要根据每个城市特点,做好顶层设计和整体规划,建立智慧城市运用中心和运营脑,组织实施。智慧城市需要一个基于云计算的运营脑来管理,可以由市级主管领导牵头,成立智慧城市运营中心,任命城市首席运营官,下设联席会议委员会和管理办公室,管理四件事情:城市IT的运维中心、大数据中心、城市运行监控和指挥中心、智慧服务中心。

       运营中心的职能包括:参与和审核智慧城市的顶层设计;规划和审核各行业信息化发展的总体目标、框架、任务、运营管理机制等;相关政策法规与标准的制定;负责城市信息资源整合与共享;城市运行的集中监控;多部门协同与指挥;促进面向社会的大数据开放应用、服务与交易体系的形成……

       基于开放的云架构构建智慧城市运营中心,核心是公共信息云服务平台,形成智慧城市中的大数据生态链,基于大数据共同实现城市运行监控和智慧调度。智慧城市时代的IT合作是围绕大数据的合作——数据采集、加工、存储、清洗、挖掘、决策、控制与利用服务。

       这些技术的实现当然离不开企业的参与。武大吉奥就开发了这样一个实时GIS平台—GeoSmarter,这是智慧时代的一个地理信息软件,实现了实时数据接入、实时数据分析和推理、动态数据管理,提供动态信息服务,最终实现感知、认知和行动的一个大脑感知识别的过程。

       基于云计算的智慧城市怎么运营?武大吉奥做的智慧城市运营中心,我把它给很多城市的市长演示,很受欢迎。现在华为和武大吉奥正在合作把这个运营中心推广到全国上百个城市,希望推广到地市级以上的、县以上的城市。

       智慧服务中心,要做好三件事情:第一,面向公众生活的智慧服务平台;第二,开放给企业的应用服务平台;第三,政企合作的大数据交易平台及运营公司。这样一来,政府治理的模式将从管理走向服务,传统的政府IT信息化架构将被“云-端”互动的智慧城市所取代。

       运营中心就是智慧城市的心脏或大脑,因为它是城市大数据的资源池,城市物联网的枢纽,城市运营监控与指挥中心,城市运营数据的全面感知,实现跨部门、跨区域、跨系统的高效协同与应急响应,面向社会企业和公众的服务平台可以降低城市信息化建设与运维的成本,最大程度降低政务成本、提升城市效率。欧洲在这方面做得很好,欧洲各部门应用大数据以后,行政管理费用降低了2500亿美元。

       政府真正实现“基于实证的事实”的政府治理,以及可视化、可控化、智能化、可预测及可量化评估与持续优化的城市运行模式。企业也可通过大数据重组生产资源,改良商业模式,获得更大效益。同时,智慧服务贯穿老百姓“出生、医疗、教育、就业、婚育、养老、残疾、殡丧”等人生过程,提升城市居民幸福感。这就是我们建设智慧城市的目标。

       以武汉市为例,其充分利用云计算、大数据等技术,参照国内外已开通的政府公开数据服务平台,结合武汉市的应用特点和具体的需求,形成了简称“六个一”的公开数据服务平台,含48个部门,700余种服务数据。按照“一套标准、一朵云、一个中心、一张图、一站式、一种模式”原则,将各部门数据传送至数据监控管理中心,进行大数据挖掘,实现公共服务。

       总的来说,智慧城市的大数据问题带来了新的机遇和挑战,我们需要抓好技术创新和攻关研究,才能拉动数字服务和产业发展,更好地实现“互联网+智慧城市”的各种智慧应用。

延伸阅读

李德仁:智慧城市应重视空间大数据作用

       当前智慧城市是在数字城市基础之上,用互联网云计算把城市组织起来,实现虚拟空间与现实城市的集合。基于时空大数据挖掘技术,由云计算中心处理时刻产生的大数据,产生感知、认知、控制范围,实现制度化,实现低碳绿色科技的发展。

       在智慧城市的建设和应用中,传感器网将产生反映自然和人类活动的百万兆级到十亿兆级和万亿兆级数据,使世界进入真正的大数据时代。数字城市是周围组织的基础,互联网技术是让我们实现互联互通的手段。一个智慧的城市,需要运用物联网、云计算、时空大数据集成等新一代信息技术,来促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式,以解决空间文化、处理传输、实时处理、及时反馈等服务,实现全球无缝的智能化。

       智慧城市及其应用

       智慧城市的应用方面,涉及到城市的方方面面,首先我们要抓好智慧环保。经济发展是城市的第二大智能,我们要启动类似太阳能发电这样的能源利用计划,制造工业互联网,把物流拉到前端制造,制造放心的产品,促进经济得到发展。

       其次要抓好智慧交通、智慧公路的建设。城市智慧化的社会综合管理很重要。城市建设要实现真正的智慧网,就要充分利用时空数据的作用。比如交通环境加传感器,收集管道中间的实时数据、运营数据,通过对数据进行分析,可产生军事化细致的智能化,具有很好的调度作用。时空数据有大量空间的传感器、数据库、数据处理软件、信息库以及资金支持,在园区的环境之下,我们应利用好这些资源,进行空军的一体化来支持城市建设。

       时空大数据与云计算的运用

       时空大数据经过存储、处理、查询和分析后,可更好地用于各类应用从而提供智慧服务。未来我国将推行60到80颗卫星组网,实现一星多用、中心主板多网融合实时服务,实现遥感,导航的精度提高,实现时空大数据的采集,并形成数据模型。智慧城市要求各省市将各类应用中的时空大数据进行有效管理,并按照实际需求进行处理、存储、管理并提供相应服务,满足从室外到室内,从地上到地下的各类智慧应用。

       借助遥感云大数据科学的相关技术,能够有效地破解多个城市困局。例如实现的洪水淹没范围分析,实现室内外高精度的手机连续位置定位和实时导航,可以提供与位置相关的各类服务或需求解决方案。北斗云服务平台已于2012年12月27日对中国及周边地区正式提供运营服务,其定位和测速的高精度可用于智慧交通中车辆控制和智能驾驶。

       充分利用时空大数据的挖掘

       基于数据表达、信息组织与知识发现等不同层次的数据挖掘方法,实现时空大数据挖掘,是时空大数据的优势。例如,利用GS数据的挖掘,构成生态智能管理系统,形成现代管制的方法,加速解决防洪综合发电等各项问题。

       通过夜光影像、人口密度、土地覆盖等数据,收集城市人口活动的变化强度,建立模型,并对人的行为认知进行研究分析,帮助解决城市建设的问题。同时,通过对视频数据的挖掘,对夜光影像的长时间序列分析,发现夜光影像能够较好的分析行为、理解数据、并将数据自动压缩,利用其评估不同区域受到武装冲突的影响程度,维护城市的安全。

       利用遥感数据挖掘,实现农业遥感监测,提取农作物信息作为农作物长势监测或产量估算的模型参数,进一步进行农作物产量统计分析,为经济发展提供参考。

       建设智慧城市运营中心

       智慧城市建设是一个系统工程,需要根据每个城市自身的特点,在做好顶层设计后统一规划,建立智慧化的城市运营中心,根据实际需要来运营,并将其变成城市运行监控的指挥调度中心,变成智慧服务的中心,使其合适化、可控化、智能化,持续优化的发展下去。企业可以得到资源,市民可以享受社会化的服务,幸福感得到充分的提升。

       在实现运营中心的管理中,要利用大数据交易促进经济的增长,实现其对社会服务、对公民服务。大数据强调,智慧城市要实现对实际中的人或物的感知、控制和整合,否则是假的。第二个智慧城市,对经济转型、对我们的绿色发展很重要。第三个大数据为智慧城市带来的机遇和挑战,要发展智慧化的产业,发展能被认知、感知的智慧城市。

        智慧城市的建设是一把手工程,要抓好智慧城市建设的中心,推动每个城市的发展,形成技术链、数据链、价值链。智慧城市建设中将产生的大数据问题既是下一代的科学前沿问题,也是推进智慧城市发展的源动力,需要有针对性地加快有关大数据的技术创新和重点攻关研究,推动和加速智慧服务产业的发展,助力让城市更加科学、高效、低碳和安全地运行。

(本篇根据中国科学院、中国工程院两院院士、武汉大学教授李德仁于“2016全球智慧城市高峰论坛暨国际智慧城市博览会”主旨演讲整理)

来源:中国智慧城市导刊,csus智慧城市领航(版权归原作者及刊载媒体所有)