作者：杨正洪
出版社：清华大学出版社
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智慧城市：大数据、物联网和云计算之应用试读：
自序
自智慧城市的概念问世以来，从理论到实践，智慧城市都炙手可热。尽管业界对于智慧城市的内涵、发展模式以及路径并无统一标准，但以信息技术应用创新为主要特点的智慧城市在中国城镇化推进过程中发挥“突破口”的作用，甚至成为城市创新与产业升级的新契机。目前，我国95％的副省级以上城市、76％的地级以上城市，总计约230多个城市提出或在建智慧城市，超过80％的城市在“十二五”期间将智慧城市作为加快经济发展转型的战略导向，业内人士表示，“十二五”期间计划投资规模超过万亿元。近日，住建部公布103个国家智慧城市试点名单，入围其中的许多城市都提出了各自的智慧城市建设计划。某业内人士表示，“成为智慧城市试点，不但可以得到政策扶持和补助，同时也可以以此为契机，大力推进相关设施建设，带动城市经济增长”，预测称，新一轮的智慧城市建设即将开启。
然而，如火如荼的建设热潮之下，有些城市盲目跟风，把智慧城市建设作为政绩工程和形象工程，贪大求全；有的把智慧城市仅仅定位在工程建设，没有明确主要的工作任务和实施路线。此外，顶层设计缺失、信息孤岛问题突出都是中国智慧城市建设中需要解决的问题。
智慧城市是一个复杂的，相互作用的系统。在这个系统中，信息技术与其他资源要素优化配置并共同发生作用。而目前国家层面的组织管理体系尚未形成，国家级的政策规划和法律法规等尚不完善，顶层设计和宏观指导缺失之下，存在项目一哄而上、部门各自为政、信息孤岛比较普遍的现象。国家发改委高技术司副司长顾大伟认为，智慧城市建设这几年出了很多问题，其中之一就是各方面在推进智慧城市建设时缺乏统筹规划，不仅仅是地方政府，也深刻体现在中央政府。中央部门大概有十几个部门都在各自为政地鼓动地方推进智慧城市的建设，做法不一样，思路也不一样，缺乏一个统筹和宏观的引导，有些地方确实存在盲目建设的现象。
此外，建设目的不够明确，建设思路不清晰也是目前智慧城市建设中突出的问题。国家信息中心专家委员会副主任宁家骏认为，一些城市在组织智慧城市建设中，很少关注当地经济社会发展的实际需要和城市特点，与当前需要重点解决的关键问题，有一些城市盲目的模仿其他的城市，跟风建设，把智慧城市建设作为政绩工程和形象工程，贪大求全。顾大伟表示，有些地方甚至连什么是智慧城市都没有搞清楚，却把旗子举得非常高，当做政治口号在宣扬。宁家骏表示，很多的城市都把智慧城市仅仅定位在工程建设，只简单的把各个政府委办司局要准备建设的信息化项目打包，既没有明确主要的任务和实施路线图，也没有跨部门的共享和业务协同的信息机制、政策机制，只重投资，不求效果，贴标签的现象明显。而重建设投资，轻应用服务的问题也普遍存在。中国电子信息产业发展研究院院长罗文认为，智慧城市的根本目的不在于表现形式上，更重要的是为公众提供实用的服务，为公众带来实惠。但在实践过程中，智慧城市建设通常被当成“政府形象工程”。智慧城市建设过程中重硬件轻软件的观念，导致软件、信息资源开发利用的投入与硬件投入比例失衡，呈现出高硬件投入、低软件投入的局面。
城市的建设发展不是短期行为，需要有长远规划以及长效机制。目前，很多城市把智慧城市的建设往往都押宝押在政府的投资中间，缺乏运营和管理的长效机制，以及相应的配套体制和法制的环境，无法激发社会力量参与智慧城市建设的积极性和创造性，最终将导致智慧城市建设难以持续的推进。国家信息中心信息化研究部首席工程师单志广表示，有些地方花大钱购置了先进设备，却因为缺乏运营和运维管理的长效机制，缺乏可配套的政策和法制环境，从而使得市场配置资源的基础性作用难以充分发挥，也难以激发全社会力量参与。
标准体系的缺乏也是建设模式缺乏可持续性的重要因素。中国电信湖南公司总经理廖仁斌表示，当前暂无国家层面的尤其缺少运营准入标准，很多城市的智慧城市建设往往依赖于政府投资，使得市场配置资源的基础性作用难以发挥，无法激发社会力量参与智慧城市建设，最终将导致智慧城市建设难以持续推进。
此外，缺乏完善的信息安全保障体系。很多城市采纳国外厂商的解决方案，并依托国外厂商建设城市重要领域的信息系统，这必然造成严重的信息安全隐患。当前，我国芯片、元器件、网络设备、通用协议和标准90％以上依赖进口，防火墙、加密机等10类信息安全产品65％来自进口。采用国外信息技术和产品，一方面将使所有信息暴露在别人眼皮底下，信息泄露无法避免；另一方面，我国的重要信息系统等将更易受到攻击。
智慧城市建设涉及方方面面，但最终目标是要最大限度地为老百姓在医、食、住、行、游、教等方面提供更加便捷的服务，因此，以民生为导向推动智慧城市建设是智慧城市的重要突破口。廖仁斌表示，要重点关注老百姓急需的智慧民生领域，如智慧交通、智慧医疗、智慧社保、智慧警务、智慧防灾、智慧社区、智慧校园等工程，其他智慧政务、智慧企业等领域要同步推进。推进过程中要聚焦重点项目，集中力量做好试点和攻关，充分关注老百姓的使用感受，不断优化使用感知，让智慧城市切实发挥应有的效果。同时，各城市要结合自身发展定位和区域特色，明确、细化智慧城市建设的规划布局，统筹建设重点和特色项目，而非简单照搬他市做法。
而围绕服务民生做好顶层设计，制定智慧城市发展总体规划和标准体系也至关重要。罗文表示，做好统筹规划和顶层设计，注重城市发展特色和应用特色，注重以智慧城市应用带动新兴产业发展，创新智慧城市商业模式，制定信息共享与业务协同的运作机制和标准规范。
廖仁斌表示，各地针对本地区新型城镇化推进中的实际问题，制定出智慧城市创建目标，做好顶层设计，以市场应用为导向，以服务应用为切入点，制定适合中国国情的智慧城市发展总体规划和标准体系。要结合我国城镇化实际进展情况，研究制定智慧城镇发展战略、中长期规划，加强统筹协调，研究制定有关政策法规与标准规范，营造智慧城市发展的良好环境。
目前智慧城市建设的模式和路径并无统一的标准。业内专家表示，在智慧城市建设中，政府要起到主导作用，政府在制定规划，在资源配置，在核心的开发建设方面，政府必须起到指导作用。在市场经济条件下，特别是在信息技术、信息化建设过程中，政府不可能包揽天下，承担全部责任，政府制定规划以后，大部分运用，大部分的建设，应该交给相应的市场主体——企业，包括网络运营商、软件开发商、系统运营商等，让他们完成更多具体的建设管理服务工作。所以企业作为主体，作为投资主体和管理服务主体。要充分发挥市场主流作用，更多我们应用的推广，服务的普及，还是需要发挥市场的主流作用，让市场来说话，让市场来引导。充分发挥政府的指导与协调作用，建立健全相互协调、紧密配合的工作机制，完善的公众信息化教育培训机制，以及科学的强有力的组织领导机制、咨询决策机制，形成推进智慧城市发展的合力。
本书系统阐述了如何构架智慧城市的顶层设计，智慧城市所包含的各个层次，并阐述了移动互联网、大数据分析和云计算的关系，阐述了智慧政务、智慧环境、智慧旅游、智慧医疗、智慧企业等各个关键系统的建设。
参加本书编写的同志还有：郑齐心、何进勇、高伟义、杨正礼、陈小聪、余明旭、李祥、薛文、付胜利、孙延辉、胡钛等同志。我们要特别感谢武汉市云升科技发展有限公司，该公司为本书提供了他们在常熟、湖州、武汉等地实施的很多实例。我们还要感谢江苏广电总台、苏州移动公司、苏州电信公司、湖北联通公司等单位的大力支持。
由于编者学识浅陋，见闻不广，必有许多不足之处。杨正洪的电子邮件是：yangzhenghong@yahoo.com。欢迎读者来信指正或探讨智慧城市话题。谢谢。杨正洪2013年9月于武汉第1章智慧城市建设随着物联网、云计算、移动互联网、大数据分析等热门技术的兴起，智慧城市概念炙手可热，智慧环境、电子政务、智慧旅游、智能医疗、智能交通、智慧教育等智慧领域技术研究及商业应用成为业界热点。同时，运营服务商、解决方案提供商、终端制造商、应用开发商等纷纷布局智慧城市产业链。我国智慧城市建设全面铺开，各级政府陆续制定了“十二五”智慧城市建设规模，智慧城市建设成为云计算、物联网、大数据分析等新技术的重要实验场地，这些技术也推动着智慧城市建设的纵深发展和技术融合。移动互联网将取代桌面互联网，成为每个人连接世界、认知社会、传播智慧的首要渠道。4G的商用带来了更高的带宽，缩小了移动宽带网和固定宽带网的差距。移动互联网业务的创新和普遍使用，催生了对于云计算和大数据的需求和发展契机。移动互联网产业的蓬勃发展又为智慧城市建设创造了必要的发展条件。1.1 智慧城市的定义
所谓“智慧城市”，就是借助新一代物联网、云计算、大数据分析等信息技术，将城市运行的各个核心系统整合到一个大平台上，植入智慧的理念，从而更好地理解和控制城市运营，并优化城市的资源使用。智慧城市是物联网、云计算等新一代信息技术和形形色色的网络平台集成并与现实社会相结合的代名词，是城市发展模式转型升级的结果。
IBM最早于2008提出“智慧地球”与“智慧城市”的概念，之后智慧城市成为许多国家政府施政的愿景和目标。根据欧盟委员会发表的《欧盟智慧城市报告》，智慧城市可以从6大坐标维度来界定，即智慧经济、智慧流动、智慧环境、智慧公众、智慧居住和智慧管理。简而言之，智慧城市的本质在于信息化与城市化的高度融合，是城市信息化向更高阶段发展的表现。智慧城市将成为一个城市的整体发展战略，作为经济转型、产业升级、城市提升的新引擎，达到提高民众生活幸福感、企业经济竞争力、城市可持续发展的目的。1.2 智慧城市的国际实践1．美国● 2008年11月，IBM在纽约提出了“智慧的地球”这一理念，进而
引发了智慧城市建设的热潮。纽约出台了纽约智慧城市规划。● 2009年，迪比克市与IBM合作，建立美国第一个智慧城市。利用
物联网技术，在一个有六万居民的小区里将城市公用资源（水、
电、油、气、交通、公共服务等）连接起来，监测、分析和整合
各种数据以做出智能化的响应，更好地服务市民。● 2010年3月，美国发布《美国宽带计划》；2010年10月，美国发
布《21世纪美国的智能交通》。2．欧盟● 于2010年制定了《欧洲数字化议程》。●“ Fireball协同行动”于2010年5月由欧盟在第七个科技框架下启
动，协调以下三个方面：未来互联网研究和实验、以用户为中心
的欧洲城市开放创新网络，以及不同侧重点的智慧城市试点项
目，共享资源、信息及经验，以智慧城市为驱动力，探索开放的、
以用户为中心的未来互联创新模式，制定城市未来互联创新路线
图与行动方案，进一步支持智慧城市的发展。●“ Fireball协同行动”的5个核心试点城市包括：荷兰阿姆斯特丹（智慧能源）、英国曼彻斯特（智慧远景）、葡萄牙里斯本（智
能电网的商业生态系统）、西班牙巴塞罗那（数字空间与ICT结
合，提高城市生活质量）、芬兰赫尔辛基（未来开放网络创新生
态系统）。3．日本● 2009年推出“I-Japan智慧日本战略2015”，旨在将数字信息技术
融入生产生活的每个角落，目前将目标聚焦在电子政务治理、医
疗健康服务、教育与人才培养三大公共事业领域。● 2010年正式启动横滨市、丰田市、京都市和北九州市等四个地
区的试点项目。4．韩国● 以网络为基础，打造绿色、数字化、无缝移动连接的生态、智能
型城市。通过整合公共通信平台以及无处不在的网络接入，消费
者可以方便地开展远程教育、医疗、办理税务，还能实现家庭建
筑能耗的智能化监控等。● 首尔、釜山、仁川等6个地区已成为U-city示范区。● U-City发展分为互联阶段、丰富阶段、智能阶段。互联阶段偏重
信息基础设施建设，如无线网络、传感器安装；丰富阶段偏重服
务，提供无所不在的服务（即：U-服务）；智能阶段偏重管控一
体化（即：U-中心）。目前，韩国U-City已逐步进入智能阶段，
即利用无所不在技术（U-IT），特别是无线传感器网络，达到对
城市设施、安全、交通、环境等智能化管理和控制。5．新加坡● 2006年启动“智慧国2015”规划。在电子政务、服务民生及泛
在互联方面，新加坡做得非常好。其中智能交通系统通过各种传
感数据、运营信息和丰富的用户交互体验，为市民出行提供实时、
适当的交通信息。●“ 智慧国2015”规划制定了四大战略目标，除了加大信息基础设
施建设及培养信息通信人才外，重点就在于发展具有全球竞争力
的信息通信产业，以及运用成熟及创新的信息通信技术引领主要
经济领域、政府及社会转型。1.3 中国智慧城市规划与建设情况
如图1-1所示，中国智慧城市的建设始于1995年，当时以地理信息系统GIS为核心进行数字化城市建设，可称为1.0时代：数字城市。其主要特点是地理信息的数字化，应用范围只限于一些专业机构，服务对象有限。随着互联网、宽带及无线技术的发展，智慧城市的建设从2005年开始进入2.0时代：互联城市或无线城市。其主要特点是全方位的信息化和互联化，应用范围扩大到几乎所有的行业，服务对象则涵盖政府、企业、居民等各个方面，但各类应用相对贫乏，数据孤岛现象仍大量存在。图1-1 中国智慧城市建设
随着2009～2011年智慧地球的提出，中国智慧城市的建设开始进入3.0时代：感知智慧城市，其主要特点是物联网技术开始大量应用于前端的感知与数据采集，3G或WiFi技术用于数据的传输，云计算和大数据技术用于后端的数据存储、处理与挖掘，应用范围和服务对象比2.0时代更为广泛和深入。“十二五”以来，我国将智慧城市视作国家推进战略性新兴产业和城市信息化进程中的前沿理念和探索实践。2013年1月29日，由住房城乡建设部组织召开的智慧城市试点创建工作会议公布首批国家智慧城市试点共90个，其中地级市37个，区（县）50个，镇3个，住房城乡建设部与第一批试点城市代表及其上级人民政府签订了共同推进智慧城市创建协议。住房城乡建设部在2013年5月发出通知，为进一步推动国家智慧城市试点工作，住房城乡建设部决定开展2013年试点申报工作。通知要求，各省级住房城乡建设主管部门要按照《国家智慧城市试点暂行管理办法》和《住房城乡建设部办公厅关于做好国家智慧城市试点工作的通知》要求，做好试点城市申报的组织和推荐工作。各省级住房城乡建设主管部门要组织专家做好材料审查、实地考察和初评工作，编写书面评审报告，2013年6月底前完成初审工作。住房城乡建设部组织国家智慧城市专家委员会专家组审查申报材料，听取省级住房城乡建设主管部门初审情况汇报，对申报试点的城市进行综合评审。1.3.1 中国智慧城市建设的3种模式
智慧城市是以全面信息基础设施和平台为基础，由政府投资拉动和居民需求结合驱动的多层次综合应用体系。作为将先进技术全面融入到城市精细化管理中的有效手段，智慧城市本身就是一个涵盖了新一代信息技术各个领域的综合应用体系。“智慧城市”的建设分为前期基础设施建设、中期数据处理设施建设和后期的服务平台建设，相关的建设涉及通信设备制造企业、系统集成企业、数据采集分析企业、通信运营商和数据服务企业，对整个产业链将起到巨大的拉动作用。中国智慧城市建设的三种模式为：1．以物联网产业发展为驱动的建设模式
重点发展物联网相关产业，出台物联网产业扶持政策，大规模建设物联网产业聚集园区，吸收、培养科研人才，扶持一批重点企业，形成一批示范项目，按照先培育产业发展，再拉动社会应用的模式来进行智慧城市的建设。代表城市有：天津、广州、杭州、无锡、成都等。2．以信息基础设施建设为先导的建设模式
大力建设城市信息基础设施，铺设光纤骨干网，实现有线网络入户、无线网络覆盖公共区域，增加网络带宽，提高网络覆盖率，推进三网融合，大规模部署无线信息设备，以建成无论何时何地都可以互联互通的城市信息网络。代表城市有：上海、南京、福州、大连等。3．以社会服务与管理应用为突破口的建设模式
重点建设一批社会应用示范项目，在公共安全、城市交通、生态环境、物流供应链、城市管理等领域开展一大批示范应用工程，建设一批示范应用基地，重点突破、以点带面、逐步深入地进行智慧城市的建设。代表城市有：北京、宁波、武汉、沈阳、石家庄等。
从智慧城市产业链投资策略的角度，国内智慧城市建设主要有三种模式：政府主导推进模式、运营商推进模式、IT厂商推进模式。● 政府主导模式：特点是成立由政府主要领导牵头，包括各职能部
门领导在内的工作组，全面统筹各职能条线信息系统建设，目前
主要有宁波、连云港、常熟等；● 运营商推动模式：是目前最常见的模式。运营商提供了城市基础
的有线和无线通信基础设施，具备海量数据分析处理的经验，并
有和大型IT厂商长期的合作关系。● IT厂商推动模式：目前参与者主要有IBM、神州数码、云升科技、
浙大网新等，其中IBM是智慧城市概念的创造者，在早期和超过
100家政府有过接触或战略合作协议，但受限于“国家信息安
全”，主要在建设咨询方面提供服务。1.3.2 几个典型智慧城市的规划和建设情况
以下列举了国内8个典型智慧城市的规划和建设情况。1．智慧北京
2012年3月，北京市政府发布《智慧北京行动纲要》，编制了《智慧北京重点工作任务分工》和《智慧北京关键指标责任表》。“智慧北京”顶层设计工作分市、区（县）、部门和行业三个层次开展。市、区县两级信息化主管部门在北京市信息化专家咨询委员会指导下统筹本级各部门开展顶层设计。北京市智慧城市建设为应用导向型，以解决城市发展的迫切需求和人民生活水平的提高为重点，关注企业、市民、政府的智能化应用，通过应用带动产业发展。通过城市智能运行行动计划、市民数字生活行动计划、企业网络运营行动计划和政府整合服务行动计划等四大计划，推进智慧应用的发展。
通过信息基础设施提升行动计划、智慧共用平台建设行动计划、应用与产业对接行动计划、发展环境创新行动计划等四大计划，推进智慧城市的发展。其中，基础设施方面，10兆无线宽带覆盖城乡；家庭高速光纤入户达到100兆，高端功能区和重点企业达到10千兆；形成统一的政务物联数据专网；建成高端数据中心。平台建设方面，统筹建设智能政务支撑平台、企业信息化公共平台、电子商务公共平台、社会应用公共平台和6～8个政务云数据中心。产业方面，实现6800亿软件与信息服务业；1万亿电子商务交易额；500亿云计算产业，10亿元的企业超过50家，10家企业进入世界一流企业行列。2．智慧上海
上海在20世纪90年代初提出了建设“信息港”的战略目标。2011年9月上海市发布《上海市推进智慧城市建设2011-2013年行动计划》，全面启动智慧城市建设。在2013年基本完成智慧城市建设三年行动计划提出的信息基础设施建设各项目标进度。在国内率先开展大规模的光纤到户建设和改造、率先推进公共场所无线局域网（WLAN）覆盖、率先开展信息基础设施的集约化建设、率先开展信息基础设施专业规划编制、率先开展三网融合试点。目前光纤到户覆盖能力、用户规模以及WLAN覆盖密度和规模均为国内城市第一、城域网出口带宽国内第一、高清电视和高清IPTV用户全国第一、三网融合试点业务用户规模全国第一。以推进智能城管、数字惠民、电子政务、电子商务、融合强业等五大行动为重点，推动信息技术在城市管理、公共服务、经济发展、市民生活等领域的广泛运用，强化对经济社会各领域运行和发展的支撑作用。3．智慧广州
2011年12月，广州市提出新型城市化发展战略，提出了低碳经济、智慧城市、幸福生活三位一体的新型城市发展理念，确定了建设人民满意理想城市的发展目标。以六条原则诠释新型城市化发展基本内涵：以人为本、创新驱动、协调发展、国际视野、低碳社会、岭南特色。广州在智慧城市上做了不少实践：● 信息化基础设施国内领先，是中国大陆三大电信枢纽和国际出
口、三大互联网交换中心和国际出口。截至2012年底，互联网
国际出口带宽占全国比率达到58％，互联网普及率为72.9％，光
纤到楼普及率为95％，家庭宽带普及率超过88.2％，建成WLAN
接入点14549个，TD-LTE基站1768个。● 实施“天云计划”，加快建设广州超级计算中心和电子政务云计
算平台。推进中国电信沙溪云计算中心、中国移动南方基地、中
国联通数据中心、中金华南数据中心和亚洲脉络等一批云计算中
心建设。● 建立“城市大数据信息资源库”，支撑专项工作20个，数据主题
596个，累计交换数据25亿条，接入单位68家。4．智慧深圳
深圳市在2012年2月3日首次提出“智慧城市”理念。深圳正在从科技、人文、生态等三方面构建新时期的智慧城市。● 以信息化打造科技的深圳：2009年8月，深圳市政府与广东电信、
广东移动、广东联通共同举行战略合作协议签约仪式，全力建设“数字深圳”。还提出了创新型城市建设、通信基础设施建设、
TD建设运营、电子政务提升、移动电子商务普及、企业信息化
升级、数字深圳建设、深港合作、深莞惠通信一体化、服务大运
会等十大工程。● 智能交通体现人文的深圳：与上海、北京等城市不同，深圳智能
交通建设存在资源过度分散、信息资源不共享等问题，为此，深
圳交通部门在探索中推出U交通战略，逐步实现U服务（无处不
在的智能交通服务）、U保障（无处不在的智能交通保障）、U体
验（无处不在的交通信息体验）。● 建设低碳时代生态的深圳：2010年1月16日，深圳市政府提出今
后将在规划建设、低碳产业、公共交通、绿色建筑、资源利用等
方面不断改革创新，建设资源节约型、环境友好型的新型城市。
同年，又指出要开展政府部门与电网企业的智能电网试点工作，
在电能计量自动化系统、智慧城市终端通信保障平台和服务平台
等三大领域打造一个全面感知、可靠传递、智能处理的和谐数字
化生态系统。5．智慧杭州
2012年9月，发布《智慧杭州建设总体规划（2012-2015）》，具体分为：● 智慧民生：2010年杭州市推出“手机市民卡（城市通卡）”，此
卡实现了菜场买菜、公交刷卡、租用公共自行车、超市购物、缴
纳停车费等多种付费，同时还可以应用在社区和公司门禁、公司
考勤、食堂点菜、餐饮打折、商场打折等方面。目前手机市民卡
能在300余条公交线路、5000多辆公交车、2000个自行车租用网
点、7条水上巴士、900多个道路停车点、近千家消费商户刷
卡。● 智慧医疗：杭州市针对老人和亚健康人群开发了随身携带远程心
脉终端，该终端能够采集脉率、心电、血压等相关人体生理参数，
通过移动网络实时传输到远程心脉平台，供医生、家属进行监测、
分析和管理，从而拉近了医院和病人间的距离，保障了市民的身
体健康。此外，杭州市民通过手机拨打12580，就可以远程挂号，
同时自动预诊。● 智慧旅游：该平台面向杭州每年上千万的国内外游客提供吃、住、
游、行、娱、新闻等8大板块内容服务。国内外游客只需要通过
手机扫描景区二维码就可登录“旅游在线”的WAP网站，获得
包括支持音频、视频和图片的旅游信息以及电子地图信息，平台
提供四种语言供国际游客选择。6月份，杭州西湖申遗成功，该
平台的上线为越来越多去杭州旅游的旅客提供了极大便利。6．智慧宁波
2010年9月，宁波在国内率先提出智慧城市发展战略，编制完成了《宁波市加快创建智慧城市行动纲要（2011-2015）》。还成立了智慧城市规划标准发展研究院和智慧城市建设专家咨询委员会。2011年，宁波市范围内共确定了61个智慧应用体系示范工程项目，坚持试点先行，示范带动，项目建设效益明显。成功举办首届中国（宁波）智慧城市技术与应用产品博览会，签署16个总投资金额共约65亿元的智慧城市合作项目。2012年，宁波斥资逾50亿元，推进信息网络基础工程、政府云计算中心、基础信息共享工程、智慧应用工程等30个智慧城市建设重大项目及19个智慧产业重大项目建设。7．智慧南京
2006年，南京提出“发展智慧产业、构建智慧城市”的构想。如今南京正朝着现代化国际性人文绿都的既定战略目标迈进。南京以“智慧城市”战略为导向、谋划和推进产业发展和城市转型。在四大领域实践智慧南京：● 智慧的基础设施建设：包括智能交通、城市规划、城市安全、水
资源管理、城市指挥中心，无线南京和政务数据中心领域。● 智慧的产业建设：包括智慧电网产业基地、智慧园区建设、物流
行业整合，以及各种公共服务平台等领域。● 智慧的政府建设：包括城市综合管理系统、电子政务，以及卫生、
医疗、社保等有关民生的重点应用开发与实施。● 智慧的人文建设：涉及在南京市智慧城市展示中心、智慧南京研
究院、旅游体验改善以及本地人才积极培养等方面的工作。8．智慧武汉
武汉市2010年提出建设智慧城市的战略构想，在全国第一个提出了建设智慧城市的发展战略，并参与国家863智慧城市项目，成为科技部首批两家智慧城市试点城市之一。武汉市成立了智慧城市建设领导小组，分别由武汉市科技局和武汉市信息产业办负责智慧城市的顶层设计和建设实施。主要任务和建设内容为：● 构建基于“中国云”的智慧城市基础设施及智能处理基础平台。● 创建智慧城市决策展示系统，打造服务民生工程的用户体验系
统。● 建设智能交通、城市基础设施、公共应急决策、能源与资源管理
等4个示范应用工程。● 突破智能感知、时空协同、泛在互联、数据活化、安全可信和服
务发布等6大关键技术。● 培育具有核心竞争力的创新型企业，构建智慧产业体系，带动物
联网产业链、智慧软件产业和制造业发展，发挥光通信器件、光
纤传感技术、系统和网络技术、海量存储以及空间信息等方面的
技术优势和光通信产业、激光产业等相关产业优势，做强智慧产
业。1.3.3 中国智慧城市的前景“十二五”期间城镇化是内需增长的最大动力。预计“十二五”期间城镇人口将提高至51.5％，“不完全城镇人口”将转化为“完全城镇人口”。过去信息化与工业化的深度融合增加了供给，现在信息化将与城镇化深度融合则有望创造供给。“智慧城市”是信息化与城镇化结合的最佳模式。建设好智慧城市是一项关系到我国国民经济转型、改变发展模式和做创新型国家的最重要的战略之一，也是扩大国民经济内需的最重要的拉动力量。住房城乡建设部日前下发《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》，智慧城市未来有望成为考核政府政绩的重要指标。此前智慧城市建设均由各地政府自主开展，目前从国家部委层面进行全国统一布局规划，并对资金筹措渠道和结果评比有明确列示，各地投入动力充足。
全国开建智慧城市的前期网络和数据平台等基础设施建设投资规模将超过5千亿元人民币：● 上海、北京、杭州等大型城市的投资规模在150亿元到200亿
元。● 山东、浙江、江苏、湖北等5个省份的“智能城市群”投资规模
分别达到500亿元。● 洛阳、驻马店、荆州等33个中等城市的建设投资将达到20亿元
到30亿元之间。● 浙江慈溪等部分中小城市的建设投资在2000万元到5000万元不
等。
我们估计十二五期间将有600至800个城市建设智慧城市，加上后期各种数据中心、分析设备和服务设备的投资，预计总规模将达2万亿元人民币，料可带来新一轮产业机会。1.4 智慧城市建设内容
从各城市的智慧城市建设内容来看，一方面是加强城市基础通信网络建设，提高通信网络带宽及覆盖率；另一方面是在一个云计算平台之上提供智慧应用服务，如智慧的公共服务、智慧的社会管理、智慧交通、智慧医疗、智慧物流、智慧安居等。
智慧城市的建设是长期、逐步推进的过程。通信体系以及云计算平台的进一步完善是基础，应用服务能促进城市管理效率、能明显改善居民生活质量、能促进企业经营效率，这三方面的项目将先期推进。我们认为智慧城市的建设重点在于：● 通信层：有线方面将继续加快城市光纤宽带网建设，实现城镇化
地区全覆盖，继续提升网络基础设施能级，无线方面将通过
3G、城市Wifi以及4G（LTE）三方面的进一步投入，构建起多层
次、广覆盖、多热点的城市无线宽带网络。● 感知层：高清摄像头将进一步得到普及、将建立更完整的高精度
城市地理位置信息系统。● 数据层：在系统规划现有云计算中心计算能力的基础上，各政府
职能部门数据在一个云平台上的整合、共享、挖掘和分析将成为
重点。● 应用层：智慧城管、电子政务、智慧医疗、智能交通、平安城市、
食品安全、环境监测、智慧社区、智慧校园、智慧旅游、智慧物
流、智慧企业等将持续获得较高投入。● 安全层：基于云的安全和基于终端的安全将是重点建设方向。1.5 建设智慧城市的重要意义
一个城市的生态主要由资源环境、基础设施、经济产业、市政管理、社会民生五大功能系统组成，近20年来，在城市快速发展的过程中，五大功能系统也面临前所未有的挑战（如图1-2和表1-1）。进一步推进城镇化迫切需要提高城市建设和管理的科学水平。图1-2 城市生态系统表1-1 城市五大功能系统所面临的挑战挑战现象城市基础建设有待完善城市交通普遍拥堵严重市政治理效能有待提升政务效率有待提高，居民办事费时费力社保、卫生、教育等民生基础服务矛盾突市民生活质量有待提高出产业结构有待优化，传统资源密集型、劳产业经济有待发展动密集型企业有待转型资源环境有待改善环境污染、能源消耗的可持续性发展
提高城市建设和管理的效率，是事关国家稳定、居民幸福的迫切需求，而智慧城市是在科学的城市发展理论指导下，综合运用新一代信息技术的城市建设理念，是解决当前城市运行问题的有效方式。智慧城市将通过建设宽带多媒体信息网络、云计算等基础设施平台，在一个统一的云平台上整合城市信息资源、为市民提供无处不在的公共服务，为政府公共管理（市政监控、智能交通、电子医疗、智慧旅游、城市安全等层面需求）提供高效而有竞争力的手段，为企业提升工作效率，增强产业能力，最终使城市在信息化时代的竞争中立于不败之地。1.6 运营商和智慧城市建设
截至2012年6月底，三大运营商已在全国320多个城市和当地政府合作建设智慧城市。1．中国移动● 中国移动的智慧城市建设以“无线城市”为突破口。● 中国移动是国内最早启动无线城市建设的运营商之一。● 早在2008年，中国移动与厦门市政府宣布合作建设无线厦门。● 2010年10月，中国移动宣布加快铺建步伐，在全国范围内启动
无线城市战略。● 截至2012年10月，中国移动无线城市已覆盖全国30个省，共有
336个城市的无线城市已上线推广。中国移动无线城市累计独立
使用用户数达6500万，应用1.6万余个，覆盖公共事业、交通、
教育、旅游、医疗等10大领域。2．中国电信● 中国电信把握住用户对更高速率、更大带宽的需求，提出了“光
网城市”发展战略。● 2011年2月16日，中国电信正式启动了“宽带中国-光网城市”的
工程。中国电信计划在3～5年内，使宽带用户的接入带宽在目
前2～4M的基础上，跃升10倍以上。● 截止到2012年8月，中国电信与25个省和150多个城市签订了智
慧城市的合作协议。● 中国电信强调的是有线和无线的无缝衔接，全面覆盖的通信网
络，实现高速无缝宽带网络。基于上述理念，中国电信推出智慧
云海，为智慧城市提供一个整体的解决方案。在智慧云海的应用
当中，中国电信在智慧政府、智慧民生、智慧企业三大领域推出
36项智慧应用，大力推广15个主题，积极推进各行各业的信息
化应用。3．中国联通● 2012年9月4日，中国联通在北京发布了“智慧城市”战略。根
据联通的计划，它将以城市光网络、WCDMA无线网络、WLAN
三大网络为基础，并以九大数据基地为依托来构建其智慧城市，
构建“共建、汇聚、开放”的发展模式，推进智慧城市发展。●“ 智慧城市”战略以应用为突破口，集中于三大领域、八大行
业。其中三大领域包括移动办公、物联网和电子商务；八大行业
包括智慧政务、智慧金融、智慧交通、智能医疗、智慧安全、智
慧能源、智慧文教和智慧物流。● 自2008年以来，共建设城市光缆约98万公里，打造了覆盖全国
乡镇及以上城市的WCDMA无线网络，部署并开工建设了9大云
计算数据中心基地。截止2012年8月，中国联通共与23个省118
个城市签约了智慧城市类项目。1.7 智慧城市实例
在常熟市人民政府和经信委的领导下，云升科技联合中国移动等多家企业，在常熟市实施智慧常熟项目。整个智慧常熟系统包括3个大部分，分别是：4G网络建设、无线城市门户建设和一个统一信息平台。在统一信息平台上，智慧常熟将构建智慧政务、智慧旅游、市民卡、智慧环境等20多个应用系统。具体如表1-2所示：表1-2 智慧常熟系统序号项目名称备注 一WLAN 4G网络建设 二无线城市门户建设统一信息平台（市民综序号1～23是基于该平台的各个智三合服务平台，含手机慧系统端）1市民卡公交、景区、商场等一卡通系统通过触摸屏、二维码、手机等多个方式，集成旅游资源、旅游经济、2智慧旅游旅游活动、旅游者等各方面信息，开展网上预定、手机导航、手机导游等服务3电子政务电子政务升级 4智慧教育 5智慧环境6智慧社区社区信息化7智慧医疗区域卫生信息平台8智慧企业服装电子商务平台 9智慧交通 10智能停车诱导系统 11智慧城管 12农村信息化 13社会保障信息化 14肉类产品流通追溯平台15“两化融合”工程两化：信息化，工业化 16电子信息产业发展 17智慧口岸 18智慧平安工程 19数据交换共享中心 20数据安全中心 21“智慧常熟”体验中心公共应急事件指挥总枢 22纽 23智慧农业
在湖州市人民政府和经信委的领导下，中电52所、云升科技等多家公司在浙江省湖州市实施智慧湖州系统，包括智慧政务创新等在内的多个系统正在实施中。第2章大数据分析智慧城市在一个统一的云平台上集成了城市管理和服务相关的各个系统，这些系统在云平台上聚集了海量的数据。针对这海量数据的分析就是大数据分析。基于大数据分析技术，智慧城市系统从海量堆积的交互数据中发现带有趋势性、前瞻性的信息，为城市管理者带来巨大的价值。与传统数据分析相比，大数据分析和应用对于数据来源、处理技术、基础资源等多方面内容提出了新的要求。下面我们来看看什么是大数据分析。2.1 什么是大数据和大数据分析
有些人说，大数据是个现象，是数据库的另一个形态，它没有否定或颠覆之前的数据库形态，它和以前的数据库不是完全脱节的，是对数据库的延伸。这或许有点道理。维基百科对大数据的解释是：大数据是指无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。
简单来说，大数据分析是指对大量结构化和非结构化的数据进行分析处理，从中获得新的价值，具有数据量大、数据类型多、处理要求快等特点，需要用到大量的存储设备和计算资源。与传统数据分析相比，用于大数据分析的数据集合主要有3点区别：首先，传统模式多通过采样方式获得部分数据用于分析，大数据可以对收集到的所有海量数据进行分析，分析用的数据源由采样数据扩展至全部数据；其次，分析用的数据源从传统单一领域的数据扩展到跨领域数据，大数据可以将不同领域的数据组合后进行分析；再次，传统数据分析更关注数据源与分析结果间的因果关系，大数据分析时数据源与分析结果间不再只是因果关系，基于有相关关系的数据源同样可以分析预测出正确的结果。
大数据分析给传统数据分析和处理技术带来了很多挑战。云计算和开源技术的发展推动大数据落地，分布式存储、非关系型数据库和并行处理技术逐渐成为大数据应用实施过程中的关键技术。开源Hadoop为大数据提供了各个层面的技术支持，是目前应用最广、关注度最高的大数据项目。Hadoop几乎成为大数据处理的事实标准：● 高度可扩展性：支持4000个节点，10P以上数据。● 数据高度可靠：数据具有多个副本，保证数据可靠性。● 系统高可用性：通过多个元数据服务器实时同步，实现系统高可
用性。● 自动并行处理：支持MapReduce并行计算框架，计算任务调度
到数据所在节点，减少网络开销，提高性能。● 灵活易管理：节点可以灵活加入和退出。2.2 大数据特征
全球数据发展进入大数据时代，呈现海量化、多样性和快增长特征。它有下面三个特征（3V）：● Volume：数量大，比如：Twitter的1.75亿用户每天创建9500万条
微博，Facebook每天在30万台服务器上处理25Tb数据，
YouTube每天上传168Tb视频，孟非有3000万新浪粉丝，移动通
信每天产生数亿数据，环境监测设备每天采集上亿环境数据。● Velocity：时效性要求高，数据被创建和移动的速度快。● Variety：种类和来源多样化，包括结构化/半结构化/非结构化，
关系数据库/数据仓库/互联网网页等数据类型。1．数据量大
随着互联网/移动互联网、数码设备、物联网/传感器等技术的发展，一个城市的数据生产在高速增长。信息成为战略资产，市场竞争和政策管制要求越来越多的数据被长期保存。政府和企业也越来越需要长期保存各类数据，以进行用户行为分析、市场研究，信息服务企业更是需要积累越来越多的信息资源。还有，信息处理技术的发展使得很多数据的价值能够被更好地挖掘和利用，这包括自然语言处理、语音识别、图像处理技术等。根据IDC研究报告，未来10年全球数据量将以40％多的速度增长，2020年全球数据量将达到35ZB（35,000,000PB），为2009年（0.8ZB）的44倍。每过1分钟，全世界有1820TB的新数据产生。业界对于大数据量的常见处理方法是采用Hadoop技术。2．实时性要求高
比如，2011年3月11日日本大地震发生后仅9分钟，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）就发布了详细的海啸预警。位于美国新泽西州的NOAA数据中心存储着超过20Pb（1024Tb）的数据，是美国政府最大的数据库之一。为了在更短时间内分析出准确的海啸活动趋势，NOAA一直在努力提升其对大数据进行处理的能力，更高的实时性就意味着挽救更多的生命。再比如，云升科技的智慧环境系统能够在几秒之内对实时采集的环境数据进行分析和报警。3．非结构化数据逐渐成为主流
智慧城市系统上的海量数据来源广泛，类型多样。在互联网普及以前，数据主要由单独的应用系统进行采集和存储，数据内容主要是结构化的交易数据和财务等内部数据，可以通过二维逻辑表格在数据库中进行存储。随着互联网、物联网和云计算的发展，数据来源开始广泛，可以来自社交网站、微博、电子邮件、门户网站、传感器装置等；数据类型变得丰富，可以是文档、图片、视频、音频、日志、链接等，这些数据类型大多不方便用数据库二维逻辑表来存储，属于非结构化数据。由IDC提出并被业界广泛认同的观点是，目前全球80％以上的数据是非结构化和半结构化的数据，且相比结构化数据，非结构化和半结构化数据数量正在以更快的速度增长。10年间，在非结构化数据占比加大的同时，业界对非结构化数据的重视极度上升，超越结构化数据。涉及的主要关键技术为：● 自然语言理解，文本分词、语义分析，情感分析，大规模计算技
术。● 非结构化数据索引技术，如：搜索引擎倒排索引技术。● 多媒体处理，包括图像识别，语音识别，多媒体索引等技术。● 非结构化数据管理平台，如：云升科技的云平台。
在智慧城市系统上，正是因为海量数据的出现和数据结构的改变，所以对数据管理及分析带来挑战。传统数据仓库无法有效存储日益增长的海量数据，无法线性扩容，这加大了管理难度，增加了成本，造成了效率的下降。还有，传统数据仓库无法有效处理新型的业务数据，不能对非结构化内容和大容量信息进行有效分析。总之，大数据分析是智慧城市系统必不可少的功能。2.3 大数据分析服务
以互联网领域为主的企业首先尝试了大数据分析服务。他们基于用户行为进行大数据分析，为公众和客户提供定向广告推介等大数据服务。Facebook、谷歌、苹果等企业均基于用户行为提供了定向广告推介服务。谷歌基于用户搜索行为对用户行为数据进行分析，开展了多项大数据应用，包括定向广告、谷歌趋势、谷歌分析等，谷歌推出的行为定向广告，是根据用户的搜索记录和网页浏览历史定向投放广告，以便更好地瞄准目标用户，提高广告投放效率。基于对海量用户搜索行为数据的分析，谷歌还相继推出谷歌分析、谷歌趋势、谷歌流感趋势等多项大数据应用，为公众提供整理过的用户搜索和网页浏览数据，供公众在分析事件时使用。另一个例子是美国电信运营商Sprint公司。对于电信运营商而言，定位应用十分有潜力。基于用户位置数据进行大数据分析并为广告商提供定向广告投放服务，是Sprint业务发展的一个方向。
下面我们再看一个Facebook的自助式广告下单服务系统的例子，来看看社交网站是如何实现大数据分析服务。Facebook的广告收入特别是移动广告收入，保持较好的发展态势。与谷歌传统的关键词广告搜索方式不同，Facebook基于后台强大的大数据分析系统分析出的用户基本属性、行为习惯和兴趣向用户定向投放广告，并为广告商提供了基于数据挖掘的自助式广告下单服务系统。Facebook自助式广告下单服务系统首先会引导广告商自定义设置受众用户的参数，主要包括受众年龄、性别等基本属性，受众设定的粉丝页，受众的兴趣爱好和关注点等。Facebook会根据广告商设定的受众条件，运算出目标受众群。随后Facebook会根据广告商提交的广告活动的总预算和每天的预算额，给出定向广告的投放建议。Facebook自助式广告下单服务系统为缺乏广告代理公司的中小企业客户提供了自己制定广告预算和受众群体的工具，优势非常明显，其细致的指标参数选择为广告商带来专业、精准的投放体验，提升了广告商经营效率，节省了广告经营开支。
亚马逊、谷歌、微软等企业为公众和企业提供了在线大数据分析和处理工具。至今，亚马逊云服务AWS发布的大数据工具已有多款，包括在线分析引擎Elastic MapReduce、非关系型数据库DyamoDB和在线数据仓库RedShift。2012年5月，谷歌宣布基于其Dremel平台面向公众发布BigQuery大数据分析引擎服务，用户可以上传高达70TB的超大量数据至谷歌云平台，并通过BigQuery直接进行交互式分析。微软的Azure平台和Windows Server均支持基于Hadoop的大数据操作。2.4 大数据分析的价值
大数据分析应用能够带来巨大的经济价值和社会价值。对于产业发展而言，大数据可以实现应用创新、降低行业内的生产成本并创造新的产业价值。咨询机构麦肯锡（McKinsey）于2012年发布的《大数据：创新、竞争和生产力的下一个领域》文章上表明，基于个人位置数据进行的大数据分析服务每年产生的价值高达7000亿美元，其中通信服务商获得的营收约占1000亿美元，节省的能源费用、降低的物流成本以及当地目标商户的服务收入等约能实现6000亿美元的价值。在零售业、制造业、医疗和公共部门，使用大数据同样可以加快产业规模的增长速度，降低生产运营成本。对于企业而言，采用大数据可以提升企业的竞争力，改善企业的营销规划、客户定位、产品创新、工作流程优化、人力资源管理、物理管理和风险控制等多方面的能力。当前，信息技术、计算机和电子产品、制造业、零售业、能源等众多领域的企业越来越多地基于大数据分析和应用结果进行决策，采用大数据分析的企业可以获得更高的收入和利润。麦肯锡报告数据显示，在零售和金融行业，大数据应用领先企业相比其他竞争者，收入和利润的增速均有不同幅度的增加。
大数据分析应用推动社会进一步发展。各国政府大数据发展行动使得政府和公共机构的数据更加开放和透明。数据开放是推动大数据分析和挖掘大数据价值的重要前提。美、英、德、法、新加坡等众多国家政府机构推出了公共数据库开放网站，其中美国数据开放网站Data.gov目前已有超过37万个数据集、1209个数据工具、309个网页应用和137个移动应用，数据源来自171个机构。英国数据开放网站Data.gov.uk目前存储了9300多个数据集。新加坡数据开放网站Data.gov.sg上共有60多个机构上传的8200多个数据集。同时，大数据在交通、医疗、天气预测等民生领域的创新应用使得社会信息化水平进一步提高，保障了广大民众生活的便利性和安全性。例如2012年英国伦敦奥运会期间，为了能够更好地对城市在比赛期间的天气、人流、交通等状况进行预判和控制，伦敦主办方投入了大量资金对GPS信号、社交网络等多个来源的多类型数据进行大数据分析，成功保障了比赛的顺利开展。又如谷歌流感趋势服务使用了汇总的谷歌搜索数据对流感疫情进行预测，同时具备预测准确和反应迅速的优势，相比疾病控制和预防机构，基于大量搜索数据分析而得的谷歌流感预报可以提前1周至10天及时得出同样的结论，这段时间使得医疗机构能够更早做好准备，从而能够更好地控制病情传播、拯救患者生命和保护社会资源。
大数据研究实验显示出惊人的预测能力，未来大数据预测技术将会对人们的决策过程和生活产生深远影响。比如，微软纽约研究院的大卫·罗斯柴尔德（David Rothschild）通过建立大数据分析模型，基于大量的网络数据进行分析，成功预测了2012年美国总统大选51个选区中的50个选区的选举结果，准确率高达98％。又于2013年初准确预测了第85届奥斯卡24个奖项中除最佳导演奖项外的所有获奖名单，预测准确率达到95.8％。大卫数次利用大数据技术进行准确预测的事实，凸显出正确的大数据分析模型对于准确预测事件发展趋势具有重大价值，人们可以基于大数据分析更好地进行科学决策和事前准备，未来大数据分析和预测技术将会被更广泛地应用到日常生活中，深刻变革人们的生活。2.5 大数据分析的难点
大数据的海量化、多样性、快增长特征，向传统数据分析和处理技术提出了更高的要求。传统数据分析处理中，数据采集源相对单一，数据量相对较小，且基本为结构化数据，对于数据分析处理的时效性要求不是很高，大多数情况下采用关系型数据库和并行数据仓库技术即可完成要求。大数据环境下，需要分析的数据来源广泛、类型丰富、数据量大，文档、图片等非结构化数据在分析数据中的占比不断提升，一些处理场景对于时效性要求极高。大数据应用分析结果需要经过数据采集、预处理、存储、分析和挖掘等多个环节才能最终呈现出来，如图2-1所示。图2-1 大数据的处理环节
大数据采集主要面临数据来源广泛、数据类型多样、数据量大等挑战。企业和机构采集数据首先需要明确所需的数据内容，并制定好数据分类存储规则，以便更有效地采集数据。按照数据所有者划分，企业数据采集源可以分成3类：一类是企业和机构的内部数据，如系统日志、生产经营数据等；一类是合作机构的内部数据，可以通过设定好企业与合作机构的系统接口进行采集；还有一类是大量的网络公开数据，可以通过网络爬虫或者网站公开的应用开发接口（API）将所需信息从网页中采集出来。由于数据快速产生，大数据应用对于数据采集速度也有更高的要求，目前一些互联网企业和开源社区开发的海量数据采集工具，如社交网站Facebook的日志采集工具Scribe、职业社交网站LinkedIn的分布式消息系统工具Kafka、国内电商淘宝的实时数据传输平台TimeTunnel、面向分布式计算和存储系统Hadoop等的日志采集工具Chukwa和Flume等，均已经能够满足每秒数百MB的日志数据采集和传输需求。一些高科技公司提供了数据采集中心。比如：云升科技的云采集中心（如图2-2），可以采集所有环境数据、公安数据、微博数据等各行业数据，将不同行业数据源和云平台数据中心有机地关联起来。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]