基于該研究者從事智慧城市的相關研究，以智慧城市信息系統架構為研究對象，該文首先分析智慧城市的概念和關鍵能力，提出由物聯網和云計算等技術支撐的智慧城市信息系統的總體框架，進而探討智慧城市信息系統的網絡拓撲，最后就建設智慧城市給出技術發展和政策環境等方面的建議。

1 城市信息化的發展趨勢

信息化時代瞬息萬變，移動互聯網、物聯網、云計算技術方興未艾，其增長速度超出人們的想象。互聯網應用從只能讀取內容的Web 1.0時代發展到人們可以參與共享內容的Web 2.0時代，再到現在已悄然邁進的智能化的Web 3.0時代;管理信息化應用從關注組織內部事務處理到關注組織內部工作流程，又在向組織內外協同處理的訴求發展。人們的信息化生活、生產活動逐漸從封閉、單一走向開放、智能，正邁向協同處理、信息智能的時代。城市作為人們生活和生產的載體，將無可避免地與信息產業技術發展趨勢相結合，從而衍生出具備智能的城市級信息系統。智慧城市信息系統作為信息產業新技術融合的產物，將控制和協同城市居民的生活和生產活動，使之更加便捷、高效、安全、和諧。

可以將城市比作一個有機的生物體，而將其信息系統比作生物體的神經系統。高等生物的神經末梢感受體內、體外環境的信息，通過周圍神經傳遞到中樞神經進行整合加工，再經周圍神經控制、協調生物體內部各系統的功能以及生物體和外部環境的平衡。物聯網感知和控制終端是智慧城市的神經末梢，寬帶通信基礎網絡構成周圍神經系統，而云計算數據中心作為城市智慧的大腦，三者共同構成智慧城市信息系統，以協調城市這個龐大的生物體各系統的運轉，以及城市和自然環境的平衡。城市將愈發依賴于這種高度互聯、高度協同的智慧信息系統。

2 智慧城市的概念和關鍵能力

智慧城市是以智慧技術、智慧產業、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活為特征的城市發展新模式，是信息化向更高階段發展的表現，具有以更強的集中智慧發現問題、解決問題的能力，因而具有更強的創新發展能力。我們認為，智慧城市是物聯網行業應用的綜合性集成，并通過感知數據的統一集中管理、海量信息的智能化處理，形成面向城市管理、控制與服務的應用模式。其建設和發展目標是圍繞城市的可持續發展，提供全面感知的、有效控制的高效管理和優良服務。

智慧城市應具備以下三個信息化關鍵能力：

(1)信息的全面感知能力

城市中布有大量的感知終端，通過傳感器網絡，在運行、服務中捕獲到人們生活、生產以及城市環境的多種信息元數據。

(2)海量的數據處理能力

具備海量的跨部門、跨行業異構數據的存儲能力，能夠對海量異構數據進行高效分析、計算和處理的能力，并且能夠構建基于數據分析和知識管理的智能應用能力。

(3)智能的管理服務能力

在形成支撐智慧城市的行業智能應用的基礎上，建立面向服務的智慧城市綜合應用的統一公共管理平臺，為居民生活和各行業生產提供普適的、智能的應用與服務。

3 物聯網和云計算技術

智慧城市信息系統是一個面向城市管理、控制與服務的體系，它統一集中各行業數據與信息資源，為跨部門、跨行業建立協同處理和智能控制平臺(見圖1)。

對智慧城市關鍵能力的分析可以看到，物聯網和云計算能夠為構建智慧城市信息系統提供技術支撐，它們在寬帶通信基礎網絡的支撐下構成智慧城市信息系統的信息感知端和信息處理端。一方面，物聯網滲透入各行業，提供全面的城市感知和控制網絡。另一方面，云計算數據中心提供面向各個物聯網行業應用的集成，面向用戶和終端提供整體的智慧城市應用服務平臺。兩者之間由普遍覆蓋的寬帶通信網絡在平臺與終端之間提供網絡環境支撐。云計算構架在寬帶通信網之上，物聯網將主要依賴寬帶通信網來實現有效延伸，通過云計算模式可以支撐具有業務一致性的物聯網集約運營。

3.1 物聯網技術在智慧城市中的應用

物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡衍生，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知、識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。物聯網的網絡架構可以分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層對物理世界感知、識別并控制。網絡層實現信息的傳遞。應用層在對信息計算和處理的基礎上實現在各行業的應用。物聯網的關鍵技術包括傳感與RFID融合技術、識別與環境感知技術、物聯網節點及網關技術、物聯網通信與頻管技術、物聯網接入與組網技術、物聯網軟件與算法、物聯網交互與控制、物聯網計算與服務等。

物聯網的應用滲透智慧城市的方方面面，可以為智慧城市信息系統的感知和控制提供全面支持。這些應用概括起來有：(1)工業，如生產過程控制、供應鏈管理、能耗控制等。(2)農業，如農作物精細灌溉、生長環境監測、農產品流通追溯等。(3)商業，如自動販賣機、POS終端等。(4)金融服務，如“金卡工程”、二代身份證等。(5)交通，如交通流量監控、交通信號控制、電子收費、定位導航、車輛狀況診斷等。(6)電力，如智能變電站、智能用電、配電自動化等。(7)醫療衛生，如遠程診斷、醫療廢物監控等。(8)教育，如圖書信息推送、遠程教育等。(9)家居，如門禁、安防、電氣設備遠程控制等。(10)環境，如有害物質監測、氣候環境監測等。

3.2 云計算技術在智慧城市中的應用

社會經濟和信息化大發展，尤其是移動互聯網和物聯網應用的發展，提出了對海量信息的處理與低成本、普適化、智能化應用的需求。云計算因這些需求快速發展，獲得了顯著的商業成功。云計算是一種新的計算方法和商業模式，即通過虛擬化、分布式存儲和并行計算以及寬帶網絡等技術，按照“即插即用”的方式，自助管理計算、存儲等資源能力，形成高效、彈性的公共信息處理資源，使用者通過公眾通信網絡，以按需分配的服務形式，獲得動態可擴展信息處理能力和應用服務。如果從計算效用的角度來看，云計算通過虛擬化技術形成可管理的彈性的資源池，充分提升機群的CPU和存儲的利用率，又通過分布式存儲技術和并行計算技術，充分利用機群并行處理的強大計算能力和快速響應能力，并通過中間件層對上層應用透明。構建智慧城市一體化智能控制服務平臺，需要處理對城市各方面的生活、生產活動以及環境的感知數據，運用統計學、機器學習、專家系統和自動規劃等多種方法，從原始數據中挖掘相關信息，提煉出信息中蘊涵的知識，發現規律，提供智能的城市管理、控制和服務。對海量信息的快速處理和智能挖掘需要巨大的存儲能力和計算能力，云計算的海量數據分布式存儲和并行處理能力為實現人工智能提供了重要的途徑。 　　4 智慧城市信息系統的總體框架

智慧城市的總體框架，包括物聯網感知和控制層、云計算數據中心、數字化平臺、管理中心和應用五個層次。

(1)普遍部署的物聯網感知終端對城市系統和環境進行感知與采集，通過寬帶通信網絡對感知信息進行傳送;(2)在云計算數據中心對信息進行匯聚、提取和處理;(3)在數字化平臺實現行業集成的應用接口整合;(4)通過業務管理平臺實現用戶、業務、數據、安全、認證、授權和計費等管理功能;(5)最后實現各行業的應用服務。另外，標準、法規的完善和全局的統籌規范有利于保障整個信息系統的管理和控制，保證智慧城市的建設和運營，使系統真正具有智能運營、交付和服務能力。

5 智慧城市信息系統的網絡拓撲

智慧城市信息系統是智能的開放的系統，其網絡拓撲以城市數據中心為核心，以物聯網終端為觸角，由內而外分為六層。

(1)城市數據中心包括網絡數據中心、業務數據中心和用戶數據中心，共同構成城市數據系統。各種終端、傳感器和網絡捕獲的多種信息元數據匯集到城市數據中心，利用云計算分布式數據存儲和并行計算技術支撐專家系統、機器學習和自動規劃，對數據進行分析和處理，對網絡、業務、終端提供協同和智能的一致性控制、服務和管理支撐，從而構建城市級的人工智能系統，使管理、控制和服務具有智能的特性。(2)云存儲、云計算和云網絡設備構成的云資源系統為城市信息系統提供云計算的能力，使其具有強大的計算能力與共享服務能力。其中，云交換機和云路由器是一種新型可編程、可虛擬化、自適應和智能調度與資源共享構成的精簡架構，即智能交換機和智能路由器，可以支持各種協議，實現接入普適化和控制智能化。(3)能力引擎系統提供資源和支撐能力的開放使用。其中，數據分析能力基于特定的計算規則，對結構化數據和非結構化數據進行計算處理，以期從海量信息中得到規律性的認識。(4)智能接入網關將傳感器終端接入云中，屏蔽不同傳感器終端的差異，進行不同終端接入的智能適配，實現統一接入。由于各種終端擁有的資源不同且動態變化，需要智能接入網關層進行自動發現識別和智能適配。(5)終端指感知和控制，以及應用服務獲取的末端設備，廣義的包括PC、手機、傳感器、云終端以及各類具有計算與通信能力的設備(如：相機、電視機、播放器、冰箱、空調、洗衣機等)。

6 智慧城市發展建議

智慧城市的建設和發展需要現代信息通信技術支撐，需堅持開放合作與自主創新相結合，突破海量數據處理、智能終端系統、智慧化產業支撐平臺等關鍵技術。

另一方面，也需要依靠政府和行業主管部門制定發展規劃和扶持政策以大力推進智慧城市建設，從而構建良好的產業發展環境和配套措施，建設寬帶、普遍部署的通信基礎網絡。同時，需要推動跨行業聯合制定統一的標準體系研究，實現通信、數據、信息、應用、服務的協同。此外，還需要通過立法和監管，實現數據共享，提高信息管理水平，建立數據的隱私保護和信息安全管理機制。有了以上四個方面的共同保障，才具備打造一流的智慧城市服務環境，匯聚規模化的產業集群，實現規模經濟和現代服務的條件。