1 智慧城市的智慧現狀

1.1  智慧城市的智慧所在

綜合國內外的解釋，可以發現智慧城市必須具備感知、分析和應對3個要素才能實現“智慧”。感知的實現，相當于給城市裝上眼、耳、鼻，使城市能夠通過各種傳感器設備來感知、采集各種數據。分析的實現，相當于給城市裝上大腦，通過數據分析，了解城市現狀、發現城市問題、探尋城市運營機制、預測城市未來、生成問題解決方案。應對的實現，相當于給城市裝上手腳，使城市能夠自主解決城市問題，迅速、靈活、準確地進行調控。這三者缺一不可：感知是先導，分析是核心，應對是智慧城市的理想目標。

1.2  當前的智慧實現情況

感知層面，我國很多城市已經建起了大量設備，并收集到了大量數據，能夠初步實現感知的功能。然而，智慧城市建設中還是廣泛存在“數據孤島”、“信息孤島”等問題。當前感知層面的難點和未來的重點在于數據整合共享。

分析層面，現狀智慧城市中已使用的分析工具數量較少，也不能很好地滿足智慧城市的分析需要，中國的智慧城市建設在智慧分析層面，還處于起步階段。

應對層面，我國的實踐尚處于萌芽階段。應對的實現需要城市達到更高的智慧程度，依賴分析的支撐。而當前城市中還沒有建立起成熟的分析技術體系，應對也就難以實現。

 2 智慧城市的大腦——智慧模型

2.1  智慧模型的類型

智慧模型種類數量眾多。本文從智慧城市的需求出發，按照不同的作用，將其分為5類。5類模型共同作用，可以應用于智慧城市中從問題發掘到問題解決的全過程。

5類智慧模型

（1）城市測度評價模型

通過一系列精煉的指標、圖示或特征類別來反映城市當前的各種狀態。該類模型具體包括協調度分析、多準則評價等多種量化評估方法。運用該類模型可以監測、評估城市運行狀態，從而即時發現城市問題。

（2）城市預測和模擬模型

基于現有發展條件或者特定政策情景來預測或模擬城市未來的改變。可采用時間序列分析、回歸分析等統計分析方法、系統動力學方法和元胞自動機、多主體系統等現代計算方法。運用該類模型在一定程度上可以對城市未來的人口分布、交通分布、公共服務需求量等情況進行預測，輔助發現城市問題，合理制定策略以應對未來變化。

（3）運籌和決策模型

主要用于問題解決方案的生成，包括運籌學、單目標決策、博弈論等多種方法。運用該類模型一方面更加科學，可以更準確地找到相對最優的解決方案；另一方面更加迅速，可以大大加快問題的解決速度和響應速度。

（4）城市改變影響評估模型

主要用于評估不同的城市問題解決方案對經濟、社會、交通、生態、物質空間環境等產生的影響。所采用的方法主要有數理統計法、應用模型法、仿真法等。其評價結果為人們選擇最優問題解決方案提供了科學依據。

（5）城市運作模型

解析城市構成要素之間的相互聯系和相互作用關系以及城市現象的成因，成果表現為反映城市運作機制的數學模型或者規則。該類模型內涵廣泛，包括元胞自動機、重力模型等多種模型。城市運作模型是上述4類模型的基礎，是發現城市問題、合理運籌決策的科學保障。

2.2  智慧模型的作用

上述5類智慧模型不是孤立地發揮作用，而是協調配合著共同解決城市中的問題或提供更智能的城市服務。例如，智慧城市在實時監控過程中，利用測度評價模型發現了某個異常現象或城市問題，馬上從運作模型庫中尋找、匹配可以合理解釋該現象或問題的運作模型，并進行標定，作為后續分析的基礎；然后運用預測模型模擬問題的演化趨勢；通過運籌決策模型生成多個方案，并通過改變影響評估模型對這些方案進行綜合評估，從中挑選出最優方案進行實施；在方案實施過程中，智慧城市還會通過測評模型，監測城市運行狀況，評估問題的解決情況，繼續“發現問題—解決問題”的過程。如此形成一個智慧的循環，保證城市的健康運行。

智慧模型的作用

 3 智慧模型在智慧城市中的應用

3.1  智慧模型與智慧管治

智慧管治是應用移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等現代技術手段構建的統一的城市綜合管理與服務平臺，強調政府、企業和公眾三位一體。

以公共服務設施管理為例，應用智慧模型可以分析現狀公共服務設施的數量、分布和使用情況等數據，測評公共服務可達性、居民滿意度等指標，發現當前公共服務設施存在的問題；通過相關性分析判定公共服務布局與居民滿意度之間的關系；根據分析結果，可以構建起公共服務選址模型、公共服務分配模型，進而構建出確保居民滿意的公共服務設施布局方案。最后政府和市民還可以運用改變影響評估模型來評估這些方案的綜合效益，以此為標準來選擇最優方案。

3.2  智慧模型與智慧產業

智慧產業指新一代信息技術催生的高新技術產業，也指傳統產業的智慧化。智慧模型在智慧產業中，一方面可以幫助政府制定城市產業規劃，一方面可以幫助企業自身制定企業發展規劃。

以產業規劃為例，運用智慧模型，政府可以對城市的產業體系、產業規模、產業空間布局等數據進行分析，測評城市產業發展現狀，挖掘產業發展問題；對城市產業發展的影響因素等進行分析，并總結其影響機制；根據解析的機制，可以預測城市未來的產業發展狀況；綜合預測結果，可以運用模型生成多種產業規劃方案；最后還可以建立指標體系，評估不同方案的綜合效益，挑選出最優的產業規劃方案。產業規劃實施后，政府可以繼續應用模型，對反饋的產業數據進行分析，實現對城市產業的動態監控，實時調整產業規劃。

3.3  智慧模型與智慧交通

智慧交通指的是城市交通系統應用物聯網、大數據分析為代表的多種技術，以期解決交通擁堵、能源消耗、環境污染等問題，實現交通智慧化的過程。智慧模型應用在智慧交通中，一方面可以協助政府科學規劃交通設施，管理交通運行；另一方面還可以為運輸公司和市民提供出行服務，提高其出行品質。

以共享單車投放優化為例，決策者運用智慧模型可以分析共享單車的時空分布數據，通過單車使用率等指標來判斷共享單車在各個停車點的投放數量是否合理；了解居民使用共享單車的行為習慣；預測城市共享單車的適宜投放地點及數量；綜合預測結果，可以生成多種單車投放方案；最后，決策者可以構建指標體系，對這些方案的綜合效益做出評估，選擇最優的單車投放方案。

3.4  智慧模型與智慧基礎設施

智慧基礎設施包括新一代信息網絡設施及經過智能化轉型的城市基礎設施。智慧模型應用在智慧基礎設施中，不僅能夠通過實時的數據分析，發現城市基礎設施運行中的問題，并迅速生成解決方案；還可以幫助人們科學規劃設施布局，全面提升基礎設施的服務質量和運營效率。

以智慧供電為例，管理者應用智慧模型可以分析供電數據，迅速發現問題，實時監管供電設施。具體來說，可以分析城市中電力設施、用電終端的能源生產使用情況，測評設施現狀，發現供電不足或供電浪費等問題；然后分析城市用電量的影響因素和影響機制，預測城市各地區未來用電量情況；根據預測結果，可以模擬保證居民需求的儲能供能設施規劃布局方案，從而精準匹配能源消費需求，科學合理調配資源。最后還可以評估供電方案的經濟成本和可行性，作為管理者挑選方案的依據。

3.5  智慧模型與智慧環境

智慧環境強調運用感知設備來采集和捕獲環境信息，發現環境問題并迅速反應，實現環境監管的智能化。

以大氣污染防治為例，智慧模型可以協助管理者分析大氣污染成因，制定大氣污染防治方案。對于收集到的大氣污染相關數據，管理者可以運用智慧模型清洗加工數據，提取出能測評地區大氣污染嚴重度、工廠廢氣量、汽車尾氣排放量的指標；然后進行相關性分析，判斷不同地區造成大氣污染的主要因素；根據分析，可以構建模型，生成多套大氣污染防治方案；構建指標體系，評價各方案的綜合社會效益，便于管理者挑選最優方案。

3.6  智慧模型與智慧生活

智慧生活強調通過收集分析生活相關數據，為居民提供智能的生活服務。智慧模型可以在居民行動之前發現問題并解決問題，最終實現“思人所思，想人所想，做人所做”。

以智慧旅游為例。智慧模型可以分析旅游相關數據，整理不同景區的旅游人數變化情況；分析居民旅游習慣和景點游客數時空變化規律；據此預測未來景點游客數目變化情況，為居民推薦旅游路線，保證居民旅游時避開游客高峰；甚至可以綜合景點附近的交通、住宿數據，為居民提供涵蓋交通方式選擇、旅館選擇的旅游規劃。

 4 結語

經過多年的建設與探索，智慧城市已經初步建立起多種數據采集渠道，其工作重心正在從數據管理轉向數據分析。而智慧的分析需要智慧的模型，相當于智慧城市的大腦，是智慧城市建設的關鍵所在。智慧模型的研究才剛剛開始，存在大量工作要做：一方面，現成的智慧模型尚為數不多，需要眾多專家學者一起來針對智慧城市建設的需求進行研究開發；另一方面，智慧模型要能集成到智慧城市系統中發揮作用，還有大量的開發工作要做。

作者：牛強、夏源、牛雪蕊、周燚，武漢大學城市設計學院。