2020年，智慧城市的發展在明顯加速，城市發展理念已經由技術為先向以人為本轉變，國家先後出臺政策和標準檔案，明確了智慧城市作為中國城鎮化發展和實現城市可持續化發展方案的戰略地位，以及"推進智慧城市建設"的任務。

國家政策的陸續出臺，持續刺激著各地對智慧城市的建設需求，也對促進智慧城市和相關行業的發展具有起到了極大的積極作用。

此外，在研究界，關於前沿技術的應用、隱私安全的保護、資訊網路技術融合、以及綠色人文的理念正成為普遍關心的問題，智慧城市的發展大討論正上升到頂層設計、下沉到城市基礎資訊模型......學界和工業界的努力，給為選擇智慧城市的建設方向選擇帶來了新的思路。

1.數字孿生-城市發展新路徑

作為未來智慧城市的發展路徑，數字孿生在過去一段時間內成為該領域的絕對熱門。倡導這一發展理念的是李德仁院士。

所謂數字孿生，是指充分利用物理模型和物聯網感測器採集的全生命週期的執行歷史等資料，整合多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，在虛擬空間完成對映，從而反映相對應的實體物件的全生命週期過程。

簡單來講，就是通過物聯網、人工智慧等手段將物理實體和系統的屬性、狀態、功能和行為對映到虛擬世界，形成高保真的動態。

而數字孿生城市，就是讓物理城市的所有動態靜態的要素數字化，在網路空間再造一個與之對應的虛擬城市。在這一基礎上，當公共疫情再次發生時，就可以用網路空間的數字孿生城市的監控來代替對物理城市的封城。

數字城市的最高階段是數字孿生的智慧城市。李德仁院士此前提到，隨著物聯網技術的不斷髮展升級，室內導航衛星定位等將帶來技術保障，應在公共場所建立高精度定位系統，在發生重大公共衛生事件時，精準跟蹤確診者或疑似患者的密切接觸者，用這種方式取代"封城"，將減少無人空間的損失，更好保證人民正常的生產生活和健康安全。

"具有深度學習能力、虛實融合、迭代進化的數字城市，相比於工業製造的產品生命週期，城市的生命週期更長，效益將更大。"

點評：從工業走向城市，數字孿生將面臨更加複雜的局面，因此建設節奏也會相對緩慢。但不可否認的是，數字孿生是一條新興技術路徑，是城市智慧化的前沿模式。

2.時空大資料平臺-城市資訊實時可控

時空大資料平臺建設這兩年一直很紅，包括很多智慧城市政策檔案、城市群協同發展檔案都明確提出這一點。

作為智慧城市領域泰斗級人物，王家耀院士是地圖學與地理資訊工程專家，中國工程院院士，河南大學教授，河南省時空大資料產業技術研究院院長，主要從事"地圖製圖學與地理資訊工程"學科專業教學與科研工作。

王家耀院士剛開始提出 來"時空大資料"的時候很多人不理解，有的人甚至反對。"所有的大資料都是時空大資料，這是我基本的觀點。"時空大資料，指基於統一的時空基準（空間參照系統、時間參照系統），活動（運動變化）於時間和空間中與位置直接（定位）或間接（空間分佈）相關聯的大資料。

時空大資料平臺是把分散和分割的大資料匯聚到一定的平臺上。時空大資料平臺是大資料的核心價值。

王家耀提出一個通用時空大資料平臺，這個平臺怎麼用？採用"通用時空大資料平臺+"的模式來解決它的應用問題，所謂"+"就是+民用、+軍用。把民用的很多資料融合在這個平臺上，來構建新型智慧城市的"智腦"，構建政府綜合決策支援系統、各部門業務系統等等。

從目前資訊科技發展的水平來看，時空大資料平臺構建可以採用四種既有共性又有特性的技術體制。包括：

基於網路服務（Web Service）的空間資訊共享和空間資料互操作技術模式基於網格服務（Grid Service）的資訊資源共享與協同工作（協同解決問題）技術模式基於雲端計算的時空資訊服務模式基於網格整合與彈性雲的"混合式"時空資訊服務模式。

這四種模式都是採用面向服務的體系架構（SOA），都是解決共享與服務的問題，但是共享的程度和服務的範圍、方式是不完全相同的。網路服務與網格服務的技術標準有相同的，也有不同的，網路服務與網格服務的大趨勢是相容或"融合"，但標準是統一的國際或國家標準，服務提供方、請求方都必須清楚；而云服務標準可以是內部統一的，使用者不必清楚。

點評：智慧城市的本質是促進資訊資源的集約化，讓城市資訊和測繪地理資訊高度融合。城市資訊千變萬化，更新頻率超級迅速，掌握時空資料成為必然。

3.基於GIS的城市作業系統-突破目前GIS發展局限

所有資料都是對物件的描述，所以城市問題是空間問題，必須表達空間關係。據此他指出，智慧城市的作業系統非GIS莫屬。

作為智慧城市領域的領軍人物，中國工程院院士、深圳大學智慧城市研究院院長郭仁忠一直秉持這一觀點。

目前的GIS平臺尚不能全面勝任智慧城市的全部需求。未來應以GIS平臺為核心，打造智慧城市的作業系統。這是一項非常重要的工作，其核心要素和能力為：資料整合與融合、視覺化表達以及開放式的二次開發環境。

城市資料是十足的"大資料"，其特點是多元異構、時空交錯。如何建大資料平臺，怎麼把它組織起來，怎麼"上架"是個重要問題。其實最好的辦法是利用三維地理資訊系統（GIS）模型，因為所有資料都發生在城市的地理空間中，所有資料都有其位置屬性。所有資料都可以用位置屬性這個"關鍵詞"進行關聯，進行管理。

這個基於三維地理模型的作業系統是智慧城市"基礎之基礎、核心之核心、關鍵之關鍵"。它必須是視覺化的、可模擬的、可模擬的。有了這樣一個"超市"，資料整合後就可以做很多分析，比如通過攝像頭了解某區域的人口分佈，進行空間管理，遇到緊急情況可用系統來優化疏散，縮短避險時間。比如做立體倉儲、商場熱力圖、建設雲端博物館、進行數字化體驗式購物等。

基於三維地理模型的智慧城市作業系統是智慧城市建設的基本邏輯，但並非唯一邏輯。智慧城市建設可以遵循不同的邏輯，智慧城市也不應僅堅守一個平臺。

點評：虛擬城市環境是我們進行智慧城市建設的數字基礎，也是空間基礎，是智慧城市建設不可或缺、必須完成的工作。

4.BIM與CIM-虛實互動的建設

BIM是指建築資訊模型(Building Information Modeling)，簡單地說，BIM就是貫穿從建築的設計、施工、執行直至終結的建築全壽命週期，將各種資訊始終整合於一個三維模型資訊資料庫中。

藉助BIM這個高度整合的三維模型，極大地提高了建築工程的資訊化程度，為建築工程專案涉及的各方人員提供一個工程資訊交換和共享的平臺。

然而，BIM在提供精確的地理位置、建築物周邊環境整體展示和空間地理資訊分析上存在不足，而三維GIS(地理資訊模型)正好可以對這些不足進行補充，完成建築物的地理位置定位及周邊環境空間分析，完善大場景的展示，使得資訊更完整及全面。通過和GIS技術進行融合，BIM的應用範圍從單一建築物拓展到建築群以及道路、隧道、鐵路、港口、水電等工程領域。

BIM整合的是城市建築物的整體資訊，而GIS則整合及管理建築物的外部環境資訊，它們的融合建立了一個包含城市大量資訊的虛擬城市模型。因而，引出了CIM的概念。

CIM是指城市資訊模型(City Information Modeling)，是以城市資訊資料為基礎，建立起三維城市空間模型和城市資訊的有機綜合體。從狹義上的資料型別上講，CIM是由大場景的GIS資料+BIM資料構成的，屬於智慧城市建設的基礎資料。基於BIM和GIS技術的融合，CIM將資料顆粒度精確到城市建築物內部的單個模組，將靜態的傳統數字城市增強為可感知的、實時動態的、虛實互動的智慧城市，為城市綜合管理和精細治理提供了重要的資料支撐。

在2019年，國家提出加快構建部、省、市三級CIM平臺建設框架體系。也是在同一年，國家發改委29號令提出城市資訊模型（CIM）納入"鼓勵類"產業。這兩大訊號助推了CIM的強勢發展。

同濟大學吳志強院士對CIM的定義進行了做出了進一步的拔高，提出城市智慧模型(City Intelligent Model)。吳院士指出，BIM是單體，CIM是群體，BIM是CIM的細胞。要解決智慧城市的問題，僅靠BIM這個單個細胞還不夠，需要大量細胞再加上網路連線構成的CIM才可以。

點評：CIM 背後的本質就是資料模型加演算法，整套方法論都是由資料驅動的，它是城市資料的整合和動態的分析。基於CIM的新型智慧城市建設方法論能夠設計出一套頂層設計注重協同、多元利益相關主體互動參與、改變政府主導單一建設的新模式。

5.城市5G-從民眾走向產業

行動通訊從第一代到現在5G來了從1G到5G，整個行動通訊的發展十年一代，每一代都是前一代速率的1000倍。1G到4G是面向消費者的，5G擴充套件到產業網際網路和智慧城市的應用，有三大應用場景：增強移動寬頻場景，低功耗廣覆蓋場景和低時延高可靠場景。

5G和4G相比，峰值速率提高了30倍，使用者體驗速率提高了10倍，頻譜效率提升了3倍，無線介面延伸減少90%，連線密度提高10倍，能效和流量密度各提高100倍，支援移動網際網路和產業網際網路的各方面應用。另外5G推動了人工智慧跟物聯網的結合，5G擴充套件了物聯網的能力。

另外5G開拓了8K視訊的應用，不單是解析度的提升，每個畫素的編碼也增加了，動態範圍擴充套件了。5G的高頻寬低時延可以直播8K視訊，並且可以把運動場上多個攝像機位的訊號同時播出來，組成360度的場景，使得場外觀眾有跟坐在運動場上一樣的感受，可以隨心所欲看到每一個角度的視訊。

5G有更大的應用，包括電網、港口、煉油廠、建築公司、冶金企業、機械加工企業、化工企業都可以應用。

站在今天推廣5G的前沿地帶，中國工程院院士，光纖傳送網與寬頻資訊網專家，中國網際網路協會理事長鄔賀銓做出了很大貢獻。他是中國工程院院士，光纖傳送網與寬頻資訊網專家，是中國最早從事數字通訊技術研究的骨幹之一，多年連續參加ITU-T網路標準研究組會議，多次參與了中國通訊發展的決策。

點評：原來4G之前的網路基本上都是裝置廠商和運營商共同打造的一張網，提供的一種標準化的運營或流量服務，但5G不僅僅要講好流量的故事，還要轉向以多樣化的、多層次的、多模式並舉的價值經營。正如德國的化工巨頭巴斯夫講過的一段話：有了5G網路，我們可以自己決定網路的品質，還能保證資料的可用性、機密性和完整性。

6.智慧建築-回到宜居的本質

智慧建築是集現代科學技術之大成的產物。

其技術基礎主要由現代建築技術、現代電腦技術、現代通訊技術和現代控制技術所組成。主要面向辦公樓、商業綜合樓、文化、媒體、學校、體育場館、醫院、交通、工業建築、住宅小區等新建、擴建或改建工程，通過對建築物智慧化功能的配備，實現高效、安全、節能、舒適、環保和可持續發展的目標。

通過將建築物的結構、系統、服務和管理根據使用者的需求進行最優化組合，從而為使用者提供一個高效、舒適、便利的人性化建築環境。

在中國，由於智慧建築的理念契合了可持續發展的生態和諧發展理念，所以中國智慧建築主要更多凸顯出的是智慧建築的節能環保性、實用性、先進性及可持續升級發展等特點，和其他國家的智慧建築相比，中國更加註重智慧建築的節能減排，更加追求的是智慧建築的高效和低碳。這一切對於節能減排降低能源消耗等都具有非常積極的促進作用。

隨著中國社會生產力水平的不斷進步，計算機網路技術、現代控制技術、智慧卡技術、視覺化技術、無線區域網技術、資料衛星通訊技術等技術水平的不斷提升，智慧建築將會在未來中國的城市建設中發揮更加重要的作用，將會作為現代建築甚至未來建築的一個有機組成部分，不斷吸收並採用新的可靠性技術，不斷實現設計和技術上的突破，為傳統的建築概念賦予新的內容。

孟建民院士是這一領域代表人物，他指出中國城市的歷史演進過程中面臨的交通擁堵、城市廢棄物劇增、城市人口亞健康、環境汙染、自然災害、公共事務效率低下等城市問題的根本，在於現在智慧城市建設的核心問題是缺乏"以人為本"的頂層規劃。

由此，他還提出基於"健康、高效、人文"三要素，通過"全方位思考"、"全過程統合"、"全專業協同"的"三全方法論"實現對工程實踐的"廣度、深度和精度"的全覆蓋，這是一套指導踐行智慧城市的有效方法和路徑。

點評：當今建築界對"未來"的討論常常被"人工智慧""人機協作""虛擬現實"等新技術和新概念所牽制，卻缺少對"未來"更深層次、更全方位的思考。因此需要更加關注未來地球的生態變化、人類本身的成長、氣候的演變等因素，並基於此設計未來建築。

7.數字視網膜-從看清到看懂

當提起"數字視網膜"這一概念，人們首先能想到的當屬中國工程院高文院士。

所謂數字視網膜，即類比於人類視網膜，對傳統攝像頭乃至視覺計算架構進行演進與革新，從而能夠更加智慧地支援城市大腦，服務智慧安防、城市精細管理等智慧應用。

視網膜的一個特性，是它隱藏在大腦和雙眼之間，沉默著充當人類智慧與世間萬物的翻譯。我們的視網膜，其實並沒有傳遞給大腦真實的畫面和色彩，而是對這些"資料"進行了優化，讓我們的大腦直接處理可感可理解的視覺資訊。

更為具體的來說，傳統攝像頭只是把拍攝到的視訊資料壓縮後上傳到雲端進行儲存，再做分析識別處理；而數字視網膜則要求在攝像頭端對拍攝視訊進行高品質視訊編碼和視覺特徵提取編碼，對壓縮編碼過後的視訊流進行本地儲存的同時按需上傳到雲端，而所有的緊湊特徵流同步實時同步到雲端，從而既能夠保證高效的儲存，又能夠便捷地支撐大資料查詢分析，與此同時支援在端-邊-雲之間進行面向智慧視訊編碼和特徵分析的深度學習模型自適應遷移、壓縮、更新與轉換。

簡而言之，數字視網膜就是這樣一種包含視訊編碼流、特徵編碼流和模型更新流的可伸縮端-邊-雲端邊雲協同視覺計算架構。

這一概念從正式提出至今，才不過兩年，然而從最初構想，前期實踐，到理論基礎構建卻花了近五年的時間。即使到現在，資料視網膜的技術框架也仍然在不斷完善當中，但其影響卻將是顛覆性的。

點評：當前計算機視覺技術的發展如日中天，迎來全盛時期，數字視網膜提供的思路值得借鑑。傳統的攝像頭無法短時間內被替換，加上城市攝像頭體系本身與後加入的AI大腦，二者其實存在著無法忽視的"代溝"，未來城市，需要一場"數字視網膜"安裝手術。

8.城市區塊鏈-重要產業的可信與協同

2019年下半年，區塊鏈再次進入人們的視野，成為實體經濟、金融資本和社會輿論共同追逐的焦點。一夜之間，似乎區塊鏈技術正要引領全球新一輪技術變革和產業變革。

然而，剛滿十歲的區塊鏈技術在自主創新上需要有哪些重要突破？區塊鏈如何在促進資料共享、優化業務流程等方面發揮作用？區塊鏈技術應該如何引導並加強安全風險防控？

區塊鏈是一個記賬系統，根據應用場景以及使用者需求，分為公有鏈、聯盟鏈、私有鏈三種。中國工程院院士、計算機應用專家陳純認為，要爭取中國在區塊鏈技術發展上的主動權，就要大力發展中中國產自主可控的區塊鏈技術平臺，包括對聯盟鏈和公有鏈核心技術的研究，積極參與國際競爭。

他認為，當前聯盟鏈還存在四個方面需要繼續突破的核心技術。包括高效能的共識演算法、高效智慧合約引擎，能夠提高共識效率與安全性；區塊鏈全面支援中國的加密演算法和標準；聯盟自治管理機制和高效的熱備切換機制，這是聯盟鏈以後的關鍵技術；聯盟鏈要方便適用於各場景，必然支援多種程式語言的使用。同時，還需要支援多型別、多組織形式的資料可信儲存，支援跨鏈協同等。

西方區塊鏈的發展基本上是基於金融創新帶動別的行業創新，而中國除了金融創新外，更重要的是在各個行業的應用。

當前，中國正在加快支援區塊鏈技術在金融、民生、政務、工業製造等領域的應用落地，重點分析區塊鏈技術能夠解決的業務痛點以及在不同場景下的適用度，共同建設更加完善的產業應用生態，努力使區塊鏈成為數字經濟發展的新動能和社會信用體系的重要支撐技術。

點評：區塊鏈技術是近幾年受到爭議較大的技術，專家預測這項技術會革新傳統業務的流程，但目前需要普及解決的是福斯對於區塊鏈技術本身的信任問題。當前，金融業務最先上鍊，但其他業務上鍊趨勢不太明顯，未來，只有與物聯網技術的結合，才有可能發揮區塊鏈的最大產業價值。

9.智慧城市作業系統-AI與大資料技術"集大成者"

作為"城市計算"的靈魂人物，鄭宇教授在學術界和工業界的思想與成果備受關注。

這一作業系統正是基於城市計算理念而生長出來的。

"智慧城市作業系統"包含時空資料引擎、時空AI引擎、基於聯邦學習的數字閘道器技術以及京東城市莫奈視覺化平臺等諸多前沿科技。時空資料引擎歸類城市中的萬千資料，解決資料標準化的問題，處理速度比傳統資料平臺快10—100倍；時空AI引擎將演算法進行模組化、積木式輸出，解決不同場景下智慧應用的開發問題，極大降低開發成本；基於聯邦學習的數字閘道器技術，通過使用者隱私保護的聯合建模機制和多源資料融合演算法，能夠解決隱私保護的問題。

京東城市已經為雄安、南通、天津、南京、福州、宿遷等近30座城市提供技術服務，並承接數字雄安和信用城市等一系列國家戰略任務，為提高城市運轉效率和人民生活水平，確保城市生態的可持續發展做出了巨大的貢獻。

點評：由於智慧城市是一個跨系統互動的大系統，是"系統的系統"，不是硬體的堆疊與軟體的重複建設，而業界智慧城市賽道的玩家大多是雲端計算模式、系統整合模式、單點AI技術模式，唯獨缺乏基石層面的作業系統模式。京東城市提供的正是城市級的Windows，從點線面結合做頂層設計，用大資料和人工智慧提取資料的智慧，解決城市的問題。

10.城市視覺智慧引擎-用AI擴充套件"眼界"

說到智慧城市，無人不知"ET城市大腦"，而ET城市大腦的視覺計算專案，就是華先勝帶領做的專案。他目前是達摩院城市大腦實驗室負責人。

他研究的方向是城市視覺智慧引擎。

依託於阿里雲分散式計算和儲存平臺，利用先進的視訊影象、圖形學處理技術和深度學習演算法，建立城市級人工智慧模型，實現對整個城市視覺資料的接入、計算、分析、索引和挖掘，並賦能公共安全、交通、市政綜治、商業、司法、園區、電力能源、醫療教育等各個行業場景。

該引擎具有以下特點：

1）資料接入：支援視訊影象資料的接入、編轉碼與分片服務，支援槍機、球機等點位的實時上線/下線，適配各種接入協議，如GB28181，GBT1400檢視庫等。

2）視覺搜尋：支援對視訊中的目標和事件等建立索引，支援高維向量、屬性等半結構化/結構化資料的高效搜尋，具備特徵量化、異構加速等高效索引技術。

3）資料計算：自研世界領先的檢測、識別及分割等計算機視覺演算法，支援數十萬路級別的實時視訊分析和千倍加速的離線視訊分析，支援序列計算、圖譜計算及圖形計算。

作為被業界公認的"視覺識別和視覺搜尋領域的國際級權威學者"，華先勝實際上也將城市大腦的視覺計算能力拖到了前途更廣的延長線上，驅動著這一技術的發展。

點評：打通城市資料管道，發掘資料價值，構建城市新的基礎設施，視覺AI技術功不可沒。此外，城市視覺智慧引擎同時為學術界和工業界提供了開放靈活的AI演算法研發與技術落地平臺，從企業走向業界，視覺智慧也從安防場景走向市政綜治、商業、電力、醫療等場景，邊界在不斷擴大。

......

綜合來看，以上這些前沿技術的研究、典型成果的落地，代表著智慧城市已經步入深水區，不再是炒概念、喊口號的初級階段，技術真正走進場景發揮作用，而背後這一批頂級專家也正將智慧城市大船帶到更遠。