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智慧城市参考模型：协助规划师构思智慧城市创新生态系统建设

摘要：本文的目的是解决智能创新生态系统特征，阐明将所有智能城市概念组装成绿色，互联，仪器化，开放，综合，智能和创新的层次，构成一个名为“智能城市参考模型”的规划框架。由于城市形状和规模不同，因此可以在一系列涵盖绿色，宽带和城市经济的智能政策范例中采用和利用这一模式。 这些范例在当地环境下解决全球可持续发展挑战。 智能城市规划者可以使用参考模型来定义智能城市的概念布局，并描述六层中每一层的智能创新特征。对智能城市（如巴塞罗那，爱丁堡和阿姆斯特丹）的案例进行审查，以评估其与智能城市参考模型相关的整体。

关键词：城市创新生态系统 智能城市 智能城市 绿色城市 可持续发展的城市 创新城市

简介：用于智能创新生态系统的概念框架的必要性

智能城市环境的进化研究揭示了通常被称为“智慧城市”的不同观念。遵循传统的城市增长与发展的区域和新古典主义理论，智能城市[1]项目确定了六个轴线或维度。 Caragliu等人概述了这些智能城市轴线。[2]为：智能经济; 智能移动性 智能环境; 聪明的人; 聪明的生活;最后是聪明的治理。此外，Toppeta [3]，Cozens [4]和Greenburg [5]概述了对城市发展的更有效，可持续和宜居的模式的日益增长的需求，突出了“可持续城市”的概念，通过设定环境和社会可持续发展作为智能城市的明确愿景[6,7]。

“智慧城市”一词被理解为具有某种智力的能力，它解决了Atkinson and Castro [8], Belisent [9], and Shapiro [10] 所提出的几个创新的社会技术和社会经济方面的增长问题。这些方面导致智能城市概念的“绿色”指的是城市基础设施的环境保护和二氧化碳排放量降低 [8, 9, 11–21],，“互联”革命的宽带经济[ 19，20，22，23 ]说，“智能”宣告的能力产生的附加价值从信息处理的城市的实时数据从传感器和活化剂[ 24，25 ]，而“创新”、“知识城市”互换是指城市的能力，提高创新10,26 ] [基于知识和创新型人力资本[ 27 ]。虽然这些智能城市概念的每一个部分智能城市愿景，他们都有助于显著增长和可持续发展。

城市将城市创新生态系统从传统的城市特色转向创新的“绿色”，“智能”，“开放”，“智能”和“创新”，旨在实现环境和社会可持续发展。本文使用“智慧城市”这一概念化词汇来描述所有这些各种智能环境概念。尽管这种任意泛化并不具有科学准确性，但它是合理的通过对“智慧城市”高暴露作为一个通用的术语来描述这种创新的城市生态系统。

智能城市概念现在获得的宣传（拥有超过2000个Google有意义的搜索结果）导致城市频繁和任意自称为“聪明”。虽然主要依靠统计数据和量化信息，即智能社区论坛[28]或智能城市指数[2,1]，智能城市和社区有几个基准和评估框架，但是需要分析工具，可以启发智能城市的规划过程。本文尝试通过智能城市规划的镜头，通过回答以下问题来揭示智能城市概念的复杂性：

• 所有与智能城市规划相关的概念和分歧的政策和流程是否可以组合成一个包容和全面的智能城市参考框架？
• 如何帮助确定构成智能城市计划的城市创新生态系统中的流程？

智慧城市创新生态系统的分析框架

文献回顾使智能城市的尺寸组装成一个整体的概念模型。研究创新的城市政策范式相关的绿色城市，连接生活，智能社区，创新生态系统，环境和社会可持续性与城市发展的问题。

无论如何，一个智能城市总体规划需要一个具有行政和政策规划权力的协调者，例如城市委员会。创建一个智能城市从218 J Knowl Econ（2013）4：217-231 scratch需要领导监督计划。在智能城市（即巴塞罗那）总体规划中，这种自上而下的方法必须与建设性地将当地利益相关者（即阿姆斯特丹）联系起来，将中央城市监测与自下而上的社区参与结合起来的混合模式相结合。

本文正在探索的另一个问题是绿色和可持续投资与智能城市社会技术和财务概念的联系。这符合亚当斯[11]，布莱维特[21]以及关于智能城市可持续发展和城市化理论的米格和纽曼[7]的工作[5]。绿色城市层（1），在图1，标志着智能城市的可持续性和竞争对手智能城市孤立的以ICT为基础的狭隘概念。反过来，技术突破，人才和创新过程依托绿色城市，实现可持续发展的未来。最终，绿色经济使智能城市投资的决策合理化。

仪器和应用层的宽带宽覆盖层使层次上的智能城市定义（2,3,4和5）成为关键。数字化向智能城市转型的旗舰是全市范围内获取实时信息。这一结果也出现在贝尔[ 19 ]和福特和Koutsky [ 29 ]等人的工作中。因此，相互联系的，仪器化的和应用层是区分参数以估计城市的“智慧”。通过数据挖掘和代理处理历史信息是振兴城市经济的重要情报能力，实时数据智能唤醒了智能城市的“现实生活”概念[30-32]。

智能的城市必须进行开放存取和包容性的战略，以减少数字红利，第4层也由Partridge [33]提出。智能城市愿景应通过公共控制的综合城市操作系统来实现，以逃避供应商垄断，并向所有公民提供无限制的数据，而不是雕刻虚拟的门控社区和企业飞地。城市表现目前不仅取决于城市智慧资本的禀赋，还取决于人力和社会资本的可获得性和质量。在第（6）层，创新生态系统必须为城市领导者提供机会，从智能角度来看待似乎棘手的问题，并利用由Belissent [9]和MGeough和Newman [7]明确界定的新的智能城市商业模式。概念参考模型遵循分层的方法来描述智能城市环境概念及其创新的结构组件和流程以及解决的全球挑战。

层0：城市层

Belissent [9]表示，聪明的城市必须从“城市”开始，而不是“聪明”，强调智能城市概念必须以城市为背景。这层传达了每个城市的传统元素。这是城市吸收智能特征的重要因素[9]。城市包括支撑其劳动力市场社会经济特征的地区（商业，学术，科学，娱乐，物流区，工业，住宅）[4]。城市基础设施（公用事业网，街道，交通）是由市政当局管理的城市结构。公民和社区是对城市历史文化遗产具有行为影响力的城市的人类引擎。

对于每个城市来说，按照惯例，有一些操作和流程必须同步才能获得智能城市的应对某些挑战的愿景。这些挑战是指通过智能规划活动来丰富城市规划和基础设施干预的类型，这些计划旨在补充智能城市行动。另一个关键因素是城市的能力，创造一个身份的智能优先事项，这与城市的规划和创新的前景相结合。一个聪明的城市的身份必须与再生项目，规划改变，和社会创新行动，应采取创造一个社会包容性的智能城市愿景的公民和社区[ 4，9 ]。

第1层：绿色城市层

绿色城市层面受到格林堡[5]提出的新城市化理论和LEED能源与环境发展领导力倡议[34]的启发。城市的可持续发展前景与智能城市结构相辅相成。 绿色城市正在成为智能城市可持续发展的整体游乐场。在这个220 J Knowl Econ（2013）4：217-231层次上，绿色城市基础设施创造了一个肥沃的创业环境，宽带网络，传感器和智能电网可以导致智能化并产生环境影响[5]。例如，欧盟SET计划的智能城市倡议[35]提出，到2020年，通过智能城市技术可持续利用和生产能源来减少40％的温室气体排放量。

将第0层城市规划挑战纳入绿色城市优先事项要求采取创新形式的绿色治理，政策整合和财政资源配置，以开发适合绿色城市生态系统的组合。在绿色城市层面，政策制定者面对绿色城市二氧化碳足迹减少的定义，以及城市参与替代能源计划的挑战。这些绿色政策也必须在绿色交通管理和绿色建筑规范方面[5,34,36]。

第2层：互连层

绿色城市层是智慧城市概念的组成部分，不仅涉及“基础设施绿色岛屿”，而且还涉及全市范围内绿色经济的传播。城市纤维将绿色和宽带经济作为智能连接城市的启动步伐。 此外，宽带通过城市地形的整体覆盖，连接生活，工作，学习和玩耍的物理社区，加强了城市经济能力[19]，提高了社会包容性[29]。IBM [37]概念化了智能的“相互关联，仪器化，智能化”的城市，为家庭，工作，学校，医院，商场，商业，旅游和政府提供服务，旨在提高生活质量。

该层明确指出电信基础设施的创新支持能力，用于互连人员，智能节点，工作站和其他嵌入式设备，并向全市范围内提供高速网络访问。智能城市规划者必须应对全市范围宽带覆盖面临的挑战，包括欠发达地区和免费进入网络空间的范围[19,29]。

第3层：仪表层

城市作为真实事件的城市机器，需要实时系统响应。它们包括射频发射机，交通信号灯，街道，智能电表，基础设施传感器，交通和过境传感器等实时连接插座[38]。事实上，实时数据的可用性是连接物理世界与信息世界的智能城市的组成要素，是“智慧”动态术语的独特采购[30,39]。物联网作为数字化进入物理世界的预期将大大有助于解决当今的城市挑战[24,39,40]。

射频识别，无线传感器和执行器网络以及网络嵌入式设备可实现对现实世界数据和资源的高级访问和利用。下一代互联网技术[20]将能够与几乎所有人造对象连接的设备进行通信，因为IPv6的地址空间非常大。

所有这些实时设备通过互连层（2）连接到城市光纤中，通过集成层（4）进行监控，并利用实时数据在层（5）中滋养智能应用。智能计划者必须将实时数据源的范围决定为“真实连接”的城市愿景[30,39]。

第4层：开放集成层

智能城市应用程序应能够互通，并分享数据，内容和服务。智能环境的一个关键成功因素是为所有嵌入式系统提供开放和分布式信息存储，并通过不同的技术平台实现[41]。智能城市平台通过地理空间数据库，捕获嵌入式信息和监控智能应用，包括智能电网[42]，将城市空间视为城市操作系统。

未来的互联网趋势和动机对智能城市的互操作性产生催化作用，通过链接和开放的数据为开放Web服务提供新的机会[20]。本体和语义Web服务提供了重要的可互操作的数据表示标准。像W3C，RDF-S和OWL这样的语言可以通过收集域内概念并在其中定义关系来实现城市领域的数据交换。 可视化API（Google Visualizations API，MIT Simile Exhibit API和Yahoo管道）以公共可视化结构公开网络上的数据。同时，通过信息互联网的新兴研究领域，企图通过互联网的缺陷来信任和安全。开放集成层的另一个方面是通常通过云计算中的Web浏览器来存储和访问应用程序和计算机数据[43]。

城市温和，整合，开放智能数字资源的能力是智能城市监控的重要过程。例如，层（4）中的平台位于光纤网络（2）上，其中层（3）中的传感器的水管向层（5）的水功率优化应用提供实时数据。桑坦德的[44]层（4）智能城市平台通过将城市设置与超过20,000个传感器连接起来，刺激了层（5）应用的发展。智能计划者面临着各种智能城市应用与这些资源对“任何”的“开放”程度[20,41,42]。

第5层：应用层

智能城市将实时城市操作脉冲作为系统的系统。城市也在技术上得到授权，因为它们所基于的核心系统已经被装配和相互关联，从而实现了智能响应操作的新水平。该系统融合了基础设施，如宽带网络，智能电网以及各种形式的可再生能源发电，并建立了基于分布式网络的新型移动系统。该系统涉及实时和历史数据的互连和仪器化实时运营商，并通过多种形式的ICT应用提供智能222智能能源网络，智能交通，电子商务， 交通，电子支付和自治[3]。

智能城市的概念为城市可持续发展提供了革命性的视野。通过智能化应用新技术，智能城市还融入了社会和环境资本的考虑，以改变城市的生活和工作。城市空间是一个智能可持续发展世界的许多解决方案。城市基于由层次不同的网络，资源和绿色城市基础设施组成的多个核心系统，设计层（0）功能城市服务，公民，商业，运输，通信，水和能源的设计专门用于城市资源管理的应用，与电力感应仪表的人员和资源相互关联，层（3），利用开放的基于网络的解决方案，层（4），创造智能，层（5和6）和优化使用城市仪器资产处理实时数据流。聪明的规划者必须制定政策和措施，将情报的影响和扩散扩大到城市地区，即中心区，街道，家庭[3]。

第6层：创新层

智能城市为新的商机创造了肥沃的创新环境。在他的工作中，“连通的城市”已经确定了成为智能城市和创新中心的两大要素[45]。首先是要改变公共基础设施和服务的质量和效率。其次，一个聪明的城市必须是一个有吸引力的经商场所。新兴技术推动了自然城市的仪表化，相互联系和智能化，通过利用新的“智能”解决方案和管理实践，加快了可持续发展的进程。

智能城市形成了一个密集的创新生态系统，通过知识劳动力的广泛的社会互动，通过获取，处理和使用信息创造经济价值[46]。通过社会网络和社区，法律和文化体系以及各种形式的社会包容性原则来阐述智能城市基础设施，得到智慧城市政策的社会可持续性认可。 人口较多的城市经历了更快的增长[10]。

创新战略家与城市领导人的合作可以产生新的商机，确保智能城市项目Belissent的长期可行性[9]。商业模式必须指定参与者的参与者，每个参与者执行的功能，技术和服务假设是什么，资金和所有权规定是什么，参与者之间的关键业务术语以及什么产品和定价策略 将被雇用。例如，能

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