錢應苗 王孟鈞 袁瑞佳

（中南大學土木工程學院，長沙410075）

1 引言

2010年，世界城市人口首度超過總人口的一半，預計到 2050年，占比將高達 70%［1］，隨著城市化進程的不斷推進，城市發(fā)展也將面臨前所未有的挑戰(zhàn)，資源與能耗壓力、政府公共服務效率、城市管理水平等問題都需要解決。如何改變城市生活、生產方式，創(chuàng)新城市發(fā)展模式，已成為各國處理城市化挑戰(zhàn)的首要問題，各國紛紛從戰(zhàn)略角度進行智慧城市的頂層設計，美國“智慧地球”、新加坡“智慧國”計劃、韓國“智能首爾”戰(zhàn)略、荷蘭阿姆斯特丹“智慧城市計劃”，瑞典斯德哥爾摩“智慧城市建設”等智慧城市發(fā)展計劃相繼出臺。其中，阿姆斯特丹主要通過家庭節(jié)能減排、智能樓宇與街道建設等手段，推動智慧城市建設；斯德哥爾摩基于智能基礎設施與交通建設，提升城市創(chuàng)新能力，引領智慧城市發(fā)展。我國也于2012年發(fā)布《關于開展國家智慧城市試點工作通知》，拉開智慧城市建設的序幕，并在2016年4月全國網信工作會議上首次提出新型智慧城市概念，計劃“建設真正以人民為中心，實現(xiàn)民生服務便捷、社會治理精準、社會經濟綠色、城鄉(xiāng)發(fā)展一體、網絡安全可控的智慧城市”。顯然，智慧城市對科學、合理解決城市發(fā)展中的系列挑戰(zhàn)有顯著價值，國內外學術界對此的關注度也不斷提高，涌現(xiàn)出大量的研究成果。鑒于此，本文通過揭示智慧城市研究演進路徑、跟蹤研究熱點及前沿動態(tài)，為我國智慧城市發(fā)展、建設與研究提供理論借鑒和實踐指導。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

在WoS核心合集數(shù)據(jù)庫中，以標題=（smart cit*OR intelligent cit*），文獻類型 =（PROCEEDINGS PAPER OR ARTICLE OR REVIEW）為檢索條件，不限時間跨度進行檢索。檢索時間2017年12月30日。經過篩選，共得到2311篇文獻。然后，以定量研究為主，輔以定性研究，采用科學知識圖譜等方式對所選文獻數(shù)據(jù)進行繪制與展現(xiàn)。

智慧城市研究的時空分布如圖1所示。由時間分布可知，相關研究的發(fā)文量總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，2011年以前相關研究較少且增長緩慢，之后則增長趨勢明顯，這與智慧城市發(fā)展的國際背景相吻合。同時，國家分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，主要發(fā)文國家集中在西歐、北美、東亞地區(qū)。東亞地區(qū)的文獻又主要集中在中、日、韓及印度四國。

圖1 智慧城市研究的時空分布Fig.1 Temporal and spatial distribution of smart city research

3 研究演進路徑可視化探測

在 HistCite軟件中［2］，用 LCS（Local Citation Score）值排序鎖定最重要的 30篇文獻。由于2016—2017間的文獻排名在 30外，故生成的引文編年圖只涉及1999—2015年的文獻（圖2）。通過引文編年圖，可觀察到智慧城市研究領域主題發(fā)展的歷史脈絡和繼承關系，從而得出智慧城市研究演進路徑的三個階段：探索期、初步成長期和深入發(fā)展期。

圖2 引文編年圖：1999—2015年間智慧城市研究重要文獻總覽Fig.2 Chronicle of citation：an overview of important documents on smart cities from 1999 to 2015

1）研究探索期（1999—2006）

該時期僅出現(xiàn)2篇經典文獻，即結點1［3］和結點33［4］。20世紀 90年代末，“智慧城市”作為應對城市人口增長和破解城市化進程中產生的經濟社會發(fā)展、城市基礎建設、居民生活質量、環(huán)境生態(tài)等相關問題的戰(zhàn)略手段被提出［3］。新加坡“智慧島”項目是這一時期的智慧城市建設典型代表，強調依托現(xiàn)代先進信息技術，整合與管理城市重要基礎設施，實現(xiàn)城市公共資源優(yōu)化、安全監(jiān)控與風險預警等功能［4］。

2）研究初步成長期（2007—2011）

此階段共有 5篇關鍵文獻，即結點 96［5］、98［6］、99［7］、109［8］、111［9］。其中，結點 99［7］是圖中最大結點，在核心文獻中被引排名第一，其研究內容對往后的智慧城市研究有著深厚影響；結點111［9］雖被引頻次較多，但在圖中并沒有引用或被引關系，通過閱讀文獻發(fā)現(xiàn)智慧城市不是其研究重點。

2007年以來，歐洲智慧城市組織、美國 IBM公司、自然資源保護委員會等研究機構在不斷探索性研究智慧城市的過程中，對其內涵有了更深入的認識，逐漸形成國際上較為認可的定義：智慧城市是指充分利用智慧計算技術使得IT基礎設施、社會基礎設施和商業(yè)基礎設施之間深度融合、互通互聯(lián)、產生集體智慧的城市［5］。并指出信息與通信技術（ICTs）是智慧城市發(fā)展的核心驅動力，將意識融合與智慧技術兩個層面有機結合是加強智慧城市建設的關鍵思路［7］。這一時期，從信息技術的視角研究智慧城市得到學術界重視，學者們紛紛基于ICTs對智慧城市的技術支持層面展開研究，側重于如何通過云計算、社會化網絡與商務智能、第四代移動通信技術（4G）等技術創(chuàng)新實現(xiàn)城市建設與管理智慧化。

3）研究與實踐深入發(fā)展期（2012以后）

本階段中新的研究成果層出不窮，僅2012—2015年3年時間的重要文獻高產量就達23篇。其 中，高 被 引 文 獻 有 159［10］、466［11］、478［12］、480［13］、848［14］等，通 過 對這些 文 獻 內 容 的 剖 析，發(fā)現(xiàn)隨著計算機技術進步，基于計算機科學的智慧城市研究仍持續(xù)受到關注，同時，從管理學、城市規(guī)劃學［14］、生態(tài)環(huán)境學等其他領域對智慧城市研究與發(fā)現(xiàn)也層出不窮，逐漸形成以多學科交叉、多領域知識融合、跨行業(yè)合作的智慧城市知識網絡［12］。智慧城市研究重心開始由信息網絡技術創(chuàng)新與技術應用［11］轉移至智慧城市經濟、社會、文化、生態(tài)環(huán)境、能源資源利用整體框架研究［14］，并從重視城市基礎設施的硬件投資，到側重于人力資本和社會資本的軟件投資［10］，智慧城市理論研究逐步完善。

4 研究熱點可視化及多維尺度分析

4.1 基于關鍵詞的熱點可視化分析

利用Citespace軟件［15］得到由關鍵詞所生成的智慧城市研究熱點網絡圖譜（圖3），以及關鍵詞出現(xiàn)頻次不少于24的熱點術語19個（表1）。由圖表可知，頻次最高關鍵詞為 “Smart city（智慧城市）”，達1029頻次，且其中心度值 為0.33，位居首位。其后依次為物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、智能電網、創(chuàng)新、可持續(xù)、云計算等。深刻剖析這些高頻熱點術語，可將智慧城市研究總結歸納成如下三大方向。

1）建設目標與發(fā)展策略研究方向

國際上，眾多學者對智慧城市建設目標進行研究，強調智慧城市建設應當以人為本、關注綠色，實現(xiàn)城市經濟、社會、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的愿景［16］，其建設目標可歸納為城市產業(yè)發(fā)展、城市運行效率、城市科技創(chuàng)新和城市生活休閑4類?；诖四繕?，當前發(fā)展策略研究熱點主要有：（1）挖掘智慧城市發(fā)展創(chuàng)新驅動力，深化數(shù)字技術集成與融合，探索城市發(fā)展新理念與新模式；（2）研制智慧城市頂層設計與階段性行動計劃，完善智慧城市評價標準與規(guī)范；（3）探究政府部門職能與社會管理模式的轉變，在政策制定與城市治理過程中重視電子民主、多部門溝通協(xié)作，以“智慧視野”思考政府、企業(yè)、學術界、社區(qū)之間的關系，構建以政府為主導、多參與主體、多學科、多專業(yè)的智慧城市協(xié)同建設機制。

表1 高頻關鍵詞統(tǒng)計Tab.1 High frequency keyword statistics

2）管理與應用研究方向

目前，國際上已對交通、醫(yī)療、環(huán)境、教育、生活、公共安全、公共管理等眾多社會領域智慧化發(fā)展進行研究。如：Agirre［17］利用智慧城市 ICT平臺實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測。Leacock［18］構建測量智慧城市建設中能量使用情況的技術信息監(jiān)控模型。Toppeta［19］研究智慧城市基礎設施，注重其在物理、信息技術、社會和商業(yè)的連接方式。未來的智慧城市管理仍然植根于信息化建設基礎之上，以傳感器網絡技術為核心，著力建設城市基礎設施、城市環(huán)境、城市公共安全、建筑等領域的數(shù)據(jù)感知、監(jiān)測與共享平臺，推動各行業(yè)領域內智慧服務的發(fā)展與完善。

圖3 智慧城市研究熱點網絡圖譜Fig.3 Smart city research hot spot network map

3）技術支撐研究方向

在城市的智慧化發(fā)展與自動化進程中，先進信息系統(tǒng)發(fā)揮著主導作用，而要實現(xiàn)智慧城市管理信息的全面整合與感知、廣泛互聯(lián)互通、高效分析及智能化處理，必須依靠信息與通信技術、互聯(lián)網應用以及移動通信等領域關鍵技術的支持。目前，物聯(lián)網（internet of thing）、無線傳感器網絡（sensor network）、云計算（cloud computing）等技術是智慧城市研究熱點。通過技術集成，可從感知層、網絡支持結構層、數(shù)據(jù)集成與分析層及管理與應用層4個層面出發(fā)，構建智慧城市管理框架，實現(xiàn)城市“人 -社會 -自然”一體化，使城市服務（如智能停車、維修等服務）和監(jiān)測（如交通網絡、旅游景區(qū)景點、環(huán)境污染、天氣狀況等監(jiān)控）更加全面、高效，并實現(xiàn)互動［20］。21世紀初，隨著信息技術和數(shù)字經濟的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”備受關注，且比以往的信息處理與分析模式更能適用海量、高增長率和多樣化的現(xiàn)代城市信息發(fā)展需求，具有針對性提升對城市管理不同領域內動態(tài)變化的分析、決策與預測能力［21］。

4.2 基于多維尺度的研究熱點區(qū)域劃分

利用SATI3.2軟件［22］和SPSS進行多維尺度分析（信度 Stress=0.09126，效果估計值 RSQ=0.90376，表明此分析過程可信，且效果顯著），最終生成智慧城市研究領域的高頻關鍵詞多維尺度分析圖（圖4）。

基于多維尺度圖譜分析發(fā)現(xiàn)，除“Smart city（智慧城市）”本身外，智慧城市領域研究熱點劃分為三大區(qū)域：1）建設目標與發(fā)展策略研究，由可持續(xù)性、智慧設計、創(chuàng)新、政策、能源、智慧城市未來等6個熱點關鍵詞構成；2）管理與應用研究，包括優(yōu)化、基礎設施、傳感器網絡、智慧城市環(huán)境、智慧城市安全、智慧建筑、智慧服務，共計7個熱點關鍵詞；3）技術支撐研究，主要有信息與通信技術、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)、智能電網等5個主題關鍵詞。這也進一步驗證了基于關鍵詞的熱點可視化分析中提煉的三大研究方向。

圖4 智慧城市研究領域的高頻關鍵詞多維尺度圖Fig.4 Multi-dimensional scale map of high-frequency keywords in the field of smart city research

5 研究前沿方向可視化追蹤

從浩瀚的文獻數(shù)據(jù)中挖掘、探索及追蹤研究前沿是智慧城市研究可視化分析的關鍵內容之一［23］。智慧城市研究前沿（research frontier）代表智慧城市領域中突然涌現(xiàn)或最具發(fā)展?jié)摿Φ难芯啃轮黝}及新趨勢，把握智慧城市研究前沿，有助于掌握智慧城市研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。

陳超美［24］指出研究前沿強調學科發(fā)展新趨勢及突變特征，因而借助“突現(xiàn)主題術語（surged topical terms）”比“高頻主題詞（title words）”更適合追蹤學科研究前沿［25］。利用 Citespace軟件，在術語詞類型中設置“突顯術語（Brust Terms）”，節(jié)點類型中選擇“主題詞（Terms）”。運行CiteSpace軟件，得到智慧城市研究前沿的知識圖譜，如圖5所示，并探測得到7個突現(xiàn)詞，見表2所示。

表2 智慧城市研究領域中突現(xiàn)詞統(tǒng)計表Tab.2 Statistical tables of emergent words in the field of smart cities

結合圖5和表2可知，突變率最高主題詞為“Intelligent city（智慧城市）”，達4.74。除 “intel-ligent city（智慧城市）”以外，還有“Open data（開放 數(shù) 據(jù) ）”、“Governance（智 慧 治 理 ）”、“Crowdsourcing（眾包服務）”、“Community（智慧社區(qū)）”、“Performance（績效）”、“Energy efficiency（能源效率）”等6個突現(xiàn)詞。與建設目標及發(fā)展策略研究相關的突現(xiàn)詞是“Energy efficiency（能源效率）”和“Community（智慧社區(qū)）”，以智慧社區(qū)建設為核心，強調能源高效利用的智慧城市建設目標及發(fā)展策略是智慧城市領域研究的重要前沿。與管理及應用研究相關的突現(xiàn)詞有“Governance（智 慧 治 理 ）”、“Performance（績 效 ）”、“Crowdsourcing（眾包服務）”等，說明近年來智慧城市對智慧治理及績效研究的重視，也是未來智慧城市管理研究重點，且眾包服務將成為未來智慧城市應用研究熱點。與技術支撐研究相關的突現(xiàn)詞是“Open data（開放數(shù)據(jù)）”，說明隨著信息技術的不斷發(fā)展，開放數(shù)據(jù)技術將成為智慧城市未來支撐技術發(fā)展趨勢。

圖5 智慧城市研究前沿知識圖譜Fig.5 Smart city research frontier knowledge map

6 結論與展望

1）主要結論

為系統(tǒng)梳理、分析智慧城市領域國際研究成果，基于 Histcite、SATI、Citespace等科學計量軟件，對Web of ScienceTM核心集合中1999—2017年發(fā)表的2311篇相關文獻進行可視化分析，主要結論有：

（1）智慧城市研究演進路徑已經歷了研究探索期（1999—2006）、初步成長期（2007—2011），2012年，邁入深入發(fā)展期。

（2）智慧城市研究熱點可分為三個方向。建設目標與發(fā)展策略研究方向包括可持續(xù)、智慧設計、創(chuàng)新、政策、能源及未來等研究重點；管理與應用研究方向關注基礎設施、傳感器網絡、環(huán)境、安全、建筑、優(yōu)化、服務等研究熱點；技術支撐研究方向注重物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)、智能電網等核心主題。

（3）智慧城市研究前沿由智慧社區(qū)、能源效率、智慧治理、績效、眾包服務、開放數(shù)據(jù)等方面組成，其中，智慧社區(qū)、能源效率屬于智慧城市未來建設目標及發(fā)展策略研究的核心；智慧治理、績效、眾包服務是智慧城市未來管理及應用研究的重點；開放數(shù)據(jù)技術是智慧城市未來支撐技術研究趨勢。

2）研究局限與展望

本文通過研究數(shù)據(jù)的合理獲得與研究方法的科學分析基本已達預期目標，但因研究條件與能力限制，仍存在一定局限性。如在2311份有效樣本獲取過程中，僅分析1999—2017年間會議與期刊論文的研究成果，2018由于未能獲得全年數(shù)據(jù)，較其他年份的成果沒有可比性，故未選用，以致2018年智慧城市大腦等最新成果未能在結論中體現(xiàn)。

隨著我國城市信息基礎設施建設的日漸成熟，新型城市智慧化的需求不斷增長，未來的研究熱點趨向于建設目標與發(fā)展策略、管理與應用、技術支撐等多方向研究的交叉與互動。因此，我國智慧城市建設需因地制宜，制定科學有效的頂層設計與規(guī)劃，將智慧城市建設視作一項綜合管理系統(tǒng)，堅持以人為本的建設理念，通過頂層設計進行整體規(guī)劃，積極調動政府、企業(yè)、團體及大眾等各方力量支持智慧城市建設；堅持市場需求驅動，理好政府導向與市場需求關系，充分發(fā)揮資源市場配置作用，現(xiàn)實頂層設計“有形之手”和市場需求“無形之手”相互結合；加強智慧城市建設技術創(chuàng)新，基于物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等技術發(fā)展創(chuàng)建彈性云計算與大數(shù)據(jù)處理平臺，結合機器視覺、大規(guī)模拓撲網絡計算、認知反演、交通流分析等跨學科領域的研究和應用，在互聯(lián)網級開放平臺上不斷探索城市海量多源數(shù)據(jù)的收集、實時處理與智能計算，為智慧城市的管理提供科學決策。同時，從智能交通管理出發(fā)，進一步向醫(yī)療、城管、環(huán)境、旅游、城規(guī)、平安、民生等七大領域全面拓展城市大腦，通過整個城市人工智能中樞向全面開放的AI平臺發(fā)展，實現(xiàn)城市管理的可視化。