智慧数字城市是智慧城市的灵魂、数字城市的升华、从数字城市迈向智慧城市的通道。智慧城市的四大基础为智慧数字城市、云计算、物联网和互联网。如果把智慧城市看作一个人，那么智慧数字城市是这个人的灵魂，云计算是这个人的大脑，物联网和互联网是这个人的手足和经脉。

　　智慧数字城市的三大要素为数字城市、知识库、并行方法，其中数字城市是智慧数字城市的数据基础，知识库是智慧数字城市的智慧基础，并行方法是智慧数字城市的处理方式。如果没有数字城市，则智慧数字城市中的城市数据不能有效地管理和组织，自然很难从杂乱无章的数据中获取智慧；如果没有知识库，则智慧产生的规则、智慧产生的经验、以往的智慧成果都无法存储和利用，那么智慧数字城市中的智慧就没有了产生的机制和方法；如果没有并行方法，即使知识库中有着先进的智慧产生规则和方法，也无法应用到对超级海量城市数据的处理中，只有通过并行方法，才能有效及时地处理海量的城市数据，才能在海量的城市数据上执行复杂的智慧产生程序，才能及时地产生智慧而不会丧失对现实城市响应的时效性。

　　当然提到并行方法，人们自然想到并行计算，实际上并行方法也是云计算的灵魂和精髓之一，但因为云计算在可扩展性、可伸缩性、可容错性方面与其它计算模式相比独树一帜，所以人们往往不太注意云计算系统的并行性，但如果没有并行方法的支持，可扩展性、可伸缩性、可容错性要么失去了存在的意义、要么失去了存在前提，因为可扩展性是为了加入更多的计算资源来并行地处理海量数据和海量的任务，可伸缩性是为了能够动态地调整并行处理的规模，可容错性是充分利用了并行冗余存储和并行冗余计算的优势，同时也是为了并行处理时计算节点的故障不影响整体的正常运行，可见云计算系统的优势是基于并行方法而发挥的，也是为了并行方法的更佳运行而呈现的。没有了并行方法的支持，则云计算系统就成了无本之木。智慧数字城市需要云计算系统的支持，充分体现了并行方法对于智慧数字城市的重要性。

　　智慧数字城市是智慧城市的枢纽

　　智慧数字城市在智慧城市中的地位如图1所示。

　　智慧数字城市在智慧城市中处于枢纽的位置。一方面通过物联网从现实城市中获取数据，另一方面又通过物联网调节和控制现实城市，来为人们创造更舒适幸福的城市生活；一方面通过互联网将需要处理的城市数据发送给具备可扩展伸缩容错能力的云计算系统处理，另一方面又通过互联网获取处理的结果作为智慧的来源形成对现实城市控制的依据。

　　现实城市是智慧数字城市的数据来源和服务对象。如果不结合现实城市，不服务现实城市，则智慧数字城市是空中楼阁、纸上谈兵。云计算系统是智慧数字城市的数据加工厂。如果没有云计算系统的支持，则任何其他计算模式都无法有效地满足智慧数字城市对存储量和计算量的超大需求，则智慧数字城市中产生智慧的方法无处运行。物联网是智慧数字城市的手足。如果没有物联网的支持，则智慧数字城市无法及时地获取现实城市的数据，无法与现实城市进行交流，无法给现实城市中的物体发出指令，自然也无法对现实城市做出智慧的响应，更谈不上对现实城市进行智慧的调节和控制，形象地说智慧数字城市只有通过物联网才有可能把脉现实城市，才有可能给力现实城市。互联网是智慧数字城市的“供电线路”。如果没有互联网的支持，则智慧数字城市无法将现实城市数据快速地传送到云计算系统中进行处理，无法将现实世界与比特世界互联互通，无法获取云计算系统的处理结果来为现实城市服务。

　　如果没有智慧数字城市，则现实城市无法成为智慧城市，因为没有智慧数字城市，就没有现实城市数据的智慧处理方法和智慧调控方法。如果没有智慧数字城市，则云计算系统英雄无用武之地，因为如果没有智慧数字城市，即使将城市数据输入到云计算系统，云计算系统虽然有强大的处理能力，也不知道该如何处理，更谈不上从现实城市数据中获取智慧了。如果没有智慧数字城市，则物联网只是一张物物相联的网，因为如果没有智慧数字城市，则物联网虽然能感知万物，但无法从物物相联中获取智慧，虽然能遥控万物，但无法向万物中灌输智慧。如果没有智慧城市，则互联网只是一张计算机相联的网，因为如果没有智慧数字城市，则互联网虽然能传输数据，却不能与现实城市的“脉络”连通。

　　智慧城市与传统城市的区别

　　智慧数字城市与传统数字城市对城市影响的差异如图2所示。

　　智慧数字城市是智慧城市区别于传统城市的关键，如同人类区别于动物的关键不是身体不同，而是大脑不同，而人类的大脑就相当于智慧城市中的智慧数字城市。没有智慧数字城市，互联网、物联网、云计算系统都无法为现实城市增加智慧，如同没有人类的大脑，不管四肢如何发达，动物也无法成为人。

　　人类因为大脑的进化，四肢却发生了相应的退化，因为人类智慧的大脑知道如何利用工具、利用机器来代替人类劳动。同样，因为智慧数字城市比传统数字城市更智慧，使得智慧城市的其他部分比传统城市更为简洁。传统城市中，在数字城市产生之前，需要数据处理公司将采集到的原始数据处理为城市属性数据，需要数字城市制作公司根据城市属性数据制作数字城市；传统数字城市中，在数字城市产生之后，需要交付给应用部门，或者将其发布到互联网供应用部门使用。可见在传统城市中，数字城市需要很多人为的支持和干预，对现实城市只能间接地产生影响。而智慧城市中智慧数字城市基本上不需要人为的支持和干预，对现实城市能直接地产生影响，能实时地直接地通过物联网从现实城市中获取城市信息，同时能实时地直接地通过互联网连接到云计算系统处理城市数据获得智慧，进而基于这些智慧通过物联网直接地响应和调控现实城市。可见，智慧数字城市在智慧城市中所发挥的作用远远大于数字城市在传统数字城市中所发挥的作用，也就是说智慧城市中智慧数字城市所占的比重远远高于传统城市中数字城市所占的比重。

　　在智慧数字城市中传统数字城市成为了其中的一个环节。智慧数字城市将传统城市中与数字城市交互的人为干预过程都纳入其中。例如，将采集到的原始数据处理为城市属性数据时，无需数据处理公司的干预，而由智慧数字城市后台的云计算系统直接处理；在后台云计算系统的支持下，智慧数字城市由城市属性数据直接生成数字城市，而无需数字城市制作公司的干预；智慧数字城市通过物联网对现实城市进行直接的响应与调控，而无需应用部门的干预；数字城市基本上没有用到知识库，而智慧数字城市就充分利用了知识库，知识库中具备各种智慧产生的规则与方法、各种调控城市的规则与方法、各种经验。可见，智慧数字城市使得现实城市变得更加智慧，使得人为干预可以更少，使得人们可以在管理城市方面花费更少的时间和人力却能获得更好的服务。

　　智慧数字城市模式的先进性

　　智慧数字城市与传统数字城市的模式差异如图3所示。

　　在技术模式上，智慧数字城市比传统数字城市先进之处在于充分利用了互联网、物联网、云计算系统，并将三者与现实城市进行了有机结合。智慧数字城市充分发挥了互联网和物联网的作用，使得信息可以在现实世界与比特世界进行自由的穿梭，使得比特世界可以从现实世界中获取智慧并用于现实世界；智慧数字城市充分发挥了云计算系统的作用，使得现实城市数据能被及时地充分地深入地处理，从而通过数据获取智慧。

　　在市场模式上，智慧数字城市比传统数字城市也要先进。传统数字城市需要通过数字城市制作公司与数字城市应用部门之间的买卖进行市场驱动，是一种周期长的市场模式。而智慧数字城市直接通过互联网和物联网与云计算系统互联，这种运作和交互源源不断，用户、互联网运营商、物联网运营商、云计算系统运营商都可以从中获益。

　　智慧数字城市识别建模方法的智慧性

　　智慧数字城市与传统数字城市在识别建模方法上的差异如图4所示。

　　智慧数字城市的识别建模方法要比传统数字城市更加省时省力，更加智能有效。传统数字城市的识别建模需要测绘人员通过全人工或半人工的方式对城市图像进行识别，并对识别的结果进行处理，得到城市物体属性，然后再经过建模人员全人工或半人工地进行建模，得到城市三维模型。而智慧数字城市在识别建模时，大大减少了人工的干预，充分利用识别知识库和建模知识库来替代人脑完成识别和建模任务，虽然其中可能也会需要人的指导和监督，但是大大减少了人的工作量，而且大大加快了识别建模的速度，因为计算机的处理速度要比人快得多。在智慧数字城市中对城市图像的识别任务将由识别知识库在云计算系统的支持下进行处理，识别的结果又将作为建模任务的输入，由建模知识库在云计算系统的支持下进行处理，建模的结果将直接输出为城市三维模型。

　　智慧数字城市监测仿真方法的智慧性

　　智慧数字城市与传统数字城市在监测仿真方法上的差异如图5所示。

　　智慧数字城市的监测仿真方法要比传统数字城市更加省时省力，更加智能有效。传统数字城市的监测仿真需要监察人员通过全人工或半人工的方式对城市多时相图进行变化监测，并对变化监测的结果进行处理，得到城市变化描述，然后再经过建模人员全人工或半人工地进行建模，得到城市三维变化模型。而智慧数字城市在监测仿真时，大大减少了人工的干预，充分利用图像比较算法和建模知识库来替代人脑完成变化监测和建模任务，虽然其中可能也会需要人的指导和监督，但是大大减少了人的工作量，而且大大加快了监测仿真的速度，因为计算机的处理速度要比人快得多。在智慧数字城市中对城市多时相图的变化监测任务将由图像比较算法在云计算系统的支持下进行处理，变化监测的结果又将作为建模任务的输入，由建模知识库在云计算系统的支持下进行处理，建模的结果将直接输出为城市三维变化模型。

　　智慧数字城市事件仿真方法的智慧性

　　智慧数字城市与传统数字城市在事件仿真上的差别如图6所示。

　　智慧数字城市的事件仿真方法要比传统数字城市更加省时省力，更加智能有效。传统数字城市的事件仿真需要事件指挥人员通过全人工或半人工的方式对事件现场监控数据进行分析和判断并对预案进行选择，得到事态控制方案，然后再通过专线指挥事件现场人员。而智慧数字城市在监测仿真时，大大减少了人工的干预，充分利用仿真知识库来替代人脑完成事态控制方案的设计任务，虽然其中可能也会需要人的指导和监督，但是大大减少了人的工作量，而且大大加快了事件仿真的速度，因为计算机的处理速度要比人快得多。在智慧数字城市中对事件现场监控数据的仿真任务将由仿真知识库在云计算系统的支持下进行处理，仿真的结果将作为事件控制指令，通过物联网对事件现场进行直接的控制，这样大大提高了事件现场仿真与控制的时效性。

　　作者简介：中国科学院深圳先进技术研究院智慧计算与信息科学实验室主任