信息行业研报：人工智能和物联网加快智慧城市到来

^{作 者 | BT财经}

^{来 源 | 德意志银行}

 

 

1  要点

 

• 全球城市的人口数量正在上升。根据联合国的预测，到2050年，世界城市人口预计将增加约50%，从目前的44亿增加到66亿，现有约600个城市的人口超过100万。

   

• 智慧城市利用市场力量引入新技术，以满足新兴趋势和居民、城市日益增长的需求。5G、人工智能和物联网（IoT）等技术正在推动智慧城市重塑。

   

• 在全球智慧城市市场中，智能基础设施仍然是最大的部分，占比达到55%。然而，智能建筑、数字能源和智能环境解决方案等其他领域在未来几年可能会增长得更加强劲。

   

• 除了传统的融资方式之外，智慧城市项目的新融资方式也出现了。这方面的案例包括与合作伙伴一起创造收入，以及基于绩效或基于使用的付费模式。

   

• 人工智能有潜力将智慧城市应用提升到一个新的水平。为了创新应用，我们必须克服法律、道德和技术方面的挑战。但是，对城市的人文、社会和生态维度的投资——例如，软城市（soft cities）或城市5.0（City 5.0）——对于城市的活力来说也是必不可少的。

 

 

2   智慧城市

 

 

• 起源、定义和概念

 

“智慧城市”有几个类似的术语，如数字城市、互联城市、智能城市或弹性城市。“数字城市”一词出现于20世纪90年代初。在此之前，自20世纪80年代以来，远程信息处理的概念在城市和空间规划中开始占据突出地位。远程信息处理是一种连接两个或多个信息系统进行远程控制或信息交换的方法。

 

智慧城市的概念起源于2008年左右，并于2010年开始流行，当时IBM发起了第一届智慧城市挑战（Smart Cities Challenge）。该项目涉及全球100个城市，IBM在三年的时间里提供了5000万美元的技术和服务。最终，包括来自不同业务部门和地区的IBM专家利用其专业知识，他们在现场与城市领导人一起工作了三周。

 

2017年，五个城市被选为智慧城市挑战赛的获胜者，分别是，韩国釜山，意大利巴勒莫，阿根廷圣伊西德罗，美国圣何塞和日本山形县。2014年，韩国松岛宣布成为第一个获得思科系统技术支持的智慧城市。在韩国，“无处不在的城市”（简称U-cities）一词经常被用来形容这样的地方。如果包括生态方面，这种概念被称为可持续城市、绿色城市或生态城市（U-Eco-City）。

 

然而，由于涉及的复杂性，“智慧城市”没有一个普遍认可的定义，因为它是不同维度和组成部分相互作用产生的。根据技术或目标的不同，各自的定义可能有很大的不同。除了技术层面，智慧城市的研究还在各个科学领域发挥作用，其中越来越多的出版物与智慧城市的概念发展有关，例如建筑学、城市和空间规划、城市社会学、应用数学、计算机科学、经济学和政治学等等。

 

 

 

此外，各种咨询机构和智库也提出了智慧城市的概念。近年来，联合国可持续发展目标也与智慧城市相关，特别是编号11的目标方案，它涉及城市和社区的可持续性。

 

• 城市化作为全球趋势

   

根据联合国的数据，2007年，人类历史上第一次有更多的人居住在城市而不是农村地区。预计未来几年全球城市化趋势将不断加剧。

 

 

 

在发展中国家，城市人口的比例一般要低得多，例如印度为35%，撒哈拉以南非洲为42%。在所有新兴国家，这一比例平均为52%，中国略高，为63%。在德国，近78%的人口居住在城市，在欧洲和北美约为80%，在日本甚至超过90%。

 

 

 

日益增长的城市化带来了许多优势，尤其是通过规模经济带来的优势。例如，许多经济活动发生在大都市和大都市区。受教育的机会也集中在城市，这里的医疗保健通常更好，体育和文化产品往往比农村地区更多样化。

 

这也适用于最低收入国家。因此，根据Glaeser（2011）的观点，尽管存在各种问题，但发展中国家大城市哪怕贫民窟的生活条件往往都比农村地区好。农村向城市迁移的历史大趋势可能会继续下去，特别是在发展中国家，但在面临人口下降的发达国家，这可能会扩大城市和农村地区生活条件之间的差距。

 

 

3   不同类型的智慧城市应用

 

 

近年来，技术进步使得数字基础设施和移动通信能力得到增强，这为智慧城市创造了新的机遇。我们将智慧城市新的应用分为以下几类，并提供了一些案例，以便了解智慧城市可以带来的好处：

 

• 智能交通和智能物流：

   

自疫情结束以来，人们的工作和通勤习惯发生了变化。在城市和周围环境之间引入数字接口有助于优化出行行为。交通高峰的详细信息，比如早高峰，不仅可以被通勤者使用，也可以被物流和旅游公司使用。随着5G传输标准的引入，网络将变得更快、更强大、更稳定，例如，车辆可以联网。在交通控制中，来自交通灯控制和交通量的数据被传输给其他道路使用者和提供者，还有车辆的导航系统或行人的移动设备。这可以提供有关污染水平和基础设施利用情况的相关数据，或用于人工智能辅助提供的相关服务，如帮助残疾人或出租车等。

 

私人和公共交通、物流可以从数字移动服务和智能交通控制中受益。例如，关于免费停车位数量的信息、不同移动提供商之间的路线规划和导航、交通灯切换的优化、车辆跟踪以及不同交通系统（如火车、公共汽车和有轨电车）的协调，可以帮助减少等待时间、拥堵和通勤时间。

 

同样，收集来自多个交通系统的数据，可以将其用于实时定制用户需求的智能服务。这可能包括城市货运和配送交通的优化和需求管理，或路线控制，根据乘客的偏好进行特别调整，并由人工智能支持动态定价。

 

• 能源和环境管理：

   

智能电网已经出现了一段时间，主要关注能源安全和效率，但也关注停电的风险。当智能电表、能源跟踪技术和实时通信相结合，可以优化能源生产、传输和消费，这样一来新的机会就会出现。先进智能电网的数据收集和能源分配能够引入新的商业模式，例如将可再生能源整合到城市基础设施中，以有效地利用各种可再生能源并管理波动。

 

智慧城市应用程序可以通过用户友好的服务优化废物管理，并用于收集数据、提供信息以及调节空气和水的质量。人工智能废物解决方案通过特定区域的回收选项，可以帮助控制污染和高级回收。当地电力可以通过租户供电等参与模式产生，并提高自给自足的能力。例如，在需要时自动打开的街道照明可以帮助节省成本和电力。人工智能可以用来预测能源消耗，并根据这些数据计算供应，然后可以根据各自的天气条件、一天中的时间或季节进行调整。

 

• 智慧治理和智慧社区：

 

智慧城市可以提高地方政府和公共管理的效率。随着电子政务流程的建立，智慧城市门户可以为整个城市景观提供服务。几年来，集中式数字平台一直是智能城市模型的基本组成部分，用于数据收集、集成和分发。

 

智慧社区可以使用智慧城市数据并产生有价值的反馈，以开发新的需求驱动型服务或改进现有服务，例如紧急情况、公共文件交付和电子税收。人工智能可以帮助分析城市服务的数据，提高客户参与度。与聊天机器人相结合，人工智能可以用来生成问题信息。随着新一代可解释人工智能（Explainable AI）的出现，决策过程以及相关数据和算法将变得更加透明。这可以增加公民的参与，并改善公共行政部门与公民之间的沟通。

 

• 安全与安保：

 

安保摄像机与实时解决方案相结合，可以分析视频片段，以检测犯罪行为并发出适当的警报。这意味着通过缩短紧急情况下的响应和到达时间以及有效的资源分配和通信，可以提高公共空间的安全性。早期预警系统可以发现自然灾害和其他事件的迹象，并向公众发出警报。数字身份框架的引入有助于创造安全空间。

 

随着基于5G等新标准的移动宽带高速通信的引入，传输和接收大量数据将成为可能。同样，访问互联网或内网的实时无线连接也将成为可能，例如与智能城市基础设施的连接。5G技术可以为更多的用户提供更快的数据传输速率，从而创建更好的连接城市。因此，这些技术将在安全领域实现新的应用，例如，基于人工智能的智慧城市数据分析，可以检测公共空间或交通中的异常情况，并相应地提醒安全人员。

 

• 智能建筑、智能工作和智能生活：

 

虽然智能家居技术已经在不断发展，但非住宅建筑也为智能技术和控制系统的使用提供了更多机会。这部分的应用范围从门、窗、照明、供暖和通风的自动控制到优化能源消耗等应用。建筑管理系统可以优化能源使用和成本，预测性维护使用智能技术来预测维修或维护的需求。此外，空间利用可以通过家庭办公室和工作场所的智能组合来优化。

 

智能生活技术是一个有潜力改变城市生活的领域。智能生活技术的例子包括绿色基础设施，如室内和室外空间的绿色屋顶、墙壁和其他植被，包括自动供水，这有助于减少城市热岛效应并改善空气质量。作为智慧城市生态系统的一部分，物联网设备可以实时监测空气质量和其他环境因素。物联网、移动解决方案和人工智能可以帮助创造一个更可持续、更互联的生活环境，以满足公民的需求，需要强调的是，中国目前的基础设施已经为智慧城市做好了一切铺垫。

 

• 智能医疗（数字健康）：

 

在数字健康领域，近年来发展了诸如环境辅助生活（Ambient Assisted Living）之类的概念，以帮助老年人或需要照顾的人在自己家中生活的时间比以前更长，即使他们已经依赖于帮助。例如，房间或压力传感器可以集成连接到微控制器的地板或家具中，微控制器收集和评估传感器数据，以及通信接口。如果有人一动不动地躺在地板上一段时间，微控制器可以通过无线电接口向救援服务发出紧急呼叫。

 

环境辅助生活解决方案还包括，如果公寓居民几天没有接触食物，冰箱就会触发警报。基于人工智能的解决方案还可以帮助识别风险模式，并为患者和护理人员提供建议和实时建议。这种智能设备概念可以支持预防性医疗保健，提供有价值的信息作为计划和控制的基础，并最终有助于节省地方和区域医疗保健系统的成本。

 

 

4   投资视角：智慧城市项目融资

 

 

为智慧城市项目融资通常是一项复杂的任务。可供选择的融资方式多种多样：

 

• 政府层面的融资

• 地方和区域融资

• 社区融资、贷款和市政债券

• 政府和社会资本合作（PPP）

• 私募融资

 

因此，智慧城市的利益相关者范围很广。其中包括地方政府和公共行政部门、房地产开发商、技术提供商、企业主、旅游服务提供商和旅游协会以及公民等等。在投资者方面，银行、公共和私人资产管理公司以及私人投资者都可能参与其中。

 

此外，建设-拥有-经营（BOO）或建设-经营-转让（BOT）等模式通常适用于建筑公司或房地产开发商。合格的基础设施债券是专门满足智慧城市需求、降低融资风险并确保所有利益相关方获得更大利益的融资工具。

 

根据欧盟委员会2016年的数据，私人投资者在智慧城市的投资中占10%，另外41%作为公共基金的合作伙伴。

 

 

 

为了为智慧城市项目融资并产生投资回报（ROI），现在已经开发出超越经典信贷工具的新方法和融资概念。通过适当的计量（计量服务），城市服务可以分配给个人用户，结合按次付费系统或与广告合作伙伴合作。在基于性能的定价模型（按性能付费，P4P）中，支付的金额取决于是否满足预定的性能目标。基于使用的支付是基于使用或实际消费。与广告合作伙伴（如旅游协会、媒体和营销机构）合作创造收入，提供广告融资服务，这是另一个有助于弥补运营成本的因素。

 

 

5  展望：智慧城市的未来

 

 

在过去的几十年里，智慧城市项目的成功往往是有限的，居民的满意度也很低。例如，许多想法都在与软件更新不起作用、传感器因天气条件而失效或使用过载等日常问题作斗争。

 

美好的数字新世界乌托邦往往伴随着幻灭。与此同时，以技术为中心，分析智能手机和网络的高可用性推动技术发展的可能性，为智慧城市开辟了有趣的前景。

 

在过去几年中，智慧城市的许多应用和技术标准得到了进一步发展。数字服务和物联网的用户数量和使用强度也在增加。

 

可持续的智慧城市模式需要财政上健全的融资和投资回报率。从投资的角度来看，公私合作和私人投资是实现这一目标的融资选择。这样的融资选择为智慧城市开辟了新的有趣的可能性。

 

 

 

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