智慧城市是在各種信息和計算技術的幫助下發展起來的，特別是無線傳感器網絡、物聯網 (IoT) 和云計算。

預計到 2050 年，城市化將增加近 70%。 Frost & Sullivan 的研究估計，智慧城市的多個領域在全球的市場潛力為 1.5 萬億美元。

Victoria Fernandez-Anez 在她的作品中正式將智慧城市定義為：

“智慧城市是一個系統，通過基于技術的解決方案和創新，提高人力和社會資本的使用效率，并與自然和經濟資源進行互動，以解決公共問題，并在多方利益相關者和市政合作的基礎上高效實現可持續發展和高質量生活。”

智慧城市架構

智慧城市的愿景涵蓋方方面面——無論是健康、治理、金融、環境和教育。 所使用的技術包括物聯網 (IoT)、智能手機、射頻識別系統 (RFID)、智能卡、語義網、云計算、集體智能、智能應用程序和人工智能 (AI)。

智慧城市的架構是一個分層的基礎設施，由感知層、通信層和應用層組成。

在上圖中，底層是感知層，它將數據提供給下一層進行歸一化和進一步處理。通信層提供傳感層和應用層之間的信息流。

Jin等人用四個主要步驟解釋了數據流：

1.數據采集

2.數據處理

3.數據管理

4.數據解讀

數據的實時感知需要在多種感知范式中實現。這也與網絡流量、數據存儲和資源利用有關。數據采集后，需要進行處理和管理。數據流的最后一步是在應用層，即數據解釋。

支持技術

幾種技術協同運行智慧城市。這些實現技術如下：

1. 物聯網

物聯網是一種通信范式，在現場部署無線傳感器，感知和獲取重要數據，并通過互聯網將其轉發給數據處理器進行高級分析。物聯網是智能城市的一項潛在實現技術，因為它通過異構通信協議將資源受限傳感器(RFID tag)、智能設備、網關設備和電子設備(相機、微波、冰箱)等混合設備無縫連接到數據處理源。

2. 大數據分析

數量、多樣性和速度——在智慧城市中，有大量不斷產生數據的傳感器。為了將該數據轉換為可服務的工件，必須采用數據管理技術。數據管理有四個階段:數據感知和收集、數據融合、處理和聚合、數據開發和服務交付。

除了大數據，開放數據是另一種在智慧城市應用中有用的數據分析技術。開放數據意味著數據可以免費提供給個人、組織和公司，以重用和開發增值應用程序。

3.智能手機

智能手機是智能城市基礎設施的重要組成部分。我們的智能手機包含許多微型傳感器，它們不斷生成原始數據，并向用戶提供與環境相關的信息。智能手機采用了5g/4G/長期演進(LTE)網絡等技術，可以在任何地方以非常高的速度連接，并被用作中繼設備。

4.智能塵埃

智能塵埃是由微機電系統（MEMS）組成的微型計算對象的名稱。這些物體能夠探測和感應環境中的微小變化，如物理振動或化學變化。

這些對象可以以非侵入性的方式安裝在環境中，這樣它們就不會干擾部署它們的環境的常規活動。Smart dust可用于執行棲息地監測、室內外環境監測、人員和物體的安全和跟蹤、交通監測和管理、人類健康和福祉監測等應用。

4.智慧城市區塊鏈

城市文化涉及利益相關者之間的大量數據和信息交流。區塊鏈使網絡參與者能夠以高度的可靠性和透明度交換數據，而無需集中管理員。智能合約等智慧城市的經濟應用可以充分利用區塊鏈。

6. 云計算

嵌入在智能城市應用程序中的傳感器會實時生成大量原始數據，需要以有效的方式進行處理以做出明智的決策。在這方面，云存儲服務提供了巨大的存儲空間和更快的計算能力。智慧城市可以利用云服務進行高效的數據存儲和處理。然而，云存儲服務存在敏感數據隱私泄露的風險。為此，可以使用同態加密方案來保護數據。

總結一下，智慧城市的最終目標是提高公民的生活質量，降低生活成本并實現可持續發展的環境。然而，這項革命性的技術面臨著一些艱巨的挑戰——安全和隱私。我將在接下來的文章中討論這些問題。