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城市化是社会发展的必然，智慧城市是城市化发展的高级阶段。城市的形成通常是按照“居民点—居民区—乡镇—城镇—城市”这样的历程发展来的，城市化的发展阶段通常是按照发展城市化—现代化—信息化—智能化和智慧化进行的。另外，城市的发展模式是从传统城市到现代城市，到数字城市再到智慧城市（含生态城市）最后延伸到未来城市的发展过程。
让我们来回顾一下世界城市化发展过程和三次城市化发展浪潮：
1）以英国为代表，与工业革命发展相伴随，1750年英国的城市化率为20%，到1950年基本完成城市化，历时约200年；
2）以美国为代表，1860年美国的城市化率为20%，1950年达到71%，历时90年；
3）以拉丁美洲及其他发展中国家为代表，如南美诸国在1930年的城市化率为20%左右，到2000年也基本完成了城市化历程，约经70年。这些国家城市化的一个显著特点就是人口大量集中于主要城市。
事实上，城市发展的阶段都是与生产力的发展相适应的：奴隶社会对应的是城堡式的城市；封建社会的对应的是传统的旧城市形态；第一、二次产业革命（蒸汽机、电气化）对应于现代城市；第三次产业革命（计算机）对应于数字城市；第四次产业革命对应于以新能源、信息技术和智能制造为标志的革命，低碳、绿色、生态，数字化和信息化将使城市迈向智慧，因此说数字城市、智慧城市是城市化发展的高级阶段。
城市化发展的一般有如下的标志：1）劳动力从第一产业向第二、三产业转移；2）城市人口在总人口中比重上升；3）城市用地规模扩大；4）城市生产的价值在GDP中比重大幅提高。中国的城市化实际上开始于上世纪80年代初，即国家改革开放之初，它基本包含在世界第三次城市化发展浪潮中。那时中国城镇化率只有20%，全国8亿多的人口居住在农村。如按2030年预测我国城镇化率大于70%计，我国实现城镇化用时约为50年。
1．我国几个城市的发展轨迹
自改革开放以来，我国的各类城市和城镇如雨后春笋，从沿海波及中部并又向西部扩展，与国家改革开放同步，蓬勃发展起来，每一个城市都有着自己的发展道路，以下是卫星遥感监测结果，可以再现每个城市的发展轨迹。
（1）北京城市的发展
北京1978－2010年建成区面积由161km²增至1734km²，城市扩展了近11倍。北京建成区如图1所示。
图1 北京市建成区的发展示意图
（2）上海城市的发展
上海市建成区的发展1979－2010年建成区面积由138km²增至1921km²，扩展了近14倍，如图2所示。
图2 上海市建成区的发展示意图
（3）广州市和深圳市的发展
广州市1979－2010年建成区面积由79km²增至919km²，城市扩展了11倍多。深圳城市1979－2010年建成区面积由6.3km²增至932.6km²，城市扩展了148倍多。
随着城镇的发展，特别是交通运输、通信等基础设施建设的提高，城市或城镇间的关系更为紧密，互通更为便捷，以至于相邻城镇之间相互依存、相互促进、协调发展。这样城市群就应运而生了；通过最近和最新卫星遥感数据对我国20个城市群的分析表明，城市群的发展在我国已成为重要趋势并对经济社会产生重要影响。城镇化的过程，包括人的城镇化、土地的城镇化、设施的城镇化、环境的城镇化、经济的城镇化等形成了一个人口、资源、能源、智力、财富、消费的聚集过程，也是5个文明建设，即经济、社会、政治、文化和生态文明的前沿阵地。城镇化发展所产生的巨大效益和价值在推动社会发展中起着关键的作用。这也就是为什么中国的快速城市化不仅将对国内政治经济产生重大影响，同时也将对世界的发展产生深远的影响。
前世界银行的副行长诺贝尔经济奖得主J.斯蒂格利茨（Joseph Stiglitz）在一次报告中指出：“中国的城市化和美国的高科技发展是深刻影响21世纪人类发展的两大关键因素”，并认为“中国的城镇化将是区域经济增长的火车头，并将产生最重要的经济利益”。改革开放以来中国城市化的发展恰是对他推论的最好诠释。
2.中国城市化对经济社会发展的贡献
我国的城市自改革开放以来，城市化率不断提高，2002年至2011年，我国城镇化率以平均每年1.35个百分点的速度发展，城镇人口平均每年增长2096万人。2011年，我国城镇人口（6.9亿）在历史上第一次超过了乡村人口（6.6亿），而我国的城镇化率仍然逐年不断提高。
由于城镇化的发展大量人口向城镇聚集，提高了劳动生产效率；与此同时，大量土地流转为城镇用地，土地的产值更是大幅度飙升，城市化成为了经济发展的发动机。一个显著的结果就是生产价值或国内生产总值GDP快速提升。1980年到2014年，我国的一线城市建成区平均扩展了10倍左右，我国城镇化率提高了近3倍，接近55%。而我国的GDP从1980年的3015亿美元增长到2014年的10.4万亿美元，增长幅度接近35倍。创造了世界发展史上的奇迹，对此，城市化的发展是功不可没的。
近三十余年的实践证明中国是世界上城市化推进最快的国家，有人预测中国有望在2025-2030年间完成城镇化的进程，即城镇人口与总人口的比例大于70%。
城市发展对经济增长的贡献起到关键的作用。以北京、上海、广州、深圳、天津、重庆等主要中心城市2013年的国内生产总值（GDP）为例，这6个城市GDP的总和为88697亿元，在全国GDP总量中的占比高于1/6，即使计算上述6城市的行政区面积（包括重庆巨大的郊区，甚至农村都计算在内）也仅占全国国土面积的1.3%，也就是说，这几个重要中心城市仅以略占全国1/80强的国土面积贡献了占全国约1/6的GDP，由此可见中心城市在国家经济发展中的贡献。我国主要城市群面积扩展与国家GDP增长的大趋势如图3所示：
图3 我国主要城市群面积扩展与国家GDP增长的大趋势
中国GDP逐年增长与城镇化的关系示意图如图4所示：
图4 中国GDP逐年增长与城镇化的关系示意图
在城市的设施和功能不断提高和完善的驱使下，城市不可逆转地向着其高级阶段，即智能化和智慧化的方向发展。所谓智慧化的城市，即在原来以城市各组成要素数字化和信息化以及人与人在互联网的相通基础上，发展形成物—物相通的物联网并以能感知物体特征、状态、空间位置和动态过程的传感网和遥感网以及具有大数据智能计算和智慧处理的云计算平台相集成城市智慧体系
一个智慧体系至少要包括以下三个世界：一是物理世界，就是我们感觉触摸到的东西，是现实的世界；而是虚拟世界，由互联网组成，通过电脑、移动终端获取感知；三是智能世界，是由传感网、遥感网、物联网和云计算等系统所组成。
智慧城市的特征包括如下几个方面：高速、宽带、融合、无线、互联的信息基础设施；精细、准确、可视、可靠的传感中枢和网络系统；科学、绿色、生态、超脱、便捷的城市体系；虚拟化，个性化和位置化的服务；高效、安全的信息流通；对城市事件的快速、高效、智能处置和决策支持能力；以人为本的可持续发展和创新。
智慧城市在当下还主要是一种发展愿景，是一个战略思想。城市的智慧化，是一个巨大的科技、工程和生态体系。人为什么会有智慧？首先必须有眼、耳、鼻、这些感官（在很大程度上具有遥感的功能）外，还有分布在人体全身各个部位上超过十亿（109）个感知细胞或神经末梢，它们无时无刻不在感知或收集着来自各方的信息，这些信息经人体的神经系统传输至大脑（处理中心），经大脑分析并做出决策的信息在经神经系统传递到人体的相关肌肉、骨骼、脏器等来执行。这一系统是相互紧密连接的、是自我学习、自我完善的，这就是知识的积累过程，即人的一生也是集聚知识或智慧的一生。
智慧体的人与智慧城市的类比如图5所示。
图5 智慧体的人与智慧城市的类比
信息技术的发展为数字城市向智慧城市发展提供了重要的技术支撑，其中最为重要的有：传感网、射频识别器（RFID）、互联网、物联网、遥感对地观测网、云计算，以及面向各种不同应用的智能模型和软件等。
其中物联网保证了物与物的相通；互联网保证了人与物相通；RFID能够提供物体的位置信息，保证物-物和人-物的互通；传感网用来提供物体的本征特性、状态特性保证其现势性和真实性；遥感网用于保证人-物空间位置、状态、过程及其相互关系的准确性和精准性；云计算则保证海量数据的处理和智能解决。
只有在上述技术支撑下，智慧城市的建设才有可能。智慧城市的重要基础要体现在这个城市的信息化水平或城市的信息基础设施的完善程度，包括信息获取能力、信息处理能力、信息表达能力、信息存储能力、信息传输能力、信息共享水平和信息应用能力，以及基于信息的智能决策能力。也只有在这一基础上城市的相关要素的智慧化和智能化水平才能大幅度提高，并体现在各个方面，如智慧城市管理，智慧人口管理，智慧生产管理，智慧金融管理，智慧社区管理，智慧文化管理，智慧医疗和智慧健康，智慧家居或智慧家庭，智慧资源管理，智慧土地管理，智慧市场管理，智慧犯罪管理，智慧或智能交通，智慧灾害管理，智慧环境管理，智慧水、电、气等管网管理。
自1970年以来我国已向空间发射了200多颗人造地球卫星，其中大部分均为遥感对地观测卫星；已形成了国家层面的气象、海洋、资源、环境减灾以及高分卫星；地方和商业化层面的“北京一号”、“北京二号”和“吉林一号”等系列卫星。
近期在国家中长期科技发展规划框架下实施了 “高分辨率对地观测”国家重大专项所发射的高分卫星（GF-1、GF-2）以及北京系列和吉林系列卫星的空间分辨率都达到了米级和亚米级，已可为数字城市和智慧城市建设提供对城市总体和城市部件进行高分辨率监测的遥感信息支撑。
我国已建立了包括无人飞机在内的高、中、低空全面覆盖的航空遥感系统，以及基于倾斜摄影的3D建模技术，它们更是数字城市和智慧城市建设不可或缺的分米和厘米级分辨率遥感信息基础，并将在智慧城市建设中发挥重要作用。
高分二号卫星的典型影像如图6所示。
图6 高分二号卫星典型影像
吉林一号卫星是由长广光卫星技术有限公司研制和发射的小卫星系统。它用吉林省的名字来命名。
卫星于2015年10月7日发射升空。吉林一号由4颗卫星组成，其中一颗为420kg的光学遥感卫星，其空间分辨率可达0.72m；2颗为质量95kg的视频观测小卫星，第4颗为空间技术试验卫星。
图7 吉林一号第一幅光学影像——北京奥运公园（左图为全色影像，右图为全色与多光谱融合影像）
我国第一个商业卫星系统——北京一号是高性能对地观测小卫星，是国家“十五”科技攻关计划和高技术研究发展计划联合支持的研究成果，同时被列为“北京数字工程”、“奥运科技（2008）行动计划”重大专项。“北京一号”小卫星全重166kg，在轨寿命为5年，卫星上装有4m全色和32m多光谱双传感器，其32m/600km幅宽的对地观测相机，是目前全世界在轨卫星幅宽最宽的中分辨率多光谱相机，可实现对热点地区的重点观测。
北京二号由3颗光学卫星组成星座于2015年7月11日发射轨道高度为650km的太阳同步轨道，地面分辨率全色优于1m，多光谱优于4m，幅宽24km，重访周期1天。
图8所示为北京二号的影像图。
图8 北京天安门广场和国家大剧院影像
智慧城市建设是我们迈向未来的重要一步，也是我们在城市信息化面临的最大挑战。当我们考虑智慧城市建设时往往比较重视如网络系统（互联网、物联网）、计算中心、数据库、云计算、大数据、物流交通、金融医疗、城市安全等城市基础设施建设和微观层面的事物，而容易忽略带全局性、宏观性的空间信息应用问题。遥感数据的分辨率越高，对城市的探测、监测能就越强，其应用价值也越高。遥感网是城市智慧的眼睛，遥感空间信息的应用能让大众把握城市的宏观变化和发展状况、评估城市的空间结构、建筑和生态环境现状、道路交通状况、城市部件的空间布局和损毁情况、城市灾害（火、水、地面沉降、滑坡）风险评估、周边对城市的影响、违章建筑处置等。
城市的科学发展、合理布局、城市及其周边的协同、生态城市体系的发展、人居环境的保护、灾害风险的规避等恰是城市大智慧之所在。为此，把握好遥感技术与信息也是智慧城市建设之大计，十分值得重视！