理论篇
第一章 生态文明下的城市智慧低碳发展
摘 要：在对世界城镇化发展历程的回顾和对中国改革开放以来城镇化的成就与教训的考察分析的基础上，提出中国城镇化未来发展应以生态文明和社会和谐为目标，以低碳、智慧为基本手段。并指出融和谐于一身，寓绿色为一体的云计算、物联网等信息技术是建设低碳、智慧城市的关键技术。
关键词：生态文明 城市 智慧 低碳 发展
生态文明是以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态，是继原始文明、农业文明和工业文明之后的一种新文明形态。三百年来的工业文明以人类征服自然为主要特征，世界工业化的发展使征服自然的文化达到极致，一系列全球性的生态危机说明地球再也没有能力支持工业文明的继续发展。党的十八大报告指出，建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计，要把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程。中国正处在城镇化的快速发展之中，城镇化是长期的历史任务，也是复杂的系统工程。在生态文明下，中国的城镇化需要辩证地借鉴世界各国走过的城镇化道路，避免犯城市发展模式选择的错误，需要借助科技进步，走智慧低碳之路，以实现中国城镇化长期的可持续稳定发展。
一 全球城镇化五次浪潮的发展历程
城镇化是农业社会向工业社会演变过程中产生的一种聚集式发展现象，是以人地关系为主的社会生产生活模式转化为以人人关系为主的生产生活模式的社会经济过程。人类生活对市场、社会公共服务高度依赖，是城市化的基本特征。自第一次工业革命以来，全球城镇化经历了五次浪潮。第一次浪潮发端于西欧的工业革命，空间上以英国为主，逐步向欧洲大陆扩散，历时二百多年，1850年前后进入成熟期。第二次浪潮受殖民扩张、工业化和技术扩散等多种因素推动，空间上以美国、加拿大、澳大利亚等为代表，美国最为典型，自19世纪中后期开始，历时近一百年，1950年前后进入成熟期。第三次浪潮主要受第二次世界大战以后人口剧增、工业化大发展和石油开采等因素驱动，空间上以拉美及其他发展中国家为主，历时半个世纪左右，2000年以前进入城镇化成熟期。第四次浪潮随着经济全球化而产生，主要推动力量是快速的信息化、世界市场的形成与全球产业链的再分工。空间上以亚洲和非洲发展中国家为主，中国为典型代表，在21世纪前后开始快速发展。与此同时，以信息化和城市产业知识化为依托，以欧美发达国家为代表，城市化进入高碳城镇迅速向低碳智慧城镇转型的生态文明发展阶段。这就是城市化的第五次浪潮。
二 第一次城镇化浪潮的经验教训
作为第一次城镇化浪潮的典型，英国的城镇化开始于18世纪初工业革命开启时期。工业革命推动了小城镇迅速发展为大城市，也带动了交通运输系统的不断改善和以运河、汽船、公路和铁路为主要标志的“运输革命”［1］，错综复杂的交通网络连接着各个城市，从而使城市的发展进入一个新的层次。工业革命后，英国社会经济生活重心由乡村向城市转移，同时城市的新生活方式、新思想观念也在向农村渗透。生活在广大农村的农民开始大量涌入城市，加快了城镇化的进程。到19世纪中期，英国完成了从传统农业社会向现代城市社会的转型。城镇化对英国经济、技术、科学文化和社会政治的发展起到了积极的推动作用。但由于各种因素的作用，英国城市化过程中也呈现出各种问题，形成了所谓的城市病。
城市病首先表现在环境上的“先污染，后治理”恶果。城市人口密度大，空气污染严重，缺乏上下水系统，垃圾、粪便、污水不能及时处理，到处都是细菌繁殖和蚊蝇滋生的场所，疾病很容易蔓延，城市的人口死亡率普遍比农村高。［2］长期以来，饮用水被脏水污染，引发疾病，流经城市的河流也成为藏污纳垢之地。据记载，由于泰晤士河水太脏，河水的污染也“搞臭”了伦敦，［3］到处充满恶臭的城镇吞噬了成千上万英国人的生命。为了解决城市的供、排水问题，从19世纪开始，英国政府修建了布拉德菲尔德水库和维尔尼湖，在城市中建立了自来水水厂，并通过立法改善卫生状况，成立全国和地方性的公共卫生委员会，指派卫生官员，加强城市卫生管理。1936年，伦敦通过“绿带开发限制法案”，由伦敦政府购买土地作为“绿化隔离带”引导城市建设开发，减少对乡村环境和利益的损害。
其次是体现在城市住房拥挤上。在城镇化过程中，地价飞涨，房租过高，大量贫困人口只好住进拥挤不堪的经济公寓或棚户区，最后形成了臭名昭著的贫民区。住房紧张的问题影响了市容卫生，诱发了多种传染病，导致人口失控和治安混乱。马克思把城乡流动人口称作一支“流动的传染病纵队”，他们把天花、伤寒、霍乱、猩红热等疾病带到他们扎营的附近地区。
再次表现在交通拥堵上。为了解决交通拥挤状况，英国在一些城市修建了地铁，19世纪末，伦敦还试行了公共汽车制度。
最后是社会矛盾加剧，不稳定因素急剧增加，改革与变革的呼声与压力增大。
英国工业革命开始时，城镇化也并非是美好的景象。在城镇化水平达到50%以前，英国社会的目标以经济效益为主，生态效益、社会效益往往被忽视，甚至牺牲生态效益和社会效益以谋求经济效益。恩格斯在《英国工人阶级状况》中对其悲惨的情景进行了深刻的剖析。当城镇化水平达到50%左右时，一个传统的乡村社会转变为一个城市社会，旧机制已基本上不适用，而新机制尚不健全，各种矛盾暴露无遗，由于不能妥善解决而呈病态；管理者的管理理念、方式、手段未能根本转型适应于城市社会的兴起，面对许多问题束手无策，而被管理者则对管理者的无能为力不满，双方往往发生冲突。
现今，英国的城镇化之所以良好，在于近百年来能面对发展的问题并做出相应的反应，在城市发展理念、规划、建设和管理中进行一次次的创新，理性而客观地解决问题。例如，1898年，霍华德在《明日的城市》中提出了以田园城市的概念和方案来解决各种城市问题；1915年，盖迪斯在《进化中的城市：城市规划运动和文明研究之导论》中系统阐述了人文主义的城市规划思想。近年来的英国城市通过转型发展，其绿色城市、低碳城市与智慧城市的实践为我国城镇化提供了很好的借鉴。
三 第二次城镇化浪潮的经验教训
美国是第二次城镇化浪潮的代表，其城市发展始于1609年的欧洲移民，早期城市集中于美国东海岸。1790年，美国联邦政府进行人口普查，2500人以上的城市只有24个，城市人口仅占全国人口的5.1%。［4］随着西部开发和铁路的铺设，城市的空间体系发生了变化，城市的分布范围从东北部推进到中西部。1800年美国城市人口有30万，占全国总人口的5%左右，1840年为10.8%，1860年达19.8%。［5］随着城市经济结构的变化，城市性质也发生了变化。据统计，1860年，在15个人口最密集的城市区域中，在制造业就业的人口比重达20%以上，工业成为城市增长的主要动力，是城市由商业城市向工业城市过渡的显著标志。［6］受交通条件的限制，到19世纪中叶，美国城市空间布局比较紧凑，主要分布在港口和河流交汇处。随着有轨马车和蒸汽火车在市内的应用，城市的地域面积扩展到4—5平方英里。
伴随着美国工业的迅速发展和全国工业化的实现，大量农村人口转入城市，外来移民不断涌入，城市化进入了鼎盛时期。这一时期城市化的速度在美国历史上是空前的，城市的数量和人口都有显著增长。但由于工业化发展不平衡，使城镇化也存在地域上的差异。东北部工业化起步较早，因而该地区城市发展在全国居于领先地位，不仅表现为城市规模的扩大，而且在城市的性质、功能和外貌上也发生了变化。1898年，纽约与布鲁克林等四个区合并后，城市面积扩大为320平方英里，拥有人口330万，发展为国际化大都市、世界金融中心，摩天大楼成为纽约的标志性建筑。市内交通系统不断完善，立交桥和地铁先后出现。随着工业化由东北部向中西部推进，中西部成为全国工业化的中心，中西部城镇化建立在更高的生产力水平上，起点高，发展速度快，甚至超过了城镇化遥遥领先的东北部。1900年，美国20万人口以上的城市有10个，仅中西部就有4个：芝加哥、圣路易斯、克利夫兰、底特律。［7］中西部城市成为工业城镇化的典型，工业化与城镇化同步发展，互为因果。伴随着第二次工业革命的浪潮，19世纪后半期美国西部城市开始高速发展。［8］
美国城镇化的发展同样带来了诸如环境污染、交通拥挤和黑人贫民等城市病。随着交通工具的变革，特别是20世纪20年代汽车的发明和普及，居住在中心城区的中产阶级为了逃避大城市的环境污染、交通拥堵、房价飞涨和种族冲突，纷纷迁往郊区安家落户，住在郊区享受绿色生态的环境。城市人口逐渐向郊区迁移，城市经济结构与空间结构由聚集走向分散，城市化进入了郊区化时期。20世纪50年代后城市中心人口和经济活动向郊区大规模集聚，郊区化更是呈现强劲发展势头。郊区大规模扩展，出现了连绵的大都市区，包括中心城市及其周围卫星城。1940—1970年，郊区人口增长达275%，而城市人口只增长了50%。［9］这种增长的差距，使美国人口空间布局发生了变化，城市人口比例不断下降，郊区人口的比例不断上升，郊区成为都市居住区的主体。
由于过分依赖市场需求和过度消耗自然资源，造成城镇化发展自由放任，出现极度郊区化，带来了巨大的资源特别是土地资源浪费，生态环境破坏愈演愈烈，中心城市衰落，公共服务质量下降，犯罪率上升，社会矛盾显现。美国城镇化过程中所引发的一系列经济、社会和环境的问题，已经成为世界各国引以为戒的深刻教训，也正是新城市主义、精明增长、紧凑型城市等新理念广受欢迎的原因。新城市主义、精明增长、紧凑型城市等城市发展新理念的核心内容是强调土地利用的紧凑模式，鼓励以公共交通和步行交通为主的开发模式，实现经济、环境和社会的公平。
四 第三次城镇化浪潮的经验教训
拉美是第三次城镇化的典型代表。从20世纪30年代开始，伴随着工业化的步伐，拉美国家踏上了城市化的高速列车，是全世界城镇化速度最快的地区。1950年，世界城镇化率平均水平为28.8%，世界各地城镇化率最高的是北美（63.9%），其次是大洋洲（62.0%），欧洲第三（51.3%），拉美第四（41.4%），亚洲第五（16.3%），非洲第六（14.4%）。在其后的半个多世纪里，拉美城镇化进程明显提速。1950—1980年，拉美地区总人口增长了1倍，而城市人口却增加了4倍。80年代初，除中美洲的少数国家外，主要拉美国家的城市人口比重都超过了一半。不仅如此，拉美还成为发展中国家城镇化水平最高的地区。1980年拉美城市人口占总人口的64%，1990年超过欧洲，1991年又超过大洋洲。到2010年，拉美城镇化率高达79.6%，仅次于北美的80.7%，位居世界第二，远高于欧洲的72.8%、大洋洲的70.2%、亚洲的39.8%和非洲的37.9%。［10］2010年，拉美国家城镇化率超过美国（82.3%）的有5个，城镇化率为70%—80%的有5个，上述10个国家的人口之和超过拉美总人口的50%以上。
拉美的城镇化是在相对短的时期内实现的。资料显示，欧洲城市人口比重从40%提高到60%，经过了50年，而拉美国家仅用25年。在拉美城市化过程中，普遍出现了城市人口高度集中在一个或少数几个城市的现象。例如秘鲁首都利马集中了全国人口的1／3，蒙得维的亚集中了全国人口的52%。［11］
拉美的快速城镇化对其经济社会产生了深远影响，由此带来的一系列社会环境问题如城市空气质量恶化、水源被污染、交通堵塞、住宅拥挤、贫民窟无序扩张、犯罪率上升等被称为“拉美陷阱”。城市病是几乎所有国家曾经或正在面临的问题，但拉美的城镇化问题主要是因其城镇化水平远远超出了其经济发展水平。20世纪50年代，拉美各国普遍实行进口替代战略，虽然这一战略使许多拉美国家都建立起了现代工业体系，实现了国民经济部门结构的巨大变化，使经济高速增长，在1950—1973年创造了世界经济的“拉美奇迹”；但是，拉美进口替代发展模式是以资本密集型产业作为工业化起点的，国内有限的资金集中用于资本密集型产业的发展。由于缺乏必要的竞争，该产业未能真正发展起来，反而愈益依靠政府的保护和资金支持。为维持经济高速增长，拉美发展中国家只能大举外债。1982年，一场始于墨西哥而后席卷拉美的债务危机全面爆发，此后，金融危机一波未平一波又起。在20世纪80—90年代，许多拉美国家陷入持续的经济衰退和债务危机，城市问题也越来越严重。
虽然拉美城镇化过程中的问题很多，许多城市还缺乏足够的广场、公园和公共绿地，但巴西的巴西利亚绿地覆盖面积很广，到处都是公园。巴西南部城市库里蒂巴在1966年颁布了一个与巴西其他城市发展模式完全不同的总体设计方案，主要内容包括城市发展的长远目标、运输、交通、工作、休闲娱乐、社会凝聚力和住宅开发策略等。其中最具影响力的是大力发展以公共交通为基础的带状城市增长模式，反对依赖石油作为城市发展的模式，充分应用大众运输工具，创造一个便捷的都市运输网络，库里蒂巴现已被联合国教科文组织界定为最适合人类居住的城市。
在拉美地区，一个曾经被视为无可救药的城市——哥伦比亚首都波哥大，现在被国际公认为21世纪城市规划的典范。波哥大消灭了贫民窟，市政府在3年内建立了一套具有特色的快速公交系统，将波哥大市内的7个区连接起来，满足了23%的城市公共交通需求，每位乘客平均每天能够节省33分钟的上下班时间。此外，在全市建设了几百公里长的人行道，开辟了300多公里长的自行车专用通道和步行街，将上下班高峰期的小汽车流量减少了40%。根据规划，2015年波哥大将禁止小汽车在上下班高峰期上街。波哥大市的快速公交系统赢得了人们的好评，快速公交也改变了波哥大的城市面貌，全市因为快速公交系统而变得更加宽阔，原本贫富差距很大的城南城北也被快速公交系统重新连接在一起，改变了落后的状况。［12］
五 第四次城镇化浪潮的经验教训
自1978年年底实施改革开放政策以来，我国城镇化发展迎来了新的契机。农村剩余劳动力的涌现与农村劳动生产率的提高相伴而生，对城镇化发展形成巨大的推力；与此对应，商品经济发展，投资渠道多元化，城镇基础设施建设步伐加快，城镇就业渠道的拓宽吸引了大量农民工进城，对城镇化发展产生了拉力。伴随着经济社会的发展，中国城市规模不断扩大，1978—2013年，城镇常住人口从1.7亿人增加到7.3亿人，城镇化率（城镇人口占总人口的百分比）从17.9%提升到53.7%，年均提高1.02个百分点。
图1—1 1978—2012年的中国城镇化率
资料来源：《中国统计年鉴2013》。
1978—2011年的34年间，中国共新增城镇464个，平均每年增加约16个城镇。就2011年来说，200万以上人口的城市数是1978年的4.5倍，50万—200万人口的城市数约为1978年的3.5倍，50万以下人口的城市数约是1978年的3.3倍（见表1—1）。
表1—1 1978年与2011年中国城镇数
通过比较中国与发达国家城镇化发展速度可以看出，中国城镇化开始的晚，但发展速度很快（见表1—2）。
表1—2 世界城镇化发展速度
“改革”是推动中国城市发展的最大动力，改革开放的政策给中国社会引入了市场的力量、工业化的发展、科技的进步和管理水平的提升，推动了中国城市的发展，中国改革开放三十余年的城镇化走过了西方国家百余年的历程，不仅中小城市快速发展起来，而且形成了一批具有国际竞争力的中心城市，城市在国民经济和社会发展中的主导地位更加突出。特别是2000年以来，城市的房地产业迅猛发展，更是加速了中国的城镇化进程。与此同时，城市人的生活方式也发生了很大变化；城市体系逐步复杂，服务业得到了长足的发展；城市产业中的科技含量提升，管理体系逐步现代化。但中国城镇的迅猛崛起，也暴露出诸如土地资源浪费严重、水资源短缺且浪费严重、交通拥堵愈演愈烈、噪音充斥、空气质量差、环境污染严重、能源消耗突出、能源安全压力巨大、碳排放总量增长速度难以控制等一系列影响城镇可持续发展的问题。此外，一些资源依赖型城市如阜新、伊春、辽源、白山、盘锦、石嘴山、白银、个旧、焦作、萍乡、大冶、大兴安岭（地区）等已经失去了原有的发展教动力，开始陷入资源枯竭、产业萧条、经济衰退的困境。由于城市人口的增加和工业的发展，全国有420多座城市供水不足，其中110座严重缺水，许多城市的水质都遭到污染，对城市的生命力造成了伤害。比如，在南方，昆明滇池水质的退化引起了关注；为解决北京和天津这两个华北重镇的缺水问题，国家启动了“南水北调”工程。从全局看，调水工程虽能基本解决城市的缺水问题，但却使现代城市更加成为一种人工构造的复杂系统，不再是原来意义上的依赖自然环境存在的城市。在东南沿海，上海的苏州河与黄浦江也都曾随上海的发展而数变其色；在内陆，则有一些中小河流被造纸厂排出的污水污染，对两岸村庄居民的健康造成了危害。与此同时，拉美城市化问题，美国城市化问题，在我国不同程度的有所表现。如农民工与市民待遇两极化，首位城市、上位城市过度发展，中小城镇相对衰落，特大城市“摊大饼”发展等。
六 推进第五次城镇化浪潮的关键技术
第五次城镇化浪潮开始于20世纪70年代，以信息技术、知识经济作为支撑。表现为欧美国家将传统高资源消费产业、高排放产业迅速向外转移，大力发展知识产业，以信息技术为支撑的现代服务业，以工人知识化为基础，推动城市向智慧低碳城市转型，构建工业社会向生态社会转变的支撑。建设低碳智慧城市的关键支撑技术主要包括云计算技术、物联网技术、空间信息技术等。
（一）云计算技术
低碳、生态、智慧城市建设内容包罗万象，涉及海量的数据收集、整合和处理，这就需要依靠数学模型和云计算来科学、高效处理和利用这些数据。
云计算是由分布式计算、并行处理、网格计算发展而来，是一种新兴的商业计算模型。云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池中，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。通俗地来说，云计算的“云”就是存在于互联网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（服务器、存储器、CPU等）和软件资源（如应用软件、集成开发环境等），本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息，远端就会有成千上万的计算机为你提供需要的资源并将结果返回本地计算机，这样，本地计算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群里完成。
云计算系统运用了许多技术，其中核心技术包括编程模型、海量数据分布存储技术、海量数据管理技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术、信息安全管理技术。云计算不是以有形的基础设施作为自身的软件平台，而是能通过自身动态调配闲置的资源来响应客户的请求，客户无须担心服务器的高峰负荷，云计算的主要特征包括：
（1）灵活性。使用户能够快速和廉价地利用技术基础设施资源，服务的实现机制对用户透明，用户无须了解云计算的具体机制，就可以获得需要的服务。
（2）经济性。以计算量为计费标准，用户不需要为了非经常性的计算任务购买昂贵的设备。
（3）独立性。用户可以从任何位置，利用个人电脑或移动电话等设备，通过互联网访问他们所需的信息，获得他们所需的服务。
（4）共享性。众多用户分享资源，并且避免单一用户承担较高的费用或者有限的资源无法被充分利用。
（5）可靠性。采用数据冗余和分布式存储来保证数据的可靠性。
（6）可扩展性。现在大部分软件和硬件都对虚拟化有一定支持，各种IT资源，软件、硬件都虚拟化放在云计算平台中统一管理，通过动态的扩展虚拟化的层次达到对以上应用进行扩展的目的。
（7）安全性。云计算的安全由于中央集权的数据管理而提高，这是因为供应商能够把资源用于进行安全审计和解决安全问题，而一般的客户能力或资金有限。
（8）可持续性。由于计算机及相关的基础设施是主要的消费能源，供应商出于各方面考虑，都会通过提高资源利用率，建设更有效的系统，从而降低整体能耗。［16］
对政府用户而言，云计算不仅能够提高办公效率、节约信息化成本，还能够帮助其实现管理创新和服务型政府转型。政府不仅是云计算的重要应用主体，更是重要的市场规则制定者、产业运营监督者和产业发展推动者。
企业能够利用云计算整合其现有的数据中心，实现对已有IT资源的充分利用，提高信息系统的效率和性能，加强经营决策的实时性。
尽管大多数个人用户并不清楚地知道或者不关心云计算概念，事实上已经有相当多的用户是云计算的使用者了。多年来，消费者事实上一直都在慢慢向云计算环境靠拢，如电子邮件（如微软的Hotmail、Google的Gmail）、在线办公软件（如文字处理、电子表格）、网络硬盘、即时通讯（如MSN、QQ）等。
智慧城市建设需依托云计算技术，通过监测、分析、整合以及智能响应的方式，提供更好的服务、绿色的环境、和谐的社会，保证城市可持续发展。
（二）物联网应用技术
物联网是现代信息技术发展到一定阶段后的一种聚合性应用与技术提升，它是各种感知技术、网络技术和人工智能与自动化技术的聚合、集成和应用。因而被称为继计算机、互联网信息产业后的第三次革命性创新。
物联网是一种智慧之网，它把世界上所有的物体都连接到一个网络中，把物体的信息通过智能感应装置和传输网络，送到指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互、处理。物联网的基本特征可简要概括为全面感知、可靠传送和智能处理。物联网涉及的新技术很多，其中的关键技术主要有射频识别技术、传感器技术、网络通信技术和云计算（传输数据计算）等。
按照物联网的基本功能要求，其通用组网模型如图1—2所示。
图1—2 物联网的通用组网模型［17］
物联网改变了传统管理方式，可以实现所有物品的远程监测和控制，使管理更加精确化与合理化，提高资源的利用率，促进生产力发展。物联网技术既能带来经济效益，也能带来社会效益和生态效益。在城镇化进程中，借助于物联网可以使人与物、物与物之间进行智慧对话，创造一个智慧的世界，实现人与城市、环境、自然间有机融合、协同发展。
（三）空间信息技术
空间信息技术是20世纪60年代以来逐步发展起来的，以获取、管理、分析、应用为内容与地理位置相关的信息技术的总称，它包括遥感、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）（简称3S技术）等。空间信息技术处理的对象是整个人类的生活环境，其基本特征包括信息获取的客观性、信息定位的准确性、信息管理的灵活性、信息分析的空间性、信息表达的直观性等。［18］
利用遥感技术可以远距离无接触地快速获取地面各种地物的实时信息，能反映地理数据的位置、属性和时间。目前遥感已成为各种自然资源调查、环境动态监测与工程应用不可缺少的地理空间信息获取、更新和分析的手段和数据源，从陆地的土地覆被变化、城市扩展动态监测评价、土壤侵蚀与地面水污染负荷产生量估算、生物栖息地的评价、保护和工程选址、防护林的保护规划和建设，到海洋、海岸带的生态环境变迁分析、海面悬浮泥沙、叶绿素含量、黄色物质和海上溢油、赤潮与热污染的发现和监测、堤坝的规划与水沙平衡分析、水下地形地貌调查，再到大气环境遥感中的城市“热岛”效应、大气污染范围识别与定量评价、大气气溶胶污染特征参数化以及全球水、气、化学元素的循环和全球环境变化、重大自然环境灾害的评估等，几乎涵盖了整个地球系统。
借助GIS技术对整个或部分地球表面与空间有关的数据进行采集、存储、管理、分析、显示和应用，解决复杂的规划、决策和管理问题。GIS应用遍及金融、交通、国土资源、电力、电信、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各个领域。权威的统计资料和研究报告都表明，国民经济信息数字化的80%都是构筑在地理信息系统之上。一个完整的GIS系统主要由硬件系统（含网络系统）、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员四部分组成。
GPS系统能在任何时刻为全球任何地方的用户提供三维位置、三维运动速度和精确的时间等信息。GPS由空间卫星、地面监控站和用户设备组成，利用卫星信号来准确测定待定点的位置，具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航、定位、定时、测速能力。目前GPS监控系统的应用范围十分广泛，其功能包括：监控、调度、报警、防盗、防抢、导航、轨迹记录和信息查询服务等，因此，GPS技术已广泛应用于应急管理与救援、交通运输等领域，极大地提高了生产效率。
随着空间信息技术的发展，人们与外界交流、交往，包括居民的工作、教育、生活、购物、就医、娱乐等将打破时空限制，城市中出行人数和次数将减少，城市的交通总量下降；将极大提高现有交通设施的服务水平，实现城市交通的高效率。借助于空间信息技术快捷提供的城市各种背景资讯，使决策可以做到更为科学、缜密和及时，城市管理与监控手段将变得更为先进和发达，城市建设与管理能真正摆脱“人治”、走上“法治”轨道，对城市的发展还起着一种监督保证的作用。例如北京城管物联网平台就是建立在感知、分析、服务、指挥、监察“五位一体”的基础上，并整合固定点位视频监控、车载GPS、车载视频监控、工地噪音监控、数字集群、执法城管通资源，实现了基于常量体系的智能分析和三色态势预警；提升了城市管理的精细化、智能化、社会化水平。
七 低碳、生态、智慧与中国城市的未来
世界城镇化历程表明，在第一次城镇化浪潮时，人类尚未认识到生态环境对城镇化的制约，当时许多新城镇都建在矿区或棉花产区；第二次城镇化浪潮时，对环保的要求高了，开始重视公共卫生、生态环境保护和城市美化；第三次城镇化浪潮对环保要求进一步提高，各国开始重视人类和自然环境的协调发展，发表了《人类环境宣言》，确立了可持续发展作为当代人类发展的主题；以中国为代表的第四次城镇化浪潮时，人类又面临着全球气候变暖的问题，现今世界各国都在倡导低碳发展，中国的城镇化发展面临着气候容量的冲击。以往基于工业文明的传统城市发展模式已难以为继，主张人与自然和谐共处的生态文明已成为全球的共识和时代的主题。［13］1999年10月，美国世界观察研究所在其调查报告《为人类和地球彻底改造城市》中指出，无论是工业化国家还是发展中国家，均必须将规划本国城市放在长期发展战略的地位，而其大方向只能选择走生态化的道路。［14］人类试图征服自然，可是却始终无法不依赖于自然而存在，最后必然要回归自然，城镇化必然要向着更生态的方向发展。
中国改革开放30多年城镇化成就巨大，但也造成对自然环境的破坏，引起环境污染、资源枯竭、水土流失和温室效应等生态环境危机，城镇化发展不可持续的问题突出。中国的城镇化走什么道路将直接影响我国未来的可持续发展，中国新型城镇化绝不能继续沿袭过去“高耗能、高污染、高排放”的模式。因此，党的十八大提出，一定要更加自觉地珍爱自然，更加积极地保护生态，努力走向社会主义生态文明新时代。十八大提出大力推进“生态文明”建设，表明要摒弃以前那种“人是自然主人”，掠夺性或恣意对自然资源进行过度开发和滥用等一切短视行为，改变以破坏环境和浪费资源为代价的发展模式，将生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设中，形成“五位一体”的新型建设发展模式，在实现当代人利益的同时，也给子孙后代留下碧水蓝天的美好家园，实现中华民族永续发展。2012年12月16日的中央经济工作会议进一步提出，要把生态文明理念和原则全面融入城镇化全过程，走集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化道路。
基于以上对世界城镇化三次浪潮和中国改革开放以来城镇化发展历程的分析与借鉴，我们认为建设低碳生态的城市是获取可持续能力的必然选择，同时也是生态文明在社会生活中的必然体现。低碳生态绿色之路是城市文明进步的要求，是人类文明进程中所必须达到的高度。而低碳生态的城市，意味着污染全部控制、资源高效利用，人、自然、环境融为一体，互惠共生。
建设低碳生态城市需要智慧，低碳生态城镇化发展需要用智慧的方法推进。智慧城市，是新一轮信息技术变革和知识经济进一步发展的产物，是工业化、城市化与信息化的深度融合，并向更高阶段迈进的表现。智慧城市是以信息网络为基础，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式。
智慧城市建设要与城市的产业调整、转型与提升相结合，解决民生和社会和谐的一些重大问题，用智慧的方法治理城市的生态环境，实现行政效能提高、社会良治、政府管理模式的创新转型，采用智慧的手段来达到社会资本的增长，物质资本的合理分配。智慧城市建设要用尽可能新、尽可能廉价、尽可能合理的智慧技术来应对和解决城市发展中产生的问题，［15］建立一个由新工具、新技术支持的涵盖政府、市民和商业组织的新城市生态系统，最终实现经济的可持续发展、社会的可持续发展和生态环境的可持续发展。
建设低碳生态智慧城市的推动力来自何处？每座城市的特有环境不同，有的城市能根据政治经济形势变化而主动采取积极措施实现转型，有的城市是在形势驱使下顺应转型。例如作为德国环境保护运动发祥地，弗莱堡早在20世纪70年代就自发开始了生态环境建设。然而，对于许多传统工业城市来说，它们转变的背景往往是面临经济衰退或产业升级，例如，瑞典马尔默西港区是一个传统的工业基地。大约30年前，这里从船坞变成萨伯汽车的组装车间。由于受到高科技产业的冲击，车间后来被关闭，员工失业。当大批人失去工作、厂房被废弃时，人们不禁要问应如何度过危机？1996年，马尔默市政府决定在这片废弃的老工业基地上建立一个既节约能源，又对环境生态友好的生活居住区，这个住宅示范区项目在2001年荣获欧盟“推广可再生能源奖”。
对于低碳、生态、智慧城市该如何建设，国内外许多城市已经进行了有益的实践。从德国的弗莱堡到瑞典的马尔默，再到巴西、法国、美国等国家的一些城市，人们看到各具特色的生态城市发展模式，它们为克服以人口膨胀、资源紧张、交通拥挤、环境恶化等为主要特征的“城市病”提供了思路。目前，世界公认的生态城市包括美国伯克利、巴西库里蒂巴、日本北九州、澳大利亚阿德莱德，以及作为示范案例参加世博会展览的德国弗莱堡和瑞典马尔默等，它们从不同侧面展现了低碳生态城市的丰富含义。
国内的深圳、天津、北京、武汉、昆明等城市也进行了低碳、生态、智慧城市建设的有益探索。南京、杭州、长沙都有不同特色的智慧城市建设方案，目前有30多个地级城市明确提出“智慧城市”建设规划，辽宁辽源、河北迁安、宁波镇海作为县区一级的先行城市在智慧城市建设方面也有特色，在小城镇层面，“智慧乐从”“智慧张浦”都呈现出非常强的生命力。这样的样板一旦被推广应用到全国两万多个小城镇，我国智慧城市建设将会呈现大城市和中小城市（镇）相互交融的局面。［15］
总之，智慧化、低碳化的生态城市是城市发展的未来方向，生态低碳智慧是实现城市永续发展的途径，也是中国新型城镇化的必经之路。
参考文献
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Smart Low-Carbon Development of Urban
on Eecological Civilization
Abstract：Based on reviewing the development of world urbanization，and investigating the achievements & lessons of China's urbanization since reform and opening up，proposing the main line of future development of China's urbanization should be based on ecological，low-carbon and smart，and pointing out the key technologies for constructing ecological，low-carbon and smart city are the cloud computing technology，networking technology，and space information technology.
Key Words：Eecological civilization Urban Smart Low carbon Development