智慧城市是在数字城市基础之上，用互联网将城市组织起来，实现虚拟空间与现实城市的集合。基于时空大数据挖掘技术，由云计算中心处理时刻产生的大数据，最终实现城市的智慧、绿色、可持续发展。
城镇化不仅是中国也是当今世界上最重要的社会、经济现象之一。21世纪初，全球人口的半数以上生活在城市地区，并且这种趋势仍在加剧，随之而来的是大都市和城市群，这在人口密集的亚洲表现得尤为明显。作为全球人口最多的国家，中国在城镇化过程中衍生出人口超千万的超大城市是必然的，然而，很多问题也随之而来。
城镇化进程中涌现出了各种“城市病”，主要集中在以下方面：
1、当前超大城市地面沉降问题日益凸显。我国现在有超过50个城市发生地面沉降，地面沉降是一种严重的自然灾害，会危及到城市基础设施的安全；
2、极端环境下城市灾害频发。超大城市的发展改变了土地利用性质，当城市不透水面占75%以上后，55%的降水需要靠地表径流来排，可以说，不透水层变化从根本上改变了降水再分配。由此带来的影响我们都已经深刻感受到了，近年来城市特大暴雨频发，给老百姓的生活带来很多不便，甚至会危及到生命，对城市的经济也造成了巨大的损失；
3、交通拥堵问题突出。中国和国外城市特别是超大城市现有的交通系统存在着很多问题，高峰期交通拥堵、停车难、公共交通出行难、交通管理难……城市交通发展面临着交通安全和通行效率的双重挑战；
4、城市能源问题。大城市现有能源系统也面临着挑战，绿色能源生产不可持续，能源使用效率低。
上述这些“城市病”需要通过智慧城市来帮助解决。智慧城市对经济转型发展、城市智慧管理和对大众的智能服务具有广泛的前景，从而使得人与自然更加协调发展。
“智慧城市”可以简单定义为“数字城市+物联网+云计算”。数字城市是一个网络空间、虚拟空间，在其中我们将现实城市的东西装到互联网上，可以在网上看到城市的信息、实体。但仅仅这样还不行，因为它没有与现实城市关联，要通过物联网将现实城市与数字城市关联起来，物联网就是将各种城市人流、物流信息实时往上输送。但这又出现一个问题，物联网有上亿传感器，收上来的数据是需要计算、分析和控制反馈的，而传感器并没有计算功能，所以云计算出现了。物联网和云计算可以说是一对孪生兄弟。
在智慧城市的建设和应用中，传感器网络将产生反映自然和人类活动的百万兆级甚至万亿兆级数据，使世界进入真正的大数据时代。数字城市是周围组织的基础，互联网技术是实现互联互通的手段。一个智慧的城市，需要运用物联网、云计算、时空大数据集成等新一代信息技术，来促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式，以解决空间文化、处理传输、实时处理、及时反馈等服务，实现全球无缝的智能化。
城市建设要实现真正的智慧，就要充分利用时空数据的作用。时空大数据经过存储、处理、查询和分析后，可以更好地用于各类应用从而提供智慧服务。2012年12月27日，北斗云服务平台已对中国以及周边地区正式提供运营服务，其定位和测速的高精度可用于智慧交通中车辆控制和智能驾驶。未来，我国将推行60～80颗卫星组网，实现一星多用、多网融合、实时服务，提高遥感和导航的精度，实现时空大数据的采集，并形成数据模型。借助遥感云大数据的相关技术，能够有效破解当前城市面临的许多困局。例如，可以实现城市范围内洪水淹没范围分析，室内外高精度手机连续位置定位和实时导航，提供与位置相关的各类服务或需求解决方案等等。
智慧城市要求各省市将各类应用中的时空大数据进行有效管理，并按照实际需求进行处理、存储、分析并提供相应服务，满足从室外到室内、从天上到地下的各类智慧应用。
基于数据表达、信息组织与知识发现等不同层次的数据挖掘方法，实现时空大数据的深度挖掘，是时空大数据的优势所在。例如，利用GIS数据的挖掘，构成生态智能管理系统，形成现代管制方法，可以加速解决防洪防涝、综合发电等各项问题。
通过夜光影像、人口密度、土地覆盖等数据收集城市人口活动的变化强度，建立模型，并对人的行为认知进行研究分析，可以帮助解决城市建设的问题。同时，通过对视频数据的挖掘和对夜光影像的长时间序列分析（夜光影像能够较好的分析行为、理解数据、并将数据自动压缩），可以利用其评估不同区域受到武装冲突的影响程度，维护城市的安全。
利用遥感数据的挖掘，可以实现农业遥感监测，提取农作物信息作为农作物长势监测或产量估算的模型参数，进一步进行农作物产量统计分析，为经济发展提供参考。
智慧城市建设是一个系统工程，需要每个城市根据自身的特点，在做好顶层设计后统一规划，建立智慧化的城市运营中心，根据实际需要来运营，并将其变成城市运行监控的指挥调度中心和智慧服务中心，使其可视化、可控化、智能化，持续优化的发展下去。由此，企业可以重组生产资源，改良商业模式，获得更大效益；市民则可以享受更好的社会化服务，使生活的幸福感得到充分的提升。
智慧城市的建设是“一把手”工程，要抓好智慧城市建设的中心，推动每个城市的发展，形成技术链、数据链、价值链。智慧城市建设过程中将产生的大数据问题既是下一代科学研究的前沿问题，也是推进智慧城市发展的源动力，需要有针对性地加快有关大数据的技术创新和重点攻关研究，推动和加速智慧服务产业的发展，助力让城市更加科学、高效、低碳和安全地运行。
