新型智慧城市大腦研究

莫文東　杜曉旭　駱富

關鍵詞：新型智慧城市大腦；核心樞紐；實施路徑；運營模式

中圖法分類號：TP399 文獻標識碼：A

近年來，在5G網(wǎng)絡、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、AI和CIM（城市信息模型）等新科技的驅動下，城市大腦作為城市的數(shù)據(jù)中樞和能力中樞，正成為城市治理和前沿技術應用的新熱點。基于城市信息化的網(wǎng)絡基礎、數(shù)據(jù)基礎、能力基礎，城市大腦為政務服務、應急指揮、城市交通、城市管理等領域提供了高效、實時、便捷的智能化治理體系。

2015年，城市大腦基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的定義被首次提出。2016年，杭州開始布局城市大腦的建設。2021年3月，“十四五”規(guī)劃綱要提出“構建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設”。截至2021年12月，全國已經(jīng)有超過100個城市宣布建設城市大腦。杭州以交通作為切入點，規(guī)劃構建“531”的城市大腦架構，涉及交通、城管、旅游、醫(yī)療、環(huán)境、信用等11個行業(yè)系統(tǒng)，共覆蓋48個應用場景，達到提升政府智慧治理能力的目標。上海浦東打造了“三平臺五中心多應用”城市大腦體系，以三級綜合管理為抓手，實現(xiàn)了浦東新區(qū)的精細化、系統(tǒng)化管理。阿里、華為、百度、騰訊、科大訊飛、中科大腦等數(shù)百家科技企業(yè)宣布進軍城市大腦領域，相繼提出了城市大腦發(fā)展階段模型及架構。阿里提出了城市大腦發(fā)展的三個階段，即城市大腦1.0是局部智能階段，城市大腦2.0是跨域數(shù)據(jù)共享、智能場景衍生階段，城市大腦3.0是多元融合滲透、全面智能升級階段。可以看出，城市大腦發(fā)展是不斷迭代升級的過程。百度聚焦城市治理對信息化建設提出的新要求，推出了由感知中臺、數(shù)據(jù)中臺、AI中臺以及智能交互中臺構建的“1+2+1”的城市大腦體系，通過對城市運行狀態(tài)的全場景進行實時監(jiān)測，賦能城市高效、安全、可控地運轉。

本文主要分為三個部分，首先介紹了新型智慧城市大腦的總體架構，分別對城市大腦的數(shù)據(jù)中樞和能力中樞的構建思路、關鍵技術進行了深入研究；其次對城市大腦三個重要的實施階段進行分析，以頂層設計、統(tǒng)籌推進、重點突破的實施策略，推進城市大腦不斷迭代升級、優(yōu)化，同時，就城市大腦各專題、場景建設的運營模式進行闡述；最后進行總結。

1新型智慧城市大腦總體架構

新型智慧城市大腦是基于“城市生命體”理論，推進城市數(shù)字產業(yè)化與產業(yè)數(shù)字化同步、深度融合的強大引擎，助力城市的數(shù)字化轉型，其總體架構圖如圖1所示。打造新型智慧城市大腦，需要結合城市發(fā)展階段和實際情況，重點圍繞“1+1+4+1+3”的總體架構，即“1項基礎設施底座、1個城市中臺、4類智慧應用場景、1個指揮中心、3個保障體系”，創(chuàng)新應用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等前沿技術，整合政府、企業(yè)和社會數(shù)據(jù)資源，應用能力集成創(chuàng)新，動態(tài)感知城市運行體征，為城市管理者提供決策支撐。

1.1城市大腦數(shù)據(jù)中樞

數(shù)據(jù)中樞為城市大腦提供智能化的數(shù)據(jù)匯聚融通、數(shù)據(jù)治理組件，為基礎庫、專題庫、場景化應用提供可靠的數(shù)據(jù)資源，確保數(shù)據(jù)的可用性、一致性和完整性。數(shù)據(jù)治理作為數(shù)據(jù)中樞的核心功能，主要包括數(shù)據(jù)應用與服務、數(shù)據(jù)需求管理、數(shù)據(jù)架構與共享管理、數(shù)據(jù)模型管理、數(shù)據(jù)標準管理、數(shù)據(jù)質量管理.元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)安全管理等功能。

1.1.1推進數(shù)據(jù)共享交換

城市大腦數(shù)據(jù)中樞通過數(shù)據(jù)目錄管理對外提供數(shù)據(jù)共享服務。數(shù)據(jù)管理員參照元數(shù)據(jù)模板構建數(shù)據(jù)資源目錄，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和提供數(shù)據(jù)共享交換的服務能力。數(shù)據(jù)資源目錄提供檢索功能，可以實現(xiàn)關系型、消息型、文件型數(shù)據(jù)的快速定位和查閱。數(shù)據(jù)資源目錄完成構建后，例如一網(wǎng)通辦，進行事項級別的目錄編制，在此過程中為數(shù)據(jù)資源歸集工作做好準備，使目錄質量和成效得到保障。進行目錄審核并完成發(fā)布，才可以被政務、城管、交通等相關數(shù)據(jù)用戶查看、訂閱和使用。

數(shù)據(jù)資源目錄提供查詢條件，查詢結果可以按表格、卡片等方式進行展示，下鉆顯示元數(shù)據(jù)實體信息。支持對元數(shù)據(jù)實體及數(shù)據(jù)目錄屬性進行全文檢索，可獲取項為名稱、描述、標簽等，在數(shù)據(jù)資源目錄查詢功能上可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享訂閱。

數(shù)據(jù)資源目錄管理由數(shù)據(jù)中樞的數(shù)據(jù)共享交換模塊配置數(shù)據(jù)管理員并引用元數(shù)據(jù)定義，配置、發(fā)布數(shù)據(jù)資源目錄，數(shù)據(jù)資源目錄服務根據(jù)配置信息創(chuàng)建存儲對象。

1.1.2提升數(shù)據(jù)治理水平

通過三大步驟提升城市大腦數(shù)據(jù)治理能力：（1）制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系。制訂一套完整、統(tǒng)一的標準數(shù)據(jù)規(guī)范體系，將數(shù)據(jù)標準化治理覆蓋系統(tǒng)建設全生命周期，實現(xiàn)信息高度共享、系統(tǒng)運行高度協(xié)調；（2）建設數(shù)據(jù)治理中心。構建數(shù)據(jù)治理中心，匯聚數(shù)據(jù)生命周期各環(huán)節(jié)元數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一分析處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)質量管理、數(shù)據(jù)安全管理、數(shù)據(jù)服務管理、主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)分析等能力；（3）融合數(shù)據(jù)運營與生產運營。將數(shù)據(jù)治理融入業(yè)務流程，在數(shù)據(jù)匯聚流程、預警處理流程、數(shù)據(jù)訂閱流程、元數(shù)據(jù)／主數(shù)據(jù)變更流程等方面介入，構建全域數(shù)據(jù)運營體系與生產運營相結合的體系，并貫穿數(shù)據(jù)生命周期。

1.2城市大腦能力中樞

構建城市大腦能力中樞，目標是統(tǒng)一匯聚各委辦局算法、平臺、系統(tǒng)能力，推進城市大腦原子能力的集約建設和高效管理。通過打造能力黃頁、沉淀能力資產，采用標準化的能力接口，對城市大腦內部應用開放，提升大數(shù)據(jù)應用與生產支撐應用的敏捷靈活交付能力；對城市大腦外部應用開放，構筑開發(fā)者生態(tài)。能力中樞解決了重復開發(fā)的問題，節(jié)省了企業(yè)成本，提升了城市大腦的能力建設、管理水平。

（1）打造能力中樞的核心算法、模型庫，聚焦各基礎、通用、覆蓋面廣的原子能力的算法模型，包括基礎的聚類、回歸類等經(jīng)典機器學習算法，提供人臉／車輛識別、語音／圖像處理、人流熱力、流數(shù)據(jù)處理等深度學習算法，同時，要根據(jù)場景需求的變化，推進算法、模型的迭代升級。

（2）以4類智慧應用場景需求為抓手，匯聚數(shù)據(jù)中樞、能力中樞及各委辦局系統(tǒng)的AI能力、位置能力、電子印章等具有業(yè)務價值的能力，并將能力注冊到DCOOS（能力開放運營系統(tǒng)），實現(xiàn)快速、靈活、敏捷的能力管理。能力中樞基于能力轉發(fā)、能力生成、能力編排等功能，實現(xiàn)對能力的集成，并賦能智慧應用場景。

2實施路徑

城市大腦建設不是一蹴而就的，需要不斷地迭代升級、優(yōu)化，城市要結合自身特點因地制宜，以頂層設計為牽引、統(tǒng)籌推進、重點突破的實施策略，主要分為以下三個階段。

第一階段：填平補齊階段，做好城市大腦總體規(guī)劃，以構建城市大腦數(shù)據(jù)和能力底座為目標，補齊數(shù)據(jù)、能力短板，構建城市大腦基礎框架，并建立城市大腦標準規(guī)范、信息安全、運維運營保障體系。

第二階段：重點突破階段，繼續(xù)夯實城市大腦數(shù)據(jù)基礎和能力基礎，結合城市發(fā)展特點和方向，優(yōu)先選取數(shù)據(jù)共享充分、需求迫切、能力打造成熟度高的智慧應用場景，開展城市大腦項目建設。逐漸形成可復制、可推廣的應用場景建設經(jīng)驗，為全面提升階段奠定基礎。

第三階段：全面提升階段，全面推進智慧政務、智慧城管、數(shù)字經(jīng)濟、智慧醫(yī)療、智慧教育、智慧生態(tài)等智慧應用場景建設，構建跨部門的城市數(shù)據(jù)共享開放生態(tài)，強化各委辦局、各行業(yè)、各區(qū)域的數(shù)據(jù)、能力共享和業(yè)務協(xié)同，整體提升整個城市的治理水平。

3運營模式

新型智慧城市大腦建設和運營遵循“政府引導、市場主導、社會參與”的發(fā)展原則，體現(xiàn)“誰投資誰受益”的利益分配機制，充分應用相關部門的各自長處，調動各方積極性，發(fā)揮市場資源優(yōu)化配置的作用，以合適的運營模式保障城市大腦長期有效運行。研究表明，不同的應用場景和基礎能力適用于不同的運營模式組合，具體如表1所列。

4結束語

在城市信息化快速發(fā)展的背景下，新型智慧城市大腦是推進城市數(shù)字化轉型、提升城市治理水平、節(jié)約城市運營成本的必然選擇。本文介紹了新型智慧城市大腦的總體架構、實施路徑、運營模式三大專題。針對城市發(fā)展存在的數(shù)據(jù)匯聚共享和能力開放不暢的問題，通過構建城市大腦數(shù)據(jù)中樞和能力中樞，打造城市大腦的數(shù)據(jù)和能力共享生態(tài)。同時，提出了以頂層設計為牽引、統(tǒng)籌推進、重點突破的實施策略，分三步推進城市大腦建設。研究表明，不同的應用場景需要采用不同的運營模式，本文結合城市中臺、智慧應用的特征給出了運營模式的建議。未來，隨著新技術要素的不斷升級、數(shù)據(jù)和能力基礎的不斷夯實，城市大腦將會為全面賦能城市建設奠定堅實的基礎。

作者簡介：

莫文東（1991—），碩士，工程師，研究方向：設計咨詢。