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網絡、云計算、大數據、區塊鏈、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據中樞和能力中樞，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絡基礎、數據基礎、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，城市大腦基于互聯網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”規劃綱要提出“構建城市數據資源體系，推進城市數據大腦建設”。截至2021年12月，全國已經有超過100個城市宣布建設城市大腦。杭州以交通作為切入點，規劃構建“531”的城市大腦架構，涉及交通、城管、旅游、醫療、環境、信用等11個行業系統，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，實現了浦東新區的精細化、系統化管理。阿里、華為、百度、騰訊、科大訊飛、中科大腦等數百家科技企業宣布進軍城市大腦領域，相繼提出了城市大腦發展階段模型及架構。阿里提出了城市大腦發展的三個階段，即城市大腦1.0是局部智能階段，城市大腦2.0是跨域數據共享、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、數據中臺、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的全場景進行實時監測，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據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，推進城市數字產業化與產業數字化同步、深度融合的強大引擎，助力城市的數字化轉型，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”，創新應用大數據、云計算、人工智能等前沿技術，整合政府、企業和社會數據資源，應用能力集成創新，動態感知城市運行體征，為城市管理者提供決策支撐。

1.1城市大腦數據中樞

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

1.1.1推進數據共享交換

城市大腦數據中樞通過數據目錄管理對外提供數據共享服務。數據管理員參照元數據模板構建數據資源目錄，實現數據管理和提供數據共享交換的服務能力。數據資源目錄提供檢索功能，可以實現關系型、消息型、文件型數據的快速定位和查閱。數據資源目錄完成構建后，例如一網通辦，進行事項級別的目錄編制，在此過程中為數據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布，才可以被政務、城管、交通等相關數據用戶查看、訂閱和使用。

數據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，下鉆顯示元數據實體信息。支持對元數據實體及數據目錄屬性進行全文檢索，可獲取項為名稱、描述、標簽等，在數據資源目錄查詢功能上可以實現數據共享訂閱。

數據資源目錄管理由數據中樞的數據共享交換模塊配置數據管理員并引用元數據定義，配置、發布數據資源目錄，數據資源目錄服務根據配置信息創建存儲對象。

1.1.2提升數據治理水平

通過三大步驟提升城市大腦數據治理能力：（1）制定統一的數據標準體系。制訂一套完整、統一的標準數據規范體系，將數據標準化治理覆蓋系統建設全生命周期，實現信息高度共享、系統運行高度協調；（2）建設數據治理中心。構建數據治理中心，匯聚數據生命周期各環節元數據，進行統一分析處理，實現數據質量管理、數據安全管理、數據服務管理、主數據、元數據分析等能力；（3）融合數據運營與生產運營。將數據治理融入業務流程，在數據匯聚流程、預警處理流程、數據訂閱流程、元數據／主數據變更流程等方面介入，構建全域數據運營體系與生產運營相結合的體系，并貫穿數據生命周期。

1.2城市大腦能力中樞

構建城市大腦能力中樞，目標是統一匯聚各委辦局算法、平臺、系統能力，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，提升大數據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，構筑開發者生態。能力中樞解決了重復開發的問題，節省了企業成本，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、流數據處理等深度學習算法，同時，要根據場景需求的變化，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，匯聚數據中樞、能力中樞及各委辦局系統的AI能力、位置能力、電子印章等具有業務價值的能力，并將能力注冊到DCOOS（能力開放運營系統），實現快速、靈活、敏捷的能力管理。能力中樞基于能力轉發、能力生成、能力編排等功能，實現對能力的集成，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、優化，城市要結合自身特點因地制宜，以頂層設計為牽引、統籌推進、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劃，以構建城市大腦數據和能力底座為目標，補齊數據、能力短板，構建城市大腦基礎框架，并建立城市大腦標準規范、信息安全、運維運營保障體系。

第二階段：重點突破階段，繼續夯實城市大腦數據基礎和能力基礎，結合城市發展特點和方向，優先選取數據共享充分、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、數字經濟、智慧醫療、智慧教育、智慧生態等智慧應用場景建設，構建跨部門的城市數據共享開放生態，強化各委辦局、各行業、各區域的數據、能力共享和業務協同，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”的發展原則，體現“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，發揮市場資源優化配置的作用，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展的背景下，新型智慧城市大腦是推進城市數字化轉型、提升城市治理水平、節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。針對城市發展存在的數據匯聚共享和能力開放不暢的問題，通過構建城市大腦數據中樞和能力中樞，打造城市大腦的數據和能力共享生態。同時，提出了以頂層設計為牽引、統籌推進、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、數據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。