摘要：本文從城市大腦的概念出發(fā)，概述了智慧城市的宏觀發(fā)展目標和新型智慧城市建設(shè)的基本原則及發(fā)展需求。重點闡述了城市大腦建設(shè)內(nèi)容、智慧城市頂層設(shè)計1533+N系統(tǒng)架構(gòu)、城市KPI指標、五個運行管理服務(wù)平臺、三個基礎(chǔ)性支撐和三個保障體系等具體內(nèi)容。還介紹了當前對智慧城市建設(shè)產(chǎn)生重大影響的數(shù)字孿生、人工智能、第五代移動通信三大新技術(shù)的應(yīng)用，最后對智慧城市的發(fā)展進行了展望。本文結(jié)合具體的頂層設(shè)計、智慧項目應(yīng)用經(jīng)驗，淺談了城市大腦的內(nèi)涵和實現(xiàn)的預(yù)期效果，對于推動智慧城市發(fā)展和城市大腦建設(shè)具有一定倡導(dǎo)意義。
城市大腦這一國產(chǎn)本土化提法，目前成為炙手可熱的智慧城市建設(shè)概念。城市大腦能將分散在城市各個角落的數(shù)據(jù)連接起來，通過對大量數(shù)據(jù)的分析和整合，對城市進行全域的即時分析、指揮、調(diào)動、管理，從而實現(xiàn)對城市的精準分析、整體研判、協(xié)同指揮。2017年11月，科技部公布了依托阿里云公司建設(shè)城市大腦國家人工智能開放創(chuàng)新平臺。2019年5月16日，第三屆世界智能大會上，360公司城市安全大腦亮相，它綜合利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、IoT智能感知、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，保護國家、國防、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、社會、城市及個人的網(wǎng)絡(luò)安全?？梢哉f城市大腦的概念基本上被幾家互聯(lián)網(wǎng)巨頭炒翻了天。那么，一個城市的“城市大腦”的內(nèi)涵和外延又是什么呢？如何去建設(shè)？又解決哪些問題？一座城市離不開水、電、氣、熱、路、建筑等資源，也離不開人、安全、環(huán)境、生態(tài)等要素，它們無限交織，為城市運轉(zhuǎn)提供源源不斷的有形資源。而今，還有一種巨大的無形資源——數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資源成為城市最重要的資源，有效運用數(shù)據(jù)實現(xiàn)城市的科學(xué)治理和智慧決策，被稱為“城市大腦”?！俺鞘写竽X”基于城市所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，對城市進行全局的即時分析，有效調(diào)配公共資源，不斷完善社會治理，推動城市可持續(xù)發(fā)展。
智慧城市在建設(shè)之初主要圍繞平安城市、高效城市、幸福城市、美麗城市等宏觀層面目標展開項目建設(shè)。2016年以后，國家提出新型智慧城市建設(shè)的基本原則和具體目標，基本原則有三方面要求。
（1）開放、共建、共享：新型智慧城市建設(shè)首先要強調(diào)開放、共建、共享的基本原則，政府要開放數(shù)據(jù)，開放智慧城市規(guī)劃，要讓公眾能夠了解政府的整體規(guī)劃并能夠發(fā)表意見，形成社會共識。政府要促進社會公共服務(wù)的整合，不僅包含政府的服務(wù)還包含企業(yè)提供的服務(wù)，政企合作，共創(chuàng)智慧城市的繁榮。
（2）公共服務(wù)均等化：以往的智慧城市建設(shè)重點是提供更多的公共服務(wù)，但是這些服務(wù)更多服務(wù)于擁有更高信息技能的用戶，而對信息技能不足的弱勢群體關(guān)注不夠，新型智慧城市將努力改變這一局面，盡力消除信息鴻溝，讓弱勢群體能夠享受更多的公共服務(wù)，支持國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略。
（3）城市特色化：智慧城市建設(shè)是在大城市中發(fā)展起來的，其做法并不能適應(yīng)中小城市、小城鎮(zhèn)的信息化建設(shè)，新型智慧城市建設(shè)將努力改變智慧城市同構(gòu)化的思路，努力推動智慧城市建設(shè)的特色化，建設(shè)更多的特色化小鎮(zhèn)、特色化經(jīng)濟區(qū)，推動地區(qū)經(jīng)濟新特色化、多樣化發(fā)展。
新型智慧城市建設(shè)的具體目標包括五方面：
（1）為民服務(wù)全程全時：構(gòu)建全面小康社會，清廉的、全面的、高效的、均等化的智慧民生服務(wù)體系。實現(xiàn)社保、醫(yī)療、健康、養(yǎng)老、教育、就業(yè)、公共安全、食品藥品安全、社區(qū)服務(wù)、家庭服務(wù)等智慧民生服務(wù)信息的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享、服務(wù)協(xié)同。
（2）城市治理高效有序：構(gòu)建城市治理體系和提升治理能力的現(xiàn)代化，信息是城市治理的重要依據(jù)，發(fā)揮信息在治理進程中的重要作用。以信息化推進城市治理體系和治理能力的現(xiàn)代化，構(gòu)建一體化城市治理平臺。
（3）數(shù)據(jù)開放共融共享：構(gòu)建政務(wù)信息資源共融共享體系和各級政府信息資源共享平臺。將法人、人口、經(jīng)濟、地理信息、政務(wù)、治理、民生、經(jīng)濟等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)“總和”。實現(xiàn)信息互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享交換的共融共享。智慧政務(wù)大數(shù)據(jù)具有對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異的數(shù)據(jù)進行分類、清洗、抽取、挖掘、分析、匯集、共享、交換的功能。
（4）經(jīng)濟發(fā)展綠色開源：構(gòu)建生態(tài)環(huán)境、綠色低碳、海綿城市、循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展體系。將綠色經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護、綠色低碳、空氣質(zhì)量監(jiān)測、能耗監(jiān)測、循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展結(jié)合為一體。實現(xiàn)環(huán)境保護、綠色低碳、海綿城市、能源管理、循環(huán)經(jīng)濟等信息互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享交換。
（5）網(wǎng)絡(luò)空間安全可靠：構(gòu)建一個天地一體化網(wǎng)格空間，夯實新型智慧城市建設(shè)信息基礎(chǔ)，實現(xiàn)電子政務(wù)外網(wǎng)、公共互聯(lián)網(wǎng)（包括電信、移動、聯(lián)通等運營商網(wǎng)絡(luò)）、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（包括公安視頻專網(wǎng)）之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和傳輸信息及數(shù)據(jù)的互通，以及網(wǎng)絡(luò)與信息空間的安全可靠和運維保障。
基于新型智慧城市的基本原則和具體目標，城市大腦的建設(shè)脫穎而出。城市大腦在2018年于杭州成功落地后，有更多的國內(nèi)外城市如蘇州、衢州、澳門、雄安、馬來西亞的吉隆坡等布局實施。
智慧城市建設(shè)就是借助新一代的物聯(lián)網(wǎng)、5G移動通訊、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化決策等信息技術(shù)，將人、商業(yè)、交通運輸、通信、水和能源等城市運行的各個核心要素結(jié)合在一起，通過城市大腦這個智慧中樞的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)管理、運維服務(wù)等全生命周期過程實現(xiàn)城市安全保障、精細管理、高效服務(wù)、生態(tài)環(huán)保、幸福宜居的發(fā)展目標。如圖1所示是城市大腦系統(tǒng)的輪廓。
圖1 城市大腦系統(tǒng)輪廓
3.1 城市大腦規(guī)劃設(shè)計架構(gòu)
智慧城市建設(shè)通常是從頂層設(shè)計規(guī)劃開始的，頂層設(shè)計的核心內(nèi)容就是城市大腦系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，圖2是一個智慧城市頂層設(shè)計的典型系統(tǒng)架構(gòu)。包含1個智慧城市綜合運行管理中心；5大功能平臺，分別是綜合運行管理平臺、城市應(yīng)急指揮平臺、綜合決策支持平臺、公共信息服務(wù)平臺、信息安全管理平臺；3大基礎(chǔ)支撐，分別是城市數(shù)據(jù)中心（云大物移智區(qū)等）、城市空間地理信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)/移動通訊網(wǎng)/廣電網(wǎng)等三網(wǎng)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；3大保障體系，分別是智慧城市建設(shè)的標準體系、評價體系和運維保障體系；以及多個專項應(yīng)用系統(tǒng)，分別來自于政府、企業(yè)、社會組織的智慧管理與服務(wù)業(yè)務(wù)。
3.2 智慧城市綜合運行管理中心
城市綜合運行管理中心設(shè)計體現(xiàn)了城市大腦和管理中樞的功能，它不僅是一個智慧城市建設(shè)發(fā)展和應(yīng)用服務(wù)的行政職能部門，也是城市大腦信息化平臺系統(tǒng)運行管理單位，更是城市治理數(shù)據(jù)匯聚的保障單位。它從多元化的角度，通過資源整合、服務(wù)融合的理念，展示城市運行綜合體征、民生民情，提升城市運行管理水平和突發(fā)事件處置效率，為市民提供優(yōu)質(zhì)公共服務(wù)，為管理者提供直觀生動的監(jiān)管和決策支持手段，是城市的“大腦”和“中樞”。
圖2 智慧城市建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計1533+N架構(gòu)
3.2.1 城市大腦：綜合運行管理平臺
城市大腦需要實現(xiàn)城市運行、應(yīng)急、安全、決策、服務(wù)五大智慧功能，因此需要精細化感知、分析和研判，管理“城市KPI”指標。
（1）城市KPI指標
具體“城市KPI”指標設(shè)定需要根據(jù)各城市具體情況進行設(shè)定，如圖3所示，僅給出了5大功能分類的建議性指標。
圖3 “城市KPI”指標
城市運行監(jiān)測的體征指數(shù)，涵蓋了基礎(chǔ)設(shè)施、城市交通、公共安全、生態(tài)環(huán)境、宏觀經(jīng)濟、民生民情等大類，如圖4所示，若干具體參數(shù)各城市可以因地制宜地具體設(shè)定。
圖4 城市KPI指標參數(shù)選定
（2）城市KPI指標參數(shù)的分析
通過城市各種物聯(lián)感知的KPI參數(shù)，有效匯聚于城市大腦的綜合運行管理平臺，平臺將采用三級指標評價方式。首先，一級指標是以速度表的方式來呈現(xiàn)城市運行的狀況，綠色表示正常，黃色表示預(yù)警，紅色表示報警或突發(fā)事件。其次，二級指標，是以雷達圖的方式呈現(xiàn)各項城市KPI指標正?；蚱x的程度，當一級指標出現(xiàn)黃色預(yù)警或紅色應(yīng)急時，可以通過二級指標來查看，是哪一類KPI指標出現(xiàn)了偏離異常。再次，根據(jù)二級指標指引的預(yù)警應(yīng)急的指標，可以繼續(xù)跟蹤，查看三級指標，例如是哪一類具體的交通安全事故觸發(fā)了預(yù)警和應(yīng)急指標，并可以根據(jù)城市視頻監(jiān)控和多維空間地理信息系統(tǒng)，調(diào)取事故的現(xiàn)場視頻圖像和了解處置的情況。最后，還可以使用大數(shù)據(jù)輔助分析，對事故的原因進行問題診斷，分析造成事故的人、車、路具體因素，采取相應(yīng)措施避免事故重復(fù)發(fā)生。具體流程如圖5所示。
圖5 城市大腦的三級指標監(jiān)測展示分析診斷
3.2.2 城市大腦：應(yīng)急指揮調(diào)度平臺
城市應(yīng)急指揮平臺綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)、無線集群、GIS、衛(wèi)星通信、音/視頻快速網(wǎng)間數(shù)據(jù)交換、決策支持等多種技術(shù)。調(diào)用和組織多部門、多行業(yè)、多層次的已有系統(tǒng)和信息資源，實現(xiàn)對突發(fā)事件處置全過程的跟蹤、指揮。保障對相關(guān)數(shù)據(jù)采集、危機判定、決策分析、命令部屬、實時溝通、聯(lián)動指揮、現(xiàn)場支持等各項應(yīng)急業(yè)務(wù)的響應(yīng)，快速、及時、準確地收集到應(yīng)急信息，為政府的科學(xué)決策提供有效的信息支持。
應(yīng)急指揮平臺業(yè)務(wù)功能系統(tǒng)包括：應(yīng)急指揮預(yù)案管理系統(tǒng)、應(yīng)急指揮地理信息系統(tǒng)、應(yīng)急指揮電話會議及監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急指揮決策支持系統(tǒng)、應(yīng)急指揮綜合通訊系統(tǒng)等。國家級應(yīng)急平臺架構(gòu)如圖6所示。
圖6 國家級應(yīng)急平臺架構(gòu)
應(yīng)急指揮調(diào)度平臺如圖7所示。
圖7 應(yīng)急指揮調(diào)度平臺
3.2.3 城市大腦：綜合決策支持平臺
綜合決策支持平臺以快速打破行業(yè)/領(lǐng)域間的信息壁壘、深入挖掘城市大數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和潛在價值為核心，能夠?qū)⒊鞘羞\行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行可視化呈現(xiàn)，從而對智慧城市各個領(lǐng)域進行管理決策支持，進而實現(xiàn)城市智慧式管理和運行，旨在為城市管理者宏觀決策需求提供支持。綜合決策支持平臺如圖8所示。
圖8 綜合決策支持平臺
3.2.4 城市大腦：公共信息服務(wù)平臺
公共信息服務(wù)平臺是智慧城市應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐平臺。通過城市公共信息服務(wù)平臺建設(shè)，實現(xiàn)將各類城市信息資源充分地整合與共享，是提高城市管理水平和公共服務(wù)能力的有效手段。公共信息服務(wù)平臺如圖9所示。
圖9 公共信息服務(wù)平臺
平臺包括：門戶系統(tǒng)、運維管理服務(wù)系統(tǒng)、目錄管理與服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)整合服務(wù)系統(tǒng)、接口與服務(wù)系統(tǒng)、支撐數(shù)據(jù)等。如圖10所示。
圖10 公共信息服務(wù)平臺架構(gòu)
3.2.5 城市大腦：信息安全管理平臺
信息安全管理平臺不僅為智慧城市提供安全網(wǎng)絡(luò)各層次的安全服務(wù)和審計服務(wù)，而且提供完整的安全機制和服務(wù)，保障了智慧城市應(yīng)用、平臺、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、傳輸、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的安全。信息安全管理服務(wù)如圖11所示。
圖11 信息安全管理服務(wù)
安全等級保護建設(shè)如圖12所示，提供跨系統(tǒng)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨區(qū)域，三級部署、體制統(tǒng)一、管理分級的密鑰管理、安全管理，認證授權(quán)服務(wù)。
圖12 安全等級保護建設(shè)
構(gòu)建具有全面防護能力的信息安全保障體系，統(tǒng)籌建設(shè)城市災(zāi)備中心、病毒防范、無線電監(jiān)管、信息安全應(yīng)急等信息安全基礎(chǔ)設(shè)施，有效保障智慧城市網(wǎng)絡(luò)、政務(wù)系統(tǒng)、重大民生系統(tǒng)以及各種新技術(shù)、新應(yīng)用的安全運行。如圖13所示。
圖13 信息安全體系建設(shè)
3.3 智慧城市基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)
城市大腦需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理信息和通訊技術(shù)支撐，具體包括數(shù)據(jù)中心，空間地理信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)基礎(chǔ)等。
3.3.1 城市大腦：數(shù)據(jù)中心
（1）城市大腦：物聯(lián)感知系統(tǒng)
通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、5G+4K、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能（AI）等技術(shù)應(yīng)用，從人體的聽、視、觸、嗅、行等層面建設(shè)城市物聯(lián)感知系統(tǒng)，采集和獲取城市KPI數(shù)據(jù)。如圖14所示。
圖14 城市物聯(lián)感知系統(tǒng)
（2）城市大腦：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫
城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括：人口庫、法人庫、空間信息庫、自然資源庫等。
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫可以提供基礎(chǔ)服務(wù)、交換共享服務(wù)、接入服務(wù)、第三方集成服務(wù)、云服務(wù)等內(nèi)容。如圖15所示。
圖15 城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫服務(wù)
（3）城市大腦：大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)
大數(shù)據(jù)中心提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析、挖掘和仿真應(yīng)用，為城市發(fā)展提供科學(xué)決策和統(tǒng)一指揮調(diào)度。如圖16所示。
圖16 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)
通過城市地理、氣象信息等自然、經(jīng)濟、社會、文化、人口、其他人文和社會信息挖掘，城市規(guī)劃能提供強大的決策支持，以及加強科學(xué)性和前瞻性的城市管理服務(wù)。
通過實時挖掘道路交通信息，可以有效地緩解交通擁堵，并快速響應(yīng)突發(fā)狀況，為城市交通的良性運轉(zhuǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。
通過挖掘大數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)人為或自然災(zāi)害、恐怖襲擊，提高應(yīng)急處置能力和安全能力。
3.3.2 城市大腦：空間地理信息系統(tǒng)
空間地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中起著基礎(chǔ)性的支撐作用，包括：地下管網(wǎng)和隧道、地面建筑、地上空間的綜合地理信息系統(tǒng)。如圖17所示。
圖17 城市空間地理信息系統(tǒng)
3.3.3 城市大腦：三網(wǎng)融合的通訊基礎(chǔ)
三網(wǎng)融合是指通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的相互滲透、互相兼容，并逐步成為統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)資源將得到充分地利用。如圖18所示。目前5G的移動互聯(lián)網(wǎng)是核心。未來只需要引入三個網(wǎng)絡(luò)中的一個，就能實現(xiàn)電視、互聯(lián)網(wǎng)、電話的功能和相同的服務(wù)內(nèi)容。
圖18 三網(wǎng)融合通訊基礎(chǔ)
3.4 智慧城市保障體系建設(shè)
智慧城市保障體系將從三個層面著手建設(shè)，分別是標準體系、評價體系和運維保障體系。其中標準體系和評價體系，已經(jīng)由國家部委層面開展了相關(guān)的工作，建立了標準體系和評價體系具體指標。而運維保障體系應(yīng)該由各城市具體智慧項目應(yīng)用權(quán)屬單位，因地制宜、一城一策地逐步建立起來。
3.4.1 智慧城市標準體系
新型智慧城市建設(shè)必須有標準化的支持，尤其要發(fā)揮標準化的導(dǎo)向作用，以確保其技術(shù)上的協(xié)調(diào)一致和整體效能的實現(xiàn)。通過制定和貫徹執(zhí)行各類技術(shù)標準，從技術(shù)上、組織管理上把各方面有機地聯(lián)系起來，形成一個統(tǒng)一的整體，保證智慧城市建設(shè)有條不紊地進行。
新型智慧城市標準體系包括7大項標準，分別是總體、支撐技術(shù)與平臺、基礎(chǔ)設(shè)施、建設(shè)宜居、管理與服務(wù)、產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟、安全與保障，以及53個分項標準，如圖19所示。
圖19 智慧城市標準體系
3.4.2 智慧城市評價體系
智慧城市評價體系是引導(dǎo)智慧城市健康發(fā)展的重要手段，是促進信息資源匯聚、共享和開發(fā)利用的基礎(chǔ)支撐，是推進我國云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的必要條件，也是我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要內(nèi)容和保障。
國家公布的新型智慧城市評價指標2016版中，一級指標有8項，二級指標21項，二級指標分項54項。2018新版指標進行了優(yōu)化調(diào)整，一級指標8項基本無變化，二級指標調(diào)整為24項，二級指標分項調(diào)整為52項。權(quán)重也進行了較大的調(diào)整，將市民體驗的權(quán)重從原來的20%提升為40%，這是因為在新型智慧城市建設(shè)過程中，市民的獲得感和滿意度仍然不高，希望通過市民體驗調(diào)查，從市民獲得感和滿意度的角度更好地促進新型智慧城市健康發(fā)展。
2018版二級指標新增三項內(nèi)容，分別是智慧農(nóng)業(yè)指標、智慧社區(qū)指標、社會信用指標。
智慧農(nóng)業(yè)指標是評價城市在利用信息技術(shù)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)和管理推動農(nóng)業(yè)質(zhì)量變革、效率變革、動力變革方面的情況。該指標由農(nóng)業(yè)精準化生產(chǎn)情況、農(nóng)業(yè)便捷化服務(wù)情況、農(nóng)業(yè)在線情況等三個分項評價。
智慧社區(qū)指標是用于評價實施“互聯(lián)網(wǎng)+社區(qū)”行動，推進城鄉(xiāng)社區(qū)生活智能化情況。該指標由智慧社區(qū)綜合信息系統(tǒng)覆蓋率分項進行評價。智慧社區(qū)綜合信息系統(tǒng)是運用信息化技術(shù)整合區(qū)域人、地、物、情、事等各類信息，集成區(qū)域公共服務(wù)、志愿服務(wù)、物業(yè)服務(wù)、便民利民服務(wù)、商業(yè)服務(wù)等資源，綜合提供社區(qū)黨建、治理、服務(wù)、交往等功能的智能化平臺應(yīng)用數(shù)據(jù)。
社會信用指標用于評價城市社會信用統(tǒng)籌管理機制建設(shè)情況，由社會信用統(tǒng)籌管理機制和社會信用信息部門實時共享率兩個分項進行評價。
3.4.3 智慧城市運維保障體系
為保障智慧城市建設(shè)的有序開展，應(yīng)當建立與健全智慧城市建設(shè)的運維保障體系，為城市管理與服務(wù)的信息化保駕護航。運維保障體系，包括五個方面，分別是服務(wù)目標范圍與期限、組織管理結(jié)構(gòu)、運維服務(wù)內(nèi)容、管理等級服務(wù)標準、應(yīng)急管理體系，如圖20所示。
圖20 智慧城市運維保障體系
4.1 數(shù)字孿生技術(shù)
數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)是一種超越現(xiàn)實的概念，是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成數(shù)字映射，從而反映相對應(yīng)的實體設(shè)施的全生命周期過程。
數(shù)字孿生城市是指對應(yīng)物理空間的城市，在數(shù)字空間再造一個匹配的“數(shù)字孿生城市”，在城市規(guī)劃之初就實現(xiàn)城市的數(shù)字化建模，并支持城市規(guī)劃、建設(shè)、運行等方案模擬與發(fā)展推演，實現(xiàn)人口空間、公共設(shè)施布局、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市治理服務(wù)等的分析，為科學(xué)合理的城市決策和管理提供支持，實現(xiàn)規(guī)劃建設(shè)管理一體化的業(yè)務(wù)融合和數(shù)據(jù)的動態(tài)融通。如圖21所示。
圖21 數(shù)字孿生城市概念
數(shù)字孿生的城市信息模型（CIM），以城市2/3維GIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，疊加建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、城市部件等城市要素（BIM）數(shù)據(jù)，融合城市各種基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）數(shù)據(jù)等動靜態(tài)數(shù)據(jù)，建設(shè)可計算、可感知、既開放又安全的城市信息模型，為構(gòu)建城市時空大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供支撐。
通過構(gòu)建涵蓋云、網(wǎng)、端的全域覆蓋感知控制、高速安全網(wǎng)絡(luò)傳輸、多源融合數(shù)據(jù)資源、精準動態(tài)城市畫像、高效靈活智能分析、協(xié)同共享智慧應(yīng)用的數(shù)字孿生城市體系，使用大數(shù)據(jù)和人工智能實現(xiàn)對城市未來健康發(fā)展的趨勢預(yù)測，從而實現(xiàn)智慧城市的安全高效、幸福宜居、綠色生態(tài)、環(huán)境友好的建設(shè)目標。
4.2 人工智能技術(shù)
人工智能（AI）的發(fā)展和應(yīng)用將對智慧城市建設(shè)起到巨大的推動作用，特別是“城市大腦”智慧程度的提升，會產(chǎn)生令人意想不到的結(jié)果。
人工智能系統(tǒng)在智慧城市中已經(jīng)有所應(yīng)用，當前城市大腦建設(shè)正在尋求引入城市類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和云反射弧的系統(tǒng)架構(gòu)，AI技術(shù)將會有廣闊的用武之地。除了AI技術(shù)，城市中各個領(lǐng)域的專家和民眾形成的群體智慧在城市大腦的運轉(zhuǎn)和決策中也起到很大的作用，譬如發(fā)生火災(zāi)、出現(xiàn)犯罪、爆發(fā)自然災(zāi)害，還需要城市管理者和專業(yè)人士的介入和決策，而群體智慧與AI的結(jié)合必須通過類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)。
人工智能將推動經(jīng)濟社會各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速發(fā)展。其在教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、環(huán)境保護、城市運行、司法服務(wù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將極大提高公共服務(wù)精準化水平，全面提升人民生活品質(zhì)。人工智能技術(shù)可準確感知、預(yù)測、預(yù)警基礎(chǔ)設(shè)施和社會安全運行的重大態(tài)勢，及時把握群體認知及心理變化，主動決策反應(yīng)，將顯著提高社會治理的能力和水平，對有效維護社會穩(wěn)定具有不可替代的作用。
當然，人工智能發(fā)展的也會帶來新挑戰(zhàn)。由于人工智能是應(yīng)用極廣的顛覆性技術(shù)，可能帶來改變就業(yè)結(jié)構(gòu)、沖擊社會倫理與法律、侵犯個人隱私、挑戰(zhàn)國際關(guān)系準則等問題，將對政府管理、經(jīng)濟安全和社會穩(wěn)定乃至全球治理產(chǎn)生深遠影響。因此，必須高度重視可能帶來的風險挑戰(zhàn)，加強前瞻預(yù)防與約束引導(dǎo)，最大限度降低風險，確保人工智能安全、可靠、可控發(fā)展。
4.3 第五代移動通信技術(shù)
5G技術(shù)是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于如下幾點：
·數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達10Gbit/s，比4G LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍，滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實等大數(shù)據(jù)量傳輸要求。
·更低的網(wǎng)絡(luò)延遲，低于1毫秒，而4G為30~70毫秒，滿足自動駕駛、遠程醫(yī)療等實時應(yīng)用要求。
·超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信要求。
·頻譜效率要比LTE提升10倍以上，連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。
·流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高，系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現(xiàn)為多用戶、多點、多天線、多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動調(diào)整。
5G技術(shù)將為城市大腦建設(shè)、智慧城市應(yīng)用和智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展插上騰飛的翅膀。例如車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛技術(shù)，遠程外科手術(shù)，智能電網(wǎng)建設(shè)，人工智能應(yīng)用，圖像音視頻多媒體融合，虛擬現(xiàn)實動態(tài)仿真等需要高數(shù)據(jù)傳輸率保證的智慧城市應(yīng)用，將駛?cè)肟焖侔l(fā)展車道。
智慧城市建設(shè)本質(zhì)目的是要實現(xiàn)城市的精細化管理和民生的高效服務(wù)，以及城市前瞻性規(guī)劃建設(shè)和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)可預(yù)見性發(fā)展。展望未來，城市大腦會為我們解決很多“城市病”問題，同時也會為城市科學(xué)發(fā)展提供堅實保障。
5.1 城市大腦解決城市精細化管理問題
城市大腦連接分散在城市各個部門的數(shù)據(jù)資源，打通城市神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為科學(xué)合理的業(yè)務(wù)模型，展示城市基礎(chǔ)運行能力、城市實時“健康”狀態(tài)的綜合視圖，形成“全市域、全天候、智能化、多渠道”的事件預(yù)警和協(xié)同治理體系，為城市綜合治理提供決策依據(jù)。讓數(shù)據(jù)幫助城市來做思考、決策和運營，實現(xiàn)城市精細化管理和社會治理，解決城市管理難題。
例如城市大腦可以把城市交通攝像頭、治安攝像頭、城管攝像頭的視頻數(shù)據(jù)有機結(jié)合起來，利用視頻大數(shù)據(jù)獲得即時交通流量，通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以優(yōu)化路口的紅綠燈配時，提高道路通行效率。從而解決紅綠燈燈桿上攝像頭數(shù)據(jù)與紅綠燈管控有效利用的問題。
城市大腦可以借助于城市物聯(lián)感知系統(tǒng)，對城市低洼地段積水進行實時監(jiān)測，當暴雨、臺風等惡劣天氣來臨時，及時預(yù)警提前采取措施，對城市內(nèi)澇和人身安全起到保障作用。
城市大腦作為一個載體，讓預(yù)測、預(yù)警、預(yù)防能夠在警務(wù)、刑偵、交通、安防等公共安全領(lǐng)域發(fā)揮不可估量的作用。依托人工智能和大數(shù)據(jù)可視分析技術(shù)，賦能公安業(yè)務(wù)輔助決策能力，開展“從無到有”的數(shù)據(jù)挖掘，“從點到面”的分析研判，形成案件線索，有效地部署警力，建立快速反應(yīng)安全防控機制，重拳打擊犯罪，維護人民群眾切身利益，營造平安環(huán)境。
城市大腦可以利用各種信息通信技術(shù)，感知、分析、關(guān)聯(lián)、整合各類環(huán)保數(shù)據(jù)，從而找出問題和趨勢，為決策提供科學(xué)依據(jù)，協(xié)助環(huán)保機構(gòu)監(jiān)督環(huán)境變化及政府執(zhí)法。以大氣污染防治為例，單一的大氣污染數(shù)據(jù)無法看出問題的實質(zhì)，但是在氣象數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量實測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)等通過模型融合在一起時，會發(fā)現(xiàn)更多意想不到的結(jié)果，便于環(huán)保部門及時采取措施。
5.2 城市大腦解決社會民生服務(wù)問題
城市大腦的建設(shè)，為優(yōu)化公共服務(wù)體系，實現(xiàn)信息多跑路、群眾少跑腿提供新思路。真正做到避免重復(fù)提交辦事材料，就近能辦、同城通辦、異地可辦，多渠道“一網(wǎng)”通辦。形成方便快捷、公平普惠、優(yōu)質(zhì)高效的公共服務(wù)體系，真正實現(xiàn)由被動服務(wù)向主動服務(wù)、由單一服務(wù)向綜合服務(wù)的智慧轉(zhuǎn)變。
城市大腦為旅游城市發(fā)展規(guī)劃、精準營銷、旅游管理、旅游產(chǎn)品及服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。對旅游市場進行細分，更加有效地確定目標市場和制定旅游發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)精準營銷、業(yè)態(tài)創(chuàng)新和旅游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。同時通過分析旅游熱點情況和游客喜好，及時發(fā)布相關(guān)攻略，為游客提供更加舒適的旅游體驗和服務(wù)，滿足游客多樣化需求。還可以協(xié)助在旅游整治監(jiān)管工作、推動旅游業(yè)態(tài)改革和旅游產(chǎn)品創(chuàng)新方面發(fā)揮重要作用。
5.3 城市大腦解決城市規(guī)劃建設(shè)問題
城市大腦可以通過城市地理、水文、氣象等自然信息和經(jīng)濟、社會、科技、文化、人口等其他人文社會信息挖掘，為城市規(guī)劃提供強大的決策支持，實現(xiàn)城市前瞻性、科學(xué)性、生態(tài)化城市建設(shè)。城市大腦將有助于深入分析城市現(xiàn)狀問題、了解城市變化情況、準確判斷城市發(fā)展趨勢，剖析城市發(fā)展動力機制。通過開展城鎮(zhèn)化動態(tài)監(jiān)測與評估，探索城鎮(zhèn)化發(fā)展的客觀規(guī)律。在城市發(fā)展大趨勢中分析區(qū)域協(xié)同、生態(tài)環(huán)境、社區(qū)人口、交通商業(yè)等綜合性問題，思考城市的空間布局和設(shè)施配置。
5.4 城市大腦解決經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題
城市大腦協(xié)助政府部門更加直觀地了解和掌握區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)的活躍現(xiàn)狀與活力變化趨勢，挖掘活躍度高的行業(yè)并分析成因，為產(chǎn)業(yè)升級的后續(xù)決策提供參考和依據(jù)。利用已經(jīng)建成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、分析、展示平臺，為區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群和產(chǎn)業(yè)活力分析畫像，輔助政府決策，使產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)不斷釋放，激活產(chǎn)業(yè)活力。
城市大腦將激活宏觀經(jīng)濟運行大數(shù)據(jù)的深層次價值釋放，建立區(qū)域經(jīng)濟監(jiān)測、預(yù)警、決策體系，變事后監(jiān)管為事前和事中監(jiān)測及風險預(yù)警，為正確制定和有效實施經(jīng)濟調(diào)控措施提供科學(xué)依據(jù)，進一步推動城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
城市大腦基于企業(yè)失信風險評估以整合政府各部門產(chǎn)生的企業(yè)經(jīng)營信息，從宏觀到微觀最大程度地對企業(yè)風險做出預(yù)警，對企業(yè)失信風險進行評估，彌補各部門對企業(yè)經(jīng)營信息掌握不全面帶來的監(jiān)管死角，實現(xiàn)對轄區(qū)企業(yè)的高效監(jiān)管，讓企業(yè)失信風險和隱患化解在萌芽狀態(tài)，增強政府各部門的事中事后監(jiān)管能力，避免風險產(chǎn)生。
作者簡介：
王金寶，研究員/教授級高工，中國自動化學(xué)會專家咨詢工作委員會委員，現(xiàn)任中國航天科工集團航天海鷹機電技術(shù)研究院有限公司智慧城市總師。曾負責國家金稅工程、金盾工程、金卡工程以及2008年北京奧運會食品安全追溯系統(tǒng)項目，吉林四平、吉林通化、廣西柳州、廣東河源等智慧城市頂層設(shè)計，合肥高新區(qū)智慧城市PPP項目等。
摘自《自動化博覽》2020年5月刊
聯(lián)系客服
