【關(guān)鍵詞】城市大腦? 邏輯模型? 城市治理? 產(chǎn)業(yè)發(fā)展? 科技創(chuàng)新? 城市智能

【中圖分類號】D51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.09.003

引言

從IBM首席執(zhí)行官彭明盛于2009年首次提出“智慧地球”的概念后，“智慧城市”的建設(shè)在世界范圍內(nèi)如火如荼地展開，全球數(shù)以千計的城市開展了“智慧城市”項目，在中國，也有數(shù)百個城市、地區(qū)相繼建設(shè)了“智慧城市”[1]。

城市大腦屬于智慧城市的“子賽道”和新興領(lǐng)域，但是，對城市大腦的理論認(rèn)識，目前尚未達(dá)到高度一致。與各地積極開展的城市大腦實踐相比，國內(nèi)城市大腦的理論發(fā)展相對滯后，學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界關(guān)于什么是城市大腦的意見尚未統(tǒng)一，對于城市大腦的內(nèi)涵、外延，如何科學(xué)地建設(shè)城市大腦等問題，尚存分歧。譬如，有專家將城市大腦定義為類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)或城市智慧中樞，也有專家將城市大腦視作一個綜合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能的共性技術(shù)承載體，還有專家認(rèn)為城市大腦是通過人工智能系統(tǒng)對城市各個部分進(jìn)行管理和控制的信息系統(tǒng)與城市新型基礎(chǔ)設(shè)施。

在城市大腦產(chǎn)業(yè)實踐百花齊放的發(fā)展局面之下，隨著城市大腦向深度、高階發(fā)展，無法回避的一個問題就是：國內(nèi)先行、先試城市按照不同的指導(dǎo)思想、頂層設(shè)計以及技術(shù)框架展開建設(shè)工作時，城市大腦的理論研究應(yīng)當(dāng)如何從實踐中總結(jié)升華并且進(jìn)一步指導(dǎo)實踐，以實現(xiàn)不同城市、不同國家城市大腦建設(shè)的共性和個性協(xié)同，并在未來實現(xiàn)跨地域的城市大腦互聯(lián)互通。

本文從智能這一基礎(chǔ)概念的本源出發(fā)，基于對生物智能、非生物智能、宇宙智能、信息智能、社會智能等的總結(jié)與比較，闡述智能的不同表現(xiàn)形式，引出城市智能的概念。進(jìn)而結(jié)合城市智能，提出城市大腦的定義，并通過城市大腦的邏輯模型說明城市大腦的組成部分、組件及其聯(lián)動機(jī)制。同時，通過海淀城市大腦的實踐案例說明城市大腦在城市轉(zhuǎn)型發(fā)展中所發(fā)揮的重要作用。

理論回顧和文獻(xiàn)綜述

智能的研究成果概述。根據(jù)辭海的定義，智能是智慧和才能的總稱。目前一般認(rèn)為智能是知識和智力的總和，知識是智能的基礎(chǔ)，智力是指獲取和運用知識求解的實踐活動和能力，二者具體表現(xiàn)形式是智商和能商。

智能有多種表現(xiàn)形式：（1）生物智能和非生物智能。阿里巴巴發(fā)布的《解構(gòu)與重組：開啟智能經(jīng)濟(jì)》報告指出，人類通過對自然界的觀察、反復(fù)實驗迭代與科學(xué)的邏輯思維，推動了手工業(yè)的出現(xiàn)及發(fā)展，并促進(jìn)了工業(yè)革命的發(fā)生，石油的發(fā)現(xiàn)與電力的發(fā)明深刻地改變著世界，可以將其稱為世界I;而占卜、宗教等是生物智能形成的形而上的世界，可以稱為世界II;計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)均屬于非生物智能范疇，可以稱為世界III;非生物智能和生物智能的互動在未來也會發(fā)生，可以將之稱為世界IV（如圖1所示）。

生物智能與非生物智能有顯著區(qū)別，生物智能需要極長時間進(jìn)行進(jìn)化。例如，動物進(jìn)化出智能需要億萬年。研究發(fā)現(xiàn)，生物智能的最大特點是，在生物大腦中，數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的處理可以同步，由神經(jīng)突觸和神經(jīng)元協(xié)同完成。在同樣的時空條件下，生物大腦能通過分布式的神經(jīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和數(shù)據(jù)的處理，而生物大腦記憶的信息只保留關(guān)鍵的、精華的數(shù)據(jù)。

與生物智能相比，非生物智能有如下特點：其一，非生物智能的進(jìn)化很快，不依賴于生物繁衍、基因突變、基因組合。非生物智能是以人工智能和人機(jī)交互為基礎(chǔ)，將基礎(chǔ)設(shè)施、能源和計算結(jié)合之后，驅(qū)動智能向更高級的方向進(jìn)化、發(fā)展。其二，非生物智能雖然比生物智能計算得快，但不會產(chǎn)生類人的情感、情緒等生物特征。其三，非生物智能的記憶能力超強(qiáng)，不但可以記住精華，也可以記住細(xì)節(jié)。以計算機(jī)為代表的非生物智能的第四個特點是，數(shù)據(jù)的傳輸與數(shù)據(jù)的處理無法同步進(jìn)行。數(shù)據(jù)不是為了存儲而存儲，而是為了在需要時能夠被快速提取，存儲的作用是提升數(shù)據(jù)處理的有效性。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)體系是圖靈機(jī)理論模型的具體實現(xiàn)，其核心特征之一是運算單元和存儲單元的分離，兩者由數(shù)據(jù)總線連接（如圖2所示）。

（2）宇宙智能和信息智能。《宇宙的智慧》一書中提到，宇宙舊有的概念是基于牛頓經(jīng)典力學(xué)三大定律建立的，但是還不夠全面，宇宙不是按照機(jī)械學(xué)定律運行的相分離的微小物質(zhì)的集合，宇宙當(dāng)中的物質(zhì)具有普遍聯(lián)系，是一個具有內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)一系統(tǒng)。這個系統(tǒng)經(jīng)過億萬年的演化，已經(jīng)是一個智能體，具備極大的復(fù)雜性，具備了自身的智慧。數(shù)學(xué)家歐拉曾提出：“宇宙的結(jié)構(gòu)是最完善的，是最明智的上帝的創(chuàng)造?！?/p>

另外一方面，基于信息論的觀點認(rèn)為，宇宙、城市都處于熵增的過程。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市會變得越來越無序，管理城市會變得越來越復(fù)雜。建設(shè)城市大腦就是為了提高城市治理的效率和效果，加速城市熵減的進(jìn)程。

（3）社會智能。戴汝為在《社會智能科學(xué)》中指出，社會智能是一門跨越思維科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、智能科學(xué)及智能信息處理等領(lǐng)域的綜合性科學(xué)。他在系統(tǒng)復(fù)雜性研究中，將人工智能技術(shù)與知識工程方法引入其中，運用先進(jìn)的信息與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了一套“人-機(jī)結(jié)合綜合集成研討廳體系”，在實踐的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步形成了人-機(jī)結(jié)合的智能信息處理理論。該體系依托信息網(wǎng)絡(luò)空間推出支持宏觀經(jīng)濟(jì)決策的可操作平臺，成為智能信息處理的有力支持系統(tǒng)。

城市大腦的研究成果概述。從智慧城市演化角度，Andrea Caragliu與李重照等[2]提出城市大腦是“智慧城市”的核心，是實現(xiàn)智慧城市“智能化”“互聯(lián)化”和“感知化”的重要手段。學(xué)者指出，智慧城市運用一種更為智慧的方法，通過城市大腦來改變公司、社區(qū)或政府與人們交互的方式，以提高交互的明確性、高效性與靈活性，但他們并未給出城市大腦的清晰定義。

從仿生學(xué)角度，單勇、沈錫權(quán)等[3]認(rèn)為城市大腦是具備類腦特征的城市新型基礎(chǔ)設(shè)施，是具備城市中樞神經(jīng)、城市感知神經(jīng)、城市運動神經(jīng)、城市神經(jīng)纖維等城市級的類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)，但是尚未考慮非生物智能和生物智能在情緒方面的重大區(qū)別。

從模型衍化角度出發(fā)，中國科學(xué)院研究團(tuán)隊于2008年提出了“互聯(lián)網(wǎng)大腦模型”，該模型指出，互聯(lián)網(wǎng)正在從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展成為大腦結(jié)構(gòu)，這一重大變化必將對產(chǎn)業(yè)、城市、科技、經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。[4]2015年2月，中國科學(xué)院研究團(tuán)隊在《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦的智慧城市建設(shè)》一文中提出了城市大腦的概念，即“城市大腦是城市建設(shè)伴隨著21世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的類腦化過程，在此過程中城市逐步形成自己的中樞神經(jīng)（云計算）、感覺神經(jīng)（物聯(lián)網(wǎng)）、運動神經(jīng)（工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）、神經(jīng)末梢發(fā)育（邊緣計算）、城市智慧的產(chǎn)生與應(yīng)用（大數(shù)據(jù)與人工智能）、城市神經(jīng)纖維（5G、光纖、衛(wèi)星等通訊技術(shù)）”。中國管理科學(xué)學(xué)會于2017年發(fā)布的科學(xué)藍(lán)皮書和中國科學(xué)院研究團(tuán)隊在2018年IEEE國際會議會議論文中進(jìn)一步闡述了城市大腦的建設(shè)框架，重點提出城市大腦是一個聚合機(jī)器云智能與人類群體智慧的類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)的理念，并構(gòu)建了城市智商的評價標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)通過對城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧的成熟度的考察評估一個城市的城市智商。肖家立等[5]提出城市大腦的概念從“互聯(lián)網(wǎng)大腦”衍生而來，通過對互聯(lián)網(wǎng)大腦模型框架的分析將城市大腦定義為基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的類腦城市架構(gòu)，但是對于互聯(lián)網(wǎng)大腦與城市大腦并未給出明確的區(qū)分。

從信息系統(tǒng)的角度出發(fā)，王波等[6]將智慧城市中的城市大腦與信息系統(tǒng)相聯(lián)系，提出城市大腦實際上可被看成一個復(fù)雜巨系統(tǒng)。城市大腦與信息系統(tǒng)既有區(qū)別又有聯(lián)系。信息系統(tǒng)是由軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、信息資源、用戶等組成的系統(tǒng)，是以處理信息、數(shù)據(jù)為目的的一體化系統(tǒng)。城市大腦表現(xiàn)為信息系統(tǒng)，但是城市大腦的智能高于信息系統(tǒng)。城市大腦更多是為了獲取、利用智能而存在的。

盡管相關(guān)學(xué)者在城市大腦、智能等方面進(jìn)行了一些研究探索，但城市大腦尚屬新興研究領(lǐng)域。經(jīng)過考察分析，已有的城市大腦概念、定義是受到人腦智慧的啟發(fā)，把城市大腦界定為高度擬人化的智能，但是本文認(rèn)為，城市產(chǎn)生智能的路徑與人類產(chǎn)生智能的路徑不是完全相同的，這主要是因為人類是生物智能體，依靠“碳”基獲取能量，地球上的生命物質(zhì)基礎(chǔ)都是以碳為骨架形成的，而城市產(chǎn)生智能既有城市自身智能的牽引，也有信息技術(shù)、人工智能等以“硅”基為基礎(chǔ)的非生物智能的助推。

綜上所述，城市大腦的產(chǎn)生依托于城市智能，城市智能是一類不同于生物智能的智能，城市大腦是城市智能的承載體。本文接下來將明確定義城市智能，并基于城市智能給出城市大腦的概念定義和邏輯模型。

智能與城市智能的形成

智能的層次。經(jīng)過研究，本文定義智能的兩個層次分別為智能一級、智能二級，并認(rèn)為圖靈機(jī)理論模型屬于智能一級，城市大腦屬于智能二級。

智能一級處于智能層次的最底一層，是智能的基本能力，叫做智力。智能一級包括算法、算力和記憶，例如圖靈機(jī)理論模型。

智能二級包括識別、時空關(guān)聯(lián)、推理和運算，不但可以建立起時空概念，還可以建立起知識概念。智能二級的核心是學(xué)習(xí)能力，以識別、推理為基礎(chǔ)。例如，通過視覺識別出水杯是實體，根據(jù)已經(jīng)建立的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行推理，則水杯與喝水或刷牙的動作關(guān)聯(lián)，形成了知識。學(xué)習(xí)能力是比算法、算力和記憶高一個層級的能力。城市大腦具備學(xué)習(xí)能力，因此，在分類上，城市大腦屬于智能二級。

城市智能。城市作為社會因素與自然因素的綜合體，在其演化的過程中，有著自身的規(guī)律。當(dāng)城市規(guī)模比較小時，以人管理為主。隨著城市逐漸發(fā)展，城市的市民逐漸增多，道路、車輛也逐漸增多，城市的煤水電氣需求和供給隨之增加。

隨著城市發(fā)展，為了對抗熵增，城市自發(fā)形成了一定的適應(yīng)能力與調(diào)節(jié)能力。例如，道路上的車輛越來越多后，自然而然就需要引入交通信號燈、交通分流、增加行車限制，以便實現(xiàn)對交通秩序的控制。這種為了對抗無序狀態(tài)而自發(fā)引入的本能適應(yīng)，就是智慧城市的范疇，屬于城市智能的一種，但是此時城市智能較弱。

當(dāng)城市規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，城市容納百萬級別的人口，乃至發(fā)展成為千萬人口的超大規(guī)模城市，城市之內(nèi)的人、車、事、地、物、組織越來越多，交通擁堵、環(huán)境惡化、人口膨脹等“大城市病”接踵而至，城市變得越來越無序，從信息論的角度看，城市處于熵增的過程。此時，城市就需要新的控制系統(tǒng)、制約手段，以提高調(diào)節(jié)能力。

城市發(fā)展受到社會因素和自然因素雙重影響。對抗城市無序的控制系統(tǒng)、制約手段越來越多，雖然使城市有了一定程度的智能控制，但其自身的互相干擾、互相制約甚至互相矛盾等問題也益發(fā)突出。城市要走向更加高層次的、統(tǒng)一且整體有序的狀態(tài)，以支撐并且推動城市可持續(xù)發(fā)展，需要并由此產(chǎn)生了更高級的城市智能。城市智能是一種客觀存在，符合城市發(fā)展的客觀規(guī)律（包括社會規(guī)律、經(jīng)濟(jì)規(guī)律等城市運行規(guī)律），同時也會受到人為因素的影響。城市智能的發(fā)展依循提升城市效率和經(jīng)濟(jì)效益最大化的規(guī)律。

城市大腦的內(nèi)涵、外延與邏輯模型

城市大腦是城市智能的載體。建設(shè)城市大腦就是為了提高城市治理的效率和效果，加速城市熵減的進(jìn)程。通過建設(shè)城市大腦，匯聚城市運行數(shù)據(jù)，結(jié)合城市級知識圖譜，經(jīng)過人工智能分析和研判，可以有效地推動城市治理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科技創(chuàng)新，從而解決城市面臨的諸多問題。

城市大腦的概念定義。城市大腦是城市智能的承載體，是城市智能的發(fā)生器、輸出器、連接器及操作系統(tǒng)的總合。其作用是綜合利用人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，全面感知城市要素，基于城市全域時空數(shù)據(jù)資源和城市全域知識圖譜，實現(xiàn)識別和邏輯判斷，形成城市整體認(rèn)知，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會治理、環(huán)境優(yōu)化等各領(lǐng)域的城市應(yīng)用進(jìn)行連接、融合、協(xié)同和重構(gòu)，輸出高效的城市級運行管理智能解決方案，讓城市更聰明。城市大腦不僅可以產(chǎn)生單一智能，還可以連接、匯聚、協(xié)同城市各行各業(yè)的智能，從而產(chǎn)生更加綜合、更加高級的統(tǒng)合智能。城市大腦具備自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自演進(jìn)的特征。城市大腦是城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的科技支撐，是引領(lǐng)城市數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心引擎。

城市大腦的表征維度。城市大腦可以從以下三個維度來表征和體現(xiàn)，即技術(shù)維度、經(jīng)濟(jì)維度和治理維度。第一，技術(shù)維度：城市大腦是綜合利用人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)對城市治理和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全息感知、統(tǒng)籌調(diào)度、智能決策和精準(zhǔn)服務(wù)的系統(tǒng)。第二，經(jīng)濟(jì)維度：城市大腦是城市信息化、數(shù)字化發(fā)展到高級階段的必然產(chǎn)物，是實現(xiàn)全時、全域、全量數(shù)字資產(chǎn)運營，推動產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會經(jīng)濟(jì)高水平發(fā)展的重要抓手。第三，治理維度：城市大腦是融合匯集城市運行信息，支撐和引領(lǐng)城市可持續(xù)發(fā)展，具備自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自演進(jìn)特征的城市級新型基礎(chǔ)設(shè)施。

城市大腦的方法論。首先，本質(zhì)理解上，城市大腦具有動態(tài)演進(jìn)的特征。我們生活的城市是鮮活的，城市大腦也應(yīng)當(dāng)是隨著城市發(fā)展不斷成長的。城市大腦具備自我學(xué)習(xí)、自我修正、自我演進(jìn)、自我生長的特質(zhì)。城市大腦的建設(shè)不是一蹴而就的，而是一項長期持續(xù)、動態(tài)演進(jìn)的過程。通過將人工智能引入城市治理的方方面面，城市大腦能夠?qū)崿F(xiàn)感知、認(rèn)知、分析、推演的持續(xù)循環(huán)，并使其自身持續(xù)地生長和演進(jìn)，保持先進(jìn)性和前瞻性。

其次，建設(shè)理念上，政企合作是建設(shè)城市大腦的必然方式。重新思考企業(yè)和政府的關(guān)系意義深遠(yuǎn)。在以往信息化項目的建設(shè)中，合作雙方大多是一種單向的甲乙方關(guān)系，而政企合作關(guān)系可以廣泛調(diào)動各種科技創(chuàng)新企業(yè)，使其更加積極主動地共同為城市未來的發(fā)展謀劃出力。政府側(cè)通過對建設(shè)機(jī)制和運作模式的制定，激勵引導(dǎo)企業(yè)側(cè)共同參與、共同奉獻(xiàn)、共同獲益，同時依托城市大腦構(gòu)建政企之間的新型生產(chǎn)關(guān)系，使各方共同促進(jìn)產(chǎn)城融合發(fā)展。

再次，建設(shè)方法上，遵循“需求牽引，業(yè)務(wù)驅(qū)動”的基本原則。以往條塊分割、單打獨斗的智慧城市建設(shè)方式，是造成“數(shù)據(jù)孤島”等問題的根本原因，無法適應(yīng)城市大腦動態(tài)生長的要求。城市大腦因需而建、一城一策，需要與產(chǎn)業(yè)融合，與環(huán)境融合，因此需要根據(jù)地方的需求、發(fā)展做設(shè)計，進(jìn)行場景化應(yīng)用封裝，滿足城市個性化發(fā)展需求。

第四，體系架構(gòu)上，城市大腦是可持續(xù)演進(jìn)的開放平臺。將互聯(lián)網(wǎng)基因融入城市大腦建設(shè)，融合各類不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、新算法、新應(yīng)用，將城市大腦構(gòu)建成開放式平臺，使其能對未來不斷演進(jìn)的業(yè)務(wù)需求快速響應(yīng)，以迭代式開發(fā)的思路完成持續(xù)升級，保持其鮮活的生命力。為城市治理體系提供支撐的同時，也為產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和科技創(chuàng)新提供生長的土壤。

第五，在設(shè)計哲學(xué)上，需要制定滿足未來城市發(fā)展的方法體系。城市大腦的頂層設(shè)計不追求靜態(tài)的、大而全的方案制定，而是通過確立一系列規(guī)則，引導(dǎo)城市大腦真正實現(xiàn)動態(tài)生長。未來的城市發(fā)展充滿不確定性，技術(shù)和產(chǎn)品也處于飛躍式發(fā)展，無論是誰都不可避免地在社會需求、業(yè)務(wù)場景、技術(shù)迭代乃至對未來的預(yù)測等方面，天然帶有自身局限性。設(shè)計中有關(guān)規(guī)則、機(jī)制、模式的設(shè)計，是為城市大腦的生長演進(jìn)提供一套規(guī)律，是積極地應(yīng)對未來的無限可能。

城市大腦的定位。城市大腦的定位主要有三方面內(nèi)容。第一，城市大腦是智慧城市的神經(jīng)中樞，是城市智慧化的重要載體和標(biāo)志，是智慧城市發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物。第二，城市大腦是引領(lǐng)城市新基建的核心內(nèi)容，是塑造經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化發(fā)展的靈魂。第三，城市大腦是對構(gòu)建新型國家治理體系要求的實踐響應(yīng)，是城市治理能力提升和治理體系現(xiàn)代化的重要支撐，是城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要引擎，是城市創(chuàng)新發(fā)展的重要平臺。

城市大腦的邏輯模型。城市大腦邏輯模型的構(gòu)成要素包括：識別處理組件、邏輯計算組件、知識圖譜組件、時空構(gòu)建組件和指令輸出組件（如圖3所示）。

1.識別處理組件（Identify Processing Unit， IPU）。城市大腦通過結(jié)合完善的數(shù)據(jù)治理方法論，構(gòu)建出一整套通用大數(shù)據(jù)工具——識別處理組件，從而以更加安全、可靠、靈活、便捷的方式支撐政府、企事業(yè)單位多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、實踐與應(yīng)用。識別處理組件把海量結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)和國內(nèi)外主流大數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行有效結(jié)合與集成，并結(jié)合政府和企事業(yè)單位在數(shù)據(jù)采集、計算存儲、數(shù)據(jù)治理、分析挖掘、可視化應(yīng)用等方面的具體需求，開發(fā)出針對經(jīng)營數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、社會化數(shù)據(jù)等全生命周期數(shù)據(jù)治理的服務(wù)。

2.邏輯計算組件（Intelligent Judgment Unit， IJU）。邏輯計算組件是城市大腦的智能決策中樞，是人工智能的技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施平臺，能夠支撐城市大腦未來的各種應(yīng)用，同時也是推動城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。

依托于異構(gòu)算力集群，邏輯計算組件統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同工作，向上層應(yīng)用提供平等開放的人工智能分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法服務(wù)，并通過數(shù)據(jù)積累、生態(tài)鏈建設(shè)、算法自學(xué)習(xí)，豐富算法/模型庫，支撐應(yīng)用的成長、擴(kuò)充。同時，通過系統(tǒng)接口與城市大數(shù)據(jù)資源平臺關(guān)聯(lián)，并與相關(guān)部門系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，向城市各委、辦、局以及街鎮(zhèn)用戶提供服務(wù)。

邏輯計算組件能夠有效支撐城市大腦上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的智能分析功能，針對城市管理、城市交通、人口監(jiān)測、生態(tài)環(huán)保、公共安全等領(lǐng)域的問題，對城市大腦接入的文本、圖片、語音、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，為城市大腦各類應(yīng)用提供預(yù)測、預(yù)警等人工智能算法分析服務(wù)，以此發(fā)現(xiàn)城市潛在的運行規(guī)律，并為城市提供全局協(xié)同的決策支持服務(wù)，為城市大腦建設(shè)以及全面促進(jìn)智慧城市的穩(wěn)定發(fā)展提供有力支撐。

3.知識圖譜組件（Knowledge Base Unit， KBU）。城市信息涉及基礎(chǔ)設(shè)施、交通出行、醫(yī)療服務(wù)、公共安全、教育服務(wù)、生產(chǎn)制造等與公眾生活相關(guān)的各個方面，具有高維度、異構(gòu)性、多樣性、稀疏性和海量性等特征。整合上述城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)是城市大腦必須面臨和解決的問題，知識圖譜具備對海量高維復(fù)雜數(shù)據(jù)的強(qiáng)大處理能力，能很好地為該問題提供解決方案。知識圖譜所運用的知識融合技術(shù)利用知識建模和知識計算，可將散布在城市各個角落的數(shù)據(jù)連接起來，可對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析和整合，以完成對城市進(jìn)行全域即時分析、指揮、調(diào)動和管理，從而實現(xiàn)對城市的精準(zhǔn)分析、整體研判與協(xié)同指揮。

4.時空構(gòu)建組件（Time Space Unit， TSU）?；诮y(tǒng)一的時空基準(zhǔn)，以位置服務(wù)、時空融合、數(shù)據(jù)挖掘為核心，實時匯聚、融合、統(tǒng)籌二三維基礎(chǔ)地理空間、物聯(lián)網(wǎng)、政務(wù)、社會信息、專題信息、態(tài)勢感知、遙感影像等各種城市時空數(shù)據(jù)，搭建城市全域時空資源庫，形成集“采集、治理、融合、服務(wù)、分析及應(yīng)用”為一體的時空數(shù)據(jù)持續(xù)生產(chǎn)和共享服務(wù)體系。采用數(shù)字孿生、第五代新測繪技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)，構(gòu)建地上地下、室內(nèi)室外、宏觀微觀、虛實相輔、動靜一體化的城市運行全貌圖。賦予城市以狀態(tài)感知、實時分析、智能決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、虛實互動的能力，實現(xiàn)各類時空資源的一圖可查、一圖比對、一圖共享、一圖管理、一圖分析，形成城市大腦數(shù)字孿生底座。

5.指令輸出組件（Instruction Output Unit， IOU）。指令輸出組件秉承以信息流為核心，聚焦指揮和運營兩大核心能力的設(shè)計理念，以智能化的科技手段使操作更加便捷，打造領(lǐng)導(dǎo)指揮調(diào)度的駕駛艙、部門協(xié)同會商的參謀部、街鎮(zhèn)吹哨報到的調(diào)度室、城市平穩(wěn)運行的中控臺，助力推進(jìn)治理體系的重構(gòu)與治理能力的提升。

這5個構(gòu)成要素之間存在協(xié)同關(guān)系。識別處理組件是其他各組件的基礎(chǔ)設(shè)施，通過識別處理組件向其他組件提供城市數(shù)據(jù)。邏輯計算組件依據(jù)識別處理組件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研判，支撐其他組件有效運行。知識圖譜組件、時空構(gòu)建組件基于識別處理組件采集的數(shù)據(jù)和邏輯計算組件分析的結(jié)果，搭建城市全域時空數(shù)據(jù)庫，為指令輸出組件提供服務(wù)。知識圖譜組件通過知識融合和建模，打造城市級知識體系，為指令輸出組件及時空構(gòu)建組件提供支撐。指令輸出組件以指揮和運營為核心功能，提升城市治理的現(xiàn)代化水平。

上述5大模塊協(xié)同進(jìn)化，融合發(fā)展，完成了自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自演進(jìn)的過程，進(jìn)而產(chǎn)生了城市智能。以海淀城市大腦項目中的重點車輛治理為例，城市大腦依托對城市道路的感知以及一些基礎(chǔ)知識，識別渣土車的位置及其違法行為，當(dāng)確認(rèn)其有違法行為后，依托對道路的認(rèn)識判斷其路線，同時依托原有的處理經(jīng)驗判斷需要哪些部門到場執(zhí)法，而當(dāng)問題處理完畢后，不論城市大腦判斷正確與否，執(zhí)法人員都會將路線判別和聯(lián)合執(zhí)法的情況反饋給城市大腦，城市大腦再依據(jù)這些反饋進(jìn)一步修改既定的判斷規(guī)則。

城市大腦的實證分析——海淀城市大腦

海淀城市大腦是北京市海淀區(qū)立足首都“四個中心”“兩區(qū)三平臺”戰(zhàn)略定位，貫徹海淀“兩新兩高”戰(zhàn)略部署的重要抓手和龍頭工程。同時，海淀城市大腦建設(shè)成果得到北京市市委、市政府充分肯定。北京市大數(shù)據(jù)工作推進(jìn)小組在《北京大數(shù)據(jù)行動計劃2020年重點工作任務(wù)》中明確指出，要在全市推廣海淀城市大腦建設(shè)模式。

在具體建設(shè)過程中，海淀城市大腦通過搭建海淀城市大腦基礎(chǔ)平臺，包括一張城市時空底圖、一個城市知識圖譜、一個城市指揮中心（Intelligent Operation Command Center， IOCC）、兩個中心（大數(shù)據(jù)中心、AI計算中心），支撐城市治理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用。

在城市治理方面，城市大腦通過接口、數(shù)據(jù)、資源對接，打造“三融五跨”的55個城市大腦業(yè)務(wù)場景應(yīng)用，涵蓋城市管理、公共安全、生態(tài)環(huán)保、城市交通、應(yīng)急指揮、金融、能源等領(lǐng)域，每日處理大量數(shù)據(jù)。例如，截至2021年5月海淀時空一張圖項目收集到17萬幢建筑物信息;AI計算中心每天處理100萬張過車圖;IOCC數(shù)據(jù)超過6000萬條;北京市健康寶累計查詢處理數(shù)據(jù)50億次。在“渣土車治理”場景中，平臺集結(jié)7個政府部門、14家高科技企業(yè)，打破渣土車治理業(yè)務(wù)、流程、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的“煙囪”“壁壘”“孤島”，形成更精準(zhǔn)、更高效的執(zhí)法新模式，對渣土車違法行為初步實現(xiàn)看得清、逮得著、罰得了、管得住。在疫情防控場景中，城市大腦疫情防控平臺的建設(shè)發(fā)揮了重大作用，可對重點人員進(jìn)行6類信息的采集，并快速統(tǒng)計分析主要來源地、活動軌跡。疫情期間，疫情防控平臺實現(xiàn)對全區(qū)617個社區(qū)（村）信息實時掌控，為疫情防控提供有效支持。后續(xù)將建設(shè)公共衛(wèi)生應(yīng)急場景，實現(xiàn)公共衛(wèi)生領(lǐng)域的監(jiān)測預(yù)警。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，城市大腦通過運營方式、管理方式、產(chǎn)業(yè)方式、資源匹配方式等支撐產(chǎn)業(yè)形成、轉(zhuǎn)型升級和競爭力提升。首先，以新場景助力初創(chuàng)科技企業(yè)加快成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。在水環(huán)境治理場景中，芯視界公司量子點光譜傳感芯片技術(shù)走出實驗室，在南沙河布設(shè)了29套“零接觸式”監(jiān)測點位，實現(xiàn)了在海淀創(chuàng)新示范、在全市推廣應(yīng)用，二期更是布設(shè)了100多個監(jiān)測點位，目前其成果已應(yīng)用到外地省市。其次，以新契機(jī)助力傳統(tǒng)科技企業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級。一直致力于傳統(tǒng)教育信息化的競業(yè)達(dá)公司成功轉(zhuǎn)型為人工智能物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，其新產(chǎn)品在杭州、上海得到了推廣應(yīng)用。再次，以新平臺助力領(lǐng)軍企業(yè)提升在前沿技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭力和話語權(quán)。百度“飛槳”平臺在全面支撐海淀城市大腦人工智能場景應(yīng)用過程中，取得了深度學(xué)習(xí)框架平臺在自主可控、安全可靠、應(yīng)用生態(tài)等方面的新進(jìn)展。最后，推動國產(chǎn)芯片和算法適配應(yīng)用，初步實現(xiàn)人工智能芯片算力資源的80%國產(chǎn)化率和自主可控;后續(xù)將逐步升級各領(lǐng)域算法模型，采取高度自動化模式，形成面向未來的動態(tài)演進(jìn)、可生長的技術(shù)平臺。

結(jié)論與展望

本文的理論研究成果來源于結(jié)合理論對海淀城市大腦等多個城市大腦建設(shè)項目的真實案例進(jìn)行總結(jié)、凝練與升華。本文通過對城市智能的概念研究，界定了城市大腦，進(jìn)而構(gòu)建了城市大腦的邏輯模型，闡明了城市大腦統(tǒng)籌引領(lǐng)城市治理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科技創(chuàng)新的落地形式，說明了城市大腦是城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的新引擎。

2021年1月19日，獲得圖靈獎的唯一華人科學(xué)家、中科院院士、清華大學(xué)交叉信息研究院院長姚期智先生在進(jìn)行海淀城市大腦參觀調(diào)研時指出，人類社會發(fā)展到現(xiàn)階段，由于信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等的發(fā)展，城市大腦應(yīng)運而生，未來將成為一門學(xué)科。以應(yīng)用場景建設(shè)為出發(fā)點的城市大腦“海淀模式”值得研究和推廣。同時，城市大腦有可能成為中國領(lǐng)跑世界的一個突破口。本文是一個開端，后續(xù)將圍繞兩方面展開研究，其一，城市大腦理論模型的數(shù)學(xué)證明過程，其二，城市大腦理論模型的應(yīng)用實證分析。

注釋

[1]柳進(jìn)軍：《城市智能與城市大腦概念機(jī)》，《中關(guān)村》，2021年第4期;柳進(jìn)軍：《城市大腦——重新定義城市，塑造未來產(chǎn)業(yè)》，《中關(guān)村》，2021年第2期;劉鋒：《研究報告：城市大腦的起源、現(xiàn)狀與未來趨勢》，https：//wenku.baidu.com/view/ec2f9aa10408763231126edb6f1aff00bfd57059.htmlhttps：//pan.baidu.com/s/1YdDKx2MGMndwX9faIbDq7w，2018年3月26日更新。

[2]Caragliu A.; Bo C. D.; Nijkamp P.， "Smart Cities in Europe"， Journal of Urban Technology， 2009， 18（0048） ;李重照、劉淑華：《智慧城市：中國城市治理的新趨向》，《電子政務(wù)》，2011年第6期。

[3]單勇、阮重駿：《社會治理地圖對綜合治理體系的三重發(fā)展——以城市大腦為例》，《中國特色社會主義研究》，2021年第1期;沈錫權(quán)、魏一駿：《“城市大腦”刷新現(xiàn)代治理》，《半月談》，2019年第10期;高文：《城市大腦的痛點與對策》，《智能系統(tǒng)學(xué)報》，2020年第4期。

[4]劉鋒：《研究報告：城市大腦的起源、現(xiàn)狀與未來趨勢》，https：//wenku.baidu.com/view/ec2f9aa10408763231126edb6f1aff00bfd57059.htmlhttps：//pan.baidu.com/s/1YdDKx2MGMndwX9faIbDq7w，2018年3月26日更新。

[5] 肖家立、黃泳豪、羅琳、蔡泳：《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型以珠海為核心的智慧城市群建設(shè)研究》，《無線互聯(lián)科技》，2020年第20期;劉鋒：《如何理解和定義城市大腦》，《中國建設(shè)信息化》，2020年第17期;Russell S.; Norvig P.， Artificial Intelligence： A Modern Approach， http：//aima.cs.berkeley.edu/， 2020-12-12;“中國城市營商環(huán)境評價研究”課題組、李志軍等：《中國城市營商環(huán)境評價的理論邏輯、比較分析及對策建議》，《管理世界》，2021年第5期。

[6]王波、張偉、張敬欽：《突發(fā)公共事件下智慧城市建設(shè)與城市治理轉(zhuǎn)型》，《科技導(dǎo)報》，2021年第5期;鄒凱、萬震、曹丹、張東東：《智慧城市信息安全監(jiān)管策略的演化博弈分析》，《現(xiàn)代情報》，2021年第3期。

參考文獻(xiàn)

[匈]歐文·拉茲洛，2020，《宇宙的智慧》，李永學(xué)譯，北京：中國民主法治出版社。

戴汝為，2007，《社會智能科學(xué)》，上海交通大學(xué)出版社。

責(zé) 編/桂 琰