1 前言

2015以來，城市大腦的概念和定義首次提出后。隨著城市大腦領(lǐng)域在理論研究和產(chǎn)業(yè)實踐上的探索和進展,城市大腦已經(jīng)成為前沿科技領(lǐng)域和智慧城市建設(shè)領(lǐng)域的新熱點,到2022年，全國已經(jīng)有數(shù)百個城市宣布建設(shè)城市大腦的規(guī)劃。同時數(shù)千家大中型科技企業(yè)開始進軍城市大腦領(lǐng)域，提出了不同的“泛城市大腦”建設(shè)方案。

城市大腦的產(chǎn)生和建設(shè)不僅僅是工程問題，更是一個基礎(chǔ)科學問題。21世紀以來，前沿科技領(lǐng)域出現(xiàn)了包括世界數(shù)字大腦、城市大腦在內(nèi)的大量新概念新技術(shù)，這說明產(chǎn)業(yè)界必然出現(xiàn)新的規(guī)律在驅(qū)動新世紀的科技發(fā)展。如果要開展城市大腦建設(shè)和制定城市大腦的建設(shè)標準，就需要找到其背后的科學規(guī)律，形成堅實的理論基礎(chǔ)并以此為指導。避免方向性錯誤產(chǎn)生的過大探索性成本和由此產(chǎn)生的負面影響。

2 城市大腦的15個定義介紹

作為一個新生事務，如何理解城市大腦在學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界并沒有形成統(tǒng)一的認知。很多城市和科技企業(yè)根據(jù)對城市大腦的不同的理解，按照不同的技術(shù)框架開展建設(shè)，產(chǎn)生的城市大腦定義超過15個以上（如下面列表所示）。

1.城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級的類腦復雜智能巨系統(tǒng)，在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數(shù)字孿生等前沿技術(shù)的支撐下，數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和云反射弧將是城市大腦建設(shè)的重點。城市大腦的作用是提高城市的運行效率，解決城市運行中面臨的復雜問題，更好地滿足市民的不同需求。城市大腦的發(fā)展目標不僅僅局限在一個城市或一個地區(qū)，當世界范圍的城市大腦連接在一起，城市大腦最終將形成世界數(shù)字大腦，為人類協(xié)同發(fā)展提供一個類腦的智能支撐平臺。

來源：《2021城市大腦全球標準研究報告》

2.城市大腦（也叫城市智能中樞）是運用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等技術(shù)，提升城市現(xiàn)代化治理能力和城市競爭力的新型基礎(chǔ)設(shè)施，是推進城市數(shù)字化、智能化、智慧化的重要手段。通過對城市全域運行數(shù)據(jù)進行實時匯聚、監(jiān)測、治理和分析，全面感知城市生命體征，輔助宏觀決策指揮，預測預警重大事件，配置優(yōu)化公共資源，保障城市安全有序運行，支撐政府、社會、經(jīng)濟數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在城市治理、應急管理、公共交通、生態(tài)環(huán)保、基層治理、城市服務等方面提供綜合應用能力，實現(xiàn)整體智治、高效協(xié)同、科學決策，推進城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

來源：《2022城市大腦發(fā)展白皮書》

3.城市大腦是基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，打通橫向各部門、縱向各層級的業(yè)務壁壘，充分推進城市數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)共享、集約整合、高效開發(fā)、全面賦能，支撐城市運行生命體征感知、公共資源配置優(yōu)化、重大事件預測預警、宏觀決策指揮的新型基礎(chǔ)設(shè)施。

來源：《關(guān)于城市大腦未來形態(tài)的思考》《學術(shù)前沿》2021 年第 9 期

4.城市大腦是面向城市治理和服務現(xiàn)代化需求，利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，推動城市數(shù)據(jù)資源匯聚融合和運行態(tài)勢全域感知，驅(qū)動業(yè)務流程優(yōu)化和再造，實現(xiàn)城市治理能力提升、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和管理模式創(chuàng)新的綜合平臺，是城市新一代的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、現(xiàn)代化治理和服務的智能中樞。

來源：《城市大腦規(guī)劃建設(shè)與應用研究報告 2020》2020 年 10月

5.城市大腦是基于城市生命體理念，以系統(tǒng)科學為指引，將散落在城市各個角落的數(shù)據(jù)（ 包 括政務數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)、社會數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境數(shù) 據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等） 匯聚起來，用云計算、大數(shù) 據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)構(gòu)建的平臺型人工智能中樞。通過對城市進行全域的即時分析、指揮、調(diào)動管理，實現(xiàn)對城市的精準分析、整體研判、 協(xié)同指揮，從而更加智能地管理城市。

來源：朝陽區(qū)“城市智慧大腦”建設(shè)理念，https://www.sohu.com/a/496618346_276597

6.城市大腦，是指由中樞、系統(tǒng)與平臺、數(shù)字駕駛艙和應用場景等要素組成，以數(shù)據(jù)、算力、算法等為基礎(chǔ)和支撐，運用大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，推動全面、全程、全域?qū)崿F(xiàn)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的數(shù)字系統(tǒng)和現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施。

來源：浙江省杭州市《杭州城市大腦賦能城市治理促進條例》

7.城市大腦是運用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)構(gòu)建的城市數(shù)字化運行的基礎(chǔ)設(shè)施，是數(shù)字政府、數(shù)字社會和數(shù)字經(jīng)濟的載體，匯集政府、企業(yè)和社會等數(shù)據(jù)，進行融合計算，感知城市生命體征，實現(xiàn)對城市全域的精準分析、整體研判、協(xié)同指揮、科學治理。

來源：浙江省杭州市DB3301/T 0273-2018《城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)管理規(guī)范》

8.“城市云腦”建設(shè)將在城市治理、民生服務、經(jīng)濟發(fā)展三大重點領(lǐng)域推進數(shù)據(jù)的應用，充分運用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)，推動實現(xiàn)政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化，助力打造新型智慧城市。堅持以人民為中心的發(fā)展思想，牢固樹立新發(fā)展理念，堅持問題導向，建設(shè)“上下貫通、左右銜接 , 全市一體、高度集成 , 數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同”的城市云腦，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)手段，全面整合城市資源要素，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化、智能化地“搞活一座城”。

來源：山東省青島市《青島市人民政府辦公廳關(guān)于加快青島市城市云腦建設(shè)的實施意見》

9.生態(tài)城的城市大腦在最初“運營中心”的基礎(chǔ)上，又增設(shè)了“數(shù)據(jù)中心”“安全中心”和“標準中心”，逐步實現(xiàn)多腦并行、各司其職，集數(shù)據(jù)賦能、智慧賦能、標準約束、安全保障于一體。

來源：中新天津生態(tài)城對城市大腦的理解

10.城市大腦要搭建的是整個城市的人工智能中樞，是一個對城市信息進行處理和調(diào)度的超級人工智能系統(tǒng)，能將散布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。

來源：“長沙城市超級大腦”項目對城市大腦的理解

11.城市大腦是利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智 能終端 （物聯(lián)網(wǎng)） 三個核心構(gòu)件組合體，為城市 交通治理、公共安全、應急管理、網(wǎng)格防控、醫(yī) 療衛(wèi)生、環(huán)境保護、城市精細化管理等構(gòu)建的一 個人工智能中樞。

來源：南省發(fā)展改革委下發(fā)的《2020年河南省數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展工作方案》

12.城市大腦是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施，基于城 市所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源，對城市進行全局的即時分析、指揮、調(diào)動、管理，最終實現(xiàn)對城市的精準 分析、整體研判、協(xié)同指揮

來源：《群眾》《決策資訊:城市大腦》

13.城市大腦是基于城市所產(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)展的新模式。

來源：2018世界人工智能大會《“城市大腦·未來生活”主題分享論壇》

14.城市大腦是利用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，為城市交通治理、環(huán)境保護、城市精細化管理、區(qū)域經(jīng)濟管理等構(gòu)建一個后臺系 統(tǒng)，打通不同平臺，推動城市數(shù)字化管理。

來源：《中國安防行業(yè)網(wǎng)》

15城市大腦是支撐未來城市可持續(xù)發(fā)展的全 新基礎(chǔ)設(shè)施，核心是利用實時全量的城市數(shù)據(jù)資 源全局優(yōu)化城市公共資源，即時修正城市運行缺陷，實現(xiàn)城市治理模式突破、城市服務模式突破、城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展突破。

來源：《阿里ET城市大腦》

3 城市大腦是否具備理論基礎(chǔ)的三種情況

分析上述學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界提出的城市大腦定義，從是否具備理論基礎(chǔ)主要存在三種情況：

第一種是以互聯(lián)網(wǎng)大腦模型作為理論基礎(chǔ)，提出21世紀互聯(lián)網(wǎng)為核心的科技生態(tài)從網(wǎng)狀向類腦演化形成的互聯(lián)網(wǎng)大腦模型是城市大腦產(chǎn)生和建設(shè)的基礎(chǔ)。

第二種是以城市生命體作為理論基礎(chǔ)。提出城市是具有新陳代謝、自適應、應激性、生長發(fā)育和遺傳變異等典型生命特征的復雜巨系統(tǒng)，城市大腦是這個城市生命體的一部分

第三種是沒有形成較為完整的理論體系，將城市大腦作為城市級的人工智能系統(tǒng)，或者人工智能中樞系統(tǒng)，但沒有指出各種技術(shù)按照什么架構(gòu)來實現(xiàn)。城市大腦的第一種理論基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)大腦模型認為，21世紀以來種種跡象表明，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的世界科技生態(tài)正在從網(wǎng)狀向類腦結(jié)構(gòu)演化，各種前沿科技可以看做是互聯(lián)網(wǎng)大腦模型中各神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的產(chǎn)物。

4.城市大腦定義分析

4.1基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦定義

由于世界科技生態(tài)的類腦化進程，互聯(lián)網(wǎng)大腦模型與各個領(lǐng)域也不斷結(jié)合形成新的概念和技術(shù)，與科技企業(yè)結(jié)合產(chǎn)生了谷歌大腦、百度大腦、阿里ET大腦、360安全大腦；與產(chǎn)業(yè)結(jié)合形成了工業(yè)大腦、農(nóng)業(yè)大腦、航空大腦等，與智慧城市建設(shè)結(jié)合形成了城市大腦、城市云腦等。因此在2015年1月論文《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦 架構(gòu)的智慧城市建設(shè)探討》首次形成城市大腦的概念和定義中提出：城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級的類腦復雜智能巨系統(tǒng)。

這種城市大腦定義中的“大”與大數(shù)據(jù)的“大”含義相同，是結(jié)構(gòu)和覆蓋范圍龐大的城市級類腦系統(tǒng)。各種前沿科技是作為腦結(jié)構(gòu)中的各個神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)合讓城市變得更智慧。同時當世界范圍的城市大腦通過互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)連接在一起時，城市大腦最終將形成世界數(shù)字大腦。

基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦概念通過參考腦結(jié)構(gòu)最重要的兩個結(jié)構(gòu)，神經(jīng)元和神經(jīng)元構(gòu)成的反射弧，提出了1+N的城市大腦建設(shè)模式和總體架構(gòu)（如圖1所示），其主要包括兩個重要技術(shù)特征：

第一是建立世界統(tǒng)一的數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，為世界范圍的人、物、系統(tǒng)建立映射的程序單元，也稱為數(shù)字神經(jīng)元，它們可以根據(jù)需求進行連接、組合、交互，從而實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，第二是多種數(shù)字神經(jīng)元按照感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應器五個部分進行組合，形成的云反射弧的技術(shù)鏈條，可以靈活的解決城市、地區(qū)，行業(yè)的具體問題和具體需求。

圖1 基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦架構(gòu)圖

4.2 基于城市生命體的城市大腦定義

城市大腦的第二種理論基礎(chǔ)城市生命體理論是從生命體的視角認識城市，借鑒生命體的認知幫助理解城市。例如，人有大腦，城市也有大腦；人有心臟，城市也有心臟；人有細胞單元、組織單元、子系統(tǒng)、生命體，城市也具備這些要素，這是從其構(gòu)成來理解城市生命體。與此同時，也可以從功能來理解城市生命體，如生命系統(tǒng)所具有的新陳代謝、生長發(fā)育、應激性、自適應性、遺傳與變異等功能，城市也具備類似的功能和特征。

以生命體、有機體來講城市，是城市知識的觀念變革，它改變了過去城市作為增長機器、鋼筋水泥、生態(tài)花園等觀點，強調(diào)城市也具備生命體、有機體的特征，城市存在生命周期，它有可能孕育、生長、成熟、死亡等（引用：中國人民大學公共管理學院教授李文釗的觀點）。

基于城市生命體的城市大腦認為城市大腦是平臺型人工智能中樞（如2所示），將散落在城市各個角落的數(shù)據(jù)匯聚起來，用云計算、大數(shù) 據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)構(gòu)建通過對城市進行全域的即時分析、指揮、調(diào)動管理，實現(xiàn)對城市的精準分析、整體研判、協(xié)同指揮，從而更加智能地管理城市。

圖2 基于城市生命體的城市大腦架構(gòu)圖

5.城市大腦的兩個理論基礎(chǔ)對比分析

在城市大腦的兩個基礎(chǔ)理論中，互聯(lián)網(wǎng)大腦模型提出通過物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，云計算、5G、區(qū)塊鏈、云機器人構(gòu)建城市的神經(jīng)系統(tǒng)，而在城市生命體理念中除了肌肉、血液、心臟、細胞等，也必然包括城市生命體的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的構(gòu)建，加拿大學者麥克盧漢提出新的電子媒介構(gòu)建了人類社會的神經(jīng)系統(tǒng)，這說明要實現(xiàn)城市生命體的神經(jīng)系統(tǒng)也必然要使用物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，云計算、5G、區(qū)塊鏈、云機器人等等技術(shù)來實現(xiàn)。因此城市大腦的兩個理論基礎(chǔ)在為城市大腦做理論支撐時，內(nèi)涵是一致的。但也存在兩個區(qū)別和不同（如圖3所示）：

圖3 基于不同理論基礎(chǔ)形成的城市大腦示意圖

第一個區(qū)別是，互聯(lián)網(wǎng)大腦模型理論認為，互聯(lián)網(wǎng)大腦是一個世界級的智能系統(tǒng)，城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦的子集，在互聯(lián)網(wǎng)大腦的整體框架下，城市大腦可以沿著省級大腦，國家大腦向世界數(shù)字大腦平滑演進。而城市生命體理論因為理論本身的邊界問題，無法將城市大腦放在一個更廣闊的空間內(nèi)進行研究，也無法解決城市大腦向省級，國家和世界范圍擴展的理論構(gòu)建問題（如圖3所示）。

第二個區(qū)別是，互聯(lián)網(wǎng)大腦模型提出了城市大腦不僅僅是人工智能系統(tǒng)，而是鏈接了人、機器和智能系統(tǒng)的“龐大的”類腦復雜智能巨系統(tǒng)，通過世界統(tǒng)一的數(shù)字神經(jīng)元將人、機器和智能系統(tǒng)鏈接在一起，而通過云反射弧機制將不同的數(shù)字神經(jīng)元組合起來進行聯(lián)合工作，可以在小到鄉(xiāng)鎮(zhèn)/社區(qū)、中到城市/省，大到國家世界范圍內(nèi)靈活的應對人類的需求和問題。目前基于城市生命體理論提出的城市大腦定義，認為城市大腦是城市的中樞神經(jīng)或“大腦”，重點體現(xiàn)了城市大腦的管控功能，但沒有解決如何將鄉(xiāng)鎮(zhèn)/社區(qū)、城市、國家和世界范圍的任意要素鏈接起來的技術(shù)結(jié)構(gòu)。也沒有提出如何靈活的跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨部門解決任何問題的技術(shù)機制，我們認為這個本身并不是城市生命體理論的問題，而是相關(guān)研究者和項目實施者需要進一步解決城市大腦（城市大尺度大范圍的腦系統(tǒng)）與城市管理神經(jīng)中樞的關(guān)系問題。從圖一所示基于互聯(lián)大腦模型的城市大腦定義認為城市智能中樞本質(zhì)上是在城市大腦的數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中，AI管理系統(tǒng)（神經(jīng)元）支撐下的城市最高管理部門對應的數(shù)字神經(jīng)元群體組成的城市數(shù)字管理神經(jīng)團，負責對管轄區(qū)域進行統(tǒng)一管理，這一點將在未來進行詳細闡述。

6 結(jié)語

作為理論基礎(chǔ)，無論是互聯(lián)網(wǎng)大腦模型還是城市生命體也都處于不斷發(fā)展過程中，基于它們形成的諸多城市大腦定義也同樣處于探索中。在建設(shè)城市大腦和制定城市大腦的建設(shè)標準時，需要對城市大腦的不同理論基礎(chǔ)做更深入的討論，形成更廣泛的共識。避免因為理論基礎(chǔ)的薄弱甚至沒有理論基礎(chǔ)，導致在建設(shè)城市大腦和制定相關(guān)標準時產(chǎn)生方向性錯誤和重大探索性成本。