1 前言

2015以來，城市大腦的概念和定義首次提出后。隨著城市大腦領域在理論研究和產業實踐上的探索和進展,城市大腦已經成為前沿科技領域和智慧城市建設領域的新熱點,到2022年，全國已經有數百個城市宣布建設城市大腦的規劃。同時數千家大中型科技企業開始進軍城市大腦領域，提出了不同的“泛城市大腦”建設方案。

城市大腦的產生和建設不僅僅是工程問題，更是一個基礎科學問題。21世紀以來，前沿科技領域出現了包括世界數字大腦、城市大腦在內的大量新概念新技術，這說明產業界必然出現新的規律在驅動新世紀的科技發展。如果要開展城市大腦建設和制定城市大腦的建設標準，就需要找到其背后的科學規律，形成堅實的理論基礎并以此為指導。避免方向性錯誤產生的過大探索性成本和由此產生的負面影響。

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界和產業界并沒有形成統一的認知。很多城市和科技企業根據對城市大腦的不同的理解，按照不同的技術框架開展建設，產生的城市大腦定義超過15個以上（如下面列表所示）。

1.城市大腦是互聯網大腦架構與智慧城市建設結合的產物，是城市級的類腦復雜智能巨系統，在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯網、大數據、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數字孿生等前沿技術的支撐下，數字神經元網絡和云反射弧將是城市大腦建設的重點。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。城市大腦的發展目標不僅僅局限在一個城市或一個地區，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字大腦，為人類協同發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）是運用大數據、云計算、物聯網、人工智能、區塊鏈、數字孿生等技術，提升城市現代化治理能力和城市競爭力的新型基礎設施，是推進城市數字化、智能化、智慧化的重要手段。通過對城市全域運行數據進行實時匯聚、監測、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，配置優化公共資源，保障城市安全有序運行，支撐政府、社會、經濟數字化轉型。在城市治理、應急管理、公共交通、生態環保、基層治理、城市服務等方面提供綜合應用能力，實現整體智治、高效協同、科學決策，推進城市治理體系和治理能力現代化。

來源：《2022城市大腦發展白皮書》

3.城市大腦是基于云計算、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術，打通橫向各部門、縱向各層級的業務壁壘，充分推進城市數據資源網絡共享、集約整合、高效開發、全面賦能，支撐城市運行生命體征感知、公共資源配置優化、重大事件預測預警、宏觀決策指揮的新型基礎設施。

來源：《關于城市大腦未來形態的思考》《學術前沿》2021 年第 9 期

4.城市大腦是面向城市治理和服務現代化需求，利用云計算、大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈、數字孿生等新一代信息技術，推動城市數據資源匯聚融合和運行態勢全域感知，驅動業務流程優化和再造，實現城市治理能力提升、產業結構優化和管理模式創新的綜合平臺，是城市新一代的數字基礎設施、現代化治理和服務的智能中樞。

來源：《城市大腦規劃建設與應用研究報告 2020》2020 年 10月

5.城市大腦是基于城市生命體理念，以系統科學為指引，將散落在城市各個角落的數據（ 包 括政務數據、企業數據、社會數據、生態環境數 據、互聯網數據等） 匯聚起來，用云計算、大數 據、人工智能等前沿技術構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、調動管理，實現對城市的精準分析、整體研判、 協同指揮，從而更加智能地管理城市。

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

6.城市大腦，是指由中樞、系統與平臺、數字駕駛艙和應用場景等要素組成，以數據、算力、算法等為基礎和支撐，運用大數據、云計算、區塊鏈等新技術，推動全面、全程、全域實現城市治理體系和治理能力現代化的數字系統和現代城市基礎設施。

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據、云計算、人工智能等技術構建的城市數字化運行的基礎設施，是數字政府、數字社會和數字經濟的載體，匯集政府、企業和社會等數據，進行融合計算，感知城市生命體征，實現對城市全域的精準分析、整體研判、協同指揮、科學治理。

來源：浙江省杭州市DB3301/T 0273-2018《城市數據大腦建設管理規范》

8.“城市云腦”建設將在城市治理、民生服務、經濟發展三大重點領域推進數據的應用，充分運用大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等前沿技術，推動實現政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化、產業發展現代化，助力打造新型智慧城市。堅持以人民為中心的發展思想，牢固樹立新發展理念，堅持問題導向，建設“上下貫通、左右銜接 , 全市一體、高度集成 , 數據共享、業務協同”的城市云腦，利用互聯網、大數據、人工智能等新興技術手段，全面整合城市資源要素，數字化、網絡化、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于加快青島市城市云腦建設的實施意見》

9.生態城的城市大腦在最初“運營中心”的基礎上，又增設了“數據中心”“安全中心”和“標準中心”，逐步實現多腦并行、各司其職，集數據賦能、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度的超級人工智能系統，能將散布在城市各個角落的數據連接起來，通過對大量數據的分析和整合，對城市進行全域的即時分析、指揮、調動、管理，從而實現對城市的精準分析、整體研判、協同指揮。

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據、云計算、人工智 能終端 （物聯網） 三個核心構件組合體，為城市 交通治理、公共安全、應急管理、網格防控、醫 療衛生、環境保護、城市精細化管理等構建的一 個人工智能中樞。

來源：南省發展改革委下發的《2020年河南省數字經濟發展工作方案》

12.城市大腦是以互聯網為基礎設施，基于城 市所產生的數據資源，對城市進行全局的即時分析、指揮、調動、管理，最終實現對城市的精準 分析、整體研判、協同指揮

來源：《群眾》《決策資訊:城市大腦》

13.城市大腦是基于城市所產生的數據資源，實現數據互聯互通， 對城市進行全局的即時分析，有效調配公共資源，不斷完善社會治理，推 動城市可持續發展的新模式。

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、大數據、物聯網等先進技術，為城市交通治理、環境保護、城市精細化管理、區域經濟管理等構建一個后臺系 統，打通不同平臺，推動城市數字化管理。

來源：《中國安防行業網》

15城市大腦是支撐未來城市可持續發展的全 新基礎設施，核心是利用實時全量的城市數據資 源全局優化城市公共資源，即時修正城市運行缺陷，實現城市治理模式突破、城市服務模式突破、城市產業發展突破。

來源：《阿里ET城市大腦》

3 城市大腦是否具備理論基礎的三種情況

分析上述學術界、產業界提出的城市大腦定義，從是否具備理論基礎主要存在三種情況：

第一種是以互聯網大腦模型作為理論基礎，提出21世紀互聯網為核心的科技生態從網狀向類腦演化形成的互聯網大腦模型是城市大腦產生和建設的基礎。

第二種是以城市生命體作為理論基礎。提出城市是具有新陳代謝、自適應、應激性、生長發育和遺傳變異等典型生命特征的復雜巨系統，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，或者人工智能中樞系統，但沒有指出各種技術按照什么架構來實現。城市大腦的第一種理論基礎互聯網大腦模型認為，21世紀以來種種跡象表明，以互聯網為核心的世界科技生態正在從網狀向類腦結構演化，各種前沿科技可以看做是互聯網大腦模型中各神經系統發育的產物。

4.城市大腦定義分析

4.1基于互聯網大腦模型的城市大腦定義

由于世界科技生態的類腦化進程，互聯網大腦模型與各個領域也不斷結合形成新的概念和技術，與科技企業結合產生了谷歌大腦、百度大腦、阿里ET大腦、360安全大腦；與產業結合形成了工業大腦、農業大腦、航空大腦等，與智慧城市建設結合形成了城市大腦、城市云腦等。因此在2015年1月論文《基于互聯網大腦 架構的智慧城市建設探討》首次形成城市大腦的概念和定義中提出：城市大腦是互聯網大腦架構與智慧城市建設結合的產物，是城市級的類腦復雜智能巨系統。

這種城市大腦定義中的“大”與大數據的“大”含義相同，是結構和覆蓋范圍龐大的城市級類腦系統。各種前沿科技是作為腦結構中的各個神經系統聯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網大腦架構連接在一起時，城市大腦最終將形成世界數字大腦。

基于互聯網大腦模型的城市大腦概念通過參考腦結構最重要的兩個結構，神經元和神經元構成的反射弧，提出了1+N的城市大腦建設模式和總體架構（如圖1所示），其主要包括兩個重要技術特征：

第一是建立世界統一的數字神經元網絡，為世界范圍的人、物、系統建立映射的程序單元，也稱為數字神經元，它們可以根據需求進行連接、組合、交互，從而實現跨部門、跨行業、跨地區的互聯互通，第二是多種數字神經元按照感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器五個部分進行組合，形成的云反射弧的技術鏈條，可以靈活的解決城市、地區，行業的具體問題和具體需求。

圖1 基于互聯網大腦模型的城市大腦架構圖

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、生命體，城市也具備這些要素，這是從其構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，如生命系統所具有的新陳代謝、生長發育、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、生態花園等觀點，強調城市也具備生命體、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據匯聚起來，用云計算、大數 據、人工智能等前沿技術構建通過對城市進行全域的即時分析、指揮、調動管理，實現對城市的精準分析、整體研判、協同指揮，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圖

5.城市大腦的兩個理論基礎對比分析

在城市大腦的兩個基礎理論中，互聯網大腦模型提出通過物聯網，大數據，云計算、5G、區塊鏈、云機器人構建城市的神經系統，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系統和大腦的構建，加拿大學者麥克盧漢提出新的電子媒介構建了人類社會的神經系統，這說明要實現城市生命體的神經系統也必然要使用物聯網，大數據，云計算、5G、區塊鏈、云機器人等等技術來實現。因此城市大腦的兩個理論基礎在為城市大腦做理論支撐時，內涵是一致的。但也存在兩個區別和不同（如圖3所示）：

圖3 基于不同理論基礎形成的城市大腦示意圖

第一個區別是，互聯網大腦模型理論認為，互聯網大腦是一個世界級的智能系統，城市大腦是互聯網大腦的子集，在互聯網大腦的整體框架下，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建問題（如圖3所示）。

第二個區別是，互聯網大腦模型提出了城市大腦不僅僅是人工智能系統，而是鏈接了人、機器和智能系統的“龐大的”類腦復雜智能巨系統，通過世界統一的數字神經元將人、機器和智能系統鏈接在一起，而通過云反射弧機制將不同的數字神經元組合起來進行聯合工作，可以在小到鄉鎮/社區、中到城市/省，大到國家世界范圍內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或“大腦”，重點體現了城市大腦的管控功能，但沒有解決如何將鄉鎮/社區、城市、國家和世界范圍的任意要素鏈接起來的技術結構。也沒有提出如何靈活的跨地區、跨行業、跨部門解決任何問題的技術機制，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）與城市管理神經中樞的關系問題。從圖一所示基于互聯大腦模型的城市大腦定義認為城市智能中樞本質上是在城市大腦的數字神經元網絡中，AI管理系統（神經元）支撐下的城市最高管理部門對應的數字神經元群體組成的城市數字管理神經團，負責對管轄區域進行統一管理，這一點將在未來進行詳細闡述。

6 結語

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