城市智慧生长第一步：安一个“大脑”

April 9, 2023

Fanny Hu

发布于2023-04-10

人工智能热潮席卷全球。在刚刚落幕的英伟达2023年度GTC大会上，一系列新技术和新产品惊艳亮相，此次英伟达不但发布了最新的AI芯片，还推出了首个结合GPU和量子计算的系统，以及全新的加速芯片设计的软件，开始全面押注AI智能时代。

很多人认为，最近英伟达、微软、谷歌、苹果等软件和硬件巨头的高调入场，将让人工智能的应用研发很快走入“iPhone时刻”。而对于每个普通人的生活来说，随着一整套围绕着智能产业应用生态的开启和完善，一个全新的智慧城市蓝图也将展现在我们面前。

如今，物联网、大数据、人工智能等前沿技术已经被广泛应用在了城市建设中：智能交通系统让我们避免拥堵和迷路，轻松到达目的地；智能公共服务让我们能更快捷地享受城市的便利，只需动一动手指就能在线申请各种证件和服务；智能家居让我们可以远程控制家电和灯光等，让家里的一切随时随地都尽在掌握、井然有序……

而未来，伴随着智能化浪潮的跨越式推进，“智慧城市大脑”则将显现出越来越强大的能力，城市将从局部智慧走向全面智能，朝着更加高效、便捷和人性化的方向发展。

为什么要建智慧城市？

进入21世纪以来，世界各地都掀起了一股智慧城市建设的热潮，城市管理、公共服务、产业发展等领域正经历着前所未有的变革。数字化技术的应用已经不仅仅能提高城市的运行效率和服务水平，更是城市管理者解决城市基础设施瓶颈和管理难题、实现经济社会可持续发展的重要手段。

那么，究竟什么样的城市被认为是智慧的，当前的城市正在向何处发展呢？

2008年，IBM正式公布“智慧星球（Smarter Planet)”计划，此举也被广泛定义为智慧城市的开端。在这个计划中，IBM提出未来的城市建设需要全方位的升级，包括更智能的电网、更智能的食品系统、更智能的医疗、更智能的交通系统等。当然，这一切的背后，还需要一套可以理解和支持这一切运转的复杂技术系统和算法。

“智慧星球”的设想是能让人们生活在一个更加智能、便捷、环保的城市中，其主要的发展目标包括：通过建立数字城市、智能交通、智能建筑等智慧化应用，提高城市运行效率和管理水平；建立高效的城市运行和治理体系，实现城市资源的合理配置、公共服务的提升等目标；通过优化城市环境、加强城市安全等措施，提高城市居民的生活品质；提高城市的交通效率和能源利用效率，实现城市经济社会可持续发展。

在IBM提出“智慧星球”计划的两年后，2010年上海世博会以“城市，让生活更美好（Better City，Better Life）”为主题，也将目光聚焦于未来城市的发展上，并且向全球展示了更多城市智能的实践应用和设想。

比如在以“心之和、技之和”为主题的日本展馆，整个场馆外部采用含太阳能发电装置的超轻膜结构包裹，打造出“像生命体一样会呼吸的环保建筑”，同时在室内展出了能拉小提琴的陪伴机器人、将客厅墙壁与电视机合为一体的生活墙；在以“和谐城市”为主题的德国展馆，展区由海港新貌、未来规划室、人文花园、发明档案馆、创新工厂、材料之园等多个部分构成，向观众们全面展示了一个用科技连接过去和未来的城市全景；在伦敦展区，通过设立零碳报告厅、零碳餐厅、零碳展示厅与六套零碳样板房向人们展示了城市中绿色建筑的理念，并且还推出了全球首个计算个人碳排放的碳测系统，世博会结束后，该展区成为了中国首座零碳博物馆。

图1：上海世博会的日本馆（左上）、德国馆（左下）、伦敦零碳生态住宅（右），图片来源：百度

不过，无疑智慧城市的建设是一个庞大的系统性工程，其发展将主要经历三个阶段：智慧项目、智慧场景和智慧社会。

智慧项目是智慧城市建设的第一阶段。一开始，城市管理者会投入大量的资金和资源来实施各种单个、独立的项目智能化升级，包括智能照明、智能建筑、数据中心、信息平台等。建设这些项目将打下智慧城市建设的基础，为后续的发展奠定良好的基础。

第二个阶段是智慧场景阶段。在这个阶段，城市管理者将关注各个场景下的具体应用，在前一阶段的基础上进一步深化和扩展，其特点是将城市各类信息资源进行深度整合，打造出一系列覆盖智能交通、智慧安全、智慧旅游、智慧医疗、智慧教育等高度智能化的城市场景，以满足城市管理和居民多元化、个性化和定制化的需求。

第三个阶段是走向全社会的智能。在前两个阶段的基础上，城市将全面应用包括人工智能、区块链、云计算等前沿技术，万物互联互通，逐步实现全面、高效、精准的城市治理和公共服务，实现城市治理的整体智能化。

那么经过十余年的发展，当前的智慧城市发展走到了哪一步？什么是让城市智慧生长的关键技术？

城市大脑，智慧城市的智能中枢

近年来，但凡谈及智慧城市，便离不开“城市大脑”的概念，“城市大脑”已经是智慧城市建设最核心的组成部分。之所以称它为“大脑”，是因为通过它能够将城市中的各种数据信息高效、实时、精准的技术手段整合起来，像人脑中枢一样实现自主学习、协同决策，为城市的可持续发展提供重要的支撑和保障。

“城市大脑”最早由阿里巴巴提出，是在中国“实现城市精细化”管理的战略要求下在城市智慧管理领域所诞生的的一个新兴概念。“城市大脑”是一项包含应用层、平台层和计算层的系统性工程，由数据采集、数据存储和处理、决策支持、智慧公共服务和智慧社区等各个环节组成，“城市大脑”的运转和决策流程需要大数据、人工智能、5G等前沿技术的支持。

图2：城市大脑的方案架构，来自阿里云官网

智慧城市大脑的技术支撑

技术基础：5G网络

5G技术是智慧“城市大脑”实现的关键技术之一，它为“城市大脑”提供了高速、低延迟、大容量的网络通信基础设施，为数据高速传输和设备连接的运行搭建起了技术平台。

在深圳市，5G技术已经被应用于智慧公交系统。通过车载设备、路边设施和云平台的联网，可以实现实时监测公交车的位置、车速和乘客数量等信息，让城市管理者可以更快速地响应交通拥堵情况，提高交通系统的运行效率和服务水平。在上海市第一人民医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院等，5G技术也已经被广泛应用于远程医疗服务，高传输、低延迟的特点让医生不仅可以通过远程手术机器人实现远程手术，为患者提供更好的医疗服务，还可以实现医院内自动感应患者身份、自动调整体位和医疗设备参数，帮助实现医疗资源的共享，提高医疗服务的效率和质量。

互通连接：物联网技术

物联网（Internet of Things，IoT）技术在“城市大脑”中扮演着神经元的角色，它能将各类传感器、设备和物品连接起来，实现全面的信息采集和共享，进而构成一个庞大的实时联动的生态系统。

在苏州工业园区，物联网技术被广泛应用于能源系统的管控中。通过将工业园区内的一些工厂里的传感器和设备联网，在统一的管控平台上即可以实现对建筑物的照明、空调、电梯等能源设施的智能化控制，从而节约能源消耗，减少能源浪费，提高整个园区的能源设施的运行效率和服务水平。

在北京市，物联网技术的应用在环境监测系统上已经充分显露出了成效。例如，中科云谱物联技术公司所开发的物联网大气质量监测和分析系统，能够将Atlas Pro监测传感器设备、Atlas Cloud云计算模型平台、实时数据校正模型、可视化分级管理平台以及API数据接口服务等多个模块集成起来，通过实时监测大气颗粒污染物的扩散和漂移，快速定位污染源和感知颗粒污染物的扩散动向，及时提供城域网格化污染数据信息，为改善和治理空气污染问题提供数据技术支持。

图3：大气监测平台模型，图片来自于中科星图官网

精准管控：大数据

对于“城市大脑”来说，数据就像是随时流动着的血液，对城市数据的收集、处理和分析，可以帮助城市管理者更好地了解城市运行状态，为城市管理者提供更加精准的数据支持。

目前大数据技术已经被应用到了智慧城市管理的很多场景中。比如位于江西的吴城候鸟小镇就建立了一个基于大数据技术的智慧旅游管理平台。该平台通过对数据进行LBS地理位置的分析，能够实时显示游客的方位和轨迹，以便合理调配客流并防止客流量暴增出现意外。同时，该平台对网络舆情进行实时监测，针对负面舆情及时预警处理。景区通过数据可视化大屏，识别游客需求，判断重点客源市场，分析景区游客画像，提升游客满意度，助力吴城候鸟小镇景区运用数据进行决策分析。形成了7个维度、39个元素的数据画像，帮助小镇景区对流量、线路和画像等多维度数据进行分析，提升景区的管理和运营能力。

智能响应：人工智能

在数据收集和分析、设备的互联互通基础上，城市大脑平台还需要一个中枢来进行“思考”和帮助执行决策。人工智能技术则扮演了这个角色，通过对海量的数据进行挖掘、建模和预测，来实现对城市的智能决策。随着近期人工智能产业的爆发，城市的智能化将有可能再上一个新台阶。

ChatGPT、Bard等大型自然语言处理模型的出现将取代很多过去需要人工来执行的环节，比如智能客服、智能安全响应等，只需通过用自然语言下达命令，人工智能助手就能帮忙执行整个流程。而在人工智能的软件和硬件方面，英伟达在今年3月GTC大会上推出了一系列的人工智能新产品，包括专门服务于大语言模型带有双GPU NVLink的H100 NVL芯片、企业可以付费使用的AI超级计算服务DXG Cloud、超级计算机DGX H100 AI等。更重要的是，英伟达的这些新技术和产品已经被应用在了一系列包括汽车、量子计算、医疗生物的产业之中，比如与宝马集团扩大合作建设虚拟工厂、加快远程医疗的技术响应速度等。

图4：英伟达在2023 GTC上推出的NVIDIA DGX H100 AI超级计算机，图片来自于英伟达官网

智慧城市大脑的关键硬件

除了前沿技术之外，“城市大脑”的有效运转也离不开一些关键硬件设备。包括用于采集城市中的各种数据的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、噪音传感器等等。它们可以被安装在城市的各个角落，以便更好地采集城市的数据。此外，采集到的数据需要统一存储于数据中心中来进行分析和处理。因此也需要各种服务器、存储设备和数据处理设备等等，帮助城市大脑更好地处理城市中的各种数据，提高城市的管理效率。网络设备是城市大脑建设中另一个重要的组成部分。它可以帮助传感器和数据中心之间进行通信，确保城市大脑的正常运行。网络设备包括各种路由器、交换机和光纤等等。这些设备可以被安装在城市的各个角落，以便更好地连接城市中的各个传感器和数据中心。

智慧城市建设样本

随着技术的发展，在很多发达地区，智慧城市建设已经成为城市发展的重要战略，城市的运行效率和服务水平得到进一步提升。在欠发达地区，数字化技术应用比例也在不断加深，开始被广泛地运用于推动基础设施建设和提高居民的生活水平。

新加坡

新加坡是世界上最先进的智慧城市之一，其主要特点是集成了全面的信息技术和物联网系统。其中最具代表性的变是其于2015年在全球率先提出“智慧国2025”计划。该计划聚焦数字政府、数字经济、数字社会三大战略重点，利用云计算、大数据分析和智能传感器等技术，对城市的基础设施和公共服务进行了全面升级。

例如，新加坡交通管理局通过在道路上安装传感器和摄像头等设备，实现了实时交通监测和智能导航，大大提高了交通效率和安全性。此外，新加坡还在城市规划和管理方面取得了显著成果，如在城市垃圾处理方面实现了高效和环保的“垃圾转化为资源”计划。

中国·深圳

深圳作为中国的科技中心和智慧城市先锋，在城市数字化和智能化建设方面成绩斐然。深圳利用信息技术和人工智能等技术手段，实现了城市的全面数字化和智能化。例如，在城市交通方面，深圳通过数字化的公共交通系统，实现了公交车辆的实时监测和调度，大大提高了城市的交通效率和便捷性。此外，在城市环保方面，深圳通过建设智能环保系统，实现了城市垃圾处理、空气质量监测等环保工作的智能化管理等。

南非·开普敦

作为非洲的智慧城市之一，开普敦在城市可持续发展和创新能力建设方面卓有成效。例如，在城市能源方面，开普敦通过可再生能源和能源存储技术的应用，实现了城市能源的清洁化和可持续化发展。此外，在城市规划和管理方面，开普敦市政府推出了“开普敦未来计划”，通过数字化城市规划和建设，实现了城市的全面升级和改造。

当前挑战

目前， “城市大脑”的建设仍然面临着许多挑战：

数据的信息孤岛的问题。 “城市大脑”的运转需要来自城市各个渠道的数据，必须要打破条块分割，实现“无缝隙政府”。但目前城市管理部门的信息化程度发展不统一，机构之间的信息系统存在差异和数据难以共享，导致“城市大脑”无法在一个更高的城市维度上运行。
头部企业对数据资源的垄断问题。自从“城市大脑”概念被提出以来，大型的互联网企业主导了整个数据系统和算法的构建，这在一定程度上导致了市场的不完全竞争，让更多在某些板块掌握更先进技术的中小型公司无法参与，从而拖慢技术前进的步伐。
既懂技术、也懂政府管理的复合型人才比较稀缺。城市的管理不仅仅是一项技术工作更是一个对城市的系统性规划，因此需要“城市大脑”的设计者拥有全局观，能够将城市治理和技术有机结合。

结语

数字化浪潮下的智慧城市建设，不仅仅是技术的应用，更是城市治理和发展模式的创新。通过5G技术创建高速低延迟的网络环境，物联网技术将事物连接起来，再经过大数据的采集、分析和应用和人工智能的分析决策，可以持续优化城市的资源配置、改善城市的环境质量、提高城市的安全性和舒适度，实现城市的可持续发展。数字化浪潮下的智慧城市建设，是城市发展的必然趋势，也是实现城市繁荣、社会进步的重要途径之一。