城市大腦賦能城市公共安全的建設背景及核心應用

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，充分推動城市數據資源共享、集約整合、高效開發、全面賦能，支撐城市運行生命體征感知、公共資源優化配置、重大事件預測預警、宏觀決策指揮的新型基礎設施。城市是復雜的巨系統，各種要素在此聚集，各種思想觀念在此碰撞，城市運行環境日趨復雜，推動城市公共安全治理體系和治理能力現代化正成為城市治理領域的關鍵問題。本文擬探討城市大腦賦能城市公共安全的建設背景及核心應用，以深化對城市大腦的認識和理解。

一、城市大腦賦能城市公共安全的建設背景

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》（以下簡稱《綱要》）中明確提出，以數字化助推城鄉發展和治理模式創新，全面提高運行效率和宜居度；分級分類推進新型智慧城市建設；完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，構建城市數據資源體系，推進城市數據大腦建設。《綱要》突出體現了城市數字化新階段的新特點，開辟了智慧城市建設和城市公共安全治理的新篇章。習近平總書記指出，推進國家治理體系和治理能力現代化，必須抓好城市治理體系和治理能力現代化。智慧城市不僅事關城市公共安全和社會穩定，也直接關系到城市治理效能和核心競爭力的提升。二十多年來，我國城市信息化的發展經歷了數字城市、智慧城市、新型智慧城市三個階段。2020年3月，習近平總書記參觀杭州城市大腦運營指揮中心時指出，運用大數據、云計算、區塊鏈、人工智能等前沿技術推動城市管理手段、管理模式、管理理念創新，從數字化到智能化再到智慧化，讓城市更聰明一些、更智慧一些，是推動城市治理體系和治理能力現代化的必由之路，前景廣闊。目前，國內城市在前期數字化建設的基礎上，逐漸凝聚共識，形成了智慧城市建設發展的新方向——城市大腦。城市大腦作為新理念、新目標、新技術、新應用和新模式，正在發揮引領新型智慧城市建設的作用。城市大腦全面盤活城市數據資產，激發數據要素活力，從而全面賦能城市治理現代化。目前，全國已有500多個城市宣布啟動“城市大腦”建設計劃，已成為當前新型智慧城市建設的熱點。城市大腦建設將有力推動國內智慧城市建設進入新的發展階段，持續賦能城市公共安全，進一步推進城市公共安全治理體系和治理能力的提升。

城市大腦基于其擁有的多維城市信息模型（CIM）和其他各類城市信息數據，在城市智慧空間治理中通過耦合城市“天、地、人、房、物、事”，借助態勢分析、情景分析、智能決策、仿真分析等技術手段，利用業務模型、計算模型、算力模型等，識別診斷城市公共安全面臨的問題，并分析與優化解決問題的多種途徑，為城市公共安全提供科學合理的決策支持。城市大腦在支撐城市各行業系統應用的基礎上，推動城市公共安全協同聯動和跨部門跨領域的超級場景應用，構建城市公共安全業務場景應用服務模式。

二、城市大腦賦能城市公共安全的核心應用

城市大腦賦能城市公共安全核心應用主要包括以下幾個方面。

（一）公共安全多規融合

公共安全治理模式目前正從應急救援向事前預防轉型。在公共安全治理事前預防模式中，“多規融合”起著關鍵作用。城市大腦可以有效整合所有與城市公共安全相關的數據信息，包括城市基礎設施數據、基礎空間數據、城市規劃數據、城市地下空間數據等，并與城市CIM、地理信息系統（GIS）等數據信息模型實現合并疊加，融合呈現，形成城市公共安全規劃管控的“時空一張圖”。城市“時空一張圖”具有實時性、有效性、交互性的特點，通過在“時空一張圖”上匯聚空間規劃數據、基礎地理信息數據、政務專題數據、智能感知數據、互聯網在線數據、“多測合一”數據等，實時掌控與城市公共安全密切相關的城市設施布局、人口分布密度、安全設施布局、交通流量控制、應急救援力量等城市運行信息，掌握城市環境檢測、空氣流動、溫度變化等現場基本信息，就可以根據全息全量城市各類數據構建各類參數化模擬仿真模型，實時演練城市地貌、安全控規，進行應急演練，對城市各種公共安全規劃方案及可能結果進行可視化演示，進行方案比選優化，支撐城市公共安全決策。

（二）安全風險一圖管控

城市大腦作為城市數據引擎，具備感能、視能、圖能、數能、算能和管能。其中，“感能”即能夠接入各種公共安全場景的感知裝置；“視能”即遠程監控、攝像裝置以及帶有攝像頭的機動設施；“圖能”即遙感技術（RS）、GIS、全球定位系統（GPS）、CIM、建筑信息模型（BIM）等城市信息模型；“數能”即政府、企業、社會等可以共享利用的大數據；“算能”即云計算、網絡計算、標準化計算、邊緣計算以及異構計算等算法能力；“管能”即各種城市管理體系和能力，包括各種應急救援、治安巡查、城域巡查、城管執法，以及網格管理、無人機警備、無人車巡查等。擁有上述能力的城市大腦能夠主動快速發現城市運行中出現的各種公共安全隱患，甚至能對可能出現的突發情況進行預測，并給出警示。在城市大腦的覆蓋范圍內，社區可看作神經元，各種城市設施，如窨井蓋、垃圾箱、積水點以及消防感應器等，都安裝了聯網的感知裝置，變為智能設備；城市中到處可見的攝像頭，也不再是一個個“數據孤島”，而是被整合共享，連成網絡，為城域物聯感知平臺提供隨時隨地的視頻影像信息；空中的無人機、街上的無人車也會源源不斷地把現場的影像資料上傳到數據服務器，同時進行動態巡查，協助處置各種突發事件。城市大腦根據各種城市感知設備匯集過來的大量數據，啟動算能和管能，觸發事件處置機制。今后城市大腦更為重要的功能是對公共安全事件進行分析預警，幫助決策者制訂預案，對可能出現的公共安全事件進行預防，杜絕有可能出現的城市公共安全風險。

（三）項目安全全程可視

數字孿生技術可以在虛擬世界中動態模擬仿真現實世界中的實體對象，然后通過數字化手段對實體對象進行動態仿真、監測、分析和控制。數字孿生技術在項目的全過程安全可視化管理中發揮著重要作用。在項目設計階段，可以利用數字孿生技術在BIM虛擬設計過程中虛擬設計方案，在系統中推演設計方案的安全問題以及與周邊環境的影響關系，發現項目安全缺陷。在施工階段，可以利用數字孿生技術模擬施工方案和計劃，制訂項目進度計劃表，進行設計變更、施工變更，自動統計變更后的統計量、施工量、材料量，判斷變更對施工工期、人工需求的影響，及時進行預測和調整，避免工期延誤。通過遠程診斷、虛擬仿真，能夠發現項目可能存在的施工風險，全面管控施工過程中的安全問題。在運營維護階段，可以利用設計、施工過程中生成的建筑信息模型進行建筑物安全的智能分析，利用建筑物中各類智能監控設備、傳感器等實時采集設備運行數據、構件壓力數據、異常報警數據、視頻監控數據等建筑環境數據，開展建筑物、構筑物壽命、設備健康情況監測，對其安全風險問題進行預警。同時還可以與利益相關者有效共享建筑物動態數據，幫助其做出有效的管理決策，在運營維護中增強態勢感知能力，預測系統風險行為，加強資產完整性管理與監控，延長資產壽命，啟動高級風險管理，降低運營成本。

（四）城市運行“一網統管”

城市大腦以云計算、物聯網、大數據、人工智能等前沿技術為支撐，匯聚共享城市全域全量數據資源，整合城市各類管理服務信息系統，構建城市運管服平臺“一張網”，加強對城市運行管理服務狀況的實時監測、動態分析、統籌協調、指揮監督和綜合評價。城市大腦針對車輛超限、超載、超速，部件缺損，高空拋物，校園暴力，電線斷損等城市安全風險事件，利用網絡攝像頭進行智能識別，遠程智能立案、派發、審核，實施研判處理和緊急干預，保障市民安全。針對違章停車、跨門經營、無證游商、暴露垃圾、亂堆亂放、渣土傾倒等城市違章行為，可通過智能監控引擎提托智慧城管平臺遠程執法，縮短案件處置時間和處理流程，節省城管人力投入，提升城市管理的智能化水平，維持城市公共秩序。城市大腦還可利用“空天地”全方位立體部署的物聯感知設施為各類城市基礎設施、城市部件甚至是動植物生命體等賦能，根據城市部件數字編碼標識體系編制“數字賬簿”，為每一個城市部件賦予“數字身份證”，實現對城市部件的智能感知故障發現，通過精準定位和遠程處置，及時處理城市部件問題。此外，還可通過“城市畫像”聚合城市全要素數據進行整合分析，精準掌握城市運行動態，進行人和車輛軌跡追蹤，對城市重點區域和設施，如渣土車等進行安全監控，掌控城市公共領域和重點場館，如地鐵站、機場、高鐵站、交通樞紐、熱門景點、體育館等公共安全事件多發場地的運行狀態，全景展現城市實時運行狀態，預防公共安全事件，保障城市公共安全。城市大腦利用其信息匯集、運行監控、監管指揮、協同聯動等基本功能，通過共享、整合、優化、拓展、提升等手段，打造集常態運行與應急管理于一體的城市運行“一網統管綜合平臺”。建立“問題及時發現—自動流轉—高效處置—監督評價”閉環機制，實現城市運行安全治理全區域覆蓋、全天候運行和全過程閉環，提高城市安全治理體系和治理能力現代化水平。

（五）公共安全一屏掌控

城市大腦通過數據歸集、預警監測、指揮響應全流程閉環管理的綜合智慧監管體系，構建城市公共治安防控圈。通過打通業務流、數據流，有序調配分解目標任務，形成系統綜合、部門合作、職責明晰、聯動高效的工作體系。按照“風險隱患一屏管控、交辦督辦一屏協同、提示預警一屏直達、應急救援一屏處置、安全態勢一屏掌控”的要求，建設智慧安全綜合監管體系。城市大腦支持集成GIS、視頻監控系統、各部門業務系統數據，對重點安保區域、重要單位、安保資源、交通態勢、重點人員、警情事件等要素進行可視化監測，實現對全域范圍內“人、車、地、事、物”的全面監控。城市大腦采用AI和大數據技術，利用散布在城市中的大量監控攝像頭等設備產生的實時數據，對重點區域、場館、出入口等監控點位的人員和車輛數據進行全覆蓋、全方位分析與整合，按照一臉一檔、一車一檔、標簽庫等形成的結構化數據和智能影像數據采集，實現“人過留像，車過留牌、留特征、留軌跡”，這樣一旦城市治安防控中出現問題，就可實現快速響應與高效協同，實現對城市的精準分析研判和協同指揮處置。例如，當發生幼童、老人走失事件時，可通過系統調動事發現場及其周邊視頻監控數據，分析人員軌跡，查找走失人員線索。城市大腦支持對攝像頭、卡口、警用設備、消防設施等各類城市安全設施的數量、空間位置分布、實時狀態等信息的全面監測和可視化管理，提升了安全保障效能。例如，開展渣土車治理時，能夠對施工工地、運輸車輛及消納場實施全過程監管，對監管區域內渣土車運行實時感知、實時預警、實時取證，實現“事前可預警、事發可干預、事中可控制、事后可倒查”，有效提高了對渣土運輸車輛脫離系統監控、違規運輸、違規傾倒等問題的監管能力，守護城市美好和安全。

（六）應急指揮一鍵調度

當城市處于應急狀態時，城市大腦發揮應急指揮中心功能，通過整合GIS、CIM、視頻監控等各類信息，利用虛擬現實和模擬仿真技術，快速研判應急安全事件現場環境，輔助相關部門開展災情分析和災情決策。針對重大公共安全事件、突發公共衛生事件、自然災害等緊急突發事件，通過“領導駕駛艙”為決策者提供實時遠程支持，對重大事件現場和重點人員進行動態監測、跟蹤、預警，統一部署、統一指揮，支持跨層級、跨部門的全域資源快速調動，有效應對突發事件，打造極端條件應急救援“領導駕駛艙”。城市大腦還可基于空間地理坐標對可用應急資源進行查詢，實現應急資源可視化調度；通過模擬仿真技術，虛擬應急事件處置流程，開展應急資源準備評估，進行壓力測試，為決策提供科學輔助；支持對救護車、消防車、工程救險車等重點車輛的運行位置、運行速度、運行路線進行實時監測，智能調度車載和沿途監控視頻，對車輛安全狀態、干擾車輛通行等異常情況進行監測，并綜合沿線交通路況信息進行可視化分析研判，以便管理部門及時采取執法調度、信號燈調控、交通分流等措施，為重點車輛通行安全保障提供有力支持。

三、結語

截至2023年，我國的城鎮化率已經達到了66.2%，與發達國家的差距進一步縮小，城市發展進入城市更新的重要時期。智慧城市建設是推動城市高質量發展的重要手段，城市大腦成為智慧城市高質量發展的重要抓手。由于城市治理的復雜性和服務需求的多元化，城市大腦面臨業務難協同、邊界不清晰、資源難匯聚、模式不完善、安全難保障等問題與挑戰。城市大腦也應與時俱進，隨著城市發展而推動自身不斷成長。城市大腦具備自我學習、自我修正、自我演進、自我生長的特質。城市大腦的建設不是一蹴而就的，而是一項長期持續、動態演進的過程。面向未來，需要進一步完善城市大腦建設，以更好地推動城市公共安全治理體系和治理能力現代化。

參考文獻

[1]胡堅波．關于城市大腦未來形態的思考[J].人民論壇·學術前沿，2021（9）：50-57．

[2]傅榮校．智慧城市的概念框架與推進路徑[J]．求索，2019（5）：153-162．

[3]黨安榮．新型智慧城市建設應圍繞三大核心[N]．中國自然資源報，2021-03-15．

[4]耿挺．“城市大腦”讓城市更智慧[N]．上海科技報，2019-04-03．

[5]葉林，彭顯耿．城市更新：基于空間治理范式的理論探討[J]．廣西師范大學學報（哲學社會科學版），2022，58（4）：15-27.

[6]柳進軍．城市大腦的邏輯模型[J]．人民論壇·學術前沿，2021（9）：26-34.

（責任編輯：鞠阿蓮）