基于对国内外数字城市发展最新趋势分析，并借鉴国内建设城市大脑的地方经验，结 合智慧城市建设应用的实际情况，本报告提出的城市大脑总体框架如图所示。城市大脑（相当于城市的中枢神经系统）总体框架可概括为“四横四纵”。“四横”是指：城市大脑的基础设施层,相当于城市大脑感知与神经网络系统；融合平台层，相当于城市大脑的认知系统；基础设施层和融合平台层构成了城市大脑中枢的基本平台；管理应用层，相当于城市大脑控制和执行系统；决策服务层，相当于城市大脑的神经中枢 系统。“四纵”是指城市大脑的安全保障体系、标准规范体系、运行管理体系和产业生态体系。
基础设施层
城市大脑基础设施层相当于城市大脑的感知神经网络，主要指城市大脑的各种实时感 知设施和安全可信的通信网络。它通过各种先进的信息技术手段和网络，及时获取和 汇集源自城市各种感知设施的海量多源数据资源，并对这些数据进行安全可信的即时 计算处理和全生命周期管理。城市大脑基础设施层主要包括：网络基础设施（包括：互联网、物联网、移动互联网、工业互联网、区块链等）、物联感知基础设施（包括：摄 像头、传感器、GPS、智慧灯杆等）和孪生基础设施（包括：GIS+BIM、VR/AR/MR 等）三大类。
融合平台层
城市大脑融合平台层相当于城市大脑的认知系统，包括算力平台、数据中台和智能中台三大部分。其中：
（1） 算力平台包括云计算平台和高性能计算平台，主要为城市大脑各种时空数据的 即时处理提供强大的计算能力。
（2） 数据中台包括：
1）数据处理平台，是面向城市级数据管理、开发和服务场景， 实现数据的集成、开发、服务和治理等能力的重要平台，为城市决策运营提供 数据支撑。数据中台将以融合的数据资源为城市大脑各行各业系统应用提供服务。
2）可信共享大数据平台，对汇聚的各种数据资源进行必要的治理和高效管理，实现数据跨部门的互联互通、融合共享和可信安全；
3）基于城市信息模型 （CIM）建立数字孪生城市平台，有效支撑城市规划、建设、运行的模拟与发展推演；
4）数字对象体系架构（DOA）平台，针对多元异构异主异地的数据 应用场景，解决复杂环境下的数据互操作问题，实现数据的确权可信、安全共 享和存取访问。
（3） 智能中台是指基于数据中台，提供模型/算法库、模型设计训练、复用标注管理、 监控服务等一系列 AI 能力支持，主要由算法引擎、算法仓库、算法训练和算法服务开放 API 等组成。智能中台应具备面向城市大脑各种应用场景提供 AI 算法与模型能力，提供人工智能应用构建全生命周期支持，支持各类开发人员全角色协同工作，提供包含机器学习、深度学习和联邦学习的算法级、组件级、 引擎级和应用级全栈输出能力。与此同时，应建立一套完整的智能算法模型全 生命周期管理平台和服务配置体系，实现业务智能化和智能业务化、降低使用 门槛，作为外部请求（业务平台）的唯一入口，提供全结构化服务，通过内部 服务调度，对外屏蔽不同算法 API 的差异。并且应支持可视化建模，支持算法 模型的共享和复用，加速 AI 在各应用场景落地。按照人类智能和机器智能有机融合的思路，利用机器学习驱动的交互可视分析方法迭代演进，不断优化， 提升智能算法执行的效率和性能，保证数据决策的有效性，以服务和适应不断变化的城市各种应用场景。
管理应用层
城市大脑管理应用层相当于城市大脑的控制和执行系统，是城市大脑的业务应用场景。它基于城市大脑基础设施层和融合平台层对城市全要素和公共事件的及时感知和智能 化处理，对城市各行各业进行各种科学治理、控制、管理和服务，服务对象是城市各行 各业管理人员和社会公众。主要包括政务管理和服务、城市网格化管理、突发公共事 件应急管理、交通管理、公共安全管理、卫生健康管理、生态环境管理、社区智慧化管理服务等系统。
决策服务层
决策服务层指架构于城市大脑基本平台和各行各业系统之上的综合决策和服务应用系 统，相当于城市大脑的决策神经中枢系统。它主要包括：城市大脑运行管理中心、城市 大脑决策指挥系统、城市大脑公共服务系统。城市大脑运行管理中心负责城市大脑的 日常运行管理，具有对数字孪生城市各种事件信息进行全空间、三维立体、高精度实 时识别、显示和智能化处理能力，并可对现实城市各种要素和事件进行全生命周期管 理，指导城市未来的建设与运行优化。城市大脑决策指挥系统主要面向城市领导人和 各部门领导提供城市大脑各种决策支持服务，为城市领导与各部门、企业、市民沟通， 为城市领导科学决策和指挥调度提供数字化、智能化和可视化支撑。城市大脑公共服 务系统主要通过移动互联网等方式向企业、市民提供便捷的城市各项公共服务。
安全保障体系
从管理机制、保障策略、技术支撑等方面构建全方位、多层次、一致性的城市大脑安全 防护体系，加强数据安全保护和个人信息保护，切实保障城市大脑基础设施、平台、数 据、应用系统、决策服务系统平稳高效安全运行。
标准规范体系
城市大脑标准规范体系包括项目顶层设计、基础设施、公共平台、数据资源、智慧应用、安全保障、项目管理、运行管理等方面的标准规范和制度。
运行管理体系
建立健全城市大脑基础设施、平台、应用和决策服务系统运行维护以及相关的服务流 程管理、维护服务评价，加强系统建设和应用的绩效考核、投资效益评估、运营改善等，形成分层管理、权责明确、保障有力的城市大脑运行管理体系。
产业生态体系
城市大脑建设和运营涉及多项新一代信息技术的深度广泛应用，一大批管理模式、服务模式将会涌现，这需要一个良好的信息技术产业支撑，尤其是需要一大批掌握上述 核心技术的创新型 IT 企业提供技术支持和解决方案。另一方面，城市大脑为数字产业 的发展提供了巨大的新兴细分市场机遇，IT 企业需要围绕城市大脑新需求研发新技术、 新产品，推出新服务，协同创新，抱团发展、合作共赢，在共同支撑好城市大脑建设和 运营的同时，做大做强城市大脑产业。
算力平台
城市大脑是新型智慧城市的数据智能处理中枢平台，对于现代城市而言，城市各种设 施和企业市民每时每刻产生的多源多态数据是海量级别的，城市大脑对这些感知的海量数据处理宜采用分级分布式处理模式。因此，城市大脑算力平台将采用集中+分布式 模式建设运行，具体由云计算平台、边缘计算平台和高性能计算平台组成，它们分别 为城市大脑各种信息的即时处理提供强大的计算能力。
云计算平台
云计算平台主要为城市大脑数据处理提供足够的计算能力，它将充分利用已建的电子政务和行业云计算服务平台，并与新建的符合国家绿色节能标准的云计算平台有机结合。城市大脑云计算平台是一个分布式计算资源平台，支持海量数据即时调度、处理。
边缘计算平台
为解决大规模数据传输引发的网络拥堵和服务响应速度降低等问题，有效分解云计算 平台的压力，城市大脑计算平台将采用边缘计算+云计算平台构成的分布式计算模式。针对移动性、时延性要求较高的业务以及大流量业务应用场景，在靠近城市设施数据源的一端，建设和部署集成网络、计算、存储、应用、安全等能力的边缘计算节点，提供近端服务、实时业务处理、数据优化、应用智能、敏捷连接、安全与隐私保护等计算 和网络服务。
高性能计算平台
针对需要高性能计算能力的应用场合，如海量视频图像的处理、海量多态多源大数据、 基于大数据的模型训练、高吞吐率的智能推理和复杂的关联分析等，城市大脑应尽可能选择大规模并行超强计算能力较强的高性能计算平台，有力支撑城市大脑各种海量 大数据和人工智能应用。
数据中台
城市大脑数据中台以城市大脑基础设施层和算力平台为基础，提供了数据采集、管理能力，城市数据服务能力和二次开发能力。城市信息模型（CIM）平台与大数据可信共 享平台、数字对象架构（DOA）平台共同构成了城市大脑的数据中台。同时，提供资源管理系统、共享交换系统以及业务协同系统，实现城市数据的交换共享以及相关业 务的协同管理能力。将智慧城市需求较高的仿真应用整合到平台中，实现对城市的三 维仿真可视化，包括交通仿真、气候仿真以及应急仿真等。
建设城市信息模型（CIM）平台
城市信息模型 CIM 平台是城市大脑的空间数据底座和数据中台的重要组成部分，多耦合、高精度的 CIM 是建立数字孪生城市的核心。基于城市三维地理信息模型（3D GIS）、 建筑信息模型数据（BIM）和物联网（IoT），构建城市全空间、三维立体、高精度的城市信息模型(CIM)，通过加载其上的全域全量数据的全生命周期管理，在城市大脑系统 内集成融合，实现对城市规律的识别，为改善和优化城市系统提供有效的引导。
建设可信共享大数据平台
基于区块链技术的可信分布式数据共享和存储结构、数据安全保密、隐私保护、共识 激励、智能合约、数据存证和确权等机制，建立跨部门、跨行业互信、安全的数据共享 规则和机制，彻底解决数据孤岛问题，实现城市数据资源跨区域、跨层级、跨部门的互联互通和融合共享。在此基础上，建立基于网格数据库和智能互联数据网络为核心的 分布与集成有机结合、高度并行计算的新一代安全可信大数据管理平台，整合汇集各 政府部门、公用事业单位、行业系统、区的各类数据及互联网数据，提供全面的数据归集治理、资源目录管理、数据交换共享、挖掘分析、安全运营和数据资产管理能力，实 现城市大脑海量数据资源高效能管理，为多源多维数据的融合分析、管理控制、高效 服务和决策指挥提供数据支撑。
数字对象体系架构（DOA）平台
数字对象体系架构（DOA）是由互联网奠基人、图灵奖获得者、TCP/IP 协议联合发明人、DONA 主席罗伯特•卡恩博士（Robert Kahn）发明和提出，DOA 提供了一套互联 网的基础架构，用于各种信息系统之间的信息共享和安全访问，实现异地、异主、异构 环境下的信息互联互通，建立数字对象的互联网。作为数据资源管理体系关键基础设施的 DOA/Handle 系统，可广泛应用于所有涉及到 信息共享和信息交换的领域，如电子政务领域：婚姻、就业、纳税、信用、社会保险等 各类信息分散在各个委办局的业务系统中，各业务系统又独立存在，如采用数据集中 的方式实现跨部门进行信息管理和服务，又存在数据更新不及时的问题。可在各委办 局部署 Handle 节点，由各委办局自主设置共享范围，基于 Handle 系统即可实现数据 保留在委办局，又可实现数据的实时汇聚、比对、引用等，解决不想共享、不敢共享、 不能共享的问题。
智能中台
人工智能服务平台是城市大脑的智能中枢核心平台。基于海量数据和高性能算力，全面融合大数据、人工智能等先进技术，建设集智能算法、专家知识库、业务场景管理、 监控预警等于一体的人工智能服务平台，能够实时处理人所不能理解的超大规模全量 多源数据（整体认识），能够洞悉人所没有发现的复杂隐藏规律（机器学习），能够知道 超越人类局部次优决策的全局最优策略（全局协同）；也是基于数据中台服务，通过对 智能服务的共享复用、对智能服务研发相关角色进行管理，以及研发流程的标准化、 自动化，对前台业务提供个性化智能服务的迅速构建能力支持，赋能行业场景化“智能 +应用”。构建面向解决行业自身问题的人工智能算法模型开发、部署全生命周期管理。按照人类智能和机器智能相结合、专业经验和数据科学有机融合的思路，利用机器学习驱动的交互可视分析方法迭代演进，不断优化，提升智能算法执行的效率和性能， 保证数据决策的有效性和高效性，以适应不断变化的城市各种服务场景。
城市大脑人工智能服务平台提供一站式的数据分析与挖掘服务，可以支撑数据挖掘和 建模的全部流程。人工智能服务平台的算法功能规划是基于城市场景应用中的算法共 性需求，具备数据洞察、预测、分类、优化决策等基础能力。平台通过集成主流的机器 学习算法库，内置丰富的机器学习算法，包括基础的聚类、回归类等经典机器学习算 法，也提供了文本分析、图像处理等深度学习算法。此外，平台支持用户自定义算法组 件，以满足城市场景功能开发的应用需求。应用开发用户在需要使用人工智能赋能其 具体功能时，对于通用功能如车辆、车型识别可直接调用既有模型库中的模型使用， 对于定制化功能可在平台选择合适算法与数据源搭建训练与推理流程，而无需关注环 境搭建与计算资源配置等问题，集中精力于选取最适宜问题解决的算法模型。在算法 模型的使用过程中，平台根据预先设定的迭代周期，自动执行算法模型的迭代优化工作。
城市大脑运营指挥中心
城市大脑运营指挥中心集成和综合了城市大脑的各种大数据资源、城市空间信息模型、 智能计算平台和各行业、各地区系统的反馈资源。主要负责城市大脑的日常运行管理， 通过数字孪生城市三维仿真可视化方式，实时汇聚各行业、各地区的综合信息和突发 公共事件的感知信息，及时监控预警城市发生的各种突发公共事件，以机器智能和人 类智能相结合方式，提供各种重大决策和应急指挥调度的支持服务，以及通过移动互 联网等方式统合提供城市的各项公共服务。
运营指挥中心通过提供跨部门、跨行业的融合性服务应用，实现管理端的有序协同和 服务端的有效反馈，包含大数据可信共享平台、智能服务平台和城市信息模型平台。探索大规模、多模态、动态实时的城市数据汇聚、接入、清洗、调度等机制、标准与法 律法规，支持批量采集、实时接入、统一数据资源目录、统一数据中控、统一授权；建 设完备的数据安全保障机制，支持密级划分、传输加密、安全交换与隔离等；建立对重 点类型数据的数字身份管理、确权管理、验证、存证、取证、追溯问责等的管理能力；建设分布式，具有自动学习功能的深度学习框架，提供基于语音识别、语音合成、自然 语言理解等技术的人工智能语音开放算法服务和大规模视频码流分发管控、视觉计算资源调度管控、实时流数据并行处理、规则配置等视觉计算服务，支持以云服务模式提供深度学习能力、算法能力、数据管理能力、算法监控及调度能力，支持算法注册、 算法发布、算法环境管理、算法版本管理等算法管理。
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