【摘要】21世紀(jì)以來互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)逐步形成并與智慧城市結(jié)合，是城市大腦產(chǎn)生的根源。城市大腦不是人工智能控制的城市級(jí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而是城市級(jí)類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)。它有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將城市的人、設(shè)備和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，城市云反射弧負(fù)責(zé)形成技術(shù)鏈條對(duì)應(yīng)解決城市運(yùn)行中的問題，它們共同推動(dòng)城市的智能化發(fā)展。城市大腦不局限在一個(gè)城市內(nèi)部，當(dāng)世界范圍的城市大腦相互連接后，將最終形成為人類協(xié)同發(fā)展提供支撐的世界神經(jīng)系統(tǒng)。城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)的制定將是繼TCP/IP協(xié)議、萬維網(wǎng)之后人類IT領(lǐng)域的第三個(gè)全球性標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上可以形成新一代城市大腦的建設(shè)方案。
【關(guān)鍵詞】城市大腦 城市神經(jīng)元 城市云反射弧 世界神經(jīng)系統(tǒng)
【中圖分類號(hào)】TP302.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.09.010
2020年3月，習(xí)近平總書記在考察杭州城市大腦運(yùn)營(yíng)指揮中心時(shí)指出，推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化，必須抓好城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化。運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等前沿技術(shù)推動(dòng)城市管理手段、管理模式、管理理念創(chuàng)新，從數(shù)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(dòng)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的必由之路，前景廣闊。[1]
當(dāng)前，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加速，城市產(chǎn)生了交通擁堵、環(huán)境污染、資源短缺等一系列“城市病”，這對(duì)城市公共資源的運(yùn)營(yíng)和城市治理提出了巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，在此背景下，城市大腦應(yīng)運(yùn)而生。
到2021年3月，已經(jīng)有數(shù)百個(gè)城市宣布建設(shè)“城市大腦”，阿里、華為、百度、騰訊、科大訊飛、360、滴滴、京東等數(shù)百家科技企業(yè)宣布進(jìn)入城市大腦領(lǐng)域，提出自己的泛城市大腦建設(shè)計(jì)劃。
在2020年的全國(guó)兩會(huì)上，多位代表提出應(yīng)該將如何構(gòu)建城市大腦建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提到議事日程上來。[2]城市大腦作為一個(gè)龐大的工程項(xiàng)目，涉及的金額往往高達(dá)幾億甚至數(shù)十億。其技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、傳感器、大數(shù)據(jù)、人工智能、衛(wèi)星定位、智能交通等數(shù)十個(gè)前沿科技領(lǐng)域，如何構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)非常復(fù)雜的課題。
由于城市大腦目前沒有統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，很多企業(yè)和城市根據(jù)不同的理解和探索，按照不同的技術(shù)框架開展建設(shè)：有的從城市級(jí)人工智能中樞的角度，有的從城市交通、安防的角度，有的從城市生命體的角度，諸多發(fā)展中的問題也由此產(chǎn)生。
首先，沒有統(tǒng)一的規(guī)范可以使城市各領(lǐng)域的人、機(jī)器、AI系統(tǒng)無障礙地進(jìn)入到城市大腦的系統(tǒng)中，其內(nèi)部存在部門分割、區(qū)縣分割的問題；其次是城市各種需求不能在一個(gè)平臺(tái)上統(tǒng)一解決，不同城市之間的城市大腦互不連通；再次，建設(shè)城市大腦的科技企業(yè)之間無法形成協(xié)同效應(yīng)，一個(gè)城市的城市大腦建設(shè)往往被巨頭型企業(yè)壟斷，中小科技企業(yè)無法按照模塊化方式有效參與；最后，展望未來3到5年，當(dāng)不同國(guó)家城市的城市大腦需要打通和連接時(shí)，當(dāng)前的城市大腦發(fā)展方式將會(huì)面臨困境甚至有重新規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)。[3]
應(yīng)該說城市大腦的產(chǎn)生和建設(shè)不僅僅是工程問題，也是一個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題。21世紀(jì)以來，前沿科技領(lǐng)域出現(xiàn)了包括城市大腦在內(nèi)的大量新概念新技術(shù)，這說明必然出現(xiàn)了新的規(guī)律在驅(qū)動(dòng)新世紀(jì)的科技發(fā)展。城市大腦等復(fù)雜智能巨系統(tǒng)為什么會(huì)興起？它們的發(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律是什么？有沒有更為科學(xué)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和方法？只有找到這些問題的規(guī)律并掌握它，才有可能以最小的試錯(cuò)成本獲得城市大腦未來發(fā)展的紅利。本文將針對(duì)這些問題進(jìn)行深入探討。
城市大腦產(chǎn)生的時(shí)代背景
21世紀(jì)以來，前沿科技概念和技術(shù)出現(xiàn)了爆炸式增長(zhǎng)，從Web2.0、社交網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云機(jī)器人、深度學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)算到谷歌大腦、百度大腦、阿里ET大腦、360安全大腦、騰訊超級(jí)大腦、華為EI智能體、城市大腦、城市云腦、工業(yè)大腦、農(nóng)業(yè)大腦、航空大腦、社會(huì)大腦，等等，這些新概念超過50個(gè)以上，他們之間究竟是什么關(guān)系？
從21世紀(jì)科技發(fā)展趨勢(shì)看，種種跡象表明，經(jīng)過50年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)正在從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向類腦模型演化。譬如騰訊、Facebook等社交網(wǎng)絡(luò)具備的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征、谷歌街景系統(tǒng)具備的視覺神經(jīng)特征、云計(jì)算具備的中樞神經(jīng)特征等，在這些現(xiàn)象的啟發(fā)下，2008年，我們將這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)新結(jié)構(gòu)稱為“互聯(lián)網(wǎng)大腦模型”[4]（見圖1）。
21世紀(jì)涌現(xiàn)的諸多新技術(shù)無一不是與互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的發(fā)育有關(guān)。在前沿科技方向，云計(jì)算對(duì)應(yīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)對(duì)應(yīng)感覺神經(jīng)系統(tǒng)；工業(yè)4.0，云機(jī)器人、智能駕駛、3D打印對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)；邊緣計(jì)算對(duì)應(yīng)神經(jīng)末梢；大社交網(wǎng)絡(luò)、混合智能、云群體智能和云機(jī)器智能對(duì)應(yīng)類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)通訊和光纖技術(shù)對(duì)應(yīng)神經(jīng)纖維。[5]
在行業(yè)產(chǎn)業(yè)方向，互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、交通、建筑、冶金、電力等行業(yè)結(jié)合，形成了諸如工業(yè)大腦、農(nóng)業(yè)大腦、航空大腦、冶金大腦、建筑大腦、電力大腦、城市大腦、城市云腦，等等。
在科技企業(yè)方向，世界范圍的科技巨頭為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)新出現(xiàn)的類腦結(jié)構(gòu)，不斷將自己的核心業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)結(jié)合。谷歌依托搜索引擎帶來的大數(shù)據(jù)提出谷歌大腦、科大訊飛依托語音識(shí)別技術(shù)提出訊飛超腦、360依托安全業(yè)務(wù)提出360安全大腦、騰訊依托社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提出騰訊超級(jí)大腦，阿里巴巴依托企業(yè)級(jí)服務(wù)提出阿里ET大腦，華為依托通訊領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位提出華為EI智能體。
互聯(lián)網(wǎng)大腦的形成是城市大腦產(chǎn)生的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)它對(duì)21世紀(jì)人類的社會(huì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)形態(tài)、科技創(chuàng)新、哲學(xué)思考也都將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。
城市大腦的起源與定義
2009年1月，IBM公司首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”概念，由此延伸的智慧城市概念極大推動(dòng)了世界各國(guó)城市的現(xiàn)代化進(jìn)程。[6]
“智慧地球”戰(zhàn)略提出，IT產(chǎn)業(yè)的下一階段任務(wù)是將新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用到各行各業(yè)之中。智慧城市就是在智慧地球大框架下形成的城市智慧化建設(shè)方案，也將把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用到城市建設(shè)之中。[7]
此后，智慧城市迅速成為城市建設(shè)的熱點(diǎn)，世界范圍內(nèi)千余個(gè)城市宣布了自己的智慧城市建設(shè)計(jì)劃。但是，一直以來智慧城市的發(fā)展方向并不明晰，智慧城市在國(guó)際上也缺乏統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致城市各部門的信息系統(tǒng)自成體系，城市的市政、交通、醫(yī)療、教育、安防等各個(gè)部門之間的信息系統(tǒng)從軟硬件接口規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)等各個(gè)方面都無法統(tǒng)一。一些專家認(rèn)為智慧城市是把很多新的信息技術(shù)打包到城市建設(shè)的筐里，由于沒有統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)劃做指導(dǎo)，因此出現(xiàn)了盲目炒作、頂層設(shè)計(jì)缺位等情況。在實(shí)施的過程中，由于存在利益糾葛，“智慧城市”成為各方勢(shì)力的角斗場(chǎng)。與此同時(shí)，由于政府服務(wù)理念的缺失、部門利益的影響、共享機(jī)制的不完善和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制約造成了信息孤島的困境。[8]住建部原副部長(zhǎng)仇保興曾指出，一些“智慧城市”方案不能解決任何一種城市病，有的是被IT企業(yè)“綁架”，成為企業(yè)推銷產(chǎn)品的渠道；有的是被政府部門“綁架”，形成了信息孤島，互不往來；還有不少則是“忽悠”，更有甚者，有些地方的“智能城市”從規(guī)劃上就是錯(cuò)的。
智慧城市出現(xiàn)的這些問題，從根本上說是由于智慧城市的基礎(chǔ)理論和建設(shè)框架工作還不夠扎實(shí)完善。一直以來，IBM在對(duì)未來科技趨勢(shì)的判斷上表現(xiàn)出前瞻性，包括智慧地球和智慧城市概念的提出，即在諸多前沿科技的統(tǒng)一支撐下，使城市變得更為智慧。IBM的這個(gè)判斷贏得了世界的共鳴，但這些前沿科技應(yīng)按照什么架構(gòu)組合在一起，按照什么規(guī)律建設(shè)能讓城市變得更為智慧， IBM并沒有找到合適的答案。到2018年，IBM最終放棄了智慧地球計(jì)劃。
IBM提出智慧地球和智慧城市一年之后，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的世界科技生態(tài)開始呈現(xiàn)越來越多類腦的特征。作為自然界能夠產(chǎn)生智慧的基礎(chǔ)架構(gòu)“腦”，開始通過兩個(gè)途徑為城市智慧的產(chǎn)生提供動(dòng)力：第一，城市現(xiàn)代化用到的諸多前沿科技按照腦的模型進(jìn)行組合，由此產(chǎn)生城市的智慧;第二，城市現(xiàn)代化伴隨前沿科技類腦化的過程，從不成熟到逐步成熟，城市的智慧程度不斷提升。
2015年1月，筆者團(tuán)隊(duì)在《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的智慧城市建設(shè)探討》一文中提出城市大腦的概念和定義[9]：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(jí)的類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)，在人類智慧和機(jī)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(jì)算、5G、云機(jī)器人和數(shù)字孿生等前沿技術(shù)的支撐下，城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧將是城市大腦建設(shè)的重點(diǎn)。城市大腦的作用是提高城市的運(yùn)行效率，解決城市運(yùn)行中面臨的復(fù)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(biāo)不僅僅局限在一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)，當(dāng)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神經(jīng)系統(tǒng)（WWNS），為人類協(xié)同發(fā)展提供一個(gè)類腦的智能支撐平臺(tái)。
從城市大腦的定義可以看出，城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦的一個(gè)子集，是互聯(lián)網(wǎng)類腦結(jié)構(gòu)與城市現(xiàn)代化建設(shè)結(jié)合的產(chǎn)物，城市大腦的建設(shè)不僅是一個(gè)城市內(nèi)部的事情，而且是通過互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)，在不同城市之間、不同國(guó)家之間形成互聯(lián)互通、協(xié)同工作。
城市大腦定義突出了城市大腦建設(shè)的兩個(gè)核心：城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧。一個(gè)作為程序單元連接城市的人、智能機(jī)器和智能程序，一個(gè)作為技術(shù)鏈條用來解決城市的各種問題和需求。筆者突出這兩點(diǎn)是希望可以幫助建設(shè)者抓住城市大腦的核心，說明所有的前沿科技包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、超級(jí)計(jì)算、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、知識(shí)圖譜等都是在為這兩個(gè)核心服務(wù)。
城市大腦的定義也提出城市大腦不僅是滿足城市管理者的需求，也不僅是滿足城市居民的需求，而是通過城市神經(jīng)元和城市云反射弧同時(shí)滿足城市不同成員的需求。判斷一個(gè)城市大腦的頂層設(shè)計(jì)是否合理，需要從是否能為城市的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，為城市各階層民眾提供靈活有彈性、動(dòng)態(tài)進(jìn)化、性價(jià)比合理的服務(wù)進(jìn)行判斷。
城市大腦定義中的城市神經(jīng)元是指在應(yīng)用層為城市大腦涉及的每一個(gè)人、物、系統(tǒng)建立統(tǒng)一的程序單元，可以根據(jù)需求進(jìn)行連接、組合、交互，從而實(shí)現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通。按照類腦的城市大腦框架，這些程序單元被稱為城市神經(jīng)元，而眾多城市神經(jīng)元結(jié)合在一起就形成城市大腦的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。
城市大腦定義中的城市云反射弧是通過多種城市神經(jīng)元的組合形成的技術(shù)鏈條，對(duì)應(yīng)解決城市中的具體問題和具體需求。與腦科學(xué)的反射弧相同，城市云反射弧也包括感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應(yīng)器五個(gè)部分。
目前產(chǎn)業(yè)界如何理解和建設(shè)城市大腦
2010年以來，世界性科技公司紛紛推出自己的“大腦”系統(tǒng)、包括谷歌大腦、百度大腦、訊飛超腦、阿里ET大腦、騰訊超級(jí)大腦、滴滴大腦、360安全大腦、華為EI智能體、IBM沃森系統(tǒng)、達(dá)闥科技的機(jī)器人大腦等。
在這些公司的支持下，2016年4月，杭州開始正式啟動(dòng)城市大腦建設(shè)，以交通領(lǐng)域?yàn)橥黄瓶?，開啟了利用大數(shù)據(jù)改善城市交通的探索，邁出了從治堵向治城跨越的步伐。[10]
此后，上海、?？凇⒏Ｖ?、北京、長(zhǎng)沙、鄭州、合肥、寧波、深圳、呼和浩特等城市也都開展了泛城市大腦建設(shè)，到2021年，全國(guó)已經(jīng)有近500個(gè)城市開始了城市大腦的建設(shè)或規(guī)劃。[11]
在建設(shè)的過程中，由于承建企業(yè)不同，每個(gè)城市在城市大腦建設(shè)中的主導(dǎo)思想不同，對(duì)城市大腦的認(rèn)知、定義和建設(shè)方式也不盡相同。除了基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦定義外，還有如下7種對(duì)城市大腦的理解和定義。[12]
1.城市大腦要搭建的是整個(gè)城市的人工智能中樞，是一個(gè)對(duì)城市信息進(jìn)行處理和調(diào)度的超級(jí)人工智能系統(tǒng)。
2.城市大腦是利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能終端（物聯(lián)網(wǎng)）三個(gè)核心構(gòu)件組合體，為城市交通治理、公共安全、應(yīng)急管理、網(wǎng)格防控、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、城市精細(xì)化管理等構(gòu)建的一個(gè)人工智能中樞。
3.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(duì)城市進(jìn)行全局的即時(shí)分析、指揮、調(diào)動(dòng)、管理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的精準(zhǔn)分析、整體研判、協(xié)同指揮。
4.城市大腦是基于城市所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，對(duì)城市進(jìn)行全局的即時(shí)分析，有效調(diào)配公共資源，不斷完善社會(huì)治理，推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展的新模式。
5.城市大腦是利用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，為城市交通治理、環(huán)境保護(hù)、城市精細(xì)化管理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)管理等構(gòu)建一個(gè)后臺(tái)系統(tǒng)，打通不同平臺(tái)，推動(dòng)城市數(shù)字化管理。
6.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(shí)時(shí)全量的城市數(shù)據(jù)資源全局優(yōu)化城市公共資源，即時(shí)修正城市運(yùn)行缺陷，實(shí)現(xiàn)城市治理模式突破、城市服務(wù)模式突破、城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展突破。
7.城市大腦是基于城市生命體理念，以系統(tǒng)科學(xué)為指引，將散落在城市各個(gè)角落的數(shù)據(jù)（ 包括政務(wù)數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)、社會(huì)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(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)構(gòu)建的平臺(tái)型人工智能中樞。通過對(duì)城市進(jìn)行全域的即時(shí)分析、指揮、調(diào)動(dòng)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的精準(zhǔn)分析、整體研判、協(xié)同指揮，從而更加智能地管理城市。
產(chǎn)業(yè)界根據(jù)上述城市大腦的定義和理解，在不同城市開展了有益的探索，下面我們主要從杭州城市大腦、上海城市大腦和福州城市大腦的建設(shè)情況進(jìn)行觀察。
杭州城市大腦建設(shè)提出了“531”的邏輯體系架構(gòu)。“5”即“五個(gè)一”：打通“一張網(wǎng)”，一張確保數(shù)據(jù)無障礙流動(dòng)的網(wǎng)；做大“一朵云”，將各類云資源連接在一起；匯聚“一個(gè)庫(kù)”，形成城市級(jí)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；建設(shè)“一個(gè)中樞”，作為數(shù)據(jù)、各系統(tǒng)互通互聯(lián)的核心層；建強(qiáng)“一個(gè)大腦”，在全市實(shí)施統(tǒng)一架構(gòu)、一體化實(shí)施。“3”即“三個(gè)通”：第一個(gè)“通”是市、區(qū)、部門間互聯(lián)互通；第二個(gè)“通”是中樞、系統(tǒng)、平臺(tái)、場(chǎng)景互聯(lián)互通；第三個(gè)“通”是政府與市場(chǎng)的互聯(lián)互通。“1”即“一個(gè)新的城市基礎(chǔ)設(shè)施”。“城市大腦”通過全面打通各類數(shù)據(jù)，接入各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)施融合計(jì)算，將為城市建設(shè)一個(gè)會(huì)思考、能迭代進(jìn)化的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。[13]
上海于2018年1月30日正式發(fā)布《貫徹落實(shí)〈中共上海市委、上海市人民政府關(guān)于加強(qiáng)本市城市管理精細(xì)化工作的實(shí)施意見〉三年行動(dòng)計(jì)劃（2018～2020年）》（以下簡(jiǎn)稱《三年行動(dòng)計(jì)劃》）?！度晷袆?dòng)計(jì)劃》提出上海市要做強(qiáng)“城市大腦”和“神經(jīng)末梢”。打造感知敏捷、互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)共享的“神經(jīng)元”系統(tǒng)；深化智慧治理，以城市網(wǎng)格化綜合管理信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，構(gòu)建城市綜合管理信息平臺(tái)，推進(jìn)“城市大腦”建設(shè)。[14]
福州市于2019年9月17日發(fā)布城市大腦頂層設(shè)計(jì)綱要，基于國(guó)產(chǎn)自研、自主可控人工智能芯片的算力，通過開放城市創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景，營(yíng)造國(guó)內(nèi)外企業(yè)共同參與建設(shè)的開放生態(tài)。福州城市大腦可概括為“一云一湖一生態(tài)”，即一個(gè)自主可控的AI算力云、一個(gè)融合共享的數(shù)據(jù)湖和一個(gè)開放創(chuàng)新的生態(tài)體系。其中，一個(gè)生態(tài)體系又包含了開放算法生態(tài)、場(chǎng)景應(yīng)用生態(tài)和協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)三個(gè)層面的含義。[15]
城市大腦建設(shè)目前存在的問題
作為一個(gè)新興的科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，不同企業(yè)、不同機(jī)構(gòu)、不同研究者對(duì)如何理解城市大腦存在不同觀點(diǎn)。這種分歧一方面體現(xiàn)了城市大腦正處于新生萌芽狀態(tài)，展示出很強(qiáng)的生命活力；另一方面也意味著城市大腦的建設(shè)需要找到科學(xué)的理論基礎(chǔ)和發(fā)展框架，才能形成最大共識(shí)，避免智慧城市建設(shè)中的亂象。從基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦研究看，目前產(chǎn)業(yè)和地方政府建設(shè)的城市大腦還存在如下問題。
一是對(duì)城市大腦的理解局限在城市范圍。目前對(duì)城市大腦的理解還局限在城市范圍，沒有考慮到小到企業(yè)大腦、社區(qū)大腦、鄉(xiāng)鎮(zhèn)大腦、行業(yè)大腦、城市大腦，大到城市群區(qū)域大腦、省級(jí)大腦、國(guó)家大腦或世界神經(jīng)系統(tǒng)之間的關(guān)系和內(nèi)在統(tǒng)一規(guī)律問題。
事實(shí)上，上述諸多“大腦”得以出現(xiàn)的基礎(chǔ)是21世紀(jì)以來世界范圍互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的形成，它們是在一個(gè)統(tǒng)一的框架下，在相同的原理支持下適應(yīng)不同的場(chǎng)景。把城市大腦的理解局限在城市范圍，容易在未來城市內(nèi)部和外部的一體化建設(shè)中形成城市大腦的應(yīng)用孤島、行業(yè)孤島和區(qū)域孤島。
二是誤認(rèn)為城市大腦只是城市的中樞神經(jīng)。目前對(duì)城市大腦的“大腦”理解有偏差，誤認(rèn)為是城市的中樞神經(jīng)，導(dǎo)致城市大腦的實(shí)際建設(shè)重心偏移，建設(shè)成本高企不下。
基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的城市大腦認(rèn)為城市大腦的“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(jí)類腦系統(tǒng)。各種前沿科技是作為腦結(jié)構(gòu)中的各個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)合讓城市變得更智慧。而目前產(chǎn)業(yè)界對(duì)城市大腦的一種理解是認(rèn)為其是城市的中樞神經(jīng)，突出城市級(jí)人工智能系統(tǒng)對(duì)整個(gè)城市各領(lǐng)域信息的掌控和處理，這種理解產(chǎn)生的問題是，會(huì)忽視城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧在城市大腦建設(shè)中的核心地位。
目前一些地方的城市大腦建設(shè)將大量成本和關(guān)注投入到城市中樞神經(jīng)建設(shè)需要的服務(wù)器集群、中央機(jī)房、運(yùn)營(yíng)中心、數(shù)據(jù)中心等方面。實(shí)際上，只有當(dāng)城市的各種關(guān)鍵要素包括人、設(shè)備、系統(tǒng)被連接到一個(gè)統(tǒng)一的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中，并通過能夠直面問題的城市云反射弧運(yùn)轉(zhuǎn)起來，由此產(chǎn)生的硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)、城市相關(guān)數(shù)據(jù)才會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不斷積累、發(fā)展和壯大。將城市大腦看作是一個(gè)通過云反射弧機(jī)制拉動(dòng)的類腦復(fù)雜巨系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)城市大腦建設(shè)的低成本啟動(dòng)、發(fā)展過程循序漸進(jìn)，符合自然界腦發(fā)育規(guī)律，從而避免盲目發(fā)展。
三是沒有關(guān)注城市神經(jīng)元統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的重要性。雖然目前很多城市大腦的建設(shè)已經(jīng)提出“一張網(wǎng)”“一網(wǎng)通辦””一個(gè)平臺(tái)”。上海、呼和浩特等城市大腦建設(shè)中也提出了發(fā)展神經(jīng)元和神經(jīng)末梢措施。但在具體的實(shí)施規(guī)劃中，總體還沒有形成城市一級(jí)、地區(qū)（?。┮患?jí)、國(guó)家一級(jí)或世界一級(jí)完整的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)。
城市神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的城市元素非常復(fù)雜，包括城市居民、城市管理者、城市服務(wù)人員、商業(yè)機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)、智能機(jī)器人、無人汽車、智能設(shè)備、攝像頭、傳感器、AI數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、AI安全系統(tǒng)，等等。
如何對(duì)城市神經(jīng)元進(jìn)行分類、形成標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)行區(qū)分和識(shí)別，將是一個(gè)重要的基礎(chǔ)性工作。由于國(guó)家或世界統(tǒng)一的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成，由此各地建設(shè)的城市大腦還無法實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)的無障礙連接。未來更無法在世界范圍形成統(tǒng)一的城市問題解決機(jī)制。
四是沒有注意到城市云反射弧的核心意義。城市云反射弧機(jī)制是城市大腦基礎(chǔ)理論研究的產(chǎn)物，在理論預(yù)測(cè)中，它是城市大腦建設(shè)的真正核心，從某種角度來看它比城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)還要重要。
這是因?yàn)榻ㄔO(shè)城市大腦的目的是為了要解決城市各成員的各種問題，滿足各種需求，而直接對(duì)應(yīng)這一目標(biāo)的技術(shù)結(jié)構(gòu)只有云反射弧機(jī)制，可以說一個(gè)城市有多少問題和需求，就需要有多少條城市云反射弧。
把城市大腦的建設(shè)中心放在城市云反射弧上，要求定向地對(duì)每一條城市云反射弧的運(yùn)行效率、建設(shè)成本，是否合法合規(guī)、是否合乎道德倫理、是否在安全上有重大風(fēng)險(xiǎn)以及反射弧中涉及的人、機(jī)、系統(tǒng)協(xié)同共同機(jī)制是否合理等問題進(jìn)行全面評(píng)估。
通過對(duì)一個(gè)城市的城市云反射弧進(jìn)行記錄和管理，就可以將復(fù)雜的城市智能巨系統(tǒng)完全掌控在城市管理者手中。同時(shí)，通過城市云反射弧的建立和運(yùn)行還可以拉動(dòng)其他相關(guān)技術(shù)如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)中心、運(yùn)營(yíng)中心的應(yīng)用。
城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建本質(zhì)上也是為了支撐城市云反射弧的實(shí)現(xiàn)。幫助盡量多的城市云反射弧在同一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)反射，實(shí)現(xiàn)線路、系統(tǒng)和設(shè)備的復(fù)用，并使得城市云反射弧伴隨城市神經(jīng)元在世界范圍的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程能夠平滑地向外擴(kuò)張。
城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)九個(gè)研究方向的提出
城市大腦不僅僅是一個(gè)城市內(nèi)部的系統(tǒng)，更是國(guó)家范圍、世界范圍內(nèi)不同城市之間相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜智能巨系統(tǒng)。因此，構(gòu)建城市大腦的標(biāo)準(zhǔn)不是某一個(gè)城市或一個(gè)國(guó)家的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)該適用于全球各個(gè)城市的城市大腦建設(shè)。從互聯(lián)網(wǎng)大腦的定義和互聯(lián)網(wǎng)大腦模型中，可以看到其存在三個(gè)最重要的特點(diǎn)（見圖2）。通過這三個(gè)特點(diǎn)的分析可以為城市大腦的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供理論支撐。
第一個(gè)特點(diǎn)是類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與萬物互聯(lián)。與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是人類大腦最重要的結(jié)構(gòu)一樣，類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也是互聯(lián)網(wǎng)大腦最重要的結(jié)構(gòu)之一（如圖2所示），世界萬物都會(huì)映射到互聯(lián)網(wǎng)大腦的類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)上，世界萬物包括真實(shí)世界的人、設(shè)備、自然元素、虛擬世界的應(yīng)用程序、控制系統(tǒng)、虛擬人工智能角色，每一個(gè)元素都應(yīng)該在類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中映射成一個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，通過這個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，世界萬物可以同步自己的信息與知識(shí)，運(yùn)行屬于自己的功能程序。更為重要的是，世界萬物可以通過自己的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)相互關(guān)注、相互通訊，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)大腦類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成與激活。
第二個(gè)特點(diǎn)是云群體智能與云機(jī)器智能的雙智能中心控制。如圖2所示，數(shù)十億人類在互聯(lián)網(wǎng)大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的映射構(gòu)成了云群體智能，數(shù)百億設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的映射構(gòu)成了云機(jī)器智能，這兩種智能類型聯(lián)合控制著互聯(lián)網(wǎng)大腦的運(yùn)行。但因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)大腦的形成是為人類提供服務(wù)，需要受控于人類，因此在這兩種智能聯(lián)合控制時(shí)，必須保證人類智能擁有最高的權(quán)限。
第三個(gè)特點(diǎn)是云反射弧的形成與信息的跨節(jié)點(diǎn)傳遞。隨著人類用戶、傳感器、云機(jī)器人、智能設(shè)備、類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的加入，互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的各神經(jīng)系統(tǒng)逐漸完善起來。人類神經(jīng)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的智能現(xiàn)象——反射功能在互聯(lián)網(wǎng)的大腦模型中也將出現(xiàn)，我們將互聯(lián)網(wǎng)大腦的這個(gè)反射過程稱為云反射弧。它是互聯(lián)網(wǎng)大腦成為一個(gè)復(fù)雜的類腦智能體，從而可以對(duì)世界外部和互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的信息刺激產(chǎn)生反應(yīng)的關(guān)鍵。在具體實(shí)現(xiàn)上，與人類大腦的機(jī)制相同，互聯(lián)網(wǎng)大腦的云反射弧也需要不同種類的神經(jīng)元之間形成聯(lián)動(dòng)，將信息從一個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)需求不斷向其他神經(jīng)元傳遞。這種機(jī)制與當(dāng)前的社交網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊是不一致的。
根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的三個(gè)特征，2020年12月，筆者團(tuán)隊(duì)發(fā)布了《城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究報(bào)告》[16]，提出城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)的9個(gè)方向，它們分別是城市大腦的頂層建設(shè)規(guī)范、整體技術(shù)架構(gòu)、云反射弧機(jī)制、運(yùn)行安全、城市神經(jīng)元的種類劃分、識(shí)別編碼、空間位置編碼、功能結(jié)構(gòu)和關(guān)系確定等，它們的關(guān)系如下（見圖3）。
研究方向1是城市大腦的三個(gè)頂層規(guī)范，主要內(nèi)容是城市大腦的建設(shè)應(yīng)該有統(tǒng)一的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)技術(shù)框架（對(duì)應(yīng)人類、設(shè)備和程序系統(tǒng)）；對(duì)于每個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)應(yīng)該遵循人機(jī)雙智能控制、人類權(quán)限最大的原則，避免城市大腦因?yàn)檫^于復(fù)雜而失控；通過跨節(jié)點(diǎn)信息路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)城市云反射弧，直接面對(duì)城市問題和需求的解決。
研究方向2是城市神經(jīng)元的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，主要提出城市大腦神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)可以有信息展示區(qū)、功能模塊區(qū)、智能控制區(qū)、神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)編碼、空間位置編碼等五個(gè)模塊組成。
研究方向3是城市神經(jīng)元的分類標(biāo)準(zhǔn)，提出按照映射對(duì)象將城市大腦的神經(jīng)元分為城市人類神經(jīng)元、城市實(shí)物神經(jīng)元、城市程序神經(jīng)元、城市團(tuán)體神經(jīng)元四種類型。
研究方向4是城市神經(jīng)元的空間位置編碼，主要是為在現(xiàn)實(shí)世界存在的各種人、實(shí)物和團(tuán)體的定位提供支持，目前可以采用的方法有經(jīng)緯度和海拔的組合，北斗導(dǎo)航網(wǎng)格碼等方法作為標(biāo)準(zhǔn)的候選方案。
研究方向5是城市神經(jīng)元的全球身份編碼，主要作用是為城市神經(jīng)元提供世界統(tǒng)一的身份編碼標(biāo)準(zhǔn)，為相互識(shí)別、互聯(lián)互通做支撐。城市神經(jīng)元編碼包括分類標(biāo)識(shí)位、人工編碼、歸屬編碼、時(shí)間戳和隨機(jī)數(shù)，允許使用者自動(dòng)生成。但需要在中心化的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，保證全球唯一性。
研究方向6是城市神經(jīng)元的權(quán)限關(guān)系，提出城市神經(jīng)元的權(quán)限關(guān)系包括：人機(jī)關(guān)系、人人關(guān)系、機(jī)機(jī)關(guān)系等；相互的管理關(guān)系包括控制、領(lǐng)導(dǎo)和平等關(guān)系等。
研究方向7是城市大腦全球體系的技術(shù)架構(gòu)，提出城市大腦的總體技術(shù)框架標(biāo)準(zhǔn)可以采用中心化和去中心化結(jié)合的方式，這樣既能適應(yīng)具有統(tǒng)一行政關(guān)系的場(chǎng)景，也能適應(yīng)不同城市、不同國(guó)家行政主體互不隸屬時(shí)的場(chǎng)景。
研究方向8是城市大腦的云反射弧的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，主要針對(duì)城市運(yùn)行中的各種需求和問題進(jìn)行處理的技術(shù)鏈條如何形成進(jìn)行了探討，提出可以參考神經(jīng)科學(xué)的反射弧機(jī)制，即從感受器、傳入傳出神經(jīng)、中樞神經(jīng)、效應(yīng)器等五個(gè)部分對(duì)城市云反射弧機(jī)制進(jìn)行分析。
研究方向9是城市大腦的運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)，提出城市大腦運(yùn)行中出現(xiàn)黑客的攻擊、病毒的侵入、操作者的失誤、AI系統(tǒng)的BUG等問題。因此需要從感知節(jié)點(diǎn)、傳輸線路、決策中樞、運(yùn)行數(shù)據(jù)、人機(jī)交互等多個(gè)角度對(duì)城市大腦運(yùn)行安全進(jìn)行保護(hù)。
新一代城市大腦的建設(shè)方法與步驟
城市大腦涉及數(shù)量龐大的因素和技術(shù)，對(duì)于如何建設(shè)城市大腦，不同企業(yè)和城市提出了不同的建設(shè)重點(diǎn)，譬如以大數(shù)據(jù)為核心、以5G為核心、以超級(jí)計(jì)算為核心、以人工智能技術(shù)為核心等?；诂F(xiàn)有研究，科學(xué)的城市大腦建設(shè)方案應(yīng)具備以下十個(gè)特征：構(gòu)建基礎(chǔ)理論、適應(yīng)復(fù)雜場(chǎng)景、突破地域限制、消除信息孤島、滿足民眾需求、降低建設(shè)成本、實(shí)現(xiàn)協(xié)同建設(shè)、體現(xiàn)人機(jī)融合、保持持續(xù)進(jìn)化、對(duì)人類協(xié)同發(fā)展形成支撐。
如果回到城市大腦建設(shè)的初衷看，它的建設(shè)必然首先要解決城市的重要問題或滿足民眾的緊迫需求，各種技術(shù)必須作為整體形成技術(shù)鏈條一一對(duì)應(yīng)解決城市的每一個(gè)問題和每一個(gè)需求。這個(gè)技術(shù)鏈條就是在前文中提到的城市云反射弧機(jī)制。
由此可知，在城市大腦的建設(shè)中城市云反射弧應(yīng)處于第一核心位置，世界統(tǒng)一的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處于第二核心位置。在此基礎(chǔ)上，可以形成“1+N”模式的新一代城市大腦建設(shè)方案（見圖4）：“1”是世界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)連通人、物和程序，為城市云反射弧提供統(tǒng)一的運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)；“N”是N條城市云反射弧，旨在解決城市問題，滿足人民群眾的工作生活需求。
城市云反射弧的機(jī)制形成是拉動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵動(dòng)力；為了避免形成應(yīng)用孤島，需要建設(shè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)將每一條城市云反射弧關(guān)聯(lián)起來。新一代城市大腦建設(shè)方案的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)能夠?yàn)槿祟悈f(xié)同發(fā)展提供支撐的世界神經(jīng)系統(tǒng)。
基于上述城市大腦建設(shè)方案的新框架和新特征，新一代城市大腦建設(shè)方案包含九個(gè)關(guān)鍵步驟（見表1）。
第一個(gè)步驟，確定誰是城市大腦的負(fù)責(zé)主體。這個(gè)步驟首先要確定實(shí)施城市大腦的負(fù)責(zé)主體是誰，這一主體將負(fù)責(zé)選擇和確定城市大腦的建設(shè)企業(yè)，負(fù)責(zé)提出建設(shè)城市大腦要解決哪些問題，負(fù)責(zé)監(jiān)督城市大腦運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。城市大腦作為互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的一部分，根據(jù)其覆蓋和管理的范圍大小，又可以變形成不同尺度的“大腦系統(tǒng)”，確定誰是城市大腦的負(fù)責(zé)主體，可以明確根據(jù)管轄的范圍和職責(zé)對(duì)城市大腦進(jìn)行規(guī)劃。
第二個(gè)步驟，建設(shè)城市大腦要解決什么問題，如何排序？任何一項(xiàng)技術(shù)最終都是要為人類服務(wù)，城市大腦作為一個(gè)綜合各種前沿技術(shù)的復(fù)雜智能工程系統(tǒng)，能夠在不同尺度解決城市各成員的問題，相對(duì)于之前的傳統(tǒng)的單一技術(shù)，城市大腦面臨的是異常復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，不但層級(jí)眾多，面臨的需求和問題數(shù)目也將是一個(gè)天文數(shù)字。如何從海量的城市問題和需求中篩選出需要城市大腦重點(diǎn)解決的問題，將是城市大腦建設(shè)中非常重要的一步。作為一個(gè)影響廣泛的大工程系統(tǒng)，到底能夠解決哪些關(guān)鍵重要問題，將是城市成員和決策部門評(píng)價(jià)建設(shè)城市大腦的基礎(chǔ)。
第三個(gè)步驟，針對(duì)每個(gè)待解決問題如何設(shè)計(jì)相應(yīng)的城市云反射弧方案？諸多前沿技術(shù)需要形成一個(gè)整體技術(shù)鏈條進(jìn)行應(yīng)對(duì)。在腦科學(xué)中，反射弧是各個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)合工作幫助生物應(yīng)對(duì)世界帶來的挑戰(zhàn)，同樣在面對(duì)城市發(fā)展和民眾需求帶來的挑戰(zhàn)時(shí)，城市大腦的建設(shè)也需要首先考慮如何將每個(gè)問題和需求與具體的城市云反射弧對(duì)應(yīng)起來?？梢园凑丈窠?jīng)科學(xué)的類感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)、效應(yīng)器五個(gè)部分對(duì)涉及的技術(shù)、設(shè)備和人員進(jìn)行分析，并形成初步的城市云反射弧方案。
第四個(gè)步驟，如何評(píng)估城市云反射弧初步方案？在設(shè)計(jì)城市大腦的云反射弧機(jī)制時(shí)，會(huì)面臨諸多不確定性因素，例如，當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展成熟度能不能滿足需求方的要求；建設(shè)云反射弧預(yù)估費(fèi)用是否與城市預(yù)算匹配；在云反射建設(shè)和運(yùn)行過程中會(huì)涉及到哪些法律問題、社會(huì)倫理問題，等等。因此，在完成第三個(gè)步驟后，城市大腦建設(shè)負(fù)責(zé)主體需要組織包括技術(shù)專家、法律專家、政府官員、大數(shù)據(jù)專家、管理專家、科技哲學(xué)專家的評(píng)審團(tuán)，從技術(shù)成熟度、建設(shè)成本、法律許可、數(shù)據(jù)支撐度、方案合理性、潛在危險(xiǎn)性等多個(gè)角度對(duì)城市云反射弧進(jìn)行評(píng)估和打分，形成評(píng)估結(jié)果供城市大腦建設(shè)的決策者參考使用。
第五個(gè)步驟，如何規(guī)劃城市云反射弧涉及到的重要城市神經(jīng)元？在對(duì)城市云反射弧進(jìn)行評(píng)估后，需要對(duì)這條城市云反射弧所涉及到的人、智能設(shè)備、智能系統(tǒng)如何形成城市神經(jīng)元進(jìn)行規(guī)劃。包括預(yù)估涉及人、智能設(shè)備、智能系統(tǒng)的數(shù)量，有哪些人、智能設(shè)備、智能系統(tǒng)在這條城市云反射弧中是重要城市神經(jīng)元，該條城市云反射弧遵循怎樣的城市神經(jīng)元建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等。如果沒有統(tǒng)一的城市神經(jīng)元標(biāo)準(zhǔn)，每條城市云反射弧都將是一個(gè)技術(shù)和信息孤島，無法和其他云反射弧共用資源、共享信息、相互協(xié)同，更無法實(shí)現(xiàn)企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間、社區(qū)間、城市間、國(guó)家間的互聯(lián)互通、協(xié)同工作。
第六個(gè)步驟，設(shè)計(jì)可實(shí)施的城市云反射弧方案并開始建設(shè)。在經(jīng)過上述5個(gè)步驟的準(zhǔn)備后，即城市大腦負(fù)責(zé)主體的確定、城市問題和需求的提出、對(duì)應(yīng)城市云反射弧的初步設(shè)計(jì)、對(duì)應(yīng)城市云反射弧的神經(jīng)元標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、對(duì)應(yīng)城市云反射弧初步方案的綜合評(píng)估等，確定建設(shè)該城市云反射弧或若干云反射弧后，參與規(guī)劃和設(shè)計(jì)的建設(shè)方可以在城市云反射弧的初步設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上完成可實(shí)施的城市大腦云反射弧建設(shè)方案，并開始實(shí)施。
第七個(gè)步驟，如何對(duì)已建立的城市云反射弧進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和持續(xù)監(jiān)控？在城市云反射弧建設(shè)完成后，可以從項(xiàng)目完成時(shí)間、項(xiàng)目建設(shè)成本、該條云反射的反射時(shí)間和反射弧運(yùn)行質(zhì)量是否符合規(guī)劃等方面進(jìn)行綜合檢查，對(duì)于已建成開始運(yùn)轉(zhuǎn)的城市云反射弧，建議從每一條城市云反射弧的負(fù)責(zé)人、災(zāi)備方案、運(yùn)行狀態(tài)等方面持續(xù)評(píng)估和監(jiān)控。城市大腦的需求方建立管控中心、運(yùn)營(yíng)中心，應(yīng)以能有效監(jiān)督每一條城市云反射弧的運(yùn)行是否正常作為建設(shè)的重心。
第八個(gè)步驟，如何通過云反射弧的共性發(fā)現(xiàn)每個(gè)城市的建設(shè)重點(diǎn)？根據(jù)不同城市的特點(diǎn)，在云反射弧的拉動(dòng)下，動(dòng)態(tài)確定建設(shè)重點(diǎn)。由于每個(gè)城市經(jīng)濟(jì)狀況、自然狀況、居民狀況都不盡相同，城市大腦要解決的問題也就不可能一樣。對(duì)應(yīng)建立的成千上萬的城市云反射弧開始規(guī)劃時(shí)，通過聚合效應(yīng)產(chǎn)生的城市大腦各神經(jīng)系統(tǒng)建設(shè)重心也會(huì)出現(xiàn)巨大差異。例如，如果對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量要求比較高，這個(gè)城市的神經(jīng)纖維就要特別發(fā)達(dá)，對(duì)5G、光纖、衛(wèi)星通訊等技術(shù)需求大；如果需要有大量的AI技術(shù)和管理人員協(xié)同做決策，就要求這個(gè)城市的中樞神經(jīng)發(fā)達(dá)，運(yùn)營(yíng)和管理中心需要重點(diǎn)發(fā)展。
第九個(gè)步驟，如何實(shí)現(xiàn)城市大腦建設(shè)的信息公開共享，技術(shù)持續(xù)進(jìn)化？一個(gè)城市的城市大腦建設(shè)首先是為城市所有成員服務(wù)，滿足他們的各種需求。因此，城市大腦建設(shè)確定要解決的問題列表、實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案和建設(shè)成本后應(yīng)該向社會(huì)公布（法律法規(guī)要求保密的除外），接受城市成員和社會(huì)的評(píng)估和監(jiān)督；同時(shí)，城市大腦的建設(shè)并不是一個(gè)城市內(nèi)部的事情，而是世界技術(shù)生態(tài)的一部分，它的建設(shè)無論在技術(shù)還是建設(shè)經(jīng)驗(yàn)上都是屬于全人類的財(cái)富。世界各個(gè)城市的城市大腦建設(shè)既有各自特點(diǎn)，也有很多共性，通過城市大腦建設(shè)涉及的相關(guān)知識(shí)的共享，可以極大地推動(dòng)世界范圍城市大腦的快速發(fā)展。
城市大腦的未來發(fā)展趨勢(shì)
近50年來，IT相關(guān)的智能產(chǎn)業(yè)有三次重要的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)遇，第一次發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生之初，大部分聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)相互之間并不兼容。在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成的工作，很難拿到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上去用。1974年，美國(guó)科學(xué)家卡恩與瑟夫共同開發(fā)了TCP/IP協(xié)議[17]，這個(gè)協(xié)議為每一臺(tái)運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備制定了訪問地址，同時(shí)為不同的計(jì)算機(jī)，甚至不同類型的網(wǎng)絡(luò)間傳送信息包制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)，只要各自遵照這兩個(gè)協(xié)議，都能夠進(jìn)行通信和交互。TCP/IP的產(chǎn)生也為21世紀(jì)之后傳感器、機(jī)器人、無人機(jī)、智能汽車等智能設(shè)備平滑、無障礙地進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、云機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特別是城市大腦的建設(shè)提供了技術(shù)保障。
第二次發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)誕生20年后，到1989年，互聯(lián)網(wǎng)已成長(zhǎng)為世界科技、軍事、政府機(jī)構(gòu)中信息共享的巨大網(wǎng)絡(luò)，但由于技術(shù)架構(gòu)的問題，互聯(lián)網(wǎng)的信息像被鎖在一個(gè)個(gè)箱子里一樣，獲取時(shí)需要密碼和鑰匙。1989年，在歐洲核物理實(shí)驗(yàn)室工作的物理學(xué)家伯納斯·李選擇了超文本鏈接標(biāo)示語言（HTML）作為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)信息共享的鑰匙[18]。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)信息用互相鏈接的超文本格式編寫時(shí)，就可以與其他服務(wù)器的信息進(jìn)行相互引用和共享。萬維網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)后續(xù)的科技生態(tài)產(chǎn)生了巨大影響，包括21世紀(jì)出現(xiàn)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等都與萬維網(wǎng)有關(guān)，甚至區(qū)塊鏈的產(chǎn)生在某種程度上也可以說是為對(duì)抗萬維網(wǎng)引發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)中心化趨勢(shì)。
第三次則發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)誕生50年后，隨著互聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向類腦模型不斷演化，大量新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，同時(shí)直接為人類服務(wù)的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層出不窮，包括各種消費(fèi)級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、行業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、政府類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。由于存在企業(yè)壁壘、行業(yè)壁壘、地區(qū)壁壘、國(guó)家壁壘，這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同樣出現(xiàn)了各種孤島現(xiàn)象，因?yàn)楦鞣N原因同樣無法互聯(lián)互通。應(yīng)該說城市大腦的出現(xiàn)本質(zhì)上是解決網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的孤島問題。首先從一個(gè)城市開始，將各種服務(wù)于人類社會(huì)的應(yīng)用打通，使得城市作為一個(gè)整體為城市各階層民眾服務(wù)。然后擴(kuò)展到國(guó)家，擴(kuò)展到世界范圍，當(dāng)世界各國(guó)的城市都開始建設(shè)城市大腦并能夠互聯(lián)互通，一個(gè)應(yīng)用層的大統(tǒng)一架構(gòu)——世界神經(jīng)系統(tǒng)將逐步形成。
城市大腦的未來發(fā)展還有很多工作需要完成，譬如世界范圍統(tǒng)一的城市神經(jīng)元標(biāo)準(zhǔn)還未真正建立；人、設(shè)備和系統(tǒng)在城市大腦和世界神經(jīng)系統(tǒng)中的角色和權(quán)限如何分配還沒有解決；一個(gè)既能在一棟大樓也能在世界范圍內(nèi)自由實(shí)現(xiàn)的云反射弧機(jī)制還未形成。應(yīng)該說到2021年，城市大腦依然還處于萌芽階段，需要不同領(lǐng)域的專家、企業(yè)家、政府決策者不斷實(shí)踐和創(chuàng)新，共同推動(dòng)城市大腦的發(fā)展。
作為城市大腦發(fā)展的最終形態(tài)，世界神經(jīng)系統(tǒng)將為人類社會(huì)的協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建起全球統(tǒng)一的類腦智能支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的認(rèn)知、判斷、決策、反饋和改造，共同應(yīng)對(duì)來自大自然的各種挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，滿足人類社會(huì)的各種需求。城市大腦的建設(shè)，世界神經(jīng)系統(tǒng)的形成最終將為實(shí)現(xiàn)人類命運(yùn)共同體構(gòu)筑重要的全球性技術(shù)基礎(chǔ)。
（本文系國(guó)家自然科學(xué)基金支持項(xiàng)目研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：No.91546201、No.71932008）
注釋
[1]盤和林：《讓城市更聰明一些、更智慧一些》，《中國(guó)建設(shè)報(bào)》，2021年2月3日。
[2]殷云：《全國(guó)人大代表胡成中：建議加快智慧城市建設(shè)，打造“城市大腦”》，http://news.chinaxiaokang.com/dujiazhuangao/20200522/968293.html，2020年5月22日更新。
[3]劉鋒、呂本富：《城市“腦梗” 當(dāng)前城市大腦面臨的困境》，http://www.chinajsb.cn/html/202010/21/14567.html，2020年10月21日更新。
[4]劉鋒、彭賡：《互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化的趨勢(shì)與規(guī)律》，《科技論文在線》，2008年第9期，第32頁(yè)。
[5]劉鋒：《互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化論》，北京：清華大學(xué)出版社，2012年，第124頁(yè)。
[6]李云杰：《IBM轉(zhuǎn)向“智慧地球”》，《IT經(jīng)理世界》, 2009年第6期，第30～32頁(yè)。
[7]李德仁、龔健雅、邵振峰：《從數(shù)字地球到智慧地球》，《武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）》，2010年第35卷第2期，第127～132頁(yè)。
[8] 曲延春：《數(shù)字政府建設(shè)中信息孤島的成因及其治理》，《山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）》，2020 年第 65 卷 第 2 期，第125～132頁(yè)。
[9]劉鋒：《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的智慧城市建設(shè)探討》，http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-858170.html，2015年1月10日更新。
[10]陳衛(wèi)強(qiáng)：《杭州城市大腦的實(shí)踐與思考》，http://theory.people.com.cn/n1/2019/0908/c40531-31342597.html，2019年9月8日更新。
[11]唐奇云：《全國(guó)500多個(gè)城市想建“城市大腦”》，http://www.cnr.cn/shanghai/tt/20190331/t20190331_524562061.shtml，2019年3月31日更新。
[12]中國(guó)國(guó)家信息中心：《城市大腦建設(shè)目標(biāo)選擇、方法與路徑——城市大腦規(guī)劃建設(shè)與應(yīng)用研究報(bào)告》，2021年4月13日引用。
[13]智慧交通：《杭州城市大腦全面升級(jí)，打造“531”體系》，https://www.sohu.com/a/327556374_649849，2019年7月17日更新。
[14]史博臻：《上海城市管理精細(xì)化“三年行動(dòng)計(jì)劃”實(shí)施滿一年 “成績(jī)單”發(fā)布》，https://new.qq.com/omn/20190808/20190808A0E14Z00.html，2019年8月8日更新。
[15]《福州要建全國(guó)首個(gè)自主開放城市大腦》，《福州日?qǐng)?bào)》，http://www.fuzhou.gov.cn/gzdt/rcyw/201909/t20190915_3038878.htm，2019年9月15日更新。
[16]中國(guó)科學(xué)院虛擬經(jīng)濟(jì)與數(shù)據(jù)科學(xué)研究中心：《城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究報(bào)告》，2020年12月23日。
[17]Stevens, W.R., TCP for Transactions, HTTP, NNTP, and the UNIX Domain Protocols, Beijing: The People's Posts and Telecommunications Press, 2010, pp. 1-1.
[18]王善平：《實(shí)現(xiàn)超文本夢(mèng)想的萬維網(wǎng)——2016年度圖靈獎(jiǎng)簡(jiǎn)介》，《科學(xué)》，2017年第6期，第36～39頁(yè)。
The Origin, Development and Future Trend of City Brain
Liu Feng
Abstract: Since the entry into the 21st century, the formation of the Internet brain architecture and its combination with smart cities is the origin of City Brain. City Brain is not a city-level central nervous system controlled by artificial intelligence, but a city-level brain-like intelligent complex giant system. It has two key technologies: the urban neural network which is responsible for connecting people, equipment and systems in the city, and the urban cloud reflection arc which is responsible for forming a technical chain to solve problems in urban operation. They jointly promote the intelligent development of the cities. City Brain is not limited within a city. When the City Brains of the world are interconnected, they will eventually form a world nervous system that provides support for the coordinated development of human beings. The establishment of the global City Brain standard will be the third global IT standard after the TCP/IP protocol and the World Wide Web. On this basis, we can create a new generation of programs and steps for City Brain development.
Keywords: City Brain, city neuron, urban cloud reflection arc, world nervous system
劉鋒，南京財(cái)經(jīng)大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院虛擬經(jīng)濟(jì)與數(shù)據(jù)科學(xué)研究中心研究組成員，天府大數(shù)據(jù)研究院研究員。研究方向?yàn)槿斯ぶ悄堋⒒ヂ?lián)網(wǎng)和智慧城市。主要著作有《互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化論》《崛起的超級(jí)智能》《城市大腦的定義與建設(shè)規(guī)范》等。
