城市大腦從起源到終J狀態(tài)的7個(gè)階段

通過(guò)對城市大腦三個(gè)D層規范實(shí)施難度和成熟條件的預判，結合城市發(fā)展歷史和現代化進(jìn)程，我們對城市大腦從產(chǎn)生到成熟并到達終形態(tài)，劃分了七個(gè)階段

1.D一階段，城市大腦的史前階段（6000年前--2009年）

城市的起源可以上溯到6000年前以前，考古學(xué)證明的城市起源于美索布達米亞平原，但城市產(chǎn)生以后并不是從一個(gè)地方擴散的，而是在不同地域產(chǎn)生后各自傳播，這就是城市產(chǎn)生的多元學(xué)說(shuō)。

人類(lèi)D一個(gè)城市——埃利都的城市圍墻長(cháng)達9.5公里以上，人口估計約為5萬(wàn)。城市的出現，是人類(lèi)走向成熟和文明的標志，也是人類(lèi)群居生活的G級形式。

城市的智慧程度是伴隨人類(lèi)科技和文明的進(jìn)步發(fā)展起來(lái)的。18世紀中葉開(kāi)始的工業(yè)革命，城市迎來(lái)了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。作為工業(yè)化原動(dòng)力的各種原料產(chǎn)地，特別是煤炭、沿海地區，資本、工廠(chǎng)、人口的迅速集中，形成了人口集中、密度G、工業(yè)發(fā)達的城市[7]。

到1980年世界城市化水平為39.6%， 2000年達到46.6%，這個(gè)時(shí)期城市現代化的標志，包括城市內部與城市之間的分工與協(xié)作；基礎設施G能化；道路、交通（國內與國際）、通訊、供排水、供電、供氣等現代設施的靈敏化；城市管理工作的信息化等。終，如同的單細胞生物體開(kāi)始感知和反饋世界，城市也開(kāi)始形成一些簡(jiǎn)單的感知和反饋機制。

2.D二階段，城市大腦的混沌階段（2009年-2015年）

2009年1月，IBM公司S席執行官彭明盛首次提出“智慧地球”，由此延伸的智慧城市概念J大推動(dòng)了世界各個(gè)國家的城市現代化進(jìn)程。城市大腦開(kāi)始在局部產(chǎn)生神經(jīng)核團，實(shí)現對部分城市功能的中心化智能化組織和調控。

“智慧地球”戰略提出：IT產(chǎn)業(yè)下一階段的任務(wù)是將新一代IT技術(shù)充分運用到各行各業(yè)之中，智慧城市就是基于智慧地球建設的大框架下，城市的智慧化建設方案。將新一代IT技術(shù)充分運用到城市建設之中[8]。

此后智慧城市迅速在中國成為城市建設的熱點(diǎn)，近千個(gè)城市宣布了自己的智慧城市建設計劃。但是這個(gè)階段智慧城市的發(fā)展方向并不明晰，存在很多概念模糊的問(wèn)題。一些專(zhuān)家認為智慧地球和智慧城市是把很多新的信息技術(shù)打包到城市建設的筐里，并沒(méi)有統一的建設規劃指導。出現盲目炒作、D層設計缺乏、基礎不扎實(shí)等問(wèn)題，

在實(shí)施的過(guò)程中，由于行業(yè)利益，部門(mén)利益的存在，住建部原副部長(cháng)仇保興指出：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(xiāo)產(chǎn)品的渠道；有的是被政府部門(mén)“綁架”，部門(mén)間形成信息孤島互不往來(lái)；還有不少則是“忽悠”，更有甚者，有些地方的“智能城市”從規劃上就是錯的。總體這個(gè)階段，城市大腦概念還沒(méi)有浮現出來(lái)，智慧城市還存在很多概念和實(shí)施上的問(wèn)題[9]。 

3.第三個(gè)階段 城市大腦的萌芽階段（2015年-2021年）

2015年，《基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的智慧城市建設》提出了城市大腦的類(lèi)腦智能巨系統特征的定義。這篇文章認為在過(guò)去的近50年時(shí)間里，互聯(lián)網(wǎng)逐步從網(wǎng)狀結構發(fā)展成為大腦模型。互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)腦架構與智慧城市建設結合是城市大腦產(chǎn)生的根源，城市大腦除了具備中樞神經(jīng)，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，感覺(jué)，記憶神經(jīng)之外，重要的是城市類(lèi)腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )和城市云反射弧建設。

2016年開(kāi)始，阿里，百度，騰訊，華為，科大訊飛等提出了自己的泛城市大腦計劃，包括阿里的ET城市大腦，百度城市大腦，騰訊未來(lái)城市（Wecity），華為城市神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，訊飛超腦等。

在這些科技企業(yè)的支撐下，到2020年，中國數百家城市啟動(dòng)了城市大腦工程。包括杭州，上海，北京，福州，銅陵，重慶，貴州，深圳等。在產(chǎn)業(yè)界，認為城市大腦是““基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等技術(shù)，支撐城市運行生命體征感知、公共資源配置優(yōu)化、重大事件預測預警、宏觀(guān)決策指揮的數字化基礎設施和開(kāi)放創(chuàng )新平臺。”

這個(gè)時(shí)期產(chǎn)業(yè)實(shí)施的城市大腦方案與學(xué)術(shù)研究理論推導的城市大腦方案并不相同，類(lèi)腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )和城市云反射弧建設還不是建設的重點(diǎn)。主要是依托人工智能技術(shù)對城市的數據和信息進(jìn)行管理的城市級人工智能系統。為了方便城市L導者掌握和管理城市信息，還建立了城市管理者“駕駛艙“”[10]，這時(shí)建設中的城市大腦方案與互聯(lián)網(wǎng)大腦的關(guān)系如用圖2表示。

從互聯(lián)網(wǎng)大腦的架構圖中可以看出，這個(gè)時(shí)期推進(jìn)的城市大腦項目主要建設了巨型神經(jīng)元控制下的城市人工智能中樞系統，因此這個(gè)階段也可以稱(chēng)為城市大腦的AI巨型神經(jīng)元建設階段。城市更多元素還沒(méi)有納入到城市大腦的框架中。由于沒(méi)有統一的建設標準，不同企業(yè)，不同城市建設的城市大腦依然存在信息孤島或智能孤島的問(wèn)題。不但城市內的人，物，系統不能完全打通，不同城市之間的城市大腦也無(wú)法連接。這種情況可能為未來(lái)的城市大腦發(fā)展帶來(lái)隱憂(yōu)和額外成本。

4.第四個(gè)階段，城市大腦的連接階段（2021-2045）

神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )是生物大腦重要的結構，同樣建設城市大腦的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )也是重要和基礎的工作。這也是城市大腦第三階段缺失的地方。因為沒(méi)有統一的神經(jīng)元技術(shù)標準。城市內部的居民，設備，系統無(wú)法關(guān)聯(lián)起來(lái)，更為重要的是城市之間的城市大腦也無(wú)法有效的連接。從起源看，城市大腦作為互聯(lián)網(wǎng)大腦的子集，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)大腦，城市大腦之間也應該形成統一的標準，可以進(jìn)行信息互動(dòng)。

因此如何建立統一的城市神經(jīng)元框架標準并展開(kāi)實(shí)施就成為城市大腦第四階段重要的任務(wù)，城市類(lèi)腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的建設一方面能夠為城市中每一個(gè)元素，包括大樓，路燈，汽車(chē)，燃氣管道，城市的居民，醫生，商業(yè)機構，市政管理人員(市長(cháng)），服務(wù)交通，醫療，安全的智能系統 等提供一個(gè)統一的神經(jīng)元節點(diǎn)空間，如圖3所示。

在這個(gè)節點(diǎn)空間里，人，物，系統可以將自己的信息進(jìn)行映射同步，可以運行相應的管理控制程序，通過(guò)這個(gè)節點(diǎn)空間實(shí)現，人與人，人與物，物與物，人與系統，物與系統，系統與系統的相互關(guān)注與信息交流。

2020年研究報告《城市大腦與超級智能城市建設標準研究》提出在城市神經(jīng)元節點(diǎn)中應該有5個(gè)重要的組成部分，分別是;

1) 信息展示區，對映射對象發(fā)布的信息進(jìn)行顯示的權限控制

2) 功能模塊區，根據不同的映射對象需求提供不同的功能模塊

3) 智能控制區，對信息展示和功能模塊進(jìn)行管理的區域，要求同時(shí)允許人類(lèi)和AI控制

4) 神經(jīng)元節點(diǎn)編碼，對所有的城市大腦神經(jīng)元節點(diǎn)進(jìn)行統一的編碼

5) 空間位置編碼，對所有城市大腦神經(jīng)元節點(diǎn)所處的地理位置和海拔G度進(jìn)行統一的編碼，標注其位置（如果是網(wǎng)絡(luò )智能系統，空間位置將為0）

當每個(gè)城市神經(jīng)元節點(diǎn)具有了統一的技術(shù)結構，節點(diǎn)編碼，和地址編碼，這樣才能保證符合城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦的子集，各城市大腦可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)大腦架構實(shí)現相互協(xié)同合作的發(fā)展規律與目標。

如何構建城市神經(jīng)元的技術(shù)標準，如何在不同城市之間，不同國家之間形成共識并開(kāi)始推進(jìn)，一定是一個(gè)漫長(cháng)和困難的過(guò)程。因此城市大腦第四階段預計會(huì )持續10年或數十年的時(shí)間。一部分前瞻的城市如上海市已經(jīng)重視城市神經(jīng)元的建設，提出在城市布控百億傳感器的城市神經(jīng)元。

5.第五階段，城市大腦的分權階段（2023年-2045年）

構建世界統一的城市神經(jīng)元技術(shù)標準，目標是把城市，國家乃至世界范圍的人，智能設備，智能系統連接起來(lái)，數十億人類(lèi)和數百億智能設備和系統通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)大腦架構形成自然界前所未有的超級智能形式。

作為子集，城市大腦也將連接百萬(wàn)級人口和上億級的智能系統，這其中既有人與人的關(guān)系，也有人與機器（系統）的關(guān)系，機器（系統）與機器（系統）的關(guān)系，這時(shí)城市大腦需要重點(diǎn)解決這三種關(guān)系的權限分配問(wèn)題：也就是機器（系統）與機器（系統）的權限分配問(wèn)題，人與人之間的權限分配問(wèn)題，人與機器（系統）權限分配的問(wèn)題，應該說(shuō)這是一個(gè)非常復雜，同時(shí)工作量也會(huì )異常龐大的工作，如圖4所示。

D一個(gè)機器（系統）與機器（系統）的權限分配問(wèn)題，可以按照具體場(chǎng)景，對涉及的機器權限進(jìn)行分配，在城市大腦第三階段中，一些城市建設的城市大腦重點(diǎn)發(fā)展了城市級AI巨型神經(jīng)元，這類(lèi)神經(jīng)元的權限在城市大腦中事實(shí)上已經(jīng)處于較G級別。

D二是人與人之間的權限分配問(wèn)題，一種簡(jiǎn)單的方法是將人類(lèi)的社會(huì )關(guān)系映射進(jìn)來(lái)，包括部門(mén)和單位的L導下屬關(guān)系，城市管理者與居民之間的服務(wù)被服務(wù)關(guān)系，國家與地區L導者之間的管理和被管理關(guān)系等。

第三是人與機器（系統）權限分配的問(wèn)題。2020年研究報告《城市大腦的建設標準研究》提出任何一個(gè)城市神經(jīng)元，可以實(shí)現人類(lèi)和機器雙智能控制，但要求需要有一個(gè)人類(lèi)用戶(hù)的權限大，這個(gè)規則的設定也符合錢(qián)學(xué)森在“開(kāi)放復雜巨系統”理論中提到的“人機結合，以人為主”的原則。這項規則的提出也是為了保證在大尺度的城市大腦和互聯(lián)網(wǎng)大腦上，人類(lèi)智慧超過(guò)機器智能的權限，避免全部交給機器和AI系統進(jìn)行決策導致的失控現象。在具體實(shí)施中，如果在特殊場(chǎng)景下，一些城市神經(jīng)元系統需要執行AI或機器智能的控制權超過(guò)人類(lèi)用戶(hù)，這是需要做嚴格的專(zhuān)家評估、詳細的數據記錄和責任人的明確。

6.   城市大腦的反射弧階段（2025-2045）

我們知道反射弧是生命智能體展現智能的重要功能[12]，同樣當城市的人，設備，物，系統都被鏈接到類(lèi)腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )中，完成人人，人機，機機的權限分配后，城市的大量的需求就可以基于城市云反射弧實(shí)現，從感知城市的需求到中樞神經(jīng)處理，后反饋到現場(chǎng)執行，形成一條條城市大腦的云反射弧，它是城市大腦終可以對城市的各種問(wèn)題、需求、任務(wù)產(chǎn)生反應、做出決策、開(kāi)展行動(dòng)進(jìn)而解決問(wèn)題的關(guān)鍵，如圖5所示。

應該說(shuō)一個(gè)城市將有大量需求可以通過(guò)云反射弧的機制得以實(shí)現。例如一次通過(guò)智能手機實(shí)現的出行打車(chē)，一次通過(guò)云端實(shí)現的購物活動(dòng)。一次通過(guò)煙霧傳感器引發(fā)的滅火行動(dòng)等，

因此當以互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)腦架構為基礎的城市大腦不斷成熟后，根據城市的不同需求，建立和配置云反射弧機制將是這個(gè)階段的重點(diǎn)工作，其中包括醫療云反射弧，交通云反射弧，購物云反射，交通云反射弧，防火云反射弧，金融云反射弧等等等等。

除此之外，城市居民，企業(yè)，政府機構在這個(gè)機制下承擔怎樣的角色？跨越城市之間的地區級云反射弧如何協(xié)調？不同的技術(shù)和科技企業(yè)在這個(gè)過(guò)程中如何支撐？這些問(wèn)題也需要在發(fā)展中不斷得到解決。

7.城市大腦的世界腦階段（2045-）

城市大腦本質(zhì)上是互聯(lián)網(wǎng)向類(lèi)腦架構進(jìn)化時(shí)與智慧城市結合的產(chǎn)物，它既是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構的子集，也是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構的重要組成部分，當各個(gè)國家的城市大腦走向成熟和連接后，世界范圍的互聯(lián)網(wǎng)大腦技術(shù)框架也就必然走向統一和成熟，如圖6所示。

歷史上很多人獨立揭示了社會(huì )可以看作為神經(jīng)系統有機體的概念。例如認為國王是頭、農夫是腳的觀(guān)點(diǎn)，至少可以追溯到古希臘人和中世紀。

英國哲學(xué)家赫伯特·斯賓塞在1876年發(fā)表了著(zhù)作《社會(huì )是一個(gè)有機體》，詳細比較了動(dòng)物神經(jīng)系統和人類(lèi)社會(huì )的特征。1936年，英國科幻作家赫伯特·喬治·威爾斯（H. G. Wells）出版了《世界腦》。提出世界腦就是構建一個(gè)世界規模的龐大知識庫。

美國傳媒學(xué)家麥克盧漢1964年出版的《理解媒介》對社會(huì )與腦的關(guān)系做了這樣的描述，“在過(guò)去數千年的機械技術(shù)時(shí)代,人類(lèi)實(shí)現了身體在空間中延伸;在一個(gè)多世紀的電子技術(shù)時(shí)代,人類(lèi)已在范圍延伸了自己的中樞神經(jīng)系統并進(jìn)一步在范圍擴展”。

1983年，英國哲學(xué)家彼得·羅素（P.Russell）撰寫(xiě)了《地球腦的覺(jué)醒——進(jìn)化的下一次飛躍》，對麥克盧漢的觀(guān)點(diǎn)做了近一步延申和明確，他提出人類(lèi)社會(huì )通過(guò)政治、文化、技術(shù)等各種聯(lián)系使地球成為一個(gè)類(lèi)人腦的組織結構，也就是地球腦或腦。

中國科學(xué)家錢(qián)學(xué)森在1990年提出了“開(kāi)放的復雜巨系統”及其研究方法，把科學(xué)理論、經(jīng)驗知識和專(zhuān)家判斷統一起來(lái)，把各類(lèi)信息和數據與計算機軟硬件系統結合起來(lái)，構成人機結合、以人為主的系統，對事物反復進(jìn)行定性與定量的分析和綜合，終從整體上研究和解決問(wèn)題。

中國科學(xué)家史忠植在人工智能導論中提出“互聯(lián)網(wǎng)已成為人們共享信息的基礎設施，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上通過(guò)心智模型World Wide Mind(WWM) 就可以實(shí)現腦 World windBrain。”.

在過(guò)去50年的時(shí)間里，種種跡象表明，互聯(lián)網(wǎng)正在不斷從網(wǎng)狀架構發(fā)展成為大腦模型。而城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)形成大腦模型重要的基石之一，通過(guò)城市大腦連接城市的居民、設備和智能系統，進(jìn)而形成大腦，終實(shí)現世界腦（World wide Brain）。這是城市大腦發(fā)展的終形態(tài)。城市大腦經(jīng)過(guò)的第四，第五，第六階段也將使得基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的世界腦，作為整體實(shí)現對世界的認知、判斷、決策、反饋和改造。

總結

從互聯(lián)網(wǎng)大腦的發(fā)展和與產(chǎn)業(yè)結合的趨勢，伴隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的擴張和應用范圍的擴大，產(chǎn)業(yè)分別出現企業(yè)大腦，城市大腦，國家大腦，腦，太陽(yáng)系或銀河系大腦。也就是說(shuō)城市大腦的終點(diǎn)世界腦并不會(huì )局限在地球的范圍內，而是隨著(zhù)人類(lèi)在月球，火星建立基地，這個(gè)世界腦的范圍會(huì )從地球不斷擴張到太空深處。這已不在是科幻的想象，而是在未來(lái)已經(jīng)可以實(shí)現的目標，如圖7所示。

本文對城市大腦的發(fā)展階段進(jìn)行了劃分和闡述，目的是為產(chǎn)業(yè)界和城市管理者提供一種了解城市大腦的發(fā)展趨勢的模型和工具，應該說(shuō)這種劃分并不十分嚴謹，對于未來(lái)還屬于一種推測。但目標是為產(chǎn)業(yè)界和城市管理者提供一種了解城市大腦的發(fā)展趨勢的模型和工具，通過(guò)判斷當前城市大腦的狀態(tài)和不足，為后續發(fā)展做出提前判斷和準備。而且隨著(zhù)城市大腦建設和研究的深入，7個(gè)階段劃分的時(shí)間邊界應該會(huì )不斷調整適應產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。