城市大腦從起源到終極狀態(tài)的7個(gè)階段

通過對(duì)城市大腦三個(gè)頂層規(guī)范實(shí)施難度和成熟條件的預(yù)判，結(jié)合城市發(fā)展歷史和現(xiàn)代化進(jìn)程，我們對(duì)城市大腦從產(chǎn)生到成熟并到達(dá)最終形態(tài)，劃分了七個(gè)階段

1.第一階段，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)證明最早的城市起源于美索布達(dá)米亞平原，但城市產(chǎn)生以后并不是從一個(gè)地方擴(kuò)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。

人類第一個(gè)城市——埃利都的城市圍墻長(zhǎng)達(dá)9.5公里以上，人口估計(jì)約為5萬(wàn)。城市的出現(xiàn)，是人類走向成熟和文明的標(biāo)志，也是人類群居生活的高級(jí)形式。

城市的智慧程度是伴隨人類科技和文明的進(jìn)步發(fā)展起來(lái)的。18世紀(jì)中葉開始的工業(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(qū)，資本、工廠、人口的迅速集中，形成了人口集中、密度高、工業(yè)發(fā)達(dá)的城市[7]。

到1980年世界城市化水平為39.6%， 2000年達(dá)到46.6%，這個(gè)時(shí)期城市現(xiàn)代化的標(biāo)志，包括城市內(nèi)部與城市之間的分工與協(xié)作；基礎(chǔ)設(shè)施高能化；道路、交通（國(guó)內(nèi)與國(guó)際）、通訊、供排水、供電、供氣等現(xiàn)代設(shè)施的靈敏化；城市管理工作的信息化等。最終，如同最早的單細(xì)胞生物體開始感知和反饋世界，城市也開始形成一些簡(jiǎn)單的感知和反饋機(jī)制。

2.第二階段，城市大腦的混沌階段（2009年-2015年）

2009年1月，IBM公司首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”，由此延伸的智慧城市概念極大推動(dòng)了世界各個(gè)國(guó)家的城市現(xiàn)代化進(jìn)程。城市大腦開始在局部產(chǎn)生神經(jīng)核團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)部分城市功能的中心化智能化組織和調(diào)控。

“智慧地球”戰(zhàn)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(yùn)用到各行各業(yè)之中，智慧城市就是基于智慧地球建設(shè)的大框架下，城市的智慧化建設(shè)方案。將新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用到城市建設(shè)之中[8]。

此后智慧城市迅速在中國(guó)成為城市建設(shè)的熱點(diǎn)，近千個(gè)城市宣布了自己的智慧城市建設(shè)計(jì)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題。一些專家認(rèn)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(shè)的筐里，并沒有統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)劃指導(dǎo)。出現(xiàn)盲目炒作、頂層設(shè)計(jì)缺乏、基礎(chǔ)不扎實(shí)等問題，

在實(shí)施的過程中，由于行業(yè)利益，部門利益的存在，住建部原副部長(zhǎng)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)推銷產(chǎn)品的渠道；有的是被政府部門“綁架”，部門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(guī)劃上就是錯(cuò)的�？傮w這個(gè)階段，城市大腦概念還沒有浮現(xiàn)出來(lái)，智慧城市還存在很多概念和實(shí)施上的問題[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(shè)》提出了城市大腦的類腦智能巨系統(tǒng)特征的定義。這篇文章認(rèn)為在過去的近50年時(shí)間里，互聯(lián)網(wǎng)逐步從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)展成為大腦模型�；ヂ�(lián)網(wǎng)類腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)結(jié)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，聽覺，感覺，記憶神經(jīng)之外，最重要的是城市類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧建設(shè)。

2016年開始，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(jì)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(guó)數(shù)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(rèn)為城市大腦是““基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，支撐城市運(yùn)行生命體征感知、公共資源配置優(yōu)化、重大事件預(yù)測(cè)預(yù)警、宏觀決策指揮的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施和開放創(chuàng)新平臺(tái)�！�

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(dǎo)的城市大腦方案并不相同，類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧建設(shè)還不是建設(shè)的重點(diǎn)。主要是依托人工智能技術(shù)對(duì)城市的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行管理的城市級(jí)人工智能系統(tǒng)。為了方便城市領(lǐng)導(dǎo)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(shè)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(gòu)圖中可以看出，這個(gè)時(shí)期推進(jìn)的城市大腦項(xiàng)目主要建設(shè)了巨型神經(jīng)元控制下的城市人工智能中樞系統(tǒng)，因此這個(gè)階段也可以稱為城市大腦的AI巨型神經(jīng)元建設(shè)階段。城市更多元素還沒有納入到城市大腦的框架中。由于沒有統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)，不同城市建設(shè)的城市大腦依然存在信息孤島或智能孤島的問題。不但城市內(nèi)的人，物，系統(tǒng)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)是生物大腦最重要的結(jié)構(gòu)，同樣建設(shè)城市大腦的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也是最重要和最基礎(chǔ)的工作。這也是城市大腦第三階段缺失的地方。因?yàn)闆]有統(tǒng)一的神經(jīng)元技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。城市內(nèi)部的居民，設(shè)備，系統(tǒng)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，通過互聯(lián)網(wǎng)大腦，城市大腦之間也應(yīng)該形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行信息互動(dòng)。

因此如何建立統(tǒng)一的城市神經(jīng)元框架標(biāo)準(zhǔn)并展開實(shí)施就成為城市大腦第四階段最重要的任務(wù)，城市類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)一方面能夠?yàn)槌鞘兄忻恳粋�(gè)元素，包括大樓，路燈，汽車，燃?xì)夤艿�，城市的居民，醫(yī)生，商業(yè)機(jī)構(gòu)，市政管理人員(市長(zhǎng)），服務(wù)交通，醫(yī)療，安全的智能系統(tǒng) 等提供一個(gè)統(tǒng)一的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)空間，如圖3所示。

在這個(gè)節(jié)點(diǎn)空間里，人，物，系統(tǒng)可以將自己的信息進(jìn)行映射同步，可以運(yùn)行相應(yīng)的管理控制程序，通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)空間實(shí)現(xiàn)，人與人，人與物，物與物，人與系統(tǒng)，物與系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)的相互關(guān)注與信息交流。

2020年研究報(bào)告《城市大腦與超級(jí)智能城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)研究》提出在城市神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)中應(yīng)該有5個(gè)重要的組成部分，分別是;

1) 信息展示區(qū)，對(duì)映射對(duì)象發(fā)布的信息進(jìn)行顯示的權(quán)限控制

2) 功能模塊區(qū)，根據(jù)不同的映射對(duì)象需求提供不同的功能模塊

3) 智能控制區(qū)，對(duì)信息展示和功能模塊進(jìn)行管理的區(qū)域，要求同時(shí)允許人類和AI控制

4) 神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)編碼，對(duì)所有的城市大腦神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的編碼

5) 空間位置編碼，對(duì)所有城市大腦神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)所處的地理位置和海拔高度進(jìn)行統(tǒng)一的編碼，標(biāo)注其位置（如果是網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)，空間位置將為0）

當(dāng)每個(gè)城市神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)具有了統(tǒng)一的技術(shù)結(jié)構(gòu)，節(jié)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互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)實(shí)現(xiàn)相互協(xié)同合作的發(fā)展規(guī)律與目標(biāo)。

如何構(gòu)建城市神經(jīng)元的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如何在不同城市之間，不同國(guó)家之間形成共識(shí)并開始推進(jìn)，一定是一個(gè)漫長(zhǎng)和困難的過程。因此城市大腦第四階段預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)10年或數(shù)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(shè)，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(quán)階段（2023年-2045年）

構(gòu)建世界統(tǒng)一的城市神經(jīng)元技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是把城市，國(guó)家乃至世界范圍的人，智能設(shè)備，智能系統(tǒng)連接起來(lái)，數(shù)十億人類和數(shù)百億智能設(shè)備和系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)形成自然界前所未有的超級(jí)智能形式。

作為子集，城市大腦也將連接百萬(wàn)級(jí)人口和上億級(jí)的智能系統(tǒng)，這其中既有人與人的關(guān)系，也有人與機(jī)器（系統(tǒng)）的關(guān)系，機(jī)器（系統(tǒng)）與機(jī)器（系統(tǒng)）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(quán)限分配問題：也就是機(jī)器（系統(tǒng)）與機(jī)器（系統(tǒng)）的權(quán)限分配問題，人與人之間的權(quán)限分配問題，人與機(jī)器（系統(tǒng)）權(quán)限分配的問題，應(yīng)該說這是一個(gè)非常復(fù)雜，同時(shí)工作量也會(huì)異常龐大的工作，如圖4所示。

第一個(gè)機(jī)器（系統(tǒng)）與機(jī)器（系統(tǒng)）的權(quán)限分配問題，可以按照具體場(chǎng)景，對(duì)涉及的機(jī)器權(quán)限進(jìn)行分配，在城市大腦第三階段中，一些城市建設(shè)的城市大腦重點(diǎn)發(fā)展了城市級(jí)AI巨型神經(jīng)元，這類神經(jīng)元的權(quán)限在城市大腦中事實(shí)上已經(jīng)處于較高級(jí)別。

第二是人與人之間的權(quán)限分配問題，一種最簡(jiǎn)單的方法是將人類的社會(huì)關(guān)系映射進(jìn)來(lái)，包括部門和單位的領(lǐng)導(dǎo)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(guó)家與地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)者之間的管理和被管理關(guān)系等。

第三是人與機(jī)器（系統(tǒng)）權(quán)限分配的問題。2020年研究報(bào)告《城市大腦的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)研究》提出任何一個(gè)城市神經(jīng)元，可以實(shí)現(xiàn)人類和機(jī)器雙智能控制，但要求必須有一個(gè)人類用戶的權(quán)限最大，這個(gè)規(guī)則的設(shè)定也符合錢學(xué)森在“開放復(fù)雜巨系統(tǒng)”理論中提到的“人機(jī)結(jié)合，以人為主”的原則。這項(xiàng)規(guī)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，人類智慧超過機(jī)器智能的權(quán)限，避免全部交給機(jī)器和AI系統(tǒng)進(jìn)行決策導(dǎo)致的失控現(xiàn)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(tǒng)需要執(zhí)行AI或機(jī)器智能的控制權(quán)超過人類用戶，這是需要做嚴(yán)格的專家評(píng)估、詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄和責(zé)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(xiàn)智能的重要功能[12]，同樣當(dāng)城市的人，設(shè)備，物，系統(tǒng)都被鏈接到類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中，完成人人，人機(jī)，機(jī)機(jī)的權(quán)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(xiàn)，從感知城市的需求到中樞神經(jīng)處理，最后反饋到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，形成一條條城市大腦的云反射弧，它是城市大腦最終可以對(duì)城市的各種問題、需求、任務(wù)產(chǎn)生反應(yīng)、做出決策、開展行動(dòng)進(jìn)而解決問題的關(guān)鍵，如圖5所示。

應(yīng)該說一個(gè)城市將有大量需求可以通過云反射弧的機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)。例如一次通過智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)的出行打車，一次通過云端實(shí)現(xiàn)的購(gòu)物活動(dòng)。一次通過煙霧傳感器引發(fā)的滅火行動(dòng)等，

因此當(dāng)以互聯(lián)網(wǎng)類腦架構(gòu)為基礎(chǔ)的城市大腦不斷成熟后，根據(jù)城市的不同需求，建立和配置云反射弧機(jī)制將是這個(gè)階段的重點(diǎn)工作，其中包括醫(yī)療云反射弧，交通云反射弧，購(gòu)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(jī)構(gòu)在這個(gè)機(jī)制下承擔(dān)怎樣的角色？跨越城市之間的地區(qū)級(jí)云反射弧如何協(xié)調(diào)？不同的技術(shù)和科技企業(yè)在這個(gè)過程中如何支撐？這些問題也需要在發(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)向類腦架構(gòu)進(jìn)化時(shí)與智慧城市結(jié)合的產(chǎn)物，它既是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的子集，也是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的重要組成部分，當(dāng)各個(gè)國(guó)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(tǒng)一和成熟，如圖6所示。

歷史上很多人獨(dú)立揭示了社會(huì)可以看作為神經(jīng)系統(tǒng)有機(jī)體的概念。例如認(rèn)為國(guó)王是頭、農(nóng)夫是腳的觀點(diǎn)，至少可以追溯到古希臘人和中世紀(jì)。

英國(guó)哲學(xué)家赫伯特·斯賓塞在1876年發(fā)表了著作《社會(huì)是一個(gè)有機(jī)體》，詳細(xì)比較了動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)和人類社會(huì)的特征。1936年，英國(guó)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(gòu)建一個(gè)世界規(guī)模的龐大知識(shí)庫(kù)。

美國(guó)傳媒學(xué)家麥克盧漢1964年出版的《理解媒介》對(duì)社會(huì)與腦的關(guān)系做了這樣的描述，“在過去數(shù)千年的機(jī)械技術(shù)時(shí)代,人類實(shí)現(xiàn)了身體在空間中延伸;在一個(gè)多世紀(jì)的電子技術(shù)時(shí)代,人類已在全球范圍延伸了自己的中樞神經(jīng)系統(tǒng)并進(jìn)一步在全球范圍擴(kuò)展”。

1983年，英國(guó)哲學(xué)家彼得·羅素（P.Russell）撰寫了《地球腦的覺醒——進(jìn)化的下一次飛躍》，對(duì)麥克盧漢的觀點(diǎn)做了近一步延申和明確，他提出人類社會(huì)通過政治、文化、技術(shù)等各種聯(lián)系使地球成為一個(gè)類人腦的組織結(jié)構(gòu)，也就是地球腦或全球腦。

中國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森在1990年提出了“開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”及其研究方法，把科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和專家判斷統(tǒng)一起來(lái)，把各類信息和數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成人機(jī)結(jié)合、以人為主的系統(tǒng)，對(duì)事物反復(fù)進(jìn)行定性與定量的分析和綜合，最終從整體上研究和解決問題。

中國(guó)科學(xué)家史忠植在人工智能導(dǎo)論中提出“互聯(lián)網(wǎng)已成為人們共享全球信息的基礎(chǔ)設(shè)施，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過全球心智模型World Wide Mind(WWM) 就可以實(shí)現(xiàn)全球腦 World windBrain�！�.

在過去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(gòu)發(fā)展成為大腦模型。而城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)形成大腦模型最重要的基石之一，通過城市大腦連接城市的居民、設(shè)備和智能系統(tǒng)，進(jìn)而形成國(guó)家級(jí)大腦，最終實(shí)現(xiàn)世界腦（World wide Brain）。這是城市大腦發(fā)展的最終形態(tài)。城市大腦經(jīng)過的第四，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(xiàn)對(duì)世界的認(rèn)知、判斷、決策、反饋和改造。

總結(jié)

從互聯(lián)網(wǎng)大腦的發(fā)展和與產(chǎn)業(yè)結(jié)合的趨勢(shì)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的擴(kuò)張和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)分別出現(xiàn)企業(yè)大腦，城市大腦，國(guó)家大腦，全球腦，太陽(yáng)系或銀河系大腦。也就是說城市大腦的終點(diǎn)世界腦并不會(huì)局限在地球的范圍內(nèi)，而是隨著人類在月球，火星建立基地，這個(gè)世界腦的范圍會(huì)從地球不斷擴(kuò)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(xiàn)的目標(biāo)，如圖7所示。

本文對(duì)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(shì)的模型和工具，應(yīng)該說這種劃分并不十分嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)于未來(lái)還屬于一種推測(cè)。但目標(biāo)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(shì)的模型和工具，通過判斷當(dāng)前城市大腦的狀態(tài)和不足，為后續(xù)發(fā)展做出提前判斷和準(zhǔn)備。而且隨著城市大腦建設(shè)和研究的深入，7個(gè)階段劃分的時(shí)間邊界應(yīng)該會(huì)不斷調(diào)整適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。