城市大腦從起源到終極狀態(tài)的7個階段

通過對城市大腦三個頂層規(guī)范實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)代化進程，我們對城市大腦從產(chǎn)生到成熟并到達最終形態(tài)，劃分了七個階段

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，考古學證明最早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)生的多元學說。

人類第一個城市——埃利都的城市圍墻長達9.5公里以上，人口估計約為5萬。城市的出現(xiàn)，是人類走向成熟和文明的標志，也是人類群居生活的高級形式。

城市的智慧程度是伴隨人類科技和文明的進步發(fā)展起來的。18世紀中葉開始的工業(yè)革命，城市迎來了一個嶄新的發(fā)展時期。作為工業(yè)化原動力的各種原料產(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%，這個時期城市現(xiàn)代化的標志，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（國內(nèi)與國際）、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，如同最早的單細胞生物體開始感知和反饋世界，城市也開始形成一些簡單的感知和反饋機制。

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了世界各個國家的城市現(xiàn)代化進程。城市大腦開始在局部產(chǎn)生神經(jīng)核團，實現(xiàn)對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)充分運用到城市建設(shè)之中[8]。

此后智慧城市迅速在中國成為城市建設(shè)的熱點，近千個城市宣布了自己的智慧城市建設(shè)計劃。但是這個階段智慧城市的發(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)計缺乏、基礎(chǔ)不扎實等問題，

在實施的過程中，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；還有不少則是“忽悠”，更有甚者，有些地方的“智能城市”從規(guī)劃上就是錯的。總體這個階段，城市大腦概念還沒有浮現(xiàn)出來，智慧城市還存在很多概念和實施上的問題[9]。 

3.第三個階段 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。這篇文章認為在過去的近50年時間里，互聯(lián)網(wǎng)逐步從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)展成為大腦模型。互聯(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劃，包括阿里的ET城市大腦，百度城市大腦，騰訊未來城市（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(shù)百家城市啟動了城市大腦工程。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(shù)據(jù)、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(yù)測預(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�！�

這個時期產(chǎn)業(yè)實施的城市大腦方案與學術(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。主要是依托人工智能技術(shù)對城市的數(shù)據(jù)和信息進行管理的城市級人工智能系統(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，這個時期推進的城市大腦項目主要建設(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)標準，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法連接。這種情況可能為未來的城市大腦發(fā)展帶來隱憂和額外成本。

4.第四個階段，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。因為沒有統(tǒng)一的神經(jīng)元技術(shù)標準。城市內(nèi)部的居民，設(shè)備，系統(tǒng)無法關(guān)聯(lián)起來，更為重要的是城市之間的城市大腦也無法有效的連接。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)一的標準，可以進行信息互動。

因此如何建立統(tǒng)一的城市神經(jīng)元框架標準并展開實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)一方面能夠為城市中每一個元素，包括大樓，路燈，汽車，燃氣管道，城市的居民，醫(yī)生，商業(yè)機構(gòu)，市政管理人員(市長），服務(wù)交通，醫(yī)療，安全的智能系統(tǒng) 等提供一個統(tǒng)一的神經(jīng)元節(jié)點空間，如圖3所示。

在這個節(jié)點空間里，人，物，系統(tǒng)可以將自己的信息進行映射同步，可以運行相應(yīng)的管理控制程序，通過這個節(jié)點空間實現(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年研究報告《城市大腦與超級智能城市建設(shè)標準研究》提出在城市神經(jīng)元節(jié)點中應(yīng)該有5個重要的組成部分，分別是;

1) 信息展示區(qū)，對映射對象發(fā)布的信息進行顯示的權(quán)限控制

2) 功能模塊區(qū)，根據(jù)不同的映射對象需求提供不同的功能模塊

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

4) 神經(jīng)元節(jié)點編碼，對所有的城市大腦神經(jīng)元節(jié)點進行統(tǒng)一的編碼

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

當每個城市神經(jīng)元節(jié)點具有了統(tǒng)一的技術(shù)結(jié)構(gòu)，節(jié)點編碼，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)實現(xiàn)相互協(xié)同合作的發(fā)展規(guī)律與目標。

如何構(gòu)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始推進，一定是一個漫長和困難的過程。因此城市大腦第四階段預(yù)計會持續(xù)10年或數(shù)十年的時間。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)標準，目標是把城市，國家乃至世界范圍的人，智能設(shè)備，智能系統(tǒng)連接起來，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智能形式。

作為子集，城市大腦也將連接百萬級人口和上億級的智能系統(tǒng)，這其中既有人與人的關(guān)系，也有人與機器（系統(tǒng)）的關(guān)系，機器（系統(tǒng)）與機器（系統(tǒng)）的關(guān)系，這時城市大腦需要重點解決這三種關(guān)系的權(quán)限分配問題：也就是機器（系統(tǒng)）與機器（系統(tǒng)）的權(quán)限分配問題，人與人之間的權(quán)限分配問題，人與機器（系統(tǒng)）權(quán)限分配的問題，應(yīng)該說這是一個非常復(fù)雜，同時工作量也會異常龐大的工作，如圖4所示。

第一個機器（系統(tǒng)）與機器（系統(tǒng)）的權(quán)限分配問題，可以按照具體場景，對涉及的機器權(quán)限進行分配，在城市大腦第三階段中，一些城市建設(shè)的城市大腦重點發(fā)展了城市級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上已經(jīng)處于較高級別。

第二是人與人之間的權(quán)限分配問題，一種最簡單的方法是將人類的社會關(guān)系映射進來，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。

第三是人與機器（系統(tǒng)）權(quán)限分配的問題。2020年研究報告《城市大腦的建設(shè)標準研究》提出任何一個城市神經(jīng)元，可以實現(xiàn)人類和機器雙智能控制，但要求必須有一個人類用戶的權(quán)限最大，這個規(guī)則的設(shè)定也符合錢學森在“開放復(fù)雜巨系統(tǒng)”理論中提到的“人機結(jié)合，以人為主”的原則。這項規(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，人類智慧超過機器智能的權(quán)限，避免全部交給機器和AI系統(tǒng)進行決策導(dǎo)致的失控現(xiàn)象。在具體實施中，如果在特殊場景下，一些城市神經(jīng)元系統(tǒng)需要執(zhí)行AI或機器智能的控制權(quán)超過人類用戶，這是需要做嚴格的專家評估、詳細的數(shù)據(jù)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(xiàn)智能的重要功能[12]，同樣當城市的人，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，機機的權(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、開展行動進而解決問題的關(guān)鍵，如圖5所示。

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

因此當以互聯(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制將是這個階段的重點工作，其中包括醫(yī)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(gòu)在這個機制下承擔怎樣的角色？跨越城市之間的地區(qū)級云反射弧如何協(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)進化時與智慧城市結(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，當各個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(tǒng)一和成熟，如圖6所示。

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

英國哲學家赫伯特·斯賓塞在1876年發(fā)表了著作《社會是一個有機體》，詳細比較了動物神經(jīng)系統(tǒng)和人類社會的特征。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(gòu)建一個世界規(guī)模的龐大知識庫。

美國傳媒學家麥克盧漢1964年出版的《理解媒介》對社會與腦的關(guān)系做了這樣的描述，“在過去數(shù)千年的機械技術(shù)時代,人類實現(xiàn)了身體在空間中延伸;在一個多世紀的電子技術(shù)時代,人類已在全球范圍延伸了自己的中樞神經(jīng)系統(tǒng)并進一步在全球范圍擴展”。

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

中國科學家錢學森在1990年提出了“開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”及其研究方法，把科學理論、經(jīng)驗知識和專家判斷統(tǒng)一起來，把各類信息和數(shù)據(jù)與計算機軟硬件系統(tǒng)結(jié)合起來，構(gòu)成人機結(jié)合、以人為主的系統(tǒng)，對事物反復(fù)進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。

中國科學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) 就可以實現(xiàn)全球腦 World windBrain。”.

在過去50年的時間里，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)，進而形成國家級大腦，最終實現(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，作為整體實現(xiàn)對世界的認知、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，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的擴張和應(yīng)用范圍的擴大，產(chǎn)業(yè)分別出現(xiàn)企業(yè)大腦，城市大腦，國家大腦，全球腦，太陽系或銀河系大腦。也就是說城市大腦的終點世界腦并不會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，這個世界腦的范圍會從地球不斷擴張到太空深處。這已不在是科幻的想象，而是在未來已經(jīng)可以實現(xiàn)的目標，如圖7所示。

本文對城市大腦的發(fā)展階段進行了劃分和闡述，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(yīng)該說這種劃分并不十分嚴謹，對于未來還屬于一種推測。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，通過判斷當前城市大腦的狀態(tài)和不足，為后續(xù)發(fā)展做出提前判斷和準備。而且隨著城市大腦建設(shè)和研究的深入，7個階段劃分的時間邊界應(yīng)該會不斷調(diào)整適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。