城市智能與城市大腦概念機

柳進軍

所謂智能，從信息學的角度來看，實際上是事物能夠自發地降低無序程度的能力，也即對抗熵增的能力。在這個意義上，智能在宇宙中廣泛存在，是事物發展到高級階段的必然產物，這其中既有我們經常討論的生物智能，亦包括鮮有研究的非生物智能如星系運轉，本文所說的城市智能就是非生物智能的一種表現形式。近年來，隨著人口的高度聚集、城市規模的不斷擴張，交通擁堵、環境惡化、人口膨脹等“大城市病”接踵而至，城市正在變得越來越無序，在這樣的情況下，隨著城市從工業化階段發展到數字化階段，城市也將逐漸產生解決大城市病、走向更加有序的能力，也即城市智能。而近年來各地熱切關注的城市大腦正是在這一過程中應運而生的產生城市智能的核心載體。

那么城市智能具體指的哪些能力？從對抗熵增、解決問題所耗費的能量出發，我們可以將大致智能分為三個層次：最底層是智能的基本能力，可以稱之為智力層，包括算力、算法和記憶等，這一層屬于較為簡單的智能，具備較強的單一性和元素性，如果只具備這一層智能，在解決問題過程中就需要耗費大量的人力、物力;中間層為智能層，包括思考、學習、價值判斷（生物智能獨有）能力，是發現關系，形成知識，構建系統的能力，包括了識別、推理和邏輯計算這些綜合性功能，具備這一層的智能可以在解決問題中有事半功倍的效果;最高層為智慧層，是直達事物本質的能力。結合技術發展趨勢和城市的實際需求，我們認為城市智能所需要具備的是中間層的能力。

那么城市大腦如何產生這些能力？借鑒計算機這一強相關事物的發展歷程（即圖靈機階段和結構計算機階段），我們認為城市大腦也將經歷概念機和產品機兩個階段，其中概念機是其重要的邏輯基礎。所謂概念機，是對事物的構成要素和作用機制的高度提煉和描繪。通過分析圖靈概念機可以發現，它主要從三個方面對計算過程進行了抽象：一是動作，即將人在寫上或擦除某個符號抽象成讀寫頭;二是位置，即將人把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置抽象成紙帶;三是狀態，圖靈機認為人要決定下一步的動作取決于此人當前所關注的紙上某個位置的符號和其思維的狀態，并且它將這一過程抽象成控制規則和狀態寄存器。

他山之石，可以攻玉。筆者嘗試以此為鑒，這三個方面出發，將智能產生的過程進行抽象。動作方面，如果要達到思考和學習的能力，有兩個基本動作是必不可少的，就是識別和邏輯判斷。也就是說城市大腦要至少包含兩個組件來完成上述動作：一是識別處理組件，即對事物、環境等的概念、比較、歸納和分類，城市大腦需要具備對采集到的數據進行識別和確認的能力，例如當攝像頭采集到車輛和駕駛員的數據時，這一組件能夠識別出駕駛員的行為是否是違規行為;二是邏輯計算組件，即在識別基礎上進行計算、判斷、推理和綜合，也就是說城市大腦需要對城市中出現的問題進行綜合判斷和分析，例如利用電力、水力、稅務、行政審批等部門的數據綜合分析地區經濟發展情況。位置方面，如果要達到對城市運行的感知、分析和處理，就需要對整個城市有時空感知能力。

那么城市大腦概念機如何運轉呢？思考和學習能力的產生實際上是上述四個組件相互配合，協同進化產生的。時空感知和初步的知識是基礎，識別處理組件在這一基礎上能夠實現對人、事、物的精準歸納和分類，而邏輯判斷組件在上述基礎上對輸入信息進行加工和推演，從而形成對人、事、物的觀點或對問題的解決方案。這些觀點和解決方案通過得到外部的正向或負向反饋，來強化或更新原有的知識，同時沉淀到知識圖譜組件，從而完成了自學習、自優化、自演進的過程。

當前，全國各地的城市大腦建設正如火如荼，中關村城市大腦建設也已進入2.0階段，各政府、企業單位需從城市智能以及城市大腦構成要素和運轉機理這些本源問題出發，提升對城市大腦的認識和思考，并以此為基礎提升城市大腦的建設成效，使其真正成為城市治理能力和治理體系現代化的有力抓手，成為提高城市品質、推動城市發展的重要生產力。