城市大腦與智慧城市的關(guān)系問題探討

文｜劉鋒 喬蓓蓓

2015年以來，城市大腦正成為智慧城市、智能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域新的熱點(diǎn)，到2021年，據(jù)統(tǒng)計(jì)在中國已經(jīng)有數(shù)百個(gè)城市啟動(dòng)了城市大腦的規(guī)劃和建設(shè)。包括百度、阿里、華為、科大訊飛在內(nèi)數(shù)千家科技企業(yè)參與到城市大腦的建設(shè)中。

城市大腦在提出后與智慧城市之間是什么關(guān)系，也一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。存在以下幾種觀點(diǎn)：1.城市大腦是智慧城市建設(shè)的底座；2.城市大腦是智慧城市的中樞神經(jīng)；3.城市大腦是智慧城市發(fā)展過程中不同的稱呼，并沒有更多新的變化；4.城市大腦是智慧城市發(fā)展到更高階段的產(chǎn)物，是智慧城市產(chǎn)生智慧的鑰匙。

這些觀點(diǎn)都非常有價(jià)值和啟發(fā)性，到底哪一種觀點(diǎn)更具有合理性，我們有必要從這兩個(gè)概念的起源開始分析。

智慧城市的產(chǎn)生與含義

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)了世界各國城市的現(xiàn)代化進(jìn)程。“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。

此后，智慧城市迅速成為城市建設(shè)的熱點(diǎn)，世界范圍千個(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)致城市各部門信息系統(tǒng)的孤島效應(yīng)嚴(yán)重。

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)缺乏、基礎(chǔ)不扎實(shí)等情況。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部原副部長仇保興就曾指出：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。

可以看出，一方面學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界非常認(rèn)可智慧城市這個(gè)方向，但又發(fā)現(xiàn)智慧城市在提出10年后依然存在嚴(yán)重的問題。從根本上說是由于智慧城市的基礎(chǔ)理論和建設(shè)框架工作沒有很好的完成。

一直以來，IBM 在對未來科技趨勢的判斷上表現(xiàn)出前瞻性，IBM 提出在諸多前沿科技的統(tǒng)一支撐下，讓城市變成更為智慧，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)能讓城市變的更為智慧，IBM 對這些問題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。

城市大腦的產(chǎn)生背景

2015年，科學(xué)院團(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》研究成果中提出了城市大腦的概念和定義，認(rèn)為城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級的類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)，城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧是城市大腦產(chǎn)生智慧的核心。

城市大腦的提出與當(dāng)前前沿科技生態(tài)的變化有關(guān)，種種跡象表明，21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)正在從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向類腦架構(gòu)演化，由此產(chǎn)生了諸多前沿科技的興起。譬如云計(jì)算對應(yīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)對應(yīng)感覺神經(jīng)系統(tǒng)；工業(yè)4.0、云機(jī)器人、智能駕駛、3D 打印對應(yīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)；邊緣計(jì)算對應(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)器智能對應(yīng)類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)通訊和光纖技術(shù)對應(yīng)神經(jīng)纖維。

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、電力等等行業(yè)結(jié)合，就形成了諸如工業(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。

在城市建設(shè)方向，互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與城市現(xiàn)代化結(jié)合就形成了城市大腦、城市云腦、城市超腦、城市神經(jīng)系統(tǒng)等概念。

應(yīng)該說互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的形成不但是城市大腦產(chǎn)生的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)它對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。

城市大腦正式在這種情況下被提出，它的相關(guān)定義是：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數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，為人類協(xié)同發(fā)展提供一個(gè)類腦的智能支撐平臺。

城市大腦和智慧城市的關(guān)系

2015年Nature 一篇文章指出，智能水平與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密切關(guān)系，智慧城市如果要產(chǎn)生智慧，究竟是用網(wǎng)狀、八爪魚狀還是其他結(jié)構(gòu)，一直是一個(gè)有爭議問題，但其實(shí)自然界已經(jīng)對這個(gè)問題給出了答案。那就是生物腦特別是人類大腦是產(chǎn)生智慧最重要的結(jié)構(gòu)。

巧合的是，21世紀(jì)以互聯(lián)網(wǎng)為核心的前沿科技生態(tài)正在具備越來越多的類腦特征，這個(gè)類腦的科技生態(tài)與城市建設(shè)結(jié)合產(chǎn)生了城市大腦，同時(shí)也為智慧城市如何產(chǎn)生智慧找到答案。可以說，智慧城市指明了城市現(xiàn)代化發(fā)展的特征和方向，而城市大腦為智慧城市找到了產(chǎn)生智慧的方法、路徑和架構(gòu)，是智慧城市向更高水平發(fā)展進(jìn)入的新階段。

智慧城市如何產(chǎn)生智慧

在最新研究中提出了城市大腦的“1+N”建設(shè)模式：“1”是世界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，“N”是N 條城市云反射弧，通過這兩個(gè)機(jī)制的運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)成智慧城市產(chǎn)生智慧的基礎(chǔ)。

城市云反射弧是多種城市神經(jīng)元的組合形成的技術(shù)鏈條，對應(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，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。

城市神經(jīng)元是指在應(yīng)用層為人、物、系統(tǒng)建立的統(tǒng)一架構(gòu)的程序單元，可以根據(jù)需求進(jìn)行連接、組合、交互，而眾多城市神經(jīng)元結(jié)合在一起就形成了城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。為了避免形成應(yīng)用孤島，需要建設(shè)世界統(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。最終實(shí)現(xiàn)能夠?yàn)槿祟悈f(xié)同發(fā)展提供支撐的世界數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)。

這樣城市大腦對應(yīng)智慧城市，世界數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)對應(yīng)智慧地球，通過不同范圍的類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)的建立，就可以實(shí)現(xiàn)IBM 當(dāng)初提出智慧地球、智慧城市所設(shè)想的目標(biāo)。