從智慧城市到城市云腦

從2017年開始，智慧城市與“腦”的關鍵詞不斷涌現，在互聯網云腦的研究基礎上，城市云腦形成更為清晰的定義。從2009年智慧地球和智慧城市提出以來，經過8年時間，智慧城市在現實中面臨的問題也漸漸凸顯，互聯網類腦化進程則漸漸明晰。這也是智慧城市與互聯網類腦化進程被越來越多地關聯起來的原因。未來，城市云腦可能會替代智慧城市這一概念，其背后的深層次原因又是什么？

智慧地球和智慧城市

20世紀90年代，時任美國總統的克林頓提出的“信息高速公路”發展戰略，使美國經濟走上了長達10年的繁榮之路。

2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統后，與美國工商業領袖舉行了一次圓桌會議。IBM公司首席執行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議政府投資新一代的智慧型基礎設施。奧巴馬對此的意見是：“經濟刺激資金將會投入到寬帶網絡等新興技術中去，毫無疑問，這就是美國在21世紀保持和奪回競爭優勢的方式。”奧巴馬政府的積極回應，使得智慧地球的戰略構想上升為美國的國家級發展戰略。隨后，美國出臺了《經濟復蘇和再投資法》并投入7870億美元，推動國家發展戰略的落實。

2009年，IBM的智慧地球戰略進軍中國，為中國政府量身打造了六大智慧解決方案：“智慧電力”“智慧醫療”“智慧城市”“智慧交通”“智慧供應鏈”和“智慧銀行”。據不完全統計，2009年以來，僅智慧城市一項，我國就有數百個城市與IBM開展合作。此后，上百個地區提出建設智慧城市，30多個省市將物聯網作為產業發展重點，80%以上的城市將物聯網列為主導產業，已經出現了明顯過熱的發展勢頭。

智慧城市遇到的問題

8年前，IBM提出智慧地球戰略是非常具有前瞻性的，但從實際發展看，美國的“智慧地球”及中國的“智慧城市”也遇到了三個重要問題：

第一，智慧城市需要規劃還是自然發展。按照IBM的設想，在“智慧”時代，信息技術將變成讓地球智慧運轉的隱性能動工具，彌漫于人、自然系統、社會體系、商業系統和各種組織中。在這樣的時代，IBM希望自己能像空氣一樣滲透到智慧運轉的每個角落，成為人類地球生存不可或缺的因素—“你可能在選擇某種服務時，直接找到IBM；或者在一些看似自然產生的服務背后，了解到提供支撐的力量也來源于IBM”。智慧城市的發展卻并非僅僅是通過自上而下的規劃實現的。事實上，亞馬遜、臉書（Facebook）、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯網巨頭已經通過各種方式進入到城市的服務中去，甚至在支付、物流、電子商務、政務處理等方面對整個城市產生了巨大的影響，而這些是IBM的智慧城市規劃中并沒有提到的。智慧城市到底是通過戰略規劃實現還是以自然發展實現，在學界也一直存在爭論

第二，智慧城市面臨安全問題。智慧城市規劃需要與政府部門進行深入合作。中國4萬億投資基礎設施的計劃推出之時，強調“實體基礎設施和信息基礎設施不應該分開建設，而應該是統一的智能基礎設施”，希望急政府之所急、想政府之所想。但中國在發展與智慧城市密切相關的技術和方案方面，面臨的第一個問題就是“如果完全采用一家公司的技術和產品，這將可能導致中國相關技術自主研發能力的喪失”。

第三，智慧城市的具體建設問題。一些智慧城市實際上是“假智慧”。這些智慧城市不能解決任何一種城市病，有的是被IT企業“綁架”，成為企業推銷產品的渠道；有的是被政府部門“綁架”，部門間形成信息孤島互不往來；有些地方的智慧城市從規劃上就是錯的。還有一些智慧城市對市民訴求回應有限，部分試點建設項目缺乏頂層設計和總體統籌，協同對接難度大，與市民的需求往往有巨大的差異，企業和政府部門反應熱烈，但市民往往無感。

互聯網的類腦化進程

從科學史可以看到這樣一個規律，每一次人類社會的重大技術變革都會導致新領域的科學革命。工業革命使人類無論在力量的使用還是觀察能力上都獲得了極大的提高，為此后的物理學大突破奠定了技術基礎。這些突破包括愛因斯坦的相對論和眾多科學家創建的量子力學理論，這些突破都與“力”和“觀測”有關。

互聯網革命對于人類的影響已經遠遠超過了工業革命。與工業革命增強人類的力量和視野不同，互聯網極大地增強了人類的智慧，互聯網的技術突破使得人類處在新科學革命的前夜。

從1969年互聯網誕生以來，人類從不同的方向對互聯網各個領域進行創新，并沒有統一規劃將互聯網建造成什么結構。當時間的車輪轉到2017年，隨著人工智能、物聯網、大數據、云計算、機器人、虛擬現實、工業互聯網等科學技術的蓬勃發展，當人類抬起頭來觀看自己創造的巨大系統時，互聯網云腦的類腦架構已經越來越清晰。

從產業界來看，在IBM推進智慧城市建設的同時，互聯網從2008年也開始了爆發式增長，與IBM希望獨立撐起整個地球的IT架構不同，互聯網在科學研究和商業競爭兩個車輪的推動下，形成了谷歌、百度、阿里巴巴、騰訊、亞馬遜等一大批互聯網巨頭公司，從不同角度實現了整個人類社會的聯網化和智能化。

互聯網這一類腦化現象也引發了科學家的關注。2008年，中國科學院劉鋒、石勇及其團隊發表論文提出“互聯網云腦”概念。這一概念的產生是基于2008年以來研究人員關于互聯網未來的判斷：“互聯網正在向著與人類大腦高度相似的方向進化，它將具備自己的視覺、聽覺、觸覺、運動神經系統，也會擁有自己的記憶神經系統、中樞神經系統、自主神經系統。”

2014年，美國鄧白氏集團的董事長兼CEO杰夫·斯蒂貝爾出版的《斷點：互聯網進化啟示錄》一書中同樣提出互聯網向類大腦結構進化的觀點。可以說，互聯網的類腦化進程、互聯網云腦概念已經得到了學術界和產業界的廣泛認同。

城市云腦的產生

近20年以來，數百萬家前沿科技企業通過科技創新和商業競爭不斷實現人類社會與城市的智慧發展。因此，從結構上看，未來的城市作為互聯網云腦與智慧城市建設結合的產物，會繼承互聯網云腦的基本架構，因此基于互聯網云腦架構的智慧城市也可以被稱為城市云腦。？endprint

那么，如何理解城市云腦呢？從目前的現實發展情況來看，城市將逐步形成自己的中樞神經系統、城市感覺神經系統、城市運動神經系統，城市神經末梢發育、城市智慧的產生與應用。以此為基礎形成城市的兩個核心功能：第一是城市神經元網絡系統（城市大社交網絡），實現城市中人與人、人與物、物與物的信息交互；第二是城市云腦的云反射弧，實現城市服務的快速智能反應。這樣一種“類腦城市”建設架構便可以稱之為城市云腦。

在智慧城市建設中，處于重要位置的技術包括物聯網、大數據、云計算、人工智能、工業4.0、工業互聯網、邊緣計算、移動互聯網等。這些前沿技術和概念與城市云腦是什么關系，在城市云腦的建設中又將如何實現呢？

城市云腦的物聯網建設是建設一個城市的軀體感覺神經系統和運動神經系統，主要由遍布城市企業、建筑、金融、交通、能源等領域的傳感器以及智能駕駛、無人機、3D打印、智能制造等系統組成。

城市云腦的云計算設施是一個城市的中樞神經系統，它通過服務器、網絡操作系統、神經元網絡系統、大數據和基于大數據的人工智能算法對城市云腦的其他神經系統進行控制。由于城市云腦是互聯網云腦的子集，所以一個智慧城市建設不是孤立的，不同智慧城市云腦架構也往往交叉，譬如一個城市的云計算硬件設施很可能在另外一個城市，一個城市的大數據可能分布在不同城市存儲。大數據建設本質上是城市云腦各神經系統在運轉過程中傳輸和積累的有價值信息。這些信息分別來自居民的生活、企業的運轉、政府的管理過程中產生的信息，也來自城市的建筑大樓、交通車輛，甚至是分布在城市土壤、空氣、水域中的傳感器傳來的信息，這些數據是城市云腦真正產生智慧的基礎。

作為智慧城市與互聯網類腦架構結合的模型，城市云腦人工智能（AI）建設是智慧城市提升智慧的催化劑和靈魂，人工智能不僅僅通過算法（如深度學習、機器學習）與大數據結合，也可以運用到城市云腦的神經末梢、神經網絡和智能終端中。譬如AI傳感器，AI手機，AI智能生產設備，AI用戶助理等。

城市云腦的工業4.0和工業互聯網是一個城市的運動神經系統，這將是城市云腦未來非常龐大的組成部分，包括智能駕駛、無人機、3D打印、智能制造等。它們通過延展運動和機械操作，幫助城市居民和管理者完成城市的運行和建設。

城市云腦的邊緣計算建設代表了城市云腦神經末梢的發育和成長。將人工智能技術和包含了人工智能技術的芯片與分布在城市的傳感器、攝像頭、智能終端、智能汽車、智能制造設備、樓房建筑、工業機器人等進行融合，目標是使城市云腦的感覺神經系統、運動神經系統的末梢控制變得更為智能和健壯。

城市云腦的移動互聯網建設是城市云腦神經纖維種類的豐富，讓城市居民、企業、政府機構更為便捷、更不受地域限制地連接到城市云腦中。這需要對城市中的通訊運營商不斷進行技術升級和基礎設施建設。城市云腦的神經纖維建設是保證智慧城市運轉的重要保證，是連接城市成為一個整體、確保城市云反射弧即時準確運轉的關鍵。

城市云腦中兩個更為重要的功能

在腦科學中，神經元（又稱神經細胞）和神經網絡是大腦中最重要的結構和功能。動物機體是一個極為復雜的有機體，各器官、系統的功能不是孤立的，它們之間互相聯系、互相制約，實現生存需求就需要生物體有統一的神經網絡系統。

同時，動物生活在經常變化的環境中，環境的變化隨時影響著體內的各種功能。這就需要對體內功能不斷進行迅速調節，使機體適應內外環境的變化。這就是腦科學中另一個重要的研究領域—神經反射弧，它也是大腦產生智能的重要功能。

生物越進化，神經系統越發達，對各系統活動的控制和調節作用越精細靈活，適應內外環境變化的能力也越強。我們在前文中提到城市云腦作為互聯網云腦與智慧城市建設結合的產物，需要不斷對城市中各種狀況進行反應，除了具備宏觀的城市感覺、運動、中樞神經系統，更重要的是形成城市的神經網絡，把城市中的人與人、人與物、物與物連接起來。

城市云腦神經網絡。城市云腦神經網絡是通過建立城市云腦的大社交網絡最終實現的。一直以來，社交網絡被認為只是互聯網上人與人的交互社區。但隨著物聯網、云計算、大數據等新技術的出現，社交網絡的形態也必將發生改變。當物聯網、工業4.0、工業互聯網與社交網絡融合時，每一棟大樓、每一輛汽車、每一個景區、每一個商場、每一個電器都會在社交網站上開設賬號，自動發布自己的實時信息，并與其他“人”和“物”進行交互。社交網絡的定義將不再僅僅是人與人的社交，而是人與人、人與物、物與物的范圍更大的社交網絡。我們可以稱之為“大社交網絡”？（Big？SNS）。這個大社交網絡的形成也就完成了城市云腦神經網絡的發育。

城市云腦神經網絡（大社交網絡）能否建設成功是城市智慧能否形成的基礎，無論是居民、企業、政府機構、路燈、車輛、工廠，都要以城市神經元的方式加入到智慧城市的大社交網絡中，這些城市神經元的互動、聚合、連接將使城市云腦真正變得更為智慧。

城市云腦的云反射弧。城市云腦的云反射弧建設，是智慧城市建設第二個重要因素，它的產生反映出一個城市在提供各種智慧相關服務、處理各種問題的種類和反應速度，城市云反射弧的種類越多，反應速度越快，其智慧程度也會越高。云反射弧主要包括安防云反射弧、金融云反射弧、交通云反射弧、能源云反射弧、教育云反射弧、醫療云反射弧、旅游云反射弧和零售云反射弧。神經反射現象是人類神經系統最重要的神經活動之一。與人類神經系統相仿，城市云腦的云反射弧也包含感受器、傳入神經纖維、神經中樞、傳出神經纖維和效應器。云反射弧是城市云腦在與現實世界的互動中提供服務、產生智慧的最重要途徑。？

智慧城市中已經出現很多云反射弧案例，例如無錫消防部門開始利用家庭火災遠程監控和救助系統，它的工作過程就是一個典型的基于互聯網云腦的云反射弧。當發生火災或其他緊急事件時，探測器發出報警信號，火警信息將通過反饋系統傳輸到全市119火災調度指揮中心，當接到報警后，消防人員會第一時間趕赴現場開展救助。

城市云腦是在互聯網與城市建設結合的大背景下產生的，由于互聯網進化涌現的電子商務、社交網絡、物聯網、云計算、工業互聯網以及人工智能不斷與城市的每個企業、每個居民、每個建筑和每個政府部門結合，因此城市在不知不覺中變得智慧起來。城市云腦不是規劃出來的，而是通過商業和科學的力量從各個角落里悄然發展壯大的，我們需要用科學的方法研究城市云腦的發展規律，幫助政府、企業和投資機構了解這些規律，判斷未來科技的發展動向。endprint