構建全球城市大腦9個標準規范

文｜劉鋒 劉朝暉

城市大腦不應局限在一個城市，一個國家，而應該形成世界統一的城市大腦構建標準。

一、研究背景

到2020年，城市大腦正成為中國科技領域新的熱點，除了杭州、上海、廣州、福州、北京、銅陵等城市之外，已經有500多個城市啟動了不同類型的城市大腦計劃。已經有專家提出“目前在國家標準層面還沒有一個‘城市大腦’的規范標準出臺。應從頂層設計去規范城市大腦的管理和建設。”

城市大腦是工程建設問題，但首先也是一個基礎科學問題。城市大腦作為科技領域的新事物，它的起源，發展和成熟不可能是隨意產生和在混沌中前行，背后一定是符合了科技發展的規律，滿足了人民大眾的需求。如果需要對城市大腦的未來進行規劃和標準制定，就需要首先從基礎科學層面發現城市大腦產生和發展的規律。

21世紀以來科技發展的種種跡象表明，互聯網的整體架構從網狀向類腦模型變化是21世紀諸多前沿科技產生和爆發的主要原因。同時也是城市大腦產生的根源。

互聯網在經過1969年互聯網的誕生、1974年TCP/IP協議、1989年萬維網等基礎的奠定后，開始加速向從網狀結構向與類腦模型方向進化。2004年社交網絡為代表的類腦神經元網絡，2005年云計算為代表的類中樞神經系統，2009年物聯網為代表的類感覺神經系統，2012年工業互聯網、工業4.0為代表的類運動神經系統，2013年大數據，2015年人工智能為代表的智能驅動力，到2018年阿里大腦、騰訊大腦、360安全大腦、滴滴交通大腦、城市大腦，城市超腦，城市神經網絡不斷涌現，到2019年，互聯網大腦模型已越來越清晰。類腦結構也形成了21世紀科技生態的重要特征。

應該說城市大腦正是在這個背景下產生的。2015年2月，文章《基于互聯網大腦的智慧城市建設》中對“城市大腦”的概念和定義進行了探討。重點提出“城市大腦”是互聯網大腦模型與城市建設結合的產物，在形成城市神經系統的同時，城市神經元和城市云反射弧將是城市大腦建設的重點。

2016年，城市和產業界開始啟動城市大腦的規劃和建設，目前產業界理解的城市大腦主要還是指利用人工智能等技術對城市的海量數據進行統合，從而為實現重大事件預警和宏觀決策服務，是城市管理的“中樞神經系統”。與基于互聯網大腦模型的城市大腦定義還有差異和不同，但這種不同也意味著這個領域依然處于探索和活躍的狀態。

二、建設城市大腦的三個頂層標準研究

在總結了過去5年的研究基礎上，2020年5月我們形成了《城市大腦與超級智能建設規范研究報告1.0》。除了對城市大腦的起源、發展、產業規劃和水平評估進行探討外，主要基于互聯網大腦模型提出了建設城市大腦的三個頂層標準。

1.世界范圍統一的城市神經元技術架構。城市的人、機構、設備、AI系統用一個世界統一的架構進行連接。

2.人機雙智能控制，人類控制權最高，對于每個城市神經元，應該同時允許人和AI兩種智能控制方式，但為了防止整個系統失控，從每個神經元節點上要求必須有一位人類使用者控制權最高。

3.基于信息路由的城市云反射建設機制。在城市各神經系統的支撐下形成城市云反射弧，基于信息路由機制實現對城市居民和城市運行中的問題進行感知和解決。

三、構建全球統一的城市大腦9個值得探索的標準

城市大腦本質上是互聯網大腦發展與城市建設結合的產物，因此城市大腦不僅僅是一個城市內部的系統，更是國家范圍、世界范圍不同城市之間關聯的復雜智能巨系。因此城市大腦最終實現的不是某一個城市或一個國家的建設標準，而應該是全球范圍城市大腦的標準。我們列出9個城市大腦建設中值得研究的標準和規范。

1.城市大腦的頂層建設標準

重點研究城市大腦建設的理論基礎和頂層建設標準。目前雖然在互聯網大腦模型技術上，初步提出了三條頂層標準，但是否有更豐富的理論研究和頂層標準，依然需要后續不斷探討。

2.城市神經元分類標準

城市神經元要對應的城市元素非常復雜，包括城市居民、城市管理者、城市服務人員、公司、政府機構、智能機器人、無人汽車、智能設備、攝像頭、傳感器、AI數據處理系統、AI安全系統等等。如何對城市神經元進行分類，形成標準可以進行識別將是一個基礎性的工作。

3.城市神經元功能標準

在城市大腦建設的三個頂層標準中，已經對城市神經元的功能標準結構進行了初步探討，其中包括：信息展示區；功能模塊區；智能控制區；神經元節點編碼；空間位置編碼，但需要對這些城市神經元功能結構做進一步的規范。

4.城市神經元的世界統一編碼標準

為了識別智能設備，出現了物理地址MAC地址，為了識別互聯網上的設備和網絡，出現了邏輯地址IP地址，為了對城市的人、物、團體、系統、設備進行識別，就需要給城市神經元一個世界唯一的編碼地址，這個編碼地址是專門的機構發放，還是不同的國家或城市自主生成而且不會重復，需要在未來進行深入研究。

5.城市神經元的全球空間位置標準

對于那些鏈接了現實世界實體的城市神經元，如城市居民、城市管理者、城市服務人員、智能機器人、無人汽車、智能設備、攝像頭、傳感器的城市神經元等，必然會涉及到他們的空間位置問題，究竟是采用海拔、經緯度等方法或者是北斗網格碼等新空間位置編碼，是未來需要考慮的重要標準規范之一。

6.城市神經元權限關系標準

在城市大腦建設的三個頂層標準中，曾經對城市神經元內部的人機權限進行了設定，但在海量的城市神經元之間，也還存在更為廣泛的權限分配問題，包括城市神經元對應的城市領導者與城市居民，企業機構領導者與員工之間，系統工程師與智能設備之間。AI系統與智能設備之間的管理權限分配。這將是一個工作量龐大的分析和設計工作。

7.城市大腦技術框架標準

互聯網系統架構有三種主流方式，分別是B/S、C/S和P2P模式。對于構建全球統一的城市大腦標準，究竟采用哪種技術結構，對于城市大腦的未來擴展將具有重要影響。與在一個城市內部建立城市大腦不同，不同城市之間，特別是不同國家之間，由于涉及到城市管轄和國家主權問題，用中心化的B/S、C/S明顯會有很大阻力，但完全采用去中心的P2P模式，全球的城市大腦之間也會因為過于松散而面臨失敗。因此能否采取“中心+自治”的方式將是未來值得探索的方向。

8.城市大腦云反射弧建設標準

建立城市大腦最終是為了更好的服務城市居民和人類社會，建立城市神經元，進行神經元之間的權限分配僅僅是構建基礎。在城市各神經系統的支撐下，通過城市神經元參與形成城市云反射弧，解決居民和城市運行中的各種需求和問題，將是建立城市大腦的終極目標。因此，梳理一個城市需要哪些云反射弧，不同的城市如何擁有自己特色的云反射弧，云反射弧的發起者、管理者、參與者如何運行？這些問題的解決和標準的制定將是城市大腦未來最為關鍵的研究工作。

9.城市大腦運行安全標準

在理想狀況下，當制定了城市大腦的建設和運行標準后，世界范圍的城市大腦就應該健康的運轉，但實際上情況要遠比規劃的更復雜，這其中包括黑客的攻擊問題，病毒的侵入問題，操作者的失誤問題，AI系統的BUG問題等。這些問題通過城市大腦可以把危險放大到城市、國家乃至世界范圍，因此如何建立城市神經元運轉與信息交互的安全建設規范，將是未來城市大腦正常運轉的重要保障。