有大脑的城市才是智慧城市

今年对于刘锋博士而言，是有着特殊意义的一年。作为城市大脑标准研究组总牵头人、远望智库数字大脑研究院院长、学会团体标准工作委员会委员兼专业技术委员会副主任，他发起了“城市大脑建设规范”系列团体标准的编制工作，为构建城市大脑建设的团体标准、国家标准和国际标准奠定基础。

城市大脑概念的构建过程，其实并非一帆风顺。2005年互联网浪潮来临后，刘锋博士就开始进行网络经济的研究。当时万物互联的互联网连接构造，总让他产生一些浮想。2006年，在受到社交网络、Google街景系统、云计算等新技术的启发，又让他隐约感觉抓住了什么。根据这些迹象，2007年，刘锋团队开始意识到整个互联网正在从网状结构向类脑结构进化，并在2008年正式发表论文建立互联网大脑模型。提出数字科技的各种技术，实质上是类脑模型的各神经系统不断发育的结果。互联网大脑模型也成为2015年提出城市大脑概念的理论根基。

近40年来，我国经历了速度最快、规模最大的城镇化进程，2020年我国城镇化率已达63.89%。今年以来，《2022年新型城镇化和城乡融合发展重点任务》、《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》、《“十四五”新型城镇化实施方案》等多份政策文件聚焦城市基础设施“补短板”。

近期《“十四五”全国城市基础设施建设规划》的印发，再次释放了城市基础设施建设加速信号。其中明确提出：到2025年，城市建设方式和生产生活方式绿色转型成效显著，基础设施体系化水平、运行效率和防风险能力显著提升，超大特大城市“城市病”得到有效缓解，基础设施运行更加高效，大中城市基础设施质量明显提升，中小城市基础设施短板加快补齐的要求。还要加快新型城市基础设施建设，推进城市智慧化转型发展。

有大脑的城市才能称之为智慧城市，“城市大脑建设规范”正是为解决城市发展问题而提出，为智慧城市建设提供方法论，让理论和产业可以在实践中碰撞出真知。

城市大脑的起源

在2009年，IBM公司首次提出“智慧地球”概念，由此延伸的智慧城市概念极大地推动了世界各国城市的现代化进程。但是，智慧城市的发展方向并不明晰，智慧城市在国际上也缺乏统一的建设标准、技术标准、行业标准，导致城市各部门的信息系统自成体系，城市的市政、交通、医疗、教育、安防等各个部门之间的信息系统从软硬件接口规范、网络传输标准、数据交换标准等各个方面都无法统一。

刘锋博士认为，自从智慧城市概念提出后，有关如何产生智慧的问题并没有说清楚或者没有想清楚、没有找到一个解决方案，导致各地的智慧城市建设五花八门，各种数据孤岛问题纷纷出现。

城市大脑标准研究组总牵头人、远望智库数字大脑研究院院长、学会团体标准工作委员会委员兼专业技术委员会副主任刘锋博士

智慧城市建设出现的这些问题，从根本上是由于智慧城市的基础理论和建设框架工作没有很好地完成。智慧地球和智慧城市提出在诸多前沿科技的统一支撑下让地球和城市变成更为智慧，但这些前沿科技按照什么架构组合在一起，按照什么规律建设能让城市变得更为智慧，产业界并没有找到合适的答案，如何让智慧城市产生智慧将是一个重要的研究课题。而事实上自然界已经为我们准备好了答案，那就是生物脑，特别是人脑是产生智慧最重要和最高效的结构。

刘锋博士提出，21世纪以来，以互联网为核心的世界科技生态开始呈现越来越多类脑的特征。作为自然界能够产生智慧的基础架构“脑”，开始通过两个途径为城市智慧的产生提供动力：第一，城市现代化用到的诸多前沿科技按照脑的模型进行组合，由此产生城市的智慧；第二，城市现代化伴随前沿科技类脑化的过程，从不成熟到逐步成熟，城市的智慧程度不断提升。

2015年1月，刘锋博士团队在《基于互联网大脑架构的智慧城市建设探讨》一文中提出城市大脑的概念和定义：城市大脑是互联网大脑架构与智慧城市建设结合的产物，是城市级的类脑复杂智能巨系统，在人类智慧和机器智能的共同参与下，在物联网、大数据、人工智能、边缘计算、5G、云机器人和数字孪生等前沿技术的支撑下，数字神经元网络和云反射弧将是城市大脑建设的重点。

城市大脑的作用是提高城市的运行效率，解决城市运行中面临的复杂问题，更好地满足市民的不同需求。城市大脑的发展目标不仅仅局限在一个城市或一个地区，当世界范围的城市大脑连接在一起，城市大脑最终将形成世界数字大脑(WWDB)，为人类协同发展提供一个类脑的智能支撑平台。

互联网大脑模型图

城市大脑的五个系统层

谈到城市大脑构成时，刘锋博士首先明确了一个概念：城市大脑的这个“大脑”的意思是一个巨大的“脑”，而并不是生理学中所定义的大脑，因为在城市大脑中的核心是“反射弧”与“神经元”。

城市大脑总体架构由五个系统层次组成，分别是问题与需求层、云反射弧层、神经元网络层、管理控制层、技术支撑层。

其中云反射弧层、神经元网络层是城市大脑建设的核心，问题与需求层是云反射弧层、神经元网络层建设的目标，管理控制层、技术支撑层为云反射弧层、神经元网络层和管理控制层的正常运转提供基础支撑。城市大脑的五个系统层次：

问题与需求层：负责聚合和存储城市大脑要解决的问题和需求；

云反射弧层：负责汇总并形成城市大脑中的所有云反射弧运行逻辑机制，每个云反射弧由担任云感受器、云传入神经、云神经中枢、云传出神经、云效应器角色的数字神经元联合构成；

神经元网络层：负责将城市大脑涉及的人、设备、程序、团体映射成的数字神经元关联在一起，并为云反射弧层提供实际支撑；

管理控制层：负责对上述三层进行管理和监控，为它们的正常运行提供管理支持；

技术支撑层：负责对上述四层的实现提供软硬件的技术支撑。

城市大脑总体架构模型

“数字神经元和云反射弧机制具有世界统一的属性，可以在不同社区、街道/乡镇、区县、城市、省/地区和国家之间互联互通，因此在架构模型的左侧体现可跨城市、跨地区应用的特征。”刘锋博士说道。

“大脑”如何赋予城市智慧

在谈到城市大脑是如何赋予城市智慧这个问题时，刘锋博士向我们表明，城市大脑是基于互联网大脑模型和类脑复杂智能系统基础理论，依据“1+2+N”的建设框架，即世界统一的数字神经元结构，人与AI结合的混合智能控制，N条跨行业、跨部门、跨地区、跨机构的云反射弧，共同解决人类社会不同层级的问题和需求。

城市大脑能够适应人类社会复杂的应用场景，包括但不仅限于交通、治安、医疗、环保、金融、教育、应急、农业、制造业等不同领域产生的问题，还能够解决两个或多个领域的交叉复合问题。

刘峰博士表示，通过世界统一的数字神经元和云反射弧机制的构建，将各种服务于人类社会的应用打通，使得城市首先作为一个整体为城市各阶层民众服务。然后扩展到国家，扩展到世界范围。当世界各国的城市都开始建设城市大脑并能够互联互通，一个应用层的大统一架构，世界数字大脑将逐步形成。

这不由让记者想起以前研究过的软件定义网络。在传统的三层网络中，核心层路由汇聚耗时漫长，而且在汇聚过程中，无法完成路由转发工作。因此在制定好路由策略后，即便出现网络拥塞等状况，也不会轻易对策略进行改动。呆滞死板的路由策略导致有限的网络资源无法满足日益增长的网络应用需求。

这时有人提出，通过软件定义的方式，将网络设备中的转发与控制分离，通过专门的控制节点，甚至是数据中心来处理流量转发的控制问题，实现大二层的扁平化流量管理。最终的成果是，网络中的延迟可以实时地被控制节点收集，一旦出现问题，可以即时对网络策略进行灵活调整。

如今的软件定义网络已经成为云计算的重要组成部分之一，还衍生出网络安全、流量管理等多种全新功能。这与通过统一的数字神经元和云反射弧机制构建出的城市大脑居然有着异曲同工的效果。数字神经元和云反射弧就好像扁平的大二层网络，为问题与需求层在跨行业、跨部门、跨地区、跨机构所收集的问题提供了良好的通路，管理控制层则是核心的控制节点，敏捷智能地对各种问题进行监管，并及时下发策略加以解决，从而形成了高效、智能的全新城市管理手段。

所以城市大脑标准的规划，能够将世界范围不同城市、不同行业、不同部门的人、设备、程序等连接在一起，在诸多前沿科技的支撑下完成世界范围的统一部署、统一规划，同时又能够灵活适应不同城市、不同产业、不同文化的不同需求，为实现人类社会的协同发展奠定基础。

刘锋博士接下来还将继续通过对脑科学的仿生学研究，为探索城市大脑的建设和运行寻找更多依据和启发。同时通过研究世界范围，特别是中国智慧城市建设已经取得的创新成果和最新发展动态，将其中有益的部分纳入城市大脑的发展规划和技术特征中。

审核编辑 黄昊宇