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《百科知识》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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从智慧城市到城市云脑

2018-07-06 21:41:00

  从2017年开始,智慧城市与“脑”的关键词不断涌现,在互联网云脑的研究基础上,城市云脑形成更为清晰的定义。从2009年智慧地球和智慧城市提出以来,经过8年时间,智慧城市在现实中面临的问题也渐渐凸显,互联网类脑化进程则渐渐明晰。这也是智慧城市与互联网类脑化进程被越来越多地关联起来的原因。未来,城市云脑可能会替代智慧城市这一概念,其背后的深层次原因又是什么?

  智慧地球和智慧城市

  20世纪90年代,时任美国总统的克林顿提出的“信息高速公路”发展战略,使美国经济走上了长达10年的繁荣之路。

  2009年1月28日,奥巴马就任美国总统后,与美国工商业领袖举行了一次圆桌会议。IBM公司首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念,建议政府投资新一代的智慧型基础设施。奥巴马对此的意见是:“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去,毫无疑问,这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”奥巴马政府的积极回应,使得智慧地球的战略构想上升为美国的国家级发展战略。随后,美国出台了《经济复苏和再投资法》并投入7870亿美元,推动国家发展战略的落实。

  2009年,IBM的智慧地球战略进军中国,为中国政府量身打造了六大智慧解决方案:“智慧电力”“智慧医疗”“智慧城市”“智慧交通”“智慧供应链”和“智慧银行”。据不完全统计,2009年以来,仅智慧城市一项,我国就有数百个城市与IBM开展合作。此后,上百个地区提出建设智慧城市,30多个省市将物联网作为产业发展重点,80%以上的城市将物联网列为主导产业,已经出现了明显过热的发展势头。

  智慧城市遇到的问题

  8年前,IBM提出智慧地球战略是非常具有前瞻性的,但从实际发展看,美国的“智慧地球”及中国的“智慧城市”也遇到了三个重要问题:

  第一,智慧城市需要规划还是自然发展。按照IBM的设想,在“智慧”时代,信息技术将变成让地球智慧运转的隐性能动工具,弥漫于人、自然系统、社会体系、商业系统和各种组织中。在这样的时代,IBM希望自己能像空气一样渗透到智慧运转的每个角落,成为人类地球生存不可或缺的因素—“你可能在选择某种服务时,直接找到IBM;或者在一些看似自然产生的服务背后,了解到提供支撑的力量也来源于IBM”。智慧城市的发展却并非仅仅是通过自上而下的规划实现的。事实上,亚马逊、脸书(Facebook)、阿里巴巴、腾讯、京东等互联网巨头已经通过各种方式进入到城市的服务中去,甚至在支付、物流、电子商务、政务处理等方面对整个城市产生了巨大的影响,而这些是IBM的智慧城市规划中并没有提到的。智慧城市到底是通过战略规划实现还是以自然发展实现,在学界也一直存在争论

  第二,智慧城市面临安全问题。智慧城市规划需要与政府部门进行深入合作。中国4万亿投资基础设施的计划推出之时,强调“实体基础设施和信息基础设施不应该分开建设,而应该是统一的智能基础设施”,希望急政府之所急、想政府之所想。但中国在发展与智慧城市密切相关的技术和方案方面,面临的第一个问题就是“如果完全采用一家公司的技术和产品,这将可能导致中国相关技术自主研发能力的丧失”。

  第三,智慧城市的具体建设问题。一些智慧城市实际上是“假智慧”。这些智慧城市不能解决任何一种城市病,有的是被IT企业“绑架”,成为企业推销产品的渠道;有的是被政府部门“绑架”,部门间形成信息孤岛互不往来;有些地方的智慧城市从规划上就是错的。还有一些智慧城市对市民诉求回应有限,部分试点建设项目缺乏顶层设计和总体统筹,协同对接难度大,与市民的需求往往有巨大的差异,企业和政府部门反应热烈,但市民往往无感。

  互联网的类脑化进程

  从科学史可以看到这样一个规律,每一次人类社会的重大技术变革都会导致新领域的科学革命。工业革命使人类无论在力量的使用还是观察能力上都获得了极大的提高,为此后的物理学大突破奠定了技术基础。这些突破包括爱因斯坦的相对论和众多科学家创建的量子力学理论,这些突破都与“力”和“观测”有关。

  互联网革命对于人类的影响已经远远超过了工业革命。与工业革命增强人类的力量和视野不同,互联网极大地增强了人类的智慧,互联网的技术突破使得人类处在新科学革命的前夜。

  从1969年互联网诞生以来,人类从不同的方向对互联网各个领域进行创新,并没有统一规划将互联网建造成什么结构。当时间的车轮转到2017年,随着人工智能、物联网、大数据、云计算、机器人、虚拟现实、工业互联网等科学技术的蓬勃发展,当人类抬起头来观看自己创造的巨大系统时,互联网云脑的类脑架构已经越来越清晰。

  从产业界来看,在IBM推进智慧城市建设的同时,互联网从2008年也开始了爆发式增长,与IBM希望独立撑起整个地球的IT架构不同,互联网在科学研究和商业竞争两个车轮的推动下,形成了谷歌、百度、阿里巴巴、腾讯、亚马逊等一大批互联网巨头公司,从不同角度实现了整个人类社会的联网化和智能化。

  互联网这一类脑化现象也引发了科学家的关注。2008年,中国科学院刘锋、石勇及其团队发表论文提出“互联网云脑”概念。这一概念的产生是基于2008年以来研究人员关于互联网未来的判断:“互联网正在向着与人类大脑高度相似的方向进化,它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统,也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。”

  2014年,美国邓白氏集团的董事长兼CEO杰夫·斯蒂贝尔出版的《断点:互联网进化启示录》一书中同样提出互联网向类大脑结构进化的观点。可以说,互联网的类脑化进程、互联网云脑概念已经得到了学术界和产业界的广泛认同。

  城市云脑的产生

  近20年以来,数百万家前沿科技企业通过科技创新和商业竞争不断实现人类社会与城市的智慧发展。因此,从结构上看,未来的城市作为互联网云脑与智慧城市建设结合的产物,会继承互联网云脑的基本架构,因此基于互联网云脑架构的智慧城市也可以被称为城市云脑。

  那么,如何理解城市云脑呢?从目前的现实发展情况来看,城市将逐步形成自己的中枢神经系统、城市感觉神经系统、城市运动神经系统,城市神经末梢发育、城市智慧的产生与应用。以此为基础形成城市的两个核心功能:第一是城市神经元网络系统(城市大社交网络),实现城市中人与人、人与物、物与物的信息交互;第二是城市云脑的云反射弧,实现城市服务的快速智能反应。这样一种“类脑城市”建设架构便可以称之为城市云脑。

  在智慧城市建设中,处于重要位置的技术包括物联网、大数据、云计算、人工智能、工业4.0、工业互联网、边缘计算、移动互联网等。这些前沿技术和概念与城市云脑是什么关系,在城市云脑的建设中又将如何实现呢?

  城市云脑的物联网建设是建设一个城市的躯体感觉神经系统和运动神经系统,主要由遍布城市企业、建筑、金融、交通、能源等领域的传感器以及智能驾驶、无人机、3D打印、智能制造等系统组成。

  城市云脑的云计算设施是一个城市的中枢神经系统,它通过服务器、网络操作系统、神经元网络系统、大数据和基于大数据的人工智能算法对城市云脑的其他神经系统进行控制。由于城市云脑是互联网云脑的子集,所以一个智慧城市建设不是孤立的,不同智慧城市云脑架构也往往交叉,譬如一个城市的云计算硬件设施很可能在另外一个城市,一个城市的大数据可能分布在不同城市存储。大数据建设本质上是城市云脑各神经系统在运转过程中传输和积累的有价值信息。这些信息分别来自居民的生活、企业的运转、政府的管理过程中产生的信息,也来自城市的建筑大楼、交通车辆,甚至是分布在城市土壤、空气、水域中的传感器传来的信息,这些数据是城市云脑真正产生智慧的基础。

  作为智慧城市与互联网类脑架构结合的模型,城市云脑人工智能(AI)建设是智慧城市提升智慧的催化剂和灵魂,人工智能不仅仅通过算法(如深度学习、机器学习)与大数据结合,也可以运用到城市云脑的神经末梢、神经网络和智能终端中。譬如AI传感器,AI手机,AI智能生产设备,AI用户助理等。

  城市云脑的工业4.0和工业互联网是一个城市的运动神经系统,这将是城市云脑未来非常庞大的组成部分,包括智能驾驶、无人机、3D打印、智能制造等。它们通过延展运动和机械操作,帮助城市居民和管理者完成城市的运行和建设。

  城市云脑的边缘计算建设代表了城市云脑神经末梢的发育和成长。将人工智能技术和包含了人工智能技术的芯片与分布在城市的传感器、摄像头、智能终端、智能汽车、智能制造设备、楼房建筑、工业机器人等进行融合,目标是使城市云脑的感觉神经系统、运动神经系统的末梢控制变得更为智能和健壮。

  城市云脑的移动互联网建设是城市云脑神经纤维种类的丰富,让城市居民、企业、政府机构更为便捷、更不受地域限制地连接到城市云脑中。这需要对城市中的通讯运营商不断进行技术升级和基础设施建设。城市云脑的神经纤维建设是保证智慧城市运转的重要保证,是连接城市成为一个整体、确保城市云反射弧即时准确运转的关键。

  城市云脑中两个更为重要的功能

  在脑科学中,神经元(又称神经细胞)和神经网络是大脑中最重要的结构和功能。动物机体是一个极为复杂的有机体,各器官、系统的功能不是孤立的,它们之间互相联系、互相制约,实现生存需求就需要生物体有统一的神经网络系统。

  同时,动物生活在经常变化的环境中,环境的变化随时影响着体内的各种功能。这就需要对体内功能不断进行迅速调节,使机体适应内外环境的变化。这就是脑科学中另一个重要的研究领域—神经反射弧,它也是大脑产生智能的重要功能。

  生物越进化,神经系统越发达,对各系统活动的控制和调节作用越精细灵活,适应内外环境变化的能力也越强。我们在前文中提到城市云脑作为互联网云脑与智慧城市建设结合的产物,需要不断对城市中各种状况进行反应,除了具备宏观的城市感觉、运动、中枢神经系统,更重要的是形成城市的神经网络,把城市中的人与人、人与物、物与物连接起来。

  城市云脑神经网络。城市云脑神经网络是通过建立城市云脑的大社交网络最终实现的。一直以来,社交网络被认为只是互联网上人与人的交互社区。但随着物联网、云计算、大数据等新技术的出现,社交网络的形态也必将发生改变。当物联网、工业4.0、工业互联网与社交网络融合时,每一栋大楼、每一辆汽车、每一个景区、每一个商场、每一个电器都会在社交网站上开设账号,自动发布自己的实时信息,并与其他“人”和“物”进行交互。社交网络的定义将不再仅仅是人与人的社交,而是人与人、人与物、物与物的范围更大的社交网络。我们可以称之为“大社交网络” (Big SNS)。这个大社交网络的形成也就完成了城市云脑神经网络的发育。

  城市云脑神经网络(大社交网络)能否建设成功是城市智慧能否形成的基础,无论是居民、企业、政府机构、路灯、车辆、工厂,都要以城市神经元的方式加入到智慧城市的大社交网络中,这些城市神经元的互动、聚合、连接将使城市云脑真正变得更为智慧。

  城市云脑的云反射弧。城市云脑的云反射弧建设,是智慧城市建设第二个重要因素,它的产生反映出一个城市在提供各种智慧相关服务、处理各种问题的种类和反应速度,城市云反射弧的种类越多,反应速度越快,其智慧程度也会越高。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、医疗云反射弧、旅游云反射弧和零售云反射弧。神经反射现象是人类神经系统最重要的神经活动之一。与人类神经系统相仿,城市云脑的云反射弧也包含感受器、传入神经纤维、神经中枢、传出神经纤维和效应器。云反射弧是城市云脑在与现实世界的互动中提供服务、产生智慧的最重要途径。

  智慧城市中已经出现很多云反射弧案例,例如无锡消防部门开始利用家庭火灾远程监控和救助系统,它的工作过程就是一个典型的基于互联网云脑的云反射弧。当发生火灾或其他紧急事件时,探测器发出报警信号,火警信息将通过反馈系统传输到全市119火灾调度指挥中心,当接到报警后,消防人员会第一时间赶赴现场开展救助。

  城市云脑是在互联网与城市建设结合的大背景下产生的,由于互联网进化涌现的电子商务、社交网络、物联网、云计算、工业互联网以及人工智能不断与城市的每个企业、每个居民、每个建筑和每个政府部门结合,因此城市在不知不觉中变得智慧起来。城市云脑不是规划出来的,而是通过商业和科学的力量从各个角落里悄然发展壮大的,我们需要用科学的方法研究城市云脑的发展规律,帮助政府、企业和投资机构了解这些规律,判断未来科技的发展动向。

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