城市大腦長啥樣

（1） 城市大腦建設標準應具備的十個原則

1.形成理論基礎

2.適應復雜場景

3.突破地域限制

4.消除信息孤島

5.堅持以人為本

6.降低建設成本

7.實現協同建設

8.體現人機融合

9.保持持續進化

10.支撐協同發展

（2） 構建城市大腦建設標準的基礎理論一

經過50多年的發展，互聯網逐步從網狀結構演化為類腦模型。在21世紀，數十億人類群體智慧與數百億機器智能通過互聯網大腦架構形成一種自然界前所未有的類腦復雜智能巨系統。互聯網的這一巨大變化將對21世紀科技生態產生重大影響。包括物聯網、云計算、大數據、邊緣計算、數字孿生、工業互聯網、城市大腦和工業大腦在內的許多前沿科技的產生，都與互聯網大腦架構的發育有關。

（3） 構建城市大腦建設標準的基礎理論二

基于互聯網大腦模型的21世紀前沿科技關系，物聯網、云計算、大數據、人工智能、邊緣計算、數字孿生、工業互聯網、5G等等前沿科技的關系如下圖所示，它們既是互聯網大腦架構發育過程的產物，也是支撐城市大腦運轉的技術基礎，會深刻影響互聯網大腦和城市大腦的發展。

（4） 構建城市大腦建設標準的基礎理論三

從互聯網大腦的模型中，可以提煉出三個最重要的特點。這三個特點將為構建城市大腦的建設標準規范提供重要的理論基礎。

第一個特點是具有世界統一的類腦神經元網絡，實現萬物互聯；

第二個特點是人類群體智能和機器群體智能基于互聯網大腦架構形成一種新的混合智能形態；

第三個特點是通過云反射弧機制實現信息的跨節點傳遞和數字神經元的協同工作。

（5） 城市大腦的定義

城市大腦是互聯網大腦架構與智慧城市建設結合的產物，是城市級的類腦復雜智能巨系統，在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯網、大數據、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數字孿生等前沿技術的支撐下，數字神經元網絡和云反射弧將是城市大腦建設的重點，它們的發展同時促進城市各神經系統包括城市智能管理中樞、城市視覺神經、城市聽覺神經、城市軀體感覺神經、城市運動神經、城市記憶、城市神經纖維等系統的成熟。城市大腦的作用是提高城市的運行效率，解決城市運行中面臨的復雜問題，更好地滿足市民的不同需求。

注：2015年《基于互聯網大腦模型的智慧城市建設》,2017年IEEE CSCWD會議“City Brain, a New Architecture of Smart City Based on the Internet Brain”

（6） 世界數字大腦的定義

世界數字大腦是互聯網大腦模型與智慧社會發展結合的產物，是在世界范圍基于科技的類腦生態形成的一個復雜智能巨系統。世界數字大腦在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯網、大數據、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數字孿生等等前沿技術的支撐下，數字神經元網絡和云反射弧將是世界數字大腦建設的重點。

世界數字大腦的作用是提高人類社會的運行效率，解決人類社會發展過程中面臨的復雜問題，更好地滿足人類社會的不同需求。世界數字大腦在系統演化上將通過城市大腦向省級大腦、國家大腦擴展并最終全球化逐步完成。世界數字大腦的目標是為人類的協同發展構建一個類腦的超級智能系統，為人類命運共同體的實現提供技術支撐。

（7） 城市大腦的兩種理論基礎分析

城市大腦的兩種理論基礎，

第一種是以互聯網大腦模型作為理論基礎，提出21世紀互聯網為核心的科技生態從網狀向類腦演化形成的互聯網大腦模型是城市大腦產生和建設的基礎。

第二種是以城市生命體作為理論基礎。

第一種基礎理論互聯網大腦模型提出通過物聯網，大數據，云計算、5G、區塊鏈、云機器人構建城市的神經系統，

第二種基礎理論城市生命體理念中除了肌肉、血液、心臟、細胞等，也必然包括城市生命體的神經系統和大腦的構建，這說明要實現城市生命體的神經系統也必然要使用物聯網，大數據，云計算、5G、區塊鏈、云機器人等等技術來實現。

因此，城市大腦的兩個理論基礎在為城市大腦做理論支撐時，內涵是一致的。

但兩者區別是：互聯網大腦模型理論認為，互聯網大腦是一個世界級的智能系統，城市大腦是互聯網大腦的子集，在互聯網大腦的整體框架下，城市大腦可以沿著省級大腦，國家大腦向世界數字大腦平滑演進。而城市生命體理論因為理論本身的邊界問題，無法將城市大腦放在一個更廣闊的空間內進行研究，也無法解決城市大腦向省級，國家和世界范圍擴展的理論構建問題。

（8） 城市大腦與城市智能管理中樞的分歧

目前政府部門、企業和研究機構在如何理解城市大腦還存在重大分歧：一種定義是基于互聯網大腦模型認為“城市大腦是城市級類腦智能巨系統”，其中的“大腦”是指規模大、尺度大的類腦復雜巨系統，是世界數字大腦的一部分。另一種定義是基于城市生命體理論， 認為城市大腦是一個城市級的智能管理中樞系統，其中的“大腦”是指對城市的智能信息系統的管理中樞，負責調度管控整個城市的智能系統運轉。

我們認為城市級“智能管理中樞”存在的問題有：

1.將城市大腦局限在城市的范圍，不能滿足未來從城市到省到國家到世界的演化。

2.局限為智能中樞，會導致無法確立數字神經元和云反射弧等核心要素。

3.缺乏理論基礎，不能說明各種前沿技術之間的關系，形成什么整體結構為城市大腦提供支持。

（9） 城市大腦、世界數字大腦與智慧城市、智慧地球關系

智慧城市和智慧地球是在2009年為城市和人類社會的智能化提出的前瞻目標和方向，但由于沒有為城市和地球如何產生智慧建立基礎理論和建設框架，導致世界范圍缺乏統一的智慧城市建設標準， 產生大量地區孤島，行業孤島和數據孤島。

自然界已經表明腦特別是人腦是產生智慧最重要的結構。21世紀全球科技生態的類腦化變化，由此提出的城市大腦與世界數字大腦， 通過世界統一的數字神經元網絡和可跨層級交互的云反射弧，為智慧城市和智慧地球如何產生智慧找到的具體解決方案。

因此，城市大腦與世界數字大腦是智慧城市和智慧地球向更高階段發展的產物。

（10） 城市大腦建設標準的1+N模式

根據互聯網大腦模型和世界數字大腦框架，提出城市大腦建設標準的1+N模式，1是世界統一的數字神經元網絡，負責連通人、物和程序，為城市云反射弧提供統一的運轉基礎；N是N條云反射弧，對應解決解決城市和人類社會的各種問題，滿足人類社會各成員的需求。云反射弧機制的形成是拉動物聯網、云計算、大數據、人工智能、工業互聯網、邊緣計算、數字孿生等技術應用的關鍵動力。

（11） 城市大腦建設標準的總體架構

城市大腦總體架構由五個功能層次組成，分別是：

1）問題與需求層、

2）云反射弧層、

3）神經元網絡層、

4）管理控制層、

5）技術支撐層。

注：2021年人民日報學術《學術前沿》的論文《城市大腦的起源、發展與未來》

（12） 城市大腦的數字神經元建設標準：功能結構

城市大腦的數字神經元是指在為世界范圍的城市大腦涉及的每一個人、物、團體、系統建立統一的程序單元，它們可以根據需求進行連接、組合、交互，從而實現跨部門、跨行業、跨地區的互聯互通。按照類腦的世界數字大腦框架，這些程序單元被稱為數字神經元，而眾多數字神經元結合在一起就形成城市大腦的基礎結構—數字神經元網絡。在標準制定時要考慮數字神經元的種類，功能模塊、相互關系和身份編碼等問題。

（13） 城市大腦數字神經元建設標準：分類

城市大腦的數字神經元如果按照映射對象進行分類，可以把數字神經元分為“人類數字神經元”、“實物數字神經元”、“程序數字神經元”和“團體數字神經元”四類。

（14） 城市大腦數字神經元建設標準：關系

城市大腦數字神經元的權限關系主要分為控制、領導和平等關系等三種類型。其中控制關系是一個數字神經元完全控制另一個數字神經元的全部功能；領導關系也稱部分控制關系；是一個數字神經元基于事先約定在一段時間內對另一個數字神經元的部分或全部功能進行管理；平等關系是兩個數字神經元相互沒有控制和領導關系，調用對方功能需要與對方協商。

（15） 城市大腦數字神經元建設標準：身份編碼

為了實現城市大腦的數字神經元在世界任意尺度、層級的聯結、識別、交互，需要對每個數字神經元進行身份編碼，研究組已經構建了一種新的萬物互聯數字神經元編碼和實現機制。每個數字神經元編碼由多個數據片段構成：包含分類標識位、人工編碼、歸屬編碼、時間戳和隨機數，允許使用者自動生成。但需要在編碼驗證節點數據庫進行驗證，以保證其唯一性，不同的編碼驗證節點之間相互可以同步信息但互不隸屬。編碼驗證節點同時承擔數字神經元身份編碼的解析功能。

（16） 城市大腦數字神經元建設標準：空間位置編碼

數字神經元中的人類數字神經元、實物數字神經元、團隊數字神經元存在空間定位的問題(程序神經元不需要空間定位），確定不同時刻它們的具體位置對于云反射弧的正確運行將有重要的意義。目前可以采用的方法有經緯度和海拔的組合、全球區域位置標識編碼—— 北斗導航網格碼等。

（17） 城市大腦的云反射弧建設標準：功能結構

城市大腦的云反射弧是多種數字神經元按照神經系統的反射弧原理形成的協同工作技術鏈條，對應解決城市和人類社會的具體問題和需求。與腦科學的反射弧相同，城市大腦的云反射弧由擔任感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器的數字神經元構成。制定云反射弧標準涉及到云反射弧的發起、數字神經元邀請、角色分配、信息路由設置、運行狀態監控等等方面。

（18） 城市大腦的云反射弧建設標準：架構布局

基于世界數字大腦模型的城市大腦的總體技術布局可以采用中心化和去中心化(分布式）結合的方式，其中，中心型架構中有B/S、C/S或云計算模式，去中心化（分布式）架構有P2P或區塊鏈模式， 當一個國家、一個省、一個城市有統一的城市大腦建設規劃時可以使用中心型架構布局。當不同城市、不同省、不同國家因為互不隸屬， 沒有統一的城市大腦建設規劃時，可以采用去中心化（分布式）架構布局。

（19） 城市大腦的云反射弧建設標準：跨層級交互模型

城市大腦作為世界數字大腦的基礎單元，在地域層級上可以分為鄉鎮/社區級，城市級，省/地區級、國家級和世界級，從數字神經元角度，每個級別都屬于世界統一的數字神經元網絡的一部分。從云反射弧角度，云反射弧即可以在同一級別內發生反射解決同一級別內部的問題和需求，也可以從低級別向上擴展到更高級別，完成跨級別反射。解決從鄉鎮到城市，省和國家乃至世界范圍更為復雜和靈活的人類社會需求。

（20） 城市大腦的云反射弧建設標準：運行安全

城市大腦基于云反射弧的運行過程中會遇到黑客攻擊、病毒侵入、操作者失誤和AI系統BUG等問題。這些問題通過城市大腦可以把危險放大到整個城市、國家、區域乃至世界范圍，因此需要從感知節點、傳輸線路、決策中樞、運行數據和人機交互等多個角度對城市大腦的云反射弧運行安全進行規范。

（21） 城市大腦建設標準在不同規模場景的應用

城市大腦是世界數字大腦的組成部分，通過形成城市大腦建設標準，既可以應用在社區，也可以應用在城市、省、國家乃至世界范圍，這些不同的場景通過模塊化的機制進行耦合，從而又作為一個整體進行運轉，下面的圖示展示了具備世界統一數字神經元的城市大腦， 如何通過云反射弧機制解決社區級的大樓失火問題，解決城市間的垃圾處理問題，解決世界級的疫情防控和氣候變化問題。

（22） 城市大腦的標準建設流程根據城市大腦的建設原則和總體架構，

提出了9條城市大腦的建設流程：

1.確定城市大腦責任主體和責任范圍；

2.發現責任范圍的重點問題和需求；

3.規劃所需數字神經元范圍和類型；

4.設計問題和需求對應的云反射弧；

5.對云反射弧方案進行多方評估；

6.研究技術共性，發現建設重點；

7.完成整體規劃和評估開始建設；

8.對城市大腦運行狀態進行監控；

9.共享建設經驗，保持管理流程和技術方案持續進化。

（23） 城市大腦發展的七個階段

根據全球城市發展歷史和現代化進程，結合城市大腦三個頂層規范實施難度的預判，我們將城市大腦從產生、發展、成熟到達最終形態這個全過程劃分為七個階段。

城市大腦發展階段

階段一	史前	6000年前-2009年	城市經歷了從原始到工業現代化到 信息現代化的過程。
階段二	混沌	2009年-2015年	智慧城市提出和發展，但沒有形成 清晰明確的建設方向。
階段三	萌芽	2015年-2021年	學術、產業和城市提出城市大腦概 念，這個時期重點發育了城市AI巨型神經元。
階段四	連接	2021年-2030年	城市大腦開始形成統一的城市神經元標準，實現對城市內和城市之間 的人，設備、物和系統的連接。
階段五	分權	2021-2040年	城市大腦開始圍繞人和人，人和機器（系統），機器和機器（系統） ，進行權限和責任的劃分。
階段六	反射弧	2021-2045年	城市大腦的城市云反射弧開始大規 模梳理和驗證，不斷滿足城市各類需求。
階段七	世界數字大腦階	2045年--	世界范圍的城市大腦通過互聯網類腦架構最終聯合形成世界數字大腦 ，高效的解決人類社會面臨的各領 域問題。

（24） 城市智商的研究與評估

城市智商（CITY IQ）是基于互聯網大腦模型，形成的測試量表對目標城市的數字神經元網絡、數字神經元節點人機控制權限和云反射弧這三個核心要素進行綜合評測的結果。城市智商（CITY IQ）能反映目標城市在某一時間區間的智力發展水平。城市智商結合城市大腦建設流程可以形成更為廣泛的“城市大腦建設綜合評估方法”。

一級 指標	二級 指標	三級 指標
城市神經網絡	城市神經網絡 完善程度
	城市神經網絡 統一程度
	城市神經網絡 覆蓋程度
	城市神經網絡 活躍程度
神經元節點 人機控制權限	由人類控制
	由AI控制
	雙智能控制 人類控制權最高
城市云反射弧	安防云	反射弧 反應速度
		穩定性 （魯棒性）
	金融云	反射弧 反應速度
		穩定性 （魯棒性）
	交通云	反射弧 反應速度
		穩定性 （魯棒性）
	……（根據研究可以持續增加）

注：2017年IEEE CSCWD會議“City Brain, a New Architecture of Smart City Based on the Internet Brain”

（25） 支撐城市大腦的19個技術和產業方向

根據互聯網大腦模型，可劃分出實現城市大腦和智能產業的19個相關技術和產業方向。

（26） 第三次世界科技生態標準制定的機遇

近50年來，IT相關智能產業有三次重要的標準制定機遇。第一次是TCP/IP協議的制定，規范了硬件設備之間的通信活動；第二次是W3C規則的制定，規范了互聯網上信息展示與數據傳輸活動；第三次應該是城市大腦到世界數字大腦的標準制定（WWNS-R），將在應用層規范人、物和系統的交互與協同。

（27） 城市大腦標準制定與人類協同發展

城市大腦的建設標準制定不僅僅是為一個城市的智慧化提供支持。

通過基于世界數字大腦框架的城市大腦建設標準的制定，將使得城市大腦能夠向省級大腦、國家大腦擴展并最終形成統一的世界數字大腦系統，實現人、物、系統的萬物互聯和萬物交互。從而提高人類社會的運行效率，解決人類社會發展過程中面臨的復雜問題，更好地滿足人類社會的不同需求。