前言:2010年以来，产业界出现了很多大脑概念，其中城市大脑受到了产业、政府和研究专家的特别关注。但是关于城市大脑产生的原因，运行的原理和建设的规范并没有统一的意见。
在这篇文章中，我们详细阐述了城市大脑产生的根本原因是，互联网从网状演变成类脑架构并与城市建设结合导致的。
依托互联网大脑模型的特征，我们提出了建设城市大脑的三项关键标准：
1.世界范围链接在城市大脑的人，物和系统有统一的“神经元节点“技术框架
2.每个神经元节点拥有AI和人类两个智能控制，但人类控制权限必须最高
3.通过信息路由技术实现城市云反射弧机制，解决城市的需求和响应信息在不同神经元节点的跨节点流动。
2015年之后，城市大脑领域出现了突飞猛进的发展势头：在产业领域，2016年阿里提出阿里城市大脑，2017年，华为提出城市神经网络，2018年，腾讯提出城市超级大脑，科大讯飞提出城市超脑。
在城市建设方面，从2016年，杭州、上海、北京、广州等城市各自提出和开展了不同城市大脑建设方案，其中上海市开展了以建设城市神经元系统为重点的顶层方案。
面对产业界汹涌澎湃的“大脑”热潮，特别是与城市现代化结合非常紧密的城市大脑概念，其产生的背景、建设规范和未来趋势究竟如何，深入的研究对于产业发展，城市规划，资本投入都将有不可估量的重要价值。目前城市大脑建设还存在若干问题没有解决，如到底什么是城市大脑，有没有明确的定义？诸多城市大脑之间有没有统一的规范，未来如何实现相互连通？
在这篇文章中我们将重点阐述城市大脑产生的根本原因，建设城市大脑应遵循标准的理论依据和基本技术框架。
一、城市大脑产生的根源是什么？
应该说城市大脑概念与诸多产业“大脑”的兴起是在2010年之后，这说明城市大脑不会是凭空产生或从天而降，而是在一定的科技生态成熟后的产物。也就是其产生的背后一定有着深刻的产业和技术变革。
2008年9月，在科技领域不断涌现的技术架构类脑特征启发下，我们在论文《互联网进化规律的发现与分析》一文中提出，互联网在结构上开始发生重大变化，正在从网状架构进化成类脑模型。这一变化将对产业，科技，企业，网络经济等等领域产生不可忽视的影响。
2019年7月我们在《崛起的超级智能:互联网大脑如何影响科技未来》一书中对互联网大脑的发育过程做了更为详细的阐述：“在经过1969年互联网的诞生、1974年TCP/IP协议、1989年万维网等基础的奠定后，互联网开始加速向与大脑高度相似的方向发育。
2004年社交网络为代表的类脑神经元网络，2005年云计算为代表的类中枢神经系统，2009年物联网为代表的类感觉神经系统，2012年工业互联网、工业4.0为代表的类运动神经系统，2013年大数据，2015年人工智能为代表的智能驱动力，到2018年阿里大脑、腾讯大脑、360安全大脑、滴滴交通大脑等不断涌现，连同之前的谷歌大脑、百度大脑、讯飞超脑，到2019年，互联网大脑的雏形已越来越清晰。
经过50年的发展，特别是在21世纪，数十亿人类群体智慧与数百亿设备的机器智能通过互联网大脑结构联合形成自然界前所未有的超级智能形式。这个基于互联网大脑的超级智能形成将对人类的社会形态，科技发展，经济运行，城市建设，产业变革，企业竞争等等领域产生重大影响。而城市大脑产生的根源正是于此有关。
二、构建城市大脑的理论基础是什么？
近20年以来，数百万家前沿科技企业不断推进城市、人类社会的智慧发展，应该说智慧城市原本是互联网发展到一定程度，向城市建设自然蔓延和深入的结果。2015年2月，我们在文章《基于互联网大脑的智慧城市建设中》提出：”互联网大脑架构与城市建设结合将形成城市大脑架构，城市大脑的出现本质上是互联网大脑模型的子集，也必然继承互联网大脑的特征。”
为了清晰的描述建设城市大脑因该具备的关键标准，就需要首先了解互联网大脑模型中最重要的特点。
我们首先看互联网大脑的定义是：互联网大脑就是互联网向与人类大脑高度相似的方向进化过程中，形成的类脑巨系统架构。互联网大脑具备不断成熟的类脑视觉、听觉、躯体感觉、运动神经系统、记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。互联网大脑通过类脑神经元网络（大社交网络）社会各要素（包括但不仅限于人，AI系统，生产资料，生产工具）和自然各要素（包括但不仅限于河流、山脉、动物、植物、太空）链接起来，从而实现人与人、人与物、物与物的交互，互联网大脑在云群体智慧和云机器智能的驱动下通过云反射弧实现对世界的认知、判断、决策、反馈和改造。
从这个定义中我们可以看到互联网大脑模型有三个重要特征：
1. 类脑神经元网络的建设与万物互联
与神经元网络是人类大脑最重要的结构一样，类脑神经元网络也是互联网大脑最重要的结构之一，如上图中的1所示，世界万物需要映射到互联网大脑类脑神经元网络上，世界万物包括真实世界的人，人造设备，自然元素，虚拟世界的应用程序，控制系统，虚拟人工智能角色，每一个元素都应该在互联网大脑的类脑神经元网络中映射成一个神经元节点(用户信息管理与控制空间），通过这个神经元节点，世界万物可以同步自己的信息与知识，运行属于自己的功能程序。更为重要的是，世界万物可以通过自己的神经元节点相互关注，相互通讯，实现互联网大脑类脑神经元网络的构成与激活。
2.云群体智能与云机器智能的双智能中心控制
如上图中的2所示，数十亿人类在互联网大脑神经元网络的映射云群体智能。数百亿设备在互联网大脑神经元网络的映射构成了云机器智能。这样互联网大脑运行的智能驱动力来源与 云群体智慧和云机器智能，这两种智能类型联合控制着互联网大脑的运行。但因为互联网大脑的形成还是为人类提供服务。需要受控与人类，因此在这两种智能联合控制时，必须保证人类智能拥有最高的权限。
3.云反射弧的形成与信息的跨节点传递
如上图中的3所示，随着人类用户，传感器、云机器人、智能设备、类脑神经元网络的加入，互联网大脑模型的各神经系统逐渐完善起来。这样在人类神经系统中一个非常重要的智能现象-反射功能在互联网的大脑模型中也将出现，我们将互联网大脑的这个反射过程称为云反射弧。它是互联网大脑成为一个超级智能体，从而可以对世界外部和互联网内部的信息刺激产生反应的关键。在具体实现上，与人类大脑的机制相同，互联网大脑的云反射弧也需要不同种类的神经元之间形成联动，将信息从一个神经元节点传送到另一个神经元节点，在根据需求不断向其他神经元传递。这种机制与当前的社交网络点对点通讯是不一致的。
三、建设城市大脑超级智能系统的三个关键标准的提出
互联网大脑是一个链接了人类智慧和机器智能的类脑超级智能系统，作为互联网大脑的子集，城市大脑本质上也是一个链接城市居民智慧和城市机器智能的类脑超级智能系统。
这个城市级超级智能如何建立，在顶层设计中要符合哪些标准？从第二部分建设城市大脑的理论基础探讨中，我们可以提炼出三项内容作为判断标准：判断一个城市建设的城市大脑项目是否符合科技的发展规律和趋势，是否依然是一个信息孤岛式的城市级信息控制系统？是否具有未来的可扩展性和可兼容性？
1.城市神经元节点应实现世界范围统一的技术框架
从互联网大脑模型可以看出，城市大脑的建设核心并不是人工智能系统，云计算，大数据，边缘计算等技术，而是城市类脑神经元网络的构建。
城市类脑神经元网络的建设一方面能够为城市中每一个元素，包括大楼，路灯，汽车，燃气管道，城市的居民，医生，商业机构，市政管理人员(市长），监控城市交通，医疗，安全的智能系统 提供一个统一的神经元节点空间。
这个节点空间里，人，物，系统可以将自己的信息进行映射同步，可以运行相应的管理控制程序，通过这个节点空间实现，人与人，人与物，物与物，人与系统，物与系统，系统与系统的相互关注与信息交流。我们提出在城市神经元节点中应该有5个重要的组成部分，分别是;
1) 信息展示区，对映射对象发布的信息进行显示的权限控制
2) 功能模块区，根据不同的映射对象需求提供不同的功能模块
3) 智能控制区，对信息展示和功能模块进行管理的区域，要求同时允许人类和AI控制
4) 神经元节点编码，对所有的城市大脑神经元节点进行统一的编码
5) 空间位置编码，对所有城市大脑神经元节点所处的地理位置和海拔高度进行统一的编码，标注其位置（如果是网络智能系统，空间位置将为0）
另一方面，也是更为重要的是每个神经元节点都因该就有统一的技术结构，节点编码，和地址编码，不但在一个城市内统一，而且在不同城市之间的神经元节点的规范也要统一，这样才能保证符合城市大脑是互联网大脑的子集，各城市大脑可以通过互联网大脑架构实现相互协同合作。
2.每个城市神经元节点应实现人类智能和机器智能双重控制，同时人类的使用权限最高
互联网的左右大脑分别由人类的群体智能和设备的机器智能构成，互联网大脑在这两种智能的驱动下运转，这是概念的描述，但具体技术实现就落在人类和AI程序对互联网大脑（城市）神经元节点的双重控制上。
也就是人类用户可能登陆到神经元节点(用户空间）完成人类控制下的神经元节点运行，在人类不在的情况下，AI程序在人类的授权下对这个神经元节点进行控制。譬如市长登录到自己的城市神经元节点空间同步自己的信息和资料，对某些城市事件进行处理，链接城市突发事件现场的摄像头观看，但当市长暂时退出节点时，AI程序可以根据市长授权对文件和请示进行处理。
同样对于一辆自动汽车，正常情况下AI程序对这个汽车进行控制，并将信息随时同步到这个汽车城市神经元节点上，供其他居民查看，但当汽车出现异常时，人类管理员因该可以登录到汽车神经元节点对这个自动汽车进行接管。
保证人类具有绝对的控制权，每个神经元节点，不论是人，物或系统都要保证至少有一个人类用户对该节点具有最高控制权。这样反应在大尺度的城市大脑和互联网大脑上，人类的群体智慧就是超过机器智能的权限，避免全部交给机器和AI系统进行决策导致的失控现象。
3.在城市类脑神经元网络中实现信息路由功能，与城市需求结合从而实现城市云反射弧
当城市的人，设备，物，系统都被链接到城市类脑神经元网络中，大量的需求，问题，服务就可以通过诸多城市神经元节点的协作完成，从感受城市的事件需求到中枢神经处理，最后反馈到现场执行，形成一条条城市云反射弧，满足一个城市的运转和发展。
在这种情况下，信息就不能只是在一个神经元节点与另一个神经元节点之间传递，而是可以根据需求，信息从一个神经元到达另一个神经元，并根据路径规划，继续向下一个神经元节点传递，直到完成需求。
如在一个大楼里，当某个传感器发现火情信息后，通过自己的城市神经元节点将该事件调度给灾害管理节点。灾害管理节点中的AI控制程序对火情信息进行判断，将判断结果和火灾信息持续传递给人类管理者，并等待人类管理者反馈，
如果在规定时间内没有人类管理者反馈，同时有人类管理者之前的授权，AI控制程序根据事件内容，确定了火情发生的地点、火情的严重程度，生成新的指令，发送给移动灭火机器人。
移动灭火机器人收到指令以后，移动到火情发生的地点，执行灭火任务。移动机器人同样有AI控制程序和人类控制程序，在执行AI控制指令时，如果出现人类指令，优先执行人类指令
四、关于构建城市大脑建设标准规范讨论的总结。
以上三个标准是根据互联网大脑模型提出的三条城市大脑超级智能系统建设标准。但在这些标准之下还有很多规范需要研究和制定，譬如信息的权限控制问题，神经元节点的程序模块设置，特别是统一的城市大脑内部和不同城市之间的神经元节点编码问题，地理位置编码问题等等。我们将在未来的时间里发布一版较为全面的城市大脑超级智能系统建设规范(草案）1.0，供各位专家，企业家和城市管理者参考和探讨。
应该指出城市大脑建设标准的提出不仅仅限于智慧城市建设领域，本质上它也是对互联网大脑模型中核心特征的总结，同样适用与未来互联网应用层和操作系统层规划，适用与企业级大脑的建设，行业级大脑的建设，如何工业大脑，农业大脑，电力大脑，建筑大脑，等等等等。
作者：刘锋 计算机博士，《崛起的超级智能》作者
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