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研究报告：城市大脑的起源、现状与未来趋势前言2009年1月，IBM公司首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”，建议政府投资新一代的智慧型基础设施。此后智慧城市建设在世界范围内展开，在中国有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。21世纪以来，随着互联网、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，互联网的类脑架构越来越清晰。基于最新科技发展趋势的观察，2008年开始，科学院有关团队在论文《互联网进化规律的发现与分析》中提出互联网大脑架构体系，分析了互联网架构进化的未来走向。2015年，研究团队在《基于互联网大脑架构的智慧城市建设》一文中将互联网类脑架构与智慧城市建设进行结合，提出城市大脑的初步定义，与此同时，智慧城市与大脑从概念上不断结合，产生新的名词和框架，包括ET城市大脑、城市云脑、城市神经网络、智慧城市脑、交通大脑等等。智慧城市提出以来，经过6年时间的发展，为什么与脑的概念不断关联起来？城市大脑（云脑）提出背后的深层次原因是什么？它的架构，运行机理和未来发展趋势是什么？这份报告是过去10年以来的相关研究的汇总和总结。对上述问题进行深入探讨，供读者和相关研究者参考。报告共分11章，下面将简要介绍这些章节的内容：第一章主要阐述了2009年IBM提出智慧地球和智慧城市的背景和详细内容。第二章主要介绍了智慧城市发展过程中面临的三个重要问题第三章本章主要介绍了2008年以来互联网的类脑智能巨系统的研究情况。第四章本章主要介绍了城市大脑的产生、定义和主要架构第五章本章详细介绍了城市大脑中两个最重要的功能和架构，类脑神经元架构和云反射弧功能第六章本章阐述了城市智商的提出和评价标准，即基于一个城市的类脑神经元网络和云反射弧的完善程度作为评价的标准。第七章本章主要探讨了城市大脑之间的相互协同问题，提出城市大脑的建设不应该作为孤岛系统进行建设。第八章本章主要阐述了城市大脑的云反射弧运转过程中，如何发现和选择最优路径的问题第九章本章主要阐述了城市大脑不仅是AI系统，更是结合人类智慧的混合智能巨系统。第十章本章主要从阿里的ET城市大脑，华为城市神经网络，滴滴交通大脑城市智脑等案例，对城市大脑的实践与应用进行详细解读。第十一章最后这章以编年史的形式详细介绍了类脑智能巨系统发展历史与现状。感谢您的阅读，期待您对研究提出宝贵意见，欢迎与我们联系作者：刘锋计算机博士，《互联网进化论》作者Email:zkyliufeng@126.com微信：910428183第一章智慧地球和智慧城市的提出20世纪90年代，时任美国总统克林顿提出的“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。金融危机出现之后，奥巴马政府希望通过信息技术对经济的拉动作用，借助“智慧地球”发展战略，来为美国经济寻找新的增长点。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》并投入总额为7870亿美元的经费，具体推动国家发展战略的落实。(参考1）“智慧地球”战略提出：IT产业下一阶段的任务是将新一代IT技术充分运用到各行各业之中，把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接，形成“物联网”；然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。2009年在IBM《智慧地球赢在中国》计划书中，IBM为中国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”。随着我国发展物联网、云计算热潮的不断升温，IBM在“智慧的计算”、“智慧的数据中心”等方面也投入了更多的研发力量，并积极与国内相关机构寻求合作。2009年以来，IBM的这些智慧解决方案，已经陆续在我国各个层面得以推进。据不完全统计，仅智慧城市一项，我国就有数百个城市正在或即将与IBM开展合作。此后，我国有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%以上城市将物联网列为主导产业，已经出现了明显过热的发展苗头。有专家对这种“一拥而上”的重复建设现象，纷纷表达出担忧，认为当前过热的物联网、云计算和“智慧城市”等的建设，将有可能导致新的产能过剩。第二章智慧地球和智慧城市面临的问题应该说IBM是世界顶级的科技领先企业，1995年，在很多人还不知道电子商务为何物时，IBM就预先提出“e-business”战略理念，2009年，IBM非常前瞻的提出智慧地球“，但从实际发展看，智慧地球和智慧城市也遇到了三个重要问题。1.智慧地球和智慧城市是自然发展还是规划出来IBM最高明之处，每次战略理念的推出，都很高屋建瓴，出发点都是别人，而落脚点却是自己——IBM不仅可以提供咨询，还可以提供整套的解决方案。这实际上是起到了产业引领者作用。按照IBM高管的设想，在“智慧地球”时代，IT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。因此，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。一些专家认为“智慧地球”的3I概念，与世界上已出现的未来信息技术概念，几乎有一一对应的关系，可以说是对已有技术的换一种说法。“更透彻的感知”与“环境智能”（Ambientintelligence），“更全面的互联互通”与“物联网”（Internetofthings），更深入的智能化与“服务互联网”（Internetofservices），几乎是同一事物的不同提法。”智慧城市的发展是通过规划还是自然发展实现，一直也是个争论的问题。事实上亚马逊，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，而这些是原本智慧地球，智慧城市规划中并没有意识到的。2.智慧地球，智慧城市与国家间的战略安全问题“智慧地球”的提出则更重要的是与政府部门合作。中国4万亿投资基础设施的计划推出之时，“智能地球”战略，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“智慧地球”密切相关的技术和方案方面，面临着第一个问题就是，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。第二个更为严重的问题是虽然物联网、云计算、智慧城市乃至“智慧地球”具有广阔的应用前景和巨大的市场规模，但其存在的可靠性、安全性等方面的问题，目前还没有有效的解决办法。有专家认为，以中国现有的信息安全防护体系，实在难以保证事关国家安全的敏感信息不外泄，中国所面临的国家信息安全风险必将越来越严峻。3.智慧城市的建设分割和信息孤岛问题智慧城市目前在世界范围得到大力推进。2012年中国智慧城市试点工作启动，住建部已公布3批近300个智慧城市试点名单；500多个城市进行试点，在交通、医疗、政务等领域取得初步成果。然而，智慧城市的概念并不清晰，盲目炒作、顶层设计缺乏、基础不扎实等问题，相关专家表示智慧城市在建设的过程中存在的问题有（参考4）：第一个是：智慧城市至今未有统一定义，什么是智慧城市？作为信息技术变革时代背景下产生的新概念，智慧城市至今尚未有统一的定义。第二个是：智慧城市的真智慧与假智慧之争，住建部原副部长仇保兴指出，一些“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；还有不少则是“忽悠”，还有些地方的“智能城市”从规划上就是错的。第三个是：对市民诉求回应有限，《国家智慧城市试点2014年度工作总结报告》指出，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，特别是部分垂直部门信息系统限于部门内部使用，缺少部门之间的数据共享与应用。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。第三章互联网的类脑智能巨系统化的进程几乎在IBM提出智慧地球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、Facebook、亚马逊、英伟达、Mobilogix、Palantir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。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，大航海时代使人类看到了生物的多样性和孤立生态系统对生物的影响。无论是达尔文还是华莱士都是跟随远航的船队才发现了生物的进化现象。大工业革命使人类无论在力量的使用还是观察能力都获得的极大的提高。为此后100年开始的物理学大突破，奠定了技术基础。这些突破包括牛顿的万有引力，爱因斯坦的相对论，和众多科学家创建的量子力学大厦，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大工业革命。与工业革命增强人类的力量和视野不同，互联网极大的增强了人类的智慧，丰富了人类的知识。而智慧和知识恰恰与大脑的关系最为密切。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，人类从不同的方向在互联网领域进行创新，并没有统一的规划将互联网建造成什么结构，当时间的车轮到达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的创造的巨系统，互联网大脑的类脑架构已经越来越清晰。互联网这一类脑化现象也引发了世界领域科学家的关注，2008年开始，科学院研究团队刘锋、石勇、刘颖、彭庚发表论文提出““互联网将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。另一方面，人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能，不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。科学实验将证明大脑中也经拥有Google一样的搜索引擎，Facebook一样的SNS系统，IPv4一样的地址编码系统，思科一样的路由系统。。。”(参考5）2012年11月16日，加州大学圣迭戈分校DmitriKrioukov在2012年11月的《ScientificReport》发表论文提出利用计算机模拟并结合多种其他计算，提出许多复杂网络如互联网、社交网、脑神经元网络等有高度的相似性。2014年，Web.com前CEO，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。到2017年，随着互联网类脑巨系统的研究深入，互联网大脑形成了如下定义，这个定义对与城市大脑定义的形成也将具有重要的意义互联网大脑架构，就是互联网向与人类大脑高度相似的方向进化过程中，形成的类脑智能巨系统架构。互联网大脑架构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，神经纤维。互联网大脑通过类脑神经元网络将互联网各神经系统和世界各元素关联起来，互联网大脑在群体智慧和人工智能的驱动下通过云反射弧实现对世界的认知，判断，决策和反馈。第四章城市大脑（云脑）的产生、定义和重要特征4.1.城市大脑（云脑）的定义近20年以来，数百万家前沿科技企业通过科学探索和商业竞争不断实现城市，人类社会的智慧