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城市云脑,像大脑一样建设智慧城市,基于互联网云脑的新架构

时间:2017-09-11 来源:人工智能学家 点击:
前言:智慧城市提出10年以来,依然存在概念不清晰,顶层设计缺乏,信息孤岛等问题,随着互联网的进一步发展,互联网类脑架构越来越清晰,作为城市建筑与互联网结合的产物,城市云脑由此产生,基于互联网云脑,本文重点阐述了如何通过类脑组织形式建设智慧城市,并依托大社交网络(城市神经网络)和城市云反射弧对智慧城市建设水平(城市智商)进行评价。(Email:zkyliufeng@126.com,刘锋) 

一、智慧城市的提出和存在的问题

2008年11月6日,美国IBM总裁兼首席执行官彭明盛在纽约市外交关系委员会发表演讲《智慧地球:下一代的领导议程》。“智慧地球”的理念被明确的提出来,目标是让社会更智慧地进步,让人类更智慧地生存,让地球更智慧地运转。

在此基础上,智慧城市的概念孕育而生,并在此后的8年里,成为中国城市建设的的目标并得到大力推进。2012年,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目前有三个问题值得重视(参考1):

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。

二、互联网云脑架构的产生

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,互联网云脑的类脑架构已经越来越清晰。2008年开始科学院相关团队发表论文提出互联网的进化趋势问题,并形成互联网云脑架构图(参考2)。

 

 

三、城市云脑,基于互联网云脑的智慧城市新架构

3.1城市云脑的定义

应该说智慧城市是互联网发展到一定程度,向城市建设蔓延和深入的结果。因此建设智慧城市就不能忽略互联网的发展趋势和进化规律。智慧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(City Cloud Brain)。

也就是说城市云脑会拥有自己的城市中枢神经系统(云计算),城市感觉神经系统(物联网),城市运动神经系统(工业4.0),城市神经末梢发育(边缘计算),城市智慧的产生与应用(大数据与人工智能)。除此之外还有两个更为重要的智慧城市新架构需要关注,它们分别是智慧城市的神经网络(大社交网络)和智慧城市的云反射弧。城市云脑的这些组成部分究竟如何运转,下面将进行详细阐述。

城市云脑的定义:

城市云脑就是基于互联网云脑模型的智慧城市建设新架构。城市在城市中枢神经系统(云计算),城市感觉神经系统(物联网),城市运动神经系统(工业4.0、工业互联网),城市神经末梢(边缘计算)的支撑下,实现城市神经网络(城市大社交网络)和城市云反射弧的建设与运转。推动一个城市各组成部分的有机结合,并通过城市大社交网络实现城市居民、企业,政府以及物理设施的信息交互,通过城市云反射弧实现城市服务的快速智能反应,从而实现城市智慧的不断进步。这样的类脑智慧城市架构称之为城市云脑(city cloud brain)。

3.2如何建设城市云脑

1.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,能源等等领域的传感器和智能驾驶,云机器人,无人机,3D打印,智能制造等系统组成。

2.城市云脑的云计算建筑是一个城市的中枢神经系统建设,它通过服务器,网络操作系统,神经元网络(大社交网络),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。应该指出由于城市云脑是互联网云脑的子集,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。

3.城市云脑的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。

4.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发育,这将是城市云脑未来非常庞大的组成部分,包括智能驾驶,云机器人,无人机,3D打印、智能制造等等,他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。

5.城市云脑的边缘计算建设是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,工业机器人等等地方,目标是使城市云脑的的感觉神经系统,运动神经系统的末梢控制变得更为智能和健壮。

6.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,更不受地域限制的链接到城市云脑中。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使准确运转的关键。

7.城市云脑的大社交网络建设是城市云脑的神经网络发育,应该说城市云脑的大社交网络是智慧城市建设最重要的两个因素之一,一直以来,社交网络被认为就是互联网上人与人的交互社区。但随着物联网,云计算,大数据等新现象的出现,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SNS网站上开设账号,自动的发布自己实时的信息,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.我们可以称为“大社交网络” (Big SNS)。

这个大社交网络与智慧城市紧密的结合是城市云脑能否建设成功的关键,无论是居民、企业、政府机构、路灯、车辆、工场,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,链接将使城市云脑真正变得更为智慧。

8、城市云脑的云反射弧的建设,是智慧城市建设最重要的第二个因素,它的产生反应出一个城市在提供各种智慧相关服务过程中的种类和反应速度,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。例如包括安防云反射弧,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、零售云反射弧。

我们知道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。是城市云脑与现实世界互动中提供服务,产生智慧的最重要途径。

智慧城市中已经已经出现很多神经反射弧案例,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城市神经反射弧。当发生火灾或其它紧急事件时,探测器发出报警信号,火警信息将通过GPRS传输到全市119火灾调度指挥中心,当119在接到报警后,第一时间赶赴现场开展救助。从目前的看城市云脑涉及的种类总共有9个。

9、城市云脑的人工智能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用户助理等等等等,人工智能与智慧城市的结合,将使得互联网云脑各个神经系统同时提升能力。


四、城市智商,城市云脑的发展水平评测方法

4.1(智慧)城市智商的定义:CITY IQ

前面的研究提出智慧城市建设本质是互联网云脑架构与城市建设的结合,我们知道大脑存在智商的评测,那么类脑的智慧城市架构也应该可以用城市智商来表示一个城市的智慧发展水平。

应该指出智慧城市的核心是城市神经网络和城市云反射弧。包括云计算、物联网、工业4.0、大数据都是为它们提供支撑。 而且我们也要注意到,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。

而且由于不同城市的地域规模,人口数量有很大不同,因此考察影响智慧城市智商指数,就不能简单的以一个城市的云计算,大数据,物联网的发展水平进行衡量。而是应该重点观察与城市规模,人口数量无关的城市神经网络覆盖程度和城市云反射弧的建设情况。  

基于以上研究,本文提出的城市智商的定义为:城市智商(CITY IQ)是基于智慧城市的互联网云脑模型,在城市中枢神经系统(云计算),城市感觉神经系统(物联网),城市运动神经系统(工业4.0、工业互联网),城市神经末梢(边缘计算)的支撑下,对目标城市的的城市神经网络(城市大社交网络)、城市云反射弧两个核心要素进行综合评测,以测量该城市在测试时间点的智力发展水平,测试结果就是该实时间点该城市的城市智商(CITY IQ)。

4.2城市神经网络(城市大社交网络)的评价方法

对于城市神经网络(城市大社交网络),在测试量表共建立了4个二级指标,本别是

1.城市神经网络稳定性(鲁棒性),代表城市神经网络的硬件基础设施和软件系统的稳定性,可以通过系统的年度故障率来进行测量。

2.城市神经网络统一程度,目前智慧城市的系统种类过于繁多,相互也不能联通,降低了城市神经网络架构统一性,因此通过测量一个城市的智慧城市系统的数量和大社交网络的建立情况,来评判城市神经网络统一程度。

3.城市神经网络的覆盖程度,这个指标主要评测一个城市的人口 ,商业机构,政府机构,城市设备有多大比例链接到一个统一的大社交网络中,并可以进行相互信息交互。

4.城市神经网络的活跃程度,这个指标主要评测链接到城市大社交网络中的人口 ,商业机构,政府机构,城市设备的信息发送和交互活跃程度。

4.3城市云反射弧的评价方法

对于城市云反射弧的建设,反应出一个城市在提供各种智慧相关服务过程中的种类和反应速度,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。对于城市云反射弧,在测试量表共建立了N个二级指标,和两个三级指标(分别是健壮性(鲁棒性),反应速度)。

对于二级指标的内容,因为智慧城市建设涉及的云反射弧种类很多,例如包括安防云反射弧,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、零售云反射弧。

这些云反射弧的种类也会随着智慧城市的发展产生变化,为了有助于规范和测量,可以为智慧城市设立城市标准云反射弧种类库,每年对城市标准云反射弧种类库进行增加和删除。

基于上述讨论,可以形成如下2017年第一版的城市智商测试量表:

4.4 2017年第一版城市智商(CITY IQ)测试量表

根据本文提出城市云脑智商的测量方法,未来我们可以重点从城市神经网络(城市大社交网络)和城市云反射弧的建设角度对一个城市的智商水平进行测量,并形成年度的(智慧)城市智商排名与研究报告。


五、总结

城市云脑是互联网进一步发展形成类脑架构并与智慧城市相结合的产物,它的研究有赖于互联网、人工智能、计算机、神经学、城市规划等等领专家的参与和推动,城市云脑如何与具体城市做深入结合,各城市神经系统如何进一步技术落地和产业实现,城市云脑的云反射弧标准库如何建立,等等问题需要在未来进一步的研究。
(本文互联网进化论作者,计算机博士刘锋原创,转载请标明作者和出处,Email:zkyliufeng@126.com)