我國城市大腦首批三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的解讀與專家評(píng)議

2022年9月1日，中國指揮與控制學(xué)會(huì)在京召開《城市大腦首批標(biāo)準(zhǔn)新聞發(fā)布會(huì)》正式發(fā)布《城市大腦術(shù)語》、《城市大腦頂層規(guī)劃和總體架構(gòu)》；《城市大腦數(shù)字神經(jīng)元基本規(guī)定》等三項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。中科院、清華、北大、鵬城實(shí)驗(yàn)室、遠(yuǎn)望智庫、中國電信、中國聯(lián)通、中電萊斯，廣電運(yùn)通、中國電科院、騰訊、百度等30多家著名科研和企業(yè)機(jī)構(gòu)作為參編單位參與了標(biāo)準(zhǔn)的編制。

中國指揮與控制學(xué)會(huì)理事長、工程院費(fèi)愛國院士對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布給與肯定，他指出城市大腦是一個(gè)產(chǎn)業(yè)問題也同時(shí)是一個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題，目前我們國家無論在理論研究還是在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐上都已經(jīng)走在世界的前沿。2008年IBM提出智慧地球和智慧城市，這是一個(gè)很有遠(yuǎn)見的概念，也被世界各國認(rèn)同，但智慧城市如何產(chǎn)生智慧一直是主要難題。為此，中國指揮與控制學(xué)會(huì)發(fā)布的這個(gè)城市大腦系列標(biāo)準(zhǔn)，總體是從類腦仿生學(xué)的角度，將智慧城市建設(shè)、指揮與控制、人工智能、腦科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)結(jié)合在一起對(duì)城市大腦建設(shè)進(jìn)行了規(guī)劃，為解決智慧城市產(chǎn)生智慧的問題尋找出一條新的解決方案。

依托中國科學(xué)院和遠(yuǎn)望智庫數(shù)字大腦研究院團(tuán)隊(duì)的研究，2022年04月14日，《城市大腦系列建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》立項(xiàng)評(píng)審會(huì)在京召開，與會(huì)專家審議通過了《城市大腦標(biāo)準(zhǔn)體系與評(píng)價(jià)總體框架》，提出了要編制城市大腦的8個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示，本次完成的是其中三個(gè)核心標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將在未來1年內(nèi)逐步完成發(fā)布任務(wù)。更多標(biāo)準(zhǔn)也將基于這8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)形成。

圖1 城市大腦標(biāo)準(zhǔn)體系與評(píng)價(jià)總體框架

第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 《城市大腦 術(shù)語》介紹和解讀

該標(biāo)準(zhǔn)由中國聯(lián)通智能城市研究院牽頭編制，主要對(duì)包括互聯(lián)網(wǎng)大腦、世界數(shù)字大腦、城市大腦、數(shù)字神經(jīng)元、云反射弧、數(shù)字視覺神經(jīng)、數(shù)字聽覺神經(jīng)、數(shù)字記憶系統(tǒng)、云神經(jīng)中樞等28個(gè)新術(shù)語進(jìn)行了定義。

在《城市大腦術(shù)語》中第一個(gè)核心的概念是互聯(lián)網(wǎng)大腦，它是形成整個(gè)城市大腦標(biāo)準(zhǔn)體系的理論基礎(chǔ)概念，它的示意如2所示，定義如下：

圖2 互聯(lián)網(wǎng)大腦示意圖

互聯(lián)網(wǎng)大腦是互聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向類腦結(jié)構(gòu)演化形成的一種新系統(tǒng)，該系統(tǒng)在人類智慧和機(jī)器智能共同參與下，通過不斷演化形成數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、云反射弧、數(shù)字視覺、數(shù)字聽覺、數(shù)字軀體感覺、數(shù)字運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)、數(shù)字記憶神經(jīng)系統(tǒng)、數(shù)字神經(jīng)中樞系統(tǒng)、數(shù)字自主神經(jīng)系統(tǒng)等組織，實(shí)現(xiàn)世界范圍人、物、系統(tǒng)和組織的的有效鏈接和協(xié)同工作，完成對(duì)世界的認(rèn)知、判斷、決策、反饋和改造，最終幫助人類社會(huì)更為有效地運(yùn)行和發(fā)展。包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊 鏈、云機(jī)器人、移動(dòng)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算等數(shù)字技術(shù)的興起都與互聯(lián)網(wǎng)大腦的各神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育有關(guān)。

在《城市大腦術(shù)語》中第二個(gè)核心概念是世界數(shù)字大腦。之所以定義這個(gè)新概念是因?yàn)橐砻鞒鞘写竽X并非單純的城市級(jí)智能中樞系統(tǒng)，而是要放在全球范圍看待城市大腦的意義，為城市大腦的最終發(fā)展?fàn)顟B(tài)做好概念準(zhǔn)備，世界數(shù)字大腦的定義如下：世界數(shù)字大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦與智慧社會(huì)發(fā)展結(jié)合的產(chǎn)物，是世界級(jí)類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)。作用是提高人類社會(huì)的運(yùn)行效率，解決人類社會(huì)發(fā)展過程中面臨的復(fù)雜問題，更好地滿足人類社會(huì)的不同需求。

在《城市大腦術(shù)語》中第三個(gè)核心概念是城市大腦，也是本標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵概念，這個(gè)概念是綜合互聯(lián)網(wǎng)大腦理論架構(gòu)和產(chǎn)業(yè)建設(shè)城市大腦的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)形成，突出了城市大腦的類腦架構(gòu)，功能和使命，與智慧城市的關(guān)系，最終演化狀態(tài)和意義等。定義如下：城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦與城市建設(shè)和運(yùn)行結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級(jí)的類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)，構(gòu)成包括但不限于城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、云反射弧、城市智能管理中樞、城市視覺神經(jīng)、城市聽覺神經(jīng)、城市軀體感覺神經(jīng)、城市運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、城市記憶、城市神經(jīng)纖維等。其中數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和云反射弧是建設(shè)的重點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算、5G、云機(jī)器人和數(shù)字孿生等數(shù)字技術(shù)的使用應(yīng)圍繞這兩個(gè)重點(diǎn)實(shí)施。城市大腦的運(yùn)轉(zhuǎn)需要人類智慧和機(jī)器智能的共同參與，城市大腦的作用是提高城市的運(yùn)行效率，解決城市運(yùn)行中面臨的復(fù)雜問題，更好地滿足民眾的不同需求。作為一種類腦的仿生技術(shù)架構(gòu)，城市大腦是智慧城市產(chǎn)生智慧的重要技術(shù)方案。城市大腦的發(fā)展不應(yīng)局限在一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)，需要不斷通過省、國家到世界的統(tǒng)一規(guī)劃，最終將世界范圍的城市大腦有效連接在一起，從而形成世界數(shù)字大腦，為人類協(xié)同發(fā)展提供一個(gè)類腦的智能支撐平臺(tái)。

在《城市大腦 術(shù)語》中第四個(gè)核心概念是數(shù)字神經(jīng)元和數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，目前在上海、天津、遼寧、內(nèi)蒙古、四川等省市對(duì)數(shù)字神經(jīng)元的發(fā)展進(jìn)行實(shí)踐，取得了很多成果和應(yīng)用案例，其示意如圖3所示，定義如下：

圖3 數(shù)字神經(jīng)元結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字神經(jīng)元是人、物、程序和組織在各種大腦系統(tǒng)中映射的程序單元，不受操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、運(yùn)行設(shè)備硬件的類型限制?？梢元?dú)立運(yùn)行，可以在同構(gòu)或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行信息交互和功能協(xié)同。具有統(tǒng)一的功能結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需求進(jìn)行連接、組合、交互，從而實(shí)現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而形成數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。

在《城市大腦 術(shù)語》中第五個(gè)核心概念是云反射弧，云反射弧的提出和定義主要是表明萬物互聯(lián)不是最終目的，通過數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)后，再通過云反射弧實(shí)現(xiàn)萬物交互，從而能夠解決復(fù)雜環(huán)境下的問題和需求，才是城市大腦和世界數(shù)字大腦的使命，其示意如圖4所示，定義如下：

圖4 云反射弧結(jié)構(gòu)圖

云反射弧是多種數(shù)字神經(jīng)元按照類神經(jīng)系統(tǒng)的反射弧原理形成的協(xié)同工作技術(shù)鏈條，由擔(dān)任感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應(yīng)器的數(shù)字神經(jīng)元聯(lián)合組成，對(duì)應(yīng)解決城市和人類社會(huì)的具體問題和需求。

除了這些核心概念，術(shù)語對(duì) 構(gòu)成云反射弧的云感受器，云輸入、輸出神經(jīng)，云神經(jīng)中樞、云效應(yīng)器進(jìn)行了定義，對(duì)構(gòu)成頂層建設(shè)框架的問題與需求層，數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層，云反射弧層，管理控制層和技術(shù)支撐層進(jìn)行了定義，對(duì)構(gòu)成城市大腦的各數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，如數(shù)字視覺神經(jīng)系統(tǒng)，數(shù)字聽覺神經(jīng)系統(tǒng)，數(shù)字運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)、數(shù)字記憶系統(tǒng)，數(shù)字神經(jīng)纖維，數(shù)字大腦皮層、數(shù)字晶狀體等進(jìn)行了定義。

中國聯(lián)通智能城市研究院首席信息官郭中梅指出《城市大腦術(shù)語規(guī)范》主要針對(duì)城市大腦相關(guān)概念與定義規(guī)范，為統(tǒng)一城市大腦建設(shè)和應(yīng)用過程中各管理和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念而規(guī)劃的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于城市大腦的傳播與交流、新理論的建立、科技成果的推廣都是十分重要的。

第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 《城市大腦頂層規(guī)劃和總體架構(gòu)》介紹和解讀

該標(biāo)準(zhǔn)由中國科學(xué)院虛擬經(jīng)濟(jì)與數(shù)據(jù)科學(xué)研究中心和中電萊斯?fàn)款^編寫，提出了頂層規(guī)劃的10個(gè)要求，包括理論指導(dǎo)原則，系統(tǒng)安全性、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性、關(guān)注性價(jià)比，以人為本解決問題為核心，人機(jī)決策原則、系統(tǒng)進(jìn)化原則、模塊化建設(shè)原則等等。

城市大腦頂層規(guī)劃和總體架構(gòu)的理論架構(gòu)為大腦模型（如圖5所示），這個(gè)模型是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)大腦模型示意圖的進(jìn)一步抽象化，突出了數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、云反射弧以及數(shù)字感覺、視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)、中樞系統(tǒng)等，也對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)中心、算法中心、計(jì)算中心、交互技術(shù)、通信基礎(chǔ)等進(jìn)行了定位和描述。該理論架構(gòu)適用于企業(yè)、產(chǎn)業(yè)、行業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)街道、區(qū)縣、城市、省、國家、世界等領(lǐng)域各種大腦系統(tǒng)的建立。

圖5 城市大腦的大腦理論模型

在建設(shè)總體架構(gòu)方面，標(biāo)準(zhǔn)提出了城市大腦的五層架構(gòu)：包括問題需求層、數(shù)字神經(jīng)元層、云反射弧層、管理控制層和技術(shù)支撐層，提出所有的管理和技術(shù)應(yīng)圍繞問題需求層服務(wù)和發(fā)展，應(yīng)尋找最重要和最緊急的問題和需求進(jìn)行處理，在問題和需求的約束下逐步擴(kuò)大數(shù)字神經(jīng)元的覆蓋范圍，擴(kuò)大云反射弧的應(yīng)用場(chǎng)景。使用的各種數(shù)字技術(shù)以滿足問題和需求的解決為準(zhǔn)，避免城市大腦的盲目和無序發(fā)展，因?yàn)榘凑帐澜缃y(tǒng)一的數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和云反射進(jìn)行規(guī)劃，該建設(shè)總體架構(gòu)能夠同時(shí)滿足不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城市、省、國家和世界的跨層級(jí)信息交互要求，如圖6所示。

圖6, 城市大腦的5層建設(shè)架構(gòu)圖

在城市大腦的部署架構(gòu)方面，標(biāo)準(zhǔn)提出城市大腦的建設(shè)可以采用中心化和去中心化(分布式）結(jié)合的方式，在具有統(tǒng)一規(guī)劃的市、省和國家內(nèi)部可以采用中心化的架構(gòu)布局，在不同城市，省和國家之間沒有形成統(tǒng)一的規(guī)劃前，由于互不隸屬，可以采用分布式的架構(gòu)布局，如圖7所示。

圖7 城市部署架構(gòu)模型

《城市大腦頂層規(guī)劃和總體架構(gòu)》認(rèn)為城市大腦是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用范圍廣，覆蓋區(qū)域大的城市級(jí)類腦復(fù)雜巨系統(tǒng)，城市智能管理中樞是城市大腦各神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，在自然界中，生物腦特別是人腦是產(chǎn)生智慧最重要的結(jié)構(gòu)。本標(biāo)準(zhǔn)從類腦仿生學(xué)角度建設(shè)城市大腦，符合自然界產(chǎn)生智慧的基本原理，為智慧城市產(chǎn)生智慧提供了一種可行的技術(shù)解決方案。同時(shí)本文件認(rèn)為城市大腦的發(fā)展不應(yīng)僅僅局限在一個(gè)城市范圍，它將沿著省級(jí)大腦、國家大腦、世界數(shù)字大腦的路徑不斷演化，并最終為人類社會(huì)的協(xié)同發(fā)展構(gòu)建全球化的智能支撐平臺(tái)，因此，本文件的制定為城市大腦的未來擴(kuò)展預(yù)留了空間。

第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《城市大腦數(shù)字神經(jīng)元基本規(guī)定》的介紹和解讀

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由中國電信牽頭編寫，對(duì)數(shù)字神經(jīng)元的類型種類、相互關(guān)系、功能模塊等進(jìn)行了規(guī)范，提出應(yīng)為世界范圍的人、物、系統(tǒng)和組織建立統(tǒng)一的數(shù)字神經(jīng)元，這是城市大腦能夠打破信息孤島，進(jìn)行跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)信息交互的基礎(chǔ)。

其中數(shù)字神經(jīng)元的種類包括人類神經(jīng)元、實(shí)物神經(jīng)元、程序神經(jīng)元和組織神經(jīng)元，這種劃分已經(jīng)可以覆蓋現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的不同種類對(duì)象和元素。

數(shù)字神經(jīng)元的相互關(guān)系包括平等關(guān)系，控制關(guān)系和部分控制關(guān)系，這種關(guān)系的設(shè)置也是為了對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中不同數(shù)字神經(jīng)元在各種任務(wù)、問題的處理中所形成的協(xié)作關(guān)系。

數(shù)字神經(jīng)元的功能模塊可以參考圖3所示，主要功能模塊包括信息同步模塊、信息展示模塊、信息交互模塊 、人工智能控制模塊、人工控制模塊、云反射弧管理模塊、空間位置編碼模塊、身份編碼模塊、以及其他功能模塊，每個(gè)模塊的具體含義可以參考本標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容。

中國電信智慧城市和數(shù)字政府首席專家張東指出《城市大腦數(shù)字神經(jīng)元基本規(guī)定》通過整合仿生學(xué)、信息系統(tǒng)控制理論，以及城市大腦數(shù)字神經(jīng)元的實(shí)踐需求，創(chuàng)造性的提出了數(shù)字神經(jīng)元的功能模型框架，完整的體現(xiàn)出了軟件設(shè)計(jì)模塊化開發(fā)的概念模型，理論體系非常完整，為城市大腦下一步體系創(chuàng)新指明了方向。

城市大腦首批三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)和意義

中國指揮與控制學(xué)會(huì)副秘書長 、一體化指揮調(diào)度技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室主任劉玉超在發(fā)布會(huì)上對(duì)城市大腦首批三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的起源、背景和特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。他指出城市大腦是一個(gè)在中國原創(chuàng)提出并快速發(fā)展的科技新領(lǐng)域。2008年中國科學(xué)院石勇、呂本富、劉鋒、劉穎研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出用“神經(jīng)元+反射弧”的類腦架構(gòu)刻畫全球數(shù)字科技生態(tài)的演化，建立了互聯(lián)網(wǎng)大腦模型；2015年中科院與遠(yuǎn)望智庫數(shù)字大腦研究院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)又結(jié)合智慧城市建設(shè)，提出用“數(shù)字神經(jīng)元+云反射弧”架構(gòu)表征的“城市大腦”概念與定義。

2016年杭州正式啟動(dòng)城市大腦的建設(shè)工程，，此后上海、鄭州、銅陵、南昌、福州、北京、?？诘葦?shù)百個(gè)城市開始規(guī)劃和建設(shè)城市大腦，在各級(jí)政府的支持下，城市大腦的快速發(fā)展極大的推動(dòng)了城市的現(xiàn)代化水平。

隨著各地城市大腦項(xiàng)目的啟動(dòng)推進(jìn)，也出現(xiàn)了很多需要關(guān)注的問題。例如，對(duì)城市大腦的理解不一致，建設(shè)方案各有不同，相互之間無法聯(lián)通，造成城市大腦的孤島化效應(yīng)；基層大眾體驗(yàn)不強(qiáng)，建設(shè)成本高，與傳統(tǒng)的智慧城市建設(shè)沒有本質(zhì)區(qū)別；重大突發(fā)事件反應(yīng)不及時(shí)，社會(huì)對(duì)建設(shè)效果產(chǎn)生質(zhì)疑等。

在2020年的全國兩會(huì)上，就有多位代表提出應(yīng)該將如何構(gòu)建城市大腦建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提上議事日程，相關(guān)建設(shè)城市和參建企業(yè)也呼吁盡快推出城市大腦的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。中國指揮與控制學(xué)會(huì)此次發(fā)布的城市大腦標(biāo)準(zhǔn)呼應(yīng)了產(chǎn)業(yè)的要求，同時(shí)具有以下三個(gè)特征：

第一是具有理論上的先進(jìn)性，依托中科院和遠(yuǎn)望智庫數(shù)字大腦研究團(tuán)隊(duì)在數(shù)字科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)理論研究成果，作為編制城市大腦標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)；明確了城市大腦的定義，回答了城市大腦與智慧城市的關(guān)系，創(chuàng)新提出采用類腦技術(shù)架構(gòu)建設(shè)城市大腦。

第二是具有產(chǎn)業(yè)共識(shí)的廣泛性。參編單位包括中科院、清華、北大、國創(chuàng)會(huì)、鵬城實(shí)驗(yàn)室、遠(yuǎn)望智庫、中國電信、中國聯(lián)通、中電萊斯，廣電運(yùn)通、中國電科院、騰訊、百度、科大訊飛、奇虎360、世紀(jì)互聯(lián)、中電科新型智慧城市研究院、中國城市科學(xué)科學(xué)研究會(huì)、信網(wǎng)真、中移系統(tǒng)集成、天府大數(shù)據(jù)研究院、智慧足跡、中科語凡、飛諾門陣等30多家領(lǐng)域知名科研單位和行業(yè)龍頭企業(yè)；

第三是面向場(chǎng)景綜合考慮了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化。提出的框架標(biāo)準(zhǔn)為城市大腦的演化發(fā)展預(yù)留了空間，提出以最緊迫的場(chǎng)景問題和需求為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建數(shù)字神經(jīng)元和云反射弧，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)、不同粒度的城市大腦的統(tǒng)一，提出城市大腦不僅是一個(gè)城市智能治理的中樞，更是全省、全國性、乃至全球性類腦信息系統(tǒng)的一部分，擁有完整的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)支撐城市和人類社會(huì)的智能化運(yùn)行。