今年對于劉鋒博士而言，是有著特殊意義的一年。作為城市大腦標準研究組總牽頭人、遠望智庫數(shù)字大腦研究院院長、學會團體標準工作委員會委員兼專業(yè)技術委員會副主任，他發(fā)起了“城市大腦建設規(guī)范”系列團體標準的編制工作，為構建城市大腦建設的團體標準、國家標準和國際標準奠定基礎。

城市大腦概念的構建過程，其實并非一帆風順。2005年互聯(lián)網浪潮來臨后，劉鋒博士就開始進行網絡經濟的研究。當時萬物互聯(lián)的互聯(lián)網連接構造，總讓他產生一些浮想。2006年，在受到社交網絡、Google街景系統(tǒng)、云計算等新技術的啟發(fā)，又讓他隱約感覺抓住了什么。根據這些跡象，2007年，劉鋒團隊開始意識到整個互聯(lián)網正在從網狀結構向類腦結構進化，并在2008年正式發(fā)表論文建立互聯(lián)網大腦模型。提出數(shù)字科技的各種技術，實質上是類腦模型的各神經系統(tǒng)不斷發(fā)育的結果。互聯(lián)網大腦模型也成為2015年提出城市大腦概念的理論根基。

近40年來，我國經歷了速度最快、規(guī)模最大的城鎮(zhèn)化進程，2020年我國城鎮(zhèn)化率已達63.89%。今年以來，《2022年新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)融合發(fā)展重點任務》、《關于推進以縣城為重要載體的城鎮(zhèn)化建設的意見》、《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實施方案》等多份政策文件聚焦城市基礎設施“補短板”。

近期《“十四五”全國城市基礎設施建設規(guī)劃》的印發(fā)，再次釋放了城市基礎設施建設加速信號。其中明確提出：到2025年，城市建設方式和生產生活方式綠色轉型成效顯著，基礎設施體系化水平、運行效率和防風險能力顯著提升，超大特大城市“城市病”得到有效緩解，基礎設施運行更加高效，大中城市基礎設施質量明顯提升，中小城市基礎設施短板加快補齊的要求。還要加快新型城市基礎設施建設，推進城市智慧化轉型發(fā)展。

有大腦的城市才能稱之為智慧城市，“城市大腦建設規(guī)范”正是為解決城市發(fā)展問題而提出，為智慧城市建設提供方法論，讓理論和產業(yè)可以在實踐中碰撞出真知。

城市大腦的起源

在2009年，IBM公司首次提出“智慧地球”概念，由此延伸的智慧城市概念極大地推動了世界各國城市的現(xiàn)代化進程。但是，智慧城市的發(fā)展方向并不明晰，智慧城市在國際上也缺乏統(tǒng)一的建設標準、技術標準、行業(yè)標準，導致城市各部門的信息系統(tǒng)自成體系，城市的市政、交通、醫(yī)療、教育、安防等各個部門之間的信息系統(tǒng)從軟硬件接口規(guī)范、網絡傳輸標準、數(shù)據交換標準等各個方面都無法統(tǒng)一。

劉鋒博士認為，自從智慧城市概念提出后，有關如何產生智慧的問題并沒有說清楚或者沒有想清楚、沒有找到一個解決方案，導致各地的智慧城市建設五花八門，各種數(shù)據孤島問題紛紛出現(xiàn)。

城市大腦標準研究組總牽頭人、遠望智庫數(shù)字大腦研究院院長、學會團體標準工作委員會委員兼專業(yè)技術委員會副主任劉鋒博士

智慧城市建設出現(xiàn)的這些問題，從根本上是由于智慧城市的基礎理論和建設框架工作沒有很好地完成。智慧地球和智慧城市提出在諸多前沿科技的統(tǒng)一支撐下讓地球和城市變成更為智慧，但這些前沿科技按照什么架構組合在一起，按照什么規(guī)律建設能讓城市變得更為智慧，產業(yè)界并沒有找到合適的答案，如何讓智慧城市產生智慧將是一個重要的研究課題。而事實上自然界已經為我們準備好了答案，那就是生物腦，特別是人腦是產生智慧最重要和最高效的結構。

劉鋒博士提出，21世紀以來，以互聯(lián)網為核心的世界科技生態(tài)開始呈現(xiàn)越來越多類腦的特征。作為自然界能夠產生智慧的基礎架構“腦”，開始通過兩個途徑為城市智慧的產生提供動力：第一，城市現(xiàn)代化用到的諸多前沿科技按照腦的模型進行組合，由此產生城市的智慧；第二，城市現(xiàn)代化伴隨前沿科技類腦化的過程，從不成熟到逐步成熟，城市的智慧程度不斷提升。

2015年1月，劉鋒博士團隊在《基于互聯(lián)網大腦架構的智慧城市建設探討》一文中提出城市大腦的概念和定義：城市大腦是互聯(lián)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(tǒng)，在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數(shù)字孿生等前沿技術的支撐下，數(shù)字神經元網絡和云反射弧將是城市大腦建設的重點。

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。城市大腦的發(fā)展目標不僅僅局限在一個城市或一個地區(qū)，當世界范圍的城市大腦連接在一起，城市大腦最終將形成世界數(shù)字大腦(WWDB)，為人類協(xié)同發(fā)展提供一個類腦的智能支撐平臺。

互聯(lián)網大腦模型圖

城市大腦的五個系統(tǒng)層

談到城市大腦構成時，劉鋒博士首先明確了一個概念：城市大腦的這個“大腦”的意思是一個巨大的“腦”，而并不是生理學中所定義的大腦，因為在城市大腦中的核心是“反射弧”與“神經元”。

城市大腦總體架構由五個系統(tǒng)層次組成，分別是問題與需求層、云反射弧層、神經元網絡層、管理控制層、技術支撐層。

其中云反射弧層、神經元網絡層是城市大腦建設的核心，問題與需求層是云反射弧層、神經元網絡層建設的目標，管理控制層、技術支撐層為云反射弧層、神經元網絡層和管理控制層的正常運轉提供基礎支撐。城市大腦的五個系統(tǒng)層次：

問題與需求層：負責聚合和存儲城市大腦要解決的問題和需求；

云反射弧層：負責匯總并形成城市大腦中的所有云反射弧運行邏輯機制，每個云反射弧由擔任云感受器、云傳入神經、云神經中樞、云傳出神經、云效應器角色的數(shù)字神經元聯(lián)合構成；

神經元網絡層：負責將城市大腦涉及的人、設備、程序、團體映射成的數(shù)字神經元關聯(lián)在一起，并為云反射弧層提供實際支撐；

管理控制層：負責對上述三層進行管理和監(jiān)控，為它們的正常運行提供管理支持；

技術支撐層：負責對上述四層的實現(xiàn)提供軟硬件的技術支撐。

城市大腦總體架構模型

“數(shù)字神經元和云反射弧機制具有世界統(tǒng)一的屬性，可以在不同社區(qū)、街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)、區(qū)縣、城市、省/地區(qū)和國家之間互聯(lián)互通，因此在架構模型的左側體現(xiàn)可跨城市、跨地區(qū)應用的特征?！眲h博士說道。

“大腦”如何賦予城市智慧

在談到城市大腦是如何賦予城市智慧這個問題時，劉鋒博士向我們表明，城市大腦是基于互聯(lián)網大腦模型和類腦復雜智能系統(tǒng)基礎理論，依據“1+2+N”的建設框架，即世界統(tǒng)一的數(shù)字神經元結構，人與AI結合的混合智能控制，N條跨行業(yè)、跨部門、跨地區(qū)、跨機構的云反射弧，共同解決人類社會不同層級的問題和需求。

城市大腦能夠適應人類社會復雜的應用場景，包括但不僅限于交通、治安、醫(yī)療、環(huán)保、金融、教育、應急、農業(yè)、制造業(yè)等不同領域產生的問題，還能夠解決兩個或多個領域的交叉復合問題。

劉峰博士表示，通過世界統(tǒng)一的數(shù)字神經元和云反射弧機制的構建，將各種服務于人類社會的應用打通，使得城市首先作為一個整體為城市各階層民眾服務。然后擴展到國家，擴展到世界范圍。當世界各國的城市都開始建設城市大腦并能夠互聯(lián)互通，一個應用層的大統(tǒng)一架構，世界數(shù)字大腦將逐步形成。

這不由讓記者想起以前研究過的軟件定義網絡。在傳統(tǒng)的三層網絡中，核心層路由匯聚耗時漫長，而且在匯聚過程中，無法完成路由轉發(fā)工作。因此在制定好路由策略后，即便出現(xiàn)網絡擁塞等狀況，也不會輕易對策略進行改動。呆滯死板的路由策略導致有限的網絡資源無法滿足日益增長的網絡應用需求。

這時有人提出，通過軟件定義的方式，將網絡設備中的轉發(fā)與控制分離，通過專門的控制節(jié)點，甚至是數(shù)據中心來處理流量轉發(fā)的控制問題，實現(xiàn)大二層的扁平化流量管理。最終的成果是，網絡中的延遲可以實時地被控制節(jié)點收集，一旦出現(xiàn)問題，可以即時對網絡策略進行靈活調整。

如今的軟件定義網絡已經成為云計算的重要組成部分之一，還衍生出網絡安全、流量管理等多種全新功能。這與通過統(tǒng)一的數(shù)字神經元和云反射弧機制構建出的城市大腦居然有著異曲同工的效果。數(shù)字神經元和云反射弧就好像扁平的大二層網絡，為問題與需求層在跨行業(yè)、跨部門、跨地區(qū)、跨機構所收集的問題提供了良好的通路，管理控制層則是核心的控制節(jié)點，敏捷智能地對各種問題進行監(jiān)管，并及時下發(fā)策略加以解決，從而形成了高效、智能的全新城市管理手段。

所以城市大腦標準的規(guī)劃，能夠將世界范圍不同城市、不同行業(yè)、不同部門的人、設備、程序等連接在一起，在諸多前沿科技的支撐下完成世界范圍的統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃，同時又能夠靈活適應不同城市、不同產業(yè)、不同文化的不同需求，為實現(xiàn)人類社會的協(xié)同發(fā)展奠定基礎。

劉鋒博士接下來還將繼續(xù)通過對腦科學的仿生學研究，為探索城市大腦的建設和運行尋找更多依據和啟發(fā)。同時通過研究世界范圍，特別是中國智慧城市建設已經取得的創(chuàng)新成果和最新發(fā)展動態(tài)，將其中有益的部分納入城市大腦的發(fā)展規(guī)劃和技術特征中。

審核編輯 黃昊宇