目錄

• 智慧城市的發(fā)展歷程

• 城市大腦的發(fā)展局限

• 城市大腦的發(fā)展規(guī)律

• 類(lèi)腦巨系統(tǒng)的發(fā)展形式

• 泛在城市智能操作系統(tǒng)的核心需求

• 城市大腦的幾個(gè)典型的具象問(wèn)題

1.智慧城市建設(shè)經(jīng)歷了阿里城市大腦的開(kāi)拓時(shí)代，百花齊放的建設(shè)時(shí)代，以及到現(xiàn)階段數(shù)字孿生趨勢(shì)下的深化建設(shè)時(shí)代。

在阿里的城市大腦的開(kāi)拓時(shí)代，業(yè)內(nèi)普遍存在基礎(chǔ)建設(shè)薄弱、管理理念落后，因此阿里城市大腦是一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的樣板工程，為業(yè)內(nèi)樹(shù)立了標(biāo)桿和榜樣。

在隨后的建設(shè)時(shí)代，由于城市建設(shè)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性和業(yè)務(wù)管理單位的眾多，以及技術(shù)樣本的建立和部署尺度的可調(diào)，形成了市域、縣域的行政管理建設(shè)、交通、公安、綜治等治理管理建設(shè)和安監(jiān)、消防等的專(zhuān)業(yè)管理建設(shè)需求，以及眾多的大型集成商和中小型本地集成商的競(jìng)爭(zhēng)參與，城市大腦類(lèi)型的業(yè)務(wù)進(jìn)入百花齊放的建設(shè)時(shí)代。

隨著雪亮工程的階段性成果確立，傳統(tǒng)的建設(shè)模式難以為繼，智慧城市建設(shè)在2020年底進(jìn)入到了更高的規(guī)劃層次；雪亮工程的發(fā)展一直有一個(gè)邏輯問(wèn)題，即早期階段像攝像頭這樣的基礎(chǔ)設(shè)施都在以獨(dú)立的項(xiàng)目需求進(jìn)行散點(diǎn)建設(shè)，然后通過(guò)雪亮工程進(jìn)行互聯(lián)互通，但在雪亮工程一期二期之后，是否仍然進(jìn)行散點(diǎn)建設(shè)、然后再通過(guò)四期五期去連？聽(tīng)起來(lái)就不太理想對(duì)吧！因此提升規(guī)劃能力及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)成為不可回避的主題。

因此，近年來(lái)一直有一個(gè)討論是“數(shù)據(jù)即資產(chǎn)”、“城市數(shù)據(jù)也是政府的重要資產(chǎn)”，因此數(shù)據(jù)的管理、治理和安全性也被納入政府的規(guī)劃范疇，以出現(xiàn)像大數(shù)據(jù)局這樣的專(zhuān)職行政單位為典型代表，并且多數(shù)大數(shù)據(jù)局都在主導(dǎo)城市運(yùn)營(yíng)中心的建設(shè)，這個(gè)趨勢(shì)以習(xí)近平總書(shū)記在十四五規(guī)劃前后提出的智慧城市治理的“全周期、全要素”管理理念后被確立。

與此同時(shí)，由于5G及人工智能技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)AIoT的建設(shè)興起，城市級(jí)的智慧管理建設(shè)需要有一個(gè)易于理解且易于執(zhí)行的指導(dǎo)思想，因此，在2020年底，由工信部主導(dǎo)，推廣城市數(shù)字孿生這個(gè)理念，并迅速被業(yè)內(nèi)接受。由此，智慧城市建設(shè)發(fā)展到現(xiàn)階段以數(shù)字孿生為趨勢(shì)的深化建設(shè)時(shí)代。

2.城市大腦的發(fā)展局限是尚未形成趨同的具有指導(dǎo)性的應(yīng)用、架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)以及支撐體系。

城市大腦的設(shè)計(jì)目標(biāo)是支撐未來(lái)城市可持續(xù)發(fā)展的全新基礎(chǔ)設(shè)施,其核心是利用實(shí)時(shí)全量的城市數(shù)據(jù)資源全局優(yōu)化城市公共資源，即時(shí)修正城市運(yùn)行缺陷，實(shí)現(xiàn)城市治理模式突破、城市服務(wù)模式突破、城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三個(gè)突破：

城市治理模式突破:提升政府管理能力，解決城市治理突出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)城市治理智能化、集約化、人性化；
城市服務(wù)模式突破：更精準(zhǔn)地隨時(shí)隨地服務(wù)企業(yè)和個(gè)人，城市的公共服務(wù)更加高效，公共資源更加節(jié)約；
城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展突破：開(kāi)放的城市數(shù)據(jù)資源是重要的基礎(chǔ)資源，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮催生帶動(dòng)作用，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。[1]

但其實(shí)施模式是單點(diǎn)——單一政府(或區(qū)域)主導(dǎo)、單一企業(yè)(或企業(yè)聯(lián)合體)推動(dòng)、單一應(yīng)用(或整合應(yīng)用)為牽引——突破的模式，也即需求的提出、實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)、已有的基礎(chǔ)均為個(gè)性化主題，最終形成標(biāo)桿項(xiàng)目，尚未形成趨同的具有指導(dǎo)性的應(yīng)用、架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)以及支撐體系。

據(jù)工信部相關(guān)白皮書(shū)指出：智慧城市建設(shè)發(fā)展已近十年，至今卻無(wú)一個(gè)城市自我標(biāo)榜已建成了智慧城市。事實(shí)上，智慧城市面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱。
所謂技術(shù)瓶頸，是指基于云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)的聚合式的模式創(chuàng)新比較成功，而基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用，各功能模塊有機(jī)融合的ONEICT 架構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運(yùn)行和治理的水平有量的提升，但沒(méi)有質(zhì)的改變。
所謂非技術(shù)瓶頸，表現(xiàn)在智慧城市建設(shè)所需的龐大資金問(wèn)題一直沒(méi)有找到解決之道，政府和市場(chǎng)邊界不好劃分，工程周期長(zhǎng)投入大充滿變數(shù)，企業(yè)盈利和資本回報(bào)前景模糊，觀望躑躅之下，推進(jìn)效果可想而知。此外，彰顯智慧所必須的資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制也一直沒(méi)有建立起來(lái)，信息打通仍然困難，協(xié)同共治難實(shí)現(xiàn)。兩大瓶頸懸而未決導(dǎo)致智慧城市疲態(tài)盡顯停滯不前，現(xiàn)有的建設(shè)發(fā)展模式亟待突破。[2]

因此，結(jié)合城市智能領(lǐng)域的萬(wàn)物互聯(lián)與決策響應(yīng)技術(shù)，以及結(jié)合公共治理理念及民生服務(wù)發(fā)展，更為深入思考其客觀規(guī)律是非常有價(jià)值的事情。

3.影響智慧城市建設(shè)的發(fā)展因素由復(fù)雜的多維度因素構(gòu)成，總體而言有3個(gè)方面比較大的因素，包括：公共治理理念及需求、技術(shù)趨勢(shì)及成熟現(xiàn)狀、廠商競(jìng)爭(zhēng)及利益訴求三個(gè)方面的綜合因素。

（1）公共治理理念及需求

進(jìn)入2020年以來(lái)，由于新冠疫情的意外出現(xiàn)，讓全社會(huì)都措手不及，在抗疫的過(guò)程中，也充分暴露出了社會(huì)體系層面應(yīng)對(duì)此類(lèi)疫情的能力缺失，對(duì)政府在醫(yī)療保障、公共衛(wèi)生、應(yīng)急安監(jiān)、治安防控等方面提出了新的更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

新基建的概念也在此時(shí)應(yīng)運(yùn)而生，未來(lái)的城市新基建體系應(yīng)當(dāng)是基于基礎(chǔ)設(shè)施與管理理念同步提升，相互契合的指導(dǎo)思想進(jìn)行建設(shè)。

一方面技術(shù)體系不能是孤島，另一方面，如何讓技術(shù)體系更好地符合公共治理思想、為城市的發(fā)展和支持提供更高效的支撐。

（2）技術(shù)趨勢(shì)及成熟現(xiàn)狀

由技術(shù)迭代導(dǎo)致的應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)和應(yīng)用升級(jí)，仍然是現(xiàn)階段人工智能應(yīng)用的主旋律，由于現(xiàn)階段人工智能的基本屬性，其面向具體應(yīng)用領(lǐng)域是無(wú)限細(xì)分的，并且在越細(xì)分的情況下，其處理單個(gè)原子問(wèn)題的精度就越高，但是對(duì)于總體架構(gòu)的趨勢(shì)和可延展性要求就越高，否則就要么無(wú)法升級(jí)使用，要么就因?yàn)橐恍┬〉奶匦愿纳贫鴮?duì)整體架構(gòu)提出挑戰(zhàn)。

并且由于客觀世界的復(fù)雜性和現(xiàn)階段AI的統(tǒng)計(jì)學(xué)基本屬性，任何一個(gè)單一團(tuán)隊(duì)均無(wú)法對(duì)復(fù)雜世界的每個(gè)原子問(wèn)題都去追求高精度，因此，未來(lái)AI問(wèn)題的解決需要充分挖掘和利用開(kāi)源及生態(tài)社區(qū)，那么同樣對(duì)系統(tǒng)整合、一致性標(biāo)準(zhǔn)和共享及復(fù)用提出了很高的要求。

（3）廠商競(jìng)爭(zhēng)及利益訴求

由于廠商是商業(yè)經(jīng)營(yíng)的利益實(shí)體，因此廠商之間形成了平臺(tái)體系的競(jìng)爭(zhēng)和隔離、應(yīng)用體系的競(jìng)爭(zhēng)和隔離、基建體系的競(jìng)爭(zhēng)和隔離，因此導(dǎo)致系統(tǒng)整合困難、缺乏一致性標(biāo)準(zhǔn)、重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題。

例如在城市大腦AI應(yīng)用這個(gè)主題上，不同項(xiàng)目的算力設(shè)備不能兼容、算法不能復(fù)用、數(shù)據(jù)不能復(fù)用等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)施重復(fù)投資、實(shí)施成本高、計(jì)算效率低等現(xiàn)象。

4.城市大腦的有2個(gè)典型以及必然的發(fā)展規(guī)律，一個(gè)是趨向啟動(dòng)摩擦力逐漸降低的技術(shù)方向，另一個(gè)是符合熵增定律的腦群數(shù)量級(jí)增加趨向。

（1）趨向啟動(dòng)摩擦力逐漸降低的技術(shù)方向

從孤島階段開(kāi)始，到應(yīng)用上云、業(yè)務(wù)重構(gòu)，需要克服強(qiáng)大的啟動(dòng)摩擦力，包括實(shí)施成本、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、管理體系配套等方方面面的因素。

在第一階段的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目的參與方開(kāi)始傾向于不重構(gòu)所有系統(tǒng)，僅按照項(xiàng)目需要，從原有體系獲得必要的支撐數(shù)據(jù)，據(jù)此來(lái)衍生新的業(yè)務(wù)或服務(wù)，由于這樣的模式基本不影響原有的管理體系，只需要產(chǎn)生新的技術(shù)系統(tǒng)即可，因此啟動(dòng)摩擦力大大減低。

在更靈活的未來(lái)，所有應(yīng)用和數(shù)據(jù)均可以以服務(wù)的形態(tài)存在網(wǎng)絡(luò)上，因此，在滿足新需求時(shí)，僅需要通過(guò)服務(wù)獲取所需要的數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，并且可以便捷地通過(guò)服務(wù)的組合而滿足新的業(yè)務(wù)，同時(shí)，新開(kāi)發(fā)的功能也可以基于統(tǒng)一的服務(wù)體系存在，使得整個(gè)系統(tǒng)具有持久的可自我迭代的生命力。

要達(dá)到這樣的目標(biāo)需要對(duì)系統(tǒng)整合應(yīng)用規(guī)范、一致性標(biāo)準(zhǔn)和共享及復(fù)用準(zhǔn)則進(jìn)行高層次的設(shè)計(jì)和抽象，以滿足城市大腦對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的橫向支撐及滿足未來(lái)隨著時(shí)間發(fā)展由于技術(shù)和業(yè)務(wù)迭代而需要的升級(jí)或縱向迭代。

（2）符合熵增定律的腦群數(shù)量級(jí)增加趨向

由于最初的階段，基礎(chǔ)設(shè)施普遍不夠完善，管理理念也不夠完善，如何規(guī)劃統(tǒng)籌城市大腦，是一個(gè)新課題，因此，業(yè)內(nèi)需要?jiǎng)?chuàng)新者，進(jìn)行示范性的突破，因此，第一階段的城市大腦必然是由管理者強(qiáng)力推動(dòng)、原始業(yè)務(wù)上云、而后在云端重構(gòu)、并選擇如智能交通類(lèi)的應(yīng)用進(jìn)行單點(diǎn)突破，所以，可以將此階段視作集約建設(shè)階段，代表性的表現(xiàn)就是一把手工程、基礎(chǔ)建設(shè)集約化、業(yè)務(wù)整合集約化。

但第一階段的示范成功后，即由于管理理念被廣泛接受，同時(shí)技術(shù)體系也被初步驗(yàn)證，且技術(shù)體系可以用不同尺度部署，因此，對(duì)于各個(gè)政府的各個(gè)委辦局和管理部門(mén)來(lái)講，這時(shí)候可以充分利用自身對(duì)專(zhuān)業(yè)的理解，和對(duì)本單位資源的合理利用，必然會(huì)出現(xiàn)區(qū)域大腦、行業(yè)大腦、企業(yè)大腦等不同尺度、不同用途的專(zhuān)業(yè)大腦。

由此腦群的數(shù)量級(jí)將不可避免地增加，形成由不同橫向分級(jí)、不同垂直功能的類(lèi)腦巨系統(tǒng)。

腦群概念圖引用（圖示右側(cè)）

5.類(lèi)腦巨系統(tǒng)的發(fā)展仍需要解決一系列的城市級(jí)信息規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，其對(duì)應(yīng)的載體將以泛在城市智能操作系統(tǒng)的形式體現(xiàn)。

由于前述兩個(gè)趨勢(shì)原因，共同導(dǎo)致了城市大腦向城市類(lèi)腦巨系統(tǒng)的演進(jìn)，總結(jié)城市大腦的發(fā)展規(guī)律，可以用計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段來(lái)做參考對(duì)比：

在事物發(fā)展的早期階段，由于核心需求（驅(qū)動(dòng)力）客觀技術(shù)（瓶頸）的矛盾，會(huì)首先產(chǎn)生集約化的模式，即由強(qiáng)有力的廠商推動(dòng)封閉模式，該階段既是驅(qū)動(dòng)因素（快速發(fā)展），也是限制因素（壟斷），隨著技術(shù)的發(fā)展，瓶頸被打破，業(yè)內(nèi)開(kāi)始向技術(shù)節(jié)點(diǎn)普遍增強(qiáng)，生態(tài)初步繁榮的方向發(fā)展；直至后面形成具備統(tǒng)一規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)化生態(tài)。

由于產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施普遍升級(jí)，生態(tài)初步繁榮，則最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的就是滿足各個(gè)類(lèi)型用途的操作系統(tǒng)。

操作系統(tǒng)概念也一直在擴(kuò)展和泛化中，出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)（Internet Operating System）、云計(jì)算操作系統(tǒng)（Cloud Operating System）、機(jī)器人操作系統(tǒng)（Robot Operating System）、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)、基于瀏覽器Web OS、智慧城市操作系統(tǒng)（Urban OS）、家庭操作系統(tǒng)（Home OS）等新概念。

如果考察操作系統(tǒng)幾十年來(lái)發(fā)展的重要事件及其時(shí)間節(jié)點(diǎn)，我們不難發(fā)現(xiàn)，操作系統(tǒng)的重大變遷似乎存在一個(gè)20年周期律，即每20年出現(xiàn)一次跨越式發(fā)展機(jī)遇，誕生新一代操作系統(tǒng)。從大型主機(jī)操作系統(tǒng)，到個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，再到移動(dòng)終端操作系統(tǒng)，各領(lǐng)風(fēng)騷20年。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)有一個(gè)“貝爾定律”，說(shuō)的是計(jì)算設(shè)備約每10年完成一次升級(jí)換代，設(shè)備數(shù)和用戶數(shù)均增加一個(gè)數(shù)量級(jí)（10倍），催生新型應(yīng)用，成為新的藍(lán)海。這也進(jìn)而推動(dòng)了操作系統(tǒng)的升級(jí)換代和新型操作系統(tǒng)的誕生，進(jìn)而形成新的操作系統(tǒng)生態(tài)。當(dāng)然，20年定律并不是說(shuō)，原來(lái)的操作系統(tǒng)生態(tài)就此消亡，讓位于新型操作系統(tǒng)，而是新舊生態(tài)并存，但新生態(tài)在數(shù)量規(guī)模上卻是一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的擴(kuò)張。

2018年，中國(guó)科學(xué)院梅宏院士提出了泛在操作系統(tǒng)(Ubiquitous operating systems, UOS) 概念，認(rèn)為，新一代泛在計(jì)算模式和場(chǎng)景需要新的、多樣性的操作系統(tǒng)，面向不同的計(jì)算設(shè)備、不同的計(jì)算系統(tǒng)、或不同的應(yīng)用模式和場(chǎng)景，需要構(gòu)建不同的UOS；UOS是傳統(tǒng)操作系統(tǒng)概念的泛化與延伸，其形態(tài)呈現(xiàn)為面向單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)、或運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)之上的網(wǎng)絡(luò)層操作系統(tǒng)、或二者的結(jié)合；“軟件定義”將是實(shí)現(xiàn)UOS的基本方法學(xué)和技術(shù)途徑。[4]

6.泛在城市智能操作系統(tǒng)的核心需求和需要解決的問(wèn)題，核心部分包括（1）城市腦群決策信息交換機(jī)制（2）邊緣感知網(wǎng)絡(luò)的信息上報(bào)和邊緣神經(jīng)反射機(jī)制（3）智能體蜂群的邊緣神經(jīng)反射互動(dòng)機(jī)制

泛在城市操作系統(tǒng)是為未來(lái)城市場(chǎng)景的治理以及人居而生，面向未來(lái)解決城市發(fā)展的“大城市病”及符合未來(lái)科技發(fā)展、提升城市的人居感受。

泛在城市智能操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)和現(xiàn)行的云端虛擬操作系統(tǒng)最大的區(qū)別就是其是為無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接而生，其連接與服務(wù)的目標(biāo)是未來(lái)海量的機(jī)器智能體，其連接設(shè)備數(shù)和用戶數(shù)均比目前的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備增加不止一個(gè)數(shù)量級(jí)。

形象描述一下規(guī)模，今天全球大約有70億人口，在PC時(shí)代，差不多20億個(gè)人電腦接入網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)入移動(dòng)時(shí)代，差不多100億手持設(shè)備，與PC時(shí)代至少形成5倍的代差；而未來(lái)，充斥人類(lèi)社會(huì)的將是無(wú)處不在的機(jī)器智能體——自動(dòng)駕駛汽車(chē)、聯(lián)網(wǎng)的冰箱、電視、洗衣機(jī)、音響、以及數(shù)量無(wú)窮的服務(wù)型機(jī)器人——在移動(dòng)機(jī)器人時(shí)代，500億移動(dòng)智能設(shè)備已經(jīng)可以期待——而人類(lèi)，只要能創(chuàng)（lan）新（duo），就一定會(huì)更創(chuàng)（lan）新（duo），所以這一切都是必然會(huì)發(fā)生的。

可以預(yù)見(jiàn)，服務(wù)型機(jī)器人將成為城市重要的組成部分。而移動(dòng)自主機(jī)器人所需的信息化支持將依賴無(wú)處不在的環(huán)境感知和數(shù)字孿生體系。

當(dāng)前移動(dòng)自主服務(wù)設(shè)備的發(fā)展尚處于空白階段，但雛形已現(xiàn)，未來(lái)已來(lái)。

我們可以想象一下這樣的場(chǎng)景，比如你要安排你的家庭服務(wù)機(jī)器人把你要干洗的衣服送去500米外的馬路對(duì)面的洗衣店，你的家庭服務(wù)機(jī)器人需要知道如何攜帶物品、乘坐電梯、規(guī)劃路徑、規(guī)避障礙、門(mén)店識(shí)別、人臉識(shí)別、人機(jī)交流、電子支付，在機(jī)器人通過(guò)馬路時(shí)，路旁的攝像機(jī)會(huì)使用車(chē)路協(xié)同廣播，提醒路徑上的有人/無(wú)人駕駛汽車(chē)注意避免碰撞，這些均需要以來(lái)數(shù)字孿生和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)同來(lái)完成。

因此，未來(lái)的城市大腦的核心部分包括（1）城市腦群（決策信息交換）（2）邊緣感知網(wǎng)格（決策信息上報(bào)+邊緣神經(jīng)反射）（3）智能體蜂群（邊緣神經(jīng)反射互動(dòng)）等3部分構(gòu)成。

7.綜上所述，城市大腦的發(fā)展目前面臨幾個(gè)典型的具象問(wèn)題在解決的路徑中，包括（1）GIS未形成標(biāo)準(zhǔn)及廣域服務(wù)能力（2）視覺(jué)計(jì)算未形成標(biāo)準(zhǔn)及資源復(fù)用規(guī)則（3）腦群之間的聯(lián)系未形成標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)通信原則。

上述問(wèn)題正在解決的路徑上，讓我們拭目以待并期待未來(lái)的美好生活。
作者：AI青衫 (微信號(hào): JasonLiuBook)
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