城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究報告(2020版）

1、目 錄 第一章 理論基礎(chǔ)-互聯(lián)網(wǎng)大腦模型.1.1 互聯(lián)網(wǎng)的起源與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu).1.2 互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的提出.1.3 互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的新特征.1.4 基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的前沿科技關(guān)系分析.第二章 城市大腦的起源與定義.2.1 城市大腦的定義分析.2.2 城市大腦中的“大腦”含義.2.3 城市大腦發(fā)展中遇到的問題.2.4 城市大腦可以從互聯(lián)網(wǎng)大腦模型中繼承什么特征？.2.5 構(gòu)建城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)的九個研究方向.第二章 城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究.3.1 研究方向一：如何構(gòu)建城市大腦的頂層標(biāo)準(zhǔn).3.2 研究方向二：如何制定城市神經(jīng)元的分類標(biāo)準(zhǔn).3.3 研究方向三：如何制定城市神經(jīng)元的功能和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn).3.4 研

2、究方向四：如何制定城市大腦的權(quán)限關(guān)系標(biāo)準(zhǔn).3.5 研究方向五：如何規(guī)劃城市大腦的總體技術(shù)框架標(biāo)準(zhǔn).3.6 研究方向六：如何規(guī)劃城市神經(jīng)元的全球空間位置標(biāo)準(zhǔn).3.7 研究方向七：如何規(guī)劃城市神經(jīng)元的世界統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn).3.8 研究方向八：如何構(gòu)建城市大腦云反射弧建設(shè)標(biāo)準(zhǔn).3.9 研究方向九：如何構(gòu)建城市大腦運行安全標(biāo)準(zhǔn).第四章 城市智商：城市大腦智能發(fā)展水平的評估.4.1 城市智商的定義.4.2 城市智商的測試量表.4.3 范例：上海城市智商.第五章 城市大腦發(fā)展的七個階段分析.5.1 第一階段，城市大腦的史前階段（6000 年前-2009 年）.5.2 第二階段，城市大腦的混沌階段（2009 年

3、-2015 年） .5.3 第三階段 城市大腦的萌芽階段（2015 年-2021 年） .5.4 第四階段，城市大腦的連接階段（2021-2045） .5.5 第五階段，城市大腦的分權(quán)階段（2023 年-2045 年） .5.6 第六階段 城市大腦的反射弧階段（2025-2045） .5.7 第七階段 城市大腦的世界腦階段（2045-） .第六章 世界科技公司的“大腦系統(tǒng)” .6.1 谷歌大腦.6.2 訊飛超腦.6.3 百度大腦.6.4 阿里 ET 大腦.6.5 360 安全大腦.6.6 騰訊超級大腦.6.7 華為云 EI 智能體.6.8 騰訊 WeCity 未來城市 .6.9 中科大腦.6.

4、10 達(dá)闥科技機(jī)器人大腦.第七章 世界城市的“城市大腦”案例 .7.1 杭州城市大腦.7.2 上海城市大腦.7.3 北京海淀區(qū)城市大腦.7.4 加拿大多倫多谷歌超級智慧城市.7.5 銅陵城市大腦（城市超腦）.7.6 福州城市大腦.第八章 城市大腦相關(guān)產(chǎn)業(yè)劃分與典型企業(yè).8.1 類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)范例企業(yè)介紹.8.2 視覺神經(jīng)系統(tǒng)范例企業(yè)介紹.8.3 聽覺神經(jīng)系統(tǒng)范例企業(yè)介紹.8.4 軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)范例企業(yè)介紹.8.5 運動神經(jīng)系統(tǒng)范例企業(yè)介紹.8.6 神經(jīng)纖維范例企業(yè)介紹.8.7 中樞神經(jīng)范例企業(yè)介紹.8.8 神經(jīng)反射弧范例企業(yè)介紹.8.9 可視化空間構(gòu)建范例企業(yè)介紹.8.10 人工智能算法范例

5、企業(yè)介紹.8.11 群體智能范例企業(yè)介紹.8.12 人機(jī)交互（互聯(lián)網(wǎng)入口）范例企業(yè)介紹.8.13 安全防護(hù)范例企業(yè)介紹.8.14 芯片范例企業(yè)介紹.8.15 操作系統(tǒng)范例企業(yè)介紹.8.16 記憶系統(tǒng)（大數(shù)據(jù)存儲與處理）范例企業(yè)介紹.8.17 超算與大規(guī)模計算范例企業(yè)介紹.8.19 神經(jīng)系統(tǒng)綜合應(yīng)用（系統(tǒng)集成）.第九章 城市大腦與前沿科技的關(guān)系 .9.1 二十一世紀(jì)前沿科技關(guān)系圖.9.2 社交網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò).9.3 云計算，互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng).9.4 光纖與移動通訊，互聯(lián)網(wǎng)大腦神經(jīng)纖維.9.5 物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)大腦感覺神經(jīng)系統(tǒng).9.6 工業(yè) 4.0 和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)大腦運動神經(jīng)系統(tǒng).9

6、.7 大數(shù)據(jù)，形成互聯(lián)網(wǎng)大腦的智能基礎(chǔ).9.8 人工智能，激活互聯(lián)網(wǎng)大腦的運轉(zhuǎn).9.9 邊緣計算，互聯(lián)網(wǎng)大腦神經(jīng)末梢的發(fā)育.9.10 數(shù)字孿生與虛擬現(xiàn)實，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)大腦思想空間.9.11 區(qū)塊鏈，一個古老神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反抗.9.12 智慧社會、混合智能、和云反射弧的形成.附錄 A 城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究報告（1.0）的 19 個核心觀點 .前 言2020 年，在 5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈和新基建等一輪輪科技浪潮的推動下，“城市大腦”成為城市建設(shè)和前沿科技領(lǐng)域的新熱點。應(yīng)該說城市大腦是在中國誕生的原創(chuàng)科技成果。 2015 年城市大腦基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的定義被首次提出，2016年杭州首次在世界

7、上開始了城市大腦的建設(shè)計劃。截至 2020 年 6 月，全國已經(jīng)有數(shù)百個城市宣布建設(shè)城市大腦。阿里、華為、百度、騰訊、科大訊飛、中科大腦，360、滴滴和京東等數(shù)百家科技企業(yè)宣布進(jìn)軍城市大腦領(lǐng)域，相繼提出了自己的“泛城市大腦”技術(shù)規(guī)劃。在 2020 年 5 月的全國兩會上，多位代表提出應(yīng)該將構(gòu)建城市大腦建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提上議事日程。由于目前沒有統(tǒng)一的城市大腦建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)先行城市在數(shù)百家科技企業(yè)的幫助下根據(jù)各自的理解和探索，按照不同的技術(shù)框架展開建設(shè)工作：有的從城市級人工智能中樞的角度著手，有的從城市交通與安防的角度啟動，有的則從城市生命體的角度展開。其中存在的問題包括。首先，城市各領(lǐng)域的人、機(jī)器

8、、AI 系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的規(guī)范可以無障礙的連接到城市大腦的系統(tǒng)中，還存在部門孤島，行業(yè)孤島、企業(yè)孤島和地區(qū)孤島的問題。其次，城市的各種需求不能在同一個平臺上統(tǒng)一解決。再次，承建城市大腦的科技企業(yè)之間無法形成協(xié)同效應(yīng)，一個城市的城市大腦建設(shè)工作往往被企業(yè)巨頭壟斷，中小科技企業(yè)很少有機(jī)會參與。展望未來 3 到 5 年，當(dāng)不同城市、不同國家需要實現(xiàn)城市大腦的互聯(lián)互通時，當(dāng)前城市大腦建設(shè)方式的弊端將會凸顯，有可能會使相關(guān)各方陷入困境甚至被迫重新建設(shè)。應(yīng)該說，城市大腦的產(chǎn)生和發(fā)展不僅僅是工程技術(shù)問題，更是基礎(chǔ)科學(xué)研究問題。21 世紀(jì)以來，前沿科技領(lǐng)域出現(xiàn)了包括城市大腦在內(nèi)的大量新概念和新技術(shù)。那么，驅(qū)動這些

9、新概念和新科技發(fā)展的背后規(guī)律是什么？這也是城市大腦所面臨的基本問題。只有找到這個規(guī)律并掌握它，我們才有可能在城市大腦的未來建設(shè)過程中以最小試錯成本獲得最大紅利。科學(xué)院研究團(tuán)隊在 2007 年發(fā)現(xiàn)，21 世紀(jì)前沿科技發(fā)展的種種跡象表明，深刻影響人類發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)正在逐步從扁平的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向立體的類腦架構(gòu)演化。互聯(lián)網(wǎng)的這一變化既是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI、邊緣計算、數(shù)字孿生等技術(shù)爆發(fā)的原因，也是城市大腦、谷歌大腦、百度大腦、訊飛超腦等類腦巨系統(tǒng)涌現(xiàn)的根源。2015 年，研究團(tuán)隊在論文中首次提出城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級的“類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)”。城市大腦

10、的作用是提高城市的運行效率，解決城市運行中面臨的復(fù)雜問題，更好地滿足城市各主體的不同需求。在人類智慧和機(jī)器智能的共同參與下，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)，人工智能，邊緣計算，5G、云機(jī)器人、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)的支撐下，“城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)”和“城市云反射弧”將是城市大腦建設(shè)的重點。在此基礎(chǔ)上，研究組形成了城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)的九個研究方向，分別是：城市大腦的頂層建設(shè)規(guī)范、整體技術(shù)架構(gòu)、云反射弧機(jī)制、運行安全、城市神經(jīng)元的種類劃分、識別編碼、空間位置編碼、功能結(jié)構(gòu)和關(guān)系確定。從城市大腦的起源和發(fā)展來看，它的發(fā)展和規(guī)劃不應(yīng)局限于一個城市、一個地區(qū)或一個國家內(nèi)部。當(dāng)世界各國的城市大腦走向成熟、實現(xiàn)連接之后，世界范圍的城

11、市大腦最終會形成一個統(tǒng)一的“世界神經(jīng)系統(tǒng)”。近 50 年來，IT 相關(guān)智能產(chǎn)業(yè)有三次重要的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)遇。第一次是TCP/IP 協(xié)議的制定，規(guī)范了硬件設(shè)備之間的通信活動；第二次是 W3C 規(guī)則的制定，規(guī)范了互聯(lián)網(wǎng)上信息展示與數(shù)據(jù)傳輸活動， 第三次應(yīng)該是城市大腦到世界神經(jīng)系統(tǒng)規(guī)則制定（WWNS-R），將在應(yīng)用層規(guī)范人、物和系統(tǒng)的交互與協(xié)同。應(yīng)該說，城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究將推動城市建設(shè)和智能產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，使中國在這個領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置，更為重要的是這項研究希望構(gòu)建一個全球統(tǒng)一的類腦智能支撐平臺，從而推動人類社會的協(xié)同發(fā)展，最終為構(gòu)筑起人類命運共同體奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)研究報告 19 個核心

12、觀點（1）互聯(lián)網(wǎng)大腦的形成與 21 世紀(jì)科技生態(tài)的類腦化經(jīng)過 50 多年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)逐步從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)演化為類腦模型。在 21 世紀(jì)，數(shù)十億人類群體智慧與數(shù)百億機(jī)器智能將通過互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)形成一種人機(jī)協(xié)同的類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)?；ヂ?lián)網(wǎng)的這一巨大變化將對 21 世紀(jì)科技生態(tài)產(chǎn)生重大影響。包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、數(shù)字孿生、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、城市大腦和工業(yè)大腦在內(nèi)的許多前沿科技的產(chǎn)生，都與互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的發(fā)育有關(guān)（如圖 1）。圖 1 互聯(lián)網(wǎng)大腦模型城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)發(fā)育過程中與城市建設(shè)相結(jié)合的產(chǎn)物。一方面，城市大腦將繼承互聯(lián)網(wǎng)大腦的基本特征；另一方面，城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦的子集，將借助互聯(lián)

13、網(wǎng)大腦實現(xiàn)不同城市大腦之間的信息交換（如圖 2）。圖 2城市大腦與互聯(lián)網(wǎng)大腦關(guān)系圖城市大腦是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)與智慧城市建設(shè)結(jié)合的產(chǎn)物，是城市級的“類腦復(fù)雜智能巨系統(tǒng)”。在人類智慧和機(jī)器智能的共同參與下，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、5G、云機(jī)器人和數(shù)字孿生等前沿技術(shù)的支撐下，城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和城市云反射弧將是城市大腦建設(shè)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(fù)雜問題，更好地滿足城市各成員的不同需求。城市大腦的發(fā)展目標(biāo)不僅僅局限在一個城市或一個地區(qū)，當(dāng)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神經(jīng)系統(tǒng)，為人類協(xié)同發(fā)展提供一個類腦的智能支撐平臺（見圖 3）。

14、圖 3 城市大腦示意圖第一是具有類腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。第二是云群體智能和云機(jī)器智能混合形成智能協(xié)同效應(yīng)。第三是借助云反射弧實現(xiàn)信息的跨節(jié)點傳遞（見圖 4）。圖 4 互聯(lián)網(wǎng)大腦的三個特征根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)大腦的三個特征，可以形成城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)的 9 個研究方向：（見圖 5）：城市大腦的頂層建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；城市神經(jīng)元的分類標(biāo)準(zhǔn)；城市神經(jīng)元的功能標(biāo)準(zhǔn)；城市神經(jīng)元的全球空間位置標(biāo)準(zhǔn)；城市神經(jīng)元的世界統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)；城市神經(jīng)元權(quán)限關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)；城市大腦技術(shù)框架標(biāo)準(zhǔn)；城市大腦云反射弧建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；城市大腦運行安全標(biāo)準(zhǔn)圖 5 城市大腦的九個研究方向示意圖城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第一個研究方向提出了城市大腦的三個頂層技術(shù)規(guī)范。第一

15、是“統(tǒng)一的神經(jīng)元節(jié)點技術(shù)框架”（為人類，設(shè)備和軟件系統(tǒng)建立）；第二是“對于每個神經(jīng)元節(jié)點人機(jī)雙智能控制，人類權(quán)限最大”；第三是“跨節(jié)點信息路由，實現(xiàn)云反射弧”（見圖 6）。圖 6 城市大腦三個頂層標(biāo)準(zhǔn)示意圖城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第二個研究方向提出了城市大腦神經(jīng)元的分類。如果按照映射對象進(jìn)行分類，可以把城市大腦神經(jīng)元分為“城市人類神經(jīng)元”、“城市實物神經(jīng)元”、“城市程序神經(jīng)元”和“城市團(tuán)體神經(jīng)元”四類（見圖 7）。圖 7 城市神經(jīng)元的四個類型城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第三個研究方向提出：城市大腦神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)可以由信息展示區(qū)、功能模塊區(qū)、智能控制區(qū)、神經(jīng)元節(jié)點編碼、空間位置編碼等五個模塊組成（見圖 8）。圖 8

16、城市神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第四個研究方向提出：城市大腦中城市神經(jīng)元的權(quán)限關(guān)系除了人機(jī)關(guān)系之外，還包括人人關(guān)系、機(jī)機(jī)關(guān)系、人系統(tǒng)關(guān)系、機(jī)系統(tǒng)關(guān)系、人團(tuán)體關(guān)系、機(jī)團(tuán)體關(guān)系、系統(tǒng)與團(tuán)體關(guān)系、團(tuán)體與團(tuán)隊關(guān)系等。相互關(guān)系有控制、領(lǐng)導(dǎo)和對等關(guān)系等三種類型（見表 1）。表 1 城市神經(jīng)元關(guān)系城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第五個研究方向提出：城市大腦的總體技術(shù)框架標(biāo)準(zhǔn)可以采用中心化和去中心化結(jié)合的方式。互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)目前有兩種重要的模式，分別是中心型架構(gòu)和去中心化(分布式）架構(gòu)。其中中心型架構(gòu)中有B/S、C/S 或云計算模式，去中心化（分布式）架構(gòu)有 P2P 或區(qū)塊鏈模式，城市大腦的總體技術(shù)框架可以是它們的組合形式（

17、見圖 9）。圖 9 城市大腦的總體技術(shù)框架城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第六個研究方向提出：城市神經(jīng)元的全球空間位置標(biāo)準(zhǔn)主要是為在現(xiàn)實世界存在的各種人、實物和團(tuán)體的定位提供支持。目前可以采用的方法有經(jīng)緯度和海拔的組合、中國北斗系統(tǒng)研發(fā)的全球區(qū)域位置標(biāo)識編碼北斗導(dǎo)航網(wǎng)格碼等（見圖 10）。圖 10 城市神經(jīng)元空間位置示意圖城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第七個研究方向提出了規(guī)劃城市神經(jīng)元世界統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)的方法，構(gòu)建了一種新的萬物互聯(lián)神經(jīng)元編碼和實現(xiàn)機(jī)制。城市神經(jīng)元編碼由多個數(shù)據(jù)片段構(gòu)成：包含分類標(biāo)識位、人工編碼、歸屬編碼、時間戳和隨機(jī)數(shù)，允許使用者自動生成。但需要在中心化的驗證節(jié)點數(shù)據(jù)庫進(jìn)行驗證，以保證其唯一性（見圖 11

18、和表 2）。圖 11 城市神經(jīng)元編碼實施架構(gòu)圖表 2 城市神經(jīng)元編碼范例城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第八個研究方向提出了城市大腦在世界范圍如何通過云反射弧對城市運行中的各種需求和問題進(jìn)行處理的規(guī)范方案，如：梳理一個城市需要哪些云反射?。坎煌某鞘腥绾螕碛凶约禾厣脑品瓷浠?？云反射弧的發(fā)起者、管理者和參與者如何協(xié)同等（見圖 12）。圖 12 城市云反射弧城市大腦全球標(biāo)準(zhǔn)第九個研究方向是城市大腦運行安全的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題。城市大腦運行中會遇到黑客攻擊、病毒侵入、操作者失誤和 AI 系統(tǒng)BUG 等問題。這些問題通過城市大腦可以把危險放大到整個城市、國家、區(qū)域乃至世界范圍，因此需要從感知節(jié)點、傳輸線路、決策中樞、運行

19、數(shù)據(jù)和人機(jī)交互等多個角度對城市大腦運行安全進(jìn)行規(guī)范（見圖 13）。圖 13 城市大腦安全示意圖物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算和數(shù)字孿生既是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)發(fā)育過程的產(chǎn)物，也是支撐城市大腦運轉(zhuǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，會深刻影響互聯(lián)網(wǎng)大腦和城市大腦的發(fā)展（見圖 14）。圖 14 城市大腦與前沿科技關(guān)系圖根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)大腦模型，可劃分出實現(xiàn)城市大腦和智能產(chǎn)業(yè)的 19 個相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方向（見圖 15）。圖 15 基于互聯(lián)網(wǎng)大腦模型的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)分布圖根據(jù)全球城市發(fā)展歷史和現(xiàn)代化進(jìn)程，結(jié)合城市大腦三個頂層規(guī)范實施難度的預(yù)判，我們將城市大腦從產(chǎn)生、發(fā)展、成熟到達(dá)最終形態(tài)這個全過程劃分為七個階段（見表 3）。表 3 城市大腦發(fā)展階段階段一城市大腦的史前階段6000 年前-2009 年城市經(jīng)歷了從原始到工業(yè)現(xiàn)代化到信息現(xiàn)代化的過程。階段二城市大腦的混沌階段2009 年-2015 年智慧城市提出和發(fā)展，但沒有形成清晰明確的建設(shè)方向階段三城市大腦的萌芽階段2015 年-2021 年學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)和城市提出城市大腦概念，這個時期重點發(fā)育了城市 AI巨型神經(jīng)元。階段四城市大腦的連接階段2021 年-2045 年城市大腦開始形成統(tǒng)一的城市神經(jīng)元標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對城市內(nèi)和城市之間的人，設(shè)備、物和系統(tǒng)的連接階段五城市大腦的分權(quán)階段2023-2045 年城市大腦開始圍繞人和人，人和機(jī)器（系統(tǒng)），機(jī)器和機(jī)器（系統(tǒng)）