作者：計算機博士，互聯(lián)網(wǎng)進化論作者劉鋒
前言：本文是根據(jù)6月28日我在上海舉辦的2017（第六屆）國際智慧城市峰會上的發(fā)言內(nèi)容整理而成，本次峰會由中國城市科學研究會和同濟大學共同主辦。
2007年開始，我和科學院大學石勇，彭耿，劉穎等老師，發(fā)表論文提出互聯(lián)網(wǎng)的進化發(fā)展問題，“互聯(lián)網(wǎng)正在向著與人類大腦高度相似的方向進化，它將具備自己的視覺、聽覺、觸覺、運動神經(jīng)系統(tǒng)，也會擁有自己的記憶神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)。并繪制了互聯(lián)網(wǎng)云腦的架構圖。
2008年11月6日，美國IBM總裁兼首席執(zhí)行官彭明盛在紐約市外交關系委員會發(fā)表演講《智慧地球：下一代的領導議程》?！爸腔鄣厍颉钡睦砟畋幻鞔_的提出來，目標是讓社會更智慧地進步，讓人類更智慧地生存，讓地球更智慧地運轉(zhuǎn)。
在此基礎上，智慧城市的概念孕育而生，并在此后的8年里，成為中國城市建設的的目標并得到大力推進。智慧城市就是運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能響應。其實質(zhì)是利用先進的信息技術，實現(xiàn)城市智慧式管理和運行，進而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續(xù)成長。
一.用互聯(lián)網(wǎng)云腦架構詳解智慧城市若干重要應用和概念
從本質(zhì)上講智慧地球和智慧城市還是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定程度，向城市建設蔓延和深入的結果。因此建設智慧城市就不能忽略互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和進化規(guī)律。在探討城市神經(jīng)反射弧之前之前，我們首先解析在智慧城市建設中最重要的組成部分云計算，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，人工智能，邊緣計算，工業(yè)4.0,機器人等之間究竟是什么關系
1.物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)云腦的感覺神經(jīng)系統(tǒng)
因為物聯(lián)網(wǎng)重點突出了傳感器感知的概念，同時它也具備網(wǎng)絡線路傳輸，信息存儲和處理，行業(yè)應用接口等功能。而且也往往與互聯(lián)網(wǎng)共用服務器，網(wǎng)絡線路和應用接口，使人與人（Human ti Human ,H2H），人與物（Human to thing，H2T）、物與物（ Thing to Thing,T2T）之間的交流變成可能，最終將使人類社會、信息空間和物理世界融為一體
2.工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是互聯(lián)網(wǎng)云腦運動神經(jīng)系統(tǒng)的萌芽
互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)也就是云計算中的軟件系統(tǒng)控制工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)設備，家庭的家用設備，辦公室的辦公設備，通過智能化，3D打印，無線傳感等技術使的機械設備成為互聯(lián)網(wǎng)大腦改造世界的工具。同時這些智能制造和智能設備也源源不斷向互聯(lián)網(wǎng)大腦反饋大數(shù)據(jù)數(shù)，供互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)決策使用
3.云計算是互聯(lián)網(wǎng)云腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)
在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的架構中，互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)是將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層，核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務，從定義上看，云計算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特征非常吻合。在理想狀態(tài)下，物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和互聯(lián)網(wǎng)的使用者通過網(wǎng)絡線路和計算機終端與云計算進行交互，向云計算提供數(shù)據(jù)，接受云計算提供的服務。
4.大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)人工智能熱潮產(chǎn)生的基礎
隨著博客、社交網(wǎng)絡、以及云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術的興起，互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)信息正以前所未有的速度增長和累積?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶的互動，企業(yè)和政府的信息發(fā)布，物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應的實時信息每時每刻都在產(chǎn)生大量的結構化和非結構化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系內(nèi)，體量極其巨大。這些數(shù)據(jù)中蘊含了對經(jīng)濟，科技，教育等等領域非常寶貴的信息。這就是互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)興起的根源和背景。
5.互聯(lián)網(wǎng)人工智能是互聯(lián)網(wǎng)云腦智慧和智能產(chǎn)生的動力源泉
1992年日本第五代計算機計劃的無果而終，隨后人工神經(jīng)網(wǎng)絡熱在20世紀90年代初退燒，人工智能領域再次進入“AI之冬”。這個冬季如此的寒冷與漫長，直到2006年加拿大多倫多大學教授Geoffrey Hinton提出”深度學習“算法，情況才發(fā)生轉(zhuǎn)變。這個算法是對20世紀40年代誕生的人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論的一次巧妙的升級，它最大的革新是可以有效的處理龐大的數(shù)據(jù)。這一特點幸運的與互聯(lián)網(wǎng)結合。由此引發(fā)了2010年以來新的一股人工智能熱潮。人工智能從此進入一個新的時代--互聯(lián)網(wǎng)人工智能時代，基于互聯(lián)網(wǎng)海量的“大數(shù)據(jù)”和每時每刻與現(xiàn)實世界的信息交互，2014年開始，百度大腦，訊飛大腦，阿里大腦等互聯(lián)網(wǎng)人工智能系統(tǒng)也紛紛涌現(xiàn)，不斷創(chuàng)造出新的領域和記錄。
6.邊緣計算是互聯(lián)網(wǎng)云腦系統(tǒng)的神經(jīng)末梢
邊緣計算可以看做是互聯(lián)網(wǎng)云腦（大腦）發(fā)育過程中互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)末梢不斷發(fā)育的結果，邊緣計算為代表的智能感受器和效應器在網(wǎng)絡的邊緣進行初步和簡單的數(shù)據(jù)，信息處理。它們的出現(xiàn)不是為了替代互聯(lián)網(wǎng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（云計算），而是與云計算互為備份，互為依托，增加整個互聯(lián)網(wǎng)云腦（大腦）的魯棒性。在有良好網(wǎng)絡條件的情況下，云端能減少本地端的計算任務，也能夠完成信息儲備能力及數(shù)據(jù)實時共享。當網(wǎng)絡線路和云端計算量受限時，邊緣計算和霧計算可以獨立進行信息處理，但最終當線路聯(lián)通后，邊緣計算和霧計算還是要把相關信息傳輸?shù)皆贫耍ɑヂ?lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)），實現(xiàn)不同邊緣設備的信息共享和交互。
二 基于互聯(lián)網(wǎng)云腦架構的智慧城市建設
從以上研究可以看出智慧城市作為互聯(lián)網(wǎng)與城市建設結合的樣本，一方面會繼承互聯(lián)網(wǎng)大腦架構的基本原理，也就是說智慧城市作為完整的體系，應該有自己的城市中樞神經(jīng)系統(tǒng)（云計算建設），城市感覺神經(jīng)系統(tǒng)（物聯(lián)網(wǎng)建設），城市運動神經(jīng)系統(tǒng)（工業(yè)4.0建設），城市神經(jīng)模式發(fā)育（邊緣計算），城市智慧的產(chǎn)生與應用（大數(shù)據(jù)與人工智能建設）。
智慧城市建設的基本體系依然是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構的縮小版，但其關鍵核心卻是城市神經(jīng)元或城市神經(jīng)元網(wǎng)絡的建設，我們知道人類大腦中最重要的結構是神經(jīng)元，正是由于神經(jīng)元的鏈接，互動才產(chǎn)生了智慧，同樣智慧城市只有找到和建設好自己的神經(jīng)元，神經(jīng)網(wǎng)絡，其他所有的一切要素（包括云計算，物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)4.0.大數(shù)據(jù)，人工智能）才有基礎。
那么這個城市神經(jīng)元，城市神經(jīng)網(wǎng)絡將如何建設呢？答案是大社交網(wǎng)絡的生成和大社交網(wǎng)絡與城市的結合，一直以來，社交網(wǎng)絡被認為就是互聯(lián)網(wǎng)上人與人的交互社區(qū)。但隨著物聯(lián)網(wǎng)，云計算，大數(shù)據(jù)等新現(xiàn)象的出現(xiàn)，社交網(wǎng)絡的形態(tài)也必將發(fā)生改變，
社交網(wǎng)絡無疑已成為今天互聯(lián)網(wǎng)最熱門的概念和應用，到2012年，F(xiàn)acebook已經(jīng)超于Google成為世界第一大流量網(wǎng)站，在中國，以新浪微博，騰訊微博，人人網(wǎng)，開心網(wǎng)為代表的社交網(wǎng)絡成為中國網(wǎng)民最活躍的場所。
當互聯(lián)網(wǎng)進入21世紀以來，當物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)4.0，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與社交網(wǎng)絡融合時，每一棟大樓，每一輛汽車，每一個景區(qū)，每一個商場，每一個電器都會在SNS網(wǎng)站上開設賬號（如微信，微博，facebook)，自動的發(fā)布自己實時的信息，并與其他”人“，和“物”進行交互.社交網(wǎng)絡的定義將不再僅僅是人與人的社交，而是人與人，人與物，物與物的范圍更大的社交網(wǎng)絡.我們可以稱為“大社交網(wǎng)絡”-BIG Social Networking Services （Big SNS)
這個大社交網(wǎng)絡與智慧城市緊密的結合是智慧城市能否建設成功的關鍵，也就是說智慧城市的每個要素，無論是居民，企業(yè)，政府機構，路燈，車輛，工場，都要以城市神經(jīng)元的方式加入到智慧城市的大社交網(wǎng)絡，這些城市神經(jīng)元的互動，聚合，鏈接將成為城市變成智慧城市的關鍵點。城市中樞神經(jīng)系統(tǒng)（云計算建設），城市感覺神經(jīng)系統(tǒng)（物聯(lián)網(wǎng)建設），城市運動神經(jīng)系統(tǒng)（工業(yè)4.0建設），城市智慧的產(chǎn)生與應用（大數(shù)據(jù)與人工智能建設）的產(chǎn)生而是以此為基礎才能真正運轉(zhuǎn)起來。綜上所述，基于互聯(lián)網(wǎng)云腦架構的智慧城市示意圖如下圖所示：
三、基于互聯(lián)網(wǎng)云腦的7種城市神經(jīng)反射弧和應用場景
神經(jīng)反射現(xiàn)象是人類神經(jīng)系統(tǒng)最重要的神經(jīng)活動之一，它首先由法國哲學家笛卡兒提出，他注意到機體對于一些環(huán)境刺激具有規(guī)律性反應。例如，異物碰到角膜即引起眨眼。他借用了物理學中反射的概念，認為動物的活動像光線投射到鏡子上被反射出來一樣。用實驗分析的方法研究腦和脊髓并闡明反射規(guī)律的，是英國的謝靈頓以及俄國的謝切諾夫和巴甫洛夫。
反射弧是反射活動的結構基礎，是機體從接受刺激到發(fā)生反應的過程中興奮在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)循行的整個路徑。反射一般都需要完整的反射弧來實現(xiàn)。一個完整的反射弧由感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)、效應器5個基本部分組成。
膝跳反射是我們最為熟知，也是最簡單的反射活動， 我們經(jīng)?？梢钥吹揭粋€笑話，那就是一位醫(yī)生坐在病人的前面，低頭用錘子測試病人的膝跳反射，結果可想而知，醫(yī)生的鼻子受傷了，膝跳反射就是一個標準的神經(jīng)反射弧現(xiàn)象。接受刺激，做出反應。那么互聯(lián)網(wǎng)云腦和基于互聯(lián)網(wǎng)云腦建設的智慧城市有沒有同樣的機制呢？
互聯(lián)網(wǎng)云腦的神經(jīng)反射弧其實在今天已經(jīng)廣泛的出現(xiàn)在我們的周圍，幾乎每時每刻，從世界各地發(fā)起的互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)反射現(xiàn)象都在不斷的產(chǎn)生和消失。例如汽車傳感器發(fā)現(xiàn)有盜賊，發(fā)短信給車主，車主趕到將盜賊抓?。粷穸葌鞲衅靼l(fā)現(xiàn)空氣濕度加大，有下雨跡象，通知野外挖掘設備打開防雨設備等。
與人體的神經(jīng)反射弧相對應，從前文可以看出，互聯(lián)網(wǎng)云腦的感受器主要由聯(lián)網(wǎng)的傳感器（包括攝像頭）組成?；ヂ?lián)網(wǎng)云腦的效應器主要由聯(lián)網(wǎng)的辦公設備，智能制造，智能駕駛，智能醫(yī)療等等組成?？刂扑麄兊氖腔ヂ?lián)網(wǎng)云腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（云計算 大數(shù)據(jù) 人工智能）,邊緣計算將加強互聯(lián)網(wǎng)云腦感受器和效應器的智能程度和反應速度。
城市神經(jīng)反射弧作為互聯(lián)網(wǎng)云腦與智慧城市結合的產(chǎn)物，在智慧城市的未來建設中將起到非常重要的作用。從實踐上看，將可以出現(xiàn)7種不同種類的城市神經(jīng)反射弧。
第一種是網(wǎng)絡傳感器到聯(lián)網(wǎng)智能設備的反射?。豪纾诖髽抢?，溫度傳感器檢測到室內(nèi)溫度升高超過100度，同時氣敏傳感器檢測到室內(nèi)二氧化碳濃度升高，于是報警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務器中心，服務器發(fā)送指令給大樓滅火機器人，由該樓層滅火機器人操控水槍進行滅火。
第二種是人到聯(lián)網(wǎng)智能設備的反射?。豪纾诖髽抢?，大樓監(jiān)控機房的值班人員發(fā)現(xiàn)某辦公室出現(xiàn)火苗和煙霧，于是按下報警按鈕，將報警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務器中心，服務器發(fā)送指令給大樓滅火機器人，由該樓層滅火機器人操控水槍進行滅火。
第三種是網(wǎng)絡傳感器到人的反射?。豪纾诖髽抢?，溫度傳感器檢測到室內(nèi)溫度升高超過100度，同時氣敏傳感器檢測到室內(nèi)二氧化碳濃度升高，于是報警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務器中心，服務器發(fā)送信息給附近的消防隊，消防隊出動消防人員來大大樓實施滅火。
第四種人到人的反射弧：例如，在大樓里，大樓監(jiān)控機房的值班人員發(fā)現(xiàn)某辦公室出現(xiàn)火苗和煙霧，于是按下報警按鈕，將報警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務器中心，服務器發(fā)送信息給附近的消防隊，消防隊出動消防人員來大大樓實施滅火
第五種是互聯(lián)網(wǎng)云腦的智能程序到聯(lián)網(wǎng)智能設備的反射?。豪纾ヂ?lián)網(wǎng)服務器中運行的自動監(jiān)測程序，檢測城市郊區(qū)云計算機房的服務器數(shù)據(jù)空間的容量變化，當程序發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間已滿時，發(fā)送報警信息給互聯(lián)網(wǎng)中心服務器，由中心服務器發(fā)布指令，啟動云計算機房的備用機器，擴充數(shù)據(jù)空間。
第六種是互聯(lián)網(wǎng)云腦內(nèi)部智能程序到人的反射?。豪?，互聯(lián)網(wǎng)服務器中運行的自動監(jiān)測程序，檢測郊區(qū)云計算機房的服務器數(shù)據(jù)空間的容量變化，當程序發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間已滿時，發(fā)送報警信息給互聯(lián)網(wǎng)中心服務器，由中心服務器發(fā)布短信或電子郵件，提醒機房值班人員，啟動云計算機房的備用機器，擴充數(shù)據(jù)空間。
第七種是互聯(lián)網(wǎng)云腦智能程序到智能程序的反射?。哼@種類型的神經(jīng)反射弧可以看做是云端人工智能系統(tǒng)的對話。例如，互聯(lián)網(wǎng)服務器中運行的自動監(jiān)測程序，檢測郊區(qū)云計算機房的服務器數(shù)據(jù)空間的容量變化，當程序發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間已滿時，發(fā)送報警信息給互聯(lián)網(wǎng)中心服務器，由中心服務器發(fā)布指令給云計算機房的維護程序，停止向數(shù)據(jù)空間寫入數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)空間過載。
四、城市神經(jīng)反射弧應用范例和未來發(fā)展
智慧城市中已經(jīng)已經(jīng)出現(xiàn)很多神經(jīng)反射弧案例，例如無錫消防部門開始利用家庭火災遠程監(jiān)控和救助系統(tǒng)，幫助農(nóng)村留守老人和留守兒童家庭進行防火預警與快速反應。這套系統(tǒng)由無線終端、業(yè)務平臺和傳感探測設備（煙感、緊急救助按鈕等）組成。它的工作過程就是一個典型的基于互聯(lián)網(wǎng)云腦的城市神經(jīng)反射弧。
當發(fā)生火災或其它緊急事件時，探測器發(fā)出報警信號（或手動按下救助按鈕），火警信息將通過GPRS或TD無線網(wǎng)絡傳輸?shù)剿膫€地方：一是社區(qū)（小區(qū)）監(jiān)控中心；二是轄區(qū)消防部門的消防巡防車；三是全市119火災調(diào)度指揮中心；四是發(fā)生火災家庭的業(yè)主及其親人和鄰居朋友的手機上。
當四方面在接到報警后能第一時間趕赴現(xiàn)場開展救助，為撲滅火災和緊急處置贏得時間，避免火災的蔓延擴大，最大限度地減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。從無錫消防的這個系統(tǒng)我們可以看出，除了傳感器和機械設備可以作為感受器和效應器，人也是互聯(lián)網(wǎng)反射弧中重要的因素，既可以做感受器也可以做效應器。
隨著智慧城市的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)云腦與智慧城市的結合，相信會出現(xiàn)更多城市神經(jīng)反射弧的案例。譬如智能駕駛，共享單車，智能護理，城市安全，智能無人商店，等等很多場景將會實現(xiàn)城市神經(jīng)反射弧的建設，未來如何增強城市神經(jīng)反射弧的健壯性（魯棒性），如何加快城市神經(jīng)反射弧的反應速度和執(zhí)行效率，將是智慧城市發(fā)展的重點。
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