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构建城市大脑的全球标准,9个值得探索的规范问题

已有 739 次阅读 2020-5-27 19:22 |系统分类:科研笔记

简述:50年来互联网从网状向类脑架构进化并与城市建设结合是城市大脑产生的根源。城市大脑建设是工程问题,但首先也是基础科学问题,掌握科技发展规律是发现和构建城市大脑建设标准的基础。通过总结互联网大脑模型的特征,提出了城市大脑三个顶层建设标准,1.世界统一的城市神经元结构。2.人机双智能控制,人权限最大。3.基于信息路由的城市云反射弧。在此基础上进一步提出九个值得探索的城市大脑标准规范。同时提出城市大脑不应局限在一个城市,一个国家,而应该形成世界统一的城市大脑构建标准。

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1.研究背景

到2020年,城市大脑正成为中国科技领域新的热点,除了杭州,上海,广州,福州,北京,铜陵等城市之外,已经有500多个城市启动了不同类型的城市大脑计划。已经有专家提出“目前在国家标准层面还没有一个“城市大脑”的规范标准出台。应从顶层设计去规范城市大脑的管理和建设[1]。”

城市大脑是工程建设问题,但首先也是一个基础科学问题。城市大脑作为科技领域的新事物,它的起源,发展和成熟不可能是随意产生和在混沌中前行,背后一定是符合了科技发展的规律,满足了人民大众的需求。如果需要对城市大脑的未来进行规划和标准制定,就需要首先从基础科学层面发现城市大脑产生和发展的规律。

21世纪以来科技发展的种种迹象表明,互联网的整体架构从网状向类脑模型变化是21世纪诸多前沿科技产生和爆发的主要原因[2]。同时也是城市大脑产生的根源。

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互联网在经过1969年互联网的诞生、1974年TCP/IP协议、1989年万维网等基础的奠定后,开始加速向从网状结构向与类脑模型方向进化。2004年社交网络为代表的类脑神经元网络,2005年云计算为代表的类中枢神经系统,2009年物联网为代表的类感觉神经系统,2012年工业互联网、工业4.0为代表的类运动神经系统,2013年大数据,2015年人工智能为代表的智能驱动力,到2018年阿里大脑、腾讯大脑、360安全大脑、滴滴交通大脑、城市大脑,城市超脑,城市神经网络不断涌现,到2019年,互联网大脑模型已越来越清晰。类脑结构也形成了21世纪科技生态的重要特征。[3]

应该说城市大脑正在在这个背景下产生的。2015年2月,我们在文章《基于互联网大脑的智慧城市建设》中对“城市大脑”的概念和定义进行了探讨。重点提出“城市大脑”是互联网大脑模型与城市建设结合的产物,在形成城市神经系统的同时,城市神经元和城市云反射弧将是城市大脑建设的重点。[4]

2016年,城市和产业界开始启动城市大脑的规划和建设,目前产业界理解的城市大脑主要是指利用人工智能等技术对城市的海量数据进行统合,从而为实现重大事件预警和宏观决策服务,是城市管理的“中枢神经系统”。与基于互联网大脑模型的城市大脑定义还有差异和不同,但这种不同也意味着这个领域依然处于探索和活跃的状态。


2.建设城市大脑的三个顶层标准研究

在总结了过去5年的研究基础上,2020年5月我们形成了《城市大脑与超级智能建设规范研究报告1.0》。除了对城市大脑的起源,发展、产业规划和水平评估进行探讨外,主要基于互联网大脑模型提出了建设城市大脑的三个顶层标准。[5]

1.世界范围统一的城市神经元技术架构。城市的人,机构、设备、AI系统用一个世界统一的架构进行连接。

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2.人机双智能控制,人类控制权最高,对于每个城市神经元,应该同时允许人和AI两种智能控制方式,但为了防止整个系统失控,从每个神经元节点上要求必须有一位人类使用者控制权最高。

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3.基于信息路由的城市云反射建设机制。在城市各神经系统的支撑下形成城市云反射弧,基于信息路由机制实现对城市居民和城市运行中的问题进行感知和解决。

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三。构建城市大脑全球标准的9个方向

在前文中探讨到,城市大脑本质上互联网大脑发展与城市建设结合的产物,因此城市大脑不仅仅是一个城市内部的系统,更是国家范围,世界范围不同城市之间关联的复杂智能巨系。因此城市大脑最终实现的不是某一个城市或一个国家的建设标准,而应该是全球范围城市大脑的标准。我们列出下面9个城市大脑建设中值得研究的标准和规范。希望更多专家参与探讨。


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1.城市大脑的顶层建设标准

重点研究城市大脑建设的理论基础和顶层建设标准。目前虽然在互联网大脑模型技术上,初步提出了三条顶层标准。。但是否有更丰富的理论研究和顶层标准,依然需要后续不断探讨。


2,城市神经元的分类标准

城市神经元要对应的城市元素非常复杂,包括城市居民,城市管理者,城市服务人员,公司,政府机构、智能机器人,无人汽车,智能设备,摄像头,传感器,AI数据处理系统,AI安全系统等等。如何对城市神经元进行分类,形成标准可以进行识别将是一个基础性的工作。


3. 城市神经元的功能标准

在城市大脑建设的三个顶层标准中,已经对城市神经元的功能标准结构进行了初步探讨,其中包括1) 信息展示区,2) 功能模块区,3) 智能控制区,4) 神经元节点编码,5) 空间位置编码,但需要对这些城市神经元功能结构做进一步的规范。


5. 城市神经元的世界统一编码标准

为了识别智能设备,出现了物理地址MAC地址,为了识别互联网上的设备和网络,出现了逻辑地址IP地址,为了对城市的人,物,团体,系统,设备进行识别,就需要给城市神经元一个世界唯一的编码地址,这个编码地址是专门的机构发放,还是不同的国家或城市自主生成而且不会重复,需要在未来进行深入研究。


4. 城市神经元的全球空间位置标准

对于那些链接了现实世界实体的城市神经元,如城市居民,城市管理者,城市服务人员、智能机器人,无人汽车,智能设备,摄像头,传感器的城市神经元等,必然会涉及到他们的空间位置问题,究竟是采用海拔,经纬度等方法或者是北斗网格码等新空间位置编码,是未来需要考虑的重要标准规范之一


6. 城市神经元权限关系标准

在城市大脑建设的三个顶层标准中,曾经对城市神经元内部的人机权限进行了设定,但在海量的城市神经元之间,也还存在更为广泛的权限分配问题,包括城市神经元对应的城市领导者与城市居民,企业机构领导者与员工之间,系统工程师与智能设备之间。AI系统与智能设备之间的管理权限分配。这将是一个工作量庞大的分析和设计工作。

7 城市大脑技术框架标准

我们知道互联网系统架构有三种主流方式,分别是B/S,C/S,和P2P模式,对于构建全球统一的城市大脑标准,究竟采用那种技术结构,对于城市大脑的未来扩展将具有重要影响。与在一个城市内部建立城市大脑不同,不同城市之间,特别是不同国家之间,由于涉及到城市管辖和国家主权问题,用中心化的B/S,C/S明显会有很大阻力,但完全采用去中心的P2P模式,全球的城市大脑之间也会因为过于松散而面临失败。因此能否采取中心+自治的方式将是未来值得探索的方向。

8. 城市大脑云反射弧建设标准

应该说建立城市大脑最终是为了更好的服务城市居民和人类社会,建立城市神经元,进行神经元之间的权限分配仅仅是构建基础。在城市各神经系统的支撑下,通过城市神经元参与形成城市云反射弧,解决居民和城市运行中的各种需求和问题,将是建立城市大脑的终极目标,因此梳理一个城市需要哪些云反射弧;不同的城市如何拥有自己特色的云反射弧;云反射弧的发起者,管理者,参与者如何运行。这些问题的解决和标准的制定将是城市大脑未来最为关键的研究工作。

9.城市大脑运行安全标准

在理想状况下,当制定了城市大脑的建设和运行标准后,世界范围的城市大脑就应该健康的运转,但实际上情况要远比规划的更复杂,这其中包括黑客的攻击问题,病毒的侵入问题,操作者的失误问题,AI系统的BUG问题等。这些问题通过城市大脑可以把危险放大到城市,国家乃至世界范围,因此如何建立城市神经元运转与信息交互的安全建设规范,将是未来城市大脑正常运转的重要保障。


四.总结

上述内容简要介绍了城市大脑建设的9个标准规范研究方向,后续我们将深入探讨这九个方向的内容,结合参与讨论专家的意见,不断形成达成共识的成果。为形成《城市大脑建设标准规范研究2.0》的形成奠定基础。

作者介绍:计算机博士,中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心研究组成员,《崛起的超级智能》作者。

[1]全国政协委员刘伟:建议打造城市级“大脑”提升治理水平,https://finance.sina.cn/2020-05-21/detail-iirczymk2789633.d.html?from=wap

[2]《从人脑的结构机理看互联网的进化》,人类工效学,刘锋,彭赓,刘颖

[3]《崛起的超级智能》,中信出版社

[4]《基于互联网大脑的智慧城市建设》,http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-858170.html

[5]《城市大脑与超级智能建设规范研究报告1.0》,http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-1228302.html




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