劉鋒
（本文釋出與2022年10月中國指揮與控制學會會刊）
城市大腦是21世紀以網際網路為核心的世界數字生态向類腦結構演化并與智慧城市結合的産物，世界統一的數字神經元将人、物、系統群組織有機的結合在一起實作萬物互聯，雲反射弧機制實作數字神經元的協同工作，解決城市和人類社會的問題與需求，完成跨部門、跨地區、跨行業萬物互動。城市大腦的研究與發展對實作TCP/IP、網際網路之後第三次世界數字科技的全球标準，對建構軍事領域的類腦資訊系統新架構都有重要的戰略意義。
一、前言
2009年1月，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推動了世界各國城市的現代化程序。“智慧地球”戰略提出IT産業的下一階段任務是将新一代IT技術充分運用到各行各業之中。智慧城市就是在智慧地球大架構下形成的城市智慧化建設方案，也将把新一代IT技術充分運用到城市建設之中。
此後，智慧城市迅速成為城市建設的熱點，世界範圍千個城市宣布了自己的智慧城市建設計劃。但是，一直以來智慧城市的發展方向并不明晰，智慧城市在國際上也缺乏統一的建設标準、技術标準、行業标準，導緻城市各部門的資訊系統自成體系，城市的市政、交通、醫療、教育、安防等各個部門之間的資訊系統從軟硬體接口規範、網絡傳輸标準、資料交換标準等各個方面都無法統一。
智慧城市出現的這些問題，從根本上說是由于智慧城市的基礎理論和建設架構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麼架構組合在一起，按照什麼規律建設能讓城市變的更為智慧，産業界并沒有找到合适的答案，是以如何讓智慧城市産生智慧将是一個重要的研究課題。
二、城市大腦的提出
種種迹象表明，21 世紀以來，以網際網路為核心的世界前沿科技生态呈現出越來越多的類腦特征，由此，網際網路大腦模型的技術架構在2008年被建立（如圖1所示）。各種前沿科技可以看作是網際網路大腦中各神經系統發育的産物，例如雲計算對應中樞神經系統；物聯網對應感覺神經系統；雲機器人對應運動神經系統；邊緣計算對應神經末梢；大社交網絡對應類腦神經元網絡；移動通訊和光纖技術對應神經纖維等。
圖1 網際網路大腦模型圖
網際網路大腦模型與各個領域結合也不斷産生新的成果，當它與科技企業結合就産生了谷歌大腦、百度大腦、阿裡ET大腦、360安全大腦等；與産業結合形成了工業大腦、農業大腦、航空大腦等；與智慧城市建設結合形成了城市大腦、城市智能體、城市神經系統；與智慧社會的建構結合就形成了世界數字大腦。
其中，城市大腦在中國已經成為智能産業和智慧城市領域新的熱點，到2022年，在中國有近500個城市宣布建設“城市大腦”，中國的科技企業阿裡、華為、百度、騰訊、科大訊飛、360、滴滴、京東等數百家科技企業宣布進入城市大腦領域，提出自己的泛城市大腦建設計劃。
2015年城市大腦被提出後，逐漸形成如下成熟的定義。城市大腦是網際網路大腦架構與智慧城市建設結合的産物，是城市級的類腦複雜智能巨系統，在人類智慧和機器智能的共同參與下，在物聯網、大資料、人工智能、邊緣計算、5G、雲機器人和數字孿生等前沿技術的支撐下，數字神經元網絡和雲反射弧将是城市大腦建設的重點，它們的發展同時促進城市各神經系統包括城市智能管理中樞、城市視覺神經、城市聽覺神經、城市軀體感覺神經、城市運動神經、城市記憶、城市神經纖維等系統的成熟。城市大腦的作用是提高城市的運作效率，解決城市運作中面臨的複雜問題，更好地滿足覆寫人群的不同需求。城市大腦的發展目标不僅僅局限在一個城市或一個地區，當世界範圍的城市大腦連接配接在一起，城市大腦最終将形成世界數字大腦，為人類協同發展提供一個類腦的智能支撐平台。
城市大腦定義中的數字神經元是指在網際網路的應用層為城市大腦涉及的每一個人、物、系統建立世界統一的程式單元，可以根據需求進行連接配接、組合、互動，進而實作跨部門、跨行業、跨地區的互聯互通。按照類腦的城市大腦架構，這些程式單元被稱為城市大腦的數字神經元，而衆多數字神經元結合在一起就形成城市大腦的基礎結構——數字神經元網絡（如圖2所示）。
圖2 數字神經元結構圖
城市大腦定義中的城市雲反射弧是通過多種數字神經元的組合形成的技術鍊條，對應解決城市和人類社會的具體問題和具體需求。與腦科學的反射弧相同，城市雲反射弧也包括感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器五個部分（如圖3所示）。
圖3 雲反射弧示意圖
城市大腦是21世紀全球科技生态的類腦化變化的産物，通過世界統一的數字神經元網絡和可跨層級互動的雲反射弧機制，為智慧城市和智慧地球産生智慧尋找到一種新的技術結構或者解決方案。這個新技術結構究竟如何構成和運轉，我們将在下面進行詳細闡述。
三、城市大腦總體結構和城市智慧的産生
網際網路大腦模型有三個最重要的特點（如圖1紅線所示），它們分别是：(1)具有世界統一的類腦神經元網絡，實作萬物互聯；(2)人類群體智能和機器群體智能基于網際網路大腦架構形成一種新的混合智能形态；(3)通過雲反射弧機制實作資訊的跨節點傳遞和數字神經元的協同工作。
根據網際網路大腦模型的三個重要特征，形成了城市大腦的1+2+N的建設模式，其中，1是世界統一的數字神經元網絡，負責連通人、裝置、程式群組織；2是人類智能與機器智能共同形成城市大腦的智能驅動力，同時要求人類智能權限要總體高于機器智能；N是N條雲反射弧，是基于數字神經元網絡，将不同的數字神經元按照類反射弧機制組織起來聯合工作，對應解決解決城市和人類社會的各種問題，滿足人類社會各成員的需求。
在1+2+N的建設模式的基礎上進一步形成城市大腦的總體建設架構（如圖4所示），它由五個功能層次組成，分别是問題與需求層、雲反射弧層、神經元網絡層、管理控制層和技術支撐層。
圖4 城市大腦總體結構圖
在城市大腦的總體架構圖中，雲反射弧層、數字神經元網絡層是城市大腦建設的核心；問題與需求層是雲反射弧層、神經元網絡層服務的對象；管理控制層、技術支撐層為雲反射弧層、神經元網絡層和管理控制層的正常運轉提供基礎支撐。因為本架構中提出的數字神經元和雲反射弧機制具有世界統一的屬性，可以在不同社群、鄉鎮、城市、省/地區和國家之間互聯互通，是以在架構模型的左側展現了這種可跨城市、跨地區應用的特征。
通過數字神經元網絡和雲反射弧的運轉将促進城市大腦中的各神經系統的發育。如映射攝像頭的大量數字神經元将構成城市大腦的視覺神經系統，映射聲音識别裝置的大量數字神經元将構成城市大腦的聽覺神經系統，映射氣敏、溫敏、力敏裝置的大量數字神經元将構成城市大腦的軀體神經系統，映射機器人、智能汽車，無人機、智能機床裝置的大量數字神經元将構成城市大腦的運動神經系統，映射不同層級城市管理者和輔助決策AI系統的大量數字神經元将構成城市大腦的智能管理中樞。
智慧城市、智慧地球的智慧從何而來，自然界已經給出了參考模型，科學研究已經證明，生物腦特别是人類大腦，是産生智慧的重要結構。種種迹象表明，網際網路正在從網狀結構向類腦結構進化，其與智慧城市結合形成了城市大腦的架構和機制。城市大腦産生智慧的路徑（如圖5所示）是通過建構世界統一标準的數字神經元網絡和“N”條可以在社群、鄉鎮、城市、省、國家和世界範圍運作的雲反射弧，實作對世界的認知、判斷、決策、回報和改造，共同應對來自大自然的各種挑戰和風險，滿足人類社會的廣泛需求。
圖5 城市大腦産生智慧的路徑
四、建設城市大腦的國際戰略意義
近50年來，IT相關的智能産業有三次重要的标準制定機遇。第一次發生在網際網路産生之初，1974年，美國科學家卡恩與瑟夫共同開發了TCP/IP協定，為不同的計算機，甚至不同類型的網絡間傳送資訊包制定了統一的标準。TCP/IP的産生也為21世紀的傳感器、機器人、無人機、智能汽車等智能裝置平滑、無障礙地進入網際網路奠定了基礎，為物聯網、邊緣計算、雲機器人、工業網際網路特别是城市大腦的建設提供了技術保障。
第二次發生在網際網路誕生20年後，網際網路已成長為世界科技、軍事、政府機構中資訊共享的巨大網絡，但由于技術架構的問題，網際網路的資訊像被鎖在一個個箱子裡一樣擷取時需要密碼和鑰匙。1989年，在歐洲核實體實驗室工作的實體學家伯納斯·李建立的網際網路标準成為實作網際網路資訊共享的解決方案。網際網路标準的制定對後續的科技生态産生了巨大影響，雲計算、大資料等都與網際網路有關，甚至區塊鍊在某種程度上也可以說是為對抗網際網路引發的網際網路中心化趨勢。
第三次則發生在網際網路誕生50年後，各種網絡應用層出不窮，出現了各種消費級、行業級、政府類網絡應用。由于存在企業壁壘、行業壁壘、地區壁壘、國家壁壘，這些網絡應用同樣出現了各種孤島現象，無法互聯互通。應該說，城市大腦出現本質上是解決網絡應用層的孤島問題。通過世界統一的數字神經元和雲反射弧機制的建構，将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群眾服務。然後擴充到國家，擴充到世界範圍，當世界各國的城市都開始建設城市大腦并能夠互聯互通，一個應用層的大統一架構——世界數字大腦将逐漸形成。
五、城市大腦在軍事領域的應用
網際網路首先就是作為軍事設施誕生的，它是為了對抗核戰争導緻的通訊中斷從美國國防部進階研究計劃局的ARPAnet發展而來。
到21世紀，網際網路大腦模型的形成和城市大腦的發展、研究與軍事的結合所形成的軍事大腦也必然對未來戰争形态産生重大影響，可以說，未來國家間戰争的對抗會展現為兩個或若幹軍事大腦之間的對抗。我們可以基于城市大腦的研究進展，将軍事各要素進行類腦化組合，形成如圖6所示的軍事大腦的結構圖。
圖6 軍事大腦架構圖
在這張圖中，我們可以看到，軍事大腦系統的構成有如下特點：
(1)将軍事要素中人和人的組織（軍事決策、軍事叢集、軍事後勤等等）加入到網際網路大腦模型中；
(2)将軍事相關的音頻傳感器、視訊監控、遙感衛星、導航衛星、溫度傳感器、壓力傳感器、軍事機器人、飛彈、坦克、戰機，軍艦等等元素加入到網際網路大腦模型中，形成軍事大腦的軍事聽覺神經系統、軍事視覺神經系統、軍事軀體感覺神經系統、軍事運動神經系統。
(3)突出軍事社交網絡是實作軍事類腦神經元網絡的技術基礎，提出将實作軍人與軍人的社交發展成為軍人（機構）與軍人（機構）、軍人與軍事裝置、軍事裝置與軍事裝置的軍事社交網絡，我們将其命名為“軍事大社交”網絡。
(4)依托軍事類腦神經元網絡架構，形成軍事超級智能的左右大腦架構，一方面，軍人、軍事機構、支撐機構連結起來形成軍事大腦的右大腦——軍事雲群體智能，另一方面，軍事傳感器、軍事視訊監控、軍事機器人、戰機、飛彈、戰艦、衛星、太空武器連結起來形成軍事大腦的左大腦——軍事雲機器智能。軍事雲群體智能與軍事雲機器智能的結合是軍事大腦實作的基礎。
(5)展現了人工智能、大資料等關鍵技術在軍事大腦中的位置，同時，由于軍事感覺神經系統、軍事運動神經系統、軍事類腦神經元網絡、軍事神經纖維的形成，使得軍事大腦産生類同與人類神經反射的現象，我們将這個新機制命名為軍事雲反射弧。軍事雲反射弧的構成和梳理将是軍事大腦未來研究的重中之重。
由此，我們可以基于網際網路大腦模型的定義形成軍事大腦的定義：軍事大腦就是基于網際網路的大腦模型與軍事各要素結合所形成的軍事類腦複雜巨系統架構。軍事大腦具備不斷成熟的軍事類腦視覺、軍事聽覺、軍事軀體感覺、軍事運動神經系統、軍事記憶神經系統、軍事中樞神經系統、軍事自主神經系統。軍事大腦通過軍事類腦神經元網絡（軍事大社交網絡）将與軍事有關的軍事機構各要素（包括但不僅限于軍人，軍事AI系統，軍事裝置，軍事支撐資源）和戰争環境各要素（包括但不僅限于河流、山脈、動物、植物、太空）連結起來，進而實作軍人（機構）與軍人（機構）、軍人（機構）與軍事裝置、軍事裝置與軍事裝置的互動，軍事大腦在軍事雲群體智慧和軍事雲機器智能的驅動下，通過軍事雲反射弧，實作對戰争态勢的認知、判斷、決策、回報和行動。
六、總結
城市大腦未來發展還有很多工作需要完成，譬如，世界範圍統一的城市神經元标準還未真正建立；人、裝置、系統群組織在城市大腦與世界數字大腦中的角色和權限如何配置設定還沒有解決；一個既能在一個社群也能在世界範圍内自由産生和運作的雲反射弧機制還未形成。城市大腦的發展需要從人工智能、公共管理、經濟管理、通訊技術、計算機技術、腦科學等多個領域進行交叉研究，探索這個類腦的複雜巨系統是如何形成、發育、運轉并對人類社會的政治、經濟、科技、軍事産生影響的。