我國城市大腦首批三項標準的解讀與專家評議
2022年9月1日，中國指揮與控制學會在京召開《城市大腦首批標準新聞發布會》正式發布《城市大腦術語》、《城市大腦頂層規劃和總體架構》；《城市大腦數字神經元基本規定》等三項團體標準。中科院、清華、北大、鵬城實驗室、遠望智庫、中國電信、中國聯通、中電萊斯，廣電運通、中國電科院、騰訊、百度等30多家著名科研和企業機構作為參編單位參與了標準的編制。
中國指揮與控制學會理事長、工程院費愛國院士對標準的發布給與肯定，他指出城市大腦是一個產業問題也同時是一個基礎科學問題，目前我們國家無論在理論研究還是在產業實踐上都已經走在世界的前沿。2008年IBM提出智慧地球和智慧城市，這是一個很有遠見的概念，也被世界各國認同，但智慧城市如何產生智慧一直是主要難題。為此，中國指揮與控制學會發布的這個城市大腦系列標準，總體是從類腦仿生學的角度，將智慧城市建設、指揮與控制、人工智能、腦科學、復雜性科學結合在一起對城市大腦建設進行了規劃，為解決智慧城市產生智慧的問題尋找出一條新的解決方案。
依托中國科學院和遠望智庫數字大腦研究院團隊的研究，2022年04月14日，《城市大腦系列建設標準規范》立項評審會在京召開，與會專家審議通過了《城市大腦標準體系與評價總體框架》，提出了要編制城市大腦的8個相關標準，如圖1所示，本次完成的是其中三個核心標準，后續5個標準將在未來1年內逐步完成發布任務。更多標準也將基于這8個標準繼續形成。
圖1 城市大腦標準體系與評價總體框架
第一個標準 《城市大腦 術語》介紹和解讀
該標準由中國聯通智能城市研究院牽頭編制，主要對包括互聯網大腦、世界數字大腦、城市大腦、數字神經元、云反射弧、數字視覺神經、數字聽覺神經、數字記憶系統、云神經中樞等28個新術語進行了定義。
在《城市大腦術語》中第一個核心的概念是互聯網大腦，它是形成整個城市大腦標準體系的理論基礎概念，它的示意如2所示，定義如下：
圖2 互聯網大腦示意圖
互聯網大腦是互聯網從網狀結構向類腦結構演化形成的一種新系統，該系統在人類智慧和機器智能共同參與下，通過不斷演化形成數字神經元網絡、云反射弧、數字視覺、數字聽覺、數字軀體感覺、數字運動神經系統、數字記憶神經系統、數字神經中樞系統、數字自主神經系統等組織，實現世界范圍人、物、系統和組織的的有效鏈接和協同工作，完成對世界的認知、判斷、決策、反饋和改造，最終幫助人類社會更為有效地運行和發展。包括物聯網、云計算、工業互聯網、大數據、人工智能、區塊 鏈、云機器人、移動通信、虛擬現實、邊緣計算等數字技術的興起都與互聯網大腦的各神經系統發育有關。
在《城市大腦術語》中第二個核心概念是世界數字大腦。之所以定義這個新概念是因為要表明城市大腦并非單純的城市級智能中樞系統，而是要放在全球范圍看待城市大腦的意義，為城市大腦的最終發展狀態做好概念準備，世界數字大腦的定義如下：世界數字大腦是互聯網大腦與智慧社會發展結合的產物，是世界級類腦復雜智能巨系統。作用是提高人類社會的運行效率，解決人類社會發展過程中面臨的復雜問題，更好地滿足人類社會的不同需求。
在《城市大腦術語》中第三個核心概念是城市大腦，也是本標準的關鍵概念，這個概念是綜合互聯網大腦理論架構和產業建設城市大腦的發展經驗形成，突出了城市大腦的類腦架構，功能和使命，與智慧城市的關系，最終演化狀態和意義等。定義如下：城市大腦是互聯網大腦與城市建設和運行結合的產物，是城市級的類腦復雜智能巨系統，構成包括但不限于城市神經元網絡、云反射弧、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。其中數字神經元網絡和云反射弧是建設的重點，物聯網、大數據、人工智能、邊緣計算、5G、云機器人和數字孿生等數字技術的使用應圍繞這兩個重點實施。城市大腦的運轉需要人類智慧和機器智能的共同參與，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雜問題，更好地滿足民眾的不同需求。作為一種類腦的仿生技術架構，城市大腦是智慧城市產生智慧的重要技術方案。城市大腦的發展不應局限在一個城市或一個地區，需要不斷通過省、國家到世界的統一規劃，最終將世界范圍的城市大腦有效連接在一起，從而形成世界數字大腦，為人類協同發展提供一個類腦的智能支撐平臺。
在《城市大腦 術語》中第四個核心概念是數字神經元和數字神經元網絡，目前在上海、天津、遼寧、內蒙古、四川等省市對數字神經元的發展進行實踐，取得了很多成果和應用案例，其示意如圖3所示，定義如下：
圖3 數字神經元結構示意圖
數字神經元是人、物、程序和組織在各種大腦系統中映射的程序單元，不受操作系統、數據庫、運行設備硬件的類型限制。可以獨立運行，可以在同構或異構網絡環境下進行信息交互和功能協同。具有統一的功能結構，可以根據需求進行連接、組合、交互，從而實現跨部門、跨行業、跨地區的互聯互通，從而形成數字神經元網絡。
在《城市大腦 術語》中第五個核心概念是云反射弧，云反射弧的提出和定義主要是表明萬物互聯不是最終目的，通過數字神經元網絡實現萬物互聯后，再通過云反射弧實現萬物交互，從而能夠解決復雜環境下的問題和需求，才是城市大腦和世界數字大腦的使命，其示意如圖4所示，定義如下：
圖4 云反射弧結構圖
云反射弧是多種數字神經元按照類神經系統的反射弧原理形成的協同工作技術鏈條，由擔任感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器的數字神經元聯合組成，對應解決城市和人類社會的具體問題和需求。
除了這些核心概念，術語對 構成云反射弧的云感受器，云輸入、輸出神經，云神經中樞、云效應器進行了定義，對構成頂層建設框架的問題與需求層，數字神經元網絡層，云反射弧層，管理控制層和技術支撐層進行了定義，對構成城市大腦的各數字神經系統，如數字視覺神經系統，數字聽覺神經系統，數字運動神經系統、數字記憶系統，數字神經纖維，數字大腦皮層、數字晶狀體等進行了定義。
中國聯通智能城市研究院首席信息官郭中梅指出《城市大腦術語規范》主要針對城市大腦相關概念與定義規范，為統一城市大腦建設和應用過程中各管理和技術領域的基本概念而規劃的術語標準，對于城市大腦的傳播與交流、新理論的建立、科技成果的推廣都是十分重要的。
第二個標準 《城市大腦頂層規劃和總體架構》介紹和解讀
該標準由中國科學院虛擬經濟與數據科學研究中心和中電萊斯牽頭編寫，提出了頂層規劃的10個要求，包括理論指導原則，系統安全性、標準統一性、關注性價比，以人為本解決問題為核心，人機決策原則、系統進化原則、模塊化建設原則等等。
城市大腦頂層規劃和總體架構的理論架構為大腦模型（如圖5所示），這個模型是對互聯網大腦模型示意圖的進一步抽象化，突出了數字神經元網絡、云反射弧以及數字感覺、視覺、聽覺、運動、中樞系統等，也對數據的存儲中心、算法中心、計算中心、交互技術、通信基礎等進行了定位和描述。該理論架構適用于企業、產業、行業、鄉鎮、社區街道、區縣、城市、省、國家、世界等領域各種大腦系統的建立。
圖5 城市大腦的大腦理論模型
在建設總體架構方面，標準提出了城市大腦的五層架構：包括問題需求層、數字神經元層、云反射弧層、管理控制層和技術支撐層，提出所有的管理和技術應圍繞問題需求層服務和發展，應尋找最重要和最緊急的問題和需求進行處理，在問題和需求的約束下逐步擴大數字神經元的覆蓋范圍，擴大云反射弧的應用場景。使用的各種數字技術以滿足問題和需求的解決為準，避免城市大腦的盲目和無序發展，因為按照世界統一的數字神經元網絡和云反射進行規劃，該建設總體架構能夠同時滿足不同鄉鎮、城市、省、國家和世界的跨層級信息交互要求，如圖6所示。
圖6, 城市大腦的5層建設架構圖
在城市大腦的部署架構方面，標準提出城市大腦的建設可以采用中心化和去中心化(分布式）結合的方式，在具有統一規劃的市、省和國家內部可以采用中心化的架構布局，在不同城市，省和國家之間沒有形成統一的規劃前，由于互不隸屬，可以采用分布式的架構布局，如圖7所示。
圖7 城市部署架構模型
《城市大腦頂層規劃和總體架構》認為城市大腦是結構復雜，應用范圍廣，覆蓋區域大的城市級類腦復雜巨系統，城市智能管理中樞是城市大腦各神經系統的一個組成部分，在自然界中，生物腦特別是人腦是產生智慧最重要的結構。本標準從類腦仿生學角度建設城市大腦，符合自然界產生智慧的基本原理，為智慧城市產生智慧提供了一種可行的技術解決方案。同時本文件認為城市大腦的發展不應僅僅局限在一個城市范圍，它將沿著省級大腦、國家大腦、世界數字大腦的路徑不斷演化，并最終為人類社會的協同發展構建全球化的智能支撐平臺，因此，本文件的制定為城市大腦的未來擴展預留了空間。
第三個標準《城市大腦數字神經元基本規定》的介紹和解讀
這個標準由中國電信牽頭編寫，對數字神經元的類型種類、相互關系、功能模塊等進行了規范，提出應為世界范圍的人、物、系統和組織建立統一的數字神經元，這是城市大腦能夠打破信息孤島，進行跨部門、跨行業、跨地區信息交互的基礎。
其中數字神經元的種類包括人類神經元、實物神經元、程序神經元和組織神經元，這種劃分已經可以覆蓋現實世界和虛擬世界的不同種類對象和元素。
數字神經元的相互關系包括平等關系，控制關系和部分控制關系，這種關系的設置也是為了對應現實世界中不同數字神經元在各種任務、問題的處理中所形成的協作關系。
數字神經元的功能模塊可以參考圖3所示，主要功能模塊包括信息同步模塊、信息展示模塊、信息交互模塊 、人工智能控制模塊、人工控制模塊、云反射弧管理模塊、空間位置編碼模塊、身份編碼模塊、以及其他功能模塊，每個模塊的具體含義可以參考本標準的具體內容。
中國電信智慧城市和數字政府首席專家張東指出《城市大腦數字神經元基本規定》通過整合仿生學、信息系統控制理論，以及城市大腦數字神經元的實踐需求，創造性的提出了數字神經元的功能模型框架，完整的體現出了軟件設計模塊化開發的概念模型，理論體系非常完整，為城市大腦下一步體系創新指明了方向。
城市大腦首批三項標準的特點和意義
中國指揮與控制學會副秘書長 、一體化指揮調度技術國家工程實驗室主任劉玉超在發布會上對城市大腦首批三個標準的起源、背景和特點進行了總結。他指出城市大腦是一個在中國原創提出并快速發展的科技新領域。2008年中國科學院石勇、呂本富、劉鋒、劉穎研究團隊創新提出用“神經元+反射弧”的類腦架構刻畫全球數字科技生態的演化，建立了互聯網大腦模型；2015年中科院與遠望智庫數字大腦研究院聯合團隊又結合智慧城市建設，提出用“數字神經元+云反射弧”架構表征的“城市大腦”概念與定義。
2016年杭州正式啟動城市大腦的建設工程，，此后上海、鄭州、銅陵、南昌、福州、北京、海口等數百個城市開始規劃和建設城市大腦，在各級政府的支持下，城市大腦的快速發展極大的推動了城市的現代化水平。
隨著各地城市大腦項目的啟動推進，也出現了很多需要關注的問題。例如，對城市大腦的理解不一致，建設方案各有不同，相互之間無法聯通，造成城市大腦的孤島化效應；基層大眾體驗不強，建設成本高，與傳統的智慧城市建設沒有本質區別；重大突發事件反應不及時，社會對建設效果產生質疑等。
在2020年的全國兩會上，就有多位代表提出應該將如何構建城市大腦建設標準提上議事日程，相關建設城市和參建企業也呼吁盡快推出城市大腦的建設標準。中國指揮與控制學會此次發布的城市大腦標準呼應了產業的要求，同時具有以下三個特征：
第一是具有理論上的先進性，依托中科院和遠望智庫數字大腦研究團隊在數字科技領域的基礎科學理論研究成果，作為編制城市大腦標準的理論基礎；明確了城市大腦的定義，回答了城市大腦與智慧城市的關系，創新提出采用類腦技術架構建設城市大腦。
第二是具有產業共識的廣泛性。參編單位包括中科院、清華、北大、國創會、鵬城實驗室、遠望智庫、中國電信、中國聯通、中電萊斯，廣電運通、中國電科院、騰訊、百度、科大訊飛、奇虎360、世紀互聯、中電科新型智慧城市研究院、中國城市科學科學研究會、信網真、中移系統集成、天府大數據研究院、智慧足跡、中科語凡、飛諾門陣等30多家領域知名科研單位和行業龍頭企業；
第三是面向場景綜合考慮了系統的動態演化。提出的框架標準為城市大腦的演化發展預留了空間，提出以最緊迫的場景問題和需求為基礎，通過構建數字神經元和云反射弧，實現不同層級、不同粒度的城市大腦的統一，提出城市大腦不僅是一個城市智能治理的中樞，更是全省、全國性、乃至全球性類腦信息系統的一部分，擁有完整的數字神經系統支撐城市和人類社會的智能化運行。
