城市大脑全球标准研究报告2020版.pdf

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1、 1 2020 年 12 月 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 报 告 （ 2020 摘 要 ） 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 组 （ WWNS-R） 目 录 第 一 章 理 论 基 础 -互 联 网 大 脑 模 型 . 1.1 互 联 网 的 起 源 与 传 统 结 构 . 1.2 互 联 网 大 脑 模 型 的 提 出 . 1.3 互 联 网 大 脑 模 型 的 新 特 征 . 1.4 基 于 互 联 网 大 脑 模 型 的 前 沿 科 技 关 系 分 析 . 第 二 章 城 市 大 脑 的 起 源 与 定 义 . 2.1 城 市 大 脑 的 定 义 分 析 . 2.2 城

2、 市 大 脑 中 的 “大 脑 ”含 义 . 2.3 城 市 大 脑 发 展 中 遇 到 的 问 题 . 2.4 城 市 大 脑 可 以 从 互 联 网 大 脑 模 型 中 继 承 什 么 特 征 ？ . 2.5 构 建 城 市 大 脑 全 球 标 准 的 九 个 研 究 方 向 . 第 二 章 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 . 3.1 研 究 方 向 一 ： 如 何 构 建 城 市 大 脑 的 顶 层 标 准 . 3.2 研 究 方 向 二 ： 如 何 制 定 城 市 神 经 元 的 分 类 标 准 . 3.3 研 究 方 向 三 ： 如 何 制 定 城 市 神 经 元 的 功 能

3、 和 结 构 标 准 . 3.4 研 究 方 向 四 ： 如 何 制 定 城 市 大 脑 的 权 限 关 系 标 准 . 3.5 研 究 方 向 五 ： 如 何 规 划 城 市 大 脑 的 总 体 技 术 框 架 标 准 . 3.6 研 究 方 向 六 ： 如 何 规 划 城 市 神 经 元 的 全 球 空 间 位 置 标 准 . 3.7 研 究 方 向 七 ： 如 何 规 划 城 市 神 经 元 的 世 界 统 一 编 码 标 准 . 3.8 研 究 方 向 八 ： 如 何 构 建 城 市 大 脑 云 反 射 弧 建 设 标 准 . 3.9 研 究 方 向 九 ： 如 何 构 建 城 市 大

4、 脑 运 行 安 全 标 准 . 第 四 章 城 市 智 商 ： 城 市 大 脑 智 能 发 展 水 平 的 评 估 . 4.1 城 市 智 商 的 定 义 . 4.2 城 市 智 商 的 测 试 量 表 . 4.3 范 例 ： 上 海 城 市 智 商 . 第 五 章 城 市 大 脑 发 展 的 七 个 阶 段 分 析 . 5.1 第 一 阶 段 ， 城 市 大 脑 的 史 前 阶 段 （ 6000 年 前 -2009 年 ） . 5.2 第 二 阶 段 ， 城 市 大 脑 的 混 沌 阶 段 （ 2009 年 -2015 年 ） . 5.3 第 三 阶 段 城 市 大 脑 的 萌 芽 阶 段

5、 （ 2015 年 -2021 年 ） . 5.4 第 四 阶 段 ， 城 市 大 脑 的 连 接 阶 段 （ 2021-2045） . 5.5 第 五 阶 段 ， 城 市 大 脑 的 分 权 阶 段 （ 2023 年 -2045 年 ） . 5.6 第 六 阶 段 城 市 大 脑 的 反 射 弧 阶 段 （ 2025-2045） . 5.7 第 七 阶 段 城 市 大 脑 的 世 界 脑 阶 段 （ 2045-） . 第 六 章 世 界 科 技 公 司 的 “大 脑 系 统 ” . 6.1 谷 歌 大 脑 . 6.2 讯 飞 超 脑 . 6.3 百 度 大 脑 . 6.4 阿 里 ET 大

6、脑 . 6.5 360 安 全 大 脑 . 6.6 腾 讯 超 级 大 脑 . 6.7 华 为 云 EI 智 能 体 . 6.8 腾 讯 WeCity 未 来 城 市 . 6.9 中 科 大 脑 . 6.10 达 闼 科 技 机 器 人 大 脑 . 第 七 章 世 界 城 市 的 “城 市 大 脑 ”案 例 . 7.1 杭 州 城 市 大 脑 . 7.2 上 海 城 市 大 脑 . 7.3 北 京 海 淀 区 城 市 大 脑 . 7.4 加 拿 大 多 伦 多 谷 歌 超 级 智 慧 城 市 . 7.5 铜 陵 城 市 大 脑 （ 城 市 超 脑 ） . 7.6 福 州 城 市 大 脑 . 第

7、 八 章 城 市 大 脑 相 关 产 业 划 分 与 典 型 企 业 . 8.1 类 脑 神 经 元 网 络 范 例 企 业 介 绍 . 8.2 视 觉 神 经 系 统 范 例 企 业 介 绍 . 8.3 听 觉 神 经 系 统 范 例 企 业 介 绍 . 8.4 躯 体 感 觉 神 经 系 统 范 例 企 业 介 绍 . 8.5 运 动 神 经 系 统 范 例 企 业 介 绍 . 8.6 神 经 纤 维 范 例 企 业 介 绍 . 8.7 中 枢 神 经 范 例 企 业 介 绍 . 8.8 神 经 反 射 弧 范 例 企 业 介 绍 . 8.9 可 视 化 空 间 构 建 范 例 企 业 介

8、 绍 . 8.10 人 工 智 能 算 法 范 例 企 业 介 绍 . 8.11 群 体 智 能 范 例 企 业 介 绍 . 8.12 人 机 交 互 （ 互 联 网 入 口 ） 范 例 企 业 介 绍 . 8.13 安 全 防 护 范 例 企 业 介 绍 . 8.14 芯 片 范 例 企 业 介 绍 . 8.15 操 作 系 统 范 例 企 业 介 绍 . 8.16 记 忆 系 统 （ 大 数 据 存 储 与 处 理 ） 范 例 企 业 介 绍 . 8.17 超 算 与 大 规 模 计 算 范 例 企 业 介 绍 . 8.19 神 经 系 统 综 合 应 用 （ 系 统 集 成 ） . 第

9、九 章 城 市 大 脑 与 前 沿 科 技 的 关 系 . 9.1 二 十 一 世 纪 前 沿 科 技 关 系 图 . 9.2 社 交 网 络 ， 互 联 网 类 脑 神 经 元 网 络 . 9.3 云 计 算 ， 互 联 网 中 枢 神 经 . 9.4 光 纤 与 移 动 通 讯 ， 互 联 网 大 脑 神 经 纤 维 . 9.5 物 联 网 ， 互 联 网 大 脑 感 觉 神 经 系 统 . 9.6 工 业 4.0 和 工 业 互 联 网 ， 互 联 网 大 脑 运 动 神 经 系 统 . 9.7 大 数 据 ， 形 成 互 联 网 大 脑 的 智 能 基 础 . 9.8 人 工 智 能

10、， 激 活 互 联 网 大 脑 的 运 转 . 9.9 边 缘 计 算 ， 互 联 网 大 脑 神 经 末 梢 的 发 育 . 9.10 数 字 孪 生 与 虚 拟 现 实 ， 构 建 互 联 网 大 脑 思 想 空 间 . 9.11 区 块 链 ， 一 个 古 老 神 经 系 统 结 构 的 反 抗 . 9.12 智 慧 社 会 、 混 合 智 能 、 和 云 反 射 弧 的 形 成 . 附 录 A 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 报 告 （ 1.0） 的 19 个 核 心 观 点 . 5 前 言 2020 年 ， 在 5G、 大 数 据 、 人 工 智 能 、 区 块 链 和 新

11、基 建 等 一 轮 轮 科 技 浪 潮 的 推 动 下 ， “ 城 市 大 脑 ” 成 为 城 市 建 设 和 前 沿 科 技 领 域 的 新 热 点 。 应 该 说 城 市 大 脑 是 在 中 国 诞 生 的 原 创 科 技 成 果 。 2015 年 城 市 大 脑 基 于 互 联 网 大 脑 模 型 的 定 义 被 首 次 提 出 ， 2016 年 杭 州 首 次 在 世 界 上 开 始 了 城 市 大 脑 的 建 设 计 划 。 截 至 2020 年 6 月 ， 全 国 已 经 有 数 百 个 城 市 宣 布 建 设 城 市 大 脑 。 阿 里 、 华 为 、 百 度 、 腾 讯 、 科

12、 大 讯 飞 、 中 科 大 脑 ， 360、 滴 滴 和 京 东 等 数 百 家 科 技 企 业 宣 布 进 军 城 市 大 脑 领 域 ， 相 继 提 出 了 自 己 的 “ 泛 城 市 大 脑 ” 技 术 规 划 。 在 2020 年 5 月 的 全 国 两 会 上 ， 多 位 代 表 提 出 应 该 将 构 建 城 市 大 脑 建 设 标 准 提 上 议 事 日 程 。 由 于 目 前 没 有 统 一 的 城 市 大 脑 建 设 规 范 和 标 准 ， 国 内 先 行 城 市 在 数 百 家 科 技 企 业 的 帮 助 下 根 据 各 自 的 理 解 和 探 索 ， 按 照 不 同 的

13、 技 术 框 架 展 开 建 设 工 作 ： 有 的 从 城 市 级 人 工 智 能 中 枢 的 角 度 着 手 ， 有 的 从 城 市 交 通 与 安 防 的 角 度 启 动 ， 有 的 则 从 城 市 生 命 体 的 角 度 展 开 。 其 中 存 在 的 问 题 包 括 。 首 先 ， 城 市 各 领 域 的 人 、 机 器 、 AI 系 统 没 有 统 一 的 规 范 可 以 无 障 碍 的 连 接 到 城 市 大 脑 的 系 统 中 ， 还 存 在 部 门 孤 岛 ， 行 业 孤 岛 、 企 业 孤 岛 和 地 区 孤 岛 的 问 题 。 其 次 ， 城 市 的 各 种 需 求 不

14、能 在 同 一 个 平 台 上 统 一 解 决 。 再 次 ， 承 建 城 市 大 脑 的 科 技 企 业 之 间 无 法 形 成 协 同 效 应 ， 一 个 城 市 的 城 市 大 脑 建 设 工 作 往 往 被 企 业 巨 头 垄 断 ， 中 小 科 技 企 业 很 少 有 机 会 参 与 。 展 望 未 来 3 到 5 年 ， 当 不 同 城 市 、 不 同 国 家 需 要 实 现 城 市 大 脑 的 互 联 互 通 时 ， 当 前 城 市 大 脑 建 设 方 式 的 弊 端 将 会 凸 显 ， 有 可 能 会 使 相 关 各 方 陷 入 困 境 甚 至 被 迫 重 新 建 设 。 应

15、该 说 ， 城 市 大 脑 的 产 生 和 发 展 不 仅 仅 是 工 程 技 术 问 题 ， 更 6 是 基 础 科 学 研 究 问 题 。 21 世 纪 以 来 ， 前 沿 科 技 领 域 出 现 了 包 括 城 市 大 脑 在 内 的 大 量 新 概 念 和 新 技 术 。 那 么 ， 驱 动 这 些 新 概 念 和 新 科 技 发 展 的 背 后 规 律 是 什 么 ？ 这 也 是 城 市 大 脑 所 面 临 的 基 本 问 题 。 只 有 找 到 这 个 规 律 并 掌 握 它 ， 我 们 才 有 可 能 在 城 市 大 脑 的 未 来 建 设 过 程 中 以 最 小 试 错 成 本

16、 获 得 最 大 红 利 。 科 学 院 研 究 团 队 在 2007 年 发 现 ， 21 世 纪 前 沿 科 技 发 展 的 种 种 迹 象 表 明 ， 深 刻 影 响 人 类 发 展 的 互 联 网 正 在 逐 步 从 扁 平 的 网 状 结 构 向 立 体 的 类 脑 架 构 演 化 。 互 联 网 的 这 一 变 化 既 是 物 联 网 、 云 计 算 、 大 数 据 、 工 业 互 联 网 、 AI、 边 缘 计 算 、 数 字 孪 生 等 技 术 爆 发 的 原 因 ， 也 是 城 市 大 脑 、 谷 歌 大 脑 、 百 度 大 脑 、 讯 飞 超 脑 等 类 脑 巨 系 统 涌

17、 现 的 根 源 。 2015 年 ， 研 究 团 队 在 论 文 中 首 次 提 出 城 市 大 脑 是 互 联 网 大 脑 架 构 与 智 慧 城 市 建 设 相 结 合 的 产 物 ， 是 城 市 级 的 “ 类 脑 复 杂 智 能 巨 系 统 ” 。 城 市 大 脑 的 作 用 是 提 高 城 市 的 运 行 效 率 ， 解 决 城 市 运 行 中 面 临 的 复 杂 问 题 ， 更 好 地 满 足 城 市 各 主 体 的 不 同 需 求 。 在 人 类 智 慧 和 机 器 智 能 的 共 同 参 与 下 ， 在 物 联 网 、 大 数 据 ， 人 工 智 能 ， 边 缘 计 算 ，

18、5G、 云 机 器 人 、 数 字 孪 生 等 前 沿 技 术 的 支 撑 下 ， “ 城 市 神 经 元 网 络 ” 和 “ 城 市 云 反 射 弧 ” 将 是 城 市 大 脑 建 设 的 重 点 。 在 此 基 础 上 ， 研 究 组 形 成 了 城 市 大 脑 全 球 标 准 的 九 个 研 究 方 向 ， 分 别 是 ： 城 市 大 脑 的 顶 层 建 设 规 范 、 整 体 技 术 架 构 、 云 反 射 弧 机 制 、 运 行 安 全 、 城 市 神 经 元 的 种 类 划 分 、 识 别 编 码 、 空 间 位 置 编 码 、 功 能 结 构 和 关 系 确 定 。 从 城 市

19、大 脑 的 起 源 和 发 展 来 看 ， 它 的 发 展 和 规 划 不 应 局 限 于 一 个 城 市 、 一 个 地 区 或 一 个 国 家 内 部 。 当 世 界 各 国 的 城 市 大 脑 走 向 成 熟 、 实 现 连 接 之 后 ， 世 界 范 围 的 城 市 大 脑 最 终 会 形 成 一 个 统 一 的 “ 世 界 神 经 系 统 ” 。 7 近 50 年 来 ， IT 相 关 智 能 产 业 有 三 次 重 要 的 标 准 制 定 机 遇 。 第 一 次 是 TCP/IP 协 议 的 制 定 ， 规 范 了 硬 件 设 备 之 间 的 通 信 活 动 ； 第 二 次 是 W

20、3C 规 则 的 制 定 ， 规 范 了 互 联 网 上 信 息 展 示 与 数 据 传 输 活 动 ， 第 三 次 应 该 是 城 市 大 脑 到 世 界 神 经 系 统 规 则 制 定 （ WWNS-R） ， 将 在 应 用 层 规 范 人 、 物 和 系 统 的 交 互 与 协 同 。 应 该 说 ， 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 将 推 动 城 市 建 设 和 智 能 产 业 的 深 入 发 展 ， 使 中 国 在 这 个 领 域 处 于 领 先 位 置 ， 更 为 重 要 的 是 这 项 研 究 希 望 构 建 一 个 全 球 统 一 的 类 脑 智 能 支 撑 平 台 ，

21、 从 而 推 动 人 类 社 会 的 协 同 发 展 ， 最 终 为 构 筑 起 人 类 命 运 共 同 体 奠 定 技 术 基 础 。 8 城 市 大 脑 全 球 标 准 研 究 报 告 19 个 核 心 观 点 9 （ 1） 互 联 网 大 脑 的 形 成 与 21 世 纪 科 技 生 态 的 类 脑 化 经 过 50 多 年 的 发 展 ， 互 联 网 逐 步 从 网 状 结 构 演 化 为 类 脑 模 型 。 在 21 世 纪 ， 数 十 亿 人 类 群 体 智 慧 与 数 百 亿 机 器 智 能 将 通 过 互 联 网 大 脑 架 构 形 成 一 种 人 机 协 同 的 类 脑 复

22、杂 智 能 巨 系 统 。 互 联 网 的 这 一 巨 大 变 化 将 对 21 世 纪 科 技 生 态 产 生 重 大 影 响 。 包 括 物 联 网 、 云 计 算 、 大 数 据 、 边 缘 计 算 、 数 字 孪 生 、 工 业 互 联 网 、 城 市 大 脑 和 工 业 大 脑 在 内 的 许 多 前 沿 科 技 的 产 生 ， 都 与 互 联 网 大 脑 架 构 的 发 育 有 关 （ 如 图 1） 。 图 1 互 联 网 大 脑 模 型 10 （ 2） 城 市 大 脑 产 生 的 根 源 城 市 大 脑 是 互 联 网 大 脑 架 构 发 育 过 程 中 与 城 市 建 设 相

23、结 合 的 产 物 。 一 方 面 ， 城 市 大 脑 将 继 承 互 联 网 大 脑 的 基 本 特 征 ； 另 一 方 面 ， 城 市 大 脑 是 互 联 网 大 脑 的 子 集 ， 将 借 助 互 联 网 大 脑 实 现 不 同 城 市 大 脑 之 间 的 信 息 交 换 （ 如 图 2） 。 图 2 城 市 大 脑 与 互 联 网 大 脑 关 系 图 11 （ 3） 城 市 大 脑 的 定 义 城 市 大 脑 是 互 联 网 大 脑 架 构 与 智 慧 城 市 建 设 结 合 的 产 物 ， 是 城 市 级 的 “ 类 脑 复 杂 智 能 巨 系 统 ” 。 在 人 类 智 慧 和 机

24、 器 智 能 的 共 同 参 与 下 ， 在 物 联 网 、 大 数 据 、 人 工 智 能 、 边 缘 计 算 、 5G、 云 机 器 人 和 数 字 孪 生 等 前 沿 技 术 的 支 撑 下 ， 城 市 神 经 元 网 络 和 城 市 云 反 射 弧 将 是 城 市 大 脑 建 设 的 重 点 。 城 市 大 脑 的 作 用 是 提 高 城 市 的 运 行 效 率 ， 解 决 城 市 运 行 中 面 临 的 复 杂 问 题 ， 更 好 地 满 足 城 市 各 成 员 的 不 同 需 求 。 城 市 大 脑 的 发 展 目 标 不 仅 仅 局 限 在 一 个 城 市 或 一 个 地 区 ，

25、 当 世 界 范 围 的 城 市 大 脑 连 接 在 一 起 ， 城 市 大 脑 最 终 将 形 成 世 界 神 经 系 统 ， 为 人 类 协 同 发 展 提 供 一 个 类 脑 的 智 能 支 撑 平 台 （ 见 图 3） 。 图 3 城 市 大 脑 示 意 图 12 （ 4） 互 联 网 大 脑 架 构 的 三 个 重 要 特 征 第 一 是 具 有 类 脑 神 经 元 网 络 ， 实 现 万 物 互 联 。 第 二 是 云 群 体 智 能 和 云 机 器 智 能 混 合 形 成 智 能 协 同 效 应 。 第 三 是 借 助 云 反 射 弧 实 现 信 息 的 跨 节 点 传 递 （

26、见 图 4） 。 图 4 互 联 网 大 脑 的 三 个 特 征 13 （ 5） 城 市 大 脑 全 球 标 准 的 9 个 研 究 方 向 根 据 互 联 网 大 脑 的 三 个 特 征 ， 可 以 形 成 城 市 大 脑 全 球 标 准 的 9 个 研 究 方 向 ： （ 见 图 5） ： 城 市 大 脑 的 顶 层 建 设 标 准 ； 城 市 神 经 元 的 分 类 标 准 ； 城 市 神 经 元 的 功 能 标 准 ； 城 市 神 经 元 的 全 球 空 间 位 置 标 准 ； 城 市 神 经 元 的 世 界 统 一 编 码 标 准 ； 城 市 神 经 元 权 限 关 系 标 准 ；

27、城 市 大 脑 技 术 框 架 标 准 ； 城 市 大 脑 云 反 射 弧 建 设 标 准 ； 城 市 大 脑 运 行 安 全 标 准 图 5 城 市 大 脑 的 九 个 研 究 方 向 示 意 图 14 （ 6） 研 究 方 向 1： 城 市 大 脑 的 三 个 顶 层 技 术 规 范 城 市 大 脑 全 球 标 准 第 一 个 研 究 方 向 提 出 了 城 市 大 脑 的 三 个 顶 层 技 术 规 范 。 第 一 是 “ 统 一 的 神 经 元 节 点 技 术 框 架 ” （ 为 人 类 ， 设 备 和 软 件 系 统 建 立 ） ； 第 二 是 “ 对 于 每 个 神 经 元 节 点

28、 人 机 双 智 能 控 制 ， 人 类 权 限 最 大 ” ； 第 三 是 “ 跨 节 点 信 息 路 由 ， 实 现 云 反 射 弧 ” （ 见 图 6） 。 图 6 城 市 大 脑 三 个 顶 层 标 准 示 意 图 15 （ 7） 研 究 方 向 2： 城 市 大 脑 神 经 元 分 类 城 市 大 脑 全 球 标 准 第 二 个 研 究 方 向 提 出 了 城 市 大 脑 神 经 元 的 分 类 。 如 果 按 照 映 射 对 象 进 行 分 类 ， 可 以 把 城 市 大 脑 神 经 元 分 为 “ 城 市 人 类 神 经 元 ” 、 “ 城 市 实 物 神 经 元 ” 、 “ 城 市 程 序 神 经 元 ” 和 “ 城 市 团 体 神 经 元 ” 四 类 （ 见 图 7） 。 图 7 城 市 神 经 元 的 四 个 类 型 16 （ 8） 研 究 方 向 3： 城 市 大 脑 神 经 元 的 功 能 和 结 构 城 市 大 脑 全 球 标 准 第 三 个 研 究 方 向 提 出