2007年開始，科學(xué)院大學(xué)石勇，彭耿，劉穎等老師，發(fā)表論文提出互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)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(jìn)化，它將具備自己的視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，也會(huì)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(gòu)圖。
2008年11月6日，美國(guó)IBM總裁兼執(zhí)行官彭明盛在紐約市外交關(guān)系委員會(huì)發(fā)表演講《智慧地球：下一代的領(lǐng)導(dǎo)議程》。“智慧地球”的理念被明確的提出來，目標(biāo)是讓社會(huì)更智慧地進(jìn)步，讓人類更智慧地生存，讓地球更智慧地運(yùn)轉(zhuǎn)。
在此基礎(chǔ)上，智慧城市的概念孕育而生，并在此后的8年里，成為中國(guó)城市建設(shè)的的目標(biāo)并得到大力推進(jìn)。智慧城市就是運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)。其實(shí)質(zhì)是利用*的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)成長(zhǎng)。
一.用互聯(lián)網(wǎng)云腦架構(gòu)詳解智慧城市若干重要應(yīng)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(shè)蔓延和深入的結(jié)果。因此建設(shè)智慧城市就不能忽略互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和進(jìn)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(shè)中zui重要的組成部分云計(jì)算，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，人工智能，邊緣計(jì)算，工業(yè)4.0,機(jī)器人等之間究竟是什么關(guān)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?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)重點(diǎn)突出了傳感器感知的概念，同時(shí)它也具備網(wǎng)絡(luò)線路傳輸，信息存儲(chǔ)和處理，行業(yè)應(yīng)用接口等功能。而且也往往與互聯(lián)網(wǎng)共用服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)線路和應(yīng)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，zui終將使人類社會(huì)、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(yùn)動(dòng)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(jì)算中的軟件系統(tǒng)控制工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，家庭的家用設(shè)備，辦公室的辦公設(shè)備，通過智能化，3D打印，無線傳感等技術(shù)使的機(jī)械設(shè)備成為互聯(lián)網(wǎng)大腦改造世界的工具。同時(shí)這些智能制造和智能設(shè)備也*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(jì)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(gòu)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(wù)，從定義上看，云計(jì)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(luò)線路和計(jì)算機(jī)終端與云計(jì)算進(jìn)行交互，向云計(jì)算提供數(shù)據(jù)，接受云計(jì)算提供的服務(wù)。
4.大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)人工智能熱潮產(chǎn)生的基礎(chǔ)
隨著博客、社交網(wǎng)絡(luò)、以及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)信息正以的速度增長(zhǎng)和累積?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶的互動(dòng)，企業(yè)和政府的信息發(fā)布，物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應(yīng)的實(shí)時(shí)信息每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)，體量極其巨大。這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含了對(duì)經(jīng)濟(jì)，科技，教育等等領(lǐng)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(dòng)力源泉
1992年日本第五代計(jì)算機(jī)計(jì)劃的無果而終，隨后人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)熱在20世紀(jì)90年代初退燒，人工智能領(lǐng)域再次進(jìn)入“AI之冬”。這個(gè)冬季如此的寒冷與漫長(zhǎng)，直到2006年加拿大多倫多大學(xué)教授Geoffrey Hinton提出”深度學(xué)習(xí)“算法，情況才發(fā)生轉(zhuǎn)變。這個(gè)算法是對(duì)20世紀(jì)40年代誕生的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的一次巧妙的升級(jí)，它zui大的革新是可以有效的處理龐大的數(shù)據(jù)。這一特點(diǎn)幸運(yùn)的與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)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(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代--互聯(lián)網(wǎng)人工智能時(shí)代，基于互聯(lián)網(wǎng)海量的“大數(shù)據(jù)”和每時(shí)每刻與現(xiàn)實(shí)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(lǐng)域和記錄。
6.邊緣計(jì)算是互聯(lián)網(wǎng)云腦系統(tǒng)的神經(jīng)末梢
邊緣計(jì)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(jié)果，邊緣計(jì)算為代表的智能感受器和效應(yīng)器在網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行初步和簡(jiǎn)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(jì)算)，而是與云計(jì)算互為備份，互為依托，增加整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)云腦(大腦)的魯棒性。在有良好網(wǎng)絡(luò)條件的情況下，云端能減少本地端的計(jì)算任務(wù)，也能夠完成信息儲(chǔ)備能力及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路和云端計(jì)算量受*，邊緣計(jì)算和霧計(jì)算可以獨(dú)立進(jìn)行信息處理，但zui終當(dāng)線路聯(lián)通后，邊緣計(jì)算和霧計(jì)算還是要把相關(guān)信息傳輸?shù)皆贫?互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)不同邊緣設(shè)備的信息共享和交互。
二 基于互聯(lián)網(wǎng)云腦架構(gòu)的智慧城市建設(shè)
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(shè)結(jié)合的樣本，一方面會(huì)繼承互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的基本原理，也就是說智慧城市作為完整的體系，應(yīng)該有自己的城市中樞神經(jīng)系統(tǒng)(云計(jì)算建設(shè))，城市感覺神經(jīng)系統(tǒng)(物聯(lián)網(wǎng)建設(shè))，城市運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)(工業(yè)4.0建設(shè))，城市神經(jīng)模式發(fā)育(邊緣計(jì)算)，城市智慧的產(chǎn)生與應(yīng)用(大數(shù)據(jù)與人工智能建設(shè))。
智慧城市建設(shè)的基本體系依然是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的縮小版，但其關(guān)鍵核心卻是城市神經(jīng)元或城市神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，我們知道人類大腦中zui重要的結(jié)構(gòu)是神經(jīng)元，正是由于神經(jīng)元的鏈接，互動(dòng)才產(chǎn)生了智慧，同樣智慧城市只有找到和建設(shè)好自己的神經(jīng)元，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其他所有的一切要素(包括云計(jì)算，物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)4.0.大數(shù)據(jù)，人工智能)才有基礎(chǔ)。
那么這個(gè)城市神經(jīng)元，城市神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將如何建設(shè)呢？答案是大社交網(wǎng)絡(luò)的生成和大社交網(wǎng)絡(luò)與城市的結(jié)合，一直以來，社交網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)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(jì)算，大數(shù)據(jù)等新現(xiàn)象的出現(xiàn)，社交網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)也必將發(fā)生改變，
社交網(wǎng)絡(luò)無疑已成為今天互聯(lián)網(wǎng)zui熱門的概念和應(yīng)用，到2012年，F(xiàn)acebook已經(jīng)超于Google成為世界*大流量，在中國(guó)，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(luò)成為中國(guó)網(wǎng)民zui活躍的場(chǎng)所。
當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入21世紀(jì)以來，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)4.0，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與社交網(wǎng)絡(luò)融合時(shí)，每一棟大樓，每一輛汽車，每一個(gè)景區(qū)，每一個(gè)商場(chǎng)，每一個(gè)電器都會(huì)在SNS上開設(shè)賬號(hào)(如，微博，facebook)，自動(dòng)的發(fā)布自己實(shí)時(shí)的信息，并與其他”人“，和“物”進(jìn)行交互.社交網(wǎng)絡(luò)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(luò).我們可以稱為“大社交網(wǎng)絡(luò)”-BIG Social Networking Services (Big SNS)
這個(gè)大社交網(wǎng)絡(luò)與智慧城市緊密的結(jié)合是智慧城市能否建設(shè)成功的關(guān)鍵，也就是說智慧城市的每個(gè)要素，無論是居民，企業(yè)，政府機(jī)構(gòu)，路燈，車輛，工場(chǎng)，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(luò)，這些城市神經(jīng)元的互動(dòng)，聚合，鏈接將成為城市變成智慧城市的關(guān)鍵點(diǎn)。城市中樞神經(jīng)系統(tǒng)(云計(jì)算建設(shè))，城市感覺神經(jīng)系統(tǒng)(物聯(lián)網(wǎng)建設(shè))，城市運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)(工業(yè)4.0建設(shè))，城市智慧的產(chǎn)生與應(yīng)用(大數(shù)據(jù)與人工智能建設(shè))的產(chǎn)生而是以此為基礎(chǔ)才能真正運(yùn)轉(zhuǎn)起來。綜上所述，基于互聯(lián)網(wǎng)云腦架構(gòu)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(yīng)用場(chǎng)景
神經(jīng)反射現(xiàn)象是人類神經(jīng)系統(tǒng)zui重要的神經(jīng)活動(dòng)之一，它首先由法國(guó)哲學(xué)家笛卡兒提出，他注意到機(jī)體對(duì)于一些環(huán)境刺激具有規(guī)律性反應(yīng)。例如，異物碰到角膜即引起眨眼。他借用了物理學(xué)中反射的概念，認(rèn)為動(dòng)物的活動(dòng)像光線投射到鏡子上被反射出來一樣。用實(shí)驗(yàn)分析的方法研究腦和脊髓并闡明反射規(guī)律的，是英國(guó)的謝靈頓以及俄國(guó)的謝切諾夫和巴甫洛夫。
反射弧是反射活動(dòng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是機(jī)體從接受刺激到發(fā)生反應(yīng)的過程中興奮在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)循行的整個(gè)路徑。反射一般都需要完整的反射弧來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)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(yīng)器5個(gè)基本部分組成。
膝跳反射是我們zui為熟知，也是zui簡(jiǎn)單的反射活動(dòng)， 我們經(jīng)?？梢钥吹揭粋€(gè)笑話，那就是一位醫(yī)生坐在病人的前面，低頭用錘子測(cè)試病人的膝跳反射，結(jié)果可想而知，醫(yī)生的鼻子受傷了，膝跳反射就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的神經(jīng)反射弧現(xiàn)象。接受刺激，做出反應(yīng)。那么互聯(lián)網(wǎng)云腦和基于互聯(lián)網(wǎng)云腦建設(shè)的智慧城市有沒有同樣的機(jī)制呢？
互聯(lián)網(wǎng)云腦的神經(jīng)反射弧其實(shí)在今天已經(jīng)廣泛的出現(xiàn)在我們的周圍，幾乎每時(shí)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，車主趕到將盜賊抓住；濕度傳感器發(fā)現(xiàn)空氣濕度加大，有下雨跡象，通知野外挖掘設(shè)備打開防雨設(shè)備等。
與人體的神經(jīng)反射弧相對(duì)應(yīng)，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。互聯(lián)網(wǎng)云腦的效應(yīng)器主要由聯(lián)網(wǎng)的辦公設(shè)備，智能制造，智能駕駛，智能醫(yī)療等等組成。控制他們的是互聯(lián)網(wǎng)云腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(云計(jì)算+大數(shù)據(jù)+人工智能),邊緣計(jì)算將加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)云腦感受器和效應(yīng)器的智能程度和反應(yīng)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(jié)合的產(chǎn)物，在智慧城市的未來建設(shè)中將起到非常重要的作用。從實(shí)踐上看，將可以出現(xiàn)7種不同種類的城市神經(jīng)反射弧。
*種是網(wǎng)絡(luò)傳感器到聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的反射?。豪?，在大樓里，溫度傳感器檢測(cè)到室內(nèi)溫度升高超過100度，同時(shí)氣敏傳感器檢測(cè)到室內(nèi)二氧化碳濃度升高，于是報(bào)警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務(wù)器中心，服務(wù)器發(fā)送指令給大樓滅火機(jī)器人，由該樓層滅火機(jī)器人操控水槍進(jìn)行滅火。
第二種是人到聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的反射?。豪?，在大樓里，大樓監(jiān)控機(jī)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(bào)警按鈕，將報(bào)警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務(wù)器中心，服務(wù)器發(fā)送指令給大樓滅火機(jī)器人，由該樓層滅火機(jī)器人操控水槍進(jìn)行滅火。
第三種是網(wǎng)絡(luò)傳感器到人的反射弧：例如，在大樓里，溫度傳感器檢測(cè)到室內(nèi)溫度升高超過100度，同時(shí)氣敏傳感器檢測(cè)到室內(nèi)二氧化碳濃度升高，于是報(bào)警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務(wù)器中心，服務(wù)器發(fā)送信息給附近的消防隊(duì)，消防隊(duì)出動(dòng)消防人員來大大樓實(shí)施滅火。
第四種人到人的反射?。豪纾诖髽抢?，大樓監(jiān)控機(jī)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(bào)警按鈕，將報(bào)警信息通過互聯(lián)網(wǎng)線路傳送到服務(wù)器中心，服務(wù)器發(fā)送信息給附近的消防隊(duì)，消防隊(duì)出動(dòng)消防人員來大大樓實(shí)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(shè)備的反射弧：例如，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器中運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)程序，檢測(cè)城市郊區(qū)云計(jì)算機(jī)房的服務(wù)器數(shù)據(jù)空間的容量變化，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間已滿時(shí)，發(fā)送報(bào)警信息給互聯(lián)網(wǎng)中心服務(wù)器，由中心服務(wù)器發(fā)布指令，啟動(dòng)云計(jì)算機(jī)房的備用機(jī)器，擴(kuò)充數(shù)據(jù)空間。
四、城市神經(jīng)反射弧應(yīng)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(zāi)遠(yuǎn)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(jìn)行防火預(yù)警與快速反應(yīng)。這套系統(tǒng)由無線終端、業(yè)務(wù)平臺(tái)和傳感探測(cè)設(shè)備(煙感、緊急救助按鈕等)組成。它的工作過程就是一個(gè)典型的基于互聯(lián)網(wǎng)云腦的城市神經(jīng)反射弧。
當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或其它緊急事件時(shí)，探測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)(或手動(dòng)按下救助按鈕)，火警信息將通過GPRS或TD無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿膫€(gè)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(zāi)調(diào)度指揮中心；四是發(fā)生火災(zāi)家庭的業(yè)主及其親人和鄰居朋友的手機(jī)上。
當(dāng)四方面在接到報(bào)警后能*時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)開展救助，為撲滅火災(zāi)和緊急處置贏得時(shí)間，避免火災(zāi)的蔓延擴(kuò)大，zui大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。從無錫消防的這個(gè)系統(tǒng)我們可以看出，除了傳感器和機(jī)械設(shè)備可以作為感受器和效應(yīng)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(yīng)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(jié)合，相信會(huì)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(hù)理，城市安全，智能無人商店，等等很多場(chǎng)景將會(huì)實(shí)現(xiàn)城市神經(jīng)反射弧的建設(shè)，未來如何增強(qiáng)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(yīng)速度和執(zhí)行效率，將是智慧城市發(fā)展的重點(diǎn)。
