用互联网云脑架构解析智慧城市，7种城市神经反射弧的建设是重点-36大数据

作者：计算机博士，互联网进化论作者刘锋

前言：本文是根据6月28日我在上海举办的2017（第六届）国际智慧城市峰会上的发言内容整理而成，本次峰会由中国城市科学研究会和同济大学共同主办。

2007年开始，我和科学院大学石勇，彭耿，刘颖等老师，发表论文提出互联网的进化发展问题，“互联网正在向着与人类大脑高度相似的方向进化，它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。并绘制了互联网云脑的架构图。

2008年11月6日，美国IBM总裁兼首席执行官彭明盛在纽约市外交关系委员会发表演讲《智慧地球：下一代的领导议程》。“智慧地球”的理念被明确的提出来，目标是让社会更智慧地进步，让人类更智慧地生存，让地球更智慧地运转。

在此基础上，智慧城市的概念孕育而生，并在此后的8年里，成为中国城市建设的的目标并得到大力推进。智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。

一.用互联网云脑架构详解智慧城市若干重要应用和概念

从本质上讲智慧地球和智慧城市还是互联网发展到一定程度，向城市建设蔓延和深入的结果。因此建设智慧城市就不能忽略互联网的发展趋势和进化规律。在探讨城市神经反射弧之前之前，我们首先解析在智慧城市建设中最重要的组成部分云计算，物联网，大数据，人工智能，边缘计算，工业4.0,机器人等之间究竟是什么关系

1.物联网是互联网云脑的感觉神经系统

因为物联网重点突出了传感器感知的概念，同时它也具备网络线路传输，信息存储和处理，行业应用接口等功能。而且也往往与互联网共用服务器，网络线路和应用接口，使人与人（Human ti Human ,H2H），人与物（Human to thing，H2T）、物与物（ Thing to Thing,T2T）之间的交流变成可能，最终将使人类社会、信息空间和物理世界融为一体

2.工业4.0或工业互联网本质上是互联网云脑运动神经系统的萌芽

互联网中枢神经系统也就是云计算中的软件系统控制工业企业的生产设备，家庭的家用设备，办公室的办公设备，通过智能化，3D打印，无线传感等技术使的机械设备成为互联网大脑改造世界的工具。同时这些智能制造和智能设备也源源不断向互联网大脑反馈大数据数，供互联网中枢神经系统决策使用

3.云计算是互联网云脑的中枢神经系统

在互联网虚拟大脑的架构中，互联网虚拟大脑的中枢神经系统是将互联网的核心硬件层，核心软件层和互联网信息层统一起来为互联网各虚拟神经系统提供支持和服务，从定义上看，云计算与互联网虚拟大脑中枢神经系统的特征非常吻合。在理想状态下，物联网的传感器和互联网的使用者通过网络线路和计算机终端与云计算进行交互，向云计算提供数据，接受云计算提供的服务。

4.大数据是互联网人工智能热潮产生的基础

随着博客、社交网络、以及云计算、物联网等技术的兴起，互联网上数据信息正以前所未有的速度增长和累积。互联网用户的互动，企业和政府的信息发布，物联网传感器感应的实时信息每时每刻都在产生大量的结构化和非结构化数据，这些数据分散在整个互联网网络体系内，体量极其巨大。这些数据中蕴含了对经济，科技，教育等等领域非常宝贵的信息。这就是互联网大数据兴起的根源和背景。

5.互联网人工智能是互联网云脑智慧和智能产生的动力源泉

1992年日本第五代计算机计划的无果而终，随后人工神经网络热在20世纪90年代初退烧，人工智能领域再次进入“AI之冬”。这个冬季如此的寒冷与漫长，直到2006年加拿大多伦多大学教授Geoffrey Hinton提出”深度学习“算法，情况才发生转变。这个算法是对20世纪40年代诞生的人工神经网络理论的一次巧妙的升级，它最大的革新是可以有效的处理庞大的数据。这一特点幸运的与互联网结合。由此引发了2010年以来新的一股人工智能热潮。人工智能从此进入一个新的时代–互联网人工智能时代，基于互联网海量的“大数据”和每时每刻与现实世界的信息交互，2014年开始，百度大脑，讯飞大脑，阿里大脑等互联网人工智能系统也纷纷涌现，不断创造出新的领域和记录。

6.边缘计算是互联网云脑系统的神经末梢

边缘计算可以看做是互联网云脑（大脑）发育过程中互联网神经末梢不断发育的结果，边缘计算为代表的智能感受器和效应器在网络的边缘进行初步和简单的数据，信息处理。它们的出现不是为了替代互联网的中枢神经系统（云计算），而是与云计算互为备份，互为依托，增加整个互联网云脑（大脑）的鲁棒性。在有良好网络条件的情况下，云端能减少本地端的计算任务，也能够完成信息储备能力及数据实时共享。当网络线路和云端计算量受限时，边缘计算和雾计算可以独立进行信息处理，但最终当线路联通后，边缘计算和雾计算还是要把相关信息传输到云端（互联网中枢神经系统），实现不同边缘设备的信息共享和交互。

二 基于互联网云脑架构的智慧城市建设

从以上研究可以看出智慧城市作为互联网与城市建设结合的样本，一方面会继承互联网大脑架构的基本原理，也就是说智慧城市作为完整的体系，应该有自己的城市中枢神经系统（云计算建设），城市感觉神经系统（物联网建设），城市运动神经系统（工业4.0建设），城市神经模式发育（边缘计算），城市智慧的产生与应用（大数据与人工智能建设）。

智慧城市建设的基本体系依然是互联网大脑架构的缩小版，但其关键核心却是城市神经元或城市神经元网络的建设，我们知道人类大脑中最重要的结构是神经元，正是由于神经元的链接，互动才产生了智慧，同样智慧城市只有找到和建设好自己的神经元，神经网络，其他所有的一切要素（包括云计算，物联网，工业4.0.大数据，人工智能）才有基础。

那么这个城市神经元，城市神经网络将如何建设呢？答案是大社交网络的生成和大社交网络与城市的结合，一直以来，社交网络被认为就是互联网上人与人的交互社区。但随着物联网，云计算，大数据等新现象的出现，社交网络的形态也必将发生改变，

社交网络无疑已成为今天互联网最热门的概念和应用，到2012年，Facebook已经超于Google成为世界第一大流量网站，在中国，以新浪微博，腾讯微博，人人网，开心网为代表的社交网络成为中国网民最活跃的场所。

当互联网进入21世纪以来，当物联网，工业4.0，工业互联网与社交网络融合时，每一栋大楼，每一辆汽车，每一个景区，每一个商场，每一个电器都会在SNS网站上开设账号（如微信，微博，facebook)，自动的发布自己实时的信息，并与其他”人“，和“物”进行交互.社交网络的定义将不再仅仅是人与人的社交，而是人与人，人与物，物与物的范围更大的社交网络.我们可以称为“大社交网络”-BIG Social Networking Services （Big SNS)

这个大社交网络与智慧城市紧密的结合是智慧城市能否建设成功的关键，也就是说智慧城市的每个要素，无论是居民，企业，政府机构，路灯，车辆，工场，都要以城市神经元的方式加入到智慧城市的大社交网络，这些城市神经元的互动，聚合，链接将成为城市变成智慧城市的关键点。城市中枢神经系统（云计算建设），城市感觉神经系统（物联网建设），城市运动神经系统（工业4.0建设），城市智慧的产生与应用（大数据与人工智能建设）的产生而是以此为基础才能真正运转起来。综上所述，基于互联网云脑架构的智慧城市示意图如下图所示：

三、基于互联网云脑的7种城市神经反射弧和应用场景

神经反射现象是人类神经系统最重要的神经活动之一，它首先由法国哲学家笛卡儿提出，他注意到机体对于一些环境刺激具有规律性反应。例如，异物碰到角膜即引起眨眼。他借用了物理学中反射的概念，认为动物的活动像光线投射到镜子上被反射出来一样。用实验分析的方法研究脑和脊髓并阐明反射规律的，是英国的谢灵顿以及俄国的谢切诺夫和巴甫洛夫。

反射弧是反射活动的结构基础，是机体从接受刺激到发生反应的过程中兴奋在神经系统内循行的整个路径。反射一般都需要完整的反射弧来实现。一个完整的反射弧由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器5个基本部分组成。

膝跳反射是我们最为熟知，也是最简单的反射活动， 我们经常可以看到一个笑话，那就是一位医生坐在病人的前面，低头用锤子测试病人的膝跳反射，结果可想而知，医生的鼻子受伤了，膝跳反射就是一个标准的神经反射弧现象。接受刺激，做出反应。那么互联网云脑和基于互联网云脑建设的智慧城市有没有同样的机制呢？

互联网云脑的神经反射弧其实在今天已经广泛的出现在我们的周围，几乎每时每刻，从世界各地发起的互联网神经反射现象都在不断的产生和消失。例如汽车传感器发现有盗贼，发短信给车主，车主赶到将盗贼抓住；湿度传感器发现空气湿度加大，有下雨迹象，通知野外挖掘设备打开防雨设备等。

与人体的神经反射弧相对应，从前文可以看出，互联网云脑的感受器主要由联网的传感器（包括摄像头）组成。互联网云脑的效应器主要由联网的办公设备，智能制造，智能驾驶，智能医疗等等组成。控制他们的是互联网云脑的中枢神经系统（云计算+大数据+人工智能）,边缘计算将加强互联网云脑感受器和效应器的智能程度和反应速度。

城市神经反射弧作为互联网云脑与智慧城市结合的产物，在智慧城市的未来建设中将起到非常重要的作用。从实践上看，将可以出现7种不同种类的城市神经反射弧。

第一种是网络传感器到联网智能设备的反射弧 ：例如，在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过100度，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送指令给大楼灭火机器人，由该楼层灭火机器人操控水枪进行灭火。

第二种是人到联网智能设备的反射弧 ：例如，在大楼里，大楼监控机房的值班人员发现某办公室出现火苗和烟雾，于是按下报警按钮，将报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送指令给大楼灭火机器人，由该楼层灭火机器人操控水枪进行灭火。

第三种是网络传感器到人的反射弧： 例如，在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过100度，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送信息给附近的消防队，消防队出动消防人员来大大楼实施灭火。

第四种人到人的反射弧： 例如，在大楼里，大楼监控机房的值班人员发现某办公室出现火苗和烟雾，于是按下报警按钮，将报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送信息给附近的消防队，消防队出动消防人员来大大楼实施灭火

第五种是互联网云脑的智能程序到联网智能设备的反射弧 ：例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测城市郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布指令，启动云计算机房的备用机器，扩充数据空间。

第六种是互联网云脑内部智能程序到人的反射弧 ：例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布短信或电子邮件，提醒机房值班人员，启动云计算机房的备用机器，扩充数据空间。

第七种是互联网云脑智能程序到智能程序的反射弧： 这种类型的神经反射弧可以看做是云端人工智能系统的对话。例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布指令给云计算机房的维护程序，停止向数据空间写入数据，避免数据空间过载。

智慧城市中已经已经出现很多神经反射弧案例，例如无锡消防部门开始利用家庭火灾远程监控和救助系统，帮助农村留守老人和留守儿童家庭进行防火预警与快速反应。这套系统由无线终端、业务平台和传感探测设备（烟感、紧急救助按钮等）组成。它的工作过程就是一个典型的基于互联网云脑的城市神经反射弧。

当发生火灾或其它紧急事件时，探测器发出报警信号（或手动按下救助按钮），火警信息将通过GPRS或TD无线网络传输到四个地方：一是社区（小区）监控中心；二是辖区消防部门的消防巡防车；三是全市119火灾调度指挥中心；四是发生火灾家庭的业主及其亲人和邻居朋友的手机上。

当四方面在接到报警后能第一时间赶赴现场开展救助，为扑灭火灾和紧急处置赢得时间，避免火灾的蔓延扩大，最大限度地减少人员伤亡和财产损失。从无锡消防的这个系统我们可以看出，除了传感器和机械设备可以作为感受器和效应器，人也是互联网反射弧中重要的因素，既可以做感受器也可以做效应器。

随着智慧城市的发展，互联网云脑与智慧城市的结合，相信会出现更多城市神经反射弧的案例。譬如智能驾驶，共享单车，智能护理，城市安全，智能无人商店，等等很多场景将会实现城市神经反射弧的建设，未来如何增强城市神经反射弧的健壮性（鲁棒性），如何加快城市神经反射弧的反应速度和执行效率，将是智慧城市发展的重点。

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