自智慧地球概念于2008年11月提出以來，整個(gè)地球都沉浸在如何變得更加智慧這個(gè)龐大的課題里，各種想法層出不窮，但我們看到的卻是地球神經(jīng)系統(tǒng)的不斷發(fā)達(dá)而智能缺乏。本文借神經(jīng)系統(tǒng)和大腦智慧這個(gè)話題，就如何建立智慧城市的智能系統(tǒng)做一些探討。我們認(rèn)為，大數(shù)據(jù)（BigData）分析和決策是新一代智慧城市的大腦，是提升智慧城市“智商”的關(guān)鍵。

    首先我們看看人類是如何傳遞信息的。

    2000多年前，人類已經(jīng)開始使用烽火臺(tái)。間隔幾里的眾多烽火臺(tái)，集信息收集、傳遞為一身，能夠及時(shí)把外敵入侵的信息，較快地傳遞回農(nóng)耕文明王國(guó)的決策系統(tǒng)。

    在漫長(zhǎng)的歷史上，還有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，人類使用800里加急傳遞重大情報(bào)。用這種換馬不換人的方法，來提高信息傳遞的效率，為中央決策者做出正確及時(shí)的決定提供重要的信息情報(bào)保障。

    1844年5月，美國(guó)科學(xué)家塞約爾·莫爾斯，在國(guó)會(huì)大廈最高法院會(huì)議室，向正在巴爾的摩的艾爾弗雷德·維爾發(fā)了世界上第一封電報(bào)。第一封電報(bào)的內(nèi)容是圣經(jīng)的詩句：“上帝成就了何等的大事！”。盡管這份電報(bào)只傳送了65公里之遙，但它成功地開創(chuàng)了長(zhǎng)距離通訊聯(lián)系的新時(shí)代。

    1876年3月10日，亞力山大·貝爾發(fā)明了電話。人類的聲音第一次通過電纜從一個(gè)終端設(shè)備被傳送到另一個(gè)終端設(shè)備。1892年，紐約到芝加哥的電話線路開通。亞力山大·貝爾第一個(gè)試音：“喂，芝加哥。”這一歷史性的聲音，開啟了人類在日常生活和工作中使用電話的新紀(jì)元。從那時(shí)起到現(xiàn)在，100多年過去了，電話仍然是最方便、很實(shí)用的通訊工具，遍布在大街小巷、辦公室和眾多家庭中。

    當(dāng)然，歷史走到今天，眾多的互聯(lián)終端、手機(jī)、攝像頭、個(gè)人電腦已不是傳遞簡(jiǎn)單的信息和通通電話了，這些終端可以收集海量的語音、圖片、視頻、文字、位置等信息、又通過3G、4G、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，快速地把它們匯集到大型的信息中心或網(wǎng)站，滿足商業(yè)、文化、經(jīng)濟(jì)、政治和軍事方面的應(yīng)用需求。

    人類的計(jì)算能力又經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程呢？

    遠(yuǎn)古時(shí)期，人類使用結(jié)繩計(jì)數(shù)，開啟了人類對(duì)數(shù)字的記錄和計(jì)算。后來，隨著科技的進(jìn)步，人類又發(fā)明了算盤、手搖計(jì)算機(jī)等比較簡(jiǎn)單的機(jī)械性計(jì)算工具。

    1946年，人類發(fā)明了第一臺(tái)由電子管組成的電子計(jì)算機(jī)。相比今天的計(jì)算機(jī)，它顯得既龐大又簡(jiǎn)陋，計(jì)算能力與現(xiàn)在不可同日而語。但它卻莊嚴(yán)地標(biāo)志著人類的計(jì)算工具告別了機(jī)械時(shí)代、人類的計(jì)算能力有了巨大的飛躍。

    時(shí)至今日，超級(jí)計(jì)算機(jī)、云計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展，使得人類的計(jì)算能力更上一層樓，處理數(shù)據(jù)的速度有了本質(zhì)性的進(jìn)步。與此同時(shí)，受物理法則的限制，在目前的計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系下，基于硅材料的比較經(jīng)濟(jì)的計(jì)算能力的提高，也逐漸接近其上限。

    綜上所述，我們不難看出，人類信息傳遞的能力有了極大的提升、計(jì)算能力也得到了空前的發(fā)展。但是，對(duì)于日常生活中的許多問題，人類的管理和服務(wù)系統(tǒng)，仍然顯得無能為力、無可奈何。例如，如何預(yù)測(cè)我們的發(fā)展方式是否會(huì)造成霧霾天氣？可信度有多高？如何能夠通過一些蛛絲馬跡來預(yù)防長(zhǎng)江里滾滾而來的死豬？因此，今天人類的管理和服務(wù)系統(tǒng)，就如同這樣一個(gè)人，他身體的神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，建立大腦的纖維組織也已經(jīng)發(fā)育到相當(dāng)階段，但他的智商卻還是處于非常低下的等級(jí)，大腦缺乏處理信息的能力，不能進(jìn)行智能的分析和決策，無法對(duì)社會(huì)和生活中遇到的問題及時(shí)應(yīng)對(duì)。所以，人類的管理和服務(wù)系統(tǒng)需要智慧大腦，需要在神經(jīng)系統(tǒng)之上提高智商。而這恰恰是目前智慧城市發(fā)展的瓶頸。

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，汽車數(shù)量也呈幾何數(shù)量增加，城市里交通擁堵、交通污染、交通事故等日益嚴(yán)重。如何才能改善城市的交通狀況，使交通問題產(chǎn)生的負(fù)面影響降到最低，是各大城市亟待解決的問題。各個(gè)城市的職能部門都把希望寄托在智能交通系統(tǒng)的建立上。

    平安居住是智慧城市建設(shè)的另一個(gè)重要目標(biāo)。無論我們的社會(huì)發(fā)展到什么水平，老百姓都需要一個(gè)安全的社會(huì)環(huán)境。如何營(yíng)造這樣的環(huán)境來保障市民的人身安全，維持社會(huì)的穩(wěn)定，預(yù)防和快速制止犯罪活動(dòng)等，是政府管理部門必須面對(duì)的基本問題。

    除了正常的社會(huì)管理和服務(wù)功能外，一個(gè)智慧城市還需要有完善的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)樵S多事件是不可預(yù)測(cè)的，尤其是城市的這種集中居住方式，不可預(yù)測(cè)事件的影響比分散居住的農(nóng)村要大很多。因此，一個(gè)智慧城市的應(yīng)急系統(tǒng)，要能夠?qū)ν话l(fā)事件，如自然災(zāi)害、交通事故、突發(fā)性群體事件、匪警火警等，做出即時(shí)、正確的反應(yīng)，要能夠?qū)?yīng)急資源的位置、力量等進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和有效合理的使用，使其對(duì)百姓的損害和社會(huì)的影響減到最小。

    另外，建設(shè)智慧城市，還需要利用科技的力量，著力解決好諸如醫(yī)療、教育、環(huán)保、位置服務(wù)、電子政務(wù)、旅游、城管等方方面面的社會(huì)服務(wù)問題。

    我國(guó)在智慧城市建設(shè)方面已經(jīng)有不少探索，跟國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在縮小。許多智慧城市已經(jīng)在大規(guī)模地使用攝像頭、監(jiān)測(cè)儀、車浮卡、感應(yīng)器等來收集交通、安防、人流、物流等方面的信息，城市管理部門也已經(jīng)開始使用這些信息來管理各方面的需求。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，一個(gè)智慧城市，不僅僅需要有眾多的攝像頭、傳感器等來收集信息，建立其信息神經(jīng)系統(tǒng)，而且更需要有一個(gè)智慧的大腦系統(tǒng)，來統(tǒng)籌管理和運(yùn)用好收集到的信息。我們稱這個(gè)大腦系統(tǒng)的智能水平為城市的“智商”。

    據(jù)估計(jì)，一個(gè)中大規(guī)模的城市，一個(gè)季度就能產(chǎn)生10PB到100PB級(jí)別的數(shù)據(jù)，這樣量級(jí)的數(shù)據(jù)規(guī)模，是一般信息系統(tǒng)無法有效處理的。因此，一個(gè)智慧城市的建設(shè)，是離不開強(qiáng)大信息處理后臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)的。只有建立起相應(yīng)的處理能力，才可以將這些收集到的信息用于更加有效、科學(xué)的城市管理和建造環(huán)保、綠色的居住環(huán)境上來，才有可能在安防、醫(yī)療、交通、教育、環(huán)保等各方面提供更好的服務(wù)，從而真正實(shí)現(xiàn)智慧城市的目標(biāo)

    一般來說，智慧城市通常需要兩大智能系統(tǒng)：一是集智慧交通、智慧安居、智慧應(yīng)急、智慧城管、智慧能源等功能為一體的城市管理系統(tǒng)；二是集教育、醫(yī)療、寬帶（WiFi）、位置服務(wù)、智慧旅游等生活服務(wù)為一體的城市服務(wù)系統(tǒng)。而這兩大智能系統(tǒng)又是有機(jī)關(guān)聯(lián)的，成為智慧城市的大腦。

    為了更好地完成這兩大系統(tǒng)的功能，必須在大規(guī)模數(shù)據(jù)收集基礎(chǔ)上，進(jìn)行快速分析和智能決策。這種分析和決策，已經(jīng)成為建設(shè)智慧城市的關(guān)鍵。例如，智慧城市的重要組成部分智能交通，需要對(duì)大量的車輛數(shù)據(jù)和道路狀況進(jìn)行快速的智能分析，從而解決道路預(yù)測(cè)、路線計(jì)劃、流量管理等時(shí)效性較強(qiáng)的問題，并對(duì)突發(fā)事件有效地響應(yīng)。再例如，如何對(duì)海量視頻圖像進(jìn)行快速檢索和匹配，從而找到特定的人或物體的行蹤，也是平安居住方面急需解決的當(dāng)務(wù)之急。

    怎么構(gòu)建智慧城市的大腦，提升其“智商”呢？

    我們的研究表明，相對(duì)應(yīng)于以傳感器、電子眼收集數(shù)據(jù)為代表的第一代智慧城市，具有智能分析和決策能力的智慧城市是新一代智慧城市（或稱第二代智慧城市）。在大數(shù)據(jù)技術(shù)開啟之前，人們討論和實(shí)踐的基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等“最新”信息技術(shù)的智慧城市，實(shí)際上只是給智慧城市建造“神經(jīng)系統(tǒng)”和非常有限并相互關(guān)聯(lián)不深的“初級(jí)智慧”，城市并沒有真正的智慧化。因此，我國(guó)目前能看到的所謂智慧城市，基本上屬于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達(dá)而智慧不足的“弱智城市”。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展恰恰為解決智慧城市的“智商”問題提供了有效的工具。這主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

    首先，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠提供工具來解決城市管理所面臨的問題。例如，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠快速處理大量包括視頻、語音等非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，能在海量數(shù)據(jù)、惡劣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和復(fù)雜業(yè)務(wù)處理情況下，實(shí)現(xiàn)大量圖片的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸和快速持久化存儲(chǔ)；能夠同時(shí)對(duì)任意站點(diǎn)的圖像、視頻進(jìn)行顯示，流暢播放、實(shí)時(shí)對(duì)比、快速報(bào)警；能夠進(jìn)行多條件檢索等，從而更好地解決交通監(jiān)管、安全防護(hù)等問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以使醫(yī)療、教育等服務(wù)更加流暢、更加人性化。大數(shù)據(jù)技術(shù)存儲(chǔ)的海量多類型、富維度的醫(yī)療記錄可以使診斷更加準(zhǔn)確、快速，并節(jié)約費(fèi)用。

    其次，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧城市IT系統(tǒng)，可以使整個(gè)城市信息集中在一個(gè)平臺(tái)上，使城市管理系統(tǒng)成為一個(gè)完整的大腦，從而能夠?qū)⒊鞘泄芾淼姆治龊蜎Q策集成化。過去幾年，由于技術(shù)因素的限制，很多智慧城市系統(tǒng)仍然建立在獨(dú)立的信息模塊之上。例如，交通部門的數(shù)據(jù)和公安部門的數(shù)據(jù)不在同一個(gè)IT系統(tǒng)內(nèi)。再例如，應(yīng)急處理所需要的交通、安防、醫(yī)療、位置等信息的數(shù)據(jù)協(xié)同非常難以實(shí)現(xiàn)，有效的應(yīng)急處理也只能可望不可及。因此，“信息孤島”現(xiàn)象很普遍。大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)解決上述難題提供了新的希望。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠在收集智慧城市各模塊數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互分析，從而建立起基于數(shù)據(jù)的、超越傳統(tǒng)感知和經(jīng)驗(yàn)的輔助決策系統(tǒng)。例如，市內(nèi)某路段的車流變得異常，城市管理系統(tǒng)可以推斷出這里非?？赡艹隽塑嚨溁蚱渌鹿剩瑥亩皶r(shí)派出警車排除故障。再例如，如果城市某地發(fā)生了重大事故，城市管理系統(tǒng)可以從全局出發(fā)，了解并管理全部的救急資源，協(xié)調(diào)和安排好警車、消防車、救護(hù)車等資源的調(diào)度和使用。同時(shí)，管理系統(tǒng)還能夠獲取傷病人員的個(gè)人健康檔案，準(zhǔn)確地提供醫(yī)療等善后服務(wù)，也能夠準(zhǔn)確地獲取事故地段的地質(zhì)、建設(shè)、管道等情況，從而更好地處理事故。

    最后，大數(shù)據(jù)智能分析能夠給智慧城市的管理和服務(wù)系統(tǒng)提供新的洞察力。因?yàn)槌鞘械母黜?xiàng)管理和服務(wù)是持續(xù)進(jìn)行的，日積月累，自然會(huì)形成大量數(shù)據(jù)的積累，在這些數(shù)據(jù)中也必然隱藏著對(duì)這個(gè)城市一些潛在特征的描述。社會(huì)科學(xué)的很多規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，在海量積累的數(shù)據(jù)里自然存在著，在等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和了解，從而為城市的智慧化、精細(xì)化管理提供決策依據(jù)。如果使用現(xiàn)代人工智能的方法，例如，深度學(xué)習(xí)（deeplearning），演繹推理（deductivereasoning）、知識(shí)表現(xiàn)（knowledgerepresentation），統(tǒng)計(jì)推理（Bayesianinference）、語義分析（semanticanalysis）等，對(duì)城市本身各個(gè)模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互分析，非常可能產(chǎn)生新的商業(yè)價(jià)值和新的管理和服務(wù)建議。例如，通過人工智能的方法，交互分析長(zhǎng)江某區(qū)域商業(yè)飼料銷售的數(shù)據(jù)、獸藥銷售的數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖面積的數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)、環(huán)境污染的數(shù)據(jù)等，我們也許能夠了解一些死豬會(huì)出現(xiàn)在長(zhǎng)江的隱性規(guī)律，并由此采取相應(yīng)的措施來保障長(zhǎng)江的清潔、防范疾病的蔓延、為飼養(yǎng)農(nóng)戶提供及時(shí)的幫助。此外，各城市還可以根據(jù)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，預(yù)測(cè)火災(zāi)、水災(zāi)等自然災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律。

    綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，為建造真正的智慧城市逐漸夯實(shí)了技術(shù)基礎(chǔ)?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的新一代智慧城市的規(guī)劃和建設(shè)具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。新一代智慧城市不僅會(huì)有以感知化和互聯(lián)互通為特征的神經(jīng)系統(tǒng)，還將會(huì)有以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐的綜合智能化分析和決策系統(tǒng)。只有這樣的智能化系統(tǒng)，才能使智慧城市的管理系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)充分、有效、合理地發(fā)揮各自的作用，解決目前困擾各地的“信息孤島”現(xiàn)象，做到信息資源的共享，智能決策的集成，實(shí)現(xiàn)智慧城市讓城市生活更美好、更幸福的目標(biāo)。因此，可以說，大數(shù)據(jù)分析和決策是新一代智慧城市的大腦，是提升智慧城市“智商”的關(guān)鍵。