自智慧地球概念于2008年11月提出以來，整個地球都沉浸在如何變得更加智慧這個龐大的課題里，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)達而智能缺乏。本文借神經(jīng)系統(tǒng)和大腦智慧這個話題，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。間隔幾里的眾多烽火臺，集信息收集、傳遞為一身，能夠及時把外敵入侵的信息，較快地傳遞回農(nóng)耕文明王國的決策系統(tǒng)。

    在漫長的歷史上，還有相當長的時間，人類使用800里加急傳遞重大情報。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的決定提供重要的信息情報保障。

    1844年5月，美國科學家塞約爾·莫爾斯，在國會大廈最高法院會議室，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。第一封電報的內(nèi)容是圣經(jīng)的詩句：“上帝成就了何等的大事！”。盡管這份電報只傳送了65公里之遙，但它成功地開創(chuàng)了長距離通訊聯(lián)系的新時代。

    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終端設備被傳送到另一個終端設備。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元。從那時起到現(xiàn)在，100多年過去了，電話仍然是最方便、很實用的通訊工具，遍布在大街小巷、辦公室和眾多家庭中。

    當然，歷史走到今天，眾多的互聯(lián)終端、手機、攝像頭、個人電腦已不是傳遞簡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，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、政治和軍事方面的應用需求。

    人類的計算能力又經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程呢？

    遠古時期，人類使用結(jié)繩計數(shù)，開啟了人類對數(shù)字的記錄和計算。后來，隨著科技的進步，人類又發(fā)明了算盤、手搖計算機等比較簡單的機械性計算工具。

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

    時至今日，超級計算機、云計算平臺的發(fā)展，使得人類的計算能力更上一層樓，處理數(shù)據(jù)的速度有了本質(zhì)性的進步。與此同時，受物理法則的限制，在目前的計算機架構(gòu)體系下，基于硅材料的比較經(jīng)濟的計算能力的提高，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、計算能力也得到了空前的發(fā)展。但是，對于日常生活中的許多問題，人類的管理和服務系統(tǒng)，仍然顯得無能為力、無可奈何。例如，如何預測我們的發(fā)展方式是否會造成霧霾天氣？可信度有多高？如何能夠通過一些蛛絲馬跡來預防長江里滾滾而來的死豬？因此，今天人類的管理和服務系統(tǒng)，就如同這樣一個人，他身體的神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)非常發(fā)達，建立大腦的纖維組織也已經(jīng)發(fā)育到相當階段，但他的智商卻還是處于非常低下的等級，大腦缺乏處理信息的能力，不能進行智能的分析和決策，無法對社會和生活中遇到的問題及時應對。所以，人類的管理和服務系統(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。

    隨著我國經(jīng)濟的快速增長，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、交通事故等日益嚴重。如何才能改善城市的交通狀況，使交通問題產(chǎn)生的負面影響降到最低，是各大城市亟待解決的問題。各個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的另一個重要目標。無論我們的社會發(fā)展到什么水平，老百姓都需要一個安全的社會環(huán)境。如何營造這樣的環(huán)境來保障市民的人身安全，維持社會的穩(wěn)定，預防和快速制止犯罪活動等，是政府管理部門必須面對的基本問題。

    除了正常的社會管理和服務功能外，一個智慧城市還需要有完善的應急聯(lián)動系統(tǒng)，因為許多事件是不可預測的，尤其是城市的這種集中居住方式，不可預測事件的影響比分散居住的農(nóng)村要大很多。因此，一個智慧城市的應急系統(tǒng)，要能夠?qū)ν话l(fā)事件，如自然災害、交通事故、突發(fā)性群體事件、匪警火警等，做出即時、正確的反應，要能夠?qū)辟Y源的位置、力量等進行準確的定位和有效合理的使用，使其對百姓的損害和社會的影響減到最小。

    另外，建設智慧城市，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、電子政務、旅游、城管等方方面面的社會服務問題。

    我國在智慧城市建設方面已經(jīng)有不少探索，跟國外發(fā)達國家的差距正在縮小。許多智慧城市已經(jīng)在大規(guī)模地使用攝像頭、監(jiān)測儀、車浮卡、感應器等來收集交通、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。實踐經(jīng)驗證明，一個智慧城市，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)，而且更需要有一個智慧的大腦系統(tǒng)，來統(tǒng)籌管理和運用好收集到的信息。我們稱這個大腦系統(tǒng)的智能水平為城市的“智商”。

    據(jù)估計，一個中大規(guī)模的城市，一個季度就能產(chǎn)生10PB到100PB級別的數(shù)據(jù)，這樣量級的數(shù)據(jù)規(guī)模，是一般信息系統(tǒng)無法有效處理的。因此，一個智慧城市的建設，是離不開強大信息處理后臺系統(tǒng)的建設的。只有建立起相應的處理能力，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，從而真正實現(xiàn)智慧城市的目標

    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、智慧旅游等生活服務為一體的城市服務系統(tǒng)。而這兩大智能系統(tǒng)又是有機關聯(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)收集基礎上，進行快速分析和智能決策。這種分析和決策，已經(jīng)成為建設智慧城市的關鍵。例如，智慧城市的重要組成部分智能交通，需要對大量的車輛數(shù)據(jù)和道路狀況進行快速的智能分析，從而解決道路預測、路線計劃、流量管理等時效性較強的問題，并對突發(fā)事件有效地響應。再例如，如何對海量視頻圖像進行快速檢索和匹配，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務之急。

    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，相對應于以傳感器、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)技術開啟之前，人們討論和實踐的基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等“最新”信息技術的智慧城市，實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聯(lián)不深的“初級智慧”，城市并沒有真正的智慧化。因此，我國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)達而智慧不足的“弱智城市”。大數(shù)據(jù)技術的發(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)在下列幾個方面：

    首先，大數(shù)據(jù)技術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)絡環(huán)境和復雜業(yè)務處理情況下，實現(xiàn)大量圖片的實時網(wǎng)絡傳輸和快速持久化存儲；能夠同時對任意站點的圖像、視頻進行顯示，流暢播放、實時對比、快速報警；能夠進行多條件檢索等，從而更好地解決交通監(jiān)管、安全防護等問題。大數(shù)據(jù)技術可以使醫(yī)療、教育等服務更加流暢、更加人性化。大數(shù)據(jù)技術存儲的海量多類型、富維度的醫(yī)療記錄可以使診斷更加準確、快速，并節(jié)約費用。

    其次，基于大數(shù)據(jù)技術的智慧城市IT系統(tǒng)，可以使整個城市信息集中在一個平臺上，使城市管理系統(tǒng)成為一個完整的大腦，從而能夠?qū)⒊鞘泄芾淼姆治龊蜎Q策集成化。過去幾年，由于技術因素的限制，很多智慧城市系統(tǒng)仍然建立在獨立的信息模塊之上。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IT系統(tǒng)內(nèi)。再例如，應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)同非常難以實現(xiàn)，有效的應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)技術對解決上述難題提供了新的希望。大數(shù)據(jù)技術能夠在收集智慧城市各模塊數(shù)據(jù)的基礎上，對數(shù)據(jù)進行交互分析，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、救護車等資源的調(diào)度和使用。同時，管理系統(tǒng)還能夠獲取傷病人員的個人健康檔案，準確地提供醫(yī)療等善后服務，也能夠準確地獲取事故地段的地質(zhì)、建設、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系統(tǒng)提供新的洞察力。因為城市的各項管理和服務是持續(xù)進行的，日積月累，自然會形成大量數(shù)據(jù)的積累，在這些數(shù)據(jù)中也必然隱藏著對這個城市一些潛在特征的描述。社會科學的很多規(guī)律和經(jīng)驗，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，深度學習（deeplearning），演繹推理（deductivereasoning）、知識表現(xiàn)（knowledgerepresentation），統(tǒng)計推理（Bayesianinference）、語義分析（semanticanalysis）等，對城市本身各個模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行交互分析，非?？赡墚a(chǎn)生新的商業(yè)價值和新的管理和服務建議。例如，通過人工智能的方法，交互分析長江某區(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)、天氣預報的數(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出現(xiàn)在長江的隱性規(guī)律，并由此采取相應的措施來保障長江的清潔、防范疾病的蔓延、為飼養(yǎng)農(nóng)戶提供及時的幫助。此外，各城市還可以根據(jù)對環(huán)境監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，預測火災、水災等自然災害的發(fā)生規(guī)律。

    綜上所述，大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，為建造真正的智慧城市逐漸夯實了技術基礎。基于大數(shù)據(jù)技術的新一代智慧城市的規(guī)劃和建設具有后發(fā)優(yōu)勢。新一代智慧城市不僅會有以感知化和互聯(lián)互通為特征的神經(jīng)系統(tǒng)，還將會有以大數(shù)據(jù)技術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，實現(xiàn)智慧城市讓城市生活更美好、更幸福的目標。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”的關鍵。