城市智能与城市大脑概念机

柳进军

所谓智能，从信息学的角度来看，实际上是事物能够自发地降低无序程度的能力，也即对抗熵增的能力。在这个意义上，智能在宇宙中广泛存在，是事物发展到高级阶段的必然产物，这其中既有我们经常讨论的生物智能，亦包括鲜有研究的非生物智能如星系运转，本文所说的城市智能就是非生物智能的一种表现形式。近年来，随着人口的高度聚集、城市规模的不断扩张，交通拥堵、环境恶化、人口膨胀等“大城市病”接踵而至，城市正在变得越来越无序，在这样的情况下，随着城市从工业化阶段发展到数字化阶段，城市也将逐渐产生解决大城市病、走向更加有序的能力，也即城市智能。而近年来各地热切关注的城市大脑正是在这一过程中应运而生的产生城市智能的核心载体。

那么城市智能具体指的哪些能力？从对抗熵增、解决问题所耗费的能量出发，我们可以将大致智能分为三个层次：最底层是智能的基本能力，可以称之为智力层，包括算力、算法和记忆等，这一层属于较为简单的智能，具备较强的单一性和元素性，如果只具备这一层智能，在解决问题过程中就需要耗费大量的人力、物力;中间层为智能层，包括思考、学习、价值判断（生物智能独有）能力，是发现关系，形成知识，构建系统的能力，包括了识别、推理和逻辑计算这些综合性功能，具备这一层的智能可以在解决问题中有事半功倍的效果;最高层为智慧层，是直达事物本质的能力。结合技术发展趋势和城市的实际需求，我们认为城市智能所需要具备的是中间层的能力。

那么城市大脑如何产生这些能力？借鉴计算机这一强相关事物的发展历程（即图灵机阶段和结构计算机阶段），我们认为城市大脑也将经历概念机和产品机两个阶段，其中概念机是其重要的逻辑基础。所谓概念机，是对事物的构成要素和作用机制的高度提炼和描绘。通过分析图灵概念机可以发现，它主要从三个方面对计算过程进行了抽象：一是动作，即将人在写上或擦除某个符号抽象成读写头;二是位置，即将人把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置抽象成纸带;三是状态，图灵机认为人要决定下一步的动作取决于此人当前所关注的纸上某个位置的符号和其思维的状态，并且它将这一过程抽象成控制规则和状态寄存器。

他山之石，可以攻玉。笔者尝试以此为鉴，这三个方面出发，将智能产生的过程进行抽象。动作方面，如果要达到思考和学习的能力，有两个基本动作是必不可少的，就是识别和逻辑判断。也就是说城市大脑要至少包含两个组件来完成上述动作：一是识别处理组件，即对事物、环境等的概念、比较、归纳和分类，城市大脑需要具备对采集到的数据进行识别和确认的能力，例如当摄像头采集到车辆和驾驶员的数据时，这一组件能够识别出驾驶员的行为是否是违规行为;二是逻辑计算组件，即在识别基础上进行计算、判断、推理和综合，也就是说城市大脑需要对城市中出现的问题进行综合判断和分析，例如利用电力、水力、税务、行政审批等部门的数据综合分析地区经济发展情况。位置方面，如果要达到对城市运行的感知、分析和处理，就需要对整个城市有时空感知能力。

那么城市大脑概念机如何运转呢？思考和学习能力的产生实际上是上述四个组件相互配合，协同进化产生的。时空感知和初步的知识是基础，识别处理组件在这一基础上能够实现对人、事、物的精准归纳和分类，而逻辑判断组件在上述基础上对输入信息进行加工和推演，从而形成对人、事、物的观点或对问题的解决方案。这些观點和解决方案通过得到外部的正向或负向反馈，来强化或更新原有的知识，同时沉淀到知识图谱组件，从而完成了自学习、自优化、自演进的过程。

当前，全国各地的城市大脑建设正如火如荼，中关村城市大脑建设也已进入2.0阶段，各政府、企业单位需从城市智能以及城市大脑构成要素和运转机理这些本源问题出发，提升对城市大脑的认识和思考，并以此为基础提升城市大脑的建设成效，使其真正成为城市治理能力和治理体系现代化的有力抓手，成为提高城市品质、推动城市发展的重要生产力。