在過去幾十年的城市發(fā)展中，無論規(guī)模大小和經(jīng)濟(jì)水平高低的城市，都未能幸免地患上了交通擁堵等“城市病”。雖然云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等新興技術(shù)在城市治理中的應(yīng)用層出不窮，但“城市病”依舊沒有發(fā)生根本性的改變。
城市大腦（city brain）的提出，為更有效地用新技術(shù)解決未來城市發(fā)展中的問題提供了解決方案。城市大腦是新的城市基礎(chǔ)設(shè)施，既是利用新興技術(shù)解決城市問題的平臺(tái)，也是利用數(shù)據(jù)資源探索創(chuàng)造更多新技術(shù)的平臺(tái)。城市大腦的出現(xiàn)也標(biāo)志著城市的發(fā)展從電力時(shí)代進(jìn)入了算力時(shí)代。
新基礎(chǔ)設(shè)施驅(qū)動(dòng)城市變革
從世界城市的發(fā)展角度來看，歷史上經(jīng)歷了三個(gè)非常重要的階段。
2000多年前，羅馬引入了一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施——道路，讓人類社會(huì)進(jìn)入了“馬力時(shí)代”。也因?yàn)橛辛说缆?，羅馬成為了第一個(gè)使用“基礎(chǔ)設(shè)施”的城市。今天大家覺得，城市修道路是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑?，但其?shí)那是人類一個(gè)巨大的發(fā)明，我們要感謝羅馬第一次引進(jìn)了一個(gè)新的基礎(chǔ)設(shè)施，讓每個(gè)城市有了道路。
在將近2000年的時(shí)間里，人類用城市有多少匹馬來衡量一個(gè)城市的發(fā)展水平，直到130多年前的紐約，這一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)才發(fā)生了巨大的變化。愛迪生為紐約，也為世界引入了第一個(gè)電網(wǎng)，為城市建造了另一個(gè)重要的基礎(chǔ)設(shè)施。城市的發(fā)展通過電網(wǎng)引入電力，從此進(jìn)入了“電力時(shí)代”。時(shí)至今日，城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平依然與電力的使用水平直接關(guān)聯(lián)。
伴隨互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能也在慢慢地改變著城市，城市發(fā)展已經(jīng)面臨質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)刻，計(jì)算能力的提升為城市從電力時(shí)代走進(jìn)算力時(shí)代提供了更多可能。城市在馬力時(shí)代需要道路，在電力時(shí)代需要電網(wǎng)，當(dāng)城市對算力有所依賴時(shí)，就需要有一個(gè)全新的基礎(chǔ)設(shè)施，這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施就是“城市大腦”。
基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)進(jìn)步是相互促進(jìn)的。沒有電網(wǎng)就談不上交流電技術(shù)的成熟，同樣，電網(wǎng)使得交流電的長途傳輸變成可能?；A(chǔ)設(shè)施對技術(shù)的推進(jìn)也是顯而易見的。紐約剛有電的時(shí)候只有一種電器——燈泡，也就是說，我們不是因?yàn)橄扔锌照{(diào)、電視機(jī)和電冰箱才去建電網(wǎng)，而是電網(wǎng)的出現(xiàn)推動(dòng)了世界電器產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。由此，我們可以認(rèn)為，“城市大腦”的出現(xiàn)也會(huì)推動(dòng)我們當(dāng)前想象不到的新發(fā)明出現(xiàn)。
2016年4月，我向杭州市第一次提出嘗試建設(shè)城市大腦，從此開始了為全世界城市發(fā)展探索算力時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
數(shù)據(jù)優(yōu)化城市資源
數(shù)據(jù)資源是一種新生資源，科技的進(jìn)步讓城市可以被量化。那么，將數(shù)據(jù)資源引入城市會(huì)帶來什么？
云計(jì)算已讓計(jì)算成為通用設(shè)施，計(jì)算的便利性前所未有。哪里能尋找到一個(gè)點(diǎn)撬動(dòng)計(jì)算更大的需求，釋放通用設(shè)施的潛力？大數(shù)據(jù)就是撬動(dòng)計(jì)算力的一個(gè)重要點(diǎn)。
當(dāng)今社會(huì)最大的數(shù)據(jù)就是影像數(shù)據(jù)（包括圖片和視頻數(shù)據(jù)）。眾所周知，影像數(shù)據(jù)耗費(fèi)最大的存儲(chǔ)空間，同時(shí)，處理影像數(shù)據(jù)也消耗大量的算力。深度學(xué)習(xí)的重大突破就是基于ImageNet大規(guī)模圖像分類基礎(chǔ)上。同樣，深度學(xué)習(xí)消耗算力之大也推動(dòng)了新的芯片技術(shù)發(fā)展。
對一個(gè)城市而言，最大的數(shù)據(jù)來源便是攝像頭提供的視頻。根據(jù)2017年的統(tǒng)計(jì)，中國現(xiàn)有1.7億攝像頭。這些攝像頭實(shí)時(shí)生成大量數(shù)據(jù)，它們本應(yīng)用來更好地調(diào)控紅綠燈，由此優(yōu)化道路資源、節(jié)約人的時(shí)間。但現(xiàn)實(shí)情況是，這些數(shù)據(jù)除了做一些如車牌照識別的特殊情況處理外，絕大部分都被白白流失。攝像頭與紅綠燈“生長”在同一根電線桿上，卻沒有產(chǎn)生數(shù)據(jù)溝通，它們之間的距離也成為了世界上“最遙遠(yuǎn)的”距離。數(shù)據(jù)不通，則交通不暢，這既浪費(fèi)了城市的數(shù)據(jù)資源，也加大了城市運(yùn)營發(fā)展的成本。
城市大腦明確提出把數(shù)據(jù)資源作為未來城市發(fā)展不可或缺的資源，數(shù)據(jù)資源讓優(yōu)化城市其他資源變成可能。2016年10月，杭州跨出了歷史性的第一步。在蕭山區(qū)的一條主路上通過信號燈與交通數(shù)據(jù)的配合，在已有交通綠波帶的基礎(chǔ)上，道路車輛通行速度平均提升了5%—11%。這雖然只是一點(diǎn)點(diǎn)的進(jìn)步，但卻是非常激動(dòng)人心的。
隨后，杭州從制定交通政策用的“兩個(gè)基本數(shù)字”著手，重新認(rèn)識城市的交通問題。第一個(gè)數(shù)字是機(jī)動(dòng)車保有量，在杭州全市大約是280萬輛。另一個(gè)是用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的機(jī)動(dòng)車每天上路數(shù)量，是130萬輛—180萬輛。而城市大腦對杭州全城的交通情況有了全新的實(shí)時(shí)估算：杭州在平峰時(shí)段上路約20萬輛車，在高峰時(shí)段約30萬輛車。這讓杭州市政府第一次發(fā)現(xiàn)，城市擁堵的直接原因其實(shí)是30萬輛車，而不是280萬輛。這也徹底改變了我們對城市的基本認(rèn)識，找到了解決問題的突破口。
過去幾年，摩爾定律失效是人們談?wù)摵芏嗟囊粋€(gè)話題。在數(shù)據(jù)資源時(shí)代，有一個(gè)更重要的規(guī)律在起作用，我把它叫做比特的在線定律：定律一，每一個(gè)比特都在互聯(lián)網(wǎng)上；定律二，每個(gè)比特都可以在互聯(lián)網(wǎng)上流動(dòng)；定律三，比特所代表的每個(gè)對象在互聯(lián)網(wǎng)上都是可計(jì)算的。
在線定律是數(shù)據(jù)資源的效能定律，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。設(shè)想一下，如果世界上的比特都是在家里的硬盤里,不在互聯(lián)網(wǎng)上，是不會(huì)有數(shù)字經(jīng)濟(jì)的；如果所有的比特不在互聯(lián)網(wǎng)上流動(dòng)，這個(gè)比特也不會(huì)有價(jià)值。更重要的是，如果所有的比特不能被處理，它也不會(huì)產(chǎn)生價(jià)值。
數(shù)據(jù)資源是一個(gè)城市不可或缺的資源，有了數(shù)據(jù)資源才能定量地優(yōu)化其他資源的使用。有了城市大腦后，城市的每一寸土地、每一度電和每一滴水的使用都會(huì)被計(jì)算，能極大降低城市資源的消耗，是將來一個(gè)城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
機(jī)器智能提升城市效率
近兩年，由于人工智能的火爆，有的媒體甚至寫出了“互聯(lián)網(wǎng)終結(jié)”這樣的標(biāo)題。事實(shí)上，正是由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展沉淀了海量數(shù)據(jù)，云計(jì)算提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力，才讓人工智能這個(gè)并不年輕的學(xué)科再次遇到了歷史性發(fā)展機(jī)遇。媒體的這種說法也反映了人工智能的喧囂背后，大家的另一種迷茫。沒有了互聯(lián)網(wǎng)的人工智能，很難說清它的路在何方。
20世紀(jì)50年代人工智能剛被提出時(shí)，由于機(jī)器的計(jì)算能力等各方面的極大限制，大家一直努力的方向就是讓機(jī)器模仿人的智能，著名的圖靈測試本質(zhì)上也是在講機(jī)器如何模擬人的智能。但互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算技術(shù)發(fā)展到今天，除了模擬人的智能以外，我們迎來了一次巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)，當(dāng)有了萬物互聯(lián)和海量數(shù)據(jù)，我們能夠利用機(jī)器的計(jì)算能力解決僅靠人的智能無法解決的問題。
就像人類有了鋼鐵和電動(dòng)機(jī)，利用機(jī)械裝置解決了自身的體力不足一樣。在這個(gè)意義上，今天許多人講的人工智能問題，用機(jī)器智能這個(gè)詞來定義更加準(zhǔn)確。除了模仿人類智能和動(dòng)物智能的人工智能外，機(jī)器智能也是目前最值得關(guān)注的方向。
很多人在聽到城市大腦時(shí)，第一反應(yīng)是模仿人的大腦。其實(shí)大腦（brain）不是人類專屬詞匯，它既用在人類上，也用在動(dòng)物上。生物進(jìn)化過程當(dāng)中有大腦和沒有大腦是質(zhì)的變化，所以即便是昆蟲也可以有大腦。今天城市的進(jìn)化過程也是如此，算力時(shí)代的城市是一次從沒有大腦到有大腦的巨大飛躍。
城市大腦不是把人的大腦裝到一個(gè)城市中去，也不是讓城市模仿人的智能。城市進(jìn)化到今天，也有它自己的智能體系，我稱之為城市智能，是機(jī)器智能的一種。2017年杭州市開始了利用數(shù)據(jù)資源，對交通進(jìn)行全城范圍內(nèi)的優(yōu)化。2019年，杭州全城快速路的匝道紅綠燈每天根據(jù)城市整體的交通流量進(jìn)行了超過100次實(shí)時(shí)更新，這種全局的資源優(yōu)化，使得杭州最堵的立交橋通行速度提高50%，快速路平均提高了15%左右，這是城市智能的第一次具體體現(xiàn)。
城市大腦打通城市神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
在世界范圍內(nèi)，至今還沒有一個(gè)城市把城市大腦當(dāng)作必需品。城市大腦能夠最早出現(xiàn)在中國，得益于我國發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。今天，當(dāng)中國的老百姓已開始用手機(jī)付錢買烤紅薯的時(shí)候，美國大部分老百姓還在用支票付水電費(fèi)。這種看似很小的差異讓中國擁有了獨(dú)特的競爭力。我們的城市數(shù)據(jù)資源積累將比世界任何一個(gè)國家都快，這給了我們一個(gè)重要的機(jī)會(huì)，用比發(fā)達(dá)國家更創(chuàng)新的辦法解決城市發(fā)展問題。
城市大腦就是希望建立起一個(gè)支持城市數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)設(shè)施。算力時(shí)代的杭州城市大腦，正如馬力時(shí)代的羅馬道路、電力時(shí)代的紐約電網(wǎng)，它不僅是科技創(chuàng)新，也是機(jī)制創(chuàng)新，加速了從數(shù)據(jù)封閉到數(shù)據(jù)開放的觀念轉(zhuǎn)變，通過打通城市的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對整個(gè)城市進(jìn)行即時(shí)分析和研判，讓數(shù)據(jù)幫助城市思考、決策和運(yùn)營。
交通治理只是起點(diǎn)，更重要的是數(shù)據(jù)開始為社會(huì)產(chǎn)生價(jià)值，解決今天僅靠人腦無法解決的城市發(fā)展問題。就像沒有機(jī)械設(shè)備的發(fā)明，很難有20世紀(jì)的城市建設(shè)發(fā)展一樣，城市大腦將為城市發(fā)展帶來三個(gè)重要的突破：
第一，城市治理模式的突破。以社會(huì)結(jié)構(gòu)、社會(huì)環(huán)境和社會(huì)活動(dòng)等各方面的城市數(shù)據(jù)為資源，向數(shù)據(jù)要人力，向數(shù)據(jù)要服務(wù)能力，解決城市治理中的突出問題,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的人性化治理模式。
第二，城市服務(wù)模式的突破。城市大腦是政府服務(wù)好民生的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，依靠城市大腦可以更精準(zhǔn)地服務(wù)好企業(yè)與個(gè)人。城市的公共服務(wù)，如交通，將進(jìn)入精準(zhǔn)和高效服務(wù)時(shí)代，杜絕公共資源的浪費(fèi)。
第三，城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破。就像石油和半導(dǎo)體材料對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)一樣，開放的城市數(shù)據(jù)資源也是推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。
以杭州為例，在城市大腦的整體框架下，利用大規(guī)模的計(jì)算能力和機(jī)器智能，提升城市管理智能化水平，幫助城市高效平安運(yùn)轉(zhuǎn)。
從城市發(fā)展角度，“城市大腦”讓我們可以從三個(gè)不同角度來看待未來的城市發(fā)展。第一，我們應(yīng)該像規(guī)劃土地資源一樣來規(guī)劃一個(gè)城市的數(shù)據(jù)資源。對未來城市發(fā)展而言，數(shù)據(jù)資源會(huì)變得比土地資源更重要。第二，要像重視垃圾處理一樣來重視一個(gè)城市的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)我們花在數(shù)據(jù)處理上的錢超過花在垃圾處理上的錢，這個(gè)城市就開始進(jìn)入了算力時(shí)代。第三，要向規(guī)劃電力供應(yīng)一樣來規(guī)劃一個(gè)城市的算力供應(yīng)。當(dāng)“城市大腦”成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)候，滿足城市對算力的需求不是一件簡單的事，就像今天每個(gè)城市明白保證電力供應(yīng)的充足對城市發(fā)展有多么重要。
數(shù)字經(jīng)濟(jì)非常重要的標(biāo)志，是一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平跟它的電力消耗日漸平衡，但卻與算力消耗的聯(lián)系越來越緊密，這代表著新的計(jì)算經(jīng)濟(jì)開始替代舊的石油經(jīng)濟(jì)。
技術(shù)革命帶來智能時(shí)代先發(fā)優(yōu)勢
城市大腦不僅對中國城市發(fā)展有重要意義，而且為中國的科技創(chuàng)新提供了一個(gè)規(guī)模巨大的探索場景。
每一次技術(shù)革命，都會(huì)推動(dòng)城市文明前進(jìn)一步。20世紀(jì)60年代的阿波羅登月計(jì)劃催生了通訊技術(shù)、生物工程技術(shù)等一系列重要?jiǎng)?chuàng)新。當(dāng)今我們身處互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為重要的資源，城市需要構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)大腦來再一次提升文明。就像160多年前倫敦第一次建設(shè)地鐵，130多年前紐約第一次建設(shè)電網(wǎng)，城市大腦將成為一個(gè)全新的城市基礎(chǔ)設(shè)施，是中國應(yīng)該為世界作出的重要探索和貢獻(xiàn)。城市大腦會(huì)讓中國在即將到來的全球智能時(shí)代擁有先發(fā)優(yōu)勢。
世界各國城市的可持續(xù)發(fā)展面臨很多困難，如果沒有進(jìn)一步突破性的技術(shù)創(chuàng)新，我們將面對更大挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)也帶來了一個(gè)難得的機(jī)遇，就是利用基于互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)和計(jì)算的機(jī)器智能，解決城市發(fā)展過程中許多重要的問題，例如各國都沒能解決好的交通治理問題。在解決這些重要問題的同時(shí)，也是像機(jī)器智能這樣的新一代技術(shù)發(fā)展成熟和智能產(chǎn)業(yè)崛起的機(jī)遇。
今天，互聯(lián)網(wǎng)成為了基礎(chǔ)設(shè)施，人類擁有了空前的計(jì)算能力，人類積累了歷史上前所未有的數(shù)據(jù)資源，城市大腦不但能造福百姓，也會(huì)像阿波羅登月計(jì)劃一樣，成為機(jī)器智能未來10年最重要的研究平臺(tái)。歐洲的強(qiáng)子對撞機(jī)為全世界物理學(xué)家提供了研究平臺(tái)，杭州城市大腦也希望成為世界研究城市問題的一個(gè)開放平臺(tái)，讓全世界的研究人員在這個(gè)平臺(tái)上，通過數(shù)據(jù)資源優(yōu)化其他資源，找到城市可持續(xù)發(fā)展的道路，也找到人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的道路。
（原文刊載于《前沿科學(xué)》2019年第2期 阿里巴巴技術(shù)委員會(huì) 王 堅(jiān)）
