情景感知與情感智能:通往智慧城市的智慧之門

戴偉輝

導(dǎo)讀：從人工智能領(lǐng)域來看，情景感知是指通過傳感器及其相關(guān)的技術(shù)使計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠“感知”到當(dāng)前的環(huán)境信息，從而進(jìn)一步了解用戶的行為和動機(jī)，自適應(yīng)地提供主動式服務(wù)。情感智能指機(jī)器能夠“感知”人類的情緒信息，作出人性化的智能反應(yīng)并提供符合人們情感需求的智能化服務(wù)。

智慧城市不僅能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行機(jī)器理性的智能化處理，還應(yīng)擁有情感智能,并能根據(jù)環(huán)境的情景感知與人們的情感需求,提供更加人性化的服務(wù)。因此，從技術(shù)層面和實(shí)現(xiàn)城市管理與服務(wù)的方式來看，“情景感知”與“情感智能”是通往“智慧城市”的智慧之門。

自從2009年IBM公司首次提出“智慧城市”的概念及其技術(shù)體系架構(gòu)以來，歐盟、美國、日本、加拿大、新加坡、澳大利亞等世界發(fā)達(dá)國家和中國臺灣地區(qū)都圍繞著上述主題展開了熱烈的討論與研究，并給出了各自的發(fā)展規(guī)劃。在中國，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有超過100個智慧城市（鎮(zhèn)）的建設(shè)方案出臺，智慧城市已成為實(shí)現(xiàn)城市科學(xué)發(fā)展和為人們創(chuàng)造智慧新生活的美好藍(lán)圖。

智慧城市是城市信息化發(fā)展的高級階段，不僅要以智慧的方式來深入思考城市的包容性發(fā)展，還應(yīng)通過新一代智慧技術(shù)促進(jìn)城市管理與服務(wù)的深刻變革及其技術(shù)基礎(chǔ)體系的提升，帶動新一輪智慧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地實(shí)現(xiàn)以人為本的終極發(fā)展目標(biāo)。我們認(rèn)為，城市的信息化發(fā)展可以劃分為信息城市、數(shù)字城市、智能城市和智慧城市四個階段。智慧城市不僅對信息能夠進(jìn)行機(jī)器理性的智能化處理，還應(yīng)擁有情感智能并能根據(jù)環(huán)境的情景感知與人們的情感需求提供更加人性化的服務(wù)。因此，從技術(shù)層面和實(shí)現(xiàn)城市管理與服務(wù)的方式來看，“情景感知”與“情感智能”是通往上述“智慧城市”的智慧之門。

一、智慧城市的智慧特征

關(guān)于智慧城市的基本概念，各國學(xué)者從新一代信息技術(shù)的運(yùn)用和信息的流動特征、全面感知與互聯(lián)、整合創(chuàng)新和為城市居民創(chuàng)造新生活，以及實(shí)現(xiàn)城市社會與經(jīng)濟(jì)包容式的“智慧”發(fā)展等角度給出了各自的理解與定義。政府相關(guān)部門也指出：智慧城市應(yīng)提升到“以人為本”、“發(fā)達(dá)的智能”、“有效的運(yùn)行”三者協(xié)調(diào)統(tǒng)一的“智慧”高度。但是，在智慧城市的智慧特征及其基本的技術(shù)內(nèi)涵上，尚未形成科學(xué)、嚴(yán)格的界定。

按照心理學(xué)的定義，將人類感覺、記憶、思維、語言、行為的整個過程稱為智能過程，它是智力和能力的表現(xiàn)，可以分別用“智商”和“能商”來描述他們的程度水平。智慧通常指對事物能迅速、靈活、正確地理解和處理的能力，也就是在面對具體環(huán)境中的事物時，發(fā)揮智能和運(yùn)用智能的能力。20世紀(jì)90年代初，耶魯大學(xué)心理系的Salovey和新罕布什爾大學(xué)的Mayer發(fā)現(xiàn)智慧與人類的情感有著密切的關(guān)系，從而提出了“情感智能”（Emotional Intelligence）的概念。其程度水平的衡量指標(biāo)就是我們所熟知的“情商”，它可以調(diào)整智商和能商的正確發(fā)揮，或控制二者恰到好處地發(fā)揮它們的作用。因此，如果我們把傳統(tǒng)意義上的智力和能力的綜合稱之為理性智能的話，對“智慧”的理解應(yīng)側(cè)重于如何通過情感智能來更好地發(fā)揮和運(yùn)用上述理性智能。

自從城市發(fā)展進(jìn)入信息化時代以來，信息的表現(xiàn)形態(tài)、傳播方式及其開發(fā)利用對城市管理與服務(wù)所產(chǎn)生的深刻變革已成為區(qū)分城市信息化發(fā)展不同階段的重要特征。從上述角度看，城市的信息化發(fā)展可以劃分為信息城市、數(shù)字城市、智能城市和智慧城市四個階段。其中：信息城市通過電話、傳真、電報(bào)、遠(yuǎn)程視頻等電子通訊手段為人們提供了全新的信息交流方式；數(shù)字城市通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字通訊手段使得上述信息的表現(xiàn)形態(tài)和傳播方式進(jìn)入到了數(shù)字化的新階段；智能城市通過機(jī)器的理性智能對上述信息進(jìn)行深加工處理，以機(jī)器學(xué)習(xí)和知識的運(yùn)用為基礎(chǔ)為人們提供各類智能化的服務(wù)；智慧城市將進(jìn)一步使得機(jī)器能夠根據(jù)對環(huán)境情景及人類情緒信息的感知、獲取、計(jì)算和分析，為人們提供更加人性化的智慧服務(wù)。

我們從信息的形態(tài)與傳播、信息資源開發(fā)利用、信息服務(wù)關(guān)注重點(diǎn)等三個方面，給出了城市信息化發(fā)展四個階段的主要特征，如表1所示。

自情感智能的概念提出以來，相關(guān)領(lǐng)域的研究已成為現(xiàn)代心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、信息科學(xué)等眾多學(xué)科共同關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。1997年，美國麻省理工學(xué)院的Picard出版了著名的《情感計(jì)算》（Affective Computing）一書，闡述了人類的情感能夠通過外在表現(xiàn)出的情緒信息在一定程度上被計(jì)算機(jī)所獲取、處理、計(jì)算和表達(dá)，使得機(jī)器能夠給出符合人們情感需求的人性化反應(yīng)，從而具備一定的情感智能。目前，上述技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于城市管理與服務(wù)的眾多領(lǐng)域，使人們真正體驗(yàn)到了“智慧”的魅力。通過機(jī)器的理性智能與情感智能的有機(jī)結(jié)合來感知人類所處的具體環(huán)境及其內(nèi)在的情感需求，從而為人們提供更加人性化的智慧服務(wù)，是智慧城市最基本的“智慧”特征。

二、情景感知與情感智能

從人工智能領(lǐng)域來看，情景感知（Context Awareness）是指通過傳感器及其相關(guān)的技術(shù)使計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠“感知”到當(dāng)前的環(huán)境信息，從而進(jìn)一步了解用戶的行為和動機(jī)，自適應(yīng)地提供主動式服務(wù)。情感智能（Emotional Intelligence）指機(jī)器能夠“感知”人類的情緒信息，作出人性化的智能反應(yīng)并提供符合人們情感需求的智能化服務(wù)。

關(guān)于“情景”的定義，較為廣泛接受的是由DeyA.K.等人提出的:“情景是指能夠用來刻畫一個實(shí)體的情形的任何信息，所謂實(shí)體是指任何與用戶和應(yīng)用交互相關(guān)的人、位置或?qū)ο螅脩艉蛻?yīng)用本身。”從這個定義看，情景這個概念的范圍非常廣泛。只要和實(shí)體所在的交互過程有關(guān)的信息，都可以認(rèn)為是這個實(shí)體的情景。情景不僅包括物理情景，還包括虛擬情景，其感知方式也千差萬別。從總體上看，我們可以把“情景”分為以下三大類：自然情景、社會情景和心理情景。其中：自然情景的感知可以通過各類傳感裝置對具體自然環(huán)境中的物理、化學(xué)等變量進(jìn)行測量獲得；社會情景的感知需要通過對典型的社會環(huán)境及其表征指標(biāo)的評測來獲得；心理情景的感知是通過科學(xué)的心理學(xué)觀測方法來獲得的。

人類在受到特定的情景信號刺激時，首先通過選擇性注意機(jī)制和外周的各種感覺器官及內(nèi)部感覺通路，在神經(jīng)生理整合機(jī)制作用下，將上述信號傳送到大腦邊緣系統(tǒng)，由腦機(jī)制激發(fā)相應(yīng)的腦活動。大腦邊緣系統(tǒng)在結(jié)合當(dāng)事人個人特質(zhì)的心理屬性、生理屬性和社會學(xué)屬性影響之后，產(chǎn)生了快速的第一性情感，形成直覺的情緒反應(yīng)。然后，再通過大腦邊緣系統(tǒng)與大腦皮層的交互活動，并經(jīng)過大腦的高級認(rèn)知過程以后，在已有的狀態(tài)基礎(chǔ)上繼發(fā)第二性情感，形成較為理性的認(rèn)知反應(yīng)。第一性情感對不同的人而言一般具有共性，第二性情感與每個人的經(jīng)驗(yàn)和知識有關(guān)，存在著較大的差異。在上述情緒反應(yīng)的作用下，可能進(jìn)一步引發(fā)各類相應(yīng)的行為。在上述過程中，為了對人們的行為進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控，需要設(shè)計(jì)一系列新的情景刺激信號，以此來進(jìn)一步調(diào)節(jié)人們的情緒狀態(tài)和后續(xù)的行為表現(xiàn)。

上述過程可用圖1來表示。

人類情緒信息的獲取、計(jì)算及其情感狀態(tài)的識別，是機(jī)器情感智能中首先需要解決的問題，一般通過腦功能活動實(shí)驗(yàn)觀測（如：功能性核磁共振f-MRI、腦誘發(fā)事件相關(guān)電位ERPs）、外周生理信號采集、外部表現(xiàn)及后續(xù)行為觀測等方法來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

傳統(tǒng)的情緒測量方法主要采用自我報(bào)告測量法，有情感網(wǎng)格（Affect Grid）、ISO項(xiàng)目心境形容詞表（MACL）和多種情感形容詞核查表（MAACL）等，強(qiáng)調(diào)在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下通過被試者對特定情景觸發(fā)下的主觀體驗(yàn)自述來進(jìn)行情緒的測量，已經(jīng)形成了一套公認(rèn)的測量方法和標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于正常人的情緒分析以及心理疾病患者的診斷中。然而，上述情緒測量方法主要依據(jù)被試者的主觀自述和測量量表的模糊評判結(jié)果來確定其情緒的種類，沒有給出可通過客觀測量手段獲取的情緒屬性量化參數(shù)，因而難以很好地判斷情緒的強(qiáng)烈程度，尤其是在多種情緒并存的情況下。

近年來，隨著DTI（擴(kuò)散張量成像）、f-MRI（功能性核磁共振）、ERPs（腦誘發(fā)事件相關(guān)電位）等先進(jìn)儀器設(shè)備的發(fā)展，使得人們可以通過上述技術(shù)手段對人類情緒變化的腦功能活動進(jìn)行更為地直接的探測和定位，并依據(jù)其激活水平與靜息態(tài)水平的比較對情緒的強(qiáng)烈程度進(jìn)行較為客觀的標(biāo)定。例如，圖3是我們針對震驚世界的中國“7?23溫州動車事故”網(wǎng)絡(luò)輿情信息所引發(fā)的人們情緒反應(yīng)的f-MRI實(shí)驗(yàn)研究。

通過上述觀測，可以發(fā)現(xiàn)在不同的情景信息刺激下人類大腦的典型激活模式與激活水平，運(yùn)用腦功能定位分析技術(shù)和認(rèn)知神經(jīng)學(xué)的分析方法就可以獲得公眾對上述情景的態(tài)度、情緒及行為反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)性特征?；谏鲜鲅芯砍晒蛨D1所示的腦活動過程模型，我們提出了突發(fā)事件“情景-應(yīng)對”的腦心理機(jī)制模型及情緒調(diào)控模型，為政府在突發(fā)事件的應(yīng)急管理中以符合公眾心理認(rèn)知能力及其接受模式的方式來設(shè)計(jì)上述事件的處置策略提供了科學(xué)的方法與依據(jù)。例如，在“9?27上海地鐵10號線追尾事故”中，通過官方微博及時發(fā)布有關(guān)信息、澄清謠言并和網(wǎng)友進(jìn)行充分溝通交流這一做法就很好地符合了上述“情景-應(yīng)對”方法的要求，并取得了良好的效果。

人類的情緒變化除了在大腦特定的功能區(qū)域產(chǎn)生相應(yīng)的激活信號以外，還會通過人體的神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)一系列的生理反應(yīng)，導(dǎo)致人體外周各類生理信號（如：腦電、皮膚電、心電、呼吸、體溫等）的變化及外部表現(xiàn)（如：語音、表情、姿態(tài)、動作等）的改變，并可能引發(fā)后續(xù)的行為。通過研究腦功能活動與上述生理信號、外部表現(xiàn)之間的關(guān)系，并結(jié)合情景感知環(huán)境下的后續(xù)行為表現(xiàn)分析，就可以在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對情緒信息的自動獲取及情感狀態(tài)的計(jì)算與識別，還可以對其后續(xù)的行為進(jìn)行預(yù)測和調(diào)控，從而使得機(jī)器具備一定的情感智能。采取多通道、多模態(tài)信號的融合識別方法可以獲得高達(dá)80%以上的情感識別準(zhǔn)確率，我們已經(jīng)將上述技術(shù)應(yīng)用于突發(fā)事件應(yīng)急管理、網(wǎng)絡(luò)輿情信息分析、施工人員現(xiàn)場情緒觀測、銀行信貸審核、企業(yè)員工情感管理、醫(yī)生處方行為分析、藝術(shù)作品接受分析、廣告營銷策略設(shè)計(jì)和社區(qū)居民的幸福指數(shù)計(jì)算等眾多的領(lǐng)域，為分析和理解人們的情緒心理與行為模式提供了重要的手段，使得我們的管理與服務(wù)更加令人愉悅和更具“智慧”。目前，上述領(lǐng)域的各項(xiàng)研究已經(jīng)形成了神經(jīng)管理學(xué)這一新興的交叉學(xué)科領(lǐng)域，也必將對城市的管理與服務(wù)產(chǎn)生深刻的變革。在智慧城市的建設(shè)中，我們必須以前瞻性的戰(zhàn)略眼光對上述領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用趨勢進(jìn)行深入思考，并納入到城市建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)之中。

三、智慧城市的智慧之門

“城市，讓生活更美好”已成為世界各國對城市發(fā)展觀的共識，創(chuàng)建讓人們生活更美好的智慧城市，就必須真正從“以人為本”和關(guān)注人的情感需求出發(fā)，通過城市的智慧管理與智慧服務(wù)，為人們的城市生活提供無比愉悅的情感體驗(yàn)。

情景感知與情感智能技術(shù)是通往上述智慧城市的“智慧之門”，在城市管理與服務(wù)的各個應(yīng)用領(lǐng)域都將發(fā)揮重要的作用。智慧城市建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與應(yīng)用體系的構(gòu)建中，都必須充分考慮到上述技術(shù)對相關(guān)信息的獲取、傳輸、處理及其應(yīng)用需求，以新的理念通過上述“智慧之門”，步入智慧城市的美好藍(lán)圖。

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責(zé)任編輯：王縉