淺議信息技術(shù)的發(fā)展方向和物聯(lián)網(wǎng)的作用

◎ 上海迅圖數(shù)碼科技有限公司 閻晨

1.引言

20世紀(jì)中期計算機誕生首先把人類從大量繁瑣的計算中解脫出來，極大地推動了航空、航天、天氣預(yù)報、地震預(yù)測的等需要進(jìn)行模型計算的行業(yè)的發(fā)展。隨著時間的推移，人類對于計算機的應(yīng)用逐步深入，逐漸在工業(yè)控制中發(fā)揮重要的作用，如工廠自動化管理，程控交換機等的應(yīng)用。隨著應(yīng)用的普及，成本的降低，以蘋果電腦推出為契機，計算機開始走入尋常人家，再從單機到互聯(lián)網(wǎng)，出現(xiàn)了如微軟，谷歌等新興計算機應(yīng)用提供商。人類對如何使用計算機，如何利用信息技術(shù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革和生活方式演進(jìn)有了越來越深的認(rèn)識。本文將分兩個部分探討信息化為我們帶來的改變，第一部分分析從集成電路到計算機的普及以及網(wǎng)絡(luò)化為我們帶來的變化，第二部分探討隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，海量信息會為我們帶來的改變。面對著海量的、繁雜的數(shù)據(jù)，我們心中經(jīng)常充斥著方向和目標(biāo)的疑問，而從過去中尋找重點和脈絡(luò)至關(guān)重要，它將有助于我們發(fā)現(xiàn)規(guī)律，明確方向，把握未來研究及應(yīng)用的主線。最后我們將對全文進(jìn)行總結(jié)。

2.從晶體管到互聯(lián)網(wǎng)

從貝爾實驗室發(fā)明晶體管開始，人類社會就走上了電子化、信息化的“不歸路”。隨著晶體管集成電路技術(shù)的逐漸成熟，接下來的20～30年間，民用領(lǐng)域中收音機、電視機得到了普及。從20世紀(jì)60年代硅谷出現(xiàn)第一家集成電路公司——仙童科技，到70年代INTEL、AMD、德州儀器半導(dǎo)體公司等突破大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)公司，這些企業(yè)的興起為IT業(yè)奠定了運算電路基礎(chǔ)。到了20世紀(jì)80年代，以蘋果、IBM為代表的PC個人電腦為信息應(yīng)用個人化提供了可能。同時建立了PC硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在系統(tǒng)硬件應(yīng)用成熟后，提供人機交互的操作系統(tǒng)進(jìn)入了發(fā)展的快車道，UNIX、DOS、WINDOWS、LINUX等操作系統(tǒng)為各類應(yīng)用提供了個性化應(yīng)用界面。最引人注目的就是微軟輝煌的10年。伴隨著電子業(yè)、通訊業(yè)和IT業(yè)同一時期的成熟，各種IT服務(wù)業(yè)成本的降低，IT業(yè)的應(yīng)用從單機走向網(wǎng)絡(luò)化成為了可能。從Yahoo到Google的發(fā)展歷程使公眾的各類應(yīng)用有了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。Google為大家展示了信息收集的功能，信息整理（亦即搜索引擎技術(shù)）帶來了的商業(yè)模式的變革、社會交往方式的變革等等。

仔細(xì)回顧過去，大家可以發(fā)現(xiàn)很有意思的規(guī)律，基本每10年電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都有階段性的最具創(chuàng)新的變化改變著人類社會。每個階段都會崛起一家有代表性的公司成為技術(shù)引領(lǐng)者和財富創(chuàng)造者。

這個規(guī)律既建立在摩爾定律的基礎(chǔ)上，也建立在人造智慧的發(fā)展方向的征程上，從某種意義上來說，這個路程剛剛開始。那么未來10～20年我們將要以什么事情為核心呢？

圖1.信息服務(wù)業(yè)發(fā)展

3.信息改變未來

沿著過去數(shù)十年發(fā)展的脈絡(luò)（圖1）我們可以看到，基本上每10年人類就要在電子信息服務(wù)業(yè)上有一個重大的突破。從基于超大規(guī)模集成電路應(yīng)用、PC個人電腦開放體系結(jié)構(gòu)到計算機操作系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)帶來信息的聚合、整理和查詢。隨著PC全面普及，互聯(lián)網(wǎng)接入全面普及，個人移動通信的全面覆蓋，個人移動終端智能化和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開展，人類信息的聚合呈現(xiàn)高速的增長態(tài)勢。信息的收集從點到線再到面，在不遠(yuǎn)的將來，立體化數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)的時間標(biāo)記，空間位置標(biāo)記）的收集會為信息的深度分析、挖掘應(yīng)用提供了可能。我們預(yù)測未來10年人類將從信息的簡單收集整理，開始嘗試行為分析的工作。通過大量收集各類數(shù)據(jù)，從量變到質(zhì)變使得分析人和物的行為過程和行為結(jié)果成為可能。依據(jù)行為分析的結(jié)果判斷行為的影響，并逐漸通過行為分析和行為規(guī)律的積淀，構(gòu)建行為規(guī)律模型。例如，在大城市中為出租汽車安裝車載導(dǎo)航定位設(shè)備，經(jīng)過統(tǒng)計分析可以得出不同時段、不同路段的擁塞程度，為城市交通的智能化管理提供了一手實時數(shù)據(jù)，使車輛的智能化的導(dǎo)航成為可能。

當(dāng)行為分析成熟之后，在下一個階段，信息產(chǎn)業(yè)的核心將指向行為預(yù)測的領(lǐng)域，并逐漸在人工智能上有所突破。信息技術(shù)的終極目標(biāo)是人工智能（簡單環(huán)境行為預(yù)測），從初級人工智能逐漸邁向高級人工智能（復(fù)雜環(huán)境行為預(yù)測），直至可以實現(xiàn)人造信息系統(tǒng)具備聯(lián)想、認(rèn)知、情感能力！這個過程值得我們?yōu)橹掷m(xù)奮斗下去。

回到當(dāng)下，如何開展行為分析應(yīng)用呢？記得有句名言：“沒有錯誤的判斷，只有不完整的信息！”這句話明確地指出了行為分析的根本，就是對被分析事物完整、準(zhǔn)確、及時、量化的信息收集，在有了完整詳細(xì)的信息基礎(chǔ)上，人們才能構(gòu)建被分析事物的信息圖像和信息軌跡，具備分析其行為的基礎(chǔ)。在長期有效的行為收集和分析的基礎(chǔ)上，才有可能積累并構(gòu)建事物的行為模型，開始進(jìn)行行為預(yù)測的努力。這個工作正是現(xiàn)在最熱議的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展所提供的，所以說物聯(lián)網(wǎng)就是滿足行為分析的技術(shù)及應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將通過建立信息感知網(wǎng)絡(luò)能夠為社會化行為分析做充分的準(zhǔn)備。

4.物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

未來信息業(yè)的發(fā)展有以下幾個重點：包括信息的采集、信息的傳輸、信息的處理、信息的展現(xiàn)（交互）。信息的采集指的是通過各種傳感裝置將被分析事物的各方面信息進(jìn)行量化識別，這些量化的信息器包括時間、位置、速度、體積、身份、重量、姿態(tài)、壓力、溫度、電壓、電流、流量、流速、密度、含量、視頻、氣味等等，不勝枚舉。這些傳感器分別或組合實現(xiàn)對被分析事物進(jìn)行身份、位置、狀態(tài)的識別，有了準(zhǔn)確的信息輸入才有行為分析的可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以數(shù)據(jù)采集是行為分析的基礎(chǔ)工作，物聯(lián)網(wǎng)正是以構(gòu)建數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)工作為方向和目標(biāo)的。信息的采集的核心是傳感器，而對于傳感器技術(shù)的發(fā)展要求是“兩高、兩低、一微型”，即微型化、高靈敏、高效率、低功耗、低成本，只有逐漸滿足以上幾點，才有可能構(gòu)建實用的傳感應(yīng)用環(huán)境，比如現(xiàn)在比較通用的位置和時間傳感器GPS，就還存在進(jìn)一步提高靈敏度，提高精度，降低功耗等問題，否則在使用中依然有瓶頸的制約。

在信息識別采集的基礎(chǔ)上需要將采集到的信息準(zhǔn)確快速地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，存儲，分析等處理。這個傳輸?shù)倪^程主要依靠現(xiàn)在廣泛分布和應(yīng)用的有線和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，比如2G、3G及PSTN程控交換網(wǎng)、專有數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)等等。但未來能支持廣泛布置的采集傳感網(wǎng)需要的通訊技術(shù)還包括Zeg-Bee、WIFII、WIMAX、4G等等。對未來數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笫牵焊咚?、實時、寬帶、廣覆蓋及保密安全。

信息數(shù)據(jù)的處理是指海量傳感采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心需要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)識別、數(shù)據(jù)加工等工作。這其中有幾個關(guān)鍵的難點在物聯(lián)網(wǎng)實用化的過程中將逐漸顯現(xiàn)出來。一是數(shù)據(jù)量的幾何膨脹。數(shù)據(jù)采集發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)階段，數(shù)據(jù)采樣方式將發(fā)生變化：由人工采集變?yōu)樾畔⒒O(shè)備自動采集，由低密度采集變?yōu)楦呙芏炔杉?，由局部采集邁向全時空、全方位、全過程采集，包括行為觸發(fā)和海量頻率觸發(fā)采集，這樣采集的數(shù)據(jù)量將要比原有信息系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量增加幾個數(shù)量級。面對如此海量實時數(shù)據(jù)的傳輸、分類、存儲、處理，其所需要的能力是以前的信息化系統(tǒng)所不能比擬的，這意味著我們需要處理遠(yuǎn)多于以前百倍千倍以上的數(shù)據(jù)量。二是數(shù)據(jù)處理的實效性要求更高，在實際應(yīng)用中我們需要大量的信息處理和決策判斷，需要具備實時反饋的閉環(huán)能力，即要求在事物發(fā)展過程中及時的分析、判斷、交互、決策、控制，我們將需要全面提升信息處理的速度，滿足實時性的要求。未來信息分析應(yīng)用系統(tǒng)必將是原有工業(yè)實時控制軟件和靜態(tài)業(yè)務(wù)管理軟件的融合。三是信息分析的算法要實現(xiàn)綜合能力。即由以前的事物流程建模分析，構(gòu)建物體虛擬化仿真綜合建模，要分析的物體將在信息系統(tǒng)中構(gòu)建虛擬實體，各種采集量的輸入不再由流程結(jié)構(gòu)分析處理，而由各個信息物體模型細(xì)胞消化處理。我們需要為各個行業(yè)和應(yīng)用構(gòu)建虛擬實體細(xì)胞模型，構(gòu)建可支持實時應(yīng)用的有效分析算法。綜上所述，原有單一的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫將不能有效的完成系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的應(yīng)用支持，未來的系統(tǒng)將是綜合實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、挖掘數(shù)據(jù)庫、模型分析庫等數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫的技術(shù)，建立數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘一體化的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用支持體系，才能有效支持行為分析的系統(tǒng)需要。

信息的展現(xiàn)（交互）是指將信息有效的通過圖形化的方式投射到人機交互平臺上，使得行為分析系統(tǒng)能和操作者、決策者實時的進(jìn)行信息的互動。信息的展現(xiàn)（交互）到目前為止在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域還沒有得到應(yīng)有的重視，但其實它是極其重要的一環(huán)，因為在可以預(yù)見的時間段內(nèi)我們所有的信息化系統(tǒng)都還是不具備完全自主意識的智能系統(tǒng)，那么就一定需要系統(tǒng)和人員的有效和及時交互才可以構(gòu)建信息系統(tǒng)的持續(xù)工作方式。這個圖形化的過程包括2維和3維的多種方式，要具備精準(zhǔn)虛擬表現(xiàn)能力、實時化的響應(yīng)效率；另外最重要的是要能實現(xiàn)一點更新，多點同步，即信息數(shù)據(jù)更新后，在辦公室里用桌面系統(tǒng)的人和在現(xiàn)場工作的用移動平臺的人看到一樣的圖形和數(shù)據(jù)，具有相同的公共工作語境，方便工作的交流和決策。在信息的交互展現(xiàn)方面是未來最具變化和炫目的發(fā)展領(lǐng)域，包括OLED顯示技術(shù)、激光全息技術(shù)、神經(jīng)系統(tǒng)成像技術(shù)等。

綜前所述，要構(gòu)建的行為分析應(yīng)用的基礎(chǔ)其實就是物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，即包括信息采集、信息傳輸、信息處理、信息展現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系，而未來發(fā)展為信息采集云、信息傳輸云、信息處理云、信息展現(xiàn)云的云應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)物理網(wǎng)應(yīng)用的實用化和社會化。

5.總結(jié)

大家可以發(fā)現(xiàn)在電子信息業(yè)發(fā)展的過程中，基本上每10年電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都有這階段性的最具創(chuàng)新的變化改變著人類社會。從半導(dǎo)體集成電路到計算機，從硬件到軟件，從單機到互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，每10年人類都會跨出一大步。筆者預(yù)測，在未來的20年，人類在電子信息業(yè)的發(fā)展將走向行為分析，行為預(yù)測。為了能夠做好行為分析和預(yù)測，我們需要關(guān)注信息采集設(shè)備的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)的能力，數(shù)據(jù)分析處理體系的建設(shè)以及信息展示的發(fā)展。

從歷史上看，每個階段的國家工業(yè)化崛起都是由某一工業(yè)革命帶來的，如英國的工業(yè)化崛起代表是蒸汽機時代，德國的工業(yè)化基礎(chǔ)是內(nèi)燃機，美國是在電氣化革命下實現(xiàn)工業(yè)化實力的超越，日本的工業(yè)化崛起在個體信息工業(yè)化產(chǎn)品（即在工業(yè)產(chǎn)品加裝自主控制回路如冰箱、洗衣機等）中體現(xiàn)，而我國剛好遇到一個歷史機遇——群體信息工業(yè)化產(chǎn)品時代的到來，群體信息工業(yè)化產(chǎn)品就是指在個體工業(yè)化產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過通訊技術(shù)和工業(yè)產(chǎn)品群服務(wù)的結(jié)合，這樣獨立的工業(yè)產(chǎn)品就形成了群體感知、群體服務(wù)、群體控制的工業(yè)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中對于工業(yè)產(chǎn)品的自主控制的要求會相對于個體信息工業(yè)化產(chǎn)品有所降低，質(zhì)量要求也因為群體信息工業(yè)化產(chǎn)品的在線監(jiān)控和狀態(tài)檢修而有所降低，這些特點都剛好彌補和利用了中國作為世界總裝工廠生產(chǎn)當(dāng)前工業(yè)化產(chǎn)品的特點。所以中國的工業(yè)化進(jìn)程將從物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中獲得巨大的收益，是我們國家工業(yè)化崛起的歷史機遇！