智能化時(shí)代 塑造有智慧的“地球村”

褚君浩

以信息化及其與新能源技術(shù)、智能化體系深度融合為特征的新工業(yè)革命正在全球演化。它的一個(gè)重要特征是科學(xué)與技術(shù)交叉推動(dòng)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放局面。不像過(guò)去的蒸汽機(jī)就是化學(xué)能變成熱能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、電動(dòng)機(jī)就是電磁感應(yīng)定律，現(xiàn)在的基礎(chǔ)研究如材料科學(xué)、生命科學(xué)、物理科學(xué)、化學(xué)科學(xué)都在多點(diǎn)開花。而且，現(xiàn)在科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)、技術(shù)上的發(fā)明日益呈現(xiàn)交互發(fā)展的特征。特別是，基礎(chǔ)研究對(duì)掌握各種核心技術(shù)、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)作用越來(lái)越明顯。從發(fā)現(xiàn)規(guī)律，到掌握核心技術(shù)，再來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是一個(gè)鏈條。

比如，現(xiàn)在我們幾乎人人都有手機(jī)，手機(jī)集成了很多信息技術(shù);往前追溯，手機(jī)之前有固定電話通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù);再往前找，“老祖宗”就是量子力學(xué)，因?yàn)闆](méi)有量子力學(xué)就沒(méi)有半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)，就沒(méi)有晶體管和大規(guī)模集成電路。所以，沒(méi)有量子力學(xué)，就沒(méi)有計(jì)算機(jī)，也就不可能有手機(jī)。由此可見(jiàn)，作為前端的量子力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)是非常重要的。

從更大的范圍來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能關(guān)系，繼而發(fā)明了核技術(shù);發(fā)現(xiàn)了受激輻射規(guī)律，繼而發(fā)明了激光技術(shù);發(fā)現(xiàn)了巨磁阻規(guī)律，繼而發(fā)明了磁存儲(chǔ)技術(shù);發(fā)現(xiàn)了光纖中光傳輸規(guī)律，繼而發(fā)明了光通信技術(shù);發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體光躍遷規(guī)律，繼而發(fā)明了半導(dǎo)體照明技術(shù)?？梢?jiàn)，人類總是先在觀察或?qū)嵺`中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，然后發(fā)明技術(shù)，進(jìn)而推動(dòng)應(yīng)用發(fā)展。沒(méi)有昨天的基礎(chǔ)研究，就沒(méi)有今天的技術(shù)應(yīng)用。就此而言，誰(shuí)掌握了規(guī)律，誰(shuí)發(fā)明了技術(shù)，誰(shuí)就獲得了主導(dǎo)權(quán)。

把智慧融入物理實(shí)體

現(xiàn)在我們開始進(jìn)入智能化時(shí)代，智能化是新工業(yè)革命的一大特征。

當(dāng)前，我們正處在信息化后期，并開始邁入以智能化為特征的第四次工業(yè)革命時(shí)代。智能化的特點(diǎn)就是把智慧融入物理實(shí)體，如名噪一時(shí)的阿爾法圍棋等，就是人工智能發(fā)展的產(chǎn)物。在這個(gè)“奇點(diǎn)”時(shí)期，我們的思想、理念、計(jì)算將迎來(lái)大的變化。

在這個(gè)時(shí)代，將有一種分揀快遞機(jī)器人，進(jìn)行貨物分揀后，還可以負(fù)責(zé)派送;到了目的地，它會(huì)發(fā)個(gè)信息叫你來(lái)拿。在這個(gè)機(jī)器人身上，包含三個(gè)重要技術(shù)功能：第一個(gè)是動(dòng)態(tài)感知，第二個(gè)是智慧識(shí)別，第三個(gè)是自動(dòng)反應(yīng)。要?jiǎng)討B(tài)感知就要有傳感器，要智慧識(shí)別就要有大數(shù)據(jù)、物理模型，要自動(dòng)反應(yīng)就要有好多控制的方法，最后還要把動(dòng)態(tài)感知、智慧識(shí)別、自動(dòng)反應(yīng)集中在某一個(gè)智能化系統(tǒng)中。

由此舉一反三，一個(gè)智能化的機(jī)器人老師上課，它一定要具備什么能力？?jī)H僅把上課內(nèi)容重復(fù)說(shuō)一遍，算得上智能化老師嗎？當(dāng)然不是。智能化的老師應(yīng)該是，你提出問(wèn)題，它馬上可以識(shí)別問(wèn)題并快速分析，然后及時(shí)給出正確的答案或有益的啟發(fā)。

智能化浪潮基于信息時(shí)代又超越信息時(shí)代。信息時(shí)代以計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，主要以便利人與人之間的溝通及信息共享為目標(biāo)。智能時(shí)代則把人類的智慧融入沒(méi)有知覺(jué)、沒(méi)有反應(yīng)的實(shí)體物質(zhì)，從而達(dá)到人與物、物與物之間的聯(lián)系溝通。它將把“地球村”塑造成一個(gè)有智慧的世界：機(jī)器有了智慧，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人;能源有了智慧，實(shí)現(xiàn)智能化分布式能源系統(tǒng);建筑物有了智慧，實(shí)現(xiàn)安全智能化報(bào)警;城市有了智慧，實(shí)現(xiàn)城市狀況實(shí)時(shí)顯示與分析判斷;地球有了智慧，實(shí)現(xiàn)全地球感知。這是“地球村”的歷史轉(zhuǎn)折。

在智能化時(shí)代?一個(gè)重要的應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過(guò)信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，然后對(duì)物品進(jìn)行智能化識(shí)別與管理。也就是說(shuō)，它把“物”的信息通過(guò)傳感器接收，形成“物”信息的網(wǎng)絡(luò)，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合。這樣就構(gòu)成了一個(gè)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的虛擬大腦：由音頻傳感器構(gòu)成虛擬聽覺(jué)系統(tǒng)，由視頻采集器構(gòu)成虛擬視覺(jué)系統(tǒng)，由分子傳感器、氣體傳感器、液體傳感器等構(gòu)成虛擬味覺(jué)系統(tǒng)，由空氣傳感器、水系傳感器、土壤傳感器等構(gòu)成虛擬感覺(jué)系統(tǒng)，由各種家用設(shè)備、辦公設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備構(gòu)成虛擬運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，等等。

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器和信息檢測(cè)技術(shù)是核心技術(shù)之一。傳感器是什么東西？傳感器就是一個(gè)能夠傳遞信息的器件，能夠替代你的眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚，是人體五官的延長(zhǎng)和功能擴(kuò)展。在古代，其實(shí)已有類似傳感器的裝置。比如，過(guò)去防小偷，會(huì)在線上掛一個(gè)鈴鐺。小偷進(jìn)來(lái)碰到線，鈴鐺就會(huì)響。這就是最初版本的傳感器?，F(xiàn)在，傳感器已走進(jìn)我們的生活，在國(guó)防科技、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中隨處可見(jiàn)。比如，大家在一些場(chǎng)所的衛(wèi)生間洗手，手放到龍頭下動(dòng)一動(dòng)，水就出來(lái)了。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，各類傳感器具有舉足輕重的地位。安置在橋墩里的壓力傳感器可以感知橋墩的應(yīng)力，安置在地下巖石中的傳感器可以感知巖石內(nèi)應(yīng)力情況，安置在身上的傳感器可以實(shí)時(shí)感知身體器官的狀況，安置在煤礦里的傳感器可以感知礦井中有害氣體的濃度。沒(méi)有各類傳感器就不能實(shí)現(xiàn)信息的獲取，也就難以進(jìn)一步整合信息、應(yīng)用信息。

從這個(gè)意義上說(shuō)，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生信息的源頭。有了先進(jìn)的傳感器，才能對(duì)環(huán)境、水、空氣、土壤和植物等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，才能建立無(wú)線傳感應(yīng)急監(jiān)控設(shè)備，才能應(yīng)用于地鐵、商場(chǎng)等人類活動(dòng)的各類場(chǎng)所。

傳感器有光、熱、電、磁、壓力等多種。其中，光電傳感器的主要功能是獲得目標(biāo)物的“形像”、“熱像”和“譜像”，是物聯(lián)網(wǎng)的重要元器件。

圖像比較簡(jiǎn)單。我們現(xiàn)在看得見(jiàn)的都是可見(jiàn)光。你看得見(jiàn)我，我也看得見(jiàn)你，什么原因呢？因?yàn)檎赵谖疑砩系目梢?jiàn)光反射到你的眼睛，讓你看到了我。如果把燈關(guān)掉、把窗簾拉上，還看得見(jiàn)嗎？看不見(jiàn)了。但實(shí)際上，有其他辦法可以看到。

除了可見(jiàn)光，人有體溫。只要是熱的東西，就有能量放出來(lái)，就有熱輻射，這就是熱像。但這個(gè)能量放出來(lái)是紅外的，所以要用一個(gè)紅外傳感器才能看出來(lái)。現(xiàn)在，還有近紅外成像，光源發(fā)出近紅外光，到你腦子里兜一圈;探測(cè)器接收后，就能直接“讀取”你腦子里的信息。

智慧城市建設(shè)將促進(jìn)信息、物理和空間的深度融合

城市網(wǎng)絡(luò)信息空間是不同于人類現(xiàn)實(shí)空間的一個(gè)嶄新維度，是人類的第二空間、虛擬空間。在硬件資源和運(yùn)行規(guī)則之上，網(wǎng)絡(luò)空間的核心組成要素是ID、數(shù)據(jù)、連接，而現(xiàn)實(shí)空間的核心要素是人、物、事。兩個(gè)空間的各個(gè)要素間能夠交叉相互作用：現(xiàn)實(shí)向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行映射，產(chǎn)生海量數(shù)據(jù);對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和運(yùn)用，又能夠反作用于現(xiàn)實(shí)空間。

兩個(gè)空間的交互成為智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)。智慧城市是利用新一代信息技術(shù)來(lái)促進(jìn)信息空間、物理空間（各種建筑、硬的東西）、社會(huì)空間（人所構(gòu)成的社會(huì)網(wǎng)）的深度融合，并通過(guò)豐富的應(yīng)用系統(tǒng)，加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展與轉(zhuǎn)型，提高公共服務(wù)效率，方便市民工作和生活，有效保護(hù)和利用環(huán)境。它是現(xiàn)代城市對(duì)于未來(lái)的想象，更加宜居宜業(yè)，更加富有活力，更加具有吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力。

進(jìn)一步來(lái)看，智慧城市具有四大特征。一是以人為本：以人的需求作為根本出發(fā)點(diǎn)，以個(gè)體推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，以人的發(fā)展為本，實(shí)現(xiàn)面向未來(lái)的數(shù)字包容，讓城市中的人類生活更美好。二是全面感知：通過(guò)感知技術(shù)，將人、物的相關(guān)信息進(jìn)行全面感知與互聯(lián)，形成城市智慧的泛在信息源。三是內(nèi)生發(fā)展：城市形成具有持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)生驅(qū)動(dòng)力量。圍繞這種內(nèi)生發(fā)展動(dòng)力，城市各構(gòu)成要素之間實(shí)現(xiàn)自我適應(yīng)調(diào)節(jié)、自我優(yōu)化和完善。四是智能協(xié)同：實(shí)現(xiàn)信息之間的無(wú)縫連接、協(xié)同聯(lián)動(dòng)，是城市實(shí)現(xiàn)智慧的重要途徑。