智能化時代 塑造有智慧的“地球村”
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- 發(fā)布時間:2018-10-12 11:14
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。其重要特征就是科學(xué)與技術(shù)交叉推動,科學(xué)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的局面。不像過去的蒸汽機(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,基礎(chǔ)研究對掌握各種核心技術(shù)、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動作用越來越明顯。從發(fā)現(xiàn)規(guī)律,到掌握核心技術(shù),再到推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,是一個鏈條。
比如,我們的手機(jī)集成了很多信息技術(shù);往前追溯,手機(jī)之前是固定電話通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù);再往前就是量子力學(xué),因?yàn)闆]有量子力學(xué)就沒有半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù),沒有晶體管和大規(guī)模集成電路。由此可見,作為前端的量子力學(xué)和電動力學(xué)十分重要,基礎(chǔ)研究的重要性也不言而喻,沒有昨天的基礎(chǔ)研究,就沒有今天的技術(shù)應(yīng)用。就此而言,誰掌握了規(guī)律,誰發(fā)明了技術(shù),誰就有了主導(dǎo)權(quán)。
把智慧融入物理實(shí)體
當(dāng)前,我們正處于信息化后期,開始邁入以智能化為特征的第四次工業(yè)革命時代。
智能化的特點(diǎn)就是把智慧融入物理實(shí)體,如名噪一時的阿爾法圍棋等,就是人工智能發(fā)展的產(chǎn)物。在這個“奇點(diǎn)”時期,我們的思想、理念、計算將迎來大的變化。
在這個時代,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,它會發(fā)個信息叫你來拿。在這個機(jī)器人身上,包含三個重要技術(shù)功能:第一個是動態(tài)感知,第二個是智慧識別,第三個是自動反應(yīng)。要動態(tài)感知就要有傳感器,要智慧識別就要有大數(shù)據(jù)、物理模型,要自動反應(yīng)就要有好多控制的方法,最后還要把動態(tài)感知、智慧識別、自動反應(yīng)集中在某一個智能化系統(tǒng)中。
由此舉一反三,一個智能化的機(jī)器人老師上課,它一定要具備什么能力?僅僅把上課內(nèi)容重復(fù)說一遍,算得上智能化老師嗎?當(dāng)然不是。智能化的老師應(yīng)該是,你提出問題,它馬上可以識別問題并快速分析,然后及時給出正確的答案或有益的啟發(fā)。
智能化浪潮基于信息時代又超越信息時代。信息時代以計算機(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)。智能時代則把人類的智慧融入沒有知覺、沒有反應(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)安全智能化報警;城市有了智慧,實(shí)現(xiàn)城市狀況實(shí)時顯示與分析判斷;地球有了智慧,實(shí)現(xiàn)全地球感知。這是“地球村”的偉大歷史轉(zhuǎn)折。
傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)
在智能化時代,一個重要的應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,然后對物品進(jìn)行智能化識別與管理。也就是說,它把“物”的信息通過傳感器接收,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)成虛擬聽覺系統(tǒng),由視頻采集器構(gòu)成虛擬視覺系統(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)動系統(tǒng),等等。
在物聯(lián)網(wǎng)中,傳感器和信息檢測技術(shù)是核心技術(shù)之一。傳感器其實(shí)就是一個能夠傳遞信息的器件,能夠替代人的眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚,是人體五官的延長和功能擴(kuò)展。目前,傳感器已走進(jìn)我們的生活,在國防科技、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中隨處可見。比如,大家在一些場所的衛(wèi)生間洗手,手放到龍頭下動一動,水就出來了,這就是一個傳感器。
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。
從這個意義上說,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,才能對環(huán)境、水、空氣、土壤和植物等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,才能建立無線傳感應(yīng)急監(jiān)控設(shè)備,才能應(yīng)用于地鐵、商場、車站、園區(qū)等人類活動的各類場所。
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。而實(shí)時信息獲取技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息的分析判斷和決策技術(shù)則是物聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。所以,完整的物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù),總是與材料技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、物理過程的模型技術(shù)、控制技術(shù)密切相關(guān)。
智慧城市建設(shè)促進(jìn)三個空間深度融合
前面講的傳感器主要是光電傳感器。其實(shí),傳感器有多種類型,包括壓力、振動、聲響、電磁、化學(xué)等。如果城市被物聯(lián)網(wǎng)覆蓋,那類似1995年發(fā)生在東京地鐵的沙林毒氣事件、2004年發(fā)生在馬德里火車站的炸藥爆炸事件或許就不會發(fā)生。因?yàn)樵谥腔鄢鞘心J街?,公共場所通過安裝許多傳感器,可以實(shí)時獲得信息,并以無線傳輸信號的方式將其傳輸?shù)叫畔⒎治鎏幚碇行?。它相?dāng)于人的大腦,信息在這里根據(jù)對不同的物理的、化學(xué)的、生物的過程模型或大數(shù)據(jù)分析作出判斷,進(jìn)而及時采取措施。
智慧城市是一種新型城市發(fā)展模式。它通過對新技術(shù)的應(yīng)用,促進(jìn)多方參與、優(yōu)化資源配置、提升生產(chǎn)效率,用更少的資源創(chuàng)造更多的價值。但智慧城市建設(shè)本身也是一個發(fā)展過程,是城市基于現(xiàn)有信息化基礎(chǔ),不斷建立智能化復(fù)雜系統(tǒng),智能化程度不斷加深,復(fù)雜系統(tǒng)區(qū)域不斷擴(kuò)大,進(jìn)而推陳出新、不斷發(fā)展完善和豐富的過程。
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。兩個空間的各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)來促進(jìn)信息空間、物理空間(各種建筑、硬的東西)、社會空間(人所構(gòu)成的社會網(wǎng))的深度融合,并通過豐富的應(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)代城市對于未來的想象,更加宜居宜業(yè),更加富有活力,更加具有吸引力和競爭力。
進(jìn)一步來看,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),以個體推動社會進(jìn)步,以人的發(fā)展為本,實(shí)現(xiàn)面向未來的數(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)動力量。圍繞這種內(nèi)生發(fā)展動力,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)信息之間的無縫連接、協(xié)同聯(lián)動,是城市實(shí)現(xiàn)智慧的重要途徑。
?。ū疚母鶕?jù)褚君浩院士在“東方講壇·思想點(diǎn)亮未來”系列講座上的演講整理而成,未經(jīng)本人確認(rèn)。)
中國科學(xué)院院士 褚君浩
