智能化时代 塑造有智慧的“地球村”

　　以信息化及其与新能源技术、智能化体系深度融合为特征的新工业革命正在全球演化。其重要特征就是科学与技术交叉推动，科学技术发展呈现百花齐放的局面。不像过去的蒸汽机就是化学能变成热能再转化为机械能，电动机就是电磁感应定律，现在的基础研究如材料科学、生命科学、物理科学、化学科学都在多点开花。而且，基础研究对掌握各种核心技术、对产业发展的推动作用越来越明显。从发现规律，到掌握核心技术，再到推动产业发展和经济发展，是一个链条。

　　比如，我们的手机集成了很多信息技术；往前追溯，手机之前是固定电话通信技术、计算机技术；再往前就是量子力学，因为没有量子力学就没有半导体科学技术，没有晶体管和大规模集成电路。由此可见，作为前端的量子力学和电动力学十分重要，基础研究的重要性也不言而喻，没有昨天的基础研究，就没有今天的技术应用。就此而言，谁掌握了规律，谁发明了技术，谁就有了主导权。

　　把智慧融入物理实体

　　当前，我们正处于信息化后期，开始迈入以智能化为特征的第四次工业革命时代。

　　智能化的特点就是把智慧融入物理实体，如名噪一时的阿尔法围棋等，就是人工智能发展的产物。在这个“奇点”时期，我们的思想、理念、计算将迎来大的变化。

　　在这个时代，将有一种分拣快递机器人，进行货物分拣后，还可以负责派送；到了目的地，它会发个信息叫你来拿。在这个机器人身上，包含三个重要技术功能：第一个是动态感知，第二个是智慧识别，第三个是自动反应。要动态感知就要有传感器，要智慧识别就要有大数据、物理模型，要自动反应就要有好多控制的方法，最后还要把动态感知、智慧识别、自动反应集中在某一个智能化系统中。

　　由此举一反三，一个智能化的机器人老师上课，它一定要具备什么能力？仅仅把上课内容重复说一遍，算得上智能化老师吗？当然不是。智能化的老师应该是，你提出问题，它马上可以识别问题并快速分析，然后及时给出正确的答案或有益的启发。

　　智能化浪潮基于信息时代又超越信息时代。信息时代以计算机和互联网为基础，主要以便利人与人之间的沟通及信息共享为目标。智能时代则把人类的智慧融入没有知觉、没有反应的实体物质，从而达到人与物、物与物之间的联系沟通。它将把“地球村”塑造成一个有智慧的世界：机器有了智慧，实现智能机器人；能源有了智慧，实现智能化分布式能源系统；建筑物有了智慧，实现安全智能化报警；城市有了智慧，实现城市状况实时显示与分析判断；地球有了智慧，实现全地球感知。这是“地球村”的伟大历史转折。

　　传感器技术与物联网

　　在智能化时代，一个重要的应用是物联网。物联网是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，然后对物品进行智能化识别与管理。也就是说，它把“物”的信息通过传感器接收，形成“物”信息的网络，并与互联网结合。这样就构成了一个以互联网为基础的虚拟大脑：由音频传感器构成虚拟听觉系统，由视频采集器构成虚拟视觉系统，由分子传感器、气体传感器、液体传感器等构成虚拟味觉系统，由空气传感器、水系传感器、土壤传感器等构成虚拟感觉系统，由各种家用设备、办公设备和生产设备构成虚拟运动系统，等等。

　　在物联网中，传感器和信息检测技术是核心技术之一。传感器其实就是一个能够传递信息的器件，能够替代人的眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤，是人体五官的延长和功能扩展。目前，传感器已走进我们的生活，在国防科技、工农业生产中随处可见。比如，大家在一些场所的卫生间洗手，手放到龙头下动一动，水就出来了，这就是一个传感器。

　　在物联网技术中，各类传感器具有举足轻重的地位。安置在桥墩里的压力传感器可以感知桥墩的应力，安置在地下岩石中的传感器可以感知岩石内应力情况，安置在身上的传感器可以实时感知身体器官的状况，安置在煤矿里的传感器可以感知矿井中有害气体的浓度。没有各类传感器就不能实现信息的获取，也就难以进一步整合信息、应用信息。

　　从这个意义上说，传感器是物联网产生信息的源头。有了先进的传感器，才能对环境、水、空气、土壤和植物等进行实时监控，才能建立无线传感应急监控设备，才能应用于地铁、商场、车站、园区等人类活动的各类场所。

　　传感器有光、热、电、磁、压力等多种。其中，光电传感器的主要功能是获得目标物的“形像”、“热像”和“谱像”，是物联网的重要元器件。而实时信息获取技术、信息传输技术、信息的分析判断和决策技术则是物联网的重要基础。所以，完整的物联网科学技术，总是与材料技术、传感技术、通信技术、大数据分析技术、物理过程的模型技术、控制技术密切相关。

　　智慧城市建设促进三个空间深度融合

　　前面讲的传感器主要是光电传感器。其实，传感器有多种类型，包括压力、振动、声响、电磁、化学等。如果城市被物联网覆盖，那类似1995年发生在东京地铁的沙林毒气事件、2004年发生在马德里火车站的炸药爆炸事件或许就不会发生。因为在智慧城市模式中，公共场所通过安装许多传感器，可以实时获得信息，并以无线传输信号的方式将其传输到信息分析处理中心。它相当于人的大脑，信息在这里根据对不同的物理的、化学的、生物的过程模型或大数据分析作出判断，进而及时采取措施。

　　智慧城市是一种新型城市发展模式。它通过对新技术的应用，促进多方参与、优化资源配置、提升生产效率，用更少的资源创造更多的价值。但智慧城市建设本身也是一个发展过程，是城市基于现有信息化基础，不断建立智能化复杂系统，智能化程度不断加深，复杂系统区域不断扩大，进而推陈出新、不断发展完善和丰富的过程。

　　城市网络信息空间是不同于人类现实空间的一个崭新维度，是人类的第二空间、虚拟空间。在硬件资源和运行规则之上，网络空间的核心组成要素是ID、数据、连接，而现实空间的核心要素是人、物、事。两个空间的各要素间能够交叉相互作用：现实向网络进行映射，产生海量数据；对网络中的数据进行挖掘和运用，又能够反作用于现实空间。

　　两个空间的交互成为智慧城市建设的基础。智慧城市是利用新一代信息技术来促进信息空间、物理空间（各种建筑、硬的东西）、社会空间（人所构成的社会网）的深度融合，并通过丰富的应用系统，加速经济发展与转型，提高公共服务效率，方便市民工作和生活，有效保护和利用环境，它是现代城市对于未来的想象，更加宜居宜业，更加富有活力，更加具有吸引力和竞争力。

　　进一步来看，智慧城市具有四大特征：一是以人为本，以人的需求作为根本出发点，以个体推动社会进步，以人的发展为本，实现面向未来的数字包容，让城市中的人类生活更美好。二是全面感知，通过感知技术，将人、物的相关信息进行全面感知与互联，形成城市智慧的泛在信息源。三是内生发展，城市形成具有持续创新发展的内生驱动力量。围绕这种内生发展动力，城市各构成要素之间实现自我适应调节、自我优化和完善。四是智能协同，实现信息之间的无缝连接、协同联动，是城市实现智慧的重要途径。

　　（本文根据褚君浩院士在“东方讲坛·思想点亮未来”系列讲座上的演讲整理而成，未经本人确认。）

　　中国科学院院士 褚君浩

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