信息在智能建筑與其他領域中的內涵

文｜中國科學院國家天文臺、同方數字城市工程公司 王順德

1 前言

在我國“2006～2020年國家信息化發展戰略”中明確提出，“信息化是當今世界發展的大趨勢，是推動經濟社會變革的重要力量”，在十二五規劃中指出：“要全面提高信息化水平”……“推動經濟社會各領域信息化”。

信息化是智慧型地球、智慧型國家、智能城市、智慧型社區、智能建筑、智能交通、智能城管、智能安防等領域的靈魂，是它們追求的目標和目的，總而言之，信息化是目前人類社會走向智慧型生活的先導，這個論斷的重要性和迫切性已經是無可置疑的。但更為理性地認識智能化/信息化的理論方面，還有待進一步地探討。本文主旨為信息的內涵，自然就不是針對其細節進行討論，而是試圖在這方面給出一個相對較為全面的、明確的概述，來描述信息論中所涉及的各個環節之間的關系，從而給業內人士在規劃自己本部門，或自己工作方面的信息化工作時，有一個明確的目標和途徑，不為當前一些商業炒作而夸大某些還不夠實際的東西而迷惑，則是本文的目的。

2 信息的定義

談到信息，當今社會人們無處不把信息這個詞掛在嘴邊，但到底什么是信息，其定義是什么，并不是很多人能夠簡單明了地回答出來。這是一個哲學名詞，到目前為止，信息這個名詞還沒有一個權威的準確的定義，這當中最具代表性的就是所謂“香農”理論，這個理論說，信息就是“確定性的增加”，這個定義是使人費解的，至少說不夠通俗、不夠全面和不夠廣義，是狹義的，這個定義是香農在貝爾研究所時針對通信行業而下的定義。

有關“信息”的定義，不下N種，這種局面，本身就反映了人們在認識“信息”概念方面的不確定性，不能一針見血地說清楚，才造成各種解釋都有。有點像在天文學中出現的“宇宙是怎么形成的？人類有史以來有各種版本的宇宙起源學說，如亞里士多德的“地心說”、哥白尼的“日心說”、到今天的“大爆炸說”等，這些學說，不斷被天文學家用新的觀測事實所否定，然后又出現新的理論來解釋宇宙的起源，即使今天的“大爆炸理論”，仍然還有解釋上的矛盾之處，需要科學家繼續去進一步地探索。這樣的例子，舉不勝舉。其實這些重大的科學問題，人們認識它，的確需要一個認識過程，要求從一開始就有一個確切無誤的定義，那是脫離人類認識自然規律的，只有當人類累計了大量的觀測事實和實驗事實之后，不斷地從認識到否定，再認識再否定，直到得到一個比較接近于真實的那樣一個定義或解釋，才是比較全面而肯定的結果。

盡管如此，到目前為止，筆者比較贊同較為簡單而明了的信息定義是：信息就是可被主體感知的附著于各種客體（載體）上的自然界物質或能量存在的一種形式及其運動變化呈現出的狀態。例如通過感覺通道的神經系統能感知的某種物質或能量存在的形式或其運動變化呈現出的狀態，我們稱這種“存在形式或狀態”就是一種信息。

3 信息的6+1理論

信息論要研究的內容就是這些可被感知的物質或能量存在的形式及其變化狀態的產生、采集、傳輸、處理、存儲、發布、利用等環節的一切手段和范疇。如圖1所示。

圖1 信息論要研究的7大環節及智能化與信息化的關系

智能化是現代人類對任何物質或能量的存在形式及其變化狀態的前6個環節（側重技術層面），在實現數字化、網絡化和集成化層面的規模上做到了最大化，也可以這樣認為，智能化就是這6個環節的最優的技術狀態，所以說智能化是信息化的技術基礎，技術支撐；而信息化則是現代人類對任何物質或能量的存在形式及其變化狀態在數字化、網絡化和集成化層面的利用上實現了最優的狀態。從這個意義上講，智能化與信息化的辯證關系就十分清楚。它們兩者是同一事物在“信息”這個概念之下的前后不同環節而已，我們稱之為信息的6+1理論！

物質、能量、信息是組成自然界的三大要素。物質是什么，物質就是人類能夠感知的實體東西；而能量則是使物質產生運動的原因，是力的一種表現形式，是人類能夠感知但不是實體的東西；信息既不是物質，又不是能量，而是反應這兩者的存在形式和它們發生變化的狀態。這三者不是一個概念，但又是有內在聯系的組成自然界的三大基本要素。

當了解信息的意義及其重要性之后，我們才能談得上去利用它。利用信息是人類的目的，是根本。但為了利用信息的目的，則首先要做好信息的產生、采集、傳輸、處理、存儲、發布等6個技術環節。所以我們可以總結為1個使用目的和實現該目的的6個技術環節。根據信息的6+1理論，智能化是為信息化服務的，那么如果智能化系統做得很好，而由于利用它的人為因素，如政治原因、人的操作技術水平、組織管理水平等原因，使得智能化所具備的優異功能沒有得到應有的充分發揮，打了折扣，我們就可以認為信息化不盡人意，這是“利用”環節出現了問題。例如一個建筑智能化工程做得很好的小區，小區的中心控制機房，即智能化的集成中心，它的技術含量是相對比較高的，但由于使用它的人是一些技術水平較低的保安人員來操作管理，其結果是事過不久，由于操作不當，造成軟件的丟失，硬件的損壞，致使其功能不能做到應有的發揮，這種例子在許多智能建筑領域，不在少數；反過來，如果“利用”信息的需求，即信息化的需求來勢兇猛，要求甚為迫切，在資金和人力都具備良好的條件下，那么也將是推動智能化發展的積極動力。

各行各業都有自己的信息6+1理論，但其中傳輸、處理、存儲、發布等4個環節在當今技術水平下有大致的共同點，做法差異也不大，所以撰寫成書本或教材，有一定的共性，因而在目前出版的一些《信息論》的專著或教材中，多以此4個環節來描述，很少提及信息的產生、采集、利用這三個環節的內容，其原因就在于此。當然在同一個行業或領域的《信息化》專著中，會將信息論的7個環節都要涉及到，才能成為一本實用的著作。然而對于信息的產生、采集和利用，在人類社會的各行各業中的差異就太大了！內容也太多了！可以說，對于人類社會的每一個行業來說，這三個環節，都可以寫一套專著，成為一個領域！就以信息采集這個環節舉例而言，天體物理研究中，我國1989年落成了直徑為2.16m的光學望遠鏡，配備了自制的光導纖維分光系統收集來自天體的光譜信息，以供進一步處理來解密天體演化的本質；2010年又建成了世界最大的以光導纖維為引導的6m級的大天區多目標光譜施米特望遠鏡；目前世界多個國家（包括中國、美國、日本、歐共體等）正在討論將聯合建造一臺直徑30m的巨型光學望遠鏡；等值口徑約為1km的射電天文望遠鏡等，用來探索來自宇宙的更多信息的秘密；而在醫學領域，用1mm直徑的纖維透鏡和5～10μm直徑的相關光導纖維束做成的多種內窺鏡（如胃鏡、腸鏡、腹腔鏡等）被廣泛用來采集人體內不同器官的各種醫學上所需要的信息；在智能建筑領域，樓宇自控系統中安裝在樓宇機電設備上的各種傳感器被廣泛用來采集智能建筑內部各種機電設備的工作信息，以保證其安全正常地運行；在平安城市領域，在城市的各個角落安裝了幾萬臺甚至幾十萬臺監控攝像機采集安全圖像信息，傳至公安部門的各級指揮中心，用以保證整個城市的安全；在新聞領域，各電視臺、廣播電臺的記者到世界各地發生新聞的現場，用攝像機、話筒采集各種新聞信息發回自己的電視臺或廣播電臺進行報道等等，在自然界和人類社會的各個方面、領域，均已產生或正在產生著各種不同的信息，需要我們去采集，就這一個信息環節，就可以寫成一部百科全書；還有信息的產生和利用這兩個環節，也如同采集環節一樣的，其內容之多之廣，不計其數。

因此在已發表的有關《信息論》專著或教材中，很少去觸動這三個環節的內容，過去那些《信息論》專著也好，還是教材也好，客觀方面也存在某些方面的狹義性和局限性。

4 智能化/信息化的判斷標準和內涵

智慧型地球、智慧型國家、智能城市、智能社區、智能建筑、智能交通、智能安防、電子政務等的判斷標準和內涵是什么？其實對于上述這些智能/信息化領域，簡單明了地可以用10個字就能完全給它們定義其判斷標準，即只要做到安全、舒適、高效、節能、環保這10字標準就可以滿足這些智能化/信息化的要求，用這10字標準可以解釋一切智能領域的功能要求，這10字標準本來是起源于給智能建筑定的標準，可是仔細想一想，它又何嘗不是其他智能/信息化領域的判斷標準呢！標準定了，那么用什么技術手段（即內涵）來保證這些標準的實現，那就是在智能建筑中我們最開始提及的只要是我們設計的系統，在軟、硬件的配置上能保證在該智能領域，實現了BA、OA、CA等功能，就談得上實現10字標準了。如圖2所示。

為了保證這些內涵功能的實現，我們舉幾個實例參考說明一下：

在智能建筑中，體育場館的智能/信息化系統建設是甚為復雜的，我們以它為例，看看怎么來實施，下面圖3A、3B是一對實現體育場館智能/信息化系統的姊妹圖，是互為補充的圖解：智能交通是智能/信息化非常重要的領域，如何來規劃和實現它，是業內人士特別關心的內容。圖4A、4B、4C是實現其功能的姊妹圖，也是互為補充的圖解。從圖3A、4A看到，這是所述領域的總體規劃圖，對于不同的智能/信息化領域，圖中綜合電子信息系統的內容是有所差別的；而圖3B、4B、4C則是前者的細化內容，一目了然。以此類推，任何智能/信息化系統均可按此方式進行規劃和細化，只不過改變其中的專業設施和應用信息軟件系統就可以了。這一對姊妹圖的圖解格式，高度總結和概括了業內智

業設施與應用信息軟件的變化改動，可以得到一切智能化/信息化領域中所需要的智能/信息化規劃和工程細化的圖解，一目了然！

圖2 智能化/信息化的簡明判斷標準和內涵圖解

圖3A 體育場館智能/信息化模型

圖3B 體育場館智能化/信息化的工程內容

5 物聯網的實質及在信息論中的地位

當今的物聯網把信息的產生和采集這兩個環節發揮到了極致。物聯網是什么，其實就是互聯網的延伸，它的核心內涵就是采用了所謂RFID的芯片感知技術和無線網絡技術，使得任何事物的信息都可以被感知，也就是任何事物的信息的產生和采集，均可通過RFID感知芯片和無線網絡技術得到，余下的環節就可以交給互聯網來承擔，所以說它是互聯網的延伸，互聯網是它的基礎，它離不開互聯網。為了實現RFID芯片產生的無限多個信息的認證和處理，隨之而來的就是要發展IPV6的無限網絡認證技術和超大規模的云計算處理、存儲技術。這是物聯網時代交給互聯網需要解決的重大技術問題。物聯網是我們人類在信息技術方面的又一次革命，但要清醒地認識到，它的特點也僅僅是前面所提及的6個信息環節中的頭兩個，即在信息的產生和采集上與互聯網相比，有著更大的規模罷了！物聯網不是我們的目的，而是我們人類在實現信息化過程中使用的更為廣泛、更大規模的信息產生和采集技術手段罷了。但是商家看好這個環節，做了比較大的商業炒作，人們應該腳踏實地地去促進這個領域的健康發展，防止一哄而上形成的泡沫經濟。

圖4A 智能交通系統智能/信息化大廈模型圖解

圖4B 智能交通系統智能/信息化工程內容圖解

圖4C 航空港智能交通系統智能/信息化可能的工程內容圖解

1 王順德.體育場館智能化系統建設導論.2007，同方數字城市工程公司，內部專著.

2 王順德.智能交通信息系統大集成方案總體框架.智能交通，2010年，第09期，P86-88，同方數字城市工程公司.

3 王順德.光纖技術及其天文應用現狀.天文學進展，第4卷，第二期，1986（4-6），136，中國科學院國家天文臺.

4 王順德.Fiber Optics Feed At Beijing Astronomy Observatory（ BAO），A.S.P. Conf. Ser.Vol. 3，1988， 183，中國科學院國家天文臺.

5 王順德 .Working System in Fiber Optics on The BAO 2.16m Telescope，A.S.P.Conf.Ser，Vol. 37，1991，119，中國科學院國家天文臺.

6 王順德.我國2.16m望遠鏡的光纖耦合分光系統.自然雜志，1992，15（7）：500-504，中國科學院國家天文臺.

7 程思危.“智能城市論壇”主旨演講，2011年4月22日.

8 baike.baidu.com/view/15076.htm 2011-5-9.