情景感知與情感智能:通往智慧城市的智慧之門

戴偉輝

導讀：從人工智能領域來看，情景感知是指通過傳感器及其相關的技術使計算機設備能夠“感知”到當前的環境信息，從而進一步了解用戶的行為和動機，自適應地提供主動式服務。情感智能指機器能夠“感知”人類的情緒信息，作出人性化的智能反應并提供符合人們情感需求的智能化服務。

智慧城市不僅能夠對信息進行機器理性的智能化處理，還應擁有情感智能,并能根據環境的情景感知與人們的情感需求,提供更加人性化的服務。因此，從技術層面和實現城市管理與服務的方式來看，“情景感知”與“情感智能”是通往“智慧城市”的智慧之門。

自從2009年IBM公司首次提出“智慧城市”的概念及其技術體系架構以來，歐盟、美國、日本、加拿大、新加坡、澳大利亞等世界發達國家和中國臺灣地區都圍繞著上述主題展開了熱烈的討論與研究，并給出了各自的發展規劃。在中國，據不完全統計，已有超過100個智慧城市（鎮）的建設方案出臺，智慧城市已成為實現城市科學發展和為人們創造智慧新生活的美好藍圖。

智慧城市是城市信息化發展的高級階段，不僅要以智慧的方式來深入思考城市的包容性發展，還應通過新一代智慧技術促進城市管理與服務的深刻變革及其技術基礎體系的提升，帶動新一輪智慧產業的發展，更好地實現以人為本的終極發展目標。我們認為，城市的信息化發展可以劃分為信息城市、數字城市、智能城市和智慧城市四個階段。智慧城市不僅對信息能夠進行機器理性的智能化處理，還應擁有情感智能并能根據環境的情景感知與人們的情感需求提供更加人性化的服務。因此，從技術層面和實現城市管理與服務的方式來看，“情景感知”與“情感智能”是通往上述“智慧城市”的智慧之門。

一、智慧城市的智慧特征

關于智慧城市的基本概念，各國學者從新一代信息技術的運用和信息的流動特征、全面感知與互聯、整合創新和為城市居民創造新生活，以及實現城市社會與經濟包容式的“智慧”發展等角度給出了各自的理解與定義。政府相關部門也指出：智慧城市應提升到“以人為本”、“發達的智能”、“有效的運行”三者協調統一的“智慧”高度。但是，在智慧城市的智慧特征及其基本的技術內涵上，尚未形成科學、嚴格的界定。

按照心理學的定義，將人類感覺、記憶、思維、語言、行為的整個過程稱為智能過程，它是智力和能力的表現，可以分別用“智商”和“能商”來描述他們的程度水平。智慧通常指對事物能迅速、靈活、正確地理解和處理的能力，也就是在面對具體環境中的事物時，發揮智能和運用智能的能力。20世紀90年代初，耶魯大學心理系的Salovey和新罕布什爾大學的Mayer發現智慧與人類的情感有著密切的關系，從而提出了“情感智能”（Emotional Intelligence）的概念。其程度水平的衡量指標就是我們所熟知的“情商”，它可以調整智商和能商的正確發揮，或控制二者恰到好處地發揮它們的作用。因此，如果我們把傳統意義上的智力和能力的綜合稱之為理性智能的話，對“智慧”的理解應側重于如何通過情感智能來更好地發揮和運用上述理性智能。

自從城市發展進入信息化時代以來，信息的表現形態、傳播方式及其開發利用對城市管理與服務所產生的深刻變革已成為區分城市信息化發展不同階段的重要特征。從上述角度看，城市的信息化發展可以劃分為信息城市、數字城市、智能城市和智慧城市四個階段。其中：信息城市通過電話、傳真、電報、遠程視頻等電子通訊手段為人們提供了全新的信息交流方式；數字城市通過計算機網絡等數字通訊手段使得上述信息的表現形態和傳播方式進入到了數字化的新階段；智能城市通過機器的理性智能對上述信息進行深加工處理，以機器學習和知識的運用為基礎為人們提供各類智能化的服務；智慧城市將進一步使得機器能夠根據對環境情景及人類情緒信息的感知、獲取、計算和分析，為人們提供更加人性化的智慧服務。

我們從信息的形態與傳播、信息資源開發利用、信息服務關注重點等三個方面，給出了城市信息化發展四個階段的主要特征，如表1所示。

自情感智能的概念提出以來，相關領域的研究已成為現代心理學、神經科學、信息科學等眾多學科共同關注的前沿熱點。1997年，美國麻省理工學院的Picard出版了著名的《情感計算》（Affective Computing）一書，闡述了人類的情感能夠通過外在表現出的情緒信息在一定程度上被計算機所獲取、處理、計算和表達，使得機器能夠給出符合人們情感需求的人性化反應，從而具備一定的情感智能。目前，上述技術已經開始應用于城市管理與服務的眾多領域，使人們真正體驗到了“智慧”的魅力。通過機器的理性智能與情感智能的有機結合來感知人類所處的具體環境及其內在的情感需求，從而為人們提供更加人性化的智慧服務，是智慧城市最基本的“智慧”特征。

二、情景感知與情感智能

從人工智能領域來看，情景感知（Context Awareness）是指通過傳感器及其相關的技術使計算機設備能夠“感知”到當前的環境信息，從而進一步了解用戶的行為和動機，自適應地提供主動式服務。情感智能（Emotional Intelligence）指機器能夠“感知”人類的情緒信息，作出人性化的智能反應并提供符合人們情感需求的智能化服務。

關于“情景”的定義，較為廣泛接受的是由DeyA.K.等人提出的:“情景是指能夠用來刻畫一個實體的情形的任何信息，所謂實體是指任何與用戶和應用交互相關的人、位置或對象，包含用戶和應用本身。”從這個定義看，情景這個概念的范圍非常廣泛。只要和實體所在的交互過程有關的信息，都可以認為是這個實體的情景。情景不僅包括物理情景，還包括虛擬情景，其感知方式也千差萬別。從總體上看，我們可以把“情景”分為以下三大類：自然情景、社會情景和心理情景。其中：自然情景的感知可以通過各類傳感裝置對具體自然環境中的物理、化學等變量進行測量獲得；社會情景的感知需要通過對典型的社會環境及其表征指標的評測來獲得；心理情景的感知是通過科學的心理學觀測方法來獲得的。

人類在受到特定的情景信號刺激時，首先通過選擇性注意機制和外周的各種感覺器官及內部感覺通路，在神經生理整合機制作用下，將上述信號傳送到大腦邊緣系統，由腦機制激發相應的腦活動。大腦邊緣系統在結合當事人個人特質的心理屬性、生理屬性和社會學屬性影響之后，產生了快速的第一性情感，形成直覺的情緒反應。然后，再通過大腦邊緣系統與大腦皮層的交互活動，并經過大腦的高級認知過程以后，在已有的狀態基礎上繼發第二性情感，形成較為理性的認知反應。第一性情感對不同的人而言一般具有共性，第二性情感與每個人的經驗和知識有關，存在著較大的差異。在上述情緒反應的作用下，可能進一步引發各類相應的行為。在上述過程中，為了對人們的行為進行適當的調控，需要設計一系列新的情景刺激信號，以此來進一步調節人們的情緒狀態和后續的行為表現。

上述過程可用圖1來表示。

人類情緒信息的獲取、計算及其情感狀態的識別，是機器情感智能中首先需要解決的問題，一般通過腦功能活動實驗觀測（如：功能性核磁共振f-MRI、腦誘發事件相關電位ERPs）、外周生理信號采集、外部表現及后續行為觀測等方法來實現，如圖2所示。

傳統的情緒測量方法主要采用自我報告測量法，有情感網格（Affect Grid）、ISO項目心境形容詞表（MACL）和多種情感形容詞核查表（MAACL）等，強調在嚴格的實驗條件下通過被試者對特定情景觸發下的主觀體驗自述來進行情緒的測量，已經形成了一套公認的測量方法和標準，應用于正常人的情緒分析以及心理疾病患者的診斷中。然而，上述情緒測量方法主要依據被試者的主觀自述和測量量表的模糊評判結果來確定其情緒的種類，沒有給出可通過客觀測量手段獲取的情緒屬性量化參數，因而難以很好地判斷情緒的強烈程度，尤其是在多種情緒并存的情況下。

近年來，隨著DTI（擴散張量成像）、f-MRI（功能性核磁共振）、ERPs（腦誘發事件相關電位）等先進儀器設備的發展，使得人們可以通過上述技術手段對人類情緒變化的腦功能活動進行更為地直接的探測和定位，并依據其激活水平與靜息態水平的比較對情緒的強烈程度進行較為客觀的標定。例如，圖3是我們針對震驚世界的中國“7?23溫州動車事故”網絡輿情信息所引發的人們情緒反應的f-MRI實驗研究。

通過上述觀測，可以發現在不同的情景信息刺激下人類大腦的典型激活模式與激活水平，運用腦功能定位分析技術和認知神經學的分析方法就可以獲得公眾對上述情景的態度、情緒及行為反應的統計性特征。基于上述研究成果和圖1所示的腦活動過程模型，我們提出了突發事件“情景-應對”的腦心理機制模型及情緒調控模型，為政府在突發事件的應急管理中以符合公眾心理認知能力及其接受模式的方式來設計上述事件的處置策略提供了科學的方法與依據。例如，在“9?27上海地鐵10號線追尾事故”中，通過官方微博及時發布有關信息、澄清謠言并和網友進行充分溝通交流這一做法就很好地符合了上述“情景-應對”方法的要求，并取得了良好的效果。

人類的情緒變化除了在大腦特定的功能區域產生相應的激活信號以外，還會通過人體的神經系統引發一系列的生理反應，導致人體外周各類生理信號（如：腦電、皮膚電、心電、呼吸、體溫等）的變化及外部表現（如：語音、表情、姿態、動作等）的改變，并可能引發后續的行為。通過研究腦功能活動與上述生理信號、外部表現之間的關系，并結合情景感知環境下的后續行為表現分析，就可以在實際應用環境下實現對情緒信息的自動獲取及情感狀態的計算與識別，還可以對其后續的行為進行預測和調控，從而使得機器具備一定的情感智能。采取多通道、多模態信號的融合識別方法可以獲得高達80%以上的情感識別準確率，我們已經將上述技術應用于突發事件應急管理、網絡輿情信息分析、施工人員現場情緒觀測、銀行信貸審核、企業員工情感管理、醫生處方行為分析、藝術作品接受分析、廣告營銷策略設計和社區居民的幸福指數計算等眾多的領域，為分析和理解人們的情緒心理與行為模式提供了重要的手段，使得我們的管理與服務更加令人愉悅和更具“智慧”。目前，上述領域的各項研究已經形成了神經管理學這一新興的交叉學科領域，也必將對城市的管理與服務產生深刻的變革。在智慧城市的建設中，我們必須以前瞻性的戰略眼光對上述領域的發展與應用趨勢進行深入思考，并納入到城市建設的頂層設計之中。

三、智慧城市的智慧之門

“城市，讓生活更美好”已成為世界各國對城市發展觀的共識，創建讓人們生活更美好的智慧城市，就必須真正從“以人為本”和關注人的情感需求出發，通過城市的智慧管理與智慧服務，為人們的城市生活提供無比愉悅的情感體驗。

情景感知與情感智能技術是通往上述智慧城市的“智慧之門”，在城市管理與服務的各個應用領域都將發揮重要的作用。智慧城市建設的頂層設計、技術基礎設施規劃與應用體系的構建中，都必須充分考慮到上述技術對相關信息的獲取、傳輸、處理及其應用需求，以新的理念通過上述“智慧之門”，步入智慧城市的美好藍圖。

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責任編輯：王縉