智能化時代 塑造有智慧的“地球村”

以信息化及其與新能源技術、智能化體系深度融合為特征的新工業革命正在全球演化。其重要特征就是科學與技術交叉推動，科學技術發展呈現百花齊放的局面。不像過去的蒸汽機就是化學能變成熱能再轉化為機械能，電動機就是電磁感應定律，現在的基礎研究如材料科學、生命科學、物理科學、化學科學都在多點開花。而且，基礎研究對掌握各種核心技術、對產業發展的推動作用越來越明顯。從發現規律，到掌握核心技術，再到推動產業發展和經濟發展，是一個鏈條。

比如，我們的手機集成了很多信息技術;往前追溯，手機之前是固定電話通信技術、計算機技術;再往前就是量子力學，因為沒有量子力學就沒有半導體科學技術，沒有晶體管和大規模集成電路。由此可見，作為前端的量子力學和電動力學十分重要，基礎研究的重要性也不言而喻，沒有昨天的基礎研究，就沒有今天的技術應用。就此而言，誰掌握了規律，誰發明了技術，誰就有了主導權。

把智慧融入物理實體

當前，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革命時代。

智能化的特點就是把智慧融入物理實體，如名噪一時的阿爾法圍棋等，就是人工智能發展的產物。在這個“奇點”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器人，進行貨物分揀后，還可以負責派送;到了目的地，它會發個信息叫你來拿。在這個機器人身上，包含三個重要技術功能：第一個是動態感知，第二個是智慧識別，第三個是自動反應。要動態感知就要有傳感器，要智慧識別就要有大數據、物理模型，要自動反應就要有好多控制的方法，最后還要把動態感知、智慧識別、自動反應集中在某一個智能化系統中。

由此舉一反三，一個智能化的機器人老師上課，它一定要具備什么能力？僅僅把上課內容重復說一遍，算得上智能化老師嗎？當然不是。智能化的老師應該是，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。

智能化浪潮基于信息時代又超越信息時代。信息時代以計算機和互聯網為基礎，主要以便利人與人之間的溝通及信息共享為目標。智能時代則把人類的智慧融入沒有知覺、沒有反應的實體物質，從而達到人與物、物與物之間的聯系溝通。它將把“地球村”塑造成一個有智慧的世界：機器有了智慧，實現智能機器人;能源有了智慧，實現智能化分布式能源系統;建筑物有了智慧，實現安全智能化報警;城市有了智慧，實現城市狀況實時顯示與分析判斷;地球有了智慧，實現全地球感知。這是“地球村”的偉大歷史轉折。

傳感器技術與物聯網

在智能化時代，一個重要的應用是物聯網。物聯網是把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，然后對物品進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”信息的網絡，并與互聯網結合。這樣就構成了一個以互聯網為基礎的虛擬大腦：由音頻傳感器構成虛擬聽覺系統，由視頻采集器構成虛擬視覺系統，由分子傳感器、氣體傳感器、液體傳感器等構成虛擬味覺系統，由空氣傳感器、水系傳感器、土壤傳感器等構成虛擬感覺系統，由各種家用設備、辦公設備和生產設備構成虛擬運動系統，等等。

在物聯網中，傳感器和信息檢測技術是核心技術之一。傳感器其實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展。目前，傳感器已走進我們的生活，在國防科技、工農業生產中隨處可見。比如，大家在一些場所的衛生間洗手，手放到龍頭下動一動，水就出來了，這就是一個傳感器。

在物聯網技術中，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力，安置在地下巖石中的傳感器可以感知巖石內應力情況，安置在身上的傳感器可以實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現信息的獲取，也就難以進一步整合信息、應用信息。

從這個意義上說，傳感器是物聯網產生信息的源頭。有了先進的傳感器，才能對環境、水、空氣、土壤和植物等進行實時監控，才能建立無線傳感應急監控設備，才能應用于地鐵、商場、車站、園區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物的“形像”、“熱像”和“譜像”，是物聯網的重要元器件。而實時信息獲取技術、信息傳輸技術、信息的分析判斷和決策技術則是物聯網的重要基礎。所以，完整的物聯網科學技術，總是與材料技術、傳感技術、通信技術、大數據分析技術、物理過程的模型技術、控制技術密切相關。

智慧城市建設促進三個空間深度融合

前面講的傳感器主要是光電傳感器。其實，傳感器有多種類型，包括壓力、振動、聲響、電磁、化學等。如果城市被物聯網覆蓋，那類似 1995年發生在東京地鐵的沙林毒氣事件、2004年發生在馬德里火車站的炸藥爆炸事件或許就不會發生。因為在智慧城市模式中，公共場所通過安裝許多傳感器，可以實時獲得信息，并以無線傳輸信號的方式將其傳輸到信息分析處理中心。它相當于人的大腦，信息在這里根據對不同的物理的、化學的、生物的過程模型或大數據分析作出判斷，進而及時采取措施。

智慧城市是一種新型城市發展模式。它通過對新技術的應用，促進多方參與、優化資源配置、提升生產效率，用更少的資源創造更多的價值。但智慧城市建設本身也是一個發展過程，是城市基于現有信息化基礎，不斷建立智能化復雜系統，智能化程度不斷加深，復雜系統區域不斷擴大，進而推陳出新、不斷發展完善和豐富的過程。

城市網絡信息空間是不同于人類現實空間的一個嶄新維度，是人類的第二空間、虛擬空間。在硬件資源和運行規則之上，網絡空間的核心組成要素是ID、數據、連接，而現實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：現實向網絡進行映射，產生海量數據;對網絡中的數據進行挖掘和運用，又能夠反作用于現實空間。

兩個空間的交互成為智慧城市建設的基礎。智慧城市是利用新一代信息技術來促進信息空間、物理空間（各種建筑、硬的東西）、社會空間（人所構成的社會網）的深度融合，并通過豐富的應用系統，加速經濟發展與轉型，提高公共服務效率，方便市民工作和生活，有效保護和利用環境，它是現代城市對于未來的想象，更加宜居宜業，更加富有活力，更加具有吸引力和競爭力。

進一步來看，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點，以個體推動社會進步，以人的發展為本，實現面向未來的數字包容，讓城市中的人類生活更美好。二是全面感知，通過感知技術，將人、物的相關信息進行全面感知與互聯，形成城市智慧的泛在信息源。三是內生發展，城市形成具有持續創新發展的內生驅動力量。圍繞這種內生發展動力，城市各構成要素之間實現自我適應調節、自我優化和完善。四是智能協同，實現信息之間的無縫連接、協同聯動，是城市實現智慧的重要途徑。

（本文根據褚君浩院士在“東方講壇·思想點亮未來”系列講座上的演講整理而成，未經本人確認。）