杂志汇中国信息化周报

中国科学院院士 褚君浩智能时代， 我们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。

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。）

智慧城市是现代城市对于未来的想象， 更宜居宜业， 更富有活力，更具吸引力和竞争力。