人工智能在智慧城市中的应用展望—— 人工智能与智慧城市观察（上）

◆ 段文锋 / 文

智慧城市的发展是一个复杂的系统工程，涉及物联网、大数据、云计算等现代信息通信技术(Information Communications Technology, ICT)。国务院和国家相关部委相继出台了《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》《“十三五”国家信息化规划》等一系列支持政策和推进智慧城市建设和发展的规划。人类在经历了工业化、电气化、信息化三次工业革命后，即将迎来以智慧化为特征的第四次工业革命。人工智能作为智慧化的核心技术，被写入2017年《政府工作报告》：一方面要加快培育新材料、人工智能、集成电路、生物制药、第五代移动通信等新兴产业，另一方面要应用大数据、云计算、物联网等技术加快改造提升传统产业，把发展智能制造作为主攻方向。2017年7月8日，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，标志着人工智能正式上升为国家战略。习近平总书记在十九大报告中再次强调要推动“互联网、大数据、人工智能”的发展。目前，智慧城市的发展如火如荼，未来的智慧城市必须融合人工智能技术，推进智慧城市的发展进入全新的智能时代。

一、人工智能的定义和发展过程

人工智能(Artificial Intelligence,AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门科学，它的研究范围包括自然语言处理、图像识别、专家系统等，涉及数学、计算机科学、语言学、心理学等多门学科，至今已有60多年的发展历程。

（一）人工智能1.0时代（20世纪50～60年代）

1956年夏天召开的达特茅斯会议首次提出和定义了“人工智能”的概念，真正意义上的人工智能浪潮第一次席卷了世界。这时期的人工智能研究主要应用搜索和推理这两个主要的工具来解决问题，搜索树等暴力计算方法奠定了现代人工智能系统处理信息的基础。人工智能1.0时代的很多研究结论仅仅是停留在理论阶段，并没有得到实例的验证，但是这些理论为后来的人工智能的发展奠定了基础，并且搜索树与自然语言相结合的成功掀起了人工智能的第二次发展浪潮。

（二）人工智能2.0时代（20世纪70～80年代）

人工智能研究在20世纪70年代曾经变得萧条，但随着电子计算机技术和集成电路技术的快速发展，80年代Eliza程序的出现再次将人类的目光吸引到人工智能上。人工智能2.0时代开始出现专家系统，这是一种人工智能系统，将某个领域大量专家的知识和经验，以编程的方式集中到软件并存储到计算机中去。专家系统可以根据已有的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家向人们提供建议。但是，专家系统需要不断向它灌输知识，缺乏快速获取和更新知识的途径，因此人工智能2.0时代进入发展瓶颈期。

（三）人工智能3.0时代（20世纪90年代）

人工智能3.0时代，结合各种学习方法，通过优势互补等方式集成学习系统，使得计算机对自然语言的理解获得更好的效果。因此，机器学习(machine learning, ML)作为人工智能3.0时代的重要特征越来越受到学者的重视。机器学习分为有监督学习和无监督学习，其中涉及各式各样的分类方法，经典算法有决策树法、正则化法、朴素贝叶斯算法和人工神经网络。虽然人工智能3.0时代机器学习有了长足的进步，但计算机如何自己选择合适的特征量成了人工智能继续发展的又一道难题。

（四）人工智能4.0时代（21世纪～）

2006年，杰弗里•希尔顿(Geoffrey Hinton)提出了深度学习(Deep Learning, DL)概念，即模拟人脑分析学习神经网络，属于无监督学习的一种机器学习方法。深度学习的重点在于深度，它比机器学习更看重纵向传输，即在某个节点进行深度计算，找到输入点到输出点的最长路径。互联网将世界彻底连接到一起，也让海量数据的获取成为可能，深度学习正是依托这些海量数据寻找特征量，建立学习模型，让人类开始进入人工智能4.0时代。

当下，我国人工智能技术的发展和研究与国外基本同步，在算力、数据上都没有差距甚至要优于国外，但是在算法的研究上与发达国家相比仍有一定的差距，需要加大人力和财力的投入，进一步加强作为基础研究的算法研究。

二、智慧城市发展趋势

（一）“互联网+”成为智慧城市助推器

2015年3月5日，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划。智慧城市作为连接供给两侧的生命体，一端连接着与城市息息相关的人民群众，另一端连接着与城市休戚与共的管理部门。因此，智慧城市涉及的服务非常广泛，需要处理各种信息，每一项服务系统都涉及信息的感知、传输和分析决策。“互联网+”行动以行业应用为切入点，通过开放互联网和企业合作的模式加速智慧城市的发展，利用互联网行业的发展带来的红利和优势，推动和促进智慧城市的发展全面迈上新的台阶。

（二）PPP成智慧城市运营新模式

目前，智慧城市的运营一般有四种模式：①政府投资和运营，企业仅参与建设；②政府与企业合资并一起建设与管理；③政府仅统筹规划，企业投资建设；④企业负责建设运营，政府、公众购买服务。智慧城市是一项复杂的系统工程，涉及到政府、企业、民众等多元主体，需要大量资金和技术投入。智慧城市的发展模式趋向由早期的政府作为单一的投资主体转变为向市场多渠道获取多元化投资。在众多的模式中，政府和社会资本合作(public-private partnership, PPP)模式已成为投资、融资的主流。根据智慧城市项目内容和特点，整合社会资源，优化社会资本，激发和引导民间的投资热情，让更多的社会资金和力量投入到智慧城市的发展中来。

（三）信息安全成智慧城市战略重点

智慧城市实现信息互联互通、信息共享、决策智能，但同时具有的信息开放性特点也增加了智慧城市的信息安全风险。信息安全辅助智慧城市的发展，具有支撑作用。如何对信息系统的安全风险进行评估，如何强化信息系统安全监控平台的建设，将是整个智慧城市发展的重中之重。2016年3月，全国人大通过《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，提出加强现代信息基础设施建设。2017年6月1日《中华人民共和国网络安全法》正式实施，明确了对关键信息基础设施运行的要求。这些法律法规的颁布和实施，为智慧城市的信息安全保障提供了法律基础，也必将为智慧城市的发展打下坚实基础。

三、人工智能在智慧城市发展中的渗透

当前，人工智能发展处于4.0阶段，通过深度学习算法使机器模拟人类的智能。习近平总书记在十九大报告中指出，要“深化供给侧结构性改革”，“加快人工智能和实体经济深度融合”。智慧城市作为连接供给两侧的生命体，深度融合人工智能发展大致包括下面几个方面。

（一）“吃”的方面

人们吃的食物涉及种植、制作和用餐的过程。在种植方面，可以通过人工智能系统，在无人培养基地对蔬菜、粮食等实现智能控制温度、控制水分、控制养分、控制环境等，并根据条件和环境的不同及时调整变量参数，实现智能、高效的种植过程，节省大量的资源；可以利用人工智能系统实时监测食材情况，及时调整保存环境；机器也可以预先调节参数帮助人们切菜、炒菜，烤面包等，减轻人的负担，甚至在用餐的过程中，也可以实现智能机器人的配餐、送餐和智能调节环境，给人的生活体验带来满足感。

（二）“穿”的方面

可穿戴设备和人工智能技术的融合给人们的生活带来了新的科技体验和生活便利。智慧城市要实现透彻、全面的感知，需要强调感知对象的丰富性，具体到包括个人生理、群体活动等。通过可穿戴设备的使用，人们既可以将自己当作感知系统的一个节点，又可以及时方便地和其他节点相联系，实现无时不在的全面体验。不仅如此，人工智能还可以对个人的穿衣搭配给出建议，结合不同的时装给出个性化的建议，使得每个人都能拥有自己的专属造型师，为人们的生活带来个性化和幸福感。

（三）“住”的方面

家庭是个人生活的一个重要场所，智能家居可以为个人提供定制化、主动式的服务。通过物联网，人们可以全面感知家中的环境和其他需要监测对象的情况，了解家中发生的一切，可以远程控制家庭智能系统，实现诸如打开空调、放好洗澡水等功能；当人在家时，家里每个家具可以通过Zig Bee等技术相互连接，实现内部的互联互通，实现诸如冰箱的自动订货、食物过期预警等功能。可以说，人工智能技术为人们提供了一个清新的生活环境，提升了住房的舒适性。

（四）“行”的方面

随着城市人、车和路的矛盾日益突出，以人工智能为核心的智慧交通系统(intelligent traf fi c system,ITS)帮助实现了高效交通管理。美国的谷歌公司、我国的百度公司以及清华大学等企业和单位都在研究基于人工智能系统的无人驾驶汽车，世界上其他很多公司、企业都在投入巨额经费研究无人驾驶智能系统，例如已经被Intel收购的MOBILEYE系统。在道路交通方面，人工智能系统可以根据道路交通情况，协调人、车和路整个系统，实现信息的及时调整，规划道路的交通，例如红绿灯的智能转换等。人工智能在交通出行方面的应用，给人们的生活带来真正的便利。

四、人工智能在智慧城市发展中的展望

智慧城市的核心是用一种更加智能的办法实现人与系统、人与人、系统与系统之间的交流，在“全面感知”、“安全传递”的基础上，实现“智能处理”。智慧不仅仅体现在透彻的感知系统，最重要和核心的是更加全面和深入地实行智能化处理。

通过先进感知设施的连接，智慧城市感知的海量数据实现互联互通，安全可靠传递，使所感知的数据充分整合起来形成具有海量数据的大系统。人工智能可以基于海量的数据进行学习，洞察数据背后的规律，以可视化、可交互方式为人们提供智能决策。这种海量数据系统的智能处理一方面使智慧城市的系统和单元有序、有效地发挥各自的作用，解决目前普遍存在的“信息孤岛”现象；另一方面，智能决策的综合集成、人性化的服务和体验感知可以帮助实现智慧城市让人类生活更美好、更幸福的目标。例如，基于交通管理系统感知和获取的大数据，采用统计模型分析交通数据时间序列，对不同的道路交通状况加以预测，以便交通部门及时调整管理手段，提升公众普通出行的满意度。

同时，智慧城市还应该将人工智能领域最新的技术和应用场景，例如智能语音识别、智能图像识别、智能自然语言处理等，更好地融入到智慧城市的发展中去，实现人和城市之间的交流和互动，既让人感知到智慧城市带来的生活便利，也让城市更好地感知人类、理解人类，相互之间实现自然互动。在弱人工智能到强人工智能的发展过程中，智慧城市始终要利用人工智能的崭新技术，让人们的生活更便捷、更舒适、更幸福。

五、结语

随着城市发展不断深化和人民生活需求日益提高，城市智慧化的需求越来越强烈。智慧城市的发展不仅需要公众意识的提高，还需要借助最新的信息技术。随着人工智能技术的进步，人工智能必然会与智慧城市更加深入地融合，改变城市生产方式和人们的生活方式，造福整个人类。

（略）