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当前频道:科技社会 >> 科普知识 >> 大数据分析和决策是新一代智慧城市的大脑

大数据分析和决策是新一代智慧城市的大脑

20131125  来源: 新华网

 

    自智慧地球概念于200811月提出以来,整个地球都沉浸在如何变得更加智慧这个庞大的课题里,各种想法层出不穷,但我们看到的却是地球神经系统的不断发达而智能缺乏。本文借神经系统和大脑智慧这个话题,就如何建立智慧城市的智能系统做一些探讨。我们认为,大数据(Big Data)分析和决策是新一代智慧城市的大脑,是提升智慧城市“智商”的关键。

    首先我们看看人类是如何传递信息的。

    2000多年前,人类已经开始使用烽火台。间隔几里的众多烽火台,集信息收集、传递为一身,能够及时把外敌入侵的信息,较快地传递回农耕文明王国的决策系统。

    在漫长的历史上,还有相当长的时间,人类使用800里加急传递重大情报。用这种换马不换人的方法,来提高信息传递的效率,为中央决策者做出正确及时的决定提供重要的信息情报保障。

    18445月,美国科学家塞约尔•莫尔斯,在国会大厦最高法院会议室,向正在巴尔的摩的艾尔弗雷德•维尔发了世界上第一封电报。第一封电报的内容是圣经的诗句:“上帝成就了何等的大事!”。 尽管这份电报只传送了65公里之遥,但它成功地开创了长距离通讯联系的新时代。

    1876310日,亚力山大•贝尔发明了电话。人类的声音第一次通过电缆从一个终端设备被传送到另一个终端设备。1892年,纽约到芝加哥的电话线路开通。亚力山大•贝尔第一个试音:“喂,芝加哥。”这一历史性的声音,开启了人类在日常生活和工作中使用电话的新纪元。从那时起到现在,100多年过去了,电话仍然是最方便、很实用的通讯工具,遍布在大街小巷、办公室和众多家庭中。

    当然,历史走到今天,众多的互联终端、手机、摄像头、个人电脑已不是传递简单的信息和通通电话了,这些终端可以收集海量的语音、图片、视频、文字、位置等信息、又通过3G4G、互联网络,快速地把它们汇集到大型的信息中心或网站,满足商业、文化、经济、政治和军事方面的应用需求。

    人类的计算能力又经历了怎样的发展过程呢?

    远古时期,人类使用结绳计数,开启了人类对数字的记录和计算。后来,随着科技的进步,人类又发明了算盘、手摇计算机等比较简单的机械性计算工具。

    1946年,人类发明了第一台由电子管组成的电子计算机。相比今天的计算机,它显得既庞大又简陋,计算能力与现在不可同日而语。但它却庄严地标志着人类的计算工具告别了机械时代、人类的计算能力有了巨大的飞跃。

    时至今日,超级计算机、云计算平台的发展,使得人类的计算能力更上一层楼,处理数据的速度有了本质性的进步。与此同时,受物理法则的限制,在目前的计算机架构体系下,基于硅材料的比较经济的计算能力的提高,也逐渐接近其上限。

    综上所述,我们不难看出,人类信息传递的能力有了极大的提升、计算能力也得到了空前的发展。但是,对于日常生活中的许多问题,人类的管理和服务系统,仍然显得无能为力、无可奈何。例如,如何预测我们的发展方式是否会造成雾霾天气?可信度有多高?如何能够通过一些蛛丝马迹来预防长江里滚滚而来的死猪?因此,今天人类的管理和服务系统,就如同这样一个人,他身体的神经系统已经非常发达,建立大脑的纤维组织也已经发育到相当阶段,但他的智商却还是处于非常低下的等级,大脑缺乏处理信息的能力,不能进行智能的分析和决策,无法对社会和生活中遇到的问题及时应对。所以,人类的管理和服务系统需要智慧大脑,需要在神经系统之上提高智商。而这恰恰是目前智慧城市发展的瓶颈。

    随着我国经济的快速增长,汽车数量也呈几何数量增加,城市里交通拥堵、交通污染、交通事故等日益严重。如何才能改善城市的交通状况,使交通问题产生的负面影响降到最低,是各大城市亟待解决的问题。各个城市的职能部门都把希望寄托在智能交通系统的建立上。

    平安居住是智慧城市建设的另一个重要目标。无论我们的社会发展到什么水平,老百姓都需要一个安全的社会环境。如何营造这样的环境来保障市民的人身安全,维持社会的稳定,预防和快速制止犯罪活动等,是政府管理部门必须面对的基本问题。

    除了正常的社会管理和服务功能外,一个智慧城市还需要有完善的应急联动系统,因为许多事件是不可预测的,尤其是城市的这种集中居住方式,不可预测事件的影响比分散居住的农村要大很多。因此,一个智慧城市的应急系统,要能够对突发事件,如自然灾害、交通事故、突发性群体事件、匪警火警等,做出即时、正确的反应,要能够对应急资源的位置、力量等进行准确的定位和有效合理的使用,使其对百姓的损害和社会的影响减到最小。

    另外,建设智慧城市,还需要利用科技的力量,着力解决好诸如医疗、教育、环保、位置服务、电子政务、旅游、城管等方方面面的社会服务问题。

    我国在智慧城市建设方面已经有不少探索,跟国外发达国家的差距正在缩小。许多智慧城市已经在大规模地使用摄像头、监测仪、车浮卡、感应器等来收集交通、安防、人流、物流等方面的信息,城市管理部门也已经开始使用这些信息来管理各方面的需求。实践经验证明,一个智慧城市,不仅仅需要有众多的摄像头、传感器等来收集信息,建立其信息神经系统,而且更需要有一个智慧的大脑系统,来统筹管理和运用好收集到的信息。我们称这个大脑系统的智能水平为城市的“智商”。

    据估计,一个中大规模的城市,一个季度就能产生10PB100PB级别的数据,这样量级的数据规模,是一般信息系统无法有效处理的。因此,一个智慧城市的建设,是离不开强大信息处理后台系统的建设的。只有建立起相应的处理能力,才可以将这些收集到的信息用于更加有效、科学的城市管理和建造环保、绿色的居住环境上来,才有可能在安防、医疗、交通、教育、环保等各方面提供更好的服务,从而真正实现智慧城市的目标

    一般来说,智慧城市通常需要两大智能系统:一是集智慧交通、智慧安居、智慧应急、智慧城管、智慧能源等功能为一体的城市管理系统;二是集教育、医疗、宽带(WiFi)、位置服务、智慧旅游等生活服务为一体的城市服务系统。而这两大智能系统又是有机关联的,成为智慧城市的大脑。

    为了更好地完成这两大系统的功能,必须在大规模数据收集基础上,进行快速分析和智能决策。这种分析和决策,已经成为建设智慧城市的关键。例如,智慧城市的重要组成部分智能交通,需要对大量的车辆数据和道路状况进行快速的智能分析,从而解决道路预测、路线计划、流量管理等时效性较强的问题,并对突发事件有效地响应。再例如,如何对海量视频图像进行快速检索和匹配,从而找到特定的人或物体的行踪,也是平安居住方面急需解决的当务之急。

    怎么构建智慧城市的大脑,提升其“智商”呢?

    我们的研究表明,相对应于以传感器、电子眼收集数据为代表的第一代智慧城市,具有智能分析和决策能力的智慧城市是新一代智慧城市(或称第二代智慧城市)。在大数据技术开启之前,人们讨论和实践的基于互联网、物联网、云计算等“最新”信息技术的智慧城市,实际上只是给智慧城市建造“神经系统”和非常有限并相互关联不深的“初级智慧”,城市并没有真正的智慧化。因此,我国目前能看到的所谓智慧城市,基本上属于神经系统发达而智慧不足的“弱智城市”。大数据技术的发展恰恰为解决智慧城市的“智商”问题提供了有效的工具。这主要体现在下列几个方面:

    首先,大数据技术能够提供工具来解决城市管理所面临的问题。例如,大数据技术能够快速处理大量包括视频、语音等非结构性数据,能在海量数据、恶劣网络环境和复杂业务处理情况下,实现大量图片的实时网络传输和快速持久化存储;能够同时对任意站点的图像、视频进行显示,流畅播放、实时对比、快速报警;能够进行多条件检索等,从而更好地解决交通监管、安全防护等问题。大数据技术可以使医疗、教育等服务更加流畅、更加人性化。大数据技术存储的海量多类型、富维度的医疗记录可以使诊断更加准确、快速,并节约费用。

    其次,基于大数据技术的智慧城市IT系统,可以使整个城市信息集中在一个平台上,使城市管理系统成为一个完整的大脑,从而能够将城市管理的分析和决策集成化。过去几年,由于技术因素的限制,很多智慧城市系统仍然建立在独立的信息模块之上。例如,交通部门的数据和公安部门的数据不在同一个IT系统内。再例如,应急处理所需要的交通、安防、医疗、位置等信息的数据协同非常难以实现,有效的应急处理也只能可望不可及。因此,“信息孤岛”现象很普遍。大数据技术对解决上述难题提供了新的希望。大数据技术能够在收集智慧城市各模块数据的基础上,对数据进行交互分析,从而建立起基于数据的、超越传统感知和经验的辅助决策系统。例如,市内某路段的车流变得异常,城市管理系统可以推断出这里非常可能出了车祸或其它事故,从而及时派出警车排除故障。再例如,如果城市某地发生了重大事故,城市管理系统可以从全局出发,了解并管理全部的救急资源,协调和安排好警车、消防车、救护车等资源的调度和使用。同时,管理系统还能够获取伤病人员的个人健康档案,准确地提供医疗等善后服务,也能够准确地获取事故地段的地质、建设、管道等情况,从而更好地处理事故。

    最后,大数据智能分析能够给智慧城市的管理和服务系统提供新的洞察力。因为城市的各项管理和服务是持续进行的,日积月累,自然会形成大量数据的积累,在这些数据中也必然隐藏着对这个城市一些潜在特征的描述。社会科学的很多规律和经验,在海量积累的数据里自然存在着,在等待我们去发现和了解,从而为城市的智慧化、精细化管理提供决策依据。如果使用现代人工智能的方法,例如,深度学习(deep learning), 演绎推理(deductive reasoning)、知识表现(knowledge representation),统计推理(Bayesian inference)、语义分析(semantic analysis)等,对城市本身各个模块产生的数据进行交互分析,非常可能产生新的商业价值和新的管理和服务建议。例如,通过人工智能的方法,交互分析长江某区域商业饲料销售的数据、兽药销售的数据、养殖面积的数据、天气预报的数据、环境污染的数据等,我们也许能够了解一些死猪会出现在长江的隐性规律,并由此采取相应的措施来保障长江的清洁、防范疾病的蔓延、为饲养农户提供及时的帮助。此外,各城市还可以根据对环境监测历史数据的综合分析,预测火灾、水灾等自然灾害的发生规律。

    综上所述,大数据技术的不断发展,为建造真正的智慧城市逐渐夯实了技术基础。基于大数据技术的新一代智慧城市的规划和建设具有后发优势。新一代智慧城市不仅会有以感知化和互联互通为特征的神经系统,还将会有以大数据技术为支撑的综合智能化分析和决策系统。只有这样的智能化系统,才能使智慧城市的管理系统和服务系统充分、有效、合理地发挥各自的作用,解决目前困扰各地的“信息孤岛”现象,做到信息资源的共享,智能决策的集成,实现智慧城市让城市生活更美好、更幸福的目标。因此,可以说,大数据分析和决策是新一代智慧城市的大脑,是提升智慧城市“智商”的关键。(刘箭、张海涛、祝效国)

 

   本文作者简介:

    刘箭,国家千人计划专家、科技部重大专项办公室独立专家、国家千人计划评审专家、上海千人计划专家、上海特聘专家、兰州大学兼职教授、浪新微电子系统(上海)有限公司创始人、董事长兼总裁。曾与同事创立普然通讯技术有限公司,普然通讯被斯坦福大学校长John Hennessy博士(也是MIPS公司的创始人)创办的Atheros公司并购。入选上海浦东国际人才城名人堂和上海市欧美同学会光荣榜,来自美国硅谷,获得北卡罗来纳大学夏洛特分校电子工程博士学位和北京大学光华管理学院EMBA学位。

    张海涛,浪新微电子系统(上海)有限公司高级副总裁,负责大数据和云计算业务。曾任成都海初软件公司创始人/董事长,研发CRM、垂直搜索引擎、知识库管理、IOS应用等产品。曾任职于美国硅谷和北卡州,从事人工智能、金融模型、电子商务方面的软件开发工作。1978年入学北京大学数学系,1987年获得布加勒斯特大学数学博士学位。

    祝效国(Kevin Zhu),美国斯坦福大学博士,加利福尼亚大学终身教授/博导,美国“总统奖”获得者,中国国家级“海外杰出青年学者”,创新创业导师、信息化专家,其专业特长主要集中在新一代信息技术、物联网、智慧城市、电子商务、大数据营销等,研究成果引用率及影响力在本领域名列全球前10名。

更新时间:2014-05-07 12:10:15
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