摘要：智慧城市的發(fā)展是一項龐大的系統工程，得到了國家各級政府部門(mén)的有力支持，有力促進(jìn)了智慧城市的健康、有序發(fā)展。最近，以深度學(xué)習為基礎的人工智能發(fā)展迅速，影響和加速了現代信息通信技術(shù)在智慧城市發(fā)展中的應用。本文結合智慧城市的發(fā)展趨勢和人工智能在智慧城市各行業(yè)發(fā)展中的滲透，展望了人工智能在智慧城市發(fā)展中的角色和作用。

關(guān)鍵詞：智慧城市；人工智能；應用；展望

智慧城市的發(fā)展是一個(gè)復雜的系統工程，涉及物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息通信技術(shù)(Information Communications Technology, ICT)。國務(wù)院和國家相關(guān)部委相繼出臺了《國家新型城鎮化規劃（2014-2020年）》《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導意見(jiàn)》《“十三五”國家信息化規劃》等一系列支持政策和推進(jìn)智慧城市建設和發(fā)展的規劃。人類(lèi)在經(jīng)歷了工業(yè)化、電氣化、信息化三次工業(yè)革命后，即將迎來(lái)以智慧化為特征的第四次工業(yè)革命。人工智能作為智慧化的核心技術(shù)，被寫(xiě)入2017年《政府工作報告》：一方面要加快培育新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動(dòng)通信等新興產(chǎn)業(yè)，另一方面要應用大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)加快改造提升傳統產(chǎn)業(yè)，把發(fā)展智能制造作為主攻方向。2017年7月8日，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規劃》，標志著(zhù)人工智能正式上升為國家戰略。習近平總書(shū)記在十九大報告中再次強調要推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能”的發(fā)展。目前，智慧城市的發(fā)展如火如荼，未來(lái)的智慧城市必須融合人工智能技術(shù)，推進(jìn)智慧城市的發(fā)展進(jìn)入全新的智能時(shí)代。

一、人工智能的定義和發(fā)展過(guò)程

人工智能(Artificial Intelligence, AI)是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類(lèi)智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統的一門(mén)科學(xué)，它的研究范圍包括自然語(yǔ)言處理、圖像識別、專(zhuān)家系統等，涉及數學(xué)、計算機科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、心理學(xué)等多門(mén)學(xué)科，至今已有60多年的發(fā)展歷程。

（一）人工智能1.0時(shí)代（20世紀50～60年代）

1956年夏天召開(kāi)的達特茅斯會(huì )議首次提出和定義了“人工智能”的概念，真正意義上的人工智能浪潮第一次席卷了世界。這時(shí)期的人工智能研究主要應用搜索和推理這兩個(gè)主要的工具來(lái)解決問(wèn)題，搜索樹(shù)等暴力計算方法奠定了現代人工智能系統處理信息的基礎。人工智能1.0時(shí)代的很多研究結論僅僅是停留在理論階段，并沒(méi)有得到實(shí)例的驗證，但是這些理論為后來(lái)的人工智能的發(fā)展奠定了基礎，并且搜索樹(shù)與自然語(yǔ)言相結合的成功掀起了人工智能的第二次發(fā)展浪潮。

（二）人工智能2.0時(shí)代（20世紀70～80年代）

人工智能研究在20世紀70年代曾經(jīng)變得蕭條，但隨著(zhù)電子計算機技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，80年代Eliza程序的出現再次將人類(lèi)的目光吸引到人工智能上。人工智能2.0時(shí)代開(kāi)始出現專(zhuān)家系統，這是一種人工智能系統，將某個(gè)領(lǐng)域大量專(zhuān)家的知識和經(jīng)驗，以編程的方式集中到軟件并存儲到計算機中去。專(zhuān)家系統可以根據已有的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和判斷，模擬人類(lèi)專(zhuān)家向人們提供建議。但是，專(zhuān)家系統需要不斷向它灌輸知識，缺乏快速獲取和更新知識的途徑，因此人工智能2.0時(shí)代進(jìn)入發(fā)展瓶頸期。

（三）人工智能3.0時(shí)代（20世紀90年代）

人工智能3.0時(shí)代，結合各種學(xué)習方法，通過(guò)優(yōu)勢互補等方式集成學(xué)習系統，使得計算機對自然語(yǔ)言的理解獲得更好的效果。因此，機器學(xué)習(machine learning, ML)作為人工智能3.0時(shí)代的重要特征越來(lái)越受到學(xué)者的重視。機器學(xué)習分為有監督學(xué)習和無(wú)監督學(xué)習，其中涉及各式各樣的分類(lèi)方法，經(jīng)典算法有決策樹(shù)法、正則化法、樸素貝葉斯算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。雖然人工智能3.0時(shí)代機器學(xué)習有了長(cháng)足的進(jìn)步，但計算機如何自己選擇合適的特征量成了人工智能繼續發(fā)展的又一道難題。

（四）人工智能4.0時(shí)代（21世紀～）

2006年，杰弗里?希爾頓(Geoffrey Hinton)提出了深度學(xué)習(Deep Learning, DL)概念，即模擬人腦分析學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，屬于無(wú)監督學(xué)習的一種機器學(xué)習方法。深度學(xué)習的重點(diǎn)在于深度，它比機器學(xué)習更看重縱向傳輸，即在某個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行深度計算，找到輸入點(diǎn)到輸出點(diǎn)的最長(cháng)路徑。互聯(lián)網(wǎng)將世界徹底連接到一起，也讓海量數據的獲取成為可能，深度學(xué)習正是依托這些海量數據尋找特征量，建立學(xué)習模型，讓人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入人工智能4.0時(shí)代。

當下，我國人工智能技術(shù)的發(fā)展和研究與國外基本同步，在算力、數據上都沒(méi)有差距甚至要優(yōu)于國外，但是在算法的研究上與發(fā)達國家相比仍有一定的差距，需要加大人力和財力的投入，進(jìn)一步加強作為基礎研究的算法研究。

二、智慧城市發(fā)展趨勢

（一）“互聯(lián)網(wǎng)+”成為智慧城市助推器

2015年3月5日，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計劃。智慧城市作為連接供給兩側的生命體，一端連接著(zhù)與城市息息相關(guān)的人民群眾，另一端連接著(zhù)與城市休戚與共的管理部門(mén)。因此，智慧城市涉及的服務(wù)非常廣泛，需要處理各種信息，每一項服務(wù)系統都涉及信息的感知、傳輸和分析決策。“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)以行業(yè)應用為切入點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)合作的模式加速智慧城市的發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)的紅利和優(yōu)勢，推動(dòng)和促進(jìn)智慧城市的發(fā)展全面邁上新的臺階。

（二）PPP成智慧城市運營(yíng)新模式

目前，智慧城市的運營(yíng)一般有四種模式：①政府投資和運營(yíng)，企業(yè)僅參與建設；②政府與企業(yè)合資并一起建設與管理；③政府僅統籌規劃，企業(yè)投資建設；④企業(yè)負責建設運營(yíng)，政府、公眾購買(mǎi)服務(wù)。智慧城市是一項復雜的系統工程，涉及到政府、企業(yè)、民眾等多元主體，需要大量資金和技術(shù)投入。智慧城市的發(fā)展模式趨向由早期的政府作為單一的投資主體轉變?yōu)橄蚴袌?chǎng)多渠道獲取多元化投資。在眾多的模式中，政府和社會(huì )資本合作(public-private partnership, PPP)模式已成為投資、融資的主流。根據智慧城市項目?jì)热莺吞攸c(diǎn)，整合社會(huì )資源，優(yōu)化社會(huì )資本，激發(fā)和引導民間的投資熱情，讓更多的社會(huì )資金和力量投入到智慧城市的發(fā)展中來(lái)。

（三）信息安全成智慧城市戰略重點(diǎn)

智慧城市實(shí)現信息互聯(lián)互通、信息共享、決策智能，但同時(shí)具有的信息開(kāi)放性特點(diǎn)也增加了智慧城市的信息安全風(fēng)險。信息安全輔助智慧城市的發(fā)展，具有支撐作用。如何對信息系統的安全風(fēng)險進(jìn)行評估，如何強化信息系統安全監控平臺的建設，將是整個(gè)智慧城市發(fā)展的重中之重。2016年3月，全國人大通過(guò)《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十三個(gè)五年規劃綱要》，提出加強現代信息基礎設施建設。2017年6月1日《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò )安全法》正式實(shí)施，明確了對關(guān)鍵信息基礎設施運行的要求。這些法律法規的頒布和實(shí)施，為智慧城市的信息安全保障提供了法律基礎，也必將為智慧城市的發(fā)展打下堅實(shí)基礎。

三、人工智能在智慧城市發(fā)展中的滲透

當前，人工智能發(fā)展處于4.0階段，通過(guò)深度學(xué)習算法使機器模擬人類(lèi)的智能。習近平總書(shū)記在十九大報告中指出，要“深化供給側結構性改革”，“加快人工智能和實(shí)體經(jīng)濟深度融合”。智慧城市作為連接供給兩側的生命體，深度融合人工智能發(fā)展大致包括下面幾個(gè)方面。

（一）“吃”的方面

人們吃的食物涉及種植、制作和用餐的過(guò)程。在種植方面，可以通過(guò)人工智能系統，在無(wú)人培養基地對蔬菜、糧食等實(shí)現智能控制溫度、控制水分、控制養分、控制環(huán)境等，并根據條件和環(huán)境的不同及時(shí)調整變量參數，實(shí)現智能、高效的種植過(guò)程，節省大量的資源；可以利用人工智能系統實(shí)時(shí)監測食材情況，及時(shí)調整保存環(huán)境；機器也可以預先調節參數幫助人們切菜、炒菜，烤面包等，減輕人的負擔，甚至在用餐的過(guò)程中，也可以實(shí)現智能機器人的配餐、送餐和智能調節環(huán)境，給人的生活體驗帶來(lái)滿(mǎn)足感。

（二）“穿”的方面

可穿戴設備和人工智能技術(shù)的融合給人們的生活帶來(lái)了新的科技體驗和生活便利。智慧城市要實(shí)現透徹、全面的感知，需要強調感知對象的豐富性，具體到包括個(gè)人生理、群體活動(dòng)等。通過(guò)可穿戴設備的使用，人們既可以將自己當作感知系統的一個(gè)節點(diǎn)，又可以及時(shí)方便地和其他節點(diǎn)相聯(lián)系，實(shí)現無(wú)時(shí)不在的全面體驗。不僅如此，人工智能還可以對個(gè)人的穿衣搭配給出建議，結合不同的時(shí)裝給出個(gè)性化的建議，使得每個(gè)人都能擁有自己的專(zhuān)屬造型師，為人們的生活帶來(lái)個(gè)性化和幸福感。

（三）“住”的方面

家庭是個(gè)人生活的一個(gè)重要場(chǎng)所，智能家居可以為個(gè)人提供定制化、主動(dòng)式的服務(wù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，人們可以全面感知家中的環(huán)境和其他需要監測對象的情況，了解家中發(fā)生的一切，可以遠程控制家庭智能系統，實(shí)現諸如打開(kāi)空調、放好洗澡水等功能；當人在家時(shí)，家里每個(gè)家具可以通過(guò)Zig Bee等技術(shù)相互連接，實(shí)現內部的互聯(lián)互通，實(shí)現諸如冰箱的自動(dòng)訂貨、食物過(guò)期預警等功能。可以說(shuō)，人工智能技術(shù)為人們提供了一個(gè)清新的生活環(huán)境，提升了住房的舒適性。

（四）“行”的方面

隨著(zhù)城市人、車(chē)和路的矛盾日益突出，以人工智能為核心的智慧交通系統(intelligent traffic system, ITS)幫助實(shí)現了高效交通管理。美國的谷歌公司、我國的百度公司以及清華大學(xué)等企業(yè)和單位都在研究基于人工智能系統的無(wú)人駕駛汽車(chē)，世界上其他很多公司、企業(yè)都在投入巨額經(jīng)費研究無(wú)人駕駛智能系統，例如已經(jīng)被Intel收購的MOBILEYE系統。在道路交通方面，人工智能系統可以根據道路交通情況，協(xié)調人、車(chē)和路整個(gè)系統，實(shí)現信息的及時(shí)調整，規劃道路的交通，例如紅綠燈的智能轉換等。人工智能在交通出行方面的應用，給人們的生活帶來(lái)真正的便利。

四、人工智能在智慧城市發(fā)展中的展望

智慧城市的核心是用一種更加智能的辦法實(shí)現人與系統、人與人、系統與系統之間的交流，在“全面感知”、“安全傳遞”的基礎上，實(shí)現“智能處理”。智慧不僅僅體現在透徹的感知系統，最重要和核心的是更加全面和深入地實(shí)行智能化處理。

通過(guò)先進(jìn)感知設施的連接，智慧城市感知的海量數據實(shí)現互聯(lián)互通，安全可靠傳遞，使所感知的數據充分整合起來(lái)形成具有海量數據的大系統。人工智能可以基于海量的數據進(jìn)行學(xué)習，洞察數據背后的規律，以可視化、可交互方式為人們提供智能決策。這種海量數據系統的智能處理一方面使智慧城市的系統和單元有序、有效地發(fā)揮各自的作用，解決目前普遍存在的“信息孤島”現象；另一方面，智能決策的綜合集成、人性化的服務(wù)和體驗感知可以幫助實(shí)現智慧城市讓人類(lèi)生活更美好、更幸福的目標。例如，基于交通管理系統感知和獲取的大數據，采用統計模型分析交通數據時(shí)間序列，對不同的道路交通狀況加以預測，以便交通部門(mén)及時(shí)調整管理手段，提升公眾普通出行的滿(mǎn)意度。

同時(shí)，智慧城市還應該將人工智能領(lǐng)域最新的技術(shù)和應用場(chǎng)景，例如智能語(yǔ)音識別、智能圖像識別、智能自然語(yǔ)言處理等，更好地融入到智慧城市的發(fā)展中去，實(shí)現人和城市之間的交流和互動(dòng)，既讓人感知到智慧城市帶來(lái)的生活便利，也讓城市更好地感知人類(lèi)、理解人類(lèi)，相互之間實(shí)現自然互動(dòng)。在弱人工智能到強人工智能的發(fā)展過(guò)程中，智慧城市始終要利用人工智能的嶄新技術(shù)，讓人們的生活更便捷、更舒適、更幸福。

五、結語(yǔ)

隨著(zhù)城市發(fā)展不斷深化和人民生活需求日益提高，城市智慧化的需求越來(lái)越強烈。智慧城市的發(fā)展不僅需要公眾意識的提高，還需要借助最新的信息技術(shù)。隨著(zhù)人工智能技術(shù)的進(jìn)步，人工智能必然會(huì )與智慧城市更加深入地融合，改變城市生產(chǎn)方式和人們的生活方式，造福整個(gè)人類(lèi)。

參考文獻（略）

（作者單位：上海質(zhì)量管理科學(xué)研究院）