1.4　智能系统发展前景

1.4.1　专家系统

在智能系统发展早期，比较典型的综合性应用成果之一就是专家系统。专家系统是利用人工智能方法与技术开发的一类智能程序系统，主要模仿某个领域专家的知识经验来解决该领域特定的一类专业问题。其基本原理：通过利用形式化表征的专家知识与经验，模仿人类专家的推理与决策过程，从而解决原本需要人类专家解决的一些专门领域的复杂问题[12]。

自美国斯坦福大学于1965年开发出第一个化学结构分析专家系统DENDRAL以来，各种专家系统层出不穷，已经遍布了几乎所有专业领域，成为应用最为广泛、最为成功、最为实效的智能系统[13]。

专家系统的主要特点：①专家系统主要运用专家的经验知识来进行推理、判断、决策，从而解决问题，因此可以启发帮助大量非专业人员去独立开展原本不熟悉的专业领域工作；②用户使用专家系统不仅可以得到所需要的结论，而且可以了解获得结论的推导理由与过程，因此比直接向一些性格古怪的人类专家咨询来得更加方便、透明和可信赖；③作为一种人工构造的智能程序系统，对专家系统中知识库的维护、更新与完善更加灵活迅速，可以满足用户不断增长的需要[14]。

根据目前已开发的、数量众多的、应用广泛的专家系统求解问题的性质不同，可以将专家系统[15]分为以下7类。

（1）解释型专家系统：主要任务是对已知信息和数据进行分析与解释，给出其确切的含义，应用范围包括语音分析、图像分析、电路分析、化学结构分析、生物信息结构分析、卫星云图分析、各种数据挖掘分析[16]等。

（2）诊断型专家系统：主要任务是根据观察到的数据情况来推断观察对象的病症或故障及原因，主要应用范围有医疗诊断（包括中医诊断）、故障诊断、软件测试、材料失效诊断等[17]。

（3）预测型专家系统：主要任务是通过对过去与现状的分析，来推断未来可能发生的情况，应用范围有气象预报、选举预测、股票预测、人口预测、经济预测、交通路况预测、军事态势预测、政治局势预测[18]等。

（4）设计型专家系统：主要任务是根据设计目标的要求，给出满足设计问题约束条件的设计方案或图纸，应用范围有集成电路设计、建筑工程设计、机械产品设计、生产工艺设计、艺术图案设计等。

（5）规划型专家系统：主要任务是寻找某个实现给定目标的动作序列或动态实施步骤，应用范围包括机器人路径规划、交通运输调度、工程项目论证、生产作业调度、军事指挥调度、财务预算执行[15]等。

（6）监视型专家系统：主要任务是对某类系统、对象或过程的动态行为进行实时观察与监控，发现异常及时发出警报，应用范围包括生产安全监视、传染病疫情监控、国家财政运行状况监控、公共安全监控、边防口岸监控等。

（7）控制型专家系统：主要任务是全面管理受控对象的行为，使其满足预期的要求，应用范围包括空中管制系统、生产过程控制、无人机控制等。

另外，还有调试型、教学型、修理型等类型的专家系统，这里不再赘述。

总之，专家系统具有：存储知识能力，即具有存放专门领域知识的能力；描述能力，即可以描述问题求解过程中涉及的中间过程；推理能力，即具备解决问题所需要的推理能力；问题解释，即对于求解问题与步骤能够给出合理的解释；学习能力，即具备知识的获取、更新与扩展能力；交互能力，即向专家或用户提供良好的人机交互手段与界面[19]。

专家系统与一般应用程序的主要区别在于：专家系统将应用领域的问题求解知识独立形成一个知识库，可以随时进行更新、删减与完善等维护，这样就可以充分运用人工智能有关知识表示技术、推理引擎技术和系统构成技术；而一般应用程序将问题求解的知识直接隐含地编入程序，要更新知识就必须重新变动整个程序，并且难以引入有关智能技术[20]。

正因为专家系统有这么多的优点，随着技术的不断进步，其应用范围也越来越广阔。实际上，自20世纪70年代专家系统诞生以来，其已经广泛应用到科学、工程、医疗、军事、教育、工业、农业、交通等领域，产生了良好的经济与社会效益，为社会技术进步做出了重大贡献。

1.4.2　智能机器

智能机器是一类具有一定智能能力的机器，如智能机床、智能航天器、无人飞机、智能汽车及先进的智能武器等。大多数智能机器均具有高度自治能力、能够灵活适应不断变化的复杂环境，并高效自动地完成赋予的特定任务。与专家系统纯软件性不同，一般智能机器是智能软件与专用硬件设备相结合的产物[21]。

通常，智能机器内部拥有一个智能软件，其通过机器装备的传感器和效应器捕获环境的变化并进行实时分析，然后对机器行为做适当的调整，以应对环境的变化，完成预定的各项任务。智能软件是智能机器的大脑中枢，负责推理、记忆、想象、学习、控制等；传感器则负责收集外部或内部信息，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、平衡觉等；效应器则主要实施智能机器人的言行动作，作用于周围环境，如整步电动机、扬声器、控制电路等，实现类似人类的嘴、手、脚、鼻子等的功能。智能机器的主体则是支架，其在不同形状、用途的智能机器中差异很大[22]。

就智能机器人而言，智能机器人之所以称为智能机器人，是因为它有相当发达的“大脑”。在“大脑”中起作用的是中央计算机，这种计算机与操作它的人有直接的联系，其可以根据目的实施相关的动作。对于可移动的智能机器或智能机器人，还要考虑机器人导航、路径规划等问题。

目前，智能机器人研制工作吸引了众多国家的人工智能领域的科学家与工程师参与，特别是在美国、日本、德国等一些发达国家，各种智能机器人层出不穷，并被应用到各个领域，从日常生活到太空、深海，到处都有智能机器人的身影。据不完全统计，各类智能机器人分布在众多不同的应用领域，包括医疗、餐厅、军事、玩具、水下、太空、体育、社区、工业、农业等，为人类社会的进步做出了杰出贡献。

一般而言，智能机器人不同于普通机器人，应具备如下3个基本功能：①感知功能，能够认知周围环境状态及其变化，既包括视觉、听觉、距离等遥感型传感器，也包括压力、触觉、温度等接触型传感器；②运动功能，能够自主对环境做出行为反应，并能够进行无轨道自由行动，除了需要有移动机构，一般还需要配备机械手等能够进行作业的装置；③思维功能，根据获取的环境信息进行分析、推理、决策，并给出采取应对行动的控制指令，这是智能机器人的关键功能，是与普通机器人区分的标准。

按照智能机器人功能实现侧重点不同，可以将智能机器人分为传感型、交互型和自主型3类，它们的智能化程度不同[23]。

（1）传感型机器人：又称外部受控机器人，这种机器人本身并没有智能功能，只有执行机构和感应机构；其智能功能主要由外部控制机器来完成，其通过发出控制指令来指挥机器人的动作。

（2）交互型机器人：有一定的智能功能，主要通过人机对话来实现机器人的控制与操作；虽然交互型机器人具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些（如轨迹规划、简单的避障等）功能，但还要受到外部的控制。

（3）自主型机器人：无须人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务；自主型机器人本身就具有感知、处理、决策、执行等模块，可以像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。

科学技术进步的重要推动力是军事的需要，因此一个国家的科学技术最高成往往首先体现在军事装备上。作为智能机器先进技术最高成就之一，上述各种类型的机器系统综合技术，集中体现在智能武器系统的开发方面。所谓智能武器，就是结合了人工智能技术研制的武器装备，其除了具有传统武器的杀伤力，还集成了信息采集与处理、知识利用、智能辅助决策、智能跟踪等功能，因此可以自行完成侦察、搜索、瞄准、跟踪、攻击任务，或者进行信息的收集、整理、分析等情报获取任务，使得武器装备更加灵活、智能。因此，智能武器也称为具有智能性的现代高技术兵器，包括精确制导武器、无人驾驶飞机、智能坦克、无人操纵火炮、智能鱼雷及多用途自主智能作战机器人等。这些智能武器不同于常规武器，具备一定的智能能力。

总之，无论是民用的智能机器，还是军用的智能武器，随着智能科学技术的不断发展与进步，将来智能机器人也必将具备越来越多的智能功能。特别是随着对生物、神经、认知等方面认识的不断深化，这种直接利用脑机制来实现机器人行为控制的技术将大大加快智能机器人的发展步伐。另外，有关意识机器人研究工作的开展，也会使智能机器人发生质的飞跃。

1.4.3　智能社会

延展心智的哲学观认为，人类的心智具有延展性，而分布式认知观则认为思维不仅是单个个体心智的事情，而且是经过群体心智相互合作而产生的。因此不管哪种观点，都可以看出，人类心智能力均有社会性的一面。因此，智能科学技术的应用自然也会波及人们社会生活的各方面，包括智能社会的构建，目前，已经体现在智能家居及广泛的智慧城市的兴建方面。

家居生活的智能化实现技术统称为智能家居[24]（Smart Home/Intelligent Home），涉及智能安防技术、智能控制技术、智能数字娱乐系统、保健专家系统、事务管理系统等多个方面，因此智能家居是一个综合性利用智能信息技术的研究领域。

家庭是社会的基本单元，智能社会远景实现的第一步，首先是家居的智能化，其为家庭提供安全、方便、舒适、环保、娱乐、健康的生活环境。从技术层面上讲，智能家居的开发平台主要以住宅为核心，并延伸到日常起居的诸多方面。

智能家居是数字家园（Digital Family）和网络家居（Network Home）的延伸，是在数字化、网络化的基础上，进一步智能化的结果。因此，除了综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术，其更多地强调安全防范技术、音频视频技术、智能娱乐技术、健康保健技术、家政服务技术等。

智能家居系统应包括的子系统有家居布线系统、家庭网络系统、中央控制系统、家庭安防系统、家庭娱乐系统、健康咨询系统及家政服务系统等。

（1）家居布线系统：为了实现智能家居各种智能化服务，首先需要在家居住宅中进行布线，以便支持需要的语音/数据、多媒体、家电自动化、安防等多种应用的实现，这就是智能家居布线系统。在家居布线包括的基础上，可以搭建家庭网络系统。

（2）家庭安防系统：主要目的就是确保住宅与人员安全，基础设施包括门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄漏报警、玻璃破碎探测报警、红外微波探测报警等，高级设施则包括视频实时监控系统，其可以让家庭成员随时通过移动智能终端（如智能手机）监视住宅内外的情况。

（3）家庭娱乐系统：充分利用音频视频多媒体手段，开发家庭娱乐系统，丰富家庭业余生活，例如，人机互动娱乐活动、哼唱智能点歌软件，甚至机器填词、谱曲辅助软件等，都需要应用复杂的人工智能技术。

（4）健康咨询系统：提供健康咨询、常规体检、饮食指南等功能，甚至对普通疾病提供基本的诊断服务；此外，可以结合中医辅助诊断系统来提高健康咨询系统的服务水平和效果。

（5）家政服务系统：除了开发家庭日常事务管理系统，还可以开发家电控制系统，帮助家庭做家务，控制餐饮家电自动做饭、炒菜、洗碗，配置智能吸尘器打扫卫生，等等，条件好的家庭可以购买各种家政服务机器人。

将上述各系统集成起来，就可以构成智能家居系统，加上数字化、自动化方面的诸多功能实现，这样的智能家居系统就可以提供如下优质的家居服务。

（1）与互联网随时相连，网络服务始终在线，为在家办公提供了全天候网络信息服务。

（2）在安全防范方面，可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄漏、紧急呼救的发生。一旦出现险情，智能家居系统会自动发出报警信息，同时启动相关电器，使其进入应急联动状态，从而实现主动防范，避免不必要的损害。

（3）利用人机会话技术，实现全部家电的智能控制或远程交互性控制，方便遥控家电的使用，提高家电使用效率，节省不必要的等待时间。

（4）提供全方位的家庭娱乐服务，不仅提供家庭影院、背景音乐这样低智能化的服务，而且可以利用高级智能技术，提供自动旋律声控点歌、辅助作词谱曲、歌舞动漫仿真等高级娱乐服务。

（5）提供全面的家庭信息服务，包括将健康咨询、理财管理、日常事务管理全部信息化，以及提供物业接洽信息提醒等服务。

当然，就目前而言，智能家居依然只是个别现象。但是房地产开发商在新建住宅小区的过程中，必须预先考虑智能家居的发展需求与空间，只有这样，才能满足不断增长的社会需求。特别是作为智能社会的细胞，智能家居的发展必然与智能小区，乃至智慧城市的发展密切相关。

所谓智慧城市，是指充分借助物联传感网、无线移动网、全球互联网，利用先进的信息技术手段，特别是智能技术，构建城市发展的智慧环境。智慧城市涉及智能家居、智能楼宇、路网监控、智能医疗、智能交通、城市管理、城市生态、智能教育与数字生活等诸多领域，其目标就是要形成基于海量信息和智能处理的生活方式、产业发展、社会管理等模式，构建全新的未来城市形态。

在智慧城市的架构中，无线网、互联网、物联网三网一体，如果类比到智能家居，就相当于智慧城市的“基础布线系统”；智能家居是智慧城市的单元；智能交通、智能医疗、智能楼宇、智能教育、智能能源、智能环境等是智慧城市的功能实现；智能识别、移动计算、信息融合、云端计算等则是智慧城市的关键技术。因此，智慧城市的建设，就是要充分运用智能信息处理技术手段来感知、识别、分析、融合城市运行核心系统的关键信息，提升民生、环保、安全、服务、商务等质量，为市民创造更加美好的城市生活。

从技术层面来看，智慧城市的主要特征包括：由传感器和智能终端构成的物联网覆盖整个城市，可以对城市运行的核心系统进行全方位的感知、监控和分析；物联网、无线网、互联网三网融合，为城市智能管理提供有效的信息流通平台；在智能设施的基础上，全面开展智能化政务管理、企业经营、市民生活等创新性开发应用；城市主要核心系统之间实现高效协同运作，实现城市最佳运行状态。

为此，实现智慧城市需要开展方方面面的建设项目，包括：交通（如智能物流系统）、能源（如智能电网系统）与通信（如智能无线系统）等基础智能系统的建设；医疗、教育、文化等民生智能系统的建设；政务、商务、公安等保障智能系统的建设。除了三网及其融合[25]的通信基础设施的建设，目前已经开展的建设项目还包括以下12个方面。

（1）智能公共服务：建设智慧公共服务和城市管理系统，通过加强就业、医疗、文化、安居等专业性应用系统建设，以及提升城市建设和管理的规范化、精准化和智能化水平，有效促进城市公共资源在全市范围共享，积极推动城市人流、物流、信息流、资金流的协调高效运行，在提升城市运行效率和公共服务水平的同时，推动城市发展转型升级。

（2）智能社会管理：完善面向公众的公共服务平台建设，建设市民呼叫服务中心，拓展服务形式和覆盖面，实现自动语音、传真、电子邮件和人工服务等多种咨询服务方式，逐步开展生产、生活、政策和法律法规等多方面咨询服务；开展司法行政法律帮扶平台、职工维权帮扶平台等专业性公共服务平台建设，着力构建覆盖全面、及时有效、群众满意的服务载体。

（3）智能企业服务：继续完善政府门户网站群、网上审批、信息公开等公共服务平台建设，推进“网上一站式”行政审批及其他公共行政服务，增强信息公开水平，提高网上服务能力；深化企业服务平台建设，加快实施劳动保障业务网上申报办理，逐步推进税务、工商、海关、环保、银行、法院等公共服务事项网上办理；推进中小企业公共服务平台建设，提高中小企业在产品研发、生产、销售、物流等多个环节的工作效率。

（4）智能安居服务：开展智慧社区安居工程，在部分居民小区为先行试点区域，充分考虑公共区、商务区、居住区的不同需求，融合应用物联网、互联网、移动通信等各种信息技术，发展社区政务、智慧家居系统、智慧楼宇管理、智慧社区服务、社区远程监控、安全管理、智慧商务办公等智慧应用系统，使居民生活“智能化发展”。

（5）智能教育服务：积极推进智慧教育体系建设，建设完善城市教育城域网和校园网工程，推动智慧教育事业发展，重点建设教育综合信息网、网络学校、数字化课件、教学资源库、虚拟图书馆、教学综合管理系统、远程教育系统等资源共享数据库及共享应用平台系统；继续推进再教育工程，提供多渠道的教育培训就业服务，建设学习型社会。

（6）智能文化服务：积极推进智慧文化体系建设，继续深化“文化共享”工程建设，积极推进先进网络文化的发展，加快新闻出版、广播影视、电子娱乐等行业信息化步伐，加强信息资源整合，完善公共文化信息服务体系；构建旅游公共信息服务平台，提供更加便捷的旅游服务，提升旅游文化品牌。

（7）智能商务管理：组织实施部分智慧服务业试点项目，通过示范带动，推进传统服务企业经营、管理和服务模式创新，加快向现代智慧服务产业转型，具体实现智慧物流、智慧贸易、智慧服务；积极通过信息化深入应用，改造传统服务业经营、管理和服务模式，加快向智能化现代服务业转型。

（8）智能医疗保障：重点推进“数字卫生”系统建设，建立卫生服务网络和城市社区卫生服务体系，构建全市区域化卫生信息管理为核心的信息平台，促进各医疗卫生单位信息系统之间的沟通和交互；以医院管理和电子病历为重点，建立全市居民电子健康档案；以实现医院服务网络化为重点，推进远程挂号、电子收费、数字远程医疗服务、图文体检诊断系统等智慧医疗系统建设，提升医疗和健康服务水平。

（9）智能交通系统：建设“数字交通”工程，通过监控、监测、交通流量分布优化等技术，完善公安、城管、公路等监控体系和信息网络系统，建立以交通引导、应急指挥、智能出行、出租车和公交车管理等系统为重点的、统一的智能化城市交通综合管理和服务系统建设，实现交通信息的充分共享、公路交通状况的实时监控及动态管理，全面提升监控力度和智能化管理水平，确保交通运输安全、畅通。

（10）智能农村服务：推进“数字乡村”建设，建立涉及农业咨询、政策咨询、农保服务等面向新农村的公共信息服务平台，协助农业、农民、农村共同发展；以农村综合信息服务站为载体，积极整合现有的各类信息资源，形成多方位、多层次的农村信息收集、传递、分析、发布体系，为广大农民提供劳动就业、技术咨询、远程教育、气象发布、社会保障、医疗卫生、村务公开等综合信息服务。

（11）智能安防系统：充分利用信息技术，完善和深化“平安城市”工程，深化对社会治安监控动态视频系统的智能化建设和数据的挖掘利用，整合公安监控和社会监控资源，建立基层社会治安综合治理管理信息平台；积极推进市级应急指挥系统、突发公共事件预警信息发布系统、自然灾害和防汛指挥系统、安全生产重点领域防控体系等智慧安防系统建设；完善公共安全应急处置机制，实现多个部门协同应对的综合指挥调度，提高对各类事故、灾害、疫情、案件和突发事件防范和应急处理能力。

（12）智慧政务管理：提升政府综合管理信息化水平；完善和深化“金土”“金关”“金财”“金税”等金字政务管理化信息工程，提高政府对土地、海关、财政、税收等专项管理水平；强化工商、税务、质监等重点信息管理系统建设和整合，推进经济管理综合平台建设，提高经济管理和服务水平；加强对食品、药品、医疗器械、保健品、化妆品的电子化监管，建设动态的信用评价体系，实施数字化食品、药品放心工程[26]。

上述列举的建设项目，都需要智能技术等综合核心技术的支持，归纳起来，智慧城市建设涉及的主要核心技术包括以下几类。

（1）智能感知识别技术：通过物联网采集的信息都需要解决智能识别问题，这就需要使用具体的智能识别技术，如射频识别技术、条码识别技术、各种专用传感器识别技术、视频分析识别技术、无线定位识别技术等。

（2）智能移动计算技术：智慧城市首先是无线城市，无线移动计算的智能化就是下一代移动计算的发展方向，这其中存在众多智能化的难题需要解决，如各种移动智能终端的开发，以及身份识别、远程支付、移动监控等智能软件的开发等。

（3）智能信息融合技术：智慧城市建设中涉及大量不同类型的信息处理，需要将不同来源、不同格式、不同时态、不同尺度、不同专业的数据在统一的框架下进行处理，这就需要智能信息融合技术来实现，这种融合包括底层原始数据融合、中层特征数据融合及高层决策数据融合多个层次。

另外，由于数据处理规模庞大，关系复杂，交流频繁，因此需要建立云计算数据中心，以保障诸功能系统的有效运行，并以此为依托，建立信息网络平台、公用信息平台、专题信息平台、决策支持平台和空间信息平台，包括建立相应的智能信息处理中心，如智能网络互联中心、身份认证中心、信息资源管理中心、智能服务中心、互联网数据中心、智能决策支持中心等，从而构成智慧城市数据处理体系。

目前，北京、上海、广州、无锡、杭州、南京、沈阳、武汉、合肥、昆明、昆山、成都等城市均已先后启动了智慧城市的建设，有的是全方位开展，有的是部分开展，还有的是进行小范围试点。我们相信，在不远的将来，随着智能网络技术、智能物联网技术、智能决策支持技术等智能高新技术的快速发展，城市生活将更加舒适、方便和智慧。

智能社会建设任重道远，但智能社会的建设是社会发展的必然趋势。也可以说，智能社会是信息社会的高级阶段，因此，为了建设智能社会，除了需要转变相关的思想观念，建立相适应的社会制度，形成成熟的智能技术也是一项基础性的工作。

1.4.4　智能产业

智能化指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某个方面应用的智能集合，随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的概念开始逐渐渗透到各行各业及人们生活中的方方面面，相继出现了智能住宅小区、智能医院等。

智能系统必将快速地融入人类的各种生活、学习、工作中。例如，人们经常说的无人驾驶。试想一下，早上你起床需要出门的时候，告诉家里的智能机器人：“我需要出发了，让车楼下等候。”这时，智能机器人就帮你预约无人驾驶的自动汽车，在你走到楼下时，汽车已经等候你了。你上车后，告诉汽车你要去的地方，然后汽车就自动出发了。到达目的地后，你什么都不用操作，汽车会自动离开。人类的出行问题就这样简单智能化了，人们不用专门去购买一辆私家车，不用去操心保养、保险问题，不用去考虑拥堵、驾驶技术问题，更不用去考虑停车难问题。

智能产业的发展主要包括芯片产业、软件产业、大数据产业、通信技术、云技术等产业技术的发展。

芯片产业：包括CPU芯片、存储芯片、图像处理芯片GPU。

软件产业：行业软件需要对行业的需求、行业的业务流程、流程中的问题解决方案进行分析设计。

大数据产业：所有的智能处理都是建立在已有方案与未知问题的分析基础上的，数据越多越详细，越有助于信息的分析。

通信技术：数据的传播形式是无线、大流量、低延迟。

云技术：包括数据的云计算、云存储。

智能系统的发展，一方面促进了产业的发展，另一方面又对某些产业进行了淘汰。就像智能手机的出现，淘汰了之前广泛应用的卡片相机、随身播放器，甚至与手机毫不相干的纸质报纸。

智能系统对工业、农业、金融、医疗、无人驾驶、安全、智能教育、智能家居等行业也正在产生深远的影响。例如，在第一产业，天地一体化的智能农业信息遥感监测网络在农田实现全覆盖，智能牧场、智能农场、智能渔场、智能果园、智能加工车间、智能供应链等智能化集成应用成为现实。在第二产业，随着智能制造核心支撑软件、关键技术装备、工业互联网等的广泛应用，流程和离散智能制造、网络化协同制造、远程诊断和服务等新型制造模式成为可能，企业的智能供给能力大幅度提升。此外，在物流产业，随着搬运装卸、包装分拣、配送加工等深度感知智能物流系统的推广应用，以及深度感知智能仓储系统的研发建立，最终建立在智能化基础上的物流系统可将目前的仓储运营效率提升数十倍。

人工智能是产业升级的新引擎，一方面可以促进产业结构的优化升级，另一方面也将会给我国经济转型升级带来深刻影响。而人工智能之所以能够对产业结构升级产生促进作用，则源于其能够提高要素的使用效率，最终实现创新驱动型、资源再生型、内涵开发型的经济增长方式。