智慧新城:前沿技术与战略思考

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  徐扬生,中国工程院院士、香港工程科学院院士、香港中文大学副校长及自动化与计算机辅助工程学讲座教授,兼任中国科学院深圳先进技术研究院副院长。研究的领域包括机器人、控制与动力学,以及空间机器人、服务机器人、穿戴式人机界面、智慧混合动力汽车等。共发表了5部专著、300多篇国际期刊论文和国际学术会议论文,获选为中国工程院院士、国际字航科学院院士、IEEE院士、国际欧亚科学院院士以及香港工程科学院院士。
  城市化的问题是与人类文明紧密联系在一起,有位美国作家在其著作中谈到,人类文明迅速地发展实际上就是城市化的发展。中国是建造城市最早的国家之一,姑且不谈兴盛时期的汉唐,仅以宋朝为例,当时超过百万人口的世界上唯一的城市——北宋开封,足以证明城市是从这里开始的。现代化也如此,究竟什么现代化?从某种程度上来说就是城市化。也许有些朋友不认同这个观点,但这是现实。那么从另外一个角度来看,中国社会最需要解决的战略问题到底是什么?个人认为,首先是能源问题,紧随其后的是跟其密切有关的环保问题,最后就是安全问题。这三个问题是最主要的问题,都跟城市化紧密相连,没有城市化,如果是30年前的城市,中国社会就不是这样。
  一 现代城市出现的问题
  随着人类社会文明的发展,城市化进程的推进,我们付出了沉重的代价,各类城市问题接踵而来。水、空气、食物等环境资源问题不断凸显,而在30年前,水是清澈干净、空气清新自然,也无须为食物担心。现在无论是生命安全、财产安全,还是生产工作安全,到处都蛰伏着安全隐患,更谈不上便捷的生活。车站、道路等随处可见的拥堵,已经严重影响了人们正常的工作和生活。难道这就是我们在大力推进城市化过程中所希望的?这恰恰是亟待我们思考的问题。
  二 智慧新城的梦想
  上述问题在30年前是没有的,为什么现在出现了,是因为城市化。我们展望30年后,我们希望的城市是什么?这就是智慧新城。智慧新城的梦想是什么?我们究竟要开发什么样的城市才合适?城市是我们人类居住的地方,更安全、更环保、更便捷是智慧新城的梦想。
  无论是智慧的城市也好,不智慧的城市也罢,城市是人居住的地方,人的生活离不开衣食住行。所以流向很重要,交通、物流、居住等方面都值得思考。改革开放至今30余年,我们在努力做城市化,但是城市建设不能盲目地大力推进,而应小心,尤其是人类居住、物流、交通的形式,更应谨慎。当前我国在推的许多项目并没有合理的规划,如资源的问题,可再生资源到底应该怎么做?如何做?智能电网当前解决电源的品质问题,那么后期发展的目的究竟是什么?大力提倡低碳、安全制造,到底怎么去落实、实施?如何切实解决看病难,专家远程医疗该如何构建等等,这些都是智慧新城所要解决的问题。
  当前,全球有超过300个城市开展智慧城市建设,无论是欧洲,还是韩国、印度等都在做,但是都是刚刚起步,单项的信息技术都有,但是整体规划做得好且真正落地的例子并不多。
  三 智慧城市特征要素与技术
  从技术层面来说,智慧城市体系可以用矩阵的方式来看(如图1所示),横坐标体现在平安城市、环保城市和便捷城市;纵坐标,以小的单元开始,先智慧家庭,然后是楼宇、小区、交通和工厂。如果我们能在这些方面体现智慧,可以说这就是一个智慧的城市。
  从平安城市的角度来看,首先家庭方面,我们得保证家庭的衣食住行的安全,这就是一个很大的问题。我们可以做一个类似足球的球,在家里面到处滚动,若家里有不认识的人入侵,它可以将信息发送给主人,确保家庭的安全。
  民以食为天,食品安全是智慧家庭里首先要解决的问题,低成本的食品追溯技术无疑成为了有效解决途径。
  智能楼宇方面,比如商场到底如何监控,商场的人流量大,该怎么进行有效监控?智能小区方面,成熟的小区一般都是几十栋甚至上百栋楼,动辄数万名居民,若基本的安全防范没有做好,出现问题的话,严重性就可想而知。保障小区安全可以用攀爬式机器人,这种机器人力气很大,任何外表结构的楼梯或高墙,它都可顺利爬上去,通过辨识人在当时的行为是否正常,来担负起安全重任。
  例如在香港尖沙咀一个人把包放在地上就走了,它也可以找出来。正是通过对异常个体行为或者异常群体行为的辨识,进行安全监控。我们可以在小区里开发很多机器人爬上树,进行全方位的监控。这种机器人是根据毛毛虫的概念开发出来的,不同的树,都可以非常顺当地爬上去。
  智能交通方面,大家都比较熟悉,可以通过车车互联系统防止连环碰撞,实现车辆跟踪、车道识别等功能。
  而在智慧工厂,我们可以使用机器人流水线,任何人在旁边它就停下来,有效地防止了工伤事故的发生。
  从环保城市的角度来看,从家庭到楼宇到小区再到整个城市,有很多的技术在里面,那么如何来用就是关键问题。如家庭和楼宇中怎么利用高效能源、新能源,小区如何高效回收和处理废弃物。
  智能交通方面可以设计研究新能源汽车等智慧运输工具,它使用的是混合动力,能在不同能源之间自动智能地切换。智慧工厂涉及到节能制造、工业废物的处理等问题。
  从便捷城市的角度来看,智能家庭方面,我们设计了助行机器人,什么东西都在里面,老人还可以坐在上面,在超市购物时,可以当购物篮使用,并且上面还有电话键,方便老人使用。
  智慧楼宇方面,我们做了全中国高考的第一个监控系统——智能考场监控系统,并取得了不菲成绩。此外,在智慧小区方面,还有方便居民办事的各类便利卡等等。
  四 智慧新城的战略思考
  如何建设智慧新城?前面谈到了实施,这是一件非常重要的事情,那究竟从哪里开始?首先,我们要有理念,有规划,从规划面开始,并落地。在落地过程中一定要有贯彻落实的决心和意志。
  智慧新城的要素是什么?这个城市该怎么建,在中国现代化的发展进程当中,新城的建设应包括以下要素,一是变革,一定要有技术,很多人认为资金是建设智慧新城中的重中之重,但我不认同,资金是重点,但应位居于二。建设智慧新城最为关键的是理念和规划。还有就是智慧新城的标准化问题,这是一个值得深思的问题,究竟怎样才能体现智慧城市。
  智慧新城的最佳居住人口和最佳地理环境是什么?很多朋友都问过这个问题,一个城市最佳的人口应该是多少?确实难以解答。智慧新城的基础设施、通讯网络、计算机设施、能源供应等等这些,都亟待我们认真思考。当时在建设的时候缺乏考虑,等到后面真正需要用的时候,才觉遗憾,其实这就是规划的问题。
  智慧新城的文化特征是什么?智慧新城一定要以人为本,人才是城市里最重要的要素。所有的高技术到今天为止无论在国内国外我认为一个很重要的曲线,就是没有把人作为里面的一部分,这是错误的,一定要把人放在里面,因为人是你的主体。当人作为智慧新城的主体,各种文化的因素紧跟而来,教育、图书馆、博物馆等等,都需要考虑到。那么我们能不能在家里面直接进入图书馆、博物馆等,方便丰富我们的生活呢?
  如何评估智慧城市?大家都称自己的是智慧新城,到底怎么来评估,这是一个非常棘手的问题。如果仅用单项技术来评定,肯定是不完善的。个人而言,感觉好的东西无法用言语表达,但是不好的东西都是有理由的,也许里面涉及到一个协调的问题,智慧城市也是如此,真正的智慧城市协调得非常不错。
  现在我们进行得如火如荼的城市化、城镇化建设,也有可能出现城市的乡村化,返璞归真,这不容忽视。中国未来30年的大问题,个人认为主要有三大问题,首先是能源、环保跟发展的关系;其次,城市和农村的关系;最后是中国东部和西部的关系。若这三个问题处理恰当,那么我国将会实现可持续发展。否则,后果堪忧。
  还有一个是智慧新城值得重视的重大安全问题,无论是社区安全、网络安全,还是食品安全,都应该引起足够的重视。特别是食品安全,民以食为天,中国没有一个食品安全指数,可以参考香港,确立一个食品安全指数,确保食品安全。
  此外,重大能源环保问题,比如新能源在成本和效益的优势,高效能源在工业制造、楼宇建筑方面的利用,新能源汽车的可行性、安全性和低成本等等这些都值得我们思考。
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