智慧與智慧資訊系統特點及典型應用
今日薦文的作者為中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京聯海資訊系統有限公司專家黃琦、彭武。本篇節選自論文《 智慧與智慧資訊系統 》，發表於《中國電子科學研究院學報》第13卷第1期。
摘 要： 針對現階段各領域對智慧的認識觀念不統一、認知界限不清晰，探究科技發展歷程中不同階段、不同領域的智慧，歸納總結出智慧的共同特點，提出智慧具有主觀性、時變性、多樣性，依據智慧的特點及智慧在資訊化中的應用提出智慧資訊系統的概念，智慧資訊系統與傳統的複雜資訊系統比較具有更強的開放性、自組織性、非線性、湧現性等，還具有實時性、自主性等新特性，最後通過列舉智慧城市、智慧海洋、智慧校園、智慧科研、智慧訓練等典型的智慧資訊系統，進一步探究智慧資訊系統在各領域的應用。
關鍵詞: 智慧、智慧資訊系統、特性、應用
1 對智慧的理解
智慧是人對事物、資訊的認知感，是人的一種主觀認識，並非客觀存在，智慧例如聰明、聰慧、先進等詞，是人對人或事物的一種評價，隨著人思想變化而變化；智慧是隨人類認知、科技的發展、事物的變化而不斷變化的，對於科技發展的不同時期的人對智慧的認知不一樣，隨著時間的推移，科學科技的發展，智慧也在不斷更新發展； 智慧對於不同領域的人對智慧的理解也不一樣， 在哲學領域的智慧是偉大的哲學思想，在科技領域的智慧是先進的科學技術，根據不同的研究方向，智慧能夠以不同的形態覆蓋各個領域。
綜上所述，智慧具有的三個重要特點為主觀性、時變性和多樣性。由於智慧是主觀、時變、多樣的，智慧是什麼需要建立在明確人、時間、領域的基礎上進行討論。現階段資訊化領域的研究者對智慧研究基礎上，智慧是什麼，現階段是個資料、資訊的時代，大資料、雲端計算、人工智慧、機器學習、神經網路、區塊鏈等高新技術快速發展，基於現階段技術都圍繞於海量資料的採集、儲存、挖掘分析、應用方面，智慧是將大量的資料、資訊進行整合集中，形成一個複雜資訊系統。
1.1 主觀性
智慧在現階段的資訊化領域，是使用者的一種體驗、認知，隨著人的主觀意識和實踐活動對於客觀世界的能動作用或者反作用。對於不同的人對智慧的理解不一樣，有的認為人工智慧、機器學習是智慧，有的認為大資料探勘分析、區塊鏈是智慧，有的認為底層的智慧態勢感知是智慧，有的認為上層的智慧應用是智慧，不同的人對智慧的理解和切入點不一樣，導致每個人對智慧的理解千差萬別。綜合不同使用者對智慧的理解和體驗，智慧具有很強的主觀性，依據不同使用者從事的工作及接觸的事物，對智慧的體驗都會隨人的主觀感受而轉移，因此，對智慧的理解需要根據具體使用者的體驗和理解進行詳細的需求分析，才能夠實現使用者所需達到的智慧目標。
1.2 時變性
隨著時間變化，科技、新型技術不斷髮展、更新，智慧也不斷髮展更新，從因特網的提出到網際網路的廣泛應用、從網際網路的發展到物聯網概念的興起、從大資料探勘到人工智慧機器學習的推廣、從比特幣的誕生到區塊鏈技術的萌芽，各類新興技術在短暫的十幾年內不斷的發展、更新。五年前的智慧網際網路、物聯網、雲端計算如今已經成為廣泛普及的技術，而現如今的智慧在不久的將來必然會被更成熟的技術或新興的技術所替代。隨著時間的推移，現如今的智慧已經發展成為以各類智慧感知裝置為採集層、大資料探勘為資料分析基礎、人工智慧機器學習用於上層應用、區塊鏈等高安全性技術作為安全保障，各類智慧資訊系統在各領域不斷髮展、更新，最終將實現智慧在各領域的全面發展。
1.3 多樣性
智慧具有多樣性並且涵蓋各個領域，智慧在不同領域中表現出的應用形式有所不同，巨集觀來講，智慧的多樣性分為兩類，其一智慧的多樣性體現在智慧的應用範圍極其多樣化，涉及科技、文學、教育、醫療等各領域；其二智慧在不同領域的表現形式、應用模式多樣化，在感知層的智慧採集、傳輸層的高效傳輸、分析層的大資料探勘、應用層的各類智慧應用等都有不同的表現形式和應用方式。 智慧在不同領域的應用和表現形式極其多樣， 例如在海洋領域，智慧是能夠解決海洋中資料的自動採集、高效傳輸、智慧分析、預測監測；校園領域的智慧是智慧管理輔助管理者決策、科學個性化的教學計劃和教學環境輔助教師教學、個性化的學習計劃和學習資源輔助學生自主學習；軍隊訓練領域的智慧是智慧分析學員的訓練情況、制定科學的訓練計劃輔助學員訓練、預測學員未來訓練發展趨勢。
2 智慧資訊系統的特點
傳統的複雜資訊系統是人機協同系統，人是複雜資訊系統的重要組成部分，而智慧資訊系統是一個特殊的複雜資訊系統，在原有的複雜資訊系統基礎上，將最重要的組成部分“人”進行替代，實現“無人化”複雜資訊系統，隨著人工智慧、區塊鏈、機器學習、類腦科學的不斷髮展，複雜資訊系統中最重要的組成部分人員可不斷由人工智慧替代，在人工智慧高度發展的未來，當類腦科學能夠將人類的思想進行替代後，智慧資訊系統也將實現高度“無人化”資訊系統。
2.1 開放性
智慧資訊系統與外界存在各式各樣的輸入輸出介面例如各種智慧感知傳輸、網路傳輸等，由於現階段的採集手段更多、傳輸速度更快，物質交換的速度比傳統複雜資訊系統更快，使得系統的負熵值越來越高，由於智慧資訊系統的自組織能力、資料處理能力也在不斷提升，導致負熵值很快將趨於穩定，但是海量資料更新速度塊、資料量大、開放性高，導致智慧資訊資訊系統熵值不斷急劇下降再趨於穩定，長期處於動態平衡。
2.2 自組織性
智慧資訊系統與傳統複雜資訊系統一樣具有自組織性，能夠自主的將內部資料、資訊儲存、分類、處理、分析、深度挖掘、自主學習，並通過外部實時更新各類資料、資訊，不斷學習最新的理念與想法，不斷完善系統內的組織架構更新、自組織調節、流程自動再造、系統自行組織。由於大量資料、技術的引入，導致要進行自組織的系統複雜度急劇升高，所需自組織的各項因素條件急劇提高，將導致複雜資訊系統的自組織能力下降，可通過高效率的演算法、技術、人員等方面進行彌補，提高系統的自組織性。
2.3 非線性
智慧資訊系統中的資料、資訊海量分散且不斷互動，業務流程錯綜複雜，各子系統層次眾多且相互關聯，參與人員相互配合，因此，其資料關係、業務關係、人員關係、組織關係、系統之間的關係、系統與外部環境之間等均不是簡單的線性關係，而是複雜的非線性關係。由於智慧資訊系統海量資料造成更為複雜的資料、系統關係。智慧資訊系統中，更為複雜的非線性作用使得複雜資訊系統內部相互制約性更高、協同能力更強、系統與系統之間、系統與外部環境相互協調，從而使系統內部自組織並與外部環境自適應。
2.4 湧現性
智慧資訊系統內部各系統之間和影響因素通過多種交換模式進行資料、資訊互動，並與外部環境存在人員、資料、能量、物質、技術等的交換，從而由內部變化和外部變化共同改變內部結構，內部結構、內部物質與外部物質之間可能將發生從微觀量變積累到巨集觀的質變。智慧資訊系統內部不斷碰撞、外部不斷進行物質交換，經過一定的時間後，複雜資訊系統不斷的由微觀量變到巨集觀的質變積累，在整體上演化出新的形式和特性，產生湧現，湧現性體現微觀量變到巨集觀質變的關係，使複雜資訊系統具有湧現性。
2.5 實時性
傳統的複雜資訊系統資料、資訊不斷的採集、傳輸、引入，但是對時間上沒有一個清晰的界定，而智慧這個應用系統對資料的時間性有明確的界定，各類資料分為歷史資料、實時資料、未來資料等，每個資料的資訊中包含資料採集、傳輸、處理、分析的時間，對於很多領域的應用中，實時資料資訊起著極其重要的作用。智慧資訊系統能夠實時對各類資料、資訊進行不斷的儲存、分類、更新，為確保資料、資訊的實時性，每個資料的資訊都包含時間資訊，保證資料實時性。
2.6 自主性
傳統的複雜資訊系統有記憶功能、自組織功能，但是不具有自主性，一般複雜資訊系統能夠對資訊進行規定程式的整合、分類、處理、分析，通過物質、技術、人員的交換吸收，可能會湧現出新的物質，但是與自主性不同，那些自組織、自我流程再造等主要通過物質、人員、技術的交換產生反應，依據一定的規律進行定向的趨於穩定的發展。智慧資訊系統的自主性是實時、主動的類腦系統，當沒有新的物質交換時，它依然會依據現有的資料、資訊、技術等進行自主學習分析，不斷優化分析，不斷向更高階的資訊系統發展。
3 典型的智慧資訊系統
如今智慧與智慧資訊系統已經在各領域應用，IBM首次提出的智慧地球的概念，一是更透徹的感知，利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞資訊的裝置、系統或流程；二是更全面的互聯互通，先進的系統可按新的方式協同工作；三是更深入的智慧化，利用先進技術獲取更智慧的洞察並付諸實踐，進而創造新的價值。各領域逐步演化出智慧城市、智慧海洋、智慧校園、智慧樓宇、智慧家居等。下面根據智慧資訊系統設計經驗與實踐，列舉幾個典型的智慧資訊系統。
3.1 智慧城市資訊系統
智慧城市的基本內涵是以推進實體基礎設施和資訊基礎設施相融合、構建城市智慧基礎設施為基礎，通過智慧資訊系統的構建，實現智慧的感知、建模、分析、整合和處理，以更加精細和動態的方式提升城市管理、城市執行和城市生活水平，從而使城市達到前所未有的高度“智慧”狀態。
圖3-1 智慧城市概念圖
智慧城市依據智慧的核心特點，採用大資料、雲端計算等，推進物聯網及智慧資訊科技，對城市現存經濟、社會及城市各系統進行智慧化改造。如圖3-1智慧城市概念圖以各種智慧設施的廣泛覆蓋為基礎，感知層、傳輸層、支撐層及開放應用層的深度互聯為支撐，開放基於智慧處理的、面向政府、企業和市民的各種應用，達到協同共享的目的。
3.2 智慧海洋資訊系統
智慧海洋資訊系統採用大資料分析技術、人工智慧等技術，結合海洋特性，智慧海洋建設包含物理域、資訊域、認知與社會域“三域”範圍內的“五基四系統四領域”等內容。“五基四系統四領域”是智慧海洋不同視角的系統框架，是有機聯絡、融合互動的整體。智慧海洋概念圖如圖3-2所示。
圖3-2 智慧海洋概念圖
智慧海洋資訊感知網路以岸基系統為主體，海基系統、空基系統、水下和海底系統為依託，天基系統為補充，圍繞海域的公共服務、經濟發展、海洋安全等多方面應用，綜合海洋衛星、航空遙感、雷達探測、浮標感知、海底觀測網等多種感知手段，通過分佈於岸、海、空、天、水下、海底各類平臺的資訊功能域子系統的高效利用與無縫整合，實現資訊獲取、資訊傳輸、資訊處理、資訊應用的一體化融合，形成多維立體、手段多樣、互有側重的海洋環境資訊感知網路，為智慧海洋提供資訊綜合保障。
3.3 智慧校園資訊系統
智慧校園是資訊化的高階形態，是對智慧校園的進一步深化與提升，高校智慧校園的概念圖如圖3-3所示。
圖3-3 智慧校園概念圖
智慧校園利用智慧感知技術採集校園環境和裝置的狀態資訊，實現校園的實時物理資訊採集、環境控制和人群協同；應用大資料技術對校園虛擬映像進行全方位分析，全面掌握物理校園的執行規律，基於執行規律對學校的運營管理、資源排程、業務活動等做出科學決策，通過流程管理、協作支撐和情景建模等技術系統支援學校各項業務的智慧執行，不斷進行自主學習、優化流程、優化建模、優化技術系統，最終實現智慧型人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承創新的目的。
3.4 智慧科研資訊系統
智慧科研資訊系統採用大資料技術，通過聚類分析、關聯分析、深度學習、協同互動等手段對海量科研資訊進行挖掘分析，建立成果、人員、專案、關鍵技術等科研知識庫，發掘本校歷史科研成果的價值，共享外部學術科研資源，構建高效科學的科研管理綜合平臺、自由靈活的學術研討互動交流空間、合理有效的成果轉化效益評估體系、隨需適變的軍民融合協同創新機制，為科研人員提供科研方向決策，具體指導科研實踐。如圖3-4所示。
圖3-4 智慧科研
智慧科研資訊系統針對科研工作全面、實時、高效、精準管理需要，對科研工作中涉及的人員、財務、申報、計劃、實驗、成果、評估、管理、環境等海量資料進行採集、匯入、清洗、分析統計，形成人員、財務、科研專案、管理知識庫，採用挖掘分析、深度學習、關聯預測、資料建模、協同設計、虛擬互動等，形成學術研討交流互動、軍民融合協同創新、科研管理綜合平臺和成果轉化效益評估等資訊系統，全方位提升智慧科研資訊系統能力，實現科研人員輔助決策、軍民融合協同科研、實時遠端交流互動、成果效益評估分析等目標，為科研管理提供科學客觀的決策依據。
3.5 智慧訓練資訊系統
智慧訓練資訊系統主要包括體能技能分析評估、訓練預測與優化、制定科學的訓練計劃三部分內容。利用資料探勘分析服務，根據校園歷年訓練考核成績對比分析，預測學員訓練情況；制定科學的訓練計劃通過對訓練大綱教範資料的統計分析為大綱教範修訂提供借鑑。如圖3-5所示。
圖3-5 智慧訓練
智慧訓練資訊系統主要包括資料採集、資料分析、應用評估三個階段。在資料採集時，使用單兵穿戴裝置、RFID，實時採集訓練人員、裝備的位置和狀態資訊；在資料分析時，進行學員歷史訓練資料關聯分析、預定體能技能訓練計劃匹配、訓練保障狀態關聯、體能增強模型預測；在應用評估時，開展針對個體制定科學訓練計劃、訓練裝備場地後勤精準保障、學員技能精確考核評估。
結 論
依據現階段各領域對智慧的認識觀念不統一、認知界限不清晰，探究科技發展歷程中不同階段、不同領域的的智慧，歸納總結出智慧的主觀性、時變性、多樣性，並提出智慧與智慧資訊系統的概念，由於複雜資訊系統中重要組成部分“人”不斷被人工智慧替代，智慧資訊系統還具有實時性、自主性等新的特性，通過智慧城市、智慧海洋、智慧校園、智慧科研、智慧訓練等典型的智慧資訊系統進一步探究智慧與智慧資訊系統在各領域的應用。
（參考文獻略）
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