智能空间孕育城市智慧

　　近日，在央视亮相的智能空间第一品牌BiGGer+(必革家)便宣称，要发起一场空间革命，通过“空间共享”、“家具可变”、“智能体验”三大手段改变空间的使用模式，达成空间的集约、集成、复用、共享。以人为本的智慧城市自然是通过具体的空间智能化为人提供便捷舒适的服务，那么，何为智能空间？如何打造智能空间更好地为大众服务？中国城市报记者就此专访了IEC智慧城市系统委员会及国标总体组专家余涛博士，且听他对智能空间的解读与阐释。

　　构建智能空间需精心设计

　　中国城市报：据悉，您出版过一本名为《智能空间-人类与自然和谐相处的新范式》的专著，那么，请您阐释一下何为智能空间？智能空间与物理空间有何关联？

　　余涛：智能空间是物理空间和信息空间经过叠加，具有感知、分析、推理、通信、自适应和普适计算能力，为用户提供智能服务的复合空间。智能空间之所以“智能“，不仅仅是因为人们在这样的环境中可以获得便捷的服务，更重要的是信息空间能够觉察到物理空间的变化，整个环境系统都在努力适应用户——始终以人为交互的中心，在合适的地点、合适的时间、用合适的方法提供合适的服务，这是智能空间的真正目标。

　　中国城市报：那么，构建智能空间如何进行设计和布局？

　　余涛：智能空间的参考设计框架如下图所示，分应用层、自然交互层、软件基础架构平台层、通信网络层和上下文感知层共五个层次，每层都对上一层屏蔽掉本层及以下各层的实现细节，各层之间通过标准接口保持良好的适应性和自动配置能力，在此基础上使整个系统具备强健的鲁棒性、伸缩性和安全性。某些特定服务（例如自动门开关服务），上下文感知的信息经过通信层后，可以不经软件处理，由自然交互层直接传递到应用层输出结果，所以在通信网络层和自然交互层之间也有一些标准接口。

　　建立智能空间的一个重要前提是必须对区域空间的属性进行准确的定义和描述，空间性质不同，提供的服务不同，实现方案也就不尽相同。每个具体的智能空间都具有特定的地理和文化特质，对智能空间区域的认知还在不断深化，内容涉及区域的地理位置、常规事件、时域特征、数据流、知识库等。根据区域的私密性可分为个人智能空间（如家庭住宅）、公众智能空间（如博物馆）；根据区域的可移动性分为固定智能空间（如商场）、移动智能空间（如公交车）；根据区域的受控方式可分为军事智能空间（如军营、武库）、禁控智能空间（如油库、监狱）等。这些根据不同概念定义的分类对未来智能空间系统的开发、设计具有重要意义。

　　中国城市报：建立一个区域性的智能空间应遵循怎样的设计原则和理念呢？

　　余涛：智能空间是一个开放性和复杂性都很高的系统，建立一个区域性的智能空间需要考虑十大设计原则：一是用户层面的自然交互原则；二是设备层面的不可见、平静原则；三是环境层面的上下文感知原则；四是通信层面的人、物、环境网络化原则；五是系统层面的自适应原则；六是结构层面的可伸缩性原则；七是计算层面的普适原则；八是安全层面的可靠性原则；九是隐私层面的授权可控原则；十是能耗层面的最小化原则。

　　解决好智能空间的关键问题

　　中国城市报：目前，关于智能空间的研究和开发进程如何？

　　余涛：关于智能空间的研究方兴未艾，目前大多数开发都处于初级阶段，即以某个特定用途的独立区域空间为研究对象，有学者把这一阶段定义为独立智能空间系统阶段，这个阶段的研究重点是自然交互的接口、计算模块的通讯与协作等。部分研究进展较快的项目开始关注对大量移动设备的支持，即智能空间的第二个阶段——基于游牧计算的智能空间系统，研究重点是设备与环境的自发交互、异构通信、计算资源的优化管理等。还有少数机构的研究进入了智能空间的第三阶段——复合型智能空间系统，虽然有学者指出将来不太可能存在一个全球一统智能空间，但是若干独立的智能空间系统经过组织、联合，构成空间区域较大、系统结构较复杂、应用服务较丰富的复合型智能空间或智能社区，是完全可行的，例如一个大学，可以把教学楼、办公楼、宿舍楼、体育馆、图书馆等独立智能空间系统整合为一个复合智能空间系统，并最终演化为智慧地球的重要组成部分，为师生提供“随时、随地、随需”全方位的计算服务。

　　中国城市报：目前在智能空间的研究和实践中需解决好哪些关键问题？

　　余涛：智能空间构建中尚需解决的关键问题：一是情境感知时，既要保障用户的正常生活体验又要不干扰用户习惯和触犯个人隐私等；二是自适应性；三是无缝移动即随时随地提供服务，对实用开发来说是一项重大挑战；四是人机交互并不自然、和谐，让计算设备服务人的个性化和智能化的路还很长；五是如何融合多种技术、屏蔽资源之间的异构性，建立一个统一、开放、可扩展和支持互操作的分布式应用架构，并且各资源之间可以通过多种方式保持良好的相互连通，使计算服务不因异构平台的复杂而增加新的复杂度，不因通信方式的多样而降低信息交换的效率，是设计者必须要面对和解决的一个难题。

　　体验“计算系统适应人”的智慧

　　中国城市报：通过普适计算，智能空间实现了信息空间与物理空间的融合，使人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务，逐步进入了计算以人为中心适应人的普适计算时代。

　　余涛：当人类生活在普适计算环境中时，期望的人机交互是满足可移动性、可预测性、可溯源性、可个性化等需求，从而能根据用户的位置、时间、角色和任务，动态提供和谐的服务，甚至鼓励用户创造新的交互方式。对用户而言，不需要传统交互过程中“启动界面”的环节，交互就能随机地自发产生，用户通过最少的指令就能达成目标和任务。如玩具会给小主人讲笑话、杯子告诉主人该喝茶了，毋需奇怪，因为这就是普适计算时代的交互方式：自然交互。

　　中国城市报：这种“自然交互”给人带来哪些智慧化体验？

　　余涛：人的自然交互方式如果要求计算机也能仿照做到，就意味着必须赋予计算机以交互的智能，能模拟人的感觉通道和效应通道，使计算机具有听、视、触、嗅、味以及动作、表情、语言、声音等能力，从而能够识别交互对象、并理解交互对象想表达的内容（甚至包括情感），然后做出正确的反应，达到交互的目的。从自然交互的过程考察，计算机的交互智能主要体现在三个方面。

　　一是对交互情境的上下文感知。通过上下文感知的交互，计算机过滤了很多分散用户注意力的交互操作和信息，大大提高了效率，对用户而言自然就有智能交互的体验。

　　二是理解人的交互意图。在上下文感知的基础上，使计算机能够判断、推测用户的行为意图，承担更多的交互负担，主动提供与人的自然经验预期、类似的交互内容和方式。

　　三是自发的交互。自发行为使计算机具有创新交互方式，识别、适应并及时响应新交互对象的智能。例如，当计算机推测出用户意图时，要自适应地对用户发出合适的交流信号、推荐交互方式和内容。当某用户正在高速公路上驾驶，其随身计算终端接收到一个通话请求，该终端首先根据上下文判断本次请求的重要性和急迫性，同时利用多媒体方式提醒用户；若用户在设定的时间内没有响应，该终端会根据请求方与用户之间的关系，自动选择合适的内容进行回复，并向用户推荐回复的时间和方法（用户可能采纳、也可能不采纳）；若通话请求很急迫（如超时呼叫、多次出现等），该终端会以急迫信号提醒用户、并通过车载导航系统推荐用户注意前方的临时停靠点，以便回复通话请求。

　　总之，普适计算使智慧空间孕育出城市智慧，为市民提供自发性的智慧服务，不断提升城市生活的效率和品质。