情景感知与情感智能:通往智慧城市的智慧之门

导读：从人工智能领域来看，情景感知是指通过传感器及其相关的技术使计算机设备能够“感知”到当前的环境信息，从而进一步了解用户的行为和动机，自适应地提供主动式服务。情感智能指机器能够“感知”人类的情绪信息，作出人性化的智能反应并提供符合人们情感需求的智能化服务。

智慧城市不仅能够对信息进行机器理性的智能化处理，还应拥有情感智能,并能根据环境的情景感知与人们的情感需求,提供更加人性化的服务。因此，从技术层面和实现城市管理与服务的方式来看，“情景感知”与“情感智能”是通往“智慧城市”的智慧之门。

自从2009年IBM公司首次提出“智慧城市”的概念及其技术体系架构以来，欧盟、美国、日本、加拿大、新加坡、澳大利亚等世界发达国家和中国台湾地区都围绕着上述主题展开了热烈的讨论与研究，并给出了各自的发展规划。在中国，据不完全统计，已有超过100个智慧城市（镇）的建设方案出台，智慧城市已成为实现城市科学发展和为人们创造智慧新生活的美好蓝图。

智慧城市是城市信息化发展的高级阶段，不仅要以智慧的方式来深入思考城市的包容性发展，还应通过新一代智慧技术促进城市管理与服务的深刻变革及其技术基础体系的提升，带动新一轮智慧产业的发展，更好地实现以人为本的终极发展目标。我们认为，城市的信息化发展可以划分为信息城市、数字城市、智能城市和智慧城市四个阶段。智慧城市不仅对信息能够进行机器理性的智能化处理，还应拥有情感智能并能根据环境的情景感知与人们的情感需求提供更加人性化的服务。因此，从技术层面和实现城市管理与服务的方式来看，“情景感知”与“情感智能”是通往上述“智慧城市”的智慧之门。

一、智慧城市的智慧特征

关于智慧城市的基本概念，各国学者从新一代信息技术的运用和信息的流动特征、全面感知与互联、整合创新和为城市居民创造新生活，以及实现城市社会与经济包容式的“智慧”发展等角度给出了各自的理解与定义。政府相关部门也指出：智慧城市应提升到“以人为本”、“发达的智能”、“有效的运行”三者协调统一的“智慧”高度。但是，在智慧城市的智慧特征及其基本的技术内涵上，尚未形成科学、严格的界定。

按照心理学的定义，将人类感觉、记忆、思维、语言、行为的整个过程称为智能过程，它是智力和能力的表现，可以分别用“智商”和“能商”来描述他们的程度水平。智慧通常指对事物能迅速、灵活、正确地理解和处理的能力，也就是在面对具体环境中的事物时，发挥智能和运用智能的能力。20世纪90年代初，耶鲁大学心理系的Salovey和新罕布什尔大学的Mayer发现智慧与人类的情感有着密切的关系，从而提出了“情感智能”（Emotional Intelligence）的概念。其程度水平的衡量指标就是我们所熟知的“情商”，它可以调整智商和能商的正确发挥，或控制二者恰到好处地发挥它们的作用。因此，如果我们把传统意义上的智力和能力的综合称之为理性智能的话，对“智慧”的理解应侧重于如何通过情感智能来更好地发挥和运用上述理性智能。

自从城市发展进入信息化时代以来，信息的表现形态、传播方式及其开发利用对城市管理与服务所产生的深刻变革已成为区分城市信息化发展不同阶段的重要特征。从上述角度看，城市的信息化发展可以划分为信息城市、数字城市、智能城市和智慧城市四个阶段。其中：信息城市通过电话、传真、电报、远程视频等电子通讯手段为人们提供了全新的信息交流方式；数字城市通过计算机网络等数字通讯手段使得上述信息的表现形态和传播方式进入到了数字化的新阶段；智能城市通过机器的理性智能对上述信息进行深加工处理，以机器学习和知识的运用为基础为人们提供各类智能化的服务；智慧城市将进一步使得机器能够根据对环境情景及人类情绪信息的感知、获取、计算和分析，为人们提供更加人性化的智慧服务。

我们从信息的形态与传播、信息资源开发利用、信息服务关注重点等三个方面，给出了城市信息化发展四个阶段的主要特征，如表1所示。

自情感智能的概念提出以来，相关领域的研究已成为现代心理学、神经科学、信息科学等众多学科共同关注的前沿热点。1997年，美国麻省理工学院的Picard出版了著名的《情感计算》（Affective Computing）一书，阐述了人类的情感能够通过外在表现出的情绪信息在一定程度上被计算机所获取、处理、计算和表达，使得机器能够给出符合人们情感需求的人性化反应，从而具备一定的情感智能。目前，上述技术已经开始应用于城市管理与服务的众多领域，使人们真正体验到了“智慧”的魅力。通过机器的理性智能与情感智能的有机结合来感知人类所处的具体环境及其内在的情感需求，从而为人们提供更加人性化的智慧服务，是智慧城市最基本的“智慧”特征。

二、情景感知与情感智能

从人工智能领域来看，情景感知（Context Awareness）是指通过传感器及其相关的技术使计算机设备能够“感知”到当前的环境信息，从而进一步了解用户的行为和动机，自适应地提供主动式服务。情感智能（Emotional Intelligence）指机器能够“感知”人类的情绪信息，作出人性化的智能反应并提供符合人们情感需求的智能化服务。

关于“情景”的定义，较为广泛接受的是由DeyA.K.等人提出的:“情景是指能够用来刻画一个实体的情形的任何信息，所谓实体是指任何与用户和应用交互相关的人、位置或对象，包含用户和应用本身。”从这个定义看，情景这个概念的范围非常广泛。只要和实体所在的交互过程有关的信息，都可以认为是这个实体的情景。情景不仅包括物理情景，还包括虚拟情景，其感知方式也千差万别。从总体上看，我们可以把“情景”分为以下三大类：自然情景、社会情景和心理情景。其中：自然情景的感知可以通过各类传感装置对具体自然环境中的物理、化学等变量进行测量获得；社会情景的感知需要通过对典型的社会环境及其表征指标的评测来获得；心理情景的感知是通过科学的心理学观测方法来获得的。

人类在受到特定的情景信号刺激时，首先通过选择性注意机制和外周的各种感觉器官及内部感觉通路，在神经生理整合机制作用下，将上述信号传送到大脑边缘系统，由脑机制激发相应的脑活动。大脑边缘系统在结合当事人个人特质的心理属性、生理属性和社会学属性影响之后，产生了快速的第一性情感，形成直觉的情绪反应。然后，再通过大脑边缘系统与大脑皮层的交互活动，并经过大脑的高级认知过程以后，在已有的状态基础上继发第二性情感，形成较为理性的认知反应。第一性情感对不同的人而言一般具有共性，第二性情感与每个人的经验和知识有关，存在着较大的差异。在上述情绪反应的作用下，可能进一步引发各类相应的行为。在上述过程中，为了对人们的行为进行适当的调控，需要设计一系列新的情景刺激信号，以此来进一步调节人们的情绪状态和后续的行为表现。

上述过程可用图1来表示。

人类情绪信息的获取、计算及其情感状态的识别，是机器情感智能中首先需要解决的问题，一般通过脑功能活动实验观测（如：功能性核磁共振f-MRI、脑诱发事件相关电位ERPs）、外周生理信号采集、外部表现及后续行为观测等方法来实现，如图2所示。

传统的情绪测量方法主要采用自我报告测量法，有情感网格（Affect Grid）、ISO项目心境形容词表（MACL）和多种情感形容词核查表（MAACL）等，强调在严格的实验条件下通过被试者对特定情景触发下的主观体验自述来进行情绪的测量，已经形成了一套公认的测量方法和标准，应用于正常人的情绪分析以及心理疾病患者的诊断中。然而，上述情绪测量方法主要依据被试者的主观自述和测量量表的模糊评判结果来确定其情绪的种类，没有给出可通过客观测量手段获取的情绪属性量化参数，因而难以很好地判断情绪的强烈程度，尤其是在多种情绪并存的情况下。

近年来，随着DTI（扩散张量成像）、f-MRI（功能性核磁共振）、ERPs（脑诱发事件相关电位）等先进仪器设备的发展，使得人们可以通过上述技术手段对人类情绪变化的脑功能活动进行更为地直接的探测和定位，并依据其激活水平与静息态水平的比较对情绪的强烈程度进行较为客观的标定。例如，图3是我们针对震惊世界的中国“7?23温州动车事故”网络舆情信息所引发的人们情绪反应的f-MRI实验研究。

通过上述观测，可以发现在不同的情景信息刺激下人类大脑的典型激活模式与激活水平，运用脑功能定位分析技术和认知神经学的分析方法就可以获得公众对上述情景的态度、情绪及行为反应的统计性特征。基于上述研究成果和图1所示的脑活动过程模型，我们提出了突发事件“情景-应对”的脑心理机制模型及情绪调控模型，为政府在突发事件的应急管理中以符合公众心理认知能力及其接受模式的方式来设计上述事件的处置策略提供了科学的方法与依据。例如，在“9?27上海地铁10号线追尾事故”中，通过官方微博及时有关信息、澄清谣言并和网友进行充分沟通交流这一做法就很好地符合了上述“情景-应对”方法的要求，并取得了良好的效果。

人类的情绪变化除了在大脑特定的功能区域产生相应的激活信号以外，还会通过人体的神经系统引发一系列的生理反应，导致人体外周各类生理信号（如：脑电、皮肤电、心电、呼吸、体温等）的变化及外部表现（如：语音、表情、姿态、动作等）的改变，并可能引发后续的行为。通过研究脑功能活动与上述生理信号、外部表现之间的关系，并结合情景感知环境下的后续行为表现分析，就可以在实际应用环境下实现对情绪信息的自动获取及情感状态的计算与识别，还可以对其后续的行为进行预测和调控，从而使得机器具备一定的情感智能。采取多通道、多模态信号的融合识别方法可以获得高达80%以上的情感识别准确率，我们已经将上述技术应用于突发事件应急管理、网络舆情信息分析、施工人员现场情绪观测、银行信贷审核、企业员工情感管理、医生处方行为分析、艺术作品接受分析、广告营销策略设计和社区居民的幸福指数计算等众多的领域，为分析和理解人们的情绪心理与行为模式提供了重要的手段，使得我们的管理与服务更加令人愉悦和更具“智慧”。目前，上述领域的各项研究已经形成了神经管理学这一新兴的交叉学科领域，也必将对城市的管理与服务产生深刻的变革。在智慧城市的建设中，我们必须以前瞻性的战略眼光对上述领域的发展与应用趋势进行深入思考，并纳入到城市建设的顶层设计之中。

三、智慧城市的智慧之门

“城市，让生活更美好”已成为世界各国对城市发展观的共识，创建让人们生活更美好的智慧城市，就必须真正从“以人为本”和关注人的情感需求出发，通过城市的智慧管理与智慧服务，为人们的城市生活提供无比愉悦的情感体验。

情景感知与情感智能技术是通往上述智慧城市的“智慧之门”，在城市管理与服务的各个应用领域都将发挥重要的作用。智慧城市建设的顶层设计、技术基础设施规划与应用体系的构建中，都必须充分考虑到上述技术对相关信息的获取、传输、处理及其应用需求，以新的理念通过上述“智慧之门”，步入智慧城市的美好蓝图。

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