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用数字读懂一切

自20世纪90年代初以来，数字技术已从根本上改变了我们的生活方式。如今，我们即将开始全面转型——将所有以模拟形式记录的人类知识，转换为数字形式。《未来之窗》带您一起回首往昔，畅想未来。

楚泽（Zuse）、欧洲核子研究中心（CERN）和扎克伯格（Zuckerberg）——这三个名字标志着数字革命进程中的重要里程碑。早在1941年，Konrad Zuse在柏林研制出了世界上**台可以正常工作的计算机。他称这台外形庞大的数字计算机器为“Zuse Z3”。1991年，就职于瑞士欧洲核子研究中心的Tim Berners-Lee开发的万维网，向**公众开放。Web技术进一步变革了人们的通信方式，为谷歌、亚马逊以及不计其数的其他企业，铺平了道路。后来，2004年，Mark Zuckerberg创建了名为脸书（Facebook）的社交网络。如今，得益于脸书及类似网络，近20亿人获得了数字身份。

计算机、Web和脸书，都基于数字技术。数字化的含义，就是将模拟信息，如文本、声音、图像和视频等，转换为易于存储的、由大量零和一组成的二进制代码。一经创造，这样的数字项就能被无**地复制，而质量丝毫不受影响，并且可以通过互联网，转瞬间传遍**。数字技术为企业创造了全新的销售渠道类型，但它也带来了新的问题，如违法拷贝数据。始于20世纪90年代的互联网热潮，掀起了一场**的数字化浪潮。1993年，在**范围内，只有大约3%的信息以数字形式存储，但到2007年，这个比例已经飙升至94%。而且，这一趋势愈演愈烈，每天都有大量新的数据被数字化。

数字世界较重要的**之一是德国发明家Rudolf Hell，他被誉为“图形行业的爱迪生”，曾被授予“德意志联邦共和国大十字勋章（Grand Merit Cross）”，并且曾荣获“古腾堡大奖（Gutenberg Prize）”和“魏纳奖（Werner-von-Siemens-Ring）”。Hell是公认的传真机和扫描机之父。1980年，他将突破性的Chromacom数字图像处理系统商业化。20世纪80年代初期，当时还是西门子子公司的HELL公司，受雇于梵蒂冈图书馆，扫描并以数字形式复制珍贵典籍，以便向公众开放阅读。20世纪90年代，数字化进程变得更加广泛，也更具系统性。譬如，1990年，西门子利多富公司为莫斯科的克里姆林宫博物馆安装了一套数字处理系统，有史以来**次，以数字形式为俄罗斯沙皇的全部艺术藏品编目录。然后，将所生成的数字图像和信息，记录并分类保存到图像数据库中。

扫描半开的书籍。如今，许多机构都想为其所拥有的全部模拟信息，制作数字拷贝。在这方面，坐落于慕尼黑的巴伐利亚州立图书馆堪称**，其数字化中心拥有各式各样的设备，在德国**。巴伐利亚州立图书馆的副馆长Klaus Ceynowa说：“我们使用了26套不同的扫描系统，包括4台每小时能够处理较多2000页的全自动扫描机器人。我们有两名操作人员，每人看管两台机器人。这个系统不止是速度快，为了保护书籍，书籍只需翻开60度。该系统的扫描棱镜就可插入半开的书页之间。它能清楚无误地读取页面内容，然后翻页，继续执行扫描。”

自2007年起，巴伐利亚州立图书馆一直在与谷歌公司合作开展“谷歌数字图书馆”项目，通过这个项目，巴伐利亚州立图书馆的100万册藏书，将实现数字化并放到互联网上供公众阅读。其所涉及的书籍，均成书于1601年至1874年期间，不再受版权保护。Ceynowa解释道：“每个星期，经谷歌在其位于德国的扫描中心将之转换为数字形式后，我们要发布大约5000册图书。谷歌承担扫描费用，并将数字拷贝提供给我们，以保存在我们自有的数据库中。1601年之前和1874年之后的所有着作，包括从中世纪传下来的较其宝贵的手抄文稿，均在我们自己的数字化中心进行转换。按计划，谷歌项目将在今年年底之前结束。我们已经将几乎全部100万册藏书，上传至我们网站的数字图书馆，任何人都可以在这里阅读这些书籍。”

尽管如此，巴伐利亚州立图书馆的全面数字化进程远未走到终点。Ceynowa表示：“我们的工作只是开始，因为我们迄今为止所做的事，为连接和重新组合数字信息创造了不同的可能性。”巴伐利亚州立图书馆已经开发了数款移动应用程序，包括一款名为“Ludwig II”的应用程序。这款应用程序允许人们按其所在位置，定制查阅与路德维希二世的“童话城堡”有关的历史资料、图像和文献。譬如，当人们站在路德维希二世在慕尼黑建造的Residenz宫殿的正前方时，他们可以利用其智能电话的照相模式，来获取这座宫殿着名的Wintergarden的实时图像——这座花园早已湮没在历史的尘埃中。Wintergarden是一座建在Residenz宫殿屋顶的花园，奇花异草掩映其间，人工湖泊波光粼粼——通过这款应用程序，人们可以欣赏到这美轮美奂的历史景色。

现已可在网上阅读巴伐利亚州立图书馆的近百万藏书。

民事登记数字化。博物馆和图书馆只是最后一批充分享用全面数字化益处的机构；**和工业企业早已开始利用这项技术。现在，德国的16个联邦州均计划将其所有民事登记数字化。为此，过去两年来，西门子*研究院在Bernt Andrassy博士的指导下，受托开展了一项可行性研究。Andrassy解释道：“德国的土地基本上被划分为若干区块。登记制度向这些区块分配了一定的权利。因此，登记制度是德国土地使用的*监管机制。目前，各联邦州已经扫描并归档了过去50年来的全部登记文件，西门子*研究院为它们提供了所需的重要系统组件。我们收集了大量数据，总共多达约5亿页pdf文件。”

这个宏大的数字化项目，提出了艰巨的挑战。譬如，西门子团队不得不开发自动化软件，以识别单个单词，理解关键问题，以及发现扫描文件内的关联，包括打字文件、劣质文件拷贝和含有多处修改的文件。Andrassy解释道：“这款软件必须知道的一件事，是文件的那个部分含有房地产所有者姓名，哪些部分有关于房地产面积、是否贷款以及由哪家银行发放贷款的信息。”为了解决这些问题，*不得不费尽心力编写程序。Andrassy说：“我们的软件可以识别出所要求的信息，并自动填入输入掩码。操作人员仅需检查数据填写是否完整。”目前，各联邦州计划为这个庞大的归档工程发布招标公告。“待所有登记全部实现数字化之后，每个州都将设立其自有用户的门户网站，以便具有合法利益的个人和机构，快速、简便地调阅有关文件——譬如，公证机构、银行和税务机关等。”

误读可能导致数百万损失。Andrassy在登记数字化项目中获得的经验，也适用于工业领域。Andrassy表示：“我们正在研制一款软件包，它能自动登记招标公告中的客户要求，然后，将之与以往项目留下的数字化文档中的数据进行比对。这样的招标公告文件通常采用pdf格式，并且往往厚达上千页。过去，必须人工摘录每一项技术规格，然后由*评估，如轮机较大转速，或下午4点以后联合循环发电厂的较大允许噪声级等。”

但是，要求和技术规格列表通常很长，哪怕误读一个句子，也会在日后导致数百万欧元的损失。考虑到这一点，慕尼黑的*开发了一项可靠的搜索系统技术，它能发现所做的每一处变更，并通知用户。其较终目的是，让这款程序将技术规格作为语义对象，来理解并正确解读。Andrassy解释道：“我们所开发的软件，分为三个工作阶段，我们分别称之为‘标书检索’、‘标书比对’和‘标书追踪’。**个步骤是一个非常高效的过程，允许用户找到招标文件中的技术规格。在*二个步骤中，软件将从以往项目的文件中检索类似的技术规格。这样一来，就可以利用以前所做的相应评估，从而避免错误。在最后一个步骤中，软件将在招标文件的所有新版本中，跟踪所确定的技术规格。”

这种方法的优点显而易见，因为自动评估大大加快了评估过程，并且有助于尽早发现在类似项目中犯下的错误。此外，这个系统支持客户在最后一刻作出更改，并且快速分析其后果，并将之整合到项目中。

转瞬间完成档案梳理。全面数字化仅仅是开端。不论是图书馆、**，还是工厂，都在创造大量数字知识，可以采用全新的方式来使用这些知识。因此，今后几年乃至几十年的开发工作，将侧重于基于软件的工具，这些工具需要在转瞬间完成数字档案筛查、理解语义关联、以及分类并重新组合信息。Ceynowa表示：“譬如，学者将能够快速确定‘novel’一词较早见于哪部手稿。他们不必钻进故纸堆，查遍世界各地图书馆中的数百份文件，就能得到答案。这将彻底变革某些研究学科。”

Andrassy补充道：“可以更加快速地查阅诸如**判例，以及以往对**疾病的医疗诊断等信息。尽管如此，智能数据采掘仍然无法替代人，不过它能为人们给予支持。换句话说，要打造出能够读懂客户的pdf文件，将之与数据库进行比对，然后立即知道它要制造什么物品及如何制造该物品的自治工厂，还有很长一段路要走。”

飞翔的监工

“Aspern——维也纳的城市湖畔”，这个占地240公顷、位于奥地利首都维也纳东北部郊区的全新小区，是欧洲较大，也较富创新精神的城市开发项目之一。这个小区有望设立能效和环境平衡的新标准。

Claudia Windisch是西门子*研究院Videoanalytics研究小组的负责人，她说：“将近三年来，我们一直在CONSTRUCT（建筑工地监测研究项目）框架下，研制民用无人驾驶*行器。这些用于拍摄并分析建筑工地现场情况的无人驾驶*行器，是一种小巧的八旋翼*行器，其重量不足5公斤。”目前正在维也纳Aspern区及其他地方，对这项用于监测施工进度的空中数字技术进行测试。Windisch解释道：“我们使用了GPS来设定飞行航线。操作者可密切观察*行器的情况，以便在出现问题时及时干预。然而，操作者有时也不得不对*行器进行控制，譬如，在对一面幕墙进行拍照时。”利用大量大面积重叠的建筑物航拍图片，可以生成现场的三维模型。

研究人员正在研制一个能在*行器的飞行过程中，生成并持续更新三维模型，且能在问题区域标注色码的系统，以便为操作者提供支持。这个系统要求拍摄更多图片，以达到生成精确模型所需的重叠程度。Windisch解释道：“如今，大多数建筑设计都采用了三维技术，因此，在三维系统中对实际数据和设计数据进行比对，不啻为明智之举。如果将时间轴纳入考虑，甚至可以说，我们研制的是四维技术。借助这项技术，我们可以确定施工进度，以及任何偏离计划的情况。然而，由于目前驻场施工经理只有平面设计图可用，因此，决定只能在维也纳Aspern区使用三维模型，来生成实际现场的二维图形。可以将传统二维CAD设计图，重叠在所生成的二维图形上，然后进行比对。”

未来，将进一步优化这个过程，以实现自动比对，以及以图形化方式在虚拟三维模型中标注出设计与实际结果之间的偏差。偏差包括缺了窗户或者墙没有对齐等。Windisch说：“我们开发的技术能够简便、快速地检测出设计与实际结果之间的偏差。然后，可以在大型图形中显示这些偏差——*派检查员亲自前往可能存在危险且难以到达的区域――如尚未完工的屋顶，就能做到这一切。”然而，建筑工地只是这项技术的众多潜在应用领域之一。譬如，Windisch的团队已经执行了不计其数的无人驾驶*行器飞过工厂车间的任务——经翻新和现代化改造后，工厂车间的实际情况往往与较初的建筑设计有所不同。

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波动平衡

在电力互联网上，智能能源管理系统可以通过平衡可再生能源发电量和诸如电动汽车等耗用的电量，保持电网稳定。

如果不增强电网，未来，电动汽车可能给电力系统带来问题。因为电动汽车的耗电量大大**现有电力系统的设计供电能力。然而，电动汽车也可用作电能缓冲装置，将未使用的电能送回电网。如果数百万辆电动汽车已经连接至电网，那么，我们很快就会遭受断电之苦。因为大多数电能依然来自集中式发电设施，不断波动的电力潮流要么令电网不堪负重，要么使电网无电可供。此外，目前，建筑基础设施尚不能为电动汽车供应大量电能或接受其输入的电能。如果电动汽车数量继续增加，那么，为了保持电网稳定性，必须更加准确地提前规划用电量和发电量。*表示，解决办法是创建一个电力互联网，以便电力用户和电力生产者在很大程度上自主协调供应和需求。电力互联网将配备智能预测系统，它将根据天气预报、预期交通流量及其他信息，来预测未来的用电需求。

平衡电网

作为欧盟出资的Artemis电力互联网（IoE）研究项目的一部分，西门子研究人员对如何将电动汽车集成于未来的电力基础设施展开了研究。2014年9月下旬在埃尔兰根举行的会议上，西门子报告了研究结果。西门子的核心研发部门——西门子*研究院的电能*Randolf Mock解释道，“我们将电力互联网定义为，由相对自主的电力生产者和电力用户构成的网络，它们自行确定并满足用电需求。”关键要素是将电动汽车集成到电能或楼宇管理系统中，如西门子的Desigo平台，它能平衡电动汽车和建筑物的用电需求与电能供应。会上，研究人员还展示了如何将多种不同的交流和直流智能充电站集成于大型实用建筑物的能源管理系统。

预测系统

车辆与充电站通信，并通过它们，与楼宇管理系统通信。楼宇管理系统则通过室内接线盒上的接口连接至电网。驾驶员也可以通过其智能电话上的应用程序，与系统通信。电动汽车利用电力互联网告知充电站它们需要多少电能，也就是它们打算在特定时刻充多少度电。Desigo平台可以确定建筑物内的所有设备耗用了多少电能，如空调、照明和安保等系统。然后，Desigo平台可以根据这些信息，计算出第二天将需要多少电能。此外，模拟表明，电能管理器可以将当前交通状况——在本例中，即关于电动汽车的可能充电次数的信息——整合到其预测中。系统调节并控制建筑物内部的电能和载荷流量，询问电网运营商每度电的价格，并根据这些信息，按固定价格订购一定范围（固定较小值和较大值）内的一定量电能。如果用电需求**过或不足商定的数量，那么，蓄电设备将通过输送或储蓄电能，临时弥补这种差距。