创新2.0 - 用户创新、应用创新
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十七期:欧洲智慧城市发展及其启示
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十五期:创新2.0研究热点综述与展望
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十三期:开源兴起
十二期:新常态

十一期:社会创新峰会、智慧城市、开放知识管理
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八期:政府2.0研讨会及实践
七期:用户体验参与
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复杂性城市与科技创新

 

  科技创新复杂性研究


钱学森大成智慧理论视角下的创新2.0和智慧城市

宋刚1,2 朱慧2 童云海3
(1、北京大学遥感与地理信息系统研究所 北京100871;
2、北京市城市管理综合行政执法局科技信息中心 北京100045;
3、北京大学信息科学技术学院 北京 100871)

摘要:新一代信息技术的发展改变了我们生活工作方式,推动了创新2.0模式的显现,智慧城市正在成为这个时代城市发展的主题。钱学森先生前瞻性提出的大成智慧学理论对智慧城市建设具有重要的指导意义。本文从复杂性科学的视角分析了城市的复杂巨系统特性,阐述新一代技术应用给智慧城市创新所带来的机遇,以及在新一代信息技术支撑下综合集成方法在智慧城市建设中的应用.创新2.0视野下智慧城市建设应抓住新一代信息技术的机遇并高度重视人的因素,营造有利于创新涌现的制度和生态,推动城市的可持续发展。
关键词:复杂性科学、大成智慧工程、综合集成法、创新2.0、智慧城市

Innovation 2.0 and Smart City in Perspective of Metasynthetic EngineeringTheory of Qian Xuesen
SONG Gang1,2 ZHU Hui2 Tong Yunhai3
(1. Institute of Remote Sensing and GIS, Peking University
2. Beijing City Administration Science and Technology Information Center
3. School of ElectronicsEngineering and Computer Science, Peking University)

Abstract: The new generation of ICT, together with the emerging knowledge-based society, drives the democratization of innovation hence the emergence of Innovation 2.0. Smart city becomes the theme of city development of the era. The Metasynthetic Engineering theory of Qian Xuesen is very important to smart city construction. This paper analyzed the characteristics of complex giant system of city in perspective of complexity science, analyzed the opportunities of city development triggered by ICT innovation, and studied the application of meta-synthesis methodology in smart city. In perspective of Innovation, smart city construction should seize the new information technology opportunities and pay attention to the people factor, and create the system and ecosystem conducive to innovation emergence, and fuel urban and regional sustainable development.
Key words: Complexity, Innovation 2.0,Smart City, Metasynthetic Engineering,Meta-synthesis

0.引言

信息通信的融合与发展改变了信息和知识传播与共享的方式,推动了创新形态的嬗变,并进一步推动了组织形态、社会形态的深刻变革,为现代城市发展、科技创新模式的嬗变提供了新的机遇。科技进步也推动了复杂性科学的发展,让我们以全新的视野审视现代经济社会的发展及其科技创新支撑。钱学森敏感的捕捉到了这个科学发展及创新形态转变的趋势,高度关注了人在科技发展中的决定性作用,强调“人机结合、人网结合、以人为主”,提出“集大成、成智慧”,前瞻性的提出了开放的复杂巨系统理论及大成智慧学、大成智慧工程,这些为应对知识社会创新2.0形态的来临提供了理论及方法论的基础和支撑,特别是对当下智慧城市,即新一代信息技术支撑、创新2.0环境下的城市形态,的建设具有很强的现实指导意义。而创新2.0以及智慧城市的实践,也将进一步丰富和发展钱学森提出的开放的复杂巨系统理论及大成智慧学和大成智慧工程实践。

1.复杂性科学与城市发展

1.1开放的复杂巨系统理论

信息通信的融合与发展改变了信息和知识传播与共享的方式,推动了创新形态的嬗变,并进一步推动了组织形态、社会形态的深刻变革,为现代城市发展、创新模式的嬗变提供了新的机遇,催生了创新2.0。科技进步也推动了复杂性科学的发展,让我们以全新的视野审视现代经济社会的发展及其科技创新支撑[1]。钱学森敏感的捕捉到了这个科学发展及创新形态转变的趋势,前瞻性的提出了开放的复杂巨系统理论及大成智慧学理论。钱学森关于开放的复杂巨系统理论,根据组成系统的子系统数量和种类的多少以及他们之间关联的复杂程度,将系统分为简单系统、简单巨系统、复杂巨系统。复杂巨系统一般都是开放的,因此又称为开放的复杂巨系统。现代城市作为一类开放的复杂巨系统,需要以开放的复杂巨系统及其方法论指导其实践[2]。

1.2 现代城市是一类开放的复杂巨系统

城市化作为人类文明进步的一种制度创新,通过改变劳动力、资本的空间分布从而大大提高了人类创造财富的效率和经济发展速度,进而演化出结构高度交错繁复的城市系统。现代城市则更是一个区域政治、经济、文化、教育、科技和信息中心,是劳动力、资本、各类经济、生活基础设施高度聚集,人流、资金流、物资流、能量流、信息流高度交汇,子系统繁多、结构繁复、其间关联关系高度繁杂的开放的复杂巨系统[3]。大成智慧学理论为我们认识城市、解决城市的高度繁复问题提供了新的视野。

1.3 大成智慧:科技支撑下的现代城市发展之路

钱老结合今世界社会形态、科技发展的新趋势,提炼出定性定量相结合的综合集成方法,也即“大成智慧工程”(Metasynthetic Engineering)作为从整体上认识、研究和处理各种开放的复杂巨系统的方法来研究相关问题。以开放的复杂巨系统理论为代表的复杂性科学开辟了一个科学新领域[4]。

综合集成法首先通过定性综合集成提出经验性假设,然后人机结合进行定性定量相结合的综合集成,得到定量描述,最后再通过从定性到定量的综合集成获得科学结论。综合集成法将跨学科专家体系、信息体系与计算机体系有机结合起来,从而把各类数据、信息、经验、知识、智慧集成起来,构成一个高度智能化的人机结合的系统,从多方面经验性的定性认识上升到定量认识。综合集成方法论以思维科学为其理论基础,以系统科学和数学科学为其方法基础,以现代信息通讯技术为其技术基础,以系统工程的应用为其实践基础,以辨证唯物主义为其哲学基础,通过人机结合、人网结合的方式获得知识和智慧,这在人类认识和改造世界的发展史上是一个重大进步[5]。现代城市的管理者需要充分依托现代信息通信技术,利用信息技术引领的变革浪潮,以开放的复杂巨系统理论为指导,通过面向服务的科技创新体系的建设,走出创新2.0理念引领下的现代城市发展之路。

2.大成智慧理论视野下的创新2.0

21世纪全球经济和社会发展日益表现出三个重要特征:一是以知识为基础的社会,即知识经济时代的到来;二是全球化的国际环境,即经济全球化;三是可持续发展的增长方式。知识社会环境下,社会形态越来越呈现出复杂多变的流体特性,传统的社会组织及其活动边界正在消融[6]。随着社会形态的演化,传统意义的实验室的边界以及创新活动的边界也随之消融,创新正在由生产范式向服务范式嬗变,以生产为中心的创新模式正在向以人为本的创新模式转变[7],创新也不再是少数人的专利,而应成为民主的参与[8]。知识社会环境的形成为现代城市发展、科技创新模式的嬗变提供了新的机遇。

2.1大成智慧视野下的创新体系

创新是一个价值实现的漫长过程,随着信息通信技术的融合与发展带给人们生活、工作方式、组织方式、社会形态与创新模式的改变,以用户为中心、以社会实践为舞台、以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特点的创新2.0(下一代创新形态)模式正在逐步显现[9]。而开放的复杂巨系统理论强调的开放、复杂、协同、涌现以及人的主体作用正是对应了创新2.0时代创新形态、社会形态特征。大成智慧学正是在这个时代所催生,反过来又作用于我们这个时代经济社会发展,指导科技创新体系的建设。大成智慧理论强调知识、技术和信息化的作用,强调人的作用,特别强调知识集成、知识管理的作用,这为面向知识社会环境的创新体系的构建提供重要指导。

创新体系由知识创新、应用创新导向的技术创新、信息技术引领的管理与制度创新三大体系构成(见图1)。跨领域专家和大众参与的知识创新以及标准化、信息化是现代城市区别于传统城市的重要特征。[1]


图1 创新体系构成图

2.2.1知识创新——科学研究体系

知识体系既包括科学知识,也包括技术知识、管理知识,既包括现代科学技术知识、也包括经验、哲学知识。大成智慧理论强化了知识这一极其重要的因素,通过强调千千万万的专家、公众、各方代表的参与,科学完美的实现了民主集中制。在处理现代城市这类开放的复杂巨系统问题过程中,需要以定性与定量相结合的综合集成研讨厅体系为指导,加强知识管理,充分集成系统工程、信息技术等跨领域专家组成的专家队伍、各城市管理职能部门以及公众的智慧,面向城市运行与发展的需求,对所研究的城市问题进行跨专业、全方位的交叉研究和分析,做到科学认识现代城市规律,科学认识城市创新发展规律及其作用机理。以专家为依托、大众参与的城市知识创新或科学研究体系是发挥科技对城市发展知识引领和决策支撑作用的力量源泉。

2.2.2 应用创新导向的技术创新——技术支撑体系

技术进步和应用创新的双螺旋演进催生了技术创新。技术支撑体系必须面向需求,通过技术进步与应用创新的技术双螺旋驱动,构建一个高效的有利于创新涌现的创新生态。其中标准是科学、技术和实践经验的总结,是技术创新体系的轴心。早在七十年代,钱学森就提出要加强标准化工作及其科学研究以应对现代化、国际化的发展环境[10]。动态标准化过程体现了科技创新的演进,标准化与知识产权结合有助于推动自主创新。通过标准化以及相关技术政策的实施,可以整合和引导社会资源,激活科技要素,推动自主创新与开放创新,加速技术积累、科技进步、成果推广、创新扩散、产业升级。

2.2.3信息技术引领的管理创新——信息化体系

信息化为组织的流程再造、业务整合、服务创新以及管理重新塑提供了技术上的支持,再造了实时企业和流畅政府[11],为解决政府内部以及政府与市民、与社会之间的信息不对称问题、构建政府、市场、社会三者和谐互动的智慧城市新格局提供了新的契机[12]。信息化体系面向智慧城市发展需求,整合数据信息资源,强化感知,重塑流程,优化服务,支撑决策,以信息技术为依托实现规划、建设、运行一体,决策、执行、监督协力,政府、企业、市民互动,并通过智能感知、无线技术、泛在网络的广泛应用做到服务信息化、标准化、精细化、社会化、动态化、智能化,使城市运行科学、高效、充分、有序,推动公共管理与服务创新,实现数字城市向智慧城市的嬗变。

2.2创新2.0:知识社会环境下的创新民主化

从复杂性科学视角对ICT融合背景及知识环境下创新体系的进一步审视,其应由知识创新、技术创新以及科技引领的制度与管理创新三大体系建构(见图2)。其中,知识创新系统依托跨领域专家与大众的参与,强化知识管理与科学传播的融合;技术创新由技术进步与应用创新双螺旋驱动,以标准化为轴心,实现以人为本的技术创新,强化政用产学研一体的需求与价值实现;现代科技引领的管理与制度创新则以信息化为载体,以信息通信技术引领的管理创新为其典型特征,通过专家体系、技术体系、数据体系的互动强化管理与制度的重塑。在现代科技发展催生知识社会,科学与技术相互渗透,技术创新与管理创新、制度创新相融合的背景下,这三个体系也不可能是彼此独立的,而是相互渗透,互为支撑,互为动力的,推动着科学研究、技术创新和管理与制度创新的新形态,即科学2.0、技术2.0和管理2.0,并通过三者的协同和互动,共同塑造了面向知识社会的下一代创新形态,也就是创新2.0。[1]


图2 面向知识社会的创新2.0构成简图

创新2.0的主旨与开放的复杂巨系统理论强调的开放、复杂、协同、涌现以及人的主体作用的观点一致,同时复杂性科学视野下创新2.0所倡导的用户创新、大众创新、开放创新、协同创新有利于实现创新双螺旋驱动下的创新涌现并形成全新的创新生态和扩散环境,为如何用社会科学领域以及复杂性科学的相关理论描述和解释这种创新生态留下了极具挑战的问题,也为丰富和发展钱老的开放复杂巨系统理论留下了探索空间。

3.智慧城市:大成智慧理论支撑下的城市创新

3.1智慧城市:数字城市的高级形态

新一代信息技术的发展使得城市形态在数字化基础上进一步实现智能化成为现实。依托物联网可实现智能化感知、识别、定位、跟踪和监管;借助云计算及智能分析技术可实现海量信息的处理和决策支持。同时,伴随知识社会环境下创新2.0形态的逐步展现,现代信息技术在对工业时代各类产业完成面向效率提升的数字化改造之后,逐步衍生出一些新的产业业态、组织形态[13],使人们对信息技术引领的创新形态演变、社会变革有了更真切的体会,对科技创新以人为本有了更深入的理解,对现代科技发展下的城市形态演化也有了新的认识(见表1)。[14]

表1 工业时代和信息时代对应的各类产业业态与城市形态

对比数字城市和智慧城市,我们可以发现以下六方面的差异。[14]其一,当数字城市通过城市地理空间信息与城市各方面信息的数字化在虚拟空间再现传统城市,智慧城市则注重在此基础上进一步利用传感技术、智能技术实现对城市运行状态的自动、实时、全面透彻的感知。其二,当数字城市通过城市各行业的信息化提高了各行业管理效率和服务质量,智慧城市则更强调从行业分割、相对封闭的信息化架构迈向作为复杂巨系统的开放、整合、协同的城市信息化架构,发挥城市信息化的整体效能。其三,当数字城市基于互联网形成初步的业务协同,智慧城市则更注重通过泛在网络、移动技术实现无所不在的互联和随时随地随身的智能融合服务。其四,当数字城市关注数据资源的生产、积累和应用,智慧城市更关注用户视角的服务设计和提供。其五,当数字城市更多注重利用信息技术实现城市各领域的信息化以提升社会生产效率,智慧城市则更强调人的主体地位,更强调开放创新空间的塑造及其间的市民参与、用户体验,及以人为本实现可持续创新。其六,当数字城市致力于通过信息化手段实现城市运行与发展各方面功能,提高城市运行效率,服务城市发展,智慧城市则更强调通过政府、市场、社会各方力量的参与和协同实现城市公共价值塑造和独特价值创造。

3.2 智慧城市综合集成研讨厅的构建

智慧城市建设应充分把握信息技术引领的城市管理变革机遇,以人机结合、人网结合从定性到定量的综合集成研讨厅体系为指导,采用从定性到定量的城市管理综合集成法是处理现代城市这类开放的复杂巨系统的方法论。

智慧城市综合集成研讨厅把圆桌会议式的研讨形式与计算机仿真结合起来,强调了数据、信息、知识、智慧的集成,按照综合集成方法论,参照模拟决策指挥体系的C3I系统设计,充分应用C3I建模技术,通过研讨来形成设想,通过民主集中制来解决问题。研讨厅的简化形象如图3[15]:


图3智慧城市综合集成研讨厅示意图

综合集成研讨厅建设可在现代信息通讯技术、模拟仿真、人工智能的支持下,把城市管理者、各领域专家和公众的思维、智慧、积累的经验以及各种情报、资料和多元信息统统集成起来,运用数据挖掘、文本挖掘、模型挖掘、专家意见挖掘等多种科学和信息化手段,从多方面的定性认识上升到定量认识,再从定量的判断中得出对城市管理工作定性的指导,是城市管理大数据策略的一个具体实现。[15]

3.3智慧城市中的大成智慧理论方法

按照钱学森等科学家对综合集成方法论的论述,智慧城市中大成智慧理论方法应主要包括以下几个步骤(流程见图3)[3]:


图4 智慧城市综合集成流程

(1)智慧城市的定性综合集成。由不同城市系统职能部门、社会各领域专家组成专家体系,对所研究的城市中的问题,依托创新2.0大众创新、协调创新的理念,通过维基、社交网络等社会工具的使用,集结大众智慧,与专家体系一起,进行多专业、全方位的交叉研究和分析,提出经验性假设、形成定性判断。

(2)智慧城市定性定量相结合的综合集成。利用物联网感知技术,实现城市运行的体征指标的实施采集,并建立基础数据、各职能部门数据和信息体系,构建解决管理问题的指标体系、模型体系,利用信息化手段,通过云计算技术、数据挖掘、系统仿真和模拟实验,对前一步就问题提出的经验性假设的正确与否给出定量诊断和描述,增加了新的信息,这个过程可能反复多次。

(3)智慧城市的从定性到定量综合集成。由专家体系对系统仿真和实验的结果进行综合集成,通过人机结合、反复对比、逐次逼近,直到得到专家们认为定量结果是可信的,也就完成了从定性到定量综合集成。如果定量结果否定了原来的经验性判断,那也是一种新的认识,又会提出新的经验性判断。

(4)智慧城市从定量结果到定性的决策。通过指标体系、模型构建、系统仿真和模拟,对城市系统的状态得到定量的描述,专家体系可根据这些定量的分析,量化城市问题,再由定量的结果上升到定性的决策管理,最终用来指导和保障城市系统的稳定运行。

3.4 创新2.0视野下智慧城市的内涵与特征

智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会创新2.0环境下的城市形态,通过新一代信息技术支撑实现全面透彻感知、宽带泛在互联、智能融合应用,推动以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的以人为本的可持续创新。正如钱学森所指出的,集大成方能成智慧。从技术发展的视角,智慧城市建设要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。从社会发展的视角,智慧城市还要求通过维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab、综合集成法等工具和方法的应用,营造有利于创新涌现的制度环境与生态,实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的知识社会环境下的可持续创新,强调通过价值创造,以人为本实现经济、社会、环境的全面可持续发展。智慧城市的实践也将进一步丰富和发展钱学森提出的开放的复杂巨系统理论及大成智慧学、大成智慧工程。

智慧城市的四大基础特征体现为:全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以人为本的可持续创新。

第一,全面透彻的感知。智慧城市利用各类随时随地的感知设备和智能化系统,智能识别、立体感知城市环境、状态、位置等信息的全方位变化,对感知数据进行融合、分析和处理,并能与业务流程智能化集成,继而主动做出响应,促进城市各个关键系统和谐高效的运行。

第二,宽带泛在的互联。宽带泛在网络作为智慧城市的“神经网络”, 为城市中物与物、人与物、人与人的全面互联、互通、互动,为城市各类随时、随地、随需、随意应用提供了基础条件,极大的增强了智慧城市作为自适应系统的信息获取、实时反馈、随时随地智能服务的能力。

第三,智能融合的应用。新一代全面感知技术的应用更增加了城市的海量数据[3],基于云计算,通过智能融合技术的应用实现对海量数据的存储、计算与分析,并引入综合集成法,集大成,成智慧[16],通过人的“智慧”参与,提升决策支持和应急指挥的能力。基于云计算平台的大成智慧工程[17]将构成智慧城市的“大脑”。技术的融合与发展还将进一步推动“云”与“端”的结合[13],推动从个人通讯、个人计算到个人制造的发展[18],推动实现智能融合、随时、随地、随需、随意的应用,进一步彰显个人的参与和用户的力量[9]。

第四,以人为本的可持续创新。智慧城市的建设尤其注重以人为本、市民参与、社会协同的开放创新空间的塑造以及公共价值与独特价值的创造。注重从市民需求出发,并通过维基、微博、Fab Lab、Living Lab等工具和方法强化用户的参与,汇聚公众智慧,不断推动用户创新、开放创新、大众创新、协同创新,以人为本实现经济、社会、环境的可持续发展。

4.结语

复杂性科学的发展、知识社会的发展以及创新的民主化进程,新一代信息技术及其催生的创新2.0正重塑着当代社会,为城市发展与社会管理带来崭新的机遇。复杂性科学视野下面向知识社会的科技创新体系的构建,以及大成智慧理论在智慧城市中的应用,有利于创新涌现的制度环境的构建及开放创新生态的营造。智慧城市是面向知识社会创新2.0的城市形态,它不仅体现在以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术的充分应用,还体现在通过以维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab、综合集成法为代表的创新2.0工具和方法的应用,实现集大成、成智慧的美好愿景。新一代信息技术以及维基、微博等社会工具的应用不仅对于智慧城市建设、创新2.0模式的深入发展具有实践意义,还为推动大成智慧学与大成智慧工程实践的进一步发展和应用提供了新的机遇。

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