原創 張晉 我是科學家iscientist

在城市中，路燈是如此常見，以至于我們往往會忽略它們。但你有沒有想過，有一天，路燈會擁有智慧？擁有智慧的路燈會為我們的城市生活帶來哪些改變？粵港澳大灣區博士后科技創新（南沙）公共研究中心信息化專業委員會主任委員、廣東省農科院特聘研究員張晉帶來分享《用智慧路燈，織就城市神經網》。

張晉演講視頻：

以下為張晉演講實錄：

大家好，我是張晉，來自粵港澳大灣區博士后科技創新公共研究中心。

“物聯網”這個概念，大家并不陌生，我首先跟大家分享一個關于物聯網的愛情故事。

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一個深情的小男孩愛上了一個漂亮的小女孩，每當男孩思念女孩的時候，他就利用互聯網給女孩發信息：“親愛的，我想你了”。我們人與人之間的通訊可以用互聯網絡來完成。

在物聯網時代，一個設備愛上了另一個設備，也會發信息：“我想你了。”設備之間的通訊靠什么來完成呢？答案是物聯網，于是就有了物聯網的誕生。

相比互聯網，物聯網最重要的是解決了物與物、人與物之間通信的問題。

1999年，美國麻省理工大學提出了“萬物皆可互聯”的概念，這是物聯網最早的雛形。國內物聯網的研究大約從2015年開始，那時我剛剛博士畢業，我也是從那一年開始進行物聯網的研究。可以說，我把最美好的青春獻給了物聯網事業。

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提起物聯網，我們就不得不說一個概念，叫做“數字城市”。

數字城市由城市基礎網絡、城市海量應用以及城市科學大腦三部分組成。其中，城市基礎網絡對接了城市的海量應用，然后將信息傳輸給城市科學大腦；城市科學大腦對收集到的信息進行判斷、決策，最終完成整個智慧城市的運營。所以，城市基礎網絡是整個數字城市的信息通道，有了信息通道才形成了網絡。

我和網絡的結緣其實源于我的“不務正業”。

為什么這么講呢？

我本科和碩士都就讀于哈爾濱工業大學數學與應用數學專業，但我并沒有把所有的精力都集中在對數學的研究上，而是希望把數學應用到生活中。所以在讀碩士時，我加入了學校一個激光衛星通信的研究團隊。

一個學數學的人要去進行通信網絡的研究，其實是一件難度非常大的事。

但作為一個科研工作者，我們需要用科學的辦法來解決問題。

我是怎樣解決這個問題的呢？

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我學習了通信網絡大多數的基礎知識，差不多每天都在實驗室待16個小時以上，很快就成為了小組的一名核心成員。小組當時一共有18位核心成員，我是唯一一位碩士研究生，這樣一來就奠定了我在小組的科研地位。我們研究的項目最終通過了國家的驗收，還取得了國家技術發明一等獎，可以說是一個非常偉大、非常有意義的項目。這個項目也成就了我，讓我對網絡更感興趣。

所以當我再去讀博士的時候，就更加不務正業了，選了一個壓根跟數學完全不搭邊的專業——計算機網絡。

在讀博士過程中，我就開始思考，計算機網絡究竟要研究什么？

是一個算法嗎？是一個局域網嗎？是一個路由協議嗎？

都不是。

我們真正要研究是和生活息息相關的網絡，是我們城市中的網絡，是我們地球上的網絡，也就是今天講的數字城市。

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數字城市究竟是怎么構成的呢？

城市科學大腦連接了城市運營大平臺、城市管理大平臺和城市應用大平臺，這三個平臺再連接旅游、環境、農業，工業、應急指揮、大健康等等各方面行業和應用。隨著應用的增多，數字城市的內容也越來越豐富。所以說，網絡的研究讓我重新認識了整個城市，也重新認識了我的生活。

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經過許多調研，我們發現城市級神經網絡的最好載體是路燈，因為路燈在大街小巷隨處可見，在夜晚帶我們走過漫漫長路。如果我們把一些基站和設備部署在路燈上，就可以形成具有感知化、互聯化、智慧化的智慧路燈，建設起城市級的神經網絡。

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智慧路燈具備pm2.5檢測、光照度監測、安全監控、溫濕度檢測等環境因素收集的功能，也可以進行停車位、沙井蓋、路燈信號的管理監控。

借助智慧路燈，我們形成了城市級的管理和運營平臺。通過路燈的充電樁，我們可以為停在路邊的新能源汽車充電；通過路燈上的一鍵呼叫系統，我們可以在發生危險的第一時間向急救人員求救；通過智慧路燈的人機交互系統，當我們需要查找信息的時候，可以與數字世界、信息化的世界進行溝通。因此，智慧路燈為搭建城市神經網絡提供了非常寶貴的資源和載體。

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我為什么會選擇智慧路燈進行研究呢？這源于一次旅行。

當時，我帶著女朋友去一個城市旅行，兩個人牽著手漫步在街頭，非常浪漫。但人行道上林立著各種桿子，有監測環境的、有監測噪聲的，還有采集街道視頻的。所以我沒有辦法一直牽著女朋友的手——

“為什么你跟我漫步的時候總要松開我的手？”

“不松開不行，不松開就撞電線桿上去了。”

這個問題引起了我的反思。

作為一個科研工作者，我們要學會用科學的辦法來解決問題。

我們希望把所有的物聯網設備聯到一個載體上，通過這個載體來收集整個城市的信息，就像我們身體每一處神經會通過知覺和觸覺感受外界信息。智慧路燈也是一樣，它創造出一個神經網絡，讓我們感受到城市每一個角落都在發出信息，最終把信息匯聚到城市大腦科學中心。

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有了這樣的想法，我們就開始進行智慧路燈的研究。隨著研究的深入，我們發現智慧路燈不僅僅是把所有物聯網設備結合。我們希望城市的神經網絡將信息傳輸給城市大腦科學中心，讓城市大腦科學中心像人一樣思考。

但是在傳輸過程中，可能會出現非常嚴重的網絡安全問題。

2015年，美國一輛吉普車在高速公路上奔馳。突然，司機發現汽車空調以最大的風量、最低的溫度向他釋放冷氣，同時汽車電臺被調到了當地嘻哈音樂的電臺，接下來汽車失去了動力，也就是說他踩油門已經不管用了。這時候司機就感到特別無助，因為他的汽車已經被劫持了。

其實我覺得他不僅僅是無助，還有絕望。為什么？因為他行駛的不是高速公路，有可能要走完漫漫的人生路。當這類危險來臨的時候，我們會感受到物聯網安全是多么重要，如果沒有一個安全的保護，我們的信息將有可能被泄露，會帶來非常嚴重的危害。

這個問題怎么解決呢？

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現在整個智慧城市系統仍然在使用中心化存儲的方式，數據很可能被泄露、流失或篡改，甚至可能導致系統的崩塌。

通過研究，我們發現區塊鏈技術和可信計算是解決安全問題最好的工具。

我們通過一些智能合約的手段，實現了數字城市物聯網數據的分享。我們團隊在現有區塊鏈算法的基礎上進行了改進，改進后的算法可以抵御量子攻擊。因此，我們使用區塊鏈技術保護了數據的隱私，也使數據防篡改、更安全、更有效。

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我們不僅在算法協議上進行了研究，還利用可信計算的方式進行了安全芯片的研發。大多數物聯網終端設備都是低功耗的設備，不支持高功率的安全算法芯片以及安全算法。這樣一來，我們如果想保證物聯網終端設備的安全，就要給它一個輕量級的安全算法和更有效的安全協議。

我們現在研究的物聯網安全芯片使用了大數乘法的方式，根據目前仿真實驗的結果，它不需要中間結果的存儲，在一個時鐘周期內就可以完成一次大數乘法的運算，同時所消耗的能源比傳統辦法節省了60~80%。因此，我們目前的安全芯片能保證物聯網終端傳輸信息的安全。

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所以大家一定要相信，未來的數字城市，未來的物聯網，一定是一個安全的世界，能為大家提供一個便捷、有效、宜居的環境。

對于未來的數字城市，我們有很多種暢想：有5g網絡，有無人駕駛汽車，有自動送快遞的無人機，有可以監控到城市各個角落的無人車、無人船等，但所有的這些都離不開城市的基礎網絡。今天我們用智慧路燈搭建了一張城市的神經網絡，明天這張神經網絡將會為未來的數字創造更大的價值，創造更美好的生活空間。

謝謝大家！

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作者：張晉

編輯：yuki、凝音

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原標題：《我想用科學的辦法，解決情侶牽手撞電線桿的困境 | 張晉》

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