信息论总论——王顺德(同方数字城市产业本部)

1、信 息 论 导 论 同方数字城市产业本部 王 顺 德关键词：信息、信息化、智能化 摘 要本文回答了信息的简明广义定义；解释了信息在在自然界与人类社会中的地位与其他要素的关系；提出了信息的6+1理论；分析了智能化、信息化，以及它们之间的关系；明确了智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智能社区、智能建筑、智能交通、智能安防等的判别标准及其内涵，例举了智能建筑、智能交通系统的规划与实施工程图解；指出了目前最热门的与信息化有关的物联网的实质，及与互联网的关系，以及它在信息论中的地位等问题。 前 言在我国“2006-2020国家信息化发展战略”中明确提出，“信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会变革

2、的重要力量”，在十二五规划中指出要：“全面提高信息化水平”“ 推动经济社会各领域信息化”。信息化是智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智慧型社区、智能建筑、智能交通、智能城管、智能安防、等等领域的灵魂，是它们追求的目标，或是目的，总而言之，信息化是目前人类社会走向智慧型生活的先导，这个论断的重要性和迫切性已经是无可置疑的了。但更为理性地认识智能化/信息化的理论方面，还有待进一步地探讨这个当今世界人们都甚为关注的问题。本文既然定名为“信息论导论”，自然就不是针对其细节进行讨论，而是试图在这方面给出一个相对较为全面的，但又是十分明确概括地来描述信息论中所涉及的各个环节之间的关系问题，从而可以给业内人

3、士在规划自己本部门，或自己工作方面的信息化工作时，有一个明确的目标和途径，不为当前一些商业炒作而夸大某些还不够实际的东西而迷惑，是本文的目的。 信 息 的 定 义谈到信息，当今社会人们无处不把信息这个词挂在嘴边，但到底什么是信息，其定义是什么，恐怕并不是很多人能够简单明了地回答出来。这是一个哲学名词，到目前为止，信息这个名词还没有一个权威的准确的定义，这当中最具代表性的就是所谓“香农”理论，这个理论说，信息就是“确定性的增加”，这个定义是使人费解的，至少说不够通俗、不够全面和不够广义，是狭义的，这个定义是香农在贝尔研究所时针对通信行业而下的定义。有关“信息”的定义，不下N种，太多版本了，这种局

4、面，本身就反映了人们在认识“信息”概念方面的不确定性，不够有把握，不能一针见血地说清楚，才造成各种解释都有！有点象在天文学中出现的“宇宙是怎么形成的？人类有史以来有各种版本的宇宙起源学说，如亚里士多德的“地心说”、哥白尼的“日心说”、到今天的“大爆炸说”等等，这些学说，不断被天文学家用新的观测事实所否定，然后又出现新的理论来解释宇宙的起源，即使今天的“大爆炸理论”，仍然还有解释上的矛盾之处，需要科学家继续去进一步地探索之；“癌症是怎么产生的？自癌症这个词出现以来，也有各种解释癌症产生的原因的版本，但都还未见到权威性解释的报道，所以才出现人们的癌症恐慌症，才在人们中流传着这也致癌，那也致癌，其实

5、可能就是还没有找到真正的致癌病因，才会出现这种局面；“光的本质是什么？人们开始认识光的时候，只知道光是直线传播的，产生了基于光是直线传播的几何光学理论，但随着不断地发现新的实验和观测事实，又才明白，光还具有波动性，和衍射性”；等等，这样的例子，举不胜举。其实这些重大的科学问题，人们认识它，的确有一个认识过程，要求从一开始就有一个确切无误的定义，那是脱离人类认识自然规律的，只有当人类累计了大量的观测事实和实验事实之后，不断地从认识，到否定，再认识，再否定，直到得到一个比较接近于真实的那样一个定义或解释，才是比较全面而肯定的结果。尽管如此，到目前为止，作者比较赞同较为靠谱的简单而明了的信息定义是：

6、信息就是可被主体感知的附着于各种客体（载体）上的自然界物质或能量存在的一种形式及其运动变化呈现出的状态，例如通过感觉通道（如人或动物、植物的眼、耳、口、鼻、肢体）的神经系统能感知的某种物质或能量存在的形式或其运动变化呈现出的状态，我们称这种“存在形式或状态”就是一种信息。 信 息 的 6+1 理 论信息论要研究的内容就是这些可被感知的物质或能量存在的形式及其变化状态的产生、采集、传输、处理、存储、发布、利用等环节的一切手段和范畴。如图1所示：图1 信息论要研究的7大环节及智能化与信息化的关系智能化是现代人类对任何物质或能量的存在形式及其变化状态的前6个环节（侧重技术层面）在实现数字化、网络化和

7、集成化层面在规模上做到了最大化，也可以这样认为，智能化就是这6个环节的最优的技术状态，所以说智能化是信息化的技术基础，技术支撑，就是这个意思；而信息化则是现代人类对任何物质或能量的存在形式及其变化状态在数字化、网络化和集成化层面在利用上实现了最优的状态。从这个意义上讲，智能化与信息化的辩证关系就十分清楚了。它们两者是同一事物在“信息”这个概念之下的前后不同环节而已，我们称之为信息的6+1理论！物质、能量、信息是组成自然界的三大要素。物质是什么，物质就是人类能够感知的实体东西（小到组成物质的分子；大到组成宇宙的星球、星云、星系等）；而能量则是使物质产生运动的原因，是力的一种表现形式，是人类能够感

8、知但不是实体的东西；信息既不是物质，又不是能量，而是反应这两者的存在形式和它们发生变化的状态。这三者不是一个概念，但又是有内在联系的组成自然界的三大基本要素。当了解了信息的意义及其重要性之后，我们才能谈得上去利用它。利用信息是人类的目的，是根本。但为了利用信息的目的，则首先要做好信息的产生、采集、传输、处理、存储、发布等6个技术环节。所以我们可以总结为1个使用目的和实现该目的的6个技术环节。根据信息的6+1理论，智能化是为信息化服务的，那么如果智能化系统做得很好，而由于利用它的人为因素，如政治原因、人的操作技术水平、组织管理水平等原因，使得智能化所具备的优异功能没有得到应有的充分发挥，打了折扣

9、，我们就可以认为信息化不尽人意，这是“利用”环节出现了问题。例如一个建筑智能化工程做得很好的小区，小区的中心控制机房，即智能化的集成中心，它的技术含量是相对比较高的，但由于使用它的人是一些技术水平较低的保安人员来操作管理，其结果是事过不久，由于操作不当，造成软件的丢失，硬件的损坏，致使其功能不能做到应有的发挥，这种例子在许多智能建筑领域，不在少数；反过来，如果“利用”信息的需求，即信息化的需求来势凶猛，要求甚为迫切，在资金和人力都具备良好的条件下，那么也将是推动智能化发展的积极动力。各行各业都有自己的信息6+1理论，但其中传输、处理、存储、发布等4个环节在当今技术水平下有大致的共同点，做法差异

10、也不大，所以撰写成书本或教材，有一定的共同性，因而在目前出版的一些信息论的专著或教材中，多以此4个环节来描述，很少提及信息的产生、采集、利用这三个环节的内容，其原因就在于此。当然在同一个行业或领域的信息化专著中，会将信息论的7个环节都要涉及到，才能成为一本实用的著作。然而对于信息的产生、采集和利用，在人类社会的各行各业中的差异就太大了！内容也太多了！可以说，对于人类社会的每一个行业来说，这三个环节，都可以写一套专著，成为一个领域！就以信息采集这个环节举例而言，天体物理研究中，我国1991年落成了直径为2.16米的光学望远镜，配备了自制的光导纤维分光系统来收集来自天体的光谱信息，以供进一步处理来

11、解密天体演化的本质；2010年又建成了世界最大的以光导纤维为引导的6米级的大天区多目标光谱施米特望远镜；目前世界多个国家（包括中国、美国、日本、欧共体等）正在讨论将联合建造一台直径30米的巨型光学望远镜、等值口径约1公里的射电天文望远镜等，用来探索来自宇宙的更多信息的秘密；而在医学领域，用1mm左右直径的纤维透镜和5-10微米直径的相关光导纤维束作成的多种内窥镜（如胃镜、肠镜、腹腔镜等）被广泛用来采集人体内不同器官的各种医学上所需要的信息；在智能建筑领域，楼宇自控系统中安装在楼宇机电设备上的各种传感器被广泛用来采集智能建筑内部各种机电设备的工作信息，以保证其安全正常地运行；在平安城市领域，在城

12、市的各个角落安装了几万台甚至几十万台监控摄像机采集安全图象信息，传至公安部门的各级指挥中心，用以保证整个城市的安全；在新闻领域，各电视台、广播电台的记者到世界各地发生新闻的现场，用摄像机、话筒采集各种新闻信息发回自己的电视台或广播电台，进行报道；,在自然界和人类社会的各个方面、领域，均已产生或正在产生着各种不同的信息，需要我们去采集，就这一个信息环节，就可以写成一部百科全书；还有信息的产生和利用这两个环节，也如同采集环节一样的，其内容之多之广，不计其数。真是太丰富了，内容太多了！因此在已发表的有关信息论专著或教材中，很少去触动这三个环节（信息产生、采集、利用）的大内容，过去那些信息论专著也好，

13、还是教材也好，都具有很大的狭义性和局限性！ 智 能 化 / 信 息 化 的 判 断 标 准 和 内 涵智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智能社区、智能建筑、智能交通、智能安防、电子政务、等的判断标准和内涵是什么？其实对于上述这些智能/信息化领域，简单明了地可以用10个字就能完全给它们定义其判断标准，即只要做到安全、舒适、高效、节能、环保这10字标准就可以全盘满足这些智能化/信息化的要求，用这10字标准可以解释一切智能领域的功能要求，这10字标准本来是起源于给智能建筑定的标准，可是仔细想一想，它又何尝不是其他智能/信息化领域的判断标准呢！标准定了，那么用什么技术手段（即内涵）来保证这些标准的的实

14、现呢，那就是在智能建筑中我们最开始提及的只要我们设计的系统，在软、硬件的配置上能保证在该智能领域，实现了设备自动化、办公自动化、通信自动化（BA、OA、CA）等功能，就谈得上实现10字标准了。如图2所示： 图2 智能化/信息化的简明判断标准和内涵图解这10字标准里，我们把“安全”放在第一位，是有其特殊而深刻含义的，只有在一切为了安全的前提下，才谈得上后面的8字标准，如果人都没了，大楼被烧了，铁路火车撞车了，城市被炸了，还谈什么高效、舒适、节能、环保！？。“7.23”浙江勇温线铁路动车追尾重大事故，车毁人亡，再一次给人们说明了这一道理正确性。最近铁道部颁发的动车降速措施，就是以人的安全为本，在重

15、视安全的前提下，脚踏实地地发展我国干线轨道交通的正确举措。为了保证这些内涵功能的实现，我们举几个实例参考说明一下：在智能建筑中，体育场馆的智能/信息化系统建设是甚为复杂的，我们以它为例，看看怎么来实施，下面图3A、3B是一对实现体育场馆智能/信息化系统的姊妹图，是互为补充的图解：智能交通是智能化/信息化非常重要的领域，如何来规划和实现它，是业内人士特别关心的内容。图4A、4B、4C是实现其功能的姊妹图，也是互为补充的图解。从图3A、4A看到，这是所述领域的总体规划图，对于不同的智能/信息化领域，图中综合电子信息系统（CEIS）的内容是有所差别的；而图3B、4B、4C则是前者的细化内容，一目了然

16、！以此类推，任何智能/信息化系统均可按此方式进行规划，和细化，只不过改变其中的专业设施和应用信息软件系统就可以了。这一对姊妹图的图解格式，高度总结和概括了业内智能/化信息化各领域内，各系统之间的关系和功能定位，具有很强的普遍性和实用性，是业内可以为之借鉴参考的实用图解格式。1、体育场馆智能/信息化规划方案及工程实施细化方案概要图解 图3A 体育场馆智能/信息化模型 图3B 体育场馆智能化/信息化的工程内容2、智能交通智能/信息化规划方案及工程实施细化方案概要图解 图4A 智能交通系统智能/信息化大厦模型图解图4B 智能交通系统智能/信息化可能的工程内容图解图4C 航空港智能交通系统智能/信息化

17、可能的工程内容图解空港是智能交通系统中的一个子系统，图4C又更加细化了其中航空专业领域中航空港的工程内容，以此方式类推，只要作出相应的专业设施与应用信息软件的变化改动，可以得到一切智能化/信息化领域中所需要的智能/信息化规划和工程细化的图解，一目了然！ 物 联 网 的 实 质 及 在 信 息 论 中 的 地 位当今的物联网把信息的产生和采集这两个环节发挥到了极值。物联网（The Internet of Things）是什么，其实就是互联网的延伸，它的核心内涵（与互联网的区别）就是采用了所谓射频认证（RFID）的芯片感知技术和无线网络技术，使得任何事物的信息都可以被感知，也就是任何事物的信息的产

18、生和采集，均可通过RFID感知芯片和无线（或有线）网络技术得到，余下的环节就可以交给互联网来承担了，所以说它是互联网的延伸，互联网是它的基础，它离不开互联网。为了实现RFID芯片产生的无限多个信息的认证和处理，随之而来的就是要发展IPV6的无限网络认证技术和超大规模的云计算处理、存储技术。这是物联网时代交给互联网需要解决的重大技术问题。物联网是我们人类在信息技术方面的又一次革命，但要清醒地认识到，它的特点也仅仅是前面所提及的6个信息环节中的头两个，即在信息的产生和采集上与互联网相比，有着更大的规模罢了！物联网不是我们的目的，而是我们人类在实现信息化过程中使用的更为广泛、更大规模的信息产生和采集技术手段罢了！但是商家看好这个环节，做了比较大的商业炒作，人们应该脚踏实地地去促进这个领域的健康发展，防止一哄而上形成的泡沫经济。 参 考 文 献1、王顺德.,体育场馆智能化系统建设导论，2007年，同方数字城市工程公司，内部专著；2、王顺德.,“智能交通信息系统大集成方案总体框架”，智能交通，2010年，第09期，P86-88，同方数字城市工程公司；3、王顺德.,“光纤技术及其天文应用现状”,天文学进展，第4卷，第二期，1986（4-6），P136，中国科学院国家天文台；4、王顺德.,“Fiber Optics Feed At Beijing Astro