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用數(shù)字讀懂一切

自20世紀90年代初以來，數(shù)字技術已從根本上改變了我們的生活方式。如今，我們即將開始全面轉型——將所有以模擬形式記錄的人類知識，轉換為數(shù)字形式?！段磥碇啊穾黄鸹厥淄?，暢想未來。

巴伐利亞州立圖書館的藏書，正在被掃描并上傳到互聯(lián)網(wǎng)。

楚澤（Zuse）、歐洲核子研究中心（CERN）和扎克伯格（Zuckerberg）——這三個名字標志著數(shù)字革命進程中的重要里程碑。早在1941年，Konrad Zuse在柏林研制出了世界上*臺可以正常工作的計算機。他稱這臺外形龐大的數(shù)字計算機器為“Zuse Z3”。1991年，就職于瑞士歐洲核子研究中心的Tim Berners-Lee開發(fā)的萬維網(wǎng)，向公眾開放。Web技術進一步變革了人們的通信方式，為谷歌、亞馬遜以及不計其數(shù)的其他企業(yè)，鋪平了道路。后來，2004年，Mark Zuckerberg創(chuàng)建了名為臉書（Facebook）的社交網(wǎng)絡。如今，得益于臉書及類似網(wǎng)絡，近20億人獲得了數(shù)字身份。

計算機、Web和臉書，都基于數(shù)字技術。數(shù)字化的含義，就是將模擬信息，如文本、聲音、圖像和視頻等，轉換為易于存儲的、由大量零和一組成的二進制代碼。一經(jīng)創(chuàng)造，這樣的數(shù)字項就能被無*地復制，而質量絲毫不受影響，并且可以通過互聯(lián)網(wǎng)，轉瞬間傳遍。數(shù)字技術為企業(yè)創(chuàng)造了全新的銷售渠道類型，但它也帶來了新的問題，如違法拷貝數(shù)據(jù)。始于20世紀90年代的互聯(lián)網(wǎng)熱潮，掀起了一場*的數(shù)字化浪潮。1993年，在范圍內，只有大約3%的信息以數(shù)字形式存儲，但到2007年，這個比例已經(jīng)飆升至94%。而且，這一趨勢愈演愈烈，每天都有大量新的數(shù)據(jù)被數(shù)字化。

數(shù)字重要的之一是德國發(fā)明家Rudolf Hell，他被譽為“圖形行業(yè)的愛迪生”，曾被授予“德意志聯(lián)邦共和國大十字勛章（Grand Merit Cross）”，并且曾榮獲“古騰堡大獎（Gutenberg Prize）”和“魏納獎（Werner-von-Siemens-Ring）”。Hell是*的傳真機和掃描機之父。1980年，他將突破性的Chromacom數(shù)字圖像處理系統(tǒng)商業(yè)化。20世紀80年代初期，當時還是西門子子公司的HELL公司，受雇于梵蒂岡圖書館，掃描并以數(shù)字形式復制珍貴典籍，以便向公眾開放閱讀。20世紀90年代，數(shù)字化進程變得更加廣泛，也更具系統(tǒng)性。譬如，1990年，西門子利多富公司為莫斯科的克里姆林宮博物館安裝了一套數(shù)字處理系統(tǒng)，有史以來*次，以數(shù)字形式為俄羅斯沙皇的全部藝術藏品編目錄。然后，將所生成的數(shù)字圖像和信息，記錄并分類保存到圖像數(shù)據(jù)庫中。

掃描半開的書籍。如今，許多機構都想為其所擁有的全部模擬信息，制作數(shù)字拷貝。在這方面，坐落于慕尼黑的巴伐利亞州立圖書館堪稱*，其數(shù)字化中心擁有各式各樣的設備，在德國。巴伐利亞州立圖書館的副館長Klaus Ceynowa說：“我們使用了26套不同的掃描系統(tǒng)，包括4臺每小時能夠處理多2000頁的全自動掃描機器人。我們有兩名操作人員，每人看管兩臺機器人。這個系統(tǒng)不止是速度快，為了保護書籍，書籍只需翻開60度。該系統(tǒng)的掃描棱鏡就可插入半開的書頁之間。它能清楚無誤地讀取頁面內容，然后翻頁，繼續(xù)執(zhí)行掃描。”

巴伐利亞州立圖書館的全部藏書（左圖）正在被轉換為數(shù)字形式。目前，已有一款應用程序，可用于閱讀其珍貴的文化寶藏。

自2007年起，巴伐利亞州立圖書館一直在與谷歌公司合作開展“谷歌數(shù)字圖書館”項目，通過這個項目，巴伐利亞州立圖書館的100萬冊藏書，將實現(xiàn)數(shù)字化并放到互聯(lián)網(wǎng)上供公眾閱讀。其所涉及的書籍，均成書于1601年至1874年期間，不再受版權保護。Ceynowa解釋道：“每個星期，經(jīng)谷歌在其位于德國的掃描中心將之轉換為數(shù)字形式后，我們要發(fā)布大約5000冊圖書。谷歌承擔掃描費用，并將數(shù)字拷貝提供給我們，以保存在我們自有的數(shù)據(jù)庫中。1601年之前和1874年之后的所有著作，包括從中世紀傳下來的極其寶貴的手抄文稿，均在我們自己的數(shù)字化中心進行轉換。按計劃，谷歌項目將在今年年底之前結束。我們已經(jīng)將幾乎全部100萬冊藏書，上傳至我們網(wǎng)站的數(shù)字圖書館，任何人都可以在這里閱讀這些書籍。”

盡管如此，巴伐利亞州立圖書館的全面數(shù)字化進程遠未走到終點。Ceynowa表示：“我們的工作只是開始，因為我們迄今為止所做的事，為連接和重新組合數(shù)字信息創(chuàng)造了不同的可能性。”巴伐利亞州立圖書館已經(jīng)開發(fā)了數(shù)款移動應用程序，包括一款名為“Ludwig II”的應用程序。這款應用程序允許人們按其所在位置，定制查閱與路德維希二世的“童話城堡”有關的歷史資料、圖像和文獻。譬如，當人們站在路德維希二世在慕尼黑建造的Residenz宮殿的正前方時，他們可以利用其智能電話的照相模式，來獲取這座宮殿著名的Wintergarden的實時圖像——這座花園早已湮沒在歷史的塵埃中。Wintergarden是一座建在Residenz宮殿屋頂?shù)幕▓@，奇花異草掩映其間，人工湖泊波光粼粼——通過這款應用程序，人們可以欣賞到這美輪美奐的歷史景色。

現(xiàn)已可在網(wǎng)上閱讀巴伐利亞州立圖書館的近百萬藏書。

民事登記數(shù)字化。博物館和圖書館只是后一批充分享用全面數(shù)字化益處的機構；政府機關和工業(yè)企業(yè)早已開始利用這項技術?，F(xiàn)在，德國的16個聯(lián)邦州均計劃將其所有民事登記數(shù)字化。為此，過去兩年來，西門子中央研究院在Bernt Andrassy博士的指導下，受托開展了一項可行性研究。Andrassy解釋道：“德國的土地基本上被劃分為若干區(qū)塊。登記制度向這些區(qū)塊分配了一定的權利。因此，登記制度是德國土地使用的中央監(jiān)管機制。目前，各聯(lián)邦州已經(jīng)掃描并歸檔了過去50年來的全部登記文件，西門子中央研究院為它們提供了所需的重要系統(tǒng)組件。我們收集了大量數(shù)據(jù)，總共多達約5億頁pdf文件。”

這個宏大的數(shù)字化項目，提出了艱巨的挑戰(zhàn)。譬如，西門子團隊不得不開發(fā)自動化軟件，以識別單個單詞，理解關鍵問題，以及發(fā)現(xiàn)掃描文件內的關聯(lián)，包括打字文件、劣質文件拷貝和含有多處修改的文件。Andrassy解釋道：“這款軟件必須知道的一件事，是文件的那個部分含有房地產(chǎn)所有者姓名，哪些部分有關于房地產(chǎn)面積、是否以及由哪家銀行發(fā)放的信息。”為了解決這些問題，專家不得不費盡心力編寫程序。Andrassy說：“我們的軟件可以識別出所要求的信息，并自動填入輸入掩碼。操作人員僅需檢查數(shù)據(jù)填寫是否完整。”目前，各聯(lián)邦州計劃為這個龐大的歸檔工程發(fā)布招標公告。“待所有登記全部實現(xiàn)數(shù)字化之后，每個州都將設立其自有用戶的門戶網(wǎng)站，以便具有合法利益的個人和機構，快速、簡便地調閱有關文件——譬如，公證機構、銀行和稅務機關等。”

勃蘭登堡州立檔案館保存的一份1743年的手寫登記（左圖）和法蘭克福區(qū)法院的一名員工展示的當代電子登記（右圖）。

誤讀可能導致數(shù)百萬損失。Andrassy在登記數(shù)字化項目中獲得的經(jīng)驗，也適用于工業(yè)領域。Andrassy表示：“我們正在研制一款軟件包，它能自動登記招標公告中的客戶要求，然后，將之與以往項目留下的數(shù)字化文檔中的數(shù)據(jù)進行比對。這樣的招標公告文件通常采用pdf格式，并且往往厚達上千頁。過去，必須人工摘錄每一項技術規(guī)格，然后由專家評估，如輪機大轉速，或下午4點以后聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的大允許噪聲級等。”

但是，要求和技術規(guī)格列表通常很長，哪怕誤讀一個句子，也會在日后導致數(shù)百萬歐元的損失。考慮到這一點，慕尼黑的專家開發(fā)了一項可靠的搜索系統(tǒng)技術，它能發(fā)現(xiàn)所做的每一處變更，并通知用戶。其終目的是，讓這款程序將技術規(guī)格作為語義對象，來理解并正確解讀。Andrassy解釋道：“我們所開發(fā)的軟件，分為三個工作階段，我們分別稱之為‘標書檢索’、‘標書比對’和‘標書追蹤’。*個步驟是一個非常高效的過程，允許用戶找到招標文件中的技術規(guī)格。在第二個步驟中，軟件將從以往項目的文件中檢索類似的技術規(guī)格。這樣一來，就可以利用以前所做的相應評估，從而避免錯誤。在后一個步驟中，軟件將在招標文件的所有新版本中，跟蹤所確定的技術規(guī)格。”

這種方法的優(yōu)點顯而易見，因為自動評估大大加快了評估過程，并且有助于盡早發(fā)現(xiàn)在類似項目中犯下的錯誤。此外，這個系統(tǒng)支持客戶在后一刻作出更改，并且快速分析其后果，并將之整合到項目中。

轉瞬間完成檔案梳理。全面數(shù)字化僅僅是開端。不論是圖書館、政府機關，還是工廠，都在創(chuàng)造大量數(shù)字知識，可以采用全新的方式來使用這些知識。因此，今后幾年乃至幾十年的開發(fā)工作，將側重于基于軟件的工具，這些工具需要在轉瞬間完成數(shù)字檔案篩查、理解語義關聯(lián)、以及分類并重新組合信息。Ceynowa表示：“譬如，學者將能夠快速確定‘novel’一詞早見于哪部手稿。他們不必鉆進故紙堆，查遍世界各地圖書館中的數(shù)百份文件，就能得到答案。這將*變革某些研究學科。”

Andrassy補充道：“可以更加快速地查閱諸如司法判例，以及以往對罕見疾病的醫(yī)療診斷等信息。盡管如此，智能數(shù)據(jù)采掘仍然無法替代人，不過它能為人們給予支持。換句話說，要打造出能夠讀懂客戶的pdf文件，將之與數(shù)據(jù)庫進行比對，然后立即知道它要制造什么物品及如何制造該物品的自治工廠，還有很長一段路要走。”

Nils Ehrenberg

飛翔的監(jiān)工

“Aspern——維也納的城市湖畔”，這個占地240公頃、位于奧地利首都維也納東北部郊區(qū)的全新小區(qū)，是歐洲大，也富創(chuàng)新精神的城市開發(fā)項目之一。這個小區(qū)有望設立能效和環(huán)境平衡的新標準。

一家由維也納市政府、當?shù)仉娏荆╓ien Energie）、當?shù)鼐W(wǎng)絡提供商（Wiener Netze）和西門子共同成立的合資企業(yè)，將Aspern當做一間用于技術創(chuàng)新的“富有生命力的實驗室”。為此，西門子名副其實地讓*的三維數(shù)字化技術飛上了天。

Claudia Windisch是西門子中央研究院Videoanalytics研究小組的負責人，她說：“將近三年來，我們一直在CONSTRUCT（建筑工地監(jiān)測研究項目）框架下，研制民用無人駕駛飛行器。這些用于拍攝并分析建筑工地現(xiàn)場情況的無人駕駛飛行器，是一種小巧的八旋翼飛行器，其重量不足5公斤。”目前正在維也納Aspern區(qū)及其他地方，對這項用于監(jiān)測施工進度的空中數(shù)字技術進行測試。Windisch解釋道：“我們使用了GPS來設定飛行航線。操作者可密切觀察飛行器的情況，以便在出現(xiàn)問題時及時干預。然而，操作者有時也不得不對飛行器進行控制，譬如，在對一面幕墻進行拍照時。”利用大量大面積重疊的建筑物航拍圖片，可以生成現(xiàn)場的三維模型。

研究人員正在研制一個能在飛行器的飛行過程中，生成并持續(xù)更新三維模型，且能在問題區(qū)域標注色碼的系統(tǒng)，以便為操作者提供支持。這個系統(tǒng)要求拍攝更多圖片，以達到生成精確模型所需的重疊程度。Windisch解釋道：“如今，大多數(shù)建筑設計都采用了三維技術，因此，在三維系統(tǒng)中對實際數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)進行比對，不啻為明智之舉。如果將時間軸納入考慮，甚至可以說，我們研制的是四維技術。借助這項技術，我們可以確定施工進度，以及任何偏離計劃的情況。然而，由于目前駐場施工經(jīng)理只有平面設計圖可用，因此，決定只能在維也納Aspern區(qū)使用三維模型，來生成實際現(xiàn)場的二維圖形?？梢詫鹘y(tǒng)二維CAD設計圖，重疊在所生成的二維圖形上，然后進行比對。”

未來，將進一步優(yōu)化這個過程，以實現(xiàn)自動比對，以及以圖形化方式在虛擬三維模型中標注出設計與實際結果之間的偏差。偏差包括缺了窗戶或者墻沒有對齊等。Windisch說：“我們開發(fā)的技術能夠簡便、快速地檢測出設計與實際結果之間的偏差。然后，可以在大型圖形中顯示這些偏差——無需派檢查員親自前往可能存在危險且難以到達的區(qū)域――如尚未完工的屋頂，就能做到這一切。”然而，建筑工地只是這項技術的眾多潛在應用領域之一。譬如，Windisch的團隊已經(jīng)執(zhí)行了不計其數(shù)的無人駕駛飛行器飛過工廠車間的任務——經(jīng)翻新和現(xiàn)代化改造后，工廠車間的實際情況往往與初的建筑設計有所不同。