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用數字讀懂一切

自20世紀90年代初以來(lái)，數字技術(shù)已從根本上改變了我們的生活方式。如今，我們即將開(kāi)始全面轉型——將所有以模擬形式記錄的人類(lèi)知識，轉換為數字形式?！段磥?lái)之窗》帶您一起回首往昔，暢想未來(lái)。

巴伐利亞州立圖書(shū)館的藏書(shū)，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(gè)名字標志著(zhù)數字革命進(jìn)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(chēng)這臺外形龐大的數字計算機器為“Zuse Z3”。1991年，就職于瑞士歐洲核子研究中心的Tim Berners-Lee開(kāi)發(fā)的萬(wàn)維網(wǎng)，向公眾開(kāi)放。Web技術(shù)進(jìn)一步變革了人們的通信方式，為谷歌、亞馬遜以及不計其數的其他企業(yè)，鋪平了道路。后來(lái)，2004年，Mark Zuckerberg創(chuàng )建了名為臉書(shū)（Facebook）的社交網(wǎng)絡(luò )。如今，得益于臉書(shū)及類(lèi)似網(wǎng)絡(luò )，近20億人獲得了數字身份。

計算機、Web和臉書(shū)，都基于數字技術(shù)。數字化的含義，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(jìn)制代碼。一經(jīng)創(chuàng )造，這樣的數字項就能被無(wú)*地復制，而質(zhì)量絲毫不受影響，并且可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，轉瞬間傳遍。數字技術(shù)為企業(yè)創(chuàng )造了全新的銷(xiāo)售渠道類(lèi)型，但它也帶來(lái)了新的問(wèn)題，如違法拷貝數據。始于20世紀90年代的互聯(lián)網(wǎng)熱潮，掀起了一場(chǎng)*的數字化浪潮。1993年，在范圍內，只有大約3%的信息以數字形式存儲，但到2007年，這個(gè)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據被數字化。

數字重要的之一是德國發(fā)明家Rudolf Hell，他被譽(yù)為“圖形行業(yè)的愛(ài)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數字圖像處理系統商業(yè)化。20世紀80年代初期，當時(shí)還是西門(mén)子子公司的HELL公司，受雇于梵蒂岡圖書(shū)館，掃描并以數字形式復制珍貴典籍，以便向公眾開(kāi)放閱讀。20世紀90年代，數字化進(jìn)程變得更加廣泛，也更具系統性。譬如，1990年，西門(mén)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字處理系統，有史以來(lái)*次，以數字形式為俄羅斯沙皇的全部藝術(shù)藏品編目錄。然后，將所生成的數字圖像和信息，記錄并分類(lèi)保存到圖像數據庫中。

掃描半開(kāi)的書(shū)籍。如今，許多機構都想為其所擁有的全部模擬信息，制作數字拷貝。在這方面，坐落于慕尼黑的巴伐利亞州立圖書(shū)館堪稱(chēng)*，其數字化中心擁有各式各樣的設備，在德國。巴伐利亞州立圖書(shū)館的副館長(cháng)Klaus Ceynowa說(shuō)：“我們使用了26套不同的掃描系統，包括4臺每小時(shí)能夠處理多2000頁(yè)的全自動(dòng)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(gè)系統不止是速度快，為了保護書(shū)籍，書(shū)籍只需翻開(kāi)60度。該系統的掃描棱鏡就可插入半開(kāi)的書(shū)頁(yè)之間。它能清楚無(wú)誤地讀取頁(yè)面內容，然后翻頁(yè)，繼續執行掃描。”

巴伐利亞州立圖書(shū)館的全部藏書(shū)（左圖）正在被轉換為數字形式。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(shū)館一直在與谷歌公司合作開(kāi)展“谷歌數字圖書(shū)館”項目，通過(guò)這個(gè)項目，巴伐利亞州立圖書(shū)館的100萬(wàn)冊藏書(shū)，將實(shí)現數字化并放到互聯(lián)網(wǎng)上供公眾閱讀。其所涉及的書(shū)籍，均成書(shū)于1601年至1874年期間，不再受版權保護。Ceynowa解釋道：“每個(gè)星期，經(jīng)谷歌在其位于德國的掃描中心將之轉換為數字形式后，我們要發(fā)布大約5000冊圖書(shū)。谷歌承擔掃描費用，并將數字拷貝提供給我們，以保存在我們自有的數據庫中。1601年之前和1874年之后的所有著(zhù)作，包括從中世紀傳下來(lái)的極其寶貴的手抄文稿，均在我們自己的數字化中心進(jìn)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(wàn)冊藏書(shū)，上傳至我們網(wǎng)站的數字圖書(shū)館，任何人都可以在這里閱讀這些書(shū)籍。”

盡管如此，巴伐利亞州立圖書(shū)館的全面數字化進(jìn)程遠未走到終點(diǎn)。Ceynowa表示：“我們的工作只是開(kāi)始，因為我們迄今為止所做的事，為連接和重新組合數字信息創(chuàng )造了不同的可能性。”巴伐利亞州立圖書(shū)館已經(jīng)開(kāi)發(fā)了數款移動(dòng)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(huà)城堡”有關(guān)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(shí)，他們可以利用其智能電話(huà)的照相模式，來(lái)獲取這座宮殿著(zhù)名的Wintergarden的實(shí)時(shí)圖像——這座花園早已湮沒(méi)在歷史的塵埃中。Wintergarden是一座建在Residenz宮殿屋頂的花園，奇花異草掩映其間，人工湖泊波光粼粼——通過(guò)這款應用程序，人們可以欣賞到這美輪美奐的歷史景色。

現已可在網(wǎng)上閱讀巴伐利亞州立圖書(shū)館的近百萬(wàn)藏書(shū)。

民事登記數字化。博物館和圖書(shū)館只是后一批充分享用全面數字化益處的機構；政府機關(guān)和工業(yè)企業(yè)早已開(kāi)始利用這項技術(shù)?，F在，德國的16個(gè)聯(lián)邦州均計劃將其所有民事登記數字化。為此，過(guò)去兩年來(lái)，西門(mén)子中央研究院在Bernt Andrassy博士的指導下，受托開(kāi)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塊。登記制度向這些區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管機制。目前，各聯(lián)邦州已經(jīng)掃描并歸檔了過(guò)去50年來(lái)的全部登記文件，西門(mén)子中央研究院為它們提供了所需的重要系統組件。我們收集了大量數據，總共多達約5億頁(yè)pdf文件。”

這個(gè)宏大的數字化項目，提出了艱巨的挑戰。譬如，西門(mén)子團隊不得不開(kāi)發(fā)自動(dòng)化軟件，以識別單個(gè)單詞，理解關(guān)鍵問(wèn)題，以及發(fā)現掃描文件內的關(guān)聯(lián)，包括打字文件、劣質(zhì)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(gè)部分含有房地產(chǎn)所有者姓名，哪些部分有關(guān)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(wèn)題，專(zhuān)家不得不費盡心力編寫(xiě)程序。Andrassy說(shuō)：“我們的軟件可以識別出所要求的信息，并自動(dòng)填入輸入掩碼。操作人員僅需檢查數據填寫(xiě)是否完整。”目前，各聯(lián)邦州計劃為這個(gè)龐大的歸檔工程發(fā)布招標公告。“待所有登記全部實(shí)現數字化之后，每個(gè)州都將設立其自有用戶(hù)的門(mén)戶(hù)網(wǎng)站，以便具有合法利益的個(gè)人和機構，快速、簡(jiǎn)便地調閱有關(guān)文件——譬如，公證機構、銀行和稅務(wù)機關(guān)等。”

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

誤讀可能導致數百萬(wàn)損失。Andrassy在登記數字化項目中獲得的經(jīng)驗，也適用于工業(yè)領(lǐng)域。Andrassy表示：“我們正在研制一款軟件包，它能自動(dòng)登記招標公告中的客戶(hù)要求，然后，將之與以往項目留下的數字化文檔中的數據進(jìn)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(yè)。過(guò)去，必須人工摘錄每一項技術(shù)規格，然后由專(zhuān)家評估，如輪機大轉速，或下午4點(diǎn)以后聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)的大允許噪聲級等。”

但是，要求和技術(shù)規格列表通常很長(cháng)，哪怕誤讀一個(gè)句子，也會(huì )在日后導致數百萬(wàn)歐元的損失?？紤]到這一點(diǎn)，慕尼黑的專(zhuān)家開(kāi)發(fā)了一項可靠的搜索系統技術(shù)，它能發(fā)現所做的每一處變更，并通知用戶(hù)。其終目的是，讓這款程序將技術(shù)規格作為語(yǔ)義對象，來(lái)理解并正確解讀。Andrassy解釋道：“我們所開(kāi)發(fā)的軟件，分為三個(gè)工作階段，我們分別稱(chēng)之為‘標書(shū)檢索’、‘標書(shū)比對’和‘標書(shū)追蹤’。*個(gè)步驟是一個(gè)非常高效的過(guò)程，允許用戶(hù)找到招標文件中的技術(shù)規格。在第二個(gè)步驟中，軟件將從以往項目的文件中檢索類(lèi)似的技術(shù)規格。這樣一來(lái)，就可以利用以前所做的相應評估，從而避免錯誤。在后一個(gè)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(shù)規格。”

這種方法的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，因為自動(dòng)評估大大加快了評估過(guò)程，并且有助于盡早發(fā)現在類(lèi)似項目中犯下的錯誤。此外，這個(gè)系統支持客戶(hù)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。全面數字化僅僅是開(kāi)端。不論是圖書(shū)館、政府機關(guān)，還是工廠(chǎng)，都在創(chuàng )造大量數字知識，可以采用全新的方式來(lái)使用這些知識。因此，今后幾年乃至幾十年的開(kāi)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字檔案篩查、理解語(yǔ)義關(guān)聯(lián)、以及分類(lèi)并重新組合信息。Ceynowa表示：“譬如，學(xué)者將能夠快速確定‘novel’一詞早見(jiàn)于哪部手稿。他們不必鉆進(jìn)故紙堆，查遍世界各地圖書(shū)館中的數百份文件，就能得到答案。這將*變革某些研究學(xué)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(jiàn)疾病的醫療診斷等信息。盡管如此，智能數據采掘仍然無(wú)法替代人，不過(guò)它能為人們給予支持。換句話(huà)說(shuō)，要打造出能夠讀懂客戶(hù)的pdf文件，將之與數據庫進(jìn)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(chǎng)，還有很長(cháng)一段路要走。”

Nils Ehrenberg

飛翔的監工

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

一家由維也納市政府、當地電力公司（Wien Energie）、當地網(wǎng)絡(luò )提供商（Wiener Netze）和西門(mén)子共同成立的合資企業(yè)，將Aspern當做一間用于技術(shù)創(chuàng )新的“富有生命力的實(shí)驗室”。為此，西門(mén)子名副其實(shí)地讓*的三維數字化技術(shù)飛上了天。

Claudia Windisch是西門(mén)子中央研究院Videoanalytics研究小組的負責人，她說(shuō)：“將近三年來(lái)，我們一直在CONSTRUCT（建筑工地監測研究項目）框架下，研制民用無(wú)人駕駛飛行器。這些用于拍攝并分析建筑工地現場(chǎng)情況的無(wú)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區及其他地方，對這項用于監測施工進(jìn)度的空中數字技術(shù)進(jìn)行測試。Windisch解釋道：“我們使用了GPS來(lái)設定飛行航線(xiàn)。操作者可密切觀(guān)察飛行器的情況，以便在出現問(wèn)題時(shí)及時(shí)干預。然而，操作者有時(shí)也不得不對飛行器進(jìn)行控制，譬如，在對一面幕墻進(jìn)行拍照時(shí)。”利用大量大面積重疊的建筑物航拍圖片，可以生成現場(chǎng)的三維模型。

研究人員正在研制一個(gè)能在飛行器的飛行過(guò)程中，生成并持續更新三維模型，且能在問(wèn)題區域標注色碼的系統，以便為操作者提供支持。這個(gè)系統要求拍攝更多圖片，以達到生成精確模型所需的重疊程度。Windisch解釋道：“如今，大多數建筑設計都采用了三維技術(shù)，因此，在三維系統中對實(shí)際數據和設計數據進(jìn)行比對，不啻為明智之舉。如果將時(shí)間軸納入考慮，甚至可以說(shuō)，我們研制的是四維技術(shù)。借助這項技術(shù)，我們可以確定施工進(jìn)度，以及任何偏離計劃的情況。然而，由于目前駐場(chǎng)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區使用三維模型，來(lái)生成實(shí)際現場(chǎng)的二維圖形?？梢詫鹘y二維CAD設計圖，重疊在所生成的二維圖形上，然后進(jìn)行比對。”

未來(lái)，將進(jìn)一步優(yōu)化這個(gè)過(guò)程，以實(shí)現自動(dòng)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(shí)際結果之間的偏差。偏差包括缺了窗戶(hù)或者墻沒(méi)有對齊等。Windisch說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的技術(shù)能夠簡(jiǎn)便、快速地檢測出設計與實(shí)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(wú)需派檢查員親自前往可能存在危險且難以到達的區域――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(shù)的眾多潛在應用領(lǐng)域之一。譬如，Windisch的團隊已經(jīng)執行了不計其數的無(wú)人駕駛飛行器飛過(guò)工廠(chǎng)車(chē)間的任務(wù)——經(jīng)翻新和現代化改造后，工廠(chǎng)車(chē)間的實(shí)際情況往往與初的建筑設計有所不同。