文/佟松龄 丁凯瑞 梅雨 路翔宇

（中国人民大学附属中学 北京市 100080）

1 引言

20世纪70年代，物理学家O'Neill证明了通过建立太空城市实现太空移民的物理可行性和经济意义，指出太空城市可能成为发展技术文明的极佳位置。相关资料显示，未来太空城市作为一个具有充足居住空间的巨型航天器，可为10万亿甚至更多居民提供住所。由于人们逐渐意识到向太空移民要比在地球上争夺有限的资源更具吸引力，太空移民构想和太空城市设计方案成为各国航天局关注的焦点。太空城市设计是一个复杂的系统，通常涉及整体架构、基础设施和运营、人居环境、自动化设计和服务、商业发展等诸多方面，大量文献从不同层面进行探索，已经取得了很多相关研究成果。与此同时，随着人工智能(AI)技术的飞速发展，人工智能城市的概念日益兴盛。由于智能城市系统可以极大地改善人们的生活，世界各国政府都在积极推行智能城市战略，以实现城市升级。然而，由于“软规划”、建设标准不统一，以及各种不可控因素造成系统错误等问题的存在，智能城市的发展仍然面临诸多挑战。在这样的背景下，本文创新性地提出将太空城市和智能城市的建设理念结合起来的构想，以期为在太空城市建设中尝试使用人工智能技术对城市运行核心系统的关键信息进行感知、分析和整合，智能地响应民生、公共安全、城市服务、工商活动等各种需求，同时利用空间聚落的环境优势，解决当前在地球上建设智能城市的问题提供创新路径。

2 智能城市的基本要素

智能城市是一个庞大而复杂的系统，由技术、人力和资源等多种因素组成，通过社会的形成紧密联系在一起。技术、人力和资源共同构成了一系列的子系统，如能源系统、通信系统、交通系统、社区、经济等。技术可以推动整个系统的创新，从而实现数字城市、虚拟城市、信息城市、智能城市、泛在城市和认知智能城市的目标。人力是智能城市创新与建设的核心要素。人们对智能城市的需求不仅是推动经济发展的因素，也是促进人们精神感受实现的因素，例如生活环境、学习环境、文化环境和社会环境等。因此，智能城市最重要的特征之一是通过教育实现知识型城市发展的基本理念，以激发人们的创新精神。资源对于提高公民的整体生活质量至关重要，涵盖的范围包括公用事业、健康、交通、娱乐和政府服务。

3 建设人工智能太空城市的优势

近年来，在地球上建设智能城市的效果不佳，常常受到各种无法控制的客观因素的严重影响。与在地球上建设智能城市相比，建设人工智能太空城市具有以下突出优势：

（1）太空城市人口较少，面积较小，建设总成本远低于地球智慧城市。

（2）太空城市是一个相对封闭的系统，人员流动少，有助于建设构思的更好实施。

（3）太空城市居民经过严格挑选，大多受过良好教育，有能力迅速适应智能生活，将提供未来社会结构的很好样本。

（4）太空城市系统的复杂性远低于地球城市系统，将使各个子系统之间的协调调度更加容易。

（5）中央系统对空间聚落的天气条件进行监测和控制，可使偶然因素减少，从而避免当前地球智能城市建设中存在的技术难题，同时减少发生系统错误的可能性。

4 太空城市的人工智能核心系统

在太空智能城市中，人工智能技术与居民生活紧密相连。中央人工智能核心直接控制两个子系统：智能监控系统和智能配电系统。

中央人工智能核心是城市的大脑，制定整体计划并发出命令。两个子系统接收订单，处理订单，并将其发送给个人人工智能网络。不同领域可以通过合作相互协调，实现目标，为太空城市公民打造美好的生活。

智能监控系统遍布太空智能城市，通过图像识别、模式识别、计算机视觉和视频分析从重要区域监视器中提取有用信息，旨在实现实时监控，确保操作安全平稳。如果信息偏离标准，将触发警报，并被发送到控制中心，反馈给工作人员。传感器和警报器安装在公共场所和居民家中，同时设立额外的监督系统。所有设备和机器人都附在中央计算机上。中央计算机帮助处理所有实时数据并给出相应的指令。构建监督系统的特殊材料自动向中央计算机报告可能发生损坏的区域，机器人快速被分配到这些区域解决问题。

智能配电系统主要用于物流和能源的分配，包括收集物流和能源实时数据的监控器、配送中心和AI机器人等。作为系统的关键组成部分，配送中心通过处理机器人的数据来分配物流。此外，它还可以决定将来所需能源以及获取方式。而作为智能物流云平台和数字枢纽，云计算技术和物联网在这种情况下均适用。显然，使用智能分配系统等技术，可以获得更快的数据处理速度，提高经济效率，节省成本。而且，它可以确保分配的最大合理性，这在资源有限的太空中尤其重要。此外，系统可以不断改进，直至达到效率和公平的目标。

5 人工智能在太空城市各领域中的具体应用

5.1 人工智能在交通领域的应用

人工智能在未来太空城市交通领域的应用主要体现在人脸识别技术与智能机器人（虚拟助理）方面。在居民乘坐地铁、公共汽车或骑行自行车时，可以使用人脸识别技术统计距离和或时间，并在居民账户上自动进行支付。在这个过程中，可以根据人工智能获取的实时客流等数据进行统计和计算，进而调配公共交通的工作时间、工作密度和空间分布，适应居民需求的同时减少能源消耗。此外，在公交站点、车厢和自行车指定区域，可以配置一定量的智能机器人，用以搬运、呼叫、清洁、咨询等服务，可以促使乘客享受更舒适的通勤环境。

5.2 人工智能在物流领域的应用

人工智能在物流领域的应用主要体现在仓库和配送管理的全方位智能化。在仓库管理中使用机器人检验系统和AS/RS系统。机器人检验系统主要由扫描仪和用于移动货物的机械臂组成，扫描仪不仅可以读取二维码，而且内置红外光视觉系统和视频记录系统，可以对所有进出货物进行完好情况检查，并将相关信息传递给配送中心、发送方和接收方。机械臂则辅助将货物放置在仓库内的不同位置或不同的货物运输位置。仓库内部使用AS/RS系统，与传统的存储方式相比，具有更高的效率和更低的成本。配送中心构建智能物流云平台和数字枢纽，应用云计算和物联网技术，通过处理来自机器人的数据分配物流，并由机器人根据配送订单交付货物，GIS地址匹配技术可以确保快速送达和路线合理。在物流系统的运作过程中，通过使用AI学习，基于历史数据，可以实现仓库和配送管理的持续改进和不断优化。

5.3 人工智能在家居领域的应用

家居环境由传感器、人工智能控制中心、空气调节器、加湿器和其他电器组成，负责控制温度、湿度、安全、水和电等。在智能监控系统的控制下，室内环境将处于相对稳定的状态。在保证健康和安全的基础上，居民也可根据个人需要进行调节。人工智能机器人可以扮演智能房屋管家的角色。应用语音识别技术和图像识别技术，可以实现人与机器人之间的人机对话，使人工智能机器人能够像人一样进行交流。通过深度学习，人工智能机器人可以高效处理基本家务，扮演“私人医生”角色监测居民健康情况，帮助居民组织管理生活。

5.4 人工智能在农业和食品加工领域的应用

人工智能监测系统随时监控温度、湿度、二氧化碳浓度和光照效果，给予农作物最好的生长环境。采摘机器人首先通过图像识别技术辨别成熟度，继而在传感器发送信号给主要控制面板，最终由红外远程操纵器全程控制采摘、分拣和包装等一系列工作。在食品生产环节，植物工厂利用大数据技术和相关算法确定种植种类和数量，高层牧场采用半自动化人工智能监控系统完成动物饲养。人工智能监控与配送系统可以科学调控离子营养液、杀菌、输送和回收。食物主要由食堂供应，食堂由机器人进行烹饪。人工智能控制系统将设计菜肴和控制烹饪机器人，并适当在食品中添加维生素、黄酮类化合物、甲基黄嘌呤等抗辐射药物。

5.5 人工智能在医疗领域的应用

人工智能在太空城市医疗领域的应用涉及医院运营、医患匹配、病情诊断、治疗过程和病后护理等很多方面，可以达到传统方法不易实现的效率和准确性。人工智能可以跟踪药物和医疗设备的使用情况，最大限度地利用药物和设备，自动结算医疗收入和支出，发现欺诈、滥用和浪费行为。人工智能系统还可以通过识别医生和患者信息，快速实现医患的最佳匹配和医生诊疗时间的高效合理分配。在诊断过程，可在每个咨询室设诊断系统，通过数据库搜索、最新技术和药物搜索和资源共享，实现人工智能辅助医生诊断。在治疗阶段，人工智能可广泛应用于影像分析、外科手术辅助、风险预估和方案评价等方面，以提高确诊和手术准确性，减轻医生工作强度并提高整体工作效率。此外，可以在病房中安排护理机器人，完成日常医疗护理工作，例如定期测量患者体温、安排患者吃药和各种特殊治疗、记录患者并发症等。总之，我们可以通过人工智能在空间站医疗领域的使用，为人们提供最佳的医疗条件。

5.6 人工智能在安防领域的应用

人脸识别系统是实时保障社会安全的有效手段，具有高效处理大量数据，端到端解决问题，实时反馈的优势。大数据分析被用于全面评估太空城各项指标，帮助太空城平稳运行。安防机器人具有高度敏捷性，在太空城中担任巡逻任务，并且与总部联网以便及时反馈情报。太空城还拥有强有力的网络安防系统：智能入侵检测系统借助人工智能中的模糊信息识别等技术，提升入侵检测效率，并且可以最大程度抵御各方病毒入侵带来的潜在威胁。智能防火墙可以自行分析和处理数据，有效拦截有害数据流，保障网络环境安全。在关注社会安全的同时，居民现实和网络隐私保护得到最大程度兼顾。

5.7 人工智能在学园中的应用

结合现有“大学城”的聚落形式，可以建设“学园”作为太空城市中履行教育和学术研究功能的设施。学园教育体系包括初等教育、高等教育和职业教育三个阶段，通过人工智能赋能教育使学习效果得到最大限度提升。研究机构设立专家系统，利用人工智能对于数据的集中研析和大量的数据基础提供有效决策。基于太空智能城市对于人工智能大规模的应用，人工智能也将在学园同时进行机器学习，以取得相辅相成的效果。同时在学园中设置监测反馈系统进行总体操作控制，学园为该系统提供积极的技术和人员支持。

5.8 人工智能在心理健康领域的应用

由于空间站是一个相对狭窄的空间，独特的地理特征和生活方式可能导致居民产生各种心理问题，可以通过建立人工智能赋能的心理健康中心系统检查居民的心理状况并处理居民的心理问题。在这个系统中，专业的心理学家和人工智能机器人可以为居民提供安全有效的心理咨询。同时，该系统汇集的大数据可用于分析空间站居民的整体心理状况，以帮助政府改善人们的幸福感，避免太空危机。

5.9 人工智能在立法中的应用

基于太空智能城市上复杂的人员组成，需要创立一套符合所有人员需求的法律体系，以缓和文化、种族差异可能导致的冲突。国际法将成为该套法律的主体，居民可以通过网络平台对法律提出建议，随后应用人工智能技术对这些建议进行分析和反馈，进而对立法进行调整和修正。人工智能将成为主要执法者，借助其能排除情感因素干扰的优势条件，使用深度学习和大数据技术进行法律裁决，与政府相配合，实现太空城市中最大限度的社会公平。有了理性和准确的人工智能助手，政府和司法法院将获得公民的更大信任。

6 结论

综上可见，在太空城市建设中应用人工智能技术，可以通过智能监控和智能配电两大核心控制系统，实现交通运行、调配、预警的智能管理，保证物流自动存储和智能分配的高效完成，促进家居环境、家居机器人与人的交互应用，完善食物生产、养殖、采摘加工的智能控制，发挥协调医患匹配、协助诊断治疗、提升护理服务的辅助医疗职能，提高安防管理的智能化水平，通过机器学习和智能反馈提升学习效果，利用智能在线健康中心聚焦和解决居民心理健康问题，应用深度学习和大数据保证法律体系运行的公平公正。建设人工智能赋能下的太空城市是一种创新构思，希望相关实践尝试和探索可为未来地球智慧城市的普遍建设提供经验借鉴。