边缘计算与人工智能如何促进城市数码基建及优质生活。

香港特区政府雄心勃勃的香港智慧城市蓝图罗列了一系列远大的目标 — 由智慧运输到智慧环境以至智慧经济 — 都是为了把香港由驰名的都会转型为世界级的智慧城市。曹建农教授正带领着理大团队进行一系列研究，以协助实现这个愿景。

最具智慧的城市不一定要有最多的技术装置，但却要巧妙地善用科技，从而改善机构的效率和市民的生活质素。大部分智慧城市的发展均依赖云端连系及物联网技术，来提供处理海量数据所需的基建及延展性。然而，理大人工智能物联网研究院（Research Institute for Artificial Intelligence of Things, RIAIoT）院长曹建农教授指出，这样并不足以应付正在涌现和行将普及的智慧城市应用方案。

边缘计算愈加受到重视

在香港工程科学院最近一个名为 “协同边缘计算实现人工智能普及化” 的技术讲座上，曹教授指出： “云端运算是把所有从终端设备收集得来的数据，上传到数据中心的云端伺服器上进行计算和执行应用程式。这样需要耗用网络频宽，处理数据亦有延迟，而且引起用户对私隐的关注。” 

他说： “目前集中化的技术架构会导致系统及应用程式出现瓶颈。 自2021年以来，边缘计算已是大势所趋，现时真正需要着力的重点在 于边缘。” 

 “边缘计算把计算程序向外伸延至基站、边缘伺服器及网络周边的网关。把计算工作从资源有限的物联网设备卸载到更强力和资源更丰富的边缘节点，既能节省成本，又能得到即时结果，以及保障私隐。” 

就智慧城市而言，真正改变游戏规则的是边缘人工智能；它让分布的物联网设备，利用内置的人工智能模型，自动分析数据，并作出智能的决定。一方面，物联网感应器及设备会收集数据；另一方面，具备人工智能分析能力的网络边缘节点能辨识模式、作出预测、综合数据流，并且提高数据质素。

 “在这情况下，人工智能运算是在用户附近的边缘进行，接近数据储存的位置和使用的地方；它什至不用连系网络。” 曹教授说： “透过在边缘设备中糅合物联网及人工智能技术，智慧城市将能变得更具智慧。” 

实际应用

由于边缘人工智能处理数据时网络延迟极低，更可作出明智的决定，能 为改善都市发展的持续性及人类生活质素，缔造崭新的可能性。

其中一个最新例子是低成本非入侵性食物鲜度监测应用程式；只需使用一般的智能电话相机，便可即时判断东西是否可食用或已变质。用户 只需简单拍摄一幅食物照片，然后无线上载到边缘人工智能模型上，系统便会利用影像对影像翻译及 “生成对抗网络” 技术，把一个普通的RGB 影像转换成HSI格式，以便作高解像度影像处理，系统继而会分析那些详尽的影像数据，判断有关食物的新鲜程度；其准确度达90-92%。

由曹教授及其团队研发的HearLiquid 应用程式是一项更上一层楼的发明；系统能为用家分辨一瓶酒的真伪。应用程式会利用智能电话的扬声器及传声器，传递一个 声波脉冲穿透酒瓶，继而捕捉相应的回音。之后，人工智能边缘模型会处理有关结果，在数秒间确切告知是真是假，准确度达 92-95%。

 

其他应用包括边缘人工智能即时录像分析，可透过部署在医院边缘节点上的人工智能模型，在私隐得到保障的情况下，即时监测重要的行为，如手部衞生，及侦测常见的危 险，如病人跌倒的情况。

边缘人工智能驱动的自动管道机器人

边缘人工智能正改变我们何时何地 及如何使用机器人。曹教授及其人工智能物联网研究院团队最近便展示了一个由边缘人工智能驱动的崭 新机器人。发明是专为自动检查重要地下管道而设，如排污渠和雨水道。

这个流动性极高的六轮装置配备一部高解像度相机和一支搜索灯，能轻易穿梭于横向及垂直的管道之中。 上一代的检测无人机尚要与数据中心连系通讯，人工智能物联网研究院这个设计却是全自动化。

曹教授解释： “在机器人一端处理和控制所有数据，让我们能够以精密的机器学习智能取代人手侦测，自动辨识缺损，并予以分类。因此，目前我们的机器人能更方便、聪明和有效地检查管道。” 

协同边缘计算

新兴的先进应用程式要求边缘有更强劲的运算能力，对即时回应及智能也有更高要求。曹教授及人工智能物联网研究院的研究员现正开发下一代智能物联网方案，目标是为建立连系紧密的智慧城市清除障碍。

其中一个最具前景的发展是协同边缘计算，它集云端、边缘及终端技术于一身，支援智慧物联网应用。 曹教授及其团队正推动有关的智慧城市应用方案，如自动车、工业物联网及元宇宙。他们的研究名为 “实现智慧城市方案的高性能协同边缘计算 — 架构与方法” 。项目旨在处理多个重大挑战，包括大型资源管理、效能保证的任务调度、资源优化的边缘人工智能，以及安全可靠的数据共享。

曹教授解释说： “这个项目的目标是要建立一个新颖的智慧城市计算基建，背后由协同边缘计算所支持，当中技术包括边云协作、具城市规模的边缘网络部署及内置人工智能的服务。” 

目前所倡议的包括一项名为 “有效调度综合云端边缘及终端计算能力，实现人工智能应用方案” 的研究。当中提出了一个系统架构，透过管理和编排综合云端边缘及终端计算能力，支援需要庞大资源及不容延误的人工智能应用程式，为建设国家级的计算网络作出贡献。

近日， “大型语言模型” 成为城中热话，预期技术在智能物联网应用上将大有可为。然而，目前的大型语言模型非常依赖云端连系，把它应用于混杂式的边缘设备十分困难。曹教授的团队正利用协同边缘计算，开发一个一般性的边缘大型语言模型推论架构。

他补充说： “我们在人工智能物联网研究院的工作，将促进新兴的先进智慧城市应用方案在香港蓬勃发展，并让我们的城市得以先拔头筹，拥有崭新的计算基建。” 

曹建农教授

• 研究生院院长

• 潘乐陶慈善基金数据科学教授

• 分布式及移动计算讲座教授

• 人工智能物联网研究院院长

• 大数据分析中心实验室院长