项目9 前沿信息技术 教学课件 - 中职《信息技术基础与应用（Windows 10+ Office 2016）》（北京理工大学出版社）

任务9.1 人工智能 1 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 2 1 知识指导 3 知识指导 1.人工智能是什么？ 1950年，人工智能之父艾伦•图灵定义：如果一台机器能够与人类展开对话，而不能辨别出它是机器，那么称这台机器具有智能。 人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。 人工智能是计算机科学的一个分支，主要研究机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能是一门极富挑战性的科学，从事这项工作的人必须懂得计算机知识，心理学和哲学。 4 知识指导 2.人工智能的发展历程 1950年，图灵来到曼彻斯特大学任教，同时还担任该大学自动计算机项目的负责人。就在这一年的十月，他又发表了另一篇题为《机器能思考吗？》的论文，成为划时代之作。也正是这篇文章，为图灵赢得了一顶桂冠——“人工智能之父”。 1956年，在达特茅斯学院，科学家们确立了人工智能为研究学科，AI诞生。 1955年—1974年，第一次发展高潮。 1974年—1980年，第一次寒冬。 1980年—1987年，第二次发展高潮。 1987年—1993年，第二次寒冬。 1993年至今，第三次发展高潮。 人工智能的主要事件 1950年，图灵测试诞生。 1997年，IBM的国际象棋机器人战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。 2006年，深度学习之父，图灵奖获得者 Hinton 提出了深度学习神经网络。 2016年，谷歌AlphaGo以4：1的总比分打败韩国职业九段围棋冠军李世石。 5 知识指导 3.人工智能的应用 人工智能的应用已经非常的广泛，包括我们现在常见的手机和APP，各种智能穿戴设备，还有医疗教育、金融行业、重工制造业等等。给社会服务提供了极大的便捷性。 现在,人工智能的应用遍布在我们的生活中，例如： （1）人脸识别技术。人脸识别技术是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。人脸识别系统通过提取身份证内的头像信息与现场拍摄到的持证人脸部信息进行对比，快速识别出证件与持证人是否一致，识别率高达99%以上。从而使人证合一，杜绝效用成为可能。主要应用于门禁、考勤等各种身份识别验证领域。 日常生活中，人证合一刷脸验证系统已经广泛用于高铁站、机场等场所，极大地方便了人们出行。 6 知识指导 （2）无人驾驶技术。无人驾驶汽车技术发展迅速。顾名思义，无人驾驶是指不需要人的操作，而是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。这种汽车称为智能汽车。另外，高铁、地铁、飞机等采用了无人驾驶技术，这些是驾驶在限定的铁路或是航道上。 （3）机器人与智能家居。智能扫地机器人是一种常见的智能家用电器，它能自动在房间内完成地板的清理工作。一般来说，将完成清扫、吸尘 、擦地工作的机器人 ，统一称为智能扫地机器人。智能扫地机器人的发展方向，将是采用更加高级的人工智能技术，实现更好的清扫效果、更高的清扫效率、更大的清扫面积。此外，家居系统中还有智能电视，智能门锁，智能空调等产品。 7 知识指导 （4）智能的个人助理。华为手机的小艺、苹果手机的Siri、三星手机的Bixby，小米中的小爱同学等，都是运用语音识别技术，然后执行任务。其中，小艺是华为推出的面向终端用户的智慧助手，既可以实现语音启动应用及服务，也可以实现多轮对话获取信息发布指令。2019年，华为AI能力再进化，EMUI10小艺从语音助手全面进化为智慧助手，配合智慧视觉HiVision，将手机已有的视觉、听觉、触觉AI能力全面融合，带来全新的智慧交互体验，同时在语音、视觉等基础能力上也持续提升，给用户提供更好的升级体验。 （5）打车服务。打车软件系统有智能检测，会自动的评估和测距，将你的位置发送给车主，车主会在最短的时间赶到你的位置。打车软件是一种智能手机应用，乘客可以便捷地通过手机发布打车信息，并立即和抢单司机直接沟通，大大提高了打车效率，对传统打车服务业产生了颠覆作用。其中的一个代表是滴滴打车，它成功地塑造了人们的出行习惯和出行方式。 8 知识指导 （6）电子导航地图。电子导航地图，也称为数字地图，是一套用于在GPS设备上导航的软件。主要功能包括路径规划和导航。电子导航地图从组成形式上看，由道路、背景、注记和POI组成，当然还可以有很多的特色内容，比如3D路口实景放大图、三维建筑物等，都可以算做电子导航地图的特色部分。从功能表现上来看，电子导航地图需要有定位显示、索引、路径计算、引导的功能。百度地图、高德地图、凯立德、腾讯地图是较为常见的导航地图。导航系统能够智能地分析路况，提醒驾驶员避开堵车，并指引顺利到达目的地。 （7）智能仓储物流系统。该系统通常是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库输送系统、信息识别系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他辅助设备组成的智能化系统。采用集成化物流理念设计，通过控制、总线、通讯和信息技术应用，协调各类设备动作实现自动出入库作业。智能物流仓储系统是智能制造工业4.0快速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、避免货物损坏或遗失、消除差错、提供仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提供物流效率等诸多优点。京东智能物流仓储系统是其中的一个代表，在用户下单之后，系统能够自动分发货物，将货物分送给仓储中心相应的区域，大大提高了物流的速度。 9 知识指导 6.人工智能未来的发展前景 根据中国电子学会的统计：2018年全年，全球人工智能核心产业市场规模超过555.7亿美元，相较于2017年同比增长50.2%。数据显示，全球人工智能的发展呈现三足鼎立之势，主要集中在美国、欧洲、中国。中国在人工智能领域的投融资占到了全球的60%，人工智能行业的企业总数达到670家，占全球的11.2%。我国是全球人工智能专利布局最多的国家。 未来，人工智能将成为新一轮产业变革的核心驱动力，将持续探索新一代人工智能应用场景，将重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，必将催生出更多的新技术、新产品、新产业。 10 任务9.2区块链 11 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 12 1 知识指导 13 知识指导 1. 区块链是什么？ 区块链（Blockchain）是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序，将数据区块以顺序相连的方式，组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。 比特币是区块链的一个具体应用。区块链本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。 14 知识指导 2.区块链的发展阶段 区块链技术的发展大致经历了三个阶段，一是支持比特币等数字货币的区块链1.0阶段；二是用智能合约实现对数字货币外多应用场景支持的区块链2.0阶段；三是“区块链+”的3.0阶段。区块链能够提高规模大、分散性强、敏感性高的数据的处理效率。因此，区块链技术得到政府、监管机关及市场机构的重视，并投入大量资源对区块链技术及其应用进行深入研究。2019年1月10日，国家互联网信息办公室发布《区块链信息服务管理规定》，自2019年2月15日起施行。 15 知识指导 3.区块链的典型应用领域 （1）医疗保健行业。基于区块链的患者识别系统可以避免健康记录与患者错配的问题。医疗行业通常是数据泄露问题较多的行业，其数据包括患者、医生和医疗记录等敏感信息。去中心化系统可保护数据免受本地节点的攻击。基于区块链的系统还将使医院和患者之间的数据共享更安全更快捷。 （2）保险行业。据调查，世界范围内有超过半数的保险公司高层，已经认识到了区块链技术对于保险行业的重要性。微软、IBM、甲骨文、阿里巴巴、腾讯等IT巨头企业已经开始在区块链领域布局，有些甚至已推出基于区块链技术的产品或服务。目前区块链在国内外保险行业的主要应用于航延险、失业保险、互助保险、航运保险等。 16 知识指导 （3）电信行业。由国内三大通信运营商中国电信、中国移动、中国联通联合主导发布的全球首个区块链电信行业应用白皮书《区块链电信行业应用白皮书（1.0版）》详细调研了区块链在电信行业的应用前景和发展现状。提出了典型应用场景，分别是电信设备管理、动态频谱管理与共享、数字身份认证、数据流通与共享、物联网应用、云网融合应用、多接入边缘计算（MEC）等，为通信行业发展区块链业务提供了指引。区块链的引入将给电信业带来新的增长机会，并使电信行业更加安全和透明。 （4）网络安全。区块链系统本身具有安全体系，可以用于网络安全领域，具有广阔应用前景，尤其是在身份认证、访问控制、数据保护方面可发挥重要作用。 4. 区块链的发展前景 根据Gartner（顾能公司）的预测，到2025年，区块链技术的市场价值将达到1760亿美元的规模，到2030年将达到3.1万亿美元的规模。区块链技术被其列为未来5—10年具有变革性影响的科技。 17 任务9.3云计算 18 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 19 1 知识指导 20 知识指导 1.云计算是什么？ 维基百科是这样描述的，云计算（cloud computing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。 云计算是一种资源交付和使用模式，指通过云获得应用所需的计算资源（硬件、平台、软件）。在计算机网络拓扑图中，互联网通常表达成“云”的形状，也就是说“云”是指互联网。“云”中的计算资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取。这种特性经常被比喻为像水电一样使用硬件资源，按需购买和使用。 21 知识指导 2.云计算的发展历程 1956年，Christopher Strachey发表了一篇有关于虚拟化的论文，正式提出虚拟化。虚拟化是云计算基础架构的核心，是云计算发展的基础。  2006年8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SESSanJose2006）首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。这是云计算发展史上第一次正式地提出这一概念。  2007年以来，“云计算”成为了计算机领域重要的研究方向。互联网技术和IT服务出现了新的模式，引发了一场变革。  2008年，微软发布其公共云计算平台（Windows Azure Platform）。国内外许多大型网络公司纷纷加入云计算的阵列。  2009年1月，阿里软件在江苏南京建立首个“电子商务云计算中心”。同年11月，中国移动云计算平台“大云”计划启动。到现阶段，云计算已经发展到较为成熟的阶段。   2019年10月，国务院发展研究中心国际技术经济研究所主办了“中国智能化转型与技术创新高层研讨会”，正式对外发布《中国云计算产业发展白皮书》。 22 知识指导 全球数字经济蓬勃发展，云计算作为数字经济基础设施被赋予新的使命。云计算不仅仅是实现IT资源池化、提升性能、降低成本和简化管理的工具，更重要的是为产业数字化转型提供丰富的服务。世界主要国家已充分认识到云计算的基础作用，纷纷加大对云计算产业的扶植力度，出台一系列政策措施和规划推动本国云产业发展，进而驱动数字经济持续发展。 2008年全球金融危机爆发，美国政府开始正视经济过度依赖服务业等第三产业所带来的后果，重新重视制造业，并出台了一系列措施。美国政府推动制造业企业将云计算、大数据和传感控制等技术应用于大量制造场景中，从而促进制造业的数字化转型。 在德国制造业转型升级的过程中，云计算起到了至关重要作用，赋能新型制造系统改变既有生产方式，大幅提升了德国制造业的生产效率，从而带动德国制造业价值链升级。 23 知识指导 在中国，在政府、产业的双重推动下，云计算技术得到迅速推广。中国信息通信研究院、IDC等研究机构发布的数据显示，2018年中国云计算产业规模达到962.8亿元人民币。从区域角度来看，华北、华东、华南是中国云计算产业的发展的主导区域。主要是因为这些区域集中了中国主要的互联网企业和金融、消费品、制造等行业用户，其中，华北地区份额最高，占23.1%。从行业角度来看，中国云计算的主要用户集中在互联网、交通、物流、金融、电信、政府等领域。近年来，各行业的数据量激增，更多领域开始利用云计算技术挖掘数据价值。因此，值得留意的一个现象是，尽管互联网行业仍然是云计算产业的主流应用行业，但是交通物流、金融、制造、政府等行业、领域的云计算应用水平正在快速提高，占据更重要的市场地位。如果我们将之前以互联网应用推动的云称为云1.0，那么现在传统政企市场推动的云则迈向了2.0阶段。 24 知识指导 从产业结构来看，云计算产业链可以分为：上游核心硬件（芯片：CPU、闪存，内存）、中游IT基础设备（服务器、存储设备、网络设备等）、下游云生态（基础平台、云原生应用等）三部分。基于这样的分类，中国云计算产业链基本情况如下。 上游核心硬件方面，在云计算领域，芯片产业仍是重中之重，处于云计算产业的上游位置，芯片的研发力直接影响着云计算产业的发展水平。而限于我国芯片产业整体发展较为薄弱的境况，我国云计算产业上游芯片的自主研发能力与发达国家相比仍有一定差距。这里的芯片包括服务器芯片和存储芯片。我国服务器芯片自主研发主要有以下几种方向：Alpha架构、ARM架构、MIPS架构、X86架构、Power架构，涌现出基于MIPS的龙芯、基于X86的兆芯、基于ARM的天津飞腾和华为鲲鹏920以及基于Alpha架构的成都申威等。基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构RISC-V也获得众多国内科技公司的关注。中国厂商在高端存储芯片领域缺少核心技术，需与国外合作。目前，紫光国芯、武汉新芯等企业已经或正在建设存储芯片工厂，进行存储芯片领域的自主研发。紫光国芯业务涉及存储芯片的设计、生产、测试以及方案构建，主要专注12英寸DRAM存储芯片的研发。福建晋华是国内较早开展存储芯片研发的企业，在福建、上海等地建有存储芯片工厂。 25 知识指导 中游IT基础设备方面，国内服务器和存储厂商大力投入研发资源，进行自主可控技术研发，以服务器领域为例，综合多家市场机构的研究结果显示，当前，除核心芯片之外，我国服务器零部件国产化率已经超过60%，这些产品的应用，带动了国内相关市场的发展，使得国内相关厂商在中国服务器和存储市场占据重要地位。 下游云生态方面，国内主要云服务提供商正通过自主研发在云生态系统建设方面不断努力。我国各行业应用绝大多数是基于Windows和X86架构运行，这些商用技术一旦被限制，会给各行业应用系统运行带来巨大风险。因此，构建开放的云生态，就成为我国云计算产业最重要、最长远的发展任务。起步比较早的是基于ARM架构开放性授权机制的生态圈建设，华为、天津飞腾等都已经在ARM指令集的发展中做出了贡献，随着华为、天津飞腾等国内厂商市场占有率不断提高，对ARM指令集发展的话语权将逐步增大，有利于通过市场实现对上层生态的影响力。 26 知识指导 3.云计算的应用领域 （1）存储云 存储云，又称云存储，是在云计算技术上发展起来的一个新的存储技术。云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。用户可以将本地的资源上传至云端上，可以在任何地方连入互联网来获取云上的资源。在国外，谷歌、微软等大型网络公司均有云存储的服务。在国内，百度云和微云则是市场占有量最大的存储云。存储云向用户提供了存储容器服务、备份服务、归档服务和记录管理服务等等，大大方便了使用者对资源的管理。 （2）医疗云 医疗云，是指在云计算、移动技术、多媒体、4G通信、大数据、以及物联网等新技术基础上，结合医疗技术，使用“云计算”来创建医疗健康服务云平台，实现了医疗资源的共享和医疗范围的扩大。因为云计算技术的运用于结合，医疗云提高医疗机构的效率，方便居民就医。像现在医院的预约挂号、电子病历、医保等等都是云计算与医疗领域结合的产物，医疗云还具有数据安全、信息共享、动态扩展、布局全国的优势。 27 知识指导 （4）教育云 教育云，实质上是指教育资源与云计算技术的一种结合。教育云可以将所需要的任何教育硬件资源虚拟化，然后将其传入互联网中，以向教育机构和学生老师提供一个方便快捷的平台。现在流行的慕课MOOC就是教育云的一种应用。MOOC指的是大规模开放的在线课程。国外MOOC的三大优秀平台为Coursera、edX以及Udacity。在国内，中国大学MOOC也是非常好的平台。在2013年10月，清华大学推出来MOOC平台——学堂在线，许多大学现已使用学堂在线开设了一些课程。 28 知识指导 5.云计算的发展前景 全球云计算市场快速平稳增长。2019年，全球云计算服务市场规模超3000亿美元，达到3556亿美元，增长16.4%。云计算产业仍处于快速发展阶段。从全球来看2020年，全球云计算服务市场规模将超4000亿美元。 据前瞻产业研究院发布的《中国云计算产业发展前景与投资战略规划分析报告》统计数据显示，2015年，中国云计算行业市场规模已达378.1亿元，并呈现逐年快速增长态势。截止至2017年，中国云计算行业市场规模增长至691.6亿元，同比增长34.3%，增速快于全球水平。前瞻产业研究院对2015-2021年中国云计算行业市场规模统计及增长情况进行了预测，到了2021中国云计算行业市场规模将增长至1858亿元左右。可见，从全球范围来看，中国云计算行业发展较快，未来发展空间较大。 29 任务9.4大数据 30 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 31 1 知识指导 32 知识指导 1.大数据是什么？ 大数据（big data）是指无法在一定时间范围内，用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。 大数据是信息化发展到一定阶段的产物。随着信息技术和人类生产生活深度融合,互联网快速普及,全球数据呈现爆发增长、海量集聚的特点,对经济发展、社会进步、国家治理、人民生活都产生了重大影响。 大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换而言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。 从技术上看，大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台的计算机进行处理，必须采用分布式架构对海量数据进行数据挖掘。大数据依托云计算的分布式处理、分布式数据库、云存储和虚拟化技术。 33 知识指导 2.大数据的发展历程 （1）上世纪末，是大数据的萌芽期，处于数据挖掘技术阶段。随着数据挖掘理论和数据库技术的成熟，一些商业智能工具和知识管理技术开始被应用。 （2）2003年-2006年是大数据发展的突破期，社交网络的流行导致大量非结构化数据出现，传统处理方法难以应对，数据处理系统、数据库架构开始重新思考。 （3）2006年-2009年，大数据形成并行计算和分布式系统，为大数据发展的成熟期。 （4）2010年以来，随着智能手机应用，数据碎片化、分布式、流媒体特征更加明显，移动数据急剧增长。 （5）2011年，麦肯锡全球研究院发布《大数据：下一个创新、竞争和生产力的前沿》。2012年，维克托·舍恩伯格《大数据时代：生活、工作与思维的大变革》宣传推广，大数据概念开始风靡全球。2012年4月19日，美国软件公司Splunk在纳斯达克成功上市，成为第一家上市的大数据处理公司。 （6）2013年5月，麦肯锡全球研究所发布了一份名为《颠覆性技术：技术改进生活、商业和全球经济》的研究报告，报告确认了未来12种新兴技术， 而大数据被喻为基石。 （7）2014年5月，美国白宫发布了2014年全球“大数据”白皮书的研究报告《大数据：抓住机遇，守护价值》。报告鼓励使用数据推动社会进步。 34 知识指导 2014年，“大数据”首次出现在中国的《政府工作报告》中。《报告》中指出，要设立新兴产业创业创新平台，在大数据等方面赶超先进，引领未来产业发展。“大数据”旋即成为国内热议词汇。 （8）2015年，国务院正式印发《促进大数据发展行动纲要》，明确推动大数据发展和应用，在未来5至10年打造精准治理、多方协作的社会治理新模式，建立运行平稳、安全高效的经济运行新机制，构建以人为本、惠及全民的民生服务新体系，开启大众创业、万众创新的创新驱动新格局，培育高端智能、新兴繁荣的产业发展新生态。这标志着大数据正式上升为国家战略。 （9）2017年1月，工信部发布了《大数据产业发展规划2016-2020年》，进一步明确了促进我国大数据产业发展的主要任务、重大工程和保障措施。《规划》以强化大数据产业创新发展能力为核心，明确了强化大数据技术产品研发、深化工业大数据创新应用、促进行业大数据应用发展、加快大数据产业主体培育、推进大数据标准体系建设、完善大数据产业支撑体系、提升大数据安全保障能力等7项任务，提出大数据关键技术及产品研发与产业化工程、大数据服务能力提升工程等8项重点工程，研究制定了推进体制机制创新、健全相关政策法规制度、加大政策扶持力度、建设多层次人才队伍、推动国际化发展等5项保障措施。 35 知识指导 3.大数据应用领域及未来发展前景 （1）电商行业 电商行业是最早利用大数据进行精准营销，它根据客户的消费习惯提前生产资料、物流管理等，有利于精细社会大生产。由于电商的数据较为集中，数据量足够大，数据种类较多，未来电商数据应用将会有更多的想象空间，包括预测流行趋势，消费趋势、地域消费特点、客户消费习惯、各种消费行为的相关度、消费热点、影响消费的重要因素等。 （2）金融行业 大数据在金融行业应用范围是比较广的，它更多应用于交易，现在很多股权的交易都是利用大数据算法进行，这些算法现在越来越多的考虑了社交媒体和网站新闻来决定在未来几秒内是买出还是卖出。 （3）医疗行业 医疗机构无论是病理报告、治愈方案还是药物报告等方面都是数据比较庞大行业，面对众多病毒、肿瘤细胞都处于不断进化的过程，诊断时会发现对疾病的确诊和治疗方案的确定是很困难的。未来，我们可以借助大数据平台收集不通病例和治疗方案，以及病人的基本特征，可以建立针对疾病特点的数据库。 36 知识指导 （4）农牧渔 大数据应用到农牧渔领域，这样可以帮助农业降低菜贱伤农的概率，也可以精准预测天气变化，帮助农民做好自然灾害的预防工作，也能够提高单位种植面积的高产出；牧农也可以根据大数据分析安排放牧范围，有效利用农场，减少动物流失；渔民也可以利用大数据安排休渔期、定位捕鱼等，同时，也能减少人员损伤。 （5）生物技术 基因技术是人类未来挑战疾病的重要武器，科学家可以借助大数据技术的应用，从而也会加快自身基因和其它动物基因的研究过程，这将是人类未来战胜疾病的重要武器之一，未来生物基因技术不但能够改良农作物，还能利用基因技术培养人类器官和消灭害虫等。 （6）改善城市 大数据还被应用改善我们日常生活的城市。例如基于城市实时交通信息、利用社交网络和天气数据来优化最新的交通情况。目前很多城市都在进行大数据的分析和试点。 37 知识指导 （7）改善安全和执法 大数据现在已经广泛应用到安全执法的过程当中。美国安全局利用大数据进行恐怖主义打击，甚至监控人们的日常生活。而企业则应用大数据技术进行防御网络攻击。警察应用大数据工具进行捕捉罪犯，信用卡公司应用大数据工具来监测欺诈性交易。 （8）传统领域 帮助农业根据环境气候土壤作物状况进行超精细化耕作；在工业生产领域全盘把握供需平衡，挖掘创新的增长点；交通领域实现智能辅助乃至无人驾驶，堵车与事故将成为历史；能源产业将实现精确预测及产量实时调控。 （9）民生领域 个人的生活数据将被实时采集上传，饮食、健康、出行、家居、医疗、购物、社交，大数据服务将被广泛运用并对用户生活质量产生革命性的提升，一切服务都将以个性化的方式为每一个“你”量身定制，为每一个行为提供基于历史数据与实时动态所产生的智能决策。 38 任务9.5物联网 39 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 40 1 知识指导 41 知识指导 1.物联网是什么？ 物联网（ IoT ，Internet of Things ）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通，如图9-10所示。 物联网又称为泛互联，意思是物物相连，万物万联。物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思，一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是基于互联网的再延伸和再扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物品，相互之间能够进行信息交换和通信。 42 知识指导 2.物联网的发展历程 1995年,比尔·盖茨在《未来之路》提及了物联网概念，但受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起人们的重视。 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 2008年11月，在北京大学举行第二届中国移动政务研讨会——知识社会与创新2.0。会上，提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。而创新2.0形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。 2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。钱大群表示，针对中国经济的状况，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。 43 知识指导 2009年8月，温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 物联网的概念已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。物联网被十二五规划列为七大战略新兴产业之一。 2013年，谷歌眼镜(GoogleGlass)发布，这是物联网和可穿戴技术的革命性进步。 2014年，亚马逊发布了Echo智能扬声器，为进军智能家居中心市场铺平了道路。 2016年，通用汽车、特斯拉和Uber进行了自动驾驶汽车测试。 2017-2019年，物联网开发变得更便宜、更容易、也更被广泛接受，从而导致整个行业掀起一股创新浪潮。自动驾驶汽车不断改进，区块链和人工智能开始融入物联网平台。 44 知识指导 物联网的关键技术包括RFID技术、传感技术、无线网络技术、人工智能和云计算技术。 （1）RFID技术是物联网中让物品“开口说话”的关键技术，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络自动采集到中央信息系统，实现物品的识别。 （2）传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感技术是一种从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的多学科交叉的现代科学与工程技术。 （3）无线网络技术为物联网中物品与人的无障碍交流提供数据传输媒介。无线网络既包括远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括近距离的蓝牙技术和红外技术。 （4）人工智能技术主要负责将物品“讲话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理。 （5）云计算平台是物联网的“大脑”。物联网中，终端的计算和存储能力有限，需要云计算平台实现对海量数据的存储与计算。 45 知识指导 3.物联网的应用领域 《2018物联网行业应用研究报告》整理了物联网产业的发展，其中涉及的应用领域有物流、交通、安防、能源、医疗、建筑、制造、家居、零售和农业。 （1）智慧交通。物联网与交通的结合主要体现在人、车、路的紧密结合，使得交通环境得到改善，交通安全得到保障，资源利用率在一定程度上也得到提高。典型应用包括智能公交车、共享单车、车联网、充电桩监测、智能红绿灯、智慧停车等。 （2）智慧物流。物联网主要用于仓储、运输监测、快递终端。结合物联网技术，可以监测货物的温湿度和运输车辆的位置、状态、油耗、速度等。从运输效率来看，物流行业的智能化水平得到了提高。 （3）智能安防。智能安防可以利用设备减少对人员的依赖。其典型应用是智能安防系统，主要功能包括门禁、报警、监控等。 （4）能源环保。物联网技术广泛应用于水能、电能、燃气、路灯、井盖、垃圾桶这类环保装置。比如，智慧井盖可以监测水位，智能水电表可以远程获取读数。将水、电、光能设备联网，可以提高利用率，减少不必的损耗。 46 知识指导 （5）智慧医疗。可穿戴设备通过传感器可以监测人的心跳频率、体力消耗、血压高低。利用RFID技术可以监控医疗设备、医疗用品，实现医院的可视化、数字化。 （6）智能建筑。智慧建筑对建筑设备感知，可以节约能源，同时减少运维的人员成本，主要包括用电照明、消防监测、智慧电梯、楼宇监测等应用。 　　 （7）无人零售。零售与物联网的结合体现在无人便利店和自动售货机。智能零售将售货机、便利店做数字化处理，形成无人零售的模式。 （8）家居。在智能家居行业，利用物联网技术，可以监测家居产品的位置、状态、变化，进行分析反馈。 （9）智能制造。物联网与制造结合，主要是数字化、智能化的工厂，常见的有机械设备监控和环境监控。 （10）智慧农业。在农业种植方面，利用传感器、摄像头、卫星来促进农作物和机械装备的数字化发展。温湿度传感器能准确感知周围环境的温度和湿度情况，可用手机APP随时观察。在畜牧养殖方面，通过耳标、可穿戴设备、摄像头来收集数据，然后分析并使用算法判断畜禽的状况，精准管理畜禽的健康、喂养、位置等信息。 47 知识指导 5.物联网的发展趋势 “十三五”时期，是我国实现物联网“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段。工业和信息化部的统计数据显示，2015年，中国物联网产业规模已超过7500亿，“十二五”期间年复合增长率达到25%，公众网络机器到机器（M2M）连接数突破1亿，已成为全球最大市场，占比高达31%。预计到2020年，我国物联网潜在收入规模将达1.5万亿。 伴随着物联网技术、终端和应用的跨越式发展，巨大的市场空间与经济效益进一步展现。物联网正在推动着一场万物互联时代的新浪潮。物联网发展所需的存储、传感和通信技术越来越便宜，物联网应用将得到更加快速的发展。换名话说，物联网技术的进步直接带动各项科技成本的快速下降，将使物联网大范围应用成为必然。据预测，到2035年，中国的物联网终端数量将达到数千亿个。可见，我国物联网的发展前景十分广阔。 48 任务9.6 5G技术 49 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 50 1 知识指导 51 知识指导 5G技术是什么？ 5G是第五代移动通信技术的简称，是最新一代蜂窝移动通信技术，也是即2G、3G和4G系统之后的延伸，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接，5G网络的峰值理论传输速度可达每8秒1GB，比4G网络的传输速度快数百倍。 举例来说，一部1GB的电影可以在8秒之内下载完成。随着5G技术的诞生，用智能终端分享3D电影，游戏以及超高画质(UHD)节目的时代正在来临。5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G网络将来支持的设备远远不止是智能手机，它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备等等。 52 知识指导 2. 5G技术的发展历程 2013年2月，欧盟宣布，将拨款5000万欧元，加快5G移动技术的发展。 2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。 2017年11月15日，工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》。 2018年2月23日，沃达丰和华为宣布，在西班牙合作采用非独立的3GPP5G新无线标准和Sub6GHz频段完成了全球首个5G通话测试。 2018年2月27日，华为在MWC2018大展上发布首款3GPP标准5G商用芯片巴龙5G01和5G商用终端，支持全球主流5G频段，理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。 2018年6月13日，3GPP5GNR标准SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSGRAN全会正式完成并发布，这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉。 2018年11月21日，重庆首个5G连续覆盖试验区建设完成，5G远程驾驶、5G无人机、虚拟现实等多项5G应用同时亮相。 2018年12月1日，韩国三大运营商推出5G服务，这也是新一代移动通信服务在全球首次实现商用。 2018年12月10日，工信部正式对外公布，已向中国电信、中国移动、中国联通发放5G系统中低频段试验频率使用许可。 2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。 53 知识指导 3. 5G的主要应用领域 5G网络具有大带宽、低时延、高可靠、广覆盖等特性，结合人工智能、移动边缘计算、端到端网络切片、无人机等技术，在VR/AR、超高清视频、车联网、无人机及智能制造、电力、医疗、智慧城市等领域有着广阔应用前景，5G与垂直行业融合应用，必将带来个人用户及行业客户体验的巨大变革。我们通过下面的具体应用场景来了解5G的主要应用领域。 （1）车联网与自动驾驶 车联网技术正在逐步进入自动驾驶时代。根据中国、美国、日本等国家的汽车发展规划，依托传输速率更高、时延更低的5G网络，2025年将全面实现自动驾驶汽车的量产，市场规模达到1万亿美元 。 （2）外科手术 2019年1月19日，中国一名外科医生利用5G技术，实施了全球首例远程外科手术。这名医生在福建省利用5G网络，操控48公里以外的机械臂进行手术。在手术中，外科医生通过5G网络切除了一只实验动物的肝脏，其网络延时只有0.1秒。5G网络的速度和较低的延时性首次满足了远程呈现、甚至远程手术的要求。 54 知识指导 （3）智能电网 河南高压变电站5G测试站：在国网河南省电力公司与河南移动的密切配合下，国内首个500千伏级以上高压/特高压变电站5G测试站在郑州官渡变电站建成投入使用，通过5G网络成功实现了变电站与省电力公司的远程高清视频交互。 广东5G智慧电网试点：在广州举行的中国移动全球合作伙伴大会开幕日，广东移动与南方电网、中国信息通信研究院、华为共同启动了面向商用的5G智慧电网试点。目前，已开展的智慧电网探索包括分布式配网差动保护、应急通信、配网计量、在线监测等方面。 （4）网联无人机 在上海虹口北外滩，成功实现了一场基于5G网络传输，无人机全景4K高清视频的现场直播。杭州余杭未来研创园已实现无人机利用5G网络将摄像头识别的画面传输到后台监控平台规划路径，并依靠5G实时视觉识别来确认投放点，完成物流配送。 5G网联无人机将使无人机群协同作业和7x24小时不间断工作成为可能，在农药喷洒、森林防火、大气取样、地理测绘、环境监测、电力巡检、交通巡查、物流运输、演艺直播、消费娱乐等各种行业及个人服务领域获得巨大发展空间。 55 知识指导 （5）智能工厂 5G三维扫描建模检测系统：浙江移动通过与杭汽轮集团合作，建立了5G三维扫描建模检测系统。该系统使得检测时间从2-3天降低到3-5分钟，在实现产品全量检测的基础上还建立了质量信息数据库，便于后期质量问题分析追溯。 5G航天云网接入试验：贵阳市5G实验网综合应用示范项目已完成5G创新实验室对航天云网的平台接入，通过5G网络将海量工业设备信息以超低时延实时上传到云端，实现对整个生产制造过程及设备状态情况进行实时监测。 大众5G微缩汽车流水线：德国大众公司展示了一条基于5G技术的微缩汽车组装流水线。与现有的随机监测相比，这种生产方式的准确性和可靠性大幅提升。 （6）个人AI设备 导盲头盔：华为META通过云端智能控制终端DATA实现头盔与云端平台之间的连接，可为视力障碍人群提供人脸识别，物体识别，路径规划，避障等服务。 虚拟键盘：NEC公司推出利用新型增强现实(AR)技术的ARmKeypad,允许用户借助头戴式眼镜设备和手上佩戴的智能手表来使用虚拟键盘。 智能手表：Apple、华为等主流智能手表厂商纷纷瞄准5G，积极集成各类5G应用如AR、AI监护等到新智能手表产品中。 56 知识指导 （7）智慧园区 杭州新天地5G智慧园区：2019年3月21日，“创见·未来 杭州新天地5G战略合作签约仪式”在杭州新天地举行，宣告浙江首个华为-联通5G智慧园区正式落户。 河南5G智慧物流园区：2019年4月7日，传化智联携手中国电信、华为科技、河南省工业和信息化厅签订战略合作协议，推动河南首个5G智慧物流园区——传化物流小镇5G智慧物流园区建设，预计明年将投入试运营。 首钢5G智慧园区：2018年10月，中国联通和首钢集团在首钢园区举行战略合作伙伴签约仪式，双方将携手把首钢园区打造成国内首个5G示范园区，并在建设5G产业园区、奥林匹克文化推广、冰雪运动发展等方面展开战略合作。 57 任务9.7新基站 58 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 59 1 知识指导 60 知识指导 1.什么是新基建？ 2018年12月，中央经济工作会议确定2019年重点工作任务时提出“加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”，这是新基建首次出现在中央层面的会议中。2020年4月20日，国家发改委终于给出了权威说法。新型基础设施主要包括三方面内容，一是信息基础设施，包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。二是融合基础设施，主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，比如，智能交通基础设施、智慧能源基础设施等。三是创新基础设施。主要是指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，比如，重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。 61 知识指导 2.新基建特点 疫情防控期间，新基建作用凸显，新基建投资的基础是企业在新经济模式中产生实际商业价值。新基建要踏实下来，不能浮躁，应警惕盲目投资新基建而造成大量不良资产。但是如果两个关键问题解决不好，看似美好的新基建可能变得相对空泛。若能补足这两个“关键点”，大量实施的新基建就有了用武之地。 第一个是“软性”的问题。中国的基建硬件进展很快，不代表“软性”的东西进展同样快。新基建要想利用好，需要整个社会，特别是企业领域，对数字经济有明确的认知。电子商务是典型的数字经济，相比传统商业，它有革命性的变革。通过数字化体系，所有用户对于产品的评价、用户之间的相关信用体系、参与电子商务的所有商家以及各种完善的数据体系，建立起一个完全不同的销售模式。这个模式是一系列围绕数字体系进行的系统化变革，而不是简单地把线下的东西搬到线上。 第二个是新经济的起点问题。新经济的起点在企业家手里，新基建应该为这些数字经济起点的企业提供服务。现在还有不少企业欠缺数字化思维和数字化的运营、管理、服务、市场、推广、销售、财务、税务的完整体系。当中国企业开始广泛使用数字系统提高效率的时候，新基建的数字经济应用场景就出来了。 62 任务9.8智慧家庭 63 1 目录 2 知识指导 3 4 任务实施 知识扩展 任务扩展 64 1 知识指导 65 知识指导 1.智慧家庭是什么？ 智慧家庭又称为智慧家电，以物联网为基础，依托云计算、大数据、人工智能等新一代信息化技术，构建安全、舒适、便利、智能的居家环境，实现家庭服务的智能化，以及人和家庭设施（不仅仅家电，亦可以是沙发、床铺）的双向智能互动。 智慧家庭与智能家居最明显的区别在于：智能是手段，家居是设备；智慧是思想，家庭是亲情。智能家居是用智能化的手段控制家居设备；智慧家庭则赋予传统及智能家居思想，赐其灵魂，让家中设备感知人的需求，并充分发挥主观能动性，更好地为人服务。 智慧家庭依托核心是物联网而非互联网，智慧家庭不是一件家电，而是一整套服务产品整合系统，包括健康管理、居家养老、信息服务、互动教育、智能家居、能源管理、社区服务和家庭安防等8个方面。中国电信推出了智慧家庭解决方案。 66 知识指导 2.智慧家庭应用场景 这里以中国电信智慧家庭为例，介绍三个具体的应用场景。 （1）小翼管家应用场景 通过小翼管家APP，可以对家庭网络进行管理，利用一键入云实现智能家居控制，包括对窗帘、电视、灯具、冰箱、空调等家电进行远程控制；可以实现远程服务预约和进程跟踪，以及线上支付等功能。不管用户在家还是出差在外，都可以通过APP来管理智慧生活。 （2）家庭云应用场景 用户用手机拍照并上传到家庭云，能够实现全家分享，所有家庭成员都可通过电视、电脑、手机、PAD等多种终端连接到云上，开展多屏互动，随时随地欣赏、下载照片。对于喜欢的照片可选择一键冲印，利用翼支付等便捷的电子支付手段完成付费后，通过物流快递，就能在家中收到冲印好的照片。 67 知识指导 （3）智能安防应用场景。用户安装在楼道、门窗等位置的高清摄像头与各类终端相连，实现实时监控。当有人员进入时，终端设备将对高清摄像头捕捉到的人脸影像进行智能识别，通过大数据特征分析，能够辨别来访者身份，可以区分物业人员、快递员、亲友或陌生人。如果出现陌生人闯入，将触发警报联动，并通过短信、APP客户端等实时通知家人，便于及时采取防范措施。用户还可通过“小翼管家”等客户端实时察看家庭现场情况，也可回看云端存储的影像，及时作出相应处理，保障家庭安全。 68 知识指导 3. 智慧家庭发展现状和未来趋势 随着物联网、云计算、大数据以及人工智能技术的发展，智慧家庭成为一个热议的话题。知名研究机构JuNIper Research预计，2018年全球智慧家庭市场规模将达710亿美元，因此吸引了苹果、阿里、海尔、小米、三星等巨头企业涌入智慧家庭市场中来。 根据调查结果显示，消费者在购买智能家居产品时，会重点考察产品的功能、价格、质量、服务、外观等五方面，其中有82.6%的消费者将产品功能放在选购条件的首位。但是现在整个市场上的智慧家庭产品很多，真正功能上有用的却很少。 据市场机构估计，到2020年，智能市场规模将超过4000亿美元。易观数据显示，我国智慧家庭潜在市场规模约为5.8万亿元，发展空间巨大。 工信部、国家标准化管理委员会联合印发了《智慧家庭综合标准化体系建设指南》，指出到2020年，初步建立符合我国智慧家庭产业发展需要的标准体系，形成基础标准较为完善、主要产品和服务标准基本覆盖、标准技术水平持续提升、标准应用范围不断扩大，与国际先进标准水平保持同步发展的良好局面。这份指南的印发或开启智能家居万亿级市场。 69 $$