计算机网络发展新趋势：大学计算机文化基础

计算机网络的发展日新月异，不断会有新的技术和产品涌现出来。目前，计算机网络的发展有以下几个新的趋势。

1.物联网概论

（1）物联网定义

“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念（如图8-1-5所示）。

国际电信联盟（ ITU）发布的ITU 互联网报告，对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

（2）物联网起源

1990年物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机（Networked Coke Machine）。

1995年比尔·盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网，但未引起广泛重视。

1999年美国麻省理工学院（MIT）的Kevin Ash-ton 教授首次提出物联网的概念。

1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别（RFID）技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。

微视频：智能的物联网

图8-1-5　物联网

2003年美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

2004年日本总务省（MIC）提出u-Japan 计划，该战略力求实现人与人、物与物、人与物之间的连接，希望将日本建设成一个随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU 互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID 技术的物联网。

2006年韩国确立了u-Korea 计划，该计划旨在建立无所不在的社会（ubiquitous society），在民众的生活环境里建设智能型网络（如IPv6、BCN、USN）和各种新型应用（如DMB、Telematics、RFID），让民众可以随时随地享有科技智慧服务。2009年韩国通信委员会出台了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网确定为新增长动力，提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”的目标。

2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”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年欧盟执委会发表了欧洲物联网行动计划，描绘了物联网技术的应用前景，提出欧盟政府要加强对物联网的管理，促进物联网的发展。

2009年1月28日，IBM 首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。

2009年2月24日，2009IBM 论坛上，IBM 大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM 公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。

今天，“智慧地球”战略被美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

2009年8月，温家宝关于“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮。无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，无锡市江南大学还建立了全国首家实体物联网工厂学院。自温家宝提出“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1999年Ashton 教授和2005年ITU 报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。

截至2010年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。

物联网作为一个新经济增长点的新兴战略产业，具有良好的市场效益，《2014—2018年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》数据表明，2010年物联网在安防、交通、电力和物流领域的市场规模分别为600 亿元、300 亿元、280 亿元和150 亿元。2011年中国物联网产业市场规模达到2600 多亿元。

（3）物联网产业链

①设备制造商；

②系统集成商；

③网络运营商；

④平台供应商。

（4）物联网传媒影响

①物联网对于传媒来讲在信息社会的信息基础之下为我们国家的信息传播拓展了新的疆界，代表着人们生活方式的转变。

②在传媒领域可以为我们国家物联网的发展提供一个很好的支持，这个过程离不开传媒领域的梳理和引导。

③物联网和传媒在未来人才需求上可以形成对接的接口，我们必须使信息技术的从业人员同时具有人际传播的素养。

④物联网和传媒在深远方向上可以进行融合，传媒代表了大众化和信息化的一种载体，而物联网又使得万事万物进入到信息互联当中。

（5）物联网关键技术

在物联网应用中有三项关键技术

①传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

②RFID 标签：也是一种传感器技术。RFID 技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术的综合技术。RFID 在自动识别、物品物流管理上有着广阔的应用前景。

③嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见，小到人们身边的MP3，大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网与人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象地描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

（6）物联网关键领域

①RFID；

②传感网；

③M2M；

④两化融合。

（7）物联网应用模式

①对象的智能标签

通过NFC、二维码、RFID 等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如在生活中使用的各种智能卡、条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息。此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息，例如智能卡上的金额余额、二维码中所包含的网址和名称等。

②对象的智能控制

物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。

（8）物联网建设情况

物联网在实际应用中需要各行各业的参与，并且需要国家政府的主导以及相关法规政策上的扶持。物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等特征，其中，技术上的问题是物联网最为关键的问题。

物联网技术是一项综合性的技术，是一项系统，国内还没有哪家公司可以全面负责物联网的整个系统规划和建设，理论上的研究已经在各行各业展开，而实际应用还仅局限于行业内部。关于物联网的规划和设计以及研发关键在于RFID、传感器、嵌入式软件以及传输数据计算等领域的研究。

一般来讲，物联网的开展步骤主要如下：

①对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性。静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测。

②需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式。

③将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。

（9）物联网应用案例

①物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用

系统铺设了3 万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。上海世博会也与中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心签下订单，购买防入侵微纳传感网1500 万元的产品。

②ZigBee 路灯控制系统点亮济南园博园

ZigBee 无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee 无线技术达成的无线路灯控制。

③首家手机物联网落户广州

将移动终端与电子商务相结合的模式，让消费者可以与商家进行便捷的互动交流，随时随地体验品牌品质，传播分享信息，实现互联网向物联网的从容过度，缔造出一种全新的零接触、高透明、无风险的市场模式。手机物联网购物其实就是闪购。广州闪购通过手机扫描条形码、二维码等方式，可以进行购物、比价、鉴别产品等功能。

这种智能手机和电子商务的结合，是“手机物联网”的其中一项重要功能。预计2013年手机物联网占物联网的比例将过半，至2015年手机物联网市场规模达6847 亿元，手机物联网应用正伴随着电子商务大规模兴起。

④与门禁系统的结合

一个完整的门禁系统由读卡器、控制器、电锁、出门开关、门磁、电源、处理中心这七个模块组成。无线物联网门禁将门禁的设备简化到了极致：一把电池供电的锁具。除了门上面要开孔装锁外，门的四周不需要设备任何辅佐设备。整个系统简洁明了，大幅缩短施工工期，也能降低后期维护的成本。

⑤与云计算的结合

物联网的智能处理依靠先进的信息处理技术，如云计算、模式识别等技术。云计算可以从两个方面促进物联网和“智慧地球”的实现：首先，云计算是实现物联网的核心；其次，云计算促进物联网和互联网的智能融合。

⑥与TD 结合

物联网发展是确保TD 成功的重大契机。TD-SCDMA 是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信系统，是宽带无线通信网络。TD 的发展需要数据业务的拉动，物联网应用是需求最迫切的增强型数据业务，具有广阔的应用前景，能够充分发挥TD 网络优势，有助于促进TD 产业链的成熟。

完善现有网络，发挥TD 优势，积极推动无线传感器网络与TD 网络融合，构建适于物联网应用的GPRS/TD/WSN（无线传感器网络）融合网络，大力发展适于TD 网络承载的物联网业务，提升TD 的核心竞争力，给物联网的发展以强有力的支撑，是中国移动的发展思路。

⑦与移动互联结合

物联网的应用在与移动互联相结合后，发挥了巨大的作用。

智能家居使得物联网的应用更加生活化，具有网络远程控制、遥控器控制、触摸开关控制、自动报警和自动定时等功能，普通电工即可安装，变更扩展和维护非常容易。开关面板颜色多样、图案个性，给每一个家庭带来不一样的生活体验。

⑧与指挥中心的结合

物联网在指挥中心已得到很好的应用。物联网智能控制系统可以指挥中心的大屏幕、窗帘、灯光、摄像头、DVD、电视机、电视机顶盒、电视电话会议，也可以调度马路上的摄像头图像到指挥中心，同时也可以控制摄像头的转动。物联网智能控制系统还可以通过3G 网络进行控制，可以多个指挥中心分级控制，也可以联网控制。还可以显示机房温度湿度，可以远程控制需要控制的各种设备开关电源。

⑨物联网助力食品溯源、肉类源头追溯系统

从2003年开始，中国已开始将先进的RFID 射频识别技术运用于现代化的动物养殖加工企业，开发出了RFID 实时生产监控管理系统。该系统能够实时监控生产的全过程，自动、实时、准确地采集主要生产工序与卫生检验、检疫等关键环节的有关数据，较好地满足质量监管要求，使得过去市场上常出现的肉质问题得到了妥善的解决。此外，政府监管部门可以通过该系统有效地监控产品质量安全，及时追踪、追溯问题产品的源头及流向，规范肉食品企业的生产操作过程，从而有效地提高肉食品的质量安全。

（10）我国物联网发展目标

我国物联网发展的十年目标是把我国初步建成物联网技术创新国家。教育部、工信部授权理工科高校开设物联网课程，为学生传授物联网相关知识。总体来讲物联网产业在中国的发展令人期待。

中国物联网产业发展目标有以下三点：

①自主创新能力明显增强，攻克一批核心关键技术，在国际标准制定中掌握重要话语权，初步实现“两端赶超、中间突破”，即在高端传感、新型RFID、智能仪表、嵌入式智能操作系统、核心芯片等感知识别领域和高端应用软件与中间件、基础架构、云计算、高端信息处理等应用技术领域实现自主研发，技术掌控力显著提升，在M2M 通信、近距离无线传输等物联网网络通信领域取得实质性技术突破，跻身世界先进行列。

②具有国际竞争力的产业体系初步形成。在传感器与传感器网络、RFID、智能仪器仪表、智能终端、网络通信设备等物联网制造产业，通信服务、云计算服务、软件、高端集成与应用等物联网服务业，以及嵌入式系统、芯片与微纳器件等物联网关键支撑产业等领域培育一批领军企业，初步形成从芯片、软件、终端整机、网络、应用到测试仪器仪表的完整产业链，初步实现创新性产业集聚、门类齐全、协同发展的产业链及空间布局。

③物联网应用水平显著提升。建成一批物联网示范应用重大工程，在国民经济和民生服务等重点领域物联网先导应用全面开展。国家战略性基础设施的智能化升级全面启动，宽带、融合、安全的下一代信息网络基础设施初步形成。

从网络发展角度看，今后10～40年发展物联网技术的第一要务是要建设让大众快捷获取信息和知识、能有效协同工作、生活更加高品质的信息网络。网络技术经济宽带化、移动化和三网融合，走向下一代互联网，进一步向后IP 时代的新网络体系发展。物联网从监视、控制、反馈一体化，向泛在网络发展。在网络服务方面，基于物联网的现代服务业快速发展普及。网络媒体进入主流媒体、传统媒体与网络媒体的融合，联合构建媒体舆论引导的新格局。云计算平台为物联网提供支持环境，物联网科学将从交叉学科融合，向完善的网络信息化发展。物联网相关技术和服务将相互影响，实现人类向往的充满智慧，更加美好、幸福的物联网时代。

2.大数据

（1）大数据定义

大数据（big data），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、洞察力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

在维克托·迈尔·舍恩伯格及肯尼斯·库克耶编写的《大数据时代》中，大数据指不用随机分析法（抽样调查）这样捷径，而采用所有数据进行分析处理（如图8-1-6所示）。大数据的5V 特点（IBM 提出）：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（低价值密度）、Veracity（真实性）。大数据本身是一个抽象的概念，依托于互联网和云计算的发展，大数据在各行各业发挥的价值越来越大，例如大数据＋政府、大数据＋金融、大数据＋智慧城市、大数据＋传统企业数字化转型、大数据＋教育、大数据＋交通等。大数据可以理解为一种资源或资产。

微视频：什么是大数据

图8-1-6　大数据

学过历史的都知道，迄今为止，共发生了三次工业革命。以煤炭为基础、蒸汽机和印刷术为标志的第一次工业革命，以石油为基础、内燃机和电信技术为标志的第二次革命，以核能为基础、互联网技术为标志的第三次革命。每一次工业革命都开启了一个新的时代。中国共有三大产业：以农业为主的第一产业，以工业为主的第二产业，以服务业为主的第三产业。涵盖了健康与医疗、房产、交通、娱乐、金融、教育等。大数据与产业融合，极大改善了政府的执政效率，提高了人们衣食住行医娱育的便捷性。

IBM 提出大数据具有5V 特点，而我们所谈论的大数据实际上更多是从应用的层面，比如某公司搜集、整理了大量的用户行为信息，然后通过数据分析手段对这些信息进行分析从而得出对公司有利用价值的结果。

大数据的核心在于：整理、分析、预测、控制。重点并不是我们拥有了多少数据，而是我们拿数据去做了什么。如果只是堆积在某个地方，数据是毫无用处的。它的价值在于“使用性”，而不是数量和存储的地方。任何一种对数据的收集都与它最后的功能有关。如果不能体现出数据的功能，大数据所有的环节都是低效的，也是没有生命力的。

麦肯锡全球研究所给出的定义是：一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。

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。它的特色在于对海量数据进行分布式数据挖掘。但它必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术。

随着云时代的来临，大数据也吸引了越来越多的关注。分析师团队认为，大数据通常用来形容一个公司创造的大量非结构化数据和半结构化数据，这些数据在下载到关系型数据库用于分析时会花费过多时间和金钱。大数据分析常和云计算联系到一起，因为实时的大型数据集分析需要像MapReduce 一样的框架来向数十、数百，甚至数千的电脑分配工作。

大数据需要特殊的技术，以有效地处理大量的经过时间内的数据。适用于大数据的技术，包括大规模并行处理（MPP）数据库、数据挖掘、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、互联网和可扩展的存储系统。

最小的基本单位是bit，按顺序给出所有单位：bit、Byte、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB。

（2）大数据特征

容量（Volume）：数据的大小决定所考虑的数据的价值和潜在的信息。

种类（Variety）：数据类型的多样性。

速度（Velocity）：指获得数据的速度。

可变性（Variability）：处理和有效地管理数据的过程。

真实性（Veracity）：数据的质量。

复杂性（Complexity）：数据量巨大，来源多渠道。

价值（Value）：合理运用大数据，以低成本创造高价值。

（3）大数据结构

大数据包括结构化、半结构化和非结构化数据。非结构化数据越来越成为数据的主要部分。据IDC 的调查报告显示：企业中80%的数据都是非结构化数据，这些数据每年都按60%的指数增长。大数据就是互联网发展到现今阶段的一种表象或特征而已，没有必要神话它或对它保持敬畏之心。在以云计算为代表的技术创新大幕的衬托下，这些原本看起来很难收集和使用的数据开始容易被利用起来了。通过各行各业的不断创新，大数据会逐步为人类创造更多的价值。

想要系统地认知大数据，必须要全面而细致地分解它。

①理论：理论是认知的必经途径，也是被广泛认同和传播的基线。在这里从大数据的特征定义理解行业对大数据的整体描绘和定性；从对大数据价值的探讨来深入解析大数据的珍贵所在，洞悉大数据的发展趋势；从大数据隐私这个特别而重要的视角审视人和数据之间的长久博弈。

②技术：技术是大数据价值体现的手段和前进的基石。在这里分别从云计算、分布式处理技术、存储技术和感知技术的发展来说明大数据从采集、处理、存储到形成结果的整个过程。

③实践：实践是大数据的最终价值体现。在这里分别从互联网的大数据、政府的大数据、企业的大数据和个人的大数据四个方面来描绘大数据已经展现的美好景象及即将实现的蓝图。

大数据的发展和应用是未来的一个趋势。趋势都是由人类的思维方式、社会结构、科技发展这三者交互作用而催生的。而大数据正是科技发展量变累积和人类思维方法论革新交汇作用下的产物。期待看到大数据为世界产生更多的价值。

（4）大数据意义

现在的社会是一个高速发展的社会，科技发达，信息流通，人们之间的交流越来越密切，生活也越来越方便，大数据就是这个高科技时代的产物。阿里巴巴创办人马云在演讲中就提到，未来的时代将不是IT 时代，而是DT 的时代。DT 就是Data Technology 数据科技，说明大数据对于阿里巴巴集团有举足轻重的作用。

有人把数据比喻为蕴藏能量的煤矿。煤炭按照性质有焦煤、无烟煤、肥煤、贫煤等分类，而露天煤矿、深山煤矿的挖掘成本又不一样。与此类似，大数据并不在“大”，而在于“有用”。价值含量、挖掘成本比数量更为重要。对于很多行业而言，如何利用这些大规模数据是赢得竞争的关键。

大数据的价值体现在以下几个方面：

①为大量消费者提供产品或服务的企业可以利用大数据进行精准营销：

②做小而美模式的中小微企业可以利用大数据做服务转型；

③面临互联网压力之下必须转型的传统企业需要与时俱进充分利用大数据的价值。

不过，“大数据”在经济发展中的巨大意义并不代表其能取代一切对于社会问题的理性思考，科学发展的逻辑不能被湮没在海量数据中。著名经济学家路德维希·冯·米塞斯曾提醒过：“就今日言，有很多人忙碌于资料之无益累积，以致对问题之说明与解决，丧失了其对特殊的经济意义的了解。”这确实是需要警惕的。

在这个快速发展的智能硬件时代，困扰应用开发者的一个重要问题就是如何在功率、覆盖范围、传输速率和成本之间找到那个微妙的平衡点。企业组织利用相关数据和分析可以帮助它们降低成本、提高效率、开发新产品、做出更明智的业务决策等。

通过结合大数据和高性能的分析，下面这些对企业有益：

①及时解析故障、问题和缺陷的根源，每年可能为企业节省数十亿美元；

②为成千上万的快递车辆规划实时交通路线，躲避拥堵；

③分析所有SKU，以利润最大化为目标来定价和清理库存；

④根据客户的购买习惯，为其推送他可能感兴趣的优惠信息；

⑤从大量客户中快速识别出金牌客户；

⑥使用点击流分析和数据挖掘来规避欺诈行为。

（5）大数据应用

①洛杉矶警察局和加利福尼亚大学合作利用大数据预测犯罪的发生。

②Google 流感趋势（Google Flu Trends）利用搜索关键词预测禽流感的散布。

③统计学家内特·西尔弗（Nate Silver）利用大数据预测2012年美国选举结果。

④麻省理工学院利用手机定位数据和交通数据建立城市规划。

⑤梅西百货的实时定价机制。根据需求和库存的情况，该公司基于SAS 的系统对多达7300 万种货品进行实时调价。

⑥医疗行业早就遇到了海量数据和非结构化数据的挑战，而近年来很多国家都在积极推进医疗信息化发展，这使得很多医疗机构有资金来做大数据分析。

（6）大数据趋势

①数据的资源化

大数据成为企业和社会关注的重要战略资源，并已成为大家争相抢夺的新焦点。因而，企业必须要提前制订大数据营销战略计划，抢占市场先机。

②与云计算的深度结合

大数据离不开云处理，云处理为大数据提供了弹性可拓展的基础设备，是产生大数据的平台之一。自2013年开始，大数据技术已开始和云计算技术紧密结合，预计未来两者关系将更为密切。除此之外，物联网、移动互联网等新兴计算形态，也将一起助力大数据革命，让大数据营销发挥出更大的影响力。

③科学理论的突破

随着大数据的快速发展，就像计算机和互联网一样，大数据很有可能是新一轮的技术革命。随之兴起的数据挖掘、机器学习和人工智能等相关技术，可能会改变数据世界里的很多算法和基础理论，实现科学技术上的突破。

④数据科学和数据联盟的成立

未来，数据科学将成为一门专门的学科，被越来越多的人所认知。各大高校将设立专门的数据科学类专业，也会催生一批与之相关的新的就业岗位。与此同时，基于数据这个基础平台，也将建立起跨领域的数据共享平台，数据共享将扩展到企业层面，并且成为未来产业的核心一环。

⑤数据泄露泛滥

未来几年数据泄露事件的增长率也许会达到100%，除非数据在其源头就能够得到安全保障。可以说，在未来，每个财富500 强企业都会面临数据攻击，无论他们是否已经做好安全防范。而所有企业，无论规模大小，都需要重新审视今天的安全定义。在财富500强企业中，超过50%将会设置首席信息安全官这一职位。企业需要从新的角度来确保自身以及客户数据，所有数据在创建之初便需要获得安全保障，而并非在数据保存的最后一个环节，仅仅加强后者的安全措施将于事无补。

⑥数据管理成为核心竞争力

数据管理成为核心竞争力，直接影响财务表现。当“数据资产是企业核心资产”的概念深入人心之后，企业对于数据管理便有了更清晰的界定。将数据管理作为企业核心竞争力，持续发展，战略性规划与运用数据资产，成为企业数据管理的核心。数据资产管理效率与主营业务收入增长率、销售收入增长率显著正相关。此外，对于具有互联网思维的企业而言，数据资产竞争力所占比重为36.8%，数据资产的管理效果将直接影响企业的财务表现。

⑦数据质量是BI（商业智能）成功的关键

采用自助式商业智能工具进行大数据处理的企业将会脱颖而出。其中要面临的一个挑战是，很多数据源会带来大量低质量数据。想要成功，企业需要理解原始数据与数据分析之间的差距，从而消除低质量数据并通过BI 获得更佳决策。

⑧数据生态系统复合化程度加强

大数据的世界不只是一个单一的、巨大的计算机网络，而是一个由大量活动构件与多元参与者元素所构成的生态系统，是由终端设备提供商、基础设施提供商、网络服务提供商、网络接入服务提供商、数据服务提供商、触点服务提供商、数据服务零售商等一系列的参与者共同构建的生态系统。而今，这样一套数据生态系统的基本雏形已然形成，接下来的发展将趋向于系统内部角色的细分（也就是市场的细分），系统机制的调整（也就是商业模式的创新），系统结构的调整（也就是竞争环境的调整）等，从而使得数据生态系统复合化程度逐渐增强。

（7）大数据促进发展

经李克强签批，2015年9月，国务院印发了《促进大数据发展行动纲要》，系统部了署大数据发展工作。

纲要明确了推动大数据发展和应用，在未来5～10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。

2016年3月17日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》发布，其中第二十七章“实施国家大数据战略”提出：把大数据作为基础性战略资源，全面实施促进大数据发展行动，加快推动数据资源共享开放和开发应用，助力产业转型升级和社会治理创新，具体为加快政府数据开放共享、促进大数据产业健康发展。

3.云计算

（1）云计算定义

云计算（Cloud Computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交互模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源（如图8-1-7所示）。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。因此，云计算甚至可以让你体验每秒10 万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力就可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。

微视频：了解云计算

图8-1-7　云计算

对云计算的定义有多种说法。到底什么是云计算，至少可以找到100 种解释。现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

（2）云计算进化史

1983年，太阳电脑（Sun Microsystems）提出“网络是电脑”（“The Network is the Computer”）。

2006年3月，亚马逊（Amazon）推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服务。

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（SES San Jose 2006）首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。Google“云端计算”源于Google 工程师克里斯托弗·比希利亚所做的“Google 101”项目。

2007年10月，Google 与IBM 开始在美国大学校园，包括卡内基梅隆大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学的伯克利分校及马里兰大学等，推广云计算的计划。这项计划希望能降低分布式计算技术在学术研究方面的成本，并为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支持（包括数百台个人电脑及BladeCenter 与System x 服务器，这些计算平台将提供1600 个处理器，支持包括Linux、Xen、Hadoop 等开放源代码平台），而学生则可以通过网络开发各项以大规模计算为基础的研究计划。

2008年1月30日，Google 宣布在中国台湾启动“云计算学术计划”，与台湾高校合作，将这种先进的、大规模的、快速的云计算技术推广到校园。

2008年2月1日，IBM（NYSE：IBM）宣布将在中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立全球第一个云计算中心（Cloud Computing Center）。

2008年7月29日，雅虎、惠普和Intel 宣布一项涵盖美国、德国和新加坡的联合研究计划，推出云计算研究测试床，推进云计算发展。该计划要与合作伙伴创建6 个数据中心作为研究试验平台，每个数据中心配置1400～4000 个处理器。这些合作伙伴包括新加坡资讯通信发展管理局、德国卡尔斯鲁厄大学Steinbuch 计算中心、美国伊利诺伊大学香槟分校、英特尔研究院、惠普实验室和雅虎。

2008年8月3日，美国专利商标局网站信息显示，戴尔正在申请“云计算”（Cloud Computing）商标，此举旨在加强对这一未来可能重塑技术架构的术语的控制权。

2010年3月5日，Novell 与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划（Trusted Cloud Initiative）”。

2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等在内的支持厂商共同宣布“OpenStack（开放源代码）”计划。微软在2010年10月表示支持OpenStack 与Windows Server 2008 R2 的集成，而Ubuntu 已把OpenStack 加至11.04 版本中。

2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack 的网络服务。

（3）云计算特点

云计算是使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中。企业数据中心的运行将与互联网更相似，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。

好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式，它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。

云计算特点如下。

①超大规模

“云”具有相当的规模，Google 云计算已经拥有100 多万台服务器，亚马逊、IBM、微软、雅虎等的“云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。

②虚拟化

云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无须了解，也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。

③高可靠性

“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机更可靠。

④通用性

云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。

⑤高可扩展性

“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。

⑥按需服务

“云”是一个庞大的资源池，你按需购买。云可以像自来水、电、煤气那样计费。

⑦极其廉价(www.xing528.com)

由于“云”的特殊容错措施，可以采用极其廉价的节点来构成“云”，“云”的自动化集中式管理使大量企业无须负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。

云计算可以彻底改变人们未来的生活，但同时也要重视环境问题，这样才能真正为人类进步做贡献，而不是简单的技术提升。

⑧潜在的危险性

云计算服务除了提供计算服务外，还必然提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在私人机构（企业）手中，而他们仅仅能够提供商业信用。对于政府机构、商业机构（特别像银行这样持有敏感数据的商业机构）而言，选择云计算服务时应保持足够的警惕。一旦商业用户大规模使用私人机构提供的云计算服务，无论其技术优势有多强，都不可避免地让这些私人机构以“数据（信息）”的重要性挟制整个社会。对于信息社会而言，“信息”是至关重要的。同时，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他云计算用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构而言确实毫无秘密可言。所有这些潜在的危险，是商业机构和政府机构选择云计算服务，特别是国外机构提供的云计算服务时，不得不考虑的一个重要的前提。

（4）云计算发展阶段

云计算主要经历了四个阶段才发展到现在这样比较成熟的水平，这四个阶段依次是电厂模式、效用计算、网格计算和云计算。

①电厂模式阶段：电厂模式就好比是利用电厂的规模效应来降低电力的价格，让用户使用起来更方便，且无须维护和购买任何发电设备。

②效用计算阶段：在1960年左右，当时计算设备的价格是非常高昂的，远非普通企业、学校和机构所能承受，所以很多人产生了共享计算资源的想法。1961年，人工智能之父麦肯锡在一次会议上提出了“效用计算”这个概念，其核心是借鉴了电厂模式，具体目标是整合分散在各地的服务器、存储系统以及应用程序来共享给多个用户，让用户能够像把灯泡插入灯座一样来使用计算机资源，并且根据其所使用的量来付费。但由于当时整个IT 产业还处于发展初期，很多强大的技术还未诞生，比如互联网等，所以虽然这个想法一直为人称道，但是总体而言“叫好不叫座”。

③网格计算阶段：网格计算是研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多低性能的计算机来处理，最后把这些计算结果综合起来攻克大问题。可惜的是，由于网格计算在商业模式、技术和安全性方面的不足，使得其并没有取得预期的成功。

④云计算阶段：云计算的核心与效用计算和网格计算非常类似，也是希望IT 技术能像使用电力那样方便，并且成本低廉。但与效用计算和网格计算不同的是，云计算2014年在需求方面已经有了一定的规模，同时在技术方面也已经基本成熟了。

（5）云计算应用

①云物联

“物联网就是物物相连的互联网。”这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信。

物联网的两种业务模式：

第一，MAI（M2M Application Integration），内部MaaS。

第二，MaaS（M2M As A Service），MMO，Multi-Tenants（多租户模型）。

随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将带来对云计算能力的要求：

Ⅰ.云计算：从计算中心到数据中心，在物联网的初级阶段，PoP 即可满足需求；

Ⅱ.在物联网高级阶段，可能出现MVNO/MMO 营运商（国外已存在多年），需要虚拟化云计算技术、SOA 技术等的结合实现互联网的泛在服务：TaaS（everyTHING As A Service）。

②云安全

“云安全”通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，推送到Server 端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。

有如下十种方法。

Ⅰ.密码优先

如果我们讨论的是理想的情况的话，那么你的用户名和密码对于每一个服务器或网站都应该是唯一的，而且要得到许可。理由很简单：如果用户名和密码都是同一组，那么当其中一个被盗了，其他的账户也同样暴露了。

Ⅱ.检查安全问题

在设置访问权限时，尽量避开那些瞥一眼就能看出答案的问题。例如，Facebook 头像是什么。最好的方法是选择一个问题，而这个问题的答案却是另一个问题的答案。例如，如果你选择的问题是“小时候住在哪里”，答案最好是“黄色”之类的。

Ⅲ.试用加密方法

无论这种方法是否可行，它都不失为一个好的想法。加密软件需要来自用户方面的努力，但它也有可能需要你去抢夺代码凭证，因此没有人能够轻易获得它。

Ⅳ.管理密码

这里讲的是，你可能有大量的密码和用户名需要跟踪照管。所以为了管理这些密码，你需要有一个应用程序和软件在手边，它们将会帮助你做这些工作。其中一个不错的选择是LastPass。

Ⅴ.双重认证

在允许用户访问网站之前可以有两种使用模式。因此除了用户名和密码之外，唯一的验证码也是必不可少的。这一验证码可能是以短信的形式发送到你的手机上，然后进行登录。通过这种方法，即使其他人得到了你的密码，但他们得不到唯一验证码，这样的他们的登录就会遭到拒绝。

Ⅵ.不要犹豫，立刻备份

当涉及云中数据保护时，人们会被告知在物理硬盘上进行数据备份，这听起来可能有些奇怪，但这确实是需要你去做的事。你应该直接在你的外部硬盘上备份数据，并随身携带。

Ⅶ.完成即删除

为什么有无限的数据存储地方，我们还要找麻烦去做删除工作呢？ 原因在于，你永远不知道有多少数据会变成潜在的危险。如果来自于某家银行账户的邮件或警告信息时间太长，已经失去了价值，那么就删除它。

Ⅷ.注意登录的地点

有时我们从别人设备上登录的次数，要比从自己设备上多得多。当然，有时我们也会忘记他人的设备可能会保存下我们的信息，保存在浏览器中。

Ⅸ.使用反病毒、反间谍软件

尽管是云数据，但使用这一方法的原因在于你第一次从系统中访问“云”。因此，如果你的系统存在风险，那么你的在线数据也将存在风险。一旦你忘记加密，那么键盘监听就会获得你的云厂商密码，最终你将失去所有。

Ⅹ.时刻都要管住自己的嘴巴

永远都不要把你的云存储密码与别人共享，保持密码的秘密性是必需的。为了附加的保护功能，不要告诉别人你所有使用的厂商或服务是什么。

③云存储

云存储是在云计算（cloud computing）概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。

④云游戏

云游戏是以云计算为基础的游戏方式。在云游戏的运行模式下，所有游戏都在服务器端运行，并将渲染完毕后的游戏画面压缩后通过网络传送给用户。在客户端，用户的游戏设备不需要任何高端处理器和显卡，只需要基本的视频解压能力就可以了。就现今来说，云游戏还并没有成为家用机和掌机界的联网模式，因为至今X360 仍然在使用LIVE、PS使用PS NETWORK、wii 使用Wi-Fi。但是几年后或十几年后，云计算取代这些东西成为其网络发展的终极方向的可能性非常大。如果这种构想能够成为现实，那么主机厂商将变成网络运营商，他们不需要不断投入巨额的新主机研发费用，而只需要拿这笔钱中的很小一部分去升级自己的服务器就行了，但是达到的效果却是相差无几的。对于用户来说，他们可以省下购买主机的开支，但是得到的却是顶尖的游戏画面。

⑤大数据与云计算

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，必须采用分布式计算架构。它的特色在于对海量数据的挖掘，但它必须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。

4.人工智能AI

（1）人工智能定义

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、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（如图8-1-8所示）。

人工智能的定义可以分为两部分，即“人工”和“智能”。“人工”比较好理解，争议性也不大。有时我们会要考虑什么是人力所能制造的，或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步，但总的来说，“人工系统”就是通常意义下的人工系统。

关于什么是“智能”，问题就多了。这涉及其他诸如意识（consciousness）、自我（self）、思维（mind）（包括无意识的思维）等问题。人唯一了解的智能是人本身的智能，这是普遍认同的观点。但是我们对我们自身智能的理解都非常有限，对构成人的智能的必要元素也了解有限，所以就很难定义什么是“人工”制造的“智能”了。因此人工智能的研究往往涉及对人的智能本身的研究。其他关于动物或其他人造系统的智能也普遍被认为是人工智能相关的研究课题。

图8-1-8　人工智能AI

人工智能在计算机领域内得到了愈加广泛的重视，并在机器人、经济政治决策、控制系统、仿真系统中得到应用。

微视频：什么是人工智能AI

尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义：“人工智能是关于知识的学科——怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”而另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容，即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。

人工智能是计算机学科的一个分支，20世纪70年代以来被称为（空间技术、能源技术、人工智能）世界三大尖端技术之一，也被认为是21世纪（基因工程、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。这是因为近30年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果。人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。

人工智能是研究让计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能将涉及计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科，可以说几乎是包含了自然科学和社会科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴。人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系，人工智能是处于思维科学的技术应用层次，是它的一个应用分支。从思维观点看，人工智能不仅限于逻辑思维，要考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展。数学常被认为是多种学科的基础科学，不仅在标准逻辑、模糊数学等范围发挥作用，人工智能学科也必须借用数学工具，它们将互相促进、共同发展。

（2）人工智能研究价值

繁重的科学和工程计算本来是要人脑来承担的，如今计算机不但能完成这种计算，而且能够比人脑做得更快、更准确，因此当代人已不再把这种计算看作是“需要人类智能才能完成的复杂任务”，可见复杂工作的定义是随着时代的发展和技术的进步而变化的。人工智能这门科学的具体目标也自然随着时代的变化而发展，它一方面不断获得新的进展，另一方面又转向更有意义、更加困难的目标。

（3）人工智能学科范畴

①涉及学科

人工智能是一门边缘学科，属于自然科学和社会科学的交叉，涉及的学科有哲学和认知科学、数学、神经生理学、心理学、计算机科学、信息论、控制论、不定性论。

②研究范畴

自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，组合调度问题，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法。

（4）人工智能发展阶段

1956年夏季，以麦卡赛、明斯基、罗切斯特和申农等为首的一批有远见卓识的年轻科学家在一起聚会，共同研究和探讨用机器模拟智能的一系列有关问题，并首次提出了“人工智能”这一术语，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。IBM 公司“深蓝”电脑击败了人类的世界国际象棋冠军更是人工智能技术的一个完美表现。

从1956年正式提出人工智能学科算起，60 多年来，人工智能取得了长足的发展，成为一门广泛的交叉和前沿科学。总的说来，人工智能的目的就是让计算机这台机器能够像人一样思考。如果希望做出一台能够思考的机器，那就必须知道什么是思考，更进一步讲就是什么是智慧。什么样的机器才是智慧的呢？ 科学家已经做出了汽车、火车、飞机、收音机等，它们模仿我们身体器官的功能，但是能不能模仿人类大脑的功能呢？ 到目前为止，我们也仅仅知道这个被称为“大脑”的东西是由数十亿个神经细胞组成的器官，我们对这个东西知之甚少，模仿它或许是天下最困难的事情了。

当计算机出现后，人类开始真正有了一个可以模拟人类思维的工具，无数科学家为这个目标努力着。如今人工智能已经不再是几个科学家的专利了，全世界几乎所有大学的计算机系都有人在研究这门学科，学习计算机的大学生也必须学习这样一门课程。在大家不懈的努力下，如今计算机似乎已经变得十分聪明了。例如，1997年5月，IBM 公司研制的深蓝（DEEP BLUE）计算机战胜了国际象棋大师卡斯帕洛夫（KASPAROV）。大家或许不会注意到，在一些地方计算机帮助人进行某些原来只属于人类的工作。计算机以它的高速和准确为人类发挥着它的作用。人工智能始终是计算机科学的前沿学科，计算机编程语言和其他计算机软件都因为有了人工智能的进展而得以存在。

（5）人工智能实际应用

机器视觉，指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，专家系统，自动规划，智能搜索，定理证明，博弈，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程等。

5.机器人

（1）机器人定义

微视频：科普机器人

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的规则行动。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处！

（2）机器人组成

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置、控制系统和复杂机械等组成。

（3）机器人分类

中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。

①工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置（如图8-1-9所示）。

图8-1-9　工业机器人

②特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。

空中机器人又叫无人机，在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界首位。

（4）机器人发展史

1920年，捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。

1939年，美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77 个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远，但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。

1942年，美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。

1948年，诺伯特·维纳出版《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。

1954年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。

1956年，美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。

1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人，随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂（Unimation 公司）。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。

1962年美国AMF 公司生产出“VERSTRAN”（意思是万能搬运），与Unimation 公司生产的Unimate 一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。

1962—1963年，传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1964年帮助MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器、能识别并定位积木的机器人系统。

1965年，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast 机器人。Beast 已经能通过声呐系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。

1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey 可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。

1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步催生出本田公司的ASIMO 和索尼公司的QRIO。

1973年，世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国Cincinnati Milacron 公司的机器人T3。

1978年，美国Unimation 公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA 至今仍然工作在工厂第一线。

1984年，英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全。”

1990年，中国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

1998年，丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。

1999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO），当即销售一空，从此娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的途径之一。

2002年，美国iRobot 公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba 是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。

2006年6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。比尔·盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。

（5）机器人的特种功能

①机器人安保；

②机器人语音；

③机器人迎宾；

④机器人翻译；

⑤照相服务；

⑥导航服务；

⑦才艺表演；

⑧协作引领参观；

⑨机器人换岗仪式。

（6）未来机器人的发展趋势

①通用软件平台降低机器人行业门槛；

②人机协作促进机器人普及，机器人开始走向融合；

③机器视觉、深度学习让机器人更智能。

微视频：机器人未来发展前景

6.VR 技术和AR 技术

（1）VR 技术（虚拟现实技术）

①VR 技术定义

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中（如图8-1-10所示）。

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR 应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部、眼睛转动，手势或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

微视频：VR 虚拟现实及原理

图8-1-10　VR 技术

1992年美国国家科学基金资助的交互式系统项目工作组的报告中对VR 提出了较系统的论述，并确定和建议了未来虚拟现实环境领域的研究方向。可以认为，虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。所以说，沉浸、交互、构想是VR 环境系统的三个基本特性。虚拟技术的核心是建模与仿真。

VR 已不仅仅被关注于计算机图像领域，它已涉及更广的领域，如电视会议、网络技术和分布计算技术，并向分布式虚拟现实发展。虚拟现实技术已成为新产品设计开发的重要手段。其中，协同工作虚拟现实是VR 技术新的研究和应用热点，它引入了新的技术问题，包括人的因素和网络、数据库技术等。如人的因素，已需要考虑多个参与者在一个共享的空间中如何相互交互，虚拟空间中的虚拟对象在多名参与者的共同作用下的行为等。在VR 环境下进行协同设计，团队成员可同步或异步地在虚拟环境中从事构造和操作虚拟对象的活动，并可对虚拟对象进行评估、讨论以及重新设计等活动。分布式虚拟环境可使地理位置上分布不同的设计人员面对相同的虚拟设计对象，通过在共享的虚拟环境中协同地使用声音和视频工具，可在设计的初期就能够消除设计缺陷，减少产品上市时间，提高产品质量。此外，VR 已成为构造虚拟样机、支持虚拟样机技术的重要工具。VE（虚拟环境技术）可使工程师在三维空间中实时地与他们的设计样机（虚拟样机）进行交互。

②VR 技术发展史

虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的第一阶段（1963年以前），虚拟现实萌芽为第二阶段（1963—1972），虚拟现实概念的产生和理论初步形成为第三阶段（1973—1989），虚拟现实理论进一步的完善和应用为第四阶段（1990—2004）。

③VR 技术特征

Ⅰ虚拟现实多感知性

指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。

Ⅱ虚拟现实存在感

指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。

Ⅲ虚拟现实交互性

指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

Ⅳ虚拟现实自主性

指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。

④VR 艺术特点

作为现代科技前沿的综合体现，VR 艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR 艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说，VR 艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

⑤VR 技术应用

Ⅰ虚拟现实医学；

Ⅱ虚拟现实娱乐和虚拟现实游戏；

微视频：VR 虚拟现实展示

Ⅲ虚拟现实军事航天；

Ⅳ虚拟现实室内设计和虚拟现实房产开发；

Ⅴ虚拟现实工业仿真；

Ⅵ虚拟现实应急推演；

Ⅶ虚拟现实文物古迹；

Ⅷ虚拟现实道路桥梁；

Ⅸ虚拟现实地理；

Ⅹ虚拟现实教育中。

虚拟现实技术能够全方位调动学习者的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等，实现身心感受的联结，增强学习者的感受力。

虚拟现实技术在教育领域应用的潜力源于其在激发学习动机、增强学习体验、创设心理沉浸感、实现情境学习和知识迁移等方面的优势。

（2）AR 技术（增强现实技术）

①AR 技术定义

AR 技术是一项在虚拟现实基础上发展起来的新技术，主要是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。主要就是帮助人类把无法实现的场景在真实世界中展现出来（如图8-1-11所示）。

图8-1-11　AR 技术

AR 技术在游戏和3D 动画这方面的发展已经很强大了。凯斯称未来AR 技术的发展应着眼于日常的切实有用的应用。在2012年的时候AR 技术就已经被运用到春晚中，《因为爱情》歌曲的表演过程中，花瓣飘落那逼真的场景加上天后的歌喉，让这首歌又实实在在地火了一把。

AR 技术可以将显示器屏幕扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠映于现实对象，然后由用户用眼睛凝视或手势指点进行操作，让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要，改变形状和外观，从而将虚拟场景叠加到真实场景中。

AR 技术可以使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中。这个时候，运用信息系统将不再是自觉而有意义的独立行动，而是和人们的当前活动自然而然地融为一体，交互性系统也不再具备明确的位置，而是扩展到整个环境。

②AR 技术发展史

增强现实显示器，将计算机生成的图形叠加到真实世界中。自从20世纪70年代早期Pong 进入电子游戏厅以来，视频游戏走进我们的生活已经有40 多年了，但是一直局限在屏幕中的2D 世界中，而增强现实这一新技术的到来，将通过增强我们的见、声、闻、触和听，进一步模糊真实世界与计算机所生成的虚拟世界之间的界线。

从虚拟现实（创建身临其境的、计算机生成的环境）和真实世界之间的光谱来看，增强现实更接近真实世界。增强现实将图像、声音、触觉和气味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以预见视频游戏会推动增强现实的发展，但是这项技术将不仅仅局限于此，而会有无数种应用。从旅行团到军队的每个人都可以通过此技术将计算机生成的图像放在其视野之内，并从中获益。

增强现实将真正改变我们观察世界的方式。想象你自己行走在或驱车行驶在路上，通过增强现实显示器（最终看起来像一副普通的眼镜），信息化图像将出现在你的视野之内，并且所播放的声音将与你所看到的景象保持同步。这些增强信息将随时更新，以反映当时大脑的活动。我们将了解这项未来技术、其技术构成以及如何使用该技术。

微软公司于2015年1月22日发布了HoloLens 全息眼镜。

③AR 技术主要特点

Ⅰ真实世界和虚拟的信息集成；

Ⅱ具有实时交互性；

Ⅲ是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。

④AR 技术应用领域

Ⅰ医疗领域：医生可以利用增强现实技术，轻易地进行手术部位的精确定位。

Ⅱ军事领域：部队可以利用增强现实技术，进行方位的识别，获得实时所在地点的地理数据等重要军事数据。

Ⅲ古迹复原和数字化文化遗产保护：文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者，用户不仅可以通过HMD 看到古迹的文字解说，还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构。

Ⅳ工业维修领域：通过头盔式显示器将多种辅助信息显示给用户，包括虚拟仪表的面板、被维修设备的内部结构、被维修设备零件图等。

Ⅴ网络视频通信领域：该系统使用增强现实和人脸跟踪技术，在通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体，在很大程度上提高了视频对话的趣味性。

Ⅵ电视转播领域：通过增强现实技术可以在转播体育比赛的时候实时地将辅助信息叠加到画面中，使得观众可以得到更多的信息。

微视频：1 分钟了解AR 技术

Ⅶ娱乐、游戏领域：增强现实游戏可以让全球不同地点的玩家，共同进入一个真实的自然场景，以虚拟替身的形式进行网络对战。

Ⅷ旅游、展览领域：人们在浏览、参观的同时，通过增强现实技术将接收到途经建筑的相关资料，观看展品的相关数据资料。

Ⅸ市政建设规划：采用增强现实技术将规划效果叠加到真实场景中以直接获得规划的效果。

Ⅹ水利水电勘察设计：在水利水电勘察设计领域，三维协同设计稳步发展，可能会在不远的将来取代传统的二维设计。AR 技术在设计领域的应用为水利水电三维模型的应用提供了更好的展示手段，使得三维模型与二维的设计、施工图纸能更加紧密地结合起来。AR 技术在勘察设计领域中可以有效地应用于实时方案比较、设计元素编辑、三维空间综合信息整合、辅助决策、设计方案、多方参与等方面。

（3）VR 和AR 的区别

简单来说，虚拟现实（VR），看到的场景和人物全是假的，是把你的意识代入一个虚拟的世界。增强现实（AR），看到的场景和人物一部分是真、一部分是假，是把虚拟的信息带入现实世界中。

VR 设备：因为VR 是纯虚拟场景，所以VR 装备更多的是用于用户与虚拟场景的互动交互，更多的使用位置跟踪器、数据手套（5DT 之类的）、动捕系统、数据头盔等。

AR 设备：由于AR 是现实场景和虚拟场景的结合，所以基本都需要摄像头，在摄像头拍摄画面的基础上，结合虚拟画面进行展示和互动，比如GOOGLE GLASS 这些（其实严格来说，IPAD、手机这些带摄像头的智能产品，都可以用于AR，只要安装AR 的软件就可以）。