第9章 IT新应用展望

第9章IT新应用展望本章内容信息采集技术信息传输技术信息处理技术

IT应用大视角

IT发展展望

9.1信息采集技术9.1.1传感器9.1.2传感器的应用9.1.3传感器的发展方向9.1.4物联网世界

9.1.1传感器美国仪器仪表协会:传感器是把被测量变换为有用信号的一种装置。它包括敏感元件、变换电路以及把这些元件和电路组合在一起的机构。”

9.1.1传感器1.CCD图像传感器CCD图像传感器是一种金属－氧化物半导体结构的新型器件，基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自动扫描，完成从光信号到电信号的转换，可在电视屏幕上将电信号复原成物体的可见光像，也可以将电信号存储在磁带机内或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。

9.1.1传感器2.红外温度传感器红外温度传感器红外温度传感器由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理和显示输出等部分组成。光学系统是将目标物体辐射出的红外能量汇聚起来，聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，再经过运算处理电路后，换算转变为被测目标的线性的温度信号值，以便实现进一步的信号处理及控制。

9.1.1传感器3.超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，是由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好。

9.1.2传感器的应用传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。就世界范围而言，目前传感器市场上增长最快的是汽车市场的需求，占第二位的是过程控制市场，前景看好的是通信市场。主要应用领域：汽车工业工业自动化通信电子产品消费电子产品专用设备9.1.3传感器的发展趋势

传感器正朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。消费类用传感器将呈现继续稳定增长势头。农业、环保、医疗卫生、仪器检测用传感器前景广阔。力学传感器、湿度传感器、光传感器、磁传感器、生物传感器、温度传感器的主要品种的产业化更加成熟，传感器市场空间将进一步拓展。

9.1.4物联网世界传感器技术是信息采集的核心技术，而互联网是信息传输的最有效手段，如果将互联网和传感器技术紧密结合，就可以有效地适应目前的信息全球化潮流。于是，物联网概念应运而生。物联网的概念是在1999年提出的，其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、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连接起来，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。

9.1.4物联网世界物联网就是“物物相连的互联网”，它包含两层意思：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。介绍内容：RFID技术物联网的支撑技术物联网的三个基本特征物联网的应用

9.1.4物联网世界1.RFID技术介绍RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW）RFID由标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）组成。

9.1.4物联网世界2.物联网的支撑技术作为信息与通信领域的技术革命，物联网是建立在牢固的技术进步和正在积极实现的网络普遍性基础之上的。物联网被称为继计算机、互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮。物联网的支撑技术主要有四项：无线射频（RFID）技术，用于数据加工与传递；无线传感器技术，获取物理状态变动的信息，架起真实世界与虚拟世界的桥梁；嵌入式智能技术，物体具备被感知和识别功能；纳米技术，使微小的物体也能连接到网络中。RFID处在物联网的最前端，是构成物联网的最关键技术。

9.1.4物联网世界3.物联网的三个基本特征2009年10月5日，在ITUWorld2009（世界电信展）上，中国移动总裁王建宙指出，物联网应具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

9.1.4物联网世界4.物联网的应用物联网实现所有网络的融合、资源的共享、应用的互通以及终端的互联，并把所有信息服务综合在一起。目前世界物联网应用都还处在信息采集的初级阶段，将来要走向物物互联、无处不在的感知，提供更好的服务、更高的效率，还有很多技术及产业瓶颈要克服。但实际上，国内运营商已经推出了射频支付、远程抄表、家庭安全监控等应用，这已经是物联网的一个初级表现。

9.2信息传输技术

为了实现复杂的信息处理、信息交换、信息共享，信息需要各传感器与计算机之间以及各计算机之间的传输。信息传输主要分为有线传输和无线传输，其中有线传输以光纤通信技术为典型代表；近距离无线传输以红外技术、蓝牙技术为典型代表，远距离无线传输则以卫星通信为主。9.2.1光纤通信技术9.2.2红外和蓝牙9.2.3卫星通信9.2.1光纤通信技术光纤通信是以激光为光源,以光导纤维为传输介质进行通信。1.光纤通信原理光纤通信系统一般由计算机、光端机和光中继器等组成。9.2.1光纤通信技术2.光纤通信优点现代通信网的3大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信,而其中光纤通信是主体,其主要优点体现在以下几个方面：频带宽,通信容量大。损耗低,中继距离长。抗电磁干扰能力强，保密性好。尺寸小、重量轻。光纤的原材料资源丰富。

9.2.2红外和蓝牙通信技术1.红外通信技术红外通信技术利用红外线来传输数据，由红外数据协会来建立统一的红外通信标准，适合于低成本、跨平台、点对点的高速数据连接，尤其是嵌入式系统的短距离无线通信技术。红外通信技术具有成本低廉、连接方便、功耗低等特点，因此，在小型的移动设备中获得了广泛的应用。通过红外接口，各类移动设备可以自由地进行数据交换。

9.2.2红外和蓝牙通信技术2.蓝牙技术蓝牙（Bluetooth）技术是一种支持点到点、点到多点的话音、数据业务的短距离（一般10m以内）无线通信技术。蓝牙技术是作为一种“电缆替代”技术提出来的，发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来，提供话音和数据的接入服务，实现信息的自动交换和处理。蓝牙技术因其无处不在的应用场景和良好的发展趋势，被公认为最有前途的十大技术之一。移动电话、PDA、家电等厂商的参与也使蓝牙技术的应用领域更加宽广。

9.2.3卫星通信卫星通信模式是一个一对多的网络结构模式，图9-5所示为卫星通信的星形网络连接示意图。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的主要优点：通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和多址通信；电路和话务量可灵活调整；一信道可用于不同方向和不同区域。卫星通信的缺点：由于两地球站之间的电磁波传播距离最小为7200km，信号到达有延迟；10GHz以上频带受降雨雪的影响；天线受太阳噪声的影响。

9.3信息处理技术信息处理是目前计算机应用最广泛的领域之一。信息处理是指将收集到的信息（称为原始信息）按照一定的程序和方法进行分类、分析、整理和编制等，使其具有可用性。信息处理的类型很多，如图像信息处理、声音信息处理、指纹识别和自动翻译等，都是目前研究的热点领域。9.3.1数字图像处理9.3.2声音信息处理9.3.4指纹识别9.3.4自动翻译9.3.5模式识别

9.3.1数字图像处理数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。1.数字图像处理的发展早期的图像处理以改善图像质量为目的，首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。实验室的研究人员对航天探测器“徘徊者7号”在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如采用几何校正、灰度变换和去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面的地图，获得了巨大的成功。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972年，英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT（ComputerTomograph）。1975年，EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。数字图像处理技术的大发展是从20世纪90年代初开始的，小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破，随后数字图像处理技术迅猛发展。

9.3.1数字图像处理2.数字图像处理研究的主要内容1）图像数字化2）图像编码压缩3）图像的增强和复原4）图像分割5）图像描述6）图像识别数字图像处理具有再现性好、处理精度高、适用面宽和灵活性高等优点。

9.3.1数字图像处理3.图像处理的主要应用领域遥感和航空测量生物医学工程通信工程工业和工程军事、公安文化艺术

9.3.2声音信息处理声音是除文字、图形图像之外表达信息的另一种有效方式，在多媒体计算机中对声音信息的处理是必不可少的。在多媒体环境中加入各种音乐、特殊声效，将使展现的画面更加生动、富有感染力。有关音频文件处理的内容在前面章节已介绍。

9.3.3指纹识别基于指纹的多样性特征和不可复制性，每个指纹都具有唯一性，利用指纹进行身份认证，可完全杜绝钥匙、IC卡被盗用，密码被破解等导致的他人非法进入现象。指纹识别分为四个阶段：读取指纹、提取特征、保存数据和比对确认。

9.3.4自动翻译计算技术的发展为机器代替人从事翻译工作,为最终消除人类交流障碍打开了希望之门。这个思路可以追溯到1945年，当时信息论的先驱WarrenWeaver就认为语言的翻译过程可以抽象成编码和解码过程，这种思想其实就是机器翻译的基石，并提出了机器翻译的可计算性。自动翻译技术的一个分支就是着手把机器翻译和语音识别、语音合成相结合，进行直接的口语翻译，这方面的研究首先起源于对语音识别技术的研究。在有明确限定的领域中，语音识别技术一般能取得比较高的准确率。

9.3.5模式识别所谓模式识别，通俗一点讲就是机器识别、计算机识别或机器自动识别。在这里是针对让计算机来判断事物而提出的，如检测病理切片、文字识别、话语识别、图像中物体识别等。模式识别研究的内容是使机器能做以前只能由人类才能做的事，具备人所具有的、对各种事物与现象进行分析、描述与判断的部分能力。典型的模式识别系统由图9-8所示的结构框图组成，一般由数据获取、预处理、特征提取选择、分类决策及分类器设计五部分组成。

9.4IT应用大视角9.4.1导航与卫星定位技术9.4.23S技术9.4.3智能机器人9.4.4智能大厦

9.4.1导航与卫星定位技术卫星导航定位系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统。1960年4月，美国发射了世界上第一颗“子午仪”导航卫星，1964年建成第一代卫星导航定位系统。1978年以后又建立了第二代卫星导航定位系统，即全球卫星定位系统（GPS）。卫星导航系统的出现，解决了大范围、全球性、高精度、快速定位的问题，为车船、飞机、导弹武器提供了先进的导航服务。

9.4.1导航与卫星定位技术1.全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）全球定位系统构成由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成，三者具有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。全球定位系定位原理卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。全球定位系特点高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便。

9.4.1导航与卫星定位技术全球定位系统应用（1）陆地应用：车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；（2）海洋应用：远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；（3）航空航天应用：飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

9.4.1导航与卫星定位技术2.北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国（GPS）、俄罗斯（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。北斗卫星导航系统已经成为我国重要的空间和信息化基础设施，在交通、通信、电力、金融、气象、海洋、国防等领域发挥重要作用。中国的北斗导航系统在应用系统的广度和深度方面都超越了GPS，北斗全球的应用推广工作正在有序展开。

9.4.23S技术遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)有机地结合在一起来应用，称为3S技术。1.遥感（RS）遥感（RemoteSensing），顾名思义，就是遥远地感知。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射能量，其中有一种人类已经认识到的形式——电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。

9.4.23S技术2.地理信息系统（GIS）地理信息系统（GeographicInformationSystem）是人类在生产实践活动中，为描述和处理相关地理信息而逐渐产生的软件系统。它以计算机为手段，对具有地理特征的空间数据进行处理，能以一个空间信息为主线，将其他各种与其有关的空间位置信息结合起来。它的诞生改变了传统的数值处理信息方式，使信息处理由数值领域步入空间领域。GIS构成：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据库、系统管理人员。GIS应用：资源清查、城乡规划、灾害监测、环境管理、宏观决策

9.4.23S技术3.RS、GIS、GPS三者的结合方式地理信息系统与全球定位系统的结合利用地理信息系统中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，组成“GPS1GIS”的各种电子导航系统，用于交通、警车定位和车船自动驾驶等。地理信息系统和遥感的结合对于各种地理信息系统，遥感是重要的信息源和数据更新的重要手段，同时，地理信息系统可以提供遥感图像处理所需的一些辅助数据，以提高遥感图像的信息量和分辨率，从而提高遥感图像处理和解译的精度。3S技术的整体结合集遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的功能于一体，构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统，是空间信息适时采集、处理、更新及动态地理过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有力手段。

9.4.3智能机器人机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40年的发展，已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生—成长—成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备。

9.4.4智能大厦智能大厦是指利用系统集成方法，将计算机技术、通信技术和信息技术等高科技与现代建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，向人们提供一个高效、舒适、安全、便利环境的建筑物。智能大厦是信息时代的产物，是计算机、通信技术等高科技在建筑业中的重大应用。楼宇自动化系统是智能大厦的核心系统，它运用计算机技术、控制技术及自动测量等技术，对智能大厦内的各种分散的电力、照明、空调、给排水、电梯和自动扶梯、防火等设备进行自动控制和统一管理，管理人员可以随时掌握设备状态及运行时间、能量的消耗及变化等信息。

9.4.4智能大厦智能大厦的计算机网络（1）主干网。主干网负责计算中心主机或服务器与楼内各局域网及其他办公设备联网。（2）楼内的局域网。根据需求在楼层内设置几个局域网。通常楼宇自动化系统由独立的局域网构成。（3）与外界的通信联网。可以由高速主干网、中心主机或DDN数字数据网或ADSL网来实现。

9.5IT发展展望9.5.1三网合一9.5.2自动驾驶9.5.3生物计算机9.5.4量子计算机9.5.5移动互联网9.5.6社会计算9.5.7云计算

9.5.1三网合一三网合一:通信技术的新发展，它指的是电信网、有线电视和计算机网三大网络在高层业务应用上的融合。三网合一的内涵:技术上趋向一致，网络层互联互通，业务层互相渗透交叉，应用层使用统一的协议。三网合一的实质:建成国家信息高速公路，实现网络传输、接入、交换各个层面的宽带化。

三网合一，百姓是受益者三网合一，有利于生态环境保护三网合一，国家是倡导者

9.5.2自动驾驶自动驾驶也称自动操作，是一种不需要人为干预、能够自动检测、自动处理和自动执行的控制技术。智能车辆技术分为三类汽车自动防撞系统辅助驾驶系统事故通报系统

9.5.3生物计算机生物计算机是利用DNA计算技术替代传统电子技术的新型的未来计算机。生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物计算机采用生物芯片代替由无机材料制成的硅芯片，其主要特点是：体积小，运算速度极快，存储容量特别大。生物芯片具有低阻抗、低能耗性质，摆脱了传统半导体元件散热问题的困扰，从而克服了长期以来集成电路制作工艺复杂、电路因故障发热熔化以及功耗大等弊端。

9.5.4量子计算机物理学家RichardFeynman首次提出把量子力学和计算机结合起来的可能性。随后，英国牛津大学物理学家D.Deutsch于1985年初步阐述了量子计算机的概念，并指出量子并行处理技术会使量子计算机比传统的图灵计算机具有更强大的功能。组成量子计算机的硬件是由一些量子器件构成的，也就是说，所用的微处理器也是一种量子器件。量子计算机的器件体积微小，其工作原理和现在的电子器件也很不一样。与传统的计算机相比，量子计算机特点量子信息的存储——量子比特量子信息的运算——量子算法

9.5.5移动互联网移动互联网（MobileInternet,简称MI）是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业态，包含终端、软件和应用三个层面。终端层包括智能手机、平板电脑、电子书、MID等；软件包括操作系统、中间件、数据库和安全软件等；应用层包括休闲娱乐类、工具媒体类、商务财经类等不同应用与服务。移动互联网未来发展趋势（1）移动互联网超越PC互联网，引领发展新潮流。（2）移动互联网和传统行业融合，催生新的应用模式。（3）移动互联网商业模式多样化，细分市场继续发力。（4）用户期盼跨平台互通互联，HTML5技术让人充满期待。（5）大数据挖掘成蓝海，精准营销潜力凸显。

9.5.6社会计算1.社会计算的定义社会计算是一门现代计算技术与社会科学之间的交叉学科。社会计算将计算转移到了网络的边界，使得个人用户只需相对较低的网络技术经验就能在社会交互活动上展现他们的创造力、贡献专业知识、共享内容、共同开发新软件、传播信息，甚至形成集体讨价还价的能力。社会计算不是研究个体行为，而是研究群体现象。社会计算是基于计算数据模型和计算机科学以及人机工程学来分析研究人的社会行为，建立关于人在社会中各类交往和资源的应用科学。

9.5.6社会计算2.社会计算的研究现状

国际国内通过多种方式加强研究。3.社会计算的特点及关键方法社会计算的一个主要动机与目的就是把传统上限于语言层次和静态的知识，不管是书本上的还是社会上的、解析型的还是经验型的、历史的还是现实的，都使之数字化、网络化和动态化，用于各种复杂社会问题的建模、分析和决策支持。下面就社会计算与传统组织计算在组织、结构、范围、内容、质量、用户身份和可扩展性等方面进行比较。

9.5.6社会计算4.社会计算在社会领域中的应用社会计算在社会中的应用主要体现在两个方面：（1）基于较复杂的企业中Web2.0体系结构技术的使用，如企业Blog、企业Wiki、企业Agent、社会计算BEA（BureauofEconomicAnalysis）新工具的面市；（2）在社会重大问题领域中的应用，如复杂社会系统的社会计算、复杂经济系统的社会计算、复杂生态问题的社会计算、模拟战争系统中的社会计算、人口系统的社会计算以及复杂工程系统的社会计算。

9.5.7云计算云计算（cloudcomputing）是分布式计算技术的一种，其最基本的概念是通过网络将庞大的计