智能科学导论6章概要

三、重点领域及其优先主题

4．农业

(24)农业精准作业与信息化

5．制造业

(27)数字化和智能化设计制造

6．交通运输业

(38)智能交通管理系统

7．信息产业及现代服务业

(40)现代服务业信息支撑技术及大型应用软件

11．国防五、前沿技术

2．信息技术

(6)智能感知技术(7)自组织网络技术

4．先进制造技术

(13)智能服务机器人六、基础研究

2．科学前沿问题(7)脑科学与认知科学

6.1智能科学技术与科技进步国家中长期科学和技术发展规划纲要（摘要）第一页1第二页，共36页。

4．农业

(24)农业精准作业与信息化

重点研究开发动植物生长和生态环境信息数字化采集技术，实时土壤水肥光热探测技术，精准作业和管理技术系统，农村远程数字化、可视化信息服务技术及设备，农林生态系统监测技术及虚拟农业技术。

5．制造业

(27)数字化和智能化设计制造

重点研究数字化设计制造集成技术，建立若干行业的产品数字化和智能化设计制造平台。开发面向产品全生命周期的、网络环境下的数字化、智能化创新设计方法及技术，计算机辅助工程分析与工艺设计技术，设计、制造和管理的集成技术

6．交通运输业

(38)智能交通管理系统

重点开发综合交通运输信息平台和信息资源共享技术，现代物流技术，城市交通管理系统、汽车智能技术和新一代空中交通管理系统。7．信息产业及现代服务业

(40)现代服务业信息支撑技术及大型应用软件重点研究开发金融、物流、网络教育、传媒、医疗、旅游、电子政务和电子商务等现代服务业领域发展所需的高可信网络软件平台及大型应用支撑软件、中间件、嵌入式软件、网格计算平台与基础设施，软件系统集成等关键技术，提供整体解决方案。6.1智能科学技术与科技进步国家中长期科学和技术发展规划纲要（重点领域及其优先主题）第二页2第三页，共36页。

2．信息技术

信息技术将继续向高性能、低成本、普适计算和智能化等主要方向发展，…。纳米科技、生物技术与认知科学等多学科的交叉融合，将促进基于生物特征的、以图像和自然语言理解为基础的“以人为中心”的信息技术发展，推动多领域的创新。重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、…。

(6)智能感知技术

重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。

(7)自组织网络技术重点研究自组织移动网、自组织计算网、自组织存储网、自组织传感器网等技术，低成本的实时信息处理系统、多传感信息融合技术、个性化人机交互界面技术，以及高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统；研究自组织智能系统和个人智能系统。

6.1智能科学技术与科技进步国家中长期科学和技术发展规划纲要（前沿技术1）第三页3第四页，共36页。4．先进制造技术

先进制造技术将向信息化、极限化和绿色化的方向发展，成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、…。

(13)智能服务机器人智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点…。6.1智能科学技术与科技进步家中长期科学和技术发展规划纲要（前沿技术2）第四页4第五页，共36页。2．科学前沿问题

(7)脑科学与认知科学主要研究方向：脑功能的细胞和分子机理，脑重大疾病的发生发展机理，脑发育、可塑性与人类智力的关系，学习记忆和思维等脑高级认知功能的过程及其神经基础，脑信息表达与脑式信息处理系统，人脑与计算机对话等。6.1智能科学技术与科技进步国家中长期科学和技术发展规划纲要（基础研究）第五页5第六页，共36页。第6章智能科学技术与科技进步和经济发展6.1智能科学技术与科技进步6.2智能科学技术与工业现代化6.3智能科学技术与数字农业6.4智能科学技术与智能交通6.5智能科学技术与智能家电6.6智能科学技术与军事现代化第六页6第七页，共36页。

现代工业是人类活动的基石，也是人类赖以生存和发展的基础。工业技术水平一方面反映了人类社会的发展和文明的进步，同时也极大地影响着人类的生产与生活乃至思维。

6.2智能科学技术与工业现代化6.2.1智能制造6.2.2智能控制6.2.3智能工业机器人第七页7第八页，共36页。6.2.1智能制造概念智能制造定义：是指以计算机为核心而集成有关技术，以取代、延伸与强化有关专门人才在制造中的有关部分脑力活动所形成、发展、乃至创新了的制造。关键点：①以计算机来取代、延伸与强化人的部分脑力劳动；②不仅只用计算机，而且还集成了有关技术；

③计算机技术、有关技术是在不断发展的，智能制造也是在发展的；④取代、延伸、强化、集成的结果一般是发展和创新了原来的制造活动。智能制造技术定义：是指在制造系统及制造过程的各个环节通过计算来模拟人类专家的制造智能活动（如分析、判断、推理、构思和决策等），并与制造环节中人的智能进行柔性集成与交互的各种制造技术的总称。智能制造系统定义：是指基于智能制造技术所实现的制造系统。特征：

①智能集成性既强调制造智能的充分利用，更强调智能的集成②环境适应性环境适应能力和自主规划、控制、决策与自组织能力

③柔性与敏捷性多品种、小批量的生产环境和不可预测的市场需求④人机结合的适度智能自动化系统是适度而不是全面智能化第八页8第九页，共36页。6.2.1智能制造关键技术(1/5)传统人工智能技术用到的主要人工智能技术有：机器学习、数据挖掘、知识发现，基于Web的工艺规划、监控、诊断维护等方面的集成。软计算技术扎德（Zadeh）1996、1997分别提出了“硬计算”和“软计算”的概念：

硬计算是指传统的计算和逻辑演算；软计算与人脑相对应，具有在不确定、不精确环境中进行推理和学习的卓越能力。例如，视觉信息处理是生物的软计算能力计算智能，继扎德之后，人们又把神经计算、进化计算和模糊计算归属于软计算的主要内容，并称为计算智能。智能Agent技术Agent是一种能够在一定环境中自主运行和自主交互，以满足其设计目标的计算实体。多Agent系统是一种有多个自主Agent组成的一种分布式系统。移动Agent是一种可以从网络上的一个节点自主地移动到另一个节点，实现分布式问题处理的特殊的Agent。第九页9第十页，共36页。6.2.1智能制造关键技术(2/5)例：反应Agent结构

环境反应Agent世界现状效应器传感器感知作用反应Agent的结构作用决策条件--作用规则第十页10第十一页，共36页。6.2.1智能制造关键技术(3/5)例：慎思Agent的基本结构慎思Agent世界现状效应器传感器感知作用慎思Agent的基本结构规划作用决策目标知识库内部现状环境第十一页11第十二页，共36页。6.2.1智能制造关键技术(4/5)移动Agent系统

MAEUAUASAUAUASA节点A结点BSAUASASAUAUAMAEMAEUASA用户Agent服务Agent移动本地通信远程通信事务服务事件服务目录服务表示注释移动Agent系统的一般结构第十二页12第十三页，共36页。6.2.1智能制造关键技术(5/5)合作与协调技术合作与协调是分布式人工智能（包括分布式问题求解和多Agent系统）的重要研究内容。以多Agent系统为例，Agent之间的合作包括：Agent协调：是指对Agent之间的相互作用和Agent动作之间的内部依赖关系的管理。它描述的是一种动态行为，反映的是一种相互作用的性质。它的两个最基本的成分是：“有限资源的分配”和“中间结果的通信”。Agent协作：协作是指Agent之间相互配合一起工作。它是非对抗Agent之间保持行为协调的一个特例。Agent协商：协商主要用来消解冲突、共享任务和实现协调，是多Agent系统实现协调和解决冲突的一种重要方法。智能感知技术在智能制造系统中，智能感知技术主要用于检测、控制、监测、诊断、维护等方面。其研究重点：①新型传感技术与传感器的开发，如无线分布式传感与检测等；②机器视觉。第十三页13第十四页，共36页。6.2.1智能制造智能制造系统分布式网络化智能制造系统的结构第十四页14第十五页，共36页。6.2.2智能控制概念智能控制定义：是控制与智能的结合。从智能的角度，智能控制是智能科学技术在控制中的应用；从控制的角度，智能控制是控制科学技术向智能化发展的高级阶段。特点：①不确定性的模型；②高度的非线性；③复杂的任务要求。智能控制系统定义：是实现某种控制任务的一种智能系统。智能系统是指具有一定智能行为的智能行为的系统。主要功能特点：

①学习功能；②适应功能；③组织功能。第十五页15第十六页，共36页。6.2.2智能控制基本结构通信接口认知感知信息处理规划和控制传感器执行器广义对象智能控制器被控系统第十六页16第十七页，共36页。6.2.3智能工业机器人概念机器人国际标准化组织（ISO）对机器人的定义如下：(1)动作机构具有类似于人或其它生物体的某些器官；(2)具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；(3)具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；(4)具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。机器人学是在机器人发展过程中所形成的一门综合性学科。主要内容包括(1)基础理论方法。如运动、动力学，运动控制、规划，机器人智能理论(2)设计理论与技术。结构设计与优化，机器人仿真技术等(3)机器人仿生学。如形态、结构、功能等(4)机器人系统理论与技术。如多机器人系统、语言与编程、人机融合等(5)机器人操作和移动理论与技术。(6)微机器人学。工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置。第十七页17第十八页，共36页。6.2.3智能工业机器人分类按应用领域的分类服务机器人从事家庭和社会服务，要求能更加完美地在人类生活环境中与人共处军用机器人满足各种国防和军事用途，要求具有遥控、移动、感知和较高的智能空间机器人用于空间作业，水下机器人在水下作业的机器人医疗机器人用于医疗操作和康复治疗第十八页18第十九页，共36页。6.2.3智能工业机器人应用前景未来，科学技术的发展将会使机器人技术提升到一个更高的水平，机器人将成为人类多才多艺和聪明伶俐的“伙伴”。机器人应用将渗透到人类生活的各个方面：(1)更加广泛地代替人类从事各种生产作业；(2)将成为人类开发与探索宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具；(3)将在未来战争中发挥重要作用；(4)将用于提高人类健康水平和生活质量①服务机器人将进入家庭和服务产业；②家庭服务机器人可从事清洁卫生、园艺、炊事、家庭护理等；③在医院，机器人可从事手术、化验、运输、病人护理等；④在商业和旅游业中，机器人可导购、导游、表演、竞技、表演等第十九页19第二十页，共36页。6.2.3智能工业机器人应用例子机器人焊接生产线第二十页20第二十一页，共36页。6.2.3智能工业机器人应用前景机器人和人一起做实验第二十一页21第二十二页，共36页。6.2.3智能工业机器人应用前景主从式机器人与人协同动作第二十二页22第二十三页，共36页。第6章智能科学技术与科技进步和经济发展6.1智能科学技术与科技进步6.2智能科学技术与工业现代化6.3智能科学技术与数字农业6.4智能科学技术与智能交通6.5智能科学技术与智能家电6.6智能科学技术与军事现代化第二十三页23第二十四页，共36页。6.3智能科学技术与数字农业农业专家系统农业专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术。农业专家系统可应用于农业的各个领域，如作物栽培、植物保护、配方施肥、农业经济效益分析、市场销售管理等。例如：

病虫草害防治专家系统是针对作物不同时期出现的各种症状和不同环境条件，诊断可能出现的病虫草灾害，提出有效的防治方法。

栽培管理专家系统是在各个作物的不同生育期，根据不同的生态条件，进行科学的农事安排，其中包括栽培、施肥、灌水、植物保护等。农业机器人在一些发达国家，许多农业作业项目如蔬菜、水果的挑选与采摘，蔬菜的嫁接等都是劳动力密集型的工作，正逐步由农业机器人来完成。目前，已开发出来的农林业机器人有：耕耘机器人、施肥机器人、除草机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、蔬菜水果采摘机器人、林木修剪机器人、果实分拣机器人等第二十四页24第二十五页，共36页。6.3智能科学技术与数字农业农业专家系统第二十五页25第二十六页，共36页。6.3智能科学技术与数字农业农业机器人除草机器人该机器人可以用来识别和除去杂草，实际上要从农作物中找出杂草需要很多机器智能。如图所示的丹麦科学家开发的除草机器人。第二十六页26第二十七页，共36页。第6章智能科学技术与科技进步和经济发展6.1智能科学技术与科技进步6.2智能科学技术与工业现代化6.3智能科学技术与数字农业6.4智能科学技术与智能交通6.5智能科学技术与智能家电6.6智能科学技术与军事现代化第二十七页27第二十八页，共36页。6.4智能科学技术与智能交通智能交通的概念智能交通就是将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效的综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，所形成一种定时、准确、高效的综合运输系统智能交通研究举例智能公交系统，主要包括了公交智能调度、智能公交信息系统、车载即时信息等。例如，智能公交信息系统可使乘客在公共车站就能通过电视等媒介看到实时的公交车辆位置以及车辆进出站的信息。智能收费系统，汽车通过收费站时不用停车即可完成收缴费事宜。智能驾驶监视系统，过安装在车上的一个小仪器，随时监测驾驶者的瞳孔，当驾驶者闭上眼睛时，发出报警声音，来防止驾驶者打瞌睡。智能交通追查系统，在高速公路出口检查车辆的违章记录。智能汽车，研究并制造无人驾驶的智能汽车。第二十八页28第二十九页，共36页。6.4智能科学技术与智能交通清华的智能汽车第二十九页29第三十页，共36页。6.4智能科学技术与智能交通第十四届智能交通世界大会(2007.10.9---13)在我国召开第三十页30第三十一页，共36页。第6章智能科学技术与科技进步和经济发展6.1智能科学技术与科技进步6.2智能科学技术与工业现代化6.3智能科学技术与数字农业