新一代信息技术导论-第1章-绪

信息导论新一代技术目录新一代信息技术导论新一代信息技术导论第一章绪论新一代信息技术概述第一章绪论新一代信息技术

随着我国新旧动能加快转换，为发展创造了良好的外部环境。物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术将加速渗透经济和社会生活各个领域，融合化趋势更加明显。

新一代信息技术同时也是国务院确定的七个战略性新兴产业之一，党中央、国务院高度重视新一代信息技术产业，有力地推动了我国新一代信息技术产业发展。新一代信息技术概述第一章绪论物联网云计算大数据人工智能区块链新一代信息技术为代表的新一轮的信息技术革命。1.1信息与信息技术第一章绪论信息是什么？信息的概念有多种多样，至今并没有统一的定义日常生活中比较笼统和模糊的理解是：语言、文字、图画、照片等所表达的内容、事实或消息读书、听课、交谈等所学习和了解的知识、方法和情况为了做判断、订计划或解决问题等所需要的数据和资料···1.1信息与信息技术第一章绪论信息是什么？比较正式也比较抽象的描述是：信息是事物运动状态和特征的反映信息就是信息，它不是物质也不是能量，美国哈佛大学的研究小组提出了著名的资源三角形：

没有物质，什么也不存在；没有能量，什么也不会发生；没有信息，任何事物都没有意义。

信息与物质、能量是客观世界的三大构成要素。1.1信息与信息技术第一章绪论什么是信息处理？信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等)信息的传递(如邮寄、出版、电报、电话、广播等)信息的加工(如分类、计算、分析、转换、检索等)信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等)信息的施用(如控制、显示、指挥等)1.1信息与信息技术第一章绪论人工进行信息处理的过程事物客体信息获取(感觉器官)信息加工与存储(大脑)信息传递(神经系统)信息施用(效应器官)信息传递(神经系统)手/脚/身眼/耳/鼻/舌/身1.1信息与信息技术第一章绪论人工信息处理的不足：

算不快记不住传不远看（听）不清信息技术（IT）1.1信息与信息技术第一章绪论什么是信息技术？信息技术（InformationTechnology，简称IT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。内容包括：

扩展感觉器官功能的感测(获取)技术扩展神经系统功能的通信技术扩展大脑功能的计算与存储技术扩展效应器官功能的控制与显示技术扩展神经系统功能的通信技术外部世界事物1.2新一代信息技术第一章绪论新一代信息技术，不只是指信息领域的一些分支技术如集成电路、计算机、无线通信等的纵向升级，更主要的是指信息技术的整体平台和产业的代际变迁。以物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等为代表的新一轮的信息技术革命。什么是新一代信息技术1.2新一代信息技术第一章绪论简单理解：物物相连的互联网，即物联网。物联网在国际上又称为传感网，万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入个微型感应芯片，把它变得智能化，这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，这就是物联网。物联网技术1.2新一代信息技术第一章绪论云计算：提供资源的网络被称为“云”资源：硬件资源、软件资源云计算技术1.2新一代信息技术第一章绪论大数据或称巨量资料或海量数据资源指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营更好的决策资讯。大数据技术1.2新一代信息技术第一章绪论人工智能：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。人工智能技术1.2新一代信息技术第一章绪论人工智能的几大门派符号学派连接学派行为学派神经网络知识表示机器人模拟人的心智模拟脑的结构模拟人的行为贝叶斯学派进化学派类推学派1.2新一代信息技术第一章绪论区块链技术从学术角度来解释，区块链是分布式数据存储、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。区块链本质上是一个去中心化的数据库。通俗一点说，区块链技术就是一种全民参与记账的方式。所有的系统背后都有一个数据库，可以把数据库看成就是一个大账本。1.2新一代信息技术第一章绪论物联网、云计算、大数据、人工智能虽然都可以看作独立的研究领域，但随着现代信息技术的发展，各个研究邻域的技术已经融合，在实际的应用中通常综合运用，以达到相辅相成的效果。新技术之间相互关联关系1.2新一代信息技术第一章绪论物联网、云计算、大数据、人工智能之间的关系。1.2新一代信息技术第一章绪论1．云计算云计算最初的目标是对资源进行管理，主要包括计算资源、网络资源、存储资源3个方面。管理的目标就是要达到两个方面的灵活性：时间灵活性——想什么时候要就什么时候要；空间灵活性——想要多少就有多少。时间灵活性和空间灵活性即为通常所说的云计算的弹性，而这个问题可以通过虚拟化得到解决。1.2新一代信息技术第一章绪论2．大数据拥抱云计算云计算PaaS平台中的一个复杂的应用是大数据平台。大数据是如何一步一步融入云计算的呢？大数据中的数据分为3种类型：结构化的数据、非结构化的数据和半结构化的数据。其实数据本身并不是有用的，必须要经过一定的处理。例如，人们每天跑步时运动手环所收集的就是数据，网络上的网页也是数据。虽然数据本身没有什么用处，但数据中包含一种很重要的东西，即信息（Information）。数据十分杂乱，必须经过梳理和筛选才能够称为信息。1.2新一代信息技术第一章绪论3．物联网技术完成数据收集数据的处理分为几个步骤，第一个步骤即是数据的收集。从物联网层面上来讲，数据的收集是指通过部署成千上万的传感器，将大量的各种类型的数据收集上来；从互联网网页的搜索引擎层面上来讲，数据的收集是指将互联网所有的网页都下载下来。这显然不是单独一台机器能够做到的，需要多台机器组成网络爬虫系统，每台机器下载一部分，机器组同时工作，才能在有限的时间内，将海量的网页下载完毕。但是，伴随着数据量越来越大，众多小型公司又没有足够多的机器处理相当多的数据，此时，又该怎么办呢？1.2新一代信息技术第一章绪论4．大数据需要云计算，云计算需要大数据例如，通过大数据技术分析公司的财务情况，可能一周只需要分析一次，如果将上百台机器甚至上千台机器的大部分时间闲置，则会非常浪费。那么，能否按需使用，在需要时用于财务分析；在不需要时，用于其他业务服务呢？谁能实现这个设想呢？1.2新一代信息技术第一章绪论只有云计算，其可以为大数据的运算提供资源层的灵活性。而云计算也会部署大数据应用到它的PaaS平台上，作为一个非常重要的通用应用存在。当下的公有云上基本上都部署有大数据的解决方案，当一家小型公司需要大数据平台的时候，不再需要真实采购上千台机器，只要到公有云上一点，这些机器就“出来”了，并且其中已经部署好了的大数据平台，只需将数据输入进去进行计算即可。云计算需要大数据，大数据需要云计算，二者就这样结合了。1.2新一代信息技术第一章绪论5．人工智能拥抱大数据云人工智能算法依赖于大量的数据，而这些数据往往需要面向某个特定的领域（如电商、邮箱）进行长期的积累。如果没有数据，人工智能算法就无法完成计算，所以人工智能程序很少像前面的IaaS和PaaS一样给某个客户单独安装一套，让客户自己去使用。因为客户没有大量的相关数据做训练，结果往往很不理想。1.2新一代信息技术第一章绪论云计算厂商往往是积累了大量数据的，可以为云计算服务商安装一套程序，并提供一个服务接口。例如，如果想鉴别一个文本是不是涉及暴力，则直接使用这个在线服务即可。这种形式的服务，在云计算中被称为软件即服务（SoftwareasaService，SaaS），于是人工智能程序作为SaaS平台进入了云计算领域。1.2新一代信息技术第一章绪论一个大数据公司，通过物联网或互联网积累了大量的数据，会通过一些人工智能算法提供某些服务；一个人工智能服务公司，也不可能没有大数据平台作为支撑。将物联网、云计算、大数据、人工智能这样整合起来，便完成了其相遇、相识、相知的过程。人工智能物联网大数据云计算新技术之间相互融合1.3新一代信息技术的应用第一章绪论

以四维图新打造的车联网与自动驾驶在5G环境下的应用实践为例，给大家讲解新一代信息技术的应用。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论

车联网通过云计算及大数据技术，对交通数据进行分析和计算，可以掌握整个城市的交通流量拥堵状况，通过人工智能技术可以做出合理的决策，对所有道路车辆进行路径规划，辅以交通调度。这样可以最大效率地提升城市的运力，同时还会大幅降低交通事故的发生概率，为我们的出行提供更安全、更高效、更方便的保障。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论所谓车联网，简单来说，就是由汽车及汽车交通运输系统相关元素组成的通信网络。车联网不仅把车与车连接在一起，它还把车与行人、与路、与基础设施（如信号灯等），车与网络、车与云连接在一起。上述连接都统称为V2X，也就是真正意义上的车联网。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论那么，在车联网之中，5G所体现出的优点主要有哪些？我们来计算一下，假设现在高速公路允许的最高速度是120km/h，约为33m/s。如果晚1秒刹车，就意味着至少需要33米（还未包含惯性距离）的制动距离；如果晚0.1秒，是3.3米；如果晚0.01秒，是0.33米。是否发生事故，有时候就是这不到半米的距离。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论以上这些还只是5G车联网的基础应用。5G车联网的高级应用当然是远程驾驶和自动驾驶。一、聪明的V2XV2X的“朋友圈”目前主要包含V、I、N、P：V2V（vehicle-to-vehicle，车-车），V2I（vehicle-to-infrastructure，车-基础设施），V2N（vehicle-to-network，车-互联网)，V2P（vehicle-to-pedestrian，车-行人)。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论二、聪明的地图任何位置信息最终想要为驾驶做决策，就必须有统一的坐标系支撑，而地图天然就具备强大的“位置基因”，所有与位置相关的信息都可以通过地图轻松而直观地表达，因此，V2X中一切与位置相关的信息都可以通过地图互联。高精地图结合高精定位，可以为V2X的精准服务提供强有力的保障。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论三、自动驾驶自动驾驶系统主要由感知、规划和控制三个环节构成1.3新一代信息技术的应用第一章绪论1.感知（Sense）想要使汽车实现自动驾驶，首先要让车知道：一是我在哪？二是我周围都有什么？也就是让车拥有这两种能力：感知自身和感知环境。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论如何感知自身？主要依靠高精度定位技术，首先通过4G/5G信号以及卫星，就能初步定位我们在现实世界中的位置，再配合RTK基站以及相关技术，就可以在大部分常规场景实现高精度定位。同时辅以惯性导航设备，以确保在山洞、隧道等4G/5G及GPS信号丢失的情况下短时间内定位（EdgeCases），除此之外，通过从高精度地图里提取的定位图层（NI-FeatureLayer）和传感器感知的结果进行融合，便可相对准确地定位我们在现实世界中的具体位置1.3新一代信息技术的应用第一章绪论

知道了自己的位置只能帮我们做基础的路径规划，想要最终为驾驶决策，我们还需要感知环境。

如何感知环境？在这个环节首先仍然需要高精度地图为传感器提供静态的物体信息，如人行横道、信号灯、交通标识等等。而对于动态物体的感知，我们就要依靠传感器了，目前传感器主要分为三大类：摄像头，主要擅长识别。毫米波雷达（Radar），擅长于测距、测速。此外最关键的一个也是其中成本最高的，当属激光雷达（LiDAR），擅长于精确地测量。以上三类传感器相结合，才能准确地知道周边车辆、行人、交通信号灯的3D姿态和尺寸。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论2.规划（Plan）

当感知完成，再得知目的地后，就可以规划路径了。为了确保驾驶的精准，我们利用高精度全局路径规划（HDGlobalRoutePlanning），即根据拥有厘米级精度的高精度地图结合定位，进行从起点到终点的车道级路径规划。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论

完成规划后，还需要结合真实的道路场景，如行人、变道的车辆等多种因素，为此我们既要通过传感器获取和感知这些动态的事物，也要根据传感器的感知结果以及一系列算法对环境物体在接下来几秒的潜在行为进行预测，这是自动驾驶业界面临的共有难题，也是顶级自动驾驶才具备的能力。预测轨迹后便可以决策下一秒怎么控车1.3新一代信息技术的应用第一章绪论3.控制(Control)

有了车道级的路径规划和行为决策结果，将这些系统指令传到车，即就实现车辆控制。自动驾驶汽车的横向控制，也是其核心技术之一，最终关系到驾驶的安全。而车辆的控制可以分为两个层级，通俗来讲就像新手司机和老司机的区别。

新手司机就是直接控制油门，刹车，方向盘实现启动，停止，加速，减速和转弯，但老司机开车，不但速度平顺，舒适性高，还能根据路况经验节省相应成本。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论四、车路协同遇到紧急路况时，丰富的驾驶经验固然重要，但如果未来我们能通过科技手段变被动为主动，那岂不是更好？比如面对拥堵，交警可以通过路网及车辆信息提前做好调度和规划，再比如面对恶劣天气，车主可以提前几个路口就预先得知前方实时的天气、路况，从而更加从容地规避掉潜在的风险。想实现这些就需要借助一项技术——车路协同，它可以通过V2X将网络、基础设施、其他车辆等信息提前感知，从而延伸车辆的感知距离，再通过云计算得到的结果，辅助交通调度和驾驶决策。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论想要让车和路充分协同运作，从而达到1+1>2的作用，环节上可以拆分为以下3步：（1）首先，需要丰富准确的信息做支撑，因为上述所说的一切都是基于准确的信息处理和分发的。这些信息主要包含以下内容。①按照终端类型划分：主要包括车载通信系统（V2X通信设备、车载通信网关）、路侧设施（路侧通信单元）、个人便携通信终端。②按照信息类型划分：主要包括来自路侧设施的感知、计算和通信信息，以及来自车端的信息互通、协同感知及协同控制。其次，需要一个统一的渠道将获取的海量信息传送到云端进行处理，这个渠道就是目前不同类型的通信技术，包括蜂窝网支持车联网（3G/4G/5G）、V2X通信技术、车内通信网等。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论（2）通过网络收集到车路数据后，需要将数据进行融合计算，形成人或者计算机可以识别的有效信息，作为最终的决策支撑。在车路协同领域，比较公认的路线是“云管端一体化”，如图所示。“云管端”可以通俗地理解为云（感知层）、管（网络层）、端（应用层）的协同工作。1.3新一代信息技术的应用第一章绪论（3）四维图新除了在车路协同领域充分发挥其地图方面的优势外，还自主研发了