面向物聯(lián)網(wǎng)應用的人工智能技術(shù)研究

趙 鵬

（中國鐵塔股份有限公司 云南省分公司，云南 昆明 650228）

1 物聯(lián)網(wǎng)與人工智能

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的概念起源于美國麻省理工學院自動識別中心的學者提出的網(wǎng)絡無線射頻識別系統(tǒng)。生活工作中的所有物品通過射頻識別的信息傳感設備，能將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)物品的智能化識別。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展進步，物聯(lián)網(wǎng)作為新一代技術(shù)得到了人們的青睞。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為集成應用與系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展的一項重要技術(shù)，幾乎與所有信息技術(shù)存在聯(lián)系。因此，社會各界普遍認為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應用將會是世界的第三次信息技術(shù)革命。物聯(lián)網(wǎng)通過信息傳感設備（射頻識別、紅外攝像頭以及激光掃描儀），在確定的通信協(xié)議基礎(chǔ)上將各種物品（生活工作中的設備、設施，甚至包括人和動物）與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)世界上的人與物、物與物之間的信息交換。對物體進行智能化識別、定位、跟蹤以及監(jiān)控，物聯(lián)網(wǎng)上所有連接的物品都具有獨特的標識編碼和物理特性。從技術(shù)層次來講，物聯(lián)網(wǎng)并不是一項新技術(shù)，而是多種信息技術(shù)的集成應用，可以使人與物之間、物與物之間以及人與環(huán)境之間進行信息交流[1-3]。我國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究分為3個層次，分別為感知層、網(wǎng)絡層以及應用層。感知層包括各種各樣的傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)等硬件設備，主要作用是識別物體和采集信息，并且將信息傳遞給網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層包括互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及多種接入網(wǎng)與專用網(wǎng)，主要是傳輸、處理感知層采集的數(shù)據(jù)信息。應用層主要向用戶提供物聯(lián)網(wǎng)接口，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應用。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 人工智能

人工智能通常指運用機器來完成目前借助人類才能完成的事物，分為強人工智能和弱人工智能2種。強人工智能在科幻電影中應用較多，指機器可以像人類一樣具有獨立意識，能夠進行溝通交流和自我學習，也能對問題進行推理和解決。現(xiàn)實中由于技術(shù)限制，計算機并不具備獨立意識能力，即弱人工智能，也可將其稱為遷移學習。遷移學習指生活中舉一反三的能力。人工智能只能在特定領(lǐng)域內(nèi)使用特定方面的能力，不能跨越領(lǐng)域。例如，在圍棋上戰(zhàn)勝人類的阿爾法狗，只能在圍棋方面超越人類水平。目前，人工智能已經(jīng)經(jīng)歷機械自動化、電子自動化以及信息自動化的發(fā)展。目前處于弱人工智能時代，機器程序只能被動接收信息和要求。強人工智能成為人類未來研究方向，是機器程序?qū)θ祟惖乃伎挤绞胶托袨檫M行學習后形成自身獨立意識。人類研究人工智能主要為了更好地替代人類工作，是推動人類生產(chǎn)力發(fā)展的重要動力。本質(zhì)上，人工智能通過計算和科學模擬人類的思想行為實現(xiàn)，包括哲學、科學以及藝術(shù)等多種學科。作為人類智慧發(fā)展的重要成果，它可以有效解放人類的體力和腦力，促進人類社會持續(xù)發(fā)展。20世紀50年代，計算機專家約翰·麥卡錫提出人工智能一詞。人工智能剛被提出時引起了廣泛關(guān)注，出現(xiàn)了第1次發(fā)展高峰，被廣泛應用于語言領(lǐng)域和數(shù)學領(lǐng)域，用于推理和解決幾何、英語以及代數(shù)方面的問題。20世紀70年代，人工智能技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸，即不能完成大規(guī)模復雜任務和數(shù)據(jù)訓練，發(fā)展進入低谷。人工智能的第2次發(fā)展高峰是在誤差反向傳播（Error Back Propagation，BP）算法的首次提出后，實現(xiàn)了大規(guī)模人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡訓練，促進了人工智能的快速發(fā)展[4,5]。

2 面向物聯(lián)網(wǎng)應用的人工智能技術(shù)

2.1 智能制造技術(shù)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的人工智能技術(shù)不斷進步，已經(jīng)朝著成熟階段發(fā)展?；诨ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展的人工智能技術(shù)有利于提高制造企業(yè)的核心競爭力，轉(zhuǎn)變原有的傳統(tǒng)制造模式，著手打造智能工廠，為消費者提供全新的智能制造服務。智能制造作為人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合體現(xiàn)，可以從多個角度為消費者帶來個性化的產(chǎn)品定制服務[6]。

2.2 智慧屏聯(lián)技術(shù)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在生活工作中可以隨時隨地看到色彩繽紛的圖像。這些圖像來自各個地區(qū)的硬件產(chǎn)品，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充分使用人工智能技術(shù)實現(xiàn)實物影像。智慧屏聯(lián)技術(shù)作為在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展的人工智能，是向消費者提供硬件產(chǎn)品、軟件平臺以及場景應用的綜合解決方案。目前，智慧屏聯(lián)已經(jīng)在銀行系統(tǒng)中應用，采用的超級柜臺技術(shù)已經(jīng)解決了原本的人工操作效率低的問題。智慧屏聯(lián)技術(shù)通過人臉識別、語音識別、身份證以及銀行卡掃描技術(shù)，可有效提高銀行的運行效率。此外，該技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)、導航軟件以及網(wǎng)購平臺中廣泛應用。人工智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上還發(fā)展了3D全息投影技術(shù)，能夠構(gòu)建出三維立體圖像。全息投影技術(shù)是伴隨著20世紀60年代激光器的生產(chǎn)而發(fā)展起來的一項重要技術(shù)。3D全新投影技術(shù)構(gòu)建的三維立體圖形與現(xiàn)實物體十分接近，主要是通過光波干涉法記錄物體光波振幅，使用全息重現(xiàn)光波，保留光波的振幅長度與相位信息，進而將接近真實物體的三維圖像呈現(xiàn)出來。近年來，隨著人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，全息投影技術(shù)已經(jīng)在人們的生活中逐漸應用，目前在媒體報道、商業(yè)櫥窗以及遠程教學領(lǐng)域有了初步嘗試，促進了影像技術(shù)的發(fā)展[7]。

2.3 語音識別技術(shù)

語音識別處理技術(shù)在智能應用技術(shù)中具有重要地位。在物聯(lián)網(wǎng)中應用的語音識別處理技術(shù)主要包括機器翻譯、語音合成、語音識別以及語義理解等。近年來，人們越來越關(guān)注語音識別技術(shù)與語音理解技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，目前已經(jīng)在各種智能設備上廣泛應用，其中語音收集與識別功能應用較為廣泛。語音理解技術(shù)作為人工智能技術(shù)發(fā)展階段應用較為頻繁的技術(shù)類型，目前主要應用于內(nèi)容推薦與搜索引擎，并結(jié)合識別技術(shù)為人工智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用帶來全新的發(fā)展機遇。

2.4 智能駕駛技術(shù)

最早提出的自動駕駛概念指人們通過無線電波發(fā)送指令，對車輛的方向盤、離合器以及制動器等機械設備實現(xiàn)自動控制，實現(xiàn)汽車自動行駛的目的。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，將高精度傳感器和實時通信系統(tǒng)結(jié)合，使得車輛控制程序越來越成熟。車輛自動駕駛系統(tǒng)包括環(huán)境感知、車輛智能控制以及輔助駕駛等多種功能，使機動車輛在沒有人類的主動操作下也可以安全上路自動駕駛。目前，谷歌、百度等公司已經(jīng)投入自動駕駛車輛試驗車型運行。智能駕駛技術(shù)包括感知層、決策層以及執(zhí)行層。感知層通過車輛上的多種感測器獲取車輛的工作狀態(tài)與運行情況。例如，通過攝像頭、激光雷達以及超聲波傳感器等設備獲取外界環(huán)境信息，通過傳感器直接獲取車速、輪速以及檔位等車輛運行信息，通過視覺傳感器識別道路車道線、停止線、其他車輛、行人以及信號燈等信息。感知層收集信息后通過通信系統(tǒng)將相關(guān)信息傳輸給車輛智能控制程序。決策層是指智能駕駛技術(shù)的控制程序，主要是分析處理感知層收集的數(shù)據(jù)信息。

首先，對收集的原始信息進行預處理。例如，將激光雷達傳感器收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為車與物體、人的距離數(shù)據(jù)，將攝像頭拍攝的視頻、圖片信息轉(zhuǎn)化為判斷路上、信號以及行人的信息，然后根據(jù)深度學習模型的運算處理，在實時路況、交通環(huán)境以及車輛運行狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上智能制定自動駕駛決策，前提是遵守交通規(guī)則，收集車輛運行方向、行駛速度、燈光開關(guān)以及動力變化等信息，將信息傳輸給決策層。智能駕駛系統(tǒng)的執(zhí)行層在接收到?jīng)Q策層傳輸?shù)闹噶钚盘柡?，在電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）輸出信號控制下，使車輛完成加速、減速、轉(zhuǎn)向、倒車以及亮燈等操作。目前，智能駕駛技術(shù)發(fā)展迅速，但是只能在環(huán)境簡單的情況下實現(xiàn)智能自動駕駛，一旦遭遇復雜路況，需要人工接管車輛控制。其中，智能駕駛技術(shù)的高精度傳感器、決策系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)仍然是研究重點。如果在技術(shù)上實現(xiàn)突破，可以極大程度提高智能駕駛水平。如果智能駕駛技術(shù)廣泛應用，可以極大程度改善城市交通路況[8-10]。

2.5 智能醫(yī)療技術(shù)

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)是智能醫(yī)療技術(shù)的重要體現(xiàn)，它通過互聯(lián)網(wǎng)將醫(yī)療感應設備與醫(yī)療人員、醫(yī)療資產(chǎn)以及醫(yī)療物品相連接，實現(xiàn)信息傳輸交互。通過感應設備對人或物的狀態(tài)、身份進行識別，包括條形、二維碼以及射頻標簽。應用服務器包括醫(yī)院醫(yī)療信息系統(tǒng)、電子病歷系統(tǒng)等。在沒有應用人工智能技術(shù)的情況下，醫(yī)院可以通過感應器收集統(tǒng)計患者血壓、體溫以及使用的醫(yī)療設備與藥品信息，直接記錄在醫(yī)療信息系統(tǒng)中，應用場景較為簡單。在應用大數(shù)據(jù)技術(shù)、深度學習系統(tǒng)以及智能機器人等新技術(shù)后，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)不再只是簡單的醫(yī)療數(shù)據(jù)信息采集傳輸，而是可以幫助醫(yī)院實現(xiàn)醫(yī)療管理的智能化，可有效拓展醫(yī)療資源，推動新型醫(yī)藥的研究。目前，智能醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)在遠程智能遙控、智能診療以及藥品智能研發(fā)方面獲得應用。遠程智能看護是通過在患者身上佩戴相應的采集設備，實時采集并統(tǒng)計患者的心率、體溫、脈搏以及血壓等數(shù)據(jù)信息傳輸給醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)平臺。服務器分析處理患者數(shù)據(jù)，判斷各項指標是否正常，一旦數(shù)值異常，將會向醫(yī)護人員發(fā)出預警信號。使用深度學習訓練模型分析判斷患者長期健康監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，檢測是否存在其他潛在病癥，并將患者的各項數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)结t(yī)院醫(yī)療信息系統(tǒng)與電子病歷中，為醫(yī)生診斷提供可靠參考。智能醫(yī)療是人工智能對專家醫(yī)生醫(yī)療知識的深入學習，通過模擬醫(yī)生思維對疾病進行診斷推理，患者可以直接通過網(wǎng)絡提出診斷咨詢。人工智能系統(tǒng)在模擬訓練后可以根據(jù)病情有效解決醫(yī)療資源缺乏問題。藥品智能研發(fā)將人工智能深度學習技術(shù)應用于藥品研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)篩選挖掘合適的生物成分與化合物，采取計算機模擬技術(shù)預測藥物活性、安全性以及副作用，從而提高藥品研發(fā)成功概率，有效降低藥品研發(fā)成本。目前，在心血管藥物、抗腫瘤藥物以及傳染病藥物研發(fā)中應用人工智能技術(shù)已經(jīng)取得巨大突破[11]。

3 結(jié) 論

基于互聯(lián)網(wǎng)的人工智能技術(shù)的推廣應用，不但可以有效提高物聯(lián)網(wǎng)運行效率和質(zhì)量，而且對人工智能技術(shù)優(yōu)化具有重要意義?；诨ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展人工智能技術(shù)，可以促進互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的整合，使物聯(lián)網(wǎng)在實際應用中更加方便快捷，從而為人們提供更加精準的智能化服務。為了能不斷提高物聯(lián)網(wǎng)應用水平，相關(guān)研究人員需加強創(chuàng)新，促使人工智能技術(shù)不斷發(fā)展。