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【关键词】物联网 课程 教学实践 应用能力
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2012)06-0063-02
一、引 言
物联网(Internet of Things,IOT)又称传感网,指的是将无处不在的末端设备和设施,包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、视频监控系统和“外在使能”的各种资产、携带智能终端的个人与车辆等,通过各种无线或有线的通讯网络实现互联互通,从而提供安全可控乃至个性化的实时监控、定位溯源、报警联动、远程控制、安全防范等管理和服务功能,实现任何智能物体间的“管、控、营”一体化。物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。目前物联网被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点,其应用范围几乎覆盖了各行各业。并且随着科学技术的不断发展,物联网技术将催生新的产业,形成新的经济增长点,其发展前景十分可观。鉴于此,2010年8月,教育部审批通过了35所高校获批开设物联网相关专业,新设专业将自2011年开始招生。在2011年,又有27所高校设置的“物联网”专业通过了教育部的审批。
二、教学实践与教学方法的初步探索
笔者所在的大学还未申报物联网专业,但与物联网技术相关的支撑专业门类比较齐全,如信息与通信工程、电子科学技术、计算机科学与技术、控制工程及测控技术及仪器等专业。基于此,笔者在2011年连续两个学期开设了物联网技术导论的公选课,学生选课非常踊跃,170人的选课规模每次都爆满,从这可以看出当前本科生对物联网等新生技术具有非常强的学习欲望。针对物联网技术的特点,在现有教学技术的基础上,对教学方案进行了初步探索。
1.合理选择教材
笔者结合选课学生的特点:不仅有理工科学生,还有社会科学类学生,选择了周洪波博士所编写的《物联网技术、应用、标准和商业模式》一书。此书以通俗易懂的方式,指导学生了解物联网世界,且不需要较强的专业背景,适应不同专业的学生。
2.严格修订教学大纲,合理安排教学内容。
教学大纲不仅是进行教学内容及进度的依据,也是考试考查的依据,更是教学质量评估的依据。一个好的教学大纲,非常有利于教学质量的提高。在教学内容上,首先讲述物联网产业的发展与机遇,让同学们明白物联网技术无论是在经济、生活以及国家战略上都有非常重要的前景。让同学们掌握互联网、物联网以及它们的区别与联系,并了解基于四大技术的物联网支柱产业群,分别为RFID从业人员、传感网从业人员、M2M人群以及工业信息化人群;其次,着重讲述物联网产业链,即Device、Connect以及Manage(DCM)三层系统,或者也可称之为感知层、网络层和应用层。让学生了解物联网的通讯与连接,包括短距离无线通讯技术、长距离无线通讯技术、短距离有线通讯技术和长距离有线通讯技术。在物联网应用方面,通过物联网在城市市政管理、农业园林、医疗保健、智能楼宇和交通运输等方面和同学们进行交流和探讨。并通过介绍各种传感器的原理与技术,让同学们对整个物联网系统有更进一步的了解。
3.教学方法和教学互动
物联网是个实用性很强、发展前景很广的技术。将来物联网会发展到什么程度,对人类的科技和生活会产生什么影响,都是一个未知数。因而在教学过程中,笔者非常注意和学生互动,让同学们发挥自己的想象力,尽量去描绘50年,甚至100年后因物联网的存在,人们的生活所发生的翻天覆地的变化。在上课过程中,笔者既有讲述的环节,有和学生互动的环节,更有让学生分组讨论的环节。笔者希望此课程是个开放的课程,学生不仅能学到知识,更能发挥自己的主观能动性。同时,通过运用多媒体等途径来呈现物联网所存在的问题和发展前景,请同学们利用已有知识,并发挥自己的想象尝试提出解决方案,设置悬念,然后抓住重点、热点作深入分析,最后上升为理论知识。从而使课程生动形象,对错分明,环环相扣,印象深刻,气氛活跃。当然,这种讲课方式有一个前提,那就是建立在师生间平等、相互理解的基础上。这种授课方式,就是师生间的相互沟通,实现这种沟通,理解是基础,也即心灵交融,才能实现交往、沟通。
4.考核方式
为了适应物联网技术应用型人才培养目标的要求,笔者在考核方式上突出强调学生对物联网技术的基本概念掌握和发展前景设想,同时考查学生的论文写作能力,从而实现对学习过程的督促与考核,客观完整地评价学生的学习效果。在考核的评价标准上学生的成绩由学生上课过程中的讨论报告、出勤率和最终课程论文三个部分组成。其中讨论报告占20%,出勤率占20%,最终课程论文占60%。这种考核方式既能让学生进一步了解物联网技术,又能发挥学生的想象力和主动性,并能让学生初步掌握科技论文的写作格式和写作方法。
三、结束语
物联网是一个新兴的产业和技术,笔者依据物联网专业的特点,结合我校应用型人才的培养目标,从物联网专业设置的现状、教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了初步的探讨。经过几个学期的教学探索,摸清了教学规律,优化了教学过程,改进了教学方法,使学生具有合理的知识结构,理论与实践相结合,从而具有解决实际问题的能力、开放的思维和协作能力,能够畅想未来,把握经济、社会和科学发展的大趋势,以适应社会经济和本科生教育信息化发展的需要,成为能够适应21世纪新挑战的复合型高端人才。
参考文献
1 周洪波.物联网技术、应用、标准和商业模式[M].北京:电子工业出版社,2010
2 康晓慧、罗霄凤、张梅等.植物病理学方向研究生教学改革与探索[J].安徽农业科学,2012(2):1225~1227
3 张玉梅.物联网在高校中的应用前景分析[J].学术研究,2011(10):82~83
【关键词】RFID 物联网技术 教学档案 管理
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)06-0237-01
学院教学档案是一个学院在教学管理、教学实践和教学研究等活动中形成的、对学院当前与长远发展具有指导意义的文件材料。教学档案的存储、整理、保存和利用是教学管理工作的重要组成部分,是影响学院评估效果的一个重要因素。但是,由于教学档案的种类繁多,而且需要维护的档案数量也非常庞大,经过长期的积累,必然给档案的管理、维护、查阅等带来极大的挑战,通过基于RFID的物联网技术,为每种档案设置不同标签,将极大的减轻管理人员的工作强度并提高工作效率。
1.教学档案管理主要内容及目前现状及面临的问题
1.1 教学档案管理主要内容
作为教学过程的主要记录载体,学院教学档案需要很多的书面材料,主要包括:(一)教学类档案:课程教学大纲、授课计划表、课程试题库、试卷审批表A、B卷及标准答案、学生成绩一览表、考场记录表、试卷分析表、记分册、网络课程、多媒体课件、双语教学课程建设相关材料、典型教案、重要备课记录;(二)毕业设计类档案:毕业设计课题及成绩汇总表、毕业设计相关管理规定、毕业设计(论文)报告、毕业设计工作安排及检查材料、教师指导毕业设计的经验体会等典型材料;(三)实验实践类档案:学生社会实践工作计划、总结、表彰材料、实习教学相关的规章制度、校内外教学实践、实习基地建设和运转情况材料、实习报告、考核表、实结、实习教学的典型材料、实习学生、指导教师名单及分组表、实习计划或方案;(四)其他类型的档案:本科专业学士学位申请材料、课程建设规划、课程组建设和活动情况、教学内容、方法和手段改革以及考试内容、方法和手段改革相关材料、其他教学建设的典型材料。
随着学院的发展,教学档案的数量日渐增多,种类也日趋多样化,同时档案管理人员少,任务繁重,传统的教学档案管理方法已很难适应现代的教学档案管理要求。所面临的主要问题有:
一、教学档案材料种类繁多,材料的收集易出错,容易丢失材料;
二、教学档案存放杂乱无序;
三、教学档案查阅非常繁琐费时,当学校检查或者评估时,档案材料的查阅非常困难,需要花费较长的时间和精力;
四、教学档案的安全管理,例如,未经允许,不准随意查询教学资料或者记录谁在何时查阅什么资料。
因此,教学档案管理技术手段急需升级改造,利用RFID物联网技术实现教学档案管理的自动化与智能化,从而提高工作效率,加强管理流程。
2.RFID技术及在档案管理中的应用
2.1RFID技术
RFID(Radio Frequency Identification)技术利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的目的[1]。通常一个RFID系统由阅读器、天线和标签三部分组成。应用中,通过读写器将物品的相关信息例如名称、所有人等属性信息写入RFID标签,然后将该标签贴在待识别物体表面。读写器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的数据,并将该数据传递到智能终端,从而实现对物体识别信息的远距离、无接触式采集、无线传输和处理等功能,并且同时能识别多个RFID标签[2][3]。 RFID技术应用于教学档案管理可以促进档案管理的自动化、智能化,具有很多优点,比如:远距离快速扫描、安全性高[4][5][6]。
2.2RFID物联网教学档案管理系统
基于RFID物联网技术的教学档案管理系统,主要有如下几大模块和功能:
(1)RFID 教学档案管理信息系统,该系统将RFID阅读器所读取的数据 进行保存和处理。档案管理人员通过该系统可实时查看档案的实际情况。
(2)教学档案的RFID标签。通过RFID标签制作设备,将档案的信息例如,教学档案的教师姓名,课程名称,班级等信息写入到该标签,并将其贴在教学档案袋之上。
(3)教学档案的储存柜实时监控。该柜安装有多个RFID阅读器和通信模块,能实时监控档案的存放位置的情况。储藏柜每个存放位置都有一个RFID阅读器,当存入档案材料时,由该阅读器读取标签信息并将该信息及存放位置信息通过通信模块传输给管理信息系统保存。当取出档案材料时,信息管理系统记录取出材料的信息及借阅人的相关信息。
3.RFID物联网技术在教学档案管理中的应用
新技术的应用必然导致工作流程的规范化,以前课程的教学材料只需要任课考试将所有材料整理好之后,放入到档案袋中,查阅时,相关人员可随意从中抽取浏览;还有些教学材料的收集时间跨度非常长,有些教师长时间不交材料,造成管理的不方便。这些问题都可通过在引入RFID物联网技术后进行规范化操作。
3.1 教学档案入库管理
每一个学期,新的教学档案入库前,要对该档案进行标识例如档案制作人,档案名称等,将这些信息由相关责任人通过终端管理器写入RFID标签。
3.2 教学档案查阅管理
教学档案在入库管理时,由储存柜上的阅读器将放置的位置信息与标签信息一起写入到系统中,用户在查阅时,可先在系统根据关键词,例如课程名称,任课教师等信息查阅具置,因而可快速地发现文件。
3.3教学档案的统计管理
通过该技术,管理人员可以很方便的统计各种材料的情况,不需要手工统计。系统也可由管理人员对相关材料设置时间要求,若在规定时间未提交材料,则系统通过邮件向相关教师进行提醒。
4.总结
通过RFID物联网技术在教学档案管理中的应用,不仅提高了工作效率,而且对教学管理工作的流程进一步规范化,标准化提供了基础,为教学工作提供更好的支持和帮助,使之成为学院工作的重要支撑。
参考文献:
[1]吴功宜,吴英. 物联网工程导论[M]. 北京: 机械工业出版社,2012.
[2]刘云浩. 物联网导论[M]. 北京: 科学出版社,2011.
[3]游站清,李苏剑,张益强等.无线射频识别技术理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.21-52.
[4]严林.电子档案管理―计算机技术在档案管理中的应用[J].机电兵船档案,2010,3:81-82.
随着计算机技术、互联网技术、无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术等飞速发展,物联网的研究和应用也得到快速发展,并越来越引起各国的高度重视。物联网甚至被称为继计算机和互联网之后的又一次信息产业革命。美国于2008年末由IBM提出“智慧地球”概念后,“智慧地球”框架下多个典型智能解决方案已经在全球推广;欧盟于2009年6月了全球首个国家级物联网发展战略规划;韩国和日本等发达国家也都分别提出了“U-Japan”和“U-Korea”信息化战略,其核心内容都是利用无所不在的泛在网络技术实现人与人、物与物、人与物之间连接,让民众可以随时随地享有科技智慧服务。我国政府于2009年8月提出“感知中国”的战略构想,并由政府、科研院所和企业建立相关研究基地和成立物联网产业联盟。可见物联网技术以及相关产业已经成为各国下一个必争的战略制高点。而任何一个新兴产业和行业的发展,都需要大量的专门技术人才,物联网的发展同样也不例外。目前,我国物联网专业人才还非常紧缺,人才的培养还处于起步阶段,而大批专门人才培养主要依靠高等学校来承担。在这样一个大的环境和背景下,国家教育部于2010年批准在35所高校设立物联网工程和传感网技术本科专业,并于2011年开始招生。另外,全国有将近20所高职高专院校以及独立学院开设了物联网工程专业。物联网工程专业是一个多学科高度交叉的新兴专业,如何培养出合格的、符合市场需求的物联网专业人才是高校面临的一个主要问题。南于物联网本身技术复杂、牵涉面广,涉及多学科的交叉,这就必然对人才的培养和专业建设都需要进行全新的考虑。笔者结合安徽理工大学物联网工程专业建设和实践,对物联网丁程专业人才培养和教学资源建设进行了一些初步的探索,为高校物联网工程专业人才培养和专业建设提供指导和参考
2 物联网工程专业的研究内容
2.1 物联网的体系结构
物联网的概念是1999年美国Auto-ID中心首先提出的,最初的定义是通过射频识别等信息传感设备把所有物品与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。现在普遍认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通对象实现互联互通,具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化特征的网络。从物联网的定义可以看出要实现物联网需要具有感知、通信与计算能力的智能信息传感设备等实现全面感知,借助现有的互联网和电信网来进行数据的可靠传输,以及数据的智能处理,进而实现人与人、物与物、人与物之间的互联互通和智能信息服务。物联网的体系结构可以根据信息生成、传输、处理和应用划分为4个层次:感知识别层、网络层、管理服务层和综合应用层。其中感知层是物联网信息的来源,包括各种类型的传感器、RFID标签和读写器、智能手机、智能家电以及智能测控设备等;网络层实现数据的传输,包括有线和无线网络的接人层、会聚层和核心交换层;管理服务层实现数据存储、处理的和智能决策服务等,包括中间件、数据存储与处理、数据挖掘与智能决策等;综合应用层实现不同行业的综合应用,包括智能物流、智能电网、智能交通、智能环保、智能医疗等。物联网4层体系结构如图1所示。
2.2 物联网关键技术和研究内容
由物联网的4层体系结构图可以看出:感知层是物联网应用的基础,位于物联网应用的最底层,也是物联网区别于传统互联网的重要方面之一。感知层主要涉及RFID技术、无线传感器网络和控制技术、短距离无线通讯技术等主要关键技术。物联网的应用层与具体的应用领域不同存在很大的差异,需要根据具体的应用来设计。物联网网络层的数据传输技术、无线通信技术以及管理服务层涉及的数据存储、云计算、数据挖掘等各种支撑技术都是物联网应用和研究过程中涉及的主要技术和内容。
由于物联网的研究内容比较宽泛而且涉及多学科的交叉,开设物联网相关专业的高校现有学科基础、专业设置以及研究内容的侧重点都会有所不同,因此在物联网工程专业的课程设置以及培养方案方面会存在的一定的差异。由物联网的4层体系结构,可以根据实际情况对物联网工程专业设置不同的研究方向,如电子技术和嵌入式技术基础较好的高校可以侧重于感知层设计和应用,计算机技术基础较好的高校可以侧重于物联网应用层和信息服务层,网络技术和通信技术基础较好的高校可以侧重于网络层和管理服务层,还有各相关交叉专业设置较为全面、研究基础较好的高校则可以在物联网的各层都平衡发展。具体设置什么样研究方向和培养方案,各高校需要根据自身的学科专业基础和特点以及高校的行业背景,设置具有自己特色和优势的培养方案和侧重研究方向。安徽理工大学是一所具有煤炭行业背景和医学特色的理工类高校,目前设有相关的专业有:计算机科学与技术、电子技术与仪器、网络信息安全、自动化、电子信息工专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net程、通信工程、电气工程及其自动化等,具有较好的相关专业建设基础,尤其是面向煤矿自动化和信息化应用领域有着较强的优势。因此,基于学校的行业背景和专业基础现状,物联网工程专业的侧重点是物联网的感知层设计和应用,兼顾管理服务层的相关技术研究,如中间件等。重点应用领域是矿山物联网以及智能移动医疗,结合现有的网络信息安全和计算机科学与技术等相关专业,制定符合学校实际和充分利用现有教学资源的物联网工程专业的培养方案。
3 物联网工程专业培养目标和课程设置
3.1 物联网工程专业培养目标
在高等学校本科人才培养目标的前提下,根据物联网专业的研究内容和市场需求定位,物联网工程专业培养目标是:具有宽厚扎实的基础知识,系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备网络技术、传感技术、射频识别技术、嵌入式技术、通信技术以及计算机技术等信息领域宽广的专业知识,具有综合运用所学知识解决物联网中信息获取、传输、处理问题的能力,能够从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、电子标签射频识别、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等工 作。
通过相关课程的学习,掌握必需的传感器、电子、通信、单片机、RFID技术等知识和专业技能;掌握基本物联网节点、网关、网络协议栈,有线和无线网络技术原理,无线自组织组网、有线和无线网络拓扑以及网络安全技术等基础理论和关键技术;熟练并系统地掌握物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计、互联网应用等,具有综合应用所学知识解决物联网工程中实际问题的能力,包括:工程设计、设备制造、网络运营和技术管理中的实际问题等能力;掌握基于无线传感器网络的物联网业务的开发、测试、推广等知识,具有较强的综合应用信息网络相关知识解决问题的能力、综合试验能力与工程实践能力;熟悉矿山物联网的架构、应用环境和关键技术,并能够进行系统设计和开发;熟悉物联网在智能医疗领域的应用技术,并在现有医院信息系统的基础上,进行移动医疗的智能终端、医疗传感设备、中间件、数据存储、应用系统的设计和开发等。此外,还应具有较强的创新意识、创造性思维能力,能综合运用多学科知识、技术和现代工程工具,将所学内容应用到其他行业和应用领域。
3.2 物联网工程专业课程设置
由于物联网工程专业是综合多学科的新兴专业,在课程的设置和教学内容的安排上还不够成熟和稳定,还处于探索阶段。需要根据专业培养目标和实际教学情况,不断地调整和优化课程的设置。目前,物联网专业课程设置基本上在现有较成熟的计算机科学技术和电子信息类专业的基础上,增加与物联网相关的核心课程,但侧重点是物联网技术及应用。结合学校相关专业课程设置现状,物联网专业课程分为以下几个主要模块:(1)公共基础模块;(2)专业必修课程模块:(3)专业核心课程模块;(4)专业任选课程模块;(5)跨学科课程模块;(6)实践课程模块;(7)素质拓展模块。各模块包含的主要课程如表1所示。
在课程的设置上既考虑了物联网专业的核心研究内容和专业特色,同时考虑到物联网专业是一门新兴的专业,还没有专门的硕士和博士学位点,目前基本上都是作为计算机或相关学科的一个研究方向,而计算机专业研究生入学考试的专业课实现国家统一命题,因此,在课程的设置上要能够和计算机科学与技术专业核心课程实现无缝对接,使得物联网工程专业培养的学生能够轻松实现进一步深造的愿望。基于这样的一种现状,学校物联网工程专业在必修课程模块和核心课程模块中分别开设了数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统等相关的课程,同时开设了物联网导论、无线传感器网络、RFID原理与应用,能够满足学生专业学习和考研深造的需要。为了突出物联网专业知识,在专业任选课程模块中开设了大量与物专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net联网和计算机相关和当前最为热门的课程,充分体现了该专业方向的知识面宽、技术先进等特点。跨学科课程模块的设置为进一步拓宽学生的知识面,了解煤矿行业的生产背景和主要技术装备,为以后从事煤矿物联网和数字矿山建设打下基础。实践课程模块的设置是培养学生动手能力和学习兴趣的重要教学环节,是达到学以致用的主要途径,是整个教学过程不可缺少的内容。素质拓展模块通过组织多种形式和内容的第二课堂教学活动,以培养学生创新精神和实践能力,促进个性发展,提高综合素质。
4 人才培养和教学资源建设
4.1 物联网工程专业人才培养
高等学校的使命是培养人才,高校需要根据市场的需求和自身优势以及综合其他因素来确定人才的培养模式。因此,对人才培养目标的定位能够全面反映高校对合格人才的理解和时代需求。安徽理工大学是行业特色鲜明、理工类为主的综合型大学,学校人才培养目标是:结合煤炭行业特色,培养“厚基础、高素质、强能力、善创新”的创新型人才和高级专门人才。在人才培养过程中要构建多元化、多目标的培养模式,同时充分考虑学生就业、创业和继续深造等不同要求,努力形成特色鲜明、层次清晰、模式多元、制度配套、保障有力的本科人才培养体系。在学校人才培养目标的指导下,借助现有相关专业的培养模式和经验,并结合物联网工程专业的特点,对物联网工程专业的人才培养采用校企联合培养的模式。
安徽理工大学是第二批“卓越工程师教育培养计划”高校,目前在计算机科学与技术专业以及其他电子信息类专业的卓越工程师培养计划和方案制定过程中积累了一定的经验,其核心培养方式是采取的3+X培养模式,主要措施是其中3年时间在学校进行相关基础课和理论课的学习,至少1年时间采取校企联合培养模式,通过将企业纳入到人才培养主体地位,可以进行订单式培养,大大增强学生对企业需求的了解和实践动手能力。真正体现“卓越计划”的3个特点,即行业企业深度参与培养过程;学校按通用标准和行业标准培养工程人才;强化培养学生的工程能力和创新能力。物联网工程专业主要是培养工程类的专门型应用人才,可以按照“卓越工程师”的培养模式进行培养。一方面是在现有教学资源的基础上,加强物联网专业基础理论和专业核心课程内容的教学,另一方面加强实践教学环节,尤其是引入相关企业的参与。目前,我校已与安徽徽斯顿电子科技有限公司以及安徽科艾网络技术有限公司签订了战略合作协议,联合培养物联网专业人才,由参与的公司提供相关课程的教学和实践环节的平台,并且公司有优先挑选优秀毕业生的权利。另外,安徽理工大学与附属医院安徽淮南东方医院集团也签订了合作协议,共同研究和制订数字移动医疗系统方案。移动数字医疗系统的实施可为学校物联网专业教师和学生提供了参与设计和开发的机会,同时也会为学生的培养提供很好的实习场所和平台。另外,安徽理工大学与两淮煤矿企业都建立了很好的合作关系,有着很好的合作基础,双方都在积极准备联合培养矿山物联网建设人才,进行校企深度合作,为拓展学校物联网专业人才培养提供了很好的实践和就业机会。此外,学校还与一些经济发达地区的相关企业建立实习基地,如上海、深圳、无锡、芜湖等,为学生进入工作岗位前提供深入企业实习机会,为进一步就业打下了坚实的基础。校企合作模式的效果已经在学校的一些专业取得了很好的效果,校企合作是物联网专业人才培养较为理想的模式。
4.2 物联网工程专业教学资源建设
物联网专业人才的培养,除了有定位准确的培养目标和合适的培养模式之外,还需要有配套的软硬件教学资源的支撑,教学资源是培养合格人才的重要保证。一个专业办学水平的高低往往与该专业的师资、实验室、教材、实习场所等建设水平有关。对于物联网专业这样一门新兴专业,面临的专业教学问题更为严重和急迫。学校在物联网专业建设过程中,相应地采取了一些有效措施来保证高水平的教学资源。
(1)物联网专业师资队伍的建设。这是所有教学资源中最为重要的部分,没有好的师资很难想象能够培养出优秀的人才。因此,学校和学院都非常重视教师的培养,培养的方式主要是从学院中挑选出一部分对物联网感兴趣而且嵌入式技术以及软件开发能力过硬的教师组建成物联网科研团队和教学团队,通过申专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net请物联网相关课题展开物联网理论和应用研究,目前已有2项物联网相关的国家自然科学基金项目,5项省部级物联网应用课题,多项企业物联网应用横向课题,通过科研课题工作的深入展开和研究,大大提高了教师对物联网理论的理解和实践应用水平,对推动物联网专业的教学水平起到明显的促进作用。除此之外,学院利用寒暑假时间组织部分教师到北京、无锡、长沙等地参加“全国高校物联网专业教学和研讨”“高级物联网开发工程师物”等教学和专业技术的培训,通过培训进一步提高教师的物联网教学水平和专业技能,然后再通过校内的研讨和讲座带动更多教师物联网专业水平的提高。
(2)教材建设也是办好专业必不可少的环节。由于物联网专业是新建专业,虽然已经出版了一些不错的物联网方面的图书,但适合作为本科教学的好教材还是凤毛麟角,而且大多是技术类或普及类。因此,在教材的建设方面还有很多的工作需要做。我们根据开设的课程和目前已有教材的现状,挑选出相对较好的基本教材和参考书,通过大家阅读讨论,然后根据制定的教学计划,来确定讲授的内容和学生需要自学的内容,并整理教学讲义和课件,为后续教材建设做好准备。通过这一环节,充分提高了对教学内容细节的掌握和理解,也对物联网技术掌握得更为全面。
(3)实验室建设是实践教学环节的有力保障。为了能够满足物联网实验教学的需求,学院对物联网实验室建设投入了大量的建设经费,实验室采购了北京西普阳光教育科技有限公司的SimpleRFID射频识别实验教学系统,并向安徽福讯信息技术有限公司订制了无线传感网络教学系实验系统。在物联网实验建设过程中,物联网专业教学团队全程参与整个实验室建设过程,对系统的安装、调试、运行都进行全面掌握;专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net并邀请物联网实验系统开发的T程技术人员给教师做专门的技术培训和讲座,进一步提高了教师的理论水平和实践水平。通过师资、教材和实验窜3个环节的建设,目前学校已经具有较高水平的物联网专业教学团队和完善的教学配套资源,完全能够按照既定的教学目标和计划来进行物联网专业人才的培养。当然,任何一个新的专业的开设,都需要一定时间的建设和完善,在建设的过程中要不断探索和完善,并借鉴其他高校的成功经验,及时修正不合理的方面。
5 结语
物联网工程专业的人才培养和教学资源建设,是所有高校物联网工程专业在办学过程中需要考虑和解决的问题,而特色人才培养模式和高水平教学资源建设是办好物联网专业的前提,因此,各个高校应根据各自不同的办学基础和行业特点,着眼于市场需求和自身的办学优势,在体现物联网工程专业共同特点的基础上,要突出物联网工程专业的行业特色,这样培养出的人才更能满足市场需求和具有更宽的就业面。
参考文献:
[1]吴功宜,吴英.物联网工程导论[M].北京:机械工业出版社,2012:1-5.
[2]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2011:3-6.
[3]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育,2010(21):26-29.
关键词:物联网工程专业课课程体系;感知层;网络层;应用层;体系结构
中图分类号:TP391.44-4
1 物联网工程专业设置的必要性和可行性
“物联网”[1]的概念于1999年提出,本意是“物与物相连的互联网”,物联网是通过红外感应器、射频识别(RFID)、全球定位系统、无线传感器网络、激光扫描器等传感技术,依据通信协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和处理,以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
根据教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知[2]的精神,为了加大新兴产业人才培养力度,加快课程体系、教学内容、教学方法、管理体制与运行机制的创新,大力培养新兴产业相关专业的人才,满足国家战略性新兴产业对高素质人才的迫切需求,北京交通大学海滨学院计算机科学与技术专业以良好的办学条件和过硬的教学质量赢得了社会信誉,培养了大批合格的信息技术人才。这些专业均具有强大的师资力量和完善的实验设备,为开办“物联网工程”新专业打下了良好基础。
2 物联网工程专业知识体系架构
物联网与传统网络的主要区别在于,物联网扩大了传统网络的通信范围,即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信,还扩展到人与物、物与物之间的通信。物联网网络架构由感知层、网络层、应用层组成。
2.1 感知层
感知层,也常称为感知控制层,解决了从物理世界到人类世界的数据获取问题[3],包括各种物理量、标识、音频、视频等数据。感知层位于三层架构体系中的底层,是物联网应用的基础,是物联网全面感知的核心。作为物联网的最基础一层,感知层具有十分重要的作用。
感知控制层包括数据采集、短距离通信技术和协同信息处理。数据采集是通过相关传感器对物理对象的感知和数据收集,其中涉及射频识别(RFID)、传感器、多媒体信息采集、实时定位和二维码等技术。短距离通信技术和协同信息处理将采集到的数据在局部范围内进行处理,并通过具有自组织能力的短距离传感网接入广域网。
2.2 网络层
物联网网络层将来自感知层的各类信息通过基础网络传输给上层,并提供透明的数据传输能力。其中,基础网主要包括移动通信网、广电网、卫星网、行业专网、互联网及形成的融合网等。
2.3 应用层
应用层主要将物联网技术与行业系统结合,将信息转化为内容,实现物物互联的应用解决方案。概括起来,物联网就是传感网、互联网和智能服务的综合体[4]。与传统的互联网相比,物联网加进了感知层,降低互联门槛,实现非智能、弱智能设备能够接入互联[5]。
在高性能计算和海量存储技术支持下,应用层还对网络获取的大量不确定信息进行清洗、融合、重组等处理,整合为相对准确的结论,并为行业应用提供智能的支撑平台。
3 物联网工程专业课课程体系设置
3.1 专业定位
本专业依托北京交通大学计算机与信息技术学院的优势学科,面向京、津、冀和环渤海区域经济、社会、生态的发展需要,突出计算机应用技术与现代信息处理技术交叉与融合的特点。培养学生具备良好的自然科学、人文社会科学和工程技术基础知识。使学生具有物联网工程专业技术的扎实理论基础,面向物联网应用系统的程序设计技术,各种信息处理网络应用系统的工程实践能力,以及培养学生具有较强的自主学习意识和工程意识,能够从事物联网工程技术及其应用方面相关应用设计、开发与应用工作。
3.2 培养目标
物联网专业需要培养适应国家科技化和现代化建设需求,建设创新型国家发展战略的需要,具有雄厚的基础,强大的综合实力和专业适应能力,具有社会责任感,具有信息采集和检索、分析和处理能力的,具备良好的动手实践能力和创新能力,能胜任通信,传感器网络及电子信息处理技术领域的研究,设计、开发、系统集成及管理与教学,并具有创新能力,能够在计算机和通信等领域起领军作用,具有国际化视野的高素质的高层次专门人才。
3.3 课程体系结构设置
物联网工程专业是新兴专业,由于整个行业在我国都处于发展阶段,因此对人才培养提出了更高的要求。由于物联网方面的信息相对较少,学生有可能对于专业的认知度不高,应当加强专业认知方面的教育,同时,通过实验演示等方式,让学生来亲身体验物联网技术带来的技术革新,是学生们对于专业有一个全方面的认知,从而培养学生的学习兴趣和钻研精神。物联网工程课程体系的原则是覆盖必要的学科背景和专业知识。
我院物联网工程专业依托计算机科学与技术专业进行发展,物联网专业需要计算机科学与技术方面知识的学习,同时,重点加强与“物”相关的传感器、RDIF等技术的学习。在教学过程中注重学科背景知识体系,力求学生考研和后期发展有明确的学科目标。
物联网技术专业的设置需要综合考虑相关交叉学科的特点,注重课程体系的交叉融合,将相关主干学科的核心课程和专业课程进行统筹考虑。在总学分180学分的情况下,将课程分为基础教育、专业教育和素质拓展和自主实践。
3.3.1 基础教育
在基础课程的教学中,尤其是对于整个专业学习和发展至关重要的数学和物理等课程的学习,使学生充分意识到学习这些知识的重要性,物联网专业在国内属于新兴专业,国内起步较晚,需要查阅大量的外文资料,因此,需要良好的英语水平,尤其是专业英语水平,在教学中,适当引入专业英语教学。同时,在基础课程的学习中,应该加强学生对于政策法规的学习,避免学生学习技术知识之后通过技术手段进行违法犯罪活动。
3.3.2 专业教育
专业教育包含专业基础课程和专业课程以及各自的实践环节,共114学分。专业基础教育是整个课程体系中较为重要的环节,高素质的人才需要有过硬的专业基础知识,通过全方位学习物联网以及计算机、通讯、自动化等相关学科的知识,能够使学生培养对于知识的跨学科应用能力。
(1)专业基础课课程结构设置及分析
专业基础教育主要包括计算机基础与专业导论、程序设计基础、C语言程序设计、面向对象程序设计与C++、离散数学、数据结构、模拟与数字电路、Java语言程序设计、Web应用、物联网导论、图论与算法设计、计算机组成原理、信号与系统、专业英语等课程,突出专业定位和特色,拥有一定的广度和深度,多起点同时推进,学生在全方位的学习中,找到适合自己的发展方向。
在专业基础课程的教学中,起步难度要适当,既不能难度过大而吓退学生,打消学习积极性,也不能过于容易而什么都学不到。将尽可能多的课程安排在实验室进行,理论知识通过实验现象和结论更容易理解和掌握,学生能通过现象看到本质,有利于学生兴趣的养成和动手实践能力的培养。考虑到学生的实际情况,专业基础课程计划安排一定的课外上机学时,使学生巩固课堂学习的内容。
(2)专业课课程结构设置及分析
专业课程包括Web程序设计、Linux程序设计、嵌入式系统原理、数字信号处理、数据库系统原理、操作系统、编译原理、汇编语言、微机系统与接口技术、物联网架构与技术、RFID原理与应用、VHDL设计实践、移动互联网技术、空间信息技术、计算机网络原理、无线传感网与通讯技术、人机交互技术、传感器件与编程技术等科目,学生可根据自己的兴趣与自身发展进行选择学习。
专业课程的考核不能以考试成绩作为唯一标准提高实践和实训在考核中所占比重,严格实训内容的考试。在专业课程的学习中,增加项目实训,适当引入企业项目,在学习中就能体验到未来工作中的实际感受,通过亲身体验,寻找差距,弥补不足。学生在毕业之后,能够迅速适应工作岗位,拥有较高的起点。
(3)专业主干课课程
具体包括:物联网技术导论、电路、模拟电子技术、电子技术基础实验、数据结构与算法、信号与系统、数字逻辑与数字系统、传感与检测技术、软件工程、计算机网络原理、通信原理、嵌入式系统与接口技术、数据库与数据挖掘。
(4)专业选修课课程
无线传感网与自组织网络、天线原理、物联网信息安全、物流管理概论、RFID技术、计算机系统结构、智能交通概论、GPS技术、环境工程概论、电子商务等。
3.4.3 实践教育
实践教育主要包括程序设计专题训练Ⅰ、程序设计专题训练Ⅱ、硬件系统课程设计、软件系统课程设计、就业指导、物联网综合实践、多媒体技术、Linux应用系统开发、信息系统集成与开发、软件工程与实践、计算机系统课程设计、毕业实习、毕业设计(论文)。其中部分科目为选修,学生可以根据自身发展进行选择。
3.4.4 素质拓展与自主实践
素质拓展与自主实践方面,鼓励学生参与学科竞赛、科研项目、创新创业项目、非本专业的公共选修课、各类职业、执业资格证书,总学分不得低于10学分。
4 结束语
物联网工程是一个战略性新兴本科专业,它不是以理论为主导,重点在于工程应用,这就决定了该课程体系所特有的发展变化的动态特性。因此,在制定专业教学计划时,要时刻以服务于社会发展需要为根本依据,把当前物联网新技术及行业应用的时代需求紧密结合起来,依托学校自身的行业背景和学科优势,设计出科学合理的、与时俱进的、可持续发展的专业课程体系,为国家战略性新兴产业发展,培养高素质专门人才多做贡献,争取使我院物联网工程专业在同类学校的同类专业中起到示范和带头作用。
参考文献:
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[6]徐险峰.论以信息化带动工业化[M].成都:西南财经大学出版社,2006.
关键词: “物联网工程导论”课程 实验教学 教学方法
“物联网工程导论”作为物联网专业的入门引导课程,旨在帮助大学新生了解专业性质,把握专业全貌,掌握专业学习方法,增强学生的学习热情。物联网是一个涉及多领域技术的交叉学科,兼具理论性与实践性,对于大学新生,凭借以往知识结构很难全面透彻理解本课程知识内容。笔者结合教学经验和实践,分析教学中存在的问题,并提出相应的办法与建议,以期提高教学质量。
一、课程目标
物联网作为国家新兴战略产业,涉及电子科学与技术、智能科学与技术、通信工程、计算机科学与技术等众多领域。本课程将介绍物联网的起源及发展现状,阐释物联网的关键技术及特点,介绍物联网技术的具体应用及相关产业发展方向。通过本课程的学习,学生要掌握物联网的含义,理解物联网的相关技术及应用现状,了解物联网发展面临的技术难题,把握物联网的技术调整方向。
在实际教学中,要根据大一新生认知水平和思维方式对教学内容进行适当增删,让学生宏观把握住本课程基本内容,掌握本专业学习重点和学习方法,讲授内容宜广不宜深,尽可能地激发学生的学习兴趣,为日后学习其他专业课程奠定良好基础。
二、教学中存在的问题
1.学生基础薄弱,认知理解能力有限。
“物联网工程导论”课程面授对象是大学一年级学生,在此之前他们没有进行过任何专业学习,没有一点理论基础,虽然充满好奇心与求知欲,但学习起来有难度,尤其是学习一些抽象理论的时候,学生学习起来会很吃力。此外,在讲课过程中提到一些名词,如路由器,学生几乎都听过,但大多都没见过实物,不利于学生学习。因此,要针对本课程开设相应的实验课程,以便提高学生理解力。
2.实践教学环节薄弱,实验室建设有待加强。
本课程是一门实践性很强的课程,学生实践动手能力的培养很重要。一方面一些高校单纯理论讲解,没有开设相关实验课程,另一方面一些高校虽开设有相关实验,但实验条件简陋,实验场地、实验设备数量不能满足教学需求,无法强化对学生科研能力、综合素质、创新意识的培养。
3.学生学习方法存在误区,考核方式陈旧单一。
学生习惯了以往中学学习方式,一方面过于依赖老师,课后自主学习意识不强,查阅文献资料少,另一方面死记理论,没有理解其内涵。这与传统陈旧单一的考核方式不无关系,长期以来采用“期末成绩+平时成绩”的考评机制,学生为应付考试,背诵记忆,不利于发散思维,也不能有效检测学生对知识的掌握程度。
4.学科建设不成熟,教师知识结构不完善。
物联网专业作为一个开设不久的新专业,存在学科建设不成熟、主干课程设置不合理的问题。物联网是一门综合叉学科,教师专业研究方向很难覆盖物联网的方方面面,这就需要教师通过自学、听讲座、学术交流等方式完善知识结构。另外,物联网涉及众多专业,可以将一门课由几名专业教师共同承担,发挥各个教师专业优势,力争提高教学质量。
三、教学方法探究
1.优化教学内容。
“物联网工程导论”课程内容丰富,针对物联网专业新生特点,教学中要注意以下几点:(1)选择教材时要考虑学生的接受能力,参考老教师的教学经验和建议,教材要难度适中,内容结构合理,语言浅显易懂,可以选择一些实例较多的教材,有助于学生理解课程内容和培养学习兴趣,教材每章节后面要附有练习题与思考题,便于巩固所学知识;(2)在开始每节课内容之前,将本节课的知识体系讲一下,让学生对本节课的脉络结构有一个宏观认识,讲课过程中注意知识点间的衔接贯通,帮助学生理清思路。内容讲完后,对本节课知识点进行串讲回顾,强化记忆与理解;(3)讲课过程中,少用专业词汇,尽量用浅显的语言进行描述,对于一些缩写词,如RFID(Radio Frequency Identification)、WSN(Wireless Sensor Network)等,要对缩写词原文进行说明,注重基本概念,开展基础技术的学习。
2.丰富教学方式。
在新时代下,要采用多元化的教学方式,注重激发学生的学习热情。(1)讲课过程中多采用案例,如比尔・盖茨最早提出了“物―物互联”的设想,可以以比尔盖茨智能家居为例,它实现了真正意义上的“物―物互联”,不但可以激发学生的学习兴趣,让学生了解一些前沿技术,而且对物联网概念有一个更深刻的认识。此外可以给学生多讲一些前沿科技产品,如谷歌智能眼镜,苹果iwatch智能手表等,揭秘其中的技术奥秘,开阔学生眼界,发散学生思维。(2)讲课过程中多与现实结合,如讲传感器时,可以结合智能手机,其中内置了多种传感器,包括方向传感器、距离传感器、光线传感器和压力传感器等。讲课中扩展一些课外知识,如教学生如何用手机控制电脑,这是通过现有一些简单设备很容易实现的,学生对科技带来的便捷会觉得神奇,也会有学习动力。(3)注重师生间的交流,建立平等师生关系,让学生不畏惧老师,敢于在课堂发问,关于这门课的疑惑或现实中遇到一些难题都可以提问,老师要给予及时回答。
3.开展实验教学。
物联网涉及大量全新复杂的概念与技术,开展实验教学有助于学生更好地理解一些抽象理论。(1)设计一些基础实验,如讲解RFID时,可以利用RFID教学实验箱进行RFID功能演示与学生;讲解数据采集时,可以利用数据采集板卡,实现数据的采集或利用开发软件模拟数据采集与处理;讲解无线区域网时,可以让学生利用手机蓝牙进行数据传输。(2)设计一些综合性实验,可以借助本校现有资源,如我校农学专业比较强,学校里有小麦中心研究基地,可以在小麦种植区部署一些传感器节点,每隔一定时间检测一次土壤湿度、温度或有害物数量,这就是物联网的一个典型实例,实现农业智能耕种。
4.完善考核机制。
传统考核方式多为试卷考试,新形势下新型专业考核机制要更合理全面。(1)课堂报告,不限题目,只要与该门课相关,学生可以根据自己的兴趣点搜集资料,进行课堂汇报与展示,并对讲解内容组织课堂讨论,对于积极参与的学生进行期末加分。(2)提交期中课程小论文,鼓励学生课下自主学习,根据论文立意、内容进行打分。(3)课程实践设计,提交实验报告,实验报告要包含实验目的、要求、设计内容、实验中问题、问题分析与解决。学生最终成绩应该是这些成绩的综合考量。
四、结语
笔者根据个人教学经验,分析了“物联网工程导论”教学中存在的若干问题,并从教学内容、教学方式、实验教学、考核机制四个方面给出详细的解决方案与建议,希望改进和完善现有的课程教学,指导后续课程的学习,培养出高精尖物联网专业人才。
参考文献:
[1]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2010.
论文关键词:物联网,融合
近年来,通信行业迅速发展,技术日新月异,3G这个名词已经为大家所熟悉,3G网络已经成为人们日常通讯娱乐的主要手段之一。物联网是互联网发展到一定阶段后人们将目光聚焦到物体网络互联而出现的一个新的概念,逐渐为人们所理解和关注。3G和物联网都是通讯、网络技术发展过程中新生事物,各不相同,又相互关联,在生产生活中发挥着积极的作用。
3G技术简述
第三代移动通信技术(3rd-generation,3G)是相对于第一代模拟手机(1G)和第二代数字手机(2G)而言的,是无线通信和多媒体通信紧密结合的支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。1G只能用于语音通话,目前已经被淘汰,2G增加数据传输的功能,3G较之以前的技术,主要区别在于无线空中速率大幅度提高,随之而来的一些2G手机上不能实现的应用都可以在3G手机上实现,主要表现在视频通信、高速上传/下载、流媒体传输等方面。现在3G的应用非常普遍,手机无线上网随时随地,收发邮件、查询信息、微博微信、在线视频等等,都已经为人们所熟悉,除此之外,3G利用卫星辅助定位技术,能够实现高精度的定位,定位精度可以达到5m到50m,有利于开展城市导航等精度相对要求高的定位业务。
物联网简述
物联网从字面上理解就是物体的网络互联,它通过一定的信息技术手段将物体与互联网连接起来,进行信息交换和通信,实现物体的识别、定位、跟踪和监控,实现人与物或者物与物的对话,使得所连接的物品都能实现智能化管理。它是互联网技术的延伸和扩展,通过无线传感、射频识别、红外感应、全球定位系统等对物体进行识别、定位和跟踪,再通过互联网连接起来。
物联网的应用非常广泛,交通运输、环境保护、公共安全、食品卫生、军事情报、工业监测等等。一个简单的例子可以帮我们更清楚的了解物联网:一个物流公司应用了物联网系统进行管理,物品搬运摆放时会自动提醒你是否要轻拿轻放,是否需要隔离处理,货车装载会自动提示超重和发车时间,运输过程可以跟踪监控等等。
3G与物联网融合
3G网络和物联网给人们的生活带来了巨大的变化,两网融合将是锦上添花,不仅可以是3G的内容更加的丰富,同时,也可以促进物联网技术的发展,二者互相促进,使得人类的生活更加的智慧和智能。
1、智能支付
在人们已经习惯了卡类支付、网络支付之后,手机支付受到了新的追捧,通过移动终端对所有消费进行支付,既方便又快捷,可以随时随地,轻松消费。物联网技术的加入使得这种消费支付方式成为现实。目前大家所熟悉的手机刷公交卡就是将RFID芯片与手机SIM卡合二为一,用户不仅可以打电话,还可以用其进行一些公共事物的消费,除了公交刷卡之外,也可以用于医院看病、超市购物、公园门票等,而且还可以用于身份鉴别、门禁管理等,真正实现一机在手,诸事不愁。其实现成本低,应用范围广,是一种低成本、高效率的新型移动电子商务服务。
2、智能应急
生活中难免会遇到各种各样的突发事件,火警和急救是社会应急的两大方式,急救信号一旦发出,就是和时间赛跑。所以,应急技术直接关系到人们生命和财产的安全。将应急车辆安装物联网系统,并且和3G定位系统进行融合,可以通过3G通信网络进行实时的视频传输,和3G卫星定位系统相结合,通过高速传输技术实时获取应急道路拥堵情况的信息,选择最佳最快的通行道路,赢取更多的应急时间。3G物联网物联网传感器还可以将病人体征数据和火险等级等现场情况及时传输到控制中心,方便控制中心进行综合判断和指导,提高远程施救的能力。
3、智慧交通
城市的道路越修越宽,车辆越来越多,特别是大城市,高峰期开车出行已经成为一件可怕的事情。由于交通的拥堵,选择公共交通工具出行的人越来越多,城市公交又重新受到众多上班族的青睐,3G和物联网联合打造的智慧交通能让人们的出行更加的顺畅和愉悦。公交站牌不在只是一个路标,车辆的位置信息将会动态呈现,某路公共汽车距离某站点最近的在哪,预计几分钟后到达将非常清楚,等候的乘客将不再焦虑。车辆管理和调度人员将能实时了解车辆的位置和运行情况,车内乘客的多少,是否需要增派车辆等等。同时,这些信息也可以通过3G手机网络准确获取,乘客可以踩着点坐车,让公交车变成带司机的私家车。
4、智慧管家
家是每个人心中的港湾,家的安全永远是人们心中所系,尤其是城市上班族,白天经常家里没人,防火防盗就更加的重要。3G和物联网的结合,共同打造安全网络,感应器可以将感应到的危险信号通过3G网络直接反映到手机上,主人可以通过手机直接控制家里的天然气阀门或预设安全措施,如有人为破坏,也可以通过视频掌握现场情况,及时拨打求救电话,就像家里有个管家长期看管一样,可以放心出行。
小结
3G和物联网融合是两网发展的必然趋势,融合的方式也不仅限于本文所例举出的几种形式将会是多种多样的,目前,这些应用都是刚刚起步,随着网络智能化终端的发展和普及,这些智能化的应用也将逐渐走近每一位普通民众,使得人们的生活真正实现智能和智慧。
参考文献
1 赵海阔,赵宇杰,石 蕊。3G技术综述,甘肃高师学报,2010, 5.
关键词:物联网;信息提取;决策支持;RFID
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)25-6019-03
Based on Internet of Things at Information Extraction and Research on the Decision Support
ZHANG Jing
(Dongchang College of Liaocheng University, Liaocheng 252000,China)
Abstract: In recent years, Internet of things and related technology in promoting economic growth and promote the respect such as technical development shows great potential. The Chinese government on the Internet of things is also very seriously, be classified as our future focus on the development of five new technology in the field of. This paper discusses “the Twelfth Five-Year Plan Project" in Shandong Province Based on Internet of things take the letter and decision support of research program. Aimed at the Internet application layer information intelligent processing technology for transformation and innovation, solve the interconnection of information extraction and decision support problem.
Key words: internet of things; information extraction; decision support
物联网(Internet of Things)的概念是MIT Auto-ID Center在1999年提出来的,即把所有物品通过射频识别等传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。物联网技术被看作是未来信息技术的杰出代表,将对我国未来经济的发展产生持续而深远的影响。
当今社会,全球物联网产业体系正处于建立和完善过程中,虽然具备了初级产业形态,但还没有形成大规模的发展。物联网技术具有强关联性、高度混杂性和非确定性等特征,要实现真正的物物互联,就必须解决海量信息的融合、提取与决策支持等问题。目前,我国海量信息智能处理技术研究和发展相对滞后,只有少数研究单位和企业进行研究,主要以跟随为主,技术水平和影响力相对比较薄弱。
1 本课题所解决的主要问题及关键技术
1.1 本课题解决的主要问题
本课题旨在对物联网的信息智能处理技术进行改造和创新,解决物联网的信息提取与决策支持问题,在物联网技术发展过程中通过应用创新形成新兴业态、开拓新增市场。
本课题在深入研究物联网的基础理论和基本方法的基础上,针对物联网所存在的强关联性、高度混杂性和非确定性等特征,重点解决以下关键的研究问题:
1) 研究物联网在信息采集、信息融合和决策控制等方面问题以及在数据关联、数据处理、隐私保护、信息安全等问题;
2) 解决混杂条件下信息提取与决策支持问题;
3) 解决对多源异构信息进行多层次汇聚、处理、融合和决策等问题;
4) 揭示物联网的信息处理、关系融合、关系链挖掘、主动决策与互动控制的一般规律;
5) 提出具有可信验证和隐私保护能力的物联网信息提取、主动决策和互动控制方法。
1.2关键技术
1) RFID技术
物联网的关键技术之一是RFID技术。RFID常称为感应式电子晶片或电子标签、电子条码等。RFID是一种非接触式的自动识别技术,主要包括三部分,分别是阅读器(Reader)、标签(Tag)和中间件(应用软件)组成。RFID的工作原理是利用射频信号和空间耦合传输特性,实现对被识别物体的自动识别[3]。如图1所示。
2) 决策支持算法
1986年由Quinlan提出了一种串行决策树算法ID3( Iterative Dichotomiser 3) ,它运用信息熵理论,在样本集中选择具有最大信息增益的属性作为当前节点的测试属性。
设属性B作为测试属性, 设Wij 是子集Wj 中类Ci 的样本数, 根据B 划分成子集的熵为:
随着物联网技术的不断发展,针对物联网的感知互动、虚实交融、异构复杂等特性,研究物联网系统资源、服务和决策的耦合机理,通过感知、传输、决策控制等各个层次上的优化及跨层优化调度,设计一整套符合物联网特性的系统优化机制将成为物联网技术的发展趋势。
物联网技术是通过RFID技术、无线传感器技术以及定位技术等自动识别、采集和感知获取物品的标识信息、属性信息和周边环境信息,借助各种信息传输技术将物品相关信息聚合到统一的信息网络中,并利用云计算、模糊识别、数据挖掘以及语义分析等各种智能计算技术对物品相关信息进行分析融合处理,最终实现对物理世界的高度认知和智能化的决策控制。
在本课题中我们将利用物联网信息聚合技术对海量的原始数据进行采集的同时采用合理的数据挖掘技术进行信息处理和计算,从而推导出对于管理平台具有特定意义和参考价值的数据,同时力求降低网络数据传输总量、减少网络拥塞发生、提高网络性能和传输效率。
3 课题研究意义与价值
物联网被看作是全球范围内未来的、万亿级规模的新兴产业之一。随着人们新技术知识的普及和认知能力的提升,物连网(Internet of things)已不再是令人陌生、好奇的新名词。2010年,物联网技术发展已被列入我国国家级重大科技专项,与新能源、绿色制造等并列成为国家五大新兴战略型产业。物联网的核心是信息感知和信息的获取,是将多种传感器信息融合后经过加工处理成“智能”的知识和判断,并对社会的生产和人们的生活带来极大的便利并产生深远的影响。
本课题主要是针对信息在采集和传输过程中需要同时进行智能处理和决策,借鉴主动网络思想,根据物联网终端规模和信息流规模,对信息进行分类提取,并针对物联网的特征对于信息进行汇总后,再进行进一步的分析,旨在对海量数据进行分析提取后能给出有利于物联网特点的决策支持信息。
4 课题完成的可行性分析
本课题的研究内容、学术思路和技术途径具有良好的可推进性。项目团队多次进行集体学习并深入探讨本课题的科学问题和研究内容,并提出了切实可行的研究思路和技术途径。项目团队具有良好的合作基础,团队成员包括5名硕士研究生,其中3名讲师、2名助教,都是青年学术及教学骨干,5人中3人是计算机专业,2人是电子信息专业,研究队伍组织有序,专业搭配合理,人才队伍优势为项目的实施奠定良好的基础。
项目团队在物联网相关领域具有一定的前期研究积累。本课题主持人张晶老师曾在中文核心期刊上《基于决策树的知识获取方法研究》、《WindSock技术在网络通信中的应用》《基于Adaboost的改进的人脸检测算法》,项目参与人郭良老师曾在省级刊物上《医药连锁店供货方案的决策支持系统》,项目参与人杜宁老师在国家级刊物上《基于信息融合的新的人脸检测算法》;项目团队具有优良的研究条件,具备高配置的网络实验室,为课题的研究和验证提供了良好的环境支持。
综上所述,本项目研究在技术途径、申请团队、前期积累和科研条件方面均具有良好的可行性,为项目的顺利推进和取得重大突破提供了良好的基础。
5 课题研究设计
5.1课题界定与研究依据
本课题研究物联网连接到互联网、无线传感器这一异构型网络的信息融合特性,将终端所采集的各种数据进行分析,提取出能适合于各种物联网应用的信息元,并将各种信息分类汇总进行数据的分析,研究物联网在信息采集、融合和决策控制过程中信息的内在关联,对于多源异构信息进行多层次汇聚、处理、融合和决策,为物联网的应用提供决策支持信息。
本课题主要研究依据有:
1) 信息融合技术。信息融合技术的研究已经相当成熟,在军事、民用上也得到了较大的发展,该技术主要表现在降低网络能耗、增强所采集数据的准确性及提高采集数据的效率等方面。
2) 决策支持系统。该系统是辅助决策者通过数据、模型和知识,以人机交互方式以及结构化的计算机应用系统,为决策者提供分析问题、建立模型,调用各种信息资源和分析工具,帮助决策者提高决策水平和质量。如图3所示。
5.2 研究内容
具体的研究内容如下:
1) 物联网混杂信息融合:研究混杂条件下多源异构数据的分析与提炼;研究面向融合与决策服务的数据挖掘方法;研究面向特定物联网应用的场景分析方法,以及知识库构建。
2) 物联网复杂关系链挖掘:研究物联网关系链的建模和表示方法;研究实时交互场景下关系链的挖掘和发现方法。
3) 物联网主动决策与互动控制:研究多源异构数据的数据隐藏方法;研究物联网关系链挖掘过程中的隐私保护方法;研究具有不同隐私保护安全级别的数据处理机制和协作计算算法。
5.3研究方法设计
针对信息在采集和传输过程中需要同时进行智能分析和决策,借鉴主动网络思想,根据物联网终端规模和信息流规模,提出基于联邦、多级、主动机制的物联网信息处理系统架构,建立信息融合、处理与决策控制的分层统一语义模型,以及应用多层知识结构与基于语义的方法,建立面向领域的分析模型与基于语义的服务模型。
5.4完成本课题研究任务的保证措施
课题组成员的知识结构合理,有丰富的教育理论知识和教学经验,具有较强的科研能力。大部分成员参与或主持过多项校级或省级科研课题。课题组成员具备吃苦耐劳、勇于创新、精诚合作的团队精神。
课题组成员在物联网相关领域具有一定的前期研究积累。项目团队具有优良的研究条件,具备标准的单片机实验室及网络实验室。为项目的研究和验证提供了良好的支持。
6 结论
本课题主要研究物联网信息融合、复杂关系链挖掘、主动决策与互动控制的一般规律,提出物联网主动决策和互动控制方法,建立满足物联网语义信息融合与决策需求的解析方法。成果形式为在省级或核心期刊上发表研究论文,形成论文集;并写出课题论证报告。
参考文献:
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