智能科學導論6章概要

三、重點領域及其優(yōu)先主題

4．農業(yè)

(24)農業(yè)精準作業(yè)與信息化

5．制造業(yè)

(27)數(shù)字化和智能化設計制造

6．交通運輸業(yè)

(38)智能交通管理系統(tǒng)

7．信息產業(yè)及現(xiàn)代服務業(yè)

(40)現(xiàn)代服務業(yè)信息支撐技術及大型應用軟件

11．國防五、前沿技術

2．信息技術

(6)智能感知技術(7)自組織網(wǎng)絡技術

4．先進制造技術

(13)智能服務機器人六、基礎研究

2．科學前沿問題(7)腦科學與認知科學

6.1智能科學技術與科技進步國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（摘要）第一頁1第二頁，共36頁。

4．農業(yè)

(24)農業(yè)精準作業(yè)與信息化

重點研究開發(fā)動植物生長和生態(tài)環(huán)境信息數(shù)字化采集技術，實時土壤水肥光熱探測技術，精準作業(yè)和管理技術系統(tǒng)，農村遠程數(shù)字化、可視化信息服務技術及設備，農林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測技術及虛擬農業(yè)技術。

5．制造業(yè)

(27)數(shù)字化和智能化設計制造

重點研究數(shù)字化設計制造集成技術，建立若干行業(yè)的產品數(shù)字化和智能化設計制造平臺。開發(fā)面向產品全生命周期的、網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)字化、智能化創(chuàng)新設計方法及技術，計算機輔助工程分析與工藝設計技術，設計、制造和管理的集成技術

6．交通運輸業(yè)

(38)智能交通管理系統(tǒng)

重點開發(fā)綜合交通運輸信息平臺和信息資源共享技術，現(xiàn)代物流技術，城市交通管理系統(tǒng)、汽車智能技術和新一代空中交通管理系統(tǒng)。7．信息產業(yè)及現(xiàn)代服務業(yè)

(40)現(xiàn)代服務業(yè)信息支撐技術及大型應用軟件重點研究開發(fā)金融、物流、網(wǎng)絡教育、傳媒、醫(yī)療、旅游、電子政務和電子商務等現(xiàn)代服務業(yè)領域發(fā)展所需的高可信網(wǎng)絡軟件平臺及大型應用支撐軟件、中間件、嵌入式軟件、網(wǎng)格計算平臺與基礎設施，軟件系統(tǒng)集成等關鍵技術，提供整體解決方案。6.1智能科學技術與科技進步國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（重點領域及其優(yōu)先主題）第二頁2第三頁，共36頁。

2．信息技術

信息技術將繼續(xù)向高性能、低成本、普適計算和智能化等主要方向發(fā)展，…。納米科技、生物技術與認知科學等多學科的交叉融合，將促進基于生物特征的、以圖像和自然語言理解為基礎的“以人為中心”的信息技術發(fā)展，推動多領域的創(chuàng)新。重點研究低成本的自組織網(wǎng)絡，個性化的智能機器人和人機交互系統(tǒng)、…。

(6)智能感知技術

重點研究基于生物特征、以自然語言和動態(tài)圖像的理解為基礎的“以人為中心”的智能信息處理和控制技術，中文信息處理；研究生物特征識別、智能交通等相關領域的系統(tǒng)技術。

(7)自組織網(wǎng)絡技術重點研究自組織移動網(wǎng)、自組織計算網(wǎng)、自組織存儲網(wǎng)、自組織傳感器網(wǎng)等技術，低成本的實時信息處理系統(tǒng)、多傳感信息融合技術、個性化人機交互界面技術，以及高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和先進的信息安全系統(tǒng)；研究自組織智能系統(tǒng)和個人智能系統(tǒng)。

6.1智能科學技術與科技進步國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（前沿技術1）第三頁3第四頁，共36頁。4．先進制造技術

先進制造技術將向信息化、極限化和綠色化的方向發(fā)展，成為未來制造業(yè)賴以生存的基礎和可持續(xù)發(fā)展的關鍵。重點突破極端制造、系統(tǒng)集成和協(xié)同技術、智能制造與應用技術、…。

(13)智能服務機器人智能服務機器人是在非結構環(huán)境下為人類提供必要服務的多種高技術集成的智能化裝備。以服務機器人和危險作業(yè)機器人應用需求為重點…。6.1智能科學技術與科技進步家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（前沿技術2）第四頁4第五頁，共36頁。2．科學前沿問題

(7)腦科學與認知科學主要研究方向：腦功能的細胞和分子機理，腦重大疾病的發(fā)生發(fā)展機理，腦發(fā)育、可塑性與人類智力的關系，學習記憶和思維等腦高級認知功能的過程及其神經基礎，腦信息表達與腦式信息處理系統(tǒng)，人腦與計算機對話等。6.1智能科學技術與科技進步國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（基礎研究）第五頁5第六頁，共36頁。第6章智能科學技術與科技進步和經濟發(fā)展6.1智能科學技術與科技進步6.2智能科學技術與工業(yè)現(xiàn)代化6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)6.4智能科學技術與智能交通6.5智能科學技術與智能家電6.6智能科學技術與軍事現(xiàn)代化第六頁6第七頁，共36頁。

現(xiàn)代工業(yè)是人類活動的基石，也是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。工業(yè)技術水平一方面反映了人類社會的發(fā)展和文明的進步，同時也極大地影響著人類的生產與生活乃至思維。

6.2智能科學技術與工業(yè)現(xiàn)代化6.2.1智能制造6.2.2智能控制6.2.3智能工業(yè)機器人第七頁7第八頁，共36頁。6.2.1智能制造概念智能制造定義：是指以計算機為核心而集成有關技術，以取代、延伸與強化有關專門人才在制造中的有關部分腦力活動所形成、發(fā)展、乃至創(chuàng)新了的制造。關鍵點：①以計算機來取代、延伸與強化人的部分腦力勞動；②不僅只用計算機，而且還集成了有關技術；

③計算機技術、有關技術是在不斷發(fā)展的，智能制造也是在發(fā)展的；④取代、延伸、強化、集成的結果一般是發(fā)展和創(chuàng)新了原來的制造活動。智能制造技術定義：是指在制造系統(tǒng)及制造過程的各個環(huán)節(jié)通過計算來模擬人類專家的制造智能活動（如分析、判斷、推理、構思和決策等），并與制造環(huán)節(jié)中人的智能進行柔性集成與交互的各種制造技術的總稱。智能制造系統(tǒng)定義：是指基于智能制造技術所實現(xiàn)的制造系統(tǒng)。特征：

①智能集成性既強調制造智能的充分利用，更強調智能的集成②環(huán)境適應性環(huán)境適應能力和自主規(guī)劃、控制、決策與自組織能力

③柔性與敏捷性多品種、小批量的生產環(huán)境和不可預測的市場需求④人機結合的適度智能自動化系統(tǒng)是適度而不是全面智能化第八頁8第九頁，共36頁。6.2.1智能制造關鍵技術(1/5)傳統(tǒng)人工智能技術用到的主要人工智能技術有：機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)，基于Web的工藝規(guī)劃、監(jiān)控、診斷維護等方面的集成。軟計算技術扎德（Zadeh）1996、1997分別提出了“硬計算”和“軟計算”的概念：

硬計算是指傳統(tǒng)的計算和邏輯演算；軟計算與人腦相對應，具有在不確定、不精確環(huán)境中進行推理和學習的卓越能力。例如，視覺信息處理是生物的軟計算能力計算智能，繼扎德之后，人們又把神經計算、進化計算和模糊計算歸屬于軟計算的主要內容，并稱為計算智能。智能Agent技術Agent是一種能夠在一定環(huán)境中自主運行和自主交互，以滿足其設計目標的計算實體。多Agent系統(tǒng)是一種有多個自主Agent組成的一種分布式系統(tǒng)。移動Agent是一種可以從網(wǎng)絡上的一個節(jié)點自主地移動到另一個節(jié)點，實現(xiàn)分布式問題處理的特殊的Agent。第九頁9第十頁，共36頁。6.2.1智能制造關鍵技術(2/5)例：反應Agent結構

環(huán)境反應Agent世界現(xiàn)狀效應器傳感器感知作用反應Agent的結構作用決策條件--作用規(guī)則第十頁10第十一頁，共36頁。6.2.1智能制造關鍵技術(3/5)例：慎思Agent的基本結構慎思Agent世界現(xiàn)狀效應器傳感器感知作用慎思Agent的基本結構規(guī)劃作用決策目標知識庫內部現(xiàn)狀環(huán)境第十一頁11第十二頁，共36頁。6.2.1智能制造關鍵技術(4/5)移動Agent系統(tǒng)

MAEUAUASAUAUASA節(jié)點A結點BSAUASASAUAUAMAEMAEUASA用戶Agent服務Agent移動本地通信遠程通信事務服務事件服務目錄服務表示注釋移動Agent系統(tǒng)的一般結構第十二頁12第十三頁，共36頁。6.2.1智能制造關鍵技術(5/5)合作與協(xié)調技術合作與協(xié)調是分布式人工智能（包括分布式問題求解和多Agent系統(tǒng)）的重要研究內容。以多Agent系統(tǒng)為例，Agent之間的合作包括：Agent協(xié)調：是指對Agent之間的相互作用和Agent動作之間的內部依賴關系的管理。它描述的是一種動態(tài)行為，反映的是一種相互作用的性質。它的兩個最基本的成分是：“有限資源的分配”和“中間結果的通信”。Agent協(xié)作：協(xié)作是指Agent之間相互配合一起工作。它是非對抗Agent之間保持行為協(xié)調的一個特例。Agent協(xié)商：協(xié)商主要用來消解沖突、共享任務和實現(xiàn)協(xié)調，是多Agent系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)調和解決沖突的一種重要方法。智能感知技術在智能制造系統(tǒng)中，智能感知技術主要用于檢測、控制、監(jiān)測、診斷、維護等方面。其研究重點：①新型傳感技術與傳感器的開發(fā)，如無線分布式傳感與檢測等；②機器視覺。第十三頁13第十四頁，共36頁。6.2.1智能制造智能制造系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡化智能制造系統(tǒng)的結構第十四頁14第十五頁，共36頁。6.2.2智能控制概念智能控制定義：是控制與智能的結合。從智能的角度，智能控制是智能科學技術在控制中的應用；從控制的角度，智能控制是控制科學技術向智能化發(fā)展的高級階段。特點：①不確定性的模型；②高度的非線性；③復雜的任務要求。智能控制系統(tǒng)定義：是實現(xiàn)某種控制任務的一種智能系統(tǒng)。智能系統(tǒng)是指具有一定智能行為的智能行為的系統(tǒng)。主要功能特點：

①學習功能；②適應功能；③組織功能。第十五頁15第十六頁，共36頁。6.2.2智能控制基本結構通信接口認知感知信息處理規(guī)劃和控制傳感器執(zhí)行器廣義對象智能控制器被控系統(tǒng)第十六頁16第十七頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人概念機器人國際標準化組織（ISO）對機器人的定義如下：(1)動作機構具有類似于人或其它生物體的某些器官；(2)具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變；(3)具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習等；(4)具有獨立性，完整的機器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預。機器人學是在機器人發(fā)展過程中所形成的一門綜合性學科。主要內容包括(1)基礎理論方法。如運動、動力學，運動控制、規(guī)劃，機器人智能理論(2)設計理論與技術。結構設計與優(yōu)化，機器人仿真技術等(3)機器人仿生學。如形態(tài)、結構、功能等(4)機器人系統(tǒng)理論與技術。如多機器人系統(tǒng)、語言與編程、人機融合等(5)機器人操作和移動理論與技術。(6)微機器人學。工業(yè)機器人是一種在自動控制下，能夠重復編程完成某些操作或移動作業(yè)的多功能、多自由度的機械裝置。第十七頁17第十八頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人分類按應用領域的分類服務機器人從事家庭和社會服務，要求能更加完美地在人類生活環(huán)境中與人共處軍用機器人滿足各種國防和軍事用途，要求具有遙控、移動、感知和較高的智能空間機器人用于空間作業(yè)，水下機器人在水下作業(yè)的機器人醫(yī)療機器人用于醫(yī)療操作和康復治療第十八頁18第十九頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人應用前景未來，科學技術的發(fā)展將會使機器人技術提升到一個更高的水平，機器人將成為人類多才多藝和聰明伶俐的“伙伴”。機器人應用將滲透到人類生活的各個方面：(1)更加廣泛地代替人類從事各種生產作業(yè)；(2)將成為人類開發(fā)與探索宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具；(3)將在未來戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用；(4)將用于提高人類健康水平和生活質量①服務機器人將進入家庭和服務產業(yè)；②家庭服務機器人可從事清潔衛(wèi)生、園藝、炊事、家庭護理等；③在醫(yī)院，機器人可從事手術、化驗、運輸、病人護理等；④在商業(yè)和旅游業(yè)中，機器人可導購、導游、表演、競技、表演等第十九頁19第二十頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人應用例子機器人焊接生產線第二十頁20第二十一頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人應用前景機器人和人一起做實驗第二十一頁21第二十二頁，共36頁。6.2.3智能工業(yè)機器人應用前景主從式機器人與人協(xié)同動作第二十二頁22第二十三頁，共36頁。第6章智能科學技術與科技進步和經濟發(fā)展6.1智能科學技術與科技進步6.2智能科學技術與工業(yè)現(xiàn)代化6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)6.4智能科學技術與智能交通6.5智能科學技術與智能家電6.6智能科學技術與軍事現(xiàn)代化第二十三頁23第二十四頁，共36頁。6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)農業(yè)專家系統(tǒng)農業(yè)專家系統(tǒng)是把專家系統(tǒng)知識應用于農業(yè)領域的一項計算機技術。農業(yè)專家系統(tǒng)可應用于農業(yè)的各個領域，如作物栽培、植物保護、配方施肥、農業(yè)經濟效益分析、市場銷售管理等。例如：

病蟲草害防治專家系統(tǒng)是針對作物不同時期出現(xiàn)的各種癥狀和不同環(huán)境條件，診斷可能出現(xiàn)的病蟲草災害，提出有效的防治方法。

栽培管理專家系統(tǒng)是在各個作物的不同生育期，根據(jù)不同的生態(tài)條件，進行科學的農事安排，其中包括栽培、施肥、灌水、植物保護等。農業(yè)機器人在一些發(fā)達國家，許多農業(yè)作業(yè)項目如蔬菜、水果的挑選與采摘，蔬菜的嫁接等都是勞動力密集型的工作，正逐步由農業(yè)機器人來完成。目前，已開發(fā)出來的農林業(yè)機器人有：耕耘機器人、施肥機器人、除草機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、收割機器人、蔬菜水果采摘機器人、林木修剪機器人、果實分揀機器人等第二十四頁24第二十五頁，共36頁。6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)農業(yè)專家系統(tǒng)第二十五頁25第二十六頁，共36頁。6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)農業(yè)機器人除草機器人該機器人可以用來識別和除去雜草，實際上要從農作物中找出雜草需要很多機器智能。如圖所示的丹麥科學家開發(fā)的除草機器人。第二十六頁26第二十七頁，共36頁。第6章智能科學技術與科技進步和經濟發(fā)展6.1智能科學技術與科技進步6.2智能科學技術與工業(yè)現(xiàn)代化6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)6.4智能科學技術與智能交通6.5智能科學技術與智能家電6.6智能科學技術與軍事現(xiàn)代化第二十七頁27第二十八頁，共36頁。6.4智能科學技術與智能交通智能交通的概念智能交通就是將先進的信息技術、計算機技術、數(shù)據(jù)通信技術、傳感器技術、電子控制技術、自動控制理論、運籌學、人工智能等有效的綜合運用于交通運輸、服務控制和車輛制造，所形成一種定時、準確、高效的綜合運輸系統(tǒng)智能交通研究舉例智能公交系統(tǒng)，主要包括了公交智能調度、智能公交信息系統(tǒng)、車載即時信息等。例如，智能公交信息系統(tǒng)可使乘客在公共車站就能通過電視等媒介看到實時的公交車輛位置以及車輛進出站的信息。智能收費系統(tǒng)，汽車通過收費站時不用停車即可完成收繳費事宜。智能駕駛監(jiān)視系統(tǒng)，過安裝在車上的一個小儀器，隨時監(jiān)測駕駛者的瞳孔，當駕駛者閉上眼睛時，發(fā)出報警聲音，來防止駕駛者打瞌睡。智能交通追查系統(tǒng)，在高速公路出口檢查車輛的違章記錄。智能汽車，研究并制造無人駕駛的智能汽車。第二十八頁28第二十九頁，共36頁。6.4智能科學技術與智能交通清華的智能汽車第二十九頁29第三十頁，共36頁。6.4智能科學技術與智能交通第十四屆智能交通世界大會(2007.10.9---13)在我國召開第三十頁30第三十一頁，共36頁。第6章智能科學技術與科技進步和經濟發(fā)展6.1智能科學技術與科技進步6.2智能科學技術與工業(yè)現(xiàn)代化6.3智能科學技術與數(shù)字農業(yè)