面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的人工智能技術(shù)研究

趙 鵬

（中國(guó)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(guó)麻省理工學(xué)院自動(dòng)識(shí)別中心的學(xué)者提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識(shí)別系統(tǒng)。生活工作中的所有物品通過射頻識(shí)別的信息傳感設(shè)備，能將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)物品的智能化識(shí)別。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)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(yīng)用與系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)，幾乎與所有信息技術(shù)存在聯(lián)系。因此，社會(huì)各界普遍認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用將會(huì)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(shè)備（射頻識(shí)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(shè)備、設(shè)施，甚至包括人和動(dòng)物）與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)世界上的人與物、物與物之間的信息交換。對(duì)物體進(jìn)行智能化識(shí)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(dú)特的標(biāo)識(shí)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(xiàng)新技術(shù)，而是多種信息技術(shù)的集成應(yīng)用，可以使人與物之間、物與物之間以及人與環(huán)境之間進(jìn)行信息交流[1-3]。我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究分為3個(gè)層次，分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)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(shè)備，主要作用是識(shí)別物體和采集信息，并且將信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用層主要向用戶提供物聯(lián)網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)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(yùn)用機(jī)器來完成目前借助人類才能完成的事物，分為強(qiáng)人工智能和弱人工智能2種。強(qiáng)人工智能在科幻電影中應(yīng)用較多，指機(jī)器可以像人類一樣具有獨(dú)立意識(shí)，能夠進(jìn)行溝通交流和自我學(xué)習(xí)，也能對(duì)問題進(jìn)行推理和解決。現(xiàn)實(shí)中由于技術(shù)限制，計(jì)算機(jī)并不具備獨(dú)立意識(shí)能力，即弱人工智能，也可將其稱為遷移學(xué)習(xí)。遷移學(xué)習(xí)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(jī)械自動(dòng)化、電子自動(dòng)化以及信息自動(dòng)化的發(fā)展。目前處于弱人工智能時(shí)代，機(jī)器程序只能被動(dòng)接收信息和要求。強(qiáng)人工智能成為人類未來研究方向，是機(jī)器程序?qū)θ祟惖乃伎挤绞胶托袨檫M(jìn)行學(xué)習(xí)后形成自身獨(dú)立意識(shí)。人類研究人工智能主要為了更好地替代人類工作，是推動(dòng)人類生產(chǎn)力發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α１举|(zhì)上，人工智能通過計(jì)算和科學(xué)模擬人類的思想行為實(shí)現(xiàn)，包括哲學(xué)、科學(xué)以及藝術(shù)等多種學(xué)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(jìn)人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)專家約翰·麥卡錫提出人工智能一詞。人工智能剛被提出時(shí)引起了廣泛關(guān)注，出現(xiàn)了第1次發(fā)展高峰，被廣泛應(yīng)用于語言領(lǐng)域和數(shù)學(xué)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(jì)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(fù)雜任務(wù)和數(shù)據(jù)訓(xùn)練，發(fā)展進(jìn)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(shí)現(xiàn)了大規(guī)模人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，促進(jìn)了人工智能的快速發(fā)展[4,5]。

2 面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的人工智能技術(shù)

2.1 智能制造技術(shù)

隨著科學(xué)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(jìn)步，已經(jīng)朝著成熟階段發(fā)展。基于互聯(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(jìng)爭(zhēng)力，轉(zhuǎn)變?cè)械膫鹘y(tǒng)制造模式，著手打造智能工廠，為消費(fèi)者提供全新的智能制造服務(wù)。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(gè)角度為消費(fèi)者帶來個(gè)性化的產(chǎn)品定制服務(wù)[6]。

2.2 智慧屏聯(lián)技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谏罟ぷ髦锌梢噪S時(shí)隨地看到色彩繽紛的圖像。這些圖像來自各個(gè)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(fèi)者提供硬件產(chǎn)品、軟件平臺(tái)以及場(chǎng)景應(yīng)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(yīng)用，采用的超級(jí)柜臺(tái)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(shí)別、語音識(shí)別、身份證以及銀行卡掃描技術(shù)，可有效提高銀行的運(yùn)行效率。此外，該技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)、導(dǎo)航軟件以及網(wǎng)購平臺(tái)中廣泛應(yīng)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(jì)60年代激光器的生產(chǎn)而發(fā)展起來的一項(xiàng)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(shí)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(zhǎng)度與相位信息，進(jìn)而將接近真實(shí)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(yīng)用，目前在媒體報(bào)道、商業(yè)櫥窗以及遠(yuǎn)程教學(xué)領(lǐng)域有了初步嘗試，促進(jìn)了影像技術(shù)的發(fā)展[7]。

2.3 語音識(shí)別技術(shù)

語音識(shí)別處理技術(shù)在智能應(yīng)用技術(shù)中具有重要地位。在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的語音識(shí)別處理技術(shù)主要包括機(jī)器翻譯、語音合成、語音識(shí)別以及語義理解等。近年來，人們?cè)絹碓疥P(guān)注語音識(shí)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(shè)備上廣泛應(yīng)用，其中語音收集與識(shí)別功能應(yīng)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(yīng)用較為頻繁的技術(shù)類型，目前主要應(yīng)用于內(nèi)容推薦與搜索引擎，并結(jié)合識(shí)別技術(shù)為人工智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用帶來全新的發(fā)展機(jī)遇。

2.4 智能駕駛技術(shù)

最早提出的自動(dòng)駕駛概念指人們通過無線電波發(fā)送指令，對(duì)車輛的方向盤、離合器以及制動(dòng)器等機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)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(shí)時(shí)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(dòng)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(jī)動(dòng)車輛在沒有人類的主動(dòng)操作下也可以安全上路自動(dòng)駕駛。目前，谷歌、百度等公司已經(jīng)投入自動(dòng)駕駛車輛試驗(yàn)車型運(yùn)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(cè)器獲取車輛的工作狀態(tài)與運(yùn)行情況。例如，通過攝像頭、激光雷達(dá)以及超聲波傳感器等設(shè)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(yùn)行信息，通過視覺傳感器識(shí)別道路車道線、停止線、其他車輛、行人以及信號(hào)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(duì)收集的原始信息進(jìn)行預(yù)處理。例如，將激光雷達(dá)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(hào)以及行人的信息，然后根據(jù)深度學(xué)習(xí)模型的運(yùn)算處理，在實(shí)時(shí)路況、交通環(huán)境以及車輛運(yùn)行狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上智能制定自動(dòng)駕駛決策，前提是遵守交通規(guī)則，收集車輛運(yùn)行方向、行駛速度、燈光開關(guān)以及動(dòng)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?hào)后，在電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）輸出信號(hào)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(jiǎn)單的情況下實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)駕駛，一旦遭遇復(fù)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(diǎn)。如果在技術(shù)上實(shí)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(yīng)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(yīng)設(shè)備與醫(yī)療人員、醫(yī)療資產(chǎn)以及醫(yī)療物品相連接，實(shí)現(xiàn)信息傳輸交互。通過感應(yīng)設(shè)備對(duì)人或物的狀態(tài)、身份進(jìn)行識(shí)別，包括條形、二維碼以及射頻標(biāo)簽。應(yīng)用服務(wù)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(yīng)用人工智能技術(shù)的情況下，醫(yī)院可以通過感應(yīng)器收集統(tǒng)計(jì)患者血壓、體溫以及使用的醫(yī)療設(shè)備與藥品信息，直接記錄在醫(yī)療信息系統(tǒng)中，應(yīng)用場(chǎng)景較為簡(jiǎn)單。在應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及智能機(jī)器人等新技術(shù)后，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)不再只是簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)醫(yī)療管理的智能化，可有效拓展醫(yī)療資源，推動(dòng)新型醫(yī)藥的研究。目前，智能醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)在遠(yuǎn)程智能遙控、智能診療以及藥品智能研發(fā)方面獲得應(yīng)用。遠(yuǎn)程智能看護(hù)是通過在患者身上佩戴相應(yīng)的采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集并統(tǒng)計(jì)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(tái)。服務(wù)器分析處理患者數(shù)據(jù)，判斷各項(xiàng)指標(biāo)是否正常，一旦數(shù)值異常，將會(huì)向醫(yī)護(hù)人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)。使用深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型分析判斷患者長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，檢測(cè)是否存在其他潛在病癥，并將患者的各項(xiàng)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(duì)專家醫(yī)生醫(yī)療知識(shí)的深入學(xué)習(xí)，通過模擬醫(yī)生思維對(duì)疾病進(jìn)行診斷推理，患者可以直接通過網(wǎng)絡(luò)提出診斷咨詢。人工智能系統(tǒng)在模擬訓(xùn)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(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)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(jì)算機(jī)模擬技術(shù)預(yù)測(cè)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(yīng)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(yīng)用，不但可以有效提高物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行效率和質(zhì)量，而且對(duì)人工智能技術(shù)優(yōu)化具有重要意義。基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展人工智能技術(shù)，可以促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的整合，使物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中更加方便快捷，從而為人們提供更加精準(zhǔn)的智能化服務(wù)。為了能不斷提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，相關(guān)研究人員需加強(qiáng)創(chuàng)新，促使人工智能技術(shù)不斷發(fā)展。