数字化教育技术应用 课件8-1 新一代信息技术的典型应用及其与产业的融合

模块8新一代信息技术NewInformationTechnology

学习目标知识目标了解以区块链、物联网、人工智智能以及5G为代表的新一代信息技术了解新一代信息技术的起源和发展历程掌握新一代信息技术的特点优势熟悉新一代信息技术与产业融合发展的典型应用技能目标正确定位自身发展和科技发展的关系学会思考和正确处理新一代信息技术应用带来的各种优势与问题素质目标树立科技创新意识养成数字化学习习惯与创新思维，具备支撑专业学习的能力探索区块链应用及产业融合BlockChain探索物联网应用及产业融合TheInternetofThings探索人工智能应用及产业融合ArtificialIntelligence探索5G通信技术应用及产业融合5th-Generation探索量子信息技术应用及产业融合Quantuminformationtechnology综合实训ComprehensiveTraining

项目新一代信息技术的典型应用及其与产业的融合初识新一代信息技术NewInformationTechnology云计算、大数据、区块链、物联网、5G通信以及人工智能等统称为新一代信息技术。物联网主要是感知和传输数据；5G通信技术让数据以高速率、低时延有效传递；人工智能基于算法帮助人类对数据进行分析和决策；区块链则是作为一种安全管理的方式。实际上，新一代信息技术覆盖了数据从感知获取、传输存储到分析决策的全过程，能够充分发挥信息作为生产要素的重要作用。探索区块链应用及产业融合BlockChain区块链的定义WhatisBlockchain区块链本质上是一种去中心化、去信任化的防篡改分布式网络账本数据库，由时间戳的加密链式区块结构、非对称加密算法、PoW工作量证明共识机制以及智能合约共同构成。区块链中每笔交易由系统中所有用户共同验证与维护，交易记录同步存储在每个节点不可篡改，无需依赖授信中心化的第三方机构，解决了交易中各方的信任问题，实现低成本的价值转移。1区块链的起源和发展TheOriginanddevelopmentofblockchain分享生活照片或视频等行为不会发生价值转移；但金钱交易的买卖双方都会发生价值转移。互联网交易，需要借助信赖的第三方信用机构做背书来处理电子支付信息。区块链技术通过时间戳的加密链式区块结构和非对称加密算法机制保护交易记录，交易过程被记录在各个网络分布节点，验证后记录在公共账本，解决了在缺少可信中央节点支撑问题，实现从信息互联到价值互联的转变。-200+2002区块链的起源和发展TheOriginanddevelopmentofblockchain以数字货币为特征，人们将区块链发展分为三个阶段可编程货币区块链1.0：该阶段去中心化，改变传统金融市场，为价值转移提供新技术手段；可编程金融区块链2.0：以太坊为代表的数字货币与智能合约相结合，区块链商业应用实现；可编程社会区块链3.0：应用范围扩大到金融以外的领域；2009-2014区块链1.0数字货币比特币区块链技术起源2014-2017区块链2.0智能合约以太坊，超级账本区块链协议框架优化2017-至今区块链3.0去中心化应用商业化未产业化，行业应用持续探索2区块链技术的特点TheCharacteristicsofblockchainTechnology寡头&垄断平等&互联中心才有权利记录并保存交易，人们必须通过中心交易无需通过中心交易，每个人都能保存完整的交易记录去中心化3区块链技术的特点TheCharacteristicsofblockchainTechnology基于时间戳的加密机制信用保险箱时间001内容1信用保险箱时间003内容信用保险箱时间002内容区块链采用“区块+链”式结构，前后区块通过时间戳顺序连接产生数据链条，区块头负责记录先前区块的加密散列值，确保交易数据的传递路径被完整记录。区块链所有节点具有公开透明和不可篡改共同账本，有效解决数据溯源问题。3区块链技术的特点TheCharacteristicsofblockchainTechnologyPoW共识机制去中心化账本要解决谁来记账的问题，工作量证明（ProofofWork）机制是一种基于手续费和奖励的共识机制，是区块链的核心规则。它通过举办一个哈希算法SHA256反向求解的教学竞赛，面向区块链中所有参与者，首个求解者被确认获得该区块的打包权限和奖励，这一过程俗称“挖矿”。成功打包的区块经过添加时间戳连接到区块链，避免非法写入和解决信息防伪问题。3区块链技术的特点TheCharacteristicsofblockchainTechnology智能合约智能合约一种以信息化传递、验证或执行合同的计算机代码，一旦触发“智能合约”的条款，将完全自动且无须人工干预。具有数据透明、不可篡改、永久运行和互相验证的优势。3区块链与产业的融合应用TheFusionapplicationofblockchainTechnology4区块链与产业的融合应用TheFusionapplicationofblockchainTechnology区块链金融简化传统金融服务流程节省成本和提升支付交易速度区块链供应链有效降低物流成本产品溯源，提高物流供应链管理交通区块链公益解决公益行业信任危机保障数据的透明公开和实现款项流向的追溯区块链票据解决“假票真开，真票假开”的弊端降低监管成本，简化开票报销流程4探索物联网应用及产业融合TheInternetofThings物联网的定义Whatistheinternetofthings物联网（简称IOT）是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。物联网的核心在于规模化物联和智能感知管理，旨在利用射频识别技术、传感器技术、无线通信技术等实现万物互联，构建一种实物间智能化控制和管理的互联网。1物联网的起源和发展TheOriginanddevelopmentofIoT最早可追溯到1995年比尔•盖茨的《未来之中》，受制于网络与硬件发展，直至1999年美国麻省Ashton教授在研究射频识别技术“传感网”时被再次提到，2000年才正式兴起。2008年全球爆发金融危机，为加快经济复苏，世界各国将目光投向物联网。2009年美国的“智慧地球”、中国的“感知中国”概念等相继提出，物联网技术提升为国家级发展战略。伴随成熟的互联网和传感器技术，物联网进入行业应用探索阶段。我国物联网进行快速发展期科技巨头（BAT）、三大电信运营商已建立物联网服务平台并推广应用，引领我国物联网产业走向成熟推广阶段。思想萌芽阶段1995-2005普适计算传感网技术研发阶段2005-2009感知中国智慧地球应用探索阶段2010-2020物联网行业应用物联网规划成熟推广阶段2020-未来各领域出现龙头企业2物联网技术的特点TheCharacteristicsofIoT物联网结合传感器技术、射频识别技术和嵌入式系统技术，在互联网实现人与物、物与物之间信息的传递交互，由感知层、网络层和应用层三大技术架构组成，具有全面感知性，可靠传递性和智能处理性三大特点。感知层全面感知位于物联网技术体系架构的最底端通过射频识别、传感器技术、智能设备等收集物理世界的实时信息传输层互联互通ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、GPS等技术将数据、指令和信息在感知层之间进行有效传递和控制，是物联网的信息枢纽和传输通道应用层智能处理利用云计算、物联网中间件等技术人工智能处理地网络层传来的海量信息，以达到各行业应用和发展智能管理的效果3物联网与产业的融合应用TheFusionapplicationofIoT智能医疗医疗感测、医疗物品管理和健康护理达到信息化和智能化佩戴医疗智能手环，基于射频技术的物联网药品物资管理系统智能交通改善交通运输环境，提升道路资源利用率高速实时路况平台，车来了app，车联网智慧物流物流的信息监督自动化和可视化、运输流程的智能化和网络化提高运输效率，提高物流的管理效能智能家居实现家电的智能控制，提高人类生活舒适度家电控制和家庭安防4物联网与产业的融合应用智能医疗医疗感测、医疗物品管理和健康护理达到信息化和智能化佩戴医疗智能手环，基于射频技术的物联网药品物资管理系统4物联网与产业的融合应用智能交通改善交通运输环境，提升道路资源利用率高速实时路况平台，车来了app，车联网4物联网与产业的融合应用智慧物流物流的信息监督自动化和可视化、运输流程的智能化和网络化提高运输效率，提高物流的管理效能4物联网与产业的融合应用智能家居实现家电的智能控制，提高人类生活舒适度家电控制和家庭安防4探索人工智能应用及产业融合ArtificialIntelligence人工智能的定义WhatisArtificialIntelligence人工智能是利用人工制造来实现智能机器或机器上的智能系统，模拟、延伸和扩展人类智能，感知环境，获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法和技术，包括自然语言处理、计算机视觉、机器学习和专家系统等核心技术。强人工智能达到或者超越人类认知学习与决策执行的智能能够自适应外界挑战、具有推理意识和解决问题的综合智能弱人工智能（全球当前所处状态）能够通过传感以存储实现特定领域的智能，比如人脸识别、机器翻译等不具备推理和解决问题的能力1人工智能的起源和发展TheOriginanddevelopmentofAI英国数学家提出图灵测试，该阶段只能确定少数规则进行逻辑推理将逻辑推理上升至专家系统，可以手工构建规则解决小规模的特定问题随着深度学习技术的问题建模在图像语音识别领域的出色表现，能够切实解决某一领域的共性问题上世纪50-60年代第1次热潮模糊逻辑知识推理区启发式算法20世纪80-90年代第2次热潮专家系统遗传算法BP算法2006-至今第3次热潮深度学习计算机视觉自然语言处理2人工智能技术的特点TheCharacteristicsofAI遵循逻辑规律的计算能力根据人类设定的程序逻辑或算法通过计算机设备等载体运行或工作使计算机程序能够遵循思维中的逻辑规律进行思考外部感知和人机交互能力通过传感器技术，具备对外界环境进行感知和人机交互的能力计算机视觉通过算法对图像进行识别分析,当前最广泛的应用是人脸识别和图像识别自然语言处理是指计算机拥有识别理解人类文本语言的能力,包括机器翻译、NLPl输入法等。自适应学习，演化迭代能力具有自适应学习特性，实现演化迭代的能力机器学习就是计算机程序通过大规模的训练数据、建立经验模型来提升自身性能的算法垃圾邮件过滤、智能客服和商品推荐3人工智能与产业的融合应用人工智能自动驾驶智能教育智能酒店机器人智慧医疗TheFusionapplicationofAI4人工智能与产业的融合应用自动驾驶自动驾驶是通过物联网传感器技术采集行驶过程中周边路况和地形信息，基于深度思考的机器学习的算法完成高级数据建模，配合现阶段完善的汽车辅助系统、车道偏移报警系统以及自动泊车等技术，智能操纵系统调整汽车速度和方向，实现安全智能化的无人驾驶。深圳巴士集团与深圳市海梁科技联合研制的“阿尔法巴智能驾驶公交系统”4人工智能与产业的融合应用智慧医疗人工智能辅助医生对医学影像完成各种定量分析、历史图像比较或自动生成结构化报告，基于医疗领域专家知识和经验的专家系统，根据病症信息进行机器推理操作，对制定治疗方案进行智能管理和决策。中山大学眼科中心先天性白内障CC-Cruiser人工智能平台人工智能算法助力河南郑州小汤山医院新冠CT影像判断4人工智能与产业的融合应用智能教育结合大数据、机器学习和深度学习算法技术，辅助教育应用以促进自适应学习和教育过程的最优化。小猿搜题app利用图像识别检索所需内容治趣-在线虚拟诊疗平台通过虚拟传真提供临床思维训练服务4人工智能与产业的融合应用机器人智能机器人具有进行复杂逻辑思维、判断决策及在作业环境中独立行动的功能。写稿机器人擅长分析处理海量数据进行智能化写作，语音识别机器人能够实现自然语言和机器语言转换。美联社WordSmith自动撰稿机器人搜狗与新华社联合研发的“AI合成主播”4人工智能与产业的融合应用智能酒店智能酒店基于卷积神经网络学习算法和计算机视觉，通过人脸识别技术来实现对人类感知系统的模拟，完成图像采集或视频处理以获得信息。给用户带来智能便捷的入住体验，减少酒店的人力管理成本。旷视科技（Face++）人脸识别技术准确率达到99.5%全球首家全场景人脸识别酒店“菲住布渴”4探索5G应用及产业融合5th-Generation第五代移动通信技术的定义Whatis5th-Generation第五代移动通信技术（5th-Generation，简称5G）以4G移动通信为基础，运用云计算架构、边缘智能服务和虚拟化网络开发的第五代数字蜂窝网络技术，是经济社会数字化、网络化、智能化的转型的关键。相比4G，5G在通信容量和数据传输速率、万物互联覆盖范围、系统安全保障、移动边缘计算和差异化业务需求方面有了明显提升，能够有效降低成本与延迟率，满足信息化时代对数据流量剧增和高宽带上网的需求和应用，给用户带来更好的使用体验。增强移动宽带(eMBB)传输速率高，适用于超高清视频、虚拟现实与增强现实等对网络传输速率有极高要求数据业务海量机器类通信(mMTC)适用于智慧城市、智能家居等连接数量庞大、接入成本低的物联网领域高可靠低时延通信(uRLLC)适用于自动驾驶、工业控制、远程医疗等对时延要求和可靠性要求较高的领域15G的起源和发展TheOriginanddevelopmentof5G1G1980-19901G诞生于上世纪80年代，大哥大手提电话出现采用模拟信号传输，只能传输语音，信号覆盖不稳定2G1990-20082GGSM系统在1G基础上实现数字化语音通信增加了上网与短信功能，系统保密性得到加强3G2008-2013实现了语音和数据信息的实时通信，让无线通信和互联网数据传输完美结合速率提升至几百kbps，业务更为丰富4G2013-2019全IP化的网络系统，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式用户在高速移动状态下可达到100mbps下载速度5G2019至今具有10倍于4G的峰值速率可达10gbps在高速移动状态下可达1gbps，毫秒级的超低时延与物联网、人工智能、大数据等新一代信息技术相互渗透和深度融合25G通信技术的特点TheCharacteristicsof5G高速率，低时延峰值速率高达20gbps，传输速率高达10gbps基于内容分发网络CDN（ContentDeliveryNetwork）分布式的数据缓存机制能够将延时降至5毫秒级别低功耗利用网络切片技术将一个物理网络切分为多个差异化网络性能及业务的虚拟网络能够灵活地根据通信场景需求进行相应策略控制和提供网络服务高移动基站以便携形式存在，基于云端完成支持在高铁、汽车等高速移动场景中的高速率稳定运行广覆盖基于超密集异构网络技术，高频段毫米波通信的可用频谱带宽比4G通信增长了几十倍利大规模MIMO天线技术定向发送波速来实现提高天线增益微基站的广泛应用在提升设备连接数和增强了信号穿透能力，减少信道干扰和弥补传输损耗近距离端到端的直接通信（D2D），实现通信覆盖面积和系统传输容量的增加35G通信与产业的融合应用5G重点产业方向和应用领域TheFusionapplicationof5G45G通信与产业的融合应用5G+媒体融合随着超高清摄像机和5G转播车的推广使用和利用5G低时延特性，5G视频直播让传统现场直播走出演播室“飞”上云端，视觉冲击和真实体验感消除了观众与作者之间的时空距离。5G+远程全息互动--《云中记》作家阿来与现场观众互动交流5G+VR全景展现河南各地庆丰收特色活动”45G通信与产业的融合应用5G+远程医疗5G赋能远程诊断、健康管理和远程手术等医疗应用场景。新冠疫情期间，“5G+远程会诊系统”利用5G的高速率，实现放射影像、电子病历等医疗数据的传输及同步调阅，患者与远端医生通过高清视频实时沟通，远程会诊实现了“专家分身”，有效促进优质医疗资源下沉和缩小分级诊疗差距。全国首例基于5G的远程人体手术--帕金森病“脑起搏器”植入术45G通信与产业的融合应用5G+车联网利用5G通过车路协同实现“人-车-路-云”智能网联汽车是目前普遍认可的技术途径，通过传感设备感知环境信息的“智能的车”和借助物联网技术建设的道路设施准确反馈信息的“智慧的路”是实现智能网联汽车应用的两个关键因素。智能网联汽车在海南已经实现了车路协同、车速引导、转弯提醒、碰撞预警等多种场景应用45G通信与产业的融合应用5G+智能制造基于5G的M2M技术实现工厂内设备与人员的互联互通，基于5G+VR/AR和传感技术实现远程数据控制，能够促进工业制造的智慧式管理和运行。青岛港5G智慧码头基于5G实现自动岸桥吊车控制、抓取和运输集装箱全国首条5G智慧智能制造生产线在光谷启动，生产效率较改造前提升30%以上4探索量子信息技术应用及产业融合Quantuminformationtechnology量子信息技术的定义WhatisQuantuminformationtechnology量子，是能量的最基本携带者和构成物质最基本的单元，是可操控微观粒子（光子、电子和冷原子等）的统称。量子信息技术以量子力学为基础，通过对微观粒子系统及其量子态进行精确的人工观测和调控，借助量子叠加和量子纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息。量子信息最基本的单元被称作是量子比特，量子技术可以突破现有信息技术的物理极限，在信息处理速度、信息安全性、信息检测等方面发挥重要作用。1量子技术的起源和发展TheOriginanddevelopmentofQuantuminformationtechnology经典计算机以半导体大规模集成电路为元器件，其速度提升依赖芯片的高集成和微型化程度。摩尔定律反映了电子芯片中单位体积晶体管数目随时间爆发性增长的趋势，晶体管体积缩小和高集成度，意味着计算机可容纳元器件数量增多，产生的热能会越多。当元器件的集成度达到纳米甚至是埃的尺度时将无法突破其物理上限，计算机的运行机制必将服从量子力学，发生量子隧穿效应，导致经典计算机存储器原本非0即1的比特状态变得不稳定。进入二十一世纪，人类能够利用量子叠加、纠缠和隧穿特性，使得量子信息技术能够突破经典技术在计算处理能力、信息安全保障和测量精度极限方面的瓶颈，世界巨头争相投入加快量子技术研究与应用布局，由此开启了为第二次量子科技革命，为信息化发展和产业赋能提供了新动力。2量子通信技术的特点TheCharacteristicsofQuantuminformationtechnology叠加性信息传递容量大，是普通光纤通信载体可携带信息数量的几十倍纠缠性是经典信息与量子纠缠的互补，通过量子纠缠可将空中任意两点关联信息传递效率高不可克隆性解决了经典信息可被复制、光缆传输介质可被窃听的安全性缺陷相干性量子态之间的关联性，是量子计算机实现高效平行运算量子信息技术是一项基于量子力学原理，充分发挥量子态的叠加、纠缠、相干性和不可克隆四个特性对传统信息技术进行重构的创新技术。量子信息的优势在于提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度。3量子通信技术的应用前景量子通信量子通信是指利用量子比特作为信息单元实现信息或密钥传送，基于量子力学原理保证传输安全性，具有高安全性、高传递效率和高信息容纳量等优点，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发。量子隐形传态是在经典通信辅助下，利用量子纠缠传输量子信息到远处，而不传送该量子信息的物理载体本身。量子密钥分发是指利用量子不可克隆、不可分割、不可复制的特性加载信息并通过约定协议在远点实现通信双方的密钥共享机制，实现无条件的安全量子保密通信。“墨子号”实现洲际量子密钥分发世界上第一条量子保密通信干线4量子通信技术的应用前景量子测量量子测量是基于微观粒子系统及其量子态的精密测量，突破经典测量的理论极限，完成被测系统物理量的执行变换和信息输出，在测量精度、灵敏度和稳定性较传统测量技术有数量级提升。主要涵盖时频同步、惯性测量、磁场测量、重力测量和目标识别等方面，在量子导航技术、量子雷达、空间探测、地质勘测、目标识别等领域有广泛应用前景。4量子通信技术的应用前景量子计算量子计算是利用量子态叠加原理和量子纠缠特性进行数据编码、存储和运算，具有经典计算机无法比拟的超并行