计算机应用基础课件 单元8　新一代信息技术概论

新一代信息技术产业是国家重点发展的战略性新兴产业之一，涵盖物联网、5G通信、云计算、人工智能等多个前沿领域。​根据《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，国家提出要加快建设宽带、泛在、融合、安全的信息网络基础设施，推动新一代移动通信、下一代互联网核心设备和智能终端的研发及产业化，促进物联网、云计算的研发和示范应用，着力发展集成电路、新型显示、高端软件、高端服务器等核心基础产业，提升软件服务、网络增值服务等信息服务能力，加快重要基础设施智能化改造，大力发展数字虚拟等技术，促进文化创意产业发展

。​本单元旨在引导读者理解新一代信息技术的核心概念、发展趋势及其在社会各领域的典型应用，激发对未来科技发展的思考与探索。单元8

新一代信息技术概论学习目标了解物联网和互联网的异同。了解物联网的基本框架和体系组成。了解物联网技术在智能交通中的应用。了解5G的概念和特点。了解5G技术在制造业中的应用。了解区块链的概念和工作过程。了解区块链技术在教育领域中的应用。了解新一代信息技术对我国在新时代实现跨越式发展的意义。单元8新一代信息技术概论任务1

了解基于物联网技术的智能交通任务2工业4.0时代用5G技术拓宽工业互联网任务3在教育中应用区块链技术单元8

新一代信息技术概论任务1了解基于物联网技术的智能交通任务描述本任务要求读者理解什么是物联网，并知道物联网的基本应用场景。解决路径了解智能交通的概况物联网技术在智能交通中的应用领域智能交通中的物联网技术详解物联网技术在智能交通中的典型应用场景相关知识1．物联网和互联网定义与核心：物联网是“物物相连”的网络，核心仍是互联网，是其基础上的延伸和扩展，用户端延伸到物品与物品之间，可实现信息交换和通信。本质与技术：实质是利用射频自动识别技术，通过计算机互联网实现物体自动识别及信息互联共享；射频识别技术能让物品“开口说话”，通过无线数据通信网络采集信息到中央系统，再经计算机网络实现信息交换共享与“透明”管理。特点与作用：是当下所有技术与计算机互联网技术的结合，能更快更准地收集、传递、处理和执行信息；物体嵌入微型感应器后可相互“交流”且无需人工干预，实现可寻、可控、可连，让生活拟人化；应用范围广泛，可对机器、设备、人员等进行管理控制，用于家庭设备遥控、位置搜寻等多个领域，大到城市、小到钥匙等万物均可接入。2．物联网的基本框架物联网的基本框架可分为感知层、网络层和应用层三大层次。3．物联网的体系组成物联网是在互联网基础上架构的关于各种物理产品信息服务的总和，它主要由三大体系组成：一是运营支撑系统；二是传感网络系统；三是业务应用系统。任务实施1．了解智能交通的概况（1）智能交通的概念智能交通是基于现代电子信息技术的交通运输服务系统，以信息处理为主线提供多样服务，其系统（ITS）集成多种先进技术，是大范围内实时、准确、高效的综合交通管理系统，能实现车辆自主行驶、公路智能调流等。它可解决交通安全、拥堵、污染三大交通难题，通过物联网技术优化车、路、人关系，目标是实时、准确、高效、安全、节能，能减少30%以上交通事故死亡人数，提升50%以上交通工具使用效率。目前，发达国家投入大量资源研究，不少已进入全面部署阶段，其将成21世纪交通发展主流。任务实施1．了解智能交通的概况（2）智能交通的特征智能交通系统一方面是交通信息的广泛应用与服务，另一方面是优化现有交通设施的运行效率，具有以下主要特点：①

跨行业②

技术领域③

安全可靠④

各方大力支持任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域智能交通可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率，因而日益受到各国的重视。物联网技术在智能交通上的应用主要体现在以下六大领域：（1）交通管理①

道路交通管理②

公共交通管理③

高速公路管理任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域（2）城市道路交通管理服务信息化兼容和整合是城市道路交通管理服务信息化的主要问题，因此，建设综合性的信息平台成为这一领域的应用热点。除了城市交通综合信息平台，一些纵向的有前景的应用有智能信号控制系统、电子警察、车载导航系统等。通过各个路口信息采集终端获取城市交通信息，采集的交通信息汇聚到交通信息中心后，进行分析、处理、建模，给出全市的交通拥堵状况、交通事故、道路积水等信息的全视图，引导市民规避这些路段。任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域（3）自动停车系统建设现代化城市级别的停车场管理系统，实现停车场实时信息及时发布，市民可通过多种途径、多种渠道方便地获取城市各个位置停车场的相关信息。该系统可显著提高停车效率，通过停车场引导及时将车辆导入停车位，可以减少因寻找车位产生的交通流量和空气污染。任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域（4）车辆调度车辆运营公司通过语音、短消息方式，实现对司机或车辆的统一调度管理。根据交通拥堵、事故、人员集聚等因素合理调度车辆，如物流车、出租车、企业自有营运车辆等。公司监管人员：通过车辆综合调度业务，可随时查看车辆运行情况，包括当前、历史运行轨迹。语音调度：通过普通的语音通话对司机进行调度，为司机提供方便的语音呼叫手段，保障司机安全驾驶。短消息调度：该功能可对指定的一辆或多辆车下发调度短消息。在车上采用外接扬声器进行语音播报或者将文字显示在调度屏上，方便调度中心对驾驶员的统一调度管理。任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域（5）实现对车辆的监控和管理可实现车辆运营公司监控中心对车辆的行驶位置、线路和区域、轨迹、状态、速度以及上下人员等的监控。通过车辆的管理监控等多种信息化手段，可保障车辆的安全，包括车辆防盗、及时报警等。采用信息化的车辆和车队管理手段，还可以降低车辆运营费用，避免无规划的私自使用车辆情形。除此之外，车辆生产企业对卖出的各类车辆可提供车载信息服务。通过车载信息服务，可为驾驶员提供交通信息查询、行程规划、车辆综合调度、车辆远程诊断、紧急救援等服务。任务实施2．了解物联网技术在智能交通中的应用领域（6）建立完善的应急联动和事故救援机制若发生较大的交通事故，交管中心能实现统一调度，触发应急机制，联动公安、救援中心、120急救中心、保险公司等相关部门，快速、有效、妥善处理现场事件，并尽快恢复交通原态。关注各类交通出行方式，关注车辆故障、车辆防盗、车辆救援等安全相关内容。实现对涉及公共安全的客运车辆的实时监控管理，以及对危险品运输车辆的实时监控管理，保障公共交通的安全。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术物联网时代的智能交通，全面涵盖了信息采集、动态诱导、智能管控等环节。通过对路况信息和机动车信息的实时感知和反馈，通过GPS、RFID、GIS等技术的集成应用，实现了车辆从物理空间到信息空间的双向交互式映射。通过对信息空间虚拟化车辆的智能管理控制，可以实现对真实空间的车辆和路网的可视化控制，让路网状态仿真与推断成为可能，更让交通事件从“事后处置”转化为“事前预判”这一主动警务模式。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（1）感知技术智能交通系统中的感知技术是基于车辆和道路基础设施的网络系统，通过采用先进的检测、感知、识别技术获取人与物的地理位置、身份信息等，可实现物物相通。信息技术、微芯片、RFID以及廉价的智能信标感应等技术的发展和在智能交通系统中的广泛应用为车辆驾驶员提供了安全有力的保障。车辆感知系统包括了部署道路基础设施、车辆以及道路基础设施的电子信标识别系统。要实现智能交通管理，首先必须对交通的实时状况进行准确、及时、有效的监控，各种传感技术在这个过程中起到举足轻重的作用。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（2）无线通信技术目前已经有多种无线通信解决方案应用在智能交通系统中。UHF和VHF频段上的无线调制解调器通信，被广泛用于智能交通系统的短距离和长距离通信。小于几百米的短距离无线通信可以使用IEEE802.11系列协议来实现。长距离无线通信方案通过基础设施网络来实现，例如WiMAx(IEEE802.16)、4G/5G技术。使用上述技术的长距离通信方案目前已经比较成熟，但是和短距离通信技术相比，还需要进行大规模的基础设施部署，成本较高。当前车辆已经能够通过多种移动通信设备、无线通信方式与卫星、移动电话网络、道路基础设施等进行通信，并且利用广泛部署的Wi-Fi、移动电话网络等途径接入互联网。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（3）全球定位系统全球定位系统（GPS）或北斗卫星导航系统是很多车内导航系统的核心技术，车辆中配备的嵌入式接收器能够接收多个不同卫星的信号，并计算出车辆当前所在的位置，其定位的误差一般在几米之内。例如，北京已经有超过10

000辆出租车和商务车辆安装了相应设备，并将它们的行驶速度信息发送到一个卫星上。这些信息最终将被传送到北京交通信息中心，在那里这些信息经过汇总处理后可得到北京各条道路上的平均车流速度状况。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（4）视频监测技术利用视频摄像设备可进行交通流量计量和事故检测，此即“非植入式”视频监测系统，无需在路面或路基部署设备。摄像头固定在车道附近，捕捉的车辆视频经处理器分析图像特性变化；系统需初始化配置以输入道路基础数据“教会”处理器。单个处理器通常可处理1-8个摄像机数据，典型输出为各车道车辆速度、数量及占用情况，部分还能检测停止车辆、发出错误行驶警报等。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（5）计算技术实现海量交通信息的存储、传输、处理是智能交通管理系统建设的重点。对大量的交通信息进行高效处理、分析、挖掘和利用，将是未来交通信息服务的关键。有数据显示，目前汽车电子占普通轿车成本的30%，在高档车中占到60%。根据汽车电子领域的最新进展，未来车辆中将配备数量更少，但功能更为强大的处理器，这就需要计算技术的支持。目前智能交通的发展趋势是要使用数量更少，但更加强大的微处理器模块以及硬件内存管理和实时的操作系统。同时新的嵌入式系统平台将支持更加复杂的软件应用，包括基于模型的过程控制、人工智能和普适计算。任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（6）基于车联网的车辆间协同运行技术车联网是物联网在汽车领域的细分应用，指车与车、路、人、传感设备等实现移动交互通信的系统，本质是巨大的无线传感器网络。每辆车可视为超级传感器节点，普通轿车装100多个传感器，豪华轿车达200余个，使车与车、车与路边基站能无线通信，扩展计算机系统的感知与控制能力。其利用车载电子传感装置，通过导航、移动通信等技术与信息网络平台，实现人、车、路、城市实时联网和信息互通，以智能监控、管理、调度车、人、物、路等。在其背景下，可建立车辆纵向跟随控制模型，减少人为影响，物联网技术的应用对改善交通管理质量、提高管理水平意义重大任务实施3．了解智能交通中的物联网技术（6）基于车联网的车辆间协同运行技术车联网是物联网在汽车领域的细分应用，指车与车、路、人、传感设备等实现移动交互通信的系统，本质是巨大的无线传感器网络。每辆车可视为超级传感器节点，普通轿车装100多个传感器，豪华轿车达200余个，使车与车、车与路边基站能无线通信，扩展计算机系统的感知与控制能力。其利用车载电子传感装置，通过导航、移动通信等技术与信息网络平台，实现人、车、路、城市实时联网和信息互通，以智能监控、管理、调度车、人、物、路等。在其背景下，可建立车辆纵向跟随控制模型，减少人为影响，物联网技术的应用对改善交通管理质量、提高管理水平意义重大任务实施4．了解物联网技术在智能交通中的典型应用场景建设智能交通的目的是使人、车、路密切配合达到和谐统一，发挥协同效应。这样便能大幅度地提高保障交通安全、交通运输效率、改善交通运输环境以及提高能源利用效率。发展智慧交通是政务智能化、交通信息化的发展趋势。任务实施4．了解物联网技术在智能交通中的典型应用场景（1）不停车收费系统的不断推进全自动电子收费系统（ETC）即不停车收费系统通过车载电子标签与收费站ETC车道微波天线的微波专用短程通信，结合计算机联网技术与银行后台结算，实现车辆不停车缴费。ETC是智能交通主要应用之一，是解决收费站拥堵、节能减排的重要手段，为国际重点推广的电子自动收费系统。该系统能大幅提高通行能力，可缩小收费站规模、节约费用，降低噪声和废气排放；对城市而言，不仅是先进收费技术，还是有效的交通管理手段，能避免月票制和人工收费弱点，提高繁忙大桥、隧道等市政设施的资金回收能力。任务实施4．了解物联网技术在智能交通中的典型应用场景（2）无人驾驶车辆与旅客自动输送系统无人驾驶车辆通过一系列复杂的传感器来完成驾驶过程。在无人驾驶车辆主导的智能交通系统中，十字路口都会安装各种感应器和摄像头，使运输流更加高效。①

国内案例：北京市朝阳区物联网产业园，包含无人驾驶节能公交车项目，系统建成后公交车经过十字路口时，红绿灯可自动感应并迅速变灯；广州建成世界首条全地下旅客自动输送（APM）系统，该系统无人自动驾驶、立体交叉，首都机场航站楼间也有使用，其车辆类似地铁列车，车体宽、座位少、站立空间大，每车约载280人，能解决城市出行问题，且不增加地面交通负荷，车厢视野开阔。②

国外案例：英国伦敦希斯罗机场启用无人驾驶运输线路ULTraPRT，其车辆大小与普通汽车相近，每车可坐4人，电力驱动，从停车场到航站楼仅需5分钟，能为乘客节省60%时间和40%运营成本。③

发展预测：无人驾驶公交系统是未来智能交通的重要因素，美国一份报告预测，到2040年全球上路汽车中75%将是无人驾驶汽车。任务2工业4.0时代用5G技术拓宽工业互联网单元8

新一代信息技术概论任务描述本任务要求读者了解5G技术的基本概念，以及未来对经济与社会生活带来的革命性影响。解决路径5G技术弥补传统自动化生产线的不足5G技术与智能工厂相关知识1．5G的概念（1）5G的优势与特点相比1G到4G，5G具有更高传输速率、更高带宽、更强通话能力，还能融合多业务与技术，且具备低时延高可靠、低功耗的特点；它并非单一或全新无线接入技术，而是多种及现有技术集成的解决方案总称，能实现随时、随地、万物互联，打造以用户为核心的信息生态系统和全移动、全连接的社会，连接生态、客户与商业模式，带来优质体验并促进生态可持续发展。（2）5G的应用与影响可扩展到物联网领域，支持设备远超4G时代的智能手机，推动智能手表、家庭设备等发展；能让人与人沟通更高效，物质、医疗等多领域信息瞬间传递，为人类带来更智慧美好的生活。1．5G的概念（3）我国5G发展情况处于领先地位，截至2025年4月末，累计建成开通5G基站443.9万个，5G移动电话用户达10.81亿户，是全球最大5G市场之一；网络覆盖从“市市通”扩展到“县县通”，并向乡镇和行政村延伸，实现城乡一体化覆盖。2．5G技术的特点5G技术具有高速率、泛在网、低功耗、低时延四个主要特点：​（1）高速率相比3G、4G，5G能解决网络传输速率问题，基站峰值要求不低于20Gbit/s，可满足VR至少157Mbit/s的传输需求，消除VR使用时的速度限制，提升用户体验，助力其广泛推广。​（2）泛在网指网络在社会生活各角落存在，包括广泛覆盖和纵深覆盖。广泛覆盖可支持部署传感器监测环境等，纵深覆盖能保障智能无人驾驶汽车等设备正常工作，是5G给用户带来良好体验的基础，其重要性有时超过速度。​2．5G技术的特点（3）低功耗借助eMTC和NB-IoT技术实现，可减少物联网产品充电次数（如从每天充电到一周或一个月一次），改善用户体验，促进物联网产品普及。​（4）低时延要求控制在1～10ms甚至更低，远低于3G（约100ms）和4G（20～80ms）。这对无人驾驶汽车（确保高速行驶时及时制动）、工业自动化（保证机械臂操作精准高效）等高速运行场景至关重要，可避免安全和财产损失。任务实施1．用5G技术弥补传统自动化生产线的不足（1）

工业3.0的特点与局限以自动化流水线为核心，通过固定工位减少工人无效劳动提升效率，但存在生产灵活性差、难以满足个性化定制需求的弊端，而复杂、感知要求高的操作更适合人工。（2）5G对工厂的作用降低机器间线缆成本，依托高可靠性网络的连续覆盖，让机器人移动不受限，可按需到达不同地点，实现不间断工作及工作内容平滑切换。任务实施1．用5G技术弥补传统自动化生产线的不足（3）工业4.0的核心机制生产线和设备配备传感器实时抓取数据，经无线通信传至互联网，形成信息物理系统（CPS）；数据传输至云计算中心存储分析后形成决策，反哺设备运转，设备智能化程度决定智能生产水平。（4）工业4.0的意义与目标将生产资源形成闭环网络，通过物联网等实现价值链网络的数字化集成，提升生产效率，最终建成智能工厂；智能工厂能使制造系统在分散价值网络上横向连接，让生产各环节可根据最新情况灵活调整工艺，摆脱对旧计划的完全依赖，以满足制造业对柔性和效率的长期追求。任务实施2．5G技术与智能工厂（1）智能工厂的定义与特点在工业4.0中，智能工厂通过互联互通的信息技术/运营技术格局，实现车间决策、洞察与供应链及企业其他部分的融合；它是柔性系统，能自行优化网络表现、适应新环境、自动运行生产流程，可高度可靠运转，最大限度减少人工干预，缩短生产各环节时间，提升效率。其并非简单自动化，而是向物体、数据、服务等无缝连接的互联网方向发展。任务实施2．5G技术与智能工厂（2）5G技术在智能工厂中的应用与影响未来10年5G网络有望覆盖工厂各个角落，由其控制的工业机器人已能在车间自由穿梭，完成巡检、修理、送料、质检、高难度生产动作等，还可辅助中基层管理人员进行生产协调和决策，此时仅需少数人负责工厂运行监测和高级管理，实现人与机器人共生。（3）5G支撑下智能工厂的运作机制5G是智能工厂的重要特征和最大价值所在。智能工厂中传感器遍布资产，可从PLC、数控机床等多渠道抓取数据集，确保数据实时更新；通过整合ERP、MES、PLM等系统数据，利用CNN、NLP、ML等技术处理分析大数据，能全面掌控供应链上下游流程，提高供应网络整体效率。任务实施2．5G技术与智能工厂（4）优化后智能工厂的优势具备自动化工作流程，可同步掌握资产状况，优化追踪系统与进度计划，合理消耗能源，从而有效提高产量、运行时间、质量，降低成本、避免浪费。单元8

新一代信息技术概论任务3在教育中应用区块链技术任务描述区块链和机器学习被誉为未来十年内最有可能提高人类社会生产力的两大创新科技。如果说机器学习的兴起依赖于新型芯片技术的发展，那么区块链技术的出现，则是来自商业、金融、信息、安全等多个领域众多科技成果和业务创新的共同推动。解决路径教育数据存储与分享区块链教育证书检验系统学业成绩水平测试相关知识区块链的概念（1）区块链的早期描述与定义中本聪在《Bitcoin：APeer-toPeerElectronicCashSystem》中最早描述区块链，将其定义为用于记录交易账目历史的数据结构，但未明确提出区块链的定义和概念。Wikipedia将区块链类比为分布式数据库技术，通过维护数据块的链式结构，维持持续增长、不可篡改的数据记录。（2）区块链的基本概念：交易：对账本的一次操作，会改变账本状态，如添加转账记录。区块：记录一段时间内的所有交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识。链：由区块按发生顺序串联而成，是整个账本状态变化的日志记录。区块链的概念（3）区块链的实现原理底层是只允许添加、不允许删除的分布式数据记录账本，基本结构为线性链表，“区块链”名称由此而来。链表由“区块”串联，后继区块记录前导区块的哈希值（prehash），新数据需放入新区块。可通过计算哈希值快速检验区块及其中交易的合法性，任意维护节点可提议新的合法区块，但需经共识机制达成一致来确定最终选择的区块。任务实施1．存储与分享教育数据（1）区块链存储教育数据①

教育领域数据的特点与安全问题：教育领域数据海量，高等级教育机构的数据价值和机密性更高