十大信息技术与生态文明教学提纲.docx

1、十大信息技术与生态文明教学提纲十大信息技术与生态文明 来源： 信息办 作者： 日期： 2013-6-20 10:43:37 21世纪初期， Web2.0的兴起，让网络迎来了一个新的发展高峰期。MySpace、YouTube等网站的访问量，已经远远超过传统门户网站。如何有效地为巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，成为这些网站不得不面对的一个问题 中国园林网6月20日消息：随着信息革命的不断发展和深入，信息技术更新周期不断缩短，所发挥的效能不断增加，信息技术的飞速发展直接对人类的生产方式、生活方式和社交方式产生了巨大而深刻的影响。在当前信息革命进程中，10项主要信息技术都对生

2、态文明建设产生了范围广泛、作用深刻的影响：作为一种新兴的信息服务模式，云计算突出的虚拟和动态存储计算能力为生态文明建设搭建了信息化平台；物联网技术实现了生态文明中各主体要素和各环节的充分、实时感知；下一代互联网为生态文明中各主体要素的信息交流和传递营造了更加便捷的空间；人工智能技术为生态文明建设中的科学决策提供了有效的技术保障；虚拟现实与可视化技术促进了数字世界和自然世界融合的实现；多媒体技术为精彩展示生态文明创造了条件；3S集成技术与北斗卫星导航系统为生态环境的远程、实时、动态感知创造了条件；移动通信技术进一步缩短了生态文明建设中人与人、人与物之间的距离，为便捷、互联、智慧的生活奠定了基础；

3、微电子技术是实现生态文明的基础；网络安全技术为生态文明建设提供了基础的技术保障。一、云计算（一）云计算的由来21世纪初期， Web2.0的兴起，让网络迎来了一个新的发展高峰期。MySpace、YouTube等网站的访问量，已经远远超过传统门户网站。如何有效地为巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，成为这些网站不得不面对的一个问题。同时，一些有影响力的大公司为了提高自身产品的服务能力和计算能力开发大量新技术，例如，Google凭借其文件系统搭建起了Google服务器群，为Google提供强大的搜索速度与处理能力。于是，如何有效利用已有技术并结合新技术，为更多的企业或个人提供强

4、大的计算能力与多种多样的服务，就成为许多拥有巨大服务器资源的企业考虑的问题。正是因为网络用户的急剧增多并对计算能力的需求逐渐旺盛，而计算机等IT设备公司、软件公司和计算服务提供商努力满足这样的需求，云计算便应运而生。（二）云计算海量存储和超级计算能力为生态文明建设奠定了扎实基础云计算作为一种新兴的计算模式被提出，并迅速从概念走向应用，成为应对大数据的利器。在云计算时代，“云”会替我们存储和计算。届时，只需要一台能上网的电脑，不需关心存储或计算发生在哪朵“云”上，但一旦有需要，人们可以在任何地点用任何设备，如电脑、手机等，快速地找到这些资料。Google公司CEO施密特做了一个形象的比喻，他说，

5、云计算就仿佛银行的自动取款机，人们出门再也不用随身携带大量现钞，可以根据需要随取随用。Google的一位工程师这样解释云计算：个人电脑时代好比每个人要用电，都得自己购买发电机，而云计算时代，每个人不必拥有发电机，直接从大型发电厂买电就行了。使用云服务可将以文字、图片、语音、视频等多媒体形态存在的海量数据进行PB级的采集、存储、处理和复杂分析，突破数据仓库的局限，很大程度上方便信息资源的存储、加工和利用。云存储具有成本低廉、数据安全可靠、服务不中断、易于扩容与管理等优点。云计算的分布式数据库技术为海量数据处理提供了极为重要的技术手段，其在物理上分布，逻辑上统一，能够有效实现分布式查询与数据更新，

6、极大地节约资源能源，为推动生态文明建设发挥重大作用。（三）云计算为生态文明的繁荣带来了新机遇高性能云计算发展及应用水平已经成为一个城市乃至一个国家综合实力的重要标志之一。在高性能计算领域处于领先地位就等于占领了未来发展的制高点，能够迅速提高综合竞争力。作为标志性的IT基础设施，云计算中心是集政府公共服务中心、电子政务云中心、信息处理中心等多功能于一体的复合型计算中心，它的建设拥有重大的社会意义。云计算中心的建设还可以作为吸引、引进高端人才的硬件条件，有效提升当地的教育科研水平。云计算中心的建设对支柱产业如汽车工业、电子信息制造业、生物医药业等也将起到很好的提升和支持作用；对于发展高新技术产业，

7、尤其在新材料产业、环保新能源产业、动漫创意产业等方面提供强大的支持；对改造提升传统工业，包括钢铁工业、机械装备制造业、轻纺服装工业等方面提供科研创新的平台。云计算中心的建设在重大建设项目和重要社会活动中将发挥不可替代的作用，将会带来巨大的社会效益。总的来说，云计算中心的建设对于区域乃至国家的发展都将起到不可估量的影响。建成后的云计算中心将为社会经济建设起到重要的推进作用。二、物联网（一）物联网的产生物联网比较正式的提出是2005年11月17日在突尼斯举行的“信息社会峰会（WSIS）”上，国际电信联盟发布了ITU互联网报告2005：物联网。该报告指出：无所不在的物联网通信时代即将来临，世界上所有

8、的物体（从轮胎到牙刷、从房屋到公路设施等）都可以通过互联网进行数据交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等将得到更加广泛的应用。物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出的特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网就是把感应器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，使人类可以更加精细和动态地管理生

9、产和生活，达到“智慧”状态，改善人与自然之间的关系，提高资源利用率和生产力水平。（二）物联网先进的感知能力为生态文明建设提供了重要支撑传感器的水平是衡量一个国家综合经济实力和技术水平的标志之一，它的发展水平、生产能力和应用领域已成为一个国家科学技术进步的重要标志，可以说谁支配了传感器，谁就支配了这个时代。现代传感器技术能构建传感器阵列和网络，匹配移动传感器等研究，为生态文明建设提供技术支撑。无线传感器网络则进一步将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机结合体，实现物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落，因此必将成为生态文明建设的重要组

10、成部分。现代科技，如无线通信、物联网、网络地理信息系统等技术，为及时、高效、低成本开展生态环境监测与分析奠定了良好的基础。例如，基于“GPRS”网络和紫峰（Zigbee）无线传感器网络的远程监控系统由于其低功耗、无需布线等特性，特别适合于复杂条件下的生态环境信息采集，可以实现远程在线自动监测，具有经济、高效、实时、便捷、节能等特点，对促进生态文明事业的发展具有重要意义。（三）物联网有助于生态文明建设繁荣发展物联网带动相关产业共同发展。物联网应用涉及的软件、硬件与整合型技术范围相当广泛，遍及智能交通、环境保护、城市安全、精致农业、生产监控、医疗护理、远程教育等许多领域，将衍生出大规模的高科技市场

11、。据美国研究机构Forrester的预测，物联网所带动的产值将比互联网大30倍，将形成下一个万亿元级别的通信业务。据物联网应用高峰论坛分析，物联网产业在未来的35年中市场规模将达到3000亿元。物联网带来的社会效益更是无可估量。面对这个即将来临的市场机会，美国、欧盟、日本、韩国及中国等纷纷提出相关的发展策略规划并投入大量资源。近几年将是物联网快速发展时期，尽管整个物联网仍然处于环境的孕育和准备阶段，离大规模应用普及尚有一段距离，但未来不论在技术、芯片、产品和解决方案上都有相当多的应用与发展机会，值得各领域持续关注，做好准备。在物联网普及后，用于动植物产品、工业机器和人类衣食住行生活物品上的传感

12、装置数量将成百倍地超过现有手机数量。按目前的需求，在近年内就需要数以亿计的各类传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元器件的生产，同时大大增加就业机会。数据显示，2008年全球RFID市场规模已从2007年的49.3亿美元上升到52.9亿美元，这个数字覆盖了RFID市场的方方面面，包括标签、阅读器、其他基础设施、软件和服务等。RFID卡和相关基础设施占市场的57.3%，达30.3亿美元。其他类型的设备市场也极其可观，如市场调查公司InStat估计，仅微机电系统在移动手持式装置中的市场2010年就达10亿美元。通过多层次的物联网传感器网络检测系统，可以对畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、环境

13、、生理状况及种群复杂度进行观测研究，同时也可以应用在精准农业中监测农作物的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。采集、分析和控制土壤湿度、土壤成分、PH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，及时掌握影响环境的一些参数，并根据参数变化适时调控灌溉系统、保温系统等，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。生态型园区是生态文明建设的有效载体，是开展理论与实践相结合的基本对象，将物联网优势与生态园建设与管理有机结合是现阶段有效集成物联网的最佳渠道。按照生态园内物物相连的基本思路，通过多元化、多功能传感器，主动、被动

14、相结合地感知生态系统，从而实现从传感器到信息中心的信息流的管理。应用园区型物联网技术，构建“高效率、高稳定性、低成本、低能耗”传感器布设技术方案，将使生态园的生态链得到最大效能的发挥。三、下一代互联网（一）从互联网到下一代互联网互联网起源于苏联和美国冷战时期。苏美两国在冷战时期的高科技及军备竞赛催生了许多新的科学技术。当时苏联航空技术处于领先地位，美国感到安全受到了很大威胁，认为有必要建立内部情报网络传输系统。1958年，美国国防部成立了“国防高级研究项目署”，其目的是建立一个全球电脑网络，开发出一套能够传递超文本文件的NLS（网络）系统。2001年以后，与互联网相关的技术有了质的提升。如宽带

15、网络技术、无线网络传输技术、网络语音技术、网络音像传输技术和网页设计技术等都有重大突破。互联网已由专业技术人员、网络公司为中心转变成以互联网用户为中心。这些变化使得互联网功能更为强大，应用范围更加广泛。下一代互联网是指以IPv6为基础和核心，通过对现有互联网技术的创新以及网络体系架构的改进，更好地支持未来丰富的融合业务以及信息应用发展的互联网络。（二）IPv6为生态文明时代的网络化生活带来契机下一代互联网除了海量IPv6地址空间外，还涉及网络架构、移动性、地址自动分配机制、端到端透明等特性，有利于各种新型业务的诞生和发展。下一代互联网将更方便更及时，真正的数字化生活会伴随IPv6同时来临。人们

16、可以用任意一种方式随时随地高速上网，任何可能的东西都会成为网络化生活的一部分。移动互联网应用包括无线搜索、手机导航、手机IM、手机钱包、手机阅读等。可以预见，未来几年移动互联网的应用将越来越多地呈现到用户面前，移动终端全面支持IPv6，率先走向产业化将是不可逆转的趋势。移动互联网应用将借助IPv6得到极大推广，同时也将推进下一代互联网的商用进程。随着PDA、智能手机等个人终端联入互联网，越来越多的电子设备都有了联网功能的需求，包括个人智能终端、工业传感器、自动售货机、汽车等，由此将产生巨大的IP地址的需求，IPv6的“即插即用”的地址分配方式及巨大的地址空间可以满足智能终端的需求（电子工程世界

17、，2011）。（三）IPv6为生态文明时代的绿色网络带来历史机遇伴随着网络容量的日益增长，构建超级核心路由器及路由器集群的电子元器件的能耗问题日益突出。目前，低碳发展已成为时代潮流。大力发展低碳技术是目前中国向低碳经济转型过程中面临的最大挑战。IPv6的发展将在新的技术平台上不断加入新的思想和元素，技术的发展和创新将为建设节能减排的绿色网络带来历史机遇。由于要降低碳排放，网络对于可持续发展的创新贡献会变得非常重要。下一代互联网将促进节能减排。以基于IPv6的云计算为例，网络连接方式不再是一台计算机和一台服务器或一个数据中心相连，而是整个连接对象分布在云里面。通过虚拟化技术将服务器整合，把原来4

18、到16台服务器的业务整合到一台服务器上，可降低能耗75%。由此可见，伴随技术进步，下一代互联网建设会推动设备的高效利用，实现整个社会的低碳运转和节能减排。四、人工智能（一）人工智能的产生人工智能是研究开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它力争了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。“人工智能”一词最初是在1956年提出的。从那以后，研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展。人工智能研究的一个主要目标是使

19、机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。但不同的时代、不同的人对这种“复杂工作”的理解是不同的。例如繁重的科学和工程计算本来是要人脑来承担的，现在计算机不但能完成这种计算，而且能够比人脑做得更快、更准确，因此当代人已不再把这种计算看作是“需要人类智能才能完成的复杂任务”，可见复杂工作的定义是随着时代的发展和技术的进步而变化的，人工智能这门科学的具体目标也自然随着时代的变化而发展。它一方面不断获得新的进展，另一方面又转向更有意义、更加困难的目标。（二）人工智能在第一产业中的应用人工智能在农业方面的应用主要是专家系统，专家系统是人工智能的一个分支，主要目的是使计算机在各个领域中起人类专

20、家的作用。它是一种智能程序子系统，内部具有大量专家水平的知识和经验，能利用仅人类专家可用的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。它是一种计算机程序，可以用专家的水平完成一般的、模仿人类的解题策略，并与这个问题所特有的大量实际知识和经验知识结合起来。专家系统一般由知识库、数据库、推理机、解释部分、知识获取部分5部分组成。目前，人工智能技术在林业中的应用主要为林业信息采集系统、林业信息处理/管理系统、林业决策支持系统、林业专家系统、林业预测支持系统。（三）人工智能在第二产业中的应用人工智能技术已在冶金行业、铸造生产、服装生产等工业生产领域广泛应用。人工智能新技术可以有效地解决冶金工业生产中许多无

21、法用数学模型精确描述的工艺过程，以及利用传统数字计算机难以获得令人满意效果的诸多问题，在冶金行业应用中已表现出了很大的优势。铸造生产是机械工业的重要基础，人工智能已经在铸造生产中的质量控制、工艺设计优化缺陷分析等方面发挥了巨大的作用，降低了生产成本，提高了铸件质量，创造出了更高的经济效益。随着网络技术、智能技术的发展和应用，一个以信息流为核心，从设计制造、生产管理到市场营销数字化、集成化的新型生产模式正在成为服装工业的发展方向。（四）人工智能在第三产业中的应用人工智能在第三产业中已有很多应用。医学人工智能是人工智能发展出来的一大分支，它将为医学诊疗问题提供解决方案，研究最多成果最显著的是医学专

22、家系统。大约有140个以经验为主的中医专家系统相继研发。医学专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、提供治疗方案等。高性能的医学专家系统也已经从学术研究开始进入临床应用研究。随着人工智能整体水平的提高，医学专家系统也将获得发展，正在开发的新一代专家系统有分布式专家系统和协同式专家系统等，其在医学领域的应用将更有利于临床疾病诊断与治疗水平的提高。新的智能化信息技术构架将由以无线网络为主体的基础设施、以无界面计算机为主体的硬件、以信息分析和决策支持为主的软件、以功能实现为主的网络应用这几部分组成。这种新的信息化基础设施将以实现“三无”为目标，即无线网络、无界面计算机和无键盘输入。让计算机和

23、网络的使用不受时间和地点的限制，不受文字输入的限制，也不受固定使用方式的限制，这充分体现了人工智能技术的应用。五、虚拟现实与可视化技术（一）虚拟现实与可视化技术概述虚拟现实是在20世纪80年代初提出来的，具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。1992年美国国家科学基金资助的交互式系统项目工作组的报告中对其提出了较系统的论述。可以认为，虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。所以，沉浸-交互-构想是其三个基本

24、特性，其核心是建模与仿真。可视化是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。可视化技术最早运用于计算科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化。（二）虚拟现实技术与生态文明建设随着计算机技术的发展，虚拟现实技术被广泛应用于城市规划、医学领域、娱乐与艺术文化、卫星与航天工业、室内设计领域、地产开发领域、农村开发管理、虚拟工业仿真领域、应急处理预演、文物古迹还原、产品展览展示、教育学、地址文化研

25、究等各个领域。虚拟现实技术为人们探索宏观世界、微观世界以及出于种种原因不便于直接观察事物的运动变化规律，提供了极大的便利。（三）可视化技术与生态文明建设可视化技术与生态建设。面对生态建设海量的空间与非空间数据，提取隐含的信息是信息化建设中需要解决的关键问题之一。将科学计算可视化技术和数据挖掘技术相结合，形成的可视化数字挖掘技术，能够从海量数据中发现潜在有用的信息，并以图形图像的简明形式向用户表达，使用户能够交互地观察数据、挖掘过程及结果。可视化技术与气象预报。气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和对计算结果的分析。一方面，科学计算可视化可将大量的数据转换为图像，在屏幕上显示出某一时刻的等压面

26、、等温面、旋涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等，使预报人员能对未来的天气做出准确的分析和预测。另一方面，根据全球的气象监测数据和计算结果，可将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布及风力风向等以图像形式表示出来，从而对全球的气象情况及其变化趋势进行研究和预测。城市景象可视化。城市景象可视化也是一项潜在的有用技术。城市景象是一个扩展的3D条状图，其中2D域上的标量值表示为一个均匀网格上的街区或大楼。由于信息可视化对日益显著的“数据超载”问题，可以提供近实时的解，它将对商务、金融和通信等领域的信息管理产生重要的影响。六、多媒体技术（一）多媒体技术的概念多媒体技术就是

27、利用电脑把文字、图形、影像、动画、声音及视频等媒体信息都数字化，并将其整合在一定的交互式界面上，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。它极大的改变了人们获取信息的传统方法，符合人们在信息时代的阅读方式。多媒体技术的发展改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具，广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练，甚至家庭生活与娱乐等领域。（二）多媒体技术推动绿色生产与消费多媒体技术把电视式的视听信息传播能力与计算机交互控制功能结合起来，创造出集文、图、声、像于一体的新型信息处理模型，使计算机具有数字化全动态、全视频的播放、编辑和创作

28、多媒体信息功能，具有控制和传输多媒体电子邮件、电视会议等视频传输功能。数字声、像数据的使用与高速传输已成为一个国家技术水平和经济实力的象征。多媒体技术可以使人们跨越时空了解天文地理、古往今来的历史文化、高新技术、风土人情。（三）多媒体技术在城市建设中的应用多媒体技术的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获得项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理，有利于设计和管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计和方案评审。运用多媒体技术，我们可以很轻松的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色

29、，改变绿化密度，只要修改系统中的参数即可。从而大大加快方案设计的速度和质量，提高方案设计和修正的效率，也节省大量的资金。（四）多媒体在农林业生产中的应用运用多媒体技术，可以具体、生动、模拟和全面展示农业科技知识。如果将农作物的整个生长过程制作为录像或电影，通过编辑和合理的剪接，能够缩短其生长过程，使人们能够在较短的时间内清楚地掌握农作物的整个生长周期。种苗等林业种质资源十分宝贵，结合多媒体技术，将苗木的整套图像和声音存贮于档案管理系统，提供的信息量将会更全面和准确，更有利于对苗木的评估与利用，减少培育及利用的盲目性。应用多媒体技术还可以直观地比较不同育种方案下遗传进展优劣，帮助筛选最优的繁殖和

30、培育方案。纯养分以及若干环境因素对于栽培效果的影响参数已有报道，生长和繁殖等计算机模拟模型日益成熟，多媒体技术可以在几分钟或稍长的时间内完成长达数周、数月乃至数年的栽培实验，直观且图文并茂地对比不同的栽培效果，极大地节约时间和费用。七、3S集成与北斗系统（一）3S集成技术与北斗系统概述3S集成技术是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）综合应用的技术，三者的有机结合构成了一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系。北斗卫星导航系统（COMPASS）是中国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航

31、系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。该系统主要服务国民经济建设，旨在为交通运输、气象、石油、海洋、林业、灾害预报、通信、公安以及国家安全等诸多领域提供高效的导航定位服务。与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）、欧洲的伽利略（GALILEO）并称为全球四大卫星定位系统。2011年12月27日，北斗卫星导航系统开始试运行服务。2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。（二）3S集成技术与生态文明建设3S技术推动智能交通。在车辆导航与监控系统中，遥感技术以数字图像方式提供了道路与相关因子动态变化信息，它可以

32、在GIS中作为电子数字地图使用，也可以利用遥感图像来及时更新道路数据库。全球定位系统提供了车辆目前所处的精确位置等信息，位置信息可以在GIS支持下，在显示器上以“点”状符号表现出来，直观的向司机指明当前车辆在道路上的位置，同时该车的位置信息可以通过无线集群通信网接入控制中心局域网，地理信息系统可以实现各种车辆信息的管理、显示和分析，为管理人员和司机提供辅助决策，在突发事件时它可以快速在地图上准确标出各个移动车辆的当前位置，为公安快速反应，交通调度管理，车辆报警求援提供帮助。3S技术支撑现代海洋渔业。在GIS支持下，利用遥感技术提供的海洋生态环境参数，结合渔场预测模型和专家知识库，推测海洋鱼群的繁殖、洄游、分布及中心渔场位置，对海洋渔场进行预测、预报。在海洋电子地图上给出中心渔场、渔场边界、鱼群密度分布等信息，并对鱼群维持的时间做出预报。为海洋渔业捕捞提供技术支持。地理信息