物聯網與人工智能相結合的人才培養模式研究

綦小龍 王慧玲

摘? 要 隨著信息技術的迅猛發展，物聯網作為信息時代快速發展的新興產業之一，已經滲透到各行各業。物聯網專業人才的培養至關重要。從兩方面探討物聯網專業人才培養模式：一方面，以物聯網專業為中心，融合當前發展迅速的人工智能技術;另一方面，實驗室建設要保持先進性，為理論聯系實驗、實驗聯系實踐提供支撐。

關鍵詞 物聯網;人工智能;人才培養;實驗室;深度學習

中圖分類號：G652? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）22-0027-03

Research on Talent Training Mode Combining Internet of Things

and Artificial Intelligence//QI Xiaolong， WANG Huiling

Abstract With the rapid development of information technology， the Internet of Things， as one of the fast-growing emerging industries in

the information age， has penetrated into all walks of life. The culti-vation of Internet of Things professionals is crucial. This paper dis-

cusses the training mode of Internet of Things professionals from the

following two aspects： on the one hand， focusing on the Internet of

Things， and integrating the current rapid development of artificial intelligence technology; on the other hand， the laboratory construc-tion must maintain the advanced nature， in order to provide support for the theory connecting experiments， and the experiments getting in touch with practice.

Key words internet of things; artificial intelligence; talent training; laboratory; deep learning

1 引言

物聯網（IoT，Internet of Things）是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。人工智能（AI，Artificial

Intelligence）是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學，簡單地講，就是機器通過數據學習，模擬人的思維做事。物聯網和人工智能作為大數據時代新興產業，發展迅猛，滲透到各行各業，開啟了萬物互聯的智能新時代。

我國物聯網的研究和發展經歷了三個階段[1]：理論研究（2005—2009年）的萌芽期、技術擴展的成長期（2010—2014年）、應用創新的發展期（2015年至今）。2017年1月，國務院發布的《“十三五”國家信息化規劃》[2]明確了物聯網產業“十三五”的發展目標。

人工智能經過兩次跌宕起伏后，隨著互聯網的發展、大數據和計算機硬件性能的提升，從2012年開始，ImageNet競賽中人工智能技術嶄露頭角，又掀起新一輪的人工智能研究熱潮。人工智能、云計算、5G、無線網等新技術為物聯網提供了強有力的技術支撐，促使物聯網快速發展，向更多行業擴展。尤其是物聯網與人工智能的結合將為每個人帶來助益，改變人們的工作、學習和生活方式以及社會生產方式，進一步向智能化、網絡化、自動化方向轉變，使得社會發展更加智能和高效。

2 人工智能與物聯網相輔相成

物聯網最基本的特點在于提供一種連接技術，能夠使人們從連接的任何對象中實時獲取特定數據。萬物互聯將獲取海量數據，接下來的問題是該如何處理這些數據？如何根據獲取的數據在場景中有效地執行下一步操作？如果僅僅依靠人類來進行數據的篩選、處理和分析等的工作量是非常大的，傳統的數據庫系統又對這些信息的處理能力有限，包括現有的計算方式和軟件能力也限制了信息的處理能力。而人工智能的目標就在于為人們提供能夠有所超越的信息處理能力，它能夠從大量的數據中學習到數據的特征，進而在復雜的環境下進行推理動作行為，從而提高信息采集和應用效率。目前，深度學習是人工智能中關注度較高的方法之一，尤其在語音處理、自然語言處理、圖像處理等領域有著顯著成果，而深度學習的網絡需要大量數據進行訓練，這正是物聯網可以提供的。借助物聯網這座橋梁，人工智能技術與產業相結合，應用到更多的現實場景中。

物聯網與人工智能有一個明顯的共同點，就是大數據處理，但是兩者并不完全相似。物聯網能從各個互聯設備獲取各種數據，人工智能卻能將各種零散的、不成體系的數據根據不同設備和場景的特色進行分析歸納，然后制定出策略以滿足特定場景下的操作。通過物聯網平臺使設備相互聯通，為了讓設備能自動判斷環境做出適當操作，就需要后臺對設備采集到的數據進行分析和處理。各設備產生的海量數據存儲在云端，云端大腦平臺實現各智能設備間共享數據和應用程序，并對獲取的大數據采用人工智能技術進行計算和智能分析[3]，從而使聯通的智能設備進行有效服務。

物聯網向智能化發展離不開人工智能，同樣，人工智能為了達到真正的智能，就需要在真實場景下的大數據中訓練模型。人工智能與物聯網的結合將推動人工智能技術發展。在人工智能技術與物聯網的驅動下，將會加速物聯網的普及和推廣，各行各業生產方式及管理方式將會朝著更簡單、更方便、更智能的方向改變?？梢钥闯?，它們相輔相成，密不可分，缺一不可。

3 物聯網技術人才的培養

人才培養思路? 近年來，物聯網的快速發展使得對物聯網專業的人才需求越來越大，如物聯網構建技術員、物聯網集成工程師、物聯網開發工程師、物聯網硬件工程師等人才。高校是人才培養的主陣地，不僅有很多高校相繼開設了物聯網工程專業，一些資質較好的高職類院校也開設了物聯網工程技術專業。物聯網專業涉及的學科多，知識點廣，實用性強。為了培養合格的物聯網專業人才，首先要對行業發展進行調查，分析行業發展的進程，緊隨行業發展熱點及關鍵技術，有的放矢地培養物聯網專業人才[4]。

物聯網發展離不開通信、嵌入式等技術，而人工智能是物聯網的智能化的主要支撐。國家對人工智能的發展也非常重視。2018年4月，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》[5]，明確指出要完善人工智能的學科體系，大力支持高校在計算機科學與技術學科設置人工智能學科方向，推動人工智能領域一級學科建設。基于此，清華大學成立智能技術與系統國家重點實驗室，中國科學院大學和南京大學、哈爾濱工業大學等相繼成立人工智能學院。

物聯網專業要求學生要有很強的實踐能力。因此，基礎理論知識的學習需要在基礎實驗中驗證，加深學生對知識點的理解和鞏固，通過綜合實驗建立起知識點的連接，最終在此基礎上做出創新性的實訓，使學生既掌握扎實的理論知識，又能動手解決實際問題。將物聯網專業的培養分為三個層次：基礎理論知識教學、基礎實驗與綜合實訓和應用創新性實訓。

1）基礎理論知識教學。在學生基礎理論知識學習階段，以物聯網專業課程為核心，包括“無線傳感網技術”“窄帶物聯網技術”“安卓應用程序開發”等課程。同時開設一些與物聯網技術相關人工智能基礎課程，如“Python編程基礎”“機器學習導論”“深度神經網絡”等課程。

2）基礎實驗與綜合實訓。基礎實驗主要用于學生課程設計，通過基礎實驗幫助學生理解和掌握物聯網與人工智能等關鍵技術的理論知識，建立起人工智能、物聯網的理論知識體系框架。在高年級課程中開設綜合實訓，以物聯網結合人工智能的行業案例作為實訓的載體，如“IoT+AI教室”“IoT+AI無人機”“IoT+AI社區”等綜合實驗。通過綜合實訓將基礎實驗中的知識點和關鍵技術融會貫通，具體實訓可以通過分組式以項目工程式開展綜合實踐，讓教師和學生在教與學的過程中實現理論與實踐相結合、教學與行業相銜接，在學生進行專業實習時提供支撐。

3）應用創新性實訓。學生在經過上述兩個階段的學習和實踐后，已具備一些專業知識和實踐經驗，那么在畢業設計、物聯網技術大賽及教師申請的科研項目中，在已有的IoT+AI云開發平臺上將IoT+AI資源進行轉化、融合及創新。

實驗室整體結構? 物聯網實驗室的建設對物聯網人才的培養具有舉足輕重的作用。實驗室的建設要兼顧當前行業發展趨勢，保持實驗室的先進性，深入開展校企合作，及時掌握行業發展動態。

設計思想：以物聯網技術為中心，關注當前與物聯網相關學科的發展狀況，注重技術之間的融合，取長補短、靈活應用。實驗室的建設在滿足日常的理論聯系實驗的基礎上，還要有實驗聯系工程項目的硬件和軟件。這樣才能讓學生將所學的物聯網技術應用到將來的工作中，做到理論知識扎實，動手能力過硬。

根據物聯網專業的培養體系，建立三個相對應的實驗室，以達到教學目的。

1）人工智能基礎實驗（基礎理論知識教學實驗），主要學習內容：開展Python基礎編程與進階、數字圖像處理、深度學習及各種神經網絡搭建、Pytorch、TensorBoard可視化等核心基礎課程的實驗。

2）IoT+AI社區（基礎實驗與綜合實訓），主要學習內容：基于計算機視覺識別實現社區常住人口管理、緊急突發異常告警、人流和車流的管控、停車場車位管理、人車軌跡預判等功能開展相應實驗。

3）IoT+AI教室與IoT+AI無人機（應用創新性實驗）。

①IoT+AI教室：語音交互機器人。主要學習內容：物聯網教室采用語音識別、動作識別等處理控制教學過程中的設備和環境的管理，提高上課過程中學生的參與度，使教學過程更加有效、便捷且可視化。

②IoT+AI無人機：基于視覺識別的無人機。主要學習內容：基于圖像采集、視覺識別、LPWAN技術，通過深度學習等智能計算和分析，進行地圖的繪制、自主導航等相應實驗。

4 結語

物聯網專業涉及內容多，知識面廣，對實踐動手能力要求高，因此在實驗室的設計和建設方面是重中之重。此外，物聯網專業的發展與人工智能、信息技術等的發展密不可分，掌握相關技術的發展動態，及時、靈活地調整實訓內容尤為重要。

參考文獻

[1]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

[2]國務院關于印發“十三五”國家信息化規劃的通知[EB/OL].[2016-12-27].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/27/content_5153411.htm.

[3]李晶，馬建敏.基于物聯網應用的人工智能相關技術研究[J].信息記錄材料，2018，19（7）：54-55.

[4]本刊編輯部.人工智能時代，嵌入式與物聯網工程師要扮演技術核心角色[J].單片機與嵌入式系統應用，2018（7）：3-5.

[5]教育部關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知[EB/OL].[2018-04-11].http：//www.cac.gov.cn/2018-

04/11/c_1122663790.htm.