测控导论论文大全11篇

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作者：董泽政 李绿萍 许哲 单位：上海卫星工程研究所

常见的寻优算法

对于各种约束的处理有两种方式，一种是将其作为寻优的目标函数，第二种方式是限定约束条件的范围，如发射时间窗口限制和转移时间限制。对于轨道设计中的寻优问题，目前采用的寻优策略是全局寻优+局部寻优的方法，即通过全局寻优算法初步确定最优值所在的区域，再通过局部寻优方法确保解的极值性。局部寻优算法局部寻优算法需要给定初值，寻优算法根据目标函数的性质寻找附近的极值。常用的局部寻优算法有Nelder-Mead算法和序列二次规划，优点是不需要任何目标函数或是约束条件的梯度信息，可保证最终逼近最优值，但其收敛较慢，计算量大。序列二次规划算法利用梯度信息，寻找最优解，其优点是在极值附近时能够快速收敛。序列二次规划算法的计算量集中在Hessian矩阵上，计算量随自变量维数非线性增加，因此有了一些简化Hessian矩阵的计算方法，比较有名的（BFGS-LBFGS）即是一种通过一阶偏导数来计算Hessian矩阵的算法。全局寻优算法局部寻优算法的优势是高效率和高精度，然而无法保证全局最优，因此其寻优能力具有局限性。对于深空轨道设计问题，不同极值之间性能指标相差较大，如图。。中最大极值为3.7km/s，最小极值为2.1km/s，可见仅仅局部极值是无法满足设计要求的。经分析，适合在轨道设计中使用的全局搜寻算法主要有遗传算法（GA）、差分进化法（DE）、粒子群算法（PSO）和模拟退火法（ASA）等，下面对各个算法进行简要的说明并通过仿真算例来说明不同算法间的特点。遗传算法（GA）：遗传算法（GeneticAlgorithm,GA）由美国J.H.Holland教授首次提出的、以达尔文自然进化论和Mendel遗传变异理论为基础的求解复杂全局寻优问题的仿生型算法。GA基于适者生存，优胜劣汰的进化原则，对包含可能解的群体反复使用遗传学的基本操作进行迭代，不断进化群体，同时以全局并行的搜索技术来搜索寻优全体中的最优个体，以求得满足约束的最优解或准最优解。GA应用广泛，在深空轨道设计中逐渐得到重视[1，4]。作为一种新的全局寻优搜索算法，遗传算法具有简单通用，鲁棒性强，适用于并行处理以及应用范围广的显著特点。差分进化算法（DE）：差分进化法是一种新的进化算法，由Storn和Price在1995年提出[5]，是一种随机的启发式搜索算法，主要特点是算法简单、收敛速度快，所需专业领域知识少。通过国内外大量研究发现，DE算法具有很强的收敛能力，比较适合于解决复杂的寻优问题。当然差分进化算法也有一些自身的不足，由于DE算法的关键步骤“变异操作”是基于群体的差异向量信息来修正各个体的值，随着进化代数的增加，各个体之间的差异化信息在逐渐缩小，以至于后期收敛速度变慢，甚至有时会陷入局部极值点。针对这一问题文献[6]总结了几种改进方法，改进的方法主要是自适应调整编译因F和交叉概率CR上。粒子群(PSO)算法：一种启发式全局寻优算法，模拟生物群体的社会行为进行进化，充分利用群体内部各个个体之间的关系。粒子群算法最早是由Kennedy和Eberhart于1995年[7]提出。受到人工生命的研究结果启发，PSO的基本概念源于对鸟群捕食行为的研究。PSO在函数寻优等领域蕴含着广阔的应用前景，在Kennedy和Eberhart之后很多学者都进行了这方面的研究。目前已提出了多种PSO改进算法[8,9,10]，并应用于深空轨道设计中，具体可参考文献[2]。自适应模拟退火法（ASA）：基于热力学理论，即对于高温熔体，分子在其中的运动时不规则的随机的。然而当温度下降到熔点附近时，分子的运动就会受到一定的限制并逐渐趋于低能状态，当能量最小时能量便产生了结晶。Kirkpatrick在1983年基于以上过程提出了模拟退火法，基本模拟退火法不是一个群体寻优算法，文献[11]将模拟退火法转化成一种群体算法，显著地增加其全局寻优性能。基本的模拟退火算法由于收敛精度问题，搜索速度比较慢。目前改进的方法有将其和遗传算法相结合的方法以及采用自适应机制调整控制参数的自适应模拟退火法（AdaptiveSimulatedAnnealing），本文采用自适应模拟退火法。多目标函数寻优方法多目标函数寻优方法可在深空轨道设计将速度增量和转移期这两个不同指标同时作为目标函数，便于在各个目标之间进行权衡，使目标性能尽可能达到Pareto意义下的最优。NSGA2是目前用得最多的一种解决多目标寻优问题的方法，由Deb等在2000年在NSGA基础上进行改进而来，其特点是采用非优超排序和排挤机制。其中非优超排序机制保证搜索过程向Pareto最优收敛，排挤机制保证了Pareto最优解的多样性。原始的NSGA算法复杂度为O(mN3)，而采用快速非优超排序后，NSGAII算法复杂度将为O(mN2)。

仿真算例

以从地球发射至小行星阿波菲斯为例，研究不同寻优算法在简单双脉冲问题中的应用。以地球-地球-木星转移轨道为例，说明算法在带行星借力的多脉冲星际转移轨道中的应用。研究在两种不同转移策略下各种算法的性能，主要为目标函数调用次数、寻优消耗时长、多目标函数寻优方法的适用性。地球-阿波菲斯转移方案搜索首先考虑直接从地球出发前往小行星阿波菲斯，转移方式为双脉冲方式，因此寻优的自变量为发射时间0t和飞行时间1T，目标函数选择两次速度增量之和，即：（式略）窗口搜索范围设为2017年1月1日～2021年1月1日，分别采用GA、DE、PSO、ASA四种寻优算法，得到仿真结果。从表中可得到GA算法的表现最好，其函数调用次数和耗时最少，并且成功地进行了寻优。总之对于简单的双脉冲转移而言，四种算法都较好地完成了寻优。由计算结果可知，除粒子群算法PSO外，其他三种算法均成功收敛行时间与速度增量的Pareto解集。最短飞行时间为180天，对应的速度增量需求为5.1km/s；最小速度增量需求为4.90km/s，对应的飞行时间为290天。综上所述，对于简单的单目标函数-双脉冲星际转移问题，四种算法均能寻找到最优的转移窗口。对于多目标函数的情况，粒子群算法PSO收敛性差，无法完成转移窗口设计，其他三种算法则能够用来处理这类问题。

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2010年6月1日实施的行业标准《无创自动测量血压计》是为数不多的明确了适用人群（含小儿）的标准。在该标准中，考虑到新生儿的特点，有较多专门针对新生儿的条款。如为了安全起见，新生儿进行血压测量时，需要较低的最高压力和较短的测量时间，因此，在条款中要求应提供一种限制压力的措施以保证袖带压不会超过20kPa（150mmHg）；另外，设备应保证袖带压处在0.67kPa（5mmHg）以上的时间不超过90秒；在充气系统阀门全开快速放气的情况下，压力从20kPa（150mmHg）降到0.67kPa（5mmHg）的时间不应超过5秒。同时，该标准规定产品说明书中应提供以下信息：①当用于新生儿时监护仪和袖带可以施加的最大压力值；②当用于新生儿时设备能适用的血压范围值；③正常的操作情况下可以用于新生儿血压测量的最大压力值；④在测量新生儿血压时，设备的最初充气压力值。同时，在对系统整体有效性评价时，由于考虑到对健康出生的新生儿血压测量是很少的，新生儿特护病房主要是接治早产儿，所以对早产儿（小于1000g）血压测量精确度的技术问题提出了一个统计学取样建议，要求根据婴儿的早产比例进行取样。医疗器械标准《医用电气设备—医用脉搏血氧仪设备基本安全和主要性能专用要求》（YY0784-2010）中，考虑到婴儿的皮肤对温度的耐受性问题，规定对于小儿（一岁以下）的限制温度是不超过41℃；而对于一岁以上的小儿，限制在42℃条件下使用不超过8小时，43℃条件下使用不超过4小时。

除了产品名称明确规定用于小儿的医疗器械，更多的医疗器械尽管在产品名称中没有体现，但适应证中都声明可以用于小儿。这些医疗器械给出的参数范围较广，且极少给出用于小儿时的参数精度，或者在上市提交的临床资料中并未对小儿群体进行验证，因此在实际应用中将有很大的隐患。如输液泵、注射泵类产品为临床常用的输液辅助装置，主要用于精密输注某些特殊药物、高危药物，为急救患者、危重患者、特殊病人、小儿给药创造了有利的条件，提高医护人员的工作效率。但该类产品在临床使用中由于产品质量不合格或临床操作、护理不当等原因，可能会导致输注流速控制异常，这将直接影响患者用药的安全性和有效性，特别是对小儿，可能会导致生命危险。类似这样的在适应证中声明，但未必经过合理验证的产品不在少数。这类产品可以用于小儿，但目前尚未有国家行业标准，且属于监管薄弱的产品，应引起我们的高度重视。类似上面所述的小儿用呼吸机、输液泵的产品，应该结合小儿的特点优先制定单独的产品性能和安全标准，其特点是：在产品适应证中明确适用人群为小儿；属于高风险治疗类产品；有某些临床不良反应和不良事件的发生。这类产品中风险较高的还包括小儿用植入类医疗器械，如小儿用人工耳蜗。该产品已经成为双侧重度和极重度感音神经性聋小儿病人的重要治疗器械，但这类产品仍然存在着康复效果不显著的临床不良事件，急需要制定相关标准。由于幼儿颅骨与成人不一样，因此在该标准中应该要求小儿耳蜗植入体应具有不同的尺寸和形状，其中要求植入体越小越好，电极系列越接近耳蜗螺旋弯曲的结构、越接近蜗轴越好。另外由于小儿植入体使用的时间更长，所以植入体的期望寿命是一生受用，而且要考虑植入体的可靠性,即植入体的耐冲撞能力、安全性以及核磁共振的相容性。当然，除了上述的高风险治疗类产品外，也应在其他诊断和监护类产品的标准中增加用于小儿时的性能要求。例如，在X射线和CT对小儿进行诊断的时候辐射剂量的问题；在MRI对小儿进行诊断时特定吸收率的问题；在对小儿进行监护测温时，测温设备临床有效性的问题等。总之，对小儿用医疗器械制定标准是一个按照风险高低、分门别类、循序渐进、逐渐深入的过程。

FDA较早开始关注小儿用医疗器械这类产品，在2004年了小儿用医疗器械上市前评估的指导原则[3]，并于同年了一份关于小儿用医疗器械的可用性壁垒的报告[4]。在2007年FDA将儿科相关的规定载入2007年的FDA修改法案[5]中，即其第三款：儿科医学器械安全、改善法案。下面将通过对前两项文件的概述来了解该类器械在美国的发展现状。小儿用医疗器械上市前评估的指导原则的目标主要有三个：①定义儿科群体和小儿用医疗器械；②确定保证小儿用医疗器械的安全性和有效性的信息类型；③确定在临床研究中，发起方对儿科对象的保护措施和指导性原则。美国法定的成人年龄是18岁，然而FDA将这一上限扩大至21岁，并同时划分了如下儿科亚群范围：新生儿（从出生到1月龄）、婴幼儿（1月龄至2岁）、儿童（2岁至12岁）、青少年（12岁至21岁）。FDA也指出这种划分仅作为参考，实际上，个体体重、体型、生理发育、神经发育等因素通常是更加适合的指标。另外，其他儿科亚群包括:低体重亚群即少于2.5Kg的新生儿；过低体重亚群即少于1.5Kg的新生儿；青春期前期亚群即年龄群一般从11岁到13岁的儿童。这些亚群应在器械标签和临床实验中均应给于适当考虑，比如低体重新生儿。通常，为评测儿科群体器械的安全性和有效性，FDA使用与评测其他医疗器械相同的法规基础、科学方法和程序。儿科医疗器械需要考虑的事项包括（不限于）以下临床前和临床的测试以及其他规程管理：生物相容性（包括毒性和致癌性）；无菌以及感染的控制；使用场所的环境因素（如电磁场和辐射）；设计控制以及《良好生产规范》（GMP）。#p#分页标题#e#

儿科群体是弱势群体，应当采取特别的措施保护儿科研究对象的安全。由于种种原因，成人医疗器械可能不适用于儿科对象，或者需要对成人器械进行特别的设计改进和/或增加特殊的标签才能用于儿科对象。当开发儿科医疗器械或策划儿科医疗器械的临床试验时，推荐考虑以下因素：身高；体重；生长发育情况；疾病或健康状况；激素的影响；同成人群体的解剖与生理差异；活力与成熟程度；免疫状态。由于器械种类繁多，必要的临床前测试也各不相同。FDA可能需要基于器械种类，目标人群和对器械的现有知识水平的台架或动物数据。很多情况下，FDA制定了特定器械的指南文件。文件中介绍了不同的临床前测试类型，在上市前或临床实验前，这些测试必须完成。另外，与普通医疗器械一样，FDA认为，儿科医疗器械的安全性和有效性证明不是一定需要临床数据的。所需证据的数量和类型基于一系列因素，包括器械的性质，产品在成人群体的已知信息（如果有相关性），器械在儿科群体中已知或可预测的信息，以及病因或治疗现况。在某些情况下，设计完善的台架和动物测试足以用来评测器械。另一些情况下，必须需要临床数据来评测器械的安全性和有效性。FDA认为以下情况会需要提供小儿用器械的临床数据：①当临床前实验或动物实验、文献或成人临床试验等来源的信息不足以证明儿科特征的安全性和有效性的时候；②当成人的数据不足以预测儿科群体的风险和不良事件的时候；③当对成人设备进行改良设计验证的时候；④当建立一个与年龄适应的治疗方案的时候。以上情况下，厂家可以通过儿科对象的临床数据来为目标人群设计合适的器械；实行准确的风险评估；提供明确的使用指导。另外，该指导原则建议用于儿科亚群的医疗器械标签应包含标签的基本元素、儿科信息及特殊考虑。基本元素包括：①医疗器械描述，标签应描述推荐用于儿科亚群的各种事项，并在可行的情况下，按年龄、体重或其他适当的标准以表格的形式体现这些事项。②预期用途，用于儿科群体医疗器械，应当在标签中明确定义适应证以及目标群体。③禁忌、警示和预防措施，应当指明年龄、体型和儿科对象成熟度相关的风险，并提醒用户在目标群体中使用医疗器械有关的具体危害。④不良事件，应当根据使用医疗器械的各儿科亚群，尽可能获取并报告有关医疗器械不良事件的发生频率。⑤临床研究，标签应当以清晰、客观的方式体现研究结果，方便用户认清性能在儿童和成人之间以及各儿科亚群之间的实质差异。⑥使用说明，包括表明解剖、发育和其他年龄相关因素以便有助于确保医疗器械的合理使用。专门为儿科患者提供的说明在书写语言方面以及其他视力和听力方面应当与年龄相适应。另外，指导原则还提及了临床试验中儿科群体的保护。

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作者简介：王平（1977-），男，浙江杭州人，南京航空航天大学自动化学院，副教授。（江苏 南京 210096）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0119-02

一、在本科教学中开展本专业导论课程的必要性

测控技术与仪器专业是建立在精密机械、电子技术、光学、自动控制和计算机技术基础上，以工为主，多学科综合的专业，探讨各种精密测试和控制技术的新原理、新方法。开发激光、传感器、光电检测和计算机等新技术在精密测试仪器仪表中的应用，及以计算机技术为中心的面向机电运动、面向自动化生产的控制技术，使精密仪器仪表及测试和控制技术向高精度、动态、自动化、综合和多功能等机电一体化和信息化方向发展。因此，本专业本科教学具有鲜明的特点，包括：

1.课程门类较多，具有交叉学科特征

本专业的主要课程包括机械设计基础，电工电子学、微机原理与应用、自动控制、光学、测控电路、光电检测技术、传感器技术、智能仪器仪表设计、电路分析基础、电子技术基础、误差理论及应用、计算机程序设计、微型计算机原理与接口技术等，涵盖机械、电子、计算机等多门类的主干课程，课程信息量大。

2.注重复合能力的培养

本专业从培养人才方面来看，培养包括面向零件几何精度参数、机械量和热工过程参数的计量测试和控制技术，及仪器的应用和开发研究的高级工程技术人才，广泛适用于质量监督部门、机械、电气、汽车、造船、航空、航天、动力、冶金和石化等多方面产业和科研部门对人才的需求。因此，学生必须掌握机、电、计算机等多个领域的专业技能。

而本专业的学生入学情况则比较复杂，呈现如下几种特点：很多学生是在高考时报考的是通信、电子、自动化等其他热门专业，后经过调剂进入本专业学习，对本专业的特点缺乏认识，对于本专业课程多、跨学科能力培养的情况不太了解；存在与高中学习习惯的衔接问题，对大学学习的主动性不够；对于90后的新一代本科生而言，普遍对于社会具有一定程度的认识，面临较大的竞争压力，但是对于本专业的就业前景以及如何提高自身的就业能力还缺乏清晰的认识。

针对这种情况，在高等学科开展本专业的导论课程对刚入学的学生进行专业特点、课程体系的设置、就业情况等方面的介绍和学习引导是非常必要的。

二、课程的教学目标和难点

本课程的教学目的在于初步建立起概念体系，了解专业的知识体系以及后续学习的科目，明确课程之间的衔接关系，合理分配时间，明确学习目的、用法。此外，应使得学生了解专业的应用和发展过程、发展前景、毕业分配和可能职位。

本课程的教学难点在于，本科新生不具备本专业的基本知识，只能用大量的、实例、类比去定性解释基本概念以及课程体系结构，教学内容的深浅较难把握。同时，导论课的课时一般较少，通常在16学时左右，如何在短时间内让学生建立对专业的初步认识具有难度。

三、课程内容

本课程通过4部分进行讲授，主要包括：

1.基本概念

如测控技术、仪器仪表定义的介绍，包括什么是仪器仪表以及测控技术，并对现实生活中的仪器仪表分类举例，包括医疗、家电、工厂自动化、军事领域、航空仪表、宇航测控等应用的介绍；仪器的历史简介以及仪表的最基本功能组成部分，包括传感器、信号处理、转换、传输部分、信号显示、与人交互部分等；仪器仪表的分类，以及各部分功能的演变、评价指标等。

2.介绍传感器技术

包括其基本概念、分类、相关课程（如“传感器技术”），以及性能指标（包括静态指标、动态指标等）。介绍信号调理，用图示方式介绍噪声概念，模拟信号放大、模拟信号滤波的作用，以及相关课程（如“模拟电子技术”）；介绍信号处理，包括频谱分析、滤波等应用简介以及实现平台，包括硬件平台、软件平台及工具简介；介绍相关课程如“数字信号处理”、单片机、DSP等相关技术；介绍可靠性设计，包括特定条件、特定时间、完成特定功能的含义；介绍一般可靠性设计方法，包括电源、信号调理、屏蔽、改善应用环境等方法；介绍通讯技术，简单介绍通信技术的基本概念。

3.课堂讨论

课堂讨论仪器仪表的设计方法，回顾仪器仪表的评价指标，并讨论选择如下功能模块的实现技术：包括传感器的类型、原理、使用环境、寿命、精度、厂家、成本、对后续处理的要求；处理部分采用什么结构，模拟电路部分设计、模数转换设计、数字电路部分设计主要芯片选择、处理结构和算法；仪器整体结构，包括PC虚拟仪器结构、独立仪器结构，以及显示方式、输入方式以及主要模块的选择；根据信息存储要求、存储手段、数据导出特征选择存储技术；并考虑可扩展技术，如多台仪器能否联网、如何协调工作、选用何种协议等问题。

4.总结

仪器仪表（检测技术）与别的学科的关系以及检测技术在工科体系中的地位，指明信息学科的最前端，使用最广泛，需求最迫切。

四、教学方法的运用

传统的教学方法手段单一，缺乏交流，尤其专业导论课程内容抽象，教学效果往往不理想。为了取得较好的教学效果，可以采用以下方法：

1.精心制作PPT教案

由于教学内容是以专题形式组织，且尚缺少成型的教材，因此需要制作教案。采用文字、图像、声音、视频等多种媒体表现形式，以利于将背景知识及应用情况讲透。教学过程中利用大屏幕投影的优势，将一些需要教师在黑板上动态演示的过程作成FLASH动画，既可以在课堂上演示，也可以由学生在课后自己观摩。

在应用实例讲解中，对现实生活中的仪器仪表分类举例：医疗器械：例如心脏起博器、肠胃镜、X光、B超、核磁共振、检测监护仪器等，反映了检测技术造成医疗手段的进步；家电行业中空调、热水器、GPS定位导航系统技术进步造成消费者舒适度的提高；在工厂自动化中对温度、压力、转速的测量，以及生产需要的信息资料的获取等；在军事领域，包括对敌监控等直观、学生感兴趣的应用作为切入点介绍。在对传感器的定义介绍，举例包括：温度传感器，可以是双金属片：温度转换为机械变形；热电偶：温度转换为电压；数字传感器：温度转换为数字量等不同类型，但是功能相同。对信号处理、转换、传输部分的介绍，采用图表方式，表现各种信号处理、转换、传输举例：在信号显示、与人交互部分，用图举例，包括指针表盘、LCD显示、计算机屏幕等。在介绍评价指标时，以测温度为例举例，对于体温、环境温度、实验室精密生化反映温度控制、发电厂生产车间炉温监测等几种情况下需要的量程以及测试精度的对比。目的在于使仪器仪表抽象的知识形象化，便于学生理解。

2.教学形式上引入课堂讨论

组织学生就感兴趣的背景问题进行课堂讨论和辩论，讨论议题包括仪器仪表的应用、就业、学科在社会上的作用、前景等有争议的问题，以激发学生的学习兴趣和潜能，明确学习目的。

3.考核方式的选择

专业导论考核方式应采用能反映学生对专业认识掌握程度的一些方法，如采用课程论文、调研等形式，既可以避免死背书的弊端，又可以培养学生专业的兴趣。在这种考核方式下，学生不需要记忆枯燥的概念，而需要建立相应的知识体系。

五、教学效果

经过16课时的学习，大学一年级新生对于本专业的概念体系、知识体系和课程体系有了初步的了解和认识，并对后续学习的科目以及课程之间的衔接关系做了主动的调研，为今后四年的本科学习合理分配时间、明确学习目的打下了基础。此外，学生对专业的应用和发展过程、发展前景、毕业分配和可能职位均做了一定的了解。经过六年的教学经验证明，开设本课程对于学生的发展起到了明显的促进作用。

参考文献：

[1]樊秀娣.开设大学工程专业导论课程的构想 [J].同济大学学报：人文社会科学版，1994，5（1）：85-89.

[2]侯媛彬.测控技术与仪器专业导论[M].北京：北京大学出版社，2010.

[3]刘光明，于斐，周雅，等.大学低年级课程中开设专业导论课的探索[J].高教论坛，2007，（1）：37-39.

[4]罗福午.提高对于专业概论课的认识[J].中国高教研究，1992，（2）：82-85.

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2 物联网工程专业的研究内容

2.1 物联网的体系结构

物联网的概念是1999年美国Auto-ID中心首先提出的，最初的定义是通过射频识别等信息传感设备把所有物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。现在普遍认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通对象实现互联互通，具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化特征的网络。从物联网的定义可以看出要实现物联网需要具有感知、通信与计算能力的智能信息传感设备等实现全面感知，借助现有的互联网和电信网来进行数据的可靠传输，以及数据的智能处理，进而实现人与人、物与物、人与物之间的互联互通和智能信息服务。物联网的体系结构可以根据信息生成、传输、处理和应用划分为4个层次：感知识别层、网络层、管理服务层和综合应用层。其中感知层是物联网信息的来源，包括各种类型的传感器、RFID标签和读写器、智能手机、智能家电以及智能测控设备等；网络层实现数据的传输，包括有线和无线网络的接人层、会聚层和核心交换层；管理服务层实现数据存储、处理的和智能决策服务等，包括中间件、数据存储与处理、数据挖掘与智能决策等；综合应用层实现不同行业的综合应用，包括智能物流、智能电网、智能交通、智能环保、智能医疗等。物联网4层体系结构如图1所示。

2.2 物联网关键技术和研究内容

由物联网的4层体系结构图可以看出：感知层是物联网应用的基础，位于物联网应用的最底层，也是物联网区别于传统互联网的重要方面之一。感知层主要涉及RFID技术、无线传感器网络和控制技术、短距离无线通讯技术等主要关键技术。物联网的应用层与具体的应用领域不同存在很大的差异，需要根据具体的应用来设计。物联网网络层的数据传输技术、无线通信技术以及管理服务层涉及的数据存储、云计算、数据挖掘等各种支撑技术都是物联网应用和研究过程中涉及的主要技术和内容。

由于物联网的研究内容比较宽泛而且涉及多学科的交叉，开设物联网相关专业的高校现有学科基础、专业设置以及研究内容的侧重点都会有所不同，因此在物联网工程专业的课程设置以及培养方案方面会存在的一定的差异。由物联网的4层体系结构，可以根据实际情况对物联网工程专业设置不同的研究方向，如电子技术和嵌入式技术基础较好的高校可以侧重于感知层设计和应用，计算机技术基础较好的高校可以侧重于物联网应用层和信息服务层，网络技术和通信技术基础较好的高校可以侧重于网络层和管理服务层，还有各相关交叉专业设置较为全面、研究基础较好的高校则可以在物联网的各层都平衡发展。具体设置什么样研究方向和培养方案，各高校需要根据自身的学科专业基础和特点以及高校的行业背景，设置具有自己特色和优势的培养方案和侧重研究方向。安徽理工大学是一所具有煤炭行业背景和医学特色的理工类高校，目前设有相关的专业有：计算机科学与技术、电子技术与仪器、网络信息安全、自动化、电子信息工专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net程、通信工程、电气工程及其自动化等，具有较好的相关专业建设基础，尤其是面向煤矿自动化和信息化应用领域有着较强的优势。因此，基于学校的行业背景和专业基础现状，物联网工程专业的侧重点是物联网的感知层设计和应用，兼顾管理服务层的相关技术研究，如中间件等。重点应用领域是矿山物联网以及智能移动医疗，结合现有的网络信息安全和计算机科学与技术等相关专业，制定符合学校实际和充分利用现有教学资源的物联网工程专业的培养方案。

3 物联网工程专业培养目标和课程设置

3.1 物联网工程专业培养目标

在高等学校本科人才培养目标的前提下，根据物联网专业的研究内容和市场需求定位，物联网工程专业培养目标是：具有宽厚扎实的基础知识，系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备网络技术、传感技术、射频识别技术、嵌入式技术、通信技术以及计算机技术等信息领域宽广的专业知识，具有综合运用所学知识解决物联网中信息获取、传输、处理问题的能力，能够从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、电子标签射频识别、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等工 作。

通过相关课程的学习，掌握必需的传感器、电子、通信、单片机、RFID技术等知识和专业技能；掌握基本物联网节点、网关、网络协议栈，有线和无线网络技术原理，无线自组织组网、有线和无线网络拓扑以及网络安全技术等基础理论和关键技术；熟练并系统地掌握物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计、互联网应用等，具有综合应用所学知识解决物联网工程中实际问题的能力，包括：工程设计、设备制造、网络运营和技术管理中的实际问题等能力；掌握基于无线传感器网络的物联网业务的开发、测试、推广等知识，具有较强的综合应用信息网络相关知识解决问题的能力、综合试验能力与工程实践能力；熟悉矿山物联网的架构、应用环境和关键技术，并能够进行系统设计和开发；熟悉物联网在智能医疗领域的应用技术，并在现有医院信息系统的基础上，进行移动医疗的智能终端、医疗传感设备、中间件、数据存储、应用系统的设计和开发等。此外，还应具有较强的创新意识、创造性思维能力，能综合运用多学科知识、技术和现代工程工具，将所学内容应用到其他行业和应用领域。

3.2 物联网工程专业课程设置

由于物联网工程专业是综合多学科的新兴专业，在课程的设置和教学内容的安排上还不够成熟和稳定，还处于探索阶段。需要根据专业培养目标和实际教学情况，不断地调整和优化课程的设置。目前，物联网专业课程设置基本上在现有较成熟的计算机科学技术和电子信息类专业的基础上，增加与物联网相关的核心课程，但侧重点是物联网技术及应用。结合学校相关专业课程设置现状，物联网专业课程分为以下几个主要模块：（1）公共基础模块；（2）专业必修课程模块：（3）专业核心课程模块；（4）专业任选课程模块；（5）跨学科课程模块；（6）实践课程模块；（7）素质拓展模块。各模块包含的主要课程如表1所示。

在课程的设置上既考虑了物联网专业的核心研究内容和专业特色，同时考虑到物联网专业是一门新兴的专业，还没有专门的硕士和博士学位点，目前基本上都是作为计算机或相关学科的一个研究方向，而计算机专业研究生入学考试的专业课实现国家统一命题，因此，在课程的设置上要能够和计算机科学与技术专业核心课程实现无缝对接，使得物联网工程专业培养的学生能够轻松实现进一步深造的愿望。基于这样的一种现状，学校物联网工程专业在必修课程模块和核心课程模块中分别开设了数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统等相关的课程，同时开设了物联网导论、无线传感器网络、RFID原理与应用，能够满足学生专业学习和考研深造的需要。为了突出物联网专业知识，在专业任选课程模块中开设了大量与物专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net联网和计算机相关和当前最为热门的课程，充分体现了该专业方向的知识面宽、技术先进等特点。跨学科课程模块的设置为进一步拓宽学生的知识面，了解煤矿行业的生产背景和主要技术装备，为以后从事煤矿物联网和数字矿山建设打下基础。实践课程模块的设置是培养学生动手能力和学习兴趣的重要教学环节，是达到学以致用的主要途径，是整个教学过程不可缺少的内容。素质拓展模块通过组织多种形式和内容的第二课堂教学活动，以培养学生创新精神和实践能力，促进个性发展，提高综合素质。

4 人才培养和教学资源建设

4.1 物联网工程专业人才培养

高等学校的使命是培养人才，高校需要根据市场的需求和自身优势以及综合其他因素来确定人才的培养模式。因此，对人才培养目标的定位能够全面反映高校对合格人才的理解和时代需求。安徽理工大学是行业特色鲜明、理工类为主的综合型大学，学校人才培养目标是：结合煤炭行业特色，培养“厚基础、高素质、强能力、善创新”的创新型人才和高级专门人才。在人才培养过程中要构建多元化、多目标的培养模式，同时充分考虑学生就业、创业和继续深造等不同要求，努力形成特色鲜明、层次清晰、模式多元、制度配套、保障有力的本科人才培养体系。在学校人才培养目标的指导下，借助现有相关专业的培养模式和经验，并结合物联网工程专业的特点，对物联网工程专业的人才培养采用校企联合培养的模式。

安徽理工大学是第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，目前在计算机科学与技术专业以及其他电子信息类专业的卓越工程师培养计划和方案制定过程中积累了一定的经验，其核心培养方式是采取的3+X培养模式，主要措施是其中3年时间在学校进行相关基础课和理论课的学习，至少1年时间采取校企联合培养模式，通过将企业纳入到人才培养主体地位，可以进行订单式培养，大大增强学生对企业需求的了解和实践动手能力。真正体现“卓越计划”的3个特点，即行业企业深度参与培养过程；学校按通用标准和行业标准培养工程人才；强化培养学生的工程能力和创新能力。物联网工程专业主要是培养工程类的专门型应用人才，可以按照“卓越工程师”的培养模式进行培养。一方面是在现有教学资源的基础上，加强物联网专业基础理论和专业核心课程内容的教学，另一方面加强实践教学环节，尤其是引入相关企业的参与。目前，我校已与安徽徽斯顿电子科技有限公司以及安徽科艾网络技术有限公司签订了战略合作协议，联合培养物联网专业人才，由参与的公司提供相关课程的教学和实践环节的平台，并且公司有优先挑选优秀毕业生的权利。另外，安徽理工大学与附属医院安徽淮南东方医院集团也签订了合作协议，共同研究和制订数字移动医疗系统方案。移动数字医疗系统的实施可为学校物联网专业教师和学生提供了参与设计和开发的机会，同时也会为学生的培养提供很好的实习场所和平台。另外，安徽理工大学与两淮煤矿企业都建立了很好的合作关系，有着很好的合作基础，双方都在积极准备联合培养矿山物联网建设人才，进行校企深度合作，为拓展学校物联网专业人才培养提供了很好的实践和就业机会。此外，学校还与一些经济发达地区的相关企业建立实习基地，如上海、深圳、无锡、芜湖等，为学生进入工作岗位前提供深入企业实习机会，为进一步就业打下了坚实的基础。校企合作模式的效果已经在学校的一些专业取得了很好的效果，校企合作是物联网专业人才培养较为理想的模式。

4.2 物联网工程专业教学资源建设

物联网专业人才的培养，除了有定位准确的培养目标和合适的培养模式之外，还需要有配套的软硬件教学资源的支撑，教学资源是培养合格人才的重要保证。一个专业办学水平的高低往往与该专业的师资、实验室、教材、实习场所等建设水平有关。对于物联网专业这样一门新兴专业，面临的专业教学问题更为严重和急迫。学校在物联网专业建设过程中，相应地采取了一些有效措施来保证高水平的教学资源。

（1）物联网专业师资队伍的建设。这是所有教学资源中最为重要的部分，没有好的师资很难想象能够培养出优秀的人才。因此，学校和学院都非常重视教师的培养，培养的方式主要是从学院中挑选出一部分对物联网感兴趣而且嵌入式技术以及软件开发能力过硬的教师组建成物联网科研团队和教学团队，通过申专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net请物联网相关课题展开物联网理论和应用研究，目前已有2项物联网相关的国家自然科学基金项目，5项省部级物联网应用课题，多项企业物联网应用横向课题，通过科研课题工作的深入展开和研究，大大提高了教师对物联网理论的理解和实践应用水平，对推动物联网专业的教学水平起到明显的促进作用。除此之外，学院利用寒暑假时间组织部分教师到北京、无锡、长沙等地参加“全国高校物联网专业教学和研讨”“高级物联网开发工程师物”等教学和专业技术的培训，通过培训进一步提高教师的物联网教学水平和专业技能，然后再通过校内的研讨和讲座带动更多教师物联网专业水平的提高。

（2）教材建设也是办好专业必不可少的环节。由于物联网专业是新建专业，虽然已经出版了一些不错的物联网方面的图书，但适合作为本科教学的好教材还是凤毛麟角，而且大多是技术类或普及类。因此，在教材的建设方面还有很多的工作需要做。我们根据开设的课程和目前已有教材的现状，挑选出相对较好的基本教材和参考书，通过大家阅读讨论，然后根据制定的教学计划，来确定讲授的内容和学生需要自学的内容，并整理教学讲义和课件，为后续教材建设做好准备。通过这一环节，充分提高了对教学内容细节的掌握和理解，也对物联网技术掌握得更为全面。

（3）实验室建设是实践教学环节的有力保障。为了能够满足物联网实验教学的需求，学院对物联网实验室建设投入了大量的建设经费，实验室采购了北京西普阳光教育科技有限公司的SimpleRFID射频识别实验教学系统，并向安徽福讯信息技术有限公司订制了无线传感网络教学系实验系统。在物联网实验建设过程中，物联网专业教学团队全程参与整个实验室建设过程，对系统的安装、调试、运行都进行全面掌握；专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net并邀请物联网实验系统开发的T程技术人员给教师做专门的技术培训和讲座，进一步提高了教师的理论水平和实践水平。通过师资、教材和实验窜3个环节的建设，目前学校已经具有较高水平的物联网专业教学团队和完善的教学配套资源，完全能够按照既定的教学目标和计划来进行物联网专业人才的培养。当然，任何一个新的专业的开设，都需要一定时间的建设和完善，在建设的过程中要不断探索和完善，并借鉴其他高校的成功经验，及时修正不合理的方面。

5 结语

物联网工程专业的人才培养和教学资源建设，是所有高校物联网工程专业在办学过程中需要考虑和解决的问题，而特色人才培养模式和高水平教学资源建设是办好物联网专业的前提，因此，各个高校应根据各自不同的办学基础和行业特点，着眼于市场需求和自身的办学优势，在体现物联网工程专业共同特点的基础上，要突出物联网工程专业的行业特色，这样培养出的人才更能满足市场需求和具有更宽的就业面。

参考文献：

[1]吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，2012：1-5.

[2]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011：3-6.

篇（5）

 

0 背景

3S技术是遥感技术(Remote sensing，简称RS)、地理信息系统(Geographic InformationSystem，简称GIS)和全球定位系统(Global PositioningSystem，简称GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，是地学研究走向定量化的科学方法之一，也是水利信息数字化的关键技术之一。

水利建设及管理是一个信息密集型行业，一方面，水利部门要向社会提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水质和水量信息、水资源信息和水利工程信息等；另一方面，水利部门也离不开相关行业的信息支持，如气象信息、地理环境信息、社会经济信息等。当今世界信息技术的飞速发展对水利信息的采集、传输、处理、共享方式等都提出了更高的要求，传统的信息采集技术在时间、空间、采集频度和精度方面与水利建设各项工作的整体需求已不相适应，质和量两方面也都难以满足水利信息化的要求，因此，水利建设及管理噩需借助3S技术提升水利建设及管理的效率及效益。

1 GPS技术及其应用

1.1 GPS简介

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是美国从20 世纪70 年代开始研制，历时20年，耗资200 亿美元于1994年全面建成的具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前，由于GPS 定位技术的不断改进和软、硬件的不断完善，传统上以测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术正逐步被一次性确定三维坐标的高效率、高精度、低费用、易操作的GPS 技术所代替。同时随着GPS 接收机的改进，广域差分技术、载波相位差分技术的发展和美国SA(Selective Availability)技术的解除，GPS技术在水利工程建设、导航、运载工具实时监控、城市规划、工程测量等领域都有了更为广泛的应用。目前水利、铁路、公路、桥梁及隧道等大型工程控制网的实施均采用了GPS 技术，时至今日，GPS定位技术已经基本上淘汰了用常规测角、测距手段建立大地控制网的方法，其良好的精度、可观的经济效益已为水利建设领域所公认。

1.2 GPS的应用

GPS技术在水利建设中的应用范围很广，如GPS可应用于航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测成图的各个阶段，同时通过加密测试控制点，可应用GPS实时动态定位技术(简称RTK)测绘各种比例尺地形图并用于水利工程的施工放样。而与GPS导航和RTK技术相比，水利工程建设中应用最多的是GPS静态定位技术，GPS静态定位技术广泛应用在精密水利工程测控网布设、城市、矿区和油田地面沉降监测、水库大坝变形监测、同层建筑变形监测、隧道贯通测量等方面，可实现各种水利工程设施的实时监测和控制。随着我国A、B 级GPS 控制网的建立，水利部门基于这些GPS控制网提供的高精度平面和高程三维基准进行水利工程建设，将大大提高水利水电工程设计和施工质量。

2 GIS技术及其应用

2.1 GIS简介

GIS(GeographicalInformation System，地理信息系统)是集计算机科学、空间科学、信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴边缘学科。从20 世纪60 年代至今只有短短的四十多年的时间，但已经成为多学科集成并应用于各领域的基础平台，成为地学空间信息分析的基本手段与工具。GIS其技术优势不光在于它的集地理数据采集、存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程，还在于它的空间分析、预测预报和辅助决策功能。目前，GIS不仅发展成为一门较为成熟的技术科学，而且已经成为一门新兴的产业，在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环境监测、城市规划、土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用，基于GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息以建立各类专业信息系统，从而实现管理的科学化、标准化、信息化。论文格式。

2.2 GIS的应用

GIS是水利信息存储、管理、分析的有力工具，由于水利信息量大繁杂，既有实时数据又有历史数据同时还包含环境数据、经济数据、矢量数据、栅格数据等等。存储、管理这么庞杂的数据唯有地理信息系统能够胜任，同时借助GIS还可进行水利信息的可视化查询与网上。如在防洪救灾的过程中，可利用GIS进行防洪评估、洪涝灾害风险分析及城市防洪管理等等。而在水资源的管理方面，可利用GIS进行水资源信息的空间与属性双向查询、历史数据管理和实时数据的动态加载、水资源信息的时空统计、多种方式的可视化表达及各类信息的空间分布和动态变化过程模拟、区域水资源的空间分析、主要用水户的分布、区域水资源管理模式区划等等，所有这些应用都为合理利用及管理水资源提供了方便的途径。当然，GIS在水利建设的其他方面也有着广泛的作用，如GIS在水环境及水土保持方面的应用及水利工程建设及管理方面的应用等等。

3 RS技术及其应用

3.1 RS简介

RS(RemoteSensing，遥感)技术由于其具有大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势，因而得到了快速的普及及应用，多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。目前，各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取，为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。一些大中城市已经利用航空遥感进行城市的综合调查，并编制地质、水文、植被、交通、污染、土地利用等专题地图，获取了大量社会与自然环境资料，为城市规划建设及国土资源开发利用提供了宝贵的信息资料。随着遥感数据源向着高光谱分辨率和更高空间分辨率发展，加之遥感相关处理技术的日益成熟，结合GIS 和GPS，必将使RS 技术在工程等领域应用进一步普及和深化。

3.2 RS的应用

随着高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率卫星数据的日益丰富及普及，RS对水利建设及管理的影响和作用越来越大，目前RS在水利建设及管理方面的应用主要分为以下几个方面：洪涝灾害遥感监测、水资源监测、水环境监测、旱情监测、水土流失调查、河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查。

3.2.1洪涝灾害遥感监测

遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测，可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围，为防灾、抗灾提供准确信息。目前，我国各地、各部门已建成洪涝灾情预报系统（如黄河下游洪水预警信息系统），它们将在防灾、抗灾、救灾中发挥重大作用。

3.2.2水资源监测

水资源遥感监测方面，在地表水体提取上，20世纪80年代用近红外遥感图像比较多，而在近10年来则更多地利用SAR图像，提取河流、水库、湖泊等地表水体。遥感结合地理信息系统技术还可以寻找地下水，通过遥感图像可查明与地貌、岩溶地貌、第四纪地质和新构造有密切联系的水文地质条件，结合物探结果，可较准确地评价地下水资源。重视遥感资料的地质和水文地质分析是我国用遥感调查裂隙水准确率较高的原因。此外，主动微波遥感对地面有一定的穿透能力，可以发现地下古河网的踪迹，寻找地下潜水层。另外，遥感对雪盖范围、雪的状态以及雪盖融雪程度的监测十分有效。近年来，用SAR对雪盖厚度的测定有了新进展，从而对雪盖水当量的估算更加精确。论文格式。对1998年长江大洪水的成功预测与1997年冬和1998年春用遥感手段对青藏高原积雪的监测有密不可分的关系。融雪是我国西部地区水资源的重要组成部分，目前遥感是冰川、融雪水资源调查最为有效的手段。

3.2.3 水环境监测

利用航空红外扫描图像可以确定热电厂排水口外的水体升温及其空间分布，利用SAR图像或红外扫描仪确定海面油污染的范围和油膜的厚度，利用TM图像确定水生物（藻类）、赤潮的范围等等，都是在水环境监测领域应用遥感技术的例子。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总悬移质泥沙含量、PH值、总含氮量等等。

3.2.4河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查

遥感技术的优势之一是能够监测动态变化。几十年前的遥感影像可以真实、具体、形象地反映当时的下垫面情况。因此在河道、河口等的动态监测中遥感是首选工具，河道与河口的泥沙淤积以及引起的相应河势变化对防洪、航运等都至关重要。遥感在悬移质泥沙分布和河势监测中的应用也有技术优势。我国利用卫星遥感信息监测河道变化、预测河道发展趋势，并应用到水利规划、航道开发以及防灾减灾等方面，产生了十分可观的经济效益和显著的社会效益。尤其是近年来，开展了大量的河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积遥感调查工作。

3.2.5 水土流失调查

近年来，随着现代遥感技术的发展及其在水土保持领域的应用，定量或定性与定量结合的侵蚀评价在区域监测中得以实现，而地理信息系统技术又为较大范围的空间分析提供了快速、准确的技术手段，人们可以利用矢量和栅格两种类型的空间数据分析侵蚀因子的属性、数量值及其空间分布，进而评价侵蚀的类型、程度以及不同类型、不同程度侵蚀的分布规律。这就在技术、方法乃至理论上深化了区域土壤侵蚀监测的研究。论文格式。

4 结束语

当前在水利应用方面，3S（GPS、GIS、RS）技术的应用在国内外还处于起步阶段，但是已经取得了一定的进展。目前，“3S集成技术”已经在“全国江河洪水调度模拟系统”、“广西防灾减灾预警预报系统”、“广西洪水预警预报系统”、“天津城市防洪信息系统”、“天津引滦入港供水管道系统”及其他应用系统中得到充分应用。不可否认的是，国内GIS技术在水利方面的应用起步相对较早，但大部分只局限于二维的电子地图，并未形成一定发展模式，在实际应用中也只起到防汛分析的功能。国外，在防汛方面作了相当大的工作，并为此开发出相应的GIS 系统以解决科学分析、辅助决策等功能。而GPS、RS在水利中应用则相对较少。

“数字水利”是当今社会发展的必然趋势，而“数字水利”离不开3S技术。随着遥感、卫星及雷达等技术和地理信息系统的应用，可提供了多元化的更丰富和更准确的信息，如防汛抗旱信息。卫星和雷达信息的引进不仅弥补了地面观测信息的不足，而且提高了信息的准确度和可靠性。GIS 的应用，推进了“数字化流域”，从而使流域的规划、开发、管理全面实现信息数字化，而GPS技术在水利的监测应用方面可提供精确、可靠、及时的信息。因此3S技术是“数字水利”的重要技术基础。

参考文献：

[1] 徐绍铨，张华海等. GPS 测量原理及应用[M] . 武汉：武汉大学出版社，2001，7.

[2] 邬伦，刘瑜等. 地理信息系统原理、方法和应用[M] . 北京：科学出版社，2001，2.

[3] 梅安新，彭望禄等. 遥感导论[M]. 北京：高等教育出版社，2001，7.

[4] 翟天放. GIS技术在吉林省水利地理信息平台中的应用[J]. 吉林水利，2006，(05)

[5] 王孟樵. GPS技术在水利工程领域中的应用[J]. 四川水利，2005，(01)

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中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）30-0063-02

1 物联网工程专业产生与现状

自2009年8月同志提出“感知中国”以来，物联网已成为国家战略新兴产业的重要组成内容，美国、欧盟、日本、韩国等国家纷纷开展该领域的研究工作。物联网已成为当前全球各国应对经济低迷的重要科技手段。2013年2月，国务院提出了关于推进物联网有序健康发展的指导意见。物联网是继互联网之后的又一次信息技术浪潮，具有广阔的应用前景和难得的发展机遇。

作为面向21世纪的全新技术，越来越多的大学开始关注物联网技术程。目前国内著名大学已经纷纷开设或准备开设物联网相关课程，希望帮助学生了解和掌握这些新兴技术，提高学术科研和工程水平，保持技术发展和人才培养的同步。在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中，就包括增设物联网专业。从教育部号召高校设立物联网专业学科开始，全国已有近700所高等院校向教育部提交了增设物联网相关专业的申请，目前已经有67所本科院校建立了“物联网工程”或“传感网技术”等相关专业。

然而，由于物联网技术和专业建设都刚刚起步，高校在专业目标、人才培养、课程教材、师资和实验设备等方面都面临众多问题。笔者长期从事物联网技术方面的科研工作和相关领域的教学工作，希望能在本文给出物联网工程专业人才培养模式的有益探索。

2 主要存在的问题

目前，在理论研究领域，从传感器网络和泛在计算发展到空间物理信息系统；在技术研究领域，从RFID和Zigbee发展到M2M；在市场应用领域，从企业关注和行业需求到政策层面推动，物联网的发展正经历着快速而深刻的变化。然而在人才培养方面，却面临一些挑战。

1）专业归属不清。目前在已获得物联网工程专业的院校中，有的将物联网工程专业归属通信学院，有些归属到计算机学院，还有的归属到自动化学院。出现归属不清有着其现实原因：物联网是典型的新兴交叉学科，涉及到通信、电子工程、计算机和测控等多方面的专业知识和多个应用领域，因此在专业归属方面存在多样性。然而，由于归属的不同，每个学院根据各自的学科背景和基础条件来建设物联网工程专业和制定专业人才培养方案，导致在人才培养方案、课程规划、实验体系等方面出现较大的差异。

2）人才培养目标不明确。由于物联网工程专业跨多个学科，其自身技术在不断地发展和完善，物联网应用也在推陈出新。如何制定出适应技术更新和满足企业用人需求的人才培养方案，还需深入探索。从企业角度来看，物联网以行业需求为导向，应用于智能电网、智慧城市、绿色制造和智能医疗等多个工业领域，这就要求专业人才培养需面向其行业应用。同时，作为高等学校本科专业，须符合国家素质教育要求，体现专业人才教育思想。

3）专业人才培养条件匮乏。物联网工程专业刚刚起步，师资、设备和教材都面临匮乏的境地。教学质量的核心问题是师资，既有行业应用背景又跨多学科的教师较为缺乏，培养学术水平高、结构合理的专业教学团队是专业建设首先解决的问题；其次，实践教学薄弱，物联网专业的基础实验、综合实验和设计实验所需的开发平台、仿真平台和应用平台都较为欠缺，难以满足人才培养要求；最后，物联网专业教材更是缺乏，目前尽管已有一些物联网书籍，但太偏应用，难以作为教材使用，且未形成完整教材体系。

4）科研、教学和人才培养相互促进机制尚未形成。物联网/传感网相关教学内容和培养方案等都来源于科研成果，尽管物联网/传感网研究开展得如火如荼，但很多理论和方法都还完全成型。同时，如何将已有的研究成果转化用于课堂教学和人才培养，还需要进一步研究。在教学实践过程中常常发现由于有些理论较为系统，涉及的背景知识较广，学生理解起来很困难，实验系统也较复杂。产生这些问题的根本原因正是由于科研、教学和人才培养相互促进机制尚未形成。

3 物联网工程专业人才培养模式探索

重庆邮电大学物联网工程专业依托于学校自动化学院和工业物联网和网络化控制教育部重点实验室，在近年来承担和完成国家科技重大专项、国家863计划等项目的基础上，通过对科研成果的总结和提炼，出版了《测量与控制用无线通信技术》等系列教材，自行设计和研发WIA-PAS、ISA100和6LowPAN等实验实训研发平台，培养了学术水平高，知识、年龄和专业结构合理的教学团队，在近2年的专业人才培养实践中积累了有益的探索。

3.1 适应物联网技术发展和人才需求的培养目标

符合国家《物联网“十二五”发展规划》的要求，突出“传感器网络”技术优势与“三网融合”特色，充分发挥实验室在物联网核心专利、标准、测试和应用等方面的国际国内技术优势，培养面向智能工业、智能电网、智能城市、智能建筑与智能家居等相关领域从事物联网/传感网系统规划、应用设计、产品研发、运行管理等方面工作的跨专业复合型人才。

3.2 充分发挥学校信息学科特色和优势，整合学校教学资源，探索适合新专业的人才培养模式

物联网属于集成、交叉技术，当前任何一个专业都难以覆盖其全部内涵。成立物联网工程专业建设指导委员会，聘请校内外相关专业、合作企事业单位专家参与课程体系规划、实验实训体系建设、专业指导和人才培养方案制订。比如通过实验室和思科公司的科研合作项目，由思科公司赞助、本教学团队负责组织实施面向重庆市高校的“思科杯”物联网应用创新设计大赛，该项大赛还被纳为2012中国（重庆）国际云计算博览会的主题活动之一，得到相关部门的高度重视。引导学生参加各种科技活动，既培养了学生浓厚的专业兴趣，又提高了学生的实践能力，增强了就业竞争力。

3.3 探索新的教学方法和教学手段

充分发挥学生的主体作用，引导学生去思考，更有成效地完成课程的教学任务，培养学生的自学能力、实践能力和创新能力；对专业核心课程，比如“无线传感器网络”，采用答辩、实做报告、课程论文相结合的评价方式，全面考核学生掌握的基础知识与理论、前沿技术、相应的开发能力；对专业导论课程，采用教学团队的授课模式，教学团队教师在物联网的不同研究方向有着多年的积累和研究成果，通过团队授课，既带来了各方向最前沿的研究成果，而且使得每个方向的讲解更加透彻和深入；灵活多样的教学手段，在重点实验室现场讲授理论课程，将实践融入理论，充分沟通交流讨论，增强了教学效果。

3.4 教学、科研、人才培养相互促进的良性循环机制逐步形成

如何有效地将最新的科研成果转化为人才培养，平衡学科前沿技术、基础理论与实际应用的关系，兼顾用人需求与教育教学，在物联网工程专业建设上得到了完整的体现和验证。这种相互促进的良性循环机制形成将是一个长期的工作，也将在后续的实践活动中不断完善和丰富。

4 结论

由于物联网是一项新兴前沿技术，本身又是处于不断发展和变化之中，而且物联网应用也呈现多样性和复杂性，因此，如何规划物联网工程专业和建设人才培养模式，是一个基础性问题。本文在分析物联网工程专业目前存在问题的基础上，给出了重庆邮电大学物联网工程专业人才培养模式的有益探索，并将在后续的教育教学中不断发展和完善。

参考文献

[1]刘莉莉.物联网技术的基础架构及发展趋势[J].软件，

2013（2）：142-143.

[2]铁维骥.物联网的发展与关键技术研究[J].中国管理信息化，2013（8）：43-43.

[3]刘忠宝.物联网工程专业人才培养体系研究[J].网络安全技术与应用，2011（10）：58-60.

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一、前言

信用卡是由商业银行向社会发行的具有消费信用、转帐结算、存取现金等或全部功能的信用支付工具. 历史上第一张银行信用卡于20世纪50年代诞生于美国,经过50多年的发展,目前信用卡已在全球95%以上的国家得到广泛受理,超过十亿人在使用信用卡。二十世纪八十年代,随着改革开放和市场经济的发展,信用卡作为电子化和现代化的消费金融支付工具开始进入中国。在人民银行、银监会等监管部门的大力支持和各商业银行的积极推动下,20多年来,信用卡逐渐被我国广大消费者普遍接受,受理环境逐渐改善和健全。 中国银联(2003)的一份研究报告在对国外银行卡产业发展模式进行比较的基础上，提出了我国银行卡产业发展模式选择:政府扶持+市场竞争+国际合作。这种产业发展模式导致我国商业银行信用卡自2002年以来获得了跨越式的发展。据央行数据显示，截至2009年四季度末，全国各类商业银行累计发行信用卡18 555.56 万张, 同比增长30.4％，占银行卡发行总量的9%；信用卡授信总额进一步增加，达到13 634.96亿元，同比增加39.1％；信用卡期末应偿信贷总额（信用卡透支余额）为2457.58亿元，同比增加55.3%，占金融机构人民币居民户短期消费性贷款余额的38.5%，信用卡短期信贷消费规模不断扩大；信用卡交易总额达3.5万亿元,占社会消费品零售总额的比例突破27%。但自2008年以来，全国商业银行信用卡发卡量同比增长率持续回落，信用卡逾期半年未偿信贷总额大幅增加，占期末应偿信贷总额比例同比上升；另一方面，商业银行在发卡规模扩大的同时面临信用卡激活率偏低导致的管理成本和各项费用的上升、卡均收入增长缓慢等问题,其信用卡业务盈利能力不容乐观。

二、商业银行信用卡发展现状及问题分析

（一）商业银行信用卡发展现状分析 规模经济（Economy of scale）是指在一特定时期内，随着生产规模的扩大，产品平均成本下降所引起的收益的增加,反映各种投入增加引起生产规模扩大时产量的变动情况。一般认为规模经济形成的原因主要在于以下方面：一个企业生产规模扩大时可以使用更加先进的设备；可以实现有利于技术提高的精细分工，进而充分发挥管理人员的效率；可以对产品进行综合利用等。当然，规模并非越大越好，当规模扩大一定程度时，企业内部机制难以协调，管理与指挥系统十分庞杂，效率和收益均将会下降。规模经济与规模收益(Return of scale)相联系。当企业生产规模的扩大导致产出更大比例、更小比例或者同比的增加时，生产表现为递增、递减或者不变。经济学家通常认为，大多数生产活动应当能够达到规模收益不变,即不变规模收益是最“自然”现象，因为企业可能会复制正在进行的生产方式。银行卡业务作为零售业务，先期投入较大，固定成本明显，同时服务对象是每次消费的数量远远比不上工业消费的个人。因此，对于发卡机构而言，通过扩大生产（发卡）规模、摊薄固定成本，增加收入，是实现盈利的必然路径，即银行卡产业理论上是一个典型的存在规模经济的产业。假设商业银行在信用卡业务中的投入包括人力（L）、资本（K），在技术条件不变的情况下，在某一特定时期，各种投入的增加引起生产规模（发卡量）扩大时信用卡消费交易额、信用卡透支余额及信用卡业务收入应同比例或者更大比例增长。这种关系用数学关系可表述为：tf（L，K）≥f（tL，tK）…（1）。多年来国内各商业银行都实行了先“跑马圈地”抢占市场份额，扩大发卡规模的信用卡业务经营模式，希望通过信用卡产品绝对量的增加来降低单位成本，并通过业务提升来增加收入并最终实现盈利。这种模式使各商业银行的信用卡发卡数量自2005以来出现了快速扩张，同时，信用卡消费交易额和信用卡透支余额持续大幅增长见（图1）。以下将以占行业发卡量60%以上份额的工行、招行、建行和交行等四家银行2005年至2009信用卡业务相关数据进行分析，以此考察商业银行信用卡业务的投入与产出之间的变动关系,并据此分析其规模经济情况。对（图1）数据计算分析后发现：2006年至2009年，工、招、建、交四大银行信用卡累计发卡量（发卡规模）的平均发展速度为1.642，即信用卡业务的投入年平均增长1.642倍；而信用卡消费交易额平均发展速度为1.762，信用卡透支余额平均发展速度则为1.953。由于信用卡消费交易额决定商户回佣收入的高低，而对美国信用卡透支与盈利的相关性研究表明，透支利息的65.6%可以由透支余额解释（邓玺，2007），因此理论上信用卡消费交易额和透支余额的增幅可以近似代表信用卡业务产出的增幅，即信用卡业务的产出年平均增长1.762倍（或1.953倍）。根据（1）式，则有：tf（L，K）>f（tL，tK）…（2）。所有的t都大于1。根据（2）式，可以初步得出：2005年至2009年，由于投入的增加（发卡规模扩大）带来了产出（消费交易额和透支余额）更大比例的增长，因此，从理论上看，商业银行信用卡业务的发展符合规模经济的要求。但信用卡消费交易额及透支余额大幅增长的同时，商业银行信用卡业务盈利情况却不容乐观。据腾讯网联合中央财经大学银行业研究中心的《2010中国信用卡评测报告》显示，近年来各商业银行为抢占市场片面追求发卡量，在大规模发卡的同时，忽视信用卡动户率和使用率的提高，产生了大量的“睡眠卡”导致管理成本和各项费用的上升，而透支/消费偏低和行业激烈竞争引起的商户回佣率下降导致信用卡收入却增长缓慢。以发卡量最大和第二的工商银行、招商银行为例来进行分析。（1）2005年至2009年工商银行信用卡发卡量、消费交易额、透支余额及卡均消费额增长状况。对（图2）数据进行计算后可以得到：2006年至2009年,工商银行信用卡发卡规模平均发展速度为1.626，而信用卡年消费交易额平均发展速度为1.595,卡均消费额平均发展速度仅为0.981；2005年至2009年工商银行的透支/消费分别为4.95%、4.92%、5.09%、6.70%、8.21%,2006-2009年的平均发展速度为1.135。据以上分析，可以发现，作为发卡规模最大的银行，工商银行信用卡业务在发展过程中存在以下问题：产出（消费交易额）的增长不如投入（发卡规模）增加的速度,反映该行信用卡使用率偏低，客户持卡消费积极性不高；卡均消费年平均增长的倍数小于1，反映出该行在扩大发卡规模的过程中忽视单卡收益的提高，信用卡动户率偏低；透支/消费比低，且增长缓慢，反映该行利息收入偏低。（2）招商银行2005年至2009年信用卡发卡规模、消费交易额、透支余额及信用卡年收入总额增长状况。对（图3）数据分析后可以得出： 2006年至2009年，招商银行信用卡发卡规模平均发展速度为1.561，同时，信用卡消费交易额平均发展速度为1.739,而信用卡年收入总额平均发展速度为1.664；卡均消费额平均发展速度为1.114，卡均收入平均增长幅度为1.066；2005年至2009年的透支/消费分别为4.94%、5.42%、5.94%、5.60%、4.45%,2006-2009年的平均仅发展速度为0.974,小于1，出现负增长。据以上分析认为，作为发卡规模第二且已宣布盈利的银行，招商银行在信用卡业务快速发展的过程中也面临以下问题：信用卡年收入的增长慢于信用卡消费交易额的增长、卡均收入的增幅不如卡均消费；透支/消费 偏低且出现负增长。

（二）商业银行信用卡发展问题分析 综合以上分析，可以看出：（1）商业银行信用卡业务经过几年的高速发展，发卡规模获得了快速的扩张，但自2008年以来规模扩张的速度已经放缓。同时，信用卡产出（消费交易额与透支额）的增长快于信用卡投入（发卡规模）的增加，从理论上看，这符合规模经济的发展要求。 （2）各商业银行在发卡规模扩大的同时，存在规模收益（信用卡消费交易额）增长与之不同步的问题，反映出商业银行偏重数量忽视质量，信用卡动户率和使用率较低，持卡人持卡消费不活跃，信用卡持卡人的用卡和消费积极性有待因一步提高。（3）信用卡消费交易额、年末透支余额增速较快，但存在透支/消费偏低，且增长缓慢的问题，反映商业银行信用卡业务发展过程中利息收入增长较慢，占总收入比重偏低。据统计，美国VISA. MASTER两大信用卡品牌2000年至2005年加上惩罚性收入和预借现金收入广义的利息收入比重达到了平均为80.1%，而我国招商银行作为信用卡业务最为成功的银行之一，其该比重2009年也仅占47.87%。（4）信用卡消费交易额、信用卡业务收入快速增长，但存在信用卡业务收入的增速慢于消费交易额的问题，反映出我国商户交换费率偏低导致商户回佣收入普遍较低的现状。

三、商业银行信用卡发展困境的原因分析

（一）信用卡产品同质化，消费者用卡积极性不强据CTR的《2008年中国城市居民信用卡使用状况及品牌表现研究报告》显示，中国信用卡市场存在较强的同质化现象，各品牌间尚未形成显著差异，仅有五分之一的用户忠诚于信用卡品牌，忠诚度在全球处于最低水平。较低的品牌忠诚度表明信用卡目前在中国属于“购买低介入度”产品，用户在选择时购买过程比较简单，常表现为冲动购买，因而购买过程的便利性是品牌选择的关键考虑因素。据CTR调查显示，尽管有近七成潜在用户表示将去柜台申请信用卡，但实际上大多数用户是通过营销员上门办理方式申请的信用卡，原因正是上门办理提供了冲动性申卡的机会和申卡的便利性。在行业激烈的竞争和产品同质化背景下，消费者办卡的冲动性减弱，这在一定程度上造成了各商业银行发卡量增速的减缓。同时，较低的品牌忠诚度使得信用卡用户在办卡后用卡积极性减弱，导致部分信用卡成为“死卡”或者“睡眠卡”。据益派咨询公布的ePanel Voice-2010年一季度全国信用卡用户调查结果显示，14家全国性商业银行的信用卡用户的平均信用卡激活率仅为77.5%，有高达22.5%的用户虽然拥有信用卡，但一直没有激活。在各家银行中，信用卡激活率最高的为90%，而最低的仅有57%。

（二）商户交换费率与国际市场脱轨，银行卡收单市场不规范 国际上商户支付发卡机构的交换费率最低为1%,最高为4% ,而我国信用卡行业经营模式仍较为粗放,收单市场不规范,零交换费率、交换费单笔封顶及商户代码套用现象较为严重,造成整个行业商户平均交换费率不断下降。截至2009年末,按行业平均水平计算,我国商户付给发卡机构的交换费率平均在0.4% ,远低于发达国家和港台地区信用卡的平均交换费率。这种状况导致商业银行在信用卡发卡规模扩大的同时商户回佣收入占比却呈下降趋势，严重影响了商业银行信用卡业务的盈利状况。截至2009年,我国发行信用卡的58家银行中仅有6家对外宣布盈利或盈亏平衡。

（三）信用卡欺诈风险加剧，影响了消费者信用卡的使用 近年来商业银行信用卡业务发展迅速，随之引发的信用卡风险问题也日益受到居民的关注和担忧。据来自中国人民银行的数据显示，2009年1月至8月，全国公安机关共立信用卡诈骗案件6362起、涉案金额4.4亿元，分别是2008年同期的2倍和2.38倍。而2011年1月至4月，我国银行卡犯罪案件就达到了6700多起，涉案金额高达59.6亿元。目前存在的信用卡欺诈主要包括未经授权或同意，冒用或盗用持卡人遗失的银行卡进行欺骗易的失窃卡欺诈、用虚假身份或未经同意冒用他人身份获取银行卡进行交易获取商品或服务的虚假申请及恶意透支等，这三种传统类型的信用卡欺诈占到了全部的九成以上，且上述三类案件在数量上有明显上升趋势，并出现了相互融合的现象。随着信用卡业务规模的迅速扩张和竞争的日趋激烈，各类欺诈风险频发的态势，加上媒体报道对此类风险负面效应的扩大化已引起消费者对信用卡用卡环境的担忧，从而导致其办卡意愿的下降，同时在很大程度上也影响了持卡人用卡积极性和信心，进而产生商业银行信用卡动户率和使用率较低的情况。

四、商业银行信用卡发展的对策建议

（一）加大信用卡产品的创新研发及营销激励机制商业银行应细分市场，准确定位，从产品概念、产品服务和产品影响等方面入手进行信用卡产品创新，通过设计和组合产品要素，形成富有针对性的增值服务，实现对目标客户的差异化服务，以期在提高产品质量的同时获得发行量的上升和客户群的扩大。包括创新产品概念，以消费心理、消费行为乃至消费预期上的认同感和趋同性为依据，吸引和锁定目标客户群；创新产品服务，吸引合作伙伴，构建增值服务平台，通过增值服务满足客户差异化需求；创新产品形象，形成极具特色的产品品牌，通过客户的品牌认同来提升客户的产品忠诚度。商业银行应实行科学、合理、均衡的信用卡营销激励机制，改变对营销人员实施单一以发卡数量作为考核指标的激励机制。除了发卡量以外，商业银行还可以把服务内容、信用卡忠诚度和满意度、信用卡成本收益综合测算、动户率和投诉率等列为考核指标对业务员进行综合考核，促使其在营销过程中关注客户的“质”，并始终秉承“服务之上”的营销理念。通过改善服务质量来激活“沉睡用户”，同时提升现有活跃用户的消费频次和水平，形成持续的用户黏性，从而提高信用卡的动户率和使用率及透支/消费，改善信用卡业务的盈利状况。

（二）加快修订和完善信用卡收单相关业务规范 建议按照价格法的规定对银行发卡成本、商户收单成本进行测算,依照市场规则对交换费率及交换费单笔封顶规范进行修订和完善。除国家评定认可的慈善机构可使用零交换费率外,取消其他机构的零交换费率使用规定,为此类商户设定新的发卡机构交换费率标准；取消交换费单笔封顶,对批发类、房地产类、汽车类等商户可实行阶梯型(累进递减)交换费率政策，以此增加商业银行信用卡业务的信息交换收入。

（三）加强用卡环境的建设，增强消费者用卡的信心（1）政府应加快出台个人信息保护相关的法律法规，建设全国个人信息安全体系。公民个人信息的保护不仅与个人息息相关，更关系着国家信用体系、金融体系以及相关领域的安全。随着信息化社会中大量个人信息被收集利用，个人信息保护的需求也日益迫切。尽管2009年底刚刚通过的《中华人民共和国侵权责任法》将隐私权纳入保护范围，但我国目前还没有制订专门的《个人信息保护法》，涉及个人信息保护的规范散见于不同法律法规、规章以下的规范性文件以及行业规范之中。因此，应尽快出台《个人信息保护法》及相应监管制度，并逐步形成全国范围内的个人信息安全体系。（2）商业银行应加强对商户POS机具的管理。金融危机以来，我国利用商户POS机进行非法套现金额成倍蹿升。据来自公安部的数据显示，2007年我国非法套现金额为1.95亿元，2009年则为25.8亿元。而不法分子通过伪造他人身份证申领信用卡从事信用卡非法套现的案件也时有发生，由此对信用卡用卡环境产生了非常不利影响，非法套现已经成为商业银行信用卡业务的最大威胁，并给金融安全带来严重隐患。从目前中国信用卡坏账产生根源分析，特约商户端虚假交易，非法套现是产生信用卡欺诈的主要来源之一。因此，商业银行应规范POS机具的设立程序，严格特约商户准入，建立类似于贷款审批前的等级评价体制；要加强对特约商户培训、监督和管理，禁止分单交易，加强短期频繁交易卡片与POS机监控。如加强对特约商户收单业务行为和异常交易或变化情况的动态监控，特别对新准入特约商户应建立严格的授权管理制度，并采取重点测控措施；收单银行和发卡银行要相互配合，对可疑交易信息必要时可采用先行拒付的非常规手段。（3）强化信用文化建设，引导持卡人诚实用卡，并加强个人信息管理。控制和防范信用风险,改善用卡环境，除了加强发卡机构、立法监督监管、个人征信机构、第三方网络支付进行风险控制与管理外,还要依赖于持卡人的诚实守信，加强信用文化建设；同时，持卡人还应注意保护家庭、工作、身份证号码、银行帐号及密码等个人信息资料，防止个人资料被不法分子滥用造成信用卡虚假申请并进行恶意透支消费的信用卡欺诈行为。

参考文献：

［1］邓玺：《我国信用卡盈利途径初探》，《复旦大学硕士学位论文》2007年。