1、人教/中图版（2019）第三章3.4信息获取与控制体验探索体验探索体验探索生活中的共享单车赵宇的爸爸因为工作原因需经常加班,回家时总赶不上末班车,也经常打不到车。尽管离家的路程比较近,但工作了一天后,再走回去实在太劳累了。自从共享单车普及以后,赵宇的爸爸发现随时可以利用手机进行扫码骑行,极大地方便了自己的上下班请同学们思考:共享单车作为具有物联网特征的信息系统,是如何与物理世界建立连接方式的?物联网就是物物相连的互联网,其核心和基础仍然是互联网,是在互联网基硝上延伸和扩展的网络。在物联网中,通过传感器等设备,按约定的协议,将相关物体与网络连接,进行信息采集和通信,实现智能化识别、定位、跟踪、监
2、控和管理。物联网架起了拟世界与现实世界相连接的桥梁,是信息技术领域的一次重大变革。物联网也是一种信息系统,并为信息系统的深化应用提供了有力的支撑。物联网系统的组成与信息系统类似,都可以分为基础设施层、资源管理层、业务逻辑层、应用表现层。在用户扫描共享单车二维码,通过网络向云端服务器发送解锁请求过程中,所用到的手机及其内部传感器、通信网络、云端服务器等都属于物联网的基础设施层。用户解锁后,在骑行过程中产生的时间、里程乃至资费等数据,都通过通信网络被传输、存储在资源管理层,便于服务商、用户之间的数据共享。业务逻辑层由实现各种骑行功能、流程、规则、策略等应用需求的一系列信息处理代码构成。如骑行里程、
3、时间如何与产生资费之间达成关联。应用表现层将业务逻辑和资源管理素密结合,通过人机交互的方式,向用户展现信息处理结果,如告知解锁密码、提示收费信息等。物联网的发展与云计算、大数据有着密不可分的联系。物联网就像人的眼、耳等器官。利用传感器等设备,对与物联网有联系的各类物品的实时数据源源不断地进行汇集云计算好比人的大脑,为物联网中的大数据提供了高效、动态,可以大规模扩展的智能分析与处理能力。情境:传感器的应用在上地理课的时候,老师讲解了美于大气的知识,并展示了学校用来获取温度、湿度、细颗粒物(Particulate matter25,PM25)等大气数摇的监洲系统(图342)。课后赵宇向信息技术老师
4、请教,了解到这个系统主要是利用传感器进行大气数据的采集。请同学们思考,传感器是如何帮助物联网,乃至信息系统有效获取信息的?传感器指能检测、采集物理世界的各种信息,并将信息转换为以电信号形式表示的数据采集设备,是构造物联网的基石。设计者可以借助传感器,让信息系统获得感知并形响物理世界的能力。例如,在旅游园区、火车站等人口密集地可以根据监控系统获取每天的来往人员数量,尤其是在节假日等高峰期,以确保人员的安全。例如,楼宇内的自控系统,通过传感器对水、电等数据进行在线监测,可以帮助物业实时获取租户的用水用电数据,同时,遍布大楼的智能监控系统可以通过面部识别功能进行安防监控在实际使用收集的数据时,可以根
5、据需要对一些冗余及无效数据进行整理,以便通过后期的数据分析,使信息系统所获取的外部世界数据能被有效地利用。例如,前面的情境中提到,学校的大气数据监测系统除了可获取温度/湿度的数据外,还可以采集PM25的数据。为了探究大气中的温度、湿度与PM25之间是否有关联,需要把两组数据有效地整合在一起进行分析。传感器获取的信息,可以帮助人们更好地了解、利用物理世界。例如,对获取数据的分析,可以帮助人们理解大气的变化趋势、大气变化与污染物的相关性等问题。又如,将获取的图像数据通过建模的手段,进行虚拟现实和增强现实的开发,这种应用在文物保护、教育科研、建筑等方面有着巨大的前景。合理使用设备中的传感器,让传感器
6、有效运行起来,从面更好地为用户使用,这需要借助编程对传感器进行控制、调用,最终完成工作例如,在无人驾驶汽车技术中,如何利用距离传感器有效躲避物体是至关重要的一项内容。如果响应距离过短,无人汽车有可能与物体发生碰撞,发生危险;如果响应距离过长,也不能有效进让物体。因此,需要设计人员综合参考方方面面的因素,不断反复试验,调节参数,才能给无人驾驶汽车设定出合理的避让距离,从而达到安全无人气驶汽车行车的目的。传感器的使用越来越深入社会生活,不论是大到工业、农业、国防、医疗等方面的应用,还是小到身边的生活用品,都可以利用传感器达到智能化的目的。例如,图像传感器可以完成图像采集的工作,进而发展出人脸识别等
7、技术。又如,内置了传感器的医疗穿载设备有助于医务工作者通过采集的数据分析患者的病情。再如,结合三维打印技术可以设计出声光示温智能水杯,等等。同时我们也要看到,在信息社会,尤其是在物联网逐步推广的背景下,任何形式的数据采集都应遵纪守法。例如,在未得到合法许可的情况下,不应该在任何场合安装视频、音颗的数据采集设备,一旦出了问题,轻者会给自己或他人带来涉及隐私安全的问题,重则将会影响信息系统的运行,甚至会对社会造成重大的危害。项目实施项目实施搭建小型智能家居系统一、项目活动搭建智能家居系统平台,进一步理解传感器帮助信息系统获取外部世界信息的方式,以及传感器的控制机制。1.明确问题。智能家居是在互联网
8、影响下物联网化的体现,可以通过各种传感器(如温度、声音、光敏、气敏等)实现家居内设备的智能响应。项目实施项目实施本项目通过开源硬件平台、传感器等模拟智能家居系统的搭建。实睍诸如窗帘升降、开关电灯、红外线监控、监测有害气体泄漏、清扫等功能。2.设计方案。按照需要实现的功能,设计“智能家居”各部分的分解图,并画出对应的流程图。二、项目检查分析主妥问题,梳理项目功能,制打解决问题的方案。1.1.想一想想一想,物联网在学习、生活中有哪些应用物联网在学习、生活中有哪些应用?物联网物联网与信息系统有哪些关联与信息系统有哪些关联?2.2.查阅资料查阅资料,了解除了于机以外了解除了于机以外,传感器还在哪些方面传感器还在哪些方面有应用。有应用。3.3.在手机中在手机中,可以依靠传感器实现计步的功能。请同可以依靠传感器实现计步的功能。请同学们讨论学们讨论,同等的运动情况下同等的运动情况下,为什么每个人手机中星为什么每个人手机中星示的计步数据会有差异。示的计步数据会有差异。练习提升练习提升 4.4.将从开源硬件搭建的大气数据采集平台上获取的将从开源硬件搭建的大气数据采集平台上获取的数据数据,与气象部门官方网站公开的据进行比较与气象部门官方网站公开的据进行比较,看看有看看有什么异同什么异同,并进一步理解信息系统中数据采集的意义。并进一步理解信息系统中数据采集的意义。练习提升练习提升2023-1-23
