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智能交通網(wǎng)絡(luò)范文第1篇

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；智能交通系統(tǒng)；設(shè)計；利用效率

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于近年來我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，機(jī)動車數(shù)量飛速增加，造成了各城市交通流量的持續(xù)增加，以至于發(fā)生事故的頻率不斷上升。從上世紀(jì)八十年代以來，隨著計算機(jī)與電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)用新技術(shù)將機(jī)動車、城市道路、駕駛員及乘坐人員、交通管理人員進(jìn)行密切聯(lián)系，以建立一種更加及時、快速、便捷的智能交通系統(tǒng)來解決上述問題。智能交通系統(tǒng)融合了計算機(jī)、無線通信技術(shù)以及全球衛(wèi)星定位等技術(shù)，能在更大程度上發(fā)揮出智能交通的積極作用，讓決策更富有時效性，使圖像的傳輸更加穩(wěn)定，為減緩擁擠的交通做出新的貢獻(xiàn)。

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)行模式

無線移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分成數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、用戶層。每一層都有其獨(dú)特的功能，下面分別對其運(yùn)行模式加以闡述：

（1）數(shù)據(jù)層的運(yùn)行模式。數(shù)據(jù)層主要包含了各類交通信息的獲得、數(shù)據(jù)分析和發(fā)掘。數(shù)據(jù)層要確保所得到的交通信息能夠準(zhǔn)確及時，可使通信網(wǎng)絡(luò)能夠更加精準(zhǔn)地傳達(dá)各類交通信息；

（2）服務(wù)層的運(yùn)行模式。服務(wù)層為交通系統(tǒng)的中心層，同時它也是系統(tǒng)和用戶層、數(shù)據(jù)層實(shí)施交互的重要接口。智能交通系統(tǒng)運(yùn)用服務(wù)層為道路控制設(shè)施設(shè)備提供各類控制辦法，為用戶層提供各類信息，并且向數(shù)據(jù)層請求相關(guān)數(shù)據(jù)。與此同時，服務(wù)層還負(fù)責(zé)從用戶層以及數(shù)據(jù)層之中接收相關(guān)信息；

（3）用戶層的運(yùn)行模式。用戶層一般需要配置一個無線終端接收類設(shè)備。

以上三個層次的智能交通系統(tǒng)設(shè)備以服務(wù)層為核心，并通過無線網(wǎng)絡(luò)為用戶層提供各類數(shù)據(jù)，可及時快速地向廣大用戶提供所需信息，同時還能拓展各類與查詢有關(guān)的服務(wù)，從而較好地解決了當(dāng)前我國各城市中出現(xiàn)的各類交通問題。

2 基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計方法

2.1 設(shè)計的主要目的

近年來各國學(xué)者對智能交通系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，并取得了很大的成果。但我國國內(nèi)的研究成果主要集中于公交車輛管理領(lǐng)域中，只能及時提供關(guān)于公交信息的和控制等內(nèi)容，在智能分流、控制以及干預(yù)方面略顯不足。事實(shí)上，我國城市的交通網(wǎng)絡(luò)主要以安裝于路口的高清攝像頭以及設(shè)于監(jiān)控中心的監(jiān)控設(shè)備為基礎(chǔ)來收集各類路況信息，之后進(jìn)行堵情分析。其不足之處在于人力、物力等諸多方面的開支相對較大，對系統(tǒng)進(jìn)行分析的成本相對較高。為此，筆者試圖設(shè)計一個依靠目前已經(jīng)存在的公交網(wǎng)絡(luò)，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供實(shí)時路況信息、公交預(yù)報，并采用交通信號燈進(jìn)行實(shí)時控制、路線推薦以及大屏顯示等功能的現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)。

2.2 整體設(shè)計方法

智能交通系統(tǒng)整體設(shè)計如圖1所示。智能交通系統(tǒng)以ITS主控中心為核心，運(yùn)用各線路的公交車來收集所在城市各公交車輛的具置和速度等相關(guān)信息，并結(jié)合GIS的地圖數(shù)據(jù)提供最新的路況信息。依據(jù)全路網(wǎng)的負(fù)載狀況圖分別得出各具體路段的擁堵狀況級別，并采用優(yōu)化算法實(shí)施智能化分流。主控中心應(yīng)當(dāng)把分流解堵的信號發(fā)送至交警所持有的設(shè)備之中，并且指導(dǎo)交警及時排堵。還可依據(jù)道路優(yōu)化辦法直接控制本地的交通信號燈，以有效疏導(dǎo)交通狀況。同時，還可運(yùn)用短消息模塊把實(shí)時路況信息發(fā)送至各駕駛員的手機(jī)上、顯示在本市各主要路段的顯示屏中，并把相關(guān)服務(wù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，以指導(dǎo)社會公眾更好地選擇行車路線，提升路網(wǎng)的利用效率。

2.3 硬件設(shè)計方法

2.3.1 公交車模塊的設(shè)計方法

公交車的模塊應(yīng)當(dāng)依據(jù)GPS測量出具體的位置以及速度等信息，并采用無線方式發(fā)送至ITS主控中心。公交車模塊是主控中心最為重要的數(shù)據(jù)來源之一。因?yàn)楣卉囅到y(tǒng)覆蓋了城市中最為重要的交通網(wǎng)絡(luò)，同時線路極為穩(wěn)定，因此利用公交車來收集數(shù)據(jù)較為經(jīng)濟(jì)可靠，與高清攝像頭的定點(diǎn)方式相比，該方法具備成本偏低、容易安裝以及覆蓋面較廣等特點(diǎn)，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。嵌入式微控制器是公交車模塊中的中心設(shè)備，不僅需要對GPS接收模塊所接收的GPS定位測速信息進(jìn)行實(shí)時處理并打包，還應(yīng)當(dāng)把位置和速度等相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送至主控中心。同時，對無線網(wǎng)絡(luò)模塊從主控中心所接收到的信息進(jìn)行處理后再交由LED顯示模塊以及語音提示模塊使用。無線通信網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)公交車模塊和主控中心之間的彼此通信。其位置、速度以及路況信息等均通過無線通信模塊進(jìn)行發(fā)送與接收。這樣就能實(shí)現(xiàn)公交車輛和主控中心之間的交互。因?yàn)槭褂肎PRS方式需要一定的帶寬，而由于帶寬有限，且國家在無線網(wǎng)絡(luò)以及無線寬帶上的投入持續(xù)增加，因此無線網(wǎng)絡(luò)因其高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全的特點(diǎn)將成為今后網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。筆者使用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行接入通信，這樣不僅能夠有效降低投入，還能適應(yīng)今后的發(fā)展所需。同時，LED顯示以及語音提示模塊被用以顯示從主控中心得到的相關(guān)路況類信息，將“下一輛車進(jìn)站所需時間、公交車前方的路況”等信息顯示給駕駛?cè)恕?/p>

2.3.2 公交站牌模塊設(shè)計方法

公交站牌模塊一般使用于公交車站點(diǎn)，主要運(yùn)用LED顯示本站信息及各條線路公交車的預(yù)計時間和到站時間等。公交站牌的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。無線通信技術(shù)能夠接收到ITS主控中心所發(fā)的實(shí)時路況信息以及本線路公交車輛的運(yùn)營信息等。輸入模塊能夠?qū)Ρ菊军c(diǎn)的站牌信息、站點(diǎn)等進(jìn)行初始化。因?yàn)檎九频奈恢靡话愣疾粫儎?，所以完全可通過輸入的方式獲得，大大減少了GPS的開支。依據(jù)嵌入式微控制器所接收的具體路況信息、公交車的實(shí)時運(yùn)行狀況信息以及本站的位置信息等內(nèi)容，可以分析并處理本站全部線路公交車輛的預(yù)計到站狀況，并應(yīng)用LED顯示模塊進(jìn)行顯示。LED顯示模塊不斷滾動以顯示出本站點(diǎn)中各線路最近所要到達(dá)的具體車況信息，從而顯示出ITS主控中心所發(fā)來的各類路況信息以及新聞等。例如，某路公交車正行駛在A路上，線路暢通，約5分鐘后可抵達(dá)本站：某路公交車正行駛在B路上，該線路擁堵十分嚴(yán)重，大約20分鐘后才能抵達(dá)本站。

2.3.3 顯示大屏模塊

顯示大屏模塊的設(shè)計類似于之前所述的公交站牌模塊，其差別之處在于顯示大屏并非安裝于公交車站之中，而是設(shè)置于本市的各個主要路段以供社會公眾了解當(dāng)前本市的主要路況信息，并公布該大屏所處位置附近的具體路況信息，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)用其指導(dǎo)與疏導(dǎo)交通的目的。

2.3.4 其他設(shè)備接入

該部分包含交警手持設(shè)備的接入與交通信號燈的接入。

（1）交警手持設(shè)備的接入。當(dāng)前我國諸多地區(qū)的交警干警配備有專用的手持設(shè)備或通信設(shè)備。智能交通系統(tǒng)可以充分利用這些現(xiàn)有設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能的拓展設(shè)計。交警所使用的手持設(shè)備可以和ITS主控中心聯(lián)結(jié)，而ITS主控中心可依據(jù)交警所處的位置把具體路況信息、疏導(dǎo)優(yōu)化的方案等呈現(xiàn)在交警面前，從而幫助其更好地指揮交通。

（2）交通信號燈的接入。城市中每一個交通信號燈的具體時間設(shè)置情況均會影響車流的急緩狀況，進(jìn)而影響到道路交通是否保持暢通。

2.4 軟件設(shè)計方法

ITS主控中心是智能交通系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)接收來自公交車模塊的各項信息，并依據(jù)GIS地圖所提供的信息，經(jīng)分析和處理后掌握實(shí)際路況信息，找到最佳行車路線，并確定路線優(yōu)化及排堵辦法等。ITS主控中心使用了經(jīng)典的三層架構(gòu)設(shè)計，即表示層、邏輯層以及數(shù)據(jù)層。其主要功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 結(jié) 語

綜上所述，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中后，不但提升了當(dāng)前交通系統(tǒng)的工作成效，還更方便現(xiàn)代人的生活。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)倚靠其在使用中所具備的靈活、便捷、組網(wǎng)方式多元化、不會受到環(huán)境影響等突出優(yōu)點(diǎn)而倍受歡迎。接下來應(yīng)在全面考慮目前各類交通情況的前提下提出全新的解決辦法，很好地提升目前已有路網(wǎng)的利用率，有效緩解當(dāng)前我國交通壓力過大等社會現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

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智能交通網(wǎng)絡(luò)范文第2篇

關(guān)鍵詞：Agent；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；XML

中圖分類號：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31692-02

Intelligence Agent in the Network Instruction System

YE Yan

(School of Information Engineering of Hubei Institute of Nationalities,Enshi 445000,China)

Abstract: Agent is a new developing technology in the artificial intelligence and computer software field. This text probe into Agent technology and how apply it into network instruction system in order to improve intelligence of the network instruction system. And provide intellectual Agent application mode and implementation method in the network instruction system. Brief to analyse advantages that Agent brings to online education.

Key words: Agent;Network instruction;XML

1 引言

Internet的迅速發(fā)展，為傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)和學(xué)習(xí)提供了新的思路和方法，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，它必將在教育科研的各個方面發(fā)揮越來越重要的作用。那么如何提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的智能化程度是目前教育技術(shù)領(lǐng)域的一個重大課題。人工智能領(lǐng)域中的Agent技術(shù)的出現(xiàn)為我們解決這個課題提供了強(qiáng)有力的支持。

2 Agent技術(shù)

隨著分布式人工智能（DAI）研究的深入而發(fā)展起來的Agent技術(shù)已經(jīng)成為AI（人工智能）及其它計算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的一個重要研究課題。由于所研究和關(guān)心的問題不同，Agent目前尚無被普遍接受的一般定義。但Wooldridge和Jennings在1995年提出了目前較權(quán)威的Agent定義，獲得了計算機(jī)領(lǐng)域?qū)＜业钠毡檎J(rèn)同。此定義包括了兩個子定義：

定義1（弱定義）：Agent用以最一般地說明一個軟硬件系統(tǒng)，它具有這樣的特性：①自治性（autonomy）, Agent可以在沒有人或其它Agent直接干預(yù)的情況下運(yùn)作，而且對自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)有某種控制能力；②社會性（scalability）：Agent和其它Agent（也可能是人）通過某種語言進(jìn)行信息交流；③反應(yīng)性（reactivity）: Agent能夠理解周圍的環(huán)境，并對環(huán)境的變化作出實(shí)時的響應(yīng)；④能動性（preciseness）：Agent不僅簡單地對其環(huán)境作出反應(yīng)，也能夠通過接受某些啟動信息，表現(xiàn)出有目標(biāo)的行為。

定義2（強(qiáng)定義）：Agent除了具備定義1中的所有特性外，還應(yīng)具備一些人類才具有的特性，如知識、信念、義務(wù)、意圖等。

總之，Agent是一個具有自治能力的實(shí)體，這個實(shí)體是一個由軟件支持下的系統(tǒng)（一般以軟件居多，這也是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)），這種軟件能夠在目標(biāo)的驅(qū)動下對環(huán)境的變化作出主動的反應(yīng)，完成特定的任務(wù)。

按照Agent的應(yīng)用可以分為單Agent系統(tǒng)和多Agent系統(tǒng)。

單Agent系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)本地的任務(wù)，也可以用于在網(wǎng)上進(jìn)行信息搜索。從結(jié)構(gòu)上分析，一般把單Agent分為慎思型Agent（Deliberative Agent）、反應(yīng)型Agent（Reactive Agent）和混合型Agent（Hybrid Agent）.

多Agent系統(tǒng)（MAS）是由一組獨(dú)立的但又協(xié)同工作的Agent構(gòu)成，Agent是其基本的組成單元，又是獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)體。MAS通過信息使若干個Agent保持獨(dú)立完成某一問題求解的能力，多個Agent相互協(xié)助以完成更復(fù)雜的問題求解。

3 基于智能Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)教育研究的不斷深入，認(rèn)知理論、建構(gòu)主義等新的教學(xué)理論不斷被引入到網(wǎng)絡(luò)教育中。建構(gòu)主義提倡在教師指導(dǎo)下的以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動性，又不忽視教師的主導(dǎo)作用。在這里，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者，而不是知識的提供者和灌輸者；學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，是意義的主動建構(gòu)者，而不是知識的被動接受者和被灌輸?shù)膶ο?。目前的網(wǎng)絡(luò)教育課程很大程度上是把傳統(tǒng)的教育課程搬到網(wǎng)上，教學(xué)方式單一，教學(xué)內(nèi)容沒有很好的針對性。

結(jié)合Agent技術(shù)，我們提出了一種新型的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模式。如圖1所示：

圖1 基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型

該系統(tǒng)可以采用B/A/S模式，即瀏覽器Browser/Agent/中心服務(wù)器Server?？蛻舳死脼g覽器上網(wǎng)，這樣不需要為不同的客戶端安裝不同的客戶程序，為復(fù)雜的分布式應(yīng)用提供了統(tǒng)一的環(huán)境。中間層是各種Agent，負(fù)責(zé)溝通客戶端和服務(wù)器。

3.1學(xué)生信息庫：用來記載每個學(xué)生的基本特征和學(xué)習(xí)特征，基本特征包括：姓名、登錄號、口令等；學(xué)習(xí)特征可以包括：學(xué)習(xí)的時間、內(nèi)容、學(xué)習(xí)的水平（初始水平、目前水平）、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能力級別等，為了節(jié)省存儲空間，學(xué)習(xí)特征可以記載最近幾次。

3.2知識庫：包含基本的學(xué)習(xí)資料和測試資料，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。能對每一個學(xué)習(xí)者提供專業(yè)的最大的資源數(shù)據(jù)，并可以通過教師的干預(yù)和學(xué)生的反應(yīng)對本身的知識庫進(jìn)行主動的調(diào)整和擴(kuò)充，主動從網(wǎng)絡(luò)上獲取相關(guān)的信息，重組成為更有意義的知識。

3.3教師Agent：當(dāng)教師登錄后，系統(tǒng)自動生成一教師Agent，這是教師與整個教學(xué)系統(tǒng)的接口。通過這個Agent，教師可以較好地實(shí)現(xiàn)與整個教學(xué)系統(tǒng)的交互，對教學(xué)的過程進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)和監(jiān)控。

3.4學(xué)生Agent：當(dāng)學(xué)生登錄后，系統(tǒng)自動生成一學(xué)生Agent，用來輔助學(xué)生與系統(tǒng)交互，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，從教學(xué)策略庫中尋找合適的教學(xué)策略給學(xué)生以指導(dǎo)，在學(xué)習(xí)結(jié)束后將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果返回學(xué)生信息庫。

3.5個性分析Agent：學(xué)生登錄后，系統(tǒng)也隨之生成個性分析Agent。個性分析Agent通過調(diào)用學(xué)生信息庫，查看學(xué)生以往的學(xué)習(xí)記錄，根據(jù)這些記錄為學(xué)生本次學(xué)習(xí)呈現(xiàn)最初的學(xué)習(xí)資料。個性分析Agent在學(xué)生的整個學(xué)習(xí)期間要不斷地分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，為用戶的下一步學(xué)習(xí)做相應(yīng)的準(zhǔn)備。個性分析Agent還負(fù)責(zé)將本次學(xué)習(xí)的最終分析結(jié)果返還給學(xué)生信息庫。在學(xué)生的整個學(xué)習(xí)期間，學(xué)生Agent和個性分析Agent之間要不斷進(jìn)行交互。

3.6問題求解Agent：對學(xué)生提出的某些問題進(jìn)行解答。要求智能化的程度較高，應(yīng)該在其他Agent的幫助下實(shí)時給出較為滿意的答案。如果有一些無法回答的問題則可以求助于教師。

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3.7評價Agent：可以自動生成針對不同學(xué)習(xí)者的測試題，來對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行評價，其根本目的在于為改進(jìn)課程的模式和內(nèi)容提供依據(jù)。

3.8管理Agent：負(fù)責(zé)從總體上協(xié)調(diào)各個Agent，對整個的教學(xué)情況作宏觀的調(diào)控。

以上列出來的這些Agent只是一些示范性的例子，并不表示覆蓋了Agent的全部。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)逐漸完善的過程中，將包含更多的Agent和資源。

基于智能Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，我們可以采用Java語言開發(fā)。因?yàn)镴ava的安全性和可移植性，簡化了Agent的開發(fā)，Java字節(jié)碼能夠在任何具有Java虛擬機(jī)的硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)平臺上運(yùn)行。

另外XML（Extensible Markup Language：可擴(kuò)展標(biāo)記語言）以其良好的數(shù)據(jù)存儲格式、可擴(kuò)展性、高度結(jié)構(gòu)化、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，現(xiàn)已成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的主流技術(shù)之一。XML提供了豐富的語法來存儲數(shù)據(jù)、攜帶數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)，能方便地在獨(dú)立的平臺之間交換數(shù)據(jù)和針對特定的應(yīng)用定義自己的標(biāo)記語言。Agent采用Java實(shí)現(xiàn)并且包含XML對象，稱為XML Agent。它具有以下特征：智能性，通用、簡單的數(shù)據(jù)交換等。XML Agent將邏輯和數(shù)據(jù)封裝在一起，在網(wǎng)絡(luò)間移動，能在具有Java運(yùn)行環(huán)境的節(jié)點(diǎn)直接處理。

4 基于智能Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)

Agent應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中，主要的優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面：

4.1實(shí)現(xiàn)了“個性化”教育

利用Agent的智能性可以針對每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，采取不同的教學(xué)方式，提供不同的教學(xué)資源，改變了傳統(tǒng)素質(zhì)教育的“一視同仁”，實(shí)施了個性化教學(xué)。

4.2人性化的交互界面

Agent引入后，教學(xué)系統(tǒng)和學(xué)習(xí)者的交互方式將發(fā)生根本的變革。在教學(xué)的過程中學(xué)生將感到與以往完全不同的教學(xué)氣氛，計算機(jī)隨時地“傾聽”學(xué)習(xí)者的聲音，并對教學(xué)過程進(jìn)行調(diào)整，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

4.3增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性

系統(tǒng)中的多個Agent是相互獨(dú)立而又彼此聯(lián)系的實(shí)體，易于維護(hù)和擴(kuò)充，從而提高了整個系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在發(fā)展網(wǎng)上教學(xué)的關(guān)鍵不是從物理意義上擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍，而應(yīng)該改善現(xiàn)有網(wǎng)上教學(xué)系統(tǒng)的性能。Agent技術(shù)的引入，使遠(yuǎn)程教育的智能化水平得到了質(zhì)的提高。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不斷完善和智能Agent技術(shù)的逐漸成熟，基于智能Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)將是未來網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展方向。

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智能交通網(wǎng)絡(luò)范文第3篇

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能交通系統(tǒng)；交通信息采集；智能公交系統(tǒng)

無線傳感網(wǎng)促進(jìn)智能交通的發(fā)展

智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)用在城市交通中主要體現(xiàn)在微觀的交通信息采集、交通控制和誘導(dǎo)等方面，通過提高對交通信息的有效使用和管理來提高交通系統(tǒng)的效率，主要是由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)通過傳感器采集車輛和路面信息，策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)(如通行量最大、或平均候車時間最短等)運(yùn)用計算方法(例如模糊控制、遺傳算法等)計算出最佳方案，并輸出控制信號給執(zhí)行子系統(tǒng)(一般是交通信號控制器)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種融合短程無線通訊技術(shù)、微電子傳感器、嵌入式系統(tǒng)的新技術(shù)，逐漸被用于智能交通系統(tǒng)等需要數(shù)據(jù)采集與檢測的相關(guān)領(lǐng)域?；贗EEE 802.15.4規(guī)范的ZigBee技術(shù)，具備以下良好特性：①功耗低，2節(jié)普通5號電池可支持一個節(jié)點(diǎn)工作6～24個月，②組網(wǎng)能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá)個節(jié)點(diǎn)，并支持樹狀、星狀、網(wǎng)狀等多種組網(wǎng)方式；③傳輸距離遠(yuǎn)，兩節(jié)點(diǎn)室外傳輸距離可達(dá)幾百米，在增加發(fā)射功率后可達(dá)幾千米?④可靠性高，具備多級安全模式，⑤成本低，開放的簡化ZigBee協(xié)議棧，工作在2.4GHz免執(zhí)照的ISM頻段。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)良特性，可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集提供一種有效手段，可以監(jiān)測路口各個方向上的車輛，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，改進(jìn)簡化、改進(jìn)信號控制算法，提高交通效率。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于執(zhí)行子系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)和引導(dǎo)子系統(tǒng)等方面。例如可以應(yīng)用該技術(shù)改進(jìn)信號控制器，實(shí)現(xiàn)智能公交系統(tǒng)的公交優(yōu)先功能。

用于ITS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

如圖1所示，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，安裝道路兩旁的匯聚節(jié)點(diǎn)組成一個自組織的多跳網(wǎng)狀Mesh基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，交通信息采集專用的傳感器終端節(jié)點(diǎn)與每個臨近的匯聚節(jié)點(diǎn)組成星型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，最終的數(shù)據(jù)將被匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以作為一個模塊安裝在交叉路口的交通信號控制器內(nèi)，通過信號控制器的專有網(wǎng)絡(luò)，將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到交管中心作進(jìn)一步處理。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中，匯聚節(jié)點(diǎn)可以安裝在路邊立柱、橫杠等交通設(shè)施上，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以集成再交叉路口的交通信號控制器內(nèi)，專用傳感器終端節(jié)點(diǎn)可以填埋在路面下或者安裝在路邊，道路上的運(yùn)動車輛也可以安裝傳感器節(jié)點(diǎn)動態(tài)加入傳感器網(wǎng)絡(luò)。

采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通信息采集

在交通信息采集中，終端節(jié)點(diǎn)可采用非接觸式地磁傳感器來定時收集和感知區(qū)域內(nèi)車輛的速度、車距等信息。當(dāng)車輛進(jìn)入傳感器的監(jiān)控范圍后，終端節(jié)點(diǎn)通過磁力傳感器來采集車輛的行駛速度等重要信息，并將信息傳送給下一個定時醒來的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)下一個節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到該車輛時，結(jié)合車輛在兩個傳感器節(jié)點(diǎn)間的行駛時間估計，就可估算出車輛的平均速度。多個終端節(jié)點(diǎn)將各自采集并初步處理后的信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得道路車流量與車輛行使速度等信息，從而為路通信號控制提供精確的輸入信息。通過給終端節(jié)點(diǎn)安裝溫濕度、光照度、氣體檢測等多種傳感器，還可以進(jìn)行路面狀況、能見度、車輛尾氣污染等檢測。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在ITS中的應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)智能公交系統(tǒng)中的公交優(yōu)先功能需要對現(xiàn)有交通信號控制器進(jìn)行改造。通過添加傳感器等輔助設(shè)備，交通信號控制器可以估算出公交車輛到達(dá)交叉路口的時間(旅行時間)，計算出公交車輛在路口是否需要給予優(yōu)先(可選擇乘客數(shù)量作為優(yōu)先權(quán)重)，然后選擇合適的優(yōu)先控制策略，通過調(diào)整綠信比來優(yōu)先放行公交車輛。交通信號控制器的改造包括：①車載無線通訊終端節(jié)點(diǎn)，②交叉路通信號控制器上集成無線網(wǎng)關(guān)；③用于公交車輛定位的終端節(jié)點(diǎn)；通過構(gòu)建基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)上述功能。當(dāng)要臨近路口時，車載ZigBee無線終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行公交車輛信息廣播，路邊部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取信息后，公交車輛定位的終端節(jié)點(diǎn)對其跟蹤獲取信息并匯聚到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，通過內(nèi)部連接最后信息傳送給交通信號控制器，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)先處理。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能設(shè)計

在ITS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照功能不同，需要分別進(jìn)行設(shè)計。終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件功能如圖3所示。終端節(jié)點(diǎn)安裝不同的傳感器用于運(yùn)動車輛信息采集和道路信息獲取等。其功能實(shí)現(xiàn)可按照精簡功能設(shè)備(RFD，ReducedFunction Device)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)按照星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，在固定時間點(diǎn)由睡眠狀態(tài)醒來與匯聚節(jié)點(diǎn)主動通訊。信息路由則交給父(匯聚)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成，降低了節(jié)點(diǎn)功耗和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。匯聚節(jié)點(diǎn)是終端節(jié)點(diǎn)軟件功能上的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，允許更多重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。可按照全功能設(shè)備(FFD，F(xiàn)ull Function Device)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中所需要的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)成員地址、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等，還負(fù)責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)初步處理并交付交通信號控制器傳輸?shù)缴弦患壭畔⒅行?，需要較多存儲空間、計算及通訊能力。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件功能設(shè)計

現(xiàn)有較多的無線傳感網(wǎng)解決方案，包括各芯片產(chǎn)商推出的單片機(jī)外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MCl319x和MCl320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產(chǎn)商推出了單芯片解決方案，如TI CC2430延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器；Freescale的MCl321x/MCl322x和Jennic的JN5121/JN513x單芯片解決方案等。

?基于Atmel的AT86RF230射頻芯片和AVR單片機(jī)設(shè)計方案

典型的終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)低功耗ATMegall281V MCU作為系統(tǒng)控制核心。采用512KB的AT45DB041D作為外部程序存儲器。射頻模塊使用Atmel的支持ZigBee

協(xié)議的AT86RF230，RF功率達(dá)到3dBm，室外傳輸距離可達(dá)300米以上節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展接口可連接模擬輸入、數(shù)字I/O、12C、SPI和UART接口，這些擴(kuò)展接口使其易于與傳感器及其它外設(shè)連接，例如外接光度、溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。

?基于TI的CC2420芯片和ARM單片機(jī)設(shè)計方案

在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時，需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路由協(xié)議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節(jié)點(diǎn)采用了Marvell PXA271高性能、低功耗處理器。該處理器使用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，頻率范圍13MHz～416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優(yōu)良的動態(tài)電源管理技術(shù)。此外，該處理器封裝內(nèi)集成三個芯片256KB SRAM，32MB FLASH以及32MB SDRAM，減小了體積。通過提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類的傳感器。該處理器還支持一個MMX協(xié)處理器，提高多媒體處理能力，可以用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的語音和圖像處理。Imote2使用TI的CC2420 ZigBee射頻芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送功率一24～0dBm。有效通訊距離是30米，可以通過SMA接口外接天線來增加傳輸距離。

?節(jié)點(diǎn)設(shè)計其他考慮

在智能交通系統(tǒng)專用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計時需要如下考慮：①節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計。終端節(jié)點(diǎn)都是電池(可用太陽能蓄電池)供電。②節(jié)點(diǎn)成本要低廉。在進(jìn)行大規(guī)模交通信息采集等部署時，節(jié)點(diǎn)成本將是項目關(guān)鍵。③節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及存儲能力。一些節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行高速信息采集并且運(yùn)行識別算法，所以需要數(shù)據(jù)處理能力。還需要考慮在有限的空間之內(nèi)存儲程序、數(shù)據(jù)、以及支持代碼在線更新等功能。④此外，根據(jù)不同應(yīng)用場合的需要，無線傳感器節(jié)點(diǎn)要具有不同的傳感器接口，能外接不同的傳感器。其中，能耗管理應(yīng)該作為重點(diǎn)考慮。特別是采用32位ARM處理器外接射頻芯片的解決方案，需要有效降低節(jié)點(diǎn)能耗，需要在系統(tǒng)級軟件上進(jìn)一步改善能耗管理，例如優(yōu)化TinyoS或嵌入式Linux電源管理功能。

智能交通網(wǎng)絡(luò)范文第4篇

1.1“3S”技術(shù)簡述

“3S”技術(shù)由RS、GIS以及GPS這三種技術(shù)構(gòu)成，它具備著很多傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，不僅能夠?qū)Σ杉嚓P(guān)的有用信息資料，還能夠進(jìn)行定性與定量分析和管理，因此具有非?，F(xiàn)實(shí)的推廣意義。

1.2智能交通簡述

智能交通系統(tǒng)是把先進(jìn)的數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)應(yīng)用在整個地面交通管理系統(tǒng)中而搭建起來的，它是交通系統(tǒng)一個長期的發(fā)展趨勢。在智能交通系統(tǒng)里面，車輛在這個系統(tǒng)中靠自己的智能在公路上自由行駛，公路靠自身的智能把交通流量控制到最優(yōu)，管理人員借助于這個系統(tǒng)，可以清楚地掌握道路、車輛的行蹤情況。智能交通系統(tǒng)是在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用，并且準(zhǔn)確、實(shí)時、高效的一種綜合交通運(yùn)輸管理模式。1.3結(jié)合“3S”技術(shù)與智能交通在智能交通系統(tǒng)發(fā)展的過程中，“3S”技術(shù)處于一個極為關(guān)鍵的地位，它能夠提供必要的空間數(shù)據(jù)及交通信息的獲取、處理、分析、可視化的理論和技術(shù)指導(dǎo)智能交通系統(tǒng)。“3S”提供了關(guān)鍵技術(shù)給數(shù)據(jù)庫建設(shè)、智能交通系統(tǒng)信息采集。并且其經(jīng)過多年在交通領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，正逐步建立合適交通系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)模型、時空數(shù)據(jù)分析及時空基準(zhǔn)等理論基礎(chǔ)，逐步促進(jìn)了一個可以采集有價值的信息源，同時還能夠融合處理相關(guān)信息、進(jìn)行交通行業(yè)有關(guān)數(shù)據(jù)的集中、傳輸表達(dá)交通信息等功能的有效實(shí)現(xiàn)，在交通、導(dǎo)航、工業(yè)、建筑以及服務(wù)業(yè)等各行各業(yè)中得到了廣泛的推廣。

2“3S”技術(shù)的發(fā)展背景

“GPS”建立在無線電定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，它是以距離為基本測量單位，通過對多顆衛(wèi)星同時進(jìn)行偽距離測量來確定接收機(jī)的方位，由于是在極短時間內(nèi)完成測距的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量。GIS是這幾年發(fā)展起來的把計算機(jī)圖形與數(shù)據(jù)庫融為一體，儲存與處理空間信息的一種新科技，它有機(jī)地結(jié)合起地理位置與相關(guān)屬性來，根據(jù)具體情況圖文并茂、準(zhǔn)確真實(shí)地給用戶輸出，滿足人們生活、企業(yè)管理、城市規(guī)劃、工程建設(shè)等對空間信息的要求，借助它特有的可視化表達(dá)與空間分析功能，進(jìn)行各種輔助決策。同時讓GIS與公路交通行業(yè)的具體工作情況相聯(lián)系，應(yīng)用先進(jìn)的計算機(jī)等科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)建一個完善的交通地理信息管理系統(tǒng)，可以提高公路交通工作的經(jīng)濟(jì)性和社會性。

3“3S”技術(shù)在現(xiàn)代交通管理中的應(yīng)用

對“3S”技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠提供準(zhǔn)確的交通信息及新的技術(shù)方法給交通規(guī)劃與交通管理部門，為他們進(jìn)行道路規(guī)劃、重點(diǎn)路口的監(jiān)控、車輛引導(dǎo)、輔助決策等具有極為明顯的作用，尤其在智能導(dǎo)航、交通運(yùn)輸安全、信息服務(wù)、交通管理、物流管理等方面的應(yīng)用更為顯著，在智能交通系統(tǒng)中這些應(yīng)用起著越來越重要的地位。

3.1物流管理

“3S”技術(shù)的物流管理模式，是以物流管理模式是指以貨物流作為重要的前提條件，使貨物流可以與信息流得到相互印證的效果，對交通運(yùn)輸工具設(shè)施、貨物監(jiān)督管理與檢查等方面進(jìn)行全程的動態(tài)有效監(jiān)督，它是一種高效率的新型物流管理形式與方法。這種新型模式可以使地圖顯示、車輛定位控制、通訊傳輸?shù)裙δ苡袡C(jī)地結(jié)合在一起，與此同時，還能夠應(yīng)用GIS特有的功能（例如強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析研究的功能、創(chuàng)建模型的功能、高效率的查詢和匹配功能），另外還可以依據(jù)GPS的精確定位功能、覆蓋率大的無線通信線路及網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的功能，對運(yùn)輸貨物的實(shí)時情況進(jìn)行較為精確的監(jiān)控。

3.2道路交通管理

利用通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，同時借助地理信息系統(tǒng)進(jìn)行建立有效的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控，同時還可以利用系統(tǒng)對緊急情況進(jìn)行及時的反映，以便相關(guān)人員作出處理；應(yīng)用公路網(wǎng)絡(luò)有價值的信息，同時使過去與現(xiàn)時的交通信息相結(jié)合進(jìn)行綜合的分析，對長短期交通車輛的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)估；結(jié)合行車流量、公路網(wǎng)絡(luò)情況、行駛者的具體行為以及環(huán)境等因素，進(jìn)行公路網(wǎng)絡(luò)交通需求生成機(jī)理的深入探究，對出現(xiàn)路網(wǎng)堵塞的原因進(jìn)行及時的反映與分析，同時還可以幫助普及人員在面臨特殊情況時人員與交通疏散知識；同時利用全球定位系統(tǒng)與RS技術(shù)，同時結(jié)合攝影測量技術(shù)，還可以對交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備的病害情況進(jìn)行有效的監(jiān)控，對公路橋梁、路面路基工程等重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施情況進(jìn)行檢驗(yàn)，及時識別設(shè)施的病害情況，以便相關(guān)人員進(jìn)行維修操作，確保交通基礎(chǔ)設(shè)施能夠安全而高效地發(fā)揮其功能。

3.3智能導(dǎo)航

通過接收衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，車載終端能夠確定車輛當(dāng)前所處的位置、狀態(tài)與行駛速度等信息，可以快速方便地根據(jù)地理信息系統(tǒng)的圖形界面確定GPS接收機(jī)當(dāng)前所處的地理據(jù)點(diǎn)，同時可以對全球定位系統(tǒng)運(yùn)動目標(biāo)的具體軌跡情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，利用無線通信等先進(jìn)的技術(shù)，反映不同時間節(jié)點(diǎn)的交通信息情況，然后應(yīng)用路線圖或語音對行駛者的行駛路徑進(jìn)行準(zhǔn)確的指導(dǎo)，制定更為人性化與個性化的先進(jìn)導(dǎo)航方案。

3.4道路交通安全

同時在公路的交通安全領(lǐng)域，信息化技術(shù)應(yīng)用的頻率也不斷提高，“3S”技術(shù)可以使智能化的識別功能、智能化的控制功能、多傳感器等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)得到有機(jī)的結(jié)合，通過車輛自身安置的紅外線、傳感和攝像等設(shè)備，應(yīng)用終端服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)存貯的數(shù)字化地圖與數(shù)據(jù)庫，達(dá)成多種功能集合的輔助駕駛（例，道路轉(zhuǎn)彎處自動轉(zhuǎn)向、安全車距提示、超速提醒、緊急情況自動報警、道路障礙的自動識別等）。并且，能夠準(zhǔn)確及時地接收來自道路管理各部門的指導(dǎo)信息，從而確保安全駕駛。此外，“3S”技術(shù)提供了一個集成平臺將路網(wǎng)維修、路網(wǎng)監(jiān)控、路網(wǎng)管理、交警以及特況救援等方面與通訊系統(tǒng)形成一個有機(jī)的整體，能夠?qū)崟r地提供道路養(yǎng)護(hù)管理、現(xiàn)場緊急處理與事故信息等服務(wù)給道路管理者。

3.5交通信息服務(wù)

交通信息服務(wù)是使車載終端服務(wù)器和現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合起來，對路網(wǎng)上的行車情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，包括車輛的絕對與相對位置信息，通過這一毓的處理，提供與位置有關(guān)的交通信息服務(wù)，另外還可以幫助用戶進(jìn)行決策，滿足用戶廣泛的需求。近年來，空間信息不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了與氣候、商業(yè)據(jù)點(diǎn)、路網(wǎng)堵塞情況信息等多種的融合，可以為行駛者提供更為全面的信息化服務(wù)。

4結(jié)束語

智能交通網(wǎng)絡(luò)范文第5篇

關(guān)鍵詞：ICAI；系統(tǒng)模型；教學(xué)策略；綜合集成方法論MSM；現(xiàn)代教育技術(shù)

中圖分類號：G250.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1673-8454(2012)01-0030-04

計算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，簡稱CAI）是利用計算機(jī)來模擬教師的行為，通過學(xué)生與計算機(jī)之間的交互活動來達(dá)到教學(xué)的目的。即在計算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動，主要是以對話方式和學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個個人化的學(xué)習(xí)環(huán)境，綜合應(yīng)用多媒體、知識庫等計算機(jī)技術(shù)，這是傳統(tǒng)CAI的主要應(yīng)用方式。

在沒有智能系統(tǒng)支持的情況下，傳統(tǒng)CAI盡管可能具有良好的教學(xué)材料模型，但它往往僅借助于計算機(jī)來展示教學(xué)內(nèi)容，并不能很好地根據(jù)它所教學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，以不同的教學(xué)策略和教學(xué)方法來教授；只是盲目地傳授知識給學(xué)生，如果某個學(xué)生不能接受提供的教學(xué)策略，系統(tǒng)沒有為這個學(xué)生提供可供選擇的另外的教學(xué)策略。目前使用的絕大多數(shù)CAI是將全部教學(xué)信息以編程方式預(yù)置于課件中，這樣的CAI課件一旦制作完成，很難對課件進(jìn)行更新和維護(hù)，尤其是在這樣的CAI系統(tǒng)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)仍然處于被動狀態(tài)，即完全受計算機(jī)控制。

一、智能化計算機(jī)輔助教學(xué)概念

現(xiàn)代教育技術(shù)的日益發(fā)展以及與其他領(lǐng)先技術(shù)的結(jié)合，必然促使計算機(jī)輔助教學(xué)CAI的進(jìn)一步發(fā)展。人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAI產(chǎn)生的基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能化CAI，就是現(xiàn)代信息化社會發(fā)展的產(chǎn)物，并在教育教學(xué)領(lǐng)域中有很好的發(fā)展前景。

人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它的目標(biāo)是構(gòu)造能表現(xiàn)出一定智能行為的，目的就是讓計算機(jī)這臺機(jī)器能夠像人一樣思考。人工智能的研究更多地是結(jié)合具體領(lǐng)域進(jìn)行的，主要研究領(lǐng)域有專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、博弈、智能決定支持系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。人工智能技術(shù)與專家系統(tǒng)的成就，促使人們把問題求解、知識表示這些技術(shù)引入CAI，并借助于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來實(shí)施，這便是智能型計算機(jī)輔助教學(xué)。

智能計算機(jī)輔助教學(xué)ICAI（Intelligence Computer Assisted Instruction）屬于人工智能的一個分支，是以認(rèn)知科學(xué)和思維科學(xué)為理論基礎(chǔ)，綜合人工智能技術(shù)，教育心理學(xué)等多門學(xué)科的知識對學(xué)生實(shí)施教育的一門新的教育技術(shù)。ICAI通過研究人類學(xué)習(xí)思維的特征和過程，探索學(xué)習(xí)知識的模式，利用信息化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使學(xué)生獲得個別化自適應(yīng)性學(xué)習(xí)的獲取知識方法，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有針對性，更有效。

ICAI依靠人工智能技術(shù)的進(jìn)步，主要應(yīng)在因材施教方面取得進(jìn)展。其主要特點(diǎn)是:

（1）能自動生成適合學(xué)習(xí)者程度的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（2）能根據(jù)學(xué)生的不同認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)風(fēng)格選擇教學(xué)策略和教學(xué)方法。

（3）能評價學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，并不斷地在教學(xué)中改善教學(xué)策略。

二、智能化計算機(jī)輔助教學(xué)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，在一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、加拿大、英國、法國、澳大利亞等，CAI已經(jīng)普遍存在于學(xué)校和家庭中，正起著越來越大的作用。而ICAI的研究還處于初始階段。目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究主要集中在CAI和ICAI的優(yōu)缺點(diǎn)比較，ICAI的理論來源、系統(tǒng)特征、模塊建設(shè)、發(fā)展趨勢等基礎(chǔ)理論知識的研究，基于相關(guān)課程或?qū)W科的實(shí)踐研究還比較少見。智能教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于需要考慮的因素較多，系統(tǒng)比較龐大，同時也依賴于人工智能等技術(shù)的發(fā)展,因而要建立完善的ICAI還是比較困難的。[1]因此ICAI有很大的理論和實(shí)踐發(fā)展空間。

完善的ICAI系統(tǒng)需能夠充分調(diào)動學(xué)生的主動性，并能通過分析推理，對某具體學(xué)生做出適合的教學(xué)決策。使學(xué)生獲得個別化自適應(yīng)性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方法，達(dá)到因材施教的目的。人工智能技術(shù)的發(fā)展必將會對ICAI的發(fā)展起到巨大的推動作用。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，21世紀(jì)的教育教學(xué)輔助手段將是以ICAI為主線，多學(xué)科、多方位發(fā)展的新技術(shù)的體現(xiàn)，越來越多的教育工作者會從更多的視角審視ICAI，并從事ICAI的研究。相信ICAI將會在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中有更廣泛的應(yīng)用。

“現(xiàn)代教育技術(shù)”既是教育技術(shù)專業(yè)的必修課程，也是大中專院校廣泛設(shè)置的選修課程，適用范圍非常廣泛。本文以《現(xiàn)代教育技術(shù)》這門課程為主要研究對象，來研究智能化教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計在具體實(shí)踐中的應(yīng)用。

三、ICAI決策系統(tǒng)的理論依據(jù)

1.綜合集成理論

教育是以人為主體參與的活動，而人本身就是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，因此以這種大量的復(fù)雜巨系統(tǒng)為子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)――教育系統(tǒng)，是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)。依據(jù)系統(tǒng)與其環(huán)境是否有物質(zhì)、能量和信息的交換，將系統(tǒng)劃分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)受到教師、同學(xué)、家庭及社會等因素的影響，所以教育系統(tǒng)是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。

錢學(xué)森的理論和實(shí)踐研究表明：現(xiàn)在能用的、惟一能有效處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法，就是定性定量相結(jié)合的綜合集成方法論。綜合集成方法論（Meta-synthesis Methodology MSM）是方法論上的創(chuàng)新，它是研究復(fù)雜巨系統(tǒng)和復(fù)雜性問題的方法論。[2]定性定量相結(jié)合的綜合集成方法是將專家群體(各種有關(guān)的專家)、數(shù)據(jù)和各種信息與計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，把各種學(xué)科的科學(xué)理論和人的經(jīng)驗(yàn)知識結(jié)合起來，發(fā)揮這個系統(tǒng)的整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢。[3]它把人的經(jīng)驗(yàn)、知識、智慧以及各種情況、資料和信息系統(tǒng)集成起來，從多方面定性認(rèn)識上升到定量認(rèn)識，從而達(dá)到解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的目的。在解決問題的過程中，專家群體和專家的經(jīng)驗(yàn)知識起著重要的作用。

教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它是由教育系統(tǒng)的復(fù)雜性決定的。教育系統(tǒng)具有復(fù)雜系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，它在結(jié)構(gòu)與功能上表現(xiàn)為規(guī)模大、相關(guān)因素多且相關(guān)方式復(fù)雜、目標(biāo)多樣等；在運(yùn)動上表現(xiàn)為隨機(jī)性、非線性等。用一般的理論方法無法全面合理地解決這一不良結(jié)構(gòu)的問題，本研究嘗試用綜合集成方法論來指導(dǎo)、分析教學(xué)設(shè)計智能化過程。因此，運(yùn)用綜合集成理論的方法來研究教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)，探討具體科目的教學(xué)設(shè)計在設(shè)計過程中遇到的復(fù)雜性問題，進(jìn)而構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)，具有重要的理論和實(shí)踐價值。

2.教學(xué)設(shè)計理論

本文采用“雙主”教學(xué)模式作為ICAI的教學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ)?！半p主”教學(xué)模式既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用又能充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者認(rèn)知主體作用，是在教師主導(dǎo)下的課堂中能讓學(xué)習(xí)者參與進(jìn)來共同學(xué)習(xí)的一種教學(xué)模式。

基于“雙主”的教學(xué)模式，要求根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)目標(biāo)等多種因素的不同情況研究它們的結(jié)合方式，以使系統(tǒng)達(dá)到理想的教學(xué)效果。

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI相對于傳統(tǒng)的CAI來說，充分體現(xiàn)了“雙主”的教學(xué)模式。ICAI中有專門分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式和認(rèn)知水平的學(xué)生模型，有專門為不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇不同的學(xué)習(xí)策略的策略庫模型（也稱為教師模型），有評價學(xué)習(xí)效果并反饋給系統(tǒng)的評價模型。學(xué)生模型是對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征進(jìn)行分析，包括學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知水平。策略庫模型包含有豐富教學(xué)策略和有一個智能推理機(jī)，能根據(jù)學(xué)生模型的信息和學(xué)習(xí)目標(biāo)為學(xué)習(xí)者選擇合適的學(xué)習(xí)策略，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。

3.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

當(dāng)代建構(gòu)主義者主張，世界是客觀存在的，但是對于世界的理解和賦予意義卻是由每個人自己決定的。建構(gòu)主義者認(rèn)為學(xué)習(xí)者要以自己的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)來建構(gòu)現(xiàn)實(shí)，或者至少說是在解釋現(xiàn)實(shí)，每個人的經(jīng)驗(yàn)世界是用自己的頭腦創(chuàng)建的。

學(xué)習(xí)過程同時包含兩方面的建構(gòu)：一方面是對新知識意義的建構(gòu)，同時又包含對原有經(jīng)驗(yàn)的改造和重組。建構(gòu)主義者強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中能夠靈活地建構(gòu)起用于指導(dǎo)實(shí)踐活動的圖式，這種圖式是對概念的豐富理解，依據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)背景的不同而不同。

教學(xué)應(yīng)當(dāng)把學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗(yàn)作為新知識的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有的知識經(jīng)驗(yàn)中，生長新的知識經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉(zhuǎn)換。

ICAI伴隨著這種理論的發(fā)展而發(fā)展，它注重的是由學(xué)習(xí)者來控制學(xué)習(xí)過程，重視學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)習(xí)者主動構(gòu)建對自己有意義的知識的活動。基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI積極地為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)習(xí)者用他們已有的知識去建構(gòu)、生成、整合新的知識。

4.教學(xué)處方理論

“教學(xué)處方理論”是鄭永柏博士于1998年提出的一種新型適合于信息化教學(xué)設(shè)計的理論，他通過對教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論和計算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)計方面的研究，建構(gòu)了一種新型的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論――教學(xué)處方理論。該理論主要包括：六個基本概念、一個理論框架、三條基本原理和兩個關(guān)于教學(xué)設(shè)計的知識庫。[4]

該理論指出教學(xué)處方可以看作是教學(xué)設(shè)計者(有時可以看作是教師)依據(jù)系統(tǒng)分析后使用的各種教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容處理模式的組合；說明了在特定教學(xué)條件下對特定教學(xué)結(jié)果的教學(xué)，以不同的學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論為指導(dǎo)將會采用不同的教學(xué)方法，即教學(xué)處方，這也是本研究的核心內(nèi)容，是該系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)理論?！敖虒W(xué)處方理論”具有更好的包容性、開放性，能夠吸收和容納豐富的學(xué)習(xí)和教學(xué)研究成果。

四、ICAI系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)

1.前端分析模塊：認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)動機(jī)、認(rèn)知風(fēng)格

前端分析是美國學(xué)者哈利斯（Harless，J．）在1968年提出的一個概念，指的是在教學(xué)設(shè)計過程開始的時候，先分析若干直接影響教學(xué)設(shè)計但又不屬于具體設(shè)計事項的問題，本文主要指認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)動機(jī)和認(rèn)知風(fēng)格方面的分析。前端分析模塊主要是建立相應(yīng)的學(xué)生特征類型的數(shù)據(jù)庫。

認(rèn)知能力的測量采用認(rèn)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價六個維度，每個維度有“優(yōu)、良、中、差”四個選項。通過數(shù)據(jù)分析找出學(xué)習(xí)者的現(xiàn)狀和期望之間的差距，確定需要解決的問題是什么，并確定問題的性質(zhì)，形成不同層次的教學(xué)設(shè)計項目的目標(biāo)。

學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)動機(jī)通過專門的量表來收集數(shù)據(jù)。

2.內(nèi)容分析模塊

教學(xué)內(nèi)容分析就是在確定好總教學(xué)目標(biāo)的前提下，借助歸類分析法、圖解分析法、層級分析法、信息加工分析法等方法，分析學(xué)習(xí)者要實(shí)現(xiàn)總的教學(xué)目標(biāo)，需要掌握哪些知識、技能或形成什么態(tài)度。通過對教學(xué)內(nèi)容的處理，確定學(xué)習(xí)者所需學(xué)習(xí)內(nèi)容的范圍和深度，確定內(nèi)容各組成部分之間的關(guān)系，為以后教學(xué)順序的安排奠定好基礎(chǔ)。

對教學(xué)內(nèi)容的處理主要包括：教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)內(nèi)容的編排、確定單元目標(biāo)及對內(nèi)容進(jìn)行初步評價、分析教學(xué)內(nèi)容類別及性質(zhì)等四個基本方面。在構(gòu)建規(guī)定性教學(xué)內(nèi)容處理模式庫時，應(yīng)對上述四個方面提供具體的方法。[5]

3.決策模塊

教學(xué)策略（處方）的制定就是根據(jù)特定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象等條件，來合理地選擇相應(yīng)的教學(xué)順序、教學(xué)方法、教學(xué)組織形式。在數(shù)據(jù)庫中建立可供選擇的不同的教學(xué)策略（處方），是本文所研究的ICAI系統(tǒng)的主要模塊，也是特色模塊。

教學(xué)策略（處方）的制定包括教學(xué)順序的確定、教學(xué)方法的選擇、教學(xué)組織形式的選擇等。教學(xué)順序的確定就是要確定教學(xué)內(nèi)容各組成部分之間的先后順序；教學(xué)方法的選擇就是要通過講授法、演示法、討論法、練習(xí)法、實(shí)驗(yàn)法、示范模仿法等不同方法的選擇，來激發(fā)并維持學(xué)習(xí)者的注意和興趣，傳遞教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)組織形式主要有集體授課、小組討論和個別化自學(xué)三種形式，各種形式各有所長，須根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的選擇。教學(xué)策略的制定是根據(jù)具體的目標(biāo)、內(nèi)容、對象等來確定的，要具體問題具體分析，不存在能適用于所有目標(biāo)、內(nèi)容、對象的教學(xué)策略。

4.評價模塊

在基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI的評價模塊，要依據(jù)前面確定的教學(xué)目標(biāo)，運(yùn)用評價量表，分析學(xué)習(xí)者對預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況，主要收集三個方面的基本信息，一是要收集關(guān)于教師對教學(xué)設(shè)計方案和教學(xué)方案實(shí)施結(jié)果的滿意度的信息數(shù)據(jù)，二是要收集關(guān)于學(xué)習(xí)者對教學(xué)過程、教學(xué)策略的適應(yīng)性的信息數(shù)據(jù)，三是要看與其他方法相比，本處方中所采用的方法是否有獨(dú)到之處，是否有不足之處。[6]在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容的修改和完善提出建議，并以此為基礎(chǔ)對ICAI各個環(huán)節(jié)的工作進(jìn)行相應(yīng)的修改。

5.ICAI系統(tǒng)模型框圖

學(xué)習(xí)者前端數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫包括：認(rèn)知結(jié)構(gòu)測量及分析系統(tǒng)、學(xué)習(xí)動機(jī)測量及分析系統(tǒng)、學(xué)習(xí)風(fēng)格測量及分析系統(tǒng)和學(xué)生基本信息系統(tǒng)。系統(tǒng)模型如圖所示。

五、ICAI決策系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源

本課題實(shí)踐研究的調(diào)查對象來自云南大學(xué)，是2008屆市場營銷教育和財會教育本科生，共89人，課程設(shè)置為現(xiàn)代教育技術(shù)。學(xué)生調(diào)查表包括本科生基本信息表，所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表，學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力調(diào)查問卷，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)調(diào)查問卷四份表格組成。實(shí)際收到數(shù)據(jù)表89份，有效數(shù)據(jù)表75份。數(shù)據(jù)表中的信息選項根據(jù)所占權(quán)重，統(tǒng)一折合成百分制進(jìn)行處理。

六、總結(jié)

本文把教學(xué)設(shè)計理論、方法與“現(xiàn)代教育技術(shù)”課程相結(jié)合，擬研發(fā)出一個基于綜合集成方法論的廣義智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計輔助系統(tǒng)。主要研究成果如下：

（1）把綜合集成方法論引入解決教學(xué)設(shè)計這一不良結(jié)構(gòu)問題；

（2）結(jié)合數(shù)字化方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，它能對學(xué)習(xí)者進(jìn)行數(shù)字化的前端分析；

（3）它所自動化給出的教學(xué)設(shè)計方案，可為青年教師提供良好借鑒，有利于教師因材施教、因風(fēng)格施教、因需要施教；

（4）它所自動化給出的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)建議方案，有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)。

現(xiàn)有的CAI存在的許多問題隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)而顯得越來越不能適應(yīng)新環(huán)境的需求，因此以基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI為代表的新計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，將是教育教學(xué)研究人員在教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實(shí)現(xiàn)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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