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物联网之浅见——笔记摘记

已有 3505 次阅读 2011-6-7 17:09 |个人分类:科技评论|系统分类:科研笔记| 物联网, 笔记

物联网之浅见——笔记摘记

杨顺楷     四川  成都

 

近日在长三角某地的论坛上,听取了 YH教授有关“物联网的发展趋势”高级科普报告,很受教益。提升了对此前沿热点领域的认知——物联网(Internet of things)及其高速发展态势,对时时灌入耳畔的“云计算”“海量数据”“生物信息学”……等科学术语有了一定入门程度的了解。物联网概念由美国MIT科学家于1999年提出,2005由国际电信联盟(ITU)等扩充发展。其架构,即层次结构包含应用层,网络层,及感知层,用符号表达为:聚焦数据海——C3SD,即由计算(C1)系统,通信(C2)系统,控制(C3)系统,数据海(data)和感知系统(senser)组成。

CPS,即信息物理系统(cyber physical systems)是指作为计算进程和物理进程的统一体,是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。它通过人机交互接口实现和物理进程的交互,使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。从而实现物理世界和信息世界的交流互动。

智慧尘埃((smart dust

CPI,微型化(传感器)/简便/省电/灵活

云计算:新技术新商机……,云起源于海---数据海---海量数据处理

2000年起,Prof及其团队开展了中美两国1百万册数字图书馆(CADAL)项目工作,已经取得的一期建设成效有:

1.      主动信息服务

2.      知识挖掘与新的归类

3.      新型阅读方式,如数据挖掘/ 知识组织

4.      书法服务,如“中国工程院”5个字体经由该系统处理,由数据海﹏计算云得出以苏东坡书法为最佳

5.      文学编年史平台构建,如以曹操之人际关系网为例说明

6.      系统功能研讨以中药知识服务为例,如何从《本草纲目》及其后的衍生知识,经由中药到方剂,推演到病症,归纳为特征提取/ 信息提取,推进中医药的现代化

7.      数字图书馆体系架构,即由海量数据(核心)——云计算平台,故称之“数据为王”

其它,如浙大在生物机器人研制,实现了对老鼠的人工智能控制;更广泛地应用于智能电网,智能物流,智能家居,以及精细农业,例如美加州在80年代实施了农业生态环境监测,法国在果园的精细化管理都取得不错的进展。

 

我国在生物工程方面的工业应用当数华东理工大学张嗣良教授及其团队10多年来取得的一系列成果给人以深刻印象。1999年他们在饲料级金霉素发酵中,首次采用了网络数据通信技术,实现在内蒙呼和浩特与上海间远程发酵过程实时诊断,把50L发酵罐实验室成果直接放大到120M3生产发酵罐,使得该发酵水平提高30%以上;其后在基因工程菌植酸酶表达工业应用,基因工程疟疾疫苗生产,氨基酸发酵生产,光合生物反应器藻类大规模培养,微生物农药发酵生产等方面推广应用,都证明应用该传感技术,可以将生物反应器的物料流与细胞代谢流研究结合起来,形成的“基于参数相关的发酵过程优化与放大技术”是科学合理的,它是我国当代物联网技术在发酵工业应用的典型案例,有效促进我国生物制造工业的科学发展。

 

信息流的变化趋势:3个阶段——蒸汽机---电力技术---计算机与信息技术

我国古代四大发明的印刷术传到欧洲,经改进成为了文艺复兴时代的动力,例如医学(1543)上印刷出版《人体构造》一书,应算是西方医学之发端;其后蒸汽机的发明导致工业革命。

20世纪导致信息流的第二次加速:  电力技术及无线电传播技术更加速信息流交换的高速发展,例如1930年美国拥有1300万台收音机。

 

21世纪物联网将引导的技术革命:例如,

--- 可实现诊断医学向预防医学的过渡

--- 拥堵交通向有序交通转变

--- 粗放农业过渡到精细农业

所以,可以预测计算机与信息技术同第一二三产业的全面融合,必将造成经济和社会发展巨大的发展空间,激发出宏大的创新活力,产生新的突破——造成经济的科学发展态势,即科学发展观。

 

结论:物联网的发展趋势,导致一场新的高科技发展机遇;伴随着计算机与信息技术的快速发展,同第一二三产业的结合,微观数据的宏观化,创新科技成果不断涌现,更加有效地推动社会经济的科学发展。故现在的关键是要在C3SDX高新科技发展过程中,抓住创新人才(X)的培养。

 

系统生物学

对生物有机体这一复杂体系的基础研究方法学已经从还原论过渡到还原论系统论的结合,随着生化及分子细胞生物学,电子信息技术,制造科技的快速发展,已经使得对复杂体系生命工程的系统研究成为了可能。英、加、美三位学者的论文报告“一种模式蓝细菌Synechocystys sp. PCC 6803在动态条件下的系统生物学分析”为例,说明这一命题。实验系统生物学手段提供了综合性的有关有机体生理学信息,但它们提供的图像是不完全的,因为仅描述了一个方面(例如mRNA、蛋白质或代谢物)。借助整合宏观生理学测试的多尺度技术数据,就可获取更深入了解该有机体的知识。此外,对该有机体系统的动力学过程也少有考虑。他们认为分析该蓝细菌PCC6803在改变光照水平条件下,使用转录组学和蛋白组学分析技术,考察其瞬时反应状态及变化情况是最有价值的。蓝细菌(Synechocystys sp.PCC 6803是一株重要的模式菌株,它对于深入的代谢工程开发,改进其生产性能,如产氢和其它次生代谢产物的生产方面具有重要意义。过去的研究已经取得了代谢途径和产物的信息,最近对该菌株的基因测序工作推动了转录组学和蛋白组学的研究工作。PCC 6803菌株生长在26℃,1212hr光照-暗培养周期性的光合生物反应器中;为了评估这株蓝细菌的生理学,获取了每个生长周期的mRNA和蛋白样品;转录组的时程图借助cDNA微阵列进行分析,使用RT-PCR证实其关键基因;蛋白表达的差异经由2-D凝胶电泳和无胶“猎枪”(shotgun)蛋白组学评估。在后一种方法中,蛋白质首先使用液相等电聚焦或液体色谱进行组分分部,分部组分然后用胰蛋白酶消化;这些消化了的肽类样品再进一步进行强阳离子交换和C18反向柱进行分部后,再进行电喷电离四极杆时间-飞行串联质谱分析;从MS-MS研究得到的肽质量指纹图经由相应的ID软件进行分析。结果每种表型鉴定出400种蛋白质,尤其值得注意的是对诱导(感应)振荡代谢网络时间尺度反应的考察,并注意到在转录组和蛋白组之间的动力学差别。

这就是即将到来的在分子生物学水平上展开生命科学基础研究的系统生物学的发展趋势。对一个生物学体系的综合分析要求整合所有的细胞指纹图,包括基因组序列、基因图和蛋白表达、代谢产出,以及体内酶活性等;因此当前对处理复杂性的生物体系中,各种方法策略,结合数理化,电子技术手段均提出来开展对系统生物学的基础研究,例如基于互联网上动态环境模拟,对复杂生物化学途径动力学模式的还原虚拟技术;针对基因组进化和功能联系为目标的生物化学网络的计算机分析,建立对复杂蛋白组学分析的多维色谱学,医学上的精准分析脑(动脉)瘤血栓生成预测的血管生物学和血液动力学的计算机模型研究和返回神经网络法进行基因路径分析,多尺度模型处理系统生物学提出的挑战,生态系统分析中平衡态和歧点的可靠性评估,药物传递系统中的模型和参数调控,以及使用线性程序分析生物化学网络。这些都是利用兰细菌模式菌株有关生命科学前沿处理海量数据开展系统生物学研究的范例,也应该属于物联网(Internet of things)研究领域吧?

 



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