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高校物联网应用开发实训室建设专项方案.docx

1、物联网应用开发实训室建设方案郑州联睿电子科技1月1 背景和意义1.1 无线定位试验室建设必需性位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生,在新一代信息技术这一战略性新兴产业中,含有举足轻重和不可或缺地位,在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着关键基础性支撑作用。多年来,伴随智能手机和移动互联网快速普及,大家对室内外高精度定位导航需求展现爆发式增加趋势。发展位置信息服务产业对于扩内需、稳增加含有重大意义,也是中国战略性新兴产业关键组成部分。在当今信息时代,其基础性和先导性作用十分显著,正在深刻改变着大家生产生活方法,孕育着新经济增加点。伴随现代信息社会快速发展,行业和社会公众对创新性和

2、综合性时空信息服务需求日益强烈,融合移动通信、互联网技术位置服务应用,将有力推进位置信息应用产业结构升级,释放出愈加宽广市场空间。12月27日,中国宣告北斗导航系统正式提供区域定位导航服务,定位精度为10米,成为第三个拥有自主卫星导航系统国家。不过因为起步晚,北斗系统面临市场拥有率低、信号覆盖有限等方面问题。在国家科技计划支持下,室内外定位导航技术得到了极大发展,不仅大幅度提升了中国定位领域科技水平,还推进了位置信息服务行业发展,满足了大家对于全时空高精度定位导航服务需求。5月6日,863计划地球观察和导航技术领域“城市室内外高精度定位导航关键技术和服务示范”专题项目下设全部三个课题,顺利经过

3、了科技部组织技术验收。该课题融合地面基站系统和北斗卫星导航系统,将北斗导航服务从室外拓展到室内环境,满足了大家对于全时空高质量位置信息服务需求。基于课题研究结果星地融合广域高精度位置服务关键技术取得国家科学技术进步奖二等奖。上海市、合肥市、湖南衡阳市政府作为合作城市,baidu、京东、中电四创、中兴通讯、长虹集团、中电24所等单位作为合作单位全部已经和北邮签署了战略合作协议。这些应用和科研结果转化,提升了中国在国际室内定位领域科技实力,对推进社会经济发展有重大意义。伴随国家大力推广和市场强烈需求,各行业部门、地方省市提出建设或更新原有定位系统以形成广域室内外无缝定位系统;中国各大企业纷纷支持室

4、内外一体化定位系统建设和应用推广,中国电信、中国联通开展了定位及服务示范;华为、长虹、合众思壮等企业开始研究将北斗信号接入手机应用中,并已取得了良好进展,基于位置服务市场更是快速发展,比如导航信息提供商高德软件企业已拥有超出1亿手机用户,年增加速度超出100%;“寻鹿”、“翼周围”等多个位置服务应用平台发展十分快速。高精度信号催生了位置服务更多应用开发,餐饮、电影、旅游、游戏等领域发展快速,应用方法和规模快速成长,极大拓展了室内外导航定位市场空间,并提供了更多就业机会。伴随位置服务和消费应用结合,将根本打通定位信号、位置信息、个人消费这个链条,使虚拟世界和现实世界得到愈加好链接。1.2 高校现

5、实状况1995年国防科技大学卫星导航研发中心成立,隶属国防科技大学电子科学和工程学院,专业从事中国自主卫星导航定位系统研究,是中国第二代卫星导航系统导航技术方向教授组长单位,是教育部自主卫星导航定位技术工程研究中心。,国防科技大学专门成立了卫星导航研发中心科研实体,专业从事导航科研和装备生产。在导航信号体制设计、系统运控技术、系统安全和抗干扰、高精度测量技术、系统仿真和测试技术、天线和射频、导航专用集成电路等方面含有深厚技术积累,负担了中国自主卫星导航系统建设多项重大科研任务,是导航载荷、信号体制、地面控制系统、应用系统等方面预先研究和型号研制主承单位,突破了以北斗一号全数字快捕和接收、北斗二

6、号关键体制、星上抗干扰、高精度测量、系统级零值测量等为代表多项关键技术,为中国自主卫星导航系统建设和产业化做出了重大贡献。1998年1月建立武汉大学卫星导航定位技术研究中心,以卫星定位导航及相关领域基础理论研究、新技术推广应用及“高精尖”人才培养为主,目标瞄准中国卫星导航系统应用和自主卫星导航系统建设需求,充足利用武汉大学在卫星导航相关学科建设、人才培养、对外交流及基础和应用研究等方面优势,研究和跟踪国际卫星导航系统、终端及应用服务等方面前沿关键技术;形成了发展中国自主卫星导航系统新技术、新方法和新应用探索、试验和开发基地;促进卫星导航技术和应用高等教育,培养高素质卫星导航专业技术人才,建成了

7、含有世界一流水平卫星导航定位技术研发和创新平台。北京邮电大学通信、导航和微/纳系统试验室是由邓中亮教授所领导科研团体经过多年努力,逐步发展壮大而形成。多年来,试验室在高精度室内定位、卫星导航、WSN/WLAN/RFID、RF MEMS、多媒体和图像处理、智能通信等方向上进行了一系列深入研究,为国民经济和国防建设做出了关键贡献。试验室每十二个月负担国家项目、企业合作项目等各类课题十余项,现在正负担包含国家863项目和国防预研基金项目在内多个项目。,依靠该试验室,成立了育部卫星导航联合研究中心-卫星导航信号体制和通信分中心。由上海市科委同意建设上海市空间导航和定位技术关键试验室成立,该试验室利用上

8、海天文台现有天文观察设备、相关技术和研究基础,紧密结合我台现在正在负担探月和深空探测VLBI测轨工作,和导航定位系统数据处理系统和激光测距系统工作,面向中国相关领域研究力量,在空间飞行器精密定轨关键技术研究及其应用方面提供支持,同时也对利用中国VLBI网(CVN)开展VLBI相关领域观察研究工作提供支持。北京航空航天大学通信导航和测试试验室成立,关键研究方向为导航定位和自动测试技术,具体包含:卫星导航技术、组合导航技术、电子设备自动测试和仿真、电子系统健康管理技术。试验室关键负担了卫星导航原理、卫星导航接收机、组合导航技术、自动测试技术、电子测量技术等本科生、硕士和留学生课程。试验室成立以来,

9、共负担自然科学基金5项,国家863项目4项,武器装备预研基金8项,总装预研5项,空装预研2项,国防科工局预研课题3项,国防科工局重大基础研究1项,其它横向课题50余项。中国科学院精密导航定位和定时技术关键试验室成立,该试验室以高精度时间传输和信号传输研究为基础,关键开展危险导航授时及其它辅助导航授时和定时技术研究工作。10月,卫星定位技术和应用关键试验室成立,其依靠于东南大学3S技术研发中心,关键开展3S技术研究和理论集成、国土资源信息化技术研究、GNSS定位设备研制。8月由河南省科技厅同意由郑州轻工业学院作为实施单位河南省“超宽带无线通信技术”院士工作站成立,该院士工作站以电子科技集团22所

10、电波传输教授、郑州轻工业学院“双聘”院士张明高为带头人,关键研究和超宽带无线通信技术、信息处理、导航定位为主相关技术,院士工作站科研团体由17人组成,其中院士1人、教授2人、副教授9人、客座教授1人(联睿电子科技总经理)、讲师4人组成(其中博士学位12人)。现在,研究方向关键包含超宽带天线设计研究、超宽带信号传输信道估计及电磁兼容问题研究、超宽带实时定位收发系统信号处理技术研究、无线传感器网络技术研究等。自院士工作站成立以来,在省科技厅和学校领导支持和团体组员努力下,深入开展院士合作,发挥院士及其团体作用,开展科研创新活动,加强科技结果转化,利用院士工作站优势,加强和院士交流咨询工作,促进了科

11、研快速发展,培养了一批高素质人才,促进了学校产、学、研有机结合,提升了学校科技创新能力,建站3年来,取得了一系列高水平科研结果。同时,伴随人员结构增加及调整,深入凝练了学科方向,形成了多个有特色研究方向。,解放军信息工程大学、广州城市职业学院、河南工业大学分别建立超宽带定位试验室,依靠于联睿电子研发U-Loc厘米级实时定位系统进行研发和实训。2 物联网实训室建设2.1 试验室需求现实状况伴随社会科技化进程加紧,社会对于基于位置信息产品和服务需求越来越高,随之对于技术要求越来越高,而中国定位相关技术和国际优异国家技术水平还有一定差距,相关技术还有很大提升空间,而相关技术人才缺口问题也逐步凸显。所

12、以,建立基于位置信息物联网实训室势在必行,其不仅能够为国家、社会培养相关技术人才,还能处理大学生普遍实践能力弱现实状况,提升就业率和就业水平,并能激发新创新课题,增强科研力量,提升高校整体科研水平和竞争力,缩短和国际优异技术水平之间差距,加紧中国科技化进程。2.2 试验室建设目标从学生就业发展出发,试验室应该着重提升学生动手能力,以探索性、设计性试验及工程训练为主,突出学生创新能力和实践能力培养,对应培养模式应是“宽口径、厚基础、重实践、求创新”;从科学研究出发,试验室应以“高领先、高完善、高潜力”为主;从学校发展出发,应考虑试验室行业优异性、影响力、发展潜力和空间和对学生培养有利性。所以,基

13、于室内外位置数据实时视频分析和处理试验室建设目标应该是:1满足课程计划教学需求;2满足行业应用实训需求;3满足科研创新环境需求。这些目标可表现在试验室建设具体需求中:1、实现教学可视化,直观化,仪器化,云计算化。基于室内外定位分析、开发和研究包含复杂有线和无线通讯步骤,离不开对多种信号波形分析,测量观察,也离不开对多种通讯协议分析和观察,依靠优异设备仪器,可实现教学可视化,直观化,仪器化,是降低知识点教学门槛和提升教学质量关键,也是国外高校实施电子信息,嵌入式,互联网教学关键手段。2、试验实践环境多样化,满足课程计划教学需求。让参与学习学生能够一边学习理论知识,一边认识了解和掌握试验设备结构、

14、功效和使用方法,经过一系列验证型、演示型、自主设计型、综合型和创新型试验,使学生掌握优异试验技能,强化对所学知识了解,以培养学生动手能力、工程实践能力、创新能力和团体协作精神。3、表现实际应用案例,满足行业应用实训需求试验室应有多样化实训平台,这些实训平台应和实际场景或实际产品应该很靠近,能够表现生产生活中各方面真实应用案例,为学生提供含有真实应用场景实训系统,在此系统上综合利用各个课程知识点,实现所学知识综合利用、融会贯通目标,培养含有项目设计能力高科技人才。4、表现最新技术体系,满足科研创新需求试验室应综合表现最新技术点,满足专业老师学习和从事数据分析、物联网等技术研究和应用系统开发需要。

15、试验室应涵盖现在主流定位测量技术和设备,含有良好可扩展性,含有一定前瞻性。要求系统能够模拟优异应用环境,试验设备和试验内容应能很灵活地进行扩展,从而为专业老师研究目前网络最前沿技术动态和发展提供完善试验平台,并能在此平台之上从事定位技术、物联网等应用系统研发,提升学校整体科研和教学应用水平。2.3 实训室建设标准试验室负担着一个院系甚至多个院系学生培养工作,作为老师项目科研基地,其设计标准正确性和优异性是至关关键。本试验室建设遵照以下建设标准:1、全方面性试验室所装备教学试验设备、建立课程体系需要含有全方面性,覆盖从数据采集、场地测量、定位设备布设方案设计、定位数据和泛在信号采集和分析到位置数

16、据分析及开发研究和视频图像、语音等信号分析研究等一系列实际训练和创新研究,进行多学科、多专业知识点综合利用,以求融会贯通,应用学科可覆盖电子信息、通信工程、计算机软件、控制工程、建筑工程、测量测绘、网络工程等众多专业。2、教学改革因为社会对工程技术人才迫切需求,培养含有工程实践能力学生,含有项目设计能力高科技人才成了高等院校最关键任务。所以在试验室教学形式上需要有所变革,应以项目式教学为根本,侧重于培养学生工程技术、创新思维和项目经验。3、软硬兼容和优异性实时视频分析和处理试验室应综合表现现代科技最新技术点,满足专业老师学习和从事通信、信号处理、软件开发等技术研究和应用系统开发需要,不仅仅要满

17、足偏软件方面学科需要,也要满足嵌入式,高频微波,电工电子,工业控制等多个偏硬件学科需要。2.4 物联网应用开发实训室建设方案物联网是经过多种传感设备,把物品和互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理一个网络,可广泛应用于各行各业,如把多种传感器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等多种物体中,形成物联网,经过无线信息收发,便于通讯和监管。物联网是国家决定大力发展战略性新兴产业之一。从“智慧地球”到“感知中国”,物联网备受国际关注。伴随物联网快速发展,社会各行各业对应用需求越来越显著和迫切,作为国家科学技术发展关键力量高等高

18、校,建设物联网试验室并开展针对性教学和科研,培养专业技术人才,有利于学校学科发展和教学科研领域提升。2.4.1 试验室建设方案1) 试验室架构物联网应用开发实训室架构图3.1所表示:图3.1 物联网应用开发实训室架构物联网应用开发实训系统集成了位置数据采集系统和多个组网模式,可实现多个物联网构架,面向各大高校及大专院校专业教学、创新和竞赛,提供了完备实践平台,便于学生熟悉和掌握物联网组成及实际应用开发。物联网应用开发实训平台是在对超宽带定位、无线数据传输深入研究基础上开发、为了配合专科生、本科生、硕士课程学习和应用实训而开发教学试验基础平台,也可用作研究机构了解掌握超宽带定位工作原理及其应用培

19、训设备。2) 试验室特点: 层次性:包含位置感应层、网络传输层、应用开发层等多个层次,学生能够从通信网络系统、位置感应系统层次上认识通信系统和定位信息感应技术,扩展学生认识思绪。 系统性:提供正确位置信息处理平台,有利于学生了解系统组成及各组成部分在系统中作用。 综合性:集成了通信原理、移动通信、数字信号处理、通信网络和交换、电磁场和电磁波、超宽带无线通信等多门课程理论知识和技术,很利于学生对专业知识综合认识及应用能力提升。 优异性:试验内容包含了当今测绘、通信专业部分最优异理论,学生能够在较短时间内掌握当今测绘、通信技术最新发展动态,适应新技术发展要求。 实用性:该系统是对位置感知信息获取很

20、直观再现,促进学生全方面而深层次了解感应信息理论知识内容,为以后从事定位、物联网应用等相关工作,提升就业竞争力打下坚实基础。 开放和开发性:该试验系统提供了部分开放接口平台,高水平本科生、硕士及相关专业老师能够根据自己想法进行程序设计。3) 试验室适用范围:a.适合物联网、软件工程、通信、电子、信息、自动控制等专业专科生、本科生、硕士基础教学试验及教学;b. 专科生、本科生、硕士应用开发;c. 毕业设计,硕士生、老师课题研究。4) 试验室介绍物联网应用开发实训室建设步骤为:底层地图+定位系统+GIS应用开发=行业应用处理方案图3.2 试验室架构步骤i. 底层地图建立三维地图建模a) 室内(小范

21、围)场景建模 三维激光扫描和建模三维矢量地图模型(含有三维地图坐标信息) 全站仪室内测图被测区域坐标信息(无地图坐标信息,需将地图坐标信息嵌入三维模型) 倾斜摄影和建模三维模型(利用无人机拍摄室外实景图片制作三维模型,需结合RTK等测量手段嵌入地图坐标信息)b) 室外场景建模 CORS + RTK地图测量 全站仪地形测量地图测量 无人机正射影像+CORS + RTK相控测量正射影像图(平面地图) 无人机倾斜摄影测量和建模+ CORS + RTK相控测量三维矢量模型(含有三维地图坐标信息)ii. 实时定位系统 UWB室内定位系统结合地图系统可实时定位基站覆盖区域内目标正确位置 GNSS室外定位系

22、统结合地图系统可实时定位室外区域目标位置 GNSS室外高精度定位系统(CORS + RTK)结合地图系统可实时定位室外区域目标正确位置 UWB室内定位系统+ GNSS室外定位系统结合地图系统实时定位室内外目标位置 UWB室内定位系统+ GNSS室外高精度定位系统结合地图系统实时定位室内外目标正确位置iii. GIS应用开发(部分拓展应用枚举) 地图导航目标正确位置实时定位,目标位置线路计划和导航等 物联网应用开发实训学习;大数据统计和分析;基于位置数据应用软件开发等 智能控制机器人定位跟踪和路线计划指导;叉车实时定位控制等 联动管理基于位置信息联动控制智能家居;基于位置信息视频监控、暖通、照明

23、子系统联动等 技术研究定位技术学习改善;多个定位算法研究;多技术融合等。2.4.2 试验室应用拓展物联网应用开发实训室建设可为学生、老师、高校带来以下应用拓展:a) 对于物联网专业学生或老师来说,物联网试验室正是紧密结合本专业教学和科研关键试验室,能比较全方面满足学生或老师在学习和研究物联网技术方面需求。b) 对于开设物联网技术这一课程学校和选修此课程学生来说,物联网试验室可比较全方面展示物联网技术应用,使学生和老师能够掌握物联网基础理论和技术和应用方法,提升学校科研实训水平和学生就业率,进而提升学校整体影响力。c) 对于其它相关专业学生或老师来说,如计算机软硬件、通信、自动化、物流管理等专业

24、学生或老师,能够经过物联网试验室深入深入掌握物联网技术在本专业应用,为未来就业和科研提供良好试验平台。d) 建设物联网试验室能使学生、老师、高校和整个物联网行业共同受益,并满足社会各行各业对物联网相关人才、技术等需求。3 我们产品4 企业介绍郑州联睿电子科技是广州中海达卫星导航技术股份旗下企业,是专业从事高精度定位、防丢监管等相关技术研究和开发工作技术创新型企业。企业拥有一支由多位海内外信息领域资深教授率领专业研发团体,其中20%以上拥有博士学历,60%以上拥有硕士及以上学历。企业拥有多名研发能力强、技术水平高和工程化实践经验丰富工程技术带头人,在室内外高精度定位技术方面拥有强大研发实力。联睿

25、电子一直以来坚持以独立自主,技术创新为主导,打造行业内领先室内、外一体化实时高精度定位系统,推进高正确位置信息服务行业发展。企业战略发展思想是将国际上最优异无线通讯技术,定位技术,和射频技术进行整合,同时结合中国市场发展,在产品开发和设计上不停创新,完全掌握无线实时高正确定位系统关键技术和自主知识产权。经过“共赢、互动”市场策略成为中国领先实时定位系统供给商,为用户带来最全方面最优质处理方案。其自主研发打造U-Loc室内定位系统,定位精度高,功耗低,辐射小,能够同时、正确、实时地为用户提供给定区域内人员和设备瞬间位置和运动信息,便于用户直观地从全局把握现场情况从而做出决议,在正确度、实时性、稳定性、覆盖面、适用性等方面均含有较大优势,可广泛应用于大型商超、智能巡检、仓储物流、智慧医疗、智能工厂、模拟训练、室内导航、展品监管、监狱管理等领域人员和设备实时正确定位。企业于取得“河南国家大学科技园杯”科技创新大赛二等奖;入选科技部科技创新推进计划;建立了郑州市“无线高精度定位”工程技术研发中心。联睿电子上下团结一致,致力于打造全球著名实时正确定位品牌,成为无线正确定位技术行业领军者。

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