徐源，王偉，姜文娟，韓曉菊，門洪，劉晶晶

（東北電力大學(xué)自動化工程學(xué)院，吉林吉林 132012）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)越來越多地滲透到計算機、通信、交通運輸、醫(yī)學(xué)、軍事、經(jīng)濟等各個領(lǐng)域，人類正在由信息時代向智能時代前進。在這種背景下，眾多國家紛紛將智能化發(fā)展作為奪取新一輪制高點的重要目標(biāo)，智能科學(xué)與技術(shù)水平已經(jīng)成為一個國家綜合國力和科技實力的重要標(biāo)志，推進智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)教育，培養(yǎng)高層次智能科學(xué)與技術(shù)人才正當(dāng)其時[1－2]。

智能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展把整個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域推向“智能化”的高度，隨著仿生科技的進步，這種智能化越來越注重實現(xiàn)擬人的感受和判斷，仿生智能傳感已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。為了更好地完善智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)，培養(yǎng)高層次智能科學(xué)與技術(shù)人才，我們本著將現(xiàn)有技術(shù)與教學(xué)實驗相結(jié)合的原則，將我?，F(xiàn)有的仿生智能傳感技術(shù)儀器引入到本科實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，提高學(xué)生運用智能科學(xué)與技術(shù)知識解決實際問題的能力。

1 智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)內(nèi)涵

智能科學(xué)與技術(shù)的任務(wù)是理解自然智能的工作機理，探索自然智能機理的模擬理論與方法，創(chuàng)造智能機器，促進經(jīng)濟與社會的發(fā)展。它的學(xué)科內(nèi)涵是知識創(chuàng)建和策略生成，其具體定位如圖1所示[3]。

根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)在電力背景下研究任務(wù)的不同，可以將其涵蓋的內(nèi)容劃分為智能科學(xué)、智能技術(shù)、智能工程三個層次。

（1）智能科學(xué)：在電廠方面主要任務(wù)是建立人機結(jié)合系統(tǒng)理論，模擬人的思考方式，進行有效的智能決策與分析。

圖1 智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科內(nèi)涵

（2）智能技術(shù)：創(chuàng)建人機結(jié)合智能系統(tǒng)所需要的方法、工具和技術(shù)，在智能科學(xué)學(xué)科框架內(nèi)對電廠中的儀器設(shè)備進行檢修。

（3）智能工程：運用智能科學(xué)的理念和思想，并充分利用智能技術(shù)工具，創(chuàng)建各種電廠中的控制系統(tǒng)。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與自動化專業(yè)的主要區(qū)別在于前者側(cè)重智能，后者側(cè)重自動，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)涵蓋自動化專業(yè)的一部分課程，如數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、控制原理等，它是基于自動化專業(yè)學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。

其中，智能傳感是智能科學(xué)與技術(shù)區(qū)別于自動化的重要標(biāo)志。智能傳感技術(shù)更側(cè)重于智能化，而自動化專業(yè)已有的傳感器相關(guān)課程，主要側(cè)重于各種傳感器件的介紹，即智能是幫助人們把信息提煉成相應(yīng)的知識并升華為智能策略，控制是幫助人們把智能策略轉(zhuǎn)換成智能行為來解決問題。近年來隨著仿生學(xué)的迅速發(fā)展，仿生學(xué)在各種智能傳感器中的應(yīng)用越來越多，仿生智能傳感技術(shù)已成為目前一個熱門的研究領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)要求輸入的信息比較單一，而現(xiàn)代控制系統(tǒng)要智能感知周圍環(huán)境信息的變化，要面對復(fù)雜系統(tǒng)視覺的、聽覺的、嗅覺的等各種形式的信號，并將其作為輸入，進行融合、分析和推理，再進一步隨環(huán)境與條件的變化，采取相應(yīng)的應(yīng)對策略或行動。傳統(tǒng)的自動化控制明顯無法實現(xiàn)此類要求，仿生智能傳感技術(shù)相比而言，則可以對電廠運行方面所產(chǎn)生的復(fù)雜性問題和不確定性問題提供很好的解決辦法，因此，將仿生智能傳感技術(shù)引入本科智能科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)中有著十分重要的意義。

2 基礎(chǔ)理論課程設(shè)置

仿生智能傳感技術(shù)的基本出發(fā)點就是仿人的智能實現(xiàn)對復(fù)雜不確定系統(tǒng)的有效控制，要想模仿人的智能首先要模仿人的思維方式，因此必須研究人的思維形式和特點，開設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)理論課程，如腦與認知學(xué)、人工智能基礎(chǔ)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、模式識別等；然后，結(jié)合關(guān)于智能傳感器介紹和應(yīng)用的課程，如智能控制、智能傳感器及其應(yīng)用、仿生智能傳感技術(shù)導(dǎo)論等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)智能傳感技術(shù)的含義和發(fā)展，并對仿生學(xué)在各種智能傳感器中的應(yīng)用有一定的初步了解。

3 相關(guān)儀器的介紹和學(xué)習(xí)

在各種傳感器的應(yīng)用中，人們通過對生物體自身的各種感知如視覺、嗅覺、味覺等進行模擬，使得多種傳感器具有某些生物的特性和功能，研制出了可以自動獲取、處理信息，并能模仿人類思維的儀器，這就是仿生智能傳感技術(shù)的研究與應(yīng)用[4]。以下對本校先進傳感技術(shù)研究所現(xiàn)有的幾種基于仿生智能傳感技術(shù)的儀器進行相關(guān)介紹。

（1）電子眼。電子眼主要模擬生物眼睛的特征或功能對被測對象的輪廓形狀、色度、明暗度、位置距離等參數(shù)進行采集、識別和判斷[5]。紅外熱成像儀就屬于紅外電子眼的一種，它主要是利用對物體表面紅外輻射的強弱進行探測，給出物體表面形狀輪廓和溫度分布情況，紅外圖像的亮暗反映出物體表面溫度的高低，通過對物體表面溫度及溫度場的檢測便可以判斷設(shè)備是否存在缺陷。

（2）電子鼻。人工嗅覺仿生系統(tǒng)又稱為“電子鼻”，是模擬人類嗅覺系統(tǒng)工作機理而設(shè)計開發(fā)的一種由一定選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)模式識別系統(tǒng)組成的儀器，能識別簡單或復(fù)雜氣體并進行定性定量分析[6]。我們可以根據(jù)不同待測樣本的揮發(fā)性物質(zhì)成分的不同，對氣敏傳感器陣列進行篩選來構(gòu)建適用于電廠內(nèi)部有毒有害氣體檢測的電子鼻系統(tǒng)，并在氣體濃度超標(biāo)時進行報警，以減少電廠人員傷亡或財產(chǎn)損失。

（3）電子舌。電子舌是以人類味覺感受機理為基礎(chǔ)研究開發(fā)的一種新型現(xiàn)代化分析檢測儀器，通過傳感器陣列代替生物的味蕾味覺敏感細胞檢測樣品，經(jīng)系統(tǒng)的模式識別處理對樣品進行定性或定量分析[7]。目前很多電廠排放的廢水中部分含有大量的重金屬，會嚴(yán)重污染地表和地下水，危及人類生命安全[8]，因此將電子舌系統(tǒng)應(yīng)用于電廠工業(yè)廢水中重金屬離子濃度的實時監(jiān)測[9]是非常必要的。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中關(guān)于仿生智能傳感技術(shù)部分的專題講解要以實驗教學(xué)為主，擺脫單純“講授式”的課堂教學(xué)方法，將學(xué)生帶入配有多種仿生智能傳感儀器的實驗室，將上述幾種仿生智能傳感儀器——電子眼、電子鼻、電子舌引入本科的實驗教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)這些先進儀器的原理和操作方法，激發(fā)學(xué)生探索科技的興趣，培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新思維，同時也加深了他們對之前所學(xué)專業(yè)理論知識的理解。

4 考核方式

為了培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和應(yīng)用仿生智能傳感技術(shù)解決問題的能力，由任課老師布置相關(guān)的課題讓學(xué)生自行組織團隊設(shè)計實驗，各成員相互配合操作儀器完成數(shù)據(jù)采集、分析等，并根據(jù)課題研究成果撰寫學(xué)習(xí)小論文，最后在一定形式下進行宣講、答辯，以便學(xué)生未來更好地應(yīng)用智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識解決實際問題。

5 結(jié)語

隨著智能化時代的到來，仿生智能傳感技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的核心、前沿和制高點，是各種智能化應(yīng)用的關(guān)鍵，將其引入智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)中對培養(yǎng)國家創(chuàng)新性人才和智能科學(xué)技術(shù)的騰飛有很大的推動作用。我校充分考慮智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)的要求，將現(xiàn)有的仿生智能傳感技術(shù)相關(guān)的硬件設(shè)備引入學(xué)生實驗教學(xué)的動手實踐環(huán)節(jié)，可以有效引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理解理論知識，為以后更深入地學(xué)習(xí)及應(yīng)用智能科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)知識奠定良好基礎(chǔ)。

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