AI实训室建设方案.docx
- 文档编号:23965421
- 上传时间:2023-05-23
- 格式:DOCX
- 页数:37
- 大小:6.75MB
AI实训室建设方案.docx
《AI实训室建设方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《AI实训室建设方案.docx(37页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
AI实训室建设方案
XXX学院
人
工
智
能
实
训
室
建设方案
2020年5月19日
前言
山西工程技术学院(ShanxiInstituteofTechnology)位于山西省阳泉市,是经教育部批准建立的全日制普通本科高校,是教育部数据中国“百校工程”培育院校、山西省高校转型发展试点高校。
学校始建于1984年,建校初名山西矿业学院阳泉煤炭专科班;1986年成立阳泉煤炭专科学校;2001年挂牌太原理工大学阳泉学院;2014年在太原理工大学阳泉学院的基础上成立山西工程技术学院,升格为本科高校。
截至2020年3月,学校占地面积73.7万平方米平方米;校舍建筑面积25.24万平方米;教学仪器设备总值达9655万元;图书馆馆藏纸质图书79.9万册,电子图书32万种;设有13个系(部)、30个本科专业;有教职工597人,全日制在校生12178人,其中本科生11392人、专科生786人。
概述
人工智能(ArtificialIntelligence,简称AI)是当前信息技术领域研究的热点,特别是以物联网、云计算、大数据、深度学习、智能卫星等为代表的新一代人工智能技术的发展,极大影响甚至改变了人们的生产生活与思维方式。
2017年7月8日,国务院颁发的《新一代人工智能发展规划》指出:
人工智能将成为国际竞争的新焦点。
人工智能必将成为引领未来的战略性技术,世界主要发达国家把发展人工智能作为提升国家竞争力、维护国家安全的重大战略。
毋庸置疑,人工智能的发展就是人才的发展,人工智能的进步离不开人才的培养。
全球人工智能人才储备中国只有5%左右,人工智能人才缺口超过500万。
那么高校如何建设人工智能专业呢?
这是摆在许多高校面前的问题。
高校特别是应用型本科的专业建设定位,应该与行业、产业高度融合。
因此,在专业建设相关课程设置之前,我们应该对人工智能核心技术、人工智能主要技术(应用)、人工智能四大要素等做一个全面的了解,然后围绕这三个点进行相关课程设置。
1.AI人工智能
1.1什么是人工智能
人工智能是什么?
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学,是认知、决策、反馈的过程。
工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
人工智能概括起来就是:
像人一样思考、像人一样看懂、像人一样运动、像人一样沟通。
1.2人工智能核心技术
人工智能核心技术是机器学习和深度学习,其中深度学习是机器学习的子集,而机器学习是人工智能的子集。
1.2.1机器学习
机器学习是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。
专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。
它是人工智能的核心,是使计算机具有智能的根本途径。
1.2.2深度学习
深度学习(DL,DeepLearning)是机器学习(ML,MachineLearning)领域中一个新的研究方向,它被引入机器学习使其更接近于最初的目标——人工智能(AI,ArtificialIntelligence)。
它的最终目标是让机器能够像人一样具有分析学习能力,能够识别文字、图像和声音等数据。
1.3人工智能关键技术及要素
人工智能关键技术包括:
●计算机视觉:
通过对采集的图片或视频进行处理以获得相应场景的三维信息
●自然语音处理:
实现人机间自然语言通信
●机器人:
能够半自主或全自主工作的智能机器,具有感知、决策、执行等基本特征,可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作,提高工作效率与质量,服务人类生活,扩大或延伸人的活动及能力范围;
●知识图谱:
把复杂的知识领域通过数据挖掘、信息处理、知识计量和图形绘制而显示出来,揭示知识领域的动态发展规律,为学科研究提供切实的、有价值的参考;
●生物识别:
通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合,利用人体固有的生理特性,如指纹、指静脉、人脸、虹膜等和行为特征如笔迹、声音、步态等来进行个人身份的鉴定;
●语音识别:
让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术;
●人机交互:
人与计算机之间使用某种对话语言,以一定的交互方式,为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程;
人工智能要素包括:
Ø算法:
机器学习、深度学习;
Ø算力:
云计算;
Ø数据:
大数据;
Ø应用场景:
主要技术应用;
1.4人工智能技术应用领域
1、制造
智能制造,是在基于互联网的物联网意义上实现的包括企业与社会在内的全过程的制造,把工业4.0的“智能工厂”、“智能生产”、“智能物流”进一步扩展到“智能消费”、“智能服务”等全过程的智能化中去,只在这些意义上,才能真正地认识到我们所面临的前所未有的形势。
2、家居
智能家居主要是基于物联网技术,通过智能硬件、软件系统、云计算平台构成一套完整的家居生态圈。
3、金融
人工智能的产生和发展,不仅促进金融机构服务主动性、智慧性,有效提升了金融服务效率,而且提高了金融机构风险管控能力,对金融产业的创新发展带来积极影响。
4、零售
人工智能在零售领域的应用已十分广泛,正在改变人们购物的方式。
无人便利店、智慧供应链、客流统计、无人仓/无人车等等都是的热门方向。
5、交通
大数据和人工智能可以让交通更智慧,智能交通系统是通信、信息和控制技术在交通系统中集成应用的产物。
通过对交通中的车辆流量、行车速度进行采集和分析,可以对交通进行实施监控和调度,有效提高通行能力、简化交通管理、降低环境污染等。
6、安防
安防领域涉及到的范围较广,小到关系个人、家庭,大到跟社区、城市、国家安全息息相关。
7、医疗
当下人工智能在医疗领域应用广泛,从最开始的药物研发到操刀做手术,利用人工智能都可以做到。
8、教育
通过图像识别,可以进行机器批改试卷、识题答题等;通过语音识别可以纠正、改进发音;而人机交互可以进行在线答疑解惑等。
9、物流
物流行业通过利用智能搜索、推理规划、计算机视觉以及智能机器人等技术在运输、仓储、配送装卸等流程上已经进行了自动化改造,能够基本实现无人操作。
1.5建设目标
人工智能的兴起广泛带动了不同行业的变革。
以计算机视觉及大规模神经网络为代表的技术突破,为人工智能的实际应用创造了成熟条件。
当前,人工智能的快速发展与专业人才尤其是应用型人才匮乏的矛盾显得尤为突出。
因此,培养熟悉AI软硬件、掌握AI相应模块使用方法的应用型人才是目前各个企业和机构的当务之急,对人工智能应用型人才的培养显得尤为重要。
1.5.1岗位分析
我国人工智能行业市场分析:
1.5.2人才培养目标
高校人工智能专业的人才培养目标是培养在人工智能领域具备源头创新能力、具备分析问题与动手解决问题能力,同时能解决企业关键技术难题能力的应用型人才。
围绕人工智能专业技能的具体内涵,培养掌握人工智能热门应用方向的基础研究、应用开发、系统管理等方面的专业技术人才。
1.6AI实训硬件平台
针对人工智能专业人才培养目标、岗位分析、课程设置等,我公司按照人工智能四大要素的定义,对应提供人工智能务专业教学实践与科研解决方案:
1、算法(机器学习、深度学习)——提供机器学习应用与开发平台、深度学习应用与开发平台
2、算力(云计算)
3、数据(大数据)——提供大数据应用与开发平台
4、应用场景(主要应用技术)——提供计算机视觉开发与实验平台、语音识别与自然语音处理学习平台(深度学习平台)、智能机器人学习平台(包括ROS移动机器人、智能机器人、协作机器人等)
AI人工智能实训室拟定两期建设,一期为基础硬件,二期为平台及资源建设,本方案以AI主要应用技术(实训硬件)为切入点提供对应解决方案。
1.6.1智能人形机器人开发平台
创新应用平台赋能创新应用开发实践及快速赋能科研课题。
YanShee是优必选面向大学生开发的一款开源人形教育机器人平台。
它采用RaspberryPi+STM32开放式硬件平台架构;17个自由度的高度拟人设计;内置800万像素摄像头、陀螺仪及多种通信模块;配套、支持多种开源传感器的扩展;提供专业开源学习软件(支持BLockly、Python、Java、C/C++等多种编程语言学习及多种AI应用的学习和开发);提供专属课程、教材,专业教研团队的授课培训;支持IEEE-优必选在中国的“机器人设计大赛”等各类竞赛。
核心功能:
判断决策、语音识别、机器视觉、物理世界感知、多传感器融合、分布式感知智能、机器人正、逆运动学、机器人步态规划。
核心技术:
2kg/cm、3kg/cm高精度伺服舵机、运动控制算法、优必选云平台、ROS机器人操作系统、智能语音服务、人脸检测/追踪技术人脸识别/物体识别/绘本识别技术、音视频通信技术、图形编程技术分布式模块化的设计、强大的通信方式、免费的开源的代码资源。
Yanshee的开源软件学习平台:
机器人的主要部件主要由树莓派、底层控制模块(单片机)、音频处理模块、摄像头、舵机及各类传感器单元组成。
YanShee机器人使用了RaspberryPiMode3做为计算平台,用户可以在RaspberryPi3上完成复杂的计算。
APP软件:
Yanshee支持由下载APP控制(提供iOS版和Android版APP应用下载),包括操作动作、FPV、Blockly编程、动作回读编程(PRP)、伺服校准、社区、在线课程等。
1.6.2开源软件平台
1.6.2.1树莓派平台
◆树莓派(RaspberryPi),是一款基于Linux的单板机电脑。
它由英国的树莓派基金会所开发,目的是以低价硬件和自由软件促进学校的基本电脑科学教育。
◆YanShee内建了定制的树莓派3B主板,配备一枚博通(Broadcom)出产的ARM架构4核心1.2GHzBCM2837处理器,1GLPDDR2内存,使用SD卡当作储存媒体,2个USB接口、以及HDMI(支持声音输出),除此之外,还支持蓝牙4.1以及WI-FI。
操作系统采用开源的Linux系统如Ubuntu-Mate、RASPBIAN等,能够满足基本的网络浏览、文字处理以及电脑学习的需要,可以执行游戏和1080p影片的播放。
◆树莓派硬件简单,配置相对较高,可以很好的满足学习应用,是当前《嵌入式系统》课程主流的学习平台之一。
◆树莓派基金会提供了基于ARM的Debian和ArchLinux的发行版供大众下载。
支持BLockly、Python、Java、C/C++等多种编程语言学习及多种AI应用的学习和开发。
1.6.2.2智能语言识别
◆YanShee机器人内建语音识别和语义识别的功能,支持语音交互控制,以及相关语音应用开发。
(基于科大讯飞语音平台)
◆机器人开机后,短按胸前按钮,听到“叮”的一声后,便可启动语音识别功能,实现与机器人的语音交互。
◆机器人开机后,连续两次短按胸前按钮,听到可启动连续语音识别功能,实现与机器人的连接语音交互。
◆支持用户自定义其它语音平台学习或开发语音识别的算法及应用。
1.6.2.3智能视觉识别
◆YanShee预装人脸分析,人脸跟踪,手势识别等功能。
(基于Face++开源平台)
◆机器人待机状态,通过短按语音按钮(即机器人胸前电源开启按钮)打开语音识别,然后对机器人说出:
“分析人脸”“手势识别”等命令,即可启动视觉识别功能,然后根据机器人的指令进行相应的操作。
◆手势识别,目前支持19种手势。
◆支持用户自定义其它视觉平台,学习或开发视觉识别的算法及应用。
1.6.3无人驾驶平台
实验套件无人小车涵盖的技术知识点与目前人工智能人才的技能需求贴合,培养专业综合能力,增强学生对技能应用的真实体验感,适应社会人才发展的需要。
●一个最接近汽车的无人驾驶验证平台
●转向接近于真实汽车转向。
●转向控制算法,路径规划与真实道路车辆一致
●可实现高速平稳转向。
●标配树莓派3B3稳定运行ROS
●ROS更便于代码复用和功能扩展
●个功能强大例程丰富的学习平台
●使用树莓派3B作为开发平台,教程丰富,生态强大。
●ROS下提供开发包,发送topic话题即可控制移动。
●可实时获取航向角,获取速度和位置信息
●搭载激光雷达进行SLAM自主建图,提供例程和技术支持
●可直接使用搭载CSI摄像头进行进行视觉处理开发。
●支持C++,Python等语言
1.7AI实训系统平台
人工智能教学实训平台包含丰富的实验环境,覆盖人工智能技术全流程。
平台利用人工智能主流软件框架,搭建符合本校师生需求的实验与科研环境,将理论课程中学到的人工智能技术运用到实际的工作与学习中,提升学生的动手操作和项目实践能力,使得学生所学与企业项目人才需求无缝衔接,与教师的科研工作紧密配合。
提供的实验环境包含Baselinux、Eclipse、JavaEE、Pycharm、mysql5.7、mongodb3.4、neo4j、basejupyter、jupyternotebook、Keras2.1.4、MxNet1.4.0、RstudioR3.4.1等。
支持多种实验环境
教师可以利用人工智能教学平台进行理论教学,同时可发布与学习内容紧密结合教学实验,并提供指导手册、实验步骤、实验数据源、实验作业等;学生在系统中学习理论知识,根据实验指导手册中的实验步骤完成实验,并且提交实验报告、记录实验成绩;最后教师可以对学生的实验操作指出存在的问题,并且给出改进的意见,以及批阅学生的实验报告书,通过这种理论与动手相结合的方式,能让学生掌握必要的人工智能理论基础知识的同时,又能将人工智能技能应用于实际工作,解决教学过程中实验环节非常薄弱,造成学生缺少数据挖掘实践经验、缺乏实践应用能力等问题。
实验机-实验报告
教学实验平台建设通过虚拟化平台及教育管理平台实现。
虚拟平台通过云计算管理平台为计算机教学虚拟各种实验操作环境,让学生进行人工智能业务流程中各环节的演示与开发,真实体验数据科学在实际环境中的应用。
实验机-实验手册
剪切板
桌面截图
远程协助
延时
平台支持在实验时同步编辑实验报告、实验机网盘、倒计时、延时、作业防作弊、用户文件共享给多个实验机、文件共享实验机的管理等。
平台主要功能:
实验机网盘:
使文件独立于实验机,实验机的文件存储在网盘上,用户只要登录,无需进入实验机就能查看自己的文件。
倒计时:
不同课程的实验倒计时时长可灵活设置。
延时:
可延长次数有限制,具体几次可灵活设置。
实验机管理:
主要是实验机的创建、删除还有控制调用的效率,无效实验机回收机制、实验机分类等。
实验周:
在作业编辑界面增加开启实验周的功能按钮、实验周会开放实验机实验时长,最长时间可以选择两周。
支持不更换实验机,作为学生,在实验周期间可以在不切换实验机的情况下,打开新的实验指导手册,以便于简化操作,完整流畅的进行实验。
实验机修复:
一键修复;对用户当前的实验机进行类似重启的操作,尝试恢复使用;自动修复异常配置。
在修复实验机的等待过程中,可以看到修复进度,以便于了解能否修复成功。
实验手册:
编辑界面增加隐藏功能,支持任意段落的隐藏,不局限在代码模块。
可以设置隐藏时长,可以做到学生实验一段时间后,可以自动显示隐藏部
实验过程记录:
关键步骤设置为检查点,可以检测学生是否做了相应操作。
实验是否成功,每次提交记录。
实验机监控:
教师端实时监控学生端进度,了解学生实验情况。
聊天室:
同一时间操作同一个实验的用户可以在聊天室交流。
学生可以交流实验过程中遇到的问题,如何解决或者如何避免,互相指导学习。
实验的最后,还可以在聊天室内交流实验感想。
实验过程中关键步骤检查:
为了保证学习质量,实验过程中支持关键操作检查功能,在实验进行到某一步关键操作时,设置检查点,检查学生是否正确进行了操作,如果出错,需要提示学生错误,及时纠正,防止做到最后出问题不方便定位,以及浪费学习时间。
作为教师,可以设置实验的关键步骤检查点,以便于突出重点,强化学生记忆以及及时验证操作准确性,检测学生是否做了相应操作;可以看到所有学生每个实验的实验结果记录,以便于了解学生整体知识掌握程度进而因材施教。
支持第三方截图工具:
系统支持第三方截图工具,针对外部传进来的图片进行增加水印操作,以便于降低学生作弊可能性。
实验机分类:
为了方便教师在新建作业时选择合适的实验机类型,系统将以树形结果展示实验机,方便定位查找,实验机类型支持逐级查看。
2.实训终端---VDI
本方案的总体目标是引入最新的云计算虚拟化技术,采用VDI架构,打造实训的桌面云系统,实现机房环境的统一部署、远程更新、集中维护等功能,包括系统还原保护、多系统离线使用、IP智能排序等,切实降低管理人员的管理维护难度,提升终端维护响应速度,保障教学系统环境安全稳定和持续运行,提升学生使用体验,促进教育信息化发展。
2.1方案架构
基于各种虚拟化技术(KVM、XEN、VMware、Hyper-v),在服务端形成了桌面资源池,然后通过网络,把“桌面”交付到终端设备上(桌面运行及桌面数据始终在服务器端)。
终端通过PC、笔记本、瘦终端、甚至是手机和平板等移动设备访问使用桌面。
2.2方案优势
大规模集中管理方便:
基本只需要管理服务器
移动访问:
桌面环境可以在任意地点使用
资源弹性:
在单个终端使用量不高时,可以提高资源利用率,从而降低成本
安全性:
数据都保存在后台服务器中,终端不保存数据,并易于管控和审计,一定程度上提高了安全性
降低了单点设备故障影响:
终端设备故障,更换后不影响数据;服务器设备故障,可以通过HA来解决
昂贵软硬件的共享:
高价值的授权软件或者专业GPU显卡,可以方便的分时间段给不同用户使用,降低了成本
绿色节能,提高设备使用年限:
采用云终端,低功耗,并且服务器比PC寿命更长
易于扩展:
创建虚拟机就可以完成桌面环境的增加,扩容规模,只需扩容服务器
2.3方案组成
组件
描述
云服务器
承载虚拟桌面,进行集中运算和存储,全面选用Intel产品,经过严格测试,保障桌面云更好的性能和稳定性。
终端设备
云终端(VDI瘦终端,VOI胖终端)
使用噢易云终端,可满足学校需求的同时更易于管理维护且节能环保。
一体机(同终端)
教育桌面云软件
通过VDI和VOI融合虚拟化技术生成大量虚拟教学桌面,利用远程桌面协议,通过网络将桌面传输给云终端设备远程访问或本地使用,同时管理员可通过浏览器访问服务器管理平台,对所有服务器,虚拟桌面,用户,终端进行集中管理维护。
桌面云运维管理系统(可选)
提供对云终端和云桌面的远程运维支撑服务,可以对学生上机实验过程中的各种操作进行监控和统计,主要包括客户端控制、行为管控、内网安全、资产管理、策略管理、查询统计等多个功能模块。
多媒体教学软件(可选)
教师机可通过专为虚拟化环境优化的多媒体教学软件,可以实现屏幕广播、屏幕监看、视频教学、文件传输、电子白板等多媒体教学功能,实现对学生的统一教学管理。
教师机(可选)
普通台式电脑(CPU≥I3系列,内存≥4GB,硬盘≥500G)
网络设备
用于设备连接
共享存储设备(可选)
用于数据存储
3.实训教辅
3.1教学大屏
本方案提供的智能交互一体机是将最新的触控技术、高清显示技术、视频处理技术、计算机技术、网络通信技术、智能交互控制系统、音响控制系统、丰富教学资源融为一体的智能教学产品,可广泛应用于幼儿园、中小学教学课堂、远程教学、培训中心等多种场合。
功能特性
超高清4K显示,分辨率3840×2160。
防眩光、防遮挡、抗强光设计,交互流畅无障碍。
Windows与Android双系统设计,高度集成,节省成本,简单易用。
极速响应,支持最高20点触控,书写无延时、无卡顿。
支持设置开机默认信号源,支持信号源预览,外接信号源自动切换,支持定时开关机。
支持本机文件及U盘文件自动分类管理,可快速查找管理office文档、音乐、视频、图片等文件。
设备前置双通道USB3.0接口,同一个USB接口可支持同时在Windows及Android系统下被读取,无需区分。
在任意通道下,支持手势便捷调出悬浮按钮,实现书写、擦除、截图、冻结等操作。
通过手机/平板,轻松实现设备投屏,远程控制,授课过程更加灵活。
教学软件集成多学科工具及素材,便捷书写擦除,随堂录课,备课授课更加便捷。
通过手机扫描二维码,便可轻轻松松带走课堂笔记。
一体化设计、全钢化玻璃、智能温控、绿色环保,保障师生安全。
3.2实训桌椅
因本实训室需满足至少40人同时上课实训,故桌椅设计总数为50工位。
考虑到实训室使用频率,桌椅材质设计为刚木结构,材质为复合木板,桌面厚度为2.5CM,骨架设计为国标钢材,进而保证其耐用性。
同时为教学秩序及安全考虑,采用桌架内走线方式,达到人线物理隔离的目的,保证学生上课过程中,不会直接接触电源线,符合实训室安全使用规则,同时不会出现网线、电线交叉,桌面线缆杂乱的情况。
整体结构设计美观大方,配色选择优先结合实训室光线以及配色,同时材质具备一定的耐热耐烧能力,进而保证实训安全。
3.3扩声系统
音箱
额定功率
250w
450w
600w
最大功率
500w
900w
1200w
输入阻抗
8Ω
8Ω
8Ω
高音单元
1.75"x1,44芯/126磁
3"x1,75芯/126磁
3"x1,75芯/170磁
低音单元
10"x1,65芯/156磁
12"x1,75芯/180磁
15"x175芯/190磁
灵敏度
97dB
97dB
102dB
频率响应
50HZ-20KHZ
46HZ-20KHZ
46HZ-20KHZ
最大声压级
127dB
129dB
135dB
指向性(HxV)
90°x60°
90°x70°
90°x70°
箱体尺寸
505x300x290mm
673x443x400mm
718x430x450mm
无线话筒【高端一拖二手持】
立体声(8Ω)STEREOPOWER8Ω
1300Wx2
1000Wx2
850Wx2
650Wx2
450Wx2
350wx2
200wx2
立体声(4Ω)STEREOPOWER4Ω
1950Wx2
1500Wx2
1360Wx2
1000Wx2
680Wx2
550Wx2
350wx3
立体声(2Ω)STEREOPOWER2Ω
2900Wx2
2300Wx2
频率响应FREQUENCYRESPONSE
20~20kHz(-0.5dB)
失真度THD+N
<0.05
信噪比S/NRATE
>104dB
分离度SLEWRATE
>60dB
阻尼系数DAMPINGFACTOR
>600
转换速率CROSSTALK
>13v/μs
输入阻抗INPUTIMPEDANCE
20k/10k
输入灵敏度INPUTSENSITIVITY
32dB/1v/1.4v
包装尺寸PACKINGDIMENSIONS
470x430x88
重量GROSSWEIGHT
21Kg
19Kg
17Kg
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- AI 实训室 建设 方案