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北大教授张大庆：无线感知，让你变老也优雅

编程日记 2024-12-15 19:20:00

受访者 | 张大庆

记者 | 胡巍巍

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

在国内高校中，北大的校庆日很特殊——5月4日。

这一天，也是青年节。

北大，是五四运动的策源地。100年来，“爱国、进步、民主、科学”的五四精神，在北大从未褪色。

近日，CSDN采访了北京大学博雅讲席教授、欧洲科学院院士、IEEE Fellow、国家特聘专家张大庆教授。

张教授曾在海外过多年，2014年加入北大后，一直致力于信息科学的研究。

2019年12月6-7日，张教授还将在CSDN联合主办的嵌入式智能国际大会上和你面对面（文末有报名地址）。

在和张教授见面之前，不妨通过这篇会前采访，先来了解了解他！

张大庆，北京大学博雅讲席教授，

欧洲科学院院士，IEEE Fellow，国家特聘专家

关于研究领域

CSDN：您研究领域中的城市计算和大数据分析，有哪些相同之处和不同之处？

张大庆：城市计算和大数据分析，从字面上看似不同，但是从本质来讲，两者内在联系很紧密。

所谓大数据分析，就是利用在物理世界、虚拟世界以及生活的各方面收集的数据，通过对这些数据进行处理和分析，挖掘数据中的规律和智能，从而为用户提供各种各样的服务。

城市计算，则是大数据分析在智慧城市里的一个应用，比如人们收集到城市中大量空气质量的数据、GPS的数据后，通过处理这些数据，来支撑智慧城市、智慧交通等应用。

总而言之，大数据分析是一个更广泛的技术领域。而城市计算，则是大数据分析在智慧城市的一个具体研究领域。

CSDN：您和团队研究出来的情景感知模型，是一个怎样的模型？

张大庆：我曾和我的团队在2003年，提出了一个基于本体的情景感知模型。该模型提出以后，国际上普适计算、服务计算和移动计算等多个领域，都在采用我们这个模型，该模型也对咱们国家的智慧城市标准做出了贡献。对工业界来讲，华为、OPPO等公司，在做智能手机时，都会用到这个模型。

所谓情景感知，是普适计算领域一个比较学术的叫法，事实上它就是对人和环境进行智能感知。情景感知是智慧家居、智慧城市的基础，目的是根据情景给大众提供相应的服务。

CSDN：你比如说，晚上在大街上看手机，走到灯光下，手机会屏幕会变亮，这就是情景感知对吧？

张大庆：对。比如说，一个人走在走廊里，本来走廊是黑的，如果传感器感觉到人在动，它就会把灯打开。或者人离开一段时间以后，又会把灯自动关闭。

再比如说，在手机上看照片，你原本是横着看，但是突然想竖着看。那你可以把手机竖起来，手机里的传感器，在感受到你把手机竖起来之后，就会自动把图片变成竖的。

或者说，某条路交通很堵塞，系统会建议你换一个人少的路段来开车；某个地方空气不好，系统会提醒你，换一个空气更好的地方去跑步。

这些都是情景感知的典型应用。可以说，如果想做智能设备、智能环境，情景感知是必要的“基础设施”。

理论上来讲，情景感知本身可以使用任何传感器。我们可以用手机上的加速传感器来感知，也可以用摄像头来感知，还可以用压力传感器来感知，甚至还有测量空气质量的传感器。

目前我在北大的团队在研究无线感知。大家知道，无论是Wi-Fi、还是4G、5G，都是大家常用的无线通讯方式，主要是进行信息通讯和传送的。

而我们团队，是想复用已经无处不在的无线信号，通过采集无线通讯的信号来感知环境和环境中的人。

比如，可以用你手机的4G信号，识别你的手势来远程控制家电，也可以用你家中的Wi-Fi信号，来感知你每分钟的呼吸次数和晚上的睡眠质量。

这许多无线感知的应用，都是建立在我们提出的一个叫“基于菲涅尔区无线感知理论”。

CSDN：如何通俗地理解基于菲涅尔区无线感知理论？

张大庆：大家都知道，Wi-Fi也好、4G、5G也好，都是用无线信号，是来进行通讯的。

无线信号，实际上是一种电磁波信号。电磁波和光一样，它们在空中传播时，有特定的传播规律。

这个规律是19世纪初，由法国科学家菲涅尔发现的，当年他揭示出了光在真空中传播的一些性质。

因为电磁波和光的许多性质比较接近，所以我们就试图把这个模型，带入到室内来做无线感知。

我们发现，用菲涅尔区模型来刻画电磁波的传播规律，对无线感知具有基础指导作用。我们团队基于该模型，提出了基于菲涅尔区无线感知理论和一系列通用技术。

而基于这些理论和技术，我们可以利用无线信号对人的体征和状态进行非侵扰、非接触的感知，而且成本很低廉。

大家都熟悉用可穿戴技术进行感知。举个例子，现在的智能手表，人们戴上后，手表里的传感器，可以测试出你走了多少步数。

如果一个老人睡眠不好，他想去医院看看，为什么自己睡眠不好，医生可能要他戴很多的设备和电极。

这样，老人就要在很不舒服的情况下测试睡眠状况，因为他要戴许多东西来睡眠，这就很难反映他的正常睡眠情况。

这时，如果使用我们的无线感知技术，来测试老人的睡眠，他不用去医院，可以直接利用老人家里的Wi-Fi设备，在老人纯自然、毫无知觉的情况下，就可以测试到他的睡眠状况。

也可以用Wi-Fi信号来检测他的步态，用于早期发现帕金森等慢性疾病（CSDN注：或可以理解为，技术助力人们优雅地变老）。

而用无线信号，来感知人体信息的原理，正是基于菲涅尔区无线感知理论和技术。

CSDN：我看您的课题组，也提过Wi-Fi信号在室内环境传播的重要性质。那么，Wi-Fi信号在室内传播，就有哪些重要性质？

张大庆：Wi-Fi信号是一种电磁波信号，因为我们肉眼观察不到，所以说起来有些抽象。

举个例子，你往湖水扔一块石头，就会出现一圈一圈的水波纹，水波纹会以扔石头的点为中心，一波一波往外传。

电磁波也是一种波，我们如果有一个路由器（Wi-Fi发送装置）和一个手机或者笔记本。

这时，无线信号就由路由器发出，传播到手机或笔记本等接收端。

因为除了无线发送端和接收端之间有直接路径，周围的物体还会反射电磁波，这样以无线发送端和接收端为椭圆的两个焦点，会形成一层一层的同心椭圆，这些椭圆就是所谓的菲涅尔区。

因为电磁波会形成一层层的椭圆，当一个人或物体穿越这些椭圆时，接收端信号会产生交替出现的波峰和波谷，而波峰波谷的位置就对应这些椭圆的边界。这些就是电磁波传播的一些基本性质。

当我们了解这些性质以后，我们就可以利用这些性质开发出不同的无线感知技术和应用，可以非接触地感知人的呼吸和活动。

关于给学生提供职业建议

CSDN：您会根据不同学生的特性，来给他们不同的择业建议吗？

张大庆：作为教师，在带学生时，一个很重要的工作就是要根据学生的特点，来给他们未来择业提供指导。

有的学生，工程方面比较强，我就比较建议他们读硕士，将来做一个好的工程师；

有的同学，有志于从事科研，也喜欢理论和思考，那么就建议他们读博士，将来做教授也好、做大公司的研究人员也好，都可以对前沿技术进行探索。

CSDN：我之前接触的高校老师说，现在学生们普遍喜欢去大公司工作，您身边的同学也存在这种情况吗？

张大庆：在北大，同学们主要分为两类，一类希望加入大公司。

事实上，现在的大公司，对于研发的要求也很高，所以他们需要大量的硕士、博士加入来做产品研发。

另一些同学，有志于做学术，愿意做一名教授，更看重自由探索。

当然在学术圈工作的收入，比起在大公司工作的收入，一开始会有一定落差。但是，有些同学不在意这些，他们更在乎在高校，可以做自己喜欢做的事情，而不是非得按照公司要求的去做。

在公司，要围绕公司的战略去做研发；而在高校，因为没有像公司那样硬性的要求，尽管在短期内不一定能产出有用的产品。

但是，从长期来看也是为人类积累知识。

关于给程序员的建议

CSDN：如果一个程序员想转行做普适计算，得学习哪些知识？

张大庆：普适计算实际上是一个交叉学科，它不是只研究编程语言或数据库等单一学科。普适计算需要用到通讯、感知、计算等多种技术。

就好像设计一部手机，需要很多技术，比如CPU、存储器、传感器和人机交互等。光靠单一学科的知识，人类根本没法造出手机。

如果一个程序员以前会用C语言和Python编程，如果他想做普适计算，他主要要学习相应的系统和领域知识，依旧是用C语言和Python编程，只是要根据具体的新应用，写出相应的应用程序来。

采访后记

以上内容，仅仅是张教授知识储备和人生经历的一部分。

想面对面聆听张教授更多的观点，赶快关注2019嵌入式智能国际大会！12月6-7日，深圳，温暖如春的南国鹏城，张教授和你面对面论道技术前沿！

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