北大教授張大慶：無線感知，讓你變老也優雅

受訪者 | 張大慶

記者 | 胡巍巍

在國內高校中，北大的校慶日很特殊——5月4日。

這一天，也是青年節。

北大，是五四運動的策源地。100年來，“愛國、進步、民主、科學”的五四精神，在北大從未褪色。

近日，CSDN採訪了北京大學博雅講席教授、歐洲科學院院士、IEEE Fellow、國家特聘專家張大慶教授。

張教授曾在海外過多年，2014年加入北大後，一直致力於資訊科學的研究。

2019年12月6-7日，張教授還將在CSDN聯合主辦的嵌入式智慧國際大會上和你面對面（文末有報名地址）。

在和張教授見面之前，不妨透過這篇會前採訪，先來了解了解他！

張大慶，北京大學博雅講席教授，

歐洲科學院院士，IEEE Fellow，國家特聘專家

關於研究領域

CSDN：您研究領域中的城市計算和大資料分析，有哪些相同之處和不同之處？

張大慶：

城市計算和大資料分析，從字面上看似不同，但是從本質來講，兩者內在聯絡很緊密。

所謂大資料分析，就是利用在物理世界、虛擬世界以及生活的各方面收集的資料，透過對這些資料進行處理和分析，挖掘資料中的規律和智慧，從而為使用者提供各種各樣的服務。

城市計算，則是大資料分析在智慧城市裡的一個應用，比如人們收集到城市中大量空氣質量的資料、GPS的資料後，透過處理這些資料，來支撐智慧城市、智慧交通等應用。

總而言之，大資料分析是一個更廣泛的技術領域。而城市計算，則是大資料分析在智慧城市的一個具體研究領域。

CSDN：

您和團隊研究出來的情景感知模型，是一個怎樣的模型？

張大慶：

我曾和我的團隊在2003年，提出了一個基於本體的情景感知模型。該模型提出以後，國際上普適計算、服務計算和移動計算等多個領域，都在採用我們這個模型，該模型也對咱們國家的智慧城市標準做出了貢獻。對工業界來講，華為、OPPO等公司，在做智慧手機時，都會用到這個模型。

所謂情景感知，是普適計算領域一個比較學術的叫法，事實上它就是對人和環境進行智慧感知。情景感知是智慧家居、智慧城市的基礎，目的是根據情景給大眾提供相應的服務。

CSDN：

你比如說，晚上在大街上看手機，走到燈光下，手機會螢幕會變亮，這就是情景感知對吧？

張大慶：

對。比如說，一個人走在走廊裡，本來走廊是黑的，如果感測器感覺到人在動，它就會把燈開啟。或者人離開一段時間以後，又會把燈自動關閉。

再比如說，在手機上看照片，你原本是橫著看，但是突然想豎著看。那你可以把手機豎起來，手機裡的感測器，在感受到你把手機豎起來之後，就會自動把圖片變成豎的。

或者說，某條路交通很堵塞，系統會建議你換一個人少的路段來開車；某個地方空氣不好，系統會提醒你，換一個空氣更好的地方去跑步。

這些都是情景感知的典型應用。可以說，如果想做智慧裝置、智慧環境，情景感知是必要的“基礎設施”。

理論上來講，情景感知本身可以使用任何感測器。我們可以用手機上的加速感測器來感知，也可以用攝像頭來感知，還可以用壓力感測器來感知，甚至還有測量空氣質量的感測器。

目前我在北大的團隊在研究無線感知。大家知道，無論是Wi-Fi、還是4G、5G，都是大家常用的無線通訊方式，主要是進行資訊通訊和傳送的。

而我們團隊，是想複用已經無處不在的無線訊號，透過採集無線通訊的訊號來感知環境和環境中的人。

比如，可以用你手機的4G訊號，識別你的手勢來遠端控制家電，也可以用你家中的Wi-Fi訊號，來感知你每分鐘的呼吸次數和晚上的睡眠質量。

這許多無線感知的應用，都是建立在我們提出的一個叫“基於菲涅爾區無線感知理論”。

CSDN：

如何通俗地理解基於菲涅爾區無線感知理論？

張大慶：

大家都知道，Wi-Fi也好、4G、5G也好，都是用無線訊號，是來進行通訊的。

無線訊號，實際上是一種電磁波訊號。電磁波和光一樣，它們在空中傳播時，有特定的傳播規律。

這個規律是19世紀初，由法國科學家菲涅爾發現的，當年他揭示出了光在真空中傳播的一些性質。

因為電磁波和光的許多性質比較接近，所以我們就試圖把這個模型，帶入到室內來做無線感知。

我們發現，用菲涅爾區模型來刻畫電磁波的傳播規律，對無線感知具有基礎指導作用。我們團隊基於該模型，提出了基於菲涅爾區無線感知理論和一系列通用技術。

而基於這些理論和技術， 我們可以利用無線訊號對人的體徵和狀態進行非侵擾、非接觸的感知， 而且成本很低廉。

大家都熟悉用可穿戴技術進行感知。舉個例子，現在的智慧手錶，人們戴上後，手錶裡的感測器，可以測試出你走了多少步數。

如果一個老人睡眠不好，他想去醫院看看，為什麼自己睡眠不好，醫生可能要他戴很多的裝置和電極。

這樣，老人就要在很不舒服的情況下測試睡眠狀況，因為他要戴許多東西來睡眠，這就很難反映他的正常睡眠情況。

這時，如果使用我們的無線感知技術，來測試老人的睡眠，他不用去醫院，可以直接利用老人家裡的Wi-Fi裝置，在老人純自然、毫無知覺的情況下，就可以測試到他的睡眠狀況。

也可以用Wi-Fi訊號來檢測他的步態， 用於早期發現帕金森等慢性疾病（CSDN注：或可以理解為，技術助力人們優雅地變老）。

而用無線訊號，來感知人體資訊的原理，正是基於菲涅爾區無線感知理論和技術。

CSDN：

我看您的課題組，也提過Wi-Fi訊號在室內環境傳播的重要性質。

那麼，Wi-Fi訊號在室內傳播，就有哪些重要性質？

張大慶：

Wi-Fi訊號是一種電磁波訊號，因為我們肉眼觀察不到，所以說起來有些抽象。

舉個例子，你往湖水扔一塊石頭，就會出現一圈一圈的水波紋，水波紋會以扔石頭的點為中心，一波一波往外傳。

電磁波也是一種波， 我們如果有一個路由器（Wi-Fi傳送裝置）和一個手機或者筆記本。

這時，無線訊號就由路由器發出，傳播到手機或筆記本等接收端。

因為除了無線傳送端和接收端之間有直接路徑，周圍的物體還會反射電磁波， 這樣以無線傳送端和接收端為橢圓的兩個焦點，會形成一層一層的同心橢圓， 這些橢圓就是所謂的菲涅爾區。

因為電磁波會形成一層層的橢圓，當一個人或物體穿越這些橢圓時， 接收端訊號會產生交替出現的波峰和波谷， 而波峰波谷的位置就對應這些橢圓的邊界。這些就是電磁波傳播的一些基本性質。

當我們瞭解這些性質以後，我們就可以利用這些性質開發出不同的無線感知技術和應用， 可以非接觸地感知人的呼吸和活動。

關於給學生提供職業建議

CSDN：

您會根據不同學生的特性，來給他們不同的擇業建議嗎？

張大慶：

作為教師，在帶學生時，一個很重要的工作就是要根據學生的特點，來給他們未來擇業提供指導。

有的學生，工程方面比較強，我就比較建議他們讀碩士，將來做一個好的工程師；

有的同學，有志於從事科研，也喜歡理論和思考，那麼就建議他們讀博士，將來做教授也好、做大公司的研究人員也好，都可以對前沿技術進行探索。

CSDN：

我之前接觸的高校老師說，現在學生們普遍喜歡去大公司工作，您身邊的同學也存在這種情況嗎？

張大慶：

在北大，同學們主要分為兩類，一類希望加入大公司。

事實上，現在的大公司，對於研發的要求也很高，所以他們需要大量的碩士、博士加入來做產品研發。

另一些同學，有志於做學術，願意做一名教授，更看重自由探索。

當然在學術圈工作的收入，比起在大公司工作的收入，一開始會有一定落差。但是，有些同學不在意這些，他們更在乎在高校，可以做自己喜歡做的事情，而不是非得按照公司要求的去做。

在公司，要圍繞公司的戰略去做研發；而在高校，因為沒有像公司那樣硬性的要求，儘管在短期內不一定能產出有用的產品。

但是，從長期來看也是為人類積累知識。

關於給程式設計師的建議

CSDN：

如果一個程式設計師想轉行做普適計算，得學習哪些知識？

張大慶：

普適計算實際上是一個交叉學科，它不是隻研究程式語言或資料庫等單一學科。普適計算需要用到通訊、感知、計算等多種技術。

就好像設計一部手機，需要很多技術，比如CPU、儲存器、感測器和人機互動等。光靠單一學科的知識，人類根本沒法造出手機。

如果一個程式設計師以前會用C語言和Python程式設計，如果他想做普適計算，他主要要學習相應的系統和領域知識，依舊是用C語言和Python程式設計，只是要根據具體的新應用，寫出相應的應用程式來。

採訪後記

以上內容，僅僅是張教授知識儲備和人生經歷的一部分。

想面對面聆聽張教授更多的觀點，趕快關注2019嵌入式智慧國際大會！12月6-7日，深圳，溫暖如春的南國鵬城，張教授和你面對面論道技術前沿！

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