人工智能的学科范畴很广，因为人的智能体现在思维、感知、行为三层次，而人工智能要模拟、延伸、扩展人的智能，所以其主要研究内容可分为三层次。

（一）机器思维与思维机器

机器思维，具体地说是计算机思维，如专家系统、机器学习、计算机下棋、计算机作曲、计算机绘画、计算机辅助设计、计算机证明定理、计算机自动编程等。

思维机器，或者说是会思维的机器。现在的计算机能否称为会思维的电脑还是有争议的问题。因为现有的电脑做任何事情，都需要人发出指令、编写程序，否则它什么也不会做。一台计算机接上电源，它自己既不会想做什么，也不会想如何做，更不会想为什么要做，所以现在的计算机是一种不会思维的机器。但是，现有的计算机可以在人脑的指挥和控制下，辅助人脑进行思维活动和脑力劳动，如医疗诊断、化学分析、知识推理、定理证明、产品设计等，实现某些脑力劳动自动化或半自动化。从这种观点也可以说，目前的计算机具有某些思维能力，只不过现有电脑的智能水平还不高。所以，需要研究更聪明的、思维能力更强的智能电脑或脑模型。

（二）机器感知与感知机器

机器感知或机器认知研究如何用机器或计算机模拟、延伸和扩展人的感知或认知能力，包括：机器视觉、机器听觉、机器触觉等，如计算机视觉、模式（文字、图像、声音等）识别、自然语言理解等，都是人工智能领域的重要研究内容，也是在机器感知或机器认知方面高智能水平的计算机应用。

感知机器或认知机器，研制具有人工感知或人工认知能力的机器。包括：视觉机器、听觉机器、触觉机器等，如文字识别机、感知机、认知机、工程感觉装置、智能仪表等。

（三）机器行为与行为机器

机器行为或计算机行为研究如何用机器去模拟、延伸、扩展人的智能行为，如自然语言生成用计算机等模拟人说话的行为，机器人行动规划模拟人的动作行为，倒立摆智能控制模拟杂技演员的平衡控制行为，机器人的协调控制模拟人的运动协调控制行为，工业窑炉的智能模糊控制模拟窑炉工人的生产控制操作行为，轧钢机的神经网络控制模拟操作工人对轧钢机的控制行为等。

行为机器指具有人工智能行为的机器，或者说，能模拟、延伸与扩展人的智能行为的机器。例如，智能机械手、机器人、操作机；自然语言生成器；智能控制器，如专家控制器、神经控制器、模糊控制器等，这些智能机器或智能控制器，具有类似于人的智能行为的某些特性，如自适应、自学习、自组织、自协调、自寻优等。因而，能够适应工作环境条件的变化，通过学习改进性能，根据需求改变结构，相互配合、协同工作，自行寻找最优工作状态等。

人工智能的研究方法和技术路线，有不同的观点、不同的学派。

1.功能模拟学派

功能模拟学派，或称为符号主义派，主张从功能方面模拟、延伸、扩展人的智能，他们认为人脑和电脑都是物理符号系统，其代表性成果有：启发式程序、专家系统、知识工程等。

2.结构模拟学派

结构模拟学派，或称为联结主义学派，主张从结构方面模拟、延伸、扩展人的智能，用电脑模拟人脑神经系统的联结机制。其代表性成果有：M-P神经细胞模型、BP神经网络模型、Hop field神经网络模型等。

3.行为模拟学派

行为模拟学派，或称为行为主义学派，主张从行为方面模拟、延伸、扩展人的智能，他们认为：智能可以不需要知识。其代表性成果是MIT的Brooks研制的智能机器人。

上述不同学派，从不同的观点，用不同的方法，在不同的层次上对人的智能进行了研究和模拟，各有所长，各有所短。应当相互结合，取长补短，从功能、结构、行为多方面、多层次，对人的智能进行全面的、综合的研究，将有助于人工智能学科的发展。

例如，专家系统与神经网络相结合的混合式智能系统、基于知识的机器人行动规划系统、基于神经网络的机器人智能控制系统等。

综上所述，人工智能是从思维、感知、行为三层次，机器智能、智能机器两方面，研究模拟、延伸与扩展人的智能的理论、方法、技术及其应用的技术学科。

下面将分别从智能控制、智能管理、智能CAD、智能交通四个方面来说明人工智能在控制、管理、制造、运输领域的应用。

（四）智能控制

人工智能在控制领域中的应用，发展了新一代的控制技术——智能控制，如专家控制、知识控制、神经控制、模式控制等。智能控制为解决常规控制难以胜任和应用的问题提供了新途径。例如，缺乏准确数据、完备信息的难以建立数学模型的不确定、不确知的系统就可以通过智能控制的方法来解决它。

智能控制比常规控制具有更高的智能水平，例如具有自适应、自寻优、自学习、自识别、自组织、自协调等智能特性。

（五）智能管理

人工智能在管理领域中的应用，发展了智能管理新技术和新一代的计算机管理系统——智能管理系统。

智能管理系统（IMS）是管理信息系统（MIS）、办公自动化系统（OAS）、决策支持系统（DSS）智能化、集成化、协调化的产物，具有更高的智能水平，可以为非结构化半结构化的管理决策提供信息服务和决策支持；而且具有更全面的管理功能，可同时具备信息管理、事务处理、决策支持等多种功能，可以用下面的式子表示。

AI+（MIS+OAS+DSS）=IMS或者IMIS+IOAS+IDSS=IMS

（六）智能CAD(www.daowen.com)

计算机辅助设计（CAD）是计算机应用的重要领域，因而也是人工智能的重要应用场合。

传统的CAD技术只是辅助设计人员进行绘图方面的工作，可以实现某些绘图业务的半自动化。智能CAD系统应用人工智能方法和技术，提高CAD系统的智能水平。智能CAD（Intelligent CAD）是AI和CAD技术相结合的一门综合性研究技术，它在CAD之中运用了AI的理论和技术，使CAD系统能够在某种程度上具有设计师一样的智能和思维方法，从而把设计自动化引向了CAD技术在学术上深化的一个重要方向。

设计型专家系统是AI介入CAD形成智能CAD系统的重要形式，是利用已有的专家系统工具，开发针对某种设计的专家系统。专家系统开发工具是一个提供知识表达方法、知识库的管理系统，提供推理机制以及学习功能的计算机软件系统，当用户用所提供的知识表达方法恰当地表达出某一领域的知识时，专家系统开发工具就可以自动生成一个可以解决该特定领域问题的专家系统。但是这种使用经常局限在设计某一个以逻辑思维为主的局部，如对某一个问题和指标的咨询，或对某一个过程的步骤的规划，这是因为目前的专家系统建立在逻辑推理的基础之上，而对于设计的核心问题——形状的综合，尚缺乏有效的处理方法。因此，设计型专家系统还需要进一步发展，才能应用到CAD过程的核心环节中去。图6-2给出了面向Agent技术的智能CAD系统的总体结构。

图6-2　面向Agent技术的智能CAD系统的总体结构

（1）对于基于人工神经网络的智能CAD部分。首先用实例来训练神经网络，以获得人工神经网络的权值矩阵，然后该部分可以用于工程设计。在使用过程中，可把遇到的新问题作为学习样本来对神经网络的权值矩阵进行修正。为了系统的稳定性，在系统运行一段时间后，也是需要积累了一定数量的学习样本后再来修正权值矩阵。

（2）在基于Agent的智能CAD部分。在这部分里，当系统接到新的设计任务后，可通过组织有效的智能体集合来完成设计任务。实现途径有两种：一是通过Agent创造子集来创造新的Agent，一旦完成任务，可通过Agent新构子集取消相应的Agent；二是利用空闲的Agent来构成执行任务的Agent集合。另外，还可以通过不断地、周期性地根据变化的任务资源、外部信息以及系统的历史行为，以改变系统的Agent的类型和数目，达到重构组织的目的。

需要说明的是，尽管当前智能CAD系统水平有待提高，但我们并不认为智能程度（或自动化程度）越高越好。

（七）智能交通

智能交通是利用计算机技术和通信技术管理交通事务，以提高道路的通行能力，舒缓交通阻力，提高道路通行的安全系数，紧急事故的处理等。其中GIS软件在该应用中起到了至关重要的作用，它不仅能够通过图形的形式记述查询道路的通行状况，还能迅速定位事故点，抢修车辆的调度，以及提供交通疏散的方案等。这一应用在近年来在国内外的交通管理部门得到了大量应用。例如，北京交通管理局、欧洲公路管理信息系统（Road Management System for Europe）、芝加哥铁路局、密歇根州交通管理局等。

因为交通运输是智能配送系统环节中重要的一环，下面对智能交通系统做一个比较详细的介绍。

1.智能交通系统（ITS）的起源

解决车和路的矛盾，常用的有两个办法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性，经济的发展必然带来出行的增加，因此限制车辆的增加不是解决问题的好办法。所以长期以来，国外在车辆与路的矛盾中无一例外的采取了增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法。但随着经济与技术的发展，它已不是解决交通运输紧张的唯一办法，面对越来越拥挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力，建设更多的基础设施将受到限制。

在研究这一问题的过程中，世界各国发现电子信息技术越来越多地引入运输系统，不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、高速公路收费系统等方面都会产生巨大的影响，因此他们不断扩大研究、开发和试验的范围，智能运输系统（Intelligent Transport System，ITS）应运而生。

目前国内外对智能运输系统的理解不尽相同，但不论从任何一个角度出发，有一点是共同的——ITS是用各种高新技术，特别是电子信息技术来改善交通效率、安全和环境保护。

2.智能交通系统（ITS）的概念

ITS是英文Intelligent Transportation Systems的缩写，即智能交通系统。ITS是一个广泛包括各种技术的统称，它为许多交通问题提供了解决的方案。ITS包含了许多技术，其中有信息处理技术、通信技术、控制技术和电子技术。将这些技术应用于我们的交通系统可以挽救生命，节省时间和金钱，ITS的前景十分广阔。当然ITS不只是未来的事物，一些真实的系统、产品和服务在有些发达国家已经十分普遍。ITS能够使得人和物以更快更安全的方式进行空间的移动。

3.智能交通系统（ITS）包括的内容

（1）先进的交通信息服务系统（ATIS）。先进的交通信息服务系统是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站、停车场以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各处的交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。另外，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。

随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将ATIS建立在因特网上，并采用多媒体技术，这将使ATIS的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。

（2）先进的交通管理系统（ATMS）。这个系统有一部分与ATIS共用信息采集、处理和传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使用的，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视，根据收集到的信息，对交通进行控制，如信号灯、发布诱导信息、道路管制、事故处理与救援等。

（3）先进的公共交通系统（APTS）。这个系统的主要目的是改善公共交通的效率（包括公共汽车、地铁、轻轨交通、城郊铁路和城市间的公共汽车），提供便捷、经济的、运量大的公交系统。

（4）先进的车辆控制系统（AVCS）。AVCS目前还处于研究试验阶段，从当前的发展看，可以分为两个层次。

①车辆辅助安全驾驶系统，该系统有以下几个部分：车载传感器（微波雷达、激光雷达、摄像机、其他形式的传感器等）、车载计算机和控制执行机构等，行驶中的车辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下，强制车辆制动。

②自动驾驶系统，装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行驶中可以做到自动导向，自动检测和回避障碍物，在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前车的距离。智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。

（5）货运管理系统（FMS）。这里的货运管理系统是指以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行管理的智能化的物流管理系统。综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术有效组织货物运输，提高货运效率。

（6）电子收费系统（ETC）。公路收取通行费，是公路建设资金回收的重要渠道之一，但是随着交通量的增加，收费站开始成为道路上新的瓶颈。电子收费系统就是为解决这个问题而开发的，使用者可以在高速公路公司或银行预交一笔通行费，领到一张内部装有电子线路的通行卡，将其安装在自己汽车的指定位置。这样，当汽车通过收费站的不停车收费车道时，该车道上安装的读取设备与车上的卡进行相互通信，自动在预交账户上将本次通行费扣除。在现有的车道上安装电子不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高3～5倍。

（7）紧急救援系统（EMS）。紧急救援系统是一个特殊的系统，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和设施，通过ATIS和ATMS将交通监控中心与职业的救援机构连成有机的整体，为道路使用者提供车辆故障现场紧急处理、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。