简述云计算的核心技术范文

导语：如何才能写好一篇简述云计算的核心技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】 云计算 虚拟化 跨域无缝融合 公众服务云 OTV

一、引言

1.1 跨数据中心的云计算平台

从2011年起中国移动广东分公司就规划确定了云计算发展的总体目标[1]。公众服务云（以下简称公众云）为了达到计算、存储、网络等资源的有效共享和灾难备份的目标[2]，需要将多个数据中心跨域无缝融合成一个逻辑上的数据中心，以便承载业务的虚拟机能够在多数据中心内自由漂移，向用户提供一致的服务。

在本次项目实践中，要实现广东移动公众云南基节点和中能节点的无缝融合，保证业务虚拟机能跨机房自由漂移，两个数据中心的机房必须在二层VLAN跨机房打通。实施中利用互连南基节点和中能节点的思科Nexus 7000核心交换机的OTV（Over Transport Virtualization，基于传输的虚拟化）实现了数据中心跨域无缝融合

基于此次项目的成功经验，本文介绍OTV技术及无缝融合的实施细节。

1.2 跨域二层互连技术

主要有三种方式：通过裸光纤或传输实现交换机级联，基于EoMPLS 二层VPN的点到点二层互连，基于VPLS二层VPN的多点到多点的二层互连。但这三种方式的缺陷也很明显：裸光纤方式对传输资源的要求非常高，而EoMPLS和VPLS[3]需要网络支持MPLS的二层封装，对设备要求高且配置复杂。

除了这些方法各自的缺陷外，传统的数据中心二层互连方式还存在可靠性、运维复杂性和稳定性方面的问题，具体来说：

（1）传统的二层自学习交换方式中MAC地址的学习依赖于对广播分组或未知目的MAC分组的洪泛。

（2）在传统的二层互连中，如果有N个站点，站点之间的伪线（Pseudo Wire）数目就是N*（N-1）/2。站点数目和伪线数之间N2的关系，造成了扩展性的问题，随着站点的增加，伪线数目将会多得难以维护和管理。

（3）数据中心的核心交换机使用双机冗余模式，当多个数据中心跨域打通之后，需使用跨域的生成树（STP）协议以避免数据环路。但跨域STP存在如果某个数据中心的生成树发生故障，其他数据中心也会受影响的问题。

二、OTV（Overlay Transport Virtualization）技术

OTV[4]是一种专门处理多数据中心跨域二层互连的技术，该技术用在了思科新一代数据中心核心交换机Nexus 7000中，能够满足云计算数据中心跨域二层打通的需求。OTV在数据平面将以Mac in IP封装原始以太帧。

OTV在控制平面建立邻接拓扑可以选用单播或者组播的方式。

针对跨域互连的特点和要求，OTV有许多针对性的处理机制。例如，

（1）STP隔离，STP的BPDU报文会被OTV ED（Edge Device，边缘设备）阻塞，从而避免了跨域STP的问题。

（2）ED也会阻塞未知的单播报文，防止其跨域扩散，通过配置静态表项，可应对静默主机的情况。

（3）在OTV设备上缓存APR信息，当收到相同目标IP的ARP请求时直接应答，降低ARP请求的跨域广播。

为确定何种技术适合用于广东移动融合公众云，本次项目对传统互连技术和OTV技术进行了专门的跨域测试，这些考量点的对比结果如表1所示。

可以看出传统技术的缺陷很明显，而OTV技术的优势明显，能支持传统技术不支持的功能，网络更安全、可靠、稳定，且所需人工干预少，运维管理开销低。

三、南基节点和中能节点跨域融合的OTV实现方案

3.1 网络拓扑

在南基机房和中能机房各部署了一对Nexus 7000核心交换机，为了实现二层VLAN打通，两个节点的Nexus 7000核心交换机之间用两条10GE链路连起来，并利用OTV的MAC in IP的封装和OTV隧道技术。两个节点中的设备都属于逻辑上的一个数据中心，业务虚机可根据客户需求、宿主机性能等实际情况在两个节点的机房之间自由迁移，并向客户提供一致的服务，网络拓扑，如图1所示。

3.2南基、中能双中心OTV实施效果

上述的设计方案已经实际部署到了南基节点和中能节点，使得这两个数据中心形成了逻辑上的一个数据中心。当前已经把广东移动公众云的VLAN201和VLAN202等几个生产VLAN跨域透传到了对端。这些业务的虚拟机可以在两个机房之间自由迁移，而向外提供一致的服务。OTV本身具有的STP隔离、未知单播隔离、AED双机冗余等技术，保证了两站点的生成树各自分开，且故障也被限制在了各自的站点内，系统的可靠性和安全性高。云计算数据中心跨域的OTV实现有效利用了多个站点的资源，同时不扩大故障域，需要的额外运维管理成本低，实施效果好。

四、结束语

构建云平台需要二层VLAN打通多个数据中心，然而传统的数据中心二层互连技术因为可靠性、稳定性和运维复杂性的不足，无法满足要求。本文以思科Nexus 7000核心交换机中OTV技术实现广东移动公众云南基节点和中能节点的跨域无缝融合的成功案例为主，介绍了OTV技术及其优势，以及项目实施的细节。此次项目是广东移动公众云建设的重要一步，将加速推动相关云平台的优化建设，同时为业界其他的云平台多数据中心融合 的建设提供了很好的借鉴意义。

参 考 文 献

[1]刘鹏.云计 算[M].北京：电子工业出版社，2010，1～42.

[2]王鹏，黄华峰，曹珂.中国未来IT战略 [M] .北京：人民邮电出版社，2010，1～84.

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关键词 计算机 管理 信息系统 现状分析

中图分类号：TP3 文献标识码：A

0前言

计算机管理信息系统隶属于现代化管理范畴，从单片机发明到现代互联网的出现，其经历了由功能单一到多样集成这样数百年的一个发展过程。现阶段，计算机管理信息系统无论是在企业单位的管理工作中，还是在个人信息的管理方面，均起到了高效管理信息、提高综合效益等一系列作用。基于此了解计算机管理信息系统的基本功能与发展方向，对未来数十年里仍将持续进行的信息化建设有着重要的推动作用。

1计算机管理信息系统的相关概念及功能简述

计算机管理信息系统最早的起源可以追朔到泰勒的科学管理试验，经历了数百年的完善与创新，现阶段已经作为跨越经济，企业管理，计算机等不同行业的综合系统，广泛运用于企业乃至个人之中。笔者认为，计算机管理信息系统的功能主要分为以下二点。

其一是对信息的及时更新和有效整合。众所周知计算机系统的核心理念是信息共享，而计算机管理信息系统无疑使基于这样一个核心理念所构建的，也正是这样一个系统能够及时全面地提供最新的一些数据和信息，信息共享的速度也才得到了进一步的加快。其二计算机管理信息系统的有效利用还能降低管理工作的成本，使得信息处理的方式更为便捷。

2计算机管理信息系统的发展现状分析

2.1计算机管理信息系统的自主开发效率暂时处于较低水平

现阶段，我国计算机管理信息系统的开发效率还处于一个较低水平，其原因是多方面的。首要原因是计算机管理信息系统的开发难度较大。这就使得很多公司即使想要独立研发相关的计算机管理信息系统，也会因技术因素而无法实现。其次是我国的相关企业还缺乏一定独立开发研究的动力，部分企业从既得利益的角度出发，通过购买国外的相关产品加以利用，却并不考虑独立的开发。

2.2管理信息系统平台由专用开发平台和通用软件应用平台共同构成

现阶段，专用管理信息系统开发平台和系统软件应用平台已经成为了计算机管理信息系统平台的主流。国内也已经由数十年前的基于DOS操作系统和FOXBASE数据库管理系统所构建的开发平台转变为了基于WINDOWS系统和FOXPRO所构建的专用管理信息系统。第二种平台主要是由IBM和MICROSOFT所研发的OFFICE、NOTES系列，这种通用系统软件应用平台多具有开放式的数据库与软件接口，具有更广泛的运行环境，可以在不同类型的计算机系统中运行，是一个进行管理信息系统开发的较理想的集成环境。

3计算机管理信息系统的发展趋势展望

3.1网络化

新时期下，信息技术是以微型计算机作为发展蓝本的，因此，无论是数据库系统的构建，还是计算机管理信息系统的完善，都要以计算机网络作为发展的根本。随着网络化技术的发展和相关用户对信息交流需求的不断增高，WEB技术也会进一步在企业内部和用户之间普及，促使相关的计算机管理信息系统需要借助网络来开展相关的运作业务，以此满足客户和企业的多样化需求，最终实现多方共赢。

3.2智能化

随着近年来社会市场经济模式的迅速转变，大量相关的科研单位已经将计算机管理信息系统中的人工智能技术作为尖端科技领域内的重点研究工作。人工智能化属于技术科学所研究的范畴，其主要内容包括学习、模仿和完善人的新型智能方法。在计算机管理信息系统中，可以利用人工智能技术从海量的管理数据中筛选出所需要的信息或者是数据，同时，通过录入相应的模拟量，人工智能技术也可实现相应的数据采集和处理，并借助未来程序员编写出的专家决策支持系统，对非结构性事物的处理提出一定的参考意见，从而帮助决策人员处理数据结构繁杂的管理任务。

3.3虚拟化

随着管理活动的日益繁杂，相关管理人员对计算机管理信息系统的需求也越来越多样化。因此，如何更新管理信息系统中的核心技术，如IT架构、系统应用平台，使得现有的管理信息系统在实现基础管理功能的前提条件下变得更加灵活高效，已逐渐成为了企业未来发展的重要战略目标。而伴随着基于云计算的虚拟技术的出现，这一梦想已然有了实现的可能，通过基于云计算的虚拟技术，企业可以对现有的有限服务器进行有效整合，从而解决服务器的运行成本，在提高资源利用率的同时还能提升整个企业的运行效率。虽然这一技术现阶段还略显不成熟，但随着科学技术的不断发展，计算机管理信息系统的虚拟化将会从成为计算机管理信息系统发展的重要方向。

4结束语

随着科学技术的不断发展，计算机管理信息系统也有了新的发展方向。笔者认为，网络化、智能化和虚拟化将会计算机管理信息系统的重要发展趋势。而随着信息技术和管理理论的不断完善，计算机管理信息系统势必会在未来的管理工作中彰显出重要的应用价值，从而为相关企业的管理工作创造出更大的效益。

参考文献

[1] 刘大卫.浅析计算机管理信息系统发展现状及未来趋势[J].计算机理论.2013，4（20）：190-191.

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工业4.0九大技术支柱包括：工业物联网、云计算、工业大数据、工业机器人、3D打印、知识工作自动化、工业网络安全、虚拟现实和人工智能。其中工业机器人是智能制造不可缺少支柱之一。

什么是智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造离不开机器人

智能制造的内涵非常宽泛。简单来说智能制造的核心离不开用信息技术促进制造业的发展，充分发挥和利用人的智慧，使生产过程更灵活，更高效。

其实不管是智能制造、第三次工业革命还是“德国工业4.0”，都包含制造装备，而机器人就是非常灵活的制造装备，这一点是没有什么争议的，发展机器人既是顺应历史潮流，也是把握未来发展趋势。

机器人的发展应该可以分为制造和应用两个方面。从应用层面讲我国工业机器人自2000年以来一直呈快速上升的态势。在全部应用的机器人中，国产只占10%左右。中国正在从制造业大国向制造业强国转型，对包括机器人在内的自动化高端设备需求的迫切性很高。要成为机器人强国就不能大量依靠进口，而是自己有能力来制造。

目前中国工业机器人每年还在以超过10%的速度增长，国内正在建设的机器人产业园已经超过36个，前景看好。

机器人必须融入智能制造

将机器人充分融入智能制造的流程中是一个非常实际的课题，机器和人并不对立，未来智能制造是将机器人和人的智慧优势互补、有机结合起来，机器人可以是与人进行交流、与人互助的伙伴关系，而且是安全的，真正取得1+1>2的效果，能做到“人机融合”。实际上，由于信息技术尤其是互联网、云计算、大数据、人工智能的发展，制造业服务化的转型使得智能制造已经贯穿到整个产品的生命周期，人的行为、智慧已经融入其中，人和机器的协同将大大提升制造的效率和水平。

我们一些制造行业，已通过3D设计，虚拟车间仿真等技术手段生产的零部件已经相当精密，但装配有的还必须使用手工，并没有完全实现自动化，需要用人的灵活性和经验来弥补机械装配中的容差小的问题。必要的人机融合还是需要的。当然，未来机器人的智能会在某些方面超越人的智能，这是我们发展机器智能的初衷。

中国需要在制造业方面做更多的基础工作，在创新、自主研发、新材料等诸方面迈开坚实的步伐，静下心来研发、形成自主的核心技术，这是智能制造的基础。

案例简述

案例一、海尔智能制造走在世界前列

经过多年的探索和实践，海尔目前已经初步建立起互联工厂体系，实现了六个互联工厂的引领样板，四个整机工厂：沈阳冰箱、郑州空调、佛山滚筒、青岛热水器，两个前工序工厂：青岛模具、电机工厂，初步实现了向互联工厂的转型，可实时、同步响应全球用户需求，并快速交付智慧化、个性化的方案。

海尔互联工厂模式的探索和实践得到了国内外知名专家的高度认可，认为海尔的智能制造探索走在了世界的前列。

互联工厂带来了用户价值的大幅提升。一是可定制，用户可以通过海尔交互平台提报产品设计方案，成为产品的设计者。二是可视化，用户从消费者变成产销者，用户可以参与企业的全流程，并且实现体验的可视化。三是高品质，通过互联工厂带来了更好的用户口碑体验。

从企业价值角度看，海尔实施智能制造的互联工厂总体经济效益明显。在效率上，互联工厂整体提升20%，产品开发周期缩短20%以上；在效益上，互联工厂降低运营成本20%，能源利用率提升5%，厂内库存天数下降50%以上，交货周期由21天缩短到10天

案例二、德国安贝格西门子工厂

作为工业4.0概念的提出者，德国也是第一个实践智能工厂的国家。位于德国巴伐利亚州东部城市安贝格的西门子工厂就是德国政府、企业、大学以及研究机构合力研发全自动、基于互联网智能工厂的早期案例。占地10万平方米的厂房内，员工仅有1000名，近千个制造单元仅通过互联网进行联络，大多数设备都在无人力操作状态下进行挑选和组装。最令人惊叹的是，在安贝格工厂中，每100万件产品中，次品约为15件，可靠性达到99%，追溯性更是达到100%。这样的智能工厂能够让产品完全实现自动化生产，堪称智能工厂的典范！

案例三、潍柴动力入围国家2015年智能制造试点项目

一是建设智能车间，通过设备＼生产线及工艺的智能化升级，提高车间的柔性化生产能力，打造智能制造的硬实力。目前潍柴拥有美国、德国、日本等国际最先进的数字化生产设备及生产线，能够生产3000多种订货号的不同功率、规格、样式的发动机，具有较好的硬件基础；通过自主研发的MES平台，实现了关键设备以及产品生产过程的在线监控、记录，建立了完善的电子档案信息，具备了较好的软件基础。二是建设数字化企业，通过以客户价值为牵引的核心业务流程的纵向集成，优化内部资源配置，消除职能壁垒，大幅提升运营效率，打造智能制造的软实力。 潍柴充分认识到，未来行业的引领者，必须能够为客户提供个性化的超出预期的产品和服务。因此，潍柴一直致力于不断挖掘客户需求及提升企业的运营效率，从而提升客户对产品品质、服务的满意度。 三是为行业提供可借鉴经验，以智能化产品为核心，通过研发、供应链及服务协同，推动产业链的协同增效，实现价值最大化。

案例四、九江石化作为中国的第一家智能工厂试点

在工业4.0的风潮下，中国在此方面也并非完全无所作为。九江石化作为中国的第一家智能工厂试点，为实现可视化、实时化、智能化的生产和管理要求，与华为进行战略合作，在信息通信、生产协作、智能管理等领域开展广泛合作，共同打造世界一流智能工厂的基础设施。

基于华为在通信和数据信息方面的技术实力，完成了工厂LTE无线宽带网络、调度系统、视频会议系统、视频监控系统、存储、巡检终端等设备的布局。虽然，目前工厂还未达到工业4.0所要求的智能工厂的运营标准，但在未来，依靠华为在大数据，云计算方面的技术优势，九江石化将建设一个云数据中心，实现虚拟化、云计算等IT智能化管理，进一步节省能源消耗率，提升资源利用率，实现更智能化的运营。

案例五、美国工业互联网联盟

由于制造业巨头德国提出了工业4.0战略，大大刺激了处于世界高端技术的领导地位的美国。所以，由通用公司倡导的“工业互联网”战略在美国兴起。进而，AT&T、思科、通用电气、IBM和英特尔几家互联网巨头宣布成立美国工业互联网联盟，正式进入美国工业4.0时代。

工业互联网的理念与德国提出的工业4.0本质上如出一辙，就是将虚拟网络与实体连接，形成更具有效率的生产系统。但二者不同的是，由于美国在软件和互联网经济处于世界领先地位，美国更侧重于在软件服务方面推动新一轮工业革命，希望用互联网激活传统工业，保持制造业的长期竞争力。而德国在制造业的一枝独秀，智能工厂的发展成为了德国的最优之选。

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一、移动通信网与物联网简述

随着移动通信技术的迅速发展，其用户群体不断增长，移动通信不仅实现清晰的话音功能，加之方便人们携带，其方便的网络化功能也受到用户的喜爱，正成为人们生活和工作不可缺少的一部分。随着移动通信网网络化的发展，移动网络带宽的增加，不仅可以为物联网应用提供的网络支撑更强大，也使得物联网普及的广度和深度拓展到一个新的层面，更好的促进了物联网运用和发展。可以说移动通信网已经成为物联网技术应用的重要伙伴，其不受时间、空间的限制，可以更好的为用户提供个性化的服务。

物联网做为一个新兴网络化技术，其主要是通过相关的信息传输设备，如射频识别（RFID），激光扫描器、红外感应器等组成信息化全球定位系统，通过自身传感设备按一定的协议和标准，实现物品与互联网的互联互通。从而达到通过信息通信，实现双向或多向的信息交换，达到对物品的智慧化识别、管理、跟踪、定位、监控的功能。随着物联网技术的不喾⒄梗其应用也会更加丰富。如现在已经实现的将感应器嵌入和装备嵌入到铁路系统、供水系统、大型建筑、电网、隧道、桥梁、公路、油气管线、大坝等重要设施中，通过物联网与互联网的整合，可以更方便的对相关数据进行采集，对其设施的操作实现远程化、智能化的。

而作为物联网服务实现的重要载体之一，移动通信网与物联网的融合就显得至关重要，也是移动通信应用面临前所未有发展机遇。在未来一段时期，随着我国社会信息化的全面推进，也必将给移动通信提供更加广阔的空间。同时，我们也看到了移动通信网络已经渗透社会生活的各个领域，随着通信技术的不断发展和网络的演进，基于物联网的新型移动通信网络应用将应运而生，将移动通信网与物联网的相互融合，我们将逐步迈进一个网络和应用智能化的移动物联网信息社会。

二、物联网的重要组成

物联网的核心和基础仍是互联网，作为互联网的延伸，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网主要通过智能感知、识别技术与普适计算等先进技术，广泛应用于网络的融合中。物联网主要由五大部分组成：

（一）信息的获取部分

信息的获取部分，主要是通过采用大量的传感设备对相关的信息进行识别和获取，并将采集的信息进行数字信号的转换。传感技术是物联网最前端的感觉细胞，也是相关信息收集的主要来源，通过传感设备将信息传输到大脑进行分析和反馈处理。

（二）信息的控制

信息控制部分是将获取的信息依据相关传输网络的指令要求做进一步处理，从而达到相关信息传输的要求的状态，为下一步传输做准备。

（三）信息传输

因为物体相关信息分布在不同的区域，有的物体还是处于不断的移动过程中，因此，信息的传输需要一个非常灵活的传输网络将获取的物体信息接收和传递出去，就目前而言，移动通信网络是物联网非常便捷的传输通道，信息传输部分也是物联网十分重要的一个环节，对物联网的安全运行有着至关重的作用。

（四）信息的处理

信息的处理，包括对收集到的信息进行重新组合，将收集的数据进行分析整理，从而使得数据更清晰更可靠。信息的处理一直是物联网发展的一个难点，面对海量信息的分析和甄别涉及到众多行业技术，如模糊识别、云计算等。

（五）信息的应用

信息的应用是指对对接受的相关数据和信息处理应用。这部分主要是依据不同用户的需求，设计不同的控制管理系统或应用程序，然后通过这些系统和程序来识别物体的身份、获取物体的位置、对物体进行管理和监控等，从而达到物联网应用目标。

三、移动通信网络与物联网的融合实践

由于物体的位移具有较强的随意的，其的位置也是不断移动变化的。因此，物联网中海量数据的传输和处理需要一种机动性和灵活性都比较强的网络来支持。而目前，发展迅速的移动通信网是其最好的选择。在近些年来，移动通信网络的不断发展和进步，尤其是第四代移动通信技术的广泛应用，为海量数据的传输和处理提供了基本的网络通信支持，随着第五代移动互联网络的发展，移动通信网络是物联网最好的网络伙伴。移动通信网与物联网的融合主要体现以下几个方面：

移动互联网与物联网的融合。我们都知道，移动通信网络由移动的终端设备、移动传输网络以及网络的维护管理三个部分组成的，而物联网与移动通信网络的融合在这三个部分都具有共同点，从而为二者的融合提供了很大的便利。

移动终端设备与物联网的融合。我们都知道，移动终端设备的机动性和灵活性都比较强，具有其他通信网络无法比拟的优势。具体到手持移动终端设备，可以更便利的获取物联网的相关信息，并具有相关信息的识别功能。针对物联网需要对不同节点进行跟踪，而移动终端设备可以很方便的获取相关的物品信息，并对物品信息进行采集。

移动传输网络与物联网的融合。移动通信网络主要的功能是对网络中各节点之间建立信息传输。而物联网发展所需要通信传输功能与移动通信网功能十分接近。而建立动通信网不仅是一个快速、方便、稳定的无线网络，也可以很方便使物联网不同的识别设备接入网络中，并在移动通信网络中进行海量化的数据传输。第4代移动通信技术的应用，以及第5代移动通信的不断发展与成熟，通过移动通信网与物联网的融合，也为物联网的发展和应用起到了很好的促进作用。

移动网络维护管理与物联网的融合。为了保证移动通信网的正常使用和运行，需要定期或不定期的对移动通信传输设备及其性能维护和管理。对物联网而言，其维护和管理的范围更为广泛，因为物联网不仅包含了物品与物品、人与物品、人与人之间的信息和数据的传输，也需要人与人之间语间、视频的通信传输。但二者之间网络管理和基本维护基本相同，如果移动通信网与物联网相融合，只要进行一些改进就可以完全适用。

四、移动通信与物联网融合展望

在通信业人口红利释放殆尽，主流移动通信市场的终端渗透率趋于饱和，运营商急需通过寻找新的服务，挖掘网络服务价值。在这样的大背景下，蜂窝物联网被公认为移动通信业务的新蓝海。移动通信网与物联网融合，可以满足物联网发展对大容量、低成本满足物联网海量连接和低吞吐量需求；其中移动通信网可以实时弹性、无损升级满足物联网业务多变、发展变化快的特性，分布式容灾、精确故障定位满足物联网网络可靠性和安全性要求；架构开放，兼容5G，满足未来网络的演进。移动通信网通过专业的运维手段，包括业务的自动部署、网络的数据分析、自动弹性伸缩，形成一整套闭环的运维系统，降低物联网运营商的运维成本。

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纵观人类的文明进程，人类大致经历了狩猎文明、农业文明、工业文明和智力文明。从中可见的基本特点是人类从自然界获取资源，并加工和利用资源来满足自身发展的需求。工业革命以后，随着科技的进步、生产方式的变革，人们获得石油、煤炭、天然气及各种自然物质资源等的能力大大增加，大量自然资源被开采、加工成人类生活的消费品，满足了人类精神和生理等各方面的需求。但是，自工业革命以来的200多年里，不可持续的生产和消费方式带来了大量污染物排放，严重影响了生态环境和人类健康；同时也使现代社会面临着不可再生资源严重短缺的严峻挑战。研究发现，细颗粒物主要来源于化石燃料燃烧等人为活动，如能源工业部门煤炭的燃烧、机动车尾气的排放、金属冶炼过程中金属蒸汽的冷凝聚结、居民生活炉灶的燃烧等。另外，排入大气中的二氧化硫、氮氧化合物等气态污染物经化学反应后也可以形成粒径较小的二次粒子。PM2．5的化学组成因地区及污染源的不同而差异较大，目前所知的主要成分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、含碳颗粒（包括元素碳和有机碳，元素碳主要产生于高温燃烧过程，有机碳主要来自相对低温的燃烧过程）、金属颗粒、矿物质等。不同粒径大小的颗粒物上吸附的有害物质不相同，粗颗粒物主要由锶、铁、铝、钠、钙和镁等30余种元素组成，而细颗粒物主要是硫酸盐、硝酸盐、痕量金属和炭黑等，目前己经检测到的有机物主要包括烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等烃类，还有少量的亚硝胺、酚类和有机酸等，其中具有致癌作用的多环芳烃和亚硝胺类化合物对人体危害较大。有分析认为，PM2．5的毒性大于PM10（粒径≤10μm的颗粒物），部分原因可能是PM2．5含有更多的炭粒，这些炭粒可以吸附更多的无机和有机的有害物质。据有关报道，全国有监测的1200多条河流中，850多条受到污染，符合国家一级和二级水质标准的河流仅占32．2％。污染正由地表浅层向深层发展，地下水和近海海水也正在受到污染，我们能够饮用和使用的水正在减少。一些新型污染物质如抗生素、内分泌干扰物、藻类毒素和杀虫剂氧化副产物等对生态系统、食品安全和人体健康等存在着难以预料的潜在影响，如致癌、致畸、致突变性等。一些有毒污染物在环境中难以消解，会通过蒸发－冷凝、大气和水的输送来影响区域和全球的环境。垃圾污染包括工业废渣污染和生活垃圾污染两类。工业废渣主要包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、高炉渣、赤泥、塑料和石油废渣等；生活垃圾主要是厨房垃圾、废塑料、废纸张、碎玻璃、金属制品等。在城市，由于人口不断增长，生活垃圾正以每年10％的速度增加，构成一大公害。垃圾不但含有病原微生物，在堆放腐败过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物，并且会将垃圾中的重金属溶解出来，形成有机物质、重金属和病原微生物三位一体的污染源；同时，雨水淋入垃圾产生的渗滤液会造成地表水和地下水的严重污染。此外，垃圾中有许多致病微生物，往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的孳生地，导致生物性污染。据报道，2012年，上海城市生活垃圾的产出总量达716万吨，约日均2万吨。目前，通过焚烧、填埋、生化3种方式处理的生活垃圾，各自分别占比约为50％、30％和20％。据预测，到“十二五”末期，上海的生活垃圾日均产出量将达到2．2万吨。目前，生活垃圾处理面临的问题是：①不同的垃圾混杂，导致大部分垃圾无法实现资源化，只能以填埋方式处理。②采用填埋法处理，面临着土地资源紧缺和影响周边环境的困境。③采用简单的焚烧技术，可能会产生二噁英等有毒物质排放，招致焚烧设施选址与周边民众的对立情绪甚至是冲突。国际气候变化专门委员会的《第四次评估报告》通过数据和有关分析指出：发达国家与发展中国家的含碳能源使用均呈稳定或略微增长的趋势，在人口数量与人均国内生产总值增长的同时，尚无一个地区采用脱碳能源；碳排放增长速度最高的是处于快速工业化进程的发展中国家，包括中国。该报告指出：自1750年工业革命以来，人类活动对气候变暖产生重大影响的可能性达到了95％，这类活动包括工业加工、发电厂、交通运输、农业生产，即造成地球大气温室气体成份增加并最终导致气候变化的货物与服务的全球市场拓展活动；由于全球人口数量增长了约10倍，人们追求更高生活水平的愿望需要通过更多的全球市场的产品才能满足；经济发展的动力来自于森林的砍伐与树木的燃烧，以及后来煤炭、石油与天然气的利用。因此得出结论，人类活动导致碳排放的增加。

二、应对环境挑战的主要措施与趋势

气候变化是环境问题，也是经济问题，更是发展模式问题；环境污染问题实质上是不可持续发展的问题，解决环境问题的关键在于将不可持续的生产与消费转变为可持续的生产与消费。为此，本文从科技创新与产业化应用的视角简述应对环境挑战的一些措施和趋势。

（一）新能源和可再生能源利用

有研究认为，经济增长与碳消耗相分离是完全可能实现的，其关键的途径是提高能源的利用效率，在降低能源消耗的同时刺激经济增长。随着可持续能源所占比例的不断增加，能源利用与温室气体排放相分离可能成为现实。最近数十年来在光电、地热、微水电、风电及其他可再生能源领域所取得的创新成果已表明，污染将不再是发展过程中不可避免的副效应。在新能源和可再生能源技术与产业的发展方面，从终端上看确实可以实现与碳排放相分离，同时可以解决能源转化利用的污染排放问题；但就目前的科技发展水平而言，新能源和可再生能源存在着生命周期环节上的碳排放转移、能量密度低、核心技术待突破、产业链待建立和完善等一系列问题。例如，太阳能光伏材料的制备是高耗能的生产过程、电动汽车的电池是目前的技术瓶颈等。从能源利用结构上看，世界目前的主要能源来源是化石能源，中国的能源结构中最主要的是煤炭。因此，应对环境挑战的出路还在于进一步推进“节能减排”。

（二）系统角度的能源和资源节约

现代社会涉及自然、社会、产业经济、居住和文化艺术五大系统，而在能源和资源利用方面又涉及全球、区域、城市、社区和建筑五大层次。工业生产涉及的能源、化工、冶金等行业，往往需要消耗大量的能源和水，并有大量废水、废气和废渣排放的问题。因此，技术创新的方向是节能降耗的新技术研发与应用，如研发和应用大功率超临界锅炉、超临界机组和超超临界发电机组与成套装备、煤炭高效清洁转化工艺和设备以及煤气化多联产等。工艺过程的水循环利用、工艺装置间的水串接利用、工厂和工业园区供排水网络的优化也为节水减排提供了重要的途径。在城市建设方面，环境保护与资源利用涉及规划、建筑设计、建造技术和材料利用等方面，空间开发与利用、绿色建筑与低碳社区建设成为重要的方向，其中包括城市建筑群资源共享生态模式、区域供能系统、各种建筑节能技术和水资源综合利用等。城市交通的节能减排涉及：①交通工具本身的技术进步，控制汽车尾气的污染排放。②提高交通通行效率，包括道路基础设施和智能交通的引导体系。③倡导绿色出行，以公交为导向，建设快速公交系统。④建立城区自行车慢行道路系统，倡导利用自行车作为短途交通工具。⑤从产业布局、住宅小区和商业配套建设等多因素优化人们的出行需求。

（三）全生命周期的资源循环利用

随着社会经济的发展，废弃物不断增加，资源不断减少，废弃物的资源化已受到关注。在发达国家，这方面的研究和生产取得了明显的经济和环境效益。以美国为例，其垃圾炼制产业的产值为200亿美元／年、1／3的钢产量由废钢回炼产出、约60％的金属和合金由再生资源制成。再生资源炼制，可减少资源消耗，降低排放。据有关测算：每利用1吨废铜，可以少开采100吨～200吨矿石，少产生100多吨工业废渣、2吨二氧化硫、10吨二氧化碳，节约3吨多标准煤；每利用1吨废纸，可节约木材4立方米、节水250吨、节电512度。目前，在美国从事废弃电子电器设备（WEEE）资源化的企业达400多家，从业人员7000多人；早在2002年就已经实现利润7亿美元，收集处理的WEEE总量达68万吨，从中回收各种物质41万吨。瑞典现有WEEE回收处理企业40多家，德国则有300多家相关企业。日本的WEEE资源化研究处于世界领先地位，现设有190个回收站和14个处理厂。目前，从“能源作物”如生长迅速、纤维含量高、专门种植用作生物燃油原料的草本和木本植物的第一代生物质燃料，到木材废料（锯木屑、木质建筑残片）、农业废弃物（玉米秸秆、小麦茎秆）和废弃食用油脂的第二代生物质燃料，再到藻类物质的第三代生物质燃料，生物质转变成发动机燃料正在从技术研发走向产业化应用。城市生活垃圾的源头分类可以为资源化回收利用和处理处置过程中的减量奠定良好的基础。工业产品已从设计、制造开始，到消费和废弃的全生命周期中充分考虑到资源循环利用和最少污染物排放。

（四）高新技术的应用