西电智能传感技术作业.docx

智能传感技术大作业 物联网的应用物联网这个名词可以说是最近几年最热门的一个名词，上至老人下至小学生们可能都有听说过这个名词，但是问到物联网到底是什么时，几乎没有人能够回答，这个东西好像就是天天挂在我们的嘴上但是好像和我们的生活又十分遥远的样子。借着做智能大作业的机会，对物联网这个概念作了一些认识。以下内容大多数来自课本（讲义），和图书馆的数据库中搜索的一些文章。0 物联网的诞生1999年麻省理工的Kevin Ashton教授提出了对一标示为特征的物联网概念。在之后的2003年SUN article中，2005年的信息社会世界峰会上，2008年国际电信联盟，都对物联网的概念进行了补充和发展。物联网现在已经成为各国促进科技发展，经济发展的重要手段。2009年在奥巴马就职总统后就将物联网作为经济复苏一大武器。欧盟也拿出相应对策投资建设物联网。并且据业内人士估计中国物联网产业在年内就可以创造1000亿元的产值。1 物联网的概念和结构 物联网是在互联网的基础上按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从狭义上来说也就是用最简单的话来说，物联网就是物与物相连的网络，就是两个东西连在了一起。从广义上讲，物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，是利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策之目的。通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的维度。 物联网的网络架构由感知层、网络层、应用层三部分组成。感知层主要分为数据采集和短距离无线传输两部分，数据采集部分通过使用RFID、传感器等技术采集各类信息和数据，短距离无线通信主要对小范围内的多个物品的信息进行集中与互通；网络层建立在现有通信网和互联网的基础之上，将各种网络进行有机集合、综合使用，对采集的数据和信息进行分类和传输；应用层主要完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，为用户提供各种丰富的应用服务。2 物联网关键技术2005年，国际电信联盟发表了一份题为物联网的报告，其中写道：“我们现在站在一个新的通信时代的入口处，在这个时代中，我们所知道的因特网将会发生根本性的变化。因特网是人们之间通信的一种前所未有的手段(make the people together)，现在因特网又能把人与所有的物体连接起来，还能把物体与物体连接起来(make the things together)。”国际电信联盟报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术：1.标签事物的RFID、2.感知事物的传感网络技术(sensor technologies)、3.思考事物的智能技术(smart technologies)、4.微缩事物的纳米技术(nanotechnology)。物联网产业链也可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能技术和无线通信网络。 RFID技术RFID(radio frequency identification射频识别)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID基本上是由三部分组成：标签，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器，读取(写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式天线，在标签和读写器间传递射频信号。RFID系统的工作原理可以表述为：读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入其信号范围内就会发生电磁感应，从而产生感应电流，获得不同的能量、时序和数据，然后通过无线传输存储在标签上的编码信息，阅读器读取这些信息并将其解码 然后传送至电脑上进行更进一步的处理。传感器传感器广义的定义是：一种能把物理量或化学量转变成可供测量的信号的器件。传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知热、力、光、电、声、位移等信号，为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。在大多数情况下，它是指把非电量的变化转变成可测的电量变化的器件。3 物联网的应用课本上对于物联网的运用有很多例子：智能交通网络，智能电网，智能物流，生态监视，电子保健等等。下面就选择两个例子例举物联网的应用，一个是个人比较感兴趣的物联网在军事上的运用，第二个是实现程度较好的并且现在已经有了一部分成功应用的智能交通网络。I物联网在军事上的运用在军需物资的物流和库存管理中的应用在军需物资上，使用物联网的RFID技术，可以加强物资在运输配送和库存中的管理、盘点和查询等工作。在这个过程中，每件货物上的RFID电子标签、物资供给端内部手持RFID读写器、物资供给端的出口门禁系统的RFID读写器、运输车辆装载的RFID读写器、物资需求端仓库入口、出口门禁系统RFID读写器、仓库内手持式RFID读写器等便可构成一个RFID读写器网络，它们在RFID中间件平台的管理下进行工作，而物资流通的负责人就可以通过RFID中间件平台的接口对接收到的RFID读写器所读写的数据进行监控和管理。该系统的好处：第一，可使得物资从出货到运输再到入库管理的过程可视性增强，管理变得清晰透明、简单准确；第二，提高了物资运输和管理的安全性和可靠性；第三，仓库管理人员可以随时掌握库存中的物资数量和需求模式，及时、准确地进行物资补充，尤其是在战争中，对武器弹药库存量的掌握关系到作战单位的作战任务能否完成、预定作战目标能否实现的问题；第四，全面掌握情况可以减少资源浪费，节约成本；第五，在基于信息系统的联合作战中，可以将跨军区、多军种的军用仓库联网，组合一个区域性、全国性的物联网物流体系，根据各作战单位物资需求信息的反馈情况，以便实时、精确地实施物资保障，使整个保障系统高效、有序。物联网使武器装备智能化随着信息技术的进一步发展，物联网与人工智能技术、纳米技术的结合应用，未来战场的作战形式将发生巨大变化。新一代网络协议，能够让每个物体都可以在互联网上有自己的“名字”，嵌入式智能芯片技术可以让目标物体拥有自己的“大脑”来运算和分析，纳米技术和小型化技术还可以使目标对象越来越小。在不远的将来，你不仅可以与身边一切物体“交流”，而且物体与物体之间也可以“开口讲话”。在这些技术支持下，具有一定信息获取和信息处理能力的全自主智能作战机器人和无人飞机将从科幻电影中步入现实，各种以物联网为基础的自动作战武器将成为战场主角。在巷战中，利用机器人和无人飞机配合，可以进行远程投放，可代替作战人员钻洞穴、爬高墙、潜入作战区，快速捕捉战场上的目标，测定火力点的位置，探测隐藏在建筑物、坑道、街区的敌人，迅速测算射击参数，保证实施精确打击。机器人和无人飞机小分队还可以在非常危险的环境中进行协同作战，它们具有智能决策、自我学习和机动侦察的能力，可以比人类士兵以更快的速度进行观察、思考、反应和行动，远离战场前沿的指挥官和操作人员只须下达命令，而不需要任何同步控制，机器人和无人飞机小分队就可以完成任务并自行返回指定地点。在现代数字化战场中的应用在传统战争中，物质和能量是战斗力的标志，也是战斗力形成和提高的决定性因素，而现代数字化战场的核心是信息化。所谓数字化战场，是指以计算机信息处理技术为基础，把语音、文字、图像以及各类传感器所收集到的信息都变成由“O”与“1”组成的编码，通过无线电、卫星、光纤通信等手段，把战场各级指挥部门、各战斗与保障部队、各种武器系统与作战平台以及单兵紧密地联系在一起，构成纵横交错的战场综合网络系统，实现全方位实时的信息交换与情报共享，使部队能够更快、更有效地利用信息，及时掌握战场态势，优化指挥与控制过程，显著提高作战能力，而信息的获取在很大程度上是来自于各类传感器。传感器在军事领域的应用大致可以分为以下三类。1战场探测与侦察。随着技术的进步与发展，战场的范围在不断地扩大，从地下到地面，再到外层空间，几乎是无所不在。以地面传感器为例，目前已有了长足的发展。所谓地面传感器是一种专门置于地面，通过对地面运动目标所引起的电磁、声音、震动和红外辐射等物理量的变化进行探测，并将所得信息转化成信号后对目标进行侦察识别的侦察设备。地面传感器具有结构简单、便于携带埋伏、易于伪装等特点。它可用飞机空投、火炮发射或人工设置在敌军可能行动的地段，特别是其他侦察器材“视线”达不到的地域。同时，它不受地形和气候的限制，能够有效地弥补雷达和光学侦察系统的足从而大大扩展了战场信息探测的时空范围。2武器装备数字化。武器装备的数字化是实现武器系统与数字化战场无缝连接的重要前提。它既包括传统武器装备数字化改造，也包括新式武器装备的研究与开发。无论前者还是后者都取决于相关传感器的应用。3武器装备精确化。在数字化战场中武器装备与指挥、通信、控制等系统将构成有机整体。武器装备的精确化是提高作战效能的重要手段之一。 而实现武器精确化的重要技术途径就是传感器的应用。实现武器装备精确化的传感器种类繁多，以下简要介绍三类典型传感器。未来战斗系统传感器。未来战斗系统传感器可提供足够的信息，在系统的周围建立起态势感知半球。未来的无人地面车辆、无人机、自动地面传感器都将装备多个综合传感器进行目标探测、定位和识别。红外传感器。它是陆军常用的功耗低的小型常温传感器，其特点是中低档性能、重量轻、性价比高。目前，这类传感器主要用在膛线测试和观测器中，但未来将会应用在增强型夜视防护镜和自动地面成像传感器中。红外传感器在武器精确化领域有着广泛的应用，最典型的应用有导弹、红外搜索和跟踪设备、前视红外系统和高性能的武器瞄准具等。激光传感器。这是利用激光技术实现目标搜索与定位的一类传感器。激光二极管和单体激光器具备对目标测距、照射、瞄准等通用激光系统的能力，并能作为战斗识别设备和多个一体化激光交战系统发射机使用。它们都装在一个高效、高性能比的系统中。此外，激光传感器在武器精确打击方面具有突出而重要的作用。II物联网在智能交通的运用目前的智能交通系统(ITS，Intelligent Transport System)主要包括以下几个方面：先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、先进的运载工具操作辅助系统、先进的交通基础设施技术状况感知系统、货运管理系统、电子收费系统和紧急救援系统。物联网智能交通模型ITS作为一个信息化的系统。它的各个组成部分和各种功能都是以交通信息应用为中心展开的，因此，实时、全面、准确的交通信息是实现城市交通智能化的关键。从系统功能上讲，这个系统必须将汽车、驾驶者、道路以及相关的服务部门相互连接起来。并使道路与汽车的运行功能智能化，从而使公众能够高效地使用公路交通设施和能源。其具体的实现方式是：该系统采集到的各种道路交通及各种服务信息。经过交通管理中心集中处理后，传送到公路交通系统的各个用户，出行者可以进行实时的交通方式和交通路线的选择；交通管理部门可以自动进行交通疏导、控制和事故处理；运输部门可以随时掌握所属车辆的动态情况，进行合理调度。这样，路网上的交通经常处于最佳状态，能够改善交通拥挤，最大限度地提高路网的通行能力及机动性、安全性和生产效率。(1) 中心型子系统该子系统包括交通管理子系统、突发事件管理子系统、收费管理子系统、商用车辆管理子系统、维护与工程管理子系统、信息服务提供子统、尾气排放管理子系统、公共交通管理子系统、车队及货运管理子系统及存档数据管理子系统1 0个子系统。该类子系统的共同特点是空间上的独立性，即在空间位置的选择上不受交通基础设施的制约。这类子系统与其它子系统的联络通畅依赖于有线通讯。(2)区域型子系统该子系统包括道路子系统、安全监控子系统、公路收费子系统、停车管理子系统和商用车辆核查子系统。这类子系统通常需要进入路边的某些具体位置来安装或维护诸如检测器、信号灯、程控信息板等设施。区域型子系统一般要与一个或多个中心型子系统以有线方式连接，同时还往往需要与通过其所部署路段的车辆进行信息交互。(3)车辆型子系统该类子系统的特点是安装在车辆上。根据载体车辆的种类。车辆型子系统又可细分为普通车辆子系统、紧急车辆子系统、商用车辆子系统、公交车辆子系统和维护与工程车辆子。这些子系统可根据需要与中心型子系统、区域型子系统及旅行者子系统进行无线通讯。也可与其它载体车辆进行车辆间通讯。每种类型的子系统通常共享通讯单元。作为子系统间信息渠道的一个构成部分，通讯单元所起的作用仅仅是传递信息，并不参与智能交通系统的信息加工和处理。具体通讯单元的选定具有相当大的自由度，有线通讯单元可选择光缆、同轴电缆或双绞线网络等。而广域无线通讯是近些年来发展很快的一个领域，可供选择的技术种类繁多且更新很快。交通诱导交通诱导系统指在城市或高速公路网的主要交通路口，布设交通诱导屏，为出行者指示下游道路的交通状况让出行者选择合适的行驶道路，既为出行者提供了出行诱导服务，同时调节了交通流的分配，改善交通状况。交通诱导系统由以下四个子系统构成：交通流采集子系统、车辆定位子系统、交通信息服务子系统和行车路线优化子系统。(1)交通流采集子系统城市安装自适应交通信号控制系统是实现交通诱导的前提条件。这个子系统包括两个关键词：一个是交通信号控制应是实时自适应交通信号控制系统，另一个是接口技术的研究，即把获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机，利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通分配，滚动预测网络中各路段和交叉口的交通流量，为诱导提供依据。(2)车辆定位子系统车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的准确位置。车辆定位技术主要有如下几种方法：地图匹配定位、推算定位、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统、路上无线电频率定位。(3)交通信息服务子系统交通信息服务子系统是交通诱导系统的重要组成部分，它把主机运算出来的交通信息(包括预测的交通信息)通过各种传播媒体传送给公众。这些媒体包括有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。(4)行车路线优化子系统行车路线优化子系统的作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地，结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息，为出行者提供能够避免交通拥挤、减少延误及高效率到达目的地的行车路线。在车载