信息获取技术调查报告剖析

1、哈尔滨工业大学测控技术与仪器专业调查报告3信息获取技术的发展及应用现状调查报告、调研背景空间三维信息获取技术与应用正在世界范围内蓬勃发展，新理论、新技术、 新方法层出不穷，新思维、新方向更推动了地理信息产业不断向前发展。 航空摄 影技术与摄影测鼍技术；机载与地面激光扫描、地面移动测鼍与GPS定位等传感 器的精度与速度都有了明显的提高。无人机、1毛艇等低空获取技术在城市空间 信息的获取和更新方面发挥了积极的作用。科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重 要和最基本的技术一一传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术 已经从过去的单一化渐渐向集成化、 微型化和网络

2、化方向发展，并将会带来一场 信息革命。二、信息获取技术的方式及意义（一）信息获取技术方式信息获取技术是从信息源获得所需要信息的技术。 主要包括两个方面：数据 获取和信息提取。首先利用仪器（传感器）对信息源进行观测，获得信息源的数据 并将它转换成数据处理设备便于处理的形式， 然后进行处理，从中提取有用信息。1、数据获取 借助各种仪表和传感器测量信息源的某些特征量并将其转换成 电信号，然后经过放大或衰减、采样量化、编码、传输 （可经过有线或无线进行 远距离传输）,向数据处理设备提供某种形式数据的全过程。 数据获取一般有以下 几种方式：人工数据获取。很多测量设备，如温度计、压力计等，它们产生的 数据

3、适合于人的观测，人从刻度上读出数据并记录下来， 供事后处理。这是最简 单的数据获取方式，适用于慢速变化的信号。顺序数据获取。n路传感器的输出信号分别加至多路传输门，各传输门的开、闭由脉冲分配器的输出信号1n控制。在时钟脉冲的推动下，控制信号从1n周期重复地依次打开各路传输门， 从而达到按顺序依次采样各路传感器的输出信号。为了识别采样周期内的各路信号，在每个采样周期的最后一个控制信号（n）之后加入一个帧同步信号，使1n 路信号构成一帧。这种采样信号在时间上是离散的，但在幅度上仍是连续信号， 经模/数（A/D）转换器变成数字信号。程序控制数据获取。顺序数据获取系统是 按特定任务设计的，因此通用性、

4、灵活性较差。为了满足日益广泛的应用以及灵活性的要求，出现了程序控制数据获取系统。 这种系统由硬件和软件构成，其中 帧格式产生器由存储器和存储于其中的多种帧信号控制程序组成；控制器是整个系统的中心，它按程序指令控制数据获取工作。这种系统的优点是可以根据不同 任务要求选择相应的数据获取程序，或者重新编写控制程序改变系统的获取通 道、帧格式、采样率、数据字长等。计算机数据获取。上述可编程序数据获取 系统的控制核心是一台功能较低的专用计算机，若将其中控制的任务改由功能强 的计算机来承担，就构成了计算机获取系统。如果所选用的计算机有充分的处理 速度与能力，它在完成数据获取的同时又可承担数据处理与信息提取

5、工作，这样的系统可实现数据获取与处理的全面自动化。远程数据获取。有些信息源位于 人达不到的地方或不便接近的地方，如天体目标、航天器、在山上、水下或分布 在广阔地域内的信息源。在这些情况下获取数据必需采用远程获取方式。 远程数 据获取使用遥感技术。遥感是利用遥感器远离信息源接收信息源辐射或反射的电 磁波、声波，并把它转换成易于识别、分析的图像和信号，来获取信息源数据的 方法。常用的遥感器有可见光遥感器（如卫星照相机）、红外遥感器（如红外夜视 仪）、微波遥感器（如雷达）、声波遥感器（如声纳）、多光谱遥感仪等。2、信息提取 从已获取的数据中析出有用信息的过程。数据获取系统采集到大量有关信息源的数据，

6、但这些数据中所载有的信息，对用户来说往往不直观、 没有明确意义。数据在获取、变换、传输过程中不可避免地引入干扰和噪声。因 此必需对已获取的数据做进一步处理，从中提取有用信息。（二）信息获取技术的意义信息获取技术是军事侦察技术的基础。 使用信息获取技术的侦察卫星、预警 飞机、中远程警戒雷达和声纳等探测器从全方位多层次搜集信息，为战略、战役指挥提供实时情报，利用红外、振动 、音响、压力、磁性等敏感元件构成的探 测器，用于搜集战场的实时情报，将它们组成探测器网络，可在大范围内获取敌人 运动、集结等情报。通过各种手段获得的情报，经分类、分析、相关、综合等处 理，为辅助军事决策提供带有预测性和结论性的信

7、息。三、信息获取技术的发展历史纵观人类社会的发展史、远古时代、因为制造和使用工具、人类从猿群中分 离出来，劳动促进了四肢、大脑的进化，推动了语言的形成和发展。一些简单的 感性认识得以继承和积累，逐渐上升到理性认识并在实践中应用， 从而推动认识 向纵深发展，人类的活动领域不断扩大，所获取的信息不断增加。在此过程中， 劳动工具不断改进，日趋完善,扩大延伸了人的感官，极大地提高了人类获取信息 的能力：从人个体的成长过程中看，婴儿只是具有人的外形和生理结构， 由于后 天踉自然界和人类社会的接触，通过简单的条件反射以及各种形式的教育， 才提 高了信息获取的能力。早在上世纪70年代，随着计算机的出现即迅速

8、发展，以计算机为运算核心， 以多种传感器为信息获取主要方式的现代信息获取技术真正出现并实现了跨越 式的发展。随着信息量剧增，出于人们对信息获取的需要增加，出现了将传统传 感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为 第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有 了获取多种信息信号的综合处理能力， 并通过与传感控制器的相联，组成了有信 息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始， 现场总线技术开始应用于传感器网络， 人们用其组建智能化传感器网络，大量多 功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。从此

9、信息 获取技术发生根本性革命，人类买入了信息获取的新纪元。图1信息获取技术四、信息获取技术应用现状随着现代社会的发展以及科技的进步， 人类进入了信息爆炸的时代。人们对各类信息的需要进入了空前鼎盛的时期。 各种以信息获取为目的的信息获取技术 运用手段也蓬勃发展起来。目前信息获取技术的应用主要集中在以下领域：（一）无线传感网络面:无线传感网绍MOTE-VIEWi ifl；科r访问/頼琳陋炳图2无线传感网络无线传感网络作为一种新兴的信息获取方式,其主要应用主要体现在以下方1环境的监测和保护随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取

10、提供了便利，并且还可以避 免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人 员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州大鸭岛上的气候，用来 评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环 境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用 在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。曰光爼IF图3农田信息获取2医疗护理无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科 学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活

11、动状况。英特尔公司也 推出了无线传感器网络的家庭护理技术。 该技术是做为探讨应对老龄化社会的技 术项目 Center for Aging Services Technologies（ CAST 的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称，在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域 。无线网Jta无聂节点r图4医疗信息获取3军事领域

12、由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，测力传感器等传感器使 其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中， 包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。（二）手写输入技术电子笔和书写板是除了键盘和鼠标外的又一计算机输入设备，其使信息的 输入工作更接近人类习惯的书写方式，极大地推动了信息获取方式的简单化与人 性化，大大方便了人们的生活。图5手写输入技术（二）话音获取技术声音的数字化过程：1、采样采样：在每隔一定的事件间隔 T,抽取话音信号的一个瞬时幅度值。抽 样后得到的一系列在时间上离散的抽样值叫做样值序列。采样频率：单位时间内的采样次数。如

13、果采样频率不低于信号最高频率 的两倍，就能把以数字信号表达的语音还原成原来的声音。例如：一路电话信号的频带为 300-3400HZ, fm=3400HZ则抽样频率fs 6800HZ如果按照6800HZ的抽样频率对300-3400HZ的电话信号抽样，则抽样 后的样值序列可以不失真地还原原来的语音信号。目前在多媒体系统中捕获声音的标准采样频率定为44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz三种。而人耳所能接收声音频率范围大约为20Hz-20KHz,但在不同的实际应用中，音频的频率范围是不同的。例如根据CCITT公布的声音编码标 准，把声音根据使用范围分为以下三级：电话语音级：300Hz-3

14、.4kHz调幅广播级：50Hz-7kHz高保真立体声级：20Hz-20kHz因而采样频率11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz正好与电话语音、调 幅广播和高保真立体声（CDt质）三级使用相对应。DVD标准的采样频率是96kHz。2、量化量化是把经过采样的信号幅度的取值的数目进行限定。 即用一组规定的幅度 值，把瞬时抽样值用最接近的幅度值来表示。 由有限个值所组成的信号叫做离散 幅度信号。例如：假设输入的电压的范围是0.0-0.7V，而它的取值仅仅限定在0V,0.1V，0.2V，0.3V，0.4V，0.5V，0.6V，0.7V共8个值。但抽样时得到的幅度值不一 定正好是以上8个值，

15、如0.123，此时要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程 叫做量化。3、编码将采集到的物理量变换为在计算机中表示的代码的过程叫做编码。二进制编码：用n比特二进制表示已经量化了的数值，每一个量化值对应一 组二进制数，把所有的二进制数排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。图6声音获取技术五、信息获取技术发展方向总的来说，未来传感器网络的研究主要有以下几个方向:1、传感器微型化利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器是一个 重要的研究方向。伯克利大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一 个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。图7伯克利大学研究的微型传感器2、寻求系统节能策略信息获取系统应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题显得至关重要。现在国内外在传感器的低功耗问题上已经取 得了很大的研究成果， 提出了一些低功耗的信息获取终端，未来将会取得更大 的进步。3、低成本由于信息获取终端数量需求非