中科院褚君浩院士：物聯(lián)網(wǎng)與傳感器的發(fā)展

 　　8月13日消息，中國科學(xué)院院士褚君浩在由內(nèi)蒙古自治區(qū)黨委政府、中國通信學(xué)會光通信委員會、中國光學(xué)學(xué)會纖維光學(xué)與集成光學(xué)專業(yè)委員會等共同主辦的“2012國際光纖通信論壇”上以物聯(lián)網(wǎng)與傳感器為題做了主題演講。

　　褚君浩：

　　大家上午好!我跟大家交流一下物聯(lián)網(wǎng)與傳感器的發(fā)展?，F(xiàn)在最熱的概念是智慧地球，這是IBM在2008年提出的概念。智慧地球是什么呢?就是互聯(lián)網(wǎng)加上物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是把物品的系統(tǒng)性通過傳感器得到的信息互相聯(lián)系起來。比如我們現(xiàn)在每個人的身上要放一個心臟的傳感器，如果說某一位先生他的心臟現(xiàn)在發(fā)生有不好的波出來，無線通訊把你的信號送到醫(yī)療中心，醫(yī)療中心進行分析，這個分析是機器的分析，然后做得出去判斷。然后再有監(jiān)測，馬上派一個醫(yī)生把藥送到這個人這兒，告訴他把這個藥吃下去，不吃下去可能會出問題。比如這樣的設(shè)備放到某一個橋墩那兒，哪一個橋墩有問題，也可以通過物聯(lián)網(wǎng)的傳感分析。物體的信息是通過傳感器傳出來的，然后再進行智能化的設(shè)備管理，傳感器所以非常重要，它實際上是代替了眼睛、皮膚，是把我們的感官延長了，而且非常靈敏及所以是虛擬的聽覺系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)和虛擬的感覺系統(tǒng)，然后到信息中心進行分析判斷，判斷以后再做出決策。

　　所以這就產(chǎn)生了生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)從哪兒來?就是從傳感器這兒得到。這樣的概念也可以進一步的進行擴展，比如剛才這個例子是智慧醫(yī)療，我們也可以擴展到智慧能源，比如風(fēng)能、太陽能和現(xiàn)在的火電能，是不是能夠很協(xié)調(diào)的往里面進行分布?安排?智能電網(wǎng)。也可以擴展到設(shè)備，包括智慧的金融和保險?？纯唇鹑诘呐菽荡笫遣皇且屏?可以提出警號。

　　智慧交通現(xiàn)在很多城市已經(jīng)在搞。所有這些就是敏感人，得到數(shù)據(jù)、傳感是非常重要的一個方面。

　　(圖)這是西班牙的一次炸藥爆炸事件，還有一次是東京的毒氣爆炸，類似這種事件有傳感器是可以報警的，如果有人帶著一顆炸彈進來，傳感器知道會報警，所以這樣的事情會預(yù)防。這樣的例子就是我們沒有建立起物聯(lián)網(wǎng)造成的不好的影響。

　　(圖)這是一個成功的例子，海灣戰(zhàn)爭的時候“空天地”一體化物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，就是物聯(lián)網(wǎng)的概念。比如下面伊拉克行動部隊，他們得到的信息就是通過無線傳感，由指揮中心進行判斷，所以信息的獲取、傳輸、決策和判斷是非常靈敏的，都可以非常清晰的得到。這是空、天、地物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用成功的案例。

　　物聯(lián)網(wǎng)是和光電科學(xué)技術(shù)信息的獲取十分相關(guān)。物聯(lián)網(wǎng)通過各類信息獲取進行處理、判斷最后構(gòu)成智慧地球、感知中國。下面對傳感器的發(fā)展舉一些例子：

　　這是各類傳感器，橫坐標(biāo)是波長，縱坐標(biāo)是靈敏度。比如光子型紅外探測器，我們國家在1987年湯定遠(yuǎn)院士開創(chuàng)并研究。

　　紅外光電傳感器技術(shù)發(fā)展的若干方向：包括大規(guī)模高增益、多色、提高工作的溫度、擴充波段、智能化。我們可以做成軸波和短波也可以做成1K×1K的，也可以做1024×1024的可以更好的成像。我們也可以做成長波紅外的。天工一號上也用了我們的1500元長波紅外。

　　這個圖像是汶川地震，我是不能照下來的，是美國的一顆衛(wèi)星照下來的，當(dāng)時我們的衛(wèi)星沒有在汶川上面，當(dāng)時跟美國他們協(xié)調(diào)，是不是能夠看看我們這個地震的情況，我們這邊因為信號當(dāng)時是沒有的，請他們的鎖眼衛(wèi)星進行了探測，這個衛(wèi)星是光學(xué)成像軍事衛(wèi)星，從這相上可以看到是200公里高照的，非常清晰。( 圖)它這個圖像是5月19號照的，我們在5月22號在飛機上照了這個相，兩張相完全一致，但是我們飛機是高度2分米，他們衛(wèi)星的高度是200多米，可見他們的技術(shù)是很先進的，我們還有很長的距離。

　　所以第一次是大規(guī)模。第二個是多色。多所就是不同的波段，兩個波段、三個波段，就有利于判斷，得到了好分析，光通訊要傳過去，傳過去的信號要進行判斷，所以需要多色。比如說一個期限是一個PMG波段圖，另一個期限是另一個PMG波段圖，第二個期限是第三個PMG波段的圖，所以第一個、第二個，第三個波段就是有不同的圖。當(dāng)然也可以做成一個雙波段的探測器。這樣成的像可以比如長波圖、中波圖、就可以判斷是什么，到底是天上沒有動力的飛行體，還是一個有動力的飛飛機或者是火箭?都可以進行分析。

　　大規(guī)模的LW/LW雙色紅外焦平面：比如說可見光的圖、中波用的圖、中波2用的圖，比如飛機上面有發(fā)動機的話，它的圖和沒有發(fā)動機的分析結(jié)果是不一樣的。

　　因為太陽光是有光譜組成，所以我們要得到一些數(shù)據(jù)，比如說陽光它的閃爍是隨波長而變的，比如3.8微米以上，300度的目標(biāo)輻射就比太陽光閃爍要厲害。而小于3.8微米以下，太陽光的閃爍比厲害。這些五數(shù)據(jù)要進行研究，就是提供給你信息判斷。同樣它的特波率，在不同的環(huán)境下，3.5微米到3.8微米也是不一樣的，這些數(shù)據(jù)也是可以提供給你進行分析。比如這個圖上看不到海上的東西，這個圖上可以看到海上的島焦等等。所以不同的波段進行不同的判斷，這些信息通過無線或者光纖傳過去，那么那邊就可以進行發(fā)表。所以傳感器對物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是非常重要的。

　　比如日本的3月11號海嘯，天空類似風(fēng)的流動，到3月14號核爆炸，有人說是不是輔導(dǎo)的傳到上海了，通過分析沒有這樣的現(xiàn)象。

　　另外的一個就是提高工作溫度，希望能夠提高到室溫下工作，那么效果會更方便一下?，F(xiàn)在比較好的是，比如很多海島，也沒有人登陸，那么就可以把傳感器放到那兒，通過太陽能電磁，然后可以通過無線，報數(shù)據(jù)時實的傳輸過來。

　　熱釋電探測器在空間領(lǐng)域的重要應(yīng)用，還有地平儀，到底地球上鋪設(shè)出去多少，得到多少數(shù)據(jù)?尤其地球輻射收支是非常重要的，比如海洋上氣溫升高一度是怎么樣，變化是怎么樣的，跟地球輻射收支都有關(guān)系，這些數(shù)據(jù)都是分析地球上的氣候變化，尤其這些年氣候異常，可以通過這個進行分析是非常重要的。這些都是需要通過傳感器來來得到這些信息，得到了這些信息才能更好的分析。我們也可以用它進行不同成像，這是一種新的技術(shù)，還有一種是PVDF成像探測率比較好。

　　另外就是甚長波碲鎘汞紅外焦，高功率THZ源和高探測率探測器，它對水特別靈敏，很容易探測水質(zhì)的情況。它成像的規(guī)律可以用光學(xué)和電學(xué)的辦法產(chǎn)生。其有TRIYS比如說它可以穿過樹葉，也可以穿過人體，而且對人體沒有危害。這種光可以穿過人體，那么人穿衣服就像不穿衣服一樣，而且對人沒有損害。比如現(xiàn)在X光要檢查，是對人有影響的，但是TRIYS這個是對人體沒有影響的。這些數(shù)據(jù)可以通過光纖或者無線傳感傳過去，都是可以得到海量的信息的。THZ波段更多的是控制水質(zhì)。，現(xiàn)在傳感器當(dāng)然也可以用在天文、星系上。

　　從紅外信息獲取里還有一個就是譜像，所以傳感器不僅可以德國圖象、像、還可以做譜像，比如把我這個臉拍下來，對我臉上的每一個點都可以做一個光譜，這樣的數(shù)據(jù)是三維的數(shù)據(jù)，兩維是XY數(shù)據(jù)，另外一個是光譜，那么數(shù)據(jù)量是不得了的。所以它不僅包括強度、波長、位相、偏振和識別，它的用戶很大，可以成像光譜。比如這個地區(qū)，把它的光譜做出來，跟計算機里的油材料對照，人就可以跑到這個地方去看看有沒有油礦，如果這么大的面積沒有目標(biāo)的找是非常難的。在新疆地區(qū)找到進金礦是這樣的，先成像光譜，如果覺得這個地方像，然后再把人派過去。再比如說農(nóng)作物的農(nóng)產(chǎn)，到底成熟沒有?到底是畝產(chǎn)一千斤還是1萬斤?遙感如果是綠色的，清的，光譜是這樣，如果是500斤畝產(chǎn)和1000斤畝產(chǎn)的，光譜是不一樣的，所以信息量和數(shù)據(jù)兩是非常大的。剛才鎢院士說我們現(xiàn)在正在走向一個大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)給我們帶來的又是挑戰(zhàn)又是機遇，實際情況就是這樣。我們得到的信息非常多，那么多的信息傳下來，但是好好的分析判斷是非常重要的，這里會衍生很多財富。

　　現(xiàn)代傳感器技術(shù)包括各種各樣，比如有紅外、y射線、壓力、振動、電磁、化學(xué)、生物、單光子、X光等等，所有這些傳感器的信息都可以放到物聯(lián)網(wǎng)上，判斷，分析做出結(jié)論。這是當(dāng)前非常重要的，將來發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)非常重要的一方面。

　　發(fā)展微小壓力傳感技術(shù)，采用高分辨能力的諧振式傳感器機理，采用納機電系統(tǒng)技術(shù)，研制對微觀質(zhì)量、力或角動量等敏感的傳感器。舉一個例子，比如一個傳感器比如TNT分子，比如基于炸藥分子對特定熒光聚合物的熒光猝滅效應(yīng)，通過檢測聚合物熒光的強度變化判斷被檢測樣品中是否有炸藥分子出現(xiàn)。如果說你這個包里帶有炸藥，你用瓶子裝好了，但是一定會有一些分子在外面，只要有幾個分子，那么它的靈敏度會有放大效應(yīng)。所以一測試就知道里面是炸藥。

　　中科院上海為系統(tǒng)所程建攻克題組，研制的熒光聚合物炸藥探測儀用于安全檢查，包括在世博會的應(yīng)用，如果說這套東西是TNT，要研究不同的聚合物材料，不同的敏感度材料提供給我們物聯(lián)網(wǎng)里面的傳感器數(shù)據(jù)。所以整個將來會形成一個智慧空天地海一體化。我們現(xiàn)在的氣象預(yù)報為什么這么準(zhǔn)，天上的眼睛在看，傳感器在上面看，我們現(xiàn)代的戰(zhàn)爭技術(shù)、信息技術(shù)，也是要借助這個。我們把物聯(lián)網(wǎng)的概念運用到智慧交通、智慧城市、智慧金融、智慧醫(yī)來、智慧水系統(tǒng)，這里面有大量的工作可以做。所有的工作過程中傳感器是比較重要的。得到的信息以后，后面的信息工作更多，那么大量的數(shù)據(jù)，是各種技術(shù)，包括光通信和無線通信各種技術(shù)都在里面有非常大的發(fā)展。

　　所以物聯(lián)網(wǎng)光點信息的各種傳感器、各類信息獲取、處理判斷、決策最后形成一個智慧地球，智慧地球、智慧周圍也是現(xiàn)在我們新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中非常重要的一個步驟。光纖通信過去90年非常熱門，后來不知道怎么樣給無線傳感比下去了，現(xiàn)在又回過來了。光纖通信和無線傳感都是物聯(lián)網(wǎng)整個大數(shù)據(jù)系統(tǒng)里面，一個是信息傳輸?shù)墓δ苓€有其他很多，它本身也有很多其它的功能。所以我們在物聯(lián)網(wǎng)、傳感器，這個會議主題光纖通信大發(fā)展的時代，會在最后的這幾年里在我們國家、在整個世界上會發(fā)展起來。