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关键词:汽车;电控技术;维修;发展
1汽车电控新技术
现代汽车的电控系统通常主要由以下四个部分组成。即传感器、电子控制中枢(ECU)、驱动器和控制程序软件等。
1.1发动机电控技术
汽车发动机也被称作汽车的心脏,是汽车动力的来源。简单地说,汽车发动机就是一个能量转换机构,将化学能等通过燃烧后转化为热能,再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。其电控系统包括燃油喷射、电子点火、怠速控制、排气再循环、增压、故障自诊断、故障保险、故障备用控制、二次空气喷射系统等,主要功能就是通过电子技术,来加强汽车发动机的各数参数调整,以发挥汽车发动机的最大功率和效能。
1.2汽车底盘电控技术
汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成,其性能设计和发挥的好坏,直接影响着汽车的综合性能。主要包括自动变速器、防抱死制动、驱动防滑、转向助力、自适应悬挂、巡行控制等系统。汽车底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成,形成汽车的整体造型,并接受发动机的动力,使汽车产生运动,保证正常行驶。
1.3车身电子安全技术
汽车车身的作用主要是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境。汽车车身部分,因其功能不同,衍生出许多部件。通常来讲,汽车车身电子安全系统一般主要包括以下部分:自适应前照灯、夜视、安全气囊、碰撞警示、轮胎压力监测、自动调节座椅、安全带、汽车自动天窗等。汽车车身结构从形式上说, 主要分为非承载式和承载式两种。好的车身不仅能带来更佳的性能,也能体现出车主的个性。
1.4信息通讯技术
汽车通讯技术,涉及范围较高。通常来说包括导航定位、语音、信息、通信等系统。越是高级的车辆,越是复杂的车辆,其通信信息技术采用越多越复杂。随着科学技术的不断发展和通信技术在汽车领域的不断应用,以“车联网”为核心的通信技术,将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息技术等有机地运用于汽车,将会大大提高汽车信息通讯功能,并增强汽车维修的复杂性。
2汽车电控技术发展趋势
随着科学技术,特别是以电子技术、计算机技术和信息技术为核心的各种技术的不断成熟并成功应用于应用领域,汽车电控技术日新月异,并且产生了新的发展趋势,体现出了高精度、自动化、智能化、网络化、模块化等发展的新特点。
2.1功能集成化
汽车电子控制系统的集成经历了在相当长的时间,从初级集成一步步发展而来。当前,随着嵌入式技术、局域网控制和数据总线技术的成功应用,并向小型化发展,汽车电子控制系统中一些相关的元件和要素被逐步集成在一起,通过处理器控制运算,确保车辆处理良好的运行状态,同时,集成程度越高,车辆的维护诊断也就越复杂。
2.2操控智能化
汽车智能化,在操作上体现为操控性越来越合适和简单。随着人民生活水平的不断提高,汽车已不再是一个简单的生产辅助工具,而日益衍生为人们生活享受的工具。于是,汽车制造商开始把汽车操作控制的自动化作为研发的重点。如智能交通系统 (Intelligent Transport System,简称ITS),将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系,而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的,实时、准确、高效的综合运输和管理系统。
2.3零件模块化
随着电控器件在汽车上越来越多的应用,车载电子设备也越来越多。为了降低汽车维护和维修成本,减少维护保养强度,汽车零部件以模块化的形式,不断加以改进,特别是许多电子产品,因其日益降低的生产成本,以模块的形式越来越多的出现,并且在同一品牌甚至不同品牌中有了一定的通用性。如,汽车车灯、音响、导航等部分,这对汽车发展十分有必要,但是也对制造技术的高可靠性和经济性提出了更高的要求。
3汽车电控技术与汽车维修
随着汽车电控技术的不断发展,对汽车维修行业也提出了更高的要求。从当前发展趋势来看,汽车维修企业,要注意从以下几个方面注意加强和改进。
3.1转变经营理念
随着汽车的智能化程序提高,汽车维修相对成了简单的问题了,相反,汽车日常保养要求更高。因此,要加强服务意识,把维修变成服务,在服务中寻找新的商业机会,通过发展连锁,规模经营,品牌运作,不断提高市场占有率,并进一步提高经济效益。
3.2更新维修设备
突出高技术含量的特点,在传统汽车维修设备的基础上,添置更高级更先进的汽车维护检测系统,充分利用强大的网络优势和计算机强大的数据处理功能,在汽车维修中体现高新技术,进一步提高汽车电控系统维护的可靠性,满足广大车主的快捷维修的要求。
3.3提高人员素质
汽车维修,归根到底,还是需要技术人员来操作。因此,要加强对技术人才队伍的建设,通过培训、送学、考核、认证等方式,不断提高汽车维修人员的综合素质。
4结束语
随着微电子技术的发展,传统的汽车维修方式、维修制度以及经营模式已不能适应当前汽车维修产业的发展,现代汽车维修必须要适应进步的需求,根据新技术发展,不断推出出提高汽车故障诊断和故障维修的综合能力。
参考文献:
[1]黄坚,蒋晶.汽车电控新技术的发展与对维修行业的要求[J].装备制造技术,2007(2):64-66.
[2]李剑平.世界汽车电子产业发展现状及趋势[J].客车技术与研究,2007(2):5-7.
[3]杨秀芳,张新,常桂秀,等.汽车主动安全技术的发展现状及趋势[J].重庆工学院学报(自然科学版),2008(4):16.
[4]马春阳.汽车CAN总线技术及其检测维修[J].汽车技术,2007(6):19-21.
下一代汽车核心技术趋势导向指向哪里?
近日,第二届“中国汽车高新技术发展国际论坛”在北京会议中心召开。本届论坛,以“下一代汽车核心技术”为主题展开探讨,国家发改委、美国能源部、日本国土交通省、中国智能交通协会、中国汽车工程学会等都参与其中。
在“下一代汽车核心技术发展趋势”圆桌演讲当中,新能源电池技术更新、3D打印、无人驾驶三个趋势在清华大学汽车产业与技术战略研究院院长赵福全的引导下成为正常开放演讲的焦点。下一代汽车核心技术趋势最终会导向哪里?在场的北汽副总裁、汽车研究院院长邬学斌,广汽副总经理汽车工程研究院院长黄向东,通用汽车中国科学研究院院长杜江凌及博世副总裁蒋京芳围绕三个议题各自给出了自己的答案。( 新浪汽车)
零制造到年产百万 成都将成中国车市主场
球场上,“主场”不仅是客队千方百计想攻下的城池,更是主队全力以赴要捍卫的荣耀。车市中,“主场”同样是天下车企必争之地。曾经,这个焦点在北京、上海、广州和武汉,但当所谓的传统一线城市日渐饱和,限购政策横空出世,曾经的主场已经很难满足车界新王的胃口。
为此,所有人将目光投向了一座西部地区的城市。居民消费力惊人,经济发展速度和总量位列全国前列,市场包容性极强……对车商而言,成都正是待开掘的富矿。(华西都市报)
上半年本土品牌难翻盘豪车始“发飙”
7月9日,中国汽车工业协会挂出六月份全国汽车销量数据――6月汽车产销分别完成185.56万辆和184.58万辆,比上年同期分别增长10.8%和5.2%;上半年中国汽车产销分别完成1178.34万辆和1168.35万辆,比上年同期分别增长9.6%和8.4%。
数据显示,今年汽车销售并未受到宏观经济调控影响,延续去年态势,摆脱“微增长”。按此态势,全年10%增幅可期。值得一提,约有七成车企“时间过半,目标过半”,成绩喜人,为下半年战略部署赢得空间与时间。
(大洋网-广州日报)
沃尔沃Sensus兼容苹果安卓车载系统
在互联网革命正悄然进入汽车产业之际,沃尔沃汽车正试图将这样的外力融为己用。7月2日,沃尔沃在北京正式了Sensus创新科技子品牌及相应的智能车载交互系统。与此同时,该公司宣布,这一系统将同时兼容苹果与安卓的车载移动系统CarPlay和Android Auto,车主将不必因手机兼容性问题而选队站。(新浪汽车)
13亿! 广州车牌两年竞价收入颇丰
广州自2012年8月实施中小客车增量指标调控政策以来,经统计,2012年、2013年广州市竞价收入共10亿元,2014年上半年竞价收入3.35亿元。
广州市财政局局长表示,广州车牌竞价收入资金严格按照原《竞价收入资金管理办法》规定的范围,全部用于补助公交车辆更新购置、公交行业综合补贴、水上交通发展、公交站场建设和交通拥堵点治理改善等公共交通事业发展。
广州市制定了《广州市中小客车总量调控增量指标竞价收入资金管理办法》,明确规定竞价收入资金将全额使用于城市公共交通事业。同时,竞价收入资金直接缴入市财政,实行收支两条线管理,纳入财政年度预算审核管理程序,并报市人大审议。此外,每年7月1日前,广州市交通工作领导小组办公室将上年度竞价收入收支执行情况进行公开。而根据上海市审计局调查,上海2011年至2012年新增汽车额度拍卖收入共计118.12亿元,支出共计107.89亿元,这部分支出主要用于轨道交通建设、公交车的购车、优惠换乘、基础设施建设维护等。(南方日报)
本田因发动机故障日本召回17.5万辆混动车
据路透社报道,本田汽车日前宣布,将在日本本土召回17.5万余辆油电混合动力车,原因是这些车辆的发动机控制单元存在软件故障。
此次召回总计涉及175,356辆汽车,其中包括日本市场上所有第三代飞度混动车,以及Vezel混动SUV,这两款车型均于去年上市,且都只在日本国内销售。
本田表示,上述召回相关车辆中的发动机控制单元存在软件编程故障,可能导致车辆突然移动或加速。本田已经收到11项上述故障所引发的事故报告,但其中未造成人员伤亡。
关键词:物联网;石化行业;RFID射频技术;网络同性技术
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)23-5565-03
Internet and Its Application in Petrochemical Industry
LI Ya-jie1, CAO Wei1, WEI Qi2
(1.Automation Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company Petrochina, Lanzhou 730060,China; 2. China Guangdong Petro? leum Petrochemical Industries Co., Jieyang 515200,China)
Abstract: The following computer, Internet, Internet technology has brought the third world in the context of information industry tide, more and more become the focus of global concern, will give the people’s production and life brought about profound changes. This paper introduces the origin, definition of Internet of things, involving technology, predicted the development trend of the Internet of things, things technology application in petrochemical industry case, looking things technology application in petrochemical industry trends.
Key words: the Internet of things; petrochemical industry; RFID technology; sensing technology
1关于物联网
近年来,物联网[1,2]成为炙手可热的名词,许多人预言物联网将彻底改变人们的生活方式,带动亿万级的产业发展,成为信息化发展的新的推动力量。那么,物联网究竟是什么由来,他离我们到底还有多远?早在1995年,比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念(Internet of Things),只是当时受限于无线网络、硬件及传感器设备的发展,没有引起世人的重视;1998年,美国麻省理工大学(MIT)创造性提出了当时被称作“EPC”系统的“物联网”构想;2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)正式提出了“物联网”的概念:称“物联网”为“The Internet of things”(ITO),并发表了年终报告《ITU互联网报告2005:物联网》;2009年1月,IBM提出“智慧地球”构想,物联网为其中不可缺的一部分,而奥巴马对“智慧地球”构想作出了积极回应,并将其提升为国家层级的发展战略,从而引起全球广泛关注。2009年1月,IBM提出“智慧地球”构想,物联网为其中不可缺的一部分,而奥巴马对“智慧地球”构想作出了积极回应,并将其提升为国家层级的发展战略,从而引起全球广泛关注。2009年8月7日总理视察无锡微纳传感网工程技术研发中心并发表重要讲话之后,“物联网”概念迅速升温。物联网又称传感网,它掀起了继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业新浪潮。
通过射频识别(RFID,Radio Frequency IDentification)、红外感应器、全球定位系统(GPS,Global Positioning System)、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征[3]。
物联网主要涉及六大关键核心应用技术[4],分别是共性支撑技术、无线传感网(WSN,wireless sensor network)技术、数据处理技术、新型传感器技术、RFID电子标签技术、地理信息系统(GIS,geographic information system)技术。物联网具有与互联网类同的资源寻址需求,以确保其中联网物品的相关信息能够被高效、准确和安全的寻址、定位以及查询,其用户端是对互联网的延伸和扩展,即任何物品和物品之间可以通过物联网进行信息交换和通讯。因此,物联网又在不同应用领域的专用性、高度的稳定性和可靠性、严密的安全性和可控性等方面有别于互联网[5,6]。
2物联网技术发展趋势
研究表明,物联网技术的发展趋势主要表现在以下六个方面:集电子产业、软件业、通信运营业、信息服务业和面向行业的应用与系统集成中心等于一体的完整产业链正在逐步形成。应用试点向行业规模化应用拓展,跨行业和地区的综合性应用正逐步启动。应用功能以目前的身份识别、电子票证为主逐渐向物品识别过渡,如向资产管理、食品药品安全监管、电子文档、图书馆、仓储物流等物品识别拓展。应用频率以低、高频为主逐渐向超高频和微波过渡,即从低高频的门禁、二代身份证应用逐步向高速公路不停车收费、交通车辆管理等超高频应用拓展。RFID与新技术的融合将会衍生出更多的商业模式,如手机移动支付将会是未来RFID最大的市场,利用RFID进行人与物的实时定位也将会成为未来的主流应用之一。RFID以及传感技术的发展使得社会公共管理呈现出管理智能化、物流可视化、信息透明化的发展趋势。
我国在物联网的“采集、传输、处理、应用”四大核心领域中,优先发展的是采集与应用领域,具体优先发展的领域是RFID产业、智能家居、智能交通、智能医疗、智能电网。
RFID产业:物流、金融、零售、物品防伪、环境保护、身份识别等很多方面,都离不开RFID,今后随着物联网的大规模应用,其应用范围会更加广阔。智能家居:除了通常所说的电表、气表、水表的智能化处理,将来家里的空调、冰箱等电器设备,都可以接入物联网,以监控其运行、减少故障等等。智能交通:在汽车的部件上装上传感器,通过网络与智能的指挥后系起来,这样人们在驾驶汽车的时候,就可以提前知道哪个地方出了故障、哪个路段特别拥挤,以减少汽车追尾事故、等待时间和尾气排放等等,这是智能城市必不可少的一部分。智能医疗:将嵌入式芯片装到患者身上,就可以随时感知到患者的血糖、血压和脏器的情况,并通过网络与后台的医疗、保健系统联系在一起,随时给出警示和应对建议。智能电网:是指在发电、输电、配电、用电等环节应用以物联网为主的新技术,实现用电的优化配置、节能减排,能源事关国家的命脉,因此发展物联网要首先关注智能电网。
3物联网在石化行业的应用
3.1某石油集团数字油田应用案例
某石油集团公司应用数字油田提升油田的管控一体化水平,数字油田包括五部分内容,分别是:采集与控制子系统、数据传输子系统、生产运行管理子系统、油气生产物联网信息安全、油气生产物联网标准规范。其中,生产运行管理子系统利用感知的生产信息,通过对生产规律的总结,建立覆盖地下、地面生产全过程的生产管理模型及预测预警模型。实现生产过程实时诊断,控制参数实时预警,数据信息实时,决策管理智能科学;数据传输子系统利用通讯技术,实现对现场数据信息传输实时高效、指令下达准确可靠、网络安全稳定;并实现与生产运行管理的一体化无缝连接;数据采集与控制子系统利用传感、射频等技术,感知油气生产信息,建立覆盖油气全过程准确、可靠的自动化采集与控制子系统。实现采集数据完善准确,过程控制精确到位,安全管理及时有效,系统控制稳定可靠。某石油集团数字油田的系统框架如图1所示。
图1数字油田的系统框架
3.2基于RFID的某石油集团产品批次质量跟踪应用案例
某石油集团公司针对在信息采集和库房管理流程方面存在的问题,通过将RFID技术作为供应链全程信息采集的主要手段来进行产品批次质量跟踪。具体做法是:选取若干种产品;1个生产库房、1个大区销售库房、若干前端销售库房、若干终端客户;仅管理汽车运输业务量身定制符合采用RFID的新库房管理流程。将供应链各节点(库房、客户端)的准确、有效、及时的信息上传到产品批次质量跟踪系统平台。RFID系统成为已有系统的有益补充。基于RFID的某石油集团产品批次质量跟踪系统的系统范围如图2所示。
4物联网技术在炼化行业的应用展望
1)智能化化工产品储运综合管理:依靠现有网络、无线数据通信、RFID技术、网络技术以及现代物流储运信息软件等成熟技术,切实提高化工储运整体运作水平,实现智能综合化工物流储运管理。
2)智能化油品储运综合管理:在炼化行业已建油品储运生产调度系统、机车三大件系统、车号自动识别系统等系统的基础上,拓展智能化油品储运管理综合系统功能,整合或替代原有分散系统,提高油品储运数字化水平。
3)三维全息数字化工厂:三维全息数字化工厂将炼厂的地理信息以及生产、机动、环保、安全所用载体的空间数据用计算机进行数字化管理,包括厂区地下动力管网和地上附属物的空间数据库以及属性数据库。为规划、设计、施工部门提供准确可靠的地下管线、电缆的分布、走向、埋深等状态信息及各专业属性信息,也可以为生产巡检、应急管理等提供辅助。结合数字化设计,围绕主体生产装置实现塔、反应器、阀门、仪器等设备的形状三维立体化及设计数据、运行状态电子化,为设备保养、检维修等提供依据。
参考文献:
[1]石军.“感知中国”促进中国物联网加速发展[J].通信管理与技术,2009(5):1-3.
[2]马建.物联网技术概论[M].北京:机械工业出版社,2011.
[3]王云汉.物联网技术在楼宇智能化系统中的应用[J].惠州学院学报:自然科学版,2010(6):77-78.
[4]蒋中,孔令成.城市互联消防安全数字化监控系统的设计与实现[J].现代电子技术,2009,32(9):131-133,13.
一、物联网概念和关键技术
物联网是在互联网基础上,利用射频识别(RFID)技术、无线通信技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定协议完成物品与物品、人与物品、人与人之间的互连,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。需要利用物联网才能解决的是传统意义上的互联网没有考虑的、对于任何物品连接的问题。
(一)物联网涉及的主要关键技术
一是射频识别技术。射频识别是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号识别对象并获取相关数据,是物联网关键的技术之一。RFID标签,具有读取距离远、穿透能力强、无磨损、抗污染、效率高、信息量大等特点。当带有RFID标签的物品通过特定RFID读写器时,标签被读写器激活并通过无线电波将标签中的信息传送到读写器以及信息处理系统,完成信息的自动采集。
二是下一代网络技术。下一代网络以软交换为核心的,采用开放、标准的体系结构,能够提供丰富业务,具有分组传送、控制功能从业务中分离、业务提供与网络分离、端到端QoS和透明的传输能力、融合固定与移动业务等特征。这些特征对实现物联网人与物品和物品与物品可靠互连具有重要意义,现在已经成为现实的多种装置的互连网络,例如手机互连、移动装置互连、汽车互连等等,都揭示了下一代网络在互连任何物品方面的发展趋势。
三是深度嵌入式系统技术。物联网实现人与物、物与物连接的主要目的是对物理系统的控制,这要求物联网系统具有自我反馈与智能控制的特点,嵌入式系统是实现这一要求的必要手段。嵌入式系统综合了计算机、自动控制、通讯等多项技术,是针对某一应用开发出的智能化机电产品。广泛应用机、汽车、家电、工业装置、医疗器械、监控装置等各类物理设备中,国际上把利用计算技术监测和控制物理设备的嵌入式系统称为深度嵌入式系统。
(二)目前关于物联网的认识误区
一是把传感网或RFID网等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID技术也好,都仅仅是信息采集技术。除传感技术和RFID技术外,GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者RFID网只是物联网的一个领域,不是物联网的全部。
二是把物联网当成互联网的无限延伸。事实上物联网可以是传统意义互联网向物的延伸,也可以根据现实需要组成局域网、专业网,没必要也不可能使全部物品联网,类似智能物流、智能交通、智能电网等专业网、局域网才是其最大的应用空间。
三是认为物联网是很难实现的技术。事实上物联网是实实在在的,很多初级的物联网应用早已在为我们服务。物联网理念是在很多现实应用基础上推出的聚合型集成创新,是对早就存在的具有物物互联特征的网络化、智能化、自动化系统的提升。
二、我国和我市物联网产业发展现状
(一)我国物联网研究起步早,技术研发位居世界前列
我国早在1999年就开始进行无线传感网络及其应用研究,国家自然科学基金、“863”计划、国家科技重大专项等都部署了物联网相关技术攻关,并在芯片、通信协议、协同处理、智能计算等领域取得突破,技术研发和标准制定走在世界前列,是为数不多能够实现产业化的国家。2010年10月,国务院出台《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,将物联网列为新一代信息技术产业的主要领域,国家发改委、工信部、财政部、科技部等多部委也在加紧研究制定物联网产业发展规划,积极为物联网产业发展营造良好环境。
(二)我市拥有较好的物联网产业基础和丰富的示范应用经验
是省内物联网技术研发和应用研究的先行地区之一,在标准制定、示范应用、人才资源和新型产业培育等方面拥有一定的优势,聚集了北洋集团、新北洋、华菱电子、双丰电子、卡尔电气、渔翁科技等一批骨干企业。北洋电气集团有限公司在国内较早地开展了物联网核心技术研发、科技成果转化、应用推广等,在射频识别和图像读取领域技术标准制定中占有一席之地。我市拥有哈尔滨工业大学()、大学分校、职业技术学院等高校,在人才培养、专业技术培训等方面具有较强的优势。我市拥有省光纤传感重点实验室、国家计算机内容信息安全重点实验室分实验室、国际微电子研究中心、省嵌入式系统工程技术研究中心、省RFID工程技术研究中心等13家从事物联网相关技术研究的科研机构,在基础研究、应用技术等方面具有较强的科技攻关能力。在物联网应用方面,我市先后启动了工业、海洋、环保、电力、交通、物流等领域的物联网技术应用研究,北洋集团研发的国际海运物流管理系统和港集团建设的智能物流仓储管理系统都取得了极大的成功。
同时应当看到,我市物联网产业总体上仍处于起步阶段,与省内外先进区域相比存在不少问题,主要表现为产业体系尚不完整,企业规模普遍较小,创新体系不健全,应用领域不广、层次偏低,运营模式不成熟等。面对激烈竞争,我市必须采取有力措施,进一步突破关键核心技术,加快产业资源集聚,大力推动示范应用,才能确保在新一轮技术和产业竞争中的优势地位。
三、我市物联网产业的发展目标定位
主要目标是将建设成为专业化水平强、产业化应用好、市场化程度高、辐射带动面广的物联网强市。
一是建立较完善的物联网产业体系。建设物联网特色化产业基地、产学研合作基地、应用示范基地,形成完整的物联网产业布局、空间布局和功能定位。核心产业、关键技术、公共平台建设以及示范应用取得突破,在新型传感器、系统集成、应用软件、信息服务等领域集聚一批规模较大企业,培育一批具备较强竞争力的创新型中小企业。
二是形成较强技术创新能力和产业竞争力。聚集一批国家级研究机构与研发中心,在传感器及节点、应用软件、高端集成、应用服务、信息安全等领域攻克一批关键技术,形成具有自主知识产权的物联网产品系列,自主研发、产业保障和核心技术掌控能力显著提升,并在国际和国内相关标准制定中发挥重要作用。
三是培育一只结构合理、创新力强的人才队伍。建立物联网人才培养体系,优化物联网人才支撑环境,引进一批物联网创新团队和领军人才,培养一批技术技能型、复合技能型和知识技能型物联网工程师,形成合理的人才结构和梯队,初步显现产业发展与人才集聚的联动效应,建成国内一流的物联网人才高地。
四、我市物联网产业的发展重点
依托现有产业发展基础,紧密跟踪国际技术发展趋势,攻克一批制约物联网产业发展和应用推广的核心技术与关键技术,研发一批具有自主产权的重大创新产品,实施一批重点示范项目,推动应用创新及产业化。
(一)集中突破物联网重要核心技术
1.新型传感器与短距离无线传输技术。重点围绕关键传感器件、短距离无线传输技术开展技术攻关,着力突破物联网感知层技术。发挥北洋集团、双丰电子、卡尔电气等企业技术优势,重点加强超高频射频识别、打印与扫描图像、地震检波、石油勘探传、光纤测温、智能家居、物位监测、海洋环境监测等各类新型传感器研制,和低功耗传感节点及监测设备的嵌入式微系统技术研发。
2.物联网信息安全及智能处理技术。依托卡尔电气、渔翁科技等重点企业,加强网络数据传输加密、大规模网络行为模拟、信息与内容安全等技术研发;加快云安全技术的研发;开发快速、高精度、高效率数据挖掘、比对分析算法与模型;研发高效率传输光缆及数据压缩、传输、处理技术。
3.物联网系统集成关键软硬件技术。加强面向特定应用领域的嵌入式操作系统及中间件开发与产业化,推进系统解决方案标准化;加强各层次数据接口信息交互的标准化研究;加强应用管理、服务软件以及信息服务平台技术的开发力度,推动物联网技术应用的发展;鼓励商业模式创新,大力开发面向特定应用领域的新一代网络服务业务。
4.物联网共性支撑技术。重点加强可编程、系统测试、数据保护等共性技术研发及现代信息通信、计算机及网络、先进微电子、新材料、新能源等基础支撑技术的研究。加强关键技术协议与规范、平台软件开发环境、开发工具、核心框架及中间件构造等技术研发,重点加强面向行业和领域的物联网应用软件支撑平台研发。
(二)重点培育物联网关键产业领域
1.先进传感器产业。围绕物联网感知层技术,抢先发展先进传感器、无线传感器及智能终端设备制造产业,抢占物联网产业发展关键点。引进和培育一批低功耗、微型化、智能化的新型传感器研发和制造企业,迅速提升高端传感器市场的影响力。大力支持北洋集团开展高性能射频识别标签设计、封装,开展相应读写器具研发和生产;引导新北洋、卡尔电气等企业开展融无线数据通信、交易支付、信息管理等功能于一体的智能终端设备研发和产业化;支持华菱电子研发高精度图像传感器、北洋集团研发光纤测温传感器、双丰电子研发地震检波和石油勘探传感器;支持和引导哈尔滨工业大学研发海洋环境检测传感器、短距离无线通信传感器并产业化。
2.数据传输与信息安全产业。积极开展传输技术和安全技术研究,引进一批基础设备生产和关键技术研发企业,加快培育新一代网络产业。大力支持宏安集团研发高性能光纤光缆、通信电缆、超五类数据缆;支持东兴电子、宝岩电气、新康威等企业研发智能数据传输与连接线缆;支持渔翁科技研发高性能数据加密设备和信息安全设备;积极引导哈尔滨工业大学研发大规模网络行为模拟、信息与内容安全、数据加密等,并尽快进行产业化。
3.物联网基础支撑产业。加快发展微纳器件、集成电路、网络与通信设备、微能源、新材料、软件等相关基础产业。支持家和科技研发智能家居系列产品与集成方案;支持哈尔滨工业大学和大学(分校)联合相关企业研发面向领域的物联网应用软件支撑平台、核心框架及中间件产品;支持哈尔滨工业大学国际微电子研发中心研发汽车电子芯片;支持农友软件研发新一代农村信息化集成服务系统。
4.物联网应用提升产业。利用物联网对传统产业的重大变革,积极推进带动效应明显的现代装备制造业、现代农业、现代服务业、现代物流业等产业的发展。重点推动港集团、威东航运、胶东国际海运、汇峰物流园、鑫通物流园、华东海运等发展基于物联网技术的智慧物流服务;积极推动威高集团、金猴集团、光威集团、天润曲轴等大企业集团实施制造业物联网工程;支持好当家集团、寻山水产集团等企业发展基于物联网技术的海产品加工和海水养殖。
5.物联网集成和服务产业。以中国电信、中国移动、中国联通三大电信运营企业为依托,重点推进与物联网产业发展和应用相关的通信传输、智能处理、数据存储、信息安全等网络信息基础设施工程。尽快形成以网络传输、信息处理、内容提供以及运营服务为主的物联网网络运营和服务产业快速聚集、可持续发展的网络基础条件和服务支撑体系。
(三)加快建设物联网公共技术平台
1.构建适合物联网应用的下一代网络平台。积极引导中国移动、中国电信、中国联通、广电优化整合网络资源,构建开放、标准、安全的下一代网络平台,广泛开展物联网技术应用业务。支持网络运营商、行业骨干企业、科研机构联合搭建物联网信息中心,构建综合性物联网数据共享、交换和测试平台,为物联网相关用户提供数据接入、数据处理以及系统测试等服务,支撑物联网各领域应用业务的快速实施。
2.建设物联网技术创新支撑平台。依托北洋电气集团的省智能光纤测温重点实验室和省RFID工程技术研究中心,联合相关企业、研究机构和高校,加强物联网领域的核心技术研发,主导和参加标准制定,建成国际前沿、国内领先,具备引领作用的国家级物联网核心技术研发中心。以哈尔滨工业大学企业与服务智能计算技术研究中心为基础,组建哈工大物联网应用技术研究中心,充分利用哈工大的技术、人才优势,围绕推进技术产业化应用、执行重大示范项目等主题开展集中攻关。
3.物联网信息和中介服务平台。以网络运营商、龙头企业、研究机构为主体,鼓励行业协会以及中介机构积极参与,围绕物联网领域关键核心技术、产品和技术检测和标准化工作,搭建立足、辐射全省的物联网技术交流平台,推进省内物联网技术交流合作,对接国家物联网标准联合会工作组,推动企业参与跨区域物联网应用项目。
(四)积极推进重点领域示范应用
智能工业示范应用。加快三角轮胎、万得集团的射频识别项目建设,实现生产过程监视、质量控制智能化。在黄海造船、成山集团、天润曲轴推广数字化设计、电子识别、可配置信息集成等先进生产技术。在威高集团应用产品质量和成份智能监测技术。
数字渔业示范应用。加快物联网技术在“海上110”、海洋捕捞、水产养殖、海洋产品加工及等领域的应用,以公安边防为依托,加强海上基础设施建设。以好当家渔业集团、鸿洋神为重点,推动海洋产品分类、质量检测、产品流转、生产加工等智能化。建立海洋产品质量追溯系统,实现传统优势产业的整体提升。
智能物流示范应用。以港(国际物流园)、华东海运、家家悦集团为主体,建设港口集装箱智能调度、职能仓储系统、商品分拣调拨、物流信息处理、车辆调度等智能信息系统,积极推动物联网技术在制造业物流、仓储管理、商品配送等物流模式的应用,推动以物联网为主要特征的第三方、第四方物流新模式发展。
智能电网示范应用。积极推动北洋集团分布式光纤测温预警系统在我市电网中应用,实现重要输变电设备和电缆温度实时监测和远程预警。以佳衡电子等企业为依托,建立基于物联网技术的电力远程抄表、自动通知和缴费系统,提升精细管理和智能运营能力。
智能交通示范应用。加快射频识别和传感技术在交通领域的应用,积极实施智能交通行车诱导、城市道路智能交通管理、高速公路智能管理、道路基础设施管理与维护等系统示范应用,建立智能交通标准体系和应用模式,全面提升交通管理智能化水平。
数字节能环保示范应用。推动基于传感技术的高耗能行业传统工艺改造和生产流程优化项目建设。加快物联网技术在污染源监控、水环境质量监测、空气质量监测、城市噪声监测和海洋环境监测、森林防护等系统领域的应用,构建智能化的监测、防控体系。
智能城市管理示范工程。依托已建成的应急指挥信息系统、地理信息系统,及建设中的城市精细化管理信息系统,大力推广应用物联网相关技术,实现对突发事件、事故灾难、大型活动实时监控、应急指挥。以机场、火车站、港口等为示范,探索建设周界防入侵系统。
五、我市物联网产业发展对策
(一)确立物联网产业战略高技术产业地位,予以重点支持
发挥政府的主导作用,成立强有力的促进和推进机构,制定并组织实施“物联网产业推进计划”,科学确定产业发展的战略方向和战略重点。提高政府对高新技术产业的管理水平,加强政府科技管理部门间的沟通协调,研究解决影响产业发展的重大问题。制定市场支持和政府采购支持政策,在政府采购中要优先使用具有自主知识产权的本地企业产品。成立物联网专家咨询机构,聘请技术、经济、公共管理等领域知名专家,就物联网产业发展中的重大问题提出建议,对前瞻性的技术进行论证。
(二)加快推动基地园区建设,培育物联网产业集群
支持物联网产业基地(园区)建设,通过专业园区建设,集成创业服务、技术支撑、投资融资、人才培训和信息服务体系,营造产业发展的良好环境。促进物联网项目在基地(园区)布局,打造涉及研发、制造、集成、运营多个环节,涵盖传感器、嵌入式系统、系统集成等领域的完整物联网产业体系。加快完善创新体系,促进创新要素向基地(园区)集中,引导企业、研究机构、大学及其它机构之间相互合作,推动新型企业、新型技术的产生,促进区域创新网络的形成和发展。
(三)加强企业联合与协作,促进产业技术联盟发展
由政府牵头组建若干产业技术联盟,协调联盟各方利益和冲突,消除产业发展过程中的诸多现实的或者潜在的风险。发挥政府资源整合作用、核心企业的产业化推进主体作用、科研院所的技术创新源头作用、应用部门的市场牵引作用,共同推进关键技术研发、技术标准制定、重要市场开拓。提升各高校之间合作办学、联合攻关层次,推动物联网企业与大学、研究机构的产学研合作。加强与国内和国际大型物联网企业合作,通过合作研发、合作营销、互相交流管理经验等,促进产业联盟的国际化。
(四)积极参与技术标准制定,掌握产业发展主导权
技术标准是技术化的资本,是高新技术产业跨越式发展的支点,也是高新技术产业参与国际竞争的通行证。我市应充分利用已有优势,发挥政府、协会、联盟等的作用,完善市场驱动技术创新机制,推动核心企业参与国内、国际技术标准制定。要加强与国内重要系统集成商和龙头企业合作,探索新的产学研合作方式,使之成为我市技术标准合作者,加快我市参与的技术标准的推广、应用和完善。要积极参与国际标准化活动,参加国际标准的制定、修订工作。要通过直接参与国际标准的制定、修订,及时了解国际相关产业发展动向,培养国际标准化人才。
(五)创新多种形式的金融市场,快速聚集产业资本
建立政府主导的物联网产业发展基金,支持物联网产业重点研发项目建设、示范推广项目建设、公共技术平台建设。鼓励企业申报国家创新基金、信息服务业专项资金、集成电路专项基金及国家重大产业化项目基金等。积极组织物联网产业园、产学研合作示范园区申报国家级物联网创新示范区,争取国家相关优惠政策。完善多元化风险投资体系,建设风险资本与优质企业、项目的对接平台,推动社会风险投资积极参与我市物联网产业化项目和示范项目建设。做好上市融资协助工作,切实推动物联网企业到国内主板、中小板、创业板上市。
本届软交会受到了国家部委、辽宁省、大连市领导的高度重视。科技部、工业和信息化部、商务部、海关总署、中国贸促会等国家部委领导以及辽宁省、大连市的领导莅临大会,中国驻日本、驻美国、驻印度、驻芬兰大使馆的相关人员也莅临大会。
我国走过软件产业发展的黄金十年,未来,软件产业发展挑战与机遇共存。绿色发展、低碳经济,已成为全球产业发展的新趋势,信息技术作为低能耗、高附加值的新兴产业,正越来越受到广泛重视。以“绿色IT、智能应用”为主题的第九届中国国际软件和信息服务交易会(软交会)于2011年6月16~19日在美丽的海滨城市大连如期举行,旨在对全球IT产业的绿色发展趋势和软件技术的智能化应用模式等进行探讨展望。大连市市长李万才在开幕式的致辞中表示:“今年是我国‘十二五’的起步之年,第九届软交会意义更加重大,它将全面展示国际IT领域的新产品和新技术,以及全国各省市IT产业发展的重要成果,并积极为国内外企业交流、合作创造更便利的条件。”
彰显中国软件产业地位
在整个会议期间,笔者深切感受到了中国软件产业和市场在全球软件产业中的重要地位,会议期间来自世界顶尖IT企业的高层参与了多场演讲,展馆中也不乏全球各地实力雄厚的软件企业的展位。从软件产业的市场来看,中国作为软件产业潜力最大的市场,吸引了越来越多的国际性公司前来投资与合作。
6月16日下午举办的全球软件和信息服务高层论坛暨企业家峰会作为软交会的主论坛,是展会期间规模最大、规格最高的会议,来自英特尔、IBM、思科、东软、SAP、海辉集团、日立等全球性IT公司的高层发表了演讲并做了高峰对话。英特尔亚太研发有限公司总经理兼英特尔中国软件与服务事业部总经理梁兆柱在演讲中说:“除了美国以外,中国是唯一一个有英特尔晶圆厂、装配厂的国家,最近英特尔有一位资深的高级副总裁到中国来开拓中国市场,表明英特尔公司对中国人才和市场的信心。”
众所周知的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》开启了我国软件业发展的黄金十年。经过十年的发展,我国的软件产业成绩斐然,据商务部的统计,2010年中国软件进出口(其中不含嵌入式软件)保持了较快的增长势头,出口协议金额126.3亿美元,同比增长24.4%,执行金额97.4亿美元,同比增长34%,出口额超过1亿美元的企业已经达到了11家。“过去的十年是中国软件产业的黄金十年,中国软件企业的规模在扩大,拥有了许多成千上万人的软件企业,这是十年前中国软件产业发展史上未曾有过的。过去十年软件出口增长了90倍,这是一个奇迹,中国的软件企业第一次走向了国际舞台,正在成为新兴的跨国公司。”东软集团股份有限公司董事长兼CEO刘积仁在论坛上表示。
外包是软件产业里非常重要的细分领域,2007年国务院下发了《关于加快发展服务业的若干意见》,明确提出积极发展信息服务业,加快发展软件业,把大力发展服务贸易作为转变外贸增长方式,提升对外开放水平的重要内容,把承接国际服务外包作为扩大服务贸易的重点。软交会期间同期举办了2011中日BPO论坛和2011中国国际软件和信息服务外包年会。
2011年是软件产业的机遇之年,也是发展之年,它已经深入到各个行业,成为经济增长的助推器和发展新产业的孵化器。商务部部长助理仇鸿在开幕式上表示:“预计到 2020 年,全球潜在的服务外包市场需求将达到 1.65 万亿~1.8万亿美元,大力发展软件业及信息服务业将成为我国抓住新机遇,全面深度参与全球化,提升软件产业技术力量的重要途径。”
当然,软交会上一定少不了表彰先进企业的环节,“2010―2011 中国软件和信息服务业年度颁奖典礼”作为软交会最重要的盛事之一,于 6月 16 日晚隆重举行,揭晓了 2010―2011年中国软件和信息服务业年度突出贡献奖、最具潜力奖、最具创新影响力奖、创新产品奖、竞争力产品奖、最佳创新企业服务机构奖、跨国公司特别贡献奖、领军人物奖奖项。
创新是永恒的话题
笔者为能身临本届软交会现场感到幸运,这真是软件行业的一场饕餮盛宴,单6月17日一天就举办了包括“2011 中国软件和信息服务业投融资论坛暨项目对接会”在内的主题论坛,而在软交会期间举办的行业论坛中,涉及云计算、物联网、智能交通、智慧城市、供热、零售业、航空、农业、金融等方面,几乎囊括了目前软件行业所有的热点,同期还举办了区域合作对接会以及艺术展等,活动内容可谓异彩纷呈。
综观大会的日程,涉及创新的论坛有“2011中国软件自主创新论坛暨报告会”、“2011云计算技术创新应用论坛”、“深港科技创新论坛”等。创新是个永恒的话题,不论哪个产业,缺少了创新就等于走向灭亡。在整个软交会期间,演讲嘉宾提到“创新”字眼的更比比皆是。在北京赛迪传媒投资股份有限公司总经理、《中国计算机报》常务副社长兼总编辑刘保华主持的2011 中国软件自主创新论坛暨报告会上,中国服务贸易协会执行副会长赵中屹在演讲中表示:“今年是我国‘十二五’时期的开局之年,发展蓝图已经绘好,发展的关键是要大力提高自主创新的能力。”
在“2011中国软件自主创新论坛暨报告会”上,微软大中华区副总裁兼公共事业部总经理曾良分享了微软的创新技术和产品,他向听众描绘了美妙的未来生活:通过微软的产品可以实现家庭信息中心的建设,在旅途中可以智能化安排行程,教室里不同国家的孩子可通过自然语言的翻译实现无障碍沟通。他说:“微软的创新让生活更美好,让人们工作更加高效,让人们的社交更和谐。”
再来看我国的软件企业,他们也都在努力通过创新提升竞争力。中软国际有限公司高级副总裁王晖讲到他们的创新时称,中软国际自2000年成立以来一直保持57%的年复合增长率,除了战略正确、执行强以外,服务创新持续打造了中软国际的竞争力。据王晖介绍,他们有三个方面的创新,一是创造了一套产品品牌――Resourceone,二是创新实践了一种最佳实践方法论,三是创造性地提出了一种服务――总集成服务。
尽管如此,国产软件在自主创新方面依然让人很担忧。虽然现在IT产业链上的每一个环节上都有我们自主的品牌,比如服务器有曙光、浪潮等,操作系统有红旗等,办公软件有金山等,数据库有达梦等,还有中间件、应用软件、安全软件等方面的品牌,但是,目前我国的自主软件应用广度和深度都不够。北京中科红旗软件技术有限公司总裁贾栋在讲到中国IT自主品牌产业链时称,这个话题比较沉重,不是一朝一夕能够实现的。的确,这是一个大课题,需要政府、企业、用户共同努力。
培养人才成一大热点
目前全球IT人才处于短缺状态,软件行业综合型、创新型人才的培养成为产业面临的新课题。我国服务外包行业正处于初步发展阶段,业务增量为每年20%~30%。据预测,到2015年,中国服务外包直接就业机会将达到270万个,间接就业机会和相关就业达840万个。但与这个事实相矛盾的是,企业高呼找不到合适的人,这是因为企业所需要的人才与学校培养出来的人才之间存在巨大的差别 。浙江网新科技股份有限公司服务外包实业集团副总裁段志龙在提到服务外包目前面临的危机时谈到收入、成本和人力三个方面,他说:“从去年开始,外包的企业缺人很严重,很难找到合适的人才。”
本届软交会也体现了这一点, 以人才教育为主题的论坛就有3个,而在各个论坛上,涉及到人才培养方面的话题的更是随处可见。在软交会期间同期举办的主题论坛――2011国际IT人才教育培训高峰论坛暨教育部IT实训推广工程五周年年会上,来自全国200多所高校的领导及近百家IT企业代表汇聚一堂,从院校合作、专业共建、大学生实训、技术发展趋势等多个角度广泛交流,深入探讨了高校教改和国际化IT人才培养模式创新等问题。赵中屹谈到满足人才需求的几大措施时表示:“首先,高校需要不断优化人才培养模式,大力推进教育教学改革,更新教育内容,着力培养大批具有创新意识、创新能力的创新型人才和基础扎实的专业人才,提升IT人才队伍的整体素质;第二,完善技术人才应用机制,以人才教育为中心,配套有序的人才培养产业链;第三,加大对复合型人才的培养力度,吸引海外人才在国内创业。”
为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致,对于传感器性能指标(包括精确性、可靠性、灵敏性等)的要求越来越严格;与此同时,传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程,因此还要求传感器必须配有标准的输出模式;而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求,所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代;后者主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。
1.1由计算机辅助设计(CAD)技术和微机电系统(MEMS)技术引发的传感器微型化
目前,几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD)的模拟式工程化设计转变,从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统,这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。
对于微机电系统(MEMS)的研究工作始于20世纪60年代,其研究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科,是一个极具前景的新兴研究领域。MEMS的核心技术是研究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展,尤其最近十多年的研究与发展,MEMS技术已经显示出了巨大的生命力,此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下,微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构,从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件,象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1],[2]。目前,这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。
1.2微型传感器应用现状
就当前技术发展现状来看,微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量,如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等
2智能化(Smart)
智能化传感器(SmartSensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视,尤其在探测器应用领域,如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎,产生的影响较大。
2.1智能化传感器的特点
智能化传感器是指那些装有微处理器的,不但能够执行信息处理和信息存储,而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样,其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器,主传感器为压力传感器,用来探测压力参数,辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差,而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正;而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外,还执行与计算机之间的通信联络。
通常情况下,一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量,其信号调节是由那些与主探测部件相连接着的模拟电路来完成的;但智能化传感器却能够实现所有的功能,而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。与传统的传感器相比,智能化传感器具有以下优点:
1.智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节,能够对所测的数值及其误差进行补偿,而且还能够进行逻辑思考和结论判断,能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理,借助于软件滤波器滤波数字信号。此外,还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿,以改进测量精度。
2.智能化传感器具有自诊断和自校准功能,可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时,它将发出告警信号,并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时,它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。
3.智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量,从而进一步拓宽了其探测与应用领域,而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外,其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能,也能够使它们适合于各不相同的工作环境。
4.智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据,也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询,这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等;
5.智能化传感器备有一个数字式通信接口,通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外,智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便,譬如,可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作,也可以将所测的数据发送给远程用户等。
2.2智能化传感器的发展与应用现状
目前,智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期,具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司的ST-3000系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器,以及另外一些含有微处理器(MCU)的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器(SSIS)等。与此同时,基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中的重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。
指出的一点是:目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的,但其通信协议却仍需借助于4~20mA的标准模拟信号来实现。一些国际性标准化研究机构目前正在积极研究推出相关的通用现场总线数字信号传输标准;不过,在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器(HART)协议,即HighwayAddressableRemoteTransducer。这是一种适用于智能化传感器的通信协议,与目前使用4~20mA模拟信号的系统完全兼容,模拟信号和数字信号可以同时进行通信,从而使不同生产厂家的产品具有通用性。
能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量,如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外,智能化传感器在空间技术研究领域亦有比较成功的应用实例[6]。
发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见,新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。
3多功能传感器(Multifunction)
如前所述,通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量,但在许多应用领域中,为了能够完美而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展,目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。
3.1多功能传感器的执行规则和结构模式
概括来讲,多功能传感器系统主要的执行规则和结构模式包括:
(1)多功能传感器系统由若干种各不相同的敏感元件组成,可以用来同时测量多种参数。譬如,可以将一个温度探测器和一个湿度探测器配置在一起(即将热敏元件和湿敏元件分别配置在同一个传感器承载体上)制造成一种新的传感器,这样,这种新的传感器就能够同时测量温度和湿度。
(2)将若干种不同的敏感元件精巧地制作在单独的一块硅片中,从而构成一种高度综合化和小型化的多功能传感器。由于这些敏感元件是被综装在同一块硅片中的,它们无论何时都工作在同一种条件下,所以很容易对系统误差进行补偿和校正。
(3)借助于同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息。以线圈为例,它所表现出来的电容和电感是各不相同的。
(4)在不同的激励条件下,同一个敏感元件将表现出来不同的特征。而在电压、电流或温度等激励条件均不相同的情况下,由若干种敏感元件组成的一个多功能传感器的特征可想而知将会是多么的千差万别!有时候简直就相当于是若干个不同的传感器一样,其多功能特征可谓名副其实。
3.2多功能传感器的研制与应用现状
多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向,日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作。如将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器,如用来测量流体压力和互异压力的组合传感器。又如,为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时探测多种信号,微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元件和磁敏元件;这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号,而且还能够输出频率信号和数字信号.
从目前的发展现状来看,最热门的研究领域也许是各种类型的仿生传感器了,而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。从实用的角度考虑,多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器,譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一,这种传感器系统由PVDF材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成。据悉,美国MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功,其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。
与其它方面的研究成果相比,目前在人工嗅觉方面的研究还似乎远远不尽人意。由于嗅觉元件接收到的判别信号是非常复杂的,其中总是混合着成千上万种化学物质,这就使得嗅觉系统处理起这些信号来异常错综复杂。
人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronicnose(电子鼻),近10多年来,该技术的发展很快,目前已有数种商品化的产品在国际市场流通,美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世。
“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成,并配以恰当的模式识别系统,具有识别简单和复杂气味的能力,主要用来解决一般情况下的气味探测问题。根据应用对象的不同,“电子鼻”系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同,其中,构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等,配置数量则从几个到数十个不等。总之,“电子鼻”系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有效结合的高科技产物,其气体传感器的体积很小,功耗也很低,能够方便地捕获并处理气味信号。气流经过气体传感器阵列进入到“电子鼻”系统的信号预处理元件中,最后由阵列响应模式来确定其所测气体的特征。阵列响应模式采用关联法、最小二乘法、群集法以及主要元素分析法等方法对所测气体进行定性和定量鉴别。美国Cyranosciences公司生产的Cyranose320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一,该系统主要由传感器阵列和数据分析算法两部分组成,其基本技术是将若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列,然后采用标准的数据分析技术,通过分析由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知分析物。据称,Cyranose320电子鼻的适用范围包括食品与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品分析与鉴定、疾病诊断与医药分析以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等。
4无线网络化(wirelessnetworked)
无线网络对我们来说并不陌生,比如手机,无线上网,电视机。传感器对我们来说也不陌生,比如温度传感器、压力传感器,还有比较新颖的气味传感器。但是,把二者结合在起来,提出无线传感器网络(WirelessSensorNetworks)这个概念,却是近几年才发生的事情。
这个网络的主要组成部分就是一个个可爱的传感器节点。说它们可爱,是因为它们的体积都非常小巧。这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。更让人感兴趣的是,每一个节点都是一个可以进行快速运算的微型计算机,它们将传感器收集到的信息转化成为数字信号,进行编码,然后通过节点与节点之间自行建立的无线网络发送给具有更大处理能力的服务器
4.1传感器网络
传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。传感器网络的研究采用系统发展模式,因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC(system-on-chip)芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合,以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化,特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。传感器网络具有十分广阔的应用前景,在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值,已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视,并成为进入2000年以来公认的新兴前沿热点研究领域,被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。4.2传感器网络研究热点问题和关键技术
传感器网络以应用为目标,其构建是一个庞大的系统工程,涉及到的研究工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多。对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的研究意义重大。如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话,将会包括基础层(传感器集合)、网络层(通信网络)、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。
其中,基础层以研究新型传感器和传感系统为核心,包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等,以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。
4.3传感器网络的应用研究
传感器网络有着巨大的应用前景,被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括:军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善,各种传感器网络将遍布我们生活环境,从而真正实现“无处不在的计算”。以下简要介绍传感器网络的一些应用。
(1)军事应用
传感器网络研究最早起源于军事领域,实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络,也有监测地面物体的小型传感器网络。现代传感器网络应用中,通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段,可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内,收集到有用的微观数据;在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时,传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值,可以应用于如下一些场景中:
监测人员、装备等情况以及单兵系统:通过在人员、装备上附带各种传感器,可以让各级指挥员比较准确、及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器,可以了解敌方武器部署情况,为己方确定进攻目标和进攻路线提供依据。
监测敌军进攻:在敌军驻地和可能的进攻路线上部署大量传感器,从而及时发现敌军的进攻行动、争取宝贵的应对时间。并可根据战况快速调整和部署新的传感器网络。
评估战果:在进攻前后,在攻击目标附近部署传感器网络,从而收集目标被破坏程度的数据。
核能、生物、化学攻击的侦察:借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生、化污染,提供快速反应时间从而减少损失。不派人员就可以获取一些核、生、化爆炸现场的详细数据。
(2)环境应用
应用于环境监测的传感器网络,一般具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置,可以观察到微观的环境因素,为环境研究和环境监测提供了崭新的途径传感器网络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括:对海岛鸟类生活规律的观测;气象现象的观测和天气预报;森林火警;生物群落的微观观测等
洪灾的预警:通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器,可以在洪灾到来之前预警信息,从而及时排除险情或者减少损失。
农田管理:通过在农田部署一定密度的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器,可以更好地对农田管理微观调控,促进农作物生长。
(3)家庭应用
建筑及城市管理各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内,获取室内环境参数,从而为居室环境控制和危险报警提供依据。
智能家居:通过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分等无线传感器,感知居室不同部分的微观状况,从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制,提供给人们智能、舒适的居住环境[16]。
建筑安全:通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器,发现异常事件及时报警,自动启动应急措施。
智能交通:通过布置于道路上的速度、识别传感器,监测交通流量等信息,为出行者提供信息服务,发现违章能及时报警和记录[17]。反恐和公共安全通过特殊用途的传感器,特别是生物化学传感器监测有害物、危险物的信息,最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。
(4)结论
无线传感器网络有着十分广泛的应用前景,它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值,在未来还将在许多新兴领域体现其优越性,如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见,将来无线传感器网络将无处不在,将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连,实现远距离跟踪,家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。但是,我们还应该清楚的认识到,无线传感器网络才刚刚开始发展,它的技术、应用都还还远谈不上成熟,国内企业应该抓住商机,加大投入力度,推动整个行业的发展。
无线传感器网络是新兴的通信应用网络,其应用可以涉及到人类生活和社会活动的所有领域。因此,无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,需要各种技术支撑。目前,成熟的通信技术都可能经过适当的改进和进一步发展,应用到无线传感器网络中,形成新的市场增长点,创造无线通信的新天地。
5结语