传感器

万亿传感器革命提升社会公共服务

美国:首先提出“万亿传感器革命”

图1 “万亿传感器”的普及进程

“万亿传感器革命”这一说法,最初出现在美国的产学联合会议“万亿传感器峰会(TSensors Summit)”上。

该会议由仙童半导体公司副总裁Janusz Bryzek、加州大学圣地亚哥分校工学院院长Albert P. Pisano等共同主持。支持并参加该会议的有来自ICT(信息通信技术)、零部件(半导体、电子部件)行业,以及大学和研究机构的众多著名企业和组织。

会议提出“万亿个传感器覆盖地球(Trillion Sensors Universe)”计划,旨在推动社会基础设施和公共服务中每年使用1万亿个传感器(图1)。1万亿,这个数字相当于目前全球传感器市场需求的100 倍。可以预见,不久的将来,我们身边将到处布满传感器。

10年后,传感器数量将突破1万亿个;再过10年,会达到数10万亿个。(仙童半导体)

日本:启动多项“传感器”大规模应用计划

社会基础设施老化、老龄人口增加,再加上资源与粮食的不足……日本未来需要应对的社会公共 服务问题很多。2013年4月,日本经济产业省启动了“传感器技术在社会公共服务中的应用开发项目”,项目内容涉及对建造使用10年以上的桥梁及道路等进 行维护管理、改善农作物栽培环境、通过测量人类体征信息及时发现疾病等。

2013年7月,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)公布了该项目委托研究机构。 其中,社会以及工业基础设施领域由日本纳米光电工学推进机构、NEC、日本首都高速道路技术中心牵头;农业领域由日本产业技术综合研究所、松下等牵头;医 疗健康领域则由日本NMEMS技术研究机构负责,并计划2014年4月成立专门项目组,通过计算机解析来自传感器采集的大量数据。

2013年6月14日,日本内阁会议通过了日本未来IT战略《打造全世界最先进的IT国家 宣言》,宣言提出“2020年度前利用传感器对日本20%的重要基础设施及老化基础设施进行检测和维修”、“对医疗护理及生活救助服务的相关传感器技术及 机器人技术等进行开发验证与商用化”等目标。

未来社会基础设施的核心为传感器与执行器

广义上的社会基础设施具体包括:(1)大楼、住宅、桥梁、水坝等建筑的管理及安全保障;(2)铁路、船舶、飞机及汽车等交通工具的安全保障;(3)人类健康管理及老龄人口护理;(4)提高农业及畜牧等第一产业的效率;(5)能源相关基础设施的维护等。

图2 利用传感器、大数据等解决社会公共服务问题

图2中的蓝色物体为日本富士电机的振动传感器,左下是安装这一传感器的该公司大楼;中间的 社会公共服务元件是日本丰桥技术科学大学的土壤养分传感器,箭头对应的是安装这一传感器的农田;右边的社会公共服务元件为德国不来梅大学 (University of Bremen)可对人体神经等产生作用的电极,箭头对应的为日本罗姆公司用近红外线图像传感器拍摄的人的手指。

不管是哪个领域,未来的系统构成大体上相同(图2)。首先,要在作为对象的基础设施上安装 用网络联接起来的无数个传感器,用来收集关于基础设施状态的数据。然后根据采集到的数据,评估基础设施的使用状态,并在必要的情况下发出警报,或是进行恰 当的调控。比如,监控桥梁及建筑时,利用光纤传感器及加速度传感器来采集建筑的数据,并运用数理统计方法来解析是否存在异常,如果有问题就发出警报。

这样的系统被称作传感器网络或物联网。这一概念很早以前就有,但是并未得到真正普及。现在,因传感器大规模应用,情况正在发生转变。

技术环境的不断完善,也将加速传感器的使用。智能手机因配置了加速度传感器及无线通信模块,而变得非常易于使用。通信技术方面,除了WLAN、蓝牙之外,还有一些国家规划出920MHz波段等,无线通信方式的选择越来越多。数据分析技术也因为大数据的用途增加而快速发展。

同时,随着“开放数据”管理办法上的成熟,开放数据与传感器数据想结合分析,将赋予解析结果更多附加值。开放数据是指气象数据、城市基础数据、人口动态等。云计算汇集传感器采集的数据,与开放数据进行结合比照,经过大数据技术进行解析之后,可提升各项分析的精准度。

可以说,社会基础设施、社会公共服务之中,传感器系统将因广泛的感应与强大的计算能力,被大规模采用。

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