傳感器應(yīng)用“感知世博”

安全巡邏機(jī)器人 

反恐排爆機(jī)器人 

水下機(jī)器人  

　　上海世界博覽會(huì)是全球矚目的盛會(huì)，信息化作為本屆世博會(huì)最大的亮點(diǎn)之一創(chuàng)造了無(wú)數(shù)個(gè)世博史上的“第一次”，第一次采用智能的客流引導(dǎo)系統(tǒng)為所有參與者提供各自所需的服務(wù)，第一次使用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“手機(jī)門票”、“電子圍欄”、“電子鼻”等，而這些都離不開構(gòu)成信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù)。

　　此次世博會(huì)是世博會(huì)史上科技含量最高的一屆，眾多國(guó)家的參展場(chǎng)館都把傳感器技術(shù)作為在世博會(huì)上展示科技的重要手段，因此上海世博也可稱為“傳感世博”。

　  傳感技術(shù)在本屆世博會(huì)的環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、科技展覽等多個(gè)方面都有著廣泛的應(yīng)用。各種先進(jìn)傳感器在世博會(huì)中的應(yīng)用，不僅讓我們認(rèn)識(shí)到了高新科技給人類生活帶來(lái)的智能與便捷。同時(shí)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也面臨著更高的需求、更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。傳感器技術(shù)在信息技術(shù)中的重要地位和作用將更加突顯。今天，我們能夠“感知世博”，明天，我們也一定會(huì)實(shí)現(xiàn)“傳感世界、感知中國(guó)”。傳感器及其技術(shù)的大發(fā)展時(shí)刻正在向我們快速跑來(lái)。

      傳感器技術(shù)支撐機(jī)器人安保隊(duì)伍

      隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷成熟，機(jī)器人已在一些重要場(chǎng)館和活動(dòng)中充當(dāng)安保的角色。在2010年上海世博會(huì)中，機(jī)器人在安全保衛(wèi)工作中發(fā)揮著重要作用。

      水下機(jī)器人

     上海世博會(huì)設(shè)有不少水域景觀，世博園附近也有不少河流湖泊。為防止違法犯罪分子或恐怖分子從水下入侵，世博會(huì)在水域安置了若干臺(tái)水下機(jī)器人。配臺(tái)水下“蛙人”警察,可進(jìn)行有效的水下排查工作，在保障世博會(huì)運(yùn)行期間水域的安全方面發(fā)揮了重要作用。

     水下機(jī)器人由于工作的環(huán)境和所承擔(dān)的任務(wù)不同，而具有不同的先進(jìn)電子和水聲設(shè)備，并在機(jī)器人的控制、導(dǎo)航定位以及作業(yè)系統(tǒng)中安裝有大量的功能類似的傳感器。如位置傳感器、分力式力覺傳感器(應(yīng)變片)、充油壓力平衡式導(dǎo)電橡膠觸覺傳感器、觸覺傳感器和距離傳感器等。

　　用于上海世博會(huì)的水下機(jī)器監(jiān)視系統(tǒng)包括水下機(jī)器人、絞盤和電纜、水面控制器、電源箱、近場(chǎng)探測(cè)聲吶、超短基線定位系統(tǒng)、攝像機(jī)、多功能機(jī)械手等部分，能對(duì)水下懸浮、沉底或附著在其他物體上的可疑物進(jìn)行監(jiān)測(cè),堪稱水下安保高手。如果發(fā)現(xiàn)某種可疑物是毒藥炸彈等危害公共安全的物品，多功能機(jī)械手就出動(dòng)，把這些可疑物進(jìn)行安全的排除。

      安全巡邏機(jī)器人

　　用于世博會(huì)的安全巡邏機(jī)器人是由一款家居監(jiān)控機(jī)器人改造而成的。它帶有兩個(gè)小輪子，靠電力推動(dòng)，可以在世博場(chǎng)館中漫游巡邏。它不但能像世博志愿者那樣為參觀者取物、倒水，而且能像工作人員那樣開關(guān)門窗、遙控電器，還能監(jiān)測(cè)火災(zāi)、煙霧、人群異常情況等。

      該機(jī)器人采用分布式控制結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、警衛(wèi)系統(tǒng)、避障系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)等,還采用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱。白天機(jī)器人利用語(yǔ)音系統(tǒng)及觸控屏幕擔(dān)任巡邏服務(wù)員，晚上又可轉(zhuǎn)任安保人員。它除了可以完成障礙避碰、自主導(dǎo)航等任務(wù)外，還提供了火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，采用信息融合的方法及時(shí)準(zhǔn)確地探測(cè)火災(zāi)，煙霧等。它還帶有微型電腦、攝影機(jī)和無(wú)線發(fā)射器，可把觀察到的畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨脖？刂浦行?，以便安保人員及時(shí)做出合理反應(yīng)。

      反恐排爆機(jī)器人

     目前，排爆機(jī)人已經(jīng)廣泛出現(xiàn)在各類出現(xiàn)爆炸物的現(xiàn)場(chǎng)，有效地處置了不少爆炸物，保障了排爆警察和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。服役于上海世博會(huì)的反恐排爆機(jī)器人是一款中型特種排爆機(jī)器人，負(fù)責(zé)用于處置各種突發(fā)涉爆，涉險(xiǎn)事件。該機(jī)器人體積小，重量輕，相對(duì)于大型排爆機(jī)器人有更強(qiáng)的適應(yīng)性，它可在復(fù)雜的世博場(chǎng)館中自由穿梭。這款機(jī)器人已出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多個(gè)特警機(jī)關(guān)和特種部隊(duì)中，也保障過北京奧運(yùn)會(huì)的安全。 

     上海世博會(huì)上的反恐排爆機(jī)器人是先進(jìn)的遙控機(jī)器人，可通過警察遙控抓取爆炸物，處置疑似爆炸物品。排爆機(jī)器人不僅可以排除炸彈，利用在它身上安裝的偵察傳感器還可監(jiān)視犯罪分子的活動(dòng)。

　　由于排爆機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境與作業(yè)對(duì)象是變化的甚至是完全未知的——即通常所說的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，能否對(duì)其所處環(huán)境進(jìn)行切合實(shí)際的感知、識(shí)別和建模也是排爆機(jī)器人研制中必須解放的技術(shù)關(guān)鍵，采用先進(jìn)的多傳感器信息融合技術(shù)解決了這一難題。排爆機(jī)器人通常集成了視覺傳感器(CCD攝像機(jī))、力覺傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、紅外線測(cè)距傳感器和激光測(cè)距傳感器等。每種傳感器的靈敏度、可靠性和適用的特定場(chǎng)合各不相同。

       多傳感器信息融合技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息，以及數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)匯集、相關(guān)、分析、綜合為一種先進(jìn)信息處理技術(shù)，它可完成所需要的估計(jì)和決策任務(wù)所進(jìn)行的信息處理過程。

典型的WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 

      無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)遍布園區(qū)

　　此次世博會(huì)跨越黃浦江，占地面積為5.28平方公里。為了保證此次上海世博會(huì)的召開和順利運(yùn)行，必須確保世博會(huì)期間各方面的安全，特別是水、電、煤氣、交通等重要基礎(chǔ)設(shè)施和會(huì)展場(chǎng)館等重要場(chǎng)所的安全，以及必要的安全預(yù)警、應(yīng)急處理和災(zāi)后恢復(fù)等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，具有快速布置、自組織等特性，勝任大范圍、多信號(hào)的分布式檢測(cè)，可以在安全預(yù)警、應(yīng)急處理和災(zāi)后恢復(fù)等安全措施中發(fā)揮重要的作用。

　　WSN是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都具備一定的數(shù)據(jù)采集、處理和無(wú)線收發(fā)的功能。雖然每個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源和能力都非常有限，但通過節(jié)點(diǎn)間的有效合作，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠獨(dú)立完成大范圍、多信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)，并及時(shí)可靠地反饋采集信息。傳感器節(jié)點(diǎn)布置在檢測(cè)區(qū)域；用戶在控制臺(tái)完成檢測(cè)任務(wù)分配和對(duì)WSN的管理，通過Internet或通信衛(wèi)星，再經(jīng)由匯集點(diǎn)發(fā)送至WSN中相關(guān)節(jié)點(diǎn)；相關(guān)節(jié)點(diǎn)采集信息并沿反向路由反饋給用戶。

    WSN可對(duì)人、車、動(dòng)物及噪聲等入侵目標(biāo)進(jìn)行感知與識(shí)別，并把識(shí)別信息發(fā)送給監(jiān)控者。在2010年上海世博會(huì)的安全保障中，WSN主要用于一些重要設(shè)施和場(chǎng)所對(duì)爆炸物、有毒氣體等目標(biāo)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

　　世博會(huì)期間，由于有了無(wú)線傳感網(wǎng)在園區(qū)內(nèi)的應(yīng)用，才不必?fù)?dān)心有“入侵者”。整個(gè)園區(qū)3.28平方公里的圍欄區(qū)，從地面的圍欄到地下埋藏的裝置，都應(yīng)用到了無(wú)線傳感技術(shù)。

      氣體傳感器確保參觀者安全

　　世博會(huì)人流云集，參展國(guó)家及參觀者來(lái)自世界各地，要確保參觀者的健康，必須對(duì)各場(chǎng)館空氣中易燃易爆，有毒氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。

　　在世博會(huì)中大量使用的氣體傳感器是一種能夠感知環(huán)境中氣體成分的敏感器件，它將氣體種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在的有關(guān)信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警，有的還可通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)控制和報(bào)警系統(tǒng)。世博會(huì)的重要場(chǎng)館內(nèi)均敷設(shè)了光纖傳感器或光聲氣體傳感器光纖網(wǎng)絡(luò)，通過光纖組成氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

      圖像傳感器提高場(chǎng)館安保水平

　　以集中監(jiān)視、分析、管理為目的，全天候?qū)θ肟趨^(qū)域、人流通道、公交車站、場(chǎng)館內(nèi)的重要區(qū)域進(jìn)行電腦化的分析、管理、儲(chǔ)存、整理，實(shí)行定性定量分析，預(yù)案防范及網(wǎng)絡(luò)化的動(dòng)態(tài)管理，提高整個(gè)場(chǎng)館的安保水平，其中就大量應(yīng)用了各種圖像傳感器，如CMOS圖像傳感器。

　　CMOS圖像傳感器是繼CCD之后出現(xiàn)的新型圖像傳感器件。在展館的每個(gè)場(chǎng)館內(nèi)大量的視頻監(jiān)控使得展館內(nèi)的任何動(dòng)靜都會(huì)通過監(jiān)控?cái)z像頭的圖像傳感器發(fā)送到圖像處理CPU，然后再發(fā)送到視頻接收端，供監(jiān)控人員查看。在檢票口檢票時(shí)，檢票口的攝像系統(tǒng)就會(huì)通過圖像傳感器記錄每個(gè)游客的人臉圖像。該系統(tǒng)基于先進(jìn)的人臉采集識(shí)別技術(shù)，是一種快速、準(zhǔn)確、可靠的人臉采集、識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)和實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由前端監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控報(bào)警中心組成，其功能包括人臉圖像采集功能、黑名單人臉布控報(bào)警功能、人臉比對(duì)搜索功能及其他定制功能，其系統(tǒng)建模過程對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在大多數(shù)環(huán)境下對(duì)不同人物進(jìn)行建模。

       智能門票

　　上海世博會(huì)游客人數(shù)眾多，對(duì)門票系統(tǒng)在安全防偽和快速驗(yàn)票方面都是極大考驗(yàn)。為此。上海世博會(huì)門票采用了RFID技術(shù)，門票內(nèi)含一顆具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“世博芯”，記錄著參觀者資料。并以無(wú)線方式與遍布園區(qū)的傳感器交換信息。此技術(shù)是將RFID和傳感器集成在一個(gè)小小的芯片里，形成RFID傳感器標(biāo)簽，兼具RFID的標(biāo)識(shí)能力和傳感器的傳感能力，可以讓一個(gè)小小的標(biāo)簽完成更多的功能。

　　另一種是手機(jī)門票，檢票入園以手機(jī)為載體，采用RFID-SIM技術(shù)，集門票、乘車、小額消費(fèi)等功能為一體，儼然成了世博史上的亮點(diǎn)。用戶只需更換一張具有非接觸通信功能的SIM卡，就可以通過手機(jī)購(gòu)買世博會(huì)門票、刷手機(jī)入園、刷手機(jī)在園區(qū)購(gòu)物，甚至乘坐上海地鐵等。

       世博綠墻

      花草不種在地上，能種在哪里？上海世博會(huì)給出了答案——種在墻上。世博園內(nèi)，很多建筑都采用了“垂直綠化”的概念，讓墻體披上綠衣。世博主題館東西兩個(gè)立面，種上了5000余平方米的植物。在這兩面植物墻上，整齊地密布著4種綠色灌木，世博主題館仿佛穿上了一件靚麗的連衣裙。據(jù)了解，這一墻面，利用了一種叫做“立體花卉”的技術(shù)，它將可回收的廢塑料變成容器，并把枯枝落葉等有機(jī)廢棄物作為土壤和肥料。然而，植物離開大地，又從何處汲水呢？不用急，植物墻里布滿了濕度傳感器，它能感應(yīng)“土壤”的濕度，一旦濕度不夠，傳感器就“指揮”滴灌裝置向植物供水。

　　據(jù)透露，墻壁立面垂直綠化絕對(duì)低碳、環(huán)保，它可減少室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)20%以上的能耗。夏天，植物墻利用綠化隔熱、阻隔輻射，降低外墻表面附近的空氣溫度；到了冬季，它又可以降低風(fēng)速，形成保溫層。同時(shí)，墻面被綠化覆蓋后，室內(nèi)空氣濕度可提高10%～20%。

      高科技垃圾桶

　　分布在世博園區(qū)內(nèi)的眾多垃圾桶，作為世博園區(qū)的各類生活垃圾主要收集工具，設(shè)在各個(gè)展館、設(shè)施旁。這一個(gè)個(gè)外表與普通設(shè)施無(wú)異的垃圾桶，因?yàn)閷鞲衅髦踩肫渲卸哂懈呖萍己?。它有著與普通垃圾桶不同尋常的功能，其特有功能之一就是在自身滿載垃圾時(shí)會(huì)主動(dòng)發(fā)出信號(hào)，工作人員將根據(jù)其發(fā)出的信號(hào)來(lái)安排、分配垃圾運(yùn)輸車的出行頻率和路線，從而提高垃圾處理效率。因?yàn)樵诶暗捻敳亢偷撞糠謩e裝有一個(gè)容量傳感器和一個(gè)壓力傳感器，隨著垃圾投入量的增加，兩個(gè)傳感器每5分鐘就自動(dòng)感應(yīng)桶內(nèi)垃圾與桶容量之間的關(guān)系，當(dāng)桶內(nèi)垃圾快要裝滿時(shí)，即以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄⑿畔⒎答伣o園區(qū)里的垃圾處理控制中心。

　　同時(shí)在世博園區(qū)內(nèi)垃圾運(yùn)輸車都安裝有GPS定位裝置，根據(jù)不同區(qū)域垃圾量的增減，管理人員還能為裝有GPS定位裝置的垃圾運(yùn)輸車制定一條合理的裝運(yùn)垃圾路線，以避免運(yùn)輸車輛無(wú)目的的巡視，導(dǎo)致工作效率下降。這套智能化垃圾處理系統(tǒng)首次亮相世博園。為減少垃圾處理過程中臭氣逸散、有礙觀瞻等問題，世博園區(qū)還配備了全球先進(jìn)的生活垃圾氣力輸送系統(tǒng)，這種將垃圾在地下密封管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輸送的處理方式，與智能化垃圾處理系統(tǒng)一起發(fā)揮了巨大作用。