传感器“感知世博”
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【导读】上海世界博览会是全球瞩目的盛会，信息化作为本届世博会最大的亮点之一创造了无数个世博史上的“第一次”，第一次采用智能的客流引导系统为所有参与者提供各自所需的服务，第一次使用拥有自主知识产权的“手机门票”、“电子围栏”、“电子鼻”等，而这些都离不开构成信息技术三大支柱之一的传感器技术。
传感技术在本届世博会的环境保护、交通运输、科技展览等多个方面都有着广泛的应用。各种先进传感器在世博会中的应用，不仅让我们认识到了高新科技给人类生活带来的智能与便捷。同时，随着信息技术的发展，传感器技术也面临着更高的需求、更大的机遇与挑战。传感器技术在信息技术中的重要地位和作用将更加突显。
今天，我们能够“感知世博”，明天，我们也一定会实现“传感世界、感知中国”。传感器及其技术的大发展时刻正在向我们快速跑来。
传感器技术支撑机器人安保队伍
随着机电一体化技术的不断成熟，机器人已在一些重要场馆和活动中充当安保的角色。在2010年上海世博会中，机器人在安全保卫工作中发挥着重要作用。
水下机器人
上海世博会设有不少水域景观，世博园附近也有不少河流湖泊。为防止违法犯罪分子或恐怖分子从水下入侵，世博会在水域安置了若干台水下机器人。配台水下“蛙人”警察,可进行有效的水下排查工作，在保障世博会运行期间水域的安全方面发挥了重要作用。
水下机器人由于工作的环境和所承担的任务不同，而具有不同的先进电子和水声设备，并在机器人的控制、导航定位以及作业系统中安装有大量的功能类似的传感器。如位置传感器、分力式力觉传感器(应变片)、充油压力平衡式导电橡胶触觉传感器、触觉传感器和距离传感器等。
用于上海世博会的水下机器监视系统包括水下机器人、绞盘和电缆、水面控制器、电源箱、近场探测声呐、超短基线定位系统、摄像机、多功能机械手等部分，能对水下悬浮、沉底或附着在其他物体上的可疑物进行监测,堪称水下安保高手。如果发现某种可疑物是毒药炸弹等危害公共安全的物品，多功能机械手就出动，把这些可疑物进行安全的排除。
安全巡逻机器人
用于世博会的安全巡逻机器人是由一款家居监控机器人改造而成的。它带有两个小轮子，靠电力推动，可以在世博场馆中漫游巡逻。它不但能像世博志愿者那样为参观者取物、倒水，而且能像工作人员那样开关门窗、遥控电器，还能监测火灾、烟雾、人群异常情况等。
该机器人采用分布式控制结构，包括驱动系统、警卫系统、避障系统、充电系统、远程监控系统与软件系统等,还采用了无线网络设计，可以进行远程操纵。白天机器人利用语音系统及触控屏幕担任巡逻服务员，晚上又可转任安保人员。它除了可以完成障碍避碰、自主导航等任务外，还提供了火灾探测系统，采用信息融合的方法及时准确地探测火灾，烟雾等。它还带有微型电脑、摄影机和无线发射器，可把观察到的画面实时传输到安保控制中心，以便安保人员及时做出合理反应。
反恐排爆机器人
目前，排爆机人已经广泛出现在各类出现爆炸物的现场，有效地处置了不少爆炸物，保障了排爆警察和人民群众的生命财产安全。服役于上海世博会的反恐排爆机器人是一款中型特种排爆机器人，负责用于处置各种突发涉爆，涉险事件。该机器人体积小，重量轻，相对于大型排爆机器人有更强的适应性，它可在复杂的世博场馆中自由穿梭。这款机器人已出现在国内多个特警机关和特种部队中，也保障过北京奥运会的安全。
上海世博会上的反恐排爆机器人是先进的遥控机器人，可通过警察遥控抓取爆炸物，处置疑似爆炸物品。排爆机器人不仅可以排除炸弹，利用在它身上安装的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。
由于排爆机器人的作业环境与作业对象是变化的甚至是完全未知的——即通常所说的非结构化环境，能否对其所处环境进行切合实际的感知、识别和建模也是排爆机器人研制中必须解放的技术关键，采用先进的多传感器信息融合技术解决了这一难题。排爆机器人通常集成了视觉传感器(CCD摄像机)、力觉传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器和激光测距传感器等。每种传感器的灵敏度、可靠性和适用的特定场合各不相同。
多传感器信息融合技术，是利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息，以及数据库和知识库的信息，在一定准则下加以自动汇集、相关、分析、综合为一种先进信息处理技术，它可完成所需要的估计和决策任务所进行的信息处理过程。
无线传感器网络遍布园区
此次世博会跨越黄浦江，占地面积为5.28平方公里。为了保证此次上海世博会的召开和顺利运行，必须确保世博会期间各方面的安全，特别是水、电、煤气、交通等重要基础设施和会展场馆等重要场所的安全，以及必要的安全预警、应急处理和灾后恢复等。无线传感器网络作为一种新兴的检测技术，具有快速布置、自组织等特性，胜任大范围、多信号的分布式检测，可以在安全预警、应急处理和灾后恢复等安全措施中发挥重要的作用。
WSN是由大量传感器节点组成的一个自组织的网络系统，每个传感器节点都具备一定的数据采集、处理和无线收发的功能。虽然每个节点的资源和能力都非常有限，但通过节点间的有效合作，整个网络能够独立完成大范围、多信号的准确检测，并及时可靠地反馈采集信息。传感器节点布置在检测区域；用户在控制台完成检测任务分配和对WSN的管理，通过Internet或通信卫星，再经由汇集点发送至WSN中相关节点；相关节点采集信息并沿反向路由反馈给用户。
WSN可对人、车、动物及噪声等入侵目标进行感知与识别，并把识别信息发送给监控者。在2010年上海世博会的安全保障中，WSN主要用于一些重要设施和场所对爆炸物、有毒气体等目标的静态和动态检测。
世博会期间，由于有了无线传感网在园区内的应用，才不必担心有“入侵者”。整个园区3.28平方公里的围栏区，从地面的围栏到地下埋藏的装置，都应用到了无线传感技术。
气体传感器确保参观者安全
世博会人流云集，参展国家及参观者来自世界各地，要确保参观者的健康，必须对各场馆空气中易燃易爆，有毒气体进行实时的检测。
在世博会中大量使用的气体传感器是一种能够感知环境中气体成分的敏感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换成对应的电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境中存在的有关信息，从而可以进行检测、监控、报警，有的还可通过接口电路与计算机组成自动检测控制和报警系统。世博会的重要场馆内均敷设了光纤传感器或光声气体传感器光纤网络，通过光纤组成气体监测网络进行实时检测。
图像传感器提高场馆安保水平
以集中监视、分析、管理为目的，全天候对入口区域、人流通道、公交车站、场馆内的重要区域进行电脑化的分析、管理、储存、整理，实行定性定量分析，预案防范及网络化的动态管理，提高整个场馆的安保水平，其中就大量应用了各种图像传感器，如CMOS图像传感器。
CMOS图像传感器是继CCD之后出现的新型图像传感器件。在展馆的每个场馆内大量的视频监控使得展馆内的任何动静都会通过监控摄像头的图像传感器发送到图像处理CPU，然后再发送到视频接收端，供监控人员查看。在检票口检票时，检票口的摄像系统就会通过图像传感器记录每个游客的人脸图像。该系统基于先进的人脸采集识别技术，是一种快速、准确、可靠的人脸采集、识别监控系统和实时报警系统。系统由前端监控点和监控报警中心组成，其功能包括人脸图像采集功能、黑名单人脸布控报警功能、人脸比对搜索功能及其他定制功能，其系统建模过程对环境适应性强，可在大多数环境下对不同人物进行建模。
智能门票
上海世博会游客人数众多，对门票系统在安全防伪和快速验票方面都是极大考验。为此。上海世博会门票采用了RFID技术，门票内含一颗具有自主知识产权的“世博芯”，记录着参观者资料。并以无线方式与遍布园区的传感器交换信息。此技术是将RFID和传感器集成在一个小小的芯片里，形成RFID传感器标签，兼具RFID的标识能力和传感器的传感能力，可以让一个小小的标签完成更多的功能。
另一种是手机门票，检票入园以手机为载体，采用RFID-SIM技术，集门票、乘车、小额消费等功能为一体，俨然成了世博史上的亮点。用户只需更换一张具有非接触通信功能的SIM卡，就可以通过手机购买世博会门票、刷手机入园、刷手机在园区购物，甚至乘坐上海地铁等。
世博绿墙
花草不种在地上，能种在哪里？上海世博会给出了答案——种在墙上。世博园内，很多建筑都采用了“垂直绿化”的概念，让墙体披上绿衣。世博主题馆东西两个立面，种上了5000余平方米的植物。在这两面植物墙上，整齐地密布着4种绿色灌木，世博主题馆仿佛穿上了一件靓丽的连衣裙。据了解，这一墙面，利用了一种叫做“立体花卉”的技术，它将可回收的废塑料变成容器，并把枯枝落叶等有机废弃物作为土壤和肥料。然而，植物离开大地，又从何处汲水呢？不用急，植物墙里布满了湿度传感器，它能感应“土壤”的湿度，一旦湿度不够，传感器就“指挥”滴灌装置向植物供水。
据透露，墙壁立面垂直绿化绝对低碳、环保，它可减少室内空调系统20%以上的能耗。夏天，植物墙利用绿化隔热、阻隔辐射，降低外墙表面附近的空气温度；到了冬季，它又可以降低风速，形成保温层。同时，墙面被绿化覆盖后，室内空气湿度可提高10%～20%。
高科技垃圾桶
分布在世博园区内的众多垃圾桶，作为世博园区的各类生活垃圾主要收集工具，设在各个展馆、设施旁。这一个个外表与普通设施无异的垃圾桶，因为将传感器植入其中而具有高科技含量。它有着与普通垃圾桶不同寻常的功能，其特有功能之一就是在自身满载垃圾时会主动发出信号，工作人员将根据其发出的信号来安排、分配垃圾运输车的出行频率和路线，从而提高垃圾处理效率。因为在垃圾桶的顶部和底部分别装有一个容量传感器和一个压力传感器，随着垃圾投入量的增加，两个传感器每5分钟就自动感应桶内垃圾与桶容量之间的关系，当桶内垃圾快要装满时，即以无线网络传输的方式将信息反馈给园区里的垃圾处理控制中心。
同时在世博园区内垃圾运输车都安装有GPS定位装置，根据不同区域垃圾量的增减，管理人员还能为装有GPS定位装置的垃圾运输车制定一条合理的装运垃圾路线，以避免运输车辆无目的的巡视，导致工作效率下降。这套智能化垃圾处理系统首次亮相世博园。为减少垃圾处理过程中臭气逸散、有碍观瞻等问题，世博园区还配备了全球先进的生活垃圾气力输送系统，这种将垃圾在地下密封管道网络进行输送的处理方式，与智能化垃圾处理系统一起发挥了巨大作用。
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