中國(guó)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(guó)通信學(xué)會(huì)光通信委員會(huì)、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)纖維光學(xué)與集成光學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)等共同主辦的“2012國(guó)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。現(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(guò)傳感器得到的信息互相聯(lián)系起來(lái)。比如我們現(xiàn)在每個(gè)人的身上要放一個(gè)心臟的傳感器，如果說(shuō)某一位先生他的心臟現(xiàn)在發(fā)生有不好的波出來(lái)，無(wú)線(xiàn)通訊把你的信號(hào)送到醫(yī)療中心，醫(yī)療中心進(jìn)行分析，這個(gè)分析是機(jī)器的分析，然后做得出去判斷。然后再有監(jiān)測(cè)，馬上派一個(gè)醫(yī)生把藥送到這個(gè)人這兒，告訴他把這個(gè)藥吃下去，不吃下去可能會(huì)出問(wèn)題。比如這樣的設(shè)備放到某一個(gè)橋墩那兒，哪一個(gè)橋墩有問(wèn)題，也可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的傳感分析。物體的信息是通過(guò)傳感器傳出來(lái)的，然后再進(jìn)行智能化的設(shè)備管理，傳感器所以非常重要，它實(shí)際上是代替了眼睛、皮膚，是把我們的感官延長(zhǎng)了，而且非常靈敏及所以是虛擬的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)和虛擬的感覺(jué)系統(tǒng)，然后到信息中心進(jìn)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(lái)?就是從傳感器這兒得到。這樣的概念也可以進(jìn)一步的進(jìn)行擴(kuò)展，比如剛才這個(gè)例子是智慧醫(yī)療，我們也可以擴(kuò)展到智慧能源，比如風(fēng)能、太陽(yáng)能和現(xiàn)在的火電能，是不是能夠很協(xié)調(diào)的往里面進(jìn)行分布?安排?智能電網(wǎng)。也可以擴(kuò)展到設(shè)備，包括智慧的金融和保險(xiǎn)。看看金融的泡沫吹大是不是要破了?可以提出警號(hào)。

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(gè)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(lèi)似這種事件有傳感器是可以報(bào)警的，如果有人帶著一顆炸彈進(jìn)來(lái)，傳感器知道會(huì)報(bào)警，所以這樣的事情會(huì)預(yù)防。這樣的例子就是我們沒(méi)有建立起物聯(lián)網(wǎng)造成的不好的影響。

(圖)這是一個(gè)成功的例子，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)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(dòng)部隊(duì)，他們得到的信息就是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感，由指揮中心進(jìn)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(guò)各類(lèi)信息獲取進(jìn)行處理、判斷最后構(gòu)成智慧地球、感知中國(guó)。下面對(duì)傳感器的發(fā)展舉一些例子：

這是各類(lèi)傳感器，橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)是靈敏度。比如光子型紅外探測(cè)器，我們國(guó)家在1987年湯定遠(yuǎn)院士開(kāi)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(kuò)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(zhǎng)波紅外的。天工一號(hào)上也用了我們的1500元長(zhǎng)波紅外。

這個(gè)圖像是汶川地震，我是不能照下來(lái)的，是美國(guó)的一顆衛(wèi)星照下來(lái)的，當(dāng)時(shí)我們的衛(wèi)星沒(méi)有在汶川上面，當(dāng)時(shí)跟美國(guó)他們協(xié)調(diào)，是不是能夠看看我們這個(gè)地震的情況，我們這邊因?yàn)樾盘?hào)當(dāng)時(shí)是沒(méi)有的，請(qǐng)他們的鎖眼衛(wèi)星進(jìn)行了探測(cè)，這個(gè)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(gè)圖像是5月19號(hào)照的，我們?cè)?月22號(hào)在飛機(jī)上照了這個(gè)相，兩張相完全一致，但是我們飛機(jī)是高度2分米，他們衛(wèi)星的高度是200多米，可見(jiàn)他們的技術(shù)是很先進(jìn)的，我們還有很長(zhǎng)的距離。

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

大規(guī)模的LW/LW雙色紅外焦平面：比如說(shuō)可見(jiàn)光的圖、中波用的圖、中波2用的圖，比如飛機(jī)上面有發(fā)動(dòng)機(jī)的話(huà)，它的圖和沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的分析結(jié)果是不一樣的。

因?yàn)樘?yáng)光是有光譜組成，所以我們要得到一些數(shù)據(jù)，比如說(shuō)陽(yáng)光它的閃爍是隨波長(zhǎng)而變的，比如3.8微米以上，300度的目標(biāo)輻射就比太陽(yáng)光閃爍要厲害。而小于3.8微米以下，太陽(yáng)光的閃爍比厲害。這些五數(shù)據(jù)要進(jìn)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(jìn)行分析。比如這個(gè)圖上看不到海上的東西，這個(gè)圖上可以看到海上的島焦等等。所以不同的波段進(jìn)行不同的判斷，這些信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)或者光纖傳過(guò)去，那么那邊就可以進(jìn)行發(fā)表。所以傳感器對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是非常重要的。

(圖)比如日本的3月11號(hào)海嘯，天空類(lèi)似風(fēng)的流動(dòng)，到3月14號(hào)核爆炸，有人說(shuō)是不是福島的傳到上海了，通過(guò)分析沒(méi)有這樣的現(xiàn)象。

另外的一個(gè)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(huì)更方便一下。現(xiàn)在比較好的是，比如很多海島，也沒(méi)有人登陸，那么就可以把傳感器放到那兒，通過(guò)太陽(yáng)能電磁，然后可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)，報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)的傳輸過(guò)來(lái)。

熱釋電探測(cè)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(guò)這個(gè)進(jìn)行分析是非常重要的。這些都是需要通過(guò)傳感器來(lái)來(lái)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(jìn)行不同成像，這是一種新的技術(shù)，還有一種是PVDF成像探測(cè)率比較好。

另外就是甚長(zhǎng)波碲鎘汞紅外焦，高功率THZ源和高探測(cè)率探測(cè)器，它對(duì)水特別靈敏，很容易探測(cè)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(shuō)它可以穿過(guò)樹(shù)葉，也可以穿過(guò)人體，而且對(duì)人體沒(méi)有危害。這種光可以穿過(guò)人體，那么人穿衣服就像不穿衣服一樣，而且對(duì)人沒(méi)有損害。比如現(xiàn)在X光要檢查，是對(duì)人有影響的，但是TRIYS這個(gè)是對(duì)人體沒(méi)有影響的。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)光纖或者無(wú)線(xiàn)傳感傳過(guò)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(gè)就是譜像，所以傳感器不僅可以德國(guó)圖象、像、還可以做譜像，比如把我這個(gè)臉拍下來(lái)，對(duì)我臉上的每一個(gè)點(diǎn)都可以做一個(gè)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(gè)是光譜，那么數(shù)據(jù)量是不得了的。所以它不僅包括強(qiáng)度、波長(zhǎng)、位相、偏振和識(shí)別，它的用戶(hù)很大，可以成像光譜。比如這個(gè)地區(qū)，把它的光譜做出來(lái)，跟計(jì)算機(jī)里的油材料對(duì)照，人就可以跑到這個(gè)地方去看看有沒(méi)有油礦，如果這么大的面積沒(méi)有目標(biāo)的找是非常難的。在新疆地區(qū)找到進(jìn)金礦是這樣的，先成像光譜，如果覺(jué)得這個(gè)地方像，然后再把人派過(guò)去。再比如說(shuō)農(nóng)作物的農(nóng)產(chǎn)，到底成熟沒(méi)有?到底是畝產(chǎn)一千斤還是1萬(wàn)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(shuō)我們現(xiàn)在正在走向一個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)給我們帶來(lái)的又是挑戰(zhàn)又是機(jī)遇，實(shí)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(lái)，但是好好的分析判斷是非常重要的，這里會(huì)衍生很多財(cái)富。

現(xiàn)代傳感器技術(shù)包括各種各樣，比如有紅外、y射線(xiàn)、壓力、振動(dòng)、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(lái)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(jī)理，采用納機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，研制對(duì)微觀質(zhì)量、力或角動(dòng)量等敏感的傳感器。舉一個(gè)例子，比如一個(gè)傳感器比如TNT分子，比如基于炸藥分子對(duì)特定熒光聚合物的熒光猝滅效應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)聚合物熒光的強(qiáng)度變化判斷被檢測(cè)樣品中是否有炸藥分子出現(xiàn)。如果說(shuō)你這個(gè)包里帶有炸藥，你用瓶子裝好了，但是一定會(huì)有一些分子在外面，只要有幾個(gè)分子，那么它的靈敏度會(huì)有放大效應(yīng)。所以一測(cè)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(cè)儀用于安全檢查，包括在世博會(huì)的應(yīng)用，如果說(shuō)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(gè)將來(lái)會(huì)形成一個(gè)智慧空天地海一體化。我們現(xiàn)在的氣象預(yù)報(bào)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(zhēng)技術(shù)、信息技術(shù)，也是要借助這個(gè)。我們把物聯(lián)網(wǎng)的概念運(yùn)用到智慧交通、智慧城市、智慧金融、智慧醫(yī)來(lái)、智慧水系統(tǒng)，這里面有大量的工作可以做。所有的工作過(guò)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(wú)線(xiàn)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(diǎn)信息的各種傳感器、各類(lèi)信息獲取、處理判斷、決策最后形成一個(gè)智慧地球，智慧地球、智慧周?chē)彩乾F(xiàn)在我們新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中非常重要的一個(gè)步驟。光纖通信過(guò)去90年非常熱門(mén)，后來(lái)不知道怎么樣給無(wú)線(xiàn)傳感比下去了，現(xiàn)在又回過(guò)來(lái)了。光纖通信和無(wú)線(xiàn)傳感都是物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)里面，一個(gè)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?cè)谖锫?lián)網(wǎng)、傳感器，這個(gè)會(huì)議主題光纖通信大發(fā)展的時(shí)代，會(huì)在最后的這幾年里在我們國(guó)家、在整個(gè)世界上會(huì)發(fā)展起來(lái)。