中國科學院院士褚君浩在由內蒙古自治區黨委政府、中國通信學會光通信委員會、中國光學學會纖維光學與集成光學專業委員會等共同主辦的“2012國際光纖通信論壇”上以物聯網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網與傳感器的發展。現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?就是互聯網加上物聯網。物聯網是把物品的系統性通過傳感器得到的信息互相聯系起來。比如我們現在每個人的身上要放一個心臟的傳感器，如果說某一位先生他的心臟現在發生有不好的波出來，無線通訊把你的信號送到醫療中心，醫療中心進行分析，這個分析是機器的分析，然后做得出去判斷。然后再有監測，馬上派一個醫生把藥送到這個人這兒，告訴他把這個藥吃下去，不吃下去可能會出問題。比如這樣的設備放到某一個橋墩那兒，哪一個橋墩有問題，也可以通過物聯網的傳感分析。物體的信息是通過傳感器傳出來的，然后再進行智能化的設備管理，傳感器所以非常重要，它實際上是代替了眼睛、皮膚，是把我們的感官延長了，而且非常靈敏及所以是虛擬的聽覺系統、視覺系統和虛擬的感覺系統，然后到信息中心進行分析判斷，判斷以后再做出決策。

    所以這就產生了生產數據，生產數據從哪兒來?就是從傳感器這兒得到。這樣的概念也可以進一步的進行擴展，比如剛才這個例子是智慧醫療，我們也可以擴展到智慧能源，比如風能、太陽能和現在的火電能，是不是能夠很協調的往里面進行分布?安排?智能電網。也可以擴展到設備，包括智慧的金融和保險。看看金融的泡沫吹大是不是要破了?可以提出警號。

    智慧交通現在很多城市已經在搞。所有這些就是敏感人，得到數據、傳感是非常重要的一個方面。

    物聯網是和光電科學技術信息的獲取十分相關。物聯網通過各類信息獲取進行處理、判斷最后構成智慧地球、感知中國。下面對傳感器的發展舉一些例子：

    這是各類傳感器，橫坐標是波長，縱坐標是靈敏度。比如光子型紅外探測器，我們國家在1987年湯定遠院士開創并研究。

    紅外光電傳感器技術發展的若干方向：包括大規模高增益、多色、提高工作的溫度、擴充波段、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。我們也可以做成長波紅外的。天工一號上也用了我們的1500元長波紅外。

    這個圖像是汶川地震，我是不能照下來的，是美國的一顆衛星照下來的，當時我們的衛星沒有在汶川上面，當時跟美國他們協調，是不是能夠看看我們這個地震的情況，我們這邊因為信號當時是沒有的，請他們的鎖眼衛星進行了探測，這個衛星是光學成像軍事衛星，從這相上可以看到是200公里高照的，非常清晰。( 圖)它這個圖像是5月19號照的，我們在5月22號在飛機上照了這個相，兩張相完全一致，但是我們飛機是高度2分米，他們衛星的高度是200多米，可見他們的技術是很先進的，我們還有很長的距離。

    所以第一次是大規模。第二個是多色。多所就是不同的波段，兩個波段、三個波段，就有利于判斷，得到了好分析，光通訊要傳過去，傳過去的信號要進行判斷，所以需要多色。比如說一個期限是一個PMG波段圖，另一個期限是另一個PMG波段圖，第二個期限是第三個PMG波段的圖，所以第一個、第二個，第三個波段就是有不同的圖。當然也可以做成一個雙波段的探測器。這樣成的像可以比如長波圖、中波圖、就可以判斷是什么，到底是天上沒有動力的飛行體，還是一個有動力的飛飛機或者是火箭?都可以進行分析。

    大規模的LW/LW雙色紅外焦平面：比如說可見光的圖、中波用的圖、中波2用的圖，比如飛機上面有發動機的話，它的圖和沒有發動機的分析結果是不一樣的。

    因為太陽光是有光譜組成，所以我們要得到一些數據，比如說陽光它的閃爍是隨波長而變的，比如3.8微米以上，300度的目標輻射就比太陽光閃爍要厲害。而小于3.8微米以下，太陽光的閃爍比厲害。這些五數據要進行研究，就是提供給你信息判斷。同樣它的特波率，在不同的環境下，3.5微米到3.8微米也是不一樣的，這些數據也是可以提供給你進行分析。比如這個圖上看不到海上的東西，這個圖上可以看到海上的島焦等等。所以不同的波段進行不同的判斷，這些信息通過無線或者光纖傳過去，那么那邊就可以進行發表。所以傳感器對物聯網的建設是非常重要的。

    比如日本的3月11號海嘯，天空類似風的流動，到3月14號核爆炸，有人說是不是輔導的傳到上海了，通過分析沒有這樣的現象。

    另外的一個就是提高工作溫度，希望能夠提高到室溫下工作，那么效果會更方便一下。現在比較好的是，比如很多海島，也沒有人登陸，那么就可以把傳感器放到那兒，通過太陽能電磁，然后可以通過無線，報數據時實的傳輸過來。

    熱釋電探測器在空間領域的重要應用，還有地平儀，到底地球上鋪設出去多少，得到多少數據?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系，這些數據都是分析地球上的氣候變化，尤其這些年氣候異常，可以通過這個進行分析是非常重要的。這些都是需要通過傳感器來來得到這些信息，得到了這些信息才能更好的分析。我們也可以用它進行不同成像，這是一種新的技術，還有一種是PVDF成像探測率比較好。

    另外就是甚長波碲鎘汞紅外焦，高功率THZ源和高探測率探測器，它對水特別靈敏，很容易探測水質的情況。它成像的規律可以用光學和電學的辦法產生。其有TRIYS比如說它可以穿過樹葉，也可以穿過人體，而且對人體沒有危害。這種光可以穿過人體，那么人穿衣服就像不穿衣服一樣，而且對人沒有損害。比如現在X光要檢查，是對人有影響的，但是TRIYS這個是對人體沒有影響的。這些數據可以通過光纖或者無線傳感傳過去，都是可以得到海量的信息的。THZ波段更多的是控制水質。，現在傳感器當然也可以用在天文、星系上。

    從紅外信息獲取里還有一個就是譜像，所以傳感器不僅可以德國圖象、像、還可以做譜像，比如把我這個臉拍下來，對我臉上的每一個點都可以做一個光譜，這樣的數據是三維的數據，兩維是XY數據，另外一個是光譜，那么數據量是不得了的。所以它不僅包括強度、波長、位相、偏振和識別，它的用戶很大，可以成像光譜。比如這個地區，把它的光譜做出來，跟計算機里的油材料對照，人就可以跑到這個地方去看看有沒有油礦，如果這么大的面積沒有目標的找是非常難的。在新疆地區找到進金礦是這樣的，先成像光譜，如果覺得這個地方像，然后再把人派過去。再比如說農作物的農產，到底成熟沒有?到底是畝產一千斤還是1萬斤?遙感如果是綠色的，清的，光譜是這樣，如果是500斤畝產和1000斤畝產的，光譜是不一樣的，所以信息量和數據兩是非常大的。剛才鎢院士說我們現在正在走向一個大數據時代，大數據給我們帶來的又是挑戰又是機遇，實際情況就是這樣。我們得到的信息非常多，那么多的信息傳下來，但是好好的分析判斷是非常重要的，這里會衍生很多財富。

    現代傳感器技術包括各種各樣，比如有紅外、y射線、壓力、振動、電磁、化學、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網上，判斷，分析做出結論。這是當前非常重要的，將來發展物聯網非常重要的一方面。

    發展微小壓力傳感技術，采用高分辨能力的諧振式傳感器機理，采用納機電系統技術，研制對微觀質量、力或角動量等敏感的傳感器。舉一個例子，比如一個傳感器比如TNT分子，比如基于炸藥分子對特定熒光聚合物的熒光猝滅效應，通過檢測聚合物熒光的強度變化判斷被檢測樣品中是否有炸藥分子出現。如果說你這個包里帶有炸藥，你用瓶子裝好了，但是一定會有一些分子在外面，只要有幾個分子，那么它的靈敏度會有放大效應。所以一測試就知道里面是炸藥。

    中科院上海為系統所程建攻克題組，研制的熒光聚合物炸藥探測儀用于安全檢查，包括在世博會的應用，如果說這套東西是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網里面的傳感器數據。所以整個將來會形成一個智慧空天地海一體化。我們現在的氣象預報為什么這么準，天上的眼睛在看，傳感器在上面看，我們現代的戰爭技術、信息技術，也是要借助這個。我們把物聯網的概念運用到智慧交通、智慧城市、智慧金融、智慧醫來、智慧水系統，這里面有大量的工作可以做。所有的工作過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，那么大量的數據，是各種技術，包括光通信和無線通信各種技術都在里面有非常大的發展。

    所以物聯網光點信息的各種傳感器、各類信息獲取、處理判斷、決策最后形成一個智慧地球，智慧地球、智慧周圍也是現在我們新興產業發展中非常重要的一個步驟。光纖通信過去90年非常熱門，后來不知道怎么樣給無線傳感比下去了，現在又回過來了。光纖通信和無線傳感都是物聯網整個大數據系統里面，一個是信息傳輸的功能還有其他很多，它本身也有很多其它的功能。所以我們在物聯網、傳感器，這個會議主題光纖通信大發展的時代，會在最后的這幾年里在我們國家、在整個世界上會發展起來。<