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    2014年07月04日08:51:23
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    信息网络、传感网、物联网应用技术浅探

      全球互联网正在向下一代升级,传感网和物联网方兴未艾。"智慧地球"简单说来就是物联网与互联网的结合,就是传感网在基础设施和服务领域的广泛应用。着力突破传感网、物联网的关键技术,及早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的"发动机"。

      无线传感器网络(WSN)是当今前沿性的热点研究方向之一,有着巨大的科学意义和应用前景,被认为是将对21世纪产生巨大影响力的高技术之一。2003年2月份的美国《技术评论》杂志评选出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术,传感器网络即被列为第一。其潜在的市场需求十分巨大。传感器网络系统已引起了世界各国学术界、军事部门和工业界的极大关注。

      美国陆军2001年提出了“灵巧传感器网络通信”计划,美国海军也确立了“传感器组网系统”研究项目。这些应用均基于无线传感器网络系统(WSN),从而可以更为详尽、准确地探测到战况信息,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃。ABB 公司在2003年就开始了在无线网络运用于开环控制和闭环控制的工厂试验。结论是开环控制和操作指导不成问题,闭环控制还存在较大问题。BP 公司也从2004年起在化工产品铁路槽车的远程信息处理,大型运油船引擎的振动、温度等参数的监控,油气管线的腐蚀检测,润滑油供应链,液化天然气罐远程监控,油气管线侵入者检测报警,液化天然气容器跟踪以及炼油过程的无线测量平台等多个不同的应用场合进行了许多工业实验。总的结论是:目前的无线技术已完全可满足无线监控系统的要求,但离闭环控制的要求距离尚远。 艾默生公司在2006年推出了革命性的智能无线方案,在过程工业的一些严酷工况中率先实施无线传感器和网关技术。这些经过现场验证的方案扩展了装备(Plant Web)数字结构的预测能力,从而提高了工厂效率和性能。

      在国内,2003年北京佰能公司启动了“远程设备监测与故障诊断”技术研究项目,采用了无线传感器网络技术。公司申报的“无线传感器网络及其应用研究”项目被列为2006年北京市科技计划项目,并获得了北京市科委的项目研发资助。经过多年的研发和项目应用,公司已经独立自主地研发了两个无线传感器网络产品系列:无线智能身份识别产品和无线智能传感产品。2003年,哈工大欧进萍院士的课题组开发了一种用于海洋平台和其他土木工程结构健康监测的无线传感器网络。利用多种智能传感器,如光纤光栅传感器、纤维增强聚合物-光纤光栅应变传感器、压电薄膜传感器、形状记忆合金传感器、疲劳寿命丝传感器、加速度传感器等进行建筑结构的监测。2004年,哈工大欧进萍院士的课题组应用无线传感器网络,针对超高层建筑的动态测试开发了一种新型系统,并应用到深圳地王大厦的环境噪声和加速度响应测试。地王大厦高81层,桅杆总高384米。在现场测试中,将无线传感器沿大厦竖向布置在结构的外表面,系统成功测得了环境噪声沿建筑高度的分布以及结构的风致震动加速度响应。

      此外北京邮电大学的研究人员开展了煤矿瓦斯报警和矿工定位无线传感器网络系统的研究,一个节点上包括了温湿度传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器等。传感器网络经防爆处理和技术优化后,可用于危险工作环境,在煤矿工作的员工及其周围环境将可以得到随时监控。西安成峰公司与陕西天和集团共同研发了矿工井下区段定位系统,各个工作地点放置一定数量的传感器节点,通过接收矿工随身携带的节点所发射的具有唯一识别码的无线信号进行人员定位。同时各个传感器节点还可以进行温度、湿度、光、声音、风速等参量的实时检测,并将结果传输至基站,进而传至管理中心。武汉理工大学开展了无线传感器网络在火车车厢环境中的测控应用,对车厢内的空气质量、安全隐患等等进行全程检测。

      由于无线传感器网络WSN的实际应用针对性很强,面向不同的应用就有不同的要求和技术支撑如节点拓扑结构算法、通信机制等,故很难形成一个统一的产品向社会推广,其在不同企业中的应用同样需要进一步有针对性的研究。

      我公司与中科院自动化所、江苏工业学院拟开发的无线传感器网络技术在工业自动化现场控制中的应用,是基于现代工业现场过程控制的要求而开发的新一代具有无线传感器网络系统功能的工业控制传感器及控制仪表(举例)。项目将着重研究无线传感器网络技术在区域监控中的应用技术,其中包括节点部署、通信机制、任务的分配与控制、数据采样与收集等关键技术。

      项目主要要解决下列问题:

    1) 节点应符合工矿企业现场防爆要求。
    2) 网络采用的结构。
    3) 单节点信号传输距离。
    4) 数据传输方式、容量等。
    5) 现场信号干扰处理。

      我们认为无线传感器网络技术在工业过程控制中的应用将是对现代工业过程控制技术的一次革命性推动和发展。我们将利用“江苏省工业自动化热工仪表工程技术研究中心”这个平台,热诚地欢迎国内外致力于本项技术研究的单位、个人来合作开发项目和产品。

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