遥感技术的演变:实现物联网的承诺

2018年11月19日 作者:糖悦之果飞

自从Gaspard Felix Tournachon在1858年首次拍摄了航拍照片以来,遥感技术至今已经取得了很大的进步。虽然这项技术取得了进展,但数据采集的频率仍然相对没有变化。

如今,随着新的采集平台,更小、更高效的传感器以及云计算等力量的出现,遥感技术再次陷入重大技术创新的险境。我们正在超越将遥感作为航空测绘、地理信息系统和地球观测学科的传统理解,转向类似于最近的另一个发展事物——工业物联网。聚合平台上的互联设备持续进行的流数据将描绘出我们生活的世界的新景象。

自从160多年前Tournachon俯身在热气球的一侧拍摄景观以来,用于测绘的遥感实践已经发生了巨大的变化——从人类对航空图像的解释到使用数字摄影测量;从可见光图像到光谱图像的演变;从摄影测量到依靠脉冲激光对目标区域进行三维数字表示的激光雷达(光探测和测距)。

不同的用例,相似的目标

虽然地理空间应用的遥感使我们能够更多地看到以及了解我们周围的环境,但它通常不被认为是一种持续监测的手段。很大一部分原因是,遥感平台仍然会与航空器相连——这是遥感历史的产物,也是推动这一领域发展的用例。

这些用例(主要围绕地图和地球观测展开)需要卫星和航空器等平台。传感器的波形因数遵循这些用例。因此,遥感与通常以月为单位测量的收集频率有关。即使是频率最高的卫星,其传感器类型和数据准确性也受到限制。

在互联网、宽带网络和微机电系统(MEMS)的推动下,物联网已经被一组不同的用例所驱动。IoT一词诞生于“普适”或“普适计算”的概念,是在供应链管理的背景下创造出来的,是专门围绕RFID数据与互联网耦合的概念。

从那以后,物联网的发展一直接近于通过互联网传输数据的内在或嵌入式传感器的原始概念。根据应用和设备类型的不同,物联网传感器可以传递水速、水压或气压、温度、风速、心率、室温和大量其他数据点的信息。它与遥感不同,遥感器是使用表面电磁反射的特性,而物联网传感器通常是记录物理测量的机电传感器。根据结果,系统可以返回命令来启动或停止某些操作,或者建立关于潜在问题的警报,以确保主动维护。

模糊遥感和物联网之间的界限

遥感和物联网这两个学科的发展正在模糊他们之间的距离。这两种运转都是由相似的需求驱动的,但都是在各自设想的环境下发展起来的。事实上,遥感和物联网类似于在不同环境的邻近岛屿上生长的同一种花或水果。例如,这两种方法都源于在不需要人工创建数据的情况下,高效地大规模收集数据。而且,他们都已发展到能够创建和分析数据,将大量数据简化的易于理解。

有几个监测和检查应用程序需要经常观察情况,因为有可能在短时间内发生变化,如果不能及时发现,就会造成很大的损失。

对于这些应用来说,遥感和物联网本质上是互补的,他们有解决问题的不同优势。事实上,在这些情况下,遥感本质上可以被认为是“外在物联网”,与传统的物联网定义相比,后者使用的是嵌入式或内在传感器。它们将外部观测数据汇集在一起,只有通过外部传感器和嵌入物联网传感器提供的数据流才能实现。

例如,管道内的传感器可能会检测到某一截面的压力下降,但外部高光谱传感器可以将这一变化与存在于地面上的油或水联系起来。综合分析,这些技术产生的数据有潜力提供广泛的新见解,可以降低成本,提高系统性能,并对即将出现的问题发出警告。

推动这种融合的进步包括机器人、无人机和光谱传感器等平台的出现,这些平台可以安装在较小的平台上。这些新平台的机动性和成本使得它们更适合于持续部署,而不是像传统的机载平台那样断断续续地部署。更轻、更便宜的传感器完成了这些。

其他催化剂还包括大数据云计算的成熟以及自主操作机器人的开放软件平台的可用性,以及使用激光雷达进行障碍物检测。这些科技的开发一起创建了一个良好的环境来开发和部署ROI的外部物联网解决方案。

随着他们的融合,这些都利用互联网、云计算和分析技术来提供更深入的见解。有机会出现一大批新的用例来保护关键的基础设施、保护环境和改善公共安全。

在实际中的应用

以变电站为例。恒流和电压测量是必要的,也是至关重要的。如今,大多数数字变电站都安装了传感器,例如光纤电流传感器(FOCS),这是对传统仪器变压器技术的改进。这些传感器收集的测量数据被整合到电气公司控制室的仪表板上。

与此同时,前瞻性的公用事业公司正开始安装自动机器人,配备激光雷达、热、多光谱传感器,用于监测变电站。这些变电站通常在偏远的地方,工作人员便不能经常前去监测。但通过使用机器人持续监测变电站的状况,他们便可以远程跟踪物理和光谱变化,检测和识别杂散物体,监测腐蚀或泄漏,并检测可能预示设备故障的温度变化。

当被告知某些参数超过了可接受的阈值时,公司可以派工作人员到变电站完成维修或更换部件,以免造成灾难性的停机。合并后的数据不仅提供了更丰富的信息流和接近实时的感知,它还创建了一个多维数据历史,可以猜测其趋势。

同样,管道运营商通常使用管道沿线的压力、温度和振动传感器来连续记录测量数据。现在,一些大型商用无人机有能力在空中停留很长时间,并集成多个传感器的有效载荷。随着无人机在可视范围(BVLOS)方面的限制放宽,配备传感器的无人机作为一种持续监控数据和可视化潜在问题的手段将变得更加流行,这补充了传感器数据系统运营商目前接收的数据。

这些例子仅仅是融合了遥感技术和物联网技术,再加上先进的分析技术,便拥有改变我们的工作、生活和娱乐方式的力量。

工业物联网的前提是,感官数据为分析和洞察创造了机会,这将大大提高效率,并使这个有机体更智能,更敏捷。来自新平台的遥感数据增加了新的功能,并为此提供了额外的工具补充,以帮助实现物联网的全部承诺。

原文地址:https://www.eeboard.com/news/iot-20/

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