感知与互动（精选3篇）
感知与互动 篇1
1. 社区感知农业的概念
社区感知农业 (Community Perceive Agriculture, CPA) 是基于社区支持农业 (CSA) 的理念, 利用物联网传感技术、视频监控技术、农产品溯源技术、电子商务技术、地理信息系统 (GIS) 等技术, 将城市社区与农场、食品与安全、生产与休闲、虚拟与现实相结合, 构建一套农产品从田间到餐桌全程“可感、可控、可购、可溯 (源) ”的全产业链解决方案。CPA模式由南京农业大学农村信息化工程技术研究中心在多年集成研究的基础上率先提出。
CPA能实现新环境下的多元互动, 其通过技术体系让城市社区与居民近距离了解农业生产信息, 让农业生产的过程更透明, 最终实现城市与乡村互动, 社区与农场对接, 市民与农民携手的新型模式, 为食品安全问题的解决提供了一条新的途径。
如图1所示, CPA建设了一个以农产品生产、市民休闲娱乐和农产品消费服务等产业链为主线, 以农产品安全生产及新型流通为目标, 连接城市与农场的云计算技术服务体系, 形成具有区域特色的社区感知农业技术体系, 既可贯通整个农业生产环节, 又可直接对接城市社区和市民, 实现产、供、销一体化, 减少物流成本, 通过信息化手段解决信息交流与沟通机制, 实现农民增收、企业增效, 对于解决食品安全问题以及促进我国都市农业发展升级具有重要意义。
2. 社区感知农业模式的由来
说起“社区感知农业”, 首先不得不提的是“社区支持农业”的理念。该理念20世纪70年代起源于瑞士, 并在日本得到最初的发展。当时的石油和化学农业已开始普及, 很多家庭主妇开始关心农药对于食物的污染, 加工和进口食品越来越多, 而相应地, 本地农产品越来越少。于是, 她们就与有机食品的生产者达成了一个供需协议。当时的消费者为了寻找安全的食物, 与那些希望建立稳定客源的农民携手合作, 建立经济合作关系。现在, CSA的理念已经在世界范围内得到传播, 它也从最初的共同购买、合作经营延伸出更多的内涵。从字义上看, “社区支持农业”指社区的每个人对农场运作作出承诺, 让农场可以在法律上和精神上成为该社区的农场, 让农民与消费者互相支持以及承担粮食生产的风险和分享利益。
“菜贱伤农, 菜贵伤民”, 过多的物流渠道与中间环节导致农产品成本居高不下, 农产品从田间到餐桌“最后一公里”问题依然存在, 制约了城市“菜篮子”工程效果并加剧“三农”问题, 社会要求实现“农超 (市) 对接”“农社 (区) 对接”“供求对接”的愿望日益强烈, 与此同时, 不断凸现“毒豇豆”“瘦肉精”“剧毒生姜”等食品安全事件, 严重影响消费者对生产者的信任, 消费者对食品安全日渐关注, 他们希望建立直接的供求关系, 了解并参与农产品的生产流通全过程。因此, 广大生产者与消费者都翘首以待新的技术体系和服务模式, 将社区与农场、食品与安全、生产与休闲、虚拟与现实相结合, 构建一套农产品从田间到餐桌全程可控可溯 (源) 的服务模式, 将是都市农业发展升级过程中迫切需要解决的问题。
当前的食品安全问题形式依然严峻, 如果单纯的认为是农业出了问题, 其并无助于问题的解决, 食品安全问题涉及到生产环境、投入品、加工运输过程、监管、消费习惯、社会教育认知等诸多环节。解决这个难题必须站在更高的角度, 这里面有生产者的责任, 也有消费者的责任, 更有监管者的责任。而借助当前高速发展的信息科技, 建立一套全程可控的服务体系或许能为问题的解决提供一些思路。
21世纪信息科技应用正在不断深化, 农业领域渗透也大有可为, 信息化技术为世界农业科技革命和农业现代化飞跃发展带来了新的契机。以农业物联网、农产品电子商务为代表的新应用, 为农产品的生产流通开辟了新的路径。
3. 当前的社区感知农业主要技术及实践现状
通过在农业物联网、设施智能控制、全程溯源、可视农业、网络专家指导、农产品电子商务等方面进行关键技术攻关, 完成了关键技术、设施装备和技术方案、生产和流通环节进行数字化集成与应用模式创新, 取得了一系列技术成果, 该成果如“现实版”的开心农场、出口蔬菜安全生产e追溯系统, 网上可视平台、电子商务平台等, 这些平台已在常州、东台、镇江、上海等地进行了推广。
(1) 农业物联网信息采集与控制技术逐步成熟, 应用有待加强。在现有小型气象站的基础上, 对传统传感器进行优化, 使其性能指标更稳定, 并根据农业应用需要, 对采集数据进行存储与二次处理, 能够了解作物生长环境的趋势变化, 便于进行生产管理和决策。同时采用支持2G、3G、Wifi、Zigbee等组网, 摆脱传统以单个网络传输的多网络融合模式, 适应农业生产环境的复杂性, 方便携带, 从而更易于推广和使用。
(2) 远程可视技术广泛应用, 网络应用逐步深化。基于远程监控视频的监测与信息采集, 在兼容主流视频厂商设备录像机和网络录像机的同时, 进行了基于Web应用的二次开发, 从而满足了不同用户的差别化需求, 网络远程监控界面及不同的摄像机控制可内置用户的官方网站、企业ERP系统等。同时基于生产全程控制理论, 研究了基于关键帧的全程视频记录系统, 用极少的画面存储生产过程的关键信息, 为产品的全程溯源奠定基础。目前市场上尚没有出现可靠的全程溯源系统, 主要是该技术及实现原理尚未突破, 我中心已掌握关键技术, 随时可以进行商业化应用。
(3) 设施农业装备的数字化集成控制技术有新突破。在农业温室设施装备智能化方面, 荷兰的智能温室在国际上技术领先, 一套简单的进口智能温室系统, 最低也要上百万元, 投入极大。而团队研制的轻量型数字化温室系统 (设施e控) , 在现有电动化温室的基础上进行适当改造, 通过接入部分控制硬件, 并配置好自行研发的软件系统, 即可不受时间地点限制, 进行温室装备的数字化控制, 经过授权, 在任何有网络的地方即可完成远程控制, 而投入成本仅为国外的1/10。
(4) 云计算等信息网络技术在农业领域落地。信息技术是继机械、电力之后的人类技术史上的第三次革命, 其对工商业、第三产业带来前所未有的变革, 而农业与信息技术的结合也必将产生新的飞跃。团队成员经过近5年来的不断探索, 在农业、农场信息化、农业科技服务方面已经做了许多有益的探索。
基于该体系, 南京农业大学农村信息化工程技术研究中心在近几年的探索实践中, 提出了“都市e农庄”的网络化买菜实践, 通过建立严格的农产品准入机制, 结合学校专家指导, 联合多家放心农场, 搭建农产品区域流通平台, 面向城市社区开展服务对接, 真正实现了农产品从田间到餐桌的全程可控, 让消费者吃得安心放心。
摘要：依据社区支持 (协力) 农业的理念, 提倡城乡互动, 建立生产者和消费者之间的和谐关系, 发挥农业的多功能性, 共铸食品安全之路。文章以南京农业大学农村信息化工程技术研究中心为例, 介绍了该中心在农业感知网、电子商务等技术的深度集成下, 针对城市与乡村、社区与农场、市民与农民的互动, 提出了新的解决方案:社区感知农业。基于该理念, 整合优质农产品面向城市社区, 建立了新的探索实践模式——“都市e农庄”。
关键词：社区感知农业,食品安全,城乡互动,都市e农庄
感知与互动 篇2
这种技术不但可能从根本上改变用户与手机、平板电脑和PC互动方式, 而且是英特尔未来发展的关键, 因为其需要耗费大量的计算资源, 对英特尔的未来非常重要。现在, 用户通过无数方式如直接触摸屏、键盘、鼠标和触摸板, 与计算设备如手机、平板电脑和PC互动。当看到微软通过Kinect和苹果通过Siri, 对机器视觉和语音控制的早期投资, 可以发现要改进用户体验还要做很多事情。
机器视觉是最近通过微软的Kinect才流行起来。Kinect使用了两个摄像头, 但不能准确地检测特定手指和关节。虽然处理是在摄像头和XBOX上完成, 但用户必须呆在房间里的某个地方, 而游戏仅限于需要最少计算资源的不复杂游戏。
一些电脑制造商甚至谷歌的Nexus7提供了面部识别功能, 但这些功能都很慢, 且容易被图片、视频或面具所愚弄。除了电视外, 对于大多数计算环境这都是不可接受的。
如果说语音和机器视觉都不是直接触摸触摸板和显示器, 键盘和鼠标将很快消失, 就错了。我们将转到"多模式"界面, 设备将根据环境和用户历史选择最好的控制方式。这就是英特尔的"使用模式协调", 可选择最好的互动模式。另外, 在需要协调时可同时使用两种不同的模式。唇读可以与语音、文本结合, 从根本上改善语音互动。
我们什么时候可以实现?英特尔的感知计算计划是一个长期的计划, 逐年看到性能和可交付成果的进步。今天, 摄像头还太大, 要一直使用需要太多电力。即使系统总线和USB都需要太多的电力, 很可能被移动总线如MIPI取代。随着时间的推移所有这一切都可以解决。除了英特尔外, 将会有很多不同公司争夺领先地位, 因为这是非常关键的领先优势。
感知与互动 篇3
“物联网”概念是以互联网为骨干,将其用户端延伸扩展到任何物品上,建立起人与人、人与物、物与物之间的内在联系,进行信息交换、通信、控制和管理决策的一种概念。其定义:通过各种信息感知手段,按约定的协议,将把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念[1]。
随着物联网概念及知识的逐步普及,相应地出现了“感知中国(sensor China)”、“感知城市(sensor city)”、“感知矿山(sensor mine)”等一系列物联网应用的概念。然而,什么是“感知中国”,什么是“感知城市”,什么是“感知矿山”,这些概念并不很明确。本文试图从物联网的定义、数字矿山及矿山综合自动化的定义等出发,探讨感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的联系与区别。
1 感知矿山基本概念与特征
1.1 感知矿山的基本概念
作为物联网应用的一个重要领域,“感知矿山”是通过各种感知手段,实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化,即将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化,将感知技术、传输技术、智能技术、信息技术、现代控制技术、现代信息管理技术等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合,构成矿山人与人、人与物、物与物相联的网络,动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程,以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定。
1.2 感知矿山的特征及与数字矿山的关系
我国矿山近些年提出过许多关于矿山整体描述的概念,如数字矿山、矿山综合自动化、信息化矿山、智能矿山等,现在又提出感知矿山物联网(或称感知矿山),它们之间关系如何呢?
我国比较早地提出数字矿山概念的是吴立新教授[2],后经不断的论述补充,逐步形成了较为完整的数字矿山的概念,即“数字矿山是对真实矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现,即将矿山生产、安全、矿山地理、地质、矿山建设等综合信息全面数字化,其目的是为了利用信息技术及现代控制理论与自动化技术去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营的全过程,以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定”[2,3,4]。
实际上这个概念和信息化矿山、矿山综合自动化等概念已经趋于一致[4]。而感知矿山是在综合了这些概念的基础上,更加具体、全面、动态、详尽地描述真实矿山。感知矿山概念是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华。
比如说,在论述数字矿山时,要花很多的精力去解释数字矿山与地理信息系统的异同,数字矿山要将矿山生产过程、矿山安全信息集成在内。例如,吴立新教授举了智能交通的例子来阐明数字矿山的内涵,就是在做这些解释工作;而在实施矿山综合自动化时,又要花许多时间去解释综合自动化要有统一的网络平台和数据平台,地理信息系统也是综合自动化中的一个重要平台,还要解释网络化控制是一种分布式控制等[4,5,6,7]。
而在物联网矿山的概念下,这些都不需要去作任何解释了。这是由于物联网本身就是基于统一网络的应用;物联网本身就是要在GIS和GPS下实现定位的应用;物联网本身就是控制与网络一体化的应用;物联网本身就是分布式应用;物联网本身就是要对各种目标(包括移动目标)进行感知等。此外,物联网还明确提出了物与物相联的概念,而在以前的数字矿山等诸多概念中,基本是以人与人、人与物相联的概念为主。因此,以前在综合自动化矿山建设中对移动物体的监控相对较弱。而移动生产过程的监控正是矿山流动作业的特点,要实现矿山物与物相联,需要更大范围的无线自组网的能力,需要基于网络的分布式感知能力。
2 感知矿山应用模型
基于应用目的提出感知矿山模型,以便将物联网的概念及其作用尽早落实到矿山建设与生产中去。鉴于上述原因,感知矿山的模型势必与数字矿山、矿山综合自动化的模型有很紧密的联系。这是由于数字矿山及矿山综合自动化模型在我国煤矿企业已经有众多的实际应用,从目前来说,感知矿山物联网的建设应该建立在这些已有工作的基础上,充分借鉴已有的经验和系统,而不是全盘推翻,另搞一套。感知矿山应用模型如图1所示[4]。
(1) 感知与控制层
感知与控制层由2层网络组成,即骨干传输网络和感知层网络。骨干传输网络通常由千兆工业以太网构成,感知层网络是无线覆盖网络,如WSN、WiFi、Zigbee等。地面广泛应用的感知层网络,如无线3G网络、GPRS等还不能在井下使用。感知与控制层主要实现矿山生产与安全过程中各种传感与控制信息的采集与施用。各生产安全子系统在该层以相对集中方式或全分布方式接入物联网。要构成物与物相联,具有自主网功能的无线网络(如无线传感器网络)在这一层起着不可或缺的作用。与综合自动化系统相比,感知矿山在感知层更多的是分布式感知与控制,而综合自动化系统更多的是如何将子系统接入骨干网。
(2) 信息集成与MES层
信息集成与MES(Manufacturing Execution System)层通过千兆工业以太网骨干将信息集成到控制中心进行各种信息处理,如信息融合、信息挖掘等;同时实现MES功能,即图1中用于安全生产监控的终端,它们实现对煤矿安全生产中各个子系统的监测与控制功能。因此,该层也有应用,属于低层应用。同时该层还提供信息对外发布等。
(3) 管理决策与应用层
在管理决策与应用层,矿山各个职能部分通过企业Intranet网络可实现更高层次的应用,如矿山安全生产评价与监管、煤矿灾害预警与防治、煤矿供应链管理、大型设备故障诊断、矿山资源环境控制及评价以及地理信息系统等。
图1所示模型是感知矿山的一个开放性模型,适用于各种不同类型的矿井,并且基于统一设计、分步实施、逐步完善的原则。感知矿山理所当然是三网合一的系统,除接入各种监测监控系统外,将有线IP电话、无线移动电话、人员定位系统、数字视频系统都接入网络。与基于千兆工业以太网的综合自动化系统相比,感知矿山主要是突出其物与物相联的特征、移动视频及管理层应用。
3 感知层网络技术
前面说过,矿山流动作业的特点需要实现物与物相联,这需要更大范围的无线自组网能力,需要基于网络的分布式感知能力。因此,感知层是感知矿山的关键。感知矿山的感知层包括数据采集与传输2个子层。
数据采集子层主要用于采集煤矿生产过程中发生的物理事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、通信设备等技术。数据采集由网络化传感器、控制器、执行器及无线传感器网络等组成,用于采集煤矿生产过程中发生的事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。这些传感器、控制器等均可采用无线或有线传输方式,视具体需要配置。
传输子层主要实现传感器、RFID及通信设备所获得数据的传输,它包括2种方式:一种是矿山有线通信方式,另一种是矿山复杂环境下无线通信方式。有线、无线网关作为感知层的传输子层,实现矿山复杂环境下无线通信技术传感器、RFID及通信设备所获得数据的传输。无线覆盖区域视具体情况和要求而定,理想情况是实现矿井全覆盖。
传感器节点是感知矿山底层的设备,它负责对数据进行正确的采集和上传,因此,传感器节点是感知矿山的重要基础,着重研究无线传感器节点的能耗、成本、可靠性等方面的内容;研究中高速传感网系统设备及节点;节点专用操作系统技术研发;研究传感器的智能识别技术,如RFID技术、视频识别技术、蓝牙技术、无线技术等;研究有限异质空间环境下自组网技术;研究网络重构技术;研究无线电波在巷道中的传输理论,认知无线电技术、V-MIMO技术、UWB技术在矿井的应用。
遗憾的是,目前地面实用的短距离无线技术并不真正适用于煤矿井下的感知层网络。WiFi网络从速率和传输实时性上能满足感知矿山综合业务传输的需求,但其自组网能力较差,缺乏灾后重构能力。而WSN网络自组网能力和多跳能力较强,但数据传输速率太低,不能适应多媒体信息无线传输。因此,还需要从基础理论及技术上对感知层网络进行深入研究,开发真正适合煤矿环境使用的感知层网络。
4 感知矿山中的“三个感知”
在煤矿综合自动化建设的基础上,感知矿山建设的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害风险,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。“三个感知”的目标是减灾保安全。
为了实现“三个感知”,需要研究开发矿山特有的感知与测量技术。许多地质参数与岩层运动规律是影响矿山安全的关键因素,如地下水赋存情况、瓦斯与煤突出、岩层受力与冲击地压、采空区发火等。目前对这些影响煤矿安全的重要因素的感知技术还不是很成熟。电磁幅射、声发射、透地成像、微振监测、红外视觉识别等技术是研制矿用感知传感器的热点技术。还应加强各类新型MEMS传感器的研制。
需要利用先进智能传感器与物联网技术对煤矿有关环境与地质参数进行实时采集,根据采集的数据与理论分析,研究煤炭资源开采尤其是深部资源开采中重大灾害的成因、预测预报理论以及防治对策等关键问题;重点研究煤与瓦斯突出、矿井突水、顶板冒落与冲击地压等突发性动力灾害成灾机理、矿山重大灾害应急救援与事故分析理论与技术,为深部资源开发中重大灾害事故的预测、预报和防治提供可靠的理论基础和技术支持。
与煤矿生产密切相关的大型设备有很多,有些设备的运转状况会直接影响工作人员的生命安全,因此,对这些大型设备进行实时的健康状况监测一直是人们关注的热点。煤矿生产过程监测和控制与地面工厂生产线有很大的不同,这就是煤矿生产过程始终需要与许多未知的因素打交道,这些未知因素对煤矿安全生产起着决定性的影响作用。因而需要研究煤矿生产工作面各种设备的联动控制与煤层、顶底板的关系,建立拟人化控制模型。目前,开展了基于传感器网络的煤矿井下采煤装备远程定位、煤岩识别、大型设备姿态控制等技术的研究;在矿山机电设备变载荷的特殊工况、摩擦磨损的监测和诊断方面具有明显特色,形成了系列理论成果,开发了专用的实验装置。
矿工个人周围环境安全状况是保障矿工安全的重要保障,需要建立覆盖煤矿井下,并与千兆工业以太网相结合的无线自组网系统。目前,开发了相应的网络节点、协议及应用软件,实现了移动目标(人员、设备)的精确定位与管理;开发了基于无线覆盖的移动双向数据信息终端,综合了人员定位、双向数据传输、报警及信息显示等功能,实现了对人员的精密跟踪与信息联络;建立了集调度、监控与管理于一体的煤矿安全生产信息中心,在该信息中心实现了对安全生产各种系统的监控、语音通话、视频监控,即煤矿的MES层;开发了煤矿井下人员安全管理和救灾应急系统平台。
5 结语
论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,从各自的定义上得出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华。对数字矿山三层模型进行了更新,给出了感知矿山模型,明确提出了感知矿山的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。文章明确指出,感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。
摘要：论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华;在数字矿山三层模型的基础上,给出了感知矿山模型;明确提出感知矿山的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。
关键词：物联网,数字矿山,综合自动化,感知矿山模型,感知灾害征兆,感知环境,感知设备健康状况
参考文献
[1]SANTUCCI Gérald.From Internet of Data to Internetof Things[C]//The International Conference onFuture Trends of the Internet,2009,Luxembourg.
[2]吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山:特征、框架与关键技术[J].煤炭学报,2003(2):1-7.
[3]僧德文,李仲学,张顺堂,等.数字矿山系统框架与关键技术研究[J].金属矿山,2005(12):47-50.
[4]张申,丁恩杰,赵小虎,等,数字矿山及其两大基础平台建设[J].煤炭学报,2007(9):997-1001.
[5]谭得健,徐希康,张申.浅谈自动化、信息化与数字矿山[J].煤炭科学技术,2006(1):23-27.
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