1、第三章物聯網的關鍵技術和相關技術,第三章目錄,3.1物聯網的關鍵技術及技術難點 3.2物聯網的相關技術 3.3物聯網的感知實現 3.4現階段物聯網的安全特點及安全模型,第三章目錄,3.1物聯網的關鍵技術及技術難點 3.2物聯網的相關技術 3.3物聯網的感知實現 3.4現階段物聯網的安全特點及安全模型,物聯網關鍵技術的提出,2005年，國際電聯發表了一份題為物聯網的報告,在該報告中指出物聯網主要有四個關鍵性的應用技術：RFID技術，無線傳感器網絡，智能技術，納米技術。,3.1.1 RFID技術,定義： 射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種應用于

2、信息采集系統的非接觸式自動識別技術，它通過無線射頻方式自動識別目標對象、獲取相關數據信息，實現對RFID標簽的信息獲取。,RFID技術的發展歷程,RFID系統的構成：電子標簽+讀寫器,目前廣泛使用的RFID系統主要由存儲物品數據信息的電子標簽、用于識讀及寫入標簽數據的讀寫器兩部分構成。,電子標簽由專用芯片和標簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進行通信。電子標簽分為被動標簽和主動標簽兩種，主動標簽自身帶有電池供電，讀寫距離較遠、體積較大，與被動標簽相比成本更高，也稱為有源標簽；被動標簽在閱讀器產生的磁場中獲取工作所需的能量，成本很低且具有很長的使用壽命，比主動標簽更小、更輕，讀

3、寫距離則較近，也稱為無源標簽。一般來說，無源標簽是取代條形碼標簽的主要發展方向，有源標簽則因為其長距離識別的優勢，主要應用于大型的高速運動物體標識的識別，如機動車的跟蹤和識別，動物或人類身份的跟蹤和識別。,被動電子標簽的內部結構,電子標簽內的專用芯片由高速的射頻接口、控制單元、EEPROM三個模塊組成，其中的EEPROM用來存儲識別碼（EPC）或其它數據，控制單元用來控制數據的接收與發送，芯片外圍連接電感線圈（主動電子標簽連接天線和電池）。,標簽天線,在電子標簽和讀寫器進行通信的過程中，天線起到了重要的作用，標簽天線的性能對提高RFID系統的性能有著重要的意義。近年來，標簽天線技術取得了較大的

4、進展，各種新技術和新材料的應用使標簽天線的性能得到了較大的提升。 防金屬技術 小型化技術 (1)分形天線 (2)偶極子天線 (3)倒F天線 材料技術,標簽天線的發展方向,低成本 構造低成本電子標簽的關鍵在于降低天線的成本。隨著信息技術的進一步發展和應用領域的擴大，標簽天線的成本還有望大幅降低。 一體集成化 將標簽天線和標簽芯片集成在一起，成為了標簽天線技術發展的主要趨勢之一。 智能化 OMRON開發了一種新型的天線技術，可以直接控制讀寫器發射出來的電磁波束的方向，這樣就可以避開環境或阻擋物的影響，以達到最好的效果。近年來，電子標簽智能天線的研究也日漸受到重視。,典型的讀寫器工作原理,物聯網Sa

5、vant系統通過應用軟件發送數據接收指令給讀寫器的控制模塊，控制模塊向廣播接口發出數據接收請求，廣播接口通過讀寫器的天線向電子標簽發送數據接收指令，電子標簽在接到指令后，發送數據給讀寫器，通過讀寫器的天線將數據傳送給廣播接口，繼而廣播接口將數據傳送給控制模塊，最終由控制模塊將數據發送給物聯網Savant系統中的應用軟件，在Savant中進行各種數據處理操作。,RFID系統的工作原理,RFID技術的技術難點和發展瓶頸,RFID技術的技術難點 (1)RFID識別準確度問題 (2)RFID天線研究 (3)工作頻率的選擇 (4)安全與隱私問題 RFID技術的發展瓶頸 (1)企業技術研發水平薄弱 (2)

6、過高的標簽成本限制了RFID應用范圍的擴大 (3)推廣中困難重重 (4)缺乏國家標準 (5)行業人才匱乏,3.1.2無線傳感器網絡,1.1.2 visualSTATE事件處理機制,概述： 近年來，隨著微電子和微系統（MEMS）、無線通信、信號處理這三個技術領域的飛速發展，一個新的研究領域成為國內外關注的熱點，這就是基于大量具有通信功能的微型無線傳感器構造的無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）。WSN具有極其廣泛的應用，例如感知戰場狀態（軍事應用）、環境監控（氣候、地理、污染變化的監控）、物理安全監控、城市道路交通監控、安全場所的視頻監控等。在前一章中我們初步

7、了解了傳感器網絡的概念及結構，本節將詳細描述無線傳感器網絡技術。,RFID與WSN的融合,在物聯網的關鍵技術中，RFID技術和WSN各有側重且優勢互補。RFID側重于識別，能夠實現對目標的標識和管理，同時RFID系統具有讀寫距離有限、抗干擾性差、實現成本較高的不足；WSN側重于組網，實現數據的傳遞，具有部署簡單，實現成本低廉等優點，但一般WSN并不具有節點標識功能。RFID與WSN的結合存在很大的契機。RFID與WSN可以在兩個不同的層面進行融合： 物聯網架構下RFID與WSN的融合 傳感器網絡架構下RFID與WSN的融合 (1)智能基站 (2)智能節點 (3)智能傳感標簽,物聯網架構下RFI

8、D與WSN的融合,傳感器網絡架構下RFID與WSN的融合 (1)智能基站,傳感器網絡架構下RFID與WSN的融合 (2)智能節點,傳感器網絡架構下RFID與WSN的融合 (3)智能傳感標簽,無線傳感器網絡的組網結構,平面拓撲結構,無線傳感器網絡的組網結構,邏輯分層結構,傳感器網絡節點的基本組成,傳感器網絡節點的基本組成包括如下幾個基本單元：傳感單元(由傳感器和模數轉換功能模塊組成)、處理單元(包括處理器、存儲器、嵌入式操作系統等)、通信單元(由無線網絡、MAC和收發器組成)以及能量單元。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統、移動系統以及電源自供電系統等。,無線傳感器網絡的數據融合技術,在

9、大規模無線傳感器網絡中，使各個節點多跳傳輸感測數據到Sink節點前，使用數據融合技術對數據進行融合處理是非常有必要的。目前，無線傳感器網絡的數據融合技術主要使用以下兩種算法實現。 集中式數據融合算法 (1)分簇模型的LEACH算法 (2)分簇模型的PEGASIS算法 分布式數據融合算法 (1)規則網絡情況下的分布式數據融合算法 (2)不規則網絡情況下的分布式數據融合算法,3.1.3 智能技術,概述： 智能技術是為了有效地達到某種預期的目的,利用知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統,可以使得物體具備一定的智能性,能夠主動或被動的實現物體與用戶的溝通。在目前的技術水平下，智能技術主

10、要是通過嵌入式技術實現的，智能系統也主要是由一個或多個嵌入式系統組成的。,嵌入式系統組成,嵌入式系統是指將應用程序、操作系統與計算機硬件集成在一起的系統，它以應用為中心，以計算機技術為基礎,而且軟硬件可以裁剪,因而是能夠滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統具有高度自動化、可靠性高等特點，它主要由硬件和軟件兩部分組成。嵌入式系統的硬件主要包括嵌入式核心芯片、存儲器、I/O端口等；嵌入式系統軟件由嵌入式操作系統和相應的各種應用程序構成，有時把這兩者結合起來，應用程序控制著系統的運作和行為，而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。,智能技術存在的技

11、術難點,人工智能理論研究 先進的人-機交互技術與系統 智能控制技術與系統 智能信號處理,3.1.4納米技術,概述： 納米技術不是物聯網的專有技術。目前，納米技術在物聯網技術中的應用主要體現在RFID設備的微小化設計、感應器設備的微小化設計、加工材料和微納米加工技術上。 納米技術是研究尺寸在0.1-100nm的物質組成體系的運動規律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學，主要包括：納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學、納米力學等。其中，納米物理學和納米化學是納米科學的理論基礎，而納米電子學是納米科學最重要的內容，納米電子技術也是納米技術的核心。,納米電

12、子技術,納米電子技術的最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，它是在現代物理學與先進工程技術相結合的基礎上誕生的一門基礎研究與應用探索緊密聯系的新型科學技術，是納米技術與電子技術結合的產物。納米電子產品包括了納米電子材料，如納米半導體陶瓷材料、納米硅材料和現在很熱門的納米硅薄膜材料等；納米電子器件，比如集成電路、MEMS技術、納米導線和微探頭等。 為了能夠制造出更低功率消耗、更低成本、更小尺寸、更加穩定和性能更好的半導體芯片，將電子器件逼近到納米器件的領域，于是納米電子技術應運而生，從而解決了微電子技術的問題。納米電子器件不僅僅是微電子器件尺寸的進一步減小，更重要的是它們的工作將依賴于器

13、件的量子特性，所以也稱為量子器件。它主要是通過控制電子波的相位來實現某種功能，因此量子器件具有更高的響應速度和更低的功耗，將從根本上解決日益嚴重的功耗問題。,納米技術存在的問題,種種跡象已經表明納米物質具有與常規物質完全不同的毒性，在人類健康、生態環境、可持續發展等方面會引發諸多問題。所以，提高納米技術的安全性，對納米技術研究提出了新的挑戰。,思考題,RFID技術可識別高速運動的物體并可同時識別多個標簽，其中的速度限制和標簽數量限制分別為多少？ 你能舉出多少RFID技術在當今現實生活中應用的例子？ 傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”，你了解哪些傳感器，它們的性能如何？ 什么是多跳網絡？ 你

14、能想到哪些已經應用或適合應用無線傳感器網絡的領域？設想一下無線傳感器網絡在某一領域的應用。,第三章目錄,3.1物聯網的關鍵技術及技術難點 3.2物聯網的相關技術 3.3物聯網的感知實現 3.4現階段物聯網的安全特點及安全模型,3.2.1 ZigBee技術,概述： 無線傳感器網絡是物聯網的關鍵技術之一，而ZigBee技術則是無線傳感器網絡的熱門技術。ZigBee是一種低數據傳輸速率的短距離無線通信技術，其出發點是希望發展一種拓展性強，容易布建的低成本無線網絡，強調低功耗、雙向傳輸和感應功能等特色。 2002年由英國Invensys公司、日本三菱電氣、美國摩托羅拉公司宣布組成ZigBee技術聯盟，

15、共同研發ZigBee技術。IEEE也于2003年制定了針對ZigBee技術的IEEE 802.15.4-2003無線規范，定義了一種新的無線設備的物理層和MAC層，并致力于開發一種可以應用在固定或移動設備上的低成本、低功耗、低速率的無線連接技術。,1.1.2 visualSTATE事件處理機制,ZigBee協議,ZigBee協議自下而上包括物理層、MAC層、網絡層、安全層和應用層。其中，物理層和MAC層由IEEE 802.15.4定義，網絡層、應用層和安全服務由ZigBee聯盟定義。 IEEE 802.15.4物理層 IEEE 802.15.4 MAC層 ZigBee應用層,ZigBee技術強

16、大的組網能力,網狀型拓撲結構的網絡具有強大的功能，可以通過“多級跳”的方式來通信，還可以組成極為復雜的網絡，而且這種網絡還具備自組織、自愈功能；星型和樹型網絡適合多點、距離相對較近的應用。每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料，而且每一個ZigBee網絡節點還可在自己信號覆蓋的范圍內。,ZigBee技術強大的組網能力,3.2.2 IPV6技術,物聯網豐富的應用和龐大的節點規模既帶來了商業上的巨大潛力，同時也帶來了技術上的挑戰，使物聯網陷入如下網絡困境： 物聯網由眾多的節點連接構成，無論是采用自組織方式，還是采用現有的公眾網進行連接，這些節點

17、之間的通信必然牽涉到尋址問題。 目前互聯網的移動性不足也造成了物聯網移動能力的瓶頸。 網絡質量保證也是物聯網發展過程中必須解決的問題。 物聯網節點的安全性和可靠性也需要重新考慮。,基于IPv6技術的物聯網技術解決方案,為了走出物聯網的各種網絡困境，提出了基于IPv6技術的物聯網技術解決方案，該方案包括： IPv6地址技術 IPv6移動性技術 IPv6服務質量技術 IPv6安全性與可靠性技術。,IPv6存在的技術問題,IPv6具有很多適合物聯網大規模應用的特性，但目前也存在一些技術問題需要解決。例如無狀態地址分配中的安全性問題，移動IPv6中的綁定緩沖安全更新問題，流標簽的安全防護，全球任播技術

18、的研究等。雖然IPv6還有眾多的技術細節需要完善，但從整體來看，使用IPv6不僅能夠滿足物聯網的地址需求，同時還能滿足物聯網對節點移動性、節點冗余、基于流的服務質量保障的需求，很有希望成為物聯網應用的基礎網絡技術。,3.2.3 M2M技術,從狹義上講，M2M是將數據從一臺終端傳送到另一臺終端的技術，也就是機器與機器（Machine to Machine）的對話，但從廣義上講，M2M可代表機器與機器（Machine to Machine）、人與機器（Man to Machine）、機器與人（Machine to Man）、移動網絡與機器(Mobile to Machine)之間的連接與通信，它涵

19、蓋了所有實現人、機器、系統之間建立通信連接的技術和手段。,M2M技術的發展現狀,國外 當前M2M技術已經在歐美、韓國和日本實現商用，主要應用在安全監測、機械服務和維修業務、公共交通系統、車隊管理、工業自動化、城市信息化等領域。Sprint已經通過ODI（Open Device Initiative）計劃認證了160個廠商的M2M終端設備，這些終端設備被廣泛應用到智能抄表、無線POS機、車載管理等多個行業領域內。 國內 我國正處在工業化和信息化融合的網絡化推進階段，工業控制需要實現智能化、遠程化、實時化和自動化，M2M推廣應用正當其時，潛力巨大。而3G網絡建設帶來的無線帶寬突破，更為M2M服務的

20、發展提供了承載基礎。,M2M的應用領域,M2M無處不在，應用遍布各個領域，主要包括： 交通領域（物流管理、定位導航） 電力領域（遠程抄表和負載監控） 農業領域（大棚監控、動物溯源） 城市管理（電梯監控、路燈控制） 安全領域（城市和企業安防） 環保（污染監控、水土檢測） 企業（生產監控和設備管理） 家居（老人和小孩看護、智能安防）,M2M技術的典型應用,電力抄表應用 近幾年電力抄表逐漸通過自動抄表代替人工抄表，并且在偏遠山區和寒冷的大興安嶺地區都是通過數據采集來完成抄表工作。目前，電力抄表主要通過在GPRS集抄器上插入SIM卡來實現數據采集和通信功能。現在電力抄表是M2M技術最主要，也是需求量最

21、大的典型應用之一。 車載調度和監控管理 當前物流運輸管理和定位導航是M2M技術的另一個發展最為廣泛的應用。很多企業都是通過車載安裝M2M設備來實現車輛調度和物流監控管理的。 數據采集和監控領域 農業灌溉、城市照明、電梯監控和工業控制都離不開M2M產品。 智能家居應用 未來我們可以在下班之前就將家里的空調制冷、熱水器開啟、按照當前的菜譜來預訂各種食品，并且通過手機監控系統可以看到家里老人和小孩的安全狀態。,M2M的規模化、標準化問題,為了解決目前M2M發展遇到的規模化、標準化問題，除了呼吁政府加快推進兩化融合，開放一些政府信息資源外，有關專家認為運營商應該做以下幾點工作： 第一，運營商要牽頭建立

22、基于WMMP的M2M業務開放式產業鏈； 第二，運營商應該完善和繼續投資3G網絡，發揮無線帶寬優勢； 第三，大力創新發展適合運營商網絡承載的M2M業務； 第四，運營商應與應用開發商、終端廠商加強合作，建設標準化的行業應用，形成運營商建設、用戶租用的運營模式。同時，運營商要利用網絡優勢搭建全網統一的運營平臺。,M2M技術的安全需求,對簽約信息及M2M設備的保護 對通信信息的保護 M2M用戶更換運營商時的安全威脅防護 政策法規影響,3.2.4云計算技術和安全問題,概述： 物聯網具備全面感知、可靠傳遞和智能處理三個特征。物聯網大規模發展后產生的數據量將會遠遠超過互聯網的數據量，智能處理利用云計算、模糊

23、識別等各種智能計算技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化控制。可見，海量數據的存儲與計算處理需要云計算技術的應用。 但是，當物聯網將越來越多的社會資源通過網絡和云計算整合到一起的時候，安全問題也隨之而來。在云的網絡中，數據是否安全、經濟數據能否審計、大規模分布系統的錯誤和障礙對社會行為、經濟結構和經濟活動的破壞作用如何評估、如何預防等問題成為我們急需研究的課題，同時，也成為“后物聯網”時代要面臨的巨大挑戰。,云計算的定義,在IBM的技術白皮書（Cloud Computing）中對云計算作的定義：“云計算一詞用來同時描述一個系統平臺或者一種類型的應用程序。”一個云計算的平臺按需

24、進行動態地部署（Provision）、配置（Configuration）、重新配置（Reconfigure）以及取消服務（Deprovision）等。在云計算平臺中的服務器可以是物理的服務器或者虛擬的服務器。高級的計算云通常包含一些其它的計算資源，例如存儲區域網絡（SANs）、網絡設備、防火墻以及其它安全設備等。在描述應用方面，云計算描述了一種可以通過互聯網進行訪問的可擴展的應用程序。“云應用”使用大規模的數據中心以及功能強勁的服務器來運行網絡應用程序與網絡服務，任何一個用戶可以通過合適的互聯網接入設備以及一個標準的瀏覽器就能夠訪問一個云計算應用程序。,云計算的基本原理,云計算的基本原理是，通

25、過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業數據中心的運行將更與互聯網相似。這使得企業能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。這就好比是早期的單個發電站模式轉向了如今的國家電網集中供電的模式，如同全國各地的發電站組成國家電網，分布在全國各地的分布式計算機組成“云”。它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉。最大的不同在于，它通過互聯網進行傳輸的。超級計算機（分布在全國各地的分布式計算機組成“云”）連接上高速互聯網，使用者通過網絡就能獲取運算結果。因此，任何有需求的單位甚至個人都能享受超級計算機所帶來的便利。

26、,云計算的特征,基于虛擬化技術快速部署資源或獲得服務； 實現動態的、可伸縮的擴展； 按需求提供資源，按使用量付費； 通過互聯網提供、面向海量信息處理； 用戶可以方便地參與； 形態靈活，聚散自如。,國內外對云計算的關注,在國外 2007年10月Google與IBM開始在美國大學校園（包括卡內基美隆大學、麻省理工學院、斯坦福大學、加利福尼亞大學伯克利分校及馬里蘭大學等）推廣云計算的計劃。 2008年7月29日，雅虎、惠普和英特爾宣布了一項涵蓋美國、德國和新加坡的聯合研究計劃，推出云計算研究測試床，推進云計算的發展。 2008年8月3日，美國專利商標局網站信息顯示，戴爾正在申請“云計算”商標，此舉旨

27、在加強對這一未來可能重塑技術架構的術語的控制權。 在國內 清華大學的張堯學教授領導的研究小組從1998年開始就從事透明計算系統和理論的研究，到2004年前后正式提出并不斷完善了透明計算的概念和相關理論。,云計算中存在的安全問題,非法用戶 非法操作數據 數據存儲的透明度 數據加密 數據的高可靠性 操作記錄 行政干預 持久的服務,應對安全問題的策略,數據內容 身份認證 使用過濾器 數據中心的管理 云計算供應商的服務,實現云計算與物聯網結合的四個關鍵技術點,互聯網技術在物聯網的擴展，包括IP技術在各種物體的實現，無線接入網絡，網絡與信息的融合等方面。 IT虛擬化技術（云計算的基礎），實現了IT虛擬化

28、，才能真正實現資源共享和IT服務能力的按需提供。這就涉及到服務器、網絡和存儲虛擬化。如果能將服務器、網絡和存儲進行融合，讓服務器與網絡、網絡與存儲之間也能夠達到資源共享的虛擬化，這將會在計算能力的有效利用、服務能力的錯峰處理和綠色節電環保等方面更具有吸引力。 如何對物聯網、云計算平臺進行管理、控制和應用，才能讓其更好地實現可靠、安全、連續的服務。 基于云計算和物聯網的各種業務與應用，只有通過合適的業務模式和實用的實際服務才能讓物聯網和云計算更好為人類服務，才能形成一個有效、良性的價值鏈體系和業務生態系統，從而推動整個信息產業、IT及各行各業良性地可持續發展。,3.2.5云連接技術,概述： 物聯

29、網的實質是整合感應層、連接層和應用層，“云計算”平臺將在各種通信網絡與互聯網形成的融合網絡中，分布云連接節點，從而實現各種信息之間的交互與共享，突破物聯網發展的“連接層”技術瓶頸。 所謂云連接（Cloud Connection）是指將網絡以最安全、最快速的方式實現互聯，以按需、易擴展的方式將應用安全、可靠、快速地交付給所需者。 云連接是云計算時代網絡連接的綜合表現，它融合了SaaS、應用交付、P2P等多種模式和技術，每一個用戶等同于一個節點，實現大量客戶端的“超節點池”應用，用戶只需要建立連接通道，就可以隨時通過各節點從任何地方安全、高速地獲取所需資源。,云連接的主要特征,隨時隨地地獲取所需資

30、源。 只要建立連接通道，用戶就可以通過一個唯一的通行證在任何設備、任何網絡環境下按需獲取資源。 連接性能。 采用超級節點技術，用戶獲取所需應用的安全性及速度更有保障。,云連接的原理,思考題,什么是DSSS擴頻技術？ 了解BPSK和O-BPSK調制方式。 什么是網絡信標（Beacon）？ 與IPv4相比，IPv6有哪些優點，IPv6的推廣使用難點在哪里？ 什么是虛擬服務器，與物理服務器有何不同？ 你能想到哪些設備可以用在物聯網的感知層，哪些設備可以用在物聯網的應用層？ 根據云連接的基本原理，如同3.2.5一節中的舉例設計一個應用場景。,第三章目錄,3.1物聯網的關鍵技術及技術難點 3.2物聯網的

31、相關技術 3.3物聯網的感知實現 3.4現階段物聯網的安全特點及安全模型,概述,物聯網是將各種信息傳感設備，如射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、遙感系統、無線傳感器網絡、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的，是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別和管理。 在物聯網中，射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、遙感系統、無線傳感器網絡、激光掃描器等裝置，就猶如人的眼睛、耳朵、鼻子，可以分別去感知外界事物的不同信息，射頻識別技術和無線傳感器網絡在本章第一節中已經講述，本節主要講述紅外感應技術、全球定位技術、遙感技術、激光掃描器。,3.3.1紅外感應技術,概述：

32、人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。比紫光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線。自然界中絕大多數物體都可以看成紅外線輻射源。 紅外傳感器是一種能探測紅外線的器件，能把紅外輻射量變化轉換成電量變化。按其工作原理可分為熱電型和光電型紅外傳感器。熱電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱效應制成的，采用熱敏元件。,熱釋電效應,當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現象，被稱為熱釋電效應。通常，晶體自發極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發極化電矩不能表現出來。當溫度變化時，晶體

33、結構中的正負電荷重心相對移位，自發極化發生變化，晶體表面就會產生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電效應形成的原理如下圖所示。,熱釋電傳感器的工作原理,熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監測范圍內溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上產生電荷Q，即在兩電極之間產生一微弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷Q會跟空氣中的離子結合而消失，當環境溫度穩定不變時，T=0，傳感器無輸出；當人體進入檢測區時，因人體溫度與環境溫度有差別，產生T，則有信號

34、輸出。若人體進入檢測區后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。,熱釋電紅外傳感器的結構及內部電路,3.3.2全球定位技術,概述： 全球定位技術，是當今世界發展最為迅速的科學技術之一。它已被廣泛應用于軍事、航空航天、交通運輸、航海等諸多領域。全球定位技術的高度自動化及所達到的高精度和具有的發展潛力，也引起了廣大測量工作者的極大興趣并已在測量工作中得到較為廣泛的應用， 對經典大地測量學的各個方面產生了極其深刻的影響。在大地測量學及其相關領域， 如海洋大地測量學、衛星遙感、工程變形監測、精密工程測量、地殼運動監測、城市控制網的改善等方面的應用及其所取得的成功

35、經驗，充分地顯示了這一衛星定位技術的高精度、高效益， 充分地展示了它的顯著的優越性和巨大潛力。,GPS全球衛星定位系統的組成,空間部分GPS星座 地面控制部分地面監控系統 用戶設備部分GPS信號接收機,GPS定位原理,ri = ( x - xi )2 + ( y - yi )2 + ( z - zi )2 1/2 + ctu + c(tAi -ti ), (i = 1, 2, 3, 4),全球定位系統的特點,全球覆蓋 全天候 多用途,3.3.3遙感技術,概述： 遙感起源于20世紀60年代，它的特征是不直接接觸被研究的目標，感測目標的特征信息（一般是電磁波的反射、輻射和發射輻射），經過傳輸、處理

36、，從中提取人們感興趣的信息，這個過程叫遙感。遙感技術則是實現這種過程所采取的各種技術手段的總稱，遙感包括攝影、陸地、航空、航天攝影測量等技術。,遙感技術的分類與發展,遙感技術依其波譜性質，可分為： (1)電磁波遙感技術 (2)聲學遙感技術 (3)物理場遙感技術 電磁波遙感技術經過了地面遙感技術、航空遙感技術、航天遙感技術三個階段。隨著空間技術、電子技術、光學技術和計算機技術的發展，遙感器的運輸工具從飛機很快發展到衛星、宇宙飛船和航天飛機，遙感譜段從可見光發展到紅外和微波，遙感信息的記錄和傳輸從圖像的直接傳輸到非圖像的無線傳輸。,遙感技術的特點,遙感技術日益呈現出“三高”（即高光譜、高時間分辨率

37、、高空間分辨率）、“三全”（即全天候、全天時、全球）、“3W”（即What、When、Where）、“三結合”（即大小衛星結合、航空與航天結合、技術與應用結合）等特點，這些都為遙感技術在全社會的廣泛應用提供了很好的基礎。尤其體現在人流、物流、信息流高度集中和膨脹的城市當中，遙感技術的發展更是日新月異，其應用的深度和廣度都在飛速拓展。,3.3.4激光掃描器,概述： 激光掃描器是一種遠距離條碼閱讀設備，因其性能優越，而在各個行業中被廣泛應用。它有單線掃描、光柵式掃描和全角度掃描三種掃描方式。手持式激光掃描器屬單線掃描，其景深較大，掃描首讀率和精度較高，掃描寬度不受設備開口寬度限制；臥式激光掃描器為全角掃描器，操作方便，操作者可雙手對物品進行操作，只要條碼符號面向掃描器，不管其方向如何，均能實現自動掃描，超級市場大都采用這種設備。,激光掃描器的基本工作原理,如上圖所示，手持式激光掃描器通過一個激光二極管發出一束光線，照射到一個旋轉的棱鏡或來回擺動的鏡子上，反射后的光線穿過閱讀窗照射到條碼表面，光線經過條形碼的條或空的反射后返回到閱讀器，由一個鏡子進行采集、聚焦，通過光電轉換器轉換成電信號，該信號將通過掃描器或終端上的譯碼軟件進行譯碼。,激光掃描器的工作流程,激光掃描器的優點,可以很