萬億傳感器革命提升社會公共服務

摘 要：在社會基礎設施和社會公共服務之中，傳感器系統將因其廣泛的感應與強大的計算能力，而被大規模采用。“萬億個傳感器覆蓋地球（Trillion Sensors Universe）”計劃，旨在推動社會基礎設施和公共服務中每年使用1萬億個傳感器， 可以預見，在不久的將來，我們身邊將到處布滿傳感器。

關鍵詞：傳感器；社會基礎設施；公共服務

2013年，傳感器受到全社會新的關注，許多國家開始提出“萬億傳感器”的口號。

1 美國：首先提出“萬億傳感器革命”

“萬億傳感器革命”這一說法，最初出現在美國的產學聯合會議“萬億傳感器峰會（TSensors Summit）”上。

該會議由仙童半導體公司副總裁Janusz Bryzek、加州大學圣地亞哥分校工學院院長Albert P. Pisano等共同主持。支持并參加該會議的有來自ICT （信息通信技術）、零部件（半導體、電子部件）行業，以及大學和研究機構的眾多著名企業和組織。

圖1 “萬億傳感器”的普及進程

會議提出“萬億個傳感器覆蓋地球（Trillion Sensors Universe）”計劃，旨在推動社會基礎設施和公共服務中每年使用1萬億個傳感器，如圖1所示。1萬億，這個數字相當于目前全球傳感器市場需求的100倍。可以預見，不久的將來，我們身邊將到處布滿傳感器。

仙童半導體稱，10年后，傳感器數量將突破1萬億個；再過10年，會達到數10萬億個。

2 日本：啟動多項“傳感器”大規模應用計劃

社會基礎設施老化、老齡人口增加，再加上資源與糧食的不足……日本未來需要應對的社會公共服務問題很多。2013年4月，日本經濟產業省啟動了“傳感器技術在社會公共服務中的應用開發項目”，項目內容涉及對建造使用10年以上的橋梁及道路等進行維護管理、改善農作物栽培環境、通過測量人類體征信息及時發現疾病等。

2013年7月，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）公布了該項目委托研究機構。其中，社會以及工業基礎設施領域由日本納米光電工學推進機構、NEC、日本首都高速道路技術中心牽頭；農業領域由日本產業技術綜合研究所、松下等牽頭；醫療健康領域則由日本NMEMS技術研究機構負責，并計劃2014年4月成立專門項目組，通過計算機解析來自傳感器采集的大量數據。

2013年6月14日，日本內閣會議通過了日本未來IT戰略《打造全世界最先進的IT國家宣言》，宣言提出“2020年度前利用傳感器對日本20%的重要基礎設施及老化基礎設施進行檢測和維修”、“對醫療護理及生活救助服務的相關傳感器技術及機器人技術等進行開發驗證與商用化”等目標。

3 未來社會基礎設施的核心為傳感器與執行器

廣義上的社會基礎設施具體包括：

（1）大樓、住宅、橋梁、水壩等建筑的管理及安全保障；

（2）鐵路、船舶、飛機及汽車等交通工具的安全保障；

（3）人類健康管理及老齡人口護理；

（4）提高農業及畜牧等第一產業的效率；

（5）能源相關基礎設施的維護等。

圖2中的藍色物體為日本富士電機的振動傳感器，左下是安裝這一傳感器的該公司大樓；中間的社會公共服務元件是日本豐橋技術科學大學的土壤養分傳感器，箭頭對應的是安裝這一傳感器的農田；右邊的社會公共服務元件為德國不來梅大學（University of Bremen）可對人體神經等產生作用的電極，箭頭對應的為日本羅姆公司用近紅外線圖像傳感器拍攝的人的手指。

圖2 利用傳感器、大數據等解決社會公共服務問題

不管是哪個領域，未來的系統構成大體上相同。首先，要在作為對象的基礎設施上安裝用網絡聯接起來的無數個傳感器，用來收集關于基礎設施狀態的數據。然后根據采集到的數據，評估基礎設施的使用狀態，并在必要的情況下發出警報，或是進行恰當的調控。比如，監控橋梁及建筑時，利用光纖傳感器及加速度傳感器來采集建筑的數據，并運用數理統計方法來解析是否存在異常，如果有問題就發出警報。

這樣的系統被稱作傳感器網絡或物聯網。這一概念很早以前就有，但是并未得到真正普及。現在，因傳感器大規模應用，情況正在發生轉變。

技術環境的不斷完善，也將加速傳感器的使用。智能手機因配置了加速度傳感器及無線通信模塊，而變得非常易于使用。通信技術方面，除了WLAN、藍牙之外，還有一些國家規劃出920 MHz波段等，無線通信方式的選擇越來越多。數據分析技術也因為大數據的用途增加而快速發展。

同時，隨著“開放數據”管理辦法上的成熟，開放數據與傳感器數據想結合分析，將賦予解析結果更多附加值。開放數據是指氣象數據、城市基礎數據、人口動態等。云計算匯集傳感器采集的數據，與開放數據進行結合比照，經過大數據技術進行解析之后，可提升各項分析的精準度。

可以說，社會基礎設施、社會公共服務之中，傳感器系統將因其廣泛的感應與強大的計算能力，而被大規模采用。