从真实应用看遥感技术在物联网发展下的演进

遥感技术   物联网

现在，随着新的数据采集平台，更小、更高效的传感器以及云计算等技术的到来，遥感技术的重大创新迫在眉睫。我们正在超越对传统遥感技术的理解，如航空测绘、地理信息系统和地球观测学科，扩展到另一个近年发展火热的概念——工业物联网（IoT）。

2025年物联网将带来4~11万亿美元的潜在经济影响

据了解，自1858年Gaspard Felix Tournachon开创性的航拍照片以来，遥感技术已经走过了漫长的发展道路。虽然遥感技术在不断进步，但在某些方面多年来仍然相对没有改变：数据采集的频率。

现在，随着新的数据采集平台，更小、更高效的传感器以及云计算等技术的到来，遥感技术的重大创新迫在眉睫。我们正在超越对传统遥感技术的理解，如航空测绘、地理信息系统和地球观测学科，扩展到另一个近年发展火热的概念——工业物联网（IoT）。这些融合平台上的互连设备可以持续不断地传输数据，为我们生活的世界打开全新的视角。

160多年前，自Tournachon俯身在热气球的侧面拍摄始，用于测绘目的的遥感实践已经发生了巨大的变化：从航天图像的人类解读到使用数字摄影测量；从可见光图像演变到光谱图像；从摄影测量到激光雷达（LiDAR，它依靠脉冲激光对目标区域生成3D数字图像）。

不同的应用案例，相似的目标

虽然地理空间应用的遥感能够使我们“看到”并更了解我们周围的环境，但这通常不会被视为一种持续的监测手段。其中很大一部分原因，是遥感平台通常仍然安装在飞机等飞行器上使用，这是遥感历史，也是推动该领域发展的应用案例。

卫星仍然在远程数据采集中发挥着重要作用

这些应用案例（主要集中在测绘和地球观测）需要卫星和飞机等平台。传感器的外观尺寸由这些应用案例决定。因此，遥感与数据采集频率有关，采集频率通常以月为单位进行测量。甚至能够提供最高采集频率的卫星，也受到传感器类型和数据准确性的限制。

在互联网、宽带网络以及微机电系统（MEMS）发展的推动下，各种应用案例驱动着物联网（IoT）的发展。源于“普适”或普适计算的观念，物联网这一概念是在供应链管理的背景下构建的，特别是围绕将RFID数据与互联网相结合的理念。

从那时起，物联网的发展一直围绕着内置或嵌入式传感器通过互联网传输数据的原始概念。根据应用和器件类型，物联网传感器可以传递有关水速、水压或气压、温度、风速、心率、室温和许多其他数据点的信息。与使用表面电磁（EM）反射特性的遥感不同，物联网传感器通常是记录物理量测量的机电传感器。根据测量结果，系统可以返回命令以启动或停止某些操作，或者创建有关潜在问题的警报，以确保主动维护。

遥感和物联网之间的界限越来越模糊

遥感和物联网学科的发展，模糊了这个两个之前不同世界的界限。这两种技术的发展都受到了相似需求的驱动，但是它们是根据各自构建的环境而演进的。实际上，遥感和物联网类似于在相邻但具有不同特征的岛屿上生长的同一种花或果实。例如，两者都源自高效地大规模收集数据需求，而无需人类创建数据。而且，两者都已经发展为创建数据和分析，以将大规模数据简化为容易理解的认识。

目前存在一些监视和检测应用，需要频繁地观测以收集数据，因为这些应用在小的时间增量内可能发生变化，如果没有及时检测到，则可能付出高昂的成本。

对于这些应用，遥感和物联网本质上是互补的方案，它们能够为解决问题提供不同的优势。实际上，在这些情况下，遥感方案基本上可以被认为是“外在物联网”，以将其与使用嵌入式传感器的更传统的物联网定义进行对比。它们只能从外部传感器和嵌入式物联网传感器提供的数据流中汇集外部观测结果。

例如，管道中的传感器可以检测到截面上的压力下降，但是外部高光谱传感器可以将该压力下降与地面中的油或水的存在相关联。结合分析，这些技术产生的数据有可能提供广泛的新见解，以降低成本，提高系统性能，并主动警告可能出现的问题。

推动这种融合的发展包括了机器人、无人机平台的出现，光谱传感器可以安装在这些更小的平台上。这些新平台的移动性和成本优势，使其成为持续部署的理想选择，而不是更传统的机载平台。更轻、更便宜的传感器使这种融合更加完善。

其他催化剂包括用于大数据的云计算的成熟（遥感数据即使不是很大也是如此），以及用于自动运行机器人和使用激光雷达进行障碍物检测的开放式软件平台。所有这些发展共同为开发和部署高投资回报的外部物联网解决方案，创造了有利环境。

随着这些趋势的融合（所有这些都利用互联网、云和分析来提供更深入的认识），有可能提供大量新的应用案例来保护关键基础设施，保护环境，以及改善公共安全。

真实应用

对于变电站，恒定电流和电压测量是必要且至关重要的。今天，大多数数字化变电站都安装了传感器，例如光纤电流传感器（FOCS），这是对传统仪表变压器技术的改进。这些传感器收集的测量值被整合到电气公司控制室的仪表板中。

光纤在遥感中发挥着重要作用

与此同时，具有前瞻性的公用事业单位也开始安装配备激光雷达的自动运行机器人，以及用于监测变电站的热和多光谱传感器。这些变电站通常位置偏远，限制了公用事业员工的造访频率。通过使用机器人连续监测变电站状况，公用事业单位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。

当收到某些超过阈值的参数通知时，公用事业单位可以派遣员工到变电站完成维修或组件更换，避免造成灾难性中断。这些数据的整合不仅能够提供更丰富的信息流和近乎实时的感知，还创建了可以进行趋势挖掘的多维数据历史记录。

类似地，管道操作员通常使用沿管道的压力、温度和振动传感器来连续记录测量值。现在，几种大型商用无人机能够长时间保持高空悬停，同时有效负载集成多个传感器。随着对无人机超视距（BVLOS）限制的放松，配备传感器的无人机将变得更加流行，可作为持续监控数据和可视化潜在问题的手段，补充当前接收的传感器数据系统。

这些例子只是融合遥感和物联网的开始，与高级分析相结合，将有能力改变我们的工作、生活和娱乐方式。

工业物联网的前提是传感数据的互联，为分析和认识创造可能，可以显著提高效率，使组织更智能、更灵活。源自新平台的遥感数据增加了新的能力，并为各种组织提供了额外的工具补充，以帮助实现物联网的全部功能。