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                【2021APC大会精彩分享】中国科学院院士褚君浩:智能时代背景下的信息传感与通信

                时间:2021-12-16 18:41:55

                2021年12月16日,由亚太光纤光缆产业协会(APC)和中天科技集团联合主办的APC’2021全球光纤光缆大会在线上成功举办。本次大会得到全球行业机构及领军企业的高度重视和高度关注。来自知名的运营商领导、院士专家、全球光通信行业领袖企业、以及光通信产业链上下游企业高管近千余人参会,本次会议亮点颇多,干货满满,精彩纷呈。

                接下来为大家分享2021APC全球光纤光缆大会重磅嘉宾带来的精彩报告。以下是演讲实录:

                对于智能时代背景下的信※息传感与通信,中国科学院院士褚君浩从智能时代大趋势,科技创新,提升信息传感技术,三个方面就物联网技术推动数字城市建设的主题展开了详细的分析演讲,从工业革命的规律、发明、应用的发展脉络进行技术推理,从量变到质变解读技术的跃迁。褚君浩院士表示,在智能时代背景下面,科技创新不断提升信息传感跟数字技术的水平,促进物联网智♂慧城市的建设,从而推动㊣ 数字经济的发展,提高人们的生活水平。

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                中国科学院院士褚君浩

                一、智能时代大趋势
                人类经历过三次工业革命,第一次工业革命是18世纪,以机械化为特征,主要是蒸汽机的发明,使得我们从过去的牛车、马车、帆船发展到了火车,轮船、纺织机等。第一次工业革命呢把我们的劳动力呢从农村影像城市开始了城市化的进程,我们的生产力得到了巨大的发展。第二次工业革命是19世纪以电气化为特征开始的,从实验室里面出发,由于能量守恒定律跟电磁学规律的发现,使得人类能够研制发明电动机发电机,极大的推动了工业生产的水平。

                第一次工业革命的特点是先有技术,再上升到科学,再反过来推动技术的发展。

                第二次工业革命首先是在实验室里面做出来的,实验室里面发现了一些电磁学的规律,发现了这个规律以后,就做出了电动机发电机,然后再提高他们进行再进行科学的研究,又反过来推动它的技术的发展。

                前两次工业革命,虽然它们的特点有些不一样,但是有一个共同特点,就是科学跟技术交叉推动,通过规律的发现开始技术的发明,从而得到应用。
                第三次工业革命,如果也用语言来描写,那么就是第三次工业革命是信息化。由于原子物理、量子力学、固体物理、现代光学和半导体科学技术的发现,促进我们电子技术、微电子技术、原子◥能技术、光学技术、新材料技术、信息技术等一系列事业的发展。

                第三次工业革命,可以用信息化来描写它,它的源头也是来源于我们一些基础理论的研究,比如我们有了量子力学,然后有半导体技术,从而发明了半导体、晶体管、集成电路,有了数据辐射的理论,研制发展出来激光。有了光纤,使得我们光纤通讯能够盛行。

                当我们有了麦克斯韦方程组,电子描写麦克斯韦方程电磁波的麦克斯韦方程组,无线通讯技术得以研究,基础研究在不断的来推动技术的发展。为提供发展的光纤技术,为信息传输提供高速低成本的方案,也是现在互联网硬件基础。那么,由于麦克斯韦方程组描写电磁波,但我们利用电磁波的特性发明了无线通迅。那么现在电磁波理论是无线通讯的基础,所以我们从机械化时代到电气化时代再到信息化时代,我们要发展到智能化的时代,这是一个起点时期,量变会引起质变,有好多新的思想、新的理念、新的技术。

                新的工业革命如果我们用几句话来说,就是从机械化、电气化、信息化过渡到智能化也就是智能时代,智能时代的特点是把智慧融入到一个物理的系统里面去,所以智能时代的核心就是智能化的系统,那么智能化的系统有三大支柱,那就是动态感知,智慧设备自动反应,动态感知靠传感器,智慧设备靠大数据靠物理模型,自动反应靠我们的控制理论。

                它的基础平台是物联网、光通讯、WiFi及6G,智能化系统应用的场合就是数字城市、智慧地球、人工智能机器人。在智能化的系统■里面呢,非常重要的一个关键就是数字化,因为只有数字化才能定量化,才能精准化,才能规律化,才能智能化。

                此外,是智能化制造技术,先进材料,极端制造。然后就是智能化的诊断,修复技术,智慧医疗,还有就是传统工业的︻优化升级。所以里面的核心是智能化系统,它所推动的是数字经济,在这样一个智能化系统的数字经济体系里,物联网大数据是非常关键的一些核心技术。

                二、科技创新,提升信息传感
                我们日常生活中可以发现好多传感器,化学传感器,物理传感器、电传感器、深传感器、机械传感器等,在实际的生活中应用的也非常普遍。比如智能马桶盖,里面有热传感器、光传感器,电子温度计,火险报警,血压计、人体感应灯、触摸屏、自动感应门等等。在汽车里面也有各种传感器,有温度、压裂、位置、浓度、流量、声音、光、电等。

                在光电传感器中,我们有深空断侧、边缘断侧、高速目标,人工智能无人机光电载荷,就要求我们的传感器能够看得准,看得快,看得清。这对我们的传感器的性能提出了更新的要求,我们就要发展一些新原理新结构那种高灵敏全波段器件。

                除了光电传感器以外,我们也要大力发展其他类别的传感器,发展物联网的技术。那么现代传感技术,主要的一个特点就是多传感多频谱,还有融合,还要把它集成起来。这样的一个传感技术。所以,我们要发展多种种类的传感器,包括红外、紫外、x光、伽马射线,压力震动声响电池、化学生物单光制成传感器,同时呢发展多频谱范围的传染,占单细胞单分子单元子单光子信息的那种传感器件。

                曾经∮在美国,提出要万亿传感器,让我们的地球变得更加透明,这个信息呢都能够更好的获得信息。现在传感器发展的趋势就是高精度、高灵敏、高速响应,高稳定性、高可靠性。那么微型化、柔性化、多功能集成化,同时要数字化、智能化、无线通信化∮。那么,还要有很强的环境适应能力,要绿色环保节能,这是现在传感技术发展的趋势,它对我们技术的要求越来越高。

                那么,通过我们传数字传感信息传感技术,可以发展数字光电数字传感就会得到各种不同的大数据。比如,用于遥感,就能得到遥感大数据,用于物理探测,就有物理探测大数据,大数据用于医疗就是医疗大数据、城市大数据、交通大数据等等,物联网推动了我们数字城市的建设与发展。

                三、物联网技术推动数字城市建设
                “智慧城市”的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相承,但更注重信息资源整合集成,更强调城市管理协调统筹,是信息化城市和数字城市建设的更高级阶段,是工业化和信息化的高度集成。

                现在有个概念叫:发展智慧地球,那么智慧地球或者智慧城市它是怎么定义的呢?它就是互联网加上互联网,IBM总裁彭明胜曾经做过一个报告,他说智慧地球是下一代领导人的议程,温家宝总理曾经有一次在无锡考察物联网产业的时候,也做了一个讲话,他说把所有的物品通过信息传感设备互联网连接起来,进行智能化的识别和管理。我认为这是对我们互联网的发展呢提出了明确的方向,那么智慧城市的建设,严格来说,除了互联网加上互联网,还要加上一个模型跟∑控制,因为我们要感知、互联、分析、反应,要把4个方面都把它连接起来。

                用通信把信息传到需要的地方去,要进行智慧的分析,然后我们要还要采取反应,措施进行应对。所以在这个过程里面,互联网技术里面有两个核心技术,一个就是实时感知技术,靠传感器。第二个是智慧分析师和模型分析和大数据分析。比如,如果我们每个人身上有一个新上传,传感器收集了新上的信息以后,又切实的通过我们的光纤通讯WiFi传到指挥中心,指挥中心和数据分析中心就分析这些信息。

                面向智慧城市框架建设,首先,要推动高性能空天地海信息获取技术,构々建光电信息数字城市和城市群模型。然后提升信息获取存储和分析水平,实现大型城市集群的智慧治理;第三点是构建城市群智慧场景,建立城市群模型;第四点是通过多学科交叉,梳理城市治理功能,发掘核心需求。

                在智慧城市中☆,包含智慧医疗、智慧政务、智慧交通、智慧社区、智慧教育、智慧金融、智慧生活、远程办公、数字经济等。

                在智慧交通物流贸易上的表现,通过北斗通信模块、北斗/GPS定位模块、RFID、电子安全锁、传感器、低功耗蓝牙以及微处理器的可靠集成,集北斗定位、通信、数据采集于一体的集装箱跟踪与监控终端,为集装箱大规模物流运输提供了全天候安全保障。

                在智慧医疗文化教育上,在多领域通过智慧手段,实现实时↘监控,实时交互。在智慧社区安居上,可以自动完成温度、湿度、亮度调节,实现家庭安保、娱乐、远程控制等功能。

                在面向人√民生命健康的表现上,构建安全健康的城市,加强生物信息学研究,提升智慧医疗水平,加强城市防疫应急保障体系建设,构建全程数据化信息医学模式,把全生命周期健康管理观念贯穿数字城市的规划、建设、管理全过程★。在数字化技术应对COVID-19上,实现疫情检测、疫情追踪、密接人员排查、医疗用品预约发放,医院挂号预约、健康码位置轨迹查询、药品配送、快递外卖、人员密集场所管控等。

                在智能时代背景下面,科技创新不断提升信息传感跟数字技术的水平,促进物联网智慧城市的建设,从而推动数字经济的发展,提高人们的生活水平。



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