11.2  智慧城市的技术研究重点

智慧城市技术研究重点的选择，一是要与智慧城市深度应用拓展密切相关，二是要属于智慧城市整体技术演进不可或缺的关键点。即一方面要立足于突破技术瓶颈，另一方面要充分考虑目前智慧城市初级阶段的特征，有助于走出低层次应用和低层次技术相互制约的困境。因此，针对以上所分析的四个技术瓶颈，下一步智慧城市的研究重点有以下方面。

11.2.1  推动感知技术的发展

智慧城市首先需要通过感知世界来获取信息，感知技术的发展是智慧城市发展的前提，感知技术其实包含了两种不同的技术：传感器和无线传感网。感知技术需要不断向着高性能、低能耗、微型化、低成本方向发展，才能为实现各种智慧城市应用提供丰富的想象空间，扩大智慧城市应用的范围。

1．传感器技术概述

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会（International  Electrotechnical  Committee，IEC）的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。

进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。

德国和俄罗斯学者认为传感器应是由两部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分，如图11-2所示是各种传感器的实物图。

传感器的种类非常多，现有的传感器超过3万种，传感器按照不同的维度来划分，主要有以下几种分类。

（1）按照有源和无源划分

可以分为有源传感器和无源传感器两大类。

— 有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。

— 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励源。

（2）按照工作原理划分

传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态（即过程）的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器两大类。

— 物理传感器：传感器工作原理应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，被测信号量的微小变化都将转换成电信号，如图11-3所示。

— 化学传感器：化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号，如图11-4所示。

 图11-3  物理传感器

图11-4  化学传感器

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

（3）按用途划分

按传感器用途来划分，有压力敏和力敏传感器、位置传感器/液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器、视频传感器等。

（4）按输出信号划分

按传感器的输出信号作为分类标准，可将传感器分为以下几种。

— 模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号；

— 数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）；

— 膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接转换）；

— 开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

（5）按照制造工艺划分

按照传感器的制造工艺，可以将传感器区分为以下几种。

— 集成传感器：是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

— 薄膜传感器：是通过沉积在介质衬底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。