Перспективы развития интеллектуальных сенсоров. Заключительные замечания

Оборудованное такими системами сенсоров жилище принято называть " умным домом " (англ. Smart Home, рис. 28.5).

увеличить изображение
Рис. 28.5. "Умный дом". Показана лишь часть его основных систем

Управлять "умным" домом можно при помощи сенсорной панели. Используя высвечиваемые на ней меню, Вы легкими касаниями к соответствующим "клавишам" сможете сами создавать сценарий вашего уюта и комфорта.

28.1.3. Интеллектуальный транспорт

Разумно подобранные системы интеллектуальных сенсоров позволят повысить эффективность функционирования и комфортность не только жилищ людей, но всех других сложных устройств: установок, оборудования, производственных, медицинских, оздоровительных, развлекательных и спортивных комплексов и т.д. Системы интеллектуальных сенсоров являются основой для создания умных рoботов по уходу за детьми, инвалидами, домашними животными и растениями, для выполнения функций личного секретаря, повара, уборщика и т.п.

В качестве примера остановимся кратко на системе сенсоров, необходимых для реализации т.н. " интеллектуального транспорта " [ [ 160 ] , [ 212 ] , [ 232 ] , [ 327 ] ]. Речь идет не только об " интеллектуальных транспортных средствах ", но и об " интеллектуальных дорогах ", " интеллектуальных транспортных системах " в больших городах и регионах, " интеллектуальных системах доставки грузов ".

Ещё в 1997 г. прессе был представлен экспериментальный автомобиль "CyCab", разработанный совместно компаниями EDF, RATP и Andruet S.A. (США). Благодаря компьютерной системе управления, он может управляться не только водителем с помощью джойстика, но и работать полностью автоматически в различных режимах ( рис. 28.6).

Рис. 28.6. Интеллектуальный электромобиль "CyCab": 1 – видеокамера; 2 – ручка управления; 3 – сенсорный экран; 4 – интеллектуальный сенсор дистанции; 5 – сенсоры ИК связи; 6 – УЗ сенсоры для избегания столкновений; 7 – привод управления; 8 – по одному электромотору на каждое колесо; 9 – по одному электрическому тормозу на каждое колесо; 10 – 4 аккумуляторных батареи и система электропитания

"CyCab" – это двухместный электромобиль массой 300 кг и размерами в плане 1,9x1,2 м, имеющий по одному электромотору мощностью 1 кВт на каждое колесо, развивающий скорость до 30 км/час и обеспечивающий дальность пробега 40 км без подзарядки.

Кроме сенсоров, указанных на рис. 28.6, в состав системы сенсоров входят датчики тока через каждый электромотор, крутящих моментов, моментов сил сопротивления, действующих на каждое колесо, скорости вращения. Могут использоваться также приемник сообщений о ситуациях на дорогах, сенсор координат GPS, навигатор, сенсоры давления в шинах и др.

В электромобиле реализованы две технологии управления: ручного и автоматического. В ручном режиме пассажир ведет автомобиль с помощью ручки управления 2 (джойстика) и сенсорного экрана. Джойстик соединен с компьютером, который непосредственно управляет движением, обеспечивая его безопасность. Например, он автоматически ограничивает скорость на поворотах и в других опасных местах. Для управления не требуется специальных навыков, электромобилем может пользоваться каждый. Через сенсорный экран можно узнать свое местоположение, скорость движения, пройденную дистанцию, еще возможную дальность пробега; можно установить автоматический режим работы электромобиля, связаться со службой поддержки и т.д. Также можно реализовать и другие режимы автономного движения (например, радиоуправление или движение по указателям). Этот электромобиль был разработан с учетом всех требований, которым должен удовлетворять общественный транспорт массового пользования: экономичность, небольшие размеры, надежность, простота управления и обслуживания.

Уже доказана возможность создания на основе этого автомобиля в ряде городов эффективной транспортной системы с целью уменьшить количество личных автомобилей. Множество таких электромобилей, своего рода такси без шофера, доступно всем пользователям с помощью электронной кредитной карты. Такое "такси" можно "взять" на стоянке или вызвать через Интернет. Тогда оно само подъедет к указанному клиентом месту. Когда клиент освобождает "такси", электромобиль сам отъезжает к ближайшему месту парковки и подзаряжает аккумуляторы. Такой вид транспорта удобен для пользования, создает мало шума, не загрязняет атмосферу, занимает мало места и экономичен.

В настоящее время ведутся разработки и других " интеллектуальных транспортных средств " – разнообразных автоматических систем управления автодорожными, воздушными, морскими, речными, рельсовыми транспортными средствами. Поставлена цель, чтобы они даже при воздействии случайных факторов (нештатные ситуации, отказы или сбои компонент) были способны функционировать столь же "разумно", как и опытный человек-оператор, и даже надежней. Возможность этого обеспечивается соответствующими системами интеллектуальных сенсоров.

Под " интеллектуальной дорогой " подразумевают транспортный путь (автодорогу, железнодорожный или трамвайный путь, улицу города, судоплавную реку, ...), оборудованный системой интеллектуальных сенсоров, которая позволяет собирать достаточно полную информацию о состоянии пути и его загруженности транспортом, информировать об этом водителей и службы пути и на этой основе оптимизировать движение, повышать его безопасность.

Наиболее известными интеллектуальными сенсорами этой системы являются автоматические видеокамеры с регистрацией и определением скорости движения. Как только такой интеллектуальный сенсор фиксирует превышение скорости, он передает соответствующую видеозапись в центральную диспетчерскую, и нарушителю высылается квитанция на оплату штрафа. Если нарушение совершено повторно, то принимаются и более строгие предусмотренные законом меры. Практика показала, что на оборудованных такими сенсорами дорогах число "лихачей" и фактов превышения скорости сокращается на порядок.

На основе видеокамеры созданы также интеллектуальные сенсоры, автоматически распознающие номера автомобилей, находящихся в поле зрения камеры. Такой сенсор фиксирует и сохраняет распознанный номер и время регистрации в базе данных вместе с изображением транспортного средства и кадром с номерным знаком. Формируется база всех транспортных средств, прошедших через зону контроля, с возможностью добавления текстового комментария к каждому распознанному номеру. Такой сенсор может также сравнивать номера автомобилей с перечнем номеров автомобилей, находящихся в розыске. В случае совпадения немедленно включается его видеосъемка и отсылается сообщение в соответствующие органы. Подобные сенсоры уже установлены, например, на въездах в центр Лондона. По зафиксированным сенсором номерам частных автомобилей в базе данных отыскивается адрес владельца. И ему автоматически высылается счет на оплату за въезд в центральную часть города.

Следующим является интеллектуальный сенсор для контроля характеристик транспортных потоков. Он подсчитывает число проезжающих автомобилей, измеряет их среднюю скорость, рассчитывает интенсивность движения на заданном участке. Может определять типы транспортных средств, составлять статистические данные за определенный период времени (час, сутки), автоматически фиксировать факты ДТП, автомобильных пробок, замедлений движения и т.д.

" Интеллектуальные транспортные системы " – это системы автоматического регулирования транспортного движения, которые используют данные системы описанных выше сенсоров транспортных потоков. Собирая информацию от многих таких сенсоров, они соответствующим образом оптимизируют работу светофоров, сообщают по радио рекомендации водителям о целесообразных в данный период времени маршрутах проезда, направляют регулировщиков в наиболее напряженные участки. На наиболее напряженных перекрестках устанавливают web-видеокамеры, которые непрерывно транслируют информацию о транспортной обстановке в Интернет. Водители получают возможность лично увидеть обстановку на соответствующем перекрестке и своевременно оптимизировать маршрут своего движения.

Накапливаемая в интеллектуальных транспортных системах статистика помогает объективно определить, куда в первую очередь надо вкладывать средства, выделяемые на совершенствование инфраструктуры дорог.

28.1.4. Сенсорные сети

Наличие микрокомпьютера в составе интеллектуальных сенсоров и создание миниатюрных узлов беспроводного радиоинтерфейса типа Bluetooth, описанных в "Радиосенсоры и радиолокаторы" , предоставляет возможность организации сложных беспроводных сенсорных сетей. Стремительное уменьшение размеров современных сенсоров вместе с их удешевлением и снижением энергопотребления приближает время прихода эпохи сенсорных сетей. Миниатюрные интеллектуальные сенсоры с возможностями такой связи (cм. рис. 28.7) можно разместить на контролируемой территории, и они сами наладят между собой связь, сформируют беспроводную сеть и станут передавать данные на заранее указанные пункты сбора информации [ [ 158 ] , [ 239 ] ]. Объединенные в сеть сенсоры могут отслеживать параметры окружающей среды: влажность, давление, движение, освещенность, состав атмосферы (воды), температуру и т.д.

Рис. 28.7. Один из современных элементов сенсорной сети, разработанный компанией Intel

Мониторинг может осуществляться на очень большой территории, потому что сенсоры передают информацию "по цепочке" – от соседа к соседу. Технология позволяет им годами (даже десятилетиями) работать без смены батарей. Даже если какой-то сенсор выходит из строя, в сети тут же находятся другие пути передачи информации.

Тысячи дешевых сенсоров в поле, настроенные на контроль состава и увлажнения почвы, в зависимости от меняющихся условий будут автоматически регулировать искусственное орошение и внесение удобрений. Тысячи маленьких автономных сенсоров, разбросанных по всей территории биосферного заповедника, будут автоматически собирать и передавать информацию о всех важных событиях и изменениях, которые происходят на его границах и на всей территории. Они позволят значительно надежнее беречь, охранять уникальную флору и фауну. Тысячи сенсоров, разбросанных в верховьях рек, позволят своевременно узнавать об угрозе наводнений. Миллионы интеллектуальных сенсоров, свободно плавающих в океане, обеспечат мониторинг за процессами, происходящими на его огромных акваториях. Позволят своевременно обнаруживать зарождение штормов и цунами, изменения течений, подводные землетрясения, извержения подводных вулканов.

Некоторые футурологи считают, что сенсорные сети – именно тот элемент, который позволит Интернету выйти на следующий, качественно новый, этап своего развития. Ведь сенсорные сети могут быть подключены к Интернету, а каждый из миллиардов сенсоров может получить IP-адрес. Сотни миллиардов сенсоров, встроенных буквально во все предметы, от деревьев в парке до детских кроваток, смогут реагировать на окружающую среду и контактировать друг с другом беспроводным образом, решая много полезных задач. Это и неусыпный контроль за состоянием окружающей среды, наблюдение и уход за детьми, престарелыми, больными людьми, за животными, биологический и медицинский мониторинг, прогноз погоды, контроль вулканической и сейсмической активности. Это и сквозной мониторинг транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, трасс электро- и теплоснабжения, решение антитеррористических задач и т.д.