正文 5 無形操作——遙感遙控遙測技術(1 / 3)

遙感、遙控及遙測技術即我們通常所說的三遙技術,集中了空間、電子、光學、計算機通信和地學等學科的最新成就,是當代高新技術的一個重要組成部分。三遙技術的應用也逐漸深入到國民經濟、社會生活與國家安全的各個方麵,廣泛用於諸如測繪、氣象、國土資源勘察、災害監測與環境保護、國防、能源、交通、工程等諸多學科及領域,並發揮了獨特作用,給人類的生活帶來了極大的便利,顯示出了廣闊的應用前景。

5.1隱形的操作技術

人類的好奇心是天生的,正由於有太多的好奇心,人類才充滿了許多夢想。在古代,人類希望能夠長上翅膀,像鳥兒一樣自由地飛翔在藍天白雲之間;人類還幻想著能夠足不出戶,將天下事盡收眼底……於是美好的幻想便存在於古代諸多的神話和文藝作品中,比如在《封神榜》和《西遊記》裏都有“千裏眼”和“順風耳”的描述,有了這樣的本領,就能夠將千裏之外發生的事情看得一清二楚,能夠將千裏之外的聲音聽得一清二楚。另外在許多神話中,各路神仙都能夠“呼風喚雨”“隔空取物”,有著諸多法力。當然,這樣的能力在真實的古代社會是不存在的,在科技不發達的年代,人類隻能用這種方式來寄托自己的美好願望。

進入現代社會以來,隨著無線電技術、衛星技術、計算機技術和通信技術的不斷發展,人們的生活也發生著翻天覆地的變化。之前隻有在神話傳說中才能出現的“千裏眼”和“順風耳”,其實在我們當今生活的時代早就已經出現了。如今,我們已經進入到了一個可以呼風喚雨的時代,依靠現代科技,人類早已把從前的許多幻想變成了現實。下麵我們就舉幾個“千裏眼”和“順風耳”的例子。

我們每天在看電視的時候,隻需要通過手中的遙控器的按鍵,就可以隨時切換到你喜歡的頻道上來,而不再像早期的電視一樣去旋轉電視機上的旋鈕才能夠換台。除了電視機之外,還有很多家用電器可以通過遙控器來對其進行控製,比如空調、智能窗簾、熱水器等,還有可以在市場上買到的遙控汽車、遙控飛機等玩具,極大地方便和豐富了我們的生活。這種通過遙控器實現遠距離的操控,就像是無形中有一雙神秘的手,操縱著遠距離的一切。

現在氣象局每天都會發布天氣預報,為我們提供台風、暴雨、寒潮、高溫、沙塵暴、大霧等各類災害性天氣的預報警報,提供天氣預報、天氣實況、降水量預報、強對流天氣預報、農業氣象、海洋海潮信息,為我們的生活、生產提供幫助。這仿佛真有“千裏眼”和“順風耳”呢!

我國的航天技術正在迅猛發展,當地麵發射站使用運載火箭發射一個衛星到太空中的過程中,我們可以在地麵指揮中心隨時跟蹤關注火箭在太空中的一舉一動,測量火箭在飛行過程中的軌道參數,控製其飛行狀態,使其“任人擺布”,以保證運載火箭能夠將衛星送入指定的軌道。人類真的做到了呼風喚雨。

上麵的這些,到底是如何實現的,是什麼樣的現代科技具有如此神力,它就是“三遙技術”。

那麼什麼是三遙技術呢?具體來講就是指遙感、遙控、遙測技術。三遙技術,是無線電信息技術發展的巨大的成果,是人類當今社會文明發展的一個重要標誌,給人類社會各個方麵帶來了巨大的影響和改變。遙感、遙控、遙測技術融合了當今社會的諸多先進技術於一體,隨著當今計算機技術、信息技術、傳感技術、微電子技術以及微生物技術的不斷向前發展,三遙技術的應用領域也從各自傳統地位不斷朝著全學科、全方位和全社會發展。

5.2神奇的遙控技術

小小的遙控器為什麼能控製電器呢?其實遙控器是利用“紅外線”來傳遞、控製信號的。當我們按下遙控器的按鈕時,遙控器的前端就會發出紅外線,把信號傳給電器裏的感應器,使電器做相應的動作。不過,人的眼睛可是看不到這種光線的喲!

生活中隨時會遇到這樣的事情:在用收音機聽廣播時,如果聲音太大,就要把音量關小些,反之就把音量開大些;在淋浴時,如果水太熱,就要把熱水關小些,反之就要開大些。這些調節過程實質就是控製係統的控製過程。在這裏,音量或水溫是被控對象;耳朵或皮膚起到測量的作用,它們將測量的結果傳遞大腦;大腦相當於控製命令裝置,它根據測量的結果發出控製命令;手則是執行大腦命令的執行機構。遙控技術的原理也是類似的,隻不過在遙控過程中的執行機構由人們看不到的無線電波取代了。這樣看似無表麵上的接觸,但實際上控製已經完成了。

說到遙控技術,我們就不得不提及無線電波,這也是遙控技術的秘密所在。無線電遙控技術的誕生起源於無線電通信技術,最初的構想是建立無線電電報技術。隨著晶體管的發明和集成電路的誕生,無線電遙控技術達到了更加完善的程度。

20世紀初,意大利發明家馬可尼帶領人類走進了無線電技術時代,無線電遙控技術的發展隻有幾十年的曆史。在第一次世界大戰期間建立了遠距離定向無線電台。隨後,無線電技術不斷發展,到了第二次世界大戰,由於戰爭的需要,無線電開始遙控坦克、魚雷快艇、無人機和導彈。無線電遙控技術逐漸在軍事、國防、工農業生產以及科學技術等方麵得到了廣泛的應用。現今,隨著電子技術的飛速發展,晶體管的發明和新型大規模遙控集成電路的不斷出現,遙控技術有了迅猛的發展。遙控裝置的中心控製部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發展到現在的單片微型計算機,智能化程度也大大提高。近年來,遙控技術在工業生產、家用電器、安全保衛以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領域,目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由於無線電波在空間中向四麵八方傳播,可以穿過障礙物,而且可以傳播很遠的距離,因此它可以在很大區域內實現控製,成為遙控的主要方式,在國防、軍事、生產、建設和日常生活中有極其廣泛的應用。

在飛行器遙控技術方麵,早在20世紀的初期,就有了無線電遙控係統的雛型。1913年,意大利人曾試驗用無線電操縱飛機。第一次世界大戰後,法國和德國相繼試驗遙控飛機,試圖利用無線電技術來控製無人駕駛飛機,但由於技術不夠完善,沒有得到實際應用。直到第二次世界大戰末期,德國首先製成了v-1和v-z導彈,以及無線電指令製導的防空導彈,才使無線電遙控技術進入實用階段。從20世紀50年代起,美蘇等國都積極發展導彈武器,使遙控技術得到飛速發展。1957年,蘇聯發射了第一顆人造地球衛星,標誌著無線電遙控技術進入了一個新的階段。1969年,美國“阿波羅-11”將人送上月球,實現了載人登月的往返飛行,從而將無線電遙控技術推向了一個新的高度,從此遙控技術在航空航天方麵得到廣泛的應用和發展。

美國、日本、德國以及包括中國在內的很多國家,對遙控技術進行了大量的研究並取得了顯著的成果。從遙控視距的角度來看,遙控技術發展經曆了下麵三個階段:視距遙控、超視距遙控和遠程無線遙控。對於視距遙控,操作員不與機器直接接觸,位於作業區的危險範圍外,通過直接觀察、發送指令來控製各種設備。一般來說,其可靠遙控作業距離為幾十米。在視距遙控基礎上發展起來的超視距遙控,雖然仍需要操作員靠近工作區作業,但通過先進的數據傳輸手段和控製技術,能夠為操作員提供作業區的反饋信息來克服視距遙控的某些局限性,增強了操作員對設備的遙控控製能力。與此相比,遠程無線遙控則顯示出了更大的優越性。

2012年2月29日,在巴塞羅那舉行的第七屆世界移動通信大會上,美國電話電報公司向人們展示了新的無線遙控係統,即通過智能無線連接係統,用戶可以用手機或電腦控製幾乎家中所有的設施,如遠程控製窗簾、開關門、啟動壁爐等,無論身處辦公室或在回家的路上,都如同在家中一樣方便。

經常開車的朋友會經常往返於市區繁華地段工作,然而市區的停車場空間不大,且常常車滿為患,停車、取車的空間都十分狹窄;加上有些司機的停車、倒車技術並不熟練,常常要為進、出車位花費太多時間,讓人頭疼不已。如果能有一輛像玩具遙控汽車一樣可以輕鬆啟停、方便操控的汽車,肯定能夠幫助司機朋友節省很多精力和時間。

國內某家廠商近期推出了一款很“神奇”的智能遙控器汽車,據悉這也是第一款真正步入市場的可遙控操縱汽車,車鑰匙可以“兼做”操控器,可以在車主視線範圍內(10~20米),以安全速度“溜車”,讓車主時時掌握車輛狀態、方便起停轉向。這種“無人駕駛”技術,將駕駛控製權從車內轉移到車外,實現了發動機的遠程遙控啟動、關閉;車輛前進、後退;左右轉向以及低速行駛等功能。如果你經常遇到停、取愛車的麻煩,完全可以站在一邊利用手中的遙控鑰匙,準確、安全、快捷地將愛車操縱到合適的位置。

總體來說,遙控駕駛技術的出現,從安全、快捷、方便等多方麵解決了人們在泊車、駕駛上遇到的棘手問題,具有很強的實用性。從長遠發展來看,現在的人們在考慮買車的時候,也同樣追求汽車的時尚、速度、安全等綜合性能,這督促著汽車產業進行技術革命。當手機、電話等用品已經逐步邁進智能化時代並給人們帶來全新體驗和便捷的生活時,也標誌著智能化將成為當今人們所追求的生活目標。遙控駕駛技術的誕生,讓汽車智能化也逐漸走進了人們的生活,是尖端科技與用戶體驗的完美結合,讓人充分享受指尖上的啟停樂趣。

從上述可知,遙控技術是對受控對象進行遠距離控製和監測的技術。它是利用自動控製技術、通信技術和計算機技術而形成的一門綜合性技術,一般都是指對遠距離受控對象單一的或兩種極限的動作進行控製的技術,在人們的生產生活中具有廣泛的應用空間。

5.3遙感技術——碧空慧眼

說到“遙感”這一名詞,大家可能覺得有些陌生,然而在當今社會,遙感技術已經無處不在,我們也在每天享受遙感技術帶來的便利。先給大家舉一個小例子來看一下遙感技術能夠做什麼。

曾經有報道說,北京中關村某高科技廠家在建設廠房時要求使用一種高科技合成材料作為房頂,但是施工方在施工過程中偷梁換柱,在有些房頂隻使用了一般的材料,由於外觀看不出差異,廠家被蒙在鼓裏。一年之後,北京某高校遙感專業的實習學生在判讀中關村多種波段的遙感圖像時,發現這家工廠的廠房屋頂材質不同,於是向該廠家了解情況。廠家否認自己的廠房使用了不同的材料。經過學生對遙感圖像的分析和解釋,廠家終於明白施工方使用了劣質材料。最後施工方不得不承認這一事實並加以賠償。為什麼肉眼難以分辨,遙感卻具有“火眼金睛”?

又比如,我們如果去一個陌生的地方旅遊,想要知道當地什麼地方好玩以及旅遊的路線,在智能手機普及之後,相信大部分朋友用手機下載當地的電子地圖,然後通過電子地圖來查找相關的路線。目前的旅遊電子地圖上往往包含了住宿、旅遊、交通、美食等多種多樣的信息,比如你想要吃早點,隻需要在地圖裏麵輸入相關的信息,它就會告訴你周圍有什麼樣的美食,還告訴你怎麼去。如果你是自駕遊的話,到一個完全陌生的地方也不用害怕迷路,使用GPS(導航係統),就會給你規劃好行走的線路。那麼,包含這些信息的電子地圖又是怎麼繪製出來的呢?

我們從“遙感”兩字的字麵意思就可以知道,遙感技術是“遙遠地感知”,就是不與物體直接接觸就可以得知物體的情況。那麼遙感怎麼樣才能夠得到物體的信息呢?這就需要借助對電磁波敏感的儀器,在不與探測目標接觸的情況下,記錄目標物對電磁波的輻射、反射、散射等信息,並通過分析,揭示目標物的特征、性質及其變化。

5.3.1遙感技術的分類

根據工作平台的不同,我們可以將遙感技術分為近地遙感、航空遙感和航天遙感。

第一台照相機誕生後拍下第一幅圖片,就可以稱為遙感,這是利用近地麵平台成像遙感,之後隨著飛機、衛星等技術的發展,遙感技術也發展到了更深更強的階段。

自20世紀初萊特兄弟發明人類曆史上第一架飛機起,航空遙感就開始了它在軍事領域的應用。此後,航空遙感在地質、工程建設、地圖製圖、農業、土地調查等方麵得到了廣泛應用。第二次世界大戰中,由於偽裝技術的不斷提高,促使遙感出現了彩色、紅外和光譜帶照相等技術。多光譜攝影技術促進了航空遙感的迅速發展。從20世紀60年代最早采用的多像機型傳感器多光譜攝影,到稍後的多鏡頭型傳感器多光譜圖像獲取,人們把多光譜特征用到了地形、地物判別上。衛星遙感把遙感技術推向了全麵發展和廣泛應用的嶄新階段。從1972年第一顆地球資源衛星發射升空以來,美國、法國、俄羅斯、日本、印度、中國等國家都相繼發射了很多對地觀測衛星。現在,衛星遙感的多傳感器技術,已能全麵覆蓋大氣窗口的所有部分。光學遙感包含可見光、近紅外光和短波紅外光。用以探測目標物的反射和散射的紅外光,微波遙感的波長可為8~14微米;用以探測目標物的發射率和溫度等輻射特征,微波遙感的波長為1毫米~1米,其中被動微波遙感主要探測目標的散發射率和溫度,主動微波遙感通過合成孔徑雷達探測目標的反向散射特征。微波遙感實現了全天時、全天候地對地觀測,雷達幹涉測量采用兩幅天線同時成像或一幅天線相隔一定時間重複成像,並利用同名像點的相位差測定地麵目標的三維坐標,精度可達5~10米。若采用差分幹涉測量測定相對位移量的精度可達厘米至毫米級,大大提高了自動獲取數字高程模型的精度。