地震傳感器檢測地震波，有多種形狀和大小，并以不同的方式進(jìn)行工作。一些傳感器放置在地面上，而另一些則附著在建筑物或其他結(jié)構(gòu)上。但是，當(dāng)物理傳感器由于空間條件而無法放置在既定位置時，有什么替代方案呢？
近年來，傳感器已成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）不可或缺的一部分，從物理界收集數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2022年，出售的所有傳感器中物聯(lián)網(wǎng)傳感器占三分之一的數(shù)額，應(yīng)用范圍包括聯(lián)網(wǎng)家庭、智能城市和工業(yè)自動化。在智能制造領(lǐng)域，例如IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）使工廠能夠?qū)C(jī)器與一系列傳感器和監(jiān)視器相連接，這些傳感器和監(jiān)視器與其他設(shè)備和通信系統(tǒng)用以收集、分析數(shù)據(jù)以提高質(zhì)量和保持一致性。這種貫穿整個工廠的無縫連接使制造商能夠監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)性能。這些傳感器通常很昂貴，不僅是生產(chǎn)成本高，而且設(shè)計和安裝成本也很高。這就使虛擬傳感器有了發(fā)展的機(jī)會。
虛擬傳感器是物理傳感器基于軟件的模型，可以模擬其行為并生成傳感器讀數(shù)，而無需實際的物理硬件?？捎米鲾?shù)字孿生來監(jiān)視或控制物理傳感器，為某些應(yīng)用程序提供具有成本效益和可擴(kuò)展的解決方案。
(相關(guān)資料圖)
虛擬傳感器利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)前沿的發(fā)展，允許數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來估計關(guān)鍵過程參數(shù)。除了成本更低之外，當(dāng)物理傳感器由于空間條件（例如傳感器空間不足）或惡劣環(huán)境（例如暴露于酸性或極端溫度）而無法放置在首選位置時，虛擬傳感器提供了一種替代方案。虛擬傳感器技術(shù)可以降低信號噪聲，從而在傳感器的輸出被其他測量相同現(xiàn)象的傳感器確認(rèn)時增加信號的可信度。最后，虛擬傳感器非常靈活，可以根據(jù)需要進(jìn)行重新設(shè)計，而物理傳感器一旦安裝，通常只能通過機(jī)械干預(yù)來重新定位。
成本是關(guān)鍵優(yōu)勢
工業(yè)4.0是虛擬傳感技術(shù)的重要驅(qū)動力。工廠設(shè)備數(shù)字化所需的信息是從許多現(xiàn)場傳感器中獲得的。如果僅將物理傳感器用于此目的，那么工廠數(shù)字化的成本可能會讓許多公司望而卻步。使用虛擬傳感器可以將此成本降至最低。
汽車行業(yè)在與安全、娛樂、交通控制、導(dǎo)航和引導(dǎo)相關(guān)的許多過程中嚴(yán)重依賴傳感技術(shù)。隨著車輛獲得自主權(quán)，對傳感設(shè)備的依賴可能會增加。然而，汽車中使用的物理傳感器可能很昂貴，而且在某些情況下還不可靠。虛擬傳感器正在成為汽車制造商的重要替代方案。它們可以為物理傳感器提供冗余安全備份，是開發(fā)更先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的基礎(chǔ)，因此也是實現(xiàn)自動駕駛汽車的基礎(chǔ)。
標(biāo)準(zhǔn)如何提供幫助
虛擬傳感器正在成為未來社會的基礎(chǔ)技術(shù)。未來五年，預(yù)計使用量將以超過30%的復(fù)合年增長率（CAGR）進(jìn)行增長，而且這一趨勢可能會持續(xù)多年。
由于機(jī)器學(xué)習(xí)工具被用于創(chuàng)建統(tǒng)計模型，而AI（人工智能）可以自動決定如何在傳感器中應(yīng)用這些模型，因此很容易推斷出虛擬傳感器是一個可以迅速成為“黑匣子”的新技術(shù)領(lǐng)域。這不僅涉及隱私和數(shù)據(jù)所有權(quán)問題，還涉及使用虛擬傳感器的系統(tǒng)有效性和透明度。
人類很容易因機(jī)器的不當(dāng)或意外行為而受到傷害。公共基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)、傳統(tǒng)的飛機(jī)傳感系統(tǒng)和當(dāng)前的地震探測系統(tǒng)等，如果發(fā)生故障，也會對個人和社會造成嚴(yán)重傷害，甚至更為危險。使用虛擬傳感器可以增強(qiáng)這些區(qū)域的安全性。與虛擬傳感器相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域更多樣化，受影響的行業(yè)領(lǐng)域也十分廣泛。
圖文來源：國際電工委官網(wǎng)數(shù)字時代專欄
發(fā)文日期：2023年2月10日。
https://etech.iec.ch/issue/2023-01/the-rise-of-virtual-sensors
原標(biāo)題：The rise of virtual sensors
原作者：Yusra Barmaz
