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电子测量
  • 精密测量技术如何助力实现科学突破

    精密测量技术如何助力实现科学突破

    总部位于瑞士的欧洲粒子物理实验室——欧洲核子研究委员会(CERN)正在开发的高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)将成为世界上观测构成宇宙的基本物质核心的强大仪器。在这个过程中，将会扩展精密测量技术能够达到的前沿。“环球”，这是总部位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究委员会的标志性建筑。紧凑渺子线圈(CMS)探测器，每秒可捕捉高达4000万次粒子碰撞的3D图像。高亮度大型强子对撞机本身是原始大型强子对撞机粒子加速器的更强大的升级版。原始大型强子对撞机是一个27公里长的超导磁体环，其中粒子以接近光速的速度相互碰撞，粒子每秒在27公里长的电路中穿行11,245次。每秒钟有10亿个粒子发生碰撞。对碰撞结果的分析为物理学和宇宙本质的研究带来了许多突破，其中最著名的是实验中发现希格斯玻色子，希格斯玻色子是与希格斯场相关的粒子。10亿欧洲核子研究委员会的大型强子对撞机每秒产生的新粒子对撞的次数。希格斯玻色子是物理学解释宇宙的标准模型的一部分。早在20世纪60年代，人们就已开始推测可能存在希格斯玻色子，但直到通过大型强子对撞机进行粒子碰撞探测，才得到实验证明。CERN就是一个现实例证，表明当科学家们利用世界上最先进的测量技术时，往往能得到惊人的发现，不断扩大人类的知识边界。在其生命周期内，高亮度大型强子对撞机有望产生比欧洲核子研究委员会的现有粒子加速器多十倍的碰撞，为科学研究提供更强大的实验平台。高亮度大型强子对撞机通过让粒子束聚焦到更小的空间来增加粒子碰撞的次数。粒子束由超强磁铁引导聚焦，这需要精确调节的新电源。欧洲核子研究委员会的工程师们开发了有史以来最精确、最稳定的测量系统之一，以测量高达18kA的电流。该电路采用ADI公司开发的先进电子测量技术，协助将低频噪声降低2倍。欧洲核子研究委员会的高亮度大型强子对撞机粒子加速器碰撞模型。图片由欧洲核子研究委员会提供精密挑战先进的科学研究要求电子电路在稳定性、精度、灵敏度、准确性和可靠性方面达到测量技术的极限。ADI公司的精密技术平台IC设计经理Eric Modica表示：“高亮度大型强子对撞机目前的测量降噪规范只是先进的科学研究中的一个常见要求示例，不仅是基础物理学，还包括医学研究、药理学、化学分析和材料科学。”合作推动科学发展前沿科学需要大规模的研究探索，需要多个部门和团队合作努力。高亮度大型强子对撞机项目中磁铁电源的精密测量系统就是这种情况，它只是同时进行的多个开发项目中的一个。ADI公司的科学仪器部门经理Daniel Braunworth表示：“通常，项目研究规模达到高亮度大型强子对撞机项目这样的水平，一般需要项目团队为供应商提供一份给定组件的关键规格参数列表。理论上，最符合技术规格要求的产品应该能在应用中提供最佳性能。但在现实中，精密测量技术专家和研究人员之间的合作往往才是提供更优化的解决方案和更出色的系统性能的关键。通过密切沟通和展开设计权衡讨论，研究人员可以得到更好的结果，获得更多的科学研究发现。”图片由欧洲核子研究委员会提供更深入地了解需求，能带来更好的结果Daniel Braunworth表示：“我们根据高亮度大型强子对撞机电源的关键系统要求来选择ADI组件，为欧洲核子研究委员会节省时间和资金，同时提供出色的性能。”长久以来，ADI公司一直致力于开发精密技术，对于欧洲核子研究委员会来说，它是值得信赖的合作伙伴，可提供可靠的精密测量技术。ADI公司的领域专家根据科学研究人员的需求提供产品。Eric Modica表示：“我们的领域专家与欧洲核子研究委员会的工程师合作，了解他们的电源控制要求。我们的高层次目标是为高亮度大型强子对撞机的磁铁开发一种先进的电源测量系统，让这些磁铁能够在比普通大型强子对撞机更大的粒子加速器内部空间中聚集形成精度更高、更大的磁场。”因此，ADI公司的测量专家与欧洲核子研究委员会团队合作，开发用于高亮度大型强子对撞机磁铁电源的高精度数字转换器的基准电压，这对于欧洲核子研究委员会非常关键，通过更准确地控制提供给磁铁的电流，有助于确保电源转换器在一年运行过程中失调漂移不超过10 ppm。协作成果：超精确的电源控制使得大型强子对撞机能够在27公里范围内以所需的微米级准确控制粒子束的运动。“世界领先的测量技术专家和科学研究人员之间的合作是构建能够扩大科学研究范围的系统的关键。”

    精密测量

    2023.06.24

  • 用“算力”提升城市管理能力

    用“算力”提升城市管理能力

    用“算力”提升城市管理能力　　“五一”假期，山东青岛市民陈鹏程带着家人来到本市栈桥景区，在停车系统的指引下，把车停在了繁华街区的智慧停车库。从开车入库到停进预订车位，用时不到2分钟。“以前，这里一到节假日就很拥堵。现在，不仅可以实时查看停车库里车位余量，还可以提前半小时预订好车位，导航到停车场，并根据车库显示屏指引找到车位。”陈鹏程说。　　“这套停车系统由我们开发，是用‘算力’提升城市管理能力的场景之一。”松立控股集团股份有限公司(以下简称“松立集团”)总裁刘寒松告诉记者，公司搭建了“1+3+N”数字城市云脑，以智能算法仓为核心，以星光物联平台、大数据平台、数字孪生平台为支撑，通过算力赋能智慧停车、智慧社区、智慧园区、智慧景区、智慧城市等多个场景。　　打破信息孤岛　　在刘寒松办公桌上，有一张2016年他带领团队成功竞标一座城市的停车智能化改造项目时拍摄的合影。刘寒松指着照片对记者说：“那是松立梦开始的地方。”　　智能侧向视频识别技术，是松立集团竞标成功的关键。“以前，停车桩上的摄像机侧向拍照很难实现图像的清晰识别。解决摄像头侧向数据采集是我们重点攻克的难关。”刘寒松说，经过多次逻辑优化和算法提升，研发出基于智能侧向视频识别技术的交通解决方案——“慧停车”。　　慧停车系统将大数据、云计算、人工智能等技术引入停车场景，通过前端感知采集设备、智慧停车管理平台与车主手机APP的数据交互，实现了停车资源的数字化、可视化和平台化管理。车主可以在该系统管理运营的路内、路外停车场快速进出，驶入、驶离时间、订单缴费信息会自动发送到车主手机上，实现停车管理的无人值守、无感支付。　　通过应用智能侧向视频识别技术，松立集团积累了庞大的停车、社区、城市数据，并通过自身强大的算力从复杂的数据中挖掘价值，赋能城市管理。　　2022年，松立集团携手青岛静态交通投资运营有限公司，成立青岛华通松立静态交通科技有限公司，开展青岛路内、路外停车资源统筹规划、智能化改造、城市级智慧停车管理平台搭建、运营管理及汽车后市场生态服务。智慧停车一体化管理平台实现应用后，将停车资源进行梳理，统一纳入平台运营，根据大数据的计算、分析，将机关事业单位、经营性停车场实施错时共享，打破停车场信息孤岛，将停车资源利用起来，有效破解停车难题。　　创新无止境。松立集团将研发作为发展的第一驱动力，逐渐建立起研发中心、技术研究院，研发人员占集团总部人数的一半以上。“公司通过开发可视化的大数据平台、星光物联平台、运营管理平台，从车主、车辆、车场、道路、城市等多个维度进行精准画像和运营数据分析，可实现静态交通数据的采集、分析、预知、控制、指引等。同时，通过各个停车场利用率、周转率数据分析，为规划建设停车设施、提升运营效能提供依据。”刘寒松说。　　实现精准导航　　当车行驶到地下车库，卫星导航有时不够灵敏。为了解决这一难题，今年2月份，松立集团推出全息感知系统。该系统利用松立集团在目标检测等计算机视觉技术方面的优势，通过对图像、视频进行关键信息提取、分析，对地下停车场进行三维建模，对停车场景进行实时视觉感知，运用停车场里电子屏为驾驶员引导，实现精准导航，解决信号缺失问题。　　“全息感知系统有‘三多’，即多设备协同、多技术融合、多场景覆盖。”松立集团副总经理王永介绍，公司通过对停车场原有摄像头的改造和增设，让摄像头变身为全息感知系统的“眼睛”，随时感知车辆进出，为后台提供基础信息数据，实现各类摄像头、诱导屏等终端之间的感知协同。　　同时，松立集团采用大数据、人工智能、数字孪生等技术，将图像与历史数据进行信息标注，并通过人工智能的深度学习进行建模和训练后，能够以毫秒级的速度完成系统从视觉感知、信息分析到生成决策等一系列操作，为车主提供全流程服务。　　“全息感知系统最大的难点就是如何提高精准度。”王永说，为了给车主提供最准确的停车信息和最优路径规划，公司需要对各种行车场景进行智能分析，对历史停车数据、人流、车流甚至停车场内临时杂物摆放等情况都要进行建模和训练。　　“这个系统非常考验模型泛化能力，譬如带窗户的停车楼，因为每个时段的光照不一样，或者受恶劣天气的影响，图像识别结果和决策制定都会有偏差。”王永说，为了提升系统对图像的识别精度，公司技术团队经过几十次技术迭代和版本优化，将整体识别率提升到99%以上。　　“未来出行场景会更加复杂，需要考虑的因素也更加多元，对我们既是挑战，也是机遇。”刘寒松说，松立集团目前已拥有发明专利40项、实用新型专利9项、外观设计专利40项、软件著作权400余项，并通过国际顶级软件工程管理标准认证，但作为一家互联网科技型企业，要始终坚持核心算法与技术自主研发不放松，持续提高技术实力，夯实算力底座。　　构建智慧生活　　近年来，松立集团从“慧停车、慧出行、慧生活”的运营理念出发，积极打造全场景智慧生活新生态。在慧停车方面，公司整合加油、充电、洗车、维修、保险等汽车后市场服务，为车主提供一站式出行服务。同时，公司进一步加大与国家电网合作，通过充电桩建设以及与国网底层数据的交互，让车主更快找到充电桩。　　松立集团不断延伸应用场景，通过大数据、云计算、人工智能等手段积极推进城市基层综合治理现代化。2020年，松立集团将业务场景延伸向智慧社区建设领域，创立了“慧安佳”品牌。　　位于青岛市金门路街道的一个半开放式小区，住宅、商铺、企业、幼儿园业态复杂，外来穿行的行人和车辆给小区居民造成了不少安全隐患。“慧安佳”智慧社区管控平台落地后，建立起车牌识别、人脸识别、音频识别报警、消防安全报警等智能化系统，为基层社区综合治理提供数字化、可视化、平台化支持。　　智慧社区管控平台还为智慧养老提供了新的解决方案。老人孙建华因子女都在外地工作，常年独居在家。为了保证老人的生活安全，在老人的同意下，子女为老人安装了监测系统，不仅可以实时监测老人的生命体征，还具备水电煤气监控、一键报警等功能，一旦发生意外，可直接通知社区和老人子女。　　“松立集团推出的智慧社区管控平台包含了养老、家政、物业管理、社区团购等20余项服务，并配有专门的线下服务人员。”慧安佳运营部总监杜中广说。目前，松立集团智慧社区项目已落地1000多个社区，赋能基层社区治理体系，致力于为居民打造智慧、安全、美好的生活体验。

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    2023.05.26

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