《信息科學技術(shù)導論》課件第5章 信息獲取技術(shù)

第5章

信息獲取技術(shù)

5.1傳?感?器?技?術(shù)5.2檢測技術(shù)5.3遙感技術(shù)5.4存儲技術(shù)5.5自動控制技術(shù)5.6信息檢索5.1傳?感?器?技?術(shù)

傳感器技術(shù)是一項涉及測量、功能材料、微電子、精密與微細加工、信息獲取處理和計算機等技術(shù)的密集型綜合技術(shù)。傳感器將被測量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號，從而成為測量和信息獲取系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

傳感器是將感受到的被測量(包括物理量、化學量、生物量等)，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)目捎眯盘柕钠骷蜓b置。通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路等部件組成。

生物體的感官就是天然的傳感器。人通過眼、耳、鼻、舌、皮膚分別獲取視、聽、嗅、味、觸覺的信息。

機器設(shè)備獲取外界信息的方式則是通過各種不同類型的傳感器，例如，通過光傳感器獲取視覺信息，通過溫度傳感器獲取觸覺信息。傳感器分類

(1)按傳感器的物理量不同，可分為位移、速度、力、溫度、流量、氣體成分等傳感器。

(2)按傳感器的工作原理不同，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。(3)按傳感器輸出信號的性質(zhì)不同，可分為輸出為開關(guān)量(“1”和“0”或“開”和“關(guān)”)的開關(guān)型傳感器、輸出為模擬信號的模擬型傳感器和輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。傳感器的數(shù)學模型

傳感器的數(shù)學模型包括動態(tài)模型和靜態(tài)模型兩種。靜態(tài)模型：

輸入信號不隨時間變化的情況下，傳感器輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，用不含時間變量的代數(shù)方程描述。常用的靜態(tài)特性參數(shù)有線性度、靈敏度、重復性、遲滯現(xiàn)象、分辨率與閾值、穩(wěn)定性、漂移、靜態(tài)誤差等。動態(tài)模型：

輸入量隨時間變化時傳感器的響應特性，用微分方程和傳遞函數(shù)描述。常用的動態(tài)特性參數(shù)有時域中階躍響應的時間常數(shù)、上升時間、響應時間、過沖量和頻域中頻響特性的帶寬、工作頻帶、相位誤差等。傳感器的應用1．力傳感器2．磁電式傳感器3．溫度傳感器4．光傳感器5．紅外傳感器6．生物傳感器7．醫(yī)用傳感器8．海洋科學傳感器9．原子能傳感器

傳感技術(shù)發(fā)展趨勢全球傳感器市場呈現(xiàn)快速增長的趨勢。主要增長來自無線傳感器、微機電系統(tǒng)傳感器、生物傳感器等新興傳感器，與之相對應的傳感器新技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：新材料、新功能的開發(fā)微細加工技術(shù)的發(fā)展傳感器的智能化多功能傳感器的發(fā)展仿生傳感器的開發(fā)5.2檢測技術(shù)

檢測技術(shù)作為信息科學的一個重要分支，以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)像神經(jīng)和感官一樣，不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的各種信息，成為人們認識自然、改造自然的有力工具。檢測技術(shù)任務：尋找與自然信息具有對應關(guān)系的各種表現(xiàn)形式的信號，并確定二者間的定性或定量關(guān)系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出最合適的表現(xiàn)形式，并尋求最佳的采集、變換、處理、傳輸、存儲、顯示等方法和相應的設(shè)備。

一個廣義的檢測系統(tǒng)一般由激勵裝置、被測對象、敏感元件、信號調(diào)理電路與輸出單元所組成。

(1)激勵裝置。給被測對象施加激勵信號，使被測對象處于預定狀態(tài)，并將其內(nèi)在聯(lián)系充分顯示出來。(2)被測對象。被測對象特性以信號的形式給出，而被測信號一般都是隨時間變化的動態(tài)量。(3)敏感元件。敏感元件將感知的被測量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為某一種量值輸出，通常是電信號。(4)信號調(diào)理電路。信號調(diào)理電路一般有兩個作用：一是信號轉(zhuǎn)換和放大；二是信號處理，即濾波、調(diào)制和解調(diào)、衰減運算、數(shù)字化處理等。(5)輸出裝置。輸出裝置的種類很多，可根據(jù)需要進行配置。檢測技術(shù)的應用

檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、交通管理、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

(1)在工業(yè)生產(chǎn)中，檢測技術(shù)在生產(chǎn)過程自動化、運行數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量檢查與控制、故障診斷等方面得到了廣泛的應用。(2)檢測技術(shù)在能源技術(shù)領(lǐng)域中也得到了廣泛應用。

(3)在交通管理領(lǐng)域，先進的交通管理系統(tǒng)可以對車流和人流進行監(jiān)測。

(4)在軍事領(lǐng)域中，檢測技術(shù)的典型應用如電子哨兵，它配有多種傳感器和在黑暗中監(jiān)視物體運動的紅外攝像機，執(zhí)勤時提供圖像監(jiān)視和周圍的環(huán)境信息，能較好地完成警戒任務。

檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢(1)集成化與綜合化。

(2)多功能化與智能化。

(3)系統(tǒng)化及標準化。

(4)儀器虛擬化。

(5)網(wǎng)絡(luò)化。

檢測系統(tǒng)的測量誤差測量誤差是指檢測結(jié)果與被測量的客觀真值之間的差值。誤差根據(jù)其出現(xiàn)的規(guī)律可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。系統(tǒng)誤差是指保持恒定不變或按照一定規(guī)律變化的測量誤差。系統(tǒng)誤差主要是由于測量設(shè)備、測量方法的不完善和測量條件的不穩(wěn)定而引起的。

隨機誤差是一種大小和符號都不確定的誤差,這種誤差的處理依據(jù)概率統(tǒng)計方法。系統(tǒng)誤差和偶然誤差是兩類性質(zhì)完全不同的誤差。

粗大誤差指測量過程中操作、讀數(shù)、記錄和計算等方面的錯誤引起的誤差。

消除測量誤差，應根據(jù)誤差的來源和性質(zhì)，采取相應的措施和方法。一個測量結(jié)果中既存在系統(tǒng)誤差，又存在偶然誤差。應根據(jù)測量的要求和兩者對測量結(jié)果的影響程度，選擇消除方法。一般情況下，在對精密度要求不高的工程測量中，主要考慮對系統(tǒng)誤差的消除；而在科研、計量等對測量準確度和精密度要求較高的測量中，必須同時考慮消除上述兩種誤差。系統(tǒng)誤差的消除方法有以下幾種：

(1)對測量儀表進行校正。在準確度要求較高的測量結(jié)果中，引入校正值進行修正。

(2)消除產(chǎn)生誤差的根源。選擇正確的測量方法和測量儀器，盡量使測量儀表在規(guī)定的使用條件下工作，消除各種外界因素造成的影響。

(3)采用特殊的測量方法，如正負誤差補償法、替代法等。

消除隨機誤差可采用在同一條件下對被測量進行足夠多次的重復測量，取其平均值作為測量結(jié)果的方法。在測量儀器儀表選定以后，測量次數(shù)是保證測量精密度的前提。

理想的檢測系統(tǒng)線性系統(tǒng)。若檢測系統(tǒng)輸出信號能不失真地描述輸入信號，則該測試系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號之間應該存在一種定量的關(guān)系。這樣的測試系統(tǒng)以線性系統(tǒng)最為理想。

理想測試系統(tǒng)。在實際檢測系統(tǒng)中，只有在滿足一定要求的情況下才能使輸出波形無失真地復現(xiàn)輸入波形。設(shè)測試系統(tǒng)的輸入為x(t)，若實現(xiàn)不失真測試，則該測試系統(tǒng)的輸出y(t)應滿足：y(t)=A0x(t-t0)

實際的測量系統(tǒng)一定是有失真的，理想精確的測量是無法實現(xiàn)的，只能采取一定技術(shù)手段將失真控制在一定誤差范圍內(nèi)。5.3遙感技術(shù)遙感技術(shù)是20世紀60年代興起的一種探測技術(shù)，應用各種傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息進行收集、處理并最后成像，從而對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術(shù)。遙感技術(shù)具有探測范圍大、獲取資料速度快且周期短、受地面條件限制少、方法多、獲取信息量大等優(yōu)點。由于地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)科學技術(shù)日新月異的發(fā)展以及它們與遙感的相互滲透、有機融合，使遙感由早期較為狹窄的數(shù)據(jù)獲取范圍，逐步擴展到信息挖掘、業(yè)務應用乃至共享服務等更寬廣的領(lǐng)域。遙感系統(tǒng)的組成現(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)，完成這些功能的全套系統(tǒng)稱為遙感系統(tǒng)。遙感系統(tǒng)是由遙感平臺、傳感器、遙感信息的接收和處理以及遙感圖像的判讀和應用四個部分組成。1．遙感平臺：遙感系統(tǒng)中搭載傳感器的運載工具，按平臺距離地面的高度不同分為地面平臺、航空平臺和航天平臺。2．傳感器：也稱遙感器或探測器，是遠距離感測和記錄地物環(huán)境反射或輻射電磁波的遙感儀器，通常安裝在遙感平臺上，傳感器是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心部分。3．遙感信息的接收和處理：遙感信息主要指由航空遙感和航天遙感所獲得的膠片和數(shù)字圖像。信息處理指運用光學儀器和計算機設(shè)備對所獲取的遙感信息進行校正、分析和解譯處理的技術(shù)過程。4．遙感圖像的判讀和應用：遙感圖像判讀是將遙感圖像數(shù)據(jù)進行分類和解譯，將其轉(zhuǎn)化為用戶的類別信息，是遙感信息應用的基礎(chǔ)。信息應用是指專業(yè)人員按不同的目的將遙感信息應用于各業(yè)務領(lǐng)域的使用過程。遙感信息處理遙感信息處理是對遙感器獲得的信息進行加工處理的技術(shù)。遙感信息通常以圖像形式出現(xiàn)，這種處理也稱遙感圖像信息處理。

遙感信息處理的主要目的如下：

(1)消除各種輻射畸變和幾何畸變，使經(jīng)過處理后的圖像能更真實地表現(xiàn)原景物真實面貌。(2)利用增強技術(shù)突出景物的某些光譜和空間特征，使之易于與其他地物區(qū)分和判別。(3)進一步理解、分析和判別經(jīng)過處理后的圖像，提取所需要的專題信息。遙感信息處理的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：遙感圖像校正。遙感圖像增強。遙感圖像鑲嵌。遙感圖像融合。遙感圖像自動判讀。遙感圖像處理的方法有以下兩種：(1)遙感圖像光學處理。遙感圖像光學處理的方法是針對光學圖像，依靠光學儀器或電子光學儀器，用光學方法進行圖像處理，實現(xiàn)處理目的。遙感圖像光學處理精度高，反映目標地物真實，圖像目視效果好，是遙感圖像處理的重要方法之一。(2)遙感圖像數(shù)字處理。光學圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像后，遙感傳感器直接獲得數(shù)字遙感圖像后，可以利用計算機對遙感圖像數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)字處理方法操作簡單，容易構(gòu)建滿足特定處理任務的遙感圖像處理系統(tǒng)，準確地提取所需要的遙感信息，同時可以和其他計算機系統(tǒng)融合，形成3S技術(shù)，即遙感技術(shù)(RemoteSensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(GeographyInformationSystems，GIS)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystems，GPS)的綜合應用，將空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導航技術(shù)和計算機技術(shù)、通信技術(shù)相結(jié)合，通過多學科高度集成對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用。

目前，遙感圖像數(shù)字處理方法已經(jīng)逐步取代光學方法，成為遙感圖像處理的主流技術(shù)手段。遙感系統(tǒng)的分類

按照不同的分類標準，遙感系統(tǒng)可以劃分為不同類別。 1．按電磁輻射源分類 2．按工作高度分類 3．按電磁波波譜分類 4．按數(shù)據(jù)類型分類 5．按應用空間分類遙感系統(tǒng)的應用

遙感技術(shù)已經(jīng)深入應用到人類的工作和生活中，在很多領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1．在海洋研究中的應用

2．在氣象和氣候研究中的應用

3．在林業(yè)領(lǐng)域的應用

4．在地質(zhì)領(lǐng)域的應用

5．在農(nóng)業(yè)中的應用

6．在軍事上的應用

7．在自然災害監(jiān)測上的應用

遙感技術(shù)的發(fā)展

(1)研制新一代傳感器，以獲得分辨率更高、質(zhì)量更好的遙感圖像。

(2)遙感信息的處理走向定量化和智能化。

(3)遙感應用不斷深化。

(4)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與支持是遙感技術(shù)發(fā)展的又一進展和動向。

現(xiàn)代遙感科學技術(shù)體系是支撐和貫穿國家遙感信息基礎(chǔ)設(shè)施(NRSII)建設(shè)與發(fā)展的技術(shù)主體及運行服務主軸，國家遙感信息基礎(chǔ)設(shè)施能夠使遙感科學技術(shù)更加緊密而有效地與國家建設(shè)與發(fā)展的重大任務對接和融合，成為其核心且占據(jù)越來越大份額的中流砥柱。

5.4存儲技術(shù)

我們現(xiàn)在處于信息時代，每天都在和電腦、手機、平板電腦打交道，我們的工作和生活已經(jīng)完全離不開視頻、音樂、圖片、文本、表格這樣的數(shù)據(jù)文件，所有這些數(shù)據(jù)文件，都需要通過電子設(shè)備進行保存，這就是數(shù)據(jù)存儲，簡稱存儲。

存儲就是根據(jù)不同的應用環(huán)境采取合理、安全、有效的方式將數(shù)據(jù)保存到某些介質(zhì)上并能保證有效的訪問?？偟膩碇v，存儲技術(shù)包含兩個方面的含義：一方面它是數(shù)據(jù)臨時或長期駐留的物理媒介；另一方面，它是保證數(shù)據(jù)完整安全存放的方式或行為。1、傳統(tǒng)存儲簡介

存儲是人類從古至今一直伴隨自身的一個重要行為，也是人類發(fā)展文明的一個重要標志。

遠古時期，人類用結(jié)繩記事、記錄風俗傳統(tǒng)和重大事件；

甲骨文已經(jīng)發(fā)展成為有較嚴密系統(tǒng)的文字，有助于記錄、傳承信息。造紙術(shù)和紙的出現(xiàn)使得信息的記錄、傳播和繼承有了革命性的進步，促進了人類文化的傳播。

從帛書、卷軸、活字印刷術(shù)到現(xiàn)代的平版印刷，書籍逐漸發(fā)展成輕便、歷久，易于記載、復制文字和圖畫的存儲載體。至20世紀，書籍已成為傳播知識、科學技術(shù)和保存文化的主要工具之一。

2．計算機存儲簡介

存儲系統(tǒng)是指計算機中存放程序和數(shù)據(jù)的各種存儲設(shè)備、控制部件及管理信息調(diào)度的設(shè)備(硬件)和算法(軟件)所組成的系統(tǒng)。存儲系統(tǒng)具有寫入和讀出計算機工作需要的信息(程序和數(shù)據(jù))的能力，能實現(xiàn)計算機的信息記憶功能。

現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中常采用寄存器組、高速緩存、主存儲器、外部存儲器的多級存儲體系結(jié)構(gòu)，越靠近CPU，存儲器的速度越快，容量越小，每位的價格越高。

計算機存儲系統(tǒng)的核心是存儲器，存儲器分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器。

內(nèi)部存儲器(簡稱內(nèi)存)主要存儲計算機當前工作需要的程序和數(shù)據(jù)，包括高速緩沖存儲器(Cache，簡稱緩存)和主存儲器，目前構(gòu)成內(nèi)存的主要是半導體存儲器。

外部存儲器(簡稱外存)主要有磁性存儲器、光存儲器和半導體存儲器三種實現(xiàn)方式，存儲介質(zhì)有硬磁盤、光盤、磁帶和移動存儲器等。

1)磁存儲設(shè)備2)光盤存儲器

光盤存儲器是利用光來記錄和讀取信息的，最先應用于數(shù)字化音頻，20世紀80年代開始在計算機領(lǐng)域廣泛使用。

3)固態(tài)存儲器

固態(tài)硬盤(SolidStateDrive，SSD)又叫電子硬盤，其存儲單元使用NandFlash存儲芯片。與機械硬盤相比，SSD讀/寫速度快，功耗低，無噪聲，抗震動、體積小，同時價格高，容量小，壽命低。

混合硬盤(HybridHardDisk，HHD)是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤，利用NandFlash作為緩沖存儲器來快速完成數(shù)據(jù)讀/寫。HHD以減少對磁盤讀/寫的方式來提高硬盤的整體性能。

存儲方式的架構(gòu)

存儲方式主要有三種基本架構(gòu)，分別是直接附加存儲(DirectAttachedStorage，DAS)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NetworkAttachedStorage，NAS)和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(StorageAreaNetwork，SAN)。

在存儲領(lǐng)域，三種存儲架構(gòu)都占有一定的份額。

1．直接附加存儲(DAS)

DAS是一種直接與主機系統(tǒng)相連接的存儲設(shè)備，是計算機系統(tǒng)中最常用的數(shù)據(jù)存儲方式，存儲設(shè)備通過SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口)線纜或FC(光纖通道)直接連接到服務器。I/O(輸入/輸出)請求直接發(fā)送到存儲設(shè)備。它依賴于服務器，是硬件的堆疊，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。

DAS技術(shù)成熟，購置成本低，組建和配置容易。其缺點是存儲設(shè)備只能連接到一臺主機使用，無法共享，使用成本較高，且其安全性與可靠性較低。2．網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)

NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲及文件備份設(shè)備，它是基于LAN(局域網(wǎng))，按照TCP/IP協(xié)議進行通信，以文件的I/O方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?/p>

NAS與DAS相比，其最大的特點是非直連。它可以通過IP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多臺主機與存儲設(shè)備之間的連接。提高了存儲的安全性、共享性和成本。但是NAS的I/O(輸入/輸出)特性漸漸成為性能瓶頸。隨著應用服務器的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率會急劇下降。

3．存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)

SAN是指存儲設(shè)備相互連接且與一臺服務器或一個服務器群相連的網(wǎng)絡(luò)。在有些配置中，SAN也與網(wǎng)絡(luò)相連。

SAN是在NAS基礎(chǔ)上的演進，通過專用光纖通道交換機訪問數(shù)據(jù)，采用ISCSI、FC協(xié)議。根據(jù)傳輸方式的不同，SAN分為光纖通道的FC-SAN和IP網(wǎng)絡(luò)的IP-SAN。FC-SAN在20世紀末得到大規(guī)模應用，該技術(shù)較為成熟，且性能較為優(yōu)異，但其兼容性差，成本高昂，擴展能力差。磁盤陣列(RAID)技術(shù)

傳統(tǒng)的計算機存儲系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲通常由內(nèi)置磁盤完成，容易引起性能、擴容和可靠性的問題。CPU處理器性能的提升速度遠高于磁盤驅(qū)動器讀/寫速度的增長，兩者性能的不匹配制約了統(tǒng)性能的提升。磁盤陣列(DiskArray)通過多磁盤并行存取數(shù)據(jù)，大幅度提高數(shù)據(jù)吞吐率。并通過數(shù)據(jù)校驗提供容錯功能，提高存儲數(shù)據(jù)的可用性。 RAID采用高效的數(shù)據(jù)組織方式——數(shù)據(jù)條帶化提高讀/寫性能。通過對磁盤數(shù)據(jù)進行條塊化，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)成塊存取，有效減少磁盤的機械尋道時間，提高數(shù)據(jù)存取速度。將連續(xù)數(shù)據(jù)分散到多個磁盤，實現(xiàn)同一陣列中多塊磁盤同時進行存取數(shù)據(jù)，提高存取效率。 RAID通過鏡像和奇偶校驗的方式對數(shù)據(jù)進行冗余保護，保證數(shù)據(jù)安全?！扮R像”就是利用冗余的磁盤保存數(shù)據(jù)副本，“奇偶校驗”則是用戶數(shù)據(jù)通過奇偶校驗算法計算出奇偶校驗碼，并將其存放在額外的存儲空間。如果RAID中某個磁盤數(shù)據(jù)失效，就可以利用鏡像盤或奇偶校驗信息對該磁盤上的數(shù)據(jù)進行修復。云存儲

云存儲是由第三方運營商提供的在線存儲系統(tǒng)，比如面向個人用戶的在線網(wǎng)盤和面向企業(yè)的文件、塊或?qū)ο蟠鎯ο到y(tǒng)等。云存儲的運營商負責數(shù)據(jù)中心的部署、運營和維護等工作，將數(shù)據(jù)存儲包裝成服務的形式提供給客戶。云存儲提供了“按需分配、按量計費”的數(shù)據(jù)存儲服務。用戶不需要搭建自己的數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)架構(gòu)，也不需要關(guān)心底層存儲系統(tǒng)的管理和維護等工作，還可以根據(jù)其業(yè)務需求動態(tài)地擴大或減小其對存儲容量的需求。

云存儲系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)分為四層，分別是存儲層、基礎(chǔ)管理層、應用接口層和訪問層。

存儲層是云存儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)；

基礎(chǔ)管理層是整個云存儲最復雜也是最關(guān)鍵的部分，云存儲的主要功能由這一層完成；

應用接口層為不同服務提供相應的用戶接口，完成接入、用戶認證和權(quán)限管理；

訪問層位于云存儲的頂端，在這一層用戶通過標準的公共應用接口來登錄云存儲系統(tǒng)，經(jīng)驗證后享受云存儲系統(tǒng)提供的存儲服務。

存儲虛擬化是云存儲的一個重要技術(shù)基礎(chǔ)，通過存儲虛擬化技術(shù)，云存儲可以實現(xiàn)很多新的特性。比如，用戶數(shù)據(jù)在邏輯上的隔離、存儲空間的精簡配置等。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是云存儲發(fā)展的助推劑，所有用戶需要通過公共網(wǎng)絡(luò)連接云存儲系統(tǒng)接收其提供的存儲服務，只有高速、健康的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才能保證連接的高效，滿足數(shù)據(jù)存儲過程中大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。開放共享的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動了云存儲的發(fā)展。

5.5自動控制技術(shù)

所謂自動控制，是指脫離人的直接干預，利用控制裝置(簡稱控制器)使被控對象(如設(shè)備、生產(chǎn)過程等)的工作狀態(tài)或被控量(如溫度、壓力、流量、速度、pH值等)按照預定的規(guī)律運行。例如，數(shù)控車床按預定程序自動切削，人造衛(wèi)星準確進入預定軌道并回收等。

所謂自動控制系統(tǒng)，是指實現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。

除了在工業(yè)上被廣泛應用外，自動控制技術(shù)還在宇航、機器人控制、導彈制導及核動力等高新技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，并擴展到生物、醫(yī)學、環(huán)境、經(jīng)濟管理等許多社會生活領(lǐng)域中。自動控制系統(tǒng)的組成

由被控對象和控制裝置(控制器)按照一定方式連接起來并能完成一定自動控制任務的總體稱為自動控制系統(tǒng)。

自動控制系統(tǒng)主要由控制器和被控對象兩大部分組成，并且要實現(xiàn)一定的控制作用。每個系統(tǒng)都有輸入量和輸出量，輸入量指影響系統(tǒng)輸出量的外界輸入，輸出量指自動控制系統(tǒng)的被控制量。

下面以水箱水位自動控制系統(tǒng)為例，分析該自動控制系統(tǒng)的組成和工作原理。該系統(tǒng)的主要任務是使實際水位與要求水位一致。

系統(tǒng)中，輸出量為實際水位，輸入量為要求水位，是個給定值，擾動量為出水閥門的出水量變化。因此，水箱水位自動控制系統(tǒng)的任務也可以描述為克服擾動的影響，使系統(tǒng)的輸出量與輸入量保持一致。被控對象指控制系統(tǒng)中被控制的機器設(shè)備、生產(chǎn)過程等，而控制器(也稱控制裝置)指外加的對被控對象起到控制作用的各部分設(shè)備或裝置的總稱，通常由具有一定基本職能的各種基本元件組成。

組成控制器(也稱控制裝置)各種基本元件包括以下幾種：(1)測量元件，測量被控制的物理量。(2)給定元件，給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量。(3)比較元件，將測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的給定量進行比較，得到它們的偏差。(4)放大元件，將比較元件給出的偏差進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。(5)執(zhí)行元件，直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。(6)校正元件(調(diào)節(jié)元件)，是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。

自動控制系統(tǒng)的分類

自動控制系統(tǒng)幾種常用的分類方式：

1．按信號流向：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2．按輸入信號：恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。

3．按元器件特性：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。

4．按系統(tǒng)特性隨時間變化：定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。

5．按信號特性：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。

6．按輸入/輸出量：單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。

自動控制理論及其發(fā)展

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)學科，可分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。

1.經(jīng)典控制理論：到20世紀50年代，經(jīng)典控制理論形成了相對完整的理論體系。經(jīng)典控制理論研究的對象基本上是以線性定常系統(tǒng)為主的單輸入單輸出系統(tǒng)，還不能解決如時變參數(shù)問題、多變量、強耦合等復雜的控制問題。

2.現(xiàn)代控制理論：到20世紀60年代初，現(xiàn)代控制理論應運而生?，F(xiàn)代控制理論主要利用計算機作為系統(tǒng)建模分析、設(shè)計乃至控制的手段，適用于多變量、非線性、時變系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論在航空、航天、制導與控制中創(chuàng)造了輝煌的成就，人類邁向宇宙的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

自動控制系統(tǒng)的基本要求

對控制系統(tǒng)性能的要求概括為三方面：穩(wěn)定性(穩(wěn))、動態(tài)性能(快)、穩(wěn)態(tài)性能(準)。

穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)運行的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的；

動態(tài)性能要求系統(tǒng)動態(tài)響應的快速性，系統(tǒng)的過渡過程越短越好；

穩(wěn)態(tài)性能給出了過渡過程結(jié)束后到達穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)的控制精度度量。

5.6信息檢索

信息檢索是按照一定方式從信息集合中或數(shù)據(jù)庫中查找所需信息的具體過程。廣義的信息檢索包括信息存儲與查找兩個過程，而狹義的信息檢索僅指信息的查找。

對于信息用戶而言，狹義的信息檢索更為重要，因為用戶需要的是方便、快捷、高效地獲取所需的信息內(nèi)容，而不必了解和掌握信息的管理方式、組織模式以及存儲地點等事項。1.信息、知識、文獻

信息是物質(zhì)的存在方式及運動規(guī)律和特點的表征，是事物及其現(xiàn)象的內(nèi)外特征、相互聯(lián)系及作用的反映。信息是知識的重要組成部分，將反映自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的信息經(jīng)過加工，上升為對客觀規(guī)律的認識時，再生信息構(gòu)成知識。

知識是人類認識的成果和結(jié)果。知識作廣義的理解，包括消息、情況、事實、數(shù)據(jù)。信息中包含知識，而知識用一定的記錄手段記錄下來時，則成為文獻。

文獻是記錄知識的一切載體，是用文字、圖形、符號等技術(shù)手段記錄人類知識的一切物質(zhì)載體。文獻三個要素：

第一，要有一定的知識內(nèi)容；

第二，要有保存和傳遞知識的記錄方式，如文字、圖形、符號、視頻、聲頻等手段；

第三，要有記錄知識的物質(zhì)載體，如紙張、感光材料、磁性材料等。

這三要素缺一不可。文獻與知識既是不同的概念，又有密切的聯(lián)系。文獻必須包含知識內(nèi)容；而知識內(nèi)容只有記錄在物質(zhì)載體上，才能構(gòu)成文獻。

信息檢索的基本原理

信息檢索基本原理的核心是用戶信息需求與一定的文獻信息集合的比較和選擇，是兩者匹配的過程。

一方面是用戶的信息需求，一方面是組織有序的文獻信息集合，檢索就是從用戶特定的信息需求出發(fā)，對特定的信息集合采用一定的方法、技術(shù)手段，根據(jù)一定的線索與規(guī)則從中找出相關(guān)的信息。信息檢索方式(1)按檢索對象分類：

按照檢索對象不同，信息檢索分為文獻檢索、數(shù)據(jù)檢索和事實檢索。(2)按計算機檢索技術(shù)分類：

按照計算機檢索技術(shù)不同，信息檢索分為聯(lián)機檢索、光盤檢索和網(wǎng)絡(luò)檢索。信息檢索語言

信息檢索語言是用來表達信息概念的一種人工語言，它是根據(jù)信息組織和檢索需要所編制的特殊標志，是存儲信息、組織信息和檢索信息的符號。它是溝通“信息源”與“檢索”的橋梁和紐帶，能標引、組織和編排信息，形成各種信息檢索工具或檢索系統(tǒng)，利用檢索語言將信息從檢索工具或檢索系統(tǒng)中檢查出來。

分類語言是按學科范疇劃分而構(gòu)成的一種語言體系，它集中反映學科的系統(tǒng)性，反映它們的相關(guān)、從屬、派生等關(guān)系，從總體到局部分層、分面展開，形成分類體系。由類目號碼及名稱作為檢索語言，構(gòu)成分類類目表，如圖書分類表、專利分類表用的都是分類語言。主題詞語言包括關(guān)鍵詞語言、單元詞語言、標題詞語言、敘詞語言等，它們有不同的主題詞表。主題詞表達概念本身，在主題詞表中通過參照系統(tǒng)來指示詞匯之間的關(guān)系。

分類語言的具體表現(xiàn)形式是分類表，國內(nèi)常用的有《中國圖書館圖書分類法》《科學院圖書館分類法》《人民大學圖書館分類法》等，國外常用的有《杜威十進分類法》《美國國會圖書館分類法》等。 《中國圖書館圖書分類法》把知識門類分為馬列、毛澤東思想，哲學，社會科學，自然科學，綜合性圖書這五大部類，在此基礎(chǔ)上組成了22個大類。文獻出版類型

文獻的類型按出版形式不同可分為： 1)圖書 2)期刊 3)科技報告 4)會議文獻 5)專利文獻 6)學位論文 7)標準文獻文獻檢索的常用工具和途徑

依據(jù)文獻外表特征的檢索途徑有以下幾種：(1)文獻名途徑：如書名、刊名、篇名、特種文獻名等。(2)著者途徑：如作者、編者、譯者等。(3)序號途徑：文獻出版時所編的號碼，如報告號、專利號等。(4)其他途徑：如出版類型、出版日期、國別、文種等。

依據(jù)文獻內(nèi)容特征的檢索途徑有以下幾種：(1)主題途徑：所需文獻的主題內(nèi)容，如主題索引、關(guān)鍵詞索引等。(2)分類途徑：按照學科分類體系查找文獻。(3)其他途徑：依據(jù)學科特有的特征查找，如分子式索引、環(huán)系索引、子結(jié)構(gòu)索引等?？萍嘉墨I檢索方法

科技文獻檢索的方法有正文法、引文法和循環(huán)法。 (1)正文法：也就是上面介紹的從主題、分類、作者等途徑查找。它可分為順查和倒查、抽查三種。順查即按時間從最早到最近的順序查找，適用于欲了解某項研究的全過程。倒查與順查相反，從最近查起，適用于對某項研究已有充分了解，只想了解最新進展的查找者。 (2)引文法：又叫追溯法，即著眼于文獻所附的參考或引用文獻目錄。 (3)循環(huán)法：正文法和引文法交替使用?？萍嘉墨I檢索步驟 (1)確定檢索方向，弄清所需信息的特征。 (2)確定檢索方法。 (3)根據(jù)學科、語種等選擇一種或多種檢索工具。 (4)根據(jù)主題、分類或作者確定檢索途徑。 (5)實施檢索。檢索過程中先使用累計索引，然后再通過現(xiàn)期索引補充；一套檢索工具或各種索引工具間要相互配合使用；檢出一批結(jié)果后，應瀏覽文摘，判斷是否滿足要求，并加以篩選；

(6)索取原始文獻。計算機信息檢索

計算機信息檢索就是在計算機和人的共同作用下，按照一定的方法組織和存儲信息，并通過人-機對話從計算機存儲的大量數(shù)據(jù)中自動輸出用戶所需的那部分信息的過程。它具有檢索速度快、途徑多、更新快、資源共享、方便靈活、結(jié)果可以直接輸出的特點。

計算機檢索的過程實際上是一個比較、匹配的過程，檢索提問只要與數(shù)據(jù)庫中的信息的特征標志及其邏輯關(guān)系相一致，則屬“命中”，即找到了符合要求的信息。計算機信息檢索系統(tǒng)包括軟硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是檢索系統(tǒng)中的信息源，是計算機信息檢索系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是用戶進行檢索的對象。1.布爾邏輯檢索：采用布爾邏輯表達式來表達用戶的檢索要求，并通過一定的算法和實現(xiàn)手段進行檢索。常用的邏輯算符有三種：AND(邏輯與）、OR(邏輯或）、NOT(