面向智慧城市物联网的多重多维信息加载方法及结构

本发明属于信息加载，尤其涉及一种面向智慧城市物联网的多重多维信息加载方法及结构。

背景技术：

1、随着智慧城市、物联网及智能感知技术的快速发展，城市环境中产生的信息呈现出数据量持续增长、信息类型日益多样以及信息维度不断扩展的特点。道路交通标识、公共设施标识、无人设备导航标识、城市基础设施管理标签等载体需要承载和传递大量信息。传统依赖单一载体或单一信息通道的信息加载与表达方式难以满足多源异构信息的集成加载、传输与感知需求。

2、在信息获取方面，夜间、雾天、雾霾等低能见度条件下，可见光信息的识别受到严重干扰，导致信息获取不连续、不可靠。长波红外波段由于其较长波长以及较低的大气散射与吸收损耗，在大气传播过程中具有更强的穿透能力与更优的远距离传播性能，尤其在雾、烟尘及粉尘等视觉受限环境中，相较于可见光表现出显著的环境适应优势。因此，利用可见波段和红外波段同时进行信息传输，可以有效增强信息的准确获取，并解决低能见度环境中可见信息获取受限的问题。

3、此外，现有信息加载方式通常仅利用单一维度进行信息编码，信息加载容量有限，难以在同一物理载体上实现多种信息的兼容加载与多维表达。如何利用不同波段与不同维度的组合对信息进行编码，使多个相互独立或具有关联关系的信息能够在同一目标发射体上实现兼容加载与多维表达，并根据不同的信息获取方式对所加载信息进行选择性解析与识别，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在提供一种面向智慧城市物联网的多重多维信息加载方法及结构，以解决现有技术中信息加载维度单一，多重多维信息的兼容加载与多维表达以及低能见度环境下信息获取受限等问题。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种面向智慧城市物联网的多重多维信息加载方法，包括如下步骤：

4、s1：在同一目标发射体表面形成有至少两个信息加载区域，分别用于加载可见光信息和红外信息；

5、s2：在信息加载区域，利用空间维度、光谱维度、角度维度和表面反射特性维度中的至少一种，将待加载信息编码为对应维度下的光学响应分布特征；

6、s3：利用信息加载区域在可见光波段和红外波段的不同光学响应特性，使信息加载区域在可见光波段和红外波段形成相互独立的编码信息，实现双波段信息的兼容加载。

7、进一步的，空间维度的信息编码包括利用信息加载区域表面的空间分布特征对待加载信息进行编码；空间分布特征的信息形式包括字符类信息、图形类信息和编码类信息；

8、光谱维度的信息编码包括可见光维度编码和红外维度编码；可见光维度编码包括利用信息加载区域的不同颜色或可见光谱响应特性对待加载信息进行编码；

9、红外维度编码包括利用信息加载区域的红外发射率调控或红外辐射强度调控对待加载信息进行编码；

10、角度维度的信息编码包括利用信息加载区域随自身倾斜角度和观测方向变化而产生的角度相关光学响应对待加载信息进行编码；

11、表面反射特性维度的信息编码包括利用信息加载区域对入射辐射的不同反射特性对待加载信息进行编码。

12、进一步的，字符类信息包括数字、字母和符号；图形类信息包括图案；编码类信息包括条形码、二维码和apriltag。

13、进一步的，两个信息加载区域分别为红外信息加载区域和可见光信息加载区域；

14、对红外信息加载区域进行红外发射率或红外辐射强度的调控采用以下任意一种方式：

15、第一种：采用激光加工工艺在信息加载区域表面制备微纳结构，以调控红外发射率或红外辐射强度；

16、第二种：在信息加载区域表面集成具有不同红外发射率或红外辐射强度的功能材料层。

17、进一步的，当目标发射体为采用低发射率材料时，在信息加载区域表面集成高发射率的功能材料层；当目标发射体为采用高发射率材料时，在信息加载区域表面集成低发射率的功能材料层。

18、进一步的，功能材料层采用金属材料或聚合物材料，集成方式为沉积、喷涂或粘附。

19、进一步的，在可见光信息加载区域集成有覆盖在红外信息加载区域表面的聚合物薄膜，该聚合物薄膜在8μm~13μm红外波段的透过率＞75%，且通过调控其在可见光波段的光学响应特性，实现可见光信息编码。

20、进一步的，采用无源方式利用天然存在的非等温辐射背景，使目标发射体表面不同区域的自身辐射分量及对背景辐射的反射辐射分量产生空间差异，实现无外部能源消耗的红外信息加载。

21、进一步的，设目标发射体表面在观测方向上的自身辐射分量为，其计算公式为：

22、；

23、其中，表示红外辐射波长；表示温度为的黑体在波长处的辐射亮度；表示目标发射体表面温度；表示目标发射体表面在波长处、观测方向上的发射率；和分别表示观测方向的天顶角和方位角；

24、设目标发射体表面在观测方向上，对背景辐射的反射辐射分量为，其计算公式为：

25、；

26、其中，表示背景辐射在波长处、等效黑体温度下的辐射亮度；表示背景辐射在波长处、入射方向上的发射率；表示目标发射体表面在入射方向接收到背景辐射后，向观测方向反射的比例系数；和分别表示入射方向的天顶角和方位角；

27、则辐射亮度通过下式计算：

28、。

29、进一步的，根据环境光照条件及信息获取需求，选择性地通过可见光探测方式或红外探测方式获取目标发射体上所加载的信息。

30、进一步的，目标发射体表面加载的可见光信息和红外信息为相同信息、不同信息或同义异构信息，相同信息是指双波段承载具有相同语义内容且采用相同信息表达形式的信息；不同信息是指双波段承载具有不同语义内容的信息；同义异构信息是指双波段承载具有相同语义内容但采用不同信息表达形式的信息。

31、一种面向智慧城市物联网的多重多维信息加载结构，包括目标发射体，在目标发射体表面形成有至少两个信息加载区域，分别用于加载可见光信息和红外信息；

32、信息加载区域被配置为利用空间维度、光谱维度、角度维度和表面反射特性维度中的至少一种，将待加载信息编码为对应维度下的光学响应分布特征；

33、信息加载区域在可见光波段和红外波段具有不同的光学响应特性，以在可见光波段和红外波段形成相互独立的编码信息，实现双波段信息的兼容加载。

34、进一步的，目标发射体采用金属结构，在金属结构表面规划有红外信息加载区域和可见光信息加载区域；

35、在红外信息加载区域表面利用激光加工工艺制备微纳结构，以实现红外发射率或红外辐射强度的调控；

36、在可见光信息加载区域集成有聚合物薄膜，在聚合物薄膜表面喷涂红外波段低吸收颜料，以实现颜色的调控。

37、进一步的，红外波段低吸收颜料包括红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料和白色颜料中的任意一种或任意两种以上的组合；红色颜料为氧化铁颗粒；黄色颜料为针铁矿颗粒或硅颗粒；蓝色颜料为普鲁士蓝颗粒；白色颜料为氧化锌颗粒。

38、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

39、第一，本发明利用空间维度、光谱维度、角度维度和表面反射特性维度中的至少一种对信息进行编码。空间维度可通过数字、字符、二维码、图案等空间分布加载信息；光谱维度可在可见波段通过颜色加载信息、在红外波段通过红外发射率或红外辐射强度加载信息；角度维度可利用目标发射体随倾斜角度和观测方向变化产生的红外辐射强度变化加载信息；表面反射特性维度可通过调控镜面反射率与漫反射率之比加载信息。通过不同波段与不同维度的组合，可在同一目标发射体上实现多种信息的复合加载与多维表达，使有限物理载体能够承载更多信息。

40、第二，本发明在可见光波段和红外波段分别加载信息。可见光波段满足人眼视觉识别需求，红外波段利用长波红外在大气窗口中的强穿透能力，在夜间、雾天、雾霾等低能见度条件下仍能可靠传递信息。可在两个波段加载相同信息，实现日间与夜间的信息连续传输；也可在两个波段加载同义异构信息，例如可见波段采用符合人眼识别习惯的图形或文字，红外波段采用机器可读的编码图案，从而同时满足人眼视觉识别需求和自动驾驶系统、机器视觉系统的机器识别需求。

41、第三，本发明利用目标发射体表面不同区域之间的红外辐射特性差异，在非等温辐射背景中构建空间分布的辐射亮度差异，在无需外部供能的条件下实现无源红外信息传输。该方法突破了传统红外通信依赖主动辐射源的限制，从根本上降低系统能耗和结构复杂度。

42、第四，本发明通过对金属结构进行激光加工实现红外信息的编码，金属结构可选用铝、铜或铝合金材料；利用红外低吸收颜料颗粒实现可见信息的编码颜料可选用氧化铁、针铁矿、普鲁士蓝、氧化锌等颗粒，原料易得，工艺简单，可实现大面积加工。

43、第五，本发明提供的多重多维信息加载结构可设置于道路交通标识牌、车牌、公共设施标识牌、无人设备导航标识或城市基础设施管理标签等载体上，利用可见光波段满足人眼视觉识别需求，利用红外波段满足夜间及低能见度条件下智能设备的识别需求，实现双波段信息的兼容加载与全天候信息传输，为智慧城市、物联网、智能感知及信息交互等场景提供新的技术方式。