導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇安全監(jiān)測系統(tǒng)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代化監(jiān)測系統(tǒng)分為測控單元、監(jiān)控主站和遠(yuǎn)程信息管理中心。采集站的設(shè)立以堤防監(jiān)測斷面（或堤段）為測控單元。監(jiān)控主站同時控制多個采集站，向各采集站發(fā)送傳感器設(shè)置、采集參數(shù)、報警參數(shù)等指令。多個采集站分別用微波將信號傳輸?shù)奖O(jiān)控主站。主站通過電話公網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁饔嘘P(guān)單位[1-2]。

2監(jiān)測儀器

一般來說，堤防監(jiān)測儀類似于地震監(jiān)測儀，其工作原理是利用一件懸掛的重物的慣性，震動發(fā)生時地面震動而它保持不動。由儀器記錄下的震動是一條具有不同起伏幅度的曲線，稱為震動波線。波線起伏幅度與振動波引起地面震動的振幅相應(yīng)，它標(biāo)志著震動的強烈程度。從震動波線可以清楚的辨別出各類震波的效應(yīng)。

3信息傳輸方式

根據(jù)實際需要和環(huán)境條件，信息傳輸方式可以分為專用電纜、超短波、微波、電話網(wǎng)絡(luò)以及地球同步數(shù)字衛(wèi)星等。安全監(jiān)測控制堤段建議選用微波或超微波，以保證對違法案件的持續(xù)監(jiān)控。還可以設(shè)立采集站執(zhí)行數(shù)據(jù)自動采集、儲存、通信等功能，各采集站之間以及采集站和主站之間具有獨立性，可以在主站停機的情況下自行采集和處理數(shù)據(jù)[3]。

4數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)的采集與處理、常規(guī)計算、報警監(jiān)視、報警順序及時間記錄、歷史數(shù)據(jù)管理、存檔和查尋等。由于每個測控單元具有固定的位置和獨立監(jiān)測的功能，所以數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的分析出震源的位置、震動起始的時間以及震動的幅度。從而使水政執(zhí)法人員在最短的時間趕到事發(fā)地點，減小違法案件對堤防的破壞程度。

5安全評估模式

安全評估模式在預(yù)警系統(tǒng)中至關(guān)重要，可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評估堤防的安全，且安全評估的可靠性取決于監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和評估模式的合理性。因此，在預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計和研制中，一定要建立針對堤防具體條件和運行環(huán)境的合理的安全評估模式。簡單的說，可通過實地監(jiān)測實驗，得出各種有可能在堤防產(chǎn)生震動的物體的振幅，比如重型汽車通過堤防的振幅、挖掘機取土的振幅、鉆井打孔的振幅等，以這些實地監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為工作人員評估堤防安全的參考。但是，由于問題的復(fù)雜性，合理的安全評估模式有待于進一步摸索[1-3]。

6系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件的作用主要是為堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)提供技術(shù)支持、簡化操作程序、便于網(wǎng)絡(luò)體系的管理。從而使整套系統(tǒng)更加迅速、有效地結(jié)合到實際工作當(dāng)中[4]。

7結(jié)語

堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)是運用現(xiàn)代科技設(shè)備對水利設(shè)施安全實時監(jiān)測的系統(tǒng)，雖然這套系統(tǒng)操作簡便、可行性強，但也是一項開拓創(chuàng)新的工程，其中必然會有很多的技術(shù)難題，如何合理規(guī)劃、設(shè)計和實施堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)，需要進一步研究和探索。堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)可以有效地節(jié)約水政巡查資源，大幅提高水政工作效率，有效地減小水事違法案件對水利設(shè)施所造成的損失，對于河道管理和病險水庫的管理具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

8參考文獻(xiàn)

[1] 周小文，包偉力，吳昌諭，等.現(xiàn)代化堤防安全監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)模式研究[J].水利科學(xué)，2002（6）：113-117.

篇2

中圖分類號： X924.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

1引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，變形監(jiān)測技術(shù)也在不斷的發(fā)展，作為海岸安全，提防穩(wěn)定性判斷，往往是在獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，利用計算機軟件建立安全監(jiān)測系統(tǒng)，進行自動化數(shù)據(jù)處理以及自動安全穩(wěn)定信息判斷，本文主要是闡述在構(gòu)建海岸堤防安全監(jiān)測體系以及相關(guān)應(yīng)用方面的一些經(jīng)驗。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測系統(tǒng)的大體形式共有三種：集中式、分布式、混合式?，F(xiàn)代自動監(jiān)控方式，多數(shù)的設(shè)計者則采用監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中的分布式結(jié)構(gòu)。監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的組成，共包括5個主要部分：量測儀器、自動采集控制器、信息傳輸設(shè)備，以及其相應(yīng)的安全評價理論模塊和系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)又分為采集站（即測控單元）、監(jiān)控主站、遠(yuǎn)程信息管理中心（如洪指揮中心）。采集站多設(shè)立在堤防監(jiān)測斷面（或堤段），多個采集站會分別用微波將信號傳送到監(jiān)控主站。一個監(jiān)控主站可同時控制多個采集站，并向各采集站發(fā)送傳感器設(shè)置、采集參數(shù)、報警參數(shù)等指令。主站的數(shù)據(jù)則會通過電話公網(wǎng)的方式被傳輸?shù)交蚱渌魏蔚胤健?/p>

1）量測傳感器

一般來說，堤防監(jiān)測項目主要包括變形監(jiān)測（內(nèi)外部變形）、滲壓監(jiān)測、滲流量監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測（包括海水位、海水潮位、氣溫、海風(fēng)等）等。其中最主要的是對水土壓力和位移的監(jiān)測。對于一個實體的堤防來說，應(yīng)該根據(jù)該堤防的水文、地質(zhì)、環(huán)境等因素，來選擇合理的監(jiān)測項目，并在監(jiān)測項目的布置上做出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。對于不同的監(jiān)測項目來說，傳感器類型和型號有很多種，但監(jiān)測方式各不相同。為使監(jiān)測結(jié)果更加有效可靠，應(yīng)從環(huán)境適應(yīng)性、先進性、長期運行、可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集等方面的標(biāo)準(zhǔn)，對各種傳感器進行對比篩選。從成本的角度出發(fā)，可以將高精度但昂貴的傳感器跟稍低精度但價低的傳感器搭配在一起使用。

2）數(shù)據(jù)采集站

采集站的主要任務(wù)有：數(shù)據(jù)自動采集、存儲、通信等等，通常由以下由部件：自動采集控制器、電源、微波天線（也可采用總線）、防雷裝置等部分組成。在設(shè)置采集站過程中，最關(guān)鍵的一步是監(jiān)測斷面的選擇，這一步對堤防安全狀態(tài)的監(jiān)控管理是至關(guān)重要的，既需要綜合考察地質(zhì)、水文、環(huán)境條件和往年險情情況，也需要考察堤防線路的長短，為避免電纜埋設(shè)過長，一般監(jiān)測斷面之間距離以百米或千米計，各個采集站之間、主站之間具有各自的獨立性，因此，采集站可以在主站停機的情況下，自行采集和處理數(shù)據(jù)。自動采集控制器，應(yīng)根據(jù)堤防監(jiān)測項目所輸出信號類型以及通道數(shù)要求來進行設(shè)計。在可能的情況下，最好選用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，這樣一來，不同類型的傳感器都可接入，且不同的采集站均采用相同的軟硬件。采樣的時間間隔應(yīng)合理選擇。例如：某系統(tǒng)研制的采集控制器分多段設(shè)置，分別為1min、5min、30min、2h、4h等，控制器既可以自動測定，也可以手動定點顯示測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采集控制器可以設(shè)立報警限值，通過報警系統(tǒng)每秒會閃爍若干次進行提示，可以實現(xiàn)多通道報警（如發(fā)送數(shù)據(jù)到防汛中心，短信提醒，在網(wǎng)警報，甚至可以安裝鳴笛報警系統(tǒng)）。

3）主監(jiān)控站

主站的作用是對各個采集站進行管理和控制、發(fā)送和接收采集的信號、評價安全狀態(tài)、報警、向遠(yuǎn)程信息中心或防汛指揮中心發(fā)送數(shù)據(jù)。為了便于堤防的安全管理和系統(tǒng)維護，監(jiān)控主站多設(shè)置在堤防管理機構(gòu)的辦公用房內(nèi)。監(jiān)控主站由以下部分組成：自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件、控制微機、微波等通信模塊、Modem（調(diào)制解調(diào)器）、電話線路、防雷裝置等。

4） 通信網(wǎng)絡(luò)

在傳感器、采集站、監(jiān)控主站、遠(yuǎn)程信息中心之間進行數(shù)據(jù)和命令傳輸方式有：電纜、微波、電話網(wǎng)等組成的通信網(wǎng)絡(luò)，信息傳輸方式可以根據(jù)實際需要進行選擇，通訊專用電纜、超短波、及地球同步數(shù)字衛(wèi)星等均可以作為信息通訊的手段。通常，系統(tǒng)中包含有三種通信方式：傳感器與采集器之間由電纜線連接；采集站與監(jiān)控主站之間可用微波方式；主站信息會采用通過電話網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)將信號傳至任何地方，各通訊環(huán)節(jié)都應(yīng)該在使用前中進行數(shù)據(jù)精密的檢測，以確保不會發(fā)生通信故障或失真的事件。

5）安全評價

在預(yù)警系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)中，安全評價模塊則是更為重要的部分，必須要有安全評價模塊，才能根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評價堤防的安全。安全評價的可靠性，除了依賴監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其余大部分都取決于評價模塊的合理性。因此，在預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計過程中，一定要建立針對堤防具體條件和運行環(huán)境的合理的安全評價模塊。從實際出發(fā)，由于現(xiàn)實問題的復(fù)雜性，更為合理的安全評價模塊有待于在監(jiān)測實踐中進一步探究摸索。堤防滲流作用是介于飽和-非飽和、非穩(wěn)定-穩(wěn)定發(fā)展的一個階段，加之，滲流場又有不同程度上的非均質(zhì)，幾何形狀跟邊界條件又很復(fù)雜。使得在采用確定的方法來計算堤防的汛期動態(tài)滲流變得異常困難，難以精確計算和考慮各種各樣復(fù)雜的情況。一般，對于部分信息環(huán)境有非確定性的、會發(fā)生動態(tài)變化的狀況，應(yīng)該對現(xiàn)場觀測的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、處理、推斷，直接用于堤防滲流險情的判斷和預(yù)報比較合理?；陬A(yù)警系統(tǒng)需要以及上述現(xiàn)狀的研究，應(yīng)建立以監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的安全評價模塊、滑坡預(yù)測模塊這兩種模塊。前者主要觀測土層實際承受的滲透水力坡降和土的臨界水力坡降，對兩者進行比較，然后分為安全、輕度危險、嚴(yán)重危險、即將破壞這四個級別的標(biāo)準(zhǔn)；后者采用灰色突變理論對堤坡位移和滑坡形式進行預(yù)測。另外，為了對下一時刻的滲流安全進行預(yù)測，項目系統(tǒng)還應(yīng)建立流安全灰色預(yù)測模塊。

3 監(jiān)測系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的主要功能包括以下幾個環(huán)節(jié)：采集、檢測、控制、存儲、計算處理、安全評價及預(yù)測、通信等。

1）軟件開發(fā)工具，軟件開發(fā)平臺選用普遍使用Windows操作系統(tǒng)的PC電腦，即可以滿足一般預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)要求。設(shè)計者通常會選C#或者VC++、VB等通用語言作為標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)環(huán)境，這樣一來可以廣泛的利用Windows下的各種資源，如控件、OLE對象等。

2） 實現(xiàn)的功能，軟件采用的模塊結(jié)構(gòu)，主要有數(shù)據(jù)的采集處理和安全評價預(yù)警這兩大模塊。軟件的實現(xiàn)的功能有：

（1）數(shù)據(jù)采集處理模塊：設(shè)采集站的選擇菜單，監(jiān)測所得的剖面圖形既可以繪制也可以對其進行一定的局部修改；傳感器，可以逐個的在監(jiān)測剖面上進行安裝或撤消，最后可以以填表的形式輸入編號，類型、型號、量測范圍等；可以隨時設(shè)置或取消報警的限值；采集的數(shù)據(jù)會以傳感器編號順序形成列表，并標(biāo)注采集的時間；以采集值的時間為軸，顯示信號隨時間的變化情況，時間軸可以自行定義，如秒、分、小時、天等；通過數(shù)據(jù)庫總臺可以隨時調(diào)出、查看、編輯，甚至于另行存儲。

安全評價預(yù)警模塊：設(shè)有采集站的選擇菜單，調(diào)用采集處理模塊的數(shù)據(jù)；模塊中含有滲流評價、預(yù)測模塊、滑坡預(yù)測模塊；評價結(jié)果自動彈出，因此當(dāng)有警情時自動彈出報警窗口的同時，也會報警蜂鳴或電話撥號等指令。

（3）遠(yuǎn)程信息管理：接收監(jiān)測主控站的參數(shù)和數(shù)據(jù)，隨時了解堤防的運行現(xiàn)狀；安裝與主站相同的安全評價預(yù)警軟件，使主站能夠方便的對各采集站進行遠(yuǎn)程的安全評價和預(yù)測。系統(tǒng)軟件應(yīng)具備靈活適用、功能齊全等特點，才能適用于堤防的監(jiān)測與安全預(yù)警。

4 結(jié)語

提防安全監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建并不僅僅是軟件系統(tǒng)，整個系統(tǒng)構(gòu)建還需要合理的監(jiān)測方法和科學(xué)布置的監(jiān)測點，自動化的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)；完善的安全評價和預(yù)測理論數(shù)據(jù)處理軟件。綜上所述，提防安全監(jiān)測系統(tǒng)是一個由多項體系構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

篇3

礦井監(jiān)測系統(tǒng)是由單一的甲烷監(jiān)測和就地斷電控制的瓦斯遙測系統(tǒng)和簡單的開關(guān)量監(jiān)測模擬盤調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展而來。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應(yīng)用，為適應(yīng)機械化采煤的需要，礦井監(jiān)測系統(tǒng)由早期單一參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展為多參數(shù)單方面監(jiān)測系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均針對某一方面的多參數(shù)監(jiān)控。煤礦技工學(xué)校學(xué)生應(yīng)當(dāng)在原有知識點的基礎(chǔ)上更多地了解煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成及礦井通風(fēng)專業(yè)安全監(jiān)測系統(tǒng)所使用的設(shè)備及注意事項等常規(guī)知識，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。

一、礦井監(jiān)測系統(tǒng)的組成

礦井監(jiān)測系統(tǒng)由環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)、軌道運輸監(jiān)測系統(tǒng)、膠帶運輸監(jiān)測系統(tǒng)、提升運輸監(jiān)測系統(tǒng)、供電監(jiān)測系統(tǒng)、排水監(jiān)測系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、水災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、煤與瓦斯突出監(jiān)測系統(tǒng)、大型機電設(shè)備健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)等組成。

二、環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)

1.名詞解釋：用于監(jiān)測甲烷濃度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、濕度、煙霧、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機開停、主通風(fēng)機開停，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制的監(jiān)測系統(tǒng)。

2.功能：具有模擬量、開關(guān)量、累積量采集、傳輸、存儲、處理、顯示、打印、聲光報警、控制等功能。

3.組成：由主機、傳輸接口、分站、傳感器、斷電控制器、聲光報警器、電源箱、避雷器等設(shè)備組成。

（備注：主機：主要用來接受監(jiān)測信號、校正、報警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、控制打印輸出、與管理網(wǎng)聯(lián)絡(luò)等。分站：用于接收來自傳感器的信號，并按預(yù)先約定的復(fù)用方式遠(yuǎn)距離傳輸給傳輸接口，同時，接收來自傳輸接口多路復(fù)用信號的裝置。）

三、各傳感器的功能

1.甲烷傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井環(huán)境氣體中及抽放管道內(nèi)甲烷濃度的裝置，一般具有顯示及聲光報警的功能。

2.便攜式甲烷監(jiān)測報警儀：具有甲烷濃度數(shù)字顯示及超限報警的功能。

3.風(fēng)速傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)巷道中風(fēng)速的大小。

4.風(fēng)壓傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)機、風(fēng)門、密閉巷道、通風(fēng)巷道等地點的通風(fēng)壓力。

5.溫度傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井環(huán)境溫度的高低。

6.一氧化碳傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井中煤塵自然發(fā)火及膠帶輸送機膠帶等著火時產(chǎn)生的一氧化碳的濃度的裝置。

7.煙霧傳感器：連續(xù)監(jiān)測礦井中膠帶輸送機膠帶等著火時產(chǎn)生的煙霧的濃度。

四、甲烷傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀等的設(shè)置和報警濃度、斷電濃度、復(fù)電濃度

1、設(shè)置：甲烷傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板（頂梁、屋頂）不得大于300mm，距巷道側(cè)壁（墻壁）不得小于200mm，并應(yīng)安裝維護方便，不影響行人和行車；一氧化碳傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板（頂梁）不得大于300mm，距巷道側(cè)壁（墻壁）不得小于200mm，并應(yīng)安裝維護方便，不影響行人和行車；風(fēng)速傳感器設(shè)在采區(qū)回風(fēng)巷、一翼回風(fēng)巷、總回風(fēng)巷的測風(fēng)站，應(yīng)設(shè)置在巷道前后10米內(nèi)無分支風(fēng)流、無障礙、斷面無變化，能準(zhǔn)確計算風(fēng)量的地點；風(fēng)壓傳感器是在主要通風(fēng)機的風(fēng)硐內(nèi)設(shè)置；溫度傳感器應(yīng)垂直懸掛距頂板（頂梁）不得大于300mm，距巷道側(cè)壁（墻壁）不得小于200mm，并應(yīng)安裝維護方便，不影響行人和行車；煙霧傳感器設(shè)置在帶式輸送機滾筒下風(fēng)測10米～15米處。

篇4

中圖分類號:TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973(2010) 08-040-01

目前,礦山監(jiān)測技術(shù)主要集中在礦山壓力、瓦斯、水文水質(zhì)和粉塵等幾個方面。在信息傳輸采用無線、RS485等成本較高的測量方式,本文將介紹一種基于CAN技術(shù)的礦井安全監(jiān)測系統(tǒng),成本低廉,安裝方便的監(jiān)測系統(tǒng)

1系統(tǒng)介紹

1.1系統(tǒng)組成

礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2工作流程

XC878單片機進行各個傳感器的初始化及數(shù)據(jù)的采集,然后通過自帶的CAN接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上,上位機通過CAN總線轉(zhuǎn)USB接口將數(shù)據(jù)進行顯示,然后可據(jù)此判斷礦井的整體結(jié)構(gòu)各個參數(shù)。上位機可對單片機的狀態(tài)進行查詢。

圖2工作流程圖

2硬件設(shè)計

2.1XC878單片機

單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。

XC878是高性能 8位微控制器。片內(nèi)集成 CAN控制器并支持 LIN,具備高級互聯(lián)功能。

2.2傳感器

傾斜測量采用SCA100T高精度雙軸傾角傳感器。應(yīng)力和地音的測量均采用電阻應(yīng)變片組成全橋式測量電路,原理如圖3所示。

圖3全橋差動電路

2.3上位機

上位機采用微型計算機,運行 Windows系統(tǒng) ,采用USB轉(zhuǎn)CAN接口電路,實現(xiàn)與單片機實現(xiàn)雙向通訊 。

3軟件設(shè)計

(1)單片機的軟件包含以下 4個部分:單片機初始化、A/D采樣、各個傳感器的數(shù)據(jù)采集、CAN報文的發(fā)送及接收。

(2)上位機軟件采用C++設(shè)計,通過USB轉(zhuǎn)CAN接口與單片機進行通訊。

4結(jié)束語

篇5

Abstract: With the large reservoir, river gate key water control project monitoring mission requirements continue to increase, further rapid development of computer, communication, automatic control, micro-electronics technology, automation system of water conservancy development with comprehensive function, interconnection network, openness and standardization. Therefore, the new technology is applied to dam safety monitoring system. This paper discussed the reliability of feasibility of the new technology in dam safety monitoring system.

Key words: dam safety; monitoring system; new technology; implementation; application

中圖分類號：TV5

引言：

大壩安全監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)在已發(fā)展成為一門新興的技術(shù)學(xué)科和工程專業(yè), 是關(guān)系到社會公共安全的一項系統(tǒng)工程。針對水庫的城市防洪和供水功能而設(shè)計水庫自動化控制系統(tǒng)，它以先進的控制技術(shù)、可靠設(shè)備、成熟的分層分布的、全開放式的特點，被廣泛應(yīng)用于水庫的運行管理之中，使得水庫管理的工作效率顯著提高。

1. 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)新技術(shù)趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的進步及水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展, 大壩安全監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展和提高。大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)新技術(shù)趨勢有以下幾點:

1.1監(jiān)測設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計優(yōu)化的目的是以最小的監(jiān)測工作量，解決大壩安全監(jiān)測中需要解決的技術(shù)問題, 在保證安全的前提下, 以最少的投入獲得最大的效果, 充分發(fā)揮安全監(jiān)測的作用。為此, 國家90 年代初提出并進行了研究, 先后納入了水利部科技重點項目和水利部規(guī)劃設(shè)計總院科研項目, 研究成果在工程上應(yīng)用后，取得了顯著的效果和巨大的效益。

1.2發(fā)展智能傳感器

這是一種將傳感器與微型計算機集成在一起的裝置, 使其具有感知本能外, 還具有認(rèn)知能力。這種儀器具有復(fù)合敏感功能, 即能同時測量多種物理量和化學(xué)量, 如美國加州大學(xué)智能傳感器可同時測量液體溫度、 流速、 壓力和密度;此外, 傳感器還具有自補償和計算功能, 自檢、 自校、自診斷功能以及信息存儲和傳輸功能。

1.3改進數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

由于大壩安全監(jiān)測的測點比較分散, 且儀器種類較多, 要實現(xiàn)對建筑物各測點的全面控制, 需要一種低成本、 可互操作的測控系統(tǒng), 但目前國內(nèi)外有關(guān)廠家產(chǎn)品的性能還不夠理想。因此, 對現(xiàn)有各種大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開放性、可兼容性、 可靠性及現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的廣泛易組性( 適應(yīng)多種通信介質(zhì)) 、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等性能進行改進, 是一個重要的發(fā)展方向。

1.4 群壩信息系統(tǒng)集成

在國內(nèi)一些地區(qū)建立的水庫管理局和水電總廠的體制下, 往往要求統(tǒng)一管理流域系統(tǒng)或附近地區(qū)的多座大壩, 例如湖南五凌電力公司就屬于這種情況。為此, 需要以公司管理部門為中心, 各壩區(qū)為分中心, 實行統(tǒng)一管理、 遠(yuǎn)程操控、 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、 分析評價和網(wǎng)絡(luò)報送等由中心負(fù)責(zé), 各分中心只需保證系統(tǒng)的現(xiàn)場硬件設(shè)備正常運行即可, 這就大大減少了管理人員, 且提高了工作效率。南瑞集團公司最近研制的分布式大壩安全信息集成系統(tǒng)在五凌公司應(yīng)用, 較好地解決了這一問題。

1.5 采用綜合自動化系統(tǒng)

在大壩安全管理方面, 一般同時存在多個自動化系統(tǒng), 其中包括安全監(jiān)測、 水情監(jiān)測、 閘門監(jiān)控、 視頻監(jiān)控等。水電自動化與大壩監(jiān)測需要將安全監(jiān)測系統(tǒng)，納入工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進行自動化統(tǒng)一管理。對工程自動化系統(tǒng)的綜合管理, 應(yīng)該是一種發(fā)展方向和趨勢。

1.6 利用視頻圖像監(jiān)控

視頻圖像作為大壩安全監(jiān)測的重要輔助手段, 可以更好地了解和檢查大壩的工作狀態(tài)和運行情況。 建立大壩圖像監(jiān)視系統(tǒng), 主要是對大壩、 地基、 岸坡的關(guān)鍵部位及監(jiān)測設(shè)施建立圖像觀測點進行實時監(jiān)控, 并將圖像傳輸?shù)奖O(jiān)測分站、 總站或管理中心,進行圖像監(jiān)視、顯示、錄制、回放, 并對攝像設(shè)備進行遠(yuǎn)控。對了解工程性狀取得了良好效果。

1.7進行現(xiàn)場安全檢測

安全檢測對大壩安全運行作用日益明顯, 主要是可以找出壩體及壩基內(nèi)部隱患, 了解掌握大壩運行性態(tài), 并可對大壩的維修加固進行檢查及評價。這項工作目前還在發(fā)展階段,其檢測設(shè)備和方法還需不斷研究和完善, 但是應(yīng)當(dāng)肯定, 安全檢測是檢查大壩健康狀態(tài)的好工具、 好方法, 將會越來越受到監(jiān)測界的重視。

1.8開展安全報警研究

為避免產(chǎn)生安全災(zāi)害和減少損失, 在進行了各種監(jiān)測及資料分析的基礎(chǔ)上,進行安全報警是非常重要的。這方面國外研究較多, 有的發(fā)達(dá)國家建立了長期報警系統(tǒng), 甚至還定期進行演習(xí)。中國在這方面還比較薄弱, 建議開展報警系統(tǒng)研究, 對報警準(zhǔn)則、分級、設(shè)備及方法等提出一套切實可行的技術(shù)方案, 待條件成熟時可制定安全報警的規(guī)程、 規(guī)范。

2. 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的新技術(shù)

2.1大壩形變觀測技術(shù)包括：測量機器人技術(shù)、GPS觀測技術(shù)、GPS一機多天線技術(shù)等。

2.2大壩自動化監(jiān)測技術(shù)包括：光纖傳感技術(shù)、大壩CT、基礎(chǔ)巖層電測技術(shù)、滲流熱監(jiān)測技術(shù)等。

3.G PRS 技術(shù)在大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由遙測站、中心站組成

3.1.1遙測站: 由測控裝置(MCU),變形監(jiān)測、滲壓監(jiān)測儀器和上游水位計等儀器, GPRS模塊,電源組成。

3.1.2中心站:由GPRS數(shù)據(jù)接收、中心端管理軟件組成。其工作的基本原理是:中心站的主控計算機在軟件的支持下,通過GPRS平臺, 接收每個監(jiān)測站發(fā)出的數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)終端完成各項數(shù)據(jù)的采集和處理,再經(jīng)編碼調(diào)制后,通GPRS傳送給主控計算 機,存入中心數(shù)據(jù)庫, 并由主控計算機完成各種數(shù)據(jù)的顯示、分析匯總、報警、打印等處理。

3 .2G PRS 技術(shù)系統(tǒng)的先進性

目前國內(nèi)生產(chǎn)的系統(tǒng)同國際上的幾種先進產(chǎn)品， 如美國的 Geomation 23 00系統(tǒng), SINCO的IDA系統(tǒng),意大利的GP-DAS系統(tǒng)相當(dāng), 系統(tǒng)功能、技術(shù)性能和總體結(jié)構(gòu)都很接近,且在中國的大壩上應(yīng)用時更具有優(yōu)越性, 更適應(yīng)中國的大壩安全監(jiān)測儀器。如在差動電阻式儀器測量方面，采用了消除導(dǎo)線電阻及芯線電阻變 差影響的五芯測量技術(shù), 這項性能優(yōu)于國外系統(tǒng)。

4.彈性波 C T 技術(shù)在大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1彈性波 CT 技術(shù)原理

CT( Computerized Tomog raphy )技術(shù),又稱層析成像技術(shù), 是醫(yī)學(xué)計算機層析掃描技術(shù)在地球物理領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展, 是一項新興技術(shù)。工程 CT 技術(shù), 是借鑒醫(yī)學(xué) CT , 通過人為設(shè)置的某種射線( 彈性波、電磁波等) 穿過工程探測對象( 工程地質(zhì)體) , 從而達(dá)到探測其內(nèi)部異常( 物理異常)的一種地球物理反演技術(shù)。

由于所用射線不同, 又可分為彈性波 CT、電磁波 CT 及電阻率 CT等。

4.2彈性波 CT 技術(shù)實施效果

工程實踐表明,采用跨孔彈性波 CT 層析成像方法對大壩截滲墻進行質(zhì)量檢測, 較為準(zhǔn)確有效。根據(jù)截滲墻墻體施工工藝及質(zhì)量控制造成的一些內(nèi)在缺陷, 在墻體布置彈性波 CT 剖面, 利用彈性波 CT 具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀、信息量大的特點, 可查明混凝土截滲墻分序施工造成的接頭縫, 以及澆筑不密實區(qū)等缺陷, 為截滲墻加固施工提供準(zhǔn)確指導(dǎo), 克服常規(guī)工程鉆探與地面工程物探勘察的不足, 但是同時, 由于跨孔彈性波 CT 固有 的/ 橫向模糊等因素造成的盲區(qū), 對一些特有的異常體如自上而下縱貫剖面的異常無法區(qū)分, 還需要對彈性波 CT 的觀測系統(tǒng)、 反演理論等進行更深入的研究。

5.總結(jié)：

大壩安全監(jiān)測技術(shù)雖然已經(jīng)較為成熟，某些方面甚至已達(dá)到了國際先進水平，但是，在新的時代仍然面臨著許多新的挑戰(zhàn)。展望未來，希望能夠看到的是一個完整的滿足大壩及工程安全監(jiān)測需求的儀器系列，它們將是高精度高可靠性高穩(wěn)定性和智能化的儀器系統(tǒng); 一個功能強大性能優(yōu)良穩(wěn)定可靠小型化的自動化采集裝置; 一個可采用多總線多介質(zhì)構(gòu)建各種規(guī)模的穩(wěn)定可靠智能化的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng); 一個具有區(qū)域性綜合管理能力的大壩安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，它擁有完備的智能化在線監(jiān)測離線分析安全評判風(fēng)險評估和決策支持系統(tǒng)，能及時充分地挖掘大壩安全監(jiān)測的有用信息，在確保大壩安全運行的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮水電站水庫的最大經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻(xiàn):

篇6

前言

作為大量先進技術(shù)的綜合體，傳感器技術(shù)處于科學(xué)界的前沿，代表著現(xiàn)今最先進的安全監(jiān)測技術(shù)。在大量的實際應(yīng)用過程中，傳感器均能夠快速、準(zhǔn)確的提供所需要的信息，替代了大量操作人員的實際操作，不僅保證了信息數(shù)據(jù)的采集精度，還保證了傳遞速度，以便更好地對生產(chǎn)中的各項參數(shù)進行測量、控制?，F(xiàn)階段，傳感器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、冶金、電力能源、石油化工、礦山等相關(guān)行業(yè)，并在主要崗位或重要裝置上扮演著極其重要的角色。作為一個國家數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的重要標(biāo)志，傳感器技術(shù)的成熟發(fā)展已經(jīng)得到了各行各業(yè)的肯定，其在各行業(yè)發(fā)揮的作用還在不斷的迅速擴大。

1 傳感器技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中為了檢查、監(jiān)督和控制某個生產(chǎn)過程或運動對象，使它們處于所選工況最佳狀態(tài)，就必須掌握描述它們特性的各種參數(shù)，這就首先要測量這些參數(shù)的大小、方向、變化速度等等。傳感器是感知被測量（多為非電量），并把它轉(zhuǎn)化為電量的一種器件或裝置。其通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是傳感器中直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為合適的電信號部分。傳感器組成如圖1：

2 傳感器技術(shù)在安全監(jiān)測系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

2.1 傳感器在安全監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性

由于傳感器大多使用光纖，因此說具有抗干擾能力強、抗輻射性能好、體小質(zhì)輕、易彎曲等特點，因此更適合在受限空間、易燃易爆區(qū)域以及強電磁干擾等環(huán)境中應(yīng)用。因此說現(xiàn)階段傳感器適用于絕大多數(shù)的惡劣作業(yè)環(huán)境中，能夠提供高效、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。例如，在石化企業(yè)成品油罐區(qū)這種高危環(huán)境中，可以通過傳感器來進行溫度、壓力、液位、氣體濃度等信息的采集，能夠迅速將信號上傳至主控室，繼而實現(xiàn)對生產(chǎn)的安全、高效控制。

2.2 安全監(jiān)測系統(tǒng)地重要組成

現(xiàn)階段傳感安全監(jiān)測系統(tǒng)主要由網(wǎng)卡、監(jiān)測系統(tǒng)采集機、二次儀表以及傳感器等網(wǎng)絡(luò)部件組成，具體如圖2：

2.3 傳感器的工作方式

傳感器系統(tǒng)地工作流程是，先通過傳感器將采集到的參數(shù)轉(zhuǎn)化為光脈沖信號，并將其通過光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器，光脈沖信號通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成為點脈沖信號的同時，再進行放大整形，傳給二次儀表，通過二次儀表對電脈沖信號的線性化處理，進行儀表的靈敏度、量程調(diào)節(jié)，以數(shù)字的形式將被測數(shù)據(jù)顯示出來。

現(xiàn)階段絕大多數(shù)的二次儀表都采取串行通信方式與監(jiān)測系統(tǒng)采集機相連的方式，監(jiān)測系統(tǒng)采集機再對二次儀表傳送過來的信息進行加工處理，繼而實現(xiàn)被監(jiān)測參數(shù)的@示、計量、處理以及報警等功能，從而實現(xiàn)自動監(jiān)測的目的。最后，監(jiān)測系統(tǒng)采集機還能夠通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)中，進而實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)、情況的信息共享以及自動匯報。

2.4 傳感器的安全機理

現(xiàn)階段傳感器的安全機理在于：先將傳感器以及傳感器的測量單元高水準(zhǔn)安裝在監(jiān)測現(xiàn)場，再將計算機系統(tǒng)、二次儀表以及光電轉(zhuǎn)換器安裝在儀表操作室內(nèi)部，并使用光纜將各個部件之間有效連接，繼而再通過光電轉(zhuǎn)換器將傳感器與二次儀表連接起來，最后再通過隔離信號安全柵、電源安全柵將觀點轉(zhuǎn)換器與二次儀表連接起來，做到被測現(xiàn)場無電流、電壓等電信號，實現(xiàn)安全監(jiān)測系統(tǒng)的無電監(jiān)測，保證監(jiān)測安全、高效。

3 傳感器技術(shù)的未來發(fā)展方向

3.1 新技術(shù)、工藝以及材料的應(yīng)用

隨著大量先進技術(shù)的研發(fā)成功，傳感器制造過程中應(yīng)用了更多的精密加工技術(shù)，大幅度提升了傳感器的性能，與此同時，由于微電子、微機械以及超精密加工技術(shù)的逐漸成熟，在傳感器的開發(fā)與制造過程中不斷普及，促進了傳感器的微型化方向發(fā)展。

作為傳感器性能提升主要依靠傳感器材料的改進，因此說要提高傳感器的技術(shù)水平離不開材料的研發(fā)。雖然現(xiàn)階段應(yīng)用的半導(dǎo)體材料具有體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，并且在傳感器制造中占有很大比例，但是生物、高分子、智能材料、陶等新型材料的開發(fā)與應(yīng)用，也改善了傳感器的性能與應(yīng)用范圍，使其在實際應(yīng)用中的頻率越來越高。

3.2 傳感器的多維化

現(xiàn)階段的傳感器只能進行單一點的數(shù)據(jù)測量，而未來的傳感器則會突破現(xiàn)有的監(jiān)測方式，從空間上實現(xiàn)擴張，從時間上實現(xiàn)廣延，實現(xiàn)監(jiān)測量的多元化以及監(jiān)測方式的模糊識別。通過電子掃描技術(shù)的應(yīng)用，我們可以將多個傳感器組合在同一設(shè)備中，繼而實現(xiàn)多維空間測量的突破。

3.3 傳感器的集成化

隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的傳感器必然會具有多點監(jiān)測、多功能監(jiān)測的功能，從而實現(xiàn)一個平面和空間的測量。此外，再通過半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)傳感器組成部分的集成化，也可以通過將后續(xù)電路以及傳感器集成化的方式，提高靈敏度，實現(xiàn)傳感器的生產(chǎn)自動化。

3.4 傳感器的多功能

由于現(xiàn)階段對生產(chǎn)監(jiān)控的力度不斷提升，我們需要同時進行大量數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，因此我們就需要采用多種類型與數(shù)量的傳感器來實現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)。傳感器的多功能化就是要將多種信息的監(jiān)測功能匯集在一種傳感器上，因此能夠在不影響系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的前提下降低采購成本，并且實現(xiàn)傳感器可靠性與穩(wěn)定性的提升。

3.5 傳感器的智能化

現(xiàn)階段智能化已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢，在傳感器的研發(fā)中也開始應(yīng)用智能技術(shù)，創(chuàng)造出高度智能傳感器，并且已經(jīng)取得了一定的成果。智能化傳感器能夠?qū)⑿畔?shù)據(jù)的采集、處理、傳輸實現(xiàn)一體化，并且還通過自帶微型計算機的方式實現(xiàn)自我診斷、遠(yuǎn)距離通信等功能。我們堅信未來智能化傳感器在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用必然會日趨廣泛，有效改善當(dāng)前企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況。

4 結(jié)束語

綜上所述，面臨日益嚴(yán)峻的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，我們必須提高安全監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，傳感器的應(yīng)用對于安全監(jiān)測系統(tǒng)來說至關(guān)重要。因此我們要加大對傳感器技術(shù)的研發(fā)力度，通過不斷應(yīng)用先進技術(shù)、材料、工藝等方式，實現(xiàn)傳感器性能指標(biāo)的不斷提升，提高安全監(jiān)測效果，為企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展提供充分保障。

參考文獻(xiàn)

篇7

一、引言

油庫是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地，它對于保障國防和促進國民經(jīng)濟高速發(fā)展具有重要的意義。在石油、化工、工礦等企業(yè)一般都有油庫，這些油庫既是企業(yè)重要的燃料基地，又是一個重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。油庫區(qū)內(nèi)儲運的易燃、易爆物質(zhì)以及生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量較多，事故風(fēng)險高，安全監(jiān)測難度大，面對日益激烈的能源競爭環(huán)境，迫切要求油庫加強安全管理，提高自動化監(jiān)控和管理水平。

目前，國家安全監(jiān)督部門對易燃易爆場所的安防監(jiān)控越來越重視，對其要求也越來越嚴(yán)格，特別是中心城市的大型石油化工儲罐庫；政府科技部門也多次制定有關(guān)公共安全和城市建設(shè)等民生項目的規(guī)劃和政策。因此，油庫的安防自動監(jiān)測與信息管理自動化系統(tǒng)日益被人們所重視。為了確保油庫的安全，必須要對影響油庫安全的部分物理參數(shù)進行實時的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)油庫的安全自動化監(jiān)測。

搭建數(shù)字化油庫安全監(jiān)測管理的主要思想是：以對油庫基本設(shè)備設(shè)施及作業(yè)方式的數(shù)字化改造為基礎(chǔ)，依托油庫信息網(wǎng)絡(luò)一體化構(gòu)建，實現(xiàn)油庫安全監(jiān)控自動化。通過數(shù)字化油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，可以全面提高油庫的油料及油料裝備保障能力及保障效率、安全監(jiān)測防衛(wèi)效益、業(yè)務(wù)管理水平，并為更高一級、更大范圍的信息化建設(shè)提供基礎(chǔ)信息源。

二、國內(nèi)外儲油罐區(qū)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

對于油庫罐區(qū)防火防爆檢測及監(jiān)控技術(shù)，國外發(fā)達(dá)國家起步較早，研究投入較多，已有先進的自動化檢測和監(jiān)控技術(shù)。像國外比較成熟的管理系統(tǒng)-霍尼韋爾油庫自動化系統(tǒng)，已經(jīng)在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)為BP、殼牌、?？松榷鄠€國家的大型石油公司實施了全面的自動化系統(tǒng)，在加強自身安全的同時，提高了效率，降低了運營成本。國外主要從以下幾個方面提高安全監(jiān)測的自動化程度：

（一）儲罐液體自動計量系統(tǒng)

ATG（體積計量法）是國外應(yīng)用最廣泛的計量系統(tǒng)，其代表產(chǎn)品有磁致伸縮液位儀、伺服式液位儀以及雷達(dá)液位儀等，液位測量準(zhǔn)確度均達(dá)到±1mm內(nèi)，其中磁致伸縮液位儀和伺服式液位儀還能測量分層液位（如油水界面），測量準(zhǔn)確度達(dá)到±2mm。

（二）生產(chǎn)調(diào)度控制系統(tǒng)

應(yīng)用電磁閥、管道泵、設(shè)備狀態(tài)檢測（壓力、流量、液位、閥位、氣體濃度等）、視頻監(jiān)視等構(gòu)成生產(chǎn)調(diào)度指揮控制系統(tǒng)對作業(yè)進行自動調(diào)度和控制。

（三）消防滅火系統(tǒng)

國外一般設(shè)有固定的消防設(shè)施，在庫區(qū)重點部位，設(shè)置報警按鈕，視頻監(jiān)視系統(tǒng)進行觀察和確認(rèn)，采用電動閥、調(diào)節(jié)閥、管道泵等構(gòu)成自動滅火系統(tǒng)，可以在最短時間內(nèi)，按照滅火預(yù)案啟動相關(guān)設(shè)備，實施快速撲救。

在國內(nèi)，隨著社會的發(fā)展及科技的進步，各單位也進行信息化系統(tǒng)建設(shè)。最初是自動發(fā)油控制系統(tǒng)，后根據(jù)業(yè)務(wù)需要相繼實施了儲油罐自動計量系統(tǒng)、操作現(xiàn)場電視監(jiān)控系統(tǒng)、成品油管輸計量系統(tǒng)以及成品油批發(fā)管理信息系統(tǒng)。通過近幾年的實際使用，提高了生產(chǎn)及管理水平，取得了一定的管理效益和經(jīng)濟效益。但也存在一些明顯的問題：1.由于客觀原因所致，使得油庫各系統(tǒng)之間缺乏互聯(lián)，各個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的采集、傳輸、整理沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)共享，得不到充分有效利用。當(dāng)一個點出現(xiàn)問題時，與其相關(guān)的各點無法及時快速的做出反應(yīng)，影響安全作業(yè)。2.目前的系統(tǒng)缺乏對安全監(jiān)測方面的針對性，已經(jīng)滿足不了國家安全監(jiān)督部門對易燃易爆場所的安防監(jiān)控要求。

三、大型儲油罐區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分

針對當(dāng)前國內(nèi)油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀，建立大型儲油罐區(qū)防火防爆監(jiān)測系統(tǒng)，主要目的是提高油庫的安全管理水平，為油庫安全、平穩(wěn)、高效運行提供保障，并有效的銜接上層信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)計劃由消防報警、油氣實時在線監(jiān)測、儲罐區(qū)氣象和油罐自動計量等四個分系統(tǒng)構(gòu)成，為了改變以往信息化建設(shè)中各個系統(tǒng)獨立建設(shè)、互不聯(lián)通的局面，需要構(gòu)建數(shù)字化油庫綜合監(jiān)管信息平臺，實現(xiàn)對油庫全局業(yè)務(wù)的數(shù)字化集中監(jiān)管。通過對油庫四個分系統(tǒng)整合，可以實現(xiàn)油庫數(shù)字化業(yè)務(wù)統(tǒng)一監(jiān)管，還可以全面提高油庫的消防、安全、油料綜合統(tǒng)一管理水平，并可為更高管理層提供遠(yuǎn)程監(jiān)管服務(wù)。整體系統(tǒng)組成圖如下：

（一）消防報警系統(tǒng)由火焰探測器、報警信號短信傳送設(shè)備構(gòu)成；可以實現(xiàn)實時火災(zāi)探測及示警功能；人工報警開關(guān)響應(yīng)功能；監(jiān)控中心無人值守時短信報警功能；數(shù)據(jù)信息自動保存功能；查詢統(tǒng)計功能。

（二）油氣在線監(jiān)測系統(tǒng)由氣體探測器和氣體報警控制箱組成，將各探測器與控制箱通過電纜連接，控制箱與監(jiān)控主機交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在線監(jiān)測功能。若控制箱報警，監(jiān)控主機立即發(fā)出聲光報警信號，以便值班人員及時采取措施。此外還可以對控制箱進行設(shè)定，報警控制箱通過執(zhí)行器可控制切斷閥門等操作。

（三）儲罐區(qū)氣象系統(tǒng)由氣象監(jiān)測箱組成，氣象監(jiān)測箱與控制箱通過電纜連接，實現(xiàn)在線監(jiān)測功能。

（四）油罐自動計量系統(tǒng)由柔性磁致伸縮液位儀、高精度差壓變送器組成，采用高精度磁致伸縮液位儀結(jié)合高精度差壓變送器，獲得油品密度，從而實現(xiàn)全自動油品質(zhì)量計量。實時監(jiān)控儲罐液位數(shù)據(jù)，提供油品液位、水位、密度實時信息并有報警功能。另外根據(jù)罐容表可自動計算油品體積和質(zhì)量。

四、結(jié)束語

建立如上所述的大型儲油罐區(qū)防火防爆監(jiān)測系統(tǒng)，可以使油庫各系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的采集、傳輸、整理構(gòu)成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實現(xiàn)了系統(tǒng)間的共享并且滿足不了國家安全監(jiān)督部門對易燃易爆場所的安防監(jiān)控要求。

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篇8

道路橋梁建設(shè)是我國現(xiàn)代化建設(shè)進程的重要組成部分，對我國經(jīng)濟持續(xù)增長和社會進步有至關(guān)重要的影響。橋梁作為道路交通動脈的關(guān)鍵節(jié)點，其重要作用越來越為人們所重視。近年來，我國橋梁建設(shè)發(fā)展迅速，資金投入巨大，由于橋梁在經(jīng)濟社會中的顯赫作用，它的安全性、可靠性越來越受到重視。近年來，國內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌和局部破壞事故，使人們更深入地認(rèn)識到，橋梁結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測的必要性和迫切性，它已成為橋梁領(lǐng)域的一個重要方面，直接牽涉到橋梁和人民財產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟性和社會效益的發(fā)揮。

在橋梁建設(shè)中，斜拉橋的安全監(jiān)測主要集中在施工安全和橋梁健康兩方面：一方面新建橋梁結(jié)構(gòu)需要進行施工監(jiān)控，以確保施工質(zhì)量，順利通車[1][2][3]；另一方面由于自然災(zāi)變和老化作用，橋梁運營過程中，會出現(xiàn)各種病害，潛伏著巨大的安全隱患，威脅橋梁安全[4][5][6]。

因此，為降低陳本提高利用效率，可以考慮開發(fā)同時應(yīng)用于建設(shè)中施工安全和使用中橋梁健康的監(jiān)測系統(tǒng)。

1.監(jiān)測系統(tǒng)的功能分析

開發(fā)同時應(yīng)用于施工安全和橋梁安全的監(jiān)測系統(tǒng)，其功能是對橋梁建設(shè)和使用中情況進行監(jiān)測，從而降低相應(yīng)事故的發(fā)生實現(xiàn)安全建設(shè)和安全使用目標(biāo)。按已有研究，一般認(rèn)為斜拉橋的安全監(jiān)測的過程是在重要結(jié)構(gòu)的某些部位安裝傳感器，測量結(jié)構(gòu)的某些物理量如應(yīng)力、應(yīng)變、加速度、位移等，將測得的這些物理量傳至計算機，計算機根據(jù)這些物理量推斷出結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。因此，開發(fā)斜拉橋安全施工和橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)一般需要具有以下三方面的基本功能：

1）監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化。在施工中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測是對于橋梁施工是否達(dá)到設(shè)計要求最直接的反映，對于保證工程質(zhì)量具有重要意義。在橋梁健康監(jiān)測中，關(guān)鍵部位的應(yīng)力變化是對橋梁使用過程中損傷情況估計的基礎(chǔ)。

2）對橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化和損傷的估計。關(guān)于橋梁施工、使用過程中，由于結(jié)構(gòu)的環(huán)境、荷載、應(yīng)力、變形等參數(shù)變化而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)改變及損傷已經(jīng)有較多理論研究。開發(fā)相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)中需要根據(jù)監(jiān)測到的監(jiān)測值結(jié)合已有研究對斜拉橋情況進行評估，以保障橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程和運營過程中的安全，并具備在結(jié)構(gòu)遭受突發(fā)性荷載或損傷時及時的給出報警，從而降低突發(fā)事件對橋梁安全的影響。

3）對橋梁健康情況的常態(tài)監(jiān)測。在斜拉橋施工和使用中，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化是漸變得，對橋梁損傷的判斷和及時、恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護與維修都是在全面系統(tǒng)地把握結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上進行的。因此，系統(tǒng)需要能夠長時間，大周期范圍內(nèi)保留監(jiān)測的數(shù)據(jù)，并據(jù)此對橋梁結(jié)構(gòu)進行估測，從而科學(xué)養(yǎng)護維修斜拉橋，從而能夠盡量延長斜拉橋安全運營的時間，降低結(jié)構(gòu)的壽命成本。

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)備分析

系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括斜拉橋檢測裝置、數(shù)據(jù)處理的計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分。由于計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)的快速發(fā)展，可以采用已有成熟的計算機系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)進行系統(tǒng)的開發(fā)，因此系統(tǒng)硬件設(shè)備的開發(fā)主要集中于斜拉橋檢測裝置的開發(fā)中。

斜拉橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測裝置的開發(fā)主要包括兩個方面，一是那些關(guān)鍵部位需要安裝傳感器，二是如何進行安裝。

對于傳感器安裝部位的選擇，根據(jù)已有理論研究和相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗，結(jié)合斜拉橋施工過程和使用過程中安全監(jiān)測的需要，開發(fā)相應(yīng)系統(tǒng)時可將系統(tǒng)傳感器運用于斜拉橋的拉索、系桿拱橋的吊桿和系桿、懸索橋的纜索體系、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的體外索和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋、大跨索膜結(jié)構(gòu)的拉索、地錨和環(huán)錨等結(jié)構(gòu)。

而對于傳感器的安裝主要包括以下幾個步驟：1）對各種規(guī)格拉索定型的傳感器產(chǎn)品進行選型；2）分析傳感器生產(chǎn)工藝，研制配套生產(chǎn)裝置研制；3）研究所選用傳感器性能及安裝使用方法；4）利用光纖光柵智能鋼絞線機械化生產(chǎn)線制作出拉索用Ф15.24光纖光柵智能鋼絞線；5）磁通量傳感器現(xiàn)場繞線裝置的設(shè)計與制作；6）傳感器裝置的安裝調(diào)試。

3.系統(tǒng)軟件分析

隨著信息化的不斷深入，一般的斜拉橋監(jiān)控系統(tǒng)都不是獨立的，需要與已有的政府企業(yè)系統(tǒng)進行對接。所以斜拉橋監(jiān)控的系統(tǒng)的開發(fā)一般需要依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程在線安全監(jiān)測，形成信息管理、分析研究及技術(shù)服務(wù)平臺，提供面向業(yè)主、管理部門及廣大用戶（工程項目）的專業(yè)服務(wù)，協(xié)助其進行專業(yè)管理、數(shù)據(jù)分析、人才培養(yǎng)等。因此，按已有監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗，系統(tǒng)軟件分析主要包括系統(tǒng)構(gòu)架、數(shù)據(jù)流程、人機交互三個方面的內(nèi)容。

根據(jù)上述軟件要求，可以采用已有監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架進行開發(fā)。比如在斜拉橋監(jiān)控系統(tǒng)中可以整個系統(tǒng)采用C/S+B/S架構(gòu)，基于.net和labwindows/cvi平臺開發(fā)，使用SQL2005數(shù)據(jù)庫。這樣軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)備結(jié)合形成了一個以橋梁結(jié)構(gòu)為平臺，應(yīng)用現(xiàn)代傳感、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集結(jié)構(gòu)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)測、綜合報警、信息網(wǎng)絡(luò)分析處理和橋梁養(yǎng)護管理等功能為一體的綜合監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)。

而整個軟件的數(shù)據(jù)傳輸流程為：軟件系統(tǒng)的的原始數(shù)據(jù)來源于硬件設(shè)備中傳感器裝置采集到得數(shù)據(jù)，一般通過無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，然后并入互聯(lián)網(wǎng)中送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，接著將處理的結(jié)果與原始數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)使得使用者可以遠(yuǎn)程實時的實現(xiàn)對斜拉橋施工、使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)情況的監(jiān)控。同時，軟件系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分析和歷史數(shù)據(jù)的對比能夠在無人看守情況下，定時自動采集數(shù)據(jù)，對安全危險進行報警，從而能夠及時監(jiān)控安全隱患。

對于系統(tǒng)的人機交互，主要包括四個方面：權(quán)限管理、數(shù)據(jù)查詢、生成報告、干預(yù)檢測。1）權(quán)限管理：登錄成功后可以查看當(dāng)前用戶所屬業(yè)主的所有工程。如果是超級業(yè)主可以查看所有業(yè)主的所有工程。對不同用戶設(shè)置不同的權(quán)限。2）數(shù)據(jù)查詢：可查詢某一工程某一測量點的歷史數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。3）報告生成：根據(jù)需要按一定周期生成監(jiān)測報告，對結(jié)構(gòu)安全進行評估。4）干預(yù)檢測：可在人工干預(yù)情況下，進行手動測量。

4.開發(fā)實例

根據(jù)以上研究開發(fā)了一套用于斜拉橋施工安全與橋梁健康監(jiān)測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)已獲專利授權(quán)9項，其中發(fā)明專利2項，實用新型專利7項。產(chǎn)品已研制成功并通過了權(quán)威部門的成果鑒定，成功應(yīng)用于柳州文惠橋、南寧永和橋、宜賓長江大橋、武廣高鐵、京滬高鐵、香港昂船洲大橋、甘肅九電峽水利樞紐等工程。

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篇9

前 言

隨著社會發(fā)展，飲用水安全已成為政府、社會、公眾日益關(guān)注的焦點，獲得安全飲用水是人類生存的基本需求。近年來，盡管各地農(nóng)村加大了改水改廁工作力度，部分農(nóng)民喝上了安全水，但仍有部分農(nóng)民無法飲用到安全水，嚴(yán)重影響了農(nóng)村居民的身體健康和生命安全。

重慶市是一個大城市帶動大農(nóng)村的直轄市，其農(nóng)村飲用水安全問題在西南地區(qū)具有典型的代表性，因此加強農(nóng)村飲用水源保護，保障農(nóng)村飲水安全，已經(jīng)成為當(dāng)前重慶市社會主義新農(nóng)村建設(shè)亟需解決的重要問題。

1.農(nóng)村飲用水安全現(xiàn)狀

1.1我國農(nóng)村飲用水安全現(xiàn)狀

飲用水是人類生存的基本需求，其安全問題直接關(guān)系到廣大人民群眾的生命安全及身體健康。飲用水污染事件是指因物理、化學(xué)、生物等因素污染飲用水，導(dǎo)致水質(zhì)感觀性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、細(xì)菌學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)發(fā)生改變，超過國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生規(guī)范的限值或要求，造成或可能造成公眾健康危害的事件。近年來，中國飲用水污染事件頻繁發(fā)生，如 2014年蘭州市局部自來水苯超標(biāo)事件、2013年杭州自來水異味污染事件、2012年江蘇鎮(zhèn)江自來水污染事件等飲用水安全問題引起社會各界的廣泛關(guān)注。

1.2重慶農(nóng)村飲用水安全現(xiàn)狀

重慶農(nóng)村地區(qū)飲水不安全性主要體現(xiàn)在水質(zhì)差、水量不足、取水不便、不能保證供給等方面。截至2009年底，重慶市近2350萬農(nóng)村人口中，有近1063萬人飲水不安全，占農(nóng)村總?cè)藬?shù)的45.2%左右。其中，水質(zhì)超標(biāo)問題導(dǎo)致飲水不安全人口為近235萬人，水量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致飲水不安全人口略為354萬人。

王曉青，侯新等對重慶市農(nóng)村飲用水現(xiàn)狀調(diào)查表明，除渝中區(qū)以外的39個區(qū)縣，飲水不安全人口達(dá)到992萬人，占總?cè)丝诘?1.86%。

2.水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外應(yīng)用研究現(xiàn)狀

作為傳統(tǒng)實驗室檢測的一項重要補充手段，在線式飲用水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。飲用水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集水質(zhì)衛(wèi)生指標(biāo)監(jiān)測傳感器、無線數(shù)據(jù)傳導(dǎo)設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺為一體，運用現(xiàn)代自動監(jiān)測技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)并配以相關(guān)的專業(yè)軟件，組成一個從取樣、分析到數(shù)據(jù)處理的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)了對飲用水水質(zhì)的在線自動監(jiān)測，可 24小時連續(xù)、準(zhǔn)確地監(jiān)測飲用水中余氯、渾濁度、pH 值等衛(wèi)生指標(biāo)及其變化狀況，并通過網(wǎng)絡(luò)實時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控管理平臺。

2.1國外水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

美國日本等國很早就開始對水質(zhì)自動在線監(jiān)測技術(shù)進行研究和應(yīng)用了。美國在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)運用水質(zhì)自動在線監(jiān)測系統(tǒng)對河海以及湖泊等地表水進行了實時的監(jiān)測。日本也同樣應(yīng)用自動監(jiān)測系統(tǒng)對城市排水系統(tǒng)以及污水處理排水進行了實時監(jiān)控，實現(xiàn)了自動連續(xù)監(jiān)測的有效利用。

目前在國外已廣泛采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，GPRS 無線通信網(wǎng)絡(luò)以及計算機技術(shù)，建立起了無線分布式自動監(jiān)測系統(tǒng)。通過水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)以及通訊功能，可以對各個監(jiān)測點的水質(zhì)進行控制。

2.2國內(nèi)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國水質(zhì)自動在線監(jiān)測、快速分析等體系建設(shè)尚處于探索階段。目前國內(nèi)市政各大型自來水廠，主要靠直接引進國外飲用水工程成套系統(tǒng)，水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)也主要靠從國外進口。我國的水質(zhì)在線監(jiān)測儀廠家雖然很多，但是多數(shù)為民營企業(yè)，技術(shù)水平參差不齊，儀器的穩(wěn)定性和可靠性不足，難以滿足我國水體環(huán)境復(fù)雜的監(jiān)測要求?？梢灶A(yù)測，在未來的幾年，水質(zhì)在線監(jiān)測儀器儀表行業(yè)的主要增長點將在環(huán)保相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。水質(zhì)的在線監(jiān)測系統(tǒng)分析將迎來新的市場機會。

3.建設(shè)水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求

3.1監(jiān)測點的選擇

在生活飲用水水質(zhì)進行在線監(jiān)控時，要對其監(jiān)測點進行合理的選擇，這樣才能保證監(jiān)測的有效性，在線監(jiān)測過程中所要選擇的監(jiān)測點有：（1）水源水的在線監(jiān)測點，在該種監(jiān)測點的選擇過程中，應(yīng)該考慮其供電條件、通信狀況、交通狀況、水深狀況、地理位置等各種因素；（2）出廠水的在線監(jiān)測點的選擇，一般會將水質(zhì)的監(jiān)測點設(shè)置于出水泵房附近的位置；（3）在進行管網(wǎng)水水質(zhì)的監(jiān)測時，要選擇能夠反映出廠水水質(zhì)變化的監(jiān)測點來進行水質(zhì)的監(jiān)測。

3.2監(jiān)測參數(shù)與儀器

根據(jù)水質(zhì)污染特征和監(jiān)督管理的需要，選擇具有代表性的參數(shù)；儀器設(shè)備的準(zhǔn)確度、檢出限、重現(xiàn)性等主要檢測指標(biāo)要與實驗室方法具有可比性，測定范圍應(yīng)滿足監(jiān)測評價的需要，最好具有方法比對校準(zhǔn)的功能；應(yīng)配備水質(zhì)超標(biāo)報警的自動采樣器；儀器性能要好，抗干擾能力要強，運行穩(wěn)定，故障率低。

3.3系統(tǒng)控制平臺

要求運行速度快，內(nèi)存容量大，并具有斷電保護的功能；要具有仿真操作界面，可隨時顯示自動站各主要設(shè)備和關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)，并具有各種故障自動報警功能，具有監(jiān)測參數(shù)值超控制限報警功能和設(shè)備控制輸入設(shè)置功能。

3.4數(shù)據(jù)處理與傳輸平臺

開發(fā)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，自動接收傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)，并具有對數(shù)據(jù)庫檢索、查詢和顯示歷史數(shù)據(jù)等各種功能； 開發(fā)對數(shù)據(jù)進行分析計算、報表編制的應(yīng)用軟件，可實時打印自動站傳送的數(shù)據(jù)，并按要求格式打印各種報表；建立先進的軟件操作系統(tǒng)，要求界面友好，兼容性強，易于修改，易于升級。

4.展望

在經(jīng)濟社會不斷向前發(fā)展的新形勢下，自動水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)作為水資源和水環(huán)境保護的重要手段受到各級領(lǐng)導(dǎo)的重視，積極穩(wěn)妥地發(fā)展水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)，已成為水質(zhì)監(jiān)測能力建設(shè)的重要任務(wù)。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建成后，將在跨界河流水污染紛爭、水質(zhì)評價、入河排污口監(jiān)督管理、水功能區(qū)污染物總量控制、安全供水等方面發(fā)揮人工監(jiān)測不可替代的作用。實現(xiàn)水質(zhì)信息在線查詢和共享，為控制水質(zhì)和治理水污染提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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篇10

中圖分類號:TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0129-02

Study of ZigBee-based Safety Monitoring System for Ship Fire

ZHENG Shuai, ZHOU You-ling

(Hainan University, Haikou 570228, China)

Abstract: The wired monitoring mode is commonly used in the traditional ship compastment fire monitoring systems, whose disadvantages are high cost, complex wiring, poor scalability and hard to maintain. The disign scheme of the ship fire safety monitoring system based on ZigBee technology can achieve the fire monitoring inside the ship compartments under the precondition of low cost and easy implementation. If the ZigBee based wireless network with low-power comsumption, high reliability and scalability is applied in fire monitoring, a variety of on-site wiring can be avoided, the system′s flexibility and reliability enhanced, and the of ability ship fire monitoring improved.

Keywords: ZigBee; sensor; ship; fire safety

0 引 言

我國是一個海洋大國,海洋面積為陸地面積的三分之一,各類船艇在國防、國民經(jīng)濟和海洋開發(fā)等方面都占有十分重要的地位。船艇的基本部分為船體,其內(nèi)部有工作艙、生活艙、貯藏艙、儀器設(shè)備艙等各種用途的艙室[1]。由于船艇艙室多為狹小的半封閉式空間,艙內(nèi)消防安全監(jiān)測尤為重要。

傳統(tǒng)的船艇艙室消防安全監(jiān)測系統(tǒng)一般采用有線監(jiān)控的方式,火災(zāi)探測器直接通過硬線與控制器連接。有線監(jiān)測系統(tǒng)造價高、布線復(fù)雜、擴展性差、設(shè)備后期維修困難[2]。目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在各種環(huán)境條件的監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,船艇艙室的監(jiān)測系統(tǒng)使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò),不會出現(xiàn)傳統(tǒng)布線方法帶來的種種不便。由于消防安全為長期的連續(xù)監(jiān)測,使用ZigBee這種安裝簡單、能量消耗小的短距離無線通信技術(shù)十分適合。本文提出了一種基于ZigBee技術(shù)的船艇消防安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案,在成本低、易于實現(xiàn)的前提下實現(xiàn)對船艇各個艙室內(nèi)部的消防安全監(jiān)測。

1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee是一種低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信新技術(shù),是建立在IEEE 802.15.4定義的可靠的物理層(PHY)和媒體訪問層(MAC)之上的標(biāo)準(zhǔn)[3]。IEEE 802.15.4定義了兩類設(shè)備類型:精簡功能設(shè)備(RFD)和全功能設(shè)備(FFD) [4]。在ZigBee系統(tǒng)中,這兩類設(shè)備指的是物理設(shè)備類型。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中,一個節(jié)點可以有三種角色:ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設(shè)備[5]。ZigBee技術(shù)可實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種:星形、樹形、網(wǎng)狀,如圖1所示[6]。

圖1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2 ZigBee技術(shù)特點

相對于傳統(tǒng)的無線電、微波、藍(lán)牙、射頻等各種無線通信方式,ZigBee技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)[7]。ZigBee技術(shù)主要有以下特點:

(1) 功耗低,在低功耗模式下,2節(jié)普通5號電池使用時間為6~24個月。

(2) 設(shè)備成本低,協(xié)議簡單,協(xié)議免專利費,搭建平臺的成本較低,適合廣泛使用。

(3) 網(wǎng)絡(luò)容量大,可容納最多65 000個設(shè)備。

(4) 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強,通信可靠[8]。

2 船艇艙室消防安全監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

船艇消防安全監(jiān)測系統(tǒng)探測火災(zāi)發(fā)生的原理是檢測火災(zāi)發(fā)生前后的煙濃度、溫度和光這三個物理參數(shù)的變化,利用分布在艙室待測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點采集這些環(huán)境參數(shù)[8]。

船艇消防安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計由硬件電路設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計兩部分組成。使用ZigBee技術(shù)通過控制器和若干個傳感器節(jié)點,搭建一個無線通信網(wǎng)絡(luò)。多個傳感器節(jié)點置于船艇各艙室內(nèi),通過傳感器采集煙濃度、濕度、光強數(shù)據(jù),將采集結(jié)果通過無線通信的方式發(fā)送到路由器節(jié)點,然后路由器節(jié)點再將數(shù)據(jù)以無線通信的方式發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點將收集的多個數(shù)據(jù)進行分析處理后,顯示在LCD顯示屏上,同時也可通過串口將采集信息傳輸至PC機。系統(tǒng)設(shè)計主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.2 功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)選用的ZigBee設(shè)備為基于Jennic公司的JN5139 ZigBee解決方案,它提供了完整的ZigBee協(xié)議棧、軟件編輯、編譯/鏈接、調(diào)試、下載等工具。JN5139芯片是英國Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列無線芯片,該系列芯片天線的靈敏度高、功耗低、通訊距離遠(yuǎn),為ZigBee技術(shù)提供了良好的解決方案[9]。系統(tǒng)節(jié)點框圖如圖3所示。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊設(shè)備板載UART接口用于和嵌入式主板或PC連接,可進行數(shù)據(jù)傳輸及軟件下載或調(diào)試。作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者,負(fù)責(zé)管理整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建和維護。傳感器節(jié)點/路由模塊設(shè)備采用2節(jié)5號電池供電,提供模擬傳感器和數(shù)字傳感器擴展接口,用于連接煙濃度、溫度、光強度傳感器。作為路由節(jié)點或終端節(jié)點,其自身可采集數(shù)據(jù),并可轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點的數(shù)據(jù)包。

圖3 系統(tǒng)節(jié)點的硬件框圖

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件平臺同樣使用Jennic公司所提供的代碼編輯和編譯環(huán)境Jennic CodeBlocks。CodeBlocks是一款開源的C/C++開發(fā)工具,Jennic基于這個工具對其進行擴展形成了自己的開發(fā)平臺。Jennic Flash Programmer程序用來將CodeBlocks中編譯好的代碼下載到控制器板或傳感器板中[10]。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點和傳感器節(jié)點的設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點在初始化過程中找到合適的信道,建立一個網(wǎng)絡(luò),循環(huán)檢測傳感器節(jié)點的綁定請求。當(dāng)傳感器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后,便可進行數(shù)據(jù)的傳輸。傳感器節(jié)點的軟件流程圖如圖4所示。該程序的主要作用就是將傳感器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點建立的無線網(wǎng)絡(luò),實時讀取傳感器測得的環(huán)-境參數(shù)數(shù)據(jù),并周期性地將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點。

圖4 傳感器節(jié)點信息采集流程圖

3 結(jié) 語

提出了一種以JN5139模塊為核心,基于ZigBee的船艇消防安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法。將ZigBee這種低功耗、高可靠性、可擴展性強的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在消防安全監(jiān)測,避免了各種現(xiàn)場布線,加強了系統(tǒng)的靈活性和可靠性,提高了船艇消防安全監(jiān)測能力,更好地避免船艇火災(zāi)的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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