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[關(guān)鍵詞]道路交通噪聲;監(jiān)測方法;評價方法
中圖分類號:U491.91 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)18-0268-01
為了更全面的監(jiān)測城市噪聲污染狀況,我國從上世紀70年代起就開始擬建城市道路交通噪聲系統(tǒng),城市道路交通噪聲系統(tǒng)即對城市道路噪聲進行實時監(jiān)測的電子系統(tǒng),這個系統(tǒng)的建立可以幫助環(huán)保系統(tǒng)的工作人員及時了解城市噪聲的污染現(xiàn)狀,并根據(jù)噪聲的實時情況對未來的污染狀況進行全面的預(yù)測,及時的采取相應(yīng)的治理措施。噪聲污染系統(tǒng)的建立已經(jīng)有多年的時間,在這段時間內(nèi),該系統(tǒng)也取得了一定的成效,但是隨著近年來社會的發(fā)展,聲源的輻射量以及噪聲的影響范圍和影響時間都比以往更大,交通噪聲污染的投訴率也呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢,交通噪聲的污染已經(jīng)對人們的生活環(huán)境構(gòu)成了較大的負面影響,當(dāng)前的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展,因此,在現(xiàn)階段,完善噪聲監(jiān)測系統(tǒng),控制好城市噪聲,提高人們的生活質(zhì)量是一個亟待解決的問題。
在我國,隨著城市道路日益增長,道路結(jié)構(gòu)及其噪聲影響日益復(fù)雜,國內(nèi)已有多項研究[1-3]探尋一種新的道路交通噪聲監(jiān)測方法,使其評價結(jié)果更科學(xué)、更細致。
1.面臨的問題和困難
1.1 目前,我國道路交通噪聲監(jiān)測與評價中面臨的困難主要表現(xiàn)在這三方面
(1)道路聲源構(gòu)成復(fù)雜,兩側(cè)區(qū)域噪聲分布變化快?,F(xiàn)今道路結(jié)構(gòu)較過去復(fù)雜,包含機動車道、公交專用車道、非機動車道、停車道、輔路等不同功能車道,有些道路中還建有高架或城軌,因此各車道噪聲排放并不相同。而且道路兩側(cè)通常緊鄰建筑物或聲屏障、綠化帶等設(shè)施,噪聲經(jīng)過吸收和反射,近場變化快,為確定監(jiān)測點位帶來難度。
(2)難以在一種評價方法中兼顧評價源強和居民所受影響。道路聲源排放噪聲會經(jīng)過路面與建筑間距離、兩側(cè)綠化帶和聲屏障等衰減,因此源強值并不與人們的主觀感受一致。若只評價源強,不能完整地體現(xiàn)出城市建設(shè)聲屏障、綠化帶等措施對道路交通噪聲的防治效果;若只評價人們居住環(huán)境,則無法很好的與車流量、車速等道路交通噪聲影響因素建立相關(guān)性,也失去了與歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的延續(xù)性。
(3)評價指標難以滿足噪聲管理及防治需求。長期以來,我國道路交通噪聲監(jiān)測以普查監(jiān)測為主,最終得到城市總體水平。普查性監(jiān)測所需人力、物力很大,評價指標比較單一。隨著我國環(huán)境監(jiān)督管理工作日趨法制化、定量化、科學(xué)化,只評價總體水平已不能滿足相關(guān)需要,期望出現(xiàn)更多樣、細致的評價方法,使監(jiān)測結(jié)果能應(yīng)用于噪聲治理工作。
2.新的源強監(jiān)測方法
基于以上問題和難點,本研究擬提出一種新的道路交通噪聲監(jiān)測與評價方法。因為監(jiān)測源強和監(jiān)測居民點的環(huán)境噪聲難以兩全,想兼顧反而影響測量準確度,不如明確把這兩種分開,建立兩套監(jiān)測與評價方法。普查源強值用以評價城市道路交通噪聲源強總體水平,建立我國道路交通噪聲源強數(shù)據(jù)庫,分析與車流量、車速等影響因素之間的關(guān)系。另外,也應(yīng)制定相應(yīng)標準評價居民所受道路交通噪聲影響,與源強法配合,從源強和受體兩方面全面評價噪聲。以下將在我國現(xiàn)行評價方法的基礎(chǔ)上提出新的源強評價法的改進方向。
2.1 測點位置
現(xiàn)行的道路交通噪聲測量中,點位位置設(shè)在人行道邊20cm,高度在1.2m處。采用此測點位置本來是為了在同一尺度比較各條道路噪聲排放,而1.2m處是以人作為噪聲受體,測量時選擇最能描述人所受影響的高度。然而由以前監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,機動車外噪聲排放值為60dB(A)~80dB(A)[4],是道路交通噪聲主要噪聲源。而機動車兩側(cè)、人行道之前通常有非機動車道和綠化帶等,會因為噪聲傳播中幾何發(fā)散衰減和綠化帶吸收反射作用使噪聲值降低。由于非機動車道、綠化帶寬窄不同,綠化帶疏密不同,對噪聲的衰減也不相同。據(jù)測量,綠化帶和非機動車道對噪聲的衰減量變化范圍可達3 dB(A)~10dB(A)。因此,測得的噪聲聲級不再是源強,而是經(jīng)過了衰減后的噪聲值,由于各道路衰減量不同,不能用測量數(shù)據(jù)進一步分析噪聲值與道路車流量、車速間的聯(lián)系。
為使各條道路的源強在同一尺度比較,建議測點位置統(tǒng)一選在機動車道邊一定距離,如距離機動車道外側(cè)邊界10m處測量。而之所以選擇在10m處測量,是因距離道路過近時受近車道影響較大,若選擇更遠的測量位置,因為道路邊通常緊鄰建筑物,難以找到合適的點位。如在做道路交通噪聲源強值預(yù)測時,美國FHWA模型的參考點位置為距離車道中心線15m,英國CRTN模型參考點位置為距離車道邊界10m。
對于測點高度,隨著道路兩側(cè)高層建筑的增加,城市中道路交通噪聲污染正由平面逐漸立體化。由于地面吸收及聲屏障遮擋,高度為1.2m處的噪聲偏低,而高處的噪聲值更大[5]。而且在地面附近測量更容易受到往來行人的干擾,或被綠化帶遮蔽,因此,把測點高度上移有利于準確測量道路交通噪聲值。本文建議測點高度設(shè)置在5m。同時,建議采用自動監(jiān)測儀器進行監(jiān)測。參照《聲環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》中點位高度為4~6m,此高度滿足噪聲自動監(jiān)測的要求。
另外,對于山城等特別城市,路邊建筑物與道路距離太近,不能與其他城市的測點選在同一位置測量,為了統(tǒng)一比較,應(yīng)當(dāng)對測量值進行距離修正后再進行比較。
2.2 測量時間
在現(xiàn)行道路交通噪聲監(jiān)測中,單個測點測量時間是20min,均在正常工作時間測量,測量覆蓋整個工作時段。這樣測量的優(yōu)勢在于,單點測量時間短,測量點位多,適合在全市范圍內(nèi)開展?;诖罅繙y量數(shù)據(jù),包括各種時段和各種路型,可統(tǒng)計平均得到城市道路交通噪聲總體水平。不足之處是,噪聲排放是波動的,在同一條道路上交通高峰期噪聲可升高3dB(A)以上。因此20min聲級并不能代表此道路平均排放水平。由于有些測點是在高峰時間段測量,有些測點是在車流量較低時測量,不同路段間橫向比較沒有意義。
2.3 評價方法
現(xiàn)有標準對各測點的道路交通噪聲等效聲級按路長進行長度加權(quán)平均,評價城市噪聲排放總體水平。上文已介紹之所以現(xiàn)在僅用城市平均值評價,是因為不同監(jiān)測點位在不同時間測量,測點間相互比較意義不大。而基于大量監(jiān)測數(shù)據(jù)平均后可以反映出總體噪聲水平,具有統(tǒng)計意義。
在得到各類道路噪聲值后,也可以對各類型道路按總路長加權(quán)平均,計算城市道路交通噪聲整體水平。
3.結(jié)束語
本文提出了對現(xiàn)有道路交通噪聲源強評價法的改進方法,此方案具有以下優(yōu)點:各條道路的測量結(jié)果可以直接比較;按噪聲強度對道路分類,便于管理;測量點位與行車道距離固定,點位升高避免綠化帶等影響,更好與車流量、路寬等因素相關(guān);與現(xiàn)行方法銜接較好,實施方便。
最后必須說明的是,道路交通噪聲源強值只反映了禁鳴、老舊車淘汰、路面改造等一部分噪聲治理效果。而對于其他降噪措施,如合理的城市規(guī)劃布局、路邊安裝綠化帶、聲屏障并沒體現(xiàn)出來。所以源強值并不等于居民所居住環(huán)境的噪聲暴露情況,也并不完全適合作為評價一個城市的噪聲治理效果的指標。
參考文獻
[1]張宗讓. 城市道路交通評價標準初探[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報,1983,1(4):53-59.
[2]李本綱,陶 澍. 城市道路交通噪聲評價方法研究進展[J]. 交通環(huán)保,2001,5:5-9.
[3] 劉硯華,等.關(guān)于道路交通噪聲評價方法的探討[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2008,24(5):74-76.
關(guān)鍵詞:校園;噪聲測量;噪聲評價
前言:噪聲對人體會產(chǎn)生諸多危害,比如損害聽力、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等[1],特別是對學(xué)校、機關(guān)等環(huán)境噪聲敏感區(qū)域危害尤為嚴重,容易使人心情煩躁、注意力不集中、學(xué)習(xí)和工作效率降低,嚴重干擾正常的教學(xué)秩序,因此,保證良好的校園聲環(huán)境質(zhì)量尤為重要。某學(xué)院一期工程已經(jīng)竣工并投入使用,校園和家屬區(qū)建設(shè)仍在進一步完善中。在校區(qū)的主要噪聲來源有生活噪聲,建筑施工噪聲,以及校區(qū)四周的道路交通噪聲。為了解校區(qū)的聲環(huán)境質(zhì)量,對校園環(huán)境噪聲進行了監(jiān)測,并依據(jù)相關(guān)標準對監(jiān)測結(jié)果做出分析與評價。
一、噪聲監(jiān)測
(一)測量標準。根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》( GB3096―2008)[2] 附錄B( 規(guī)范性附錄) 中規(guī)定的聲環(huán)境功能區(qū)監(jiān)測方法,對某學(xué)院校園環(huán)境噪聲采用了定點測量方法進行監(jiān)測。
(二)監(jiān)測點的選擇。根據(jù)校園實際情況、人流量等因素,在某學(xué)院內(nèi)按規(guī)劃功能區(qū)劃分,設(shè)置了8個監(jiān)測區(qū)域,測點選取在每個功能區(qū)的敏感點及具有代表性的點上,具體區(qū)域規(guī)劃分布如下圖:
(三)測量原理。本次主要采用等效連續(xù)A聲級Leq的監(jiān)測方案。等效連續(xù)A聲級Leq相當(dāng)于用一個穩(wěn)定的連續(xù)噪聲來等效起伏噪聲,兩者在觀察時間內(nèi)具有相同的能量。其計算公式如下:Leq=L50+d2/60, d=L10―L90。式中:L10、L50、L90,為累積百分聲級。將100個數(shù)據(jù)從大到小排列,第10個數(shù)為L10,第50個數(shù)為L50,第90個數(shù)據(jù)為L90。將各功能區(qū)每一次的測量數(shù)據(jù)順序排列出求出L10、L50、L90,等效聲級Leq,再根據(jù)該區(qū)域一整天的各次Leq值求出算術(shù)平均值,作為該區(qū)域的環(huán)境噪聲評價量。
(四)測量方法、儀器、監(jiān)測條件。測量依據(jù)國家《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》及《聲環(huán)境質(zhì)量標準》,測量天氣條件要求在無雨無雪的時間,聲級計應(yīng)保持傳聲器膜片清潔,風(fēng)力在3級以上必須加防風(fēng)罩,五級以上大風(fēng)應(yīng)停止測量。手持儀器測量,傳聲器要求距離地面1.2m。按照學(xué)院正常工作日的時間安排,將監(jiān)測時間分為兩大時間段:上午8:00-12:00,下午14:00-18:00,晚上19:00-22:00。監(jiān)測時間為兩個周期,進行為期五天的測量。測量儀器采用國產(chǎn)TES-1351聲級計,其性能符合 GB3785 和 GB / T17181的規(guī)定。測量前使用聲校準器校準。讀數(shù)方式用慢檔,每隔2s讀一個瞬時A聲級,連續(xù)讀100個數(shù)據(jù)。讀數(shù)同時要判斷和記錄附近主要噪聲來源和天氣條件。
二、測量結(jié)果統(tǒng)計
經(jīng)兩天的監(jiān)測,對8個監(jiān)測點的噪聲數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計,并進行了排列,選出了各時間段的L10、L50、L90并計算出了各點各時間段的Leq并統(tǒng)計出各監(jiān)測點的日均值超標率(見表1)。
表1 各監(jiān)測點晝間等效聲級日平均值超標率
三、結(jié)果分析與評價
(一)評價方法。評價采用等效聲級法。等效聲級法就是把實地監(jiān)測所得的 Leq 值對照《聲環(huán)境質(zhì)量標準》( GB3096 -2008) ,評價該區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量是否符合標準。
(二)結(jié)果評價與分析。依據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》( GB3096 -2008) ,大學(xué)校園執(zhí)行 1 類標準,晝間的環(huán)境噪聲限值為 55 dB。由表1可知,某學(xué)院晝間學(xué)生公寓、食堂、運動區(qū)、施工區(qū)和南大門的環(huán)境噪聲均有不同程度的超標,其中食堂和施工區(qū)的噪聲污染最為嚴重。
施工區(qū)的超標率均介于:25%~29% 。該區(qū)域內(nèi)主要因為大型機動車輛較多,還有打樁機、挖土機等機器在施工現(xiàn)場運行,故該區(qū)域嚴重超出標準。食堂的超標值率分別為:11%和17%。該噪聲主要是因為測量時所有學(xué)生均在此就餐,人流量很大,加上食堂的餐具都是金屬制品,收餐具時的聲音也很大,學(xué)生交談聲也很大。運動區(qū)的超標率均介于:0.5%~2.2%。該區(qū)域包括足球場、籃球場,其噪聲值超標是由于人群聚集,活動較多,其主要噪聲來源于學(xué)生的體育運動及學(xué)生上體育課時音響聲等。學(xué)生公寓和南大門的環(huán)境噪聲超標,主要是由于,該區(qū)域靠近公路,且進出車輛較多,車輛在行駛過程中的鳴笛聲等造成此處的噪聲污染。但是總體上,對學(xué)生的正常生活影響不大。
四、結(jié)論與建議
經(jīng)過了對學(xué)院8個監(jiān)測點兩個時段五天的測量及對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,對學(xué)院校園噪聲情況有了一個初步的評價。從整體上來看,學(xué)院噪聲環(huán)境質(zhì)量狀況一般,教學(xué)區(qū)環(huán)境基本滿足正常的教學(xué)、科研要求。其他區(qū)域在有些時間段內(nèi)嚴重超標,對師生有一定的影響。為了更好地改善學(xué)校聲環(huán)境質(zhì)量,特提出以下幾點建議:(1) 控制污染源:針對施工區(qū)域,應(yīng)選擇適宜的時間進行施工,應(yīng)避免在教師休息時間施工;同時,學(xué)校應(yīng)加強校內(nèi)交通管理,對進入學(xué)校南大門的機動車輛應(yīng)限制車速,禁止鳴高音喇叭。(2)控制傳播途徑:由于學(xué)校在四周均為公路,尤其是學(xué)生公寓北側(cè)的公路是15路公交車的起點站,該處車輛較多,雖然現(xiàn)在對學(xué)生造成的影響不大。但是,從長遠而言,學(xué)校應(yīng)加強校園周圍綠化,增加植物層次可有效減緩噪聲污染,從而改善校園聲環(huán)境質(zhì)量。(3)加大力度宣傳噪聲對人體的危害性,增強學(xué)校全體學(xué)生的環(huán)境保護意識,使降低噪聲污染成為學(xué)生的自覺行動。(4)平時的工作中要加強對學(xué)生的管理。只有學(xué)校的建設(shè)者、管理者和其中的師生共同努力,才能營造良好的聲環(huán)境,保障在校師生的正常工作,生活和學(xué)習(xí)。(5)科學(xué)的校園規(guī)劃建設(shè)時提高校園環(huán)境質(zhì)量的必要措施。加強校園規(guī)劃建設(shè),構(gòu)建具有人文氣息和科學(xué)氛圍的一流院校。
參考文獻:
【關(guān)鍵詞】 環(huán)境監(jiān)測 學(xué)科發(fā)展 現(xiàn)狀及展望
一、概述
福建省環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)成立于上世紀70年代末。1978年下半年,福建省環(huán)境監(jiān)測中心站及廈門、福州2設(shè)區(qū)城市環(huán)境監(jiān)測站相繼成立,形成了我省第一批專門從事環(huán)境監(jiān)測工作的技術(shù)力量,并很快開始了最初的環(huán)境監(jiān)測工作。此后,全省各地相繼按行政區(qū)劃,成立了環(huán)境監(jiān)測機構(gòu),在全省范圍內(nèi)全面開展了對環(huán)境質(zhì)量、工業(yè)污染源的監(jiān)測工作。此后我省還相繼成立了從事專項環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)的省輻射環(huán)境監(jiān)測站、省湄州灣海洋監(jiān)測站、武夷山大氣環(huán)境質(zhì)量背景監(jiān)測站。截止至2005年底,全省共有各級環(huán)境監(jiān)測站88個,監(jiān)測人員1130人,監(jiān)測儀器固定資產(chǎn)原值約1.94億元,初步建成了遍布全省的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),基本具備了對全省環(huán)境質(zhì)量、污染源排放狀況的監(jiān)測能力、應(yīng)對突發(fā)性環(huán)境環(huán)境污染事件的應(yīng)急響應(yīng)能力和進行環(huán)境監(jiān)測科研的工作能力,環(huán)境監(jiān)測學(xué)科水平有了長足的進步。
二、 全省監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)能力發(fā)展狀況
經(jīng)過數(shù)十年的努力,我省環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)能力發(fā)展取得矚目的成績,尤其在“十五”期間,環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備、人員技術(shù)素質(zhì)、管理水平獲得了飛速的發(fā)展。
(一)環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備
“十五”期間,在省政府的支持下,我省先后實施了環(huán)境監(jiān)測能力建設(shè)一、二期工程,由省財政出資5000萬元,各級政府配套5000萬元,直接用于全省各級環(huán)境監(jiān)測站的儀器設(shè)備購置。目前,一期工程儀器采購工作已全部完成,二期工程也已進入掃尾階段。一、二期工程共有79個環(huán)境監(jiān)測站獲得資助,迅速改變了我省基層監(jiān)測站環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備短缺、儀器技術(shù)水平落后的局面,裝備的儀器設(shè)備迅速形成監(jiān)測能力,為環(huán)境管理工作提供了有效的技術(shù)支持作用。據(jù)統(tǒng)計,截至2005年末,全省環(huán)保系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測儀器設(shè)備資產(chǎn)原值達1.94億元,“十五”期間增加值為1.35億元,詳見表-1。
環(huán)境自動監(jiān)測是“十五”期間我省重點推進的能力建設(shè)項目,其目的在于用科學(xué)的手段、先進的技術(shù)為環(huán)境管理的提高提供堅實的技術(shù)支持和技術(shù)保證?!笆濉逼陂g,我省全面啟動了環(huán)境自動監(jiān)測能力建設(shè)。大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方面,目前全省共有10個設(shè)區(qū)城市、4個設(shè)市城市共建成了25個大氣環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站,對SO2、NO2、PM10等大氣環(huán)境指標實施連續(xù)自動監(jiān)測,9個設(shè)區(qū)城市全部開展環(huán)境空氣質(zhì)量日報工作,福州、廈門等環(huán)保重點城市還與氣象部門合作開展了環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報工作。水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方面,在5個流域的重點監(jiān)測斷面和行政區(qū)交界斷面建設(shè)了10個水質(zhì)自動監(jiān)測站,監(jiān)測項目包括pH、溶解氧、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)等10余個指標,并實施了重點斷面的水質(zhì)周報制度。2002年,我省在全國率先啟動了全省環(huán)境自動監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè),作為“數(shù)字福建”的應(yīng)用項目之一,以省直寬帶網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)和電信骨干網(wǎng)為依托,采用信息技術(shù),建立一個覆蓋全省的環(huán)境自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。目前,省環(huán)境自動監(jiān)測監(jiān)控中心和各設(shè)區(qū)市監(jiān)控分中心已建成并投入運行,并連接了全省已建成投入運行的大氣、水質(zhì)自動監(jiān)測站和重點工業(yè)污染源、城市污水處理廠在線監(jiān)測系統(tǒng),對重點流域水環(huán)境質(zhì)量和重點城市環(huán)境空氣質(zhì)量實施在線監(jiān)測監(jiān)控。
(二)人員技術(shù)素質(zhì)
隨著環(huán)境監(jiān)測工作的不斷深入,環(huán)境監(jiān)測隊伍人員技術(shù)素質(zhì)不斷提高,隊伍技術(shù)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。截止至2005年末,全省各級環(huán)境監(jiān)測站人員中,技術(shù)人員比例占人員數(shù)的71.7%,其中高級職稱人數(shù)為98人、中級職稱人數(shù)329人、初級職稱人數(shù)382人,高、中、初級專業(yè)技術(shù)人員比例為1.24.14.7。與此同時,環(huán)境監(jiān)測人員專業(yè)結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu)也不斷優(yōu)化,環(huán)境科學(xué)與其他學(xué)科的互相滲透,改變了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)人員以理化檢驗專業(yè)為主的現(xiàn)象,生態(tài)、地理等學(xué)科專業(yè)人員加入到環(huán)境監(jiān)測隊伍;人員年齡結(jié)構(gòu)也趨向年輕化,70年代出生的技術(shù)人員已成為監(jiān)測隊伍的主力。
(三) 管理水平
“十五”期間,我省的環(huán)境監(jiān)測站以計量認證為抓手,推進監(jiān)測站規(guī)范化管理,不斷提高管理水平。截止2005年底,全省有70個環(huán)境監(jiān)測站依據(jù)《產(chǎn)品質(zhì)量檢驗機構(gòu)計量認證/審查認可(驗收)評審準則》或ISO/IEC 17025建立了質(zhì)量體系,通過了計量認證的評審。廈門市環(huán)境監(jiān)測站還通過了國家認證認可委員會的實驗室認可評審。
三、全省環(huán)境監(jiān)測工作概況
全省各級環(huán)境監(jiān)測站根據(jù)環(huán)境管理的需求,按照統(tǒng)一監(jiān)測技術(shù)規(guī)范,全面開展了水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、輻射環(huán)境以及污染源的監(jiān)測工作。每年獲得約100萬個監(jiān)測數(shù)據(jù)。
(一)水環(huán)境監(jiān)測
“十五”期間,為適應(yīng)環(huán)境保護新形勢要求,全面了解環(huán)境質(zhì)量變化狀況和發(fā)展趨勢,統(tǒng)一規(guī)范全省水環(huán)境監(jiān)測技術(shù),對《福建省水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》進行修訂,并調(diào)整了部分斷面,增設(shè)了省界、市縣之間的交界斷面,使全省地表水環(huán)境監(jiān)測的布局、站位的布設(shè)更加合理、科學(xué)。在各水系共布設(shè)地表水監(jiān)測斷面121個,飲用水源地監(jiān)測斷面40個,城市內(nèi)河監(jiān)測斷面29個,湖泊、水庫監(jiān)測斷面11個,地下水監(jiān)測斷面8個。近岸港灣海域水質(zhì)監(jiān)測站位65個,入海河口水質(zhì)監(jiān)測站位11個。
(二)大氣環(huán)境監(jiān)測
武夷山大氣背景值監(jiān)測站和福州、廈門、三明、泉州4個城市列入國家環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)。莆田、漳州、南平、龍巖、寧德、福清、長樂、永安、晉江、石獅、南安、福安、福鼎、漳平、龍海、邵武、建陽、建甌、武夷山等19個城市列入福建省環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。全省共布設(shè)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站位75個,降塵點位70個,硫酸鹽化速率點位74個。
(三) 聲環(huán)境監(jiān)測
福州、廈門2個城市列入國家噪聲監(jiān)測網(wǎng),其余21個城市列入省級噪聲監(jiān)測網(wǎng),全面開展了區(qū)域環(huán)境噪聲、道路交通噪聲、功能區(qū)噪聲監(jiān)測。全省共布設(shè)區(qū)域環(huán)境噪聲點位2894個,在318條主次干道布設(shè)道路交通噪聲監(jiān)測點位870個,布設(shè)功能區(qū)噪聲監(jiān)測點位85個。
(四)輻射環(huán)境
根據(jù)我省實際條件,開展了在主要城市城區(qū)環(huán)境電磁輻射水平、陸地環(huán)境貫穿輻射劑量率、空氣中氡濃度、土壤中天然放射性核素含量的監(jiān)測,在主要水系的重點斷面和重點城市集中式飲用水水源地開展了水體中總α、總β放射性監(jiān)測。
四、全省環(huán)境監(jiān)測科研工作現(xiàn)狀
“十五”期間,我省環(huán)境監(jiān)測科研工作繼續(xù)向前推進,圍繞環(huán)境管理重點工作,針對福建省主要環(huán)境問題,開展環(huán)境監(jiān)測科研工作,取得一系列研究成果。
(一)環(huán)境監(jiān)測基礎(chǔ)研究
由福建省環(huán)境監(jiān)測中心站主持的“閩江水環(huán)境況有機污染狀況與控制研究”,通過閩江流域數(shù)十種有機污染物的監(jiān)測,對水體中揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機污染物污染水平進行評價,該項目獲2005年福建省科技進步二等獎。福州市環(huán)境監(jiān)測站開展了“福州市區(qū)交通主干道呼吸帶水平空氣質(zhì)量調(diào)查”、“福州市總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物污染狀況研究”,對影響福州市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量主要因子進行分析;與福建省、福州市環(huán)科所合作,開展“山仔水庫富營養(yǎng)化成因和防治對策研究”,與福建師范大學(xué)合作,開展“湖泊水庫沉積物-水界面磷行為及受控機制研究”,對水庫出現(xiàn)的富營養(yǎng)化污染進行系統(tǒng)的研究。廈門市環(huán)境監(jiān)測站針對結(jié)合市政府開展的海域污染整治工作,開展了“廈門市西海域綜合整治環(huán)境質(zhì)量變化跟蹤研究”,對廈門西海域整治前后的生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化及其響應(yīng)過程、環(huán)境整治環(huán)境效益綜合分析,為政府今后的決策提供科學(xué)支持,為正確評估西海域的整治效益提供科學(xué)依據(jù)。針對九龍江河口區(qū)地區(qū)水質(zhì)污染嚴重的問題,開展了“九龍江河口污染防治與生態(tài)保護管理”研究課題,通過收集九龍江河口環(huán)境綜合管理的各種基礎(chǔ)信息,分析河口環(huán)境污染狀況,了解造成污染和影響管理的關(guān)鍵因素和相互關(guān)系,提出九龍江河口污染防治和生態(tài)保護的管理方案以及實施方案的運行機構(gòu)、機制與監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)框架。在城市大氣環(huán)境質(zhì)量方面,開展了“廈門市空氣質(zhì)量成因、發(fā)展趨勢研究”和“廈門市機動車尾氣排放因子、環(huán)境影響、控制技術(shù)及動態(tài)管理系統(tǒng)研究” 對影響廈門市環(huán)境空氣質(zhì)量的主要因子進行分析研究。三明市環(huán)境監(jiān)測站結(jié)合飲用水水源地保護工作,開展了“東牙溪水庫水質(zhì)保護”課題的研究。與廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院合作開展“沙溪微生物資源在環(huán)境保護和藥物開發(fā)中的應(yīng)用”研究。泉州市環(huán)境監(jiān)測站完成了“洛陽江流域污染調(diào)查與綜合整治方案”和“泉州市兩江流域數(shù)字化環(huán)境監(jiān)測地理信息系統(tǒng)”。龍巖市環(huán)境監(jiān)測站完成了“九龍江雁石橋斷面污染原因調(diào)查與分析研究”。東山縣環(huán)境監(jiān)測站和廈門大學(xué)環(huán)科中心合作,完成了“亞熱帶海水養(yǎng)殖污染環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)研究”,該項目獲2004年國家環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)三等獎。
(二) 監(jiān)測方法、監(jiān)測標準、監(jiān)測儀器研究
福州市環(huán)境監(jiān)測站針對敖江流域石板材污染的現(xiàn)狀,制定了“敖江流域地表水環(huán)境質(zhì)量標準”,對目前國家地表水質(zhì)量標準中為確定的濁度制定了地方標準。廈門市環(huán)境監(jiān)測站受國家環(huán)保總局委托,編制完成了“熱污染監(jiān)測技術(shù)規(guī)范”、“熱輻射環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)定”、“近岸海域連續(xù)自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范”,參加中國環(huán)境監(jiān)測總站主持的“國家環(huán)境監(jiān)測分析方法與建設(shè)技術(shù)體系建設(shè)”項目,承擔(dān)“空氣和廢氣 氣相和顆粒物中金屬元素的測定 ICP-MS法”、“土壤?沉積物 痕量金屬元素的測定 酸溶/ICP-MS法”、“固體廢物 痕量金屬元素的測定 酸溶/ICP-MS法”、“水質(zhì) 有機錫的測定 GC-AAS或GC-AFS法”、“水質(zhì) NO2-N的測定CFA和FIA法”、“水質(zhì) NO3-的測定CFA和FIA法”等標準監(jiān)測方法的制定。廈門環(huán)境監(jiān)測站還完成了“全天候戶外環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)”的研制工作,該項目獲得福建省科技進步三等獎。
(三) 信息傳輸與綜合分析
三明市環(huán)境監(jiān)測站與三明市環(huán)境信息中心合作,完成了“三明市環(huán)境信息系統(tǒng)研究與開發(fā)項目”,實現(xiàn)了三明市環(huán)保局系統(tǒng)辦公自動化,該項目獲得了福建省2005年科學(xué)技術(shù)進步三等獎。龍巖市環(huán)保局針對龍巖市環(huán)境空氣質(zhì)量日報的實際需求,開發(fā)了龍巖中心城市空氣環(huán)境質(zhì)量日報自動接收、系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)了空氣質(zhì)量日報工作的自動化,同時還在全市推廣應(yīng)用了數(shù)據(jù)綜合分析軟件系統(tǒng),提高了數(shù)據(jù)報送時效和數(shù)據(jù)綜合分析的質(zhì)量。
五、 監(jiān)測科技工作發(fā)展展望
“十一五”期間,福建省環(huán)境監(jiān)測科技工作在社會的重視和政府的支持下,應(yīng)在儀器設(shè)備能力建設(shè)和監(jiān)測科研工作等方面有較大進展,以適應(yīng)社會和環(huán)保工作的不斷增長的需求。
(一)監(jiān)測能力建設(shè)
新近召開的第六次全國環(huán)保大會提出,建立先進的環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系,從硬件建設(shè)和軟件建設(shè)2個方面著手,形成機構(gòu)健全、布局合理、層次清晰、結(jié)構(gòu)科學(xué)、功能齊全、運轉(zhuǎn)靈活、反應(yīng)迅速的監(jiān)測組織體系,并有效發(fā)揮作用。依照這一基本思路,我省環(huán)境監(jiān)測科技工作要在監(jiān)測能力建設(shè)方面有較大的突破。要加強環(huán)境自動監(jiān)測能力建設(shè)。在我省主要河流的重點斷面和主要城市集中式飲用水水源地建設(shè)水質(zhì)自動監(jiān)測站,縣級市及部分重點縣城關(guān)建設(shè)空氣自動監(jiān)測站。同時要加強污染源在線監(jiān)測監(jiān)控能力的建設(shè),對主要污染源應(yīng)全部實現(xiàn)在線監(jiān)控,完善各設(shè)區(qū)城市環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控中心,使其具備環(huán)境應(yīng)急指揮中心的能力。在保證各監(jiān)測站達到標準化建設(shè)要求的基礎(chǔ)上,要重點加強有毒有機污染污染物的監(jiān)測能力,有條件的監(jiān)測站應(yīng)增加對環(huán)境生物毒素、環(huán)境激素等有機污染毒物的監(jiān)測能力,省環(huán)境監(jiān)測站應(yīng)具備對宏觀環(huán)境的遙感監(jiān)測能力。
(二) 監(jiān)測科研工作
要針對福建省的主要環(huán)境問題,如城市環(huán)境空氣污染、酸雨污染、河流庫泊化引起的流域性水污染等環(huán)境問題開展研究,研究污染形成的原因及污染物在環(huán)境中的行為,提出控制污染的措施。要把保護飲用水安全作為監(jiān)測科研工作的重點,對水源地水體中優(yōu)先污染物、生物性毒物的監(jiān)測分析方法開展研究,制定水源地水質(zhì)安全評價技術(shù)指標體系。要加強環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性,以專用網(wǎng)和社會公眾網(wǎng)為基礎(chǔ),建設(shè)全省環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸平臺。
關(guān)鍵詞:無線網(wǎng)絡(luò);信號檢測;計算機通訊;模塊設(shè)計
中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2011)23-5595-04
Wireless Network Signal Monitoring the Implementation of Computer Communication
MIN Gong-xiang
(Shuanglong Mining Co., Ltd. Huaibei, Huaibei 235047, China)
Abstract: With the rapid development of wireless network technology, user satisfaction with the wireless network and computer communications to respond to increasingly demanding. A wide range of wireless network coverage, high transfer rate, access time is short, many invalid bad breeding which are often redundant data. This computer-based communication technology, the wireless network signal monitoring process proposed technical improvements and methods of design, while the security of wireless network signals were analyzed and the corresponding simple solution.
Key words: wireless networks; signal detection; computer communication; module design
隨著科技發(fā)展和通訊行業(yè)的進步,無線網(wǎng)絡(luò)的計算機通訊也逐步發(fā)展起來,它可以隨時隨地的用天線接口取代有線電纜接口,其自身具有很強的移植性,可以應(yīng)用于多種通信場合。此外,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還具有功耗低、集成電路應(yīng)用簡單、成本低廉、容易實現(xiàn)且易于推廣的特點。實現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允瞧渲械年P(guān)鍵性因素。當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常快,而且在很大范圍內(nèi)都得到了運用,無線網(wǎng)絡(luò)信號目前的應(yīng)用在無線數(shù)據(jù)通信方面推動意義很大。
1 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測
1.1 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測概念
無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測就是一種可以實現(xiàn)信號質(zhì)量的實時定點監(jiān)測和可以把信號質(zhì)量好壞的信息上傳的系統(tǒng)并且它能夠及時發(fā)現(xiàn)上傳信號中的信號質(zhì)量所存在的問題。這個系統(tǒng)可以提供全面信號好壞的數(shù)據(jù),這樣可以一目了然的發(fā)現(xiàn)問題,不僅可以解決人力物力的浪費,降低了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的誤差,還可以對信號質(zhì)量問題進行方便快捷的修復(fù)。
在無線信號監(jiān)測這一技術(shù)中,至少應(yīng)對HEC進行分組頭校驗。此外,在必要的時候,對于其有效性的荷載也必須要進行CRC校驗。在基帶協(xié)議中使用分組頭HEC信息以及有效荷載中的CRC信息,能夠有效的檢驗出分組錯誤及其傳輸性錯誤。基于確定有效載荷正確與否的考慮,應(yīng)該將循環(huán)冗余校驗碼加載到有效載荷。但是,基于ARQ方案,只能在分組有效載荷上正常工作,針對的也僅僅是具有CRC的有效荷載。在該方案下,話音有效荷載以及分組頭將得不到任何的保護,而藍牙作為通過快速、無編號的方式進行確認。如果需要應(yīng)答前次的接受分組,就需要返回ACK (ARQN=1)或者NAK (ARQN=0)。在這個過程中,返回分組的分組頭中將生成ACK / NACK域,通過ACK / NACK域能夠了解之前的負載接收是否正確無誤,并且便于根據(jù)實際情況,決定是否重新發(fā)送或者發(fā)送到下一個分組。從單元將在主-從以及從-主時隙的切換過程中進行應(yīng)答,主單元則在下一個事件中進行應(yīng)答,同時根據(jù)該事件的具體情況,給出相應(yīng)的從單元地址。由于處理的時間較為短暫,在分組接收的時候,可以在空閑的時間對解碼進行選擇,如有必要可以簡化FEC的編碼結(jié)構(gòu),使得處理速度能夠加快??焖貯RQ方案與停止等待ARQ方案相似,但是,快速ARQ方案與停止等待ARQ方案相比,具有最小的延時的特性。在實際上快速ARQ方案中,并沒有發(fā)生由ARQ方案引起的附加時延,因此該結(jié)構(gòu)更為優(yōu)秀,效率更高,同時與重傳ARQ的效率是完全相同的,能夠有效地減少因為失效分組而被重發(fā)的情況的出現(xiàn),減少開銷。
1.2 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測的技術(shù)原理
關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)原理,首先要從它的組成部分來說。此系統(tǒng)最少應(yīng)包括一個信號的采集裝置和信號的監(jiān)測裝置。信號的采集裝置必須包括通話單元模塊、信號發(fā)送模塊、信號采集樣品模塊以及信號的計算控制模塊。信號的監(jiān)測裝置則包括語音呼叫模塊、信號的接收模塊以及信息處理模塊。信號采集裝置中的信號發(fā)送單元和信號控制單元,可以用來建立和釋放和后臺監(jiān)測裝置的信息,并在此過程中對信息的信號質(zhì)量進行采集樣品測試和生成信號質(zhì)量信息的實時上傳功能,并把監(jiān)測到符合設(shè)定的條件再快速傳遞給信號的監(jiān)測裝置。信號的監(jiān)測裝置可以用來和信號的采集裝置進行語音通話,還可以用來進行接收信號采集裝置發(fā)送的信息和在接受到的信號質(zhì)量信息符合預(yù)先設(shè)定的條件時進行警告。
2 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊技術(shù)的應(yīng)用
2.1 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科技發(fā)展進步以及對通訊穩(wěn)定性、可靠性要求的不斷提高,自計算機通訊面世以來,不斷對無線網(wǎng)絡(luò)和計算機通訊的技術(shù)加以改進,比如把監(jiān)測裝置進行集成一體化、通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)鹊?,并取得了相?yīng)的成功。在計算機中創(chuàng)新性的采用無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測,是一套比較現(xiàn)代化的監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng),這為以后更近一步的改進創(chuàng)造了良好的條件基礎(chǔ)。
2.2 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊的系統(tǒng)原理
無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)通過實時的監(jiān)測計算機通訊的信號狀態(tài)來及時的發(fā)現(xiàn)信號的異常狀況,并做出警報傳送到信息的監(jiān)管中心,使故障得以及時、快速的處理。無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)和計算機的通訊技術(shù)連接起來,不僅可以提高無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測的控率,保證了信號故障時,及時的掌握全面數(shù)據(jù)加以維護,以免損失擴大。無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測的運用保證了計算機通訊系統(tǒng)實時高效的運行。
2.3 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊具有的現(xiàn)實意義
無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊具有現(xiàn)場實時的通訊信息數(shù)據(jù)顯示,保證全面監(jiān)測數(shù)據(jù)以便使計算機通訊的信息的實時狀況隨時反映在監(jiān)測信息的接受器上面。無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊的信息傳遞中若有異常信號,無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)可以以計算機屏幕提示的形式來發(fā)出報警信息,并且會記錄下異常信號發(fā)生的具體時刻和消失的具體時刻,而且這些信息都可以經(jīng)過設(shè)定后進行保存,便于以后需要歷史數(shù)據(jù)時來進行歷史窗口的查閱功能。無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)為計算機通訊提供可靠的網(wǎng)絡(luò)信號安全數(shù)據(jù)的監(jiān)測,計算機可以在線獲取信號信息的運行參數(shù),分析實時或者歷史發(fā)生信號故障的原因等,實現(xiàn)了信號數(shù)據(jù)共享。
3 無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測的計算機通訊方法選擇
目前無線網(wǎng)絡(luò)信號的監(jiān)測一般有時域監(jiān)測方法和頻域監(jiān)測方法,包括串行滑動相關(guān)、并行滑動相關(guān)、頻域里FFT相關(guān)?,F(xiàn)分別簡單介紹如下。
3.1 串行滑動相關(guān)方法
串行監(jiān)測方案中,由于經(jīng)過一個碼序列周期之后才能累加出一個相關(guān)值,與預(yù)設(shè)門限比較后才能發(fā)生一次相位滑動,故遍歷整個周期碼相位所需要的時間會非常長。但這種方案所實現(xiàn)的資源需要最少,成本最低。圖1是串行方案的結(jié)構(gòu)框架圖。
3.2 并行滑動相關(guān)監(jiān)測方法
并行方案是利用C/A碼序列的特定相位并行計算各個碼的相關(guān)值,但是由于每個并行之路要進行相關(guān)計算,故資源消耗是很大的,根據(jù)本文的設(shè)計需要4096個寄存器、4096個乘法器(XOR)、以及4096位的累加器。這種結(jié)構(gòu)非常類似匹配濾波器的結(jié)構(gòu),實現(xiàn)中同樣需要大量的硬件支持。
3.3 頻域里實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)測的方法
頻域里實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)測的方法是指采取FFT將數(shù)據(jù)從時域轉(zhuǎn)換到頻域,算完之后再轉(zhuǎn)換到時域,這樣節(jié)省監(jiān)測時候的相關(guān)計算,提高無線網(wǎng)絡(luò)芯片的靈敏度。但和并行方案一樣,雖然時間上消耗很小,但硬件上的資源消耗相當(dāng)大。
綜上所訴,串行方案硬件上消耗最小。雖然時間上消耗大,而并行方案以及在頻域里面用FFT和IFFT的實現(xiàn)方案,時間上消耗雖小,但硬件上消耗太大。成本太高,這樣的方案只適合軍事等需要快速高精度實現(xiàn)快速監(jiān)測和跟蹤的系統(tǒng), 在本設(shè)計中,我們采取串并結(jié)合監(jiān)測方案,將數(shù)據(jù)由1023四倍采樣到4092然后采取補“0”法補到4096,這樣把4096個數(shù)據(jù)每32個為一組進行相關(guān)累加運算,共進行128次。
4 無線信號監(jiān)測中的計算機模塊設(shè)計思路
下面詳細討論整個串并結(jié)合監(jiān)測方案,其中含幾個基本模塊,本地C/A碼發(fā)生器,移相模塊,相關(guān)累加器,排序邏輯,峰值檢測模塊。
4.1 本地C/A碼發(fā)生器
碼發(fā)生器使用兩個10級反饋移位寄存器產(chǎn)生的G碼組成,其產(chǎn)生碼長為N=210-1=1023,這兩個移位寄存器分別對應(yīng)兩個M序列G1和G2,兩個移位寄存器分別使用2輸入異或門和6輸入異或門通過線性反饋方式連接。通過在G2寄存器對應(yīng)位抽取抽頭并使各抽頭通過異或產(chǎn)生G2序列的不同平移等價序列。
4.2 移相模塊
傳統(tǒng)的本地生成的C/A碼是一種循壞移位寄存器的存儲方式,即每次移動完1/4碼片計算完相關(guān)數(shù)據(jù)之后4096位數(shù)據(jù)都向左移動一位,最高位補到最低位。但這種方法相當(dāng)耗資源,本文采用FPGA現(xiàn)有資源Block RAM實現(xiàn),用32個寬度為1深度為256的RAM完成。這種方法不再移動數(shù)據(jù),而是采取改變地址的方式進行,理論是實踐證明,在消耗了FPGA內(nèi)部Block RAM資源的情況下節(jié)省了90%的Slices。
4.3 相關(guān)累加模塊
我們需要對一個碼周期內(nèi)的相關(guān)值進行累加。由于本地碼進行了4倍采樣并且補“0”操作,所以1ms內(nèi)有4096個值。這里我們需要一個4906計數(shù)器,從0計數(shù)到4095,在計數(shù)到4095的時候?qū)l(fā)出一個清零脈沖,累加器根據(jù)這個脈沖對內(nèi)部寄存器進行清零同時輸出相關(guān)值。相關(guān)部分的關(guān)鍵路徑如圖5所示。
4.4 排序邏輯模塊
這里對相關(guān)值進行一次折半排序,將最大值輸出給后續(xù)的峰值檢測。折半排序算法即每個時鐘周期每兩個比較一次,把大的傳輸給下一個周期再次進行比較。
4.5 峰值檢測模塊
在實際情況中,總是存在噪聲干擾,這樣可能會僅由于噪聲(不存在峰值時)而使相關(guān)值超過門限,從而產(chǎn)生虛警。當(dāng)信號較小時,信號的相關(guān)值低于門限而檢測不到信號,產(chǎn)生漏警,
基于次高峰判決是一種簡單的自適應(yīng)門限值調(diào)整方法,其實現(xiàn)原理是對每一個進入峰值進行比較,從中找到最大值及第二大值,即最高峰和次高峰。通常如果當(dāng)前本地載波頻率和本地碼相位都接近接收的信號載波頻率和碼相位,由于偽噪聲碼的相關(guān)特性,最高峰與次高峰會有較大的差值,否則。最高峰與次高峰將會十分接近。因此,我們可以將次高峰峰值的K倍設(shè)定為門限值,然后將最高峰與門限值進行比較,從而達到峰值檢測的目的。
但是,由于當(dāng)本地產(chǎn)生的C/A碼的相位接近接收C/A碼的相位一定范圍內(nèi)時,這兩個碼進行相關(guān)之后得出的相關(guān)值都會很接近峰值,鑒于此,我們在最高峰附近設(shè)置一個窗口,在窗口之外尋找最大值,并將此值認定為次高峰。參數(shù)K是可調(diào)節(jié)的,根據(jù)信號強弱程度,我們可以控制K值的大小,以適應(yīng)工作環(huán)境,達到更小的虛漏警概率。而窗口值亦可根據(jù)具體情況選取。
借助MATLAB數(shù)學(xué)工具箱的強大功能,我們可以對基于次高峰判決的方法進行仿真,并驗證其可行性。本MATLAB仿真的輸入數(shù)據(jù)為采集的真實無線信號,具有可信度。
其中圖9顯示的是當(dāng)前C/A碼對應(yīng)的無線,載波頻點及碼相位下無法監(jiān)測到無線信號的情況,有俯視圖及側(cè)面圖可以看出,所有頻點及碼相位的相關(guān)值均低于門限值,于是判定無法監(jiān)測。而圖10是無線信號可以被監(jiān)測的仿真結(jié)果。
在仿真驗證過程中,我們模擬了實際過程中常見的兩種情況,一種是有相關(guān)峰,或者說是相關(guān)峰凸現(xiàn)的情況;另一種是無相關(guān)峰,或者說相關(guān)峰不凸現(xiàn)的情況。并用這兩種情況下的數(shù)據(jù)進行對監(jiān)測模塊的驗證。圖11和圖12分別是modelsim仿真的可被監(jiān)測和不可被監(jiān)測的波形圖。
5無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊中的安全問題
無線網(wǎng)絡(luò)安全一直存在很大的漏洞,在無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中的計算機通訊更要重視這一問題。它的安全性主要是易受攻擊性和通過對無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信進行劫持和監(jiān)視。其易受攻擊性主要表現(xiàn)在沒有經(jīng)過安全檢查創(chuàng)建新的無線網(wǎng)絡(luò)時,對接入點進行配置沒有設(shè)定輸入口令,使入侵者通過新的無線客戶端與接入點通信連接到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。還有一種是通過相應(yīng)的工具設(shè)備,例如利用網(wǎng)絡(luò)掃描器來對一定的交通工具使用,就可以獲取網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)。對無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信進行劫持和監(jiān)視主要表現(xiàn)是,攻擊者用特定設(shè)備監(jiān)測無線通信,然后利用所監(jiān)測的信息偽裝成合法用戶來對真正用戶的信息進行劫持,并執(zhí)行一些未經(jīng)過授權(quán)的命令。針對無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測中計算機通訊安全性的威脅,對于接入點要求的客戶端訪問口令要進行不同類型的加密,并采取有效的無線加密方式。一個足夠強力的密碼在一定程度上可以使系統(tǒng)受到侵害的可能性變小。在不需使用計算機通訊的時候關(guān)閉計算機也可以避免相應(yīng)掃描器的攻擊,因為網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉后是安全性最高的時候,沒有人可以連接關(guān)閉的網(wǎng)絡(luò)進行劫持、監(jiān)視。
總而言之,無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測應(yīng)用是一種以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的主要應(yīng)用于計算機通訊信息信號故障的監(jiān)測系統(tǒng)。通過無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測來得到計算機通訊信息的詳細參數(shù),并對信息信號的異常點進行報警,使故障得以及時解決。無線網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測系統(tǒng)對計算機通訊的應(yīng)用全面提高了對計算機通訊中信號監(jiān)測的實時性和可靠性,減少了計算機通訊中信號故障和故障的處理時間,保障了計算機通訊的安全性。
參考文獻:
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城市軌道交通地下工程建筑安全檢測是軌道交通安全工程領(lǐng)域的一個重要研究方向。本文分析城市軌道交通地下工程建筑安全檢測的目標和內(nèi)容,設(shè)計安全檢測系統(tǒng),給出工作原理和技術(shù)方法,并對安全檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)實現(xiàn)和設(shè)計特點進行詳細研究。
關(guān)鍵詞:
軌道交通;地下工程;建筑安全;檢測系統(tǒng);技術(shù)研究
隨著國民經(jīng)濟的快速增長,我國城市軌道交通得到了大力發(fā)展,建設(shè)速度驚人[1]。自1969年我國第一條地鐵在北京建成通車后,城市軌道交通在天津、上海、廣州、深圳、南京等城市相繼建成和投運[2]。到2014年底,我國有城市軌道交通的城市已達22個,線路101條,長度3155km。在營運的北京、上海、廣州等大都市,日均客流量已超過100萬[3]。在上下班和節(jié)假日高峰擁堵時,城市軌道交通以其安全、快速和準確等特點,已成為人們出行的首選交通方式之一。在不斷增長的城市大客流量面前,城市軌道交通在推動城市發(fā)展的同時,也對環(huán)境和建筑產(chǎn)生了一定的影響,這給城市生態(tài)環(huán)境和人們的安全帶來了新的問題和挑戰(zhàn)[4]。目前,不少地區(qū)城市軌道交通地下建筑安全問題和地面沉降、地質(zhì)裂縫、地洞等地質(zhì)災(zāi)害及其次生問題不斷發(fā)生,浪費了大量的人力和物力[5]。事實上,自地鐵誕生之日起,地鐵建筑支護檢測和修補便開始了,地鐵對環(huán)境和建筑的危害就一直沒有間斷過,充分暴露出城市軌道交通地下建筑環(huán)境安全和控制措施的不足,因此,對城市軌道交通地下工程建筑安全檢測等新問題和新技術(shù)進行長期深入研究具有重要的現(xiàn)實意義。
1城市軌道交通地下工程建筑安全
從結(jié)構(gòu)上,城市軌道交通地下工程建筑主要由地鐵站臺和地鐵隧道組成,屬于典型的坑道節(jié)點式構(gòu)造[6]。根據(jù)城市軌道交通、地下鐵道工程和鐵路隧道工程方面的國家標準,城市軌道交通地下工程建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限應(yīng)為100年[7]。其安全要求包括結(jié)構(gòu)強度、結(jié)構(gòu)功能和結(jié)構(gòu)可修復(fù)3個方面。城市軌道交通地下工程建筑安全檢測是通過測量和巡查,對地下工程建筑的主要參數(shù)進行監(jiān)控,經(jīng)過評價指標分析進行安全等級評判[8]。其目的是通過測量,評價城市軌道交通地下工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性。一般來說,影響城市軌道交通地下工程建筑結(jié)構(gòu)安全的主要因素包含有環(huán)境和人為這兩個方面。綜合以上分析,目前城市軌道交通地下工程建筑結(jié)構(gòu)安全檢測的內(nèi)容主要有:(1)斷層;(2)裂隙;(3)剝落;(4)滲透水;(5)變形和位移。檢測方法采用傳統(tǒng)的定期關(guān)鍵點巡查和結(jié)構(gòu)工程儀器直接接觸式離散測量,從而形成報表制度。
2安全檢測系統(tǒng)設(shè)計和工作原理
2.1安全檢測系統(tǒng)設(shè)計
城市軌道交通地下工程建筑安全檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要由車地兩套獨立計算機裝置組成,以完成對地下工程建筑結(jié)構(gòu)支護圍欄兩側(cè)涂覆黑白色帶圖像和位置進行檢測,對拱頂自然結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行檢測,以及對地面為拱橋軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行檢測。車輛上安裝下位機和上位機兩級計算機裝置,通過串行通信進行數(shù)據(jù)交換。下位機由嵌入式系統(tǒng)組成,完成測量傳感器的信號處理;上位機由工控計算機組成,完成操作、輸出、顯示、監(jiān)測測量結(jié)果,并進行管理。地面車站計算機裝置實時執(zhí)行操作和管理,完成檢測、統(tǒng)計、分析和報表。
2.2安全檢測系統(tǒng)工作原理
城市軌道交通地下工程建筑安全檢測系統(tǒng)的基本工作原理是,通過CCD傳感器獲取被測物體的圖像,然后對圖像進行處理,在圖像處理后完成對被測結(jié)構(gòu)的測量。一般圖像只能進行2D測量,此處采用視覺自動聚焦技術(shù)就能夠進行2.5D測量。視覺自動聚焦技術(shù)是采用自動聚焦判別函數(shù)對高度不屬于同一平面上的兩點進行精確聚焦,然后通過計算得到兩點間的距離。通過CCD傳感器獲取被測結(jié)構(gòu)圖像的模擬信號,經(jīng)過車載下位機進行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號、輸入到計算機,然后由圖像處理手段對圖像中需要測量的幾何圖元進行測量,從而實現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的非接觸測量。圖像處理需要實現(xiàn)的功能包括圖像獲取、圖像濾波降噪、圖像增強、圖像邊緣定位、特征定位、圖元擬合、圖元計算等。
3安全檢測系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)
隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,采用計算機圖像檢測技術(shù)進行城市軌道交通地下工程建筑安全檢測,并按照我國城市軌道交通技術(shù)規(guī)定,采用車地?zé)o線通信系統(tǒng)[9]。
3.1硬件技術(shù)
嵌入式系統(tǒng)是集成電路技術(shù)和微型計算機技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。在車載下位機中的測量模塊采用嵌入式系統(tǒng)檢測單元設(shè)計方案,主要是考慮了系統(tǒng)模塊化和可維護性。由于圖像處理的直觀性和可視性,檢測單元中的傳感器選用CMOS型CCD,代表性產(chǎn)品有USB攝像頭。嵌入式系統(tǒng)處理器現(xiàn)有單片機、DSP和微處理器3大類,此處采集和處理的均為實時彩色圖像,故采用微處理器,其典型產(chǎn)品有ARM系列多個品種可靈活選用。視頻數(shù)據(jù)采集和圖像處理可采用Linux軟件實現(xiàn),對處理后的壓縮圖像通過城市軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)通信標準由規(guī)定的接口完成即可。最后,視頻圖像傳送給車載上位機進行實時的顯示和控制。
3.2軟件技術(shù)
根據(jù)城市軌道交通技術(shù)標準和設(shè)計規(guī)范的要求,安全檢測系統(tǒng)在軟件技術(shù)方面需要具備完成圖像處理的功能。在圖像產(chǎn)生、傳輸和變換的過程中,由于各種因素的影響,往往會使圖像與被測結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生差異。這給從圖像中提取各種安全信息造成了很大困難。因此,對CCD傳感器得到的圖像要進行各種處理,以降低噪聲干擾。常見的圖像噪聲包括光學(xué)成像及采樣過程中常會出現(xiàn)的混疊噪聲、插入噪聲、抖動噪聲、電子噪聲等。而且邊緣的檢測和提取往往對噪聲較敏感,因此首先需要對圖像進行濾波降噪處理。數(shù)字圖像濾波器有線性和非線性兩大類。線性濾波器對高斯噪聲有較好的平滑作用,但對其他噪聲的抑制效果較差,而且會出現(xiàn)模糊邊緣。在非線性濾波器中,中值濾波器在過濾噪聲的同時,還能較好保護邊緣輪廓,對消除孤立點和線段的干擾十分有用,特別是對于二進制噪聲尤為有效。這就特別符合幾何測量中對邊緣定位的需求,因此安全檢測系統(tǒng)選用中值濾波器對圖像進行濾波降噪。由于要測量物體輪廓邊緣的幾何信息,所以圖像邊緣信息提取的好壞就顯得尤為關(guān)鍵。一般物體和背景具有較大的對比度,反映在圖像上就是物體和背景的灰度差別較大,圖像直方圖將呈現(xiàn)較為明顯的雙峰型,所以安全檢測系統(tǒng)采用閾值法實現(xiàn)圖像分割。
4安全檢測系統(tǒng)設(shè)計特點
4.1模塊化
由于嵌入式器件的整體功能越來越強大,嵌入式系統(tǒng)模塊化設(shè)計、組裝、調(diào)試和維護技術(shù)已經(jīng)非常完善,技術(shù)人員通過專業(yè)學(xué)習(xí)可以快速掌握和應(yīng)用。在城市軌道交通現(xiàn)場應(yīng)用中,各級子系統(tǒng)大量采用嵌入式系統(tǒng)完成模塊化功能的實現(xiàn)。
4.2集成化
現(xiàn)場檢測技術(shù)進一步的發(fā)展,必然是高度集成化。對于日益復(fù)雜的城市軌道交通,從橫向上考慮,隨著城市軌道交通建設(shè)規(guī)模的擴大和發(fā)展,各個子系統(tǒng)數(shù)量不斷增加,遍布所有城市軌道交通的子系統(tǒng);從縱向上考慮,各系統(tǒng)都有向下層深入的趨勢。因此,多子系統(tǒng)構(gòu)成的安全檢測系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車站級集成,還能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場級集成,甚至直接到各檢測傳感器上。
4.3網(wǎng)絡(luò)化
在一個城市,一般都存在多條軌道交通線路,這就要求把不同的線路資源進行網(wǎng)絡(luò)化處理。從單線路的檢測系統(tǒng)向路網(wǎng)級檢測系統(tǒng)發(fā)展,是網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的必然趨勢。對于城市軌道交通的綜合檢測,可以采用線路、車站、車輛為層次單元,組成相對完善的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時具備強大的數(shù)據(jù)處理能力,能夠更好地滿足和適應(yīng)軌道交通網(wǎng)絡(luò)在不同層面上的需求。
5結(jié)束語
建設(shè)準確實時高效的城市軌道交通地下工程建筑安全檢測系統(tǒng)有助于節(jié)約資源,促進生態(tài)文明發(fā)展。城市軌道交通地下工程建筑安全檢測系統(tǒng)技術(shù)反映了城市軌道交通信號、系統(tǒng)和集成的特性。本文在分析城市軌道交通地下空間建筑結(jié)構(gòu)安全檢測目標和內(nèi)容的基礎(chǔ)上,建立了模塊化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的計算機圖像檢測系統(tǒng)模型,詳細介紹了其安全檢測系統(tǒng)的設(shè)計思想、基本原理、技術(shù)實現(xiàn)和技術(shù)特點,對進一步技術(shù)開發(fā)和設(shè)備升級奠定了基礎(chǔ)。
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中圖分類號:U675 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)08(C)-0000-00
1引言
疲勞是人們連續(xù)學(xué)習(xí)或工作以后,效率下降、注意力不集中的一種現(xiàn)象。同時,也可以說是一種主觀上產(chǎn)生不適的感受,客觀上繼續(xù)從事活動或工作時失去完成工作的能力的一種表現(xiàn)。船員疲勞駕駛是船舶通航過程中潛在的不安全因素,減少因此導(dǎo)致的水上交通事故,提高船舶通航安全監(jiān)管手段,已成為水上交通安全的重要課題。
根據(jù)長江航務(wù)管理局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示【1】,2005-2010年中國長江所發(fā)生的水上交通事故的種類主要集中在碰撞、自沉、擱淺和觸碰這四類事故,占事故發(fā)生的93.3%。尤其是碰撞事故所占的比例最高,占事故發(fā)生的61.9%,見圖1。且事故發(fā)生時間,主要集中在夜間和凌晨這個時間段,而此時船員通常處于疲勞狀態(tài),見圖2。
圖1 2005-2010年長江某段水域水上交通事故種類統(tǒng)計
圖2 2005-2010年長江某段水域水上交通事故發(fā)生時間統(tǒng)計
已于自2013年2月1日起施行的《中華人民共和國海船船員值班規(guī)則》中,第十二條明確規(guī)定,船長應(yīng)保證值班船員得到充分休息,防止疲勞值班。第一百二十條中明確規(guī)定,航運公司及船長應(yīng)當(dāng)采取有效措施防止船員疲勞操作。目前,國際海事組織不斷修正船員培訓(xùn)標準的馬尼拉公約,也將工作重點從對船舶設(shè)備和技術(shù)的研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Υ瑔T的研究。由于船員疲勞駕駛檢測技術(shù)在交通事故預(yù)防等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和現(xiàn)實意義,受到各國政府以及相關(guān)國際組織的高度關(guān)注。
2研究現(xiàn)狀
近年來,車輛駕駛員疲勞智能識別技術(shù)受到國內(nèi)外眾多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。一些發(fā)達國家很早就投入了大量人力和物力,并且在該領(lǐng)域取得了一定的研究成果。隨著駕駛?cè)藛T疲勞駕駛現(xiàn)象越來越普遍,針對疲勞駕駛現(xiàn)象的理論與應(yīng)用研究正朝著智能化方向不斷地發(fā)展進步。受到駕駛?cè)藛T工作環(huán)境復(fù)雜、活動空間較大等諸多因素的影響,國內(nèi)外船舶駕駛員疲勞識別領(lǐng)域的研究與機動車和飛機疲勞駕駛相比較為滯后。
現(xiàn)階段,船舶駕駛員疲勞主要研究領(lǐng)域是影響船員疲勞因素等方面的研究。其中,船員疲勞與船員視覺特性分析研究領(lǐng)域較多。船員在駕船過程中主要通過人眼視覺獲取信息,是船員獲取航行信息的主要方式,因此,通過分析駕駛員眼部規(guī)律,進而探究船員疲勞狀態(tài)具有一定可行性。郭慶永【2】對船舶駕駛?cè)藛T疲勞致因進行分析,并提出預(yù)防與控制措施方法。他認為船員疲勞是導(dǎo)致海上事故的重要誘因,對船舶管理和船員個人兩方面加強管理,則可有效避免因船員疲勞導(dǎo)致的水上交通事故。劉清【3】通過采用集對分析技術(shù),對船員視覺特性與疲勞駕駛行為之間關(guān)系進行了研究,得出:船員目標區(qū)試點分布比、注視時間比例、瞳孔大小、目視區(qū)域距離等視覺特征指標與疲勞駕駛行為均有一定的相關(guān)性。
針對船舶駕駛員疲勞相關(guān)研究主要停留在基礎(chǔ)理論的研究階段,包括:船舶駕駛員疲勞評價方法、船舶駕駛員疲勞致因分析、船舶駕駛員疲勞駕駛行為特征等領(lǐng)域。而車輛駕駛員疲勞識別技術(shù)發(fā)展家較為快速,部分專家已經(jīng)面向疲勞問題提出相關(guān)解決方案,并通過技術(shù)手段對駕駛員疲勞進行有效檢測。李衡峰【4】提出一種新穎的眼部狀態(tài)識別方法對車輛駕駛員疲勞進行識別,疲勞識別準確率可達到85%以上。Volvo汽車公司推出“駕駛員警示系統(tǒng)”來協(xié)助駕駛員提高行車安全,在駕駛員進入睡眠狀態(tài)前及時給予警示。由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研發(fā)的PERCLOS系統(tǒng)通過分析眼睛位置和開度,對駕駛員疲勞狀態(tài)進行判定。FaceLAB系統(tǒng)通過監(jiān)測駕駛員頭部姿態(tài)、眼睛開閉狀態(tài)、凝視方向、瞳孔直徑等特征參數(shù),對駕駛員疲勞狀態(tài)進行實時監(jiān)測。歐盟的AWAKE系統(tǒng)實現(xiàn)對駕駛員行為的綜合監(jiān)控,通過利用圖像、壓力等多種傳感器,對駕駛員眼部狀態(tài)、視線方向、方向盤握力等信息進行實時監(jiān)測。
船舶駕駛員疲勞檢測發(fā)展之所以落后于車輛駕駛員疲勞檢測主要受以下幾方面影響(見表2)。
3船員疲勞檢測方法
主要疲勞檢測方法可分為兩大類:一類是以船員生理狀態(tài)數(shù)據(jù)為依據(jù),通過對數(shù)據(jù)分析與處理,判斷船員是否處于疲勞狀態(tài)。另一類是以船員駕船活動、主觀感受等為依據(jù),通過邏輯推理,進而分析船員是否處于疲勞狀態(tài)。
3.1基于船員生理狀態(tài)信息的直接檢測方法
基于生理信號的檢測方法:船員在疲勞狀態(tài)下的生理指標會偏離正常狀態(tài),因此可以通過采集船舶駕駛員的生理信號,進而分析信號數(shù)據(jù)的特定變化來判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。目前常用的檢測方法主要包括腦電信號EEG、心電信號ECG、肌電信號EMG等。其中,腦電信號EEG,被認為是檢測疲勞的“金標準”。
基于生理反應(yīng)的監(jiān)測方法:基于駕駛?cè)藛T的生理反應(yīng)的檢測方法是指利用駕駛?cè)说念^部、眼部、嘴部等特征的變化規(guī)律判斷駕駛?cè)说钠谒健F渲?,駕駛?cè)搜鄄刻卣鞅徽J為是反映疲勞狀態(tài)的重要特征。
3.2基于船員相關(guān)事件推理的間接檢測方法
基于駕駛行為的檢測方法:基于駕駛?cè)藛T操作行為的檢測方法和基于船舶狀態(tài)信息的檢測方法。其中,基于駕駛?cè)瞬僮餍袨榈臋z測方法是指通過駕駛?cè)藢Υ?、制動裝置等操作行為來判斷駕駛?cè)似谒??;诖盃顟B(tài)信息的檢測方法是指通過檢測船速、加速度、船身橫擺角和航道偏移量等船舶行駛信息來判斷駕駛?cè)藛T的疲勞水平。
基于船員行為信息評價的檢測方法:通過多種方式獲取船員健康信息、運動信息、睡眠信息、飲食信息、周圍環(huán)境信息(溫度、亮度、濕度、聲音、氣味等)等,建立船員疲勞評價模型。目前,該模型主要應(yīng)用于海事事故調(diào)查分析領(lǐng)域,該模型在識別疲勞是事故的原因方面,有80%的實驗結(jié)果是可信的。
3.3檢測方法分析比較
基于船員生理狀態(tài)信號的檢測方法具有可靠性高、實時性好的特點,其采集的生理信息數(shù)據(jù)直接反應(yīng)船員生理狀態(tài)信息,能夠較好的分析出船員的生理狀態(tài)信息。其中,基于生理信號的檢測方法所需檢測設(shè)備多屬于精密儀器,受船舶震動、噪聲等因素影響較大,因此可行性較差?;谏矸磻?yīng)的檢測方法,可通過技術(shù)發(fā)展較為成熟的傳感器技術(shù),通過采集船員面部器官特征、心率等信息,分析船員是否處于疲勞狀態(tài)。
基于船員相關(guān)事件推理的檢測方法具有技術(shù)成熟的特點,部分信息數(shù)據(jù)可依托現(xiàn)有船舶狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集,且該方法均為非侵入式監(jiān)控方式,不會影響船員駕船。但該方法在疲勞檢測的準確性方面較差,受船員、環(huán)境、管理制度等多面的因素影響較大。
4、結(jié)束語
航運企業(yè)在注重利益化的發(fā)展中,安全問題逐漸突出,在重大安全隱患無法得到有效控制,安全事故時有發(fā)生,船員的生命財產(chǎn)安全受到極大威脅。為讓航運業(yè)得到良性發(fā)展,就需要足夠重視安全,通過監(jiān)管技術(shù)的發(fā)展帶動安全管理能力的發(fā)展,強化船員安全駕駛意識具有十分重要的意義。
通過發(fā)展船員疲勞駕駛監(jiān)控技術(shù),為規(guī)范船員駕駛提供技術(shù)手段,為水上交通事故調(diào)查取證提供依據(jù)。船舶駕駛員疲勞檢測技術(shù)主要涉及機器視覺、人工智能、可穿戴設(shè)備技術(shù)等多種技術(shù),同時還涉及生理、心理能多種領(lǐng)域。若對船舶駕駛員疲勞進行深入研究,可以從人因工程的角度先對船員疲勞所涉及的人、船和環(huán)境等多種因素進行研究。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:環(huán)境工程學(xué) 水電工程 環(huán)境監(jiān)理
水電工程通常是以防洪、發(fā)電、灌溉、供水以及改善水環(huán)境質(zhì)量為目標的除害興利的綜合性工程,但在興建過程中也會破壞區(qū)域原有的自然環(huán)境和生態(tài)平衡,產(chǎn)生一定的負面影響。所以,環(huán)境監(jiān)理可以將事后管理變?yōu)槿^程管理及將政府強制性管理變?yōu)檎O(jiān)督與建設(shè)單位自律相結(jié)合的管理模式,彌補了水電工程建設(shè)過程中的環(huán)境監(jiān)管空白,將環(huán)境監(jiān)理視作與工程質(zhì)量監(jiān)理一樣,把建設(shè)項目對環(huán)境的破壞和侵擾減少到最小限度,確保水電工程環(huán)境保護目標的實現(xiàn)。
一、環(huán)境監(jiān)理機構(gòu)和職能
環(huán)境監(jiān)理組織機構(gòu)可根據(jù)工程規(guī)模大小、環(huán)境影響程度、專業(yè)化程度等相應(yīng)的設(shè)立,通過招標、議標、公開招標等形式引入。環(huán)保監(jiān)理是獨立的第三方,但為了方便管理,在實際操作中很多時候又具有業(yè)主單位管理機構(gòu)的身份,在這種雙重身份的情況下,不但要獨立的開展環(huán)境監(jiān)理工作,有時還需要代表業(yè)主單位開展一些管理工作,以及受業(yè)主委托進行一些溝通協(xié)調(diào)工作。建設(shè)業(yè)主則依據(jù)監(jiān)理委托合同對監(jiān)理單位履行合同的情況給予監(jiān)督和檢查。
環(huán)境監(jiān)理機構(gòu)的主要職能為:按照建設(shè)項目環(huán)境影響評價報告書和水土保持方案報告書的要求,全面落實各項環(huán)保水保措施;具體負責(zé)施工期有關(guān)環(huán)境保護工作的聯(lián)絡(luò)、組織和指導(dǎo),協(xié)助發(fā)包人和環(huán)境保護機構(gòu)開展日常工作,接受地方環(huán)保主管部門的檢查。
二、環(huán)境監(jiān)理總體要求
環(huán)境監(jiān)理工作是一項需要各種專業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟、法律綜合管理等多學(xué)科知識和技能的智力密集型服務(wù)工作,還要具備一定的環(huán)境保護專業(yè)知識,如水、氣、聲環(huán)境保護的具體措施,工藝效果、工藝流程,水土保持措施的一些具體要求等。
三、環(huán)境監(jiān)理主要工作制度
(1)環(huán)保管理體系
水電站環(huán)保水保管理工作具有點多面廣、參建單位多的特點,必須從管理體系、管理制度、合同要求等多方面明確參建各方的責(zé)任與義務(wù)。環(huán)保管理體系是由一系列的管理制度構(gòu)成,是管理工作正常開展的重要保障,環(huán)境管理制度主要包括《工程環(huán)境保護與水土保持管理辦法》、《工程環(huán)境保護驗收管理辦法》、《工程水土保持驗收管理辦法》、《工程環(huán)境保護與水土保持違約處罰實施細則》、《工程環(huán)境保護和水土保持考核辦法》以及其它的專項管理辦法等。
(2)環(huán)境保護宣傳、培訓(xùn)制度
由于環(huán)保管理與環(huán)境監(jiān)理在我國還處于起步階段,各參建單位環(huán)保管理理念和管理水平參差不齊,通過加大宣傳教育,包括環(huán)保相關(guān)法律法規(guī)的培訓(xùn),可以提高整體環(huán)保管理意識,利于環(huán)保監(jiān)理工作的開展。
(3)環(huán)保巡視與專項檢查
環(huán)境監(jiān)理按照定期與不定期相結(jié)合的巡視方式,針對具體的環(huán)境保護項目,合理的開展施工區(qū)環(huán)保巡視工作??梢约皶r掌握施工區(qū)各項環(huán)保措施的落實情況以及存在的環(huán)保水保問題。
(4)會議制度
會議制度主要包括定期會議制度和專題會議兩種。定期會議制度主要包括周例會、月例會與季度工作會??梢远ㄆ趯η捌诠ぷ鬟M行總結(jié),安排后續(xù)工作任務(wù),并分析上階段環(huán)保水保工作中的主要問題,查找原因,在以后的工作中進行改進和調(diào)整。
專題會議制度主要解決施工過程中出現(xiàn)的專項環(huán)境問題,一般涉及環(huán)保水保專項措施、需多單位配合的專項活動以及其他需專題研究解決的問題等。
四、環(huán)境監(jiān)理工作內(nèi)容
監(jiān)理項目全過程控制是一個有機的整體,但是從工作內(nèi)容來看又由若干環(huán)節(jié)組成一個整體,由于每個環(huán)節(jié)的特點和工作內(nèi)容不同,相應(yīng)采取的措施與手段也不同。水電工程施工區(qū)環(huán)境影響因素較多,根據(jù)突出重點、系統(tǒng)實用、便于管理的原則,一般將環(huán)境監(jiān)理分為廢污水、廢氣、噪聲、固體廢棄物、水土流失、人群健康、環(huán)境監(jiān)測和水土保持監(jiān)測等方面進行監(jiān)督管理。
環(huán)境監(jiān)理單位應(yīng)以經(jīng)批復(fù)的環(huán)境影響報告書、水土保持方案報告書及其批復(fù)要求為工作的主要依據(jù),檢查各項環(huán)保措施的落實情況,按環(huán)境影響報告書、水土保持方案報告書相應(yīng)的措施分類,具體監(jiān)理內(nèi)容如下:
(1)水環(huán)境監(jiān)理。掌握廢污水、污染物的來源、種類、濃度、排放數(shù)量、地點、方式等,落實生產(chǎn)廢水、生活污水、含油廢水處理設(shè)施是否按環(huán)保設(shè)計確定的方案進行施工;水庫蓄水前是否按照相關(guān)規(guī)定進行了建筑物清理、林木清理和衛(wèi)生清理,以防止淹沒于水庫內(nèi)的樹木、雜物等對水體的污染和對水庫安全運行的影響。
(2)大氣環(huán)境監(jiān)理。掌握大氣污染物的產(chǎn)生源、形式、位置,以及與周圍敏感保護區(qū)(村寨、學(xué)校、旅游區(qū)等)的相對關(guān)系,落實大氣污染防治方案是否按環(huán)保設(shè)計中確定的方案進行;監(jiān)控工程施工區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量達標情況。
(3)聲環(huán)境監(jiān)理。掌握施工區(qū)主要噪聲源,及其噪聲的強度、類型,以及與周圍環(huán)境敏感點(村寨居民、學(xué)校、珍稀動物等)的相對關(guān)系;了解并熟悉環(huán)保設(shè)計中制定的噪聲防治方案(隔聲墻、吸聲屏障,減震座等),并督促落實。
(4)人群健康監(jiān)理。
人群健康監(jiān)理的主要目的是,保證工程及附近地區(qū)各類疾病,尤其是傳染病發(fā)病種類和水平不因工程建設(shè)發(fā)生異常變化;加強環(huán)境衛(wèi)生、食品衛(wèi)生的監(jiān)督管理,做好疫情監(jiān)控等。
(5)固體廢物監(jiān)理。水電工程施工區(qū)固體廢物主要為生活垃圾,生活垃圾的處理方式一般包括焚燒處理、衛(wèi)生填埋及委托當(dāng)?shù)卦刑幚矸绞竭M行處理幾種方式,環(huán)境監(jiān)理主要加強對施工區(qū)生活垃圾收運的管理,通過對參建單位的宣傳教育、檢查,做到生活垃圾集中收運、處理,避免垃圾散放對環(huán)境的污染。
(6)水土保持監(jiān)理。水土保持措施主要包括渣場區(qū)和路橋區(qū)兩大部分,渣場措施主要有擋護措施、截排水措施,溝道型渣場必須要采取溝水處理措施;環(huán)境監(jiān)理需要對照水土保持方案報告書的要求,檢查、督促各項措施的落實。
(7)監(jiān)測的監(jiān)理。
水電站工程籌建期、建設(shè)期都要求委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位開展環(huán)境監(jiān)測和水土保持監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)理必須熟悉監(jiān)測規(guī)范,從監(jiān)測方案的審核到取樣、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、監(jiān)測成果的審核全過程對監(jiān)測進行管理。
五、環(huán)境監(jiān)理與工程監(jiān)理的關(guān)系
工程建設(shè)監(jiān)理單位是建設(shè)項目中環(huán)境保護和水土保持實施的直接監(jiān)督管理單位,應(yīng)建立環(huán)境保護管理體系和制度,配備相應(yīng)的專(兼)職環(huán)境保護監(jiān)理人員。將施工項目環(huán)境保護內(nèi)容納入監(jiān)理工作范圍,對施工過程中的環(huán)境保護工作,包括各項環(huán)保措施建設(shè)進度、質(zhì)量和投資實行全方位監(jiān)理。
六、環(huán)境監(jiān)理過程中存在主要問題
由于目前環(huán)境監(jiān)理工作在我國尚處于起步階段,在工程項目招投標過程中沿用傳統(tǒng)的預(yù)算方式,未將環(huán)境保護措施及相應(yīng)投資進行單獨列出。導(dǎo)致在監(jiān)理過程中對具體環(huán)保措施的落實,無法從投資上做到有效監(jiān)管。
七、環(huán)境監(jiān)理的前景
為了保證我國實現(xiàn)社會和國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,我國政府已把環(huán)境保護作為基本國策。2002年10月13日國家環(huán)境保護總局、鐵道部、交通部、水利部、國家電力公司、中國石油天然氣集團公司以環(huán)發(fā)[2002]141號文聯(lián)合發(fā)出《關(guān)于在重點建設(shè)項目中開展工程環(huán)境監(jiān)理試點的通知》??刂剖┕るA段的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,逐步推行施工期工程環(huán)境監(jiān)理制度。
在水利工程中引入環(huán)境監(jiān)理機制,可以使環(huán)境管理工作融入到整個工程實施過程中,變事后管理為過程管理,變政府強制性管理為政府監(jiān)督與第三方服務(wù)和建設(shè)單位自律相結(jié)合的管理,同時也是我國水利水電事業(yè)健康發(fā)展、與國際慣例接軌的需要。
隨著國家經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快,工程建設(shè)項目也越來越多,由此而引發(fā)的環(huán)境問題也日益增多,如何讓工程順利完成,又使得在工程建設(shè)期間環(huán)境得到很好的保護,不但是環(huán)境監(jiān)理工作的目標,也是整個工程管理的目標。
參考文獻:
[1]國家環(huán)保局評估中心.全國環(huán)境工程師職業(yè)資格考試教材案例分析[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2005.
關(guān)鍵詞:大跨度橋梁;連續(xù)剛構(gòu)橋;施工控制;卡爾曼濾波法;軌道交通
橋梁施工是橋梁建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),橋梁施工技術(shù)的高低則直接影響橋梁建設(shè)的發(fā)展。隨著交通事業(yè)的發(fā)展,橋梁建設(shè)任務(wù)將更加艱巨,施工難度越來越大。事實上,任何橋梁施工特別是大跨徑橋梁的施工,都是一個系統(tǒng)工程。為實現(xiàn)設(shè)計目標而必須經(jīng)歷的施工過程中,將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響,如何從各種失真的結(jié)構(gòu)參數(shù)中找出相對真實值,對施工狀態(tài)進行實時識別(監(jiān)測)、調(diào)整(糾偏)、預(yù)測,使施工系統(tǒng)處于控制之中,這對設(shè)計目標安全、順利實現(xiàn)是至關(guān)重要的。施工監(jiān)控的目的是要對成橋目標進行有效控制,修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數(shù)誤差對成橋目標的影響,確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求[1-4]。在此,本文作者結(jié)合沙灣大橋,討論施工控制的重要性以及與施工控制相關(guān)的內(nèi)容,建立該橋的計算模型,并且應(yīng)用Kalman濾波法和灰色理論以及這2種方法的結(jié)合對該橋的線形進行預(yù)測和控制,并對應(yīng)力監(jiān)測的誤差及其原因進行分析。
1 橋梁結(jié)構(gòu)分析
1.1 工程概況
沙灣大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用(70+120×2+70)m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)剛構(gòu)橋跨布置。
主橋上部構(gòu)造的設(shè)計采用三向預(yù)應(yīng)力,箱梁頂板寬9.3m,底板梁端及跨中合攏處寬為6.0m,其余位置隨梁高變化,箱梁縱向鋼束每股直徑15.24mm,采用大噸位群錨體系;頂板橫向鋼束每股直徑15.24mm;豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋鋼筋。大橋設(shè)計標準為:設(shè)計行車速度90km/h;設(shè)計荷載為城市地鐵荷載;橋面總寬為9.30m。
墩頂零號塊采用支架澆筑施工,1~14號節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑,邊跨9m段采用滿堂支架澆筑完成,邊跨、中跨合攏段采用吊架合攏。
1.2 計算模型
結(jié)合該橋施工監(jiān)控的需要,采用通用有限元軟件計算?;炷恋氖湛s、徐變、溫度變化等因素的影響,將使橋梁結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力狀態(tài)及其變化規(guī)律十分復(fù)雜。各施工節(jié)段離散為梁單元,3個主墩視為固定支座,兩邊跨端視為活動鉸支座。其中,總節(jié)點數(shù)為138個,最大鋼束號為112,梁單元個數(shù)為133個,施工階段總數(shù)為59。主橋合攏前后結(jié)構(gòu)體系將發(fā)生轉(zhuǎn)變,即由對稱的單“T”靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ的超靜定結(jié)構(gòu)。其計算模型如圖1所示。
1.3 荷 載
1.3.1 重 力
考慮連續(xù)剛構(gòu)各梁段單元的自重、掛籃自重及鋼筋、人員和設(shè)備的重力,掛籃移動各施工階段的施工荷載,同時考慮二期恒載。
1.3.2 支座的強迫位移
按照設(shè)計圖紙的規(guī)定,基礎(chǔ)不均勻沉降邊墩按5mm計;中墩按10mm計。
1.3.3 活 載
列車豎向靜活載,其計算圖式見圖2,4節(jié)編組。
1.3.4 其他荷載
其他荷載包括溫度荷載、風(fēng)荷載及與結(jié)構(gòu)的形成過程有關(guān)的荷載,如混凝土的收縮徐變等,這些荷載能引起結(jié)構(gòu)的附加變形和應(yīng)力。這里考慮混凝土的收縮徐變時設(shè)定的時間為1000d,因為混凝土的收縮徐變主要在早期,后期的影響比較小。風(fēng)荷載按照設(shè)計圖紙的規(guī)定輸入。
2 橋梁懸臂施工各階段立模標高的確定
各施工梁段的立模高程按下式確定[1]:
Hm=Hs+Hy+fg+δ調(diào)整。(1)
式中,Hs為箱梁頂面中軸處設(shè)計標高,采用設(shè)計值;Hy為計算預(yù)拱度,采用施工控制計算分析值;fg為掛籃變形調(diào)整值,一般由試驗確定;δ調(diào)整為誤差調(diào)整值。結(jié)合前面的計算以及上面的立模公式可給出沙灣大橋的立模標高。
3 線形預(yù)測與控制
通過結(jié)構(gòu)有限元分析可以確定橋梁結(jié)構(gòu)各施工階段的中間理想狀態(tài),這種理想狀態(tài)是期望在施工中實現(xiàn)的目標。但是,在實際施工中,橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)總是存在一定的誤差。如何調(diào)整這些誤差、控制其影響,對結(jié)構(gòu)行為預(yù)測分析,是對線形控制所要解決的重要問題。
基于現(xiàn)代系統(tǒng)工程學(xué)的理論,把橋梁施工看作一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),運用現(xiàn)代控制理論,根據(jù)結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)、現(xiàn)場實測狀態(tài)和誤差信息進行誤差分析,并制定可調(diào)變量的最佳調(diào)整方案,指導(dǎo)施工現(xiàn)場調(diào)整作業(yè),使結(jié)構(gòu)施工的實際狀態(tài)趨近于理想狀態(tài)。橋梁施工控制,現(xiàn)多根據(jù)監(jiān)控者積累的現(xiàn)場經(jīng)驗及簡單運用最小二乘法來進行,正在發(fā)展的一些理論和方法主要有Kalman濾波法、灰色理論法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論方法。在此將Kalman濾波法、灰色理論法、Kalman濾波與灰色理論結(jié)合以預(yù)測理論對沙灣大橋的線形進行預(yù)測,并與現(xiàn)場實測結(jié)果進行比較,以提高線形控制的精度。
3.1 灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用
灰色系統(tǒng)理論是把觀測數(shù)據(jù)序列看作隨時間變化的灰色過程,通過累加生成挖掘出系統(tǒng)潛藏的有序的指數(shù)規(guī)律,從而建立一個從過去引申到將來的Greymodel模型,確定系統(tǒng)在未來發(fā)展變化的趨勢,為事物的規(guī)劃決策、系統(tǒng)的控制與狀態(tài)的評估提供依據(jù)。設(shè)x(0)(t)為原始數(shù)據(jù)樣本,它是構(gòu)造系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的依據(jù),通過對其進行累加生成運算得到生成時間序列x(1)(t)。N將x(1)(t)將擬合成一階線性微分方程其形式為:
式中:a為發(fā)展系數(shù);b為灰作用量。這就是最常用的GM(1,1)的白化型[5]。通過建立殘差GM(11)模型,可以對模型預(yù)測值進行修正補充,將能更準確地反映動態(tài)情況。
沙灣大橋采用懸臂澆筑施工,將各階段預(yù)拱度調(diào)整量來建立GM(1,1)模型。但是預(yù)測值的精度與預(yù)測點和所選取的數(shù)據(jù)樣本之間的距離有關(guān),所以采用等維灰數(shù)遞補數(shù)據(jù)處理技術(shù)建立等維灰數(shù)遞補GM(1,1)模型來對灰色GM(1,1)模型進行改進,即每當(dāng)預(yù)測出一個新值時,把它加入到樣本序列之后同時去掉樣本序列中最早的1個數(shù)據(jù),以保證在序列維數(shù)不變的前提下,樣本數(shù)據(jù)中始終含有最新的數(shù)據(jù)信息,然后,據(jù)此樣本序列重新建立灰色GM(1,1)模型。每加入一個新預(yù)測值即稱“一次預(yù)測”,這樣周而復(fù)始直到完成預(yù)測目標為止。采用這種處理方法使預(yù)測模型得到了有效的修正,預(yù)測值的精度有很大的提高。
采用等維灰數(shù)遞補數(shù)據(jù)處理技術(shù)建立等維灰數(shù)遞補GM(1,1)模型對灰色GM(1,1)模型進行改進,采用預(yù)拱度計算值與對應(yīng)的有預(yù)拱度實測值的差值為處理數(shù)據(jù),建立灰色模型。
3.2 Kalman濾波法及其應(yīng)用
Kalman濾波的實質(zhì)是從被噪聲(如施工誤差)污染的信號中提取真實的信號,估計出系統(tǒng)的真實狀態(tài),然后用估計出的狀態(tài)變量,按確定性的控制規(guī)律對系統(tǒng)進行控制[6-7]。
對于懸臂澆注施工的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋,將左右兩臂的預(yù)拱度作為狀態(tài)變量,對于已施工階段k-1及待施工階段k,有狀態(tài)方程:
X(k)=Φ(k,k-1)X(k-1)+W(k-1)。
式中:Φ(k,k-1)為第k階段懸臂端預(yù)拱度計算值
與第k-1階段預(yù)拱度計算值之比,即Φ(k,k-1) =X(k)/X(k-1)
由于預(yù)拱度可以直接觀測。因此,有觀測方程:
Y(k)=X(k)+V(k)。
關(guān)鍵詞:鐵路基礎(chǔ)設(shè)施;監(jiān)測;振動傳感器;數(shù)據(jù)采集
中圖分類號:TN919 文獻標識碼:A
0.引言
進入21世紀以來,我國鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛,取得了良好的經(jīng)濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升,再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價格上的優(yōu)勢,勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具,然而,伴隨著鐵路運輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便,車體與鐵軌的振動故障對公共財產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。
伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展,輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高,逐漸增大,變寬,結(jié)果會造成電機等吊掛設(shè)備和車內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動,引起車體設(shè)備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設(shè)備所允許的振動強度范圍,未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態(tài)載荷和噪聲的嚴重影響,情況越發(fā)嚴重會導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實表明,在長期作用的情況下,鐵路振動故障可能會導(dǎo)致貨物破損,軌道破壞,列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟、快捷、舒適”的特點和優(yōu)勢,鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項功能,才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢,因此,各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析,也增加了對其的投入力度。
今年我國對鐵路振動檢測領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加,并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門,而在2000年以后,各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認可,近些年又不斷完善各項相應(yīng)的標準和規(guī)范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求,確保鐵路的優(yōu)勢和特點,如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案
如圖1所示,本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測的振動傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機系統(tǒng)和上位機節(jié)點兩個大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機系統(tǒng)里包含了振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。
振動傳感器把接收到的振動信號數(shù)字化,通過IIC數(shù)字傳輸方式,將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元,用于接收振動傳感器數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理分析計算,通過RS-232串口通信,運用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340 RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片,實現(xiàn)了XYZ三軸振動數(shù)值發(fā)送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口,所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G,數(shù)據(jù)可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節(jié)點的檢測范圍有限,使用多個這樣的節(jié)點共同檢測則可以擴大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍,提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統(tǒng)是由多個下位機節(jié)點互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計思想
本論文的鐵路振動檢測系統(tǒng)是由振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊,IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊,微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。
振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動的振動數(shù)據(jù)信號進行實時采集,將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化,并通過IIC實時數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機處理器通信,接著單片機處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理分析,通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲,為鐵路振動故障的判斷提供合理依據(jù)。
微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設(shè)計,完成對采集到的實時振動信號進行數(shù)據(jù)處理分析,判斷當(dāng)前得到的振動數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動范圍之內(nèi)并對數(shù)據(jù)進行干擾點剔除,去直流及多項式趨勢項和平滑處理,計算出與自然坐標系夾角的角度,使整個鐵路振動檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準確性得到大幅度提高,很大程度上降低了系統(tǒng)的錯誤上報率。
2.2 系統(tǒng)介紹
如圖2所示,系y硬件部分可以分為五個部分:振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊:由單片機處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器,內(nèi)部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬,振動傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動信號。
實時數(shù)據(jù)傳輸模塊:振動傳感器采集的實時數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式,將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器,為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎(chǔ)。
微處理器模塊:主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動數(shù)據(jù)信號的采集,并對數(shù)據(jù)進行處理分析,然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯(lián)系的核心部分。
RS-232有線通信模塊:將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù),通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機,上位機會自動顯示及存儲數(shù)據(jù),供振動故障的判斷使用。
電源模塊:通過該模塊,將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計了一套鐵路振動檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數(shù)據(jù)流向,并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看,它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲,并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據(jù)。
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