監測系統論文匯總十篇

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20世紀橋梁工程領域的成就不僅體現在預應力技術的發展和大跨度索支承橋梁的建造以及對超大跨度橋梁的探索，而且反映于人們對橋梁結構實施智能控制和智能監測的設想與努力。近20年來橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的開發推動了大距度橋梁的發展；同時，隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關注，橋梁健康監測的研究與監測系統的開發應運而生。由于橋梁監測數據可以為驗證結構分析模型、計算假定和設計方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度橋梁結構及其環境中的未知或不確定性問題，因此，橋梁設計理論的驗證以及對橋梁結構和結構環境未知問題的調查與研究擴充了橋梁健康監測的內涵。本文結合近十年來橋梁健康監測的研究狀況以及大跨度橋梁工程的研究與發展，較系統地闡述橋梁健康監測的內涵，并由此探討監測系統設計的有關問題。

一、橋梁健康監測系統與理論發展簡況

1．監測系統

80年代中后期開始建立各種規模的橋梁健康監測系統。例如，英國在總長522m的三跨變高度連續鋼箱梁橋Foyle橋上布設傳感器，監測大橋運營階段在車輛與風載作用下主梁的振動、撓度和應變等響應，同時監測環境風和結構溫度場。該系統是最早安裝的較為完整的監測系統之一，它實現了實時監測、實時分析和數據網絡共享。建立健康監測系統的典型橋梁還有挪威的Skarnsundet斜拉橋（主跨530m）［2］、美國主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉橋、丹麥主跨1624m的GreatBeltEast懸索橋［3］、英國主跨194m的Flintshire獨塔斜拉橋[4]以及加拿大的ConfederatiotBridge橋[5]。我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立了不同規模的結構監測系統，如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，內地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等[6~8]。

從已經建立的監測系統的監測目標、功能以及系統運行等方面看，這些監測系統具有以下一些共同特點：

（1）通常測量結構各種響應的傳感裝置獲取反映結構行為的各種記錄；

（2）除監測結構本身的狀態和行為以外，還強度對結構環境條件（如風、車輛荷載等）的監測和記錄分析；同時，試圖通過橋梁在正常車輛與風載下的動力響應來建立結構的"指紋"，并藉此開發實時的結構整體性與安全性評估技術；

（3）在通車運營后連續或間斷地監測結構狀態，力求獲取的大橋結構信息連續而完整。某些橋梁監測傳感器在橋梁施工階段即開始工作并用于監控施工質量；

（4）監測系統具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力，并實現數據的網絡共享。

這些特點使得大跨度橋梁健康監測區別于傳統的橋梁檢測過程。另外需要指出的是，橋梁健康監測的對象已不再局限于結構本身：一些重要輔助設施的工作狀態也已納入長期監測的范圍（如斜拉索振動控制裝置[4]等）。

2．理論研究

十多年來，橋梁健康監測理論的研究主要集中于結構整體性評估和損傷識別。由于基于振動信息的整體性評估技術在航天、機械等領域的深入研究和運用，這類技術被用于土木結構中除無損檢測技術以外的最重要的整體性評估方法并得到廣泛的研究【1，7，9～11】。人們致力于基于振動測量值的整體性評估方法研究的另一個原因是，結構振動信息可以在橋梁運營過程中利用環境振動法獲得，因此這一方法具有實時監測的潛力。

結構整體性評估方法可以歸結為模式識別法、系統識別法以及神經網絡方法三大類【1】。結構模態參數常被用作結構的指紋特征，也是系統識別方法和神經網絡法的主要輸入信息。另外，基于結構應變模態、應變曲率以及其他靜力響應的評估方法也在不同程度上顯示了各自的檢傷能力[10]。然而，盡管某些整體性評估技術已在一些簡單結構上有成功的例子，但還不能可靠地應用于復雜結構。阻礙這一技術進入實用的原因主要包括：①結構與環境中的不確定性和非結構因素影響；②測量信息不完備；③測量精度不足和測量信號噪聲；④橋梁結構贅余度大并且測量信號對結構局部損傷不敏感。

另外，從評估方法上，目前對大跨度橋梁的安全評估基本上仍然沿襲常規中小橋梁的定級評估方法，是一種主要圍繞結構的外觀狀態和正常使用性能進行的定性、粗淺的安全評價。

二、橋梁健康監測新概念

橋梁健康監測的基本內涵即是通過對橋梁結構狀態的監控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發預警信號，為橋梁維護濰修與管理決策提供依據和指導。為此，監測系統對以下幾個方面進行監控：

·橋梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學狀態；

·橋梁重要非結構構件（加支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態；

·結構構件耐久性；

·大橋所處環境條件；等等。

與傳統的檢測技術不同，大型橋梁健康監測不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對結構整體行為的實時監控和對結構狀態的智能化評估。

然而，橋梁結構健康監測不僅僅只是為了結構狀態監控與評估。由于大型橋梁（尤其是斜拉橋、懸索橋）的力學和結構特點以及所處的特定環境，在大橋設計階段完全掌握和預測結構的力學特性和行為是非常困難的。大跨度索交承橋梁的設計依賴于理論分析并過風洞、振動臺模擬試驗預測橋梁的動力性能并驗證其動力安全性。然而，結構理論分析常基于理想化的有限元離散模型，并且分析時常以很多假定條件為前提。在進行風洞或振動臺試驗時對大橋的風環境和地面運動的模擬也可能與真實橋位的環境不全相符。因此，通過橋梁健康監測所獲得的實際結構的動靜力行為來驗證大橋的理論模型、計算假定具有重要的意義。事實上，國外一些重要橋梁在建立健康監測系統時都強調利用監測信息驗證結構的設計。

橋梁健康監測信息反饋于結構設計的更深遠的意義在于，結構設計方法與相應的規范標準等可能得以改進；并且，對橋梁在各種交通條件和自然環境下的真實行為的理解以及對環境荷載的合理建模是將來實現橋?quot;虛擬設計"的基礎。

還應看到，橋梁健康監測帶來的將不僅是監測系統和對某特定橋梁設計的反思，它還可能并應該成為橋梁研究的"現場實驗室"。盡管橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的出現不斷推動著橋梁的發展，但是，大跨度橋梁的設計中還存在很多未知和假定，超大跨度橋梁的設計也有許多問題需要研究。同時，橋梁結構控制與健康評估技術的深入研究與開發也需要結構現場試驗與調查。橋梁健康監測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。由運營中的橋梁結構及其環境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，而且可以提供有關結構行為與環境規律的最真實的信息。另外，橋梁振動控制與健康評估技術的開發與應用性也需要現場試驗與調查。

綜上所述，大型橋梁健康監測不只是傳統的橋梁檢測加結構評估新技術，而是被賦予了結構監控與評估、設計驗證和研究與發展三方面的意義。

三、健康監測系統設計

1．監測系統設計準則

兩座大型橋梁健康監測系統的測點布置情況可以看出，兩個監測系統的監測項目與規模存在很大差異。這種差異除了橋型和橋位環境因素外，主要是因為對各監測系統的投資額和（或）建立各個系統的目的（或者說是對系統的功能要求）不同。因此，橋梁監測系統的設計實際上有意或無意地遵循著某些準則。

顯然，監測系統的設計應該首先考慮建立該系統的目的和功能。上節所述的橋梁健康監測三方面的意義也正是橋梁健康監測的目的和功能所在。對于特定的橋梁，建立健康監測系統的目的可以是橋梁監控與評估，或是設計驗證，甚至以研究發展為目的；也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系統的目的確定，系統的監測項目就可以基本上確定。另外，監測系統中各監測項目的規模以及所采用的傳感儀器和通信設備等的確定需要考慮投資的限度。因此在設計監測系統時必須對監測系統方案進行成本一效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的監測系統的前提。

根據功能要求和成本一效益分析可以將監測項目和測點數設計到所需的范圍，可以最優化地選擇并安裝系統硬件設施。因此，功能要求和效益-成本分析是設計橋梁健康監測系統的兩大準則。

2．監測項目

不同的功能目標所要求的監測項目不盡相同。絕大多數大跨度橋梁監測系統的監測項目都是從結構監控與評估出發的，個別也兼顧結構設計驗證甚至部分監測項目以橋梁問題的研究為目的[5]。文獻［12］通過對國內多座運營中的斜拉橋進行大量病害調查與檢測分析，提出了用于斜拉橋狀態監控與評估的頗具代表性的監測項目。

如果監測系統考慮具有結構設計驗證的功能，那就要獲得較多結構系統識別所須要的信息。因此，對于大跨度余支承橋梁，須要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/拉索各部位，以獲得較為詳細的結構動力行為并驗證結構設計時的動力分析模型和響應預測。另外，在支座、擋塊以及某些連結部位須安設傳感器拾取反映其傳力、約束狀況等的信息。

目前，某些監測系統以開發結構整體性與安全性評估技術為目的之一。結合橋梁問題研究的監測系統雖不多見，但有些系統也有監測項目是專為研究服務的。與理論研究相關的監測項目可以根據待研究問題的性質來確定。從目前橋梁工程的發展狀況看，以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監測進行深入研究或論證。

·抗風方面：包括風場特性觀測、結構在自然風場中的行為以及抗風穩定性。

·抗震方面：包括研究各種場地地面運動的空間與時間變化、土-結構相互作用、行波效應、多點激勵對結構響應的影響等。通過對墩頂與墩底應變、變形及加速度的監測建立恢復力模型對橋梁的抗震分析具有重要的意義。

·結構整體行為方面：包括研究結構在強風、強地面運動下的非線性特性，橋址處環境條件變化對結構動力特性、靜力狀態（內力分布、變形）的影響等。這對于發展基于監測數據的整體性評估方法非常重要。

·結構局部問題：例如邊界、聯接條件，鋼梁焊縫疲勞及其他疲勞問題，結合梁結合面（包括剪力鍵）的破壞機制，等等。索支承橋梁纜（拉）索和吊桿的振動與減振、局部損傷機制等也值得進一步觀察研究。

·耐久性問題：橋梁結構中的耐久性問題尚有許多問題須要深入研究。纜（拉）索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。

·基礎：大直徑樁的采用也帶來一些設計問題，直接套用原先用于中等直徑樁的計算方法不很合理。借助大型橋梁監測系統調查大直徑樁的變形規律、研究樁的承載力問題，也是設計部門的需要。

四、小結

（1）橋梁結構健康監測不只是傳統的橋梁檢測技術的簡單改進，而是運用現代傳感與通信技術，實時監測橋梁運營階段在各種環境條件下的結構響應與行為，獲取反映結構狀況和環境因素的各種信息，由此分析結構健康狀態、評估結構的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學依據。同時，大型橋梁結構健康監測對于驗證與改進結構設計理論與方法、開發與實現各種結構控制技術以及深入研究大型橋梁結構的未知問題具有重要意義。因此，健康監測為橋梁工程的發展開辟了新的空間。

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0引言

近年來，隨著信息和網絡技術的高速發展以及政治、經濟或者軍事利益的驅動，計算機和網絡基礎設施，特別是各種官方機構的網站，成為黑客攻擊的熱門目標。近年來對電子商務的熱切需求，更加激化了這種入侵事件的增長趨勢。由于防火墻只防外不防內，并且很容易被繞過，所以僅僅依賴防火墻的計算機系統已經不能對付日益猖獗的入侵行為，對付入侵行為的第二道防線——入侵檢測系統就被啟用了。

1入侵檢測系統（IDS）概念

1980年，JamesP.Anderson第一次系統闡述了入侵檢測的概念，并將入侵行為分為外部滲透、內部滲透和不法行為三種，還提出了利用審計數據監視入侵活動的思想[1]。即其之后,1986年DorothyE.Denning提出實時異常檢測的概念[2]并建立了第一個實時入侵檢測模型，命名為入侵檢測專家系統（IDES），1990年，L.T.Heberlein等設計出監視網絡數據流的入侵檢測系統，NSM(NetworkSecurityMonitor)。自此之后，入侵檢測系統才真正發展起來。

Anderson將入侵嘗試或威脅定義為：潛在的、有預謀的、未經授權的訪問信息、操作信息、致使系統不可靠或無法使用的企圖。而入侵檢測的定義為[4]：發現非授權使用計算機的個體（如“黑客”）或計算機系統的合法用戶濫用其訪問系統的權利以及企圖實施上述行為的個體。執行入侵檢測任務的程序即是入侵檢測系統。入侵檢測系統也可以定義為：檢測企圖破壞計算機資源的完整性，真實性和可用性的行為的軟件。

入侵檢測系統執行的主要任務包括[3]：監視、分析用戶及系統活動；審計系統構造和弱點；識別、反映已知進攻的活動模式，向相關人士報警；統計分析異常行為模式；評估重要系統和數據文件的完整性；審計、跟蹤管理操作系統，識別用戶違反安全策略的行為。入侵檢測一般分為三個步驟：信息收集、數據分析、響應。

入侵檢測的目的：（1）識別入侵者；（2）識別入侵行為；（3）檢測和監視以實施的入侵行為；（4）為對抗入侵提供信息，阻止入侵的發生和事態的擴大；

2入侵檢測系統模型

美國斯坦福國際研究所（SRI）的D.E.Denning于1986年首次提出一種入侵檢測模型[2]，該模型的檢測方法就是建立用戶正常行為的描述模型，并以此同當前用戶活動的審計記錄進行比較，如果有較大偏差，則表示有異常活動發生。這是一種基于統計的檢測方法。隨著技術的發展，后來人們又提出了基于規則的檢測方法。結合這兩種方法的優點，人們設計出很多入侵檢測的模型。通用入侵檢測構架（CommonIntrusionDetectionFramework簡稱CIDF）組織，試圖將現有的入侵檢測系統標準化，CIDF闡述了一個入侵檢測系統的通用模型（一般稱為CIDF模型）。它將一個入侵檢測系統分為以下四個組件：

事件產生器(EventGenerators)

事件分析器(Eventanalyzers)

響應單元(Responseunits)

事件數據庫(Eventdatabases)

它將需要分析的數據通稱為事件，事件可以是基于網絡的數據包也可以是基于主機的系統日志中的信息。事件產生器的目的是從整個計算機環境中獲得事件，并向系統其它部分提供此事件。事件分析器分析得到的事件并產生分析結果。響應單元則是對分析結果做出反應的功能單元，它可以做出切斷連接、修改文件屬性等強烈反應。事件數據庫是存放各種中間和最終數據的地方的通稱，它可以是復雜的數據庫也可以是簡單的文本文件。

3入侵檢測系統的分類：

現有的IDS的分類，大都基于信息源和分析方法。為了體現對IDS從布局、采集、分析、響應等各個層次及系統性研究方面的問題，在這里采用五類標準：控制策略、同步技術、信息源、分析方法、響應方式。

按照控制策略分類

控制策略描述了IDS的各元素是如何控制的，以及IDS的輸入和輸出是如何管理的。按照控制策略IDS可以劃分為，集中式IDS、部分分布式IDS和全部分布式IDS。在集中式IDS中，一個中央節點控制系統中所有的監視、檢測和報告。在部分分布式IDS中，監控和探測是由本地的一個控制點控制，層次似的將報告發向一個或多個中心站。在全分布式IDS中，監控和探測是使用一種叫“”的方法，進行分析并做出響應決策。

按照同步技術分類

同步技術是指被監控的事件以及對這些事件的分析在同一時間進行。按照同步技術劃分，IDS劃分為間隔批任務處理型IDS和實時連續性IDS。在間隔批任務處理型IDS中，信息源是以文件的形式傳給分析器，一次只處理特定時間段內產生的信息，并在入侵發生時將結果反饋給用戶。很多早期的基于主機的IDS都采用這種方案。在實時連續型IDS中，事件一發生，信息源就傳給分析引擎，并且立刻得到處理和反映。實時IDS是基于網絡IDS首選的方案。

按照信息源分類

按照信息源分類是目前最通用的劃分方法，它分為基于主機的IDS、基于網絡的IDS和分布式IDS。基于主機的IDS通過分析來自單個的計算機系統的系統審計蹤跡和系統日志來檢測攻擊。基于主機的IDS是在關鍵的網段或交換部位通過捕獲并分析網絡數據包來檢測攻擊。分布式IDS，能夠同時分析來自主機系統日志和網絡數據流，系統由多個部件組成，采用分布式結構。

按照分析方法分類

按照分析方法IDS劃分為濫用檢測型IDS和異常檢測型IDS。濫用檢測型的IDS中，首先建立一個對過去各種入侵方法和系統缺陷知識的數據庫，當收集到的信息與庫中的原型相符合時則報警。任何不符合特定條件的活動將會被認為合法，因此這樣的系統虛警率很低。異常檢測型IDS是建立在如下假設的基礎之上的，即任何一種入侵行為都能由于其偏離正常或者所期望的系統和用戶活動規律而被檢測出來。所以它需要一個記錄合法活動的數據庫，由于庫的有限性使得虛警率比較高。

按照響應方式分類

按照響應方式IDS劃分為主動響應IDS和被動響應IDS。當特定的入侵被檢測到時，主動IDS會采用以下三種響應：收集輔助信息；改變環境以堵住導致入侵發生的漏洞；對攻擊者采取行動（這是一種不被推薦的做法，因為行為有點過激）。被動響應IDS則是將信息提供給系統用戶，依靠管理員在這一信息的基礎上采取進一步的行動。

4IDS的評價標準

目前的入侵檢測技術發展迅速，應用的技術也很廣泛，如何來評價IDS的優缺點就顯得非常重要。評價IDS的優劣主要有這樣幾個方面[5]：（1）準確性。準確性是指IDS不會標記環境中的一個合法行為為異常或入侵。（2）性能。IDS的性能是指處理審計事件的速度。對一個實時IDS來說，必須要求性能良好。（3）完整性。完整性是指IDS能檢測出所有的攻擊。（4）故障容錯（faulttolerance）。當被保護系統遭到攻擊和毀壞時，能迅速恢復系統原有的數據和功能。（5）自身抵抗攻擊能力。這一點很重要，尤其是“拒絕服務”攻擊。因為多數對目標系統的攻擊都是采用首先用“拒絕服務”攻擊摧毀IDS，再實施對系統的攻擊。（6）及時性（Timeliness）。一個IDS必須盡快地執行和傳送它的分析結果，以便在系統造成嚴重危害之前能及時做出反應，阻止攻擊者破壞審計數據或IDS本身。

除了上述幾個主要方面，還應該考慮以下幾個方面：（1）IDS運行時，額外的計算機資源的開銷；（2）誤警報率／漏警報率的程度；（3）適應性和擴展性；（4）靈活性；（5）管理的開銷；（6）是否便于使用和配置。

5IDS的發展趨

隨著入侵檢測技術的發展，成型的產品已陸續應用到實踐中。入侵檢測系統的典型代表是ISS（國際互聯網安全系統公司）公司的RealSecure。目前較為著名的商用入侵檢測產品還有：NAI公司的CyberCopMonitor、Axent公司的NetProwler、CISCO公司的Netranger、CA公司的Sessionwall－3等。國內的該類產品較少，但發展很快，已有總參北方所、中科網威、啟明星辰等公司推出產品。

人們在完善原有技術的基礎上，又在研究新的檢測方法，如數據融合技術，主動的自主方法，智能技術以及免疫學原理的應用等。其主要的發展方向可概括為：

（1）大規模分布式入侵檢測。傳統的入侵檢測技術一般只局限于單一的主機或網絡框架，顯然不能適應大規模網絡的監測，不同的入侵檢測系統之間也不能協同工作。因此，必須發展大規模的分布式入侵檢測技術。

（2）寬帶高速網絡的實時入侵檢測技術。大量高速網絡的不斷涌現，各種寬帶接入手段層出不窮，如何實現高速網絡下的實時入侵檢測成為一個現實的問題。

（3）入侵檢測的數據融合技術。目前的IDS還存在著很多缺陷。首先，目前的技術還不能對付訓練有素的黑客的復雜的攻擊。其次，系統的虛警率太高。最后，系統對大量的數據處理，非但無助于解決問題，還降低了處理能力。數據融合技術是解決這一系列問題的好方法。

（4）與網絡安全技術相結合。結合防火墻，病毒防護以及電子商務技術，提供完整的網絡安全保障。

6結束語

在目前的計算機安全狀態下，基于防火墻、加密技術的安全防護固然重要，但是，要根本改善系統的安全現狀，必須要發展入侵檢測技術，它已經成為計算機安全策略中的核心技術之一。IDS作為一種主動的安全防護技術，提供了對內部攻擊、外部攻擊和誤操作的實時保護。隨著網絡通信技術安全性的要求越來越高，入侵檢測技術必將受到人們的高度重視。

參考文獻：

[1]putersecuritythreatmonitoringandsurveillance[P].PA19034,USA,1980.4

[2]DenningDE.AnIntrusion-DetectionModel[A].IEEESymponSecurity&Privacy[C],1986.118-131

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0引言

監測監控系統是融計算機技術、通信技術、控制技術和電子技術為一體的綜合自動化產品，當將其作為一種安全預防技術設施應用到工業生產和社會生活中時，就稱其為安全監測監控系統。在我國的工業安全事故中，煤炭工業的安全事故較為頻發且性質嚴重，尤其以生產礦井瓦斯爆炸事故最為突出。為此，國家有關安全生產監督管理部門專門制定了“先抽后采，監測監控，以風定產”的十二字指導方針，由此可見，煤礦安全環境監測監控系統在煤礦安全生產中的重要地位。

1煤礦安全環境監測監控系統組成

根據所述及概念，監測監控系統的功能一是“測”，即檢測各種環境安全參數、設備工況參數、過程控制參數等；二是“控”，即根據檢測參數去控制安全裝置、報警裝置、生產設備、執行機構等。若系統僅用于生產過程的監測，當安全參數達到極限值時產生顯示及聲、光報警等輸出，此類系統一般稱為監測系統；除監測外還參與一些簡單的開關量控制，如斷電、閉鎖等，此類系統一般稱為監測監控系統。

煤礦安全生產監測控系統層次上一般是分為兩級或三級管理的計算機集散系統，一般包含測控分站級和中心站級。每個測控分站負責某幾路傳感器信號的采集和某個執行機構的控制，實現了采集、控制分散；中心站負責數據的處理、儲存、傳輸，實現了管理的集中。中心站與分站和計算機網絡之間的通信、傳感器到測控分站的數據傳輸、測控分站到執行或控制裝置信號的傳輸，是通過傳輸信道實現的。

監測系統一般由地面中心站，井下工作站，傳輸系統三部分組成。地面中心站一般有傳輸接口裝置和若干臺計算機，電源，數據處理及系統運行軟件，存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計算機穩定工作，一般還配備了機房恒溫調節，不間斷電源等輔助設施。

井下分站和傳感器構成井下工作站。井下分站的作用是，一方面對傳感器送來的信號進行處理，使其轉換成便于傳輸的信號送到地面中心站；另一方面，將地面中心站發來的指令或從傳感器送來應由分站處理的有關信號經處理后送至指定執行部件，以完成預定的處理任務，如報警、斷電、控制局扇開啟等；并向傳感器提供電源。

傳輸系統是用來將井下信息傳輸至地面和將地面中心站監控指令傳輸至井下分站的信息媒介。信道，信息傳輸的通道，監測系統大多采用專用通訊電纜作為信道。

傳感器與分站之間一般采用直接傳輸方式。我國國家標準規定傳感器的輸出信號應滿足以下幾種信號：模擬量信號有三種，頻率輸出（5～15HZ）；電流輸出為0～5mA；電壓輸出為0～100mV；開關量信號輸出一般有±0.1mA、±5mA和200～1000HZ等。

2煤礦安全環境監測監控系統技術指標

根據安全監測監控系統的組成，其主要技術指標，主要是以組成系統的各個子系統的技術指標為特征。

2.1測控分站容量：是輸入、輸出量的個數及類型。例如，模入8，開入4個接點信號、4個電流形式信號等；開出4個TTL電平、4個繼電器觸點輸出等。

接配傳感器：是指所接配傳感器的種類、型號、測量范圍、輸出信號形式、供電電壓、精度等。

檢測精度：是反映分站性能優劣的主要指標之一，一般用滿量程的相對誤差來表示。數值越小，則檢測精度越高。

另外，還有分辨率、轉換時間、傳輸距離等指標。

2.2中心站主機型號及配置：CPU型號，內存容量，硬盤容量，軟驅數量、規格，配置外設的種類、型號、數量等，另外，還有備用主機的情況。

容量：即系統可帶分站的數量，例如，井下100個分站，地面10個分站。

傳輸速率：數字傳輸的波特率，例如，600bit/s，1200bit/s。波特率越高，傳輸效率越高。

另外，還有傳輸距離、可靠性等指標。

2.3系統信息管理軟件開放性好：組態軟件數據庫提供了開放數據訪問接口，可以實現數據庫的二次開發。

安全性良好：所有的設計方案都充分考慮了系統的安全性，使用采集系統對監控系統的影響達到最小。

數據容量大：采用虛擬內存管理技術，理論上數據存儲是無限制的（受硬盤空間和內存大小的影響）。

另外，還有響應速度、運行是否穩定、擴展性是否強、兼容性好等衡量指標。

2.4防爆及防爆標志根據國家標準的規定，爆炸危險環境用電設備分為2類。有瓦斯爆炸危險的礦井使用的電氣設備為I類，除瓦斯礦井以外的爆炸危險場所使用的電氣設備為II類。II類電氣設備又分為A、B、C三級，這是根據使用場所的爆炸性混合物最大試驗安全間隙或最小點燃電流來分的。II類電氣設備還按最高表面溫度的不同，分為T1-T6共6組。防爆型設備在外殼上的總標志為：“Ex”。

防爆型電氣設備按防爆結構的不同，可以分為以下幾種類型：增安型、隔爆型、本質安全型、通風充氣型、充油型、無火花型、特殊型等等。

3煤礦安全環境監測監控系統的種類

監測系統按工作側重點分為環境監測系統和工況監測系統兩大類。每種系統又可能包含若干子系統。如環境監測系統可能配備瓦斯突出預報子系統、頂板監測子系統；工況監測系統可能配有綜采監控、膠帶監控等各類子系統。

環境監測系統一般側重于監測采掘工作面、機電硐室、采區主要進回風道等自然環境的參數，其主要功能為監測低濃度沼氣（4%以下）、高濃度沼氣（4%～100%）、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度、風量、風速、負壓、礦壓、地下水、通風設施、煤塵、煙霧等參數，除實時顯示檢測數據外，還應按《煤礦安全規程》的要求及各礦井實際情況，在一定地點及工作場所設置報警（燈光、音響）和執行裝置，以便防止和預報災害。

工況監測系統一般側重于監測機電設備，其主要監測參數有采區產量、井下煤倉煤位、采煤機機組位置、運輸機械、提升機械監控、設備故障監測及效率監測等等。但生產工況監測信息并非全部要傳輸到集中監控系統之中。

一些大的監控系統通常包括環境監測與工況監測兩大功能，適應性更為廣泛。

4煤礦安全環境監測監控系統的結構

煤礦安全生產監控系統的系統結構分為集中式和分布式。

4.1集中式集中式控制是一種中心計算機直接控制被控對象的系統。其特點是信息采集、分析處理、信道管理，控制功能均由地面中心站計算機完成。數據傳輸量大、負擔繁重，中心站計算機是系統關鍵性節點，當中心站和傳輸通道發生故障時，將導致整個系統的癱瘓。:

集中式控制系統大多為星型結構，其特點是結構簡單，將多個節點連接到一個中心節點即可；增加、擴展節點十分方便。中心節點是整個系統的“瓶頸”，該系統的可靠性很大程度上取決于中心節點。

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1汽輪機監測保護系統概述

汽輪機熱工監視和保護系統以及由其所組成的信號報警系統和保護控制系統，是保護汽輪機安全運行的重要設備。隨著機組容量的增大，汽輪機安全監視和保護就顯得更加重要，同時對汽輪機的安全監視和保護裝置動作的準確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設計的保護系統大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，可靠性較差，維護量較大。汽輪機振動及監控保護系統是為了監視汽輪機在運行過程中主軸和軸承的振動狀況及大軸彎曲而設計的，它由振動監視組件，速度監視組件和偏心監視組件三部分組成，每個部分可由用戶的需要提供若干組件，以完成用戶需要監視的測點。其中監視振動組件和偏心監視組件配渦流傳感器，用來監視主軸的振動狀況，渦流傳感器的輸出信號大小為－4—-20V，它是一個含有直流分量的交流信號，速度監視組件配電磁式傳感器，用來監視軸瓦的振動情況。

2汽輪機監測保護系統監視組件

振動監視組件是以單片機為核心研制的，為了對輸入信號進行有效的處理，要求所選用的CPU速度快，集成度高，指令系統簡單，根據目前世界上在線控制發展的趨勢和市場上提供的產品，監視組件選用8098單片機。8098單片機為準16位單片機，外接芯片簡單，具有16位處理速度，典型指令的執行時間為2μs，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統；集成了采樣保持器和四路十位A/D轉換器；具有高速輸入口HSI，高速輸出口HSO和脈寬調制輸出PWM；具有監視定時器，可以在產生軟硬件故障時，使系統復位，恢復CPU工作。監視保護系統的設計方法和步驟分為：系統總體設計，硬件設計，軟件設計。它是指根據測量系統的功能要求和技術特性，反復進行系統構思，綜合考慮硬件和軟件的特點，原則：能用軟件實現的就不用硬件，但值得一提的是軟件會占用CPU的時間。為了縮短研制周期，盡可能利用熟悉的機型或利用現有的資料進行改進和移值，并采用可利用的軟硬件資源，然后根據系統的要求增加所需要的功能，在完全滿足系統功能的同時，為提高系統工作的可靠性和穩定性，還必須充分考慮到系統的抗干擾能力。

3汽輪機監測保護系統的硬件設計

主要是指單片機的選擇和功能擴展，傳感器的選擇，I/O口的選擇，通道的配置，人機對話設備的配置。振動監視組件由三個相互聯系的部分組成，分別是顯示板模塊，主板模塊，繼電器板模塊。矢量監視組件原理圖如下：

模擬通道設計：

8098內有一個脈沖寬度調置器PWM可用來完成數字信號至模擬信號的轉換。我們將PWM用于產生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時8098單片機的HSO也可以軟件編程構成脈沖調寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1構成兩路脈沖調寬輸出,用于通頻振幅及1信頻振幅模擬量輸出.脈沖調寬輸出信號TTL電平的調制脈沖,經CD4053緩沖電平變換.使信號振幅變為0－5V，再經過RC濾波，得到直流電壓信號，再經過一級同相跟隨，實現阻抗變換，得到要求的0－2.5V或1－5V的直流電壓信號輸出，其輸出阻抗R0=0.電壓信號經V/I轉換，便可得到0－10mA或4－20mA電流輸出。顯示接口：

顯示接口采用8279芯片，可直接與8098單片機相連，其工作方式可通過編程設定。接口電路采用了通用的可編程鍵盤，顯示器接口器件8279，它是鍵盤顯示控件的專用器件，與單片機接口簡單方便，其工作方式可通過編程設置。8279的監測輸入線RL0－RL7工作再選通輸入方式，可輸入8個撥動開關信號，以選擇該系統的工作方式。

I/O通道擴展：

8098單片機本身只有32根I/O線，其中16根作為系統地址、數據總線，8根HIS/HSO線，4根模擬量輸入線，還有4根多功能線，可用作TXD、RXD以及外中斷輸入、脈寬調制輸出，這些I/O口各有用途，監視組件為了進行參數設定及響應系統監視組件信號，必須進行I/O功能擴展。當單片機提供的I/O接口不夠用時，需要擴展I/O接口以實現TSI功能。8098有四個端口即p0、p2、p3、p4，共32根I/O線，監視保護系統設計時，p0一部分作為模擬量輸入線；p2一部分作為串行口，另有一部分作為脈沖寬度調制輸出；p3作為數據總線和地址總線低八位復用；p4的一部分提供地址總線的高八位。I/O通道擴展電路：一種以8155作為接口，另一種以8255作為接口。接口主要有8155，8255，8279，EPROM選用的是2764，掉電保護用的是EPROM2864。8155和8255是作為普通的輸入和輸出口使用的，它們主要用于設定開關狀態的輸入及報警狀態的輸出。8279是顯示接口，用來控制顯示器的顯示，監控保護系統顯示部分采用的是由128根發光二極管組成的兩根光柱，每根光柱對應一根通道。8279的回掃線RL0－RL7用作選通輸入方式。

4汽輪機監測保護系統的軟件設計

主要是應用軟件的設計。根據系統功能要求設計。在設計應用軟件時，必須考慮到單片機的指令系統和軟件功能，并與硬件統籌考慮。單片機的系統開發，其軟件設計不可能相對于硬件而獨立，其軟件總要與硬件結合在一起，實現要求的功能。當應用系統總體方案一經審定，硬件系統設定基本定型，大量的工作將是軟件系統的程序設計與調試。振動監視組件軟件的設計采用模塊編程法，模塊法的優點是把一個較為復雜的程序化為編制和裝配幾個比較簡單的程序，使程序設計容易實現。由于塊與塊之間具有一定的獨立性，如果其程序模塊需要修改或變動時，將只影響模塊內部程序，而對其它程序模塊的影響很小，或基本沒影響就很方便，它主要由下面幾個部分組成：標準的自檢程序模塊；采樣以及通道計算程序模塊；設定值調整程序模塊，報警程序模塊。

自檢程序模塊：該模塊檢查系統的電源電壓是否正常，系統將以故障碼的形式提示用戶：系統電源出現故障，并指出哪一路電源處于故障狀態。系統得自檢功能由上電自檢，循環自檢和用戶請求自檢三部分組成。在自檢過程中，系統解除所有形式的保護。如果自檢過程中發現故障，那么監視保護系統一直處于自檢狀態，直至用戶排除了故障為止。

采樣及通道值計算程序模塊：本程序模塊首先對監視保護系統處于的狀態進行判斷，這些狀態是指監視保護系統是否處于通道旁路和危險旁路，如果監視保護系統某一通道處于旁路狀態，那么解除繼電器報警，系統正常燈熄，旁路燈亮，同時通道指示值為0。如果監視保護系統某一通道沒有被旁路，則啟動該通道的A/D轉換，隨后將采集的數字信號進行濾波，計算得到通道值。模擬量輸出通道輸出代表該通道值的標準電流值0－10mA.DC或4－20mA.DC。

設定值調整程序模塊：設定值包括警告設定值和危險設定值兩個，它存放在EPROM2864中，即使斷電，存放在其中的值也不會丟失，顯示面板上的“警告”或“危險”鍵按下，棒狀光柱上將顯示警告或危險設定值，如果要對設定值進行調整，還需要按下主線路板上的設定開關，再按下面板上的“警告”或“危險”鍵，最好按下系統監視面板上的“?”或“?”，即可對設定值調整。在軟件中，當設置點調整后，AF標志置零，程序根據AF標志判斷是否需要將條調整值重新寫入2864。

報警程序模塊：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險設定值，那么監視保護系統將處于警告或危險狀態，這時顯示面板上的警告或危險報警燈亮，同時將驅動警告或危險繼電器，如果處于危險旁路狀態，那么僅僅是兩個通道的危險燈亮而危險繼電器則不動作。如果監視組件處于通電抑制狀態，那么將解除所有形式的報警。

顯示程序模塊：顯示程序模塊執行顯示雙通道的測量值、報警值以及四種故障代碼。在8098內部RAM中，開設一個具有16個寄存器單元緩沖區，如80H-8FH。將緩沖區對半分成兩部分，每一部分的寄存單元寄存一個通道的顯示代碼。將顯示代碼送到8279的顯示緩沖區，8279可以自動掃描顯示。

中斷程序模塊：T1的溢出周期作為輸出脈沖信號的寬度，改變HSO高低電平的觸發時間就可以改變方波的占空比，從而改變輸出電流大小。

“大型汽輪發電機組性能監測分析與故障診斷軟件系統”在仿真機上運行，能對仿真機運行工況進行監視，也能通過實時數據庫與實際機組的計算機聯網，對實際運行機組工作狀況進行監測和分析等。

參考文獻

［1］周桐，徐健學.汽輪機轉子裂紋的時頻域診斷研究［J］.動力工程，2002，（9）.

［2］劉峻華，黃樹紅，陸繼東．汽輪機故障診斷技術的發展與展望［J］.汽輪機技術．2004，（12）.

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1.1傳感器質量和性能較差

傳感器作為安全監測監控系統的重要組成部分，保證其質量和性能是高效運用安全監控檢測系統的關鍵之一。但事實上，目前我國大多數煤礦開采中所應用的安全監測監控系統就存在傳感器質量和性能較差的情況，傳感器質量和性能較差具體表現為載體催化元件的應用效果差，容易影響傳感器的正常使用；傳感器制作工藝技術比較落后，會降低傳感器的使用性等。因各種因素而促使傳感器的質量和性能降低是安全監測監控系統當前存在的問題之一，需要通過有效的措施來調整和優化，才能夠保證傳感器合理而有效的應用。

1.2通信協議不規范

所謂的安全監測監控系統通信協議不規范是指其缺乏符合礦井電氣防爆等特殊要求的總線標準，所以現有生產廠家的監控系統的通信協議幾乎都采用各自專用的，互不兼容。此種情況的存在使得我國安全監測監控系統的通信協議表現出不規范這一特點。而通信協議不規范的情況將會無法實現資源貢獻，相應的安全監測監控系統的更新和升級就會受到一定的影響和阻礙，安全監測監控系統的應用效果受到一定程度的抑制。所以說，煤礦安全監測監控系統通信協議不規范也是導致此系統無法高效運用的因素之一。

2增強煤礦安全監控監測系統運行效果的有效措施

煤礦開采是一項危險性較大的工作，在進行煤礦開采作業的過程中存在很多危險因素，一旦危險因素未得到有效的控制，很容易導致安全事故發生，不僅影響煤礦正常開采，還會導致人身受損。安全監測監控系統合理而有效的運用能夠大大改善此種現狀，當然是是以保證安全監測監控系統高效運用為前提。如何才能夠實現煤礦安全監測監控系統高效運用？作者結合相關的資料，提出以下幾點建議。

2.1研發高質量、高性能的傳感器

傳感器作為煤礦安全監控監測系統的重要組成部分之一，其合理而有效的應用能夠提高安全監測監控系統的運行效果。而我國目前所應用的安全監測監控系統的傳感器質量和性能不佳，直接影響安全監測監控系統的合理應用。針對此種情況，作者建議應當充分利用不斷創新的科學技術來研發高質量，高性能的傳感器，將其安裝在安全監測監控系統中，以此來提高監控系統的應用性，為安全高效的煤礦開采創造條件。

2.2統一化規范化通信協議

上文中已經充分說明當下我國煤礦安全監測監控系統通信協議不規范，通信協議不規范將造成設備重復購置、系統補套受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造等后果。為了盡量避免此種情況出現在安全監測監控系統中，應當對安全監測監控系統通信協議進行調整和約束，促使其規范化和統一化，從而保證我國所應用的安全監測監控系統能夠實現資源共享，升級安全監控檢測系統，使其合理而有效的應用。當然，實現通信協議統一化和規范化并不是非常容易的，需要我國推出很多規范性規程和標準對通信協議進行規范化處理。只有推出統一的。規范的通信協議，才能夠保證安全監測監控系統能夠采用統一的數據庫、統一的數據格式、統一的升級模式、統一的系統資源，促使煤礦安全監測監控系統能夠更加高效的應用。

2.3專家診斷、決策系統的優化

盡管目前應用于煤礦開采中的安全監測監控系統具有良好的應用性，但同時它也存在不可忽視的問題，只有有效的處理安全監測監控系統存在的問題，才能夠真正意義上實現系統的優化，促使其性能更強，應用效果更好。如何才能夠實現煤礦安全監測監控系統的優化？作者建議有此方面的專家對安全監測監控系統進行詳細的、深入的、全面的診斷，準確的診斷出煤礦安全監控監測系統存在的質量問題，并針對煤礦安全監測監控系統存在的問題進行詳細的分析，制定合理的改善措施，改變系統功能單一、簡單的情況，使其性能、質量等方面得到良好的優化，更加合理的應用于煤礦開采中。

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1.1檢測信息的輸入

電磁兼容檢測需要輸入的主要信息包括：(1)被測件的名稱、型號、編號、生產廠家；(2)被測件供電情況，被測件的供電類型及供電電壓大小，包括直流還是交流，若是交流，則輸入供電頻率；(3)被測件電纜情況，被測件的電纜的類型，包括電源線、信號線等；(4)委托單位名稱和地址；(5)檢測依據的技術文件的名稱、編號，包括被測件電磁兼容檢測所依據的試驗大綱；(6)被測件描述，被測件工作狀態、被測件敏感判據；(7)檢測說明，被測件在檢測過程中需要說明的內容，例如一些同標準測試不同的地方，或被測件整改后的情況等；(8)報告編號、密級；(9)檢測項目及檢測結論，每個檢測項目符合要求與否的結論；(10)檢測費用及結算情況等。根據所輸入的信息，并進行數據校驗，校驗正確后存入數據庫。

1.2軟件配置

為了提高軟件的使用效率，通過配置ComboBox控件的下拉列表，可大大提高軟件信息輸入的效率，例如委托單位的名稱，一般一個委托單位會多次對個產品到電磁兼容實驗室進行電磁兼容檢測，那么，提前配置好委托單位名稱的下拉列表，實際使用時，只需要通過點選即可，提高了數據錄入的速度和準確性，大大節省輸入的時間，提高輸入效率。

1.3報告自動生成

通常一個產品的電磁兼容實驗涉及到多個電磁兼容項目，而每個電磁兼容項目都需要原始記錄和檢測報告。而不少信息是需要重復輸入的，例如原始記錄的表頭信息，完全可以通過編程的方法來自動生成。事先分別建立每個電磁兼容項目的報告模板，把這些報告模板放在一個文件夾下以方便軟件調用。在自動生成某產品電磁兼容檢測報告時，根據產品所檢測的電磁兼容項目在報告模板文件夾中選擇相應的模板，并根據已經輸入的信息，根據報告模板中的書簽和表格等樣式定位位置，自動生成電磁兼容檢測報告。這樣可以避免由于人工書寫檢測報告時由于個人因素編制不慎出現的錯誤，也提高了報告編制的工作效率。通過電磁兼容檢測報告自動生成功能，可以避免由于人員水平參差不齊導致的檢測報告不規范，從而滿足檢測報告的質量要求。

1.4檢測儀器設備管理

電磁兼容檢測儀器設備的基本信息包括名稱、型號規格、編號、測量范圍、準確度、計量的有效期、安放位置、保管人、設備狀態等。在出具電磁兼容檢測報告時，可方便地調用，選擇某儀器設備后可自動顯示該儀器設備的詳細信息，同時根據被測件的具體檢測日期同該儀器設備的計量有效期進行比較，可方便快捷的提示哪些儀器設備的計量有效期需要更新，以免在最終的電磁兼容檢測報告中出現計量有效期過期的低級錯誤。同時，根據儀器設備的校準周期，計算下次校準日期，制定送檢計劃，實驗室人員定時檢查儀器設備情況，填寫校準記錄。

1.5查詢與統計

提供電磁兼容檢測的基本查詢和統計功能。可根據客戶進行查詢統計，研究系統中委托單位、被測件信息和檢測項目的關系，分析不同的客戶群體，方便采取不同的市場開發策略、不同折扣等級，提供更個性化服務；可根據原始的測試費用來統計電磁兼容實驗室的產值情況；可根據實際收到的測試費用統計電磁兼容實驗室的實際創收情況；統計檢測費用的結算情況，可根據此做好年底時的催款、請款工作；根據檢測人員所檢測的被測件，統計不同檢測人員的工作量，方便實驗室的管理和考核。

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今年4月起，武漢大學、華中科技大學、中南財經政法大學、武漢理工大學、華中師范大學、中國地質大學(武漢)、武漢工程大學也引進了這一檢測系統。

萬航回憶說，當時著實有些緊張，提交前反復修改了幾次。她所在的文法與經濟學院同年入學的兩年制碩士生紛紛慶幸：他們上半年已完成學位論文答辯。

和她一起參加檢測的十幾名碩士生，除她和另外一人復制率低于1%外，其他在3%至百分之十幾不等。

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待檢測車輛需要經過檢測通道，如圖1所示。將紅外攝像頭放置于通道中間，獲得車底部熱感應圖像。為了獲取較廣的視角以及較小形變的圖像，紅外攝像頭安放的仰角為40°。由于監控室與檢測通道的距離較遠，且通道數較多，因此需要通過光端機將所獲取的視頻傳輸給監控室控制臺PC機。檢測軟件根據本文提出的檢測算法對捕獲到的圖像進行分析，若判斷車輛底部藏人則向系統發出報警信號，以便其通過控制安全桿做出相應攔截措施。視頻傳輸示意圖，如圖2所示。

軟件設計

軟件設計采取的基本實現策略是先定位后檢測。首先進行運動車輛檢測，其次根據車輛的自身特征，定位可疑目標在車輛底部可能的藏匿部位。當區域定位完成后，對該區域進行感興趣區域（RegionOfInterest，ROI）的選取。最后對ROI進行檢測，判斷是否藏人。檢測系統流程圖如圖3所示。通過對車輛的掃描檢測過程，查出藏匿于車底的可疑目標，實現自動檢測。

1圖像去噪

圖像去噪是圖像預處理的一個環節，也是整個圖像預處理中的關鍵一步。在對運動車輛定位的過程中，針對車輛與環境對比度大、信息豐富，受噪聲影響較小等特點，只需對圖像采用常規的均值濾波進行處理。而在檢測目標時，為了在去除噪聲的同時，最大程度的保存目標的邊緣信息，采用了基于開關控制的組合濾波。濾波器的基本思路是將圖像劃分為三類區域：孤立噪聲點區、平坦區和邊緣信息區。其主要處理原則為：孤立噪聲點區的灰度與其鄰域往往有較大的差異，可按照椒鹽噪聲進行處理，選用中值濾波器；平坦區往往包含高斯噪聲，可采用加權均值濾波器加以消除；邊緣信息區包含了圖像的細節信息，應作為保留區域不做處理。將處理后的三個區域加以合成，即得到了去噪后的圖像。

濾波器性能的關鍵在于分類開關的設計，借用順序統計濾波的思路，將濾波器設計成N×N的掩模算子，N為奇數，使該掩模在整個圖像上滑動，對它所覆蓋的圖像中的像素點xi進行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序結果設計下面的分類規則：a、b為排序后的位置偏移量，Ta和Tb為閾值。基于開關控制的組合濾波算法就包括這么幾個步驟：（1）對掩模覆蓋的圖像像素點進行排序；（2）利用分類規則進行三個區域劃分；（3）對孤立噪聲點區進行中值濾波，對平坦區進行均值濾波；（4）將處理后的區域合成，得到去噪圖像。

2車輛檢測及目標區域的定位

2.1運動車輛檢測

對于實時性要求較高的場合，運動目標的檢測一般用背景差分法和幀間差分法。背景差分法是利用序列中當前幀圖像與背景圖像的差分來消除背景、提取運動目標區域的一種技術。背景差分法可根據實際情況設定差分閾值，所得到的結果直接反映了運動目標的大小、形狀和位置，可以得到比較精確的運動目標信息，但該方法應用于紅外目標檢測時易受環境溫度、天氣等外界條件變化的影響。幀間差分法是利用視頻序列中連續的兩幀或多幀圖像的差異來檢測和提取運動目標。該方法對場景的變化不太敏感，適用于動態環境，穩定性好。不足之處是：1）無法抽取完整的運動目標，僅能得到運動目標的邊界；2）運動目標提取效果依賴于幀間時間間隔的合理選擇。本文針對待檢測目標所處背景在短時間內為靜態背景，而較長時間內背景會發生動態變化的特點，并結合兩種方法的優點，設計出改進的背景差分法。算法原理圖如下：其中F(K)為當前幀，B為通過隔幀幀差法求得的當前背景圖像，D為差分結果圖，R為二值化圖像。

該算法繼承了幀間差分法對場景變化不太敏感的優點，能準確更新背景差分法所需要的當前背景圖，進而提取出完整的運動目標。下面是采用基本背景差分法和改進后背景差分法，在不同時候背景更新保存的背景圖片。基本背景差分法在系統長時間運行之后，會出現背景更新出錯，檢測流程紊亂，從而產生檢測系統失效現象。而采用改進的背景差分法，即使是經過長時間運行，系統也能確保背景更新的準確。

2.2目標區域定位

由于運動車輛特性已知，在其運動的過程中，可以通過對目標局部圖像進行特征提取，定位可疑區域。目標的一般特征包括點、邊緣、區域和輪廓。點特征對圖像的分辨率、旋轉、平移、光照變化等有很好的適應性，常用的點特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但這些算法復雜度高，難以滿足實時檢測的要求，并且紅外圖像特征點往往較少，采用點描述算子并不能達到令人滿意的效果。因此本文根據實際目標的特性，采用了對線、面特征進行描述的方法來標注運動車輛。運動的車輛受車底傳動抽、燃燒室以及空間限制，目標一般躲藏于車廂后輪位置。

為了準確定位目標區域，目標區域進入視場之前的運動車輛局部特征需要重點描述。車廂底部進入攝像頭視場時如圖6(a)所示。為了提取車輛的直線特征，需要對車底圖像進行邊緣提取。常見的邊緣檢測算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常會產生雙邊界，而Sobel算子又往往會形成不閉合區域，對后面直線檢測都會產生不利的影響。

Canny算子克服了上述算子的缺陷，能夠盡可能多的標識出圖像中的實際邊緣，并且能夠將較小的間斷點進行連接，因此能夠形成較為完整的邊界線。Canny算子是最優的階梯型邊緣檢測算法，本文采用選用Canny算子進行圖像的邊緣檢測。邊緣檢測結果如圖6(b)所示，較為明顯且具有特征不變性的為直線邊緣。當可能藏人的區域進入攝像頭視場時，車底圖像的直線特征隨之消失（如圖6(c)），因此可以利用圖像的直線特征來定位后輪檢測區域。Hough變換檢測直線是較為理想的直線檢測方法，由PaulHough于1962年提出。經過Hough變換后，根據已知的目標直線位置、角度、長度，選取符合條件的直線。圖6(b)、(c)中白色粗線為所檢測出的目標直線。

受環境因素的影響，車底直線特征可能并不明顯，因此單一的直線特征提取難以滿足檢測精度要求，如圖7所示情況。實驗發現車底面特征不易受到周圍環境、溫度的影響，因此可以進行面特征提取。選定區域為圖6(b)中虛線框內，滿足要求的特征為梯度小于一定閾值，即具有平滑特征，判斷方法是計數虛線框內邊緣點數，判斷其是否小于給定閾值。采用Sobel內核計算圖像差分其中src為輸入圖像，dst為輸出圖像，xorder為x方向的差分階數，yorder為y方向的差分階數。

由于當車底藏人時，其進入攝像頭視場會阻斷車底原有的平滑特征如圖6(d)，因此當平滑特征消失時，這時判斷是否符合定位位置特征，若符合即可進行定位檢測；若車底沒有藏人時，車底平滑特征會持續到車尾部位才結束，這時只需判斷到達車尾就可以結束檢測流程。

實驗表明，基于這種車箱底部中間區域光滑特征去定位檢測對環境適應能力強，而基于兩側直線特征定位的方法又能夠比較準確的定位到目標區域。綜合上述兩種思路，設計出的定位流程如下圖8所示：應用中是否滿足直線以及平滑特征是通過檢測連續多幀圖像來實現的，這樣可以盡量減少偶然因素導致的定位失敗。

3藏人的檢測

3.1基于高亮度特征的ROI的選取

如圖9為定位之后的待檢測目標圖。為了排除車底本身熱源的干擾（如車輪）縮小檢測范圍，必須對原圖進行ROI的選取。行進過程中的車輪一般在紅外圖像中會呈現高亮度特征。基于此特征，從圖片左右兩側分別搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能為車輪內鋼圈），加上一定偏移量即可求出ROI左邊界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下邊界線也采用同樣的方法，上邊界采用默認值。當車輪不明顯時采用默認感興趣區域即可下面圖9為采用固定ROI選取和基于高亮度特征的ROI提取結果對比。實驗表明，這種基于具體特征的感興趣區域提取方法，對于車輪出現的偏差具有良好的適應性，即使車輛行駛時發生較大的偏移也能做出正確的ROI選取。

3.2目標的檢測

對于已知形狀、外貌以及姿態等特征目標檢測采用特征匹配、直方圖反向投影等方法都能取得較為理想的效果。但對于躲藏姿勢未知并且本身形狀較為模糊的紅外目標，采用匹配的方式效果并不明顯。

紅外目標與目標區域的周圍存在一定的灰度差異，改變了原有區域梯度小、較為平滑的特征。針對這種改變采用評價函數f(x,y)對目標區域進行評估，若達到一定的閾值，即可預判車底藏人。評價函數依據不同區域可疑信息權重不一樣而選定(ROI內中間部位權重較高、四周權重較低)，表示如下其中T為警戒閾值，Warnflag為預警標志。具體檢測步驟如下：

1)對原圖的感興趣區域進行組合濾波處理；

2)對感興趣區域進行邊緣梯度檢測(圖10)；

3)采用評價函數對目標區域進行評分并判斷是否超過給定閾值；

4)重復步驟1-3，若連續三幀超出閾值則發出報警指令，否則表示無人。對應的報警截圖如圖11所示

實驗結果

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1引言

檔案館庫房的溫度、濕度變化，是影響檔案材料老化變質的重要因素。因此，控制檔案館庫房的溫度、濕度是檔案館庫房管理的重要任務，一旦檔案館庫房的溫濕度失控，就會對檔案材料的安全管理產生重大隱患。傳統的方法是通過人工進行檢測，對不符合溫度及濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作，但這種方法費時費力，效率低并且測試的溫度和濕度誤差大、隨機性大。為此，我們研制了檔案館庫房管理的遠程智能監測系統。這個系統能夠對檔案館內每個庫房中各庫位的溫度及濕度的變化情況進行實時自動監測，并可以對歷史數據進行分析比較，一旦出現異常現象便于及時處理，有效地提高了檔案管理的預見性和工作效率。

2系統結構設計

本系統的硬件以XSL/B-08BS1巡檢儀和主控PC為核心，其設備包括交換機、顯示器、打印機、鍵盤、鼠標等等。系統結構圖如圖1所示。

圖1系統結構原理圖

3系統工作原理

各個檔案館庫房通過XSL/B-08BS1巡檢儀實時采集數據[1]，同時，XSL/B-08BS1巡檢儀通過網絡將數據實時傳輸主控PC，供工作人員監測。其中，主控PC對XSL/B-08BS1巡檢儀數據的讀取主要是利用串行通信控件ComPortLibrary。

3.1ComPortLibrary控件

ComPortLibrary作為第三方控件可以非常方便的擴展到Delphi語言環境中，其中主要的事件與方法為：ComPortRxChar，WriteStr和ReadStr。

WriteStr和ReadStr分別為寫串行數據和讀串行數據，ComPortRxChar為串行口接收數據事件。在使用中，通常把ReadStr函數設置在ComPortRxChar事件處理函數中，詳細使用方法請閱讀ComPortLibrary的幫助文件。

3.2XSL/B-08BS1巡檢儀

XSL/B-08BS1數據巡檢采取了基于TCP/IP協議的網絡成熟技術[2]，能實現中遠距離數據傳輸。儀表的基本功能單元包括模擬量輸入，輸出，開關量輸入，輸出，參數存儲器。這些單元都能通過不同的命令與計算機進行數據傳送，計算機也能通過控制權轉移的方法，直接操作儀表的模擬量輸出和開關量輸出：由于儀表內部有獨立的輸出緩沖區和計算機控制輸出緩沖區，因而可實現控制的無擾動的切換[3]。

3.3通信協議

XSL/B-08BS1巡檢儀使用的通訊命令有很多，包括通訊和測量等參數值的設置，現以讀取巡檢儀測量值命令為例[3]加以說明：

命令#AABBDD

說明本命令讀回指定儀表1個或數個通道的測量值和告警狀態。

#為定界符。

AA(范圍00～99)表示指定儀表二位十進制地址；

BB(范圍01～96)表示需讀回測量值的開始通道號的二位十進制數；

DD可省略(范圍01～96)表示需讀回測量值的結束通道號的二位十進制數。

例：命令：#010103

回答：=+123.5A=-051.3B=+045.7@

本命令讀取地址為01的儀表第01通道至03通道的測量值。XSL/B-08BS1的具體通訊協議請參考使用手冊。

4系統軟件設計

溫濕度監測系統軟件采用C/S結構，以Delphi作為開發環境，利用SQLSever2000作為后臺數據庫，并利用第三方控件ComportLibrary進行讀取數據。本軟件最大的好處是類似Windows的圖形界面和操作方法，使用多窗口管理技術，簡單、易操作。其完成的主要功能是：數據實時監測，歷史數據分析、報警設置、設備管理、輸出報表和圖形顯示等。系統結構框圖如圖2所示。(1)用戶管理模塊：主要是對操作軟件的用戶進行管理，包括用戶的添加刪除，密碼管理，用戶權限管理等等。

(2)系統設置模塊：是對監控系統軟件基本參數的設置，例如溫度、濕度的報警臨界參數設置，各個庫房所在傳感器的地址參數的設置。

(3)數據顯示模塊：對檔案館各個庫房溫度、濕度的實時采集。實現窗體圖3所示。

圖3溫濕度實時采集顯示窗體

(4)設備控制模塊：當溫度、濕度超過預設值以后，對報警開關的控制，以及對檔案館內溫度調節設備，濕度調節設備的控制。

(5)歷史數據分析：這個模塊的主要功能是對以往各個庫房溫濕度記錄的查看、分析、統計，可以通過軟件針對每一年、每一月、每一天的平均溫度或者某一天某一時刻的溫度，濕度進行查詢，并且包括了對歷史數據溫度，濕度曲線的觀測，以及各個時段溫度，濕度報表的打印。其中曲線繪制的功能實現窗體如圖4所示。

圖4溫濕度曲線的顯示窗體

5結束語

采用先進的溫濕度監測系統，再加上安裝優質的溫濕度調制設備，是加強檔案室庫房溫濕度管理的重要條件，分析研究溫濕度變化規律，調控檔案室庫房的溫濕度，是企業的檔案安全管理的重要保證。

參考文獻

[1]鄭國祥.談檔案室庫房溫濕度自動監控系統的應用[J].浙江檔案.2004，(01)：34-34

[2]張秀德.利用XSL/B-08BS1實現環境參數采集監測的應用[J].農機化研究.2006，(1)：199-201

[3]張程志.基于ComPortLibrary控件的Delphi串行數據采集系統的軟件設計[J].水利科技與經濟.2007，(8)：614-615

[4]王文珍，張成利.Delphi語言編程通過串口實現溫度測量[J].計算機與現代化2005，(7)：52-54

篇（10）

1系統體系架構的發展

廣播電視監測系統經歷了長期的發展過程,系統體系架構的發展大致分為以下幾個階段｡

第一階段:對廣播電視信號的監測使用獨立的監測設備和監測儀器,對信號傳輸中的各種指標和各種異態進行測量和識別｡

第二階段:單機版的監測系統是由一臺計算機控制監測儀器,完成指標測量和異態識別等監測功能｡

第三階段:由一臺主機充當監測系統的服務器,通過網絡協議與多臺計算機控制的監測儀器進行通訊,所有用于監測的儀器和計算機構成一個系統,協同完成監測任務｡

近年來廣播電視監測系統的體系結構從C/S結構或B/S結構向采用多層B/S和C/S混合式體系架構演變,使得軟件系統的網絡體系結構跨入一個新階段｡認識這些結構的特征,并根據實際情況成功進行系統的選型是非常關鍵的｡

2系統體系架構建設要考慮解決的問題

(1)中心數據處理部分｡數據處理中心既要進行報警數據､技術性指標數據的實時處理,監測信息短信,還要進行監測播出的內容和廣告的處理､及網絡信息視聽節目監管,具有數據傳輸量大,實時性強,對數據安全性､可靠性､一致性要求高的要求｡

(2)客戶端瀏覽查詢部分｡監聽監看中心客戶端､領導等相關部門客戶端主要工作是查詢和決策,數據處理工作較少,但客戶端數量大且在多個部門,因此要充分考慮解決的是軟件的安裝維護與升級的方便性問題｡

3系統的C/S結構與B/S結構

網絡版(C/S架構)｡即Client/Server(客戶機/服務器)結構｡此結構把數據庫內容放在遠程的服務器上,其分布結構如圖1所示｡

它由兩部分構成:前端是客戶機,接受用戶的請求,并向數據庫服務提出請求,后端是服務器,即數據管理(Server)將數據提交給客戶端,客戶端將數據進行計算并將結果呈現給用戶｡還要提供完善的安全保護及對數據的完整性處理等操作,并允許多個客戶同時訪問同一個數據庫｡它的主要特點是交互性強､具有安全的存取模式､網絡通信量低､響應速度快､利于處理大量數據｡網絡版(B/S架構)B/S結構,即Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構,只是安裝維護一個服務器(Server),客戶端采用瀏覽器(Browse)運行軟件｡

B/S三層體系結構采用三層客戶機/服務器結構,在數據管理層(Server)和用戶界面層(Client)增加了一層結構,稱為中間件(Middleware),使整個體系結構成為三層｡三層結構是伴隨著中間件技術的成熟而興起的,核心概念是利用中間件將應用分為表示層､業務邏輯層和數據存儲層三個不同的處理層次,如圖2所示｡

三個層次的劃分是從邏輯上分的,具體的物理分法可以有多種組合｡中間件作為構造三層結構應用系統的基礎平臺,提供了以下主要功能:負責客戶機與服務器､服務器與服務器間的連接和通信;實現應用與數據庫的高效連接;提供一個三層結構應用的開發､運行､部署和管理的平臺｡這種三層結構在層與層之間相互獨立,任何一層的改變不會影響其它層的功能｡

B/S結構的主要特點是分布性強､維護方便､開發簡單且共享性強､總體擁有成本低｡但數據安全性問題､對服務器要求過高､數據傳輸速度慢､難以實現傳統模式下的特殊功能要求｡如通過瀏覽器進行大量的數據輸入或進行報表的應答､專用性打印輸出困難和不便｡

4基于B/S結構與C/S結構結合的廣播電視監測體系結構

綜上所述,B/S與C/S這兩種技術是各有利弊的,只有將他們的特點進行互補,按照監測業務特點選擇適合的技術平臺和體系架構,才能實現最大程度的應用｡多層B/S與多層C/S混用的監測系統架構模型結構如下圖3

B/S部分為四層體系結構,包括數據庫層(或監測前端層)-應用服務器層——WEB服務器層-瀏覽器客戶端層｡其中業務邏輯層在應用服務器運行,頁面在WEB服務器生成｡這樣系統頁面邏輯層與業務邏輯層(后臺邏輯層)分離,提高系統模塊獨立性,利于系統的擴展｡

B/S部分選用J2EE構架,其業務邏輯可以在不同的硬件環境､不同操作系統的服務器中使用｡

C/S部分為三層體系結構,包括數據庫層(或監測前端層)-應用服務器層-數據處理工作站層｡

業務處理邏輯(功能層)采用C++編程,業務邏輯可以在不同的硬件環境､不同操作系統的服務器中使用｡

在廣播電視監測系統中采用B/C/S的多元化\多層\分布式技術結構建立混合應用模式的體系架構可突破C/S和B/S的各自缺陷,其中: