时间：2022-03-17 00:29:49
引言：易发表网凭借丰富的文秘实践，为您精心挑选了九篇安全监测系统范例。如需获取更多原创内容，可随时联系我们的客服老师。
堤防安全监测系统通过振动监测仪实现对堤防的实时监测，通过对震动的频率、振幅、震源位置的分析，迅速作出反应，有效控制违法案件对堤防的破坏，减少人为破坏水利设施所造成的经济损失。系统组成主要包括5个部分：振动测量仪器、数据传输设备、数据处理显示系统、安全评估模式和系统软件。
1系统结构
现代化监测系统分为测控单元、监控主站和远程信息管理中心。采集站的设立以堤防监测断面（或堤段）为测控单元。监控主站同时控制多个采集站，向各采集站发送传感器设置、采集参数、报警参数等指令。多个采集站分别用微波将信号传输到监控主站。主站通过电话公网将数据传输到各有关单位[1-2]。
2监测仪器
一般来说，堤防监测仪类似于地震监测仪，其工作原理是利用一件悬挂的重物的惯性，震动发生时地面震动而它保持不动。由仪器记录下的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线，称为震动波线。波线起伏幅度与振动波引起地面震动的振幅相应，它标志着震动的强烈程度。从震动波线可以清楚的辨别出各类震波的效应。
3信息传输方式
根据实际需要和环境条件，信息传输方式可以分为专用电缆、超短波、微波、电话网络以及地球同步数字卫星等。安全监测控制堤段建议选用微波或超微波，以保证对违法案件的持续监控。还可以设立采集站执行数据自动采集、储存、通信等功能，各采集站之间以及采集站和主站之间具有独立性，可以在主站停机的情况下自行采集和处理数据[3]。
4数据处理显示系统
数据处理显示系统的功能包括数据的采集与处理、常规计算、报警监视、报警顺序及时间记录、历史数据管理、存档和查寻等。由于每个测控单元具有固定的位置和独立监测的功能，所以数据处理系统能够准确的分析出震源的位置、震动起始的时间以及震动的幅度。从而使水政执法人员在最短的时间赶到事发地点，减小违法案件对堤防的破坏程度。
5安全评估模式
安全评估模式在预警系统中至关重要，可根据监测数据评估堤防的安全，且安全评估的可靠性取决于监测数据的准确性和评估模式的合理性。因此，在预警系统设计和研制中，一定要建立针对堤防具体条件和运行环境的合理的安全评估模式。简单的说，可通过实地监测实验，得出各种有可能在堤防产生震动的物体的振幅，比如重型汽车通过堤防的振幅、挖掘机取土的振幅、钻井打孔的振幅等，以这些实地监测的数据作为工作人员评估堤防安全的参考。但是，由于问题的复杂性，合理的安全评估模式有待于进一步摸索[1-3]。
6系统软件
系统软件的作用主要是为堤防安全监测系统提供技术支持、简化操作程序、便于网络体系的管理。从而使整套系统更加迅速、有效地结合到实际工作当中[4]。
7结语
堤防安全监测系统是运用现代科技设备对水利设施安全实时监测的系统，虽然这套系统操作简便、可行性强，但也是一项开拓创新的工程，其中必然会有很多的技术难题，如何合理规划、设计和实施堤防安全监测系统，需要进一步研究和探索。堤防安全监测系统可以有效地节约水政巡查资源，大幅提高水政工作效率，有效地减小水事违法案件对水利设施所造成的损失，对于河道管理和病险水库的管理具有广泛的推广应用前景。
8参考文献
[1] 周小文，包伟力，吴昌谕，等.现代化堤防安全监测与预警系统模式研究[J].水利科学，2002（6）：113-117.
[2] 陈红.堤防工程安全评价方法研究[D].南京：河海大学，2004.
Abstract：Frequent accidents in recent years, the bridge collapse, the safety management of the bridge to bring huge pressure, strengthen the dynamic monitoring of the bridge, the bridge of preventive maintenance is the key work of custody bridge. This paper introduces the operation principle of bridge safety monitoring system and setting principle, and through the example of the system are discussed in bridge safety monitoring applications.
关键词：桥梁安全监测系统
Key words：Bridge safetyMonitoring system
中图分类号：X924.2文献标识码：A
1 引言
近几年不断出现的桥梁坍塌事故，成为民生关注的焦点，随着公路建设事业的持续发展，为顺应桥梁发展新形势的需要，保障基础设施通畅运行，如何加强服役期桥梁的养护、维修和加固是公路部门的工作重点，而桥梁结构运营期的安全监测正是桥梁养护管理工作的前提基础，它可实现对桥梁状态变化趋势的把握，并支持桥梁预防性养护和事故应急处理工作。
2意义及总体目标
桥梁安全监测系统以路网内桥梁群为主要监测对象，实现桥梁群的集中管理、信息共享、资源整合等功能。由于桥梁数量众多，在路网内根据关键节点桥梁选取原则，遴选需要安装监测系统的重点桥梁，并通过关键节点桥梁重车荷载监测掌握整个路网重车荷载分布状况，对提升路网安全管理水平、把握路网运营状况具有重大意义。
建立桥梁安全监测系统的总体目标为：
① 对影响桥梁结构安全、超界结构响应的多级报警；
② 对安装监测系统的桥梁在各种环境与运营条件下的工作状态进行实时自动监测和结构状态评估；
③ 开发具有高度可扩展性的监测系统，以适用桥梁群安全监测的长期规划和分批投资，能够快速构建监测子系统，从而减少单一监测系统的重复建设；
④ 通过对关键线路、关键节点桥梁的重车荷载数量统计把握整个路网内重车荷载分布特征，并通过关键节点桥梁安全状况有效反映整条关键线路及路网桥梁的最不利状态，为养护部门巡检工作及监管部门荷载控制工作提供更具针对性的指导数据。
3 桥梁安全监测系统的组成及工作流程
桥梁安全监测系统由：传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与管理子系统、结构状态评估子系统，四大系统组成。
安全监测系统的数据处理与管理子系统和结构状态评估子系统位于远程监控室中，如图1上层结构示意图所示；传感器子系统和数据采集与传输子系统位于各桥梁处，如图1下层结构示意图所示。
图1：桥梁安全监测系统体系框架
图2显示了桥梁安全监测系统分布式桥梁数据传输的网络结构示意图。
图2数据采集及传输流程
4 系统功能要求
① 显示刷新周期：≤1s
②系统无故障间隔时间：≥10000h
③系统故障修复时间： 对于一般故障，具有自动回复启动功能，对于特殊功能，在24小时内对故障做出技术支持响应，3天内恢复，对地震等特殊灾害，在3天内回复功能；
④系统24小时连续工作；
⑤系统具有人机友好界面；
⑥系统能够对桥梁环境温度及车辆荷载进行监测；
⑦系统能够对桥梁自振特性、关键截面应变、挠度、索力进行监测；
⑧系统能够实现桥梁异常状态下的报警；
⑨系统能对监测数据进行存储、分析处理，并应用监测数据对桥梁状况进行评估。
5 实施原则
5.1路网内关键节点桥梁选取原则
表1 关键桥梁选择评价指标
指标 影响因子 权重
重要性 道路等级 0.09 0.45
桥梁总长 0.08
桥梁造价 0.05
修复难度系数 0.05
日均交通量 0.12
设计寿命 0.06
安全性 桥梁技术等级（病害程度） 0.13 0.35
设计荷载、实际荷载 0.1
环境影响（风、地震、温度）恶劣程度 0.07
桥型分类 0.05
可行性 设备成本 0.05 0.2
安装成本 0.05
施工难度 0.05
系统维护成本 0.05
5.2传感器测点布设原则
① 可对结构总体温度进行监控的控制点；
② 结构最大应力响应截面或应力传递明确截面；
③ 结构模态分析低阶振型所必须的监控控制点；
④ 结构最大位移控制点或能推算结构几何线形的控制点。
5.3 桥梁监测内容
5.3.1温度监测
（1）测量方法
考虑测试方法的兼容性，温度传感器采用长沙金码的半导体类传感器，在-20℃～85℃范围内温度测量精度为±0.5℃；温度计由优质不锈钢外壳和专用电缆组成，具有优越的防水性能，信号稳定。
表2温度传感器主要技术指标
测量范围 -20～+85℃
精度 ±0.5℃
灵 敏 度 0.1℃
2）测量频率
数据采集由计算机自动控制，采集的频率和时间可以预先设定。一般情况下，可以设定5～60分钟测量一次。
5.3.2动应变监测
（1）测量方法
动应变测试采用电阻应变片法由电阻应变片配合动态应变仪进行动应变数据采集。动应变采集使用自主研发的动应变数据采集仪，它是智能化的低功耗数据采集设备，适合在低功耗场合使用，具有三个显著优点：一是低功耗；二是本地数据预处理及过滤；三是可远程重启及更新采集设备，有很强的扩展性及可维护性。
表3动态应变测试通道技术指标
电阻值范围 1000Ω
供桥电压 5V
供桥电压精度 0.1%
供桥电压稳定度 < 0.05%
满度值 ±1500με
准确度 < 0.5%（FS）
模数转换器 高速24位A/D
（2）测量频率
考虑到动态设备为主要的耗电设备，桥上的动应变至少得保持一个跨中截面的设备24小时不停采集，用于重车荷载统计，其余截面可采用定时采集，可设置每2小时采集30分钟的方式，或根据供电情况设置间隔采样时间，采样频率设为50～250Hz/s，以节省功耗。
5.3.3自振特性及索力监测
（1）测量方法
主桥结构自振特性采用环境随机振动法，使用电容加速度传感器，即将加速度传感器放在主梁指定位置，根据对随机振动信号的分析，判断结构的自振特性参数，这其中包括自振频率、阻尼比和振型。由于梁体振动一般较弱，采用低频加速度传感器。
（2）测量频率
为了节省功耗，可设置振动及索力数据每隔2小时采集30分钟，或根据供电情况设置间隔采样时间，在功耗允许的情况下，可控制部分监测点24小时不停采样，采样频率设为50～250Hz/s。
5.3.4主梁（系梁）挠度监测
主梁挠度监测采用静力水准技术，静力水准相对于GPS，具有精度高、成本低的特点。
（1）测量原理
静力水准测量采用连通管的方法，测量使用电感式静力水准仪，构成一个差异沉降测量系统。
静力水准测量系统主要由主体容器、连通管、电感式传感器等部分组成。当仪器主体发生高程变化时，主体容器内液面发生变化，使相对于浮子上的屏蔽管仪器主体上的电感式传感器可变电感发生变化，通过测量仪表测出该点的高程变化。测量电路采用非接触比率测量方式，自动平衡出数字量而测出液面相对于主体的升降量。然后，通过各自的升降量计算出结构的沉降值。
表4静力水准仪主要技术指标
测量范围 100～200mm
精度 0.01mm
测点误差 测点误差：
工作温度 -10℃~60℃
品牌 国产
（2）测量频率
数据采集由计算机自动控制，采集的频率和时间可以预先设定。一般情况下，可以设定5～60分钟测量一次。
5.3.5主要桥型监测内容
表5简支空心板梁桥监测内容
序号 监测内容 传感器类型 监测目的 测点布置
1 环境温度 温度传感器 了解结构服役环境特征 与应变测点布置一致
2 动应变 应变传感器 查看关键截面损伤状况，重载车辆统计 跨中截面，个别跨径1/4截面
3 自振特性 加速度传感器 监测主梁自振特性 跨中控制点
4 主梁挠度 静力水准仪 监测主梁几何线形 在跨中及墩顶控制点
表6T梁、箱梁桥监测方案
序号 监测内容 传感器类型 监测目的 测点布置
1 环境温度 温度传感器 了解结构服役环境特征，获取温度荷载 与应变测点布置一致
2 动应变 应变传感器 查看关键截面损伤状况，重载车辆统计 跨中截面，1/4截面（应变花），连续箱梁支座处截面
3 自振特性 加速度传感器 监测主梁自振特性 跨中控制点
4 主梁挠度 静力水准仪 监测主梁几何线形 在跨中及墩顶控制点
表7 拱桥监测方案（含系杆拱）
序号 监测内容 传感器类型 监测目的 测点布置
1 环境温度 温度传感器 了解结构服役环境特征，获取温度荷载 与应变测点布置一致
2 动应变 应变传感器 查看关键截面损伤状况，重载车辆统计 拱肋拱脚截面和跨中截面，个别跨径1/4截面
3 自振特性 加速度传感器 监测拱肋或系梁自振特性（竖向、横向） 拱肋1/4和跨中控制点，系杆拱桥系梁跨中控制点
4 吊杆索力 加速度传感器 监测吊杆索力长期发展趋势 跨中和1/4跨吊杆控制点
5 主梁挠度 静力水准仪 监测系梁几何线形 系梁跨中及墩顶处
6桥梁结构状态评估系统
主要分为四个部分：
1、桥梁荷载评估。主要包含两部分内容：
① 温度荷载评估；
② 车辆荷载统计分类。
2、桥梁结构响应。它主要包含以下几部分工作：
① 设定预警值下的关键截面应力评估；
② 主梁振动特性评估；
③ 吊杆索力评估；
④ 主梁挠度评估。
3、考虑抗力-荷载双重效应的桥梁结构安全评估。
4、为把握整体路网或关键线路内桥梁群安全状况提供有效依据。
7 结论
桥梁实时在线监测及评估系统由于其高度的时效性在桥梁管理中发挥着越来越重要的作用，并与传统人工检测方法相辅相成，可以更加全面地完成对桥梁结构状态的评估工作。
桥梁安全监测系统以路网内桥梁群为主要监测对象，并结合现代传感、通讯及网络等信息技术，实现桥梁群的集中管理、信息共享、资源整合等功能，因此，从监测方案制定、监测系统搭建到数据处理、传输和预警评估实现的每个过程都应具有高度可扩展性，并通过关键节点桥梁重车荷载监测掌握整个路网重车荷载分布状况，对提升路网安全管理水平、把握路网运营状况具有重大意义。
参考文献
[1]《浙江省桥梁安全监测系统可行性研究报告》，2012.
[2] 《公路桥涵养护规范》（JTH H11-2004）
[3] 《计算机软件开发规范》（GB/8566）
关键字：船闸结构；安全监测系统；监测点
水路运输是现代交通运输的重要部分，对社会主义建设、改善人民生活水平及促进文化交流都发挥着重要作用。随着各国加快综合利用与开发水资源的步伐，在水利工程中兴建的通航建筑物日益增多。船闸作为通航建筑物的主要型式，为使船舶畅通过坝，充分发挥水资源的综合利用效益。因此船闸的结构安全显得尤为重要。由于船闸类型较多，其结构的设计较为复杂，不同船闸结构的受力状态也各有不同。同时，结构的设计和施工直接影响建成后船闸的内力分布。因此，在施工过程中，加强船闸结构的监测与优化，在保障船闸结构的安全起着非常关键的作用。
一、船闸安全监测的概述
（一）船闸安全检测的含义
现阶段，我国船闸安全监测主要是由人工巡视检查和仪器自动化监测组成，但随着科学技术的发展，船闸的安全检测技术也取得了长足的进步，逐步有传统的人工巡查发展成为自动安全检测。在相同的工作量之下，与自动化安全监测相比，人工观测的周期长，观测数据精确度和同步时间较长。如果遇到河流的汛期，在水位猛涨的条件下，以人工的能力做到及时监测与精确分析计算是比较困难的。因此，目前船闸的监测已经在逐步趋向自动化和系统化了。但是，受限于船闸的特点和目前自动化仪器监测水平有限，船闸安全自动化监测系统还不够完善，因此在采用仪器对船闸进行自动化监测的过程中，同样需要结合人工检查的方式，对船闸进行巡视检查，从而科学得出船闸安全监测所需要的数据，这样才能保障船闸安全监测系统的职能健全。
（二）船闸安全监测的意义
第一是船闸的安全检测可以让人们及时有效地了解船闸的运行状态和安全状况，主要是通过获取环境数据、水文信息、结构和渗流状况等信息，进行分析、计算以及判断等程序，最终对船闸的安全情况进行了解也为其稳定运行提供了支持。
第二是有助于根据观测的数据和规律对船闸的结构进行计算和模拟，总结观测数据的变化及其物理成因，及时发现隐患并采取适宜的措施，确保船闸的安全，延长船闸的使用寿命，提升运行效率。
第三是有利于反馈信息。因为船闸的工作环境较为复杂，但好在相关负载、计算模型及有关参数的确定总是带有一定程度的相似性。因此利用船闸安全监测产生的数据进行正反分析，结合设计施工方案，对在建或拟建大现提出反馈建议，从而实现检验和优化设计、指导施工。
二、船闸水工建筑物观测项目及测点布置
（一）视频监测
安装视频监控的主要监控对象是：过闸船只航线轨迹、船闸检测修理状况，水文状况，泥沙状况通航水流状况，船闸是否阻塞或其他事故情况，方便管理人员、技术人员以及维修人员通过实时监控对船闸工程的关键处运行状况进行查看，同时也能对关键的结构部位和埋设的传感器进行查验。查看船闸闸门开启关键部位的运行情况，以及重要部位的结构外观及其位置处埋设传感器的运行情况，安装视频监控系统。
（二）水位监测
水位监测是针对水工建筑物周边水位的具体情况而进行，以此来评判该工程控制状况和建筑物运行状态的根据。其主要包括了闸室水位观测和墙后地下水位观测两个部分，前者须在闸室内外水稳处设置自计水位计并定期观测；后者须按规定距离设置观测井。
（三）渗流监测
渗流监测主要是在翼墙后、闸底和闸体内三处加强监测和数据收集，且每个观测点都需要选取至少三个断面设置三个观测仪器，还要能够保障同时能收集上、下游水位的状况。
（四）变位监测
船闸的监测主要是通过变位仪器而实现，该仪器需要固定在船闸的标点之上[1]。在监测之前，首先要确定船闸的垂直变化，这就需要测算出被测物的基点高程。为了确保船闸变位监测更为精确，除了需要监测其垂直变化之外，还需要检测水平的变位情况，以及上下游的水位变化和混凝土的温度、气温、湿度等变化情况。船闸竣工验收之后，变位检测每个月还需要至少监测一次，变位稳定之后，一年还必须要检测超过8次，而在水位变化较为剧烈的时间里，就需要进行多次监测。
三、船闸结构监测项目及测点布置
（一）土压力监测
土压力监测主要在墙后和建筑物底部两处进行监测。前者需选取不多于三个断面，设置不少于三个测点，根据水头作用和时间的变化进行墙后土压力监测。后者的测量情况也比较相似，唯一的不同是后者的测量点须至少五个，监测点选在建筑底部。
（二）结构及钢筋应力监测
在进行混凝土闸墙应力监测时，需要从施工期就在典型的闸段将监测器按照十二个断面的不同截面上均设置35个监测点进行装配，埋设应变计监测闸墙应力分布。此外，该监测点附近也应当设置无应力计用以监测混凝土在温度、湿度及化学作用下的变形情况，后者则只需在弯矩最大处设置应力计，监测钢筋应力。
（三）船闸地基与回填土的观测
而这部分监测主要是为了应对沉降问题而设置的，主要是闸底板在浇筑过程中的沉降、墙后土体和地基沉降。均需要在固定标点处设置监测垂直变位[2]的仪器，测出高度，计算结果。
（四）船闸结构温度场的监测
温度场的监测也应当在混凝土结构施工时进行，且测点一般分布在应力监测的监测段内，测点在接近表面时加密，在特殊地点，应适当增加测点。温度监测次数和时间应与应力监测一致。
四、自动化监测系统的架构
与自动化的监测系统相比，运用人力对工程运行实现管理存在一定不足。因此，为了更好的实现观测的时效性，将尽可能的使用自动化系统来完成安全监测。而安全监测自动化系统的架构主要由以下四个方面组成。
（一）监测仪器
根据船闸的运行特点，自动化系统的监测仪器需要具备高稳定性、高灵敏度以及实用性强等功能特点。该部分的主要监测设备为引张线仪、静力水准仪、渗压计、水位计、应变计、土压力计、钢筋计和测缝计[3]。
（二）数据收集设备
数据的收集设备是自动化安全监测系统的重要组成，是整个数据收集网络的节电装置。它由密封机箱、智能数据采集器、供电设备、人工比测设备和防雷器等部分组成。数据收集设备的功能应当能够实现测量控制、显示打印、查询测试及系统性能检查的需求
（三）通信网络
船闸安全监测系统的通信网络一般采用光钎通讯的方式，由于其容量大、串扰小、传输质量高以及传输距离长和防雷等特点，可以实现安全监测系统的大量数据的稳定传输。
（四）监控主机及数据采集软件、数据管理软件
监控主机一般设在工程调度中心的控制室内，分别安装数据采集软件及数据管理软件，通过接收各数据采集装置的监测数据、存储监测数据、绘制实时曲线等工作，并自发启动警报装置等。
结束语：
船闸结构安全监测是水工建筑物数字化建设管理的重要内容，本文在分析船闸结构安全监测系统的监测项目选择、传感器测点布置、数据采集与处理系统构成进行了设计分析的基础上，对安全监测系统的自动化构建提供了一定的意见和参考。
参考文献：
[1]张清杰.引张线法在船闸闸墙水平位移监测中的实践[J].水利水文自动化，2005（3）.
关键词:CAN总线英飞凌XC878矿井安全监测
中图分类号:TP2文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010) 08-040-01
目前,矿山监测技术主要集中在矿山压力、瓦斯、水文水质和粉尘等几个方面。在信息传输采用无线、RS485等成本较高的测量方式,本文将介绍一种基于CAN技术的矿井安全监测系统,成本低廉,安装方便的监测系统
1系统介绍
1.1系统组成
矿井安全监测系统结构框图如图1所示。
图1矿井安全监测系统结构框图
1.2工作流程
XC878单片机进行各个传感器的初始化及数据的采集,然后通过自带的CAN接口将数据发送到总线上,上位机通过CAN总线转USB接口将数据进行显示,然后可据此判断矿井的整体结构各个参数。上位机可对单片机的状态进行查询。
图2工作流程图
2硬件设计
2.1XC878单片机
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
XC878是高性能 8位微控制器。片内集成 CAN控制器并支持 LIN,具备高级互联功能。
2.2传感器
倾斜测量采用SCA100T高精度双轴倾角传感器。应力和地音的测量均采用电阻应变片组成全桥式测量电路,原理如图3所示。
图3全桥差动电路
2.3上位机
上位机采用微型计算机,运行 Windows系统 ,采用USB转CAN接口电路,实现与单片机实现双向通讯 。
3软件设计
(1)单片机的软件包含以下 4个部分:单片机初始化、A/D采样、各个传感器的数据采集、CAN报文的发送及接收。
(2)上位机软件采用C++设计,通过USB转CAN接口与单片机进行通讯。
4结束语
根据本文思路设计出的矿井安全监测系统,操作简便、价格低廉、能准确及时地监测到矿井的状态,非常适合规模较小的矿井安全监测。
关键词：水库土坝；安全监测；自动化
Abstract: with the rapid development of economy in our country, gradually increase the reservoir dam, at the same time, the original reservoir dam, old equipment, make people puts forward higher requirements on its safe operation. The current all kinds of application in dam safety monitoring system, the existing monitoring automation, overcomes the traditional artificial observation the shortcomings of low accuracy, great strength, ensure the safety of dam operation. Cattle are based on the east reservoir earth dam safety monitoring system design as an example, systematically discusses the application of the monitoring system comprehensively, has carried on the exploration and innovation, to provide a reference for the similar project, and can provide the reference for the dam operation management department, in hopes of the automation monitoring developments in the field of driving and good demonstration effect.
Key words: reservoir earth dam; Safety monitoring; automation
中图分类号：X924.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、大坝安全监测
（一）大坝安全监测内容、方法及仪器
监测内容：水库水位，水压，渗流，流量，电导率，风力，相对湿度，空气和水的温度以及大坝坝体地表位移监测。
项目组成：数据记录仪，水压计，水位计、钢筋计、测缝计、沉降仪、倾斜仪，水质探测器，GPS定位系统，数据库工具，数传系统，预警系统等。
（二）大坝安全监测系统自动化
大坝安全监测自动化系统是利用电子计算机和传感技术以及信息搜集处理技术，实现大坝观测数据自动采集处理和分析计算，对大坝性态正常与否作出初步判断和分级报警的观测系统。大坝安全监测是将数据采集、信息管理和分析评价融汇在一起的系统工程。
二、放牛洞水库安全监测自动化系统
大坝安全监测系统能实现全天候远程自动监测，本项目中使用的各种传感器使用监测站数据记录仪实现自动监测，并且进入相关数据库。同样，监测系统也具备人工观测条件，观测人员可携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据。大坝远程监测系统可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且借助于光纤网络数传系统实时得到数据，同时将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门，非网络覆盖范围内可通过无线基站、GSM(GPRS)、CDMA等实现远程数据无线传输。
（一）监测系统总体结构与功能
根据项目具体情况，大坝安全监测系统分外部变形监测（水平位移和沉降位移）、渗流监测、环境量监测等三大部分。安全监测自动化系统采用分布式的网络结构，包括测站层的现场网络和监测中心站层的计算机网络。安全监测化系统采用分层分布式的网络结构，即包括测站层的现场网络和监测中心站层的计算机网络。测站层由各测点传感器和数据测量控制装置（MCU）组成。监测中心站位于办公楼的中心机房内，监测中心站层由监测计算机，以及激光打印机、电源设备等组成。系统达到的功能(1)中心站功能.中心站具备完善的系统功能，如系统设置、系统诊断、数据采集和传感器设置等。(2)数据采集站功能。
（二）自动化安全监测项目
1、渗流监测
渗流监测项目包括大坝浸润线及渗流量监测。
（1）浸润线监测
浸润线监测利用现有测压管实现，在测压管内安装渗压计实现自动化监测。现有2个浸润线监测断面，每个断面从上游坝肩到下游堆石棱体前有4个测压管，共8个测压管，安装8支高精度渗压计来进行自动化监测。
（2）渗流量监测
在坝下游排水沟上设1个量水堰测点，用三角堰方式实现渗流量监测，安装1个高精度水位传感器测量，通过测量渗流水位来换算渗流量。
2、环境量监测
环境量监测主要包括上游水位监测。在大坝左岸上游面利用水位竖井布置水位计1支，并接入自动化系统进行自动监测。
在左坝头管理房附近设1个气温计、1个雨量计实现自动化测量。
3、自动化监测系统
放牛洞水库大坝安全监测系统以自动监测为主，变形监测采用人工监测实现，其观测数据可以输入自动化系统配套的信息管理软件进行管理。
所有自动化监测仪器均接入测控单元(MCU)，由一台主控机进行控制。主控机上安装数据自动采集软件、信息管理软件，完成整个枢纽的自动监测和监测数据管理。监测主机安装在离大坝约250m的水库管理办公室内。水库处于南法多雷区，为确保系统长期可靠运行，大坝与机房之间用光缆通讯，避免雷电干扰。
4、自动化监测项目组成表
系统采用智能分布式结构，现场总线用RS-485实现数据通信。坝顶监测站设置2个智能测量控制装置（MCU），共装配16通道智能数据采集模块2块，连接各测点。在水库监控中心建立监测中心，进行大坝安全监测管理。具体配置见表2-1。
自动化安全监测项目组成表2-1
（三）安全监测设备选型
1.仪器设备的选择及布置目的明确能全面反映大坝的工作状况。
2.根据大坝结构特点及坝线长等因素合理选择各观测断面及变形监网，做到主次相结合，在能够全面反映大坝工作性态的条件下尽量减少观测断面以及仪器或测点的数量。
3.选择精度可靠稳定耐久的仪器设备尽量布置在有良好的照明防潮和交通条件的位置适当选用自动化观测设备以人工观测为主确保观测数据不致中断。
4.适当考虑和协调观测仪器埋设与大坝土建施工之问的相互干扰问题做好施工期仪器和电缆的保护工作确保仪器埋设质量和大坝施工质量。
5.观测设备选型对，还要考虑能否便于实现观测数据自动采集。数据自动采集装置在可靠、先进的前提下，还要考虑留有人工观测接口。
（四）观测数据的采集系统
1.数据采集软件
DG型数据采集软件是在Windows XP环境下一套图视化的窗口软件，所有监测点均可显示在布置图上，每个测点都与数据库相连接，同时布置图上的每一个测点又与现场测控装置的对应仪器相通，操作和选择屏幕布置图上的测点或采集模块就可以完成对该测点或模块的数据采集、换算、处理、入库等全部过程。对自动采集的数据自动入库；对人工测量的数据，提供一个人机界面窗口，可键盘输入进库。数据采集软件用于单机采集和网络采集，如果计算机被设计为Windows NT局域网的一个节点，则局域网（甚至广域网）上的任意一台计算机应可以控制计算机进行数据采集，并把采集的数据传送到本地计算机上。DG型大坝安全监测自动化系统数据采集软件功能框图如图所示。采集软件功能模块主要包括：系统工具、数据采集、数据管理和数据通讯。
DG型数据采集软件功能框图
2.信息管理软件
DSIM型大坝安全信息管理系统具有对大坝安全监测自动化系统采集的监测数据及其它有关大坝安全的信息进行自动获取、存储、加工处理和输入输出的功能，并且为数据分析软件提供完备的数据接口，以便利用大坝安全监测数据和各种大坝安全信息对大坝性态作出分析判断，按《土石坝安全监测技术规范》和《土石坝监测资料整编办法》对水库大坝监测资料进行整编分析，生成有关报表和图形，做好大坝安全运行和管理工作的功能。大坝安全信息管理系统具备满足设计要求的测点管理、远程控制、数据输入（包括自动输入、人工输入和全自动物理量转换和数据过滤）、数据输出、通过输出模板输出数据、备份管理、系统安全管理、软件自动升级等功能。
三、放牛洞水库安全监测自动化系统拟解决问题
放牛洞水库是一座以供水调蓄为主要目的的平原水库，水库大坝为均质土坝，为解决这种类型大坝的安全监测自动化系统问题，需解决下列问题：
(1)确定大坝安全监测的主要观测项目为大坝渗流和大坝沉降变形；
(2)根据水库所在地的地质、水文、气象等条件，合理布置监测点，以便真实、全面的反映水库大坝实际的工作情况；
(3)布置环境测点。观测上下游水位、降雨量、温度、气压等，充分考虑环境变量对水库大坝安全稳定的影响；
(4)建立有平原水库特色的监测模型；
(5)建立水库预警预测模型。对一些特殊的演变现象和迅速变化的现象进行及时的跟踪分析，实现从静态到动态的仿真模拟和预测报警；
(6)选择精度高、稳定性好、耐久性满足要求的仪器进行数据采集；
(7)选择高效、保密、稳定的数据传输方式；
(8)建立自动化程度高的强大网络系统；
(9)提供友好的人机对话界面，便于用户从不同的侧面观察和分析监测信息，从不同的角度控制监测系统，以便及时处理险情。
总结
经过多方的努力、协同工作，共同完成了放牛洞水库安全监测自动化系统研究项目。总结该系统技术关键点与创新点如下：
(1)采用自动监测技术测量堤坝渗流，测量数据稳定性高、可靠性强、误差小。
(2)采用光纤通信方式，使安全监测中心的监测设备和监测点之间能够保持高速稳定的连接。
(3)系统布置多个沉降观测点，以便及时了解情况，为分析堤坝的沉降、变形提供依据。
(4)数据采集点布局合理，每个断面多点布置，能全面反映堤坝的渗流浸润。多断面全方位布置，形成全方位分布的渗流观测网，反映了整个堤坝的渗流情况，可以及时采取有效措施，防止渗流破坏的发生。
(5)合理布置上下游水位、降雨量、温度、气压等环境观测点。观测，配合渗流观测，使分析考虑的因素更全面。
(6)建立的具有平原水库特色的渗流监测模型，充分考虑了水位频繁涨落、环境条件变化(如气温、降雨等)等因素，使之与监测数据充分拟合。
(7)建立了预警预测模型。该模型可根据水位预测渗流情况，反应值精度高，发现异常及时报警以便处理。对一些特殊的演变现象和迅速变化的现象进行及时的跟踪分析，实现从静态到动态的仿真模拟和预测报警。
关键词 监测系统； CAN总线； CAN通信节点
中图分类号TN492文献标识码A
A coal-mine safety monitoring system based on CAN bus
LuBin1LiQuan2Gao Wen-ping3
1(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)
2(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)
3(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)
【Abstract 】 At present the RS-485 field bus cannot meet the requests of the coal-mine safety monitoring system's correspondence. To ensure the communication quality of the monitoring system, a coal-mine safety monitoring system based on CAN bus is proposed. This paper has described the composition of the system、the software and hardware design and anti-interference measures in detail. The hardware interface circuit of the CAN communication node is also given in this paper. Practice has proved that the system can run reliably for a long time under the colliery.
【Key words】monitoring system; CAN bus; CAN communication node
0 引 言
近几年来，基于对矿井安全生产监测的需要，国内外先后研制出多种类型的安全监测系统，其中CAN通信节点是矿井监测系统的重要组成部分，是井下各安全监控模块与井上安全监控中心之间数据传输的枢纽，并且负责安全监控中心与安全监控模块之间的数据采集与通信。这些节点能否有效地工作决定了矿井安全监测的质量，因此CAN通信节点在矿井安监中发挥着重要作用。而传统的矿井安全监测系统信息传输广泛采用的是RS485通信方式，这种传输总线技术在信息传输方面仍有许多无法克服的缺点，主要表现在：各种类型的监测系统均为主从式结构，网络上只能有1个主节点，无法构成多主冗余系统，当主节点出现故障后，系统将无法运行；各种形式的分站虽然功能相似，但缺乏统一的规范和通信协议，所以系统是封闭的；波特率较低，传输距离短，可靠性和实时性满足不了实时监测的要求。
相比较RS485串行通信系统，现场总线技术[1]的出现使得建设基于网络的开放性矿井监测系统成为可能，而基于CAN总线的监测系统具有可靠性高、实时性高、抗干扰能力强、传输距离远、自身具有差错控制能力、协议规范等优点[2]。为此，本文设计了基于CAN总线的矿井开全监测系统。
1 系统方案的确定
系统方案的选择是在满足系统功能要求的基础上必须保证系统的稳定工作，有利于系统后期的维护和功能的升级，同时在这个基础上考虑系统的产品化。产品化要求系统具有较低的硬件成本，从而降低整个系统的生产成本，使产品具有较高的性价比。本文研究的井下安全监测系统工作于地面以下600米到1000米的深度，需要采集井下多个位置、不同种类的传感器等测量元件的各种类型的数据。因此采用了分布式采集方式，即在不同位置配置多个数据采集设备。每个单独的采集设备称为一个CAN通信节点，每个节点配置有微处理器芯片及数据接口等元件。在全部数据采集节点中选择一个设置为主节点，与其他各个节点相连组成网络，接收这些数据采集节点传来的数据，对数据进行打包处理后上传给地面的监控中心；网络中的其他节点称为子节点。系统的整体结构如图1所示。
图1系统的整体结构图
Fig.1 The system's overall structure
由图可见，系统主要是由数据处理节点和节点间的通信网络两部分组成。系统通信网络选用一主多从的形式[3]，在实际使用中，子节点的个数可以按照实际情况需要自由增减。主节点和子节点在系统中具体功能如下：主节点不但要从外接传感器等测量元件采集数据，还要收集来自各子节点的数据，将其整理后发送给地面监控中心，以便地面的工作人员对数据进行分析、处理并根据结果掌握井下情况。此外，主节点还要接收由地面计算机发来的命令，并将地面的命令下发给各子节点。各子节点一方面要完成对来自传感器测量得到的数据的采集和处理；另一方面，要及时把系统的实时数据传输给主节点，在收到主节点的命令数据后，还要根据发来的命令数据对节点参数进行修正。可见，各子节点仅负责将采集数据传送给主节点，数据的传输只在主节点与子节点之间进行，而子节点彼此之间没有数据的交换。
2 系统硬件设计
2.1 CAN通信节点的设计与实现
关键词：安全 监测 管理 系统
一、引言
油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有重要的意义。在石油、化工、工矿等企业一般都有油库，这些油库既是企业重要的燃料基地，又是一个重要的生产环节。油库区内储运的易燃、易爆物质以及生产设备数量较多，事故风险高，安全监测难度大，面对日益激烈的能源竞争环境，迫切要求油库加强安全管理，提高自动化监控和管理水平。
目前，国家安全监督部门对易燃易爆场所的安防监控越来越重视，对其要求也越来越严格，特别是中心城市的大型石油化工储罐库；政府科技部门也多次制定有关公共安全和城市建设等民生项目的规划和政策。因此，油库的安防自动监测与信息管理自动化系统日益被人们所重视。为了确保油库的安全，必须要对影响油库安全的部分物理参数进行实时的数据采集，实现油库的安全自动化监测。
搭建数字化油库安全监测管理的主要思想是：以对油库基本设备设施及作业方式的数字化改造为基础，依托油库信息网络一体化构建，实现油库安全监控自动化。通过数字化油库安全监测系统的建设，可以全面提高油库的油料及油料装备保障能力及保障效率、安全监测防卫效益、业务管理水平，并为更高一级、更大范围的信息化建设提供基础信息源。
二、国内外储油罐区监测技术的应用
对于油库罐区防火防爆检测及监控技术，国外发达国家起步较早，研究投入较多，已有先进的自动化检测和监控技术。像国外比较成熟的管理系统-霍尼韦尔油库自动化系统，已经在世界各地得到了广泛的应用，已经为BP、壳牌、埃克森等多个国家的大型石油公司实施了全面的自动化系统，在加强自身安全的同时，提高了效率，降低了运营成本。国外主要从以下几个方面提高安全监测的自动化程度：
（一）储罐液体自动计量系统
ATG（体积计量法）是国外应用最广泛的计量系统，其代表产品有磁致伸缩液位仪、伺服式液位仪以及雷达液位仪等，液位测量准确度均达到±1mm内，其中磁致伸缩液位仪和伺服式液位仪还能测量分层液位（如油水界面），测量准确度达到±2mm。
（二）生产调度控制系统
应用电磁阀、管道泵、设备状态检测（压力、流量、液位、阀位、气体浓度等）、视频监视等构成生产调度指挥控制系统对作业进行自动调度和控制。
（三）消防灭火系统
国外一般设有固定的消防设施，在库区重点部位，设置报警按钮，视频监视系统进行观察和确认，采用电动阀、调节阀、管道泵等构成自动灭火系统，可以在最短时间内，按照灭火预案启动相关设备，实施快速扑救。
在国内，随着社会的发展及科技的进步，各单位也进行信息化系统建设。最初是自动发油控制系统，后根据业务需要相继实施了储油罐自动计量系统、操作现场电视监控系统、成品油管输计量系统以及成品油批发管理信息系统。通过近几年的实际使用，提高了生产及管理水平，取得了一定的管理效益和经济效益。但也存在一些明显的问题：1.由于客观原因所致，使得油库各系统之间缺乏互联，各个系统之间数据的采集、传输、整理没有形成统一的标准，各基础数据无法实现共享，得不到充分有效利用。当一个点出现问题时，与其相关的各点无法及时快速的做出反应，影响安全作业。2.目前的系统缺乏对安全监测方面的针对性，已经满足不了国家安全监督部门对易燃易爆场所的安防监控要求。
三、大型储油罐区监测系统的组成部分
针对当前国内油库安全监测系统的现状，建立大型储油罐区防火防爆监测系统，主要目的是提高油库的安全管理水平，为油库安全、平稳、高效运行提供保障，并有效的衔接上层信息管理系统。该系统计划由消防报警、油气实时在线监测、储罐区气象和油罐自动计量等四个分系统构成，为了改变以往信息化建设中各个系统独立建设、互不联通的局面，需要构建数字化油库综合监管信息平台，实现对油库全局业务的数字化集中监管。通过对油库四个分系统整合，可以实现油库数字化业务统一监管，还可以全面提高油库的消防、安全、油料综合统一管理水平，并可为更高管理层提供远程监管服务。整体系统组成图如下：
（一）消防报警系统由火焰探测器、报警信号短信传送设备构成；可以实现实时火灾探测及示警功能；人工报警开关响应功能；监控中心无人值守时短信报警功能；数据信息自动保存功能；查询统计功能。
（二）油气在线监测系统由气体探测器和气体报警控制箱组成，将各探测器与控制箱通过电缆连接，控制箱与监控主机交换数据，实现在线监测功能。若控制箱报警，监控主机立即发出声光报警信号，以便值班人员及时采取措施。此外还可以对控制箱进行设定，报警控制箱通过执行器可控制切断阀门等操作。
（三）储罐区气象系统由气象监测箱组成，气象监测箱与控制箱通过电缆连接，实现在线监测功能。
（四）油罐自动计量系统由柔性磁致伸缩液位仪、高精度差压变送器组成，采用高精度磁致伸缩液位仪结合高精度差压变送器，获得油品密度，从而实现全自动油品质量计量。实时监控储罐液位数据，提供油品液位、水位、密度实时信息并有报警功能。另外根据罐容表可自动计算油品体积和质量。
四、结束语
建立如上所述的大型储油罐区防火防爆监测系统，可以使油库各系统之间联系紧密，系统之间数据的采集、传输、整理构成了统一的标准，基础数据实现了系统间的共享并且满足不了国家安全监督部门对易燃易爆场所的安防监控要求。
参考文献
[1]王朝辉，王祥，曹泽煜.石油库的作用与发展[J].石油知识.2005，2：20-21.
[2]徐华，董志刚，解建安，王亮.数字化油库建设中异构数据源的整合与集成模式探讨[J].重庆工业高等专科学校学报.2005，2：53-55.
[3]吴立颖.油罐信息自动化管理系统[J].工业设计.2006，35（4）：60-61.
[4]韩飞，刘信阳，李生林，刘兴长.军队数字化油库研究[J].后勤工程学院学报.2004，2：8-11.
（作者单位：青岛科技大学）
关键词 GSM；传感器；火灾；STM32
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0035-02
生活中火灾、天然气泄漏以及外人非法入侵对人身财产安全构成很大威胁，设计一款可自动检测以上险情并能提前预警的智能家用安全系统可有效降低威胁，避免意外情况的发生。目前国内外对此类智能报警系统研究发展迅速，市场上有采用有线、蓝牙、红外和zigbee等方式作为家庭自组网，采用IP网关服务器的智能安全监控系统，但该类系统成本较高。
本文采用嵌入式网关服务器，通过多组传感器节点的感知，将数字信息传给中心节点，经中心节点处理分析后，利用温湿度传感器、烟雾传感器、天然气传感器和红外传感器实现对火灾、天然气泄漏和外人非法入侵的监测，通过GSM网络向预定的手机号发送报警信息，该系统结构简单、成本低、监测精准、可靠性高。
1 系统总体设计
智能家用安全监测系统整体框图如图1所示。主要包括STM32主控器、多路温度传感器DS18B20、多个烟雾传感器MQ-2、无线通信模块、红外监测模块、天然气监测模块、LCD显示模块、声光报警和电源模块。
图1 系统总体框图
系统设置多组温度传感器和烟雾传感器，意为通过多组信息的综合分析，判断是否为意外情况。红外监测模块安装在窗檐，当感应到非法入侵时，传送报警信号给MCU。天然气监测模块用于监测家中天然气管道的泄漏。当STM32收到任何报警，将启动声光报警并通过无线通信模块给预留手机号发送报警短信，将意外损失降到最小。
2 系统硬件设计
1）通信模块。nRF24L01是NORDIC公司生产的单片无线收发芯片，工作频率范围为2.400 GHz～2.525 GHz，电压工作范围为1.9 V～3.6 V，可传输语音和数据信号，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。
nRF24L01的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据。它支持Text和PDU两种格式的短信，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。nRF24L01中IRQ引脚与MCU控制端连接，可控制nRF24L01工作与否。
图2 无线通信模块nRF24L01电路图
2）火灾监测模块。该模块选用1#，2#和3#烟雾传感器MQ-2和1#，2#和3#温度传感器DS18B20共同监测室内火警情况。其中，MQ-2浓度检测范围为227.88 mg/m3～9260 mg/m3，传感器输出电压值范围为0～5 V，通过A/D转换模块将数字信号送给STM32，再经信号传输通过LCD显示。DS18B20集温度采集和A/D转换于一体，直接输出数字信号。DS18B20具有单总线、体积小、分辨率高和抗干扰能力强等特点，其温度测量范围为-55℃～+125℃，满足室内温度监测的要求。系统中3组温度传感器分别分布在3个房间，与相应的烟雾传感器配套。
3）入侵检测模块。入侵检测模块通过多组安装在窗檐的红外检测模块组成。其主要由红外线传感器RE200B和以CS9803GP为核心的信息处理模块组成。该模块的工作原理为通过其红外探头监测、监测环境中红外线强度信息的变化，再经过核心电路的处理分析，若确有外人入侵，则把报警信号发送给STM32。
4）天然气监测模块。本系统针对胶管泄漏采用内听音的管线泄漏监测方法。本监测方法原理是利用在管壁破裂时，管内流体自破裂处喷涌，此时管内外会形成气压差并产生频率低于20Hz的声波信号。该信号主要以横波沿管内外管壁传输。管道两端加速度传感器对其进行震动测试，通过两信号到达时间差，可计算出泄漏位置。
图3 管道泄漏定位示意图
对泄漏点定位原理图如图所示，L为已知两传感器间隔距离，X为泄漏点与首端传感器的距离。设泄漏声波传播速度为a，t为首端传感器和末端传感器接收到声波信号的时间差，则X的表达式：
（1）
一旦天然气检测模块检测到管道有泄漏，则将高电平报警信号和计算得的X值以二进制编码的方式传送给给STM32。
5）LCD显示模块。系统选用LCM12864点阵液晶显示器来显示温度、烟雾浓度和天然气管道泄漏位置等信息。LCM12864显示分辨率为128*64，可显示4行*8列中文字符或4行*16列英文字符。系统给LCM12864供5 V电压，采用并口方式与STM32连接。
6）声光报警模块。声光报警由1个LED灯、1个BUZZER蜂鸣器和另外一些基础器件组成。
3 系统软件设计
3.1 无线通信模块
该设计发送短信选用支持中文和英文短信的收发的PUD模式。AT指令可用于终端设备和PC之间的连接和通信，使用命令“AT+CMGF=0”来选择PDU模式。
3.2 火灾监测模块
烟雾传感器和温度传感器都把实时测量数据传送给STM32，STM32根据两种传感器发送的数据综合分析判断。有以下三种情况。
1）三组温度传感器和烟雾传感器监测参数均平稳小幅度上升，此情况判断为天气原因所致，不采取警报行动。
2）某一组温度和烟雾传感器监测参数上升陡峭，与另外两组参数悬殊，可判断为意外情况，将及时采取声光报警和短信报警。
3）同一组烟雾传感器和温度传感器不同步上升，如烟雾浓度上升而温度不上升，则可能为室内抽烟所致；若温度上升而烟雾浓度不上升，则可能是室内取暖所致；遇到此类情况，系统仍然开启声光报警和发送报警短信，若此情况确为人为所致
表1 温度真实值与测量值对比
标称值（℃） 测量值
（℃） 误差值
（℃） 相对误差
（%） 平均误差
（%）
10 10.2 0.2 2.00 1.15
15 14.9 -0.2 1.33
20 20.2 0.2 1.00
25 25.1 0.1 0.40
30 30.3 0.3 1.00
而非意外情况，可人为按RESET按键解除警报。
4 测试和分析
针对系统中的温度传感器和烟雾传感器，分别进行了测试。DS18B20测量结果如表1所示。
对MQ-2进行对甲烷气体的浓度测试，测试结果如表2所示。
表2 烟雾浓度真实值和测量值对比
标称值
（%） 测量值
（%） 误差值
（%） 相对误差（%） 平均误差（%）
0.00 0.00 0.00 0.000 0.935
10.00 10.02 0.02 0.200
15.00 14.98 -0.02 0.133
20.00 20.05 0.05 0.250
25.00 25.00 0.00 0.000
30.00 29.86 -0.14 0.467
35.00 34.55 -0.45 1.286
40.00 39.26 -0.74 1.850
50.00 48.20 -1.80 3.600
60.00 59.18 -0.82 1.367
70.00 70.78 0.78 1.114
80.00 81.22 1.22 1.525
90.00 91.14 1.14 1.267
100.00 99.97 -0.03 0.030
测试表明，DS18B20对温度的测量精度达到0.1℃，平均相对误差为1.15%。MQ-2在对甲烷测验的试验中，测量精度达到0.01%，平均相对误差为0.935%。两传感器的量精度均较高。
5 结论
本系统实现了利用温湿度传感器、烟雾传感器、天然气传感器和红外传感器实现对火灾、天然气泄漏和外人非法入侵的监测，及时通过GSM网络对监测的异常情况进行报警提示。经实验测试，本系统可有效监测温湿度和烟雾浓度等信息，系统性能可靠，结构简单。如何进一步提高监测精度，提升系统性能，完善系统功能将是下一步研究工作的重点。
参考文献
[1]孙英.短信收发中的PDU编码分析[J].内蒙古科技与经济，2007（01）.
[2]杨成菊.家居红外防盗报警器的系统设计探讨[J].中国科技投资，2013（26）.
[3]杨理践，李佳奇，高松巍，张禄.基于内听音的天然气管线泄漏监测方法[J].沈阳工业大学学报，2011（1）.
[4]江杰，宋宏龙.基于GSM短信的烟雾传感报警系统[J].测控技术，2014（01）.
[5]汤锴杰，栗灿，王迪，张琴.基于DS18B20的数字式温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014（3）.
[6]Anton V.Uzunov and Eduardo B. Fernandez.An extensible pattern-based library and taxonomy of security threats for distributed systems[J].Computer Standard & Interfaces，2014（4）：734-747.
[7]Cesare Guariniello and Daniel munications，Information，and Cyber Security in Systems-of-Systems： Assessing the Impact of Attacks through Interdependency Analysis[J].Procedia Computer Science，2014，3：720-727.
关键词：接触网；6C系统；检测监测
高速铁路全部是电气化列车，接触网在供电回路中起着十分重要的作用。接触网作为一种露天、没有“防护外衣”的供电设备，要经受风、雷电、污染、冰雪和温度的考验及环境污染对接触网性能的影响，无备用特性决定了接触网的唯一性、重要性和脆弱性［1］。高速列车需要获取源源不断的能量，供电设备的运行可靠性、接触网日常检修及故障后快速维修至关重要。接触网的维护管理主要分检测监测、日常养护、专业修理（简称检测、养护、维修）3种业务类型［2］。检测是接触网设备设施科学养护和维修的重要前提，其重要性越来越突出。国铁集团不断强化技防安全能力，综合运用物联网、图像识别、感知系统等先进技术全面推进高速铁路供电安全（接触网）检测监测系统建设，打造全方位、全覆盖、一体化的综合供电检测监测体系［3－4］，获取海量高质量接触网动态和静态状态检测监测数据，信息收集完成后通过6C数据中心进行综合数据分析，从而实时或及时掌握接触网设备设施运行状态，提前发现其存在的缺陷和安全隐患，为实现精调精修提供科学依据。
1检测监测技术
高速铁路供电安全检测监测技术发展最早是德国，其次是英国、法国、日本。为提高工作效率及安全性，主要采用接触式和非接触式检测技术。1．1接触式检测技术该技术需要受电弓与接触线接触，不同功能的传感器布置在受电弓上，如在受电弓托架上安装接触压力传感器和加速度传感器。1．2非接触式检测技术激光测量、高清摄像机、图像识别处理技术被应用到高速铁路供电安全检测中，不需要与接触线接触，如定位器坡度确定是基于高速图像处理实时对拍摄的视频进行分析得到的。1．3测量补偿系统不同的测量技术得到的参数都是用来指导接触网维修，其中列车行进过程中检测到的参数虽能真实反映运行中的弓网状态，但是接触网工对接触网隐患或故障检修都是在静态下进行的，因此要对动态测量值进行补偿，使其与静态测量值相当。
26C系统介绍
6C系统为高速铁路供电系统运行维修模式变革提供全方位技术支持，主要包括6个子系统，具体如图1所示，其主要巡检参数如表1所示。
2．1高速弓网综合检测装置
（1C）该装置是整个系统中检测项目最多、精确度最高的装置。它进行等速检测，即综合检测车的运行速度和高铁实际运行速度相同。检测数据自动分析完成后生成检测报告下发给相关铁路局。该装置通过高速综合检测列车上的接触压力、加速度、角位移导高、网压等不同功能传感器实现对弓网接触力、硬点、导线高度、接触网电压的测量；采用紫外光电管、激光雷达、摄像机等装备对离线、动态拉出值、定位器坡度等进行实时检测。在联调联试和运行维护中应用可以实现以下功能：（1）接触网工程静态验收合格后，评价和验证其系统功能；（2）依据高速铁路接触网动态检测评价标准检验接触网系统的施工质量；（3）通过对采集的数据进行分析，指导接触网系统进行优化、调整，同时对运营高速铁路进行周期性检测，其数据直接指导供电设备维护单位进行维修。
2．2接触网安全巡检装置
（2C）该装置主要是代替接触网工步行巡视，提高效率和准确性。该装置结构简单，为便携式设备，主要包括高清摄像机和图像处理设备两部分，将其放置在列车司机室，摄像机负责对接触网外部环境录像、图像采集系统对数据进行存储和分析。该装置可以采用智能分析，工作人员也可以利用分区或参照分析轻飘物和危树侵限、鸟窝、接触网零部件松脱、断裂等问题。2C检测周期不固定，特殊情况时可以加密检测次数，例如鸟害高发期。
2．3车载接触网运行状态检测装置
（3C）该装置安装在实际运营的高速列车车顶，距离受电弓2m左右的位置，供大部分功能与1C相同，例如拉出值、硬点、导高的测量等，还可以实现弓网受流状态异常监测，例如弓网离线引起的电火花。此外，还可以非接触检测绝缘子的绝缘状况，以及实现对1C采样参数的加密采集，可以全天候（昼、夜、风、雨、雪、雾）及时反应高速铁路接触网与受电弓运行状态。
2．4接触网悬挂状态检测监测装置
（4C）该装置替代人工检查，大大节省人力成本，提高检查效率。大量的矩阵相机、高清摄像机、补光装置等安装在接触网作业车或专用车辆车顶，可以对接触网静态几何参数实现连续测量，并根据得到的接触线高度及接触线横向偏移等参数判断锚段关节、中心锚结处是否平顺和跨中是否有负弛度等。它还可以利用清晰度极高的摄像机对定位装置、接触悬挂和附加悬挂涉及的零部件进行全方位成像检测，其图片清晰度足够自动识别零部件的松动、断裂、脱落等一系列故障，其补光装置可以实现夜间“天窗”点检测，从而提高运输效率。它的扩展功能还包括定位器坡度检测、接触线探伤等。
2．5受电弓滑板监测装置
（5C）该装置以摄像机的形式安装在局界、段界、车站咽喉区、动车段列车出入库线等地点，采集的数据可以无线传输到视频存储系统。它可以实时监测高速列车滑动取流装置（受电弓滑板）的技术状态，及时发现异常，用于事故分析管理及故障责任区域划分，便于指导基层单位进行接触网隐患排查和故障维修。同时，高清成像摄像机可以实现车号识别，其扩展功能包括受电弓结构部件（含弓角、框架等）的缺陷自动识别、报警及受电弓动态性能监测。
2．6接触网及供电设备地面监测装置
（6C）为监测接触网及供电设备运行状态，在接触网的特殊断面分别设置接触网张力补偿在线监测、定位装置振动特性监测、电连接线夹状态在线监测、绝缘子状态在线监测、设备视频监控等装置，不同的在线监测装置实现分布式监测，分别完成以下功能：（1）线索张力监测；（2）线索振动及定位点抬升量监测；（3）线索温度监测；（4）绝缘子、高压电缆头、避雷器、隔离开关等供电设备状态监测。
3结语
近年来，6C系统已经在我国高铁接触网检测监测中广泛应用，并取得了较好效果。借助6C系统开展检测监测数据收集、分析、挖掘，为及时发现接触网缺陷、开展接触网状态修提供重要依据。
参考文献
［1］李瑞．四跨非绝缘锚段关节的缺陷分析和应对措施［J］．郑州铁路职业技术学院学报，2018，30（3）：9．
［2］王保国，张可新，杨桉，等．高速铁路基础设施维护管理及综合维修体系研究［J］．中国铁路，2019（3）：10．
［3］李耀云，高英杰，张文雍．高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）分析方法探讨［J］．电气化铁道，2019，30（51）：250．
