導(dǎo)語：如何才能寫好一篇安全監(jiān)測系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)通過振動監(jiān)測儀實現(xiàn)對堤防的實時監(jiān)測，通過對震動的頻率、振幅、震源位置的分析，迅速作出反應(yīng)，有效控制違法案件對堤防的破壞，減少人為破壞水利設(shè)施所造成的經(jīng)濟損失。系統(tǒng)組成主要包括5個部分：振動測量儀器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)、安全評估模式和系統(tǒng)軟件。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

2監(jiān)測儀器

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

3信息傳輸方式

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

4數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)

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

5安全評估模式

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

6系統(tǒng)軟件

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

7結(jié)語

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

8參考文獻

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

[2] 陳紅.堤防工程安全評價方法研究[D].南京：河海大學(xué)，2004.

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關(guān)鍵詞:CAN總線英飛凌XC878礦井安全監(jiān)測

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

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

1系統(tǒng)介紹

1.1系統(tǒng)組成

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

圖1礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2工作流程

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

圖2工作流程圖

2硬件設(shè)計

2.1XC878單片機

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

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

2.2傳感器

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

圖3全橋差動電路

2.3上位機

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

3軟件設(shè)計

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

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

4結(jié)束語

根據(jù)本文思路設(shè)計出的礦井安全監(jiān)測系統(tǒng),操作簡便、價格低廉、能準確及時地監(jiān)測到礦井的狀態(tài),非常適合規(guī)模較小的礦井安全監(jiān)測。

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關(guān)鍵詞：安全 監(jiān)測 管理 系統(tǒng)

一、引言

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

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

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

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

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

（一）儲罐液體自動計量系統(tǒng)

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

（二）生產(chǎn)調(diào)度控制系統(tǒng)

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

（三）消防滅火系統(tǒng)

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

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

三、大型儲油罐區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分

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

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

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

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

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

四、結(jié)束語

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

參考文獻

[1]王朝輝，王祥，曹澤煜.石油庫的作用與發(fā)展[J].石油知識.2005，2：20-21.

[2]徐華，董志剛，解建安，王亮.數(shù)字化油庫建設(shè)中異構(gòu)數(shù)據(jù)源的整合與集成模式探討[J].重慶工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報.2005，2：53-55.

[3]吳立穎.油罐信息自動化管理系統(tǒng)[J].工業(yè)設(shè)計.2006，35（4）：60-61.

[4]韓飛，劉信陽，李生林，劉興長.軍隊數(shù)字化油庫研究[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報.2004，2：8-11.

（作者單位：青島科技大學(xué)）

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關(guān)鍵詞:ZigBee; 傳感器; 船艇; 消防安全

中圖分類號:TN915 文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0129-02

Study of ZigBee-based Safety Monitoring System for Ship Fire

ZHENG Shuai, ZHOU You-ling

(Hainan University, Haikou 570228, China)

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

Keywords: ZigBee; sensor; ship; fire safety

0 引 言

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

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

1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 ZigBee技術(shù)簡介

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

圖1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

1.2 ZigBee技術(shù)特點

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

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

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

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

(4) 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強,通信可靠[8]。

2 船艇艙室消防安全監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

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

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

圖2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.2 功能模塊設(shè)計

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

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

圖3 系統(tǒng)節(jié)點的硬件框圖

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

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

圖4 傳感器節(jié)點信息采集流程圖

3 結(jié) 語

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

參考文獻

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[8]岳靜.家用火災(zāi)自動報警裝置的設(shè)計[J].安防科技,2008,26(1):35-36.

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關(guān)鍵詞：系統(tǒng)建模 有壓隧洞 信息光學(xué) 通信技術(shù)

中圖分類號：TV698 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0035-02

1 隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)建模

水利工程中的長距離有壓輸水隧洞不同于其他工程中的隧洞或隧道，有著自身的特點：即距離較長，通常要達到在數(shù)十公里以上，輸水隧洞在投運使用時，隧洞內(nèi)充盈通過的是有壓液態(tài)水。這些特點決定了隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)在隧洞施工及運營期間實施難度較大。該文在介紹隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探討了隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)在長距離有壓輸水隧洞施工及運行其間的設(shè)計及實施。

1.1 建立隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)的意義

隧洞結(jié)構(gòu)安全關(guān)系著施工人員的生命安全和社會經(jīng)濟活動。多數(shù)隧洞所要經(jīng)過的路徑存在著地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，不確定因素多的特點，容易發(fā)生由于地質(zhì)條件惡化、結(jié)構(gòu)損傷等原因造成的事故。嚴重威脅著隧洞的安全施工和正常運營。1999年2月27日紹興市小舜江輸水工程出水隧洞在開挖過程中出現(xiàn)洞頂塌方，28日塌方加劇，直至“冒頂”。影響工程整體施工進度，造成了巨大經(jīng)濟損失。2004年8月12日印度特里水電站的輸水隧洞在施工期間突然坍塌，造成至少28名施工人員死亡。2012年2月7日，日本岡山縣一家煉油廠為鋪設(shè)輸油管而挖掘的隧洞當(dāng)天發(fā)生塌方事故，造成正在施工的5名工人失蹤。諸多隧洞事故，以血的教訓(xùn)告訴世人，隧洞的穩(wěn)定直接關(guān)系到國家財產(chǎn)和人民生命安全。

如何避免輸水隧洞施工及正常使用中時安全事故的發(fā)生，隧洞的安全監(jiān)測技術(shù)無疑已經(jīng)成為輸水隧洞施工過程中以及后期安全運行故障的重要手段。

1.2 傳統(tǒng)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

隧洞工程中選擇的監(jiān)測項目主要有：圍巖變形、收斂變形、頂拱下沉、圍巖應(yīng)力、隧洞內(nèi)外水壓力、水位、鋼筋應(yīng)力、砼應(yīng)力應(yīng)變、裂縫及滲漏情況等。所對應(yīng)的傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備有高精度全站儀、收斂計、多點位移計、壓力盒、頻率計、鋼筋應(yīng)力計、頻率計等。

1.3 新技術(shù)在輸水洞隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

光纖傳感器具有防水、抗腐蝕、抗電磁干擾性強、耐久性長、輕便等特點，光纖傳感器體積小、重量輕，易于野外工程安裝，將其植入監(jiān)測對象中不存在匹配的問題，對監(jiān)測對象的性能和力學(xué)參數(shù)等影響較小。光纖傳感技術(shù)具有分布式，長距離、抗干擾性強和實時性等優(yōu)點，因而逐漸成為隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的重要手段和隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)的研究新方向。

1.4 隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)建模組成

隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)包括4個系統(tǒng)，即：傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)。各系統(tǒng)間通過導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系而進行運作。其典型構(gòu)成如圖1所示。

傳感器系統(tǒng)是與隧道直接接觸，掌握隧道動態(tài)信息最關(guān)鍵的部分之一。通過監(jiān)控測量，可以了解和掌握隧道的大部分信息，如隧道的圍巖收力和變形狀態(tài)等，由于各種隧道的情況不同，所以傳感器系統(tǒng)內(nèi)部組成也不同。

數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)可采用無線通信系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)的代表為GPRS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。GPRS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有實時在線，系統(tǒng)無延時的特點，很好地滿足了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶崟r性要求；GPRS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可應(yīng)用在輸水隧洞施工期間。此時隧洞還未通水，GPRS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可將隧洞安全監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳?？梢院芎玫耐瓿奢斔矶词┕て陂g的隧洞安全監(jiān)測系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)傳輸功能。

2 隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)模型的方案實施

2.1 隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的監(jiān)測節(jié)點的設(shè)定

開鑿長距離輸水隧洞時，經(jīng)常會遇到對隧洞圍巖穩(wěn)定影響較大的斷層或是破碎帶。為保證隧洞工程的正常施工以及運營的安全，需根據(jù)斷層、破碎帶的影響帶的寬幅，集中設(shè)置安全檢測傳感器，采集該段隧洞巖層數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)。該段隧洞的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備可作為整個隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的一個監(jiān)測節(jié)點。目前，一個監(jiān)測節(jié)點涵蓋范圍最大可達幾公里。圖2為1個監(jiān)測節(jié)點布置圖。

采用掘進機施工法時，首先需要在選定地點開鑿支洞，當(dāng)支洞深度達到主隧洞高程后，縱向拓寬空間，形成掘進機安裝洞室，為掘進機安裝與調(diào)試拓展空間（見圖3）。由于支洞和掘進機安裝洞室的開挖只能采用傳統(tǒng)的爆鉆法，易造成周圍巖系的松動和變形，所以支洞及掘進機安裝洞室應(yīng)作為隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的1個監(jiān)測節(jié)點。

支洞附近具有電源可靠且選取方便，可利用的空間較大的特點，可將各監(jiān)測節(jié)點需配電的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及通信傳輸設(shè)備布置在支洞里。

2.2 隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的管線敷設(shè)

2.2.1 管線沿輸水隧洞的縱向敷設(shè)

根據(jù)輸水隧洞的橫剖結(jié)構(gòu)圖。隧洞結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸線纜及現(xiàn)地監(jiān)測單元工作電源線纜宜預(yù)先埋設(shè)在輸水隧洞內(nèi)側(cè)，即隧洞管片和隧洞巖石壁之間的注漿及鋼筋防護層。

2.2.2 特殊節(jié)點管線敷設(shè)

當(dāng)隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測的監(jiān)測節(jié)點的設(shè)定在兩支洞之間時，則會出現(xiàn)就地監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的供電電源難以解決的問題。以某工程輸水隧洞為例，當(dāng)隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測的監(jiān)測節(jié)點設(shè)在以鉆爆法施工的隧洞中間段時。監(jiān)測節(jié)點距離兩邊支洞口均有10 km左右。如采用有源監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備時電源可取自某支洞口，由于距離較遠（10 km左右）則需要選配變電設(shè)備。受輸水隧洞結(jié)構(gòu)及功能所限，對所選設(shè)備的體積及安全使用壽命要求極其嚴格，還需在隧洞一側(cè)開鑿耳室放置上述設(shè)備。輸水隧洞投入使用后，該耳室還需要進行密封防水處理。另一種方案是采用布里淵散射系統(tǒng)光纖傳感器，傳感測試距離可以達到幾十公里，但受其工作原理所限，該傳感器功能相對單一，并不能滿足隧洞結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)的采集。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，會有越來越多的新產(chǎn)品和新技術(shù)應(yīng)用到輸水隧洞結(jié)構(gòu)安全系統(tǒng)中來，為水利工程中的輸水隧洞順利安全施工及運營提供更加準確及時的預(yù)測和分析。

參考文獻

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關(guān)鍵詞　煤礦安全　監(jiān)測系統(tǒng)　物聯(lián)網(wǎng)　傳感器網(wǎng)絡(luò)

1　前言

煤炭作為我國重要的能源之一，在國民經(jīng)濟發(fā)展中有著至關(guān)重要的地位。然而，在我國煤礦企業(yè)管理過程中，安全問題尤為突出。安全與生產(chǎn)的關(guān)系是相輔相成的，只有創(chuàng)造一個穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)環(huán)境，才能保障更高的生產(chǎn)效率，才能帶來更多的經(jīng)濟效益。

安個與生產(chǎn)的問題不只是煤礦企業(yè)高度重視的對象，所有的礦山開采企業(yè)都必須認真考慮。傳統(tǒng)的人工苦力開采己經(jīng)不再存在，智能化開采技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)部分環(huán)節(jié)由機器設(shè)備代替人工，這也是減少礦一山事故人員傷亡的措施之一。隨著礦山開采深度的增加，高地應(yīng)力、高溫等問題也隨之而來，使開采作業(yè)遇到一系列難題，這就要求智能技術(shù)必須不斷的提高?，F(xiàn)如今，基于數(shù)字化、信息化與集成化，對井下部分作業(yè)過程和環(huán)境狀況進行實時監(jiān)測、分析，實現(xiàn)了計算機網(wǎng)絡(luò)管理智能化。

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用到礦山安全管理過程中，通過嵌入在各種設(shè)備中的傳感器采集其運作信息，并對這些信息進行處理和共享，實現(xiàn)煤礦企業(yè)所有工作人員之間、工作人員與運轉(zhuǎn)設(shè)備之間及所有運轉(zhuǎn)設(shè)備之間的智能化管理，打造一個先進的智慧礦山。

物聯(lián)網(wǎng)在礦山方面的應(yīng)用發(fā)展正處于初級階段。2010年3月，徐州市提出基于礦區(qū)智能化的“感知礦山”的概念，政府與中國礦業(yè)大學(xué)合作建立了感知礦山工程研究中心，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要研究領(lǐng)域。它通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦一山的可視化、智能化和數(shù)字化。其目的在于將礦山的地理、地質(zhì)、生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工、運銷等各種綜合信息進行數(shù)字化，將感知、傳輸、信息處理及智能云計算等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代采礦、礦物加工等技術(shù)相互緊密結(jié)合，以實現(xiàn)詳盡地動態(tài)地描述并控制礦山生產(chǎn)與運營的安全過程，解決礦山瓦斯爆炸、透水事故等各種災(zāi)害預(yù)防的難題。

“感知礦山”不僅能夠提高礦山的安全管理水平，它更多的是能夠增加生產(chǎn)，利用信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)感知并監(jiān)控礦區(qū)運煤皮帶、煤倉、變電站等各個生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)，很大程度上提高了礦區(qū)的自動化生產(chǎn)水平。實施“感知礦山”的重點是將與安全生產(chǎn)相關(guān)的感知層設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。在礦區(qū)建設(shè)生產(chǎn)過程中，所使用的傳感器生產(chǎn)廠商不一，協(xié)議接口也就不一致，更甚者，在早期建設(shè)的項目中，有些設(shè)備是沒有智能接口的?？傊兄V山的基礎(chǔ)就是將設(shè)備全面接入傳感網(wǎng)絡(luò)對礦區(qū)進行多層次實時監(jiān)測。

2　系統(tǒng)組成

系統(tǒng)總體采用分布式架構(gòu)，如圖1所示，將視頻監(jiān)控與語音對講等數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)警、報警與視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的聯(lián)動，提高礦井的安防水平和快速反應(yīng)能力。整個遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用井下分控、礦區(qū)總控、各級安全監(jiān)管機構(gòu)三級構(gòu)架組成的多層監(jiān)測模式。各級安全監(jiān)管機構(gòu)可實時查看所轄礦區(qū)的安全生產(chǎn)情況數(shù)據(jù)。每個礦區(qū)設(shè)一個總控室對各礦井進行管理，各礦井設(shè)分控室對應(yīng)礦井內(nèi)各種傳感數(shù)據(jù)進行分析和管理。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：各級安全監(jiān)管機構(gòu)和各礦區(qū)之間通過監(jiān)控專網(wǎng)連接；各礦區(qū)內(nèi)分控與總控之間采用專用IP網(wǎng)絡(luò)連接；

前端系統(tǒng)：分控室前端采取模數(shù)結(jié)合、集中編碼的方法，按自成系統(tǒng)、獨立管控（含控制、存儲）的要求來構(gòu)成。前端系統(tǒng)能獨立完成安防及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有基本功能。

總控系統(tǒng)：由于前端系統(tǒng)功能較強大和完善，總控系統(tǒng)就顯得相對簡單，總控室的任務(wù)可根據(jù)實際現(xiàn)場情況向更重要的目標(biāo)轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)更具針對性和實用性。本設(shè)計采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、VGA上墻，屏幕墻采用兩個由4×46寸液晶屏的拚屏屏幕墻；

傳感器系統(tǒng)：分控部分集成了瓦斯、壓力、光纖（用于監(jiān)測頂板應(yīng)力、應(yīng)變、彎曲、裂縫、蠕變及位移等參數(shù)變化）、漏電檢測傳感器、溫度、氣體、濕度等等多種傳感器，實現(xiàn)對井下生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的全局監(jiān)控。

對講系統(tǒng)：總控室與崗樓、門衛(wèi)值班室、各分區(qū)分控室配備相應(yīng)的對講系統(tǒng)。系統(tǒng)為總線制的二級網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)，具備全雙工呼叫對講、任意一點一址監(jiān)聽、任意一點一址（或多址、全址）廣播、與視頻的聯(lián)動報警等功能。

2.1　硬件系統(tǒng)設(shè)計

井下分控單元需要將各個傳感器采集的數(shù)據(jù)進行基本處理和傳輸，根據(jù)這一需求和井下具體環(huán)境的影響，本文采用基于ZigBee的無線傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)不同傳感器應(yīng)用形式和環(huán)境，將井下傳感器均做成傳感器節(jié)點的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與基本處理功能。 基于ZigBee的傳感器單元硬件組成如圖2所示，包括電源模塊、無線收發(fā)模塊、接口電路、串口模塊、傳感器、微處理器等?？紤]到zigBee模塊要需要安裝ZigBee協(xié)議棧，微處理器需要自帶一個一定容量的可編程flash存儲器，因此ZigBee模塊的微處理器需要采用8位或16位的高性能單片機。

2.2　軟件系統(tǒng)設(shè)計

傳感器單元的軟件設(shè)計主要包括，模塊的定義、系統(tǒng)參數(shù)初始化設(shè)置和模塊功能實現(xiàn)三個部分。模塊定義主要根據(jù)應(yīng)用要求定義模塊是FFD還是RFD，從而確定節(jié)點的性質(zhì)和軟件內(nèi)核的規(guī)模。系統(tǒng)參數(shù)初始化主要進行協(xié)議棧的配置，參數(shù)初始化流程如圖3所示。首先定義系統(tǒng)的時鐘信號，然后定義ZigBee芯片所連接的MCU類型和型號，接下來定義通信模塊性質(zhì)，即通信模塊是全功能節(jié)點還是精簡功能節(jié)點，再接著定義模塊的工作頻率和電源管理方式及ZigBee網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)地址、節(jié)點所屬接口、集群等。

3　安全策略

ZigBee采用了分級的安全性策略：無安全性、接入控制表、32比特AEs和128比特AES。如果系統(tǒng)是用于安全性要求不高的場景，可以選擇級別較低的安全措施，從而換取系統(tǒng)成本和功耗的降低；反之，在安全性要求較高的應(yīng)用場景（如軍事），l丁以選擇較高的安全級別。這樣，廠l衍可以綜合考慮功耗、系統(tǒng)處理能力、成木和應(yīng)用環(huán)境等方面因素而采取適當(dāng)?shù)陌踩墑e。藍牙協(xié)議在基帶部分定義了設(shè)備鑒權(quán)和鏈路數(shù)據(jù)流加密所需要的安全算法和處理過程。設(shè)備的鑒權(quán)是強制性的，所有的藍牙設(shè)備均支持鑒權(quán)過程，而鏈路的加密則是可選擇的。藍牙設(shè)備的鑒權(quán)過程是基于問詢一響應(yīng)模式和共享的加密方式。為了使藍牙鏈路的數(shù)據(jù)流具有隱蔽性，可以使用1比特的流密碼對鏈路進行加密。密鑰大小隨著每個基帶分組數(shù)據(jù)單元傳輸而改變。加密密鑰可以從對設(shè)備鑒權(quán)中得到。這意味著，在使用鏈路加密之前，兩個設(shè)備之間至少已經(jīng)進行了一次鑒權(quán)。密鑰的最大長度為128比特。

4　系統(tǒng)特點

（1）對煤礦進行多部門、多層次立體網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)管，顯著增加各種違規(guī)操作的成本，進而提高煤礦安全監(jiān)管水平；

（2）利用ZIGBEE技術(shù)，形成礦區(qū)局部自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對礦區(qū)各項監(jiān)控指標(biāo)的實時立體監(jiān)管；

（3）考慮國家能源信息的敏感性，建立了多種信息加密機制，提高整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的安全性能。

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關(guān)鍵詞：嘉陵江中游 城市供水 水質(zhì)安全 監(jiān)測系統(tǒng) 監(jiān)測模式

中圖分類號：TU991.21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0003-03

城市供水安全主要是針對居民的生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水以及消防用水等方面的安全性，能夠滿足居民健康標(biāo)準、工業(yè)用水質(zhì)量標(biāo)準、用水量和水壓的各方面的要求，保持用水的充足、凈水設(shè)施完備、輸配水合理，保證水質(zhì)檢測和供水系統(tǒng)的正常運行。對于嘉陵江中游城市南充市而言，雖已經(jīng)建立了較為完善的城市用水水質(zhì)安全監(jiān)測系統(tǒng)，能夠為城市供水安全提供一定的保障，但是這些城市仍然面臨著巨大的環(huán)境問題和水資源問題，尤其是近年來，隨著水質(zhì)的惡化和環(huán)境污染，人們對水質(zhì)要求越來越高，政府和相關(guān)供水企業(yè)在水質(zhì)安全監(jiān)測中還存著一些問題，這也給城市用水帶來一些安全隱患。同時，飲用水安全問題一直是中國面臨的重要問題，它不僅影響人民群眾的生命健康，還制約著經(jīng)濟的發(fā)展，做好城市供水安全監(jiān)測工作具有重要的意義。

1 城市供水安全的概念

安全飲水對人們身體健康有著至關(guān)重要的作用，同時安全飲水也是一項基本的人權(quán)，而供水的安全性直接影響著公眾健康和社會穩(wěn)定。供水安全包含兩個方面的含義，一方面供水水質(zhì)應(yīng)該保持自然屬性上的安全性，在使用中不應(yīng)該給人體帶來短期或長期的健康危害；另一方面，供水系統(tǒng)對遭受突發(fā)事故的威脅，包括事故型供水水質(zhì)危機有自然災(zāi)害、突發(fā)性水質(zhì)污染事故、內(nèi)源性水質(zhì)惡化、自來水廠運行事故、破壞性水質(zhì)危機和有人為蓄意破壞或恐怖襲擊時，具有良好的預(yù)防、保護、應(yīng)急和恢復(fù)功能，即供水在社會意義上的安全性[1]。

影響水質(zhì)安全問題有許多因素，尤其是在我國水資源短缺，環(huán)境污染日益嚴重的情況下，城市化進程的加快，需要更大的用水量，而近年來自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，洪水、干旱，以及一些突發(fā)衛(wèi)生事件等自然與非自然因素等都造成了水資源的污染和破壞。一直以來，水質(zhì)安全監(jiān)測都引起了政府的高度重視，中國從1993年開始對城市供水水質(zhì)安全進行政府監(jiān)管后，城市水質(zhì)安全一直備受政府關(guān)注，嘉陵江中游地區(qū)主要流經(jīng)四川盆地，對于四川經(jīng)濟飛速發(fā)展后，水質(zhì)安全監(jiān)測系統(tǒng)也逐步完善。目前，中國水質(zhì)安全監(jiān)測模式正在向“多層次”、“全過程”的目標(biāo)邁進，同時引進了新的水質(zhì)安全監(jiān)控技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)等，全方位的保證供水安全。

2 嘉陵江中游城市供水水質(zhì)監(jiān)管機制及監(jiān)測系統(tǒng)分析

2.1 城市供水水質(zhì)監(jiān)管機制

目前，嘉陵江中游大部分城市的供水水質(zhì)安全都實行的多層面監(jiān)管制度，從水質(zhì)層面講，由于各監(jiān)管主體對水質(zhì)實行不同的監(jiān)管職能，因而，城市供水水質(zhì)監(jiān)管機制也是多層面的。監(jiān)管主體主要有城建公用事業(yè)部門、衛(wèi)生監(jiān)管管理部門、產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門、水行政主管部門和流域管理部門、環(huán)保、國土、地質(zhì)、礦產(chǎn)資源部門、工商行政消費者協(xié)會及社會監(jiān)督部門等。

例如：城建公用事業(yè)部門主要是通過《城市供水條例》、《生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理辦法》、《城市供水水質(zhì)管理規(guī)定》等法規(guī)，對城市公共供水和自建設(shè)施供水進行監(jiān)管，并負責(zé)規(guī)劃區(qū)水基礎(chǔ)建設(shè)，其監(jiān)管方式主要實行水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)預(yù)警和應(yīng)急管理等；衛(wèi)生監(jiān)管管理部門主要通過《生活引用水衛(wèi)生標(biāo)準》、《食品衛(wèi)生法》等法規(guī)，從食品衛(wèi)生安全出發(fā)，監(jiān)管水廠、管網(wǎng)、用水戶、涉水產(chǎn)品、自備井、二次供水等，控制不具備衛(wèi)生條件的企業(yè)單位的生產(chǎn)經(jīng)營權(quán)，防止水質(zhì)不過關(guān)帶來的疾病和疫情蔓延；產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門以《產(chǎn)品質(zhì)量法》、《食品質(zhì)量安全市場準入審查通則》等法規(guī)，以實驗室計量認可認證、抽查方式等方式，監(jiān)管涉水產(chǎn)品質(zhì)量、原輔材料使用水的食品水質(zhì)等；水行政主管部門和流域管理機構(gòu)以《水法》、《水文條例》、《取水許可和水資源費征收管理條例》等法規(guī)，實現(xiàn)水源水量和水質(zhì)的統(tǒng)一管理，以及引用水功能區(qū)劃和水質(zhì)監(jiān)測管理，水體污染事件管理等；環(huán)保國土地質(zhì)礦產(chǎn)資源部門以《水污染防治法》、《環(huán)境保護法》、《飲水用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》等法規(guī)，對污染排放源、飲水水源進行檢測，以及對一些突發(fā)性水體污染事件進行及時處理，實現(xiàn)供水安全監(jiān)測的職能；而工商行政消費者協(xié)會以及社會也集中參與對水質(zhì)的監(jiān)督和檢查，接受消費者投訴，實行調(diào)查、調(diào)解、監(jiān)督等職能。不同部門對水質(zhì)進行不同方面的監(jiān)管和控制，建立起了較為完善的城市供水監(jiān)管機制。

2.2 城市供水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)分析

隨著水污染的嚴重化，以地表水為主要水源的城市供水存在著許多安全隱患，一方面地表水容易受到生物、化學(xué)等因素的影響，另一方面會隨著季節(jié)的變化容易發(fā)生水質(zhì)突變，給自來水廠的處理帶來了極大的不穩(wěn)定性，當(dāng)水質(zhì)突變程度超出水廠承受的范圍，則會對城市供水水質(zhì)產(chǎn)生極大影響。因此，需要定期對水源地水質(zhì)進行預(yù)警監(jiān)控。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在水質(zhì)安全檢測系統(tǒng)已經(jīng)逐步實現(xiàn)了自動監(jiān)測，出現(xiàn)了以GPS、GPRS/GSM、微波等技術(shù)，以及多功能水質(zhì)傳感器與計算機緊密相連的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)有效地運用在水質(zhì)安全監(jiān)測工作中，但水質(zhì)自監(jiān)測系統(tǒng)側(cè)重于水質(zhì)的監(jiān)測，對水質(zhì)危害的預(yù)警還不夠，且監(jiān)測系統(tǒng)所選定的多為常規(guī)指標(biāo)，還不能夠全方位的反映出水質(zhì)的變化狀況。

水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一個以在線分析儀表和實驗室研究需求為服務(wù)目標(biāo)，以提供具有代表性、及時性和可靠性的樣品信息為核心任務(wù)，運用自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、WEBGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）并配以專業(yè)軟件，組成一個從取樣、預(yù)處理、分析到數(shù)據(jù)處理及存貯的完整系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對水樣品的在線自動監(jiān)測[8]。

該自動監(jiān)測系統(tǒng)可包含多個子系統(tǒng)，如取樣、預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)相互協(xié)作卻又獨立運作，以保證成整個在線自動監(jiān)測系統(tǒng)有效地運行。這中間的取水系統(tǒng)它主要包含取水頭、取水泵、水樣輸送管道和流速流量調(diào)節(jié)幾個環(huán)節(jié)，對水進行取樣檢測，具有代表性、可靠性和連續(xù)性。取水系統(tǒng)主要分為直取式和浮筒式兩種量取水方式，直取式主要用于水位變化較小的環(huán)境，如自來水涵管取水、污水源取水等；浮筒式則用于如地表水這樣的水位變化較大的環(huán)境。預(yù)處理系統(tǒng)是對水樣進行純度鑒定后進行預(yù)處理，從而決定對所選樣水區(qū)域進行何種等級的水預(yù)處理。預(yù)處理環(huán)節(jié)主要通過自然沉降、物理過濾等方式，對水樣純度進行鑒別，從而盡可能地排除干擾，影響儀表分析。數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)主要有采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)的功能，并保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的自動運行，主要由PLC、中心站計算機、變送器、執(zhí)行機構(gòu)等多個部分組成。集成輔助系統(tǒng)主要任務(wù)在于保障水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要根據(jù)不同水質(zhì)情況、環(huán)境因素等作現(xiàn)場調(diào)整，不僅要注意管路殘留的污垢、孳生的藻類的定時清洗，還需要保證電力的穩(wěn)定性、并預(yù)防雷擊、注意調(diào)節(jié)溫濕度，以保證儀表的正常運行和接收數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性。

3 城市供水水質(zhì)監(jiān)管存在的問題及原因分析

3.1 缺乏信息溝通機制，無法及時反映水質(zhì)情況

嘉陵江流域城市供水水質(zhì)監(jiān)測一直都存在著“信息孤島”的現(xiàn)象，由于水源水質(zhì)監(jiān)測、出場水和管網(wǎng)水檢測所涉及的部門眾多且分管不同項目，例如水源水質(zhì)檢測包括環(huán)保、水利水文、城建等部門，涉水出廠水、管網(wǎng)水檢測包含衛(wèi)生防疫、技術(shù)監(jiān)督等部門。如果部門之間缺乏有效的信息溝通和傳輸渠道，以及完整的檢測項目編碼、評價體制，則會導(dǎo)致各部門行事之間出現(xiàn)脫節(jié)的現(xiàn)象，甚至?xí)驗樾畔鬟f不及時，導(dǎo)致城市供水出現(xiàn)安全隱患，威脅道人民的生命健康。

3.2 主管、監(jiān)管職責(zé)權(quán)限界定模糊

流域內(nèi)城市飲用水源水水質(zhì)監(jiān)管機構(gòu)較多，如水利部門、環(huán)境保護機構(gòu)、城建公用等等，但是由于每個部門的社會功能不同，所以對水源水質(zhì)監(jiān)管的職責(zé)和范圍也不相同，但并沒有明顯的監(jiān)管責(zé)權(quán)分界面，監(jiān)管主體責(zé)任不清，客體模糊。例如《水污染防治法》和《水法》中對污水監(jiān)測管理都有部門規(guī)劃，《水法》規(guī)定水行政部門監(jiān)測水質(zhì)、對設(shè)置排污口進行許可管理，《水污染防治法》規(guī)定水利和環(huán)保部門進行排污管理，這就使得部門之間存在職能交叉，當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)惡化或污染情況時，監(jiān)管責(zé)任不清，導(dǎo)致無法及時對水污染進行處理，而引起水質(zhì)安全問題。同時飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準不一，各個部門之間對水質(zhì)標(biāo)準體系、指標(biāo)、評價等的界定不一致，且與生活飲用水不協(xié)調(diào)統(tǒng)一，很難準確的界定水質(zhì)的安全標(biāo)準。尤其在水源發(fā)現(xiàn)病原體污染時，由于權(quán)責(zé)不清，水質(zhì)標(biāo)準不一，供水企業(yè)對日常水質(zhì)檢測并沒有“傳染病病原體污染”這一項，而衛(wèi)生部門的水質(zhì)衛(wèi)生與合格指標(biāo)籠統(tǒng)，因而無法及時制止病原體對水的污染，導(dǎo)致產(chǎn)生嚴重后果。

3.3 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施維護問題分析

流域內(nèi)各城市供水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)有精密的儀器和基礎(chǔ)設(shè)施，都需要進行定期的維護和設(shè)備檢查，以保證整個監(jiān)測系統(tǒng)的運行和準確性。同時，一方面由于科學(xué)技術(shù)的不斷更新，基于信息化技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)也在不斷更新，另一方面水質(zhì)污染種類不斷增加和變化要求更精密、準確的系統(tǒng)對水質(zhì)安全進行監(jiān)測和預(yù)警，因而，城市供水水質(zhì)安全檢測系統(tǒng)需要定期更新系統(tǒng)，引進新的技術(shù)，才能做到更大范圍的防范。然而由于資金、技術(shù)人員等各種原因，水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備往往會經(jīng)久不換，無法發(fā)現(xiàn)新的水質(zhì)污染問題，還有可能由于維護不到位的原因?qū)е聰?shù)據(jù)不精確，引起水質(zhì)安全問題卻在短時間內(nèi)沒有被發(fā)現(xiàn)，從而嚴重威脅到嘉陵江流域人民群眾的健康。

4 城市供水水質(zhì)安全檢測系統(tǒng)模式的改進

4.1 建立城市供水水質(zhì)安全監(jiān)測應(yīng)急體系

城市供水安全是隨著社會進步、城市化進程不斷加快而加快的，且城市供水系統(tǒng)涉及范圍廣、影響大，且整個城市社會群體皆參與其中，因而，城市供水安全一直是人們關(guān)注的焦點。近年來中國發(fā)生的水質(zhì)安全雖然得到有效控制，但水質(zhì)安全威脅依舊存在，我們必須從環(huán)境水平和可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，常備不懈的做好城市供水安全監(jiān)測管理工作。供水企業(yè)是保障供水安全的主體，因而，應(yīng)該建立覆蓋面廣、實時監(jiān)測的供水監(jiān)測系統(tǒng)，以提供準確無誤的水源信息、指數(shù)、數(shù)據(jù)資料等，做出相關(guān)分析和評價。另外，政府監(jiān)督部門在水源出現(xiàn)安全問題時，應(yīng)及時啟動應(yīng)急預(yù)案，指揮各部門進行急救措施，做到處置有序、措施得當(dāng)、保障有力，在問題解決后，總結(jié)并制定為應(yīng)急預(yù)案文檔，以備模擬演練和可視化培訓(xùn)。

4.2 建立信息溝通機制，明確監(jiān)管人職責(zé)

為建立有效、快速的水質(zhì)監(jiān)測、預(yù)警、處理系統(tǒng)，首先應(yīng)該建立橫向信息溝通機制，在各地建設(shè)主管部門所負責(zé)的行政區(qū)域建立一體化的信息溝通系統(tǒng)，保證水利水文、環(huán)保局、衛(wèi)生防疫機構(gòu)等各個部門之間的信息溝通和及時反饋，并實現(xiàn)“水污染源-原水水質(zhì)-出廠水質(zhì)-二次供水水質(zhì)-管網(wǎng)-用戶水質(zhì)”的一體化信息管理模式。同時，明確監(jiān)管人職責(zé)，協(xié)同處理水質(zhì)安全問題，共享水源水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)和污染防治信息，并實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測與水量監(jiān)測結(jié)合。

另外，建立統(tǒng)一的水質(zhì)指標(biāo)評價體系和標(biāo)準，方便各部門之間對水質(zhì)進行統(tǒng)一的分析和數(shù)據(jù)反饋，建立容易被大眾接受的水質(zhì)指標(biāo)和評價參數(shù)，一方面有助于確定測評水質(zhì)的缺陷等級，另一方面進行相互監(jiān)督和測評。同時政府應(yīng)該加大對二次供水和自備井供水的監(jiān)管機制，加強水質(zhì)監(jiān)管能力，并實現(xiàn)供水“部門-公眾-監(jiān)管部門”為一體的水質(zhì)監(jiān)督體系。

5 結(jié)語

嘉陵江中游地區(qū)多為丘陵地帶，該區(qū)域的嘉陵江水質(zhì)相對較為穩(wěn)定，椐南充市環(huán)境保護局2010年環(huán)境質(zhì)量報告書的數(shù)據(jù)顯示，南充市飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測斷面清泉寺（二水廠）按國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》（GB3838-2002）Ⅲ類水質(zhì)評價，年均值超標(biāo)項目為總氮，單項指數(shù)1.19，嘉陵江其余支流都出現(xiàn)了總氮、氨氮等過多超標(biāo)現(xiàn)象，這些情況都是由于城市化進程太快造成水環(huán)境污染日益嚴重的后果，因此，對于城市供水水質(zhì)安全還需要加倍重視。從水源到用水龍頭，則代表一個完整的供水系統(tǒng)。筆者認為，城市供水一定要符合水質(zhì)標(biāo)準，相關(guān)部門應(yīng)該從水源頭到水龍頭進行全方位的質(zhì)量監(jiān)測和管理，選擇符合要求的水源地，對水源地進行水質(zhì)勘測和監(jiān)測措施，保證遠水輸水系統(tǒng)的安全標(biāo)準，在凈水和水生產(chǎn)設(shè)備的維護上要做到定期、定時的檢查和維護，保證儀器數(shù)據(jù)的精確性。同時，為了更好做到水質(zhì)安全監(jiān)測和管理，還應(yīng)該建立健全城市供水水質(zhì)安全檢測系統(tǒng)，改進系統(tǒng)監(jiān)測運行模式，從每一個環(huán)節(jié)做好水質(zhì)安全工作，加強預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的建設(shè)，保證水質(zhì)信息的及時接收和傳遞，從而保證水質(zhì)安全監(jiān)測系統(tǒng)的有效運行。

參考文獻

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篇8

關(guān)鍵字：長距離輸水；工程；安全監(jiān)測；問題；

中圖分類號： TV672 文獻標(biāo)識碼：A

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，中國的水資源分布不平衡狀況日漸突出，為此，各地陸續(xù)興建了一系列對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟有重要影響的長距離引供水工程。為保證這些工程的安全可靠運行，其安全監(jiān)測工作也越來越引起相關(guān)部門的重視。為緩解日益緊張的生產(chǎn)和生活用水壓力，近年來從國家到地方相繼投資建設(shè)了大量引水、供水工程。

一、引供水工程安全監(jiān)測的基本特點

與大壩等水工建筑物的安全監(jiān)測相比，長距離引供水工程的安全監(jiān)測有著不同的特點和要求。

（一）監(jiān)測要求不同。引供水工程安全監(jiān)測的對象多為隧洞、渡槽、渠道進出水口等，與大壩等水工建筑物不同的是，它們的運行工況變化較快，對測量的及時性要求較高，沿線的壓力、水位、位移測量和傳輸必須在較短的時間內(nèi)完成。

（二）監(jiān)測項目和監(jiān)測重點不同。引供水工程除需要對通過地質(zhì)條件薄弱地段的結(jié)構(gòu)物應(yīng)力、應(yīng)變及滲壓、變形進行必要的測量外，一般還需要監(jiān)測沿線的水位、流量、水質(zhì)參數(shù)。不同的引供水工程關(guān)注的監(jiān)測重點也不同。

（三）引供水工程多分布于遠離鬧市區(qū)的野外，測點分散，點多面廣，交通不便，不利于測點設(shè)備的維護，而且，要保證工程沿線所有監(jiān)測站都采用穩(wěn)定的220 V交流供電也有難度。由于測站分布廣，通信距離遠，保障自動化系統(tǒng)通信暢通非常重要。

二、設(shè)計方面應(yīng)注意的問題

鑒于引供水工程的安全監(jiān)測目前尚無專門的規(guī)范可循，設(shè)計階段一般采用混凝土壩監(jiān)測規(guī)范和土石壩監(jiān)測規(guī)范作為依據(jù)，以監(jiān)控工程安全為主，并遵循“實用、可靠、先進、經(jīng)濟”的設(shè)計原則。結(jié)合引供水工程的特點，從工程實施與運行管理方面考慮，設(shè)計階段還必須對設(shè)備選型、測點優(yōu)化、測站布設(shè)與防雷設(shè)計、通信方式及供電可靠性等方面給予充分的重視。

（一）設(shè)備選型

引供水工程單個測站內(nèi)往往需要引入不同測量原理的傳感器，但儀器的數(shù)量相對較少，多數(shù)僅為1支或2支，造成測量單元的容量浪費很大。

（二）通信方式的選擇

對引供水工程而言，監(jiān)測站之間常常相距很遠，甚至可達數(shù)十千米，采用光纖通信是一種很好的選擇。采用光纖作為傳輸介質(zhì)能有效避免雷電、浪涌、電磁干擾等對傳輸線路的影響。

（三）測站的防雷設(shè)計

水電站水工建筑物附近都建有完善的防雷接地網(wǎng)，位于大壩壩上或壩內(nèi)的測站往往處于其保護范圍內(nèi)，發(fā)生頻繁雷擊事故的概率不大。而引供水工程的測站多處于野外，因雷擊而影響設(shè)備正常運行的事故多次發(fā)生，個別測站投入運行后，由于受雷擊影響而不得不補做防雷接地設(shè)施。

（四）良好的安裝埋設(shè)質(zhì)量是工程成功的前提

埋設(shè)安裝是工程施工的重要環(huán)節(jié)，除需嚴格按照規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求實施外，以下細節(jié)也應(yīng)給予足夠的重視：

1、測點位置的放樣。對位于隧洞內(nèi)薄弱地帶的監(jiān)測斷面放樣定位時，應(yīng)詳細了解設(shè)計思路，并根據(jù)隧洞開挖后的地質(zhì)描述，決定擬安裝的斷面是否與實際相符。

2、電纜的保護。實際統(tǒng)計表明，電纜破壞是造成引供水監(jiān)測儀器損壞的最主要原因，因此必須加強電纜保護工作。除在施工過程中加強防護外，對于在襯砌內(nèi)牽引的電纜，還應(yīng)及時在襯砌表面作出標(biāo)記，防止其他土建施工單位由于不了解情況而損壞電纜。

3、測量工作。由于引供水工程安全監(jiān)測斷面分散，在儀器已安裝而自動化系統(tǒng)未安裝前，為保證足夠的測量頻次，應(yīng)準備充分的測量人員和測量設(shè)備，以防止在系統(tǒng)安裝高峰期出現(xiàn)漏測或停測。

三、質(zhì)量監(jiān)督管理應(yīng)注意的問題

引供水工程安全監(jiān)測工作現(xiàn)場往往位于多個土建施工標(biāo)段內(nèi)，涉及的監(jiān)理單位較多，工程的質(zhì)量管理往往也由多家監(jiān)理負責(zé)。與土建工程和機電工程的質(zhì)量控制關(guān)鍵節(jié)點相比，安全監(jiān)測的質(zhì)量管理有明顯不同，以下工作應(yīng)給予充分重視：

（一）安全監(jiān)測儀器基本屬于安裝后不可更換的隱蔽設(shè)備，對于重點部位和重點觀測斷面，應(yīng)加強放樣后的核查工作，防止儀器埋設(shè)位置出現(xiàn)失誤。

（二）重視儀器埋設(shè)初期的資料核查。引供水工程安全監(jiān)測工作現(xiàn)場施工干擾大，儀器埋設(shè)初期最易造成損壞，加強儀器埋設(shè)初期的資料核查，可督促儀器埋設(shè)單位及時檢查儀器工況，發(fā)現(xiàn)問題也有可能采取必要的補救措施。

（三）指導(dǎo)施工單位進行合理的單元工程、分部工程劃分。由于安全監(jiān)測點多面廣，又有各種類型傳感器、測量設(shè)備、不同功能要求的軟件等，工程劃分存在一定的難度，也給以后的質(zhì)量評定工作及工程驗收造成不利影響。

四、運行維護應(yīng)注意的問題

引供水工程安全監(jiān)測工作涉及到水工、結(jié)構(gòu)、傳感器、通信、自動化等多個學(xué)科，對運行管理人員的要求較高，運行管理單位除應(yīng)抓好技術(shù)人員的培訓(xùn)工作外，以下工作也應(yīng)提前納入考慮范疇：

（一）監(jiān)控模型和監(jiān)控指標(biāo)的研究。離開監(jiān)控模型和監(jiān)控指標(biāo)，整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)只能停留在監(jiān)測水平上，而得到合理、實用的監(jiān)控模型，將監(jiān)控指標(biāo)用于安全評判和預(yù)報，需要考慮多方面的因素，技術(shù)難度大，應(yīng)結(jié)合工程具體情況提前開展專門研究。

（二）特殊情況下安全監(jiān)測的替代方案研究。在通信及電源中斷，特別是在地震、洪水等極端自然災(zāi)害出現(xiàn)時，如何保證及時獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)？有必要開展各種特殊情況下的應(yīng)急預(yù)案研究。

參考文獻：

[1] 戴娜，羅招貴，周林虎等.大伙房長距離輸水工程SCADA系統(tǒng)設(shè)計[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2010，34（2）：80-84.DOI：10.3969/j.issn.1671-3893.2010.02.022.

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【關(guān)鍵詞】短板效應(yīng)；高速公路橋梁；安全監(jiān)測

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)的規(guī)模不斷擴大，到2013年末，高速公路總里程為10.4萬公里。為了確保高速公路的安全性和通暢性，日常安全監(jiān)測和維護工作量極大。特別是高速公路的橋梁多、分布廣、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的橋梁安全監(jiān)測方法已很難滿足高速發(fā)展的需求[1]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，基于短板效應(yīng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)被研發(fā)并應(yīng)用，提高了安全監(jiān)測的效率。

2 基于短板效應(yīng)橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)的概述

以往對高速公路橋梁監(jiān)測主要采取人工定期檢測存在諸多的不足，比如：對橋梁結(jié)構(gòu)損傷反應(yīng)不夠迅速、易受人為因素干擾、影響正常交通、難到達檢測難度的區(qū)域、檢測信息不完整等。為有效彌補這些不足，上世紀末期，國際上就提出了無人值守、即時監(jiān)測的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)。短板效應(yīng)，就是說水桶的高低不影響其盛水高度，而是由最短木板所決定?；诖死碚摚杂绊憳蛄航Y(jié)構(gòu)安全參數(shù)為“短板”，比如：橋梁墩臺的沉降等，建立高速公路橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，可有效降低系統(tǒng)的費用，提高檢測效率，提升了實際應(yīng)用價值。

3 基于短板效應(yīng)橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 基本原理

本系統(tǒng)主要應(yīng)用了連通管式電感液位傳感器，以橋梁墩臺的沉降為主要監(jiān)測標(biāo)準，即以其為“短板”，其基本原理是在被監(jiān)測的橋墩和基準點之間裝配連通管道，即把兩點間垂直向的相對位置轉(zhuǎn)變成連通管內(nèi)液面的變化，通過連通管原理測得液面變化來計算出被測橋墩相對基準點的垂直變化。如果把基準點設(shè)于其它橋墩，該位置變化就是橋墩的相對沉降變化。如果把基準點設(shè)于永久點上，該位置變化則為橋墩的絕對沉降[2]。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

本研究中的監(jiān)測系統(tǒng)主要有：水管、連通管、通訊設(shè)備、電感式數(shù)字液位傳感器、監(jiān)測服務(wù)器及沉降監(jiān)測軟件構(gòu)成。在對墩臺沉降監(jiān)測時，首先應(yīng)在橋梁墩臺上布設(shè)多個測量點，每一個測量點均可對該點的液位進行動態(tài)實時測量；液位傳感器則通過RS-485總線串聯(lián)一起，測量所得的數(shù)據(jù)則通過總線多點采集功能傳輸?shù)奖O(jiān)測服務(wù)器，并保存于數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測軟件則對各測點的沉降進行實時計算，并繪制監(jiān)測數(shù)據(jù)的時程曲線。

在實際測量過程中，將橋墩的沉降變化通過連通管管液面變化來反映，電感液位傳感器反映出液面變化的情況，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并儲存于傳感器的緩存中。通訊控制設(shè)備根據(jù)設(shè)置好的采樣數(shù)據(jù)和頻率定時從傳感器獲得所需的測量信息，通訊控制設(shè)備把這些信息傳輸?shù)街行谋O(jiān)測服務(wù)器，再通過特點軟件進行儲存和管理，同時計算機進行自動計算，將被測高速公路的橋梁墩臺沉降變化反映出來。在實際操作中，往往因高速公路橋梁地域分布較為廣泛，橋址和監(jiān)測中心存在一定的距離，為實現(xiàn)及時、快捷的數(shù)據(jù)通訊，可應(yīng)用無線通訊實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。采集器則和DTU無線網(wǎng)關(guān)進行連接，應(yīng)用3G、2G、電信等無線通訊技術(shù)和監(jiān)測中心進行數(shù)據(jù)的交換和傳輸。在數(shù)據(jù)計算完成后存儲于中心服務(wù)器，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問，查詢橋梁墩臺的變化數(shù)據(jù)[3]。

4 實際應(yīng)用

對上海某高速公路橋梁進行安全監(jiān)測，該橋梁為上海至浙江高速段的一座大型連續(xù)性橋梁，全長約512m，根據(jù)橋梁的資料，確定其12#和13#橋墩存在相對沉降，以14#橋墩為基準點，將測量點設(shè)置在12#和13#梁橋墩的上下游測，基準點則設(shè)在14#的上下游測完成測量點的布置。再應(yīng)用安全監(jiān)測系統(tǒng)進行檢測，發(fā)現(xiàn)12#和13#的相對沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)相對基準點未發(fā)生變化，表明對該橋梁不存在安全風(fēng)險。要強調(diào)的是，對特別重要的高速公路橋梁，不能單單依靠單一監(jiān)測，應(yīng)進行全面的監(jiān)測。

5 結(jié)語

通過本研究表明，建立基于短板效應(yīng)的高速公路橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)能及時有效的反映出大大橋墩的沉降變化狀況，為橋梁的日常維護提供重要的數(shù)據(jù)參考，可有效提高橋梁養(yǎng)護的技術(shù)水平，提高監(jiān)測效率和質(zhì)量，降低監(jiān)測和維護成本?；诙贪逍?yīng)的高速公路橋梁安全監(jiān)測可直接監(jiān)測到影響橋梁安全的關(guān)鍵性因素，在滿足監(jiān)測的要求下，相比傳統(tǒng)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，可大幅減少系統(tǒng)建立規(guī)模，減少投入，實現(xiàn)了技術(shù)性和經(jīng)濟性的最佳平衡。通過本研中的實際應(yīng)用，表明該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性，且操作方便，在高速公路橋梁監(jiān)測中具有重要的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]周華東.公路橋梁運營安全監(jiān)測技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué).2014，（6）：14-16

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[關(guān)鍵詞]煤礦生產(chǎn)；監(jiān)測監(jiān)控；集中式；分布式

近年來，我國煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況十分嚴峻，重、特大惡性事故頻發(fā)，不僅給國家財產(chǎn)和人民生命帶來了巨大損失，而且還產(chǎn)生了惡劣的社會影響，煤礦安全問題已成為影響煤炭工業(yè)生產(chǎn)以至于社會穩(wěn)定的重大問題。煤礦事故頻發(fā)的主要原因有：（1）對煤礦中危險有害因素的監(jiān)測和控制存在缺陷；（2）煤礦中各種類型系統(tǒng)相互獨立，信息不互通。國內(nèi)外的辯學(xué)研究翻工程實踐表明，對重大危險源實施安全監(jiān)控預(yù)警是預(yù)防和拄制重特大工業(yè)事故的有效途徑。實踐證明：任何事故的發(fā)生發(fā)展都有征兆出現(xiàn)，即安全狀態(tài)信息，這些信息大多數(shù)是可觀測的，有些還是可控的。為了從根本上解決煤礦安全問題，需要采用高新技術(shù)手段對煤礦實施安全監(jiān)控預(yù)警，隨時發(fā)現(xiàn)隱患，隨時進行排除，把事故消滅在萌芽狀態(tài)。

1.系統(tǒng)的組成

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測控系統(tǒng)層次上一般是分為兩級或三級管理的計算機集散系統(tǒng)，一般包含測控分站級和中心站級。每個測控分站負責(zé)某幾路傳感器信號的采集和某個執(zhí)行機構(gòu)的控制，實現(xiàn)了采集、控制分散：中心站負責(zé)數(shù)據(jù)的處理、儲存、傳輸，實現(xiàn)了管理的集中。中心站與分站和計算機網(wǎng)絡(luò)之間的通信、傳感器到測控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測控分站到執(zhí)行或控制裝置信號的傳輸，是通過傳輸信道實現(xiàn)的。

監(jiān)測系統(tǒng)一般由地面中心站，井下工作站，傳輸系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)運行軟件，存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計算機穩(wěn)定工作，一般還配備了機房恒溫調(diào)節(jié)，不間斷電源等輔助設(shè)施。

井下分站和傳感器構(gòu)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(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘査偷降孛嬷行恼荆毫硪环矫?，將地面中心站發(fā)來的指令或從傳感器送來應(yīng)由分站處理的有關(guān)信號經(jīng)處理后送至指定執(zhí)行部件，以完成預(yù)定的處理任務(wù)，如報警、斷電、控制局扇開啟等：并向傳感器提供電源。

2.系統(tǒng)的分類

監(jiān)測系統(tǒng)按工作側(cè)重點分為環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和工況監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。每種系統(tǒng)又可能包含若干子系統(tǒng)。如環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可能配備瓦斯突出預(yù)報子系統(tǒng)、頂板監(jiān)測子系統(tǒng)：工況監(jiān)測系統(tǒng)可能配有綜采監(jiān)控、膠帶監(jiān)控等各類子系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測采掘工作面、機電硐室、采區(qū)主要進回風(fēng)道等自然環(huán)境的參數(shù)，其主要功能為監(jiān)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(fēng)量、風(fēng)速、負壓、礦壓、地下水、通風(fēng)設(shè)施、煤塵、煙霧等參數(shù)，除實時顯示檢測數(shù)據(jù)外，還應(yīng)按《煤礦安全規(guī)程》的要求及各礦井實際情況，在一定地點及工作場所設(shè)置報警（燈光、音響）和執(zhí)行裝置，以便防止和預(yù)報災(zāi)害。

3.系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成，其主要技術(shù)指標(biāo)，主要是以組成系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為特征。

3.1中心站的技術(shù)指標(biāo)

（1）容量。即系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量，例如，井下100個分站，地面10個分站。

（2）主機型號及配置。指CPU型號，內(nèi)存容量，硬盤容量，軟驅(qū)數(shù)量、規(guī)格，配置外設(shè)的種類、型號、數(shù)量等，另外，還有備用主機的情況。

（3）傳輸速率。數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈?，例如?00bit／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(biāo)。

3.2測控分站的技術(shù)指標(biāo)

（1）容量。是輸入、輸出量的個數(shù)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。

（2）檢測精度。是反映分站性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一，一般用滿量程的相對誤差來表示。數(shù)值越小，則檢測精度越高。另外，還有分辨率、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離等指標(biāo)。

（3）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

4.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)。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(shù)據(jù)傳輸量大、負擔(dān)繁重，中心站計算機是系統(tǒng)關(guān)鍵性節(jié)點，當(dāng)中心站和傳輸通道發(fā)生故障時，將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。集中式控制系統(tǒng)大多為星型結(jié)構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，將多個節(jié)點連接到一個中心節(jié)點即可：增加、擴展節(jié)點十分方便。中心節(jié)點是整個系統(tǒng)的“瓶頸”，該系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于中心節(jié)點。

4.2分布式

分布式多級計算機控制系統(tǒng)，簡稱DSSC系統(tǒng)，是實時控制系統(tǒng)中廣為采用的一種控制系統(tǒng)。所謂分布式多級計算機系統(tǒng)，就是由分布在不同地點，以協(xié)作方式互相配合進行工作的多計算機系統(tǒng)。一般在幾個地方設(shè)置執(zhí)行簡單任務(wù)的低檔計算機，而較復(fù)雜的任務(wù)則集中由中、高檔計算機去執(zhí)行。

煤礦監(jiān)測監(jiān)控分布式系統(tǒng)多用樹型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。樹型結(jié)構(gòu)拓撲簡單，適合于礦井安裝施工：信息單一，系統(tǒng)的規(guī)模易于擴展，易于構(gòu)成多級分布式系統(tǒng)。地面中心站只須用一根電纜直通井下，井下各分站都并聯(lián)在這根主傳輸電纜上。這種結(jié)構(gòu)方式，分站連接十分方便靈活，可根據(jù)礦井現(xiàn)場情況靈活配置。由于分站與分站之間并聯(lián)連接，因此，任一分站的故障對其它分站無影響，分站的可靠性較高。但在首末分站距離較遠時阻抗難以匹配。

構(gòu)成分布式計算機系統(tǒng)除了樹型結(jié)構(gòu)還有星型、公共總線型、環(huán)型等結(jié)構(gòu)形式。它們之間的區(qū)別僅在于通訊過程中數(shù)據(jù)流的路徑和方式不同。