安全监测系统模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇安全监测系统，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

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.

篇2

中图分类号： X924.2文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着计算机技术的发展，变形监测技术也在不断的发展，作为海岸安全，提防稳定性判断，往往是在获得监测数据后，利用计算机软件建立安全监测系统，进行自动化数据处理以及自动安全稳定信息判断，本文主要是阐述在构建海岸堤防安全监测体系以及相关应用方面的一些经验。

2系统结构

监测系统的大体形式共有三种：集中式、分布式、混合式。现代自动监控方式，多数的设计者则采用监测预警系统中的分布式结构。监测预警系统的组成，共包括5个主要部分：量测仪器、自动采集控制器、信息传输设备，以及其相应的安全评价理论模块和系统软件。系统又分为采集站（即测控单元）、监控主站、远程信息管理中心（如洪指挥中心）。采集站多设立在堤防监测断面（或堤段），多个采集站会分别用微波将信号传送到监控主站。一个监控主站可同时控制多个采集站，并向各采集站发送传感器设置、采集参数、报警参数等指令。主站的数据则会通过电话公网的方式被传输到或其它任何地方。

1）量测传感器

一般来说，堤防监测项目主要包括变形监测（内外部变形）、渗压监测、渗流量监测、环境监测（包括海水位、海水潮位、气温、海风等）等。其中最主要的是对水土压力和位移的监测。对于一个实体的堤防来说，应该根据该堤防的水文、地质、环境等因素，来选择合理的监测项目，并在监测项目的布置上做出相应的优化设计。对于不同的监测项目来说，传感器类型和型号有很多种，但监测方式各不相同。为使监测结果更加有效可靠，应从环境适应性、先进性、长期运行、可以实现自动化数据采集等方面的标准，对各种传感器进行对比筛选。从成本的角度出发，可以将高精度但昂贵的传感器跟稍低精度但价低的传感器搭配在一起使用。

2）数据采集站

采集站的主要任务有：数据自动采集、存储、通信等等，通常由以下由部件：自动采集控制器、电源、微波天线（也可采用总线）、防雷装置等部分组成。在设置采集站过程中，最关键的一步是监测断面的选择，这一步对堤防安全状态的监控管理是至关重要的，既需要综合考察地质、水文、环境条件和往年险情情况，也需要考察堤防线路的长短，为避免电缆埋设过长，一般监测断面之间距离以百米或千米计，各个采集站之间、主站之间具有各自的独立性，因此，采集站可以在主站停机的情况下，自行采集和处理数据。自动采集控制器，应根据堤防监测项目所输出信号类型以及通道数要求来进行设计。在可能的情况下，最好选用标准化设置，这样一来，不同类型的传感器都可接入，且不同的采集站均采用相同的软硬件。采样的时间间隔应合理选择。例如：某系统研制的采集控制器分多段设置，分别为1min、5min、30min、2h、4h等，控制器既可以自动测定，也可以手动定点显示测量数据，系统采集控制器可以设立报警限值，通过报警系统每秒会闪烁若干次进行提示，可以实现多通道报警（如发送数据到防汛中心，短信提醒，在网警报，甚至可以安装鸣笛报警系统）。

3）主监控站

主站的作用是对各个采集站进行管理和控制、发送和接收采集的信号、评价安全状态、报警、向远程信息中心或防汛指挥中心发送数据。为了便于堤防的安全管理和系统维护，监控主站多设置在堤防管理机构的办公用房内。监控主站由以下部分组成：自动监测预警系统软件、控制微机、微波等通信模块、Modem（调制解调器）、电话线路、防雷装置等。

4） 通信网络

在传感器、采集站、监控主站、远程信息中心之间进行数据和命令传输方式有：电缆、微波、电话网等组成的通信网络，信息传输方式可以根据实际需要进行选择，通讯专用电缆、超短波、及地球同步数字卫星等均可以作为信息通讯的手段。通常，系统中包含有三种通信方式：传感器与采集器之间由电缆线连接；采集站与监控主站之间可用微波方式；主站信息会采用通过电话网络以及互联网将信号传至任何地方，各通讯环节都应该在使用前中进行数据精密的检测，以确保不会发生通信故障或失真的事件。

5）安全评价

在预警系统这一环节中，安全评价模块则是更为重要的部分，必须要有安全评价模块，才能根据监测数据评价堤防的安全。安全评价的可靠性，除了依赖监测数据的准确性，其余大部分都取决于评价模块的合理性。因此，在预警系统设计过程中，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价模块。从实际出发，由于现实问题的复杂性，更为合理的安全评价模块有待于在监测实践中进一步探究摸索。堤防渗流作用是介于饱和-非饱和、非稳定-稳定发展的一个阶段，加之，渗流场又有不同程度上的非均质，几何形状跟边界条件又很复杂。使得在采用确定的方法来计算堤防的汛期动态渗流变得异常困难，难以精确计算和考虑各种各样复杂的情况。一般，对于部分信息环境有非确定性的、会发生动态变化的状况，应该对现场观测的数据进行统计、处理、推断，直接用于堤防渗流险情的判断和预报比较合理。基于预警系统需要以及上述现状的研究，应建立以监测数据为基础的安全评价模块、滑坡预测模块这两种模块。前者主要观测土层实际承受的渗透水力坡降和土的临界水力坡降，对两者进行比较，然后分为安全、轻度危险、严重危险、即将破坏这四个级别的标准；后者采用灰色突变理论对堤坡位移和滑坡形式进行预测。另外，为了对下一时刻的渗流安全进行预测，项目系统还应建立流安全灰色预测模块。

3 监测系统软件

系统软件实现的主要功能包括以下几个环节：采集、检测、控制、存储、计算处理、安全评价及预测、通信等。

1）软件开发工具，软件开发平台选用普遍使用Windows操作系统的PC电脑，即可以满足一般预警系统的开发要求。设计者通常会选C#或者VC++、VB等通用语言作为标准的开发环境，这样一来可以广泛的利用Windows下的各种资源，如控件、OLE对象等。

2） 实现的功能，软件采用的模块结构，主要有数据的采集处理和安全评价预警这两大模块。软件的实现的功能有：

（1）数据采集处理模块：设采集站的选择菜单，监测所得的剖面图形既可以绘制也可以对其进行一定的局部修改；传感器，可以逐个的在监测剖面上进行安装或撤消，最后可以以填表的形式输入编号，类型、型号、量测范围等；可以随时设置或取消报警的限值；采集的数据会以传感器编号顺序形成列表，并标注采集的时间；以采集值的时间为轴，显示信号随时间的变化情况，时间轴可以自行定义，如秒、分、小时、天等；通过数据库总台可以随时调出、查看、编辑，甚至于另行存储。

安全评价预警模块：设有采集站的选择菜单，调用采集处理模块的数据；模块中含有渗流评价、预测模块、滑坡预测模块；评价结果自动弹出，因此当有警情时自动弹出报警窗口的同时，也会报警蜂鸣或电话拨号等指令。

（3）远程信息管理：接收监测主控站的参数和数据，随时了解堤防的运行现状；安装与主站相同的安全评价预警软件，使主站能够方便的对各采集站进行远程的安全评价和预测。系统软件应具备灵活适用、功能齐全等特点，才能适用于堤防的监测与安全预警。

4 结语

提防安全监测系统的构建并不仅仅是软件系统，整个系统构建还需要合理的监测方法和科学布置的监测点，自动化的监测数据采集系统和数据通讯传输技术；完善的安全评价和预测理论数据处理软件。综上所述，提防安全监测系统是一个由多项体系构成的综合系统。

参考文献：

篇3

矿井监测系统是由单一的甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟盘调度系统发展而来。随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监测系统由早期单一参数的监测系统发展为多参数单方面监测系统，这些系统均针对某一方面的多参数监控。煤矿技工学校学生应当在原有知识点的基础上更多地了解煤矿安全监测系统的组成及矿井通风专业安全监测系统所使用的设备及注意事项等常规知识，为今后的学习和工作奠定良好的基础。

一、矿井监测系统的组成

矿井监测系统由环境安全监测系统、轨道运输监测系统、胶带运输监测系统、提升运输监测系统、供电监测系统、排水监测系统、矿山压力监测系统、火灾监测系统、水灾监测系统、煤与瓦斯突出监测系统、大型机电设备健康状况监测系统等组成。

二、环境安全监测系统

1.名词解释：用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、湿度、烟雾、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制的监测系统。

2.功能：具有模拟量、开关量、累积量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能。

3.组成：由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成。

（备注：主机：主要用来接受监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网联络等。分站：用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传输给传输接口，同时，接收来自传输接口多路复用信号的装置。）

三、各传感器的功能

1.甲烷传感器：连续监测矿井环境气体中及抽放管道内甲烷浓度的装置，一般具有显示及声光报警的功能。

2.便携式甲烷监测报警仪：具有甲烷浓度数字显示及超限报警的功能。

3.风速传感器：连续监测矿井通风巷道中风速的大小。

4.风压传感器：连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地点的通风压力。

5.温度传感器：连续监测矿井环境温度的高低。

6.一氧化碳传感器：连续监测矿井中煤尘自然发火及胶带输送机胶带等着火时产生的一氧化碳的浓度的装置。

7.烟雾传感器：连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生的烟雾的浓度。

四、甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪等的设置和报警浓度、断电浓度、复电浓度

1、设置：甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁、屋顶）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；风速传感器设在采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站，应设置在巷道前后10米内无分支风流、无障碍、断面无变化，能准确计算风量的地点；风压传感器是在主要通风机的风硐内设置；温度传感器应垂直悬挂距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；烟雾传感器设置在带式输送机滚筒下风测10米～15米处。

篇4

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

篇5

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

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

中图分类号：TV5

引言：

大坝安全监测技术现在已发展成为一门新兴的技术学科和工程专业, 是关系到社会公共安全的一项系统工程。针对水库的城市防洪和供水功能而设计水库自动化控制系统，它以先进的控制技术、可靠设备、成熟的分层分布的、全开放式的特点，被广泛应用于水库的运行管理之中，使得水库管理的工作效率显著提高。

1. 大坝安全监测系统新技术趋势

随着科学技术的进步及水利水电事业的蓬勃发展, 大坝安全监测技术也在不断发展和提高。大坝安全监测系统新技术趋势有以下几点:

1.1监测设计优化

设计优化的目的是以最小的监测工作量，解决大坝安全监测中需要解决的技术问题, 在保证安全的前提下, 以最少的投入获得最大的效果, 充分发挥安全监测的作用。为此, 国家90 年代初提出并进行了研究, 先后纳入了水利部科技重点项目和水利部规划设计总院科研项目, 研究成果在工程上应用后，取得了显著的效果和巨大的效益。

1.2发展智能传感器

这是一种将传感器与微型计算机集成在一起的装置, 使其具有感知本能外, 还具有认知能力。这种仪器具有复合敏感功能, 即能同时测量多种物理量和化学量, 如美国加州大学智能传感器可同时测量液体温度、 流速、 压力和密度;此外, 传感器还具有自补偿和计算功能, 自检、 自校、自诊断功能以及信息存储和传输功能。

1.3改进数据采集系统

由于大坝安全监测的测点比较分散, 且仪器种类较多, 要实现对建筑物各测点的全面控制, 需要一种低成本、 可互操作的测控系统, 但目前国内外有关厂家产品的性能还不够理想。因此, 对现有各种大坝监测数据采集系统的开放性、可兼容性、 可靠性及现场设备监测网络的广泛易组性( 适应多种通信介质) 、可远程监控等性能进行改进, 是一个重要的发展方向。

1.4 群坝信息系统集成

在国内一些地区建立的水库管理局和水电总厂的体制下, 往往要求统一管理流域系统或附近地区的多座大坝, 例如湖南五凌电力公司就属于这种情况。为此, 需要以公司管理部门为中心, 各坝区为分中心, 实行统一管理、 远程操控、 监测数据采集、 分析评价和网络报送等由中心负责, 各分中心只需保证系统的现场硬件设备正常运行即可, 这就大大减少了管理人员, 且提高了工作效率。南瑞集团公司最近研制的分布式大坝安全信息集成系统在五凌公司应用, 较好地解决了这一问题。

1.5 采用综合自动化系统

在大坝安全管理方面, 一般同时存在多个自动化系统, 其中包括安全监测、 水情监测、 闸门监控、 视频监控等。水电自动化与大坝监测需要将安全监测系统，纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。对工程自动化系统的综合管理, 应该是一种发展方向和趋势。

1.6 利用视频图像监控

视频图像作为大坝安全监测的重要辅助手段, 可以更好地了解和检查大坝的工作状态和运行情况。 建立大坝图像监视系统, 主要是对大坝、 地基、 岸坡的关键部位及监测设施建立图像观测点进行实时监控, 并将图像传输到监测分站、 总站或管理中心,进行图像监视、显示、录制、回放, 并对摄像设备进行远控。对了解工程性状取得了良好效果。

1.7进行现场安全检测

安全检测对大坝安全运行作用日益明显, 主要是可以找出坝体及坝基内部隐患, 了解掌握大坝运行性态, 并可对大坝的维修加固进行检查及评价。这项工作目前还在发展阶段,其检测设备和方法还需不断研究和完善, 但是应当肯定, 安全检测是检查大坝健康状态的好工具、 好方法, 将会越来越受到监测界的重视。

1.8开展安全报警研究

为避免产生安全灾害和减少损失, 在进行了各种监测及资料分析的基础上,进行安全报警是非常重要的。这方面国外研究较多, 有的发达国家建立了长期报警系统, 甚至还定期进行演习。中国在这方面还比较薄弱, 建议开展报警系统研究, 对报警准则、分级、设备及方法等提出一套切实可行的技术方案, 待条件成熟时可制定安全报警的规程、 规范。

2. 大坝安全监测系统中的新技术

2.1大坝形变观测技术包括：测量机器人技术、GPS观测技术、GPS一机多天线技术等。

2.2大坝自动化监测技术包括：光纤传感技术、大坝CT、基础岩层电测技术、渗流热监测技术等。

3.G PRS 技术在大坝安全监测系统中的应用

3.1大坝安全监测系统由遥测站、中心站组成

3.1.1遥测站: 由测控装置(MCU),变形监测、渗压监测仪器和上游水位计等仪器, GPRS模块,电源组成。

3.1.2中心站:由GPRS数据接收、中心端管理软件组成。其工作的基本原理是:中心站的主控计算机在软件的支持下,通过GPRS平台, 接收每个监测站发出的数据, 数据终端完成各项数据的采集和处理,再经编码调制后,通GPRS传送给主控计算 机,存入中心数据库, 并由主控计算机完成各种数据的显示、分析汇总、报警、打印等处理。

3 .2G PRS 技术系统的先进性

目前国内生产的系统同国际上的几种先进产品， 如美国的 Geomation 23 00系统, SINCO的IDA系统,意大利的GP-DAS系统相当, 系统功能、技术性能和总体结构都很接近,且在中国的大坝上应用时更具有优越性, 更适应中国的大坝安全监测仪器。如在差动电阻式仪器测量方面，采用了消除导线电阻及芯线电阻变 差影响的五芯测量技术, 这项性能优于国外系统。

4.弹性波 C T 技术在大坝自动化监测系统中的应用

4.1弹性波 CT 技术原理

CT( Computerized Tomog raphy )技术,又称层析成像技术, 是医学计算机层析扫描技术在地球物理领域的应用和发展, 是一项新兴技术。工程 CT 技术, 是借鉴医学 CT , 通过人为设置的某种射线( 弹性波、电磁波等) 穿过工程探测对象( 工程地质体) , 从而达到探测其内部异常( 物理异常)的一种地球物理反演技术。

由于所用射线不同, 又可分为弹性波 CT、电磁波 CT 及电阻率 CT等。

4.2弹性波 CT 技术实施效果

工程实践表明,采用跨孔弹性波 CT 层析成像方法对大坝截渗墙进行质量检测, 较为准确有效。根据截渗墙墙体施工工艺及质量控制造成的一些内在缺陷, 在墙体布置弹性波 CT 剖面, 利用弹性波 CT 具有分辨率高、可靠性好、图像直观、信息量大的特点, 可查明混凝土截渗墙分序施工造成的接头缝, 以及浇筑不密实区等缺陷, 为截渗墙加固施工提供准确指导, 克服常规工程钻探与地面工程物探勘察的不足, 但是同时, 由于跨孔弹性波 CT 固有 的/ 横向模糊等因素造成的盲区, 对一些特有的异常体如自上而下纵贯剖面的异常无法区分, 还需要对弹性波 CT 的观测系统、 反演理论等进行更深入的研究。

5.总结：

大坝安全监测技术虽然已经较为成熟，某些方面甚至已达到了国际先进水平，但是，在新的时代仍然面临着许多新的挑战。展望未来，希望能够看到的是一个完整的满足大坝及工程安全监测需求的仪器系列，它们将是高精度高可靠性高稳定性和智能化的仪器系统; 一个功能强大性能优良稳定可靠小型化的自动化采集装置; 一个可采用多总线多介质构建各种规模的稳定可靠智能化的大坝安全监测自动化系统; 一个具有区域性综合管理能力的大坝安全监控网络管理系统，它拥有完备的智能化在线监测离线分析安全评判风险评估和决策支持系统，能及时充分地挖掘大坝安全监测的有用信息，在确保大坝安全运行的基础上，充分发挥水电站水库的最大经济效益和社会效益。

参考文献:

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前言

作为大量先进技术的综合体，传感器技术处于科学界的前沿，代表着现今最先进的安全监测技术。在大量的实际应用过程中，传感器均能够快速、准确的提供所需要的信息，替代了大量操作人员的实际操作，不仅保证了信息数据的采集精度，还保证了传递速度，以便更好地对生产中的各项参数进行测量、控制。现阶段，传感器技术已经广泛应用在医药、冶金、电力能源、石油化工、矿山等相关行业，并在主要岗位或重要装置上扮演着极其重要的角色。作为一个国家数字化、网络化、智能化的重要标志，传感器技术的成熟发展已经得到了各行各业的肯定，其在各行业发挥的作用还在不断的迅速扩大。

1 传感器技术

在现代工业生产中为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象，使它们处于所选工况最佳状态，就必须掌握描述它们特性的各种参数，这就首先要测量这些参数的大小、方向、变化速度等等。传感器是感知被测量（多为非电量），并把它转化为电量的一种器件或装置。其通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是将敏感元件的输出转换为合适的电信号部分。传感器组成如图1：

2 传感器技术在安全监测系统中的主要应用

2.1 传感器在安全监测系统中应用的必要性

由于传感器大多使用光纤，因此说具有抗干扰能力强、抗辐射性能好、体小质轻、易弯曲等特点，因此更适合在受限空间、易燃易爆区域以及强电磁干扰等环境中应用。因此说现阶段传感器适用于绝大多数的恶劣作业环境中，能够提供高效、可靠的监测数据。例如，在石化企业成品油罐区这种高危环境中，可以通过传感器来进行温度、压力、液位、气体浓度等信息的采集，能够迅速将信号上传至主控室，继而实现对生产的安全、高效控制。

2.2 安全监测系统地重要组成

现阶段传感安全监测系统主要由网卡、监测系统采集机、二次仪表以及传感器等网络部件组成，具体如图2：

2.3 传感器的工作方式

传感器系统地工作流程是，先通过传感器将采集到的参数转化为光脉冲信号，并将其通过光纤传输到光电转换器，光脉冲信号通过光电转换器转化成为点脉冲信号的同时，再进行放大整形，传给二次仪表，通过二次仪表对电脉冲信号的线性化处理，进行仪表的灵敏度、量程调节，以数字的形式将被测数据显示出来。

现阶段绝大多数的二次仪表都采取串行通信方式与监测系统采集机相连的方式，监测系统采集机再对二次仪表传送过来的信息进行加工处理，继而实现被监测参数的@示、计量、处理以及报警等功能，从而实现自动监测的目的。最后，监测系统采集机还能够通过网络将监测数据传输到局域网中，进而实现相关数据、情况的信息共享以及自动汇报。

2.4 传感器的安全机理

现阶段传感器的安全机理在于：先将传感器以及传感器的测量单元高水准安装在监测现场，再将计算机系统、二次仪表以及光电转换器安装在仪表操作室内部，并使用光缆将各个部件之间有效连接，继而再通过光电转换器将传感器与二次仪表连接起来，最后再通过隔离信号安全栅、电源安全栅将观点转换器与二次仪表连接起来，做到被测现场无电流、电压等电信号，实现安全监测系统的无电监测，保证监测安全、高效。

3 传感器技术的未来发展方向

3.1 新技术、工艺以及材料的应用

随着大量先进技术的研发成功，传感器制造过程中应用了更多的精密加工技术，大幅度提升了传感器的性能，与此同时，由于微电子、微机械以及超精密加工技术的逐渐成熟，在传感器的开发与制造过程中不断普及，促进了传感器的微型化方向发展。

作为传感器性能提升主要依靠传感器材料的改进，因此说要提高传感器的技术水平离不开材料的研发。虽然现阶段应用的半导体材料具有体积小、质量轻、灵敏度高、响应速度快等优点，并且在传感器制造中占有很大比例，但是生物、高分子、智能材料、陶等新型材料的开发与应用，也改善了传感器的性能与应用范围，使其在实际应用中的频率越来越高。

3.2 传感器的多维化

现阶段的传感器只能进行单一点的数据测量，而未来的传感器则会突破现有的监测方式，从空间上实现扩张，从时间上实现广延，实现监测量的多元化以及监测方式的模糊识别。通过电子扫描技术的应用，我们可以将多个传感器组合在同一设备中，继而实现多维空间测量的突破。

3.3 传感器的集成化

随着监测技术的不断发展，未来的传感器必然会具有多点监测、多功能监测的功能，从而实现一个平面和空间的测量。此外，再通过半导体技术的应用，可以实现传感器组成部分的集成化，也可以通过将后续电路以及传感器集成化的方式，提高灵敏度，实现传感器的生产自动化。

3.4 传感器的多功能

由于现阶段对生产监控的力度不断提升，我们需要同时进行大量数据的采集与监控，因此我们就需要采用多种类型与数量的传感器来实现监测目标。传感器的多功能化就是要将多种信息的监测功能汇集在一种传感器上，因此能够在不影响系统正常运转的前提下降低采购成本，并且实现传感器可靠性与稳定性的提升。

3.5 传感器的智能化

现阶段智能化已经成为了一种发展趋势，在传感器的研发中也开始应用智能技术，创造出高度智能传感器，并且已经取得了一定的成果。智能化传感器能够将信息数据的采集、处理、传输实现一体化，并且还通过自带微型计算机的方式实现自我诊断、远距离通信等功能。我们坚信未来智能化传感器在企业生产中的应用必然会日趋广泛，有效改善当前企业的安全生产状况。

4 结束语

综上所述，面临日益严峻的安全生产现状，我们必须提高安全监测系统的稳定性与可靠性，传感器的应用对于安全监测系统来说至关重要。因此我们要加大对传感器技术的研发力度，通过不断应用先进技术、材料、工艺等方式，实现传感器性能指标的不断提升，提高安全监测效果，为企业的安全稳定发展提供充分保障。

参考文献

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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

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[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.

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[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.

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道路桥梁建设是我国现代化建设进程的重要组成部分，对我国经济持续增长和社会进步有至关重要的影响。桥梁作为道路交通动脉的关键节点，其重要作用越来越为人们所重视。近年来，我国桥梁建设发展迅速，资金投入巨大，由于桥梁在经济社会中的显赫作用，它的安全性、可靠性越来越受到重视。近年来，国内发生的几起大桥坍塌和局部破坏事故，使人们更深入地认识到，桥梁结构健康安全监测的必要性和迫切性，它已成为桥梁领域的一个重要方面，直接牵涉到桥梁和人民财产的安全性、经济性和社会效益的发挥。

在桥梁建设中，斜拉桥的安全监测主要集中在施工安全和桥梁健康两方面：一方面新建桥梁结构需要进行施工监控，以确保施工质量，顺利通车[1][2][3]；另一方面由于自然灾变和老化作用，桥梁运营过程中，会出现各种病害，潜伏着巨大的安全隐患，威胁桥梁安全[4][5][6]。

因此，为降低陈本提高利用效率，可以考虑开发同时应用于建设中施工安全和使用中桥梁健康的监测系统。

1.监测系统的功能分析

开发同时应用于施工安全和桥梁安全的监测系统，其功能是对桥梁建设和使用中情况进行监测，从而降低相应事故的发生实现安全建设和安全使用目标。按已有研究，一般认为斜拉桥的安全监测的过程是在重要结构的某些部位安装传感器，测量结构的某些物理量如应力、应变、加速度、位移等，将测得的这些物理量传至计算机，计算机根据这些物理量推断出结构的工作状态。因此，开发斜拉桥安全施工和桥梁健康监测系统，系统一般需要具有以下三方面的基本功能：

1）监测桥梁结构中关键部位的结构内力变化。在施工中结构应力的监测是对于桥梁施工是否达到设计要求最直接的反映，对于保证工程质量具有重要意义。在桥梁健康监测中，关键部位的应力变化是对桥梁使用过程中损伤情况估计的基础。

2）对桥梁内部结构变化和损伤的估计。关于桥梁施工、使用过程中，由于结构的环境、荷载、应力、变形等参数变化而导致的结构内力状态改变及损伤已经有较多理论研究。开发相应监控系统中需要根据监测到的监测值结合已有研究对斜拉桥情况进行评估，以保障桥梁结构在施工过程和运营过程中的安全，并具备在结构遭受突发性荷载或损伤时及时的给出报警，从而降低突发事件对桥梁安全的影响。

3）对桥梁健康情况的常态监测。在斜拉桥施工和使用中，桥梁内部结构的变化是渐变得，对桥梁损伤的判断和及时、恰当的养护与维修都是在全面系统地把握结构的健康状态的基础上进行的。因此，系统需要能够长时间，大周期范围内保留监测的数据，并据此对桥梁结构进行估测，从而科学养护维修斜拉桥，从而能够尽量延长斜拉桥安全运营的时间，降低结构的寿命成本。

2. 系统硬件设备分析

系统硬件设备主要包括斜拉桥检测装置、数据处理的计算机系统和数据的网络系统三部分。由于计算机技术和网络的技术的快速发展，可以采用已有成熟的计算机系统和互联网进行系统的开发，因此系统硬件设备的开发主要集中于斜拉桥检测装置的开发中。

斜拉桥内部结构检测装置的开发主要包括两个方面，一是那些关键部位需要安装传感器，二是如何进行安装。

对于传感器安装部位的选择，根据已有理论研究和相关系统的开发经验，结合斜拉桥施工过程和使用过程中安全监测的需要，开发相应系统时可将系统传感器运用于斜拉桥的拉索、系杆拱桥的吊杆和系杆、悬索桥的缆索体系、预应力结构的体外索和体内预应力筋、大跨索膜结构的拉索、地锚和环锚等结构。

而对于传感器的安装主要包括以下几个步骤：1）对各种规格拉索定型的传感器产品进行选型；2）分析传感器生产工艺，研制配套生产装置研制；3）研究所选用传感器性能及安装使用方法；4）利用光纤光栅智能钢绞线机械化生产线制作出拉索用Ф15.24光纤光栅智能钢绞线；5）磁通量传感器现场绕线装置的设计与制作；6）传感器装置的安装调试。

3.系统软件分析

随着信息化的不断深入，一般的斜拉桥监控系统都不是独立的，需要与已有的政府企业系统进行对接。所以斜拉桥监控的系统的开发一般需要依托互联网技术，实现工程结构的远程在线安全监测，形成信息管理、分析研究及技术服务平台，提供面向业主、管理部门及广大用户（工程项目）的专业服务，协助其进行专业管理、数据分析、人才培养等。因此，按已有监控系统的开发经验，系统软件分析主要包括系统构架、数据流程、人机交互三个方面的内容。

根据上述软件要求，可以采用已有监控系统的构架进行开发。比如在斜拉桥监控系统中可以整个系统采用C/S+B/S架构，基于.net和labwindows/cvi平台开发，使用SQL2005数据库。这样软件系统与硬件设备结合形成了一个以桥梁结构为平台，应用现代传感、通信和网络技术，集结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理等功能为一体的综合监测系统系统。

而整个软件的数据传输流程为：软件系统的的原始数据来源于硬件设备中传感器装置采集到得数据，一般通过无线网络进行传输，然后并入互联网中送入数据处理系统，接着将处理的结果与原始数据存入数据存储系统，通过数据系统使得使用者可以远程实时的实现对斜拉桥施工、使用过程中桥梁结构情况的监控。同时，软件系统通过对数据的分析和历史数据的对比能够在无人看守情况下，定时自动采集数据，对安全危险进行报警，从而能够及时监控安全隐患。

对于系统的人机交互，主要包括四个方面：权限管理、数据查询、生成报告、干预检测。1）权限管理：登录成功后可以查看当前用户所属业主的所有工程。如果是超级业主可以查看所有业主的所有工程。对不同用户设置不同的权限。2）数据查询：可查询某一工程某一测量点的历史数据和原始数据的分析结果。3）报告生成：根据需要按一定周期生成监测报告，对结构安全进行评估。4）干预检测：可在人工干预情况下，进行手动测量。

4.开发实例

根据以上研究开发了一套用于斜拉桥施工安全与桥梁健康监测的系统，该系统已获专利授权9项，其中发明专利2项，实用新型专利7项。产品已研制成功并通过了权威部门的成果鉴定，成功应用于柳州文惠桥、南宁永和桥、宜宾长江大桥、武广高铁、京沪高铁、香港昂船洲大桥、甘肃九电峡水利枢纽等工程。

参考文献：

[1]周凤先， 王凯， 王秀艳等. 某PC矮塔斜拉桥设计要点研究[J]. 公路交通科技（应用技术版），2012，6.

[2]李国清， 李宇， 文锋等. 拱形钢塔动力特性的现场实测[J]. 公路交通科技（应用技术版），2012，12.

[3]田杰， 齐钺. 潮白河三塔斜拉桥施工监控[J]. 施工技术， 2011，11.

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前 言

随着社会发展，饮用水安全已成为政府、社会、公众日益关注的焦点，获得安全饮用水是人类生存的基本需求。近年来，尽管各地农村加大了改水改厕工作力度，部分农民喝上了安全水，但仍有部分农民无法饮用到安全水，严重影响了农村居民的身体健康和生命安全。

重庆市是一个大城市带动大农村的直辖市，其农村饮用水安全问题在西南地区具有典型的代表性，因此加强农村饮用水源保护，保障农村饮水安全，已经成为当前重庆市社会主义新农村建设亟需解决的重要问题。

1.农村饮用水安全现状

1.1我国农村饮用水安全现状

饮用水是人类生存的基本需求，其安全问题直接关系到广大人民群众的生命安全及身体健康。饮用水污染事件是指因物理、化学、生物等因素污染饮用水，导致水质感观性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标、放射性指标发生改变，超过国家卫生标准和卫生规范的限值或要求，造成或可能造成公众健康危害的事件。近年来，中国饮用水污染事件频繁发生，如 2014年兰州市局部自来水苯超标事件、2013年杭州自来水异味污染事件、2012年江苏镇江自来水污染事件等饮用水安全问题引起社会各界的广泛关注。

1.2重庆农村饮用水安全现状

重庆农村地区饮水不安全性主要体现在水质差、水量不足、取水不便、不能保证供给等方面。截至2009年底，重庆市近2350万农村人口中，有近1063万人饮水不安全，占农村总人数的45.2%左右。其中，水质超标问题导致饮水不安全人口为近235万人，水量不达标导致饮水不安全人口略为354万人。

王晓青，侯新等对重庆市农村饮用水现状调查表明，除渝中区以外的39个区县，饮水不安全人口达到992万人，占总人口的41.86%。

2.水质在线监测系统国内外应用研究现状

作为传统实验室检测的一项重要补充手段，在线式饮用水水质在线监测系统应运而生。饮用水水质在线监测系统是一个集水质卫生指标监测传感器、无线数据传导设备和远程监控平台为一体，运用现代自动监测技术、自动控制技术、计算机应用技术并配以相关的专业软件，组成一个从取样、分析到数据处理的完整系统，实现了对饮用水水质的在线自动监测，可 24小时连续、准确地监测饮用水中余氯、浑浊度、pH 值等卫生指标及其变化状况，并通过网络实时将数据传输到监控管理平台。

2.1国外水质自动监测系统的发展状况

美国日本等国很早就开始对水质自动在线监测技术进行研究和应用了。美国在上世纪70年代就已经运用水质自动在线监测系统对河海以及湖泊等地表水进行了实时的监测。日本也同样应用自动监测系统对城市排水系统以及污水处理排水进行了实时监控，实现了自动连续监测的有效利用。

目前在国外已广泛采用GPS全球卫星定位系统，GPRS 无线通信网络以及计算机技术，建立起了无线分布式自动监测系统。通过水质自动监测系统以及通讯功能，可以对各个监测点的水质进行控制。

2.2国内水质在线监测系统发展现状

我国水质自动在线监测、快速分析等体系建设尚处于探索阶段。目前国内市政各大型自来水厂，主要靠直接引进国外饮用水工程成套系统，水质监测设备。监控系统也主要靠从国外进口。我国的水质在线监测仪厂家虽然很多，但是多数为民营企业，技术水平参差不齐，仪器的稳定性和可靠性不足，难以满足我国水体环境复杂的监测要求。可以预测，在未来的几年，水质在线监测仪器仪表行业的主要增长点将在环保相关领域的应用。水质的在线监测系统分析将迎来新的市场机会。

3.建设水质自动监测系统的技术要求

3.1监测点的选择

在生活饮用水水质进行在线监控时，要对其监测点进行合理的选择，这样才能保证监测的有效性，在线监测过程中所要选择的监测点有：（1）水源水的在线监测点，在该种监测点的选择过程中，应该考虑其供电条件、通信状况、交通状况、水深状况、地理位置等各种因素；（2）出厂水的在线监测点的选择，一般会将水质的监测点设置于出水泵房附近的位置；（3）在进行管网水水质的监测时，要选择能够反映出厂水水质变化的监测点来进行水质的监测。

3.2监测参数与仪器

根据水质污染特征和监督管理的需要，选择具有代表性的参数；仪器设备的准确度、检出限、重现性等主要检测指标要与实验室方法具有可比性，测定范围应满足监测评价的需要，最好具有方法比对校准的功能；应配备水质超标报警的自动采样器；仪器性能要好，抗干扰能力要强，运行稳定，故障率低。

3.3系统控制平台

要求运行速度快，内存容量大，并具有断电保护的功能；要具有仿真操作界面，可随时显示自动站各主要设备和关键部件的工作状态，并具有各种故障自动报警功能，具有监测参数值超控制限报警功能和设备控制输入设置功能。

3.4数据处理与传输平台

开发自动监测数据库，自动接收传送监测数据，并具有对数据库检索、查询和显示历史数据等各种功能； 开发对数据进行分析计算、报表编制的应用软件，可实时打印自动站传送的数据，并按要求格式打印各种报表；建立先进的软件操作系统，要求界面友好，兼容性强，易于修改，易于升级。

4.展望

在经济社会不断向前发展的新形势下，自动水质监测系统作为水资源和水环境保护的重要手段受到各级领导的重视，积极稳妥地发展水质自动监测技术，已成为水质监测能力建设的重要任务。水质自动监测系统建成后，将在跨界河流水污染纷争、水质评价、入河排污口监督管理、水功能区污染物总量控制、安全供水等方面发挥人工监测不可替代的作用。实现水质信息在线查询和共享，为控制水质和治理水污染提供科学依据。

参考文献

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[2]侯新， 龙训建. 重庆市农村集中式饮用水源地安全评价[J]. 中国农村水利水电， 2011， （8）：96-99.

[3] 李怡庭. 全国水质监测规划概述[J]. 中国水利， 2003， （14）.

[4] 王晓青， 侯新. 重庆市农村饮用水安全现状及水源地保护规划[J]. 水利水电技术， 2011， （7）.

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中图分类号:TN915 文献标识码:A

文章编号: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

我国是一个海洋大国,海洋面积为陆地面积的三分之一,各类船艇在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。船艇的基本部分为船体,其内部有工作舱、生活舱、贮藏舱、仪器设备舱等各种用途的舱室[1]。由于船艇舱室多为狭小的半封闭式空间,舱内消防安全监测尤为重要。

传统的船艇舱室消防安全监测系统一般采用有线监控的方式,火灾探测器直接通过硬线与控制器连接。有线监测系统造价高、布线复杂、扩展性差、设备后期维修困难[2]。目前,无线传感器网络已经在各种环境条件的监控系统中得到了广泛的应用,船艇舱室的监测系统使用无线传感器网络,不会出现传统布线方法带来的种种不便。由于消防安全为长期的连续监测,使用ZigBee这种安装简单、能量消耗小的短距离无线通信技术十分适合。本文提出了一种基于ZigBee技术的船艇消防安全监测系统的设计方案,在成本低、易于实现的前提下实现对船艇各个舱室内部的消防安全监测。

1 ZigBee无线传感器网络

1.1 ZigBee技术简介

ZigBee是一种低复杂度、低成本、低功耗、低速率的短距离双向无线通信新技术,是建立在IEEE 802.15.4定义的可靠的物理层(PHY)和媒体访问层(MAC)之上的标准[3]。IEEE 802.15.4定义了两类设备类型:精简功能设备(RFD)和全功能设备(FFD) [4]。在ZigBee系统中,这两类设备指的是物理设备类型。在ZigBee网络中,一个节点可以有三种角色:ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备[5]。ZigBee技术可实现的网络拓扑结构有三种:星形、树形、网状,如图1所示[6]。

图1 ZigBee网络拓扑结构

1.2 ZigBee技术特点

相对于传统的无线电、微波、蓝牙、射频等各种无线通信方式,ZigBee技术是最低功耗和最低成本的技术[7]。ZigBee技术主要有以下特点:

(1) 功耗低,在低功耗模式下,2节普通5号电池使用时间为6~24个月。

(2) 设备成本低,协议简单,协议免专利费,搭建平台的成本较低,适合广泛使用。

(3) 网络容量大,可容纳最多65 000个设备。

(4) 网络的自组织、自愈能力强,通信可靠[8]。

2 船艇舱室消防安全监测系统

2.1 系统设计方案

船艇消防安全监测系统探测火灾发生的原理是检测火灾发生前后的烟浓度、温度和光这三个物理参数的变化,利用分布在舱室待测区域内的传感器节点采集这些环境参数[8]。

船艇消防安全监测系统设计由硬件电路设计和系统软件设计两部分组成。使用ZigBee技术通过控制器和若干个传感器节点,搭建一个无线通信网络。多个传感器节点置于船艇各舱室内,通过传感器采集烟浓度、湿度、光强数据,将采集结果通过无线通信的方式发送到路由器节点,然后路由器节点再将数据以无线通信的方式发送到协调器节点。协调器节点将收集的多个数据进行分析处理后,显示在LCD显示屏上,同时也可通过串口将采集信息传输至PC机。系统设计主要结构如图2所示。

图2 系统设计结构图

2.2 功能模块设计

系统选用的ZigBee设备为基于Jennic公司的JN5139 ZigBee解决方案,它提供了完整的ZigBee协议栈、软件编辑、编译/链接、调试、下载等工具。JN5139芯片是英国Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列无线芯片,该系列芯片天线的灵敏度高、功耗低、通讯距离远,为ZigBee技术提供了良好的解决方案[9]。系统节点框图如图3所示。

ZigBee网络协调器模块设备板载UART接口用于和嵌入式主板或PC连接,可进行数据传输及软件下载或调试。作为网络协调者,负责管理整个ZigBee网络的组建和维护。传感器节点/路由模块设备采用2节5号电池供电,提供模拟传感器和数字传感器扩展接口,用于连接烟浓度、温度、光强度传感器。作为路由节点或终端节点,其自身可采集数据,并可转发其他节点的数据包。

图3 系统节点的硬件框图

2.3 系统软件设计

软件平台同样使用Jennic公司所提供的代码编辑和编译环境Jennic CodeBlocks。CodeBlocks是一款开源的C/C++开发工具,Jennic基于这个工具对其进行扩展形成了自己的开发平台。Jennic Flash Programmer程序用来将CodeBlocks中编译好的代码下载到控制器板或传感器板中[10]。

系统的软件设计包括网络协调器节点和传感器节点的设计。网络协调器节点在初始化过程中找到合适的信道,建立一个网络,循环检测传感器节点的绑定请求。当传感器节点加入网络后,便可进行数据的传输。传感器节点的软件流程图如图4所示。该程序的主要作用就是将传感器节点加入网络协调器节点建立的无线网络,实时读取传感器测得的环-境参数数据,并周期性地将这些数据发送给网络协调器节点。

图4 传感器节点信息采集流程图

3 结 语

提出了一种以JN5139模块为核心,基于ZigBee的船艇消防安全监测系统的设计与实现方法。将ZigBee这种低功耗、高可靠性、可扩展性强的无线网络应用在消防安全监测,避免了各种现场布线,加强了系统的灵活性和可靠性,提高了船艇消防安全监测能力,更好地避免船艇火灾的发生。

参考文献

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