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堤防安全監測系統通過振動監測儀實現對堤防的實時監測，通過對震動的頻率、振幅、震源位置的分析，迅速作出反應，有效控制違法案件對堤防的破壞，減少人為破壞水利設施所造成的經濟損失。系統組成主要包括5個部分：振動測量儀器、數據傳輸設備、數據處理顯示系統、安全評估模式和系統軟件。
1系統結構
現代化監測系統分為測控單元、監控主站和遠程信息管理中心。采集站的設立以堤防監測斷面（或堤段）為測控單元。監控主站同時控制多個采集站，向各采集站發送傳感器設置、采集參數、報警參數等指令。多個采集站分別用微波將信號傳輸到監控主站。主站通過電話公網將數據傳輸到各有關單位[1-2]。
2監測儀器
一般來說，堤防監測儀類似于地震監測儀，其工作原理是利用一件懸掛的重物的慣性，震動發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，它標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。
3信息傳輸方式
根據實際需要和環境條件，信息傳輸方式可以分為專用電纜、超短波、微波、電話網絡以及地球同步數字衛星等。安全監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監控。還可以設立采集站執行數據自動采集、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據[3]。
4數據處理顯示系統
數據處理顯示系統的功能包括數據的采集與處理、常規計算、報警監視、報警順序及時間記錄、歷史數據管理、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測的功能，所以數據處理系統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。從而使水政執法人員在最短的時間趕到事發地點，減小違法案件對堤防的破壞程度。
5安全評估模式
安全評估模式在預警系統中至關重要，可根據監測數據評估堤防的安全，且安全評估的可靠性取決于監測數據的準確性和評估模式的合理性。因此，在預警系統設計和研制中，一定要建立針對堤防具體條件和運行環境的合理的安全評估模式。簡單的說，可通過實地監測實驗，得出各種有可能在堤防產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，以這些實地監測的數據作為工作人員評估堤防安全的參考。但是，由于問題的復雜性，合理的安全評估模式有待于進一步摸索[1-3]。
6系統軟件
系統軟件的作用主要是為堤防安全監測系統提供技術支持、簡化操作程序、便于網絡體系的管理。從而使整套系統更加迅速、有效地結合到實際工作當中[4]。
7結語
堤防安全監測系統是運用現代科技設備對水利設施安全實時監測的系統，雖然這套系統操作簡便、可行性強，但也是一項開拓創新的工程，其中必然會有很多的技術難題，如何合理規劃、設計和實施堤防安全監測系統，需要進一步研究和探索。堤防安全監測系統可以有效地節約水政巡查資源，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用前景。
8參考文獻
[1] 周小文，包偉力，吳昌諭，等.現代化堤防安全監測與預警系統模式研究[J].水利科學，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，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.
關鍵詞：橋梁安全監測系統
Key words：Bridge safetyMonitoring system
中圖分類號：X924.2文獻標識碼：A
1 引言
近幾年不斷出現的橋梁坍塌事故，成為民生關注的焦點，隨著公路建設事業的持續發展，為順應橋梁發展新形勢的需要，保障基礎設施通暢運行，如何加強服役期橋梁的養護、維修和加固是公路部門的工作重點，而橋梁結構運營期的安全監測正是橋梁養護管理工作的前提基礎，它可實現對橋梁狀態變化趨勢的把握，并支持橋梁預防性養護和事故應急處理工作。
2意義及總體目標
橋梁安全監測系統以路網內橋梁群為主要監測對象，實現橋梁群的集中管理、信息共享、資源整合等功能。由于橋梁數量眾多，在路網內根據關鍵節點橋梁選取原則，遴選需要安裝監測系統的重點橋梁，并通過關鍵節點橋梁重車荷載監測掌握整個路網重車荷載分布狀況，對提升路網安全管理水平、把握路網運營狀況具有重大意義。
建立橋梁安全監測系統的總體目標為：
① 對影響橋梁結構安全、超界結構響應的多級報警；
② 對安裝監測系統的橋梁在各種環境與運營條件下的工作狀態進行實時自動監測和結構狀態評估；
③ 開發具有高度可擴展性的監測系統，以適用橋梁群安全監測的長期規劃和分批投資，能夠快速構建監測子系統，從而減少單一監測系統的重復建設；
④ 通過對關鍵線路、關鍵節點橋梁的重車荷載數量統計把握整個路網內重車荷載分布特征，并通過關鍵節點橋梁安全狀況有效反映整條關鍵線路及路網橋梁的最不利狀態，為養護部門巡檢工作及監管部門荷載控制工作提供更具針對性的指導數據。
3 橋梁安全監測系統的組成及工作流程
橋梁安全監測系統由：傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據處理與管理子系統、結構狀態評估子系統，四大系統組成。
安全監測系統的數據處理與管理子系統和結構狀態評估子系統位于遠程監控室中，如圖1上層結構示意圖所示；傳感器子系統和數據采集與傳輸子系統位于各橋梁處，如圖1下層結構示意圖所示。
圖1：橋梁安全監測系統體系框架
圖2顯示了橋梁安全監測系統分布式橋梁數據傳輸的網絡結構示意圖。
圖2數據采集及傳輸流程
4 系統功能要求
① 顯示刷新周期：≤1s
②系統無故障間隔時間：≥10000h
③系統故障修復時間： 對于一般故障，具有自動回復啟動功能，對于特殊功能，在24小時內對故障做出技術支持響應，3天內恢復，對地震等特殊災害，在3天內回復功能；
④系統24小時連續工作；
⑤系統具有人機友好界面；
⑥系統能夠對橋梁環境溫度及車輛荷載進行監測；
⑦系統能夠對橋梁自振特性、關鍵截面應變、撓度、索力進行監測；
⑧系統能夠實現橋梁異常狀態下的報警；
⑨系統能對監測數據進行存儲、分析處理，并應用監測數據對橋梁狀況進行評估。
5 實施原則
5.1路網內關鍵節點橋梁選取原則
表1 關鍵橋梁選擇評價指標
指標 影響因子 權重
重要性 道路等級 0.09 0.45
橋梁總長 0.08
橋梁造價 0.05
修復難度系數 0.05
日均交通量 0.12
設計壽命 0.06
安全性 橋梁技術等級（病害程度） 0.13 0.35
設計荷載、實際荷載 0.1
環境影響（風、地震、溫度）惡劣程度 0.07
橋型分類 0.05
可行性 設備成本 0.05 0.2
安裝成本 0.05
施工難度 0.05
系統維護成本 0.05
5.2傳感器測點布設原則
① 可對結構總體溫度進行監控的控制點；
② 結構最大應力響應截面或應力傳遞明確截面；
③ 結構模態分析低階振型所必須的監控控制點；
④ 結構最大位移控制點或能推算結構幾何線形的控制點。
5.3 橋梁監測內容
5.3.1溫度監測
（1）測量方法
考慮測試方法的兼容性，溫度傳感器采用長沙金碼的半導體類傳感器，在-20℃～85℃范圍內溫度測量精度為±0.5℃；溫度計由優質不銹鋼外殼和專用電纜組成，具有優越的防水性能，信號穩定。
表2溫度傳感器主要技術指標
測量范圍 -20～+85℃
精度 ±0.5℃
靈 敏 度 0.1℃
2）測量頻率
數據采集由計算機自動控制，采集的頻率和時間可以預先設定。一般情況下，可以設定5～60分鐘測量一次。
5.3.2動應變監測
（1）測量方法
動應變測試采用電阻應變片法由電阻應變片配合動態應變儀進行動應變數據采集。動應變采集使用自主研發的動應變數據采集儀，它是智能化的低功耗數據采集設備，適合在低功耗場合使用，具有三個顯著優點：一是低功耗；二是本地數據預處理及過濾；三是可遠程重啟及更新采集設備，有很強的擴展性及可維護性。
表3動態應變測試通道技術指標
電阻值范圍 1000Ω
供橋電壓 5V
供橋電壓精度 0.1%
供橋電壓穩定度 < 0.05%
滿度值 ±1500με
準確度 < 0.5%（FS）
模數轉換器 高速24位A/D
（2）測量頻率
考慮到動態設備為主要的耗電設備，橋上的動應變至少得保持一個跨中截面的設備24小時不停采集，用于重車荷載統計，其余截面可采用定時采集，可設置每2小時采集30分鐘的方式，或根據供電情況設置間隔采樣時間，采樣頻率設為50～250Hz/s，以節省功耗。
5.3.3自振特性及索力監測
（1）測量方法
主橋結構自振特性采用環境隨機振動法，使用電容加速度傳感器，即將加速度傳感器放在主梁指定位置，根據對隨機振動信號的分析，判斷結構的自振特性參數，這其中包括自振頻率、阻尼比和振型。由于梁體振動一般較弱，采用低頻加速度傳感器。
（2）測量頻率
為了節省功耗，可設置振動及索力數據每隔2小時采集30分鐘，或根據供電情況設置間隔采樣時間，在功耗允許的情況下，可控制部分監測點24小時不停采樣，采樣頻率設為50～250Hz/s。
5.3.4主梁（系梁）撓度監測
主梁撓度監測采用靜力水準技術，靜力水準相對于GPS，具有精度高、成本低的特點。
（1）測量原理
靜力水準測量采用連通管的方法，測量使用電感式靜力水準儀，構成一個差異沉降測量系統。
靜力水準測量系統主要由主體容器、連通管、電感式傳感器等部分組成。當儀器主體發生高程變化時，主體容器內液面發生變化，使相對于浮子上的屏蔽管儀器主體上的電感式傳感器可變電感發生變化，通過測量儀表測出該點的高程變化。測量電路采用非接觸比率測量方式，自動平衡出數字量而測出液面相對于主體的升降量。然后，通過各自的升降量計算出結構的沉降值。
表4靜力水準儀主要技術指標
測量范圍 100～200mm
精度 0.01mm
測點誤差 測點誤差：
工作溫度 -10℃~60℃
品牌 國產
（2）測量頻率
數據采集由計算機自動控制，采集的頻率和時間可以預先設定。一般情況下，可以設定5～60分鐘測量一次。
5.3.5主要橋型監測內容
表5簡支空心板梁橋監測內容
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 跨中截面，個別跨徑1/4截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測主梁自振特性 跨中控制點
4 主梁撓度 靜力水準儀 監測主梁幾何線形 在跨中及墩頂控制點
表6T梁、箱梁橋監測方案
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征，獲取溫度荷載 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 跨中截面，1/4截面（應變花），連續箱梁支座處截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測主梁自振特性 跨中控制點
4 主梁撓度 靜力水準儀 監測主梁幾何線形 在跨中及墩頂控制點
表7 拱橋監測方案（含系桿拱）
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征，獲取溫度荷載 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 拱肋拱腳截面和跨中截面，個別跨徑1/4截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測拱肋或系梁自振特性（豎向、橫向） 拱肋1/4和跨中控制點，系桿拱橋系梁跨中控制點
4 吊桿索力 加速度傳感器 監測吊桿索力長期發展趨勢 跨中和1/4跨吊桿控制點
5 主梁撓度 靜力水準儀 監測系梁幾何線形 系梁跨中及墩頂處
6橋梁結構狀態評估系統
主要分為四個部分：
1、橋梁荷載評估。主要包含兩部分內容：
① 溫度荷載評估；
② 車輛荷載統計分類。
2、橋梁結構響應。它主要包含以下幾部分工作：
① 設定預警值下的關鍵截面應力評估；
② 主梁振動特性評估；
③ 吊桿索力評估；
④ 主梁撓度評估。
3、考慮抗力-荷載雙重效應的橋梁結構安全評估。
4、為把握整體路網或關鍵線路內橋梁群安全狀況提供有效依據。
7 結論
橋梁實時在線監測及評估系統由于其高度的時效性在橋梁管理中發揮著越來越重要的作用，并與傳統人工檢測方法相輔相成，可以更加全面地完成對橋梁結構狀態的評估工作。
橋梁安全監測系統以路網內橋梁群為主要監測對象，并結合現代傳感、通訊及網絡等信息技術，實現橋梁群的集中管理、信息共享、資源整合等功能，因此，從監測方案制定、監測系統搭建到數據處理、傳輸和預警評估實現的每個過程都應具有高度可擴展性，并通過關鍵節點橋梁重車荷載監測掌握整個路網重車荷載分布狀況，對提升路網安全管理水平、把握路網運營狀況具有重大意義。
參考文獻
[1]《浙江省橋梁安全監測系統可行性研究報告》，2012.
[2] 《公路橋涵養護規范》（JTH H11-2004）
[3] 《計算機軟件開發規范》（GB/8566）
關鍵字：船閘結構；安全監測系統；監測點
水路運輸是現代交通運輸的重要部分，對社會主義建設、改善人民生活水平及促進文化交流都發揮著重要作用。隨著各國加快綜合利用與開發水資源的步伐，在水利工程中興建的通航建筑物日益增多。船閘作為通航建筑物的主要型式，為使船舶暢通過壩，充分發揮水資源的綜合利用效益。因此船閘的結構安全顯得尤為重要。由于船閘類型較多，其結構的設計較為復雜，不同船閘結構的受力狀態也各有不同。同時，結構的設計和施工直接影響建成后船閘的內力分布。因此，在施工過程中，加強船閘結構的監測與優化，在保障船閘結構的安全起著非常關鍵的作用。
一、船閘安全監測的概述
（一）船閘安全檢測的含義
現階段，我國船閘安全監測主要是由人工巡視檢查和儀器自動化監測組成，但隨著科學技術的發展，船閘的安全檢測技術也取得了長足的進步，逐步有傳統的人工巡查發展成為自動安全檢測。在相同的工作量之下，與自動化安全監測相比，人工觀測的周期長，觀測數據精確度和同步時間較長。如果遇到河流的汛期，在水位猛漲的條件下，以人工的能力做到及時監測與精確分析計算是比較困難的。因此，目前船閘的監測已經在逐步趨向自動化和系統化了。但是，受限于船閘的特點和目前自動化儀器監測水平有限，船閘安全自動化監測系統還不夠完善，因此在采用儀器對船閘進行自動化監測的過程中，同樣需要結合人工檢查的方式，對船閘進行巡視檢查，從而科學得出船閘安全監測所需要的數據，這樣才能保障船閘安全監測系統的職能健全。
（二）船閘安全監測的意義
第一是船閘的安全檢測可以讓人們及時有效地了解船閘的運行狀態和安全狀況，主要是通過獲取環境數據、水文信息、結構和滲流狀況等信息，進行分析、計算以及判斷等程序，最終對船閘的安全情況進行了解也為其穩定運行提供了支持。
第二是有助于根據觀測的數據和規律對船閘的結構進行計算和模擬，總結觀測數據的變化及其物理成因，及時發現隱患并采取適宜的措施，確保船閘的安全，延長船閘的使用壽命，提升運行效率。
第三是有利于反饋信息。因為船閘的工作環境較為復雜，但好在相關負載、計算模型及有關參數的確定總是帶有一定程度的相似性。因此利用船閘安全監測產生的數據進行正反分析，結合設計施工方案，對在建或擬建大現提出反饋建議，從而實現檢驗和優化設計、指導施工。
二、船閘水工建筑物觀測項目及測點布置
（一）視頻監測
安裝視頻監控的主要監控對象是：過閘船只航線軌跡、船閘檢測修理狀況，水文狀況，泥沙狀況通航水流狀況，船閘是否阻塞或其他事故情況，方便管理人員、技術人員以及維修人員通過實時監控對船閘工程的關鍵處運行狀況進行查看，同時也能對關鍵的結構部位和埋設的傳感器進行查驗。查看船閘閘門開啟關鍵部位的運行情況，以及重要部位的結構外觀及其位置處埋設傳感器的運行情況，安裝視頻監控系統。
（二）水位監測
水位監測是針對水工建筑物周邊水位的具體情況而進行，以此來評判該工程控制狀況和建筑物運行狀態的根據。其主要包括了閘室水位觀測和墻后地下水位觀測兩個部分，前者須在閘室內外水穩處設置自計水位計并定期觀測；后者須按規定距離設置觀測井。
（三）滲流監測
滲流監測主要是在翼墻后、閘底和閘體內三處加強監測和數據收集，且每個觀測點都需要選取至少三個斷面設置三個觀測儀器，還要能夠保障同時能收集上、下游水位的狀況。
（四）變位監測
船閘的監測主要是通過變位儀器而實現，該儀器需要固定在船閘的標點之上[1]。在監測之前，首先要確定船閘的垂直變化，這就需要測算出被測物的基點高程。為了確保船閘變位監測更為精確，除了需要監測其垂直變化之外，還需要檢測水平的變位情況，以及上下游的水位變化和混凝土的溫度、氣溫、濕度等變化情況。船閘竣工驗收之后，變位檢測每個月還需要至少監測一次，變位穩定之后，一年還必須要檢測超過8次，而在水位變化較為劇烈的時間里，就需要進行多次監測。
三、船閘結構監測項目及測點布置
（一）土壓力監測
土壓力監測主要在墻后和建筑物底部兩處進行監測。前者需選取不多于三個斷面，設置不少于三個測點，根據水頭作用和時間的變化進行墻后土壓力監測。后者的測量情況也比較相似，唯一的不同是后者的測量點須至少五個，監測點選在建筑底部。
（二）結構及鋼筋應力監測
在進行混凝土閘墻應力監測時，需要從施工期就在典型的閘段將監測器按照十二個斷面的不同截面上均設置35個監測點進行裝配，埋設應變計監測閘墻應力分布。此外，該監測點附近也應當設置無應力計用以監測混凝土在溫度、濕度及化學作用下的變形情況，后者則只需在彎矩最大處設置應力計，監測鋼筋應力。
（三）船閘地基與回填土的觀測
而這部分監測主要是為了應對沉降問題而設置的，主要是閘底板在澆筑過程中的沉降、墻后土體和地基沉降。均需要在固定標點處設置監測垂直變位[2]的儀器，測出高度，計算結果。
（四）船閘結構溫度場的監測
溫度場的監測也應當在混凝土結構施工時進行，且測點一般分布在應力監測的監測段內，測點在接近表面時加密，在特殊地點，應適當增加測點。溫度監測次數和時間應與應力監測一致。
四、自動化監測系統的架構
與自動化的監測系統相比，運用人力對工程運行實現管理存在一定不足。因此，為了更好的實現觀測的時效性，將盡可能的使用自動化系統來完成安全監測。而安全監測自動化系統的架構主要由以下四個方面組成。
（一）監測儀器
根據船閘的運行特點，自動化系統的監測儀器需要具備高穩定性、高靈敏度以及實用性強等功能特點。該部分的主要監測設備為引張線儀、靜力水準儀、滲壓計、水位計、應變計、土壓力計、鋼筋計和測縫計[3]。
（二）數據收集設備
數據的收集設備是自動化安全監測系統的重要組成，是整個數據收集網絡的節電裝置。它由密封機箱、智能數據采集器、供電設備、人工比測設備和防雷器等部分組成。數據收集設備的功能應當能夠實現測量控制、顯示打印、查詢測試及系統性能檢查的需求
（三）通信網絡
船閘安全監測系統的通信網絡一般采用光釬通訊的方式，由于其容量大、串擾小、傳輸質量高以及傳輸距離長和防雷等特點，可以實現安全監測系統的大量數據的穩定傳輸。
（四）監控主機及數據采集軟件、數據管理軟件
監控主機一般設在工程調度中心的控制室內，分別安裝數據采集軟件及數據管理軟件，通過接收各數據采集裝置的監測數據、存儲監測數據、繪制實時曲線等工作，并自發啟動警報裝置等。
結束語：
船閘結構安全監測是水工建筑物數字化建設管理的重要內容，本文在分析船閘結構安全監測系統的監測項目選擇、傳感器測點布置、數據采集與處理系統構成進行了設計分析的基礎上，對安全監測系統的自動化構建提供了一定的意見和參考。
參考文獻：
[1]張清杰.引張線法在船閘閘墻水平位移監測中的實踐[J].水利水文自動化，2005（3）.
關鍵詞:CAN總線英飛凌XC878礦井安全監測
中圖分類號:TP2文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2010) 08-040-01
目前,礦山監測技術主要集中在礦山壓力、瓦斯、水文水質和粉塵等幾個方面。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技術的礦井安全監測系統,成本低廉,安裝方便的監測系統
1系統介紹
1.1系統組成
礦井安全監測系統結構框圖如圖1所示。
圖1礦井安全監測系統結構框圖
1.2工作流程
XC878單片機進行各個傳感器的初始化及數據的采集,然后通過自帶的CAN接口將數據發送到總線上,上位機通過CAN總線轉USB接口將數據進行顯示,然后可據此判斷礦井的整體結構各個參數。上位機可對單片機的狀態進行查詢。
圖2工作流程圖
2硬件設計
2.1XC878單片機
單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規模集成電路技術把具有數據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、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。
XC878是高性能 8位微控制器。片內集成 CAN控制器并支持 LIN,具備高級互聯功能。
2.2傳感器
傾斜測量采用SCA100T高精度雙軸傾角傳感器。應力和地音的測量均采用電阻應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 ,采用USB轉CAN接口電路,實現與單片機實現雙向通訊 。
3軟件設計
(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、各個傳感器的數據采集、CAN報文的發送及接收。
(2)上位機軟件采用C++設計,通過USB轉CAN接口與單片機進行通訊。
4結束語
根據本文思路設計出的礦井安全監測系統,操作簡便、價格低廉、能準確及時地監測到礦井的狀態,非常適合規模較小的礦井安全監測。
關鍵詞：水庫土壩；安全監測；自動化
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
中圖分類號：X924.2文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
一、大壩安全監測
（一）大壩安全監測內容、方法及儀器
監測內容：水庫水位，水壓，滲流，流量，電導率，風力，相對濕度，空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移監測。
項目組成：數據記錄儀，水壓計，水位計、鋼筋計、測縫計、沉降儀、傾斜儀，水質探測器，GPS定位系統，數據庫工具，數傳系統，預警系統等。
（二）大壩安全監測系統自動化
大壩安全監測自動化系統是利用電子計算機和傳感技術以及信息搜集處理技術，實現大壩觀測數據自動采集處理和分析計算，對大壩性態正常與否作出初步判斷和分級報警的觀測系統。大壩安全監測是將數據采集、信息管理和分析評價融匯在一起的系統工程。
二、放牛洞水庫安全監測自動化系統
大壩安全監測系統能實現全天候遠程自動監測，本項目中使用的各種傳感器使用監測站數據記錄儀實現自動監測，并且進入相關數據庫。同樣，監測系統也具備人工觀測條件，觀測人員可攜帶讀數儀或筆記本電腦到各監測站讀取數據。大壩遠程監測系統可以記錄下監測對象完整的數據變化過程，并且借助于光纖網絡數傳系統實時得到數據，同時將數據傳送到網絡覆蓋范圍內的任何需要這些數據的部門，非網絡覆蓋范圍內可通過無線基站、GSM(GPRS)、CDMA等實現遠程數據無線傳輸。
（一）監測系統總體結構與功能
根據項目具體情況，大壩安全監測系統分外部變形監測（水平位移和沉降位移）、滲流監測、環境量監測等三大部分。安全監測自動化系統采用分布式的網絡結構，包括測站層的現場網絡和監測中心站層的計算機網絡。安全監測化系統采用分層分布式的網絡結構，即包括測站層的現場網絡和監測中心站層的計算機網絡。測站層由各測點傳感器和數據測量控制裝置（MCU）組成。監測中心站位于辦公樓的中心機房內，監測中心站層由監測計算機，以及激光打印機、電源設備等組成。系統達到的功能(1)中心站功能.中心站具備完善的系統功能，如系統設置、系統診斷、數據采集和傳感器設置等。(2)數據采集站功能。
（二）自動化安全監測項目
1、滲流監測
滲流監測項目包括大壩浸潤線及滲流量監測。
（1）浸潤線監測
浸潤線監測利用現有測壓管實現，在測壓管內安裝滲壓計實現自動化監測。現有2個浸潤線監測斷面，每個斷面從上游壩肩到下游堆石棱體前有4個測壓管，共8個測壓管，安裝8支高精度滲壓計來進行自動化監測。
（2）滲流量監測
在壩下游排水溝上設1個量水堰測點，用三角堰方式實現滲流量監測，安裝1個高精度水位傳感器測量，通過測量滲流水位來換算滲流量。
2、環境量監測
環境量監測主要包括上游水位監測。在大壩左岸上游面利用水位豎井布置水位計1支，并接入自動化系統進行自動監測。
在左壩頭管理房附近設1個氣溫計、1個雨量計實現自動化測量。
3、自動化監測系統
放牛洞水庫大壩安全監測系統以自動監測為主，變形監測采用人工監測實現，其觀測數據可以輸入自動化系統配套的信息管理軟件進行管理。
所有自動化監測儀器均接入測控單元(MCU)，由一臺主控機進行控制。主控機上安裝數據自動采集軟件、信息管理軟件，完成整個樞紐的自動監測和監測數據管理。監測主機安裝在離大壩約250m的水庫管理辦公室內。水庫處于南法多雷區，為確保系統長期可靠運行，大壩與機房之間用光纜通訊，避免雷電干擾。
4、自動化監測項目組成表
系統采用智能分布式結構，現場總線用RS-485實現數據通信。壩頂監測站設置2個智能測量控制裝置（MCU），共裝配16通道智能數據采集模塊2塊，連接各測點。在水庫監控中心建立監測中心，進行大壩安全監測管理。具體配置見表2-1。
自動化安全監測項目組成表2-1
（三）安全監測設備選型
1.儀器設備的選擇及布置目的明確能全面反映大壩的工作狀況。
2.根據大壩結構特點及壩線長等因素合理選擇各觀測斷面及變形監網，做到主次相結合，在能夠全面反映大壩工作性態的條件下盡量減少觀測斷面以及儀器或測點的數量。
3.選擇精度可靠穩定耐久的儀器設備盡量布置在有良好的照明防潮和交通條件的位置適當選用自動化觀測設備以人工觀測為主確保觀測數據不致中斷。
4.適當考慮和協調觀測儀器埋設與大壩土建施工之問的相互干擾問題做好施工期儀器和電纜的保護工作確保儀器埋設質量和大壩施工質量。
5.觀測設備選型對，還要考慮能否便于實現觀測數據自動采集。數據自動采集裝置在可靠、先進的前提下，還要考慮留有人工觀測接口。
（四）觀測數據的采集系統
1.數據采集軟件
DG型數據采集軟件是在Windows XP環境下一套圖視化的窗口軟件，所有監測點均可顯示在布置圖上，每個測點都與數據庫相連接，同時布置圖上的每一個測點又與現場測控裝置的對應儀器相通，操作和選擇屏幕布置圖上的測點或采集模塊就可以完成對該測點或模塊的數據采集、換算、處理、入庫等全部過程。對自動采集的數據自動入庫；對人工測量的數據，提供一個人機界面窗口，可鍵盤輸入進庫。數據采集軟件用于單機采集和網絡采集，如果計算機被設計為Windows NT局域網的一個節點，則局域網（甚至廣域網）上的任意一臺計算機應可以控制計算機進行數據采集，并把采集的數據傳送到本地計算機上。DG型大壩安全監測自動化系統數據采集軟件功能框圖如圖所示。采集軟件功能模塊主要包括：系統工具、數據采集、數據管理和數據通訊。
DG型數據采集軟件功能框圖
2.信息管理軟件
DSIM型大壩安全信息管理系統具有對大壩安全監測自動化系統采集的監測數據及其它有關大壩安全的信息進行自動獲取、存儲、加工處理和輸入輸出的功能，并且為數據分析軟件提供完備的數據接口，以便利用大壩安全監測數據和各種大壩安全信息對大壩性態作出分析判斷，按《土石壩安全監測技術規范》和《土石壩監測資料整編辦法》對水庫大壩監測資料進行整編分析，生成有關報表和圖形，做好大壩安全運行和管理工作的功能。大壩安全信息管理系統具備滿足設計要求的測點管理、遠程控制、數據輸入（包括自動輸入、人工輸入和全自動物理量轉換和數據過濾）、數據輸出、通過輸出模板輸出數據、備份管理、系統安全管理、軟件自動升級等功能。
三、放牛洞水庫安全監測自動化系統擬解決問題
放牛洞水庫是一座以供水調蓄為主要目的的平原水庫，水庫大壩為均質土壩，為解決這種類型大壩的安全監測自動化系統問題，需解決下列問題：
(1)確定大壩安全監測的主要觀測項目為大壩滲流和大壩沉降變形；
(2)根據水庫所在地的地質、水文、氣象等條件，合理布置監測點，以便真實、全面的反映水庫大壩實際的工作情況；
(3)布置環境測點。觀測上下游水位、降雨量、溫度、氣壓等，充分考慮環境變量對水庫大壩安全穩定的影響；
(4)建立有平原水庫特色的監測模型；
(5)建立水庫預警預測模型。對一些特殊的演變現象和迅速變化的現象進行及時的跟蹤分析，實現從靜態到動態的仿真模擬和預測報警；
(6)選擇精度高、穩定性好、耐久性滿足要求的儀器進行數據采集；
(7)選擇高效、保密、穩定的數據傳輸方式；
(8)建立自動化程度高的強大網絡系統；
(9)提供友好的人機對話界面，便于用戶從不同的側面觀察和分析監測信息，從不同的角度控制監測系統，以便及時處理險情。
總結
經過多方的努力、協同工作，共同完成了放牛洞水庫安全監測自動化系統研究項目。總結該系統技術關鍵點與創新點如下：
(1)采用自動監測技術測量堤壩滲流，測量數據穩定性高、可靠性強、誤差小。
(2)采用光纖通信方式，使安全監測中心的監測設備和監測點之間能夠保持高速穩定的連接。
(3)系統布置多個沉降觀測點，以便及時了解情況，為分析堤壩的沉降、變形提供依據。
(4)數據采集點布局合理，每個斷面多點布置，能全面反映堤壩的滲流浸潤。多斷面全方位布置，形成全方位分布的滲流觀測網，反映了整個堤壩的滲流情況，可以及時采取有效措施，防止滲流破壞的發生。
(5)合理布置上下游水位、降雨量、溫度、氣壓等環境觀測點。觀測，配合滲流觀測，使分析考慮的因素更全面。
(6)建立的具有平原水庫特色的滲流監測模型，充分考慮了水位頻繁漲落、環境條件變化(如氣溫、降雨等)等因素，使之與監測數據充分擬合。
(7)建立了預警預測模型。該模型可根據水位預測滲流情況，反應值精度高，發現異常及時報警以便處理。對一些特殊的演變現象和迅速變化的現象進行及時的跟蹤分析，實現從靜態到動態的仿真模擬和預測報警。
關鍵詞 監測系統； CAN總線； CAN通信節點
中圖分類號TN492文獻標識碼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
近幾年來，基于對礦井安全生產監測的需要，國內外先后研制出多種類型的安全監測系統，其中CAN通信節點是礦井監測系統的重要組成部分，是井下各安全監控模塊與井上安全監控中心之間數據傳輸的樞紐，并且負責安全監控中心與安全監控模塊之間的數據采集與通信。這些節點能否有效地工作決定了礦井安全監測的質量，因此CAN通信節點在礦井安監中發揮著重要作用。而傳統的礦井安全監測系統信息傳輸廣泛采用的是RS485通信方式，這種傳輸總線技術在信息傳輸方面仍有許多無法克服的缺點，主要表現在：各種類型的監測系統均為主從式結構，網絡上只能有1個主節點，無法構成多主冗余系統，當主節點出現故障后，系統將無法運行；各種形式的分站雖然功能相似，但缺乏統一的規范和通信協議，所以系統是封閉的；波特率較低，傳輸距離短，可靠性和實時性滿足不了實時監測的要求。
相比較RS485串行通信系統，現場總線技術[1]的出現使得建設基于網絡的開放性礦井監測系統成為可能，而基于CAN總線的監測系統具有可靠性高、實時性高、抗干擾能力強、傳輸距離遠、自身具有差錯控制能力、協議規范等優點[2]。為此，本文設計了基于CAN總線的礦井開全監測系統。
1 系統方案的確定
系統方案的選擇是在滿足系統功能要求的基礎上必須保證系統的穩定工作，有利于系統后期的維護和功能的升級，同時在這個基礎上考慮系統的產品化。產品化要求系統具有較低的硬件成本，從而降低整個系統的生產成本，使產品具有較高的性價比。本文研究的井下安全監測系統工作于地面以下600米到1000米的深度，需要采集井下多個位置、不同種類的傳感器等測量元件的各種類型的數據。因此采用了分布式采集方式，即在不同位置配置多個數據采集設備。每個單獨的采集設備稱為一個CAN通信節點，每個節點配置有微處理器芯片及數據接口等元件。在全部數據采集節點中選擇一個設置為主節點，與其他各個節點相連組成網絡，接收這些數據采集節點傳來的數據，對數據進行打包處理后上傳給地面的監控中心；網絡中的其他節點稱為子節點。系統的整體結構如圖1所示。
圖1系統的整體結構圖
Fig.1 The system's overall structure
由圖可見，系統主要是由數據處理節點和節點間的通信網絡兩部分組成。系統通信網絡選用一主多從的形式[3]，在實際使用中，子節點的個數可以按照實際情況需要自由增減。主節點和子節點在系統中具體功能如下：主節點不但要從外接傳感器等測量元件采集數據，還要收集來自各子節點的數據，將其整理后發送給地面監控中心，以便地面的工作人員對數據進行分析、處理并根據結果掌握井下情況。此外，主節點還要接收由地面計算機發來的命令，并將地面的命令下發給各子節點。各子節點一方面要完成對來自傳感器測量得到的數據的采集和處理；另一方面，要及時把系統的實時數據傳輸給主節點，在收到主節點的命令數據后，還要根據發來的命令數據對節點參數進行修正。可見，各子節點僅負責將采集數據傳送給主節點，數據的傳輸只在主節點與子節點之間進行，而子節點彼此之間沒有數據的交換。
2 系統硬件設計
2.1 CAN通信節點的設計與實現
關鍵詞：安全 監測 管理 系統
一、引言
油庫是協調原油生產、原油加工、成品油供應及運輸的紐帶，是國家石油儲備和供應的基地，它對于保障國防和促進國民經濟高速發展具有重要的意義。在石油、化工、工礦等企業一般都有油庫，這些油庫既是企業重要的燃料基地，又是一個重要的生產環節。油庫區內儲運的易燃、易爆物質以及生產設備數量較多，事故風險高，安全監測難度大，面對日益激烈的能源競爭環境，迫切要求油庫加強安全管理，提高自動化監控和管理水平。
目前，國家安全監督部門對易燃易爆場所的安防監控越來越重視，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公共安全和城市建設等民生項目的規劃和政策。因此，油庫的安防自動監測與信息管理自動化系統日益被人們所重視。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進行實時的數據采集，實現油庫的安全自動化監測。
搭建數字化油庫安全監測管理的主要思想是：以對油庫基本設備設施及作業方式的數字化改造為基礎，依托油庫信息網絡一體化構建，實現油庫安全監控自動化。通過數字化油庫安全監測系統的建設，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、安全監測防衛效益、業務管理水平，并為更高一級、更大范圍的信息化建設提供基礎信息源。
二、國內外儲油罐區監測技術的應用
對于油庫罐區防火防爆檢測及監控技術，國外發達國家起步較早，研究投入較多，已有先進的自動化檢測和監控技術。像國外比較成熟的管理系統-霍尼韋爾油庫自動化系統，已經在世界各地得到了廣泛的應用，已經為BP、殼牌、埃克森等多個國家的大型石油公司實施了全面的自動化系統，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測的自動化程度：
（一）儲罐液體自動計量系統
ATG（體積計量法）是國外應用最廣泛的計量系統，其代表產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，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）生產調度控制系統
應用電磁閥、管道泵、設備狀態檢測（壓力、流量、液位、閥位、氣體濃度等）、視頻監視等構成生產調度指揮控制系統對作業進行自動調度和控制。
（三）消防滅火系統
國外一般設有固定的消防設施，在庫區重點部位，設置報警按鈕，視頻監視系統進行觀察和確認，采用電動閥、調節閥、管道泵等構成自動滅火系統，可以在最短時間內，按照滅火預案啟動相關設備，實施快速撲救。
在國內，隨著社會的發展及科技的進步，各單位也進行信息化系統建設。最初是自動發油控制系統，后根據業務需要相繼實施了儲油罐自動計量系統、操作現場電視監控系統、成品油管輸計量系統以及成品油批發管理信息系統。通過近幾年的實際使用，提高了生產及管理水平，取得了一定的管理效益和經濟效益。但也存在一些明顯的問題：1.由于客觀原因所致，使得油庫各系統之間缺乏互聯，各個系統之間數據的采集、傳輸、整理沒有形成統一的標準，各基礎數據無法實現共享，得不到充分有效利用。當一個點出現問題時，與其相關的各點無法及時快速的做出反應，影響安全作業。2.目前的系統缺乏對安全監測方面的針對性，已經滿足不了國家安全監督部門對易燃易爆場所的安防監控要求。
三、大型儲油罐區監測系統的組成部分
針對當前國內油庫安全監測系統的現狀，建立大型儲油罐區防火防爆監測系統，主要目的是提高油庫的安全管理水平，為油庫安全、平穩、高效運行提供保障，并有效的銜接上層信息管理系統。該系統計劃由消防報警、油氣實時在線監測、儲罐區氣象和油罐自動計量等四個分系統構成，為了改變以往信息化建設中各個系統獨立建設、互不聯通的局面，需要構建數字化油庫綜合監管信息平臺，實現對油庫全局業務的數字化集中監管。通過對油庫四個分系統整合，可以實現油庫數字化業務統一監管，還可以全面提高油庫的消防、安全、油料綜合統一管理水平，并可為更高管理層提供遠程監管服務。整體系統組成圖如下：
（一）消防報警系統由火焰探測器、報警信號短信傳送設備構成；可以實現實時火災探測及示警功能；人工報警開關響應功能；監控中心無人值守時短信報警功能；數據信息自動保存功能；查詢統計功能。
（二）油氣在線監測系統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，控制箱與監控主機交換數據，實現在線監測功能。若控制箱報警，監控主機立即發出聲光報警信號，以便值班人員及時采取措施。此外還可以對控制箱進行設定，報警控制箱通過執行器可控制切斷閥門等操作。
（三）儲罐區氣象系統由氣象監測箱組成，氣象監測箱與控制箱通過電纜連接，實現在線監測功能。
（四）油罐自動計量系統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合高精度差壓變送器，獲得油品密度，從而實現全自動油品質量計量。實時監控儲罐液位數據，提供油品液位、水位、密度實時信息并有報警功能。另外根據罐容表可自動計算油品體積和質量。
四、結束語
建立如上所述的大型儲油罐區防火防爆監測系統，可以使油庫各系統之間聯系緊密，系統之間數據的采集、傳輸、整理構成了統一的標準，基礎數據實現了系統間的共享并且滿足不了國家安全監督部門對易燃易爆場所的安防監控要求。
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（作者單位：青島科技大學）
關鍵詞 GSM；傳感器；火災；STM32
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0035-02
生活中火災、天然氣泄漏以及外人非法入侵對人身財產安全構成很大威脅，設計一款可自動檢測以上險情并能提前預警的智能家用安全系統可有效降低威脅，避免意外情況的發生。目前國內外對此類智能報警系統研究發展迅速，市場上有采用有線、藍牙、紅外和zigbee等方式作為家庭自組網，采用IP網關服務器的智能安全監控系統，但該類系統成本較高。
本文采用嵌入式網關服務器，通過多組傳感器節點的感知，將數字信息傳給中心節點，經中心節點處理分析后，利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、天然氣傳感器和紅外傳感器實現對火災、天然氣泄漏和外人非法入侵的監測，通過GSM網絡向預定的手機號發送報警信息，該系統結構簡單、成本低、監測精準、可靠性高。
1 系統總體設計
智能家用安全監測系統整體框圖如圖1所示。主要包括STM32主控器、多路溫度傳感器DS18B20、多個煙霧傳感器MQ-2、無線通信模塊、紅外監測模塊、天然氣監測模塊、LCD顯示模塊、聲光報警和電源模塊。
圖1 系統總體框圖
系統設置多組溫度傳感器和煙霧傳感器，意為通過多組信息的綜合分析，判斷是否為意外情況。紅外監測模塊安裝在窗檐，當感應到非法入侵時，傳送報警信號給MCU。天然氣監測模塊用于監測家中天然氣管道的泄漏。當STM32收到任何報警，將啟動聲光報警并通過無線通信模塊給預留手機號發送報警短信，將意外損失降到最小。
2 系統硬件設計
1）通信模塊。nRF24L01是NORDIC公司生產的單片無線收發芯片，工作頻率范圍為2.400 GHz～2.525 GHz，電壓工作范圍為1.9 V～3.6 V，可傳輸語音和數據信號，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。
nRF24L01的數據接口通過AT命令可雙向傳輸指令和數據。它支持Text和PDU兩種格式的短信，可通過AT命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。nRF24L01中IRQ引腳與MCU控制端連接，可控制nRF24L01工作與否。
圖2 無線通信模塊nRF24L01電路圖
2）火災監測模塊。該模塊選用1#，2#和3#煙霧傳感器MQ-2和1#，2#和3#溫度傳感器DS18B20共同監測室內火警情況。其中，MQ-2濃度檢測范圍為227.88 mg/m3～9260 mg/m3，傳感器輸出電壓值范圍為0～5 V，通過A/D轉換模塊將數字信號送給STM32，再經信號傳輸通過LCD顯示。DS18B20集溫度采集和A/D轉換于一體，直接輸出數字信號。DS18B20具有單總線、體積小、分辨率高和抗干擾能力強等特點，其溫度測量范圍為-55℃～+125℃，滿足室內溫度監測的要求。系統中3組溫度傳感器分別分布在3個房間，與相應的煙霧傳感器配套。
3）入侵檢測模塊。入侵檢測模塊通過多組安裝在窗檐的紅外檢測模塊組成。其主要由紅外線傳感器RE200B和以CS9803GP為核心的信息處理模塊組成。該模塊的工作原理為通過其紅外探頭監測、監測環境中紅外線強度信息的變化，再經過核心電路的處理分析，若確有外人入侵，則把報警信號發送給STM32。
4）天然氣監測模塊。本系統針對膠管泄漏采用內聽音的管線泄漏監測方法。本監測方法原理是利用在管壁破裂時，管內流體自破裂處噴涌，此時管內外會形成氣壓差并產生頻率低于20Hz的聲波信號。該信號主要以橫波沿管內外管壁傳輸。管道兩端加速度傳感器對其進行震動測試，通過兩信號到達時間差，可計算出泄漏位置。
圖3 管道泄漏定位示意圖
對泄漏點定位原理圖如圖所示，L為已知兩傳感器間隔距離，X為泄漏點與首端傳感器的距離。設泄漏聲波傳播速度為a，t為首端傳感器和末端傳感器接收到聲波信號的時間差，則X的表達式：
（1）
一旦天然氣檢測模塊檢測到管道有泄漏，則將高電平報警信號和計算得的X值以二進制編碼的方式傳送給給STM32。
5）LCD顯示模塊。系統選用LCM12864點陣液晶顯示器來顯示溫度、煙霧濃度和天然氣管道泄漏位置等信息。LCM12864顯示分辨率為128*64，可顯示4行*8列中文字符或4行*16列英文字符。系統給LCM12864供5 V電壓，采用并口方式與STM32連接。
6）聲光報警模塊。聲光報警由1個LED燈、1個BUZZER蜂鳴器和另外一些基礎器件組成。
3 系統軟件設計
3.1 無線通信模塊
該設計發送短信選用支持中文和英文短信的收發的PUD模式。AT指令可用于終端設備和PC之間的連接和通信，使用命令“AT+CMGF=0”來選擇PDU模式。
3.2 火災監測模塊
煙霧傳感器和溫度傳感器都把實時測量數據傳送給STM32，STM32根據兩種傳感器發送的數據綜合分析判斷。有以下三種情況。
1）三組溫度傳感器和煙霧傳感器監測參數均平穩小幅度上升，此情況判斷為天氣原因所致，不采取警報行動。
2）某一組溫度和煙霧傳感器監測參數上升陡峭，與另外兩組參數懸殊，可判斷為意外情況，將及時采取聲光報警和短信報警。
3）同一組煙霧傳感器和溫度傳感器不同步上升，如煙霧濃度上升而溫度不上升，則可能為室內抽煙所致；若溫度上升而煙霧濃度不上升，則可能是室內取暖所致；遇到此類情況，系統仍然開啟聲光報警和發送報警短信，若此情況確為人為所致
表1 溫度真實值與測量值對比
標稱值（℃） 測量值
（℃） 誤差值
（℃） 相對誤差
（%） 平均誤差
（%）
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
而非意外情況，可人為按RESET按鍵解除警報。
4 測試和分析
針對系統中的溫度傳感器和煙霧傳感器，分別進行了測試。DS18B20測量結果如表1所示。
對MQ-2進行對甲烷氣體的濃度測試，測試結果如表2所示。
表2 煙霧濃度真實值和測量值對比
標稱值
（%） 測量值
（%） 誤差值
（%） 相對誤差（%） 平均誤差（%）
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
測試表明，DS18B20對溫度的測量精度達到0.1℃，平均相對誤差為1.15%。MQ-2在對甲烷測驗的試驗中，測量精度達到0.01%，平均相對誤差為0.935%。兩傳感器的量精度均較高。
5 結論
本系統實現了利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、天然氣傳感器和紅外傳感器實現對火災、天然氣泄漏和外人非法入侵的監測，及時通過GSM網絡對監測的異常情況進行報警提示。經實驗測試，本系統可有效監測溫濕度和煙霧濃度等信息，系統性能可靠，結構簡單。如何進一步提高監測精度，提升系統性能，完善系統功能將是下一步研究工作的重點。
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關鍵詞：接觸網；6C系統；檢測監測
高速鐵路全部是電氣化列車，接觸網在供電回路中起著十分重要的作用。接觸網作為一種露天、沒有“防護外衣”的供電設備，要經受風、雷電、污染、冰雪和溫度的考驗及環境污染對接觸網性能的影響，無備用特性決定了接觸網的唯一性、重要性和脆弱性［1］。高速列車需要獲取源源不斷的能量，供電設備的運行可靠性、接觸網日常檢修及故障后快速維修至關重要。接觸網的維護管理主要分檢測監測、日常養護、專業修理（簡稱檢測、養護、維修）3種業務類型［2］。檢測是接觸網設備設施科學養護和維修的重要前提，其重要性越來越突出。國鐵集團不斷強化技防安全能力，綜合運用物聯網、圖像識別、感知系統等先進技術全面推進高速鐵路供電安全（接觸網）檢測監測系統建設，打造全方位、全覆蓋、一體化的綜合供電檢測監測體系［3－4］，獲取海量高質量接觸網動態和靜態狀態檢測監測數據，信息收集完成后通過6C數據中心進行綜合數據分析，從而實時或及時掌握接觸網設備設施運行狀態，提前發現其存在的缺陷和安全隱患，為實現精調精修提供科學依據。
1檢測監測技術
高速鐵路供電安全檢測監測技術發展最早是德國，其次是英國、法國、日本。為提高工作效率及安全性，主要采用接觸式和非接觸式檢測技術。1．1接觸式檢測技術該技術需要受電弓與接觸線接觸，不同功能的傳感器布置在受電弓上，如在受電弓托架上安裝接觸壓力傳感器和加速度傳感器。1．2非接觸式檢測技術激光測量、高清攝像機、圖像識別處理技術被應用到高速鐵路供電安全檢測中，不需要與接觸線接觸，如定位器坡度確定是基于高速圖像處理實時對拍攝的視頻進行分析得到的。1．3測量補償系統不同的測量技術得到的參數都是用來指導接觸網維修，其中列車行進過程中檢測到的參數雖能真實反映運行中的弓網狀態，但是接觸網工對接觸網隱患或故障檢修都是在靜態下進行的，因此要對動態測量值進行補償，使其與靜態測量值相當。
26C系統介紹
6C系統為高速鐵路供電系統運行維修模式變革提供全方位技術支持，主要包括6個子系統，具體如圖1所示，其主要巡檢參數如表1所示。
2．1高速弓網綜合檢測裝置
（1C）該裝置是整個系統中檢測項目最多、精確度最高的裝置。它進行等速檢測，即綜合檢測車的運行速度和高鐵實際運行速度相同。檢測數據自動分析完成后生成檢測報告下發給相關鐵路局。該裝置通過高速綜合檢測列車上的接觸壓力、加速度、角位移導高、網壓等不同功能傳感器實現對弓網接觸力、硬點、導線高度、接觸網電壓的測量；采用紫外光電管、激光雷達、攝像機等裝備對離線、動態拉出值、定位器坡度等進行實時檢測。在聯調聯試和運行維護中應用可以實現以下功能：（1）接觸網工程靜態驗收合格后，評價和驗證其系統功能；（2）依據高速鐵路接觸網動態檢測評價標準檢驗接觸網系統的施工質量；（3）通過對采集的數據進行分析，指導接觸網系統進行優化、調整，同時對運營高速鐵路進行周期性檢測，其數據直接指導供電設備維護單位進行維修。
2．2接觸網安全巡檢裝置
（2C）該裝置主要是代替接觸網工步行巡視，提高效率和準確性。該裝置結構簡單，為便攜式設備，主要包括高清攝像機和圖像處理設備兩部分，將其放置在列車司機室，攝像機負責對接觸網外部環境錄像、圖像采集系統對數據進行存儲和分析。該裝置可以采用智能分析，工作人員也可以利用分區或參照分析輕飄物和危樹侵限、鳥窩、接觸網零部件松脫、斷裂等問題。2C檢測周期不固定，特殊情況時可以加密檢測次數，例如鳥害高發期。
2．3車載接觸網運行狀態檢測裝置
（3C）該裝置安裝在實際運營的高速列車車頂，距離受電弓2m左右的位置，供大部分功能與1C相同，例如拉出值、硬點、導高的測量等，還可以實現弓網受流狀態異常監測，例如弓網離線引起的電火花。此外，還可以非接觸檢測絕緣子的絕緣狀況，以及實現對1C采樣參數的加密采集，可以全天候（晝、夜、風、雨、雪、霧）及時反應高速鐵路接觸網與受電弓運行狀態。
2．4接觸網懸掛狀態檢測監測裝置
（4C）該裝置替代人工檢查，大大節省人力成本，提高檢查效率。大量的矩陣相機、高清攝像機、補光裝置等安裝在接觸網作業車或專用車輛車頂，可以對接觸網靜態幾何參數實現連續測量，并根據得到的接觸線高度及接觸線橫向偏移等參數判斷錨段關節、中心錨結處是否平順和跨中是否有負弛度等。它還可以利用清晰度極高的攝像機對定位裝置、接觸懸掛和附加懸掛涉及的零部件進行全方位成像檢測，其圖片清晰度足夠自動識別零部件的松動、斷裂、脫落等一系列故障，其補光裝置可以實現夜間“天窗”點檢測，從而提高運輸效率。它的擴展功能還包括定位器坡度檢測、接觸線探傷等。
2．5受電弓滑板監測裝置
（5C）該裝置以攝像機的形式安裝在局界、段界、車站咽喉區、動車段列車出入庫線等地點，采集的數據可以無線傳輸到視頻存儲系統。它可以實時監測高速列車滑動取流裝置（受電弓滑板）的技術狀態，及時發現異常，用于事故分析管理及故障責任區域劃分，便于指導基層單位進行接觸網隱患排查和故障維修。同時，高清成像攝像機可以實現車號識別，其擴展功能包括受電弓結構部件（含弓角、框架等）的缺陷自動識別、報警及受電弓動態性能監測。
2．6接觸網及供電設備地面監測裝置
（6C）為監測接觸網及供電設備運行狀態，在接觸網的特殊斷面分別設置接觸網張力補償在線監測、定位裝置振動特性監測、電連接線夾狀態在線監測、絕緣子狀態在線監測、設備視頻監控等裝置，不同的在線監測裝置實現分布式監測，分別完成以下功能：（1）線索張力監測；（2）線索振動及定位點抬升量監測；（3）線索溫度監測；（4）絕緣子、高壓電纜頭、避雷器、隔離開關等供電設備狀態監測。
3結語
近年來，6C系統已經在我國高鐵接觸網檢測監測中廣泛應用，并取得了較好效果。借助6C系統開展檢測監測數據收集、分析、挖掘，為及時發現接觸網缺陷、開展接觸網狀態修提供重要依據。
參考文獻
［1］李瑞．四跨非絕緣錨段關節的缺陷分析和應對措施［J］．鄭州鐵路職業技術學院學報，2018，30（3）：9．
［2］王保國，張可新，楊桉，等．高速鐵路基礎設施維護管理及綜合維修體系研究［J］．中國鐵路，2019（3）：10．
［3］李耀云，高英杰，張文雍．高速鐵路供電安全檢測監測系統（6C系統）分析方法探討［J］．電氣化鐵道，2019，30（51）：250．
