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

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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.

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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。

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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。

參考文獻

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

[2]徐華，董志剛，解建安，王亮.數字化油庫建設中異構數據源的整合與集成模式探討[J].重慶工業高等專科學校學報.2005，2：53-55.

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

[4]韓飛，劉信陽，李生林，劉興長.軍隊數字化油庫研究[J].后勤工程學院學報.2004，2：8-11.

（作者單位：青島科技大學）

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關鍵詞:ZigBee; 傳感器; 船艇; 消防安全

中圖分類號:TN915 文獻標識碼: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、國民經濟和海洋開發等方面都占有十分重要的地位。船艇的基本部分為船體,其內部有工作艙、生活艙、貯藏艙、儀器設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,艙內消防安全監測尤為重要。

傳統的船艇艙室消防安全監測系統一般采用有線監控的方式,火災探測器直接通過硬線與控制器連接。有線監測系統造價高、布線復雜、擴展性差、設備后期維修困難[2]。目前,無線傳感器網絡已經在各種環境條件的監控系統中得到了廣泛的應用,船艇艙室的監測系統使用無線傳感器網絡,不會出現傳統布線方法帶來的種種不便。由于消防安全為長期的連續監測,使用ZigBee這種安裝簡單、能量消耗小的短距離無線通信技術十分適合。本文提出了一種基于ZigBee技術的船艇消防安全監測系統的設計方案,在成本低、易于實現的前提下實現對船艇各個艙室內部的消防安全監測。

1 ZigBee無線傳感器網絡

1.1 ZigBee技術簡介

ZigBee是一種低復雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信新技術,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)之上的標準[3]。IEEE 802.15.4定義了兩類設備類型:精簡功能設備(RFD)和全功能設備(FFD) [4]。在ZigBee系統中,這兩類設備指的是物理設備類型。在ZigBee網絡中,一個節點可以有三種角色:ZigBee協調器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備[5]。ZigBee技術可實現的網絡拓撲結構有三種:星形、樹形、網狀,如圖1所示[6]。

圖1 ZigBee網絡拓撲結構

1.2 ZigBee技術特點

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

(1) 功耗低,在低功耗模式下,2節普通5號電池使用時間為6~24個月。

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

(3) 網絡容量大,可容納最多65 000個設備。

(4) 網絡的自組織、自愈能力強,通信可靠[8]。

2 船艇艙室消防安全監測系統

2.1 系統設計方案

船艇消防安全監測系統探測火災發生的原理是檢測火災發生前后的煙濃度、溫度和光這三個物理參數的變化,利用分布在艙室待測區域內的傳感器節點采集這些環境參數[8]。

船艇消防安全監測系統設計由硬件電路設計和系統軟件設計兩部分組成。使用ZigBee技術通過控制器和若干個傳感器節點,搭建一個無線通信網絡。多個傳感器節點置于船艇各艙室內,通過傳感器采集煙濃度、濕度、光強數據,將采集結果通過無線通信的方式發送到路由器節點,然后路由器節點再將數據以無線通信的方式發送到協調器節點。協調器節點將收集的多個數據進行分析處理后,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。系統設計主要結構如圖2所示。

圖2 系統設計結構圖

2.2 功能模塊設計

系統選用的ZigBee設備為基于Jennic公司的JN5139 ZigBee解決方案,它提供了完整的ZigBee協議棧、軟件編輯、編譯/鏈接、調試、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技術提供了良好的解決方案[9]。系統節點框圖如圖3所示。

ZigBee網絡協調器模塊設備板載UART接口用于和嵌入式主板或PC連接,可進行數據傳輸及軟件下載或調試。作為網絡協調者,負責管理整個ZigBee網絡的組建和維護。傳感器節點/路由模塊設備采用2節5號電池供電,提供模擬傳感器和數字傳感器擴展接口,用于連接煙濃度、溫度、光強度傳感器。作為路由節點或終端節點,其自身可采集數據,并可轉發其他節點的數據包。

圖3 系統節點的硬件框圖

2.3 系統軟件設計

軟件平臺同樣使用Jennic公司所提供的代碼編輯和編譯環境Jennic CodeBlocks。CodeBlocks是一款開源的C/C++開發工具,Jennic基于這個工具對其進行擴展形成了自己的開發平臺。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]。

系統的軟件設計包括網絡協調器節點和傳感器節點的設計。網絡協調器節點在初始化過程中找到合適的信道,建立一個網絡,循環檢測傳感器節點的綁定請求。當傳感器節點加入網絡后,便可進行數據的傳輸。傳感器節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點加入網絡協調器節點建立的無線網絡,實時讀取傳感器測得的環-境參數數據,并周期性地將這些數據發送給網絡協調器節點。

圖4 傳感器節點信息采集流程圖

3 結 語

提出了一種以JN5139模塊為核心,基于ZigBee的船艇消防安全監測系統的設計與實現方法。將ZigBee這種低功耗、高可靠性、可擴展性強的無線網絡應用在消防安全監測,避免了各種現場布線,加強了系統的靈活性和可靠性,提高了船艇消防安全監測能力,更好地避免船艇火災的發生。

參考文獻

[1]顧敏童.船舶設計原理[M].上海:上海交通大學出版社,1988.

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[3]IEEE 802.15.4.Wireless medium access control(MAC) and physical layer(PHY)[S]. \: IEEE 802.15.TG4, 2003.

[4]司鵬搏,胡亞輝,程源.無線寬帶接入新技術[M].北京:機械工業出版社,2007.

[5]蔣挺,趙成林.紫蜂技術及其應用[M].北京:北京郵電大學出版社,2006.

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[7]馬菁菁.ZigBee無線通信技術在智能家居中的應用研究[D].武漢:武漢理工大學,2007.

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

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關鍵詞：系統建模 有壓隧洞 信息光學 通信技術

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

1 隧洞結構安全監測系統建模

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，通常要達到在數十公里以上，輸水隧洞在投運使用時，隧洞內充盈通過的是有壓液態水。這些特點決定了隧洞結構安全監測系統在隧洞施工及運營期間實施難度較大。該文在介紹隧洞結構安全監測系統的基礎上，探討了隧洞結構安全監測系統在長距離有壓輸水隧洞施工及運行其間的設計及實施。

1.1 建立隧洞結構安全監測系統的意義

隧洞結構安全關系著施工人員的生命安全和社會經濟活動。多數隧洞所要經過的路徑存在著地質環境復雜，不確定因素多的特點，容易發生由于地質條件惡化、結構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輸油管而挖掘的隧洞當天發生塌方事故，造成正在施工的5名工人失蹤。諸多隧洞事故，以血的教訓告訴世人，隧洞的穩定直接關系到國家財產和人民生命安全。

如何避免輸水隧洞施工及正常使用中時安全事故的發生，隧洞的安全監測技術無疑已經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 傳統技術在工程中的應用

隧洞工程中選擇的監測項目主要有：圍巖變形、收斂變形、頂拱下沉、圍巖應力、隧洞內外水壓力、水位、鋼筋應力、砼應力應變、裂縫及滲漏情況等。所對應的傳統監測設備有高精度全站儀、收斂計、多點位移計、壓力盒、頻率計、鋼筋應力計、頻率計等。

1.3 新技術在輸水洞隧洞結構安全監測系統中的應用

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，將其植入監測對象中不存在匹配的問題，對監測對象的性能和力學參數等影響較小。光纖傳感技術具有分布式，長距離、抗干擾性強和實時性等優點，因而逐漸成為隧洞結構安全監測的重要手段和隧洞結構安全監測技術的研究新方向。

1.4 隧洞結構安全監測系統建模組成

隧道結構安全監測系統包括4個系統，即：傳感器系統、數據采集系統、數據通信與傳輸系統、數據分析和處理系統。各系統間通過導線網絡聯系而進行運作。其典型構成如圖1所示。

傳感器系統是與隧道直接接觸，掌握隧道動態信息最關鍵的部分之一。通過監控測量，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等，由于各種隧道的情況不同，所以傳感器系統內部組成也不同。

數據通信與傳輸系統可采用無線通信系統和光纖通信系統。無線通信系統的代表為GPRS數據采集系統。GPRS數據采集系統具有實時在線，系統無延時的特點，很好地滿足了系統對數據采集和傳輸的實時性要求；GPRS數據采集系統可應用在輸水隧洞施工期間。此時隧洞還未通水，GPRS數據采集系統可將隧洞安全監測數據實時上傳。可以很好的完成輸水隧洞施工期間的隧洞安全監測系統所需數據傳輸功能。

2 隧洞結構安全監測系統模型的方案實施

2.1 隧洞結構安全檢測系統的監測節點的設定

開鑿長距離輸水隧洞時，經常會遇到對隧洞圍巖穩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，需根據斷層、破碎帶的影響帶的寬幅，集中設置安全檢測傳感器，采集該段隧洞巖層數據，并將數據上傳到數據分析和處理系統。該段隧洞的數據采集及數據傳輸設備可作為整個隧洞結構安全檢測系統的一個監測節點。目前，一個監測節點涵蓋范圍最大可達幾公里。圖2為1個監測節點布置圖。

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作為隧洞結構安全檢測系統的1個監測節點。

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，可將各監測節點需配電的數據采集設備及通信傳輸設備布置在支洞里。

2.2 隧洞結構安全檢測系統的管線敷設

2.2.1 管線沿輸水隧洞的縱向敷設

根據輸水隧洞的橫剖結構圖。隧洞結構安全監測系統的數據傳輸線纜及現地監測單元工作電源線纜宜預先埋設在輸水隧洞內側，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 特殊節點管線敷設

當隧洞結構安全檢測的監測節點的設定在兩支洞之間時，則會出現就地監測設備和數據傳輸設備的供電電源難以解決的問題。以某工程輸水隧洞為例，當隧洞結構安全檢測的監測節點設在以鉆爆法施工的隧洞中間段時。監測節點距離兩邊支洞口均有10 km左右。如采用有源監測設備和數據傳輸設備時電源可取自某支洞口，由于距離較遠（10 km左右）則需要選配變電設備。受輸水隧洞結構及功能所限，對所選設備的體積及安全使用壽命要求極其嚴格，還需在隧洞一側開鑿耳室放置上述設備。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，并不能滿足隧洞結構安全檢測系統所需的全部數據的采集。

3 結語

隨著科學技術的進步，會有越來越多的新產品和新技術應用到輸水隧洞結構安全系統中來，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測和分析。

參考文獻

[1] 張青青，胡明，王雅莉.城門洞斷面有壓隧洞流速分布的數值模擬[J].水利水電科技進展，2014（2）：16-21.

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關鍵詞　煤礦安全　監測系統　物聯網　傳感器網絡

1　前言

煤炭作為我國重要的能源之一，在國民經濟發展中有著至關重要的地位。然而，在我國煤礦企業管理過程中，安全問題尤為突出。安全與生產的關系是相輔相成的，只有創造一個穩定、安全的生產環境，才能保障更高的生產效率，才能帶來更多的經濟效益。

安個與生產的問題不只是煤礦企業高度重視的對象，所有的礦山開采企業都必須認真考慮。傳統的人工苦力開采己經不再存在，智能化開采技術已經實現部分環節由機器設備代替人工，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，高地應力、高溫等問題也隨之而來，使開采作業遇到一系列難題，這就要求智能技術必須不斷的提高。現如今，基于數字化、信息化與集成化，對井下部分作業過程和環境狀況進行實時監測、分析，實現了計算機網絡管理智能化。

引入物聯網技術，應用到礦山安全管理過程中，通過嵌入在各種設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，實現煤礦企業所有工作人員之間、工作人員與運轉設備之間及所有運轉設備之間的智能化管理，打造一個先進的智慧礦山。

物聯網在礦山方面的應用發展正處于初級階段。2010年3月，徐州市提出基于礦區智能化的“感知礦山”的概念，政府與中國礦業大學合作建立了感知礦山工程研究中心，成為物聯網應用的一個重要研究領域。它通過物聯網技術，實現對真實礦一山的可視化、智能化和數字化。其目的在于將礦山的地理、地質、生產、安全管理、產品加工、運銷等各種綜合信息進行數字化，將感知、傳輸、信息處理及智能云計算等物聯網技術與現代采礦、礦物加工等技術相互緊密結合，以實現詳盡地動態地描述并控制礦山生產與運營的安全過程，解決礦山瓦斯爆炸、透水事故等各種災害預防的難題。

“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，利用信息、網絡等技術感知并監控礦區運煤皮帶、煤倉、變電站等各個生產相關系統，很大程度上提高了礦區的自動化生產水平。實施“感知礦山”的重點是將與安全生產相關的感知層設備接入網絡。在礦區建設生產過程中，所使用的傳感器生產廠商不一，協議接口也就不一致，更甚者，在早期建設的項目中，有些設備是沒有智能接口的。總之，全而感知礦山的基礎就是將設備全面接入傳感網絡對礦區進行多層次實時監測。

2　系統組成

系統總體采用分布式架構，如圖1所示，將視頻監控與語音對講等數據采集和通信系統結合，實現系統內預警、報警與視頻監控、數據采集及控制系統的聯動，提高礦井的安防水平和快速反應能力。整個遠程監測系統采用井下分控、礦區總控、各級安全監管機構三級構架組成的多層監測模式。各級安全監管機構可實時查看所轄礦區的安全生產情況數據。每個礦區設一個總控室對各礦井進行管理，各礦井設分控室對應礦井內各種傳感數據進行分析和管理。

傳輸網絡：各級安全監管機構和各礦區之間通過監控專網連接；各礦區內分控與總控之間采用專用IP網絡連接；

前端系統：分控室前端采取模數結合、集中編碼的方法，按自成系統、獨立管控（含控制、存儲）的要求來構成。前端系統能獨立完成安防及數據采集系統的所有基本功能。

總控系統：由于前端系統功能較強大和完善，總控系統就顯得相對簡單，總控室的任務可根據實際現場情況向更重要的目標轉移，使系統更具針對性和實用性。本設計采用網絡監控、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：分控部分集成了瓦斯、壓力、光纖（用于監測頂板應力、應變、彎曲、裂縫、蠕變及位移等參數變化）、漏電檢測傳感器、溫度、氣體、濕度等等多種傳感器，實現對井下生產運行數據的全局監控。

對講系統：總控室與崗樓、門衛值班室、各分區分控室配備相應的對講系統。系統為總線制的二級網聯結構，具備全雙工呼叫對講、任意一點一址監聽、任意一點一址（或多址、全址）廣播、與視頻的聯動報警等功能。

2.1　硬件系統設計

井下分控單元需要將各個傳感器采集的數據進行基本處理和傳輸，根據這一需求和井下具體環境的影響，本文采用基于ZigBee的無線傳感器自組織網絡技術，已經不同傳感器應用形式和環境，將井下傳感器均做成傳感器節點的形式實現數據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、無線收發模塊、接口電路、串口模塊、傳感器、微處理器等。考慮到zigBee模塊要需要安裝ZigBee協議棧，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　軟件系統設計

傳感器單元的軟件設計主要包括，模塊的定義、系統參數初始化設置和模塊功能實現三個部分。模塊定義主要根據應用要求定義模塊是FFD還是RFD，從而確定節點的性質和軟件內核的規模。系統參數初始化主要進行協議棧的配置，參數初始化流程如圖3所示。首先定義系統的時鐘信號，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，即通信模塊是全功能節點還是精簡功能節點，再接著定義模塊的工作頻率和電源管理方式及ZigBee網絡層和MAC層的參數，如網絡地址、節點所屬接口、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，從而換取系統成本和功耗的降低；反之，在安全性要求較高的應用場景（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、系統處理能力、成木和應用環境等方面因素而采取適當的安全級別。藍牙協議在基帶部分定義了設備鑒權和鏈路數據流加密所需要的安全算法和處理過程。設備的鑒權是強制性的，所有的藍牙設備均支持鑒權過程，而鏈路的加密則是可選擇的。藍牙設備的鑒權過程是基于問詢一響應模式和共享的加密方式。為了使藍牙鏈路的數據流具有隱蔽性，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據單元傳輸而改變。加密密鑰可以從對設備鑒權中得到。這意味著，在使用鏈路加密之前，兩個設備之間至少已經進行了一次鑒權。密鑰的最大長度為128比特。

4　系統特點

（1）對煤礦進行多部門、多層次立體網絡式監管，顯著增加各種違規操作的成本，進而提高煤礦安全監管水平；

（2）利用ZIGBEE技術，形成礦區局部自組織傳感器網絡，實現對礦區各項監控指標的實時立體監管；

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

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關鍵詞：嘉陵江中游 城市供水 水質安全 監測系統 監測模式

中圖分類號：TU991.21 文獻標識碼：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、工業用水、生態用水以及消防用水等方面的安全性，能夠滿足居民健康標準、工業用水質量標準、用水量和水壓的各方面的要求，保持用水的充足、凈水設施完備、輸配水合理，保證水質檢測和供水系統的正常運行。對于嘉陵江中游城市南充市而言，雖已經建立了較為完善的城市用水水質安全監測系統，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境問題和水資源問題，尤其是近年來，隨著水質的惡化和環境污染，人們對水質要求越來越高，政府和相關供水企業在水質安全監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，還制約著經濟的發展，做好城市供水安全監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重要的作用，同時安全飲水也是一項基本的人權，而供水的安全性直接影響著公眾健康和社會穩定。供水安全包含兩個方面的含義，一方面供水水質應該保持自然屬性上的安全性，在使用中不應該給人體帶來短期或長期的健康危害；另一方面，供水系統對遭受突發事故的威脅，包括事故型供水水質危機有自然災害、突發性水質污染事故、內源性水質惡化、自來水廠運行事故、破壞性水質危機和有人為蓄意破壞或恐怖襲擊時，具有良好的預防、保護、應急和恢復功能，即供水在社會意義上的安全性[1]。

影響水質安全問題有許多因素，尤其是在我國水資源短缺，環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，而近年來自然災害頻頻發生，洪水、干旱，以及一些突發衛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，水質安全監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安全進行政府監管后，城市水質安全一直備受政府關注，嘉陵江中游地區主要流經四川盆地，對于四川經濟飛速發展后，水質安全監測系統也逐步完善。目前，中國水質安全監測模式正在向“多層次”、“全過程”的目標邁進，同時引進了新的水質安全監控技術、監測技術等，全方位的保證供水安全。

2 嘉陵江中游城市供水水質監管機制及監測系統分析

2.1 城市供水水質監管機制

目前，嘉陵江中游大部分城市的供水水質安全都實行的多層面監管制度，從水質層面講，由于各監管主體對水質實行不同的監管職能，因而，城市供水水質監管機制也是多層面的。監管主體主要有城建公用事業部門、衛生監管管理部門、產品質量技術監督部門、水行政主管部門和流域管理部門、環保、國土、地質、礦產資源部門、工商行政消費者協會及社會監督部門等。

例如：城建公用事業部門主要是通過《城市供水條例》、《生活飲用水衛生監督管理辦法》、《城市供水水質管理規定》等法規，對城市公共供水和自建設施供水進行監管，并負責規劃區水基礎建設，其監管方式主要實行水質監測網絡水質預警和應急管理等；衛生監管管理部門主要通過《生活引用水衛生標準》、《食品衛生法》等法規，從食品衛生安全出發，監管水廠、管網、用水戶、涉水產品、自備井、二次供水等，控制不具備衛生條件的企業單位的生產經營權，防止水質不過關帶來的疾病和疫情蔓延；產品質量技術監督部門以《產品質量法》、《食品質量安全市場準入審查通則》等法規，以實驗室計量認可認證、抽查方式等方式，監管涉水產品質量、原輔材料使用水的食品水質等；水行政主管部門和流域管理機構以《水法》、《水文條例》、《取水許可和水資源費征收管理條例》等法規，實現水源水量和水質的統一管理，以及引用水功能區劃和水質監測管理，水體污染事件管理等；環保國土地質礦產資源部門以《水污染防治法》、《環境保護法》、《飲水用水水源保護區污染防治管理規定》等法規，對污染排放源、飲水水源進行檢測，以及對一些突發性水體污染事件進行及時處理，實現供水安全監測的職能；而工商行政消費者協會以及社會也集中參與對水質的監督和檢查，接受消費者投訴，實行調查、調解、監督等職能。不同部門對水質進行不同方面的監管和控制，建立起了較為完善的城市供水監管機制。

2.2 城市供水水質監測系統分析

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、化學等因素的影響，另一方面會隨著季節的變化容易發生水質突變，給自來水廠的處理帶來了極大的不穩定性，當水質突變程度超出水廠承受的范圍，則會對城市供水水質產生極大影響。因此，需要定期對水源地水質進行預警監控。隨著科學技術的發展，現在水質安全檢測系統已經逐步實現了自動監測，出現了以GPS、GPRS/GSM、微波等技術，以及多功能水質傳感器與計算機緊密相連的水質自動監測系統，已經有效地運用在水質安全監測工作中，但水質自監測系統側重于水質的監測，對水質危害的預警還不夠，且監測系統所選定的多為常規指標，還不能夠全方位的反映出水質的變化狀況。

水質在線自動監測系統是一個以在線分析儀表和實驗室研究需求為服務目標，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，運用自動控制技術、計算機技術、WEBGIS（網絡地理信息系統）并配以專業軟件，組成一個從取樣、預處理、分析到數據處理及存貯的完整系統，從而實現對水樣品的在線自動監測[8]。

該自動監測系統可包含多個子系統，如取樣、預處理、數據采集與控制、數據處理與傳輸系統等，這些系統相互協作卻又獨立運作，以保證成整個在線自動監測系統有效地運行。這中間的取水系統它主要包含取水頭、取水泵、水樣輸送管道和流速流量調節幾個環節，對水進行取樣檢測，具有代表性、可靠性和連續性。取水系統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境。預處理系統是對水樣進行純度鑒定后進行預處理，從而決定對所選樣水區域進行何種等級的水預處理。預處理環節主要通過自然沉降、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。數據采集控制系統主要有采集數據、存儲數據、傳輸數據的功能，并保證在線監測系統的自動運行，主要由PLC、中心站計算機、變送器、執行機構等多個部分組成。集成輔助系統主要任務在于保障水質在線監測系統的穩定運行，需要根據不同水質情況、環境因素等作現場調整，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定性、并預防雷擊、注意調節溫濕度，以保證儀表的正常運行和接收數據的準確性和連續性。

3 城市供水水質監管存在的問題及原因分析

3.1 缺乏信息溝通機制，無法及時反映水質情況

嘉陵江流域城市供水水質監測一直都存在著“信息孤島”的現象，由于水源水質監測、出場水和管網水檢測所涉及的部門眾多且分管不同項目，例如水源水質檢測包括環保、水利水文、城建等部門，涉水出廠水、管網水檢測包含衛生防疫、技術監督等部門。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，則會導致各部門行事之間出現脫節的現象，甚至會因為信息傳遞不及時，導致城市供水出現安全隱患，威脅道人民的生命健康。

3.2 主管、監管職責權限界定模糊

流域內城市飲用水源水水質監管機構較多，如水利部門、環境保護機構、城建公用等等，但是由于每個部門的社會功能不同，所以對水源水質監管的職責和范圍也不相同，但并沒有明顯的監管責權分界面，監管主體責任不清，客體模糊。例如《水污染防治法》和《水法》中對污水監測管理都有部門規劃，《水法》規定水行政部門監測水質、對設置排污口進行許可管理，《水污染防治法》規定水利和環保部門進行排污管理，這就使得部門之間存在職能交叉，當水質出現惡化或污染情況時，監管責任不清，導致無法及時對水污染進行處理，而引起水質安全問題。同時飲用水水源水質標準不一，各個部門之間對水質標準體系、指標、評價等的界定不一致，且與生活飲用水不協調統一，很難準確的界定水質的安全標準。尤其在水源發現病原體污染時，由于權責不清，水質標準不一，供水企業對日常水質檢測并沒有“傳染病病原體污染”這一項，而衛生部門的水質衛生與合格指標籠統，因而無法及時制止病原體對水的污染，導致產生嚴重后果。

3.3 水質監測系統基礎設施維護問題分析

流域內各城市供水水質監測系統有精密的儀器和基礎設施，都需要進行定期的維護和設備檢查，以保證整個監測系統的運行和準確性。同時，一方面由于科學技術的不斷更新，基于信息化技術的水質監測系統也在不斷更新，另一方面水質污染種類不斷增加和變化要求更精密、準確的系統對水質安全進行監測和預警，因而，城市供水水質安全檢測系統需要定期更新系統，引進新的技術，才能做到更大范圍的防范。然而由于資金、技術人員等各種原因，水質監測系統和設備往往會經久不換，無法發現新的水質污染問題，還有可能由于維護不到位的原因導致數據不精確，引起水質安全問題卻在短時間內沒有被發現，從而嚴重威脅到嘉陵江流域人民群眾的健康。

4 城市供水水質安全檢測系統模式的改進

4.1 建立城市供水水質安全監測應急體系

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注的焦點。近年來中國發生的水質安全雖然得到有效控制，但水質安全威脅依舊存在，我們必須從環境水平和可持續發展角度出發，常備不懈的做好城市供水安全監測管理工作。供水企業是保障供水安全的主體，因而，應該建立覆蓋面廣、實時監測的供水監測系統，以提供準確無誤的水源信息、指數、數據資料等，做出相關分析和評價。另外，政府監督部門在水源出現安全問題時，應及時啟動應急預案，指揮各部門進行急救措施，做到處置有序、措施得當、保障有力，在問題解決后，總結并制定為應急預案文檔，以備模擬演練和可視化培訓。

4.2 建立信息溝通機制，明確監管人職責

為建立有效、快速的水質監測、預警、處理系統，首先應該建立橫向信息溝通機制，在各地建設主管部門所負責的行政區域建立一體化的信息溝通系統，保證水利水文、環保局、衛生防疫機構等各個部門之間的信息溝通和及時反饋，并實現“水污染源-原水水質-出廠水質-二次供水水質-管網-用戶水質”的一體化信息管理模式。同時，明確監管人職責，協同處理水質安全問題，共享水源水質檢測數據和污染防治信息，并實現水質監測與水量監測結合。

另外，建立統一的水質指標評價體系和標準，方便各部門之間對水質進行統一的分析和數據反饋，建立容易被大眾接受的水質指標和評價參數，一方面有助于確定測評水質的缺陷等級，另一方面進行相互監督和測評。同時政府應該加大對二次供水和自備井供水的監管機制，加強水質監管能力，并實現供水“部門-公眾-監管部門”為一體的水質監督體系。

5 結語

嘉陵江中游地區多為丘陵地帶，該區域的嘉陵江水質相對較為穩定，椐南充市環境保護局2010年環境質量報告書的數據顯示，南充市飲用水源地水質監測斷面清泉寺（二水廠）按國家《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類水質評價，年均值超標項目為總氮，單項指數1.19，嘉陵江其余支流都出現了總氮、氨氮等過多超標現象，這些情況都是由于城市化進程太快造成水環境污染日益嚴重的后果，因此，對于城市供水水質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。筆者認為，城市供水一定要符合水質標準，相關部門應該從水源頭到水龍頭進行全方位的質量監測和管理，選擇符合要求的水源地，對水源地進行水質勘測和監測措施，保證遠水輸水系統的安全標準，在凈水和水生產設備的維護上要做到定期、定時的檢查和維護，保證儀器數據的精確性。同時，為了更好做到水質安全監測和管理，還應該建立健全城市供水水質安全檢測系統，改進系統監測運行模式，從每一個環節做好水質安全工作，加強預警系統、應急系統和信息系統的建設，保證水質信息的及時接收和傳遞，從而保證水質安全監測系統的有效運行。

參考文獻

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篇8

關鍵字：長距離輸水；工程；安全監測；問題；

中圖分類號： TV672 文獻標識碼：A

隨著國民經濟的發展，中國的水資源分布不平衡狀況日漸突出，為此，各地陸續興建了一系列對當地社會經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，其安全監測工作也越來越引起相關部門的重視。為緩解日益緊張的生產和生活用水壓力，近年來從國家到地方相繼投資建設了大量引水、供水工程。

一、引供水工程安全監測的基本特點

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

（一）監測要求不同。引供水工程安全監測的對象多為隧洞、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完成。

（二）監測項目和監測重點不同。引供水工程除需要對通過地質條件薄弱地段的結構物應力、應變及滲壓、變形進行必要的測量外，一般還需要監測沿線的水位、流量、水質參數。不同的引供水工程關注的監測重點也不同。

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

二、設計方面應注意的問題

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

（一）設備選型

引供水工程單個測站內往往需要引入不同測量原理的傳感器，但儀器的數量相對較少，多數僅為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，監測站之間常常相距很遠，甚至可達數十千米，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）測站的防雷設計

水電站水工建筑物附近都建有完善的防雷接地網，位于大壩壩上或壩內的測站往往處于其保護范圍內，發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，因雷擊而影響設備正常運行的事故多次發生，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施。

（四）良好的安裝埋設質量是工程成功的前提

埋設安裝是工程施工的重要環節，除需嚴格按照規范規定的技術要求實施外，以下細節也應給予足夠的重視：

1、測點位置的放樣。對位于隧洞內薄弱地帶的監測斷面放樣定位時，應詳細了解設計思路，并根據隧洞開挖后的地質描述，決定擬安裝的斷面是否與實際相符。

2、電纜的保護。實際統計表明，電纜破壞是造成引供水監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，對于在襯砌內牽引的電纜，還應及時在襯砌表面作出標記，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測斷面分散，在儀器已安裝而自動化系統未安裝前，為保證足夠的測量頻次，應準備充分的測量人員和測量設備，以防止在系統安裝高峰期出現漏測或停測。

三、質量監督管理應注意的問題

引供水工程安全監測工作現場往往位于多個土建施工標段內，涉及的監理單位較多，工程的質量管理往往也由多家監理負責。與土建工程和機電工程的質量控制關鍵節點相比，安全監測的質量管理有明顯不同，以下工作應給予充分重視：

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

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

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

四、運行維護應注意的問題

引供水工程安全監測工作涉及到水工、結構、傳感器、通信、自動化等多個學科，對運行管理人員的要求較高，運行管理單位除應抓好技術人員的培訓工作外，以下工作也應提前納入考慮范疇：

（一）監控模型和監控指標的研究。離開監控模型和監控指標，整個自動化監控系統只能停留在監測水平上，而得到合理、實用的監控模型，將監控指標用于安全評判和預報，需要考慮多方面的因素，技術難度大，應結合工程具體情況提前開展專門研究。

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

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系統設計[J].水電自動化與大壩監測，2010，34（2）：80-84.DOI：10.3969/j.issn.1671-3893.2010.02.022.

篇9

【關鍵詞】短板效應；高速公路橋梁；安全監測

1 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，高速公路建設的規模不斷擴大，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、地質條件較為復雜，傳統的橋梁安全監測方法已很難滿足高速發展的需求[1]。近年來，隨著科學技術的進步，基于短板效應的安全監測系統被研發并應用，提高了安全監測的效率。

2 基于短板效應橋梁安全監測系統的概述

以往對高速公路橋梁監測主要采取人工定期檢測存在諸多的不足，比如：對橋梁結構損傷反應不夠迅速、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、即時監測的橋梁安全監測系統。短板效應，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。基于此理論，以影響橋梁結構安全參數為“短板”，比如：橋梁墩臺的沉降等，建立高速公路橋梁安全監測系統，可有效降低系統的費用，提高檢測效率，提升了實際應用價值。

3 基于短板效應橋梁安全監測系統構成

3.1 基本原理

本系統主要應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測標準，即以其為“短板”，其基本原理是在被監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變成連通管內液面的變化，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。如果把基準點設于永久點上，該位置變化則為橋墩的絕對沉降[2]。

3.2 監測系統構建

本研究中的監測系統主要有：水管、連通管、通訊設備、電感式數字液位傳感器、監測服務器及沉降監測軟件構成。在對墩臺沉降監測時，首先應在橋梁墩臺上布設多個測量點，每一個測量點均可對該點的液位進行動態實時測量；液位傳感器則通過RS-485總線串聯一起，測量所得的數據則通過總線多點采集功能傳輸到監測服務器，并保存于數據庫。監測軟件則對各測點的沉降進行實時計算，并繪制監測數據的時程曲線。

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，并轉化成數字信號，并儲存于傳感器的緩存中。通訊控制設備根據設置好的采樣數據和頻率定時從傳感器獲得所需的測量信息，通訊控制設備把這些信息傳輸到中心監測服務器，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，橋址和監測中心存在一定的距離，為實現及時、快捷的數據通訊，可應用無線通訊實現系統數據的傳輸。采集器則和DTU無線網關進行連接，應用3G、2G、電信等無線通訊技術和監測中心進行數據的交換和傳輸。在數據計算完成后存儲于中心服務器，用戶可通過互聯網進行訪問，查詢橋梁墩臺的變化數據[3]。

4 實際應用

對上海某高速公路橋梁進行安全監測，該橋梁為上海至浙江高速段的一座大型連續性橋梁，全長約512m，根據橋梁的資料，確定其12#和13#橋墩存在相對沉降，以14#橋墩為基準點，將測量點設置在12#和13#梁橋墩的上下游測，基準點則設在14#的上下游測完成測量點的布置。再應用安全監測系統進行檢測，發現12#和13#的相對沉降監測數據相對基準點未發生變化，表明對該橋梁不存在安全風險。要強調的是，對特別重要的高速公路橋梁，不能單單依靠單一監測，應進行全面的監測。

5 結語

通過本研究表明，建立基于短板效應的高速公路橋梁安全監測系統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據參考，可有效提高橋梁養護的技術水平，提高監測效率和質量，降低監測和維護成本。基于短板效應的高速公路橋梁安全監測可直接監測到影響橋梁安全的關鍵性因素，在滿足監測的要求下，相比傳統的橋梁安全監測系統，可大幅減少系統建立規模，減少投入，實現了技術性和經濟性的最佳平衡。通過本研中的實際應用，表明該系統具有良好的穩定性、經濟性，且操作方便，在高速公路橋梁監測中具有重要的應用價值。

參考文獻：

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

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[關鍵詞]煤礦生產；監測監控；集中式；分布式

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

1.系統的組成

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

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

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

2.系統的分類

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

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

3.系統的技術指標

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

3.1中心站的技術指標

（1）容量。即系統可帶分站的數量，例如，井下100個分站，地面10個分站。

（2）主機型號及配置。指CPU型號，內存容量，硬盤容量，軟驅數量、規格，配置外設的種類、型號、數量等，另外，還有備用主機的情況。

（3）傳輸速率。數字傳輸的波特率，例如，600bit／s，1200bit／s。波特率越高，傳輸效率越高。另外，還有傳輸距離、可靠性等指標。

3.2測控分站的技術指標

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

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

（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.系統的結構

煤礦安全生產監控系統的系統結構分為集中式和分布式。

4.1集中式

集中式控制是一種中心計算機直接控制被控對象的系統。其特點是信息采集、分析處理、信道管理，控制功能均由地面中心站計算機完成。數據傳輸量大、負擔繁重，中心站計算機是系統關鍵性節點，當中心站和傳輸通道發生故障時，將導致整個系統的癱瘓。集中式控制系統大多為星型結構，其特點是結構簡單，將多個節點連接到一個中心節點即可：增加、擴展節點十分方便。中心節點是整個系統的“瓶頸”，該系統的可靠性很大程度上取決于中心節點。

4.2分布式

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

煤礦監測監控分布式系統多用樹型結構來實現。樹型結構拓撲簡單，適合于礦井安裝施工：信息單一，系統的規模易于擴展，易于構成多級分布式系統。地面中心站只須用一根電纜直通井下，井下各分站都并聯在這根主傳輸電纜上。這種結構方式，分站連接十分方便靈活，可根據礦井現場情況靈活配置。由于分站與分站之間并聯連接，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。

構成分布式計算機系統除了樹型結構還有星型、公共總線型、環型等結構形式。它們之間的區別僅在于通訊過程中數據流的路徑和方式不同。