導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇光纖傳感技術論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術是一門基礎理論與工程應用緊密結合、理論與實踐能力并重的系統(tǒng)學科，既要求學員有扎實的光學、電學基礎，又要求學員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實際工程應用靈活運用已學到的知識。為適應這一形勢，2006年以來，我們針對技術類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感技術系列課程。

作為一門應用學科，“學以致用”是光纖傳感技術系列課程的特色之一。為此，課程建設非常注重學員對課程知識的實踐應用能力培養(yǎng)，在教學實踐中，結合課程特點和授課對象的學習特點，大力推進教學方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設、教學方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊伍建設等方面取得了較大成績，下面分別進行介紹。

二、光纖傳感技術多層次一體化課程建設

我校早在上世紀90年代就開設了《光纖傳感技術》課程，并作為光纖傳感專業(yè)研究生的必修專業(yè)基礎課，為培養(yǎng)光纖傳感技術人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭中的應用越來越廣泛，部隊對光纖傳感專業(yè)的人才數(shù)量和質量要求越來越高。我校原有的只針對研究生展開的《光纖傳感技術》課程已經(jīng)遠遠不能適應培養(yǎng)部隊所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對光纖傳感技術課程進行深入改革，將授課對象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實行。經(jīng)過6年多的系統(tǒng)建設，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。

由于本科生和研究生、本專業(yè)和非本專業(yè)學員、技術類和軍事指揮類學員的知識基礎和應用方向差異太大，如何科學劃分課程層次、清晰明確課程內(nèi)容、準確定位課程目標是光纖傳感系列課程建設的重點和難點。

在廣泛調(diào)研軍隊需求、不同類別學員的知識積累和興趣及國內(nèi)外學校同專業(yè)的課程設置基礎上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術類和軍事指揮類、本院專業(yè)和全校學員的光纖傳感系列課程。新增了技術類《光纖傳感技術》、軍事指揮類《光纖傳感技術》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》三門課程，原有針對研究生的《光纖傳感技術》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。

（一）建立起針對本院技術類本科生的《光纖傳感技術》課程內(nèi)容體系，以“扎實廣泛的技術基礎為核心，典型的系統(tǒng)應用為亮點”

考慮到授課學員在學習本課程之前已經(jīng)在《光纖通信》、《光電檢測技術》等課程中對光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術的概念和內(nèi)涵，然后針對光纖傳感系統(tǒng)的特點，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號解調(diào)原理。這四部分內(nèi)容涵蓋了強度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構成、傳感原理和關鍵技術，為光纖傳感基礎知識，具有信息量大、知識點多、覆蓋范圍廣泛的特點；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向學員示范在系統(tǒng)中如何對基礎知識進行靈活應用，啟發(fā)學員根據(jù)學到的基礎知識來分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。

（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應用技術為核心，系統(tǒng)設計為亮點”

與原有的研究生《光纖傳感技術》相比，新的課程內(nèi)容和標準進行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應用”，大幅度削減了光纖傳感基礎知識，而是以四大類典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點。課程中的四大類典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應用最為廣泛或技術難度較高的光纖水聽器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對每一類對其應用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標和關鍵技術進行詳細分析，構建課本知識到實際工程應用的技術橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設計了光纖傳感系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)，要求學員以分組的形式，根據(jù)特定應用背景設計出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關鍵技術。

課程調(diào)整所面臨的最大難題在于：學習本課程的研究生既包括本校本專業(yè)的學員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業(yè)的學員。對于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術》學習已經(jīng)具備了良好的基礎，在新課程學習中應盡量避免內(nèi)容重復；對于后者，直接學習典型光纖傳感系統(tǒng)中的關鍵技術存在一定難度，需要對光纖傳感基礎知識進行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設定了3個課時對光纖傳感基礎知識進行回顧和總結，并點明各部分基礎知識所涉及的參考書。同時由于使用了與本科生《光纖傳感技術》課程同一系列的教材，為解決學員基礎參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》則為畢業(yè)于本校其他專業(yè)的研究生學員提供了學習本課程的基礎。

（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術》課程以“完善學員知識結構為重點，突出軍事應用特色為亮點”，為學員提供裝備相關知識基礎

課程針對軍事指揮類本科學員培訓的主要目標，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術》課程的主要任務確定為拓展軍事指揮類學員的知識面，完善知識結構，了解最新軍用傳感器技術，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎知識部分內(nèi)容，擴充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應用，并拓展光纖水聽器在聲納系統(tǒng)應用中的相關知識，讓學員在進行工作崗位后可以更快的掌握相關裝備的使用和維護。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術》以“引導學員自主學習為核心，激發(fā)學員獨立思考為亮點”

課程以光纖傳感技術中相干檢測技術為背景，以虛擬儀器技術為手段，通過一個具體實例為研討對象，讓學員一邊學習新知識，一邊動手做實驗，一邊學會自主學習。課程首先在學員高中已經(jīng)具備的光學知識基礎上講解干涉型光纖傳感的基本內(nèi)容，然后引導學員自習LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學習心得讓學員掌握LabVIEW基本知識，最后要求學員利用所學知識和工具完成光纖傳感中一個典型信號處理問題。整個課程以學員自己動手動腦為主，精選了一門易學好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學員可以在四到五次課的時間內(nèi)學會，并結合光纖傳感技術系列課程的建設成果，讓學員可以在課程上針對典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進行信號處理實驗，一方面提升了學員的學習的積極性，另一方面加強了學員的自信心，并為學員以后的創(chuàng)新實踐奠定了基礎。

三、教學方法與手段改革

在教學過程中，在教學方法和教學手段上也進行了一系列的改革，使用了大量的新技術、新手段、和新的教學方式。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）充分運用科研成果和虛擬儀器技術的特點，增加了大量的課堂演示實驗環(huán)節(jié)

在光纖傳感技術系列課程中引入堂演示實驗，對于加深學員對知識的理解效果最為明顯。在課程建設中，充分利用所在實驗室在光纖傳感技術研究上的優(yōu)勢，在每門課程講授中都加入了1～2個課堂演示實驗。

與專門的實驗課不同，課堂演示實驗的側重點在實驗效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結構復雜。近年來，課題組所在的實驗室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項目中得到廣泛應用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復雜的光纖傳感系統(tǒng)實驗成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術在光纖傳感技術中的廣泛應用，復雜的信號解調(diào)可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實驗的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應變系統(tǒng)作為課堂演示實驗內(nèi)容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調(diào)儀，采用法蘭盤對接可串接起多個光纖傳感陣列；而復雜的信號解調(diào)系統(tǒng)則全部通過虛擬儀器技術在電腦上軟件實現(xiàn)，解調(diào)結果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設計、光纖傳輸鏈路構成、復用光纖傳感網(wǎng)絡、和光纖傳感信號解調(diào)等多項知識內(nèi)容，學員普遍反映通過這一演示實驗對光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國外大學相關專業(yè)的教學模式，在考核中引入小型綜合設計環(huán)節(jié)，充分考察學員的綜合素質

課題組的兩位教員具有國外留學的經(jīng)歷，在課程建設中充分參考國外大學在光纖傳感技術課程的教學方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設計內(nèi)容，并將其作為課程考核評價標準的一部分，實現(xiàn)對學員綜合素質的培養(yǎng)和考核評價。

光纖傳感綜合設計參考了香港理工大學和英國南安普頓大學的教學經(jīng)驗，以對知識的綜合運用為主要考察目標。本科生光纖傳感技術采用適當?shù)木C合設計題目難度，重視對知識融會貫通和綜合應用能力的考察，一般在授課過程中只進行1次；研究生除了要求基礎知識綜合應用能力，更注重對實際工程應用系統(tǒng)的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設2～3次。綜合設計作業(yè)由學員分組完成，小組內(nèi)成員根據(jù)資料調(diào)研、方案設計、報告撰寫等工作內(nèi)容的不同進行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設置答辯環(huán)節(jié)。

（三）針對授課內(nèi)容的層次劃分和授課對象的學習特點，科學合理設置研討專題

研討式教學我校近年來大力推廣的教學方式之一。由于光纖傳感技術具有經(jīng)典與前沿相結合、理論與工程應用相結合的特點，在系列課程建設中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術》的研討式專題內(nèi)容基礎上，進行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經(jīng)典理論知識的研討、前沿研究的研討和學位論文研究方法的研討。

經(jīng)典理論知識的研討要求學員在授課之前對相關內(nèi)容進行預習，并在課堂上對全體學員講解自己對該問題的理解。如在進行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時，要求學員預習時弄明白兩個問題：什么是隨機相位衰落？什么是偏振誘導信號衰落？進行研討時不要求學員對這兩個問題進行深入剖析，但要求學員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學員普遍認為這種研討專題不是特別復雜，通過預習教材即可，但大部分學員會準備PPT課件，且自愿上講臺講述的學員一般在以往的學習過程中接觸過與該專題相關的研究工作，因此在其課件上還會加入自己以往的工作、自己對該問題的擴展認知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學效果是在深入了解學員的知識積累基礎上，通過巧妙設置研討專題取得的。

前沿研究的研討要求學員進行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對于某一個問題，由于課堂講授的時間受限或者教材中沒有系統(tǒng)的描述，對該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會提供相關信息，要求學員查閱該文獻并進行精讀，然后在課堂上進行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學員查閱到該文獻后精度文獻，分析文獻的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學員對該問題進行解讀，提煉關鍵檢索信息，進行檢索后，對檢索文獻進行初步分析，總結該問題的研究現(xiàn)狀。學員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時間都能解決。

學位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學習完相應的光纖傳感技術課程后馬上就要投入到學位論文工作中。通過對這類問題的研討，學員逐漸掌握了在未來從事學位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養(yǎng)學員的仿真計算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設計能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關理論的仿真計算研討，要求學員根據(jù)課堂講授的公式進行理論仿真，計算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學員在課堂研討時要講述自己的關鍵參數(shù)設置和仿真結果。通過這種研討方式，學員對光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠遠好于課堂直接講授相關結論。

根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術課程對三種研討專題的應用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術課程以經(jīng)典理論知識的研討為主，并設置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術課程則以前沿研究的研討專題和學位論文研究方法的研討專題為主，對特別重要的概念設置少量經(jīng)典理論知識的研討專題。

四、以光纖傳感技術課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

光纖傳感技術的應用范圍極廣，一套實用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復雜，也可以很小巧靈活。針對這一特點，課題組教師在學院本科生和研究生的各項教學活動中，積極開展與光纖傳感技術相關的各項活動。

針對本科生的光纖傳感技術系列課程，在授課結束后，在光電設計大賽、畢業(yè)設計等教學活動中開設了大量關于光纖傳感技術應用的課題，引起學員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術相關的本科畢業(yè)設計學員數(shù)量大幅度提高。以技術類本科畢業(yè)設計為例，2013、2014年參與光纖傳感技術相關課題的學生均達到光信息專業(yè)學員總數(shù)的50%以上。另一方面，學員完成課題的質量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學校創(chuàng)新資助，從側面反映出光纖傳感技術課程教學效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評價授課效果的標準之一，并將學員在課外延拓活動中的效果和意見及時反饋到教學過程中[3，4]。

針對研究生的光纖傳感技術系列課程，一方面鼓勵學員在課程學習的基礎上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實驗室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領域的研究重點和難點。此外還有5項研究生參與申請的光纖傳感技術相關專利；另一方面，鼓勵學員積極參與到與光纖傳感技術相關的科研項目中，在實際工程環(huán)境中對課程知識進行融會貫通。目前在光纖信息專業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過光纖傳感相關的湖上或海上試驗的學員達到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應部隊對光纖傳感技術人才的需要積累了寶貴的經(jīng)驗。

五、高素質教師隊伍建設

作為教育的重要媒介，教師是活動中的主要因素。教員整體素質的高低，直接影響著教學質量的高低。因此，建立一支教學水平高、結構合理的高素質師資隊伍顯得尤為重要。

（一）從教學和科研兩個方面錘煉教師隊伍，使教師的教學水平和科研能力相互促進共同提高

科學研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學水平的重要手段，也是提高自身素質的重要途徑。對于光纖傳感技術系列課程而言，學即能致用是其重要特點之一，教學和科研的相互促進作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個重大科研項目。通過重大科研項目的歷練，教員的學術水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學術前沿，開拓了學術視野，經(jīng)歷了科研實踐，在課堂教學中自然會將科研最新成果、專業(yè)發(fā)展動向帶進課堂，另一方面，教員在參與重大科研項目時對光纖傳感的技術內(nèi)容有了更加深刻的認知，對于在課堂上清楚明白的講好各個知識點至關重要。同時，通過教學活動中對課程內(nèi)容的反復推敲及與學員之間展開的研討交流，可以加深教員對技術環(huán)節(jié)的領悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過在科研和教學兩個方面同時錘煉，促進教師知識更新和自身進步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學質量，將真正做到科研教學一體化。

（二）鼓勵教員進行對外交流，充分借鑒國內(nèi)外同類專業(yè)課程的教學經(jīng)驗

課題組有兩名教員具有國（境）外留學經(jīng)歷，其他教員也多次參加國內(nèi)外的學術活動和教學活動交流，在課程建設過程中充分利用了這一優(yōu)勢。在教員已經(jīng)帶回的國外大學教學經(jīng)驗的基礎上，鼓勵教員在回到學校后仍然定期與留學單位交流，及時獲取留學單位最新的課程設置和教學安排信息，并通過交流，不斷補充自身的不足，更新課程內(nèi)容，豐富教學手段，提高自身教學水平。在對外學術活動交流中，有意識的了解其他院校同類專業(yè)課程的教學情況，對于感興趣的單位積極主動與對方聯(lián)系進行實際考察?；钴S的對外交流活動極大地激發(fā)了教師的教學熱情，并不斷提高其教學水平。

（三）加強青年教師的教學技能培訓

目前，課題組教員是一支相對年輕化的隊伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學員的思想，與學員進行交流方面具有優(yōu)勢。但是，他們大多沒有經(jīng)過系統(tǒng)的教學技能訓練，普遍缺乏教學經(jīng)驗。為了使青年教師盡快掌握教學技能，提高業(yè)務能力與水平，課題組指定認真負責、教學經(jīng)驗豐富的老教師擔當青年教師的導師，對青年教師實行“一對一”的“傳、幫、帶”指導，指導青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經(jīng)過教研室、系所、學院三級試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學日歷；在教學過程中，教學指導委員會、督導組、院系領導經(jīng)常性聽查課，督促教學水平的提高。

通過從科研和教學兩方面錘煉教學隊伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學優(yōu)秀獎，其中獲軍隊院校育才獎1人次，優(yōu)秀研究生導師獎3次，校本科“研究型”教學比賽三等獎1人次，校研究生教學優(yōu)秀三等獎1人次，教員在國內(nèi)教學期刊上發(fā)表高水平教學論文10篇，課題組已經(jīng)成為了一支能獨立承擔授課任務的高水平教師隊伍。

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篇3

1.引言

近年來，港口大型設備事故時有發(fā)生，靠傳統(tǒng)檢測很難及時、全面發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的預兆及發(fā)展趨勢。而起重機械事故通常具有不確定性和不可預見性，其造成的結果卻是極其嚴重的。目前，我國大部分港口普遍缺乏一套行之有效地實時監(jiān)測和評估港口大型設備的技術和方法。若不能及時、準確地獲取港口大型設備真實的狀態(tài)信息，則會給設備運行留下安全隱患。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展、貨運量的大幅增加，確保港口機械設備的技術性能狀態(tài)經(jīng)常處于良好狀態(tài)，實現(xiàn)實時監(jiān)測，避免突發(fā)性故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

2.港口大型設備檢測存在的問題

通過調(diào)研分析，當前港口大型設備在安全管理上主要有以下幾個問題。

（1）部分港口缺乏先進的檢測手段、方法及設備，對港口大型設備的維護主要以日常檢測為主，不能實時、準確地反映設備的實際狀況。

（2）各港口的檢測人員檢測技術水平不一，對關鍵的失效模式并不能進行準確地判別，檢測和診斷則缺乏較強的針對性。

（3）港口現(xiàn)場作業(yè)繁忙、環(huán)境惡劣，不停機檢測和檢測數(shù)據(jù)的傳輸存在很大的困難。且設備運行狀況相關數(shù)據(jù)大量流失，對設備的健康狀況診斷數(shù)據(jù)匱乏。

（4）港口大型設備缺乏有效的在線實時監(jiān)測設備、系統(tǒng)及安全評估系統(tǒng)。

以上問題已成為港口大型設備安全、可靠運行的潛在隱患。因此，迫切需要一種能及時發(fā)現(xiàn)危險源的實時監(jiān)測技術來解決這些難題，及早發(fā)現(xiàn)缺陷并判斷缺陷是否具有危險性，以使能及時維修處理，避免起重機事故的產(chǎn)生。

3.港口大型設備安全監(jiān)測技術研究

目前，針對港口大型設備檢測的常規(guī)辦法主要有目測、射線檢測、磁粉探傷檢測和超聲波檢測等方法。以上檢測方法具有很大的局限性。首先，結構表面去漆，不僅耗時長，且對于不規(guī)則的構件表面檢測比較困難，對人的操作技術水平要求較高，但效率較低。第二，射線檢測對人的身體有害，檢測時必須有很嚴格的保護措施。第三，起重設備檢測屬于高空作業(yè)，存在一定的難度，且檢測的范圍有一定的局限。第四，目測等方法很容易引入主觀誤差?；谝陨显?，一般性檢測手段對于港口重大設備的缺陷診斷，誤判、漏判很難避免，且不能實時準確反映在役設備的真實狀況，對于設備運行將留下安全隱患。

隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，國外較早地開展了起重設備的在線監(jiān)測與診斷研究，將成果應用到實際，并取得顯著的經(jīng)濟效益。近年來，國內(nèi)對于港口起重設備在線監(jiān)測技術的研究也向多方面進行了拓展。

3. 1港口大型設備安全監(jiān)測技術

3.1.1基于電阻應變技術的無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)

電阻應變技術是通過電阻絲應變與電阻變化的對應關系來獲得被測件在貼有應變計處的結構應變值，從而實現(xiàn)對結構的檢測。該方法技術成熟，成本較低，不會對待測構件造成損傷。當前國內(nèi)學者開展了無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究。無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)是借助遙測技術獲取結構受力部位的應力信息，并實時傳輸?shù)奖O(jiān)測設備，以達到實時了解起重機結構受力狀態(tài)的一種起重機實時監(jiān)測系統(tǒng)。此技術中應力的采集多采用電阻應變技術。電阻應變片其耐蝕性、耐濕性、耐久性差，環(huán)境適應性差，難以實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)對起重機長期監(jiān)測的目的。此外，該在線監(jiān)測系統(tǒng)在干擾因素過多，傳輸距離較大的情況下，無法保證數(shù)據(jù)能夠安全無誤傳輸。

3.1.2聲發(fā)射技術

聲發(fā)射技術，它是以瞬態(tài)應力波的形式迅速釋放其內(nèi)部積累的應變能的過程，可準確捕捉活動裂紋的位置。聲發(fā)射技術用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號，并利用聲發(fā)射信號對聲發(fā)射源的狀態(tài)做出正確判斷。聲發(fā)射技術具有動態(tài)、實時、整體和連續(xù)等特點，對結構的形狀、尺寸不敏感，可以對大型結構進行大面積的檢測。它能夠在線檢測、監(jiān)測活性缺陷。對于受力情況復雜的起重機金屬結構，它比超聲波、磁粉檢測效果更好、更真實，同時也可以減少檢驗中不必要的停機。聲發(fā)射技術可以彌補常規(guī)無損檢測方法的不足，實現(xiàn)結構狀態(tài)的整體監(jiān)測，為有效地安全監(jiān)測提供準確的依據(jù)。

聲發(fā)射技術不能提供被測件的靜態(tài)缺陷。在實際中，由于大型起重機械工作環(huán)境比較惡劣，噪聲非常大，而聲發(fā)射信號卻非常微弱，聲發(fā)射信號則很容易被噪聲湮沒，實際測得的聲發(fā)射信號將含有較多電氣、機械噪聲，在實際的工程應用中聲發(fā)射監(jiān)測效果并不太理想。

3.1.3光纖光柵傳感技術

光纖傳感技術是一種以光波為載體，光纖為媒質，感知和測量被測量信號的新型傳感技術。光纖光柵傳感技術的優(yōu)點是抗干擾性強，不受電磁、噪聲影響；靈敏度、可靠性高；能串接復用，可實現(xiàn)分布式監(jiān)測；耐久性好，動態(tài)響應快，信息傳輸遠，信號長距離傳輸不需要專門的調(diào)節(jié)，可滿足長期健康監(jiān)測的要求。但傳感器、檢測儀等設備成本相對較高，且光纖傳感器對溫度同樣敏感，在實際應用中需要采取相應的溫度補償措施。光纖光柵傳感技術目前多用于橋梁結構安全監(jiān)測。

3.1.4數(shù)字圖形圖像處理技術

數(shù)字圖形圖像處理技術是通過將采集到的圖像信息轉化為數(shù)字信息，并利用計算機進行除噪、增強、復原、分割、提取等處理的方法與技術?；跀?shù)字圖像處理技術的監(jiān)測方法是一種新型的非接觸式監(jiān)測方法?；跀?shù)字圖形圖像處理技術的監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術等監(jiān)測技術相比，成本較低。它是一種實時的、高精度的、遠距離的、能進行結構靜動態(tài)位移監(jiān)測的監(jiān)測方法。該方法不傷及被測物，不干擾被測物自然狀態(tài)，且可瞬時獲取被測物體大量物理信息和幾何信息。基于數(shù)字圖像處理技術的監(jiān)測方法對于拍攝環(huán)境要求較高?；跀?shù)字圖像處理技術的監(jiān)測方法現(xiàn)多用于橋梁、坡道等相對簡單的結構。起重設備工作環(huán)境復雜，利用照相機技術在無線網(wǎng)絡傳輸速度低的情況下不易滿足起重設備監(jiān)測的需求。利用數(shù)字攝影測量技術進行自動實時監(jiān)測將是今后鋼結構安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢。

3.2港口大型設備監(jiān)測管理

對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行詳細的分析，若分析得到異常數(shù)據(jù)，應對用戶及時發(fā)出警告并尋找產(chǎn)生異常的原因，通過檢修維護，排除異常，以達到消除事故隱患的目的，實現(xiàn)安全監(jiān)控與起重機正常作業(yè)同時進行。使用監(jiān)測系統(tǒng)還可以積累大量史數(shù)據(jù)，當起重機出現(xiàn)故障，可以為維修人員查找故障提供依據(jù)，在故障發(fā)生之前做出預報，減少事故發(fā)生的概率和損失，提高起重機的安全性和可靠性。

4.結束語

本文充分比較了各種港口大型設備安全監(jiān)測技術的應用特點及技術特性，為港口企業(yè)和相關科研單位提供參考。開展港口大型設備安全監(jiān)測技術研究，開發(fā)起重設備安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，對于港口相關部門及時掌握港口在役設備的運行狀況，防止起重事故的發(fā)生具有重要的意義。

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篇4

隨著社會發(fā)展，安防已經(jīng)變得越來越重要，及時發(fā)現(xiàn)入侵對我國安防建設有種重要的意義，別的安防系統(tǒng)監(jiān)測距離短且容易受到電磁的擾動，而本文中敘述的安防系統(tǒng)不僅監(jiān)測距離長而且不容易受到電磁的干擾，對安防領域具有重要意義。光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)可以通過監(jiān)測光纖應變或震動等確定事件發(fā)生的位置，已有傳感定位系統(tǒng)多采用Sagnac干涉環(huán)結構或者馬赫-增得干涉結構實現(xiàn)定位，但無法同時滿足高精度和長距離探測。這樣的話就必須采用BOTDR原理，利用自制的光纖縱模分布反饋激光器，結合邊緣濾波調(diào)解技術，建立一套分布式光纖傳感入侵定位系統(tǒng)監(jiān)測，實現(xiàn)了對入侵事件的實施快速定位監(jiān)測，空間分辨率也相應高了起來。

一、布里淵散射傳感原理

布里淵散射原理是基于光纖中光波與聲波在傳播過程的相互作用，這兩者的相互作用會使光產(chǎn)生頻移，該頻移的產(chǎn)生相當于入射波被一個聲光柵散射產(chǎn)生了反射光子，我們利用這個頻移，通過測得其頻移方向和大小，來實現(xiàn)傳感物理量的轉換。光纖所處溫度、所受應變皆可通過布里淵頻移間接計算得出。在實際工程使用中，由于入侵事件都是不確定的，所以需要一套具有實時監(jiān)控能力且無盲點的監(jiān)測系統(tǒng)才能完全監(jiān)測到入侵、避免出現(xiàn)遺漏，而光纖作為傳感原件是沿線路連續(xù)分布的，這就避免了線路中產(chǎn)生盲點。通過對光纖中布里淵散射頻移量大小的監(jiān)控，可以分析得出被入侵點的準確位置，以及被入侵程度，這就是目前布里淵散射在光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)中最有效的應用方式，達到了兼?zhèn)涓呔?、無盲點、長距離、實時性等諸多優(yōu)異性能。

二、實驗與分析

由于本項研究處于早期階段，所以此次試驗都是采用自制的激光器、自制傳感光纜以及其他自制光信號解調(diào)器。并參考了各類中外文獻，以及前輩所寫的論文，保證本次試驗和分析能夠得出更為準確的結論，更好的為國家安防事業(yè)做出貢獻。我們將激光輸出進行一定的比例分束，然后小比例的一束作為本振光，另外一個大比例的經(jīng)偏振控制器調(diào)整偏振態(tài)，通過電光調(diào)制器進行脈沖的調(diào)制，經(jīng)過摻鉺光纖放大器1放大之后，波分復用器濾過自發(fā)輻射噪聲通過擾偏器和環(huán)形器，輸入到單模傳感光纖里面去。散射回的信號此時變得非常非常弱，必須得通過摻鉺放大器2來放大，然后再經(jīng)過一個環(huán)形器，通過自己制造的窄帶可調(diào)諧光纖光柵濾波器之后的布里淵反射光和本振光相干，通過高速光電探測器的監(jiān)測，然后得到了實驗的最終結果---后向布里淵散射信號。

在實驗中，波分復用器濾波的通道為1550nm，帶寬30nm，隔離度大于20dB，損耗小于0.15dB，和本振光相比，相對有一定的偏移量，能滿足實驗的要求并且監(jiān)測到相干信號。放大之后的布里淵信號只有um量級，采用高速光電探測器前置放大濾波電路對信號再次放大濾波，然后通過邊緣濾波，將布里淵信號的平移變化轉換成強度變化，并通過累加平均處理，平均2的12次方次后，得到最K監(jiān)測結果。其中前置放大濾波電路實現(xiàn)對微弱電信號的放大并抑制信號頻帶以外的噪聲，其濾波中心頻率為11GHz，3dB快帶為1Hz，插入損耗小于0.1dB。實驗系統(tǒng)采用50ns脈寬的光脈沖，重復頻率為10KHz，傳感光纖長度為10km。因此，完成2的12次方次累計平均處理所需時間小于1s，即系統(tǒng)的監(jiān)測周期小于1s，可滿足快速監(jiān)測入侵事件的要求。

經(jīng)過實驗分析表明。實驗系統(tǒng)在室溫25度環(huán)境下且光纖不受外力時，布里淵信號的中心頻率在10.9GHz左右。因此當應變和溫度引起的頻移總和超過初始中心頻率100MHz時，信號將越過帶通濾波器的單邊上升沿的邊界，導致信號幅值減小，從而引起錯誤判斷，限制了系統(tǒng)的監(jiān)測范圍。采用更大帶寬的帶通濾波器并合理的選擇其中心頻率，可以擴大系統(tǒng)監(jiān)測的動態(tài)范圍。

至于如何消除緩變溫度的影響，適應野外環(huán)境下的應用，以及進一步提高系統(tǒng)的應變分辨率，將在后續(xù)的工作中研究。

結論：在BOTDER原理中用單縱模光纖光柵到帶通濾波器理論結合實際的實驗中表明，系統(tǒng)可以在1s對10km范圍的傳感器進行測量，并達到5m的空間分辨率和200uε的應變分辨率。這項實驗表明本系統(tǒng)在監(jiān)測入侵領域的能力，即便現(xiàn)在所處階段并不成熟，也能對國家安防領域起到很重要的積極意義，而且經(jīng)分析判斷和實驗結論，基于布里淵散射的分布式光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)在長距離入侵定位方面有著良好的前景。

篇5

光纖傳感器是通過檢測光信號來測量環(huán)境中參量變化（生物量、物理量或化學量），這些參量變化會引起光的傳輸特性變化。光纖傳感器有很多種類，按照傳感機理它可以分為強度型、干涉型和光纖布拉格光柵型這三種。這其中光纖布拉格光柵不僅具有強度型和干涉型的優(yōu)點，并且具有波長分離能力強、靈敏度高、傳感精度好、抗干擾能力強等優(yōu)勢。光纖光柵傳感器有著很大的發(fā)展前途，它可以在需要精確定位或者是絕對數(shù)字測量時，可以構成多光柵空間分布單一光纖傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。

本文研究的基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集，光纖光柵傳感器即采用的是光纖布拉格光柵，光纖光柵的原理如圖1所示。

光纖布拉格光柵的中心波長隨著外界環(huán)境參量的變化而隨之變化，它廣泛應用于壓力、溫度、應變等參數(shù)的測量。

一、基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成

（一）光纖光柵傳感系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過光纖光柵傳感器采集數(shù)據(jù)，這是該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前提條件。不同功能的光纖光柵傳感器能夠將不同的物理參量如溫度、壓力、應變和加速度等調(diào)制為相對應的光柵波長。光纖光柵傳感器輸出光波以后直接通過光纜便可以進行遠距離傳送。

（二）光纖光柵網(wǎng)絡分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)作用是將光纖光柵傳感器采集的光信號經(jīng)光纜的遠程傳輸后，將光信號轉化為數(shù)字量并以物理參量的方式在計算機終端記錄、顯示或存入數(shù)據(jù)庫中。

該系統(tǒng)主要由光開關、光纖光柵解調(diào)儀及光纖跳線組成。光纖光柵解調(diào)儀的作用是將光纖光柵中心波長解調(diào)為數(shù)字信號。光開關的主要作用是將多路光信號一起或是分別進入光纖光柵解調(diào)儀，這樣就克服了光纖光柵通道數(shù)不能滿足工程應用的缺點。

（三）光纖通訊傳輸網(wǎng)絡

該系統(tǒng)由光纜和光纖適配器等組成。光纜是光信號傳輸?shù)耐ǖ?，光纖適配器連接光纜且損耗很低，這樣就可以避免工程現(xiàn)場的光纖熔接。單橋監(jiān)控室采用光纜以低損耗方式接連光纜，將遠距離采集的光信號引入中心監(jiān)控室的數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)上。

（四）數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)是對采集后的數(shù)據(jù)進行預處理且分析，為后續(xù)系統(tǒng)的基礎。該系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)組成，在現(xiàn)場工控機上運行，為專家評估系統(tǒng)奠定堅實的基礎平臺，是后續(xù)工作提供可靠的依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計

在光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，首先運用了多線程技術，以保證數(shù)據(jù)采集、實時顯示界面和數(shù)據(jù)存儲同時進行；其次，運用數(shù)據(jù)安全隊列來保護線程之間數(shù)據(jù)安全傳遞的同時，還要使采集到得數(shù)據(jù)可以在最快的時間內(nèi)得到顯示，最后在VS平臺下實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序，由于VS庫函數(shù)和空間豐富，編程環(huán)境界面友好，使得軟件不僅界面漂亮，而且開發(fā)難度大大的降低。數(shù)據(jù)采集的流程圖3-5所示。

在基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了使數(shù)據(jù)采集、儲存和實時顯示同時進行，必須采用多線程技術。此外，還可以采用數(shù)據(jù)安全隊列使采集到的數(shù)據(jù)能夠在最快時間實現(xiàn)顯示并能夠保護線程之間數(shù)據(jù)的安全傳遞。由于VS平臺下庫函數(shù)和空間豐富、界面友好，采用VS平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序可以使開發(fā)難度大大降低且軟件界面漂亮。數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖2所示。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序實現(xiàn)

隨著社會的發(fā)展，大型橋梁的安全問題越來越受到人們的重視，為了保證橋梁運行的安全性、可靠性及耐久性等，研究表明，得到科學管理的橋梁有著更好的安全性以及耐用性，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)是橋梁建設中不可少的一部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基石。對于橋梁健康監(jiān)測來說，傳感器具有數(shù)量大、種類多，信號采集的儲存實時性高等要求，這樣對于數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)有較高要求。本文以武漢某大型斜拉橋為例，研究基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計及具體實現(xiàn)。

根據(jù)要求，傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。以某斜拉橋為例的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用光纖光柵應力傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵位移傳感器、壓電式低頻加速度傳感器等等監(jiān)測斜拉橋應力、溫度等參數(shù)。本文主要針對的是光纖光柵型傳感器，將采集到的光信號通過光纜傳輸后經(jīng)過解調(diào)儀解調(diào)，最后通過網(wǎng)口對解調(diào)儀采集到數(shù)字信號存入數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)做準備。

光纖光柵解調(diào)儀具有以太網(wǎng)接口，根據(jù)實際需要進行網(wǎng)絡編程，實現(xiàn)網(wǎng)絡程序有很多種方式，Windows Socket是其中比較簡單的方法。本系統(tǒng)監(jiān)測對象比較多并且要求系統(tǒng)實時性高，多線程技術可以滿足系統(tǒng)要求，它支持系統(tǒng)一個進程中執(zhí)行多個線程，多個操作可以在不同線程中同時進行。光信號經(jīng)解調(diào)儀傳輸后是字節(jié)流，可以使用memmove函數(shù)對字節(jié)流進行分解處理。

（一）光纖光柵傳感器的配置

數(shù)據(jù)采集方案的確定和傳輸方式的選擇一般是根據(jù)傳感器空間分布情況確定的。斜拉橋的跨度比較大，一般為幾百米到幾千米，橋上敷設的傳感器的數(shù)量種類也特別多，這個時候為了減少信號在傳輸中受到干擾、衰減失真等情況，首先要對傳感器進行配置，再選擇合適的數(shù)據(jù)采集方案和傳輸方式。

數(shù)據(jù)采集之前要確定傳感器的總數(shù)、解調(diào)儀的數(shù)量、所需通道數(shù)、采樣頻率和存儲頻率等各方面信息。傳感器的總數(shù)決定了數(shù)據(jù)傳輸設備的數(shù)量和數(shù)據(jù)的傳輸方式。傳感器的采樣頻率是由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求以及數(shù)據(jù)本身的動態(tài)特性決定的。在進行傳感器配置的時，采取四層結構，采用樹形控件，應用如圖3所示。第一層是光纖光柵系統(tǒng)，第二層是光纖光柵解調(diào)儀，第三層是通道，第四層是傳感器。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首次運行時要進行初始配置，這樣才能提高系統(tǒng)的運行速率。傳感器配置有兩種方式，一種是在界面進行配置，第二種是修改配置文件的內(nèi)容。開始配置時首先將配置信息顯示在界面上，對界面進行配置，然后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。

界面的配置步驟為：光纖系統(tǒng)總配置、光纖光柵解調(diào)儀配置、通道配置、傳感器配置。將每一個配置的傳感器編號，通過傳感器編號可以查詢具體信息。比如：傳感器的名稱、類別、位置、初始應變、報警上限、報警下限、標定系數(shù)、標定斜率、是否要溫度補償、基準波長、標定波長、所屬的解調(diào)儀和通道數(shù)等信息。

（二）網(wǎng)口采集

武漢某斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)需采集的信號數(shù)量大、實時性高、處理較復雜。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責將光纖光柵解調(diào)儀的信號通過網(wǎng)口以后，進行數(shù)據(jù)的采集、分析、轉化為相應數(shù)據(jù)儲存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理以及安全評估提供可靠地實時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用開放式Windows系統(tǒng)平臺，軟件開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2005，把任務分成幾個獨立的線程，使用多線程方式，這樣就能夠保證數(shù)據(jù)采集的實時性，用戶其他操作也能及時響應，這樣提高了利用率和程序的運行效率。

光纖光柵解調(diào)儀主要作用是把光纖光柵中心波長解調(diào)出來，解調(diào)的機理有很多，本系統(tǒng)采用的解調(diào)原理是基于F―P濾波器的原理，基于網(wǎng)口的數(shù)據(jù)采集技術較成熟，解調(diào)儀的通信協(xié)議為UDP協(xié)議，傳輸速率要求能夠完全滿足系統(tǒng)要求。

對于UDP無連接的數(shù)據(jù)報服務，客戶機給服務機發(fā)送一個含有地址的數(shù)據(jù)報，客戶機和服務器并沒有建立連接。服務器是通過調(diào)用Recvfrom（）等待客戶端數(shù)據(jù)。基于UDP的socket編程思路為：首先創(chuàng)建套接字（socket），然后將套接字綁定到一個本地端口和地址上，等待接收的數(shù)據(jù)，最后關閉socket。

根據(jù)實際情況開發(fā)服務端軟件基于UDP的，UDP能夠提供端口機制便于UDP用戶使用。UDP長度中包括UDP本身長度、源端口、目的端口、用戶數(shù)據(jù)和UDP校驗等。實際開發(fā)，端口號為5000，首先使用“ping”命令判斷測試網(wǎng)絡是否連通，原理為發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給對方主機，對方主機回復是否收到數(shù)據(jù)報，如果回復及時，則網(wǎng)絡已經(jīng)連接，軟件流程如下圖4所示。

四、小結

光纖光柵傳感器使用越來越普遍，本文介紹基于光纖光柵傳感器的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的組成，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行軟件設計和介紹基于網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集的關鍵技術，最后對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行實例應用。

參考文獻：

篇6

中圖分類號： TN 911.74文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

隨著科技的發(fā)展，安全防范的重要性越顯突出。一些重要的保密部門、軍事要地、銀行、機場等對大范圍、長距離、高可靠性的安防技術的需求越來越顯著。目前，已有大量的光纖傳感技術應用于安防系統(tǒng)，其特點是抗干擾性強、可靠性高，隱蔽性好、可防探測，易于安裝和維護[12]。

在實際應用中，常常會遇到需要對多個對象進行監(jiān)測，而一個被監(jiān)測對象需要對應一套光纖傳感結構，這不僅大大提高了整個監(jiān)測系統(tǒng)的成本，而且系統(tǒng)的復雜程度也逐級上升，給維護也帶來了很大的困難[3]。為了解決上述問題，通常采用復用的方法，來達到簡化系統(tǒng)，降低成本，易于維護的目的。

1背景技術

在光纖傳感所采用的復用技術中，相位載波復用是較常采用的技術，即通過相位載波復用，使不同的感應單元復用共同的光源、光纖光路以及光電探測器等。這種復用方法，如文獻[45]所描述，通過對不同的感應單元施以不同頻率的相位載波進行調(diào)制，每個載波頻率對應于一個感應單元，各感應單元產(chǎn)生的干涉信號被共同的光電探測器檢測。為了實現(xiàn)復用與解復用的目的，上述的相位載波復用技術一般具有以下特征：

（1）為了使復用的信號不發(fā)生混疊，相鄰載波頻率之間的頻率差必須大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍；

（2）對于光電探測器后的信號，通過信號處理技術，采用載波基波或諧波作為參考信號，對載波基波或諧波邊帶信號進行處理，以達到將干涉信號解調(diào)出來的目的。

在該技術中，由于對相鄰頻率的間隔要求，同時為了使不同載波的基波、諧波頻率不發(fā)生混疊，使得調(diào)制頻率的選擇受到較多限制，由此會影響到實際復用的數(shù)量；同時，為了使復用的數(shù)量足夠大，對調(diào)制器件的工作點要求可能會很分散，并要求調(diào)制器件具有高的工作頻率，這不利于實際應用。在信號的解調(diào)中，如引入信號處理技術，會增加信號處理部分的技術難度和技術復雜性，并大大提高后端的開發(fā)成本和設備成本。

在光纖傳感系統(tǒng)的許多實際應用場合，兩個事件完全同時發(fā)生的概率很小，即兩個感應單元同時感應到信號的可能性很小。針對這種情況，本文提出一種新型的基于相位載波復用技術的光纖傳感復用方法。在光纖干涉系統(tǒng)中，對感應外界擾動的不同感應光纖單元產(chǎn)生的干涉信號，用不同頻率的載波進行調(diào)制，相鄰載波頻率之間的頻率差無需大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍，各光纖感應單元形成的信號被共同的光電探測器檢測后，利用信號基波來分析擾動信號的物理量，并利用載波基波或諧波的邊帶判斷感應擾動信號的光纖。

由于每次擾動事件只發(fā)生在一個感應單元，即只有一個感應單元感應到擾動信號，設該單元為第i個感應單元，從式（4）可以看出，調(diào)制頻率fmj（j≠i）的基波和諧波將不會出現(xiàn)邊帶，而調(diào)制頻率fmi的基波和諧波則出現(xiàn)邊帶，根據(jù)這一特點即可判斷感應擾動的感應單元。由于僅需觀察是否出現(xiàn)邊帶，僅需相鄰的調(diào)制頻率有一定的間隔，不影響邊帶判斷即可，不需要傳統(tǒng)的相位載波復用方案那樣要求具有兩倍于基波最大頻率的要求。圖1為i單元發(fā)生擾動時的頻譜示示意，在該圖中，載波頻率fmi出現(xiàn)了明顯的邊帶，說明感應信號來自于感應單元i。對于出現(xiàn)邊帶的載波頻率的確定，利用一些便捷的分析手段，例如邊帶的能量、譜線的對稱性等，即可實現(xiàn)；信號基波則可用來恢復干涉信號。

由于僅用信號基波來恢復干涉信號信息，無需像傳統(tǒng)相位載波復用那樣用載波基波或諧波作為參考信號來解調(diào)干涉信號，相應的信號處理手段簡單，由于這個特點，也可以很方便地應用于施加載波的調(diào)制端遠離解調(diào)端的情況下（例如圖3的結構中），而無需將調(diào)制信號引回解調(diào)端或在解調(diào)端恢復出解調(diào)所用的參考信號。

3數(shù)據(jù)分析

本文采用的是圖2的結構。所使用的第一耦合器1為3×3均分耦合器，第二耦合器2為2×2耦合器，有2個復用的感應單元：4（1）、4（2），使用的是光纜中的一芯，相應的光纜長度分別為21 km、14 km。光源為中國電子科技集團公司第44所生產(chǎn)的SO3B型超輻射發(fā)光管（SLD）型穩(wěn)定光源。光纖延遲器3使用的是美國 “康寧”生產(chǎn)的G652型單模光纖，光電檢測裝置8中使用的光電探測器為中國電子科技集團公司第44所生產(chǎn)的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。使用的相位調(diào)制器是將光纖繞在壓電陶瓷上制作而成。經(jīng)測試，信號基波的最高頻率小于80 kHz，施加在相位調(diào)制器7（1）、7（2）上的頻率分別為100 kHz、110 kHz。低通濾波器9的帶寬為80 kHz，從光電檢測裝置8輸出的信號經(jīng)低通濾波器輸出的信號，經(jīng)信號采集卡采樣后，進行擾動位置以及擾動性質的判斷。同時，對光電檢測裝置8輸出的信號進行采樣，對載波基波的邊帶，即頻率100 kHz、110 kHz的邊帶進行分析，即可判斷擾動來自那根感應光纖。系統(tǒng)中所使用的采集卡為NI公司產(chǎn)品。

當敲擊加有100 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的的信號依次如下，圖4（a）為加載波后信號波形。圖4（b）為其頻譜圖，可以看到，100 kHz左右的邊帶有信號，而110 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在100 kHz所在的傳感光纖上的。圖4（c）為經(jīng)過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。

當敲擊加有110 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的信號依次如下，圖5（a）為加載波后信號波形。圖5（b）為其頻譜圖，可以看到，110 kHz左右的邊帶有信號，而100 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在110 kHz所在的傳感光纖上的。圖5（c）為經(jīng)過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。

由以上數(shù)據(jù)分析可以看出，可以用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發(fā)生的感應單元，可以通過低通濾波器解調(diào)出相應的線路上的信號。

4結論

本論文使用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發(fā)生的感應單元，這種判斷方法簡單易行，系統(tǒng)結構簡化。本方法的另一優(yōu)點是相鄰載波的頻率差無需大于信號基波的頻率上限的兩倍，這方便了載波頻率的選取以及相位調(diào)制器件的選擇，也使得復用單元的數(shù)量更大。

參考文獻：

[1]JUAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]潘岳，王健.雙馬赫曾德爾型干涉儀定位技術研究[J].光學儀器，2012，34（3）：5459.

[3]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].Proc SPIE，1992，1797：76108.

篇7

中圖分類號：TN818 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0122-02

0 引言

廠區(qū)安全，逐漸變成人們關注的焦點。為了保證一個廠區(qū)的周邊安全，往往需要安排大量的安防人員進行定時定期的巡檢，此種方法不但復雜而且消耗大量的人力物力，無法實時監(jiān)測廠區(qū)安全狀態(tài)和及時發(fā)現(xiàn)廠區(qū)的入侵破壞行為。而隨著科技的發(fā)展，人們開始將光纖傳感技術應用于廠區(qū)周界的安全防護上，由此一些公司開始研發(fā)周界安防產(chǎn)品，與其它周界防護方法來說該系統(tǒng)有著無法比擬的優(yōu)勢。

振動光纜周界防護系統(tǒng)是新一代信息化安全預警系統(tǒng)，采用光纜作為傳感器件，無論是通過對光纖的直接接觸，還是通過承載物間接接觸，都將引起光纜的擾動。當光纜產(chǎn)生振動后，系統(tǒng)從光纜中采集擾動數(shù)據(jù)，進行分析處理，處理后交給后端服務程序進行智能識別（智能識別可以判斷出不同的外部干擾類型，報警程序可根據(jù)智能識別結果實現(xiàn)系統(tǒng)預警或實時告警功能，從而達到對設防區(qū)域進行入侵監(jiān)測的目的。該系統(tǒng)以光纖作為傳感單元，可實現(xiàn)高靈敏、長距離，大范圍的周界防護，非常適合于廠區(qū)周邊的入侵防范應用。

本文采用M-Z干涉技術，結合實際應用條件，實現(xiàn)了一種振動光纜周界防護系統(tǒng)。系統(tǒng)結合廠區(qū)周界防護環(huán)境和綜合信息平臺，實現(xiàn)對廠區(qū)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)廠區(qū)安全的監(jiān)測預警，避免惡意入侵行為的發(fā)生。

1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)采用在監(jiān)測區(qū)域鋪設光纜作為振動光纜的探測設備，對監(jiān)測區(qū)域環(huán)境的振動信息進行連續(xù)的分布式的監(jiān)測，并根據(jù)振動信息的異常點處激光信息正反向傳輸達到振動設備主機的時間差值，進行振動異常點定位。

振動光纜周界防護系統(tǒng)是基于M-Z干涉技術為基礎進行設計。由激光器發(fā)出連續(xù)激光，經(jīng)過耦合器1分為兩束，分別進行順時針方向傳輸和逆時針方向傳輸。順時針方向直接進入到耦合器2和耦合器4搭建的M-Z干涉儀中感受外界振動信息，經(jīng)耦合器3輸出被探測器2探測到；逆時針方向經(jīng)過耦合器3，進入到耦合器4和耦合器2搭建的M-Z干涉儀中感受外界振動信息，耦合器2直接輸出被探測器1探測到。

M-Z干涉儀分為信號臂和參考臂，信號臂主要用于感受外界振動信息，參考臂提供相位參考值作為相位變換對比。由干涉原理可知同頻率同振動方向的兩束光波發(fā)生干涉時，該點干涉的光強為：

式中，、分別為發(fā)生干涉的兩束光的初始光強，為兩束光之間的初始相位差。光通過耦合器進入干涉儀兩臂傳輸后再發(fā)生干涉。此時發(fā)生干涉的兩束光的相位差可以看作是由于兩條光纖臂本身光程不對稱等原因造成的初始相位差，壓力作用造成的相位差，以及應變導致光纖長度變化產(chǎn)生的相位差三者的迭加。即：

由于通過光電探測器可以探測到光強，而初始相位差是一個定值，因此光強的變化只與后面兩項所表示的相位差和的變化有關，所以在測得光強的變化后可以得出兩束光的相位差的變化。通過對相位差的分析，就能得到作用在干涉臂上的振動壓力的情況。

系統(tǒng)的定位算法，是通過檢測兩路攜帶相同振動信息的干涉信號分別被兩個探測器探測的時延差而進行定位的，其計算公式如下：

其中X為振動信號到達監(jiān)測主機的光纜長度；L為3芯傳感光纜的長度；ν為光在光纖中傳輸?shù)乃俣?；Δt為兩個探測器探測到信號的時延差。

時延的計算可通過正反兩個光路的光信號的互相關函數(shù)求取。假設兩端信號為：

其中，分別為兩個探測器檢測到的信號，為管道的振動信號，為噪聲，為比例系數(shù)，為兩個信號之間的時延。

通常是互不相關的平穩(wěn)隨即過程，則兩探測器信號的互相關函數(shù)為：

互相關函數(shù)中，時，會出現(xiàn)峰值。確定獲得最大值所對應的值，可確定兩個測試信號之間的時間差。

2 系統(tǒng)架構和功能

振動光纜周界防護系統(tǒng)根據(jù)設備安裝和使用環(huán)境分為中央控制室和工業(yè)園區(qū)兩部分。整個系統(tǒng)架構如圖2所示。

中央控制室主要包含主機、報警器、中心數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控顯示端；工業(yè)園區(qū)主要包括傳感光纜和光模塊。

系統(tǒng)主要通過傳感光纜感受到外部振動信息，并將信息傳送給主機進行分析判斷，主機針對探測信息進行相位信息變化判斷。當有非法入侵產(chǎn)生時，相位信息會產(chǎn)生特殊變化，結合智能識別算法進行相位信息變化判斷，排除環(huán)境干擾信號影響因素，確定出非法入侵的特性并確定出準確位置。

系統(tǒng)探測到非法入侵的報警信息，通過局域網(wǎng)傳輸給綜合信息平臺進行報警界面顯示和報警器、攝像頭等設備聯(lián)動；同時也將報警信息存儲到中心數(shù)據(jù)庫，用于報警信息查詢、分析和處理。

振動光纜周界防護系統(tǒng)根據(jù)組網(wǎng)可包含如下軟件平臺，分別為監(jiān)控平臺、控制平臺和數(shù)據(jù)處理平臺，三個平臺相互連接形成三級管理體系。

信號處理平臺主要實現(xiàn)對探測區(qū)域的振動信號進行實時檢測，并實現(xiàn)光信號到微弱電流信號、微弱電流信號到電壓信號的轉換，完成信號的提取，并對轉換后的信號進行預處理；對采集的不同振動信號濾除環(huán)境干擾信號，進行特征向量提取，根據(jù)信號持續(xù)的時間長度、振動強度、光學相位變化趨勢和信號的頻譜等特征進行分類學習；對非法入侵事件根據(jù)時延差進行定位計算。

控制平臺起到連接信號處理平臺和監(jiān)控平臺的橋梁，將信號處理平臺的報警信息數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控平臺；同時能夠對數(shù)據(jù)處理參數(shù)和區(qū)域進行調(diào)整，保證報警信息真實有效。

監(jiān)控平臺根據(jù)現(xiàn)場情況自主定制圖形化操作界面，便于用戶操作和報警查看，以生動的圖像形式向用戶展現(xiàn)報警信息；支持報警歷史記錄管理、記錄、查詢，提供短信、郵件報警通知，提供脅迫密碼報警功能；可提供聯(lián)動視頻、聲光報警器等外部報警器等功能。

3 應用研究

在某工業(yè)園進行應用，工業(yè)園總長度約為7050米，為保證人為入侵能夠準確被測量到，采用振幅為1米的正弦波光纜鋪設方式，該方式鋪設，光纜使用長度約為工業(yè)園總長度的2倍，同時為了維修方便，在部分位置留有預留光纜，鋪設光纜總長度為20000米。采用光纜為4芯直埋光纜，留有1芯作為備用芯。

振動光纜鋪設一共分為4層，自底層往上依次為底層土工布、格柵（光纜固定于格柵上）、上層土工布、草坪。其鋪設示意圖如圖3所示。

圖3 鋪設示意圖

底層土工布為可滲水土工布，位于最底層，深度約為5厘米，土工布上擺放格柵，選用尼龍扎帶將光纜綁扎在格柵上，每30厘米作為一共綁扎點，正弦鋪設寬度約為1米，放置好格柵和光纜后，鋪設上層可滲水土工布，并覆蓋上約為3厘米土壤，最后將綠化草坪鋪設于上部，進行隱蔽布置。

在該種鋪設條件下，進行不同體重的人為走動、翻墻跳躍等不同方式的模擬入侵，系統(tǒng)能夠及時探測到，并聯(lián)動聲光報警器進行報警提示，同時監(jiān)控端構圖界面對應位置顏色發(fā)生變化，且顯示報警信息；經(jīng)過幾百次模擬入侵，系統(tǒng)能夠準確報警定位，定位平均誤差小于15米；系統(tǒng)誤報率極低，完全可以滿足需求，可有效實現(xiàn)周界安全的防護和監(jiān)控。

4 結論

振動光纜周界防護系統(tǒng)可以有效的監(jiān)測廠區(qū)周圍的各種入侵行為，并且可以聯(lián)動視頻對現(xiàn)場的情況進行拍照取證。警務人員接到報警后立即出警，避免的復雜的巡檢工作，節(jié)省了人力物力。

目前該系統(tǒng)已經(jīng)應用于安全防護項目中，根據(jù)現(xiàn)場使用情況來看，該系統(tǒng)具有較高的靈敏度和定位精度，系統(tǒng)通過與人防的緊密結合，實現(xiàn)了人防聯(lián)動，防護廠區(qū)安全等方面發(fā)揮了舉足輕重的作用，有效地保護了廠區(qū)的安全，保證了生產(chǎn)工作的順利進行，為廠區(qū)的發(fā)展做出了貢獻。

參考文獻

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[2] Jianzhong Gao；Zhuangde Jiang；Yulong Zhao Full distributed fiber optical sensor for intrusion detection in application to buried pipelines[外文期刊] 2005（11）

篇8

科技創(chuàng)新作為高校創(chuàng)新的重要內(nèi)容，既是高校提高人才培養(yǎng)質量的關鍵，也是高校加快發(fā)展的主要動力和源泉，更是提高教師隊伍整體素質和水平的重要手段。加強高校科技創(chuàng)新工作，對于提高高校創(chuàng)新能力和綜合實力，促進高校持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、科學發(fā)展具有重要意義。

西安石油大學在國家“十五”科技工作方針指導下，結合學校實際，以特色求生存，以創(chuàng)新求發(fā)展，深入實施科技精品工程，以制度創(chuàng)新為總抓手，通過優(yōu)化管理體制機制，營造科研良好環(huán)境，發(fā)揮重大項目作用，加大科技獎勵力度，規(guī)范科技評價體系，擴大學術交流范圍等舉措，充分調(diào)動全校教師投身科技創(chuàng)新的積極性、主動性和自覺性，使學?？萍紕?chuàng)新工作實現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展。

1　優(yōu)化管理體制機制，構筑科技創(chuàng)新基地

創(chuàng)新基地包括各級重點實驗室、工程技術研究中心和人文社會科學重點研究基地。創(chuàng)新基地建設是提高科技創(chuàng)新能力的重要手段，是進行科研工作的基礎和保證，是匯聚科技人才的根本途徑。對創(chuàng)新基地建設而言，完善的科技管理體制和運行機制是根本保證。為此，學校堅持與時俱進，不斷創(chuàng)新科技管理制度，建立有利于發(fā)揮創(chuàng)新基地學術環(huán)境優(yōu)勢，有利于學科交叉、隊伍整合和資源共享，有利于調(diào)動科技人員積極性，有利于優(yōu)秀拔尖人才脫穎而出的科技管理體制和運行激勵機制。經(jīng)過廣泛調(diào)研和科學論證，相繼制定了“重點實驗室管理辦法”、“工程技術研究中心管理辦法”、“人文社會科學重點研究基地管理辦法”等制度。同時學校也自籌資金7000多萬元用于基地建設，使得制度的導向和引領作用更加凸顯。學校緊跟國家創(chuàng)新體系建設、西部大開發(fā)、陜西建設西部強省的步伐，搶抓機遇，充分發(fā)揮石油石化主干學科優(yōu)勢、人才優(yōu)勢、成果優(yōu)勢，突出特色研究方向，通過資源整合、加強條件建設、技術裝備改造、增建實驗室等舉措，使創(chuàng)新基地得到快速發(fā)展。目前學校已擁有2個聯(lián)合建設的國家工程實驗室，1個省部共建教育部重點實驗室，8個省部級重點實驗室，7個省級工程技術和研究中心，1個省部級人文社會科學重點研究基地。

2　營造良好科研環(huán)境，推進創(chuàng)新人才培養(yǎng)

高校由于“擴招”導致教師缺編嚴重，使得青年教師過早地擔負起教學科研的重任。據(jù)調(diào)查，全校40歲以下的青年教師占整個教師隊伍的三分之二左右。青年教師以后要成為學校教學和科研的主力，但是他們普遍缺乏系統(tǒng)的科研訓練，能力和經(jīng)驗也都不足，也缺乏科研啟動資金。為此，學校專門制定了《科技創(chuàng)新基金管理辦法》，引導和資助青年教師開展科學研究工作。同時對獲得博士學位的教師，學校也給與科研啟動金，資助他們開展科學研究、參加學術交流。近幾年學校共投入200多萬元，資助了200多位青年教師，占青年教師總數(shù)的三成以上。青年教師的科學研究能力得到了鍛煉和提高，他們中的許多人已快速成長為學校教學科研的骨干。

3　發(fā)揮重大項目作用，凝聚科技創(chuàng)新團隊

科技創(chuàng)新團隊的建設是高校教學、科研和學科建設的重要保障。要建設一流高校，必須要有一批素質優(yōu)良、結構合理、專兼結合、相對穩(wěn)定的創(chuàng)新團隊。國家中長期科學和技術發(fā)展綱要指出：“爭取政府資源是高校自身發(fā)展的需要，也是高?？萍紕?chuàng)新實力的集中展現(xiàn)。高校圍繞國家目標開展創(chuàng)新活動，可以不斷提高自身創(chuàng)新能力和學術地位，促進高質量人才的培養(yǎng)，促進科技創(chuàng)新團隊的形成?！蹦壳?，許多高校都存在科研團隊整體素質不高、隊伍不穩(wěn)定的現(xiàn)象。針對國家級科研目標開展科技攻關，進行學科交叉，可以穩(wěn)定科技隊伍，凝聚科技創(chuàng)新團隊，改變這種現(xiàn)狀。

為了激勵教師積極爭取和承擔國家、省部級科研項目，同時保障高層次科研項目的順利實施，制定了《縱向科研項目經(jīng)費資助辦法》。學校組織各學科技術骨干組成科研團隊，積極申請國家自科基金、社科基金、國家科技支撐計劃、國家“863”計劃及各省市設立的重大科技項目，以重大科技項目為載體凝聚科技力量，培育科技精品。幾年來，學校投入配套資金400多萬元，極大地促進了科學研究工作的發(fā)展。對加強科技團隊建設，穩(wěn)定學術隊伍，堅持自身特色，形成新的科研方向起到了重要作用。近五年，學校主持和參加國家“863”計劃項目9項，參加國家“973”計劃項目5項，主持和參加國家科技支撐計劃項目9項，主持和參加國家自然科學基金項目17項。主持國家社會科學基金項目3項。其中，我校承擔的國家“863”計劃“旋轉導向可控偏心器工程化技術研究”項目，經(jīng)費達1500萬元，是建校以來第一個經(jīng)費突破千萬元的科研項目。學校科研經(jīng)費大幅度增長，由2003年的3100多萬元增加到2008年的1億多元，年均增幅達30％以上。通過重大項目形成了多個穩(wěn)定的科研方向，凝聚了多支科研團隊。比較典型的是“光纖光柵傳感技術研究”創(chuàng)新團隊，取得了多項創(chuàng)新成果，獲得了2008年“全國五一勞動獎狀”。

4　加大科技獎勵力度，催生科技創(chuàng)新成果

學校革新科技獎勵辦法，拓展授獎范圍，加大獎勵力度，制定了《科技獎勵辦法》。對高水平的理論和技術成果進行獎勵，對省部級以上的科技項目、獲省部級以上獎勵的科技成果、獲授權的專利技術、高水平的論文、經(jīng)費數(shù)額較大的橫向科研項目進行獎勵。獎勵以工資或現(xiàn)金形式兌現(xiàn)，幾年來共發(fā)放獎金300多萬元。此項制度在教師中反響很大，極大地鼓舞了大家的創(chuàng)新熱情，也調(diào)動了更多的教師，特別是中青年教師的科研積極性，使得學?？萍脊ぷ鞒尸F(xiàn)出了“長江后浪推前浪，一浪更比一浪強”的可喜局面，有力地促進了學科建設和科技創(chuàng)新工作的跨越式發(fā)展。

近幾年學校主持完成的“氣田污水綜合處理與防腐阻垢技術”、“油氣管線分布式光纖光柵智能傳感系統(tǒng)研究”等4項成果榮獲陜西省科學技術獎一等獎，“高溫高壓分布式光纖光柵傳感技術”成果榮獲2007年度國家技術發(fā)明二等獎，此外學校還獲得了130多項各級科技獎勵。近五年6000余篇、被SCI、EI、ISTP收錄近500篇，出版學術專著100多部。

5　規(guī)范科技評價體系，激勵教師創(chuàng)新熱情

高校近年來存在單純以論文數(shù)量考核教師的現(xiàn)象，導致大量低水平重復的論文出現(xiàn)。學校為此制定了《權威期刊、核心期刊認定辦法》，從自然科學到人文社會科學，從國內(nèi)核心期刊到國外核心期刊，從不同角度規(guī)范和引導教師通過科技創(chuàng)新和長期積累，發(fā)表高質量、高水平的學術論文，促進學?？萍紕?chuàng)新工作再上新臺階。

學校的科技評價體系是引導教師進行科技創(chuàng)新的指揮棒。在強化科技業(yè)績考核的同時，一定要處理好數(shù)量指標與質量指標的關系。學校制定了《教師科技工作業(yè)績與成果量化計算辦法》，與學校的其他科技管理制度一起，形成了科技評價體系。此辦法的實施使得學?？萍汲晒J定更加公平合理?？萍脊ぷ鳂I(yè)績評價更加科學規(guī)范，形成了積極有效的激勵機制，教師的科技創(chuàng)新熱情進一步高漲。僅2008年一年就申請發(fā)明專利20多項，超過了學校前十年申請量的總和。

6　擴大學術交流范圍，增強學校學術影響

篇9

能預報還是不能預報？

1997年，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的4名學者聯(lián)名在《科學》雜志發(fā)表了《地震無法被預測》的論文。論文作者指出，在經(jīng)歷了近30年的精心研究地震預報后，他們發(fā)現(xiàn)，地震是無法預報的，從事這方面的研究工作也是毫無希望的。

如果說，這篇論文的觀點還只是學術界內(nèi)部探討的話題和爭論，到了2008年，美國地質勘探局（USGS）對此問題的一項正式表態(tài)，就把地震不能預報的結論擴展到了社會和公眾層面。

美國地質勘探局稱，無論是美國地質調(diào)查局還是美國加州理工學院或者任何其他科學機構，都沒有預報過一次大地震。在可預見的未來他們不知道如何預報地震，并且也不打算知道。不過，借助科學數(shù)據(jù)，科學家可以計算出未來將發(fā)生地震的可能性。比如，科學家預測在未來30年內(nèi)，舊金山灣區(qū)發(fā)生一次重大地震的概率為67%，而南加利福尼亞的概率是60%。所以，美國地質勘探局致力于通過提高基礎設施的安全等級來長期減弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期預報上。

正因為如此，美國沒有設立專門的地震局，政府負責地震預報預測研究工作的部門主要是美國地質勘探局。除了地震之外，他們還對龍卷風、熱颶風、火山爆發(fā)等自然災害進行研究。

盡管地震尚不可預報是美國主流科學界的觀點，也得到世界大多數(shù)國家，包括中國一些科學家的認同，不過，并不意味著所有科學家都認同這種觀點。中國老一輩地質科學家，如李四光認為地震可以預報（據(jù)說1971年李四光臨終前遺憾地說，再給他半年，可能解決地震預報問題）。

事實上，中國曾經(jīng)成功預報過一次大地震，即1975年2月4日發(fā)生在海城的7.3級強烈地震。這次地震是在地震部門預報兩個半小時后發(fā)生的。由于預報準確，人們撤離及時，海城地震極大減少了死亡人數(shù)。我國未實現(xiàn)預報的7級以上大地震，如邢臺地震、通海地震、唐山地震的人員傷亡率分別為14%、13%、18.4%。按這三次地震的人員傷亡率平均值估算，海城地震人員傷亡將達15萬，死亡可達5萬以上。但由于成功了短臨預報，海城總共傷亡18308人，死亡328人。

從這個事實出發(fā)，有人認為地震是可以預報的。

客觀上有很多難以克服的障礙

中國海城地震預報是得到國際上承認的唯一一次成功的短臨預報。但是，就在人們以為海城地震預報模式可以推廣之時，1976年的唐山大地震卻沒有預報成功，這是因為地震的成因、發(fā)生機理和觸發(fā)條件等非常復雜多變。所以，《美國地震協(xié)會公告》曾評價說，“海城地震的預測，是結合了經(jīng)驗主義分析、直覺判斷和好運氣，這是預測地震的一次嘗試?！?/p>

地震的難以預報體現(xiàn)在許多方面，主要有幾點。首先是，地球內(nèi)部的情況難以知曉。地震多數(shù)發(fā)生在地下15公里以下的地殼里，這次的蘆山地震也是發(fā)生在離地表16公里處。目前人類對于地殼的研究只能通過鉆機鉆至地下12公里，遠遠做不到直接觀察到地震孕育發(fā)生的全過程，只能在地表憑借有限的儀器設備捕捉地殼內(nèi)部結構和狀態(tài)變化的間接信息。其次，人類對地質觀察的知識和數(shù)據(jù)積累并不全面和系統(tǒng)，人類掌握的地震記錄和數(shù)據(jù)并不多。第三，人類對地球構造運動的理論還不成熟，認識才剛剛開始。即便有一些經(jīng)驗和知識，也是此一時的知識和經(jīng)驗，不能用于彼時，如海城的經(jīng)驗無法用于唐山地震，也不可能完全應用于今天的汶川和蘆山地震。地質研究人員認為，從地質學的角度考慮，作為一種地質現(xiàn)象，地震發(fā)生前一定會有許多前兆，對地震前兆掌握得不夠多、不夠準，是目前我們無法預報地震的核心問題。

現(xiàn)在不能預報，將來能預報嗎？

中國有一些研究人員認為，對于地震來講，現(xiàn)在不可知是正確的。未來不可知，那就是錯誤的。未來有多遠，則要看研究人員的探索。

自1966年邢臺地震以來，中國已在70多次中強以上地震前記錄到1000多條地震前兆異常，可歸為10大類，即地震學、地殼形變、重力地磁、地電、水文地球化學、地下流體（水、汽、氣、油）動態(tài)、應力應變、氣象異常以及宏觀前兆現(xiàn)象。

而近幾年，專業(yè)人員提出了一些新的監(jiān)測地震的技術和方法，如光纖傳感技術、電磁波、次聲波、地應力、大地微動等。

比如，光纖傳感器可埋入溫度高達250℃以上的地層深處，可用于檢測地震波、地質板塊內(nèi)部應力、溫度、位移和傾斜、地下流體壓力、地下磁場等地下物理量的動態(tài)變化。一旦在地震帶附近建立起永久的可以監(jiān)測地震的光纖傳感器網(wǎng)絡，就可以及時地監(jiān)測地下的異常情況，對可能發(fā)生的地震發(fā)出預報或預警。

以往大量的地震都發(fā)現(xiàn)，震前電磁前兆是客觀存在的。當然，電磁波前兆變化復雜，不同地震前地磁波異常有差異性，使人們目前對電磁前兆現(xiàn)象的物理解釋仍無統(tǒng)一定論，但通過長期的實際觀測，研究人員在資料分析、信息識別和提取方面也取得了一些認識，認為電磁前兆對預測地震，特別是短臨預測有一定的意義。

地震預報未來是否能有突破，誰也沒有答案。但是正如法布爾所說：不管我們的照明燈燭把光線投射多遠，照明圈外依然死死圍擋著黑暗。就讓我們從一個點到另一個點移動我們的提燈吧。隨著一小片一小片的面目被認識清楚，人們最終也許能將整個畫面的某個局部拼制出來。

延伸閱讀

地震不能預報但能預警

雖然目前地震預報被視為是不可能的，但是地震預警則是可能的。地震預報與預警的區(qū)別在于，前者是地震未發(fā)生前進行的預測，后者是在地震發(fā)生后的預警。

現(xiàn)在，中國、墨西哥和日本等一些國家都能對地震進行預警。地震發(fā)生時，一般是破壞力較小但速度較快的地震縱波先活動，接著就是破壞力大但速度慢的地震橫波活動?？v波的傳播速度大約6公里/秒，但震動相對較小；橫波傳播速度大約4公里/秒，但破壞力大，是大地震時的主要殺手。利用震中附近監(jiān)測儀器捕捉到地震縱波后，快速估算地震參數(shù)并預測地震對周邊地區(qū)的影響，搶在破壞性橫波到達震中周邊地區(qū)之前，通過通訊和媒體預測地震強度和到達時間的預警信息，人們可以得到幾秒到十幾秒的寶貴逃生時間，可減輕人員傷亡和災害損失。

篇10

中圖分類號：C913文獻標識碼： A

交通工程學科是研究交通發(fā)生、發(fā)展、分布運行與停駐規(guī)律，探討交通調(diào)查、規(guī)劃、設計、監(jiān)控、營運、管理、安全的理論方法以及有關設施、裝備、法律和法規(guī)，協(xié)調(diào)道路交通中人、車、路與環(huán)境之間的相互關系，使道路交通更加安全、高效、快捷、舒適、方便、經(jīng)濟的一門工程技術學科。

交通學科中的道路運輸系統(tǒng)是有人、車、路、環(huán)境等幾個要素組成的一個系統(tǒng)的、動態(tài)的、復雜的系統(tǒng)。

一、交通工程學科面臨的問題

城市交通的擁堵問題是目前以及今后相當長的一段時間內(nèi)交通工程學科必須應對的問題。探討城市的交通擁堵問題，至少需要涉及的學科有系統(tǒng)工程、城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、經(jīng)濟學、行為心理學、社會學、公共政策學、管理學等?？鐚W科的研究方法有移植、滲透與融合等，關鍵是如何將其應用于城市交通問題。

隨著計算機技術、信息傳感技術的飛速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)應運而生。智能交通系統(tǒng)于90年代至21世紀初被引入交通工程領域，重點研究交通系統(tǒng)的智能化，并逐漸成為解決交通工程關鍵問題的主要方法。

二、智能交通系統(tǒng)的定義和組成

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System， ITS）定義為：在比較完善的基礎設施之上，將先進的信息技術、通信技術、控制技術、傳感技術和系統(tǒng)綜合技術有效的集成，并應用于地面運輸系統(tǒng)，從而建立起大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的、實時、準確、高效的地面運輸系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)按照組成部分來劃分，主要包括如下幾方面：

（1）交通檢測技術：通過感應圈、紅外、微波、閉路電視攝像、衛(wèi)星定位技術，對交通車輛、道路進行檢測，收集交通數(shù)據(jù)和圖像信息；

（2）交通控制技術：包括先進的交通信號系統(tǒng)，匝道信號控制、信號燈控制等技術；

（3）通訊技術：包括高密度波分復用技術，光纖傳輸及接入技術，無線傳輸技術等；

（4）數(shù)據(jù)處理：車流數(shù)據(jù)、收費數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的處理；

（5）信息提供：提供出行信息，如交通狀況、最佳行車路線等；

三、智能交通系統(tǒng)體系的主要功能

（1）信息采集：綜合交通信息平臺提供與各應用系統(tǒng)之間的通信聯(lián)接和數(shù)據(jù)接口，從各應用系統(tǒng)中提取各類相關信息，用于后續(xù)的信息處理和信息服務。所提取的信息通常不是各應用系統(tǒng)的原始信息，而是經(jīng)過各系統(tǒng)處理后的二次信息。這樣一方面能減少平臺信息處理的工作量，另外也能節(jié)省信息存儲空間。

目前在交通工程領域采集數(shù)據(jù)主要利用傳感技術，具體如下：

利用紅外線，超聲波，微波雷達，感應圈等傳感器，對通過道路某一點的車輛，其數(shù)量、大小、重量、速度等進行統(tǒng)計分析。

利用浮動車系統(tǒng)，可以通過安裝有GPS（全球定位系統(tǒng)）的公交車或計程車了解到該車輛通過某路段的時間速度，從而在一定程度上間接地推測出當前路面的交通狀況。但是由于所獲取的交通數(shù)據(jù)，其采樣精度及密度均受制于有限的GPS設備，且無法獲得浮動車以外其他車輛、行人等的交通數(shù)據(jù)，該技術對于微觀交通行為的分析、管理優(yōu)化，存在一定的局限性。

利用可見光攝像機，紅外線攝像機等視頻傳感器，不僅能夠對路段上車輛的通行狀況，比如通過數(shù)量、大小、速度、顏色、車牌號等進行定量地統(tǒng)計，同時能夠對某些特定行為，比如闖紅燈、倒車、轉彎， 交通事故等在一定程度上進行自動檢測。特別是利用視頻數(shù)據(jù)可以對這些特定行為的前因后果進行分析。

激光掃描儀是一種新興的傳感器。與視頻等技術相比，激光測距掃描儀及其應用技術還大多處于研發(fā)階段。

（2）信息處理：采用分類、統(tǒng)計、關聯(lián)、序列分析等方法，將從各應用系統(tǒng)提取的信息進行處理和標準化，生成滿足應用系統(tǒng)需要的特定格式的信息。

（3）信息存儲：對各類交通信息按照一定的規(guī)則和組織方式進行保存，便于數(shù)據(jù)的查詢、更新和維護。信息存儲的形式可采用傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫方式，也可以采用數(shù)據(jù)倉庫方式。另外，由于交通信息大多與地理屬性有關，因此，利用GIS技術對部分數(shù)據(jù)進行組織、存儲和顯示，可以提高數(shù)據(jù)管理的效率。

（4）信息服務：綜合交通信息平臺的最終目的是為各應用系統(tǒng)提供其所需要的信息。由于不同的用戶和應用系統(tǒng)可以獲取或訪問的信息各不相同，因此，需要建立完善的數(shù)據(jù)分層管理和權限管理，對無權獲取特定信息的用戶進行信息屏蔽，使不同用戶既能獲得各自所需要的數(shù)據(jù)，同時確保各應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換和共享過程的安全性。

四、智能交通系統(tǒng)的主要構成

1．智能化交通管理系統(tǒng)

智能化交通信號控制系統(tǒng)和智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)，集成起來就構成了先進的交通管理系統(tǒng)的主要部分。

智能化的信號控制系統(tǒng)可以通過設在路上的傳感器，檢測路段和路口的交通狀態(tài)，根據(jù)路口各個方向以及周圍相鄰路口的交通狀態(tài)，改變路口各方向紅綠燈信號的持續(xù)時間，使得路口的使用效率得以提高。智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)就是為此開發(fā)。它包括安裝在主要交通干線上的攝像機和傳感器(如電磁感應檢測器、微波檢測器、紅外檢測器、激光檢測器等)、通信和傳輸系統(tǒng)、交通監(jiān)控中心(包括數(shù)據(jù)存儲、信息處理與顯示、指揮控制等子系統(tǒng))、信息系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等。其功能主要包括：（1）對道路上的交通信息以及與交通相關信息的采集應該是盡量完整和實時的；（2）交通參與者(包括駕駛員、乘客、行人等)、交通管理者、交通工具、道路管理設施之間的信息交換可以做到實時和高效；（3）控制中心對執(zhí)行系統(tǒng)的控制是強制和高效的（4）交通監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)(包括城市、高速公路的監(jiān)控中心、運輸管理中心等)配備有功能強大的軟件和數(shù)據(jù)庫，具備自學習、自適應的能力。

2．電子不停車收費技術

電子不停車收費系統(tǒng)(簡稱ETC)是智能交通系統(tǒng)中最先投入應用的系統(tǒng)之一，主要應用技術是自動車輛識別技術(英文簡稱AVI)。使用該種收費方式的用戶必須在事前購買專用的電子標簽并安裝在前擋風玻璃上，當車輛駛入收費區(qū)域時，該系統(tǒng)安裝在門架上或路側的微波天線查詢車載電子標簽中存儲的識別信息，如電子標簽ID號碼、車型、車主等信息，以辨別車輛是否可以通過不停車收費車道。在采用封閉式收費制式的高速公路上，在進入高速公路時，車道天線要向電子標簽寫入入口車站信息，在離開高速公路時，再讀出入口信息以便系統(tǒng)計算通行費。

自動車型分類系統(tǒng)利用裝在車道內(nèi)和車道周圍的各種傳感器裝置來測定通過車輛的類型，并與車載電子標簽存儲的車型數(shù)據(jù)進行核對，防止故意換卡違章使用，保障電腦系統(tǒng)按照正確的車型實現(xiàn)收費。

3．基于GPS和GIS的車輛定位與導航技術

GPS(Global positioning System)技術，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術，是利用分布在高空的多顆人造衛(wèi)星對地面上的目標進行測定并進行定位和導航，它用于對船舶和飛機及其它飛行物的導航、對地面目標的精確定時和定位、地面和空中的交通管制以及空間和地面的災害監(jiān)測等。

GPS可以用于車輛導航，實現(xiàn)的主要功能有：車輛跟蹤、航線設計、按計劃航線進行導航、查詢功能等。車輛導航系統(tǒng)主要由GPS接收機、微處理器、顯示器、車輛導航軟件和地理信息系統(tǒng)組成。GPS用于車輛運營管理，實現(xiàn)的主要功能有，查詢功能、多屏幕，多車輛跟蹤功能、指揮與車輛跟蹤相結合、報警與意外處理等。

GIS(Geography Transportation System)技術，即地理信息系統(tǒng)，綜合了數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學、地理學、幾何學等技術，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎，采用地理模型和分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，從而為存放和管理定位導航信息提供信息服務。GIS用于車輛導航與監(jiān)控，實現(xiàn)的功能包括，電子地圖顯示功能、標注當前車位、地物信息分類索引、最佳路徑選擇、行車路線導航等。

GIS用于道路實網(wǎng)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以分路段的方式和地理坐標聯(lián)系起來，可以對路面質量、路況和路面維護進行管理，另外也可以對橋梁、隧道及其他各種道路管理設施如信號裝置、可變情報板等進行測量和管理，從而保證各項設施正常運轉，交通管理和控制措施得以順利實施。

在基于GPS+GIS的車輛定位與導航技術及應用方面，比較有市場前景的有兩個方面。一是終端設備提供；二是增值運營服務。這兩者相輔相成，終端設備市場的規(guī)模形成，離不開增值運營網(wǎng)絡的建成與內(nèi)容服務的增加，而增值運營服務的提供，最終又需要通過終端設備傳遞給用戶。

目前，在國內(nèi)增值運營服務這個市場正在逐漸為產(chǎn)業(yè)界所關注，但是，從發(fā)展的角度來說，目前缺少的是內(nèi)容提供，而內(nèi)容提供的瓶頸在于數(shù)據(jù)收集的手段有限。

五、結論

智能交通系統(tǒng)是隨著人類科學技術的進步而不斷發(fā)展的。同時實踐也證明，智能交通系統(tǒng)是緩解現(xiàn)代交通問題的有效手段。隨著人類社會進入信息時代，智能交通系統(tǒng)將是現(xiàn)代化交通運輸體系的發(fā)展方向。

可以預見，智能交通系統(tǒng)的服務功能將更加完善，信息服務將呈現(xiàn)出多元化、個性化和細化發(fā)展；技術水平也將越來越高，系統(tǒng)處理、處置水平智能化程度將更高；系統(tǒng)的運營方式也將日趨多樣化，系統(tǒng)運營將更加高效經(jīng)濟。

總之，隨著智能交通系統(tǒng)的整合速度逐漸加快，多出行方式相關的ITS整合速度也將加快；智能化交通設施將得到逐步的發(fā)展；交通信息提供將更傾向于智能化發(fā)展水平。

參考文獻：

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[2]魯興啟，王琴. 跨學科研究方法的形成機制研究[J ].系統(tǒng)辯證學學報，2004（4）.