安全监测系统范文

导语：如何才能写好一篇安全监测系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

堤防安全监测系统通过振动监测仪实现对堤防的实时监测，通过对震动的频率、振幅、震源位置的分析，迅速作出反应，有效控制违法案件对堤防的破坏，减少人为破坏水利设施所造成的经济损失。系统组成主要包括5个部分：振动测量仪器、数据传输设备、数据处理显示系统、安全评估模式和系统软件。

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.

[2] 陈红.堤防工程安全评价方法研究[D].南京：河海大学，2004.

篇2

关键词:CAN总线英飞凌XC878矿井安全监测

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

根据本文思路设计出的矿井安全监测系统,操作简便、价格低廉、能准确及时地监测到矿井的状态,非常适合规模较小的矿井安全监测。

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关键词：安全 监测 管理 系统

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

[1]王朝辉，王祥，曹泽煜.石油库的作用与发展[J].石油知识.2005，2：20-21.

[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.

[3]吴立颖.油罐信息自动化管理系统[J].工业设计.2006，35（4）：60-61.

[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.

（作者单位：青岛科技大学）

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关键词:ZigBee; 传感器; 船艇; 消防安全

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

[1]顾敏童.船舶设计原理[M].上海:上海交通大学出版社,1988.

[2]杨艳华,张凤登,马进明.ZigBee技术在火灾自动报警系统中的应用[J]. 上海电力学院学报, 2008,24(4):393-396.

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

[4]司鹏搏,胡亚辉,程源.无线宽带接入新技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]蒋挺,赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

[6]孙利民,陈建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.

[7]马菁菁.ZigBee无线通信技术在智能家居中的应用研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

[8]岳静.家用火灾自动报警装置的设计[J].安防科技,2008,26(1):35-36.

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关键词：系统建模 有压隧洞 信息光学 通信技术

中图分类号：TV698 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0035-02

1 隧洞结构安全监测系统建模

水利工程中的长距离有压输水隧洞不同于其他工程中的隧洞或隧道，有着自身的特点：即距离较长，通常要达到在数十公里以上，输水隧洞在投运使用时，隧洞内充盈通过的是有压液态水。这些特点决定了隧洞结构安全监测系统在隧洞施工及运营期间实施难度较大。该文在介绍隧洞结构安全监测系统的基础上，探讨了隧洞结构安全监测系统在长距离有压输水隧洞施工及运行其间的设计及实施。

1.1 建立隧洞结构安全监测系统的意义

隧洞结构安全关系着施工人员的生命安全和社会经济活动。多数隧洞所要经过的路径存在着地质环境复杂，不确定因素多的特点，容易发生由于地质条件恶化、结构损伤等原因造成的事故。严重威胁着隧洞的安全施工和正常运营。1999年2月27日绍兴市小舜江输水工程出水隧洞在开挖过程中出现洞顶塌方，28日塌方加剧，直至“冒顶”。影响工程整体施工进度，造成了巨大经济损失。2004年8月12日印度特里水电站的输水隧洞在施工期间突然坍塌，造成至少28名施工人员死亡。2012年2月7日，日本冈山县一家炼油厂为铺设输油管而挖掘的隧洞当天发生塌方事故，造成正在施工的5名工人失踪。诸多隧洞事故，以血的教训告诉世人，隧洞的稳定直接关系到国家财产和人民生命安全。

如何避免输水隧洞施工及正常使用中时安全事故的发生，隧洞的安全监测技术无疑已经成为输水隧洞施工过程中以及后期安全运行故障的重要手段。

1.2 传统技术在工程中的应用

隧洞工程中选择的监测项目主要有：围岩变形、收敛变形、顶拱下沉、围岩应力、隧洞内外水压力、水位、钢筋应力、砼应力应变、裂缝及渗漏情况等。所对应的传统监测设备有高精度全站仪、收敛计、多点位移计、压力盒、频率计、钢筋应力计、频率计等。

1.3 新技术在输水洞隧洞结构安全监测系统中的应用

光纤传感器具有防水、抗腐蚀、抗电磁干扰性强、耐久性长、轻便等特点，光纤传感器体积小、重量轻，易于野外工程安装，将其植入监测对象中不存在匹配的问题，对监测对象的性能和力学参数等影响较小。光纤传感技术具有分布式，长距离、抗干扰性强和实时性等优点，因而逐渐成为隧洞结构安全监测的重要手段和隧洞结构安全监测技术的研究新方向。

1.4 隧洞结构安全监测系统建模组成

隧道结构安全监测系统包括4个系统，即：传感器系统、数据采集系统、数据通信与传输系统、数据分析和处理系统。各系统间通过导线网络联系而进行运作。其典型构成如图1所示。

传感器系统是与隧道直接接触，掌握隧道动态信息最关键的部分之一。通过监控测量，可以了解和掌握隧道的大部分信息，如隧道的围岩收力和变形状态等，由于各种隧道的情况不同，所以传感器系统内部组成也不同。

数据通信与传输系统可采用无线通信系统和光纤通信系统。无线通信系统的代表为GPRS数据采集系统。GPRS数据采集系统具有实时在线，系统无延时的特点，很好地满足了系统对数据采集和传输的实时性要求；GPRS数据采集系统可应用在输水隧洞施工期间。此时隧洞还未通水，GPRS数据采集系统可将隧洞安全监测数据实时上传。可以很好的完成输水隧洞施工期间的隧洞安全监测系统所需数据传输功能。

2 隧洞结构安全监测系统模型的方案实施

2.1 隧洞结构安全检测系统的监测节点的设定

开凿长距离输水隧洞时，经常会遇到对隧洞围岩稳定影响较大的断层或是破碎带。为保证隧洞工程的正常施工以及运营的安全，需根据断层、破碎带的影响带的宽幅，集中设置安全检测传感器，采集该段隧洞岩层数据，并将数据上传到数据分析和处理系统。该段隧洞的数据采集及数据传输设备可作为整个隧洞结构安全检测系统的一个监测节点。目前，一个监测节点涵盖范围最大可达几公里。图2为1个监测节点布置图。

采用掘进机施工法时，首先需要在选定地点开凿支洞，当支洞深度达到主隧洞高程后，纵向拓宽空间，形成掘进机安装洞室，为掘进机安装与调试拓展空间（见图3）。由于支洞和掘进机安装洞室的开挖只能采用传统的爆钻法，易造成周围岩系的松动和变形，所以支洞及掘进机安装洞室应作为隧洞结构安全检测系统的1个监测节点。

支洞附近具有电源可靠且选取方便，可利用的空间较大的特点，可将各监测节点需配电的数据采集设备及通信传输设备布置在支洞里。

2.2 隧洞结构安全检测系统的管线敷设

2.2.1 管线沿输水隧洞的纵向敷设

根据输水隧洞的横剖结构图。隧洞结构安全监测系统的数据传输线缆及现地监测单元工作电源线缆宜预先埋设在输水隧洞内侧，即隧洞管片和隧洞岩石壁之间的注浆及钢筋防护层。

2.2.2 特殊节点管线敷设

当隧洞结构安全检测的监测节点的设定在两支洞之间时，则会出现就地监测设备和数据传输设备的供电电源难以解决的问题。以某工程输水隧洞为例，当隧洞结构安全检测的监测节点设在以钻爆法施工的隧洞中间段时。监测节点距离两边支洞口均有10 km左右。如采用有源监测设备和数据传输设备时电源可取自某支洞口，由于距离较远（10 km左右）则需要选配变电设备。受输水隧洞结构及功能所限，对所选设备的体积及安全使用寿命要求极其严格，还需在隧洞一侧开凿耳室放置上述设备。输水隧洞投入使用后，该耳室还需要进行密封防水处理。另一种方案是采用布里渊散射系统光纤传感器，传感测试距离可以达到几十公里，但受其工作原理所限，该传感器功能相对单一，并不能满足隧洞结构安全检测系统所需的全部数据的采集。

3 结语

随着科学技术的进步，会有越来越多的新产品和新技术应用到输水隧洞结构安全系统中来，为水利工程中的输水隧洞顺利安全施工及运营提供更加准确及时的预测和分析。

参考文献

[1] 张青青，胡明，王雅莉.城门洞断面有压隧洞流速分布的数值模拟[J].水利水电科技进展，2014（2）：16-21.

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关键词　煤矿安全　监测系统　物联网　传感器网络

1　前言

煤炭作为我国重要的能源之一，在国民经济发展中有着至关重要的地位。然而，在我国煤矿企业管理过程中，安全问题尤为突出。安全与生产的关系是相辅相成的，只有创造一个稳定、安全的生产环境，才能保障更高的生产效率，才能带来更多的经济效益。

安个与生产的问题不只是煤矿企业高度重视的对象，所有的矿山开采企业都必须认真考虑。传统的人工苦力开采己经不再存在，智能化开采技术已经实现部分环节由机器设备代替人工，这也是减少矿一山事故人员伤亡的措施之一。随着矿山开采深度的增加，高地应力、高温等问题也随之而来，使开采作业遇到一系列难题，这就要求智能技术必须不断的提高。现如今，基于数字化、信息化与集成化，对井下部分作业过程和环境状况进行实时监测、分析，实现了计算机网络管理智能化。

引入物联网技术，应用到矿山安全管理过程中，通过嵌入在各种设备中的传感器采集其运作信息，并对这些信息进行处理和共享，实现煤矿企业所有工作人员之间、工作人员与运转设备之间及所有运转设备之间的智能化管理，打造一个先进的智慧矿山。

物联网在矿山方面的应用发展正处于初级阶段。2010年3月，徐州市提出基于矿区智能化的“感知矿山”的概念，政府与中国矿业大学合作建立了感知矿山工程研究中心，成为物联网应用的一个重要研究领域。它通过物联网技术，实现对真实矿一山的可视化、智能化和数字化。其目的在于将矿山的地理、地质、生产、安全管理、产品加工、运销等各种综合信息进行数字化，将感知、传输、信息处理及智能云计算等物联网技术与现代采矿、矿物加工等技术相互紧密结合，以实现详尽地动态地描述并控制矿山生产与运营的安全过程，解决矿山瓦斯爆炸、透水事故等各种灾害预防的难题。

“感知矿山”不仅能够提高矿山的安全管理水平，它更多的是能够增加生产，利用信息、网络等技术感知并监控矿区运煤皮带、煤仓、变电站等各个生产相关系统，很大程度上提高了矿区的自动化生产水平。实施“感知矿山”的重点是将与安全生产相关的感知层设备接入网络。在矿区建设生产过程中，所使用的传感器生产厂商不一，协议接口也就不一致，更甚者，在早期建设的项目中，有些设备是没有智能接口的。总之，全而感知矿山的基础就是将设备全面接入传感网络对矿区进行多层次实时监测。

2　系统组成

系统总体采用分布式架构，如图1所示，将视频监控与语音对讲等数据采集和通信系统结合，实现系统内预警、报警与视频监控、数据采集及控制系统的联动，提高矿井的安防水平和快速反应能力。整个远程监测系统采用井下分控、矿区总控、各级安全监管机构三级构架组成的多层监测模式。各级安全监管机构可实时查看所辖矿区的安全生产情况数据。每个矿区设一个总控室对各矿井进行管理，各矿井设分控室对应矿井内各种传感数据进行分析和管理。

传输网络：各级安全监管机构和各矿区之间通过监控专网连接；各矿区内分控与总控之间采用专用IP网络连接；

前端系统：分控室前端采取模数结合、集中编码的方法，按自成系统、独立管控（含控制、存储）的要求来构成。前端系统能独立完成安防及数据采集系统的所有基本功能。

总控系统：由于前端系统功能较强大和完善，总控系统就显得相对简单，总控室的任务可根据实际现场情况向更重要的目标转移，使系统更具针对性和实用性。本设计采用网络监控、VGA上墙，屏幕墙采用两个由4×46寸液晶屏的拚屏屏幕墙；

传感器系统：分控部分集成了瓦斯、压力、光纤（用于监测顶板应力、应变、弯曲、裂缝、蠕变及位移等参数变化）、漏电检测传感器、温度、气体、湿度等等多种传感器，实现对井下生产运行数据的全局监控。

对讲系统：总控室与岗楼、门卫值班室、各分区分控室配备相应的对讲系统。系统为总线制的二级网联结构，具备全双工呼叫对讲、任意一点一址监听、任意一点一址（或多址、全址）广播、与视频的联动报警等功能。

2.1　硬件系统设计

井下分控单元需要将各个传感器采集的数据进行基本处理和传输，根据这一需求和井下具体环境的影响，本文采用基于ZigBee的无线传感器自组织网络技术，已经不同传感器应用形式和环境，将井下传感器均做成传感器节点的形式实现数据采集与基本处理功能。 基于ZigBee的传感器单元硬件组成如图2所示，包括电源模块、无线收发模块、接口电路、串口模块、传感器、微处理器等。考虑到zigBee模块要需要安装ZigBee协议栈，微处理器需要自带一个一定容量的可编程flash存储器，因此ZigBee模块的微处理器需要采用8位或16位的高性能单片机。

2.2　软件系统设计

传感器单元的软件设计主要包括，模块的定义、系统参数初始化设置和模块功能实现三个部分。模块定义主要根据应用要求定义模块是FFD还是RFD，从而确定节点的性质和软件内核的规模。系统参数初始化主要进行协议栈的配置，参数初始化流程如图3所示。首先定义系统的时钟信号，然后定义ZigBee芯片所连接的MCU类型和型号，接下来定义通信模块性质，即通信模块是全功能节点还是精简功能节点，再接着定义模块的工作频率和电源管理方式及ZigBee网络层和MAC层的参数，如网络地址、节点所属接口、集群等。

3　安全策略

ZigBee采用了分级的安全性策略：无安全性、接入控制表、32比特AEs和128比特AES。如果系统是用于安全性要求不高的场景，可以选择级别较低的安全措施，从而换取系统成本和功耗的降低；反之，在安全性要求较高的应用场景（如军事），l丁以选择较高的安全级别。这样，厂l衍可以综合考虑功耗、系统处理能力、成木和应用环境等方面因素而采取适当的安全级别。蓝牙协议在基带部分定义了设备鉴权和链路数据流加密所需要的安全算法和处理过程。设备的鉴权是强制性的，所有的蓝牙设备均支持鉴权过程，而链路的加密则是可选择的。蓝牙设备的鉴权过程是基于问询一响应模式和共享的加密方式。为了使蓝牙链路的数据流具有隐蔽性，可以使用1比特的流密码对链路进行加密。密钥大小随着每个基带分组数据单元传输而改变。加密密钥可以从对设备鉴权中得到。这意味着，在使用链路加密之前，两个设备之间至少已经进行了一次鉴权。密钥的最大长度为128比特。

4　系统特点

（1）对煤矿进行多部门、多层次立体网络式监管，显著增加各种违规操作的成本，进而提高煤矿安全监管水平；

（2）利用ZIGBEE技术，形成矿区局部自组织传感器网络，实现对矿区各项监控指标的实时立体监管；

（3）考虑国家能源信息的敏感性，建立了多种信息加密机制，提高整个监测网络的安全性能。

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关键词：嘉陵江中游 城市供水 水质安全 监测系统 监测模式

中图分类号：TU991.21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0003-03

城市供水安全主要是针对居民的生活用水、工业用水、生态用水以及消防用水等方面的安全性，能够满足居民健康标准、工业用水质量标准、用水量和水压的各方面的要求，保持用水的充足、净水设施完备、输配水合理，保证水质检测和供水系统的正常运行。对于嘉陵江中游城市南充市而言，虽已经建立了较为完善的城市用水水质安全监测系统，能够为城市供水安全提供一定的保障，但是这些城市仍然面临着巨大的环境问题和水资源问题，尤其是近年来，随着水质的恶化和环境污染，人们对水质要求越来越高，政府和相关供水企业在水质安全监测中还存着一些问题，这也给城市用水带来一些安全隐患。同时，饮用水安全问题一直是中国面临的重要问题，它不仅影响人民群众的生命健康，还制约着经济的发展，做好城市供水安全监测工作具有重要的意义。

1 城市供水安全的概念

安全饮水对人们身体健康有着至关重要的作用，同时安全饮水也是一项基本的人权，而供水的安全性直接影响着公众健康和社会稳定。供水安全包含两个方面的含义，一方面供水水质应该保持自然属性上的安全性，在使用中不应该给人体带来短期或长期的健康危害；另一方面，供水系统对遭受突发事故的威胁，包括事故型供水水质危机有自然灾害、突发性水质污染事故、内源性水质恶化、自来水厂运行事故、破坏性水质危机和有人为蓄意破坏或恐怖袭击时，具有良好的预防、保护、应急和恢复功能，即供水在社会意义上的安全性[1]。

影响水质安全问题有许多因素，尤其是在我国水资源短缺，环境污染日益严重的情况下，城市化进程的加快，需要更大的用水量，而近年来自然灾害频频发生，洪水、干旱，以及一些突发卫生事件等自然与非自然因素等都造成了水资源的污染和破坏。一直以来，水质安全监测都引起了政府的高度重视，中国从1993年开始对城市供水水质安全进行政府监管后，城市水质安全一直备受政府关注，嘉陵江中游地区主要流经四川盆地，对于四川经济飞速发展后，水质安全监测系统也逐步完善。目前，中国水质安全监测模式正在向“多层次”、“全过程”的目标迈进，同时引进了新的水质安全监控技术、监测技术等，全方位的保证供水安全。

2 嘉陵江中游城市供水水质监管机制及监测系统分析

2.1 城市供水水质监管机制

目前，嘉陵江中游大部分城市的供水水质安全都实行的多层面监管制度，从水质层面讲，由于各监管主体对水质实行不同的监管职能，因而，城市供水水质监管机制也是多层面的。监管主体主要有城建公用事业部门、卫生监管管理部门、产品质量技术监督部门、水行政主管部门和流域管理部门、环保、国土、地质、矿产资源部门、工商行政消费者协会及社会监督部门等。

例如：城建公用事业部门主要是通过《城市供水条例》、《生活饮用水卫生监督管理办法》、《城市供水水质管理规定》等法规，对城市公共供水和自建设施供水进行监管，并负责规划区水基础建设，其监管方式主要实行水质监测网络水质预警和应急管理等；卫生监管管理部门主要通过《生活引用水卫生标准》、《食品卫生法》等法规，从食品卫生安全出发，监管水厂、管网、用水户、涉水产品、自备井、二次供水等，控制不具备卫生条件的企业单位的生产经营权，防止水质不过关带来的疾病和疫情蔓延；产品质量技术监督部门以《产品质量法》、《食品质量安全市场准入审查通则》等法规，以实验室计量认可认证、抽查方式等方式，监管涉水产品质量、原辅材料使用水的食品水质等；水行政主管部门和流域管理机构以《水法》、《水文条例》、《取水许可和水资源费征收管理条例》等法规，实现水源水量和水质的统一管理，以及引用水功能区划和水质监测管理，水体污染事件管理等；环保国土地质矿产资源部门以《水污染防治法》、《环境保护法》、《饮水用水水源保护区污染防治管理规定》等法规，对污染排放源、饮水水源进行检测，以及对一些突发性水体污染事件进行及时处理，实现供水安全监测的职能；而工商行政消费者协会以及社会也集中参与对水质的监督和检查，接受消费者投诉，实行调查、调解、监督等职能。不同部门对水质进行不同方面的监管和控制，建立起了较为完善的城市供水监管机制。

2.2 城市供水水质监测系统分析

随着水污染的严重化，以地表水为主要水源的城市供水存在着许多安全隐患，一方面地表水容易受到生物、化学等因素的影响，另一方面会随着季节的变化容易发生水质突变，给自来水厂的处理带来了极大的不稳定性，当水质突变程度超出水厂承受的范围，则会对城市供水水质产生极大影响。因此，需要定期对水源地水质进行预警监控。随着科学技术的发展，现在水质安全检测系统已经逐步实现了自动监测，出现了以GPS、GPRS/GSM、微波等技术，以及多功能水质传感器与计算机紧密相连的水质自动监测系统，已经有效地运用在水质安全监测工作中，但水质自监测系统侧重于水质的监测，对水质危害的预警还不够，且监测系统所选定的多为常规指标，还不能够全方位的反映出水质的变化状况。

水质在线自动监测系统是一个以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术、WEBGIS（网络地理信息系统）并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对水样品的在线自动监测[8]。

该自动监测系统可包含多个子系统，如取样、预处理、数据采集与控制、数据处理与传输系统等，这些系统相互协作却又独立运作，以保证成整个在线自动监测系统有效地运行。这中间的取水系统它主要包含取水头、取水泵、水样输送管道和流速流量调节几个环节，对水进行取样检测，具有代表性、可靠性和连续性。取水系统主要分为直取式和浮筒式两种量取水方式，直取式主要用于水位变化较小的环境，如自来水涵管取水、污水源取水等；浮筒式则用于如地表水这样的水位变化较大的环境。预处理系统是对水样进行纯度鉴定后进行预处理，从而决定对所选样水区域进行何种等级的水预处理。预处理环节主要通过自然沉降、物理过滤等方式，对水样纯度进行鉴别，从而尽可能地排除干扰，影响仪表分析。数据采集控制系统主要有采集数据、存储数据、传输数据的功能，并保证在线监测系统的自动运行，主要由PLC、中心站计算机、变送器、执行机构等多个部分组成。集成辅助系统主要任务在于保障水质在线监测系统的稳定运行，需要根据不同水质情况、环境因素等作现场调整，不仅要注意管路残留的污垢、孳生的藻类的定时清洗，还需要保证电力的稳定性、并预防雷击、注意调节温湿度，以保证仪表的正常运行和接收数据的准确性和连续性。

3 城市供水水质监管存在的问题及原因分析

3.1 缺乏信息沟通机制，无法及时反映水质情况

嘉陵江流域城市供水水质监测一直都存在着“信息孤岛”的现象，由于水源水质监测、出场水和管网水检测所涉及的部门众多且分管不同项目，例如水源水质检测包括环保、水利水文、城建等部门，涉水出厂水、管网水检测包含卫生防疫、技术监督等部门。如果部门之间缺乏有效的信息沟通和传输渠道，以及完整的检测项目编码、评价体制，则会导致各部门行事之间出现脱节的现象，甚至会因为信息传递不及时，导致城市供水出现安全隐患，威胁道人民的生命健康。

3.2 主管、监管职责权限界定模糊

流域内城市饮用水源水水质监管机构较多，如水利部门、环境保护机构、城建公用等等，但是由于每个部门的社会功能不同，所以对水源水质监管的职责和范围也不相同，但并没有明显的监管责权分界面，监管主体责任不清，客体模糊。例如《水污染防治法》和《水法》中对污水监测管理都有部门规划，《水法》规定水行政部门监测水质、对设置排污口进行许可管理，《水污染防治法》规定水利和环保部门进行排污管理，这就使得部门之间存在职能交叉，当水质出现恶化或污染情况时，监管责任不清，导致无法及时对水污染进行处理，而引起水质安全问题。同时饮用水水源水质标准不一，各个部门之间对水质标准体系、指标、评价等的界定不一致，且与生活饮用水不协调统一，很难准确的界定水质的安全标准。尤其在水源发现病原体污染时，由于权责不清，水质标准不一，供水企业对日常水质检测并没有“传染病病原体污染”这一项，而卫生部门的水质卫生与合格指标笼统，因而无法及时制止病原体对水的污染，导致产生严重后果。

3.3 水质监测系统基础设施维护问题分析

流域内各城市供水水质监测系统有精密的仪器和基础设施，都需要进行定期的维护和设备检查，以保证整个监测系统的运行和准确性。同时，一方面由于科学技术的不断更新，基于信息化技术的水质监测系统也在不断更新，另一方面水质污染种类不断增加和变化要求更精密、准确的系统对水质安全进行监测和预警，因而，城市供水水质安全检测系统需要定期更新系统，引进新的技术，才能做到更大范围的防范。然而由于资金、技术人员等各种原因，水质监测系统和设备往往会经久不换，无法发现新的水质污染问题，还有可能由于维护不到位的原因导致数据不精确，引起水质安全问题却在短时间内没有被发现，从而严重威胁到嘉陵江流域人民群众的健康。

4 城市供水水质安全检测系统模式的改进

4.1 建立城市供水水质安全监测应急体系

城市供水安全是随着社会进步、城市化进程不断加快而加快的，且城市供水系统涉及范围广、影响大，且整个城市社会群体皆参与其中，因而，城市供水安全一直是人们关注的焦点。近年来中国发生的水质安全虽然得到有效控制，但水质安全威胁依旧存在，我们必须从环境水平和可持续发展角度出发，常备不懈的做好城市供水安全监测管理工作。供水企业是保障供水安全的主体，因而，应该建立覆盖面广、实时监测的供水监测系统，以提供准确无误的水源信息、指数、数据资料等，做出相关分析和评价。另外，政府监督部门在水源出现安全问题时，应及时启动应急预案，指挥各部门进行急救措施，做到处置有序、措施得当、保障有力，在问题解决后，总结并制定为应急预案文档，以备模拟演练和可视化培训。

4.2 建立信息沟通机制，明确监管人职责

为建立有效、快速的水质监测、预警、处理系统，首先应该建立横向信息沟通机制，在各地建设主管部门所负责的行政区域建立一体化的信息沟通系统，保证水利水文、环保局、卫生防疫机构等各个部门之间的信息沟通和及时反馈，并实现“水污染源-原水水质-出厂水质-二次供水水质-管网-用户水质”的一体化信息管理模式。同时，明确监管人职责，协同处理水质安全问题，共享水源水质检测数据和污染防治信息，并实现水质监测与水量监测结合。

另外，建立统一的水质指标评价体系和标准，方便各部门之间对水质进行统一的分析和数据反馈，建立容易被大众接受的水质指标和评价参数，一方面有助于确定测评水质的缺陷等级，另一方面进行相互监督和测评。同时政府应该加大对二次供水和自备井供水的监管机制，加强水质监管能力，并实现供水“部门-公众-监管部门”为一体的水质监督体系。

5 结语

嘉陵江中游地区多为丘陵地带，该区域的嘉陵江水质相对较为稳定，椐南充市环境保护局2010年环境质量报告书的数据显示，南充市饮用水源地水质监测断面清泉寺（二水厂）按国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质评价，年均值超标项目为总氮，单项指数1.19，嘉陵江其余支流都出现了总氮、氨氮等过多超标现象，这些情况都是由于城市化进程太快造成水环境污染日益严重的后果，因此，对于城市供水水质安全还需要加倍重视。从水源到用水龙头，则代表一个完整的供水系统。笔者认为，城市供水一定要符合水质标准，相关部门应该从水源头到水龙头进行全方位的质量监测和管理，选择符合要求的水源地，对水源地进行水质勘测和监测措施，保证远水输水系统的安全标准，在净水和水生产设备的维护上要做到定期、定时的检查和维护，保证仪器数据的精确性。同时，为了更好做到水质安全监测和管理，还应该建立健全城市供水水质安全检测系统，改进系统监测运行模式，从每一个环节做好水质安全工作，加强预警系统、应急系统和信息系统的建设，保证水质信息的及时接收和传递，从而保证水质安全监测系统的有效运行。

参考文献

[1] 万众华.城市供水水质安全监测系统与控制对策影响[J].北京水务，2006（5）：19-21.

[2] 蒋福春，康继民，赵世嘏.城市供水系统中水质安全的技术管理和实践[J].给水排水动态，2011（3）：9-12.

[3] 刘绍伟.城市供水水质安全技术管理和相关技术研究[J].中国建设信息，2012（15）：76-77.

[4] 马中雨，贾瑞宝，孙韶华.城市供水水源水预警监测系统构建及应用研究[J].建设科技，2012（5）：92-93.

[5] 万锋，张庆华.城市供水水质监管机制存在的问题及对策研究[J].环境科学与管理，2008（7）：7-11.

[6] 卢汉清.完善城市供水管理体系 确保中高层住户用水安全[J].城镇供水，2009（2）：75-78.

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关键字：长距离输水；工程；安全监测；问题；

中图分类号： TV672 文献标识码：A

随着国民经济的发展，中国的水资源分布不平衡状况日渐突出，为此，各地陆续兴建了一系列对当地社会经济有重要影响的长距离引供水工程。为保证这些工程的安全可靠运行，其安全监测工作也越来越引起相关部门的重视。为缓解日益紧张的生产和生活用水压力，近年来从国家到地方相继投资建设了大量引水、供水工程。

一、引供水工程安全监测的基本特点

与大坝等水工建筑物的安全监测相比，长距离引供水工程的安全监测有着不同的特点和要求。

（一）监测要求不同。引供水工程安全监测的对象多为隧洞、渡槽、渠道进出水口等，与大坝等水工建筑物不同的是，它们的运行工况变化较快，对测量的及时性要求较高，沿线的压力、水位、位移测量和传输必须在较短的时间内完成。

（二）监测项目和监测重点不同。引供水工程除需要对通过地质条件薄弱地段的结构物应力、应变及渗压、变形进行必要的测量外，一般还需要监测沿线的水位、流量、水质参数。不同的引供水工程关注的监测重点也不同。

（三）引供水工程多分布于远离闹市区的野外，测点分散，点多面广，交通不便，不利于测点设备的维护，而且，要保证工程沿线所有监测站都采用稳定的220 V交流供电也有难度。由于测站分布广，通信距离远，保障自动化系统通信畅通非常重要。

二、设计方面应注意的问题

鉴于引供水工程的安全监测目前尚无专门的规范可循，设计阶段一般采用混凝土坝监测规范和土石坝监测规范作为依据，以监控工程安全为主，并遵循“实用、可靠、先进、经济”的设计原则。结合引供水工程的特点，从工程实施与运行管理方面考虑，设计阶段还必须对设备选型、测点优化、测站布设与防雷设计、通信方式及供电可靠性等方面给予充分的重视。

（一）设备选型

引供水工程单个测站内往往需要引入不同测量原理的传感器，但仪器的数量相对较少，多数仅为1支或2支，造成测量单元的容量浪费很大。

（二）通信方式的选择

对引供水工程而言，监测站之间常常相距很远，甚至可达数十千米，采用光纤通信是一种很好的选择。采用光纤作为传输介质能有效避免雷电、浪涌、电磁干扰等对传输线路的影响。

（三）测站的防雷设计

水电站水工建筑物附近都建有完善的防雷接地网，位于大坝坝上或坝内的测站往往处于其保护范围内，发生频繁雷击事故的概率不大。而引供水工程的测站多处于野外，因雷击而影响设备正常运行的事故多次发生，个别测站投入运行后，由于受雷击影响而不得不补做防雷接地设施。

（四）良好的安装埋设质量是工程成功的前提

埋设安装是工程施工的重要环节，除需严格按照规范规定的技术要求实施外，以下细节也应给予足够的重视：

1、测点位置的放样。对位于隧洞内薄弱地带的监测断面放样定位时，应详细了解设计思路，并根据隧洞开挖后的地质描述，决定拟安装的断面是否与实际相符。

2、电缆的保护。实际统计表明，电缆破坏是造成引供水监测仪器损坏的最主要原因，因此必须加强电缆保护工作。除在施工过程中加强防护外，对于在衬砌内牵引的电缆，还应及时在衬砌表面作出标记，防止其他土建施工单位由于不了解情况而损坏电缆。

3、测量工作。由于引供水工程安全监测断面分散，在仪器已安装而自动化系统未安装前，为保证足够的测量频次，应准备充分的测量人员和测量设备，以防止在系统安装高峰期出现漏测或停测。

三、质量监督管理应注意的问题

引供水工程安全监测工作现场往往位于多个土建施工标段内，涉及的监理单位较多，工程的质量管理往往也由多家监理负责。与土建工程和机电工程的质量控制关键节点相比，安全监测的质量管理有明显不同，以下工作应给予充分重视：

（一）安全监测仪器基本属于安装后不可更换的隐蔽设备，对于重点部位和重点观测断面，应加强放样后的核查工作，防止仪器埋设位置出现失误。

（二）重视仪器埋设初期的资料核查。引供水工程安全监测工作现场施工干扰大，仪器埋设初期最易造成损坏，加强仪器埋设初期的资料核查，可督促仪器埋设单位及时检查仪器工况，发现问题也有可能采取必要的补救措施。

（三）指导施工单位进行合理的单元工程、分部工程划分。由于安全监测点多面广，又有各种类型传感器、测量设备、不同功能要求的软件等，工程划分存在一定的难度，也给以后的质量评定工作及工程验收造成不利影响。

四、运行维护应注意的问题

引供水工程安全监测工作涉及到水工、结构、传感器、通信、自动化等多个学科，对运行管理人员的要求较高，运行管理单位除应抓好技术人员的培训工作外，以下工作也应提前纳入考虑范畴：

（一）监控模型和监控指标的研究。离开监控模型和监控指标，整个自动化监控系统只能停留在监测水平上，而得到合理、实用的监控模型，将监控指标用于安全评判和预报，需要考虑多方面的因素，技术难度大，应结合工程具体情况提前开展专门研究。

（二）特殊情况下安全监测的替代方案研究。在通信及电源中断，特别是在地震、洪水等极端自然灾害出现时，如何保证及时获得监测数据？有必要开展各种特殊情况下的应急预案研究。

参考文献：

[1] 戴娜，罗招贵，周林虎等.大伙房长距离输水工程SCADA系统设计[J].水电自动化与大坝监测，2010，34（2）：80-84.DOI：10.3969/j.issn.1671-3893.2010.02.022.

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【关键词】短板效应；高速公路桥梁；安全监测

1 引言

随着我国社会经济的不断发展，高速公路建设的规模不断扩大，到2013年末，高速公路总里程为10.4万公里。为了确保高速公路的安全性和通畅性，日常安全监测和维护工作量极大。特别是高速公路的桥梁多、分布广、地质条件较为复杂，传统的桥梁安全监测方法已很难满足高速发展的需求[1]。近年来，随着科学技术的进步，基于短板效应的安全监测系统被研发并应用，提高了安全监测的效率。

2 基于短板效应桥梁安全监测系统的概述

以往对高速公路桥梁监测主要采取人工定期检测存在诸多的不足，比如：对桥梁结构损伤反应不够迅速、易受人为因素干扰、影响正常交通、难到达检测难度的区域、检测信息不完整等。为有效弥补这些不足，上世纪末期，国际上就提出了无人值守、即时监测的桥梁安全监测系统。短板效应，就是说水桶的高低不影响其盛水高度，而是由最短木板所决定。基于此理论，以影响桥梁结构安全参数为“短板”，比如：桥梁墩台的沉降等，建立高速公路桥梁安全监测系统，可有效降低系统的费用，提高检测效率，提升了实际应用价值。

3 基于短板效应桥梁安全监测系统构成

3.1 基本原理

本系统主要应用了连通管式电感液位传感器，以桥梁墩台的沉降为主要监测标准，即以其为“短板”，其基本原理是在被监测的桥墩和基准点之间装配连通管道，即把两点间垂直向的相对位置转变成连通管内液面的变化，通过连通管原理测得液面变化来计算出被测桥墩相对基准点的垂直变化。如果把基准点设于其它桥墩，该位置变化就是桥墩的相对沉降变化。如果把基准点设于永久点上，该位置变化则为桥墩的绝对沉降[2]。

3.2 监测系统构建

本研究中的监测系统主要有：水管、连通管、通讯设备、电感式数字液位传感器、监测服务器及沉降监测软件构成。在对墩台沉降监测时，首先应在桥梁墩台上布设多个测量点，每一个测量点均可对该点的液位进行动态实时测量；液位传感器则通过RS-485总线串联一起，测量所得的数据则通过总线多点采集功能传输到监测服务器，并保存于数据库。监测软件则对各测点的沉降进行实时计算，并绘制监测数据的时程曲线。

在实际测量过程中，将桥墩的沉降变化通过连通管管液面变化来反映，电感液位传感器反映出液面变化的情况，并转化成数字信号，并储存于传感器的缓存中。通讯控制设备根据设置好的采样数据和频率定时从传感器获得所需的测量信息，通讯控制设备把这些信息传输到中心监测服务器，再通过特点软件进行储存和管理，同时计算机进行自动计算，将被测高速公路的桥梁墩台沉降变化反映出来。在实际操作中，往往因高速公路桥梁地域分布较为广泛，桥址和监测中心存在一定的距离，为实现及时、快捷的数据通讯，可应用无线通讯实现系统数据的传输。采集器则和DTU无线网关进行连接，应用3G、2G、电信等无线通讯技术和监测中心进行数据的交换和传输。在数据计算完成后存储于中心服务器，用户可通过互联网进行访问，查询桥梁墩台的变化数据[3]。

4 实际应用

对上海某高速公路桥梁进行安全监测，该桥梁为上海至浙江高速段的一座大型连续性桥梁，全长约512m，根据桥梁的资料，确定其12#和13#桥墩存在相对沉降，以14#桥墩为基准点，将测量点设置在12#和13#梁桥墩的上下游测，基准点则设在14#的上下游测完成测量点的布置。再应用安全监测系统进行检测，发现12#和13#的相对沉降监测数据相对基准点未发生变化，表明对该桥梁不存在安全风险。要强调的是，对特别重要的高速公路桥梁，不能单单依靠单一监测，应进行全面的监测。

5 结语

通过本研究表明，建立基于短板效应的高速公路桥梁安全监测系统能及时有效的反映出大大桥墩的沉降变化状况，为桥梁的日常维护提供重要的数据参考，可有效提高桥梁养护的技术水平，提高监测效率和质量，降低监测和维护成本。基于短板效应的高速公路桥梁安全监测可直接监测到影响桥梁安全的关键性因素，在满足监测的要求下，相比传统的桥梁安全监测系统，可大幅减少系统建立规模，减少投入，实现了技术性和经济性的最佳平衡。通过本研中的实际应用，表明该系统具有良好的稳定性、经济性，且操作方便，在高速公路桥梁监测中具有重要的应用价值。

参考文献：

[1]周华东.公路桥梁运营安全监测技术研究[D].华南理工大学.2014，（6）：14-16

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[关键词]煤矿生产；监测监控；集中式；分布式

近年来，我国煤矿企业的安全生产状况十分严峻，重、特大恶性事故频发，不仅给国家财产和人民生命带来了巨大损失，而且还产生了恶劣的社会影响，煤矿安全问题已成为影响煤炭工业生产以至于社会稳定的重大问题。煤矿事故频发的主要原因有：（1）对煤矿中危险有害因素的监测和控制存在缺陷；（2）煤矿中各种类型系统相互独立，信息不互通。国内外的辩学研究翻工程实践表明，对重大危险源实施安全监控预警是预防和拄制重特大工业事故的有效途径。实践证明：任何事故的发生发展都有征兆出现，即安全状态信息，这些信息大多数是可观测的，有些还是可控的。为了从根本上解决煤矿安全问题，需要采用高新技术手段对煤矿实施安全监控预警，随时发现隐患，随时进行排除，把事故消灭在萌芽状态。

1.系统的组成

煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统，一般包含测控分站级和中心站级。每个测控分站负责某几路传感器信号的采集和某个执行机构的控制，实现了采集、控制分散：中心站负责数据的处理、储存、传输，实现了管理的集中。中心站与分站和计算机网络之间的通信、传感器到测控分站的数据传输、测控分站到执行或控制装置信号的传输，是通过传输信道实现的。

监测系统一般由地面中心站，井下工作站，传输系统三部分组成。地面中心站一般有传输接口装置和若干台计算机，电源，数据处理及系统运行软件，存贮、打印、显示等装置组成。为了计算机稳定工作，一般还配备了机房恒温调节，不间断电源等辅助设施。

井下分站和传感器构成井下工作站。井下分站的作用是，一方面对传感器送来的信号进行处理，使其转换成便于传输的信号送到地面中心站：另一方面，将地面中心站发来的指令或从传感器送来应由分站处理的有关信号经处理后送至指定执行部件，以完成预定的处理任务，如报警、断电、控制局扇开启等：并向传感器提供电源。

2.系统的分类

监测系统按工作侧重点分为环境监测系统和工况监测系统两大类。每种系统又可能包含若干子系统。如环境监测系统可能配备瓦斯突出预报子系统、顶板监测子系统：工况监测系统可能配有综采监控、胶带监控等各类子系统。

环境监测系统一般侧重于监测采掘工作面、机电硐室、采区主要进回风道等自然环境的参数，其主要功能为监测低浓度沼气（4％以下）、高浓度沼气（4％～100％）、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度、风量、风速、负压、矿压、地下水、通风设施、煤尘、烟雾等参数，除实时显示检测数据外，还应按《煤矿安全规程》的要求及各矿井实际情况，在一定地点及工作场所设置报警（灯光、音响）和执行装置，以便防止和预报灾害。

3.系统的技术指标

根据安全监测监控系统的组成，其主要技术指标，主要是以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。

3.1中心站的技术指标

（1）容量。即系统可带分站的数量，例如，井下100个分站，地面10个分站。

（2）主机型号及配置。指CPU型号，内存容量，硬盘容量，软驱数量、规格，配置外设的种类、型号、数量等，另外，还有备用主机的情况。

（3）传输速率。数字传输的波特率，例如，600bit／s，1200bit／s。波特率越高，传输效率越高。另外，还有传输距离、可靠性等指标。

3.2测控分站的技术指标

（1）容量。是输入、输出量的个数及类型。例如，模入8，开入4个接点信号、4个电流形式信号等：开出4个TTL电平、4个继电器触点输出等。

（2）检测精度。是反映分站性能优劣的主要指标之一，一般用满量程的相对误差来表示。数值越小，则检测精度越高。另外，还有分辨率、转换时间、传输距离等指标。

（3）接配传感器。是指所接配传感器的种类、型号、测量范围、输出信号形式、供电电压、精度等

4.系统的结构

煤矿安全生产监控系统的系统结构分为集中式和分布式。

4.1集中式

集中式控制是一种中心计算机直接控制被控对象的系统。其特点是信息采集、分析处理、信道管理，控制功能均由地面中心站计算机完成。数据传输量大、负担繁重，中心站计算机是系统关键性节点，当中心站和传输通道发生故障时，将导致整个系统的瘫痪。集中式控制系统大多为星型结构，其特点是结构简单，将多个节点连接到一个中心节点即可：增加、扩展节点十分方便。中心节点是整个系统的“瓶颈”，该系统的可靠性很大程度上取决于中心节点。

4.2分布式

分布式多级计算机控制系统，简称DSSC系统，是实时控制系统中广为采用的一种控制系统。所谓分布式多级计算机系统，就是由分布在不同地点，以协作方式互相配合进行工作的多计算机系统。一般在几个地方设置执行简单任务的低档计算机，而较复杂的任务则集中由中、高档计算机去执行。

煤矿监测监控分布式系统多用树型结构来实现。树型结构拓扑简单，适合于矿井安装施工：信息单一，系统的规模易于扩展，易于构成多级分布式系统。地面中心站只须用一根电缆直通井下，井下各分站都并联在这根主传输电缆上。这种结构方式，分站连接十分方便灵活，可根据矿井现场情况灵活配置。由于分站与分站之间并联连接，因此，任一分站的故障对其它分站无影响，分站的可靠性较高。但在首末分站距离较远时阻抗难以匹配。

构成分布式计算机系统除了树型结构还有星型、公共总线型、环型等结构形式。它们之间的区别仅在于通讯过程中数据流的路径和方式不同。