序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇安全監測系統范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：煤礦；瓦斯；監測系統

Abstract: as everyone knows the energy industry is the lifeblood of national economic development, however, the situation of production safety in China coal industry is not optimistic, especially the heavy, serious accidents occur frequently. In these accidents, and the majority of the gas explosion. There are many factors, but the coal mine production safety monitoring equipment is not complete, the backward management is one of important reasons which cause accidents. This paper mainly introduces the main content of gas control navigation control and gas safety monitoring equipment installation requirements and technical management, and finally prospects the development trend of coal mine gas monitoring system.

Keywords: coal mine; gas monitoring system

中圖分類號：文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

1、引言

我們都知道瓦斯災害是煤礦生產中的主要災害之一，一方面為了滿足國民經濟快速發展對煤炭能源的強勁需求，國內煤礦開采強度普遍增大；隨著開采深度向深部延深，多數礦井由原來的低瓦斯礦井轉變為高瓦斯或瓦斯突出礦井，這是近年來我國煤礦瓦斯事故多發的客觀原因之一；另一方面國內幾起重大瓦斯事故的原因分析表明，瓦斯防治管理方面存在的缺陷也是導致瓦斯事故頻繁發生的重要原因。因此瓦斯治理就成為煤礦安全生產的重點與難點。那么如何運用信息技術改善瓦斯防治管理手段、提升瓦斯管理水平，已經成為我國煤礦安全生產的迫切需求。

2、瓦斯防治導航監測管理主要內容

什么是煤礦瓦斯安全監控系統呢？所謂煤礦瓦斯安全監測系統 是指利用信息管理、計算機網絡等技術對礦井甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、風速、風壓、溫度、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主要通風機開停等實施遠程動態監控管理，并實現甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制等功能的系統。

目前,我國煤礦多數礦井都裝備了瓦斯安全監測系統。同時隨著電子技術、計算機軟硬件技術的發展和企業自身發展的需要，煤礦安全綜合信息化網絡監測管理應用系統等到了快速發展。人們就可以通過安全監測系統來分析判斷、提醒和報警實現生產礦井瓦斯防治導航的技術，來確保煤礦系統的安全運行。 瓦斯防治導航監控管理主要有以下內容：

（一）監測系統監控管理內容

監測系統以采掘工程平面圖為基準，新建添加各種監控傳感器及必備的監控內容，設計有傳感器說明牌、傳感器監測表，對監測數據進行定性、定量分析、評價的監測表，實現對監測傳感器的定位管理，對監測數據、監控區域的預測、預報、預警，判斷更直接、快速。

（二）通風系統主要設施監控管理內容

通風系統以采掘工程平面圖為基準，新建添加各種通風設施，設計有設施說明牌、設施監測表，對通風設施監測數據進行定性、定量分析、評價的監測表，實現對通風系統設施管理的預測、預報、預警，根據授權進行簽名評價、消警、處理，消除安全隱患及導航系統報警信號。

（三）采掘生產系統主要監控管理內容

在數字化的采掘工程平面圖上對采煤工作面和掘進工作面的適時位置進行活化處理，根據其推進度按時更新，系統將根據其更新的適時位置線對推進前方影響區域內瓦斯情況進行分析、評價、預測、預報、預警。

（四）瓦斯地質信息監控管理內容

瓦斯地質以采掘工程平面圖為基準，劃出高瓦斯區、高瓦斯帶、突出威脅區、突出危險區，隨采掘工作面推進按監測表要求，隨時進行預測、預報、預警。

3、瓦斯安全監控設備安裝時的要求及技術管理

煤礦企業在對瓦斯安全監測設備安裝時必須符合以下要求：

①瓦斯監控裝備必須具有煤安標志，設備下井前必須經過調試、校正，檢查合格后方可使用。對于沒有煤安標志和合格證明的設備一律不準下井和安裝使用。

②監控設備必須按設計要求進行安裝，各項技術參數的取值也必須符合設計要求。

③監控設備的供電電源必須取自被控開關的電源側，嚴禁接在被控開關的負荷側。

④電纜要求：本質安全型監控裝備其輸出本質安全型部分可不按防爆要求管理，但其關聯設備仍要按防爆要求管理。

⑤井下主機或分站應安設在支護良好、無滴水、無雜物的進風巷道或峒室內，且距巷道的底板距離不得小于300mm。

⑥傳感器必須垂直懸掛。

⑦設備安裝完畢經過調校，測試合格，由瓦檢員、安裝人員、施工單位共同在安裝申請單上簽字，然后移交給施工單位使用和保管。

加強瓦斯監控設備的技術管理

①礦井技術人員要充分利用計算機數據庫的監測資料，定期組織分析，查找瓦斯超限或設備故障的原因，制定針對性的措施，以確保安全生產。

②加強技術資料管理。技術人員要經常收集整理各種瓦斯監控技術資料，并分門別類進行建檔。

③配齊瓦斯監控人員，強化培訓、提高素質、確保瓦斯監控工作的正常開展。安裝、維修及監控室值室人員必須經過專業培訓并經考試合格后掛證上崗，不合格的不得上崗。

4、煤礦瓦斯監控系統的發展趨勢

①智能化自檢功能

系統故障自檢功能向智能化發展，具有對故障的智能分析、判斷功能，改變系統自檢功能單一、簡單的情況，做到系統常見的軟件和硬件故障都能通過門檢功能進行判斷， 從而縮短故障處理時間，更好地保障礦井安全生產。

②規范通信協議

通信協議不規范的后果是造成設備購置重復， 不能隨意進行軟硬化升級的改造。制定統一的專業技術標準，對促進礦撲監控技術發展和系統的推廣應用具有十分重要的意義。

③實現監控信息網絡化

根據監控系統網絡化管理的需要， 監控系統的實時監控信息被網絡共享，系統應用軟件按統一的格式向外提供監測數據，每一臺在網遠程終端都可以共享監控信息， 為決策和管理層提供決策依據。

④傳感器技術得到改善，將開發出高品質的傳感器

未來的高性能傳感器的壽命、抗高濃沖擊性能、抗中毒性能將會得到改善。

5、結論

總之，瓦斯安全監測系統是領導煤礦安全生產決策提供科學可靠的第一手材料，是及時協調和正確指揮生產的重要途徑。充分發揮煤礦瓦斯監測的重要作用，有效遏制煤礦重特大瓦斯事故的發生，規范瓦斯監測系統的運行管理，從而真正發揮監控系統在 “一通三防”中的作用，保證瓦斯監測系統正常運行，能夠使煤礦安全生產得到進一步提高。

參考文獻

[1]王衍生，尹經梅，劉平.監測監控系統在礦井瓦斯管理中的應用[J].礦業安全與環保.2000(S1):71～72.

篇(2)

棉花監測系統網絡支撐平臺是提供信息數據傳輸、交換、儲存、處理、共享、的綜合業務平臺，通過構建數據處理中心、數據處理分中心(國家發改委價格監測中心)、國家棉花市場監測系統信息中心以及國家棉花市場監測系統總公司的網絡、計算機、配套設備、運行環境，實現信息的處理、共享、傳輸和備份，以滿足系統運行的各方面功能要求。

1.在基礎平臺建設的同時開展全面、有效的安全體系規劃和建設；2.選用最可靠最穩定的安全產品構建安全防御系統；3.在最大限度保障安全運行的同時，又兼顧良好的運行效率；4.全面兼顧安全技術、業務運維流程和人員在信息安全保障中的積極協調作用；5.有效監控全網的安全情況，快速發現可能的安全隱患和異常行為；6.實現7×24×365的安全運行狀態監控與安全運行維護處理；7.建立完善的應急響應機制和流程；8.在短短兩個月時間內高效率、高質量地完成所有的工作。

一套平臺 兩種思想 三個系統

國家棉花市場監測系統安全建設和保障工作涉及到安全體系規劃、安全系統集成、安全運維管理、信息安全專業服務、高端安全管理咨詢、日常安全支持以及安全值守服務等眾多內容。安全建設工作千頭萬緒，安全保護對象龐大復雜，安全管理要求苛刻嚴格，對安全保障體系的規劃和設計提出了非常高的要求。

針對安全建設和管理需求，太極組織了大量的安全專家認真、深入地分析了國家棉花市場監測系統可能面臨的各類安全問題，參照ISO17799等安全管理國際標準，結合太極多年在安全領域的經驗，提出了解決方案。太極與相關合作伙伴緊密合作，針對國家棉花市場監測系統的安全設計和建設可以總結為：建設一套集中的安全運行管理平臺，融合兩種核心的安全建設思想，建立三個不同角度的信息安全子系統。

一個平臺，是指通過部署安全運行管理中心產品建立國家棉花市場監測系統的集中安全運行管理平臺。通過對網絡中各種網絡安全設備和安全軟件的集中管理和監控，把一個個原本分離的網絡安全孤島聯結成有機協作互動的一個整體，并自動實現對安全事件的處理，從而實現網絡安全管理過程中的實時狀態監測，動態策略調整，綜合安全審計以及恰當及時的威脅響應，從而有效提升網絡的可管理性和安全服務水平。

兩種思想是指動態信息安全風險管理體系建設思想和構建信息安全縱深防御體系建設思想。

動態信息安全體系思想的根本目的，是要保障安全系統設計具備良好的動態建設過程和安全可擴展性，促進建立易擴展的信息安全保障體系。縱深防御思想是保障安全系統設計的廣度和深度，促進建立全面綜合、高效安全的網絡安全保障體系。其在廣度上要求從網絡架構、網絡設備、操作系統、應用系統、數據庫系統等各個層面考慮安全系統建設；在深度上要求分層次，由外而內，從網絡邊界、內部網絡、核心服務器乃至桌面PC各個層面考慮安全防御功能的建設。其核心體現就是進行合理的網絡安全域規劃，實現安全事件影響范圍的有效控制。

本次項目，太極協助國家棉花市場監測系統規劃了完善的動態信息安全風險管理體系的建設，包括三大信息安全體系安全功能技術體系、安全服務支持體系、安全管理咨詢體系。

優點多多

系統的安全規劃、建設和運營管理解決方案，覆蓋了信息系統的整個生命周期；充分重視業務安全管理，將傳統分立的安全產品管理進行有效整合；提出了安全運行管理中心解決方案，實現了安全產品和管理的集中統一；將安全監控和安全維護有機結合，實現閉環管理，提高了安全管理效率；將各種安全設備所報告的安全事件匯總在一起進行關聯分析，消除安全事件的誤報和重復報警，并推斷問題根源，給出該事件的解決建議。

應用效果與收益

安全運行管理中心的部署，實現了分散的、異構的安全產品的集中管理，高效提煉和分析海量的安全信息和各類報警事件；實現了安全事件的閉環處理；實現了信息安全的“可控、可見和可管理”，協助國家棉花市場監測系統邁向信息安全管理乃至IT管理的新臺階。

用戶評議

國家棉花市場監測系統由于其特殊性和重要性，安全是第一重要的因素。我們在進行項目建設過程中對安全產品提供商和安全集成服務商進行了嚴格的選擇，我們在項目建設中采用了最好的產品、最嚴格的管理、最優秀的集成商和最高效的服務來確保網站的安全。

篇(3)

關鍵詞：礦井瓦斯；網絡監測系統； KJ2000N系統；安全管理

Abstract: network monitoring system along with the science and technology unceasing forward development, also in coal mine industry widely used, and made some good results, it shows the network monitoring system has broad application prospects and potential. With the increase of mining depth coal mine, the coal mine disaster will seriously affect the safety and efficiency of coal mine production, for example, has roof accident, water bursting accidents, gas accident harm, dust and so on several big disaster, including gas disaster is one of the most heavily affected a. Therefore, in view of kailuan linxi mining company raise the safety need, to the mine safety monitoring system design and installation, and the idea of monitoring system is discussed, and cohesion of a complete system are described. This mine gas monitoring system management model in coal mine production in the development of zhongzheng fast, to improve the economic efficiency and the social efficiency has a tremendous role.

Keywords: mine gas; Network monitoring system; KJ2000N system; Safety management

中圖分類號：TD76文獻標識碼：A 文章編號：

1、前言

眾所周知，網絡監測系統隨著科學技術的不斷向前發展，也在煤礦行業得到廣泛的應用，并且取得了一定的良好效果，這體現出了網絡監測系統具有廣闊的應用前景和潛力。在煤礦生產過程中，存在著很多災害直接影響煤礦的安全生產，比如有頂板事故、突水事故、瓦斯事故、粉塵危害等幾大災害，其中瓦斯災害就是其中影響最為嚴重的一種，因此，要保證煤礦生產安全高效的運行，必須有效防治瓦斯災害。淮浙煤電公司顧北煤礦現用KJ2000N型煤礦安全監控系統。這種礦井瓦斯監控系統的管理模式在煤礦生產中正快速的發展中，對提高煤礦的經濟效益和社會效益有著巨大的作用。KJ2000N系統在煤礦生產過程中對于煤礦瓦斯的治理有以下幾個主要作用：第一，由于在井上進行數據處理，其環境給操作者提供了簡潔易用的界面。第二，還可以對井下的設備參數進行自行處理和編輯，同時實現數據的共享。第三，在進行數據處理的時候，可以在井上處理，方便工程技術人員對通風系統的管理。第四，能夠實現遠距離的連續傳輸和對工作面的實時監測，也可實現超限報警，自動斷電。

2、網絡監測系統簡介

2.1 系統結構圖

KJ2000N系統由地面中心站、網絡傳輸接口、井下分站、井下防爆電源、各種礦用傳感器、礦用機電控制設備及KJ2000N安全生產監測軟件組成。地面中心站是整個系統的控制中心，安裝在地面計算機房。井下部分包括：KJ2007(F，G等)井下分站，KDW6B隔爆兼本質安全型電源，各種安全、生產監測傳感器，報警箱和斷電控制器等。井下分站和傳感器安裝在井下具有煤塵、沼氣、一氧化碳等危險氣體的環境中，對煤礦井下的各種安全、生產參數進行實時監測和處理，并將安全生產參數及時傳輸到地面中心站。各種數據由分站和中心站處理，并能按要求直接發出聲、光報警和斷電控制信號。地面中心站經過網絡傳輸接口采用光纜與井下分站聯結通訊。當前情況下，煤礦生產中所使用的監控設備已經在各個生產工作面、掘進面等一些主要的機電硐室均被廣泛應用，正是由于KJ2000N礦井安全監控系統在煤礦的廣泛使用，這樣使得煤礦傳統的單一的監控模式得到了徹底的改變，通過KJ2000N系統可以準確、全面地了井下安全情況和生產情況，實現對災害事故的早期預測和預報，并能及時地自動處理。這樣既提高了煤礦的生產效益，又彌補了由于井下瓦斯員的疏忽大意所導致的數據部準確等原因造成的定時定點匯報的不足，進行實時監測監控，并且可以利用監測數據庫進行安全趨勢分析研究，對井下災害進行預測預報，實現安全管理的雙保險。

圖一KJ2000N系統結構圖

2.2 注意事項及相關建議

（1）按照要求及時對傳感器進行調試、校正，保證監測數據的可靠性。

（2）及時捧除故障，加強系統維護，確保其正常運行。

（3）必須按照要求設置傳感器的位置。隨著工作面的推進，要及時調整傳感器的位置，使其真實反映井下的情況。

（4）備用監控系統的操作與功能。當由于人為或外界因素導致主監控服務器的監測應用程序停止工作或服務器斷電等原因正常監測不能進行的時候，備用監控服務器可在5 s內人為手動打開監測應用程序，保證監測的正常進行，保證了用戶應用程序的連續性。

（5）隨時和廠家聯系，及時解決安全監控系統運行中出現的新問題。

3、系統體系結構

該監測網絡系統是在各煤炭企業已形成的監測監控系統基礎上，整個系統將建立兩級數據監控中心，形成一個“三層四級”網絡體系結構。

(1)建立一級數據監控中心。

(2)在國有重點煤業集團建立二級數據監控中心。

(3)在煤炭管理部門設立二級數據監控中心。

4、監測系統的監管及意義

我們必須對一些高瓦斯礦井或者按照高瓦斯礦井管理的煤礦要有網絡式的監管方式，這樣才能實現對礦井的監測監控系統的有效管理，我們還必須要將這些數據上報到安全監管部門，這樣便于上級部門對煤礦瓦斯進行有效的監管。各監管部門的監管人員應該及時對數據進行處理，這樣可以更好的有效的對煤礦瓦斯進行監測和監控，病區要將數據處理結果上傳到網上，方便工程技術人員參考，這種監管模式對煤礦的安全高效生產能夠起到很好的監督和監控作用，同時這對煤礦安全生產形勢的穩定好轉具有積極的意義。只有有效的保證煤礦瓦斯網絡化實時監控項目的實施，這樣才能夠使得煤礦安全又了進一步的保證，電子警察的角色也就很好的扮演者，這樣對煤礦的多級管理也是一個很好的強化，這樣在煤礦生產中就形成了多級監管體系和安全生產綜合信息網絡, 如果在煤礦工作面出現了瓦斯超限等問題，礦監控中心將立即報警，并且將報警的數據直接上報到監控中心，便于煤礦領導部門更方便的查明超限原因和及時的采取有效的措施，將瓦斯事故消滅在萌芽狀態。對防止以瓦斯等惡性事故, 提高煤礦管理水平具有重要意義。這種監控系統-----KJ2000N系統，對煤礦的瓦斯治理具有以下幾點重要意義。第一，這項工程很好的改造了煤礦瓦斯的監控系統，對提高煤礦的安全管理和裝備水平都更好更快的提高。第二，以前對瓦斯實行的是填表上報，這樣有可能監測瓦斯人員偷懶活者其他原因，不檢測數據，而是對數據進行修改，然后上報，這樣使得數據極不真實, 多數情況下也無法追溯核實,這樣使得瓦斯事故在煤礦生產中高發的一個重要原因。第三，監控網絡不會改變煤礦的安全管理模式, 它為各級管理部門提供了實時監控的工具，提高了工作效率。第四，有助于對煤礦的各類監測數據進行宏觀分析, 微觀指導。

5、結論

綜上所述， KJ2000N系統在煤礦瓦斯監測系統中得到廣泛應用，這樣既增強了系統的穩定性和有效性，同時還對整個系統的功能也是一個很好的完善和補充，對協調我國礦井設備落后與高生產效率要求之間的矛盾也有一定的指導意義，并且使得網絡在礦井瓦斯監測系統中得到了充分的應用，這樣使得瓦斯監控系統的功能能夠發揮到極致，這樣有助于對煤礦的各類監測數據進行宏觀分析, 微觀指導。督促煤礦把問題和隱患消滅在萌芽狀態。KJ2000N系統，實行通過網絡對瓦斯進行監測，這種礦井瓦斯監控系統的管理模式在煤礦生產中正快速的發展中，對提高煤礦的經濟效益和社會效益有著巨大的作用。從而為提高煤礦安全和經濟效益，起到了積極作用。同時為井下工人的安全提供了進一步的保證，把公司的管理提高到現代化管理水平。

參考文獻：

【1】韓寧，燕飛，杜廣微，等．數字化瓦斯遠程監控網絡設計【J】，計算機科學與技術，2003

【2】 程德強，李世銀，等．礦井安全監測監控系統【J】，煤炭技術，2008；

【3】李玉國．礦井監測監控系統主要問題分析及解決方法【J】，中小企業管理與科技，2010；

【4】李炳才，陳詞，黃宗杰，等．一種新型的煤礦安全監測綜合信息系統結構【J】，煤炭科學技術，2005；

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【關鍵詞】管道輸油；安全監測；硬件；軟件

近些年來，輸油管線經人為的打孔盜油及南于腐蝕造成穿孔而泄漏的事故屢屢發生，嚴重干擾了正常社會生產生活，并造成巨大的經濟損失。據不完全統計，每年由于打孔盜油和腐蝕穿孔導致管線泄露造成的經濟損失可高達上千萬元。因此，對輸油管線防泄漏監測系統的研究及應用成為油田和管道輸油企業迫在解決的問題。

1.國內外輸油管道泄漏監測技術的現狀原始方法一種傳統的泄漏檢測方法

主要是用人或經過訓練的動物沿經管線行走來查看管道附件的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽聲音等。這種方法可以做到直接準確，但實時性差，且耗費大量的人力。

1.1硬件方法

對于硬件方法，主要是通過直觀檢測器、聲學檢測器、氣體檢測器、壓力檢測器等檢測直觀檢測器利用了溫度傳感器測定泄漏處的溫度變化，如將多傳感器電纜鋪設在管線的附近周圍，通過溫度的變化得出采樣結果，通過對比歸納反饋得出新的信息，確知油氣泄露與否。聲學檢測器是當泄漏發生時，流體流出管道會自動發出聲音，利用聲波，按照管道內流體的物理屬性決定的速度傳播，通過聲音檢測器檢測出這種波而及時發現泄漏。

1.2軟件方法

SCADA的應用：

利用sCADA系統提供的流量、壓力、溫度等數據，通過流量或壓力變化、質量以及體積平衡、動力模型和壓力點分析軟件的方法檢測泄漏。今天的ScADA系統已超過了單一“監控與數據采集”的概念，經過scADA系統功能的擴展和專用功能軟件的開發和應用，使scADA系統己從早、中期的數據處理、報警、控制等功能發展到能滿足各公司生產、經營管理及未來發展的需要，成為具備更多功能的系統。

2.管道泄漏監測技術的研究

通過對國內外各種管道泄漏檢測技術的分折對比，結合輸油管道防盜監測的特殊要求，田油氣集輸公司和管道輸油企業等單位組織開展了廣泛深入的調查研究。防盜監測系統的技術關鍵解決兩方面的問題：一是管道泄漏檢測的報警，二是泄漏點的精確定位。針對這兩項關鍵技術而采用的技術思路是：以負壓波檢測法為主，和流量檢測法相結合。

首先.我們來看看負壓波法。

2.1系統硬件總體方案

（1）計算機系統：在管道的上下游兩端各安裝了套工業控制計算機，用于數據采集及軟件處理。

（2）一次儀表：壓力變送器、溫度變送器、流量傳感器。

（3）數據傳輸系統：兩套擴頻微波設備，用于實時數據傳輸。

2.2數據采集系統

數據采集系統中，壓力采樣是利用PCI818-HD的接口函數實現的。PcL818-HD為16通道l00kHz高增益DAS卡，具有16路單端或8路差分模擬量輸入，有100kHz12位A/D轉換能力，附有lK FIFO，可對每個通道的增益進行編程，可使剛帶JDMA的自動通道/增益掃描。PCI818-HD具有一個用于讀取微弱信號的高增益（最高1000）可編程放大器。此卡提供了5個最常用的測量和控制功能，即12位A/D轉換、D/A轉換、數字量輸入、數字量輸出和計數器/定時器。

2.3壓力傳感器

負壓波法泄漏撿測要求壓力傳感器具有非常高的分辨率以及靈敏度，并且具有很高的穩定性，可選用cYBl5系列藍寶石高溫壓力變送器，它采用進口高精度藍寶石壓力傳感器，并經過特定的信號提取及剝離等專利技術進行丁溫度及進行線性化補償，產品具有溫度范同廣精確度高、穩定性強、壓力范圍寬、耐磨、抗沖擊、防腐等顯著特點。

2.4數據傳輸通訊

通訊采用無線網橋，計算機采用網卡實現計算機與計算機之問的無線網絡連接。基于擴頻技術的計算機無線網具有抗干擾能力強、易于實現碼分多址、無須申請頻率資源、安全保密等特點。實現數據傳輸通訊的順利進行。

2.5網絡校時或GPs校時

2.6系統安全及防爆

其次，我們必須得注意流量檢測。

在管道正常運行狀態下管道輸入和輸出流量相等的，泄漏必然導致流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量則會減少。然而由于管道本身具有很強的彈性及流體性質變化等多種因素影響，首術兩端的流量變化是有一個明顯過渡過程，因此，這種方法精度不高，也不能確定泄漏點的具置。德國的TAL（阿爾卑斯管道公司）原油管道安裝使用了該系統，將超聲波流量計，夾合在管道外進行測量，然后根據管道壓力溫度變化，計算出管道內總量，一旦出現不平衡，就表明出現泄漏。日本在《石油管道事業法》中規定使用這種漏系統，且.規定在30s葉檢測到泄漏量在80L以上時報警。雖然流量差法不夠靈敏，但是可靠性很高，結合使用壓力波，可以大大減小報警的失誤率。

3.結論

（1）采用流量與負壓波相結合監測輸油管道泄漏的方法是可靠的、有效的。

（2）通過油田或管道輸油企業局域網進行實時數據傳輸可以提高泄漏監測系統的反應速度，能夠實現全自動的泄漏峪測定位與報警。

（3）在輸油管道上安裝管道泄漏監測系統可以確保管道安全運行，減少管道盜油漏油事故的發生，具有明顯的經濟敬益和禮會效益。

【參考文獻】

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目前鐵路貨車安全監測主要采用地對車監測方式來完成，如采用紅外線軸溫探測智能跟蹤系統、貨車運行故障動態圖像檢測系統、運行狀態地面安全監測系統以及貨車滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統等，這些地對車安全監測系統實現了車輛運行狀態的安全監測。

 

隨著快捷貨車的發展，要求轉向架具有更可靠的運行安全性，不僅需要在結構設計、系統設計中將運行安全、可靠性等方面的指標放在更重要的位置，采用安全性、可靠性更高的零部件和結構，如電子防滑器、盤形制動系統、主動抗蛇行元件等;同時也要求能提供實時的轉向架系統的安全監測解決方案。軌旁地面監測系統的布置間距_般在300km以上，在檢測和故障處理上有一定的滯后性，而有些列車脫軌和安全事故是在非常短的時間內、在地面2個監控裝置之間發生的，因此在高速和運行安全性要求很高的特種運輸情況下，采用軌旁地面監測系統無法對車輛運行狀態進行實時檢測和對潛在故障做出及時處理。

 

目前國內現有各型貨車轉向架均沒有實時運行安全監測系統。主要是因為目前貨車運行速度不超過120km/h，一般采用踏面制動，結構簡單，且貨車上沒有可靠的監測系統供電電源。如160km/h快捷貨車轉向架雖采用了更復雜的懸掛系統、盤形制動裝置等，但是由于缺少電源，無法采用實時軸溫監測、電子防滑器等裝置，無法對轉向架進行實時監測，限制了轉向架運行安全性的進一步提高。

 

本文主要針對目前鐵路貨車的狀態、貨車安全監測系統的現狀，從提高快捷貨車轉向架運行安全性和穩定性、提升故障智能預報水平、實現動態預測性維修等基本目標出發，研究快捷貨車轉向架運行安全實時監測系統，為研究集優良的動力學性能、可靠的結構設計和實時智能安全監測功能為一體的新型快捷貨車轉向架提供整體解決方。

 

1快捷貨車轉向架安全故障特點和監測系統設計

 

1.1快捷貨車轉向架安全故障特點

 

貨運列車的安全故障主要為以下幾方面：

 

(1)列車熱軸、切軸事故，主要是由于軸承溫度過高造成，而軸承結構和狀態是造成軸溫變化的主要原因;

 

(2)車輪、車軸的裂紋和斷裂;

 

(3)踏面擦傷;

 

(4)轉向架關鍵零部件失效帶來的失穩和脫軌;

 

(5)列車制動系統故障;

 

(6)貨物偏載、超載或由于環境影響造成的破壞。在這些安全故障中，對實時運行安全性影響最大的是軸承溫度升高引起的列車熱軸、切軸事故，輪對磨耗及關鍵懸掛元件失效引起的轉向架蛇行失穩，踏面擦傷導致的輪軌沖擊作用力增大、運行品質下降和輪軸疲勞等。

 

1.2快捷貨車轉向架實時運行監測系統設計

 

在分析轉向架結構特點、車輛動態性能、零部件失效對車輛運行安全性影響等方面的基礎上，針對研制的160km/h快捷貨車轉向架，提出采用車載傳感器網絡構建智能安全監測系統來實時預報和處理車輛走行部運行安全問題。

 

快捷貨車轉向架智能安全監測系統包括以下基礎和功能模塊：

 

(1)軸端電源單兀(AxleEndPowerUnit，AEPU)，為轉向架智能安全監測系統、快捷貨車轉向架的電子防滑器和其他主動懸掛元件等提供可靠、穩定的電源。

 

(2)架載傳感器監測單元(BogieSensorMonitcrringUnit，BSMU)，每個轉向架上安裝1個BSMU，功能包括軸承溫度監測、踏面擦傷監測、轉向架蛇行運動監測等。

 

單元模塊包括3個主要組件：個或多個傳感器，實現信號檢測和輸入;1個主控制微處理器，完成數據采集、處理和管理;RF(射頻)通信模塊，采用Zigbee無線傳輸技術完成數據傳遞為基于Zigbee技術的轉向架實時監測系統無線傳輸方案。

 

(3)機車主監測器(LocomotiveMainMonitoringUnit，LMMU)，安置在機車駕駛室內。

 

2功能模塊設計及試驗

 

2.1軸端電源單元(AEPU)

 

    基于Zigbee技術的轉向架實時監測系統無線傳輸方案長期以來，鐵路貨車車載實時安全監測系統由于電源的缺乏一直無法實現。而對快捷貨車轉向架而言，電源問題尤為迫切。如果能夠提供可靠的電源，除了能為智能監測系統提供電源外，還可滿足在快捷貨車轉向架上安裝電子防滑器、主動懸掛單元等安全部件的需要，從而提高轉向架的運行安全性和動力學性能。因此，開發一種安裝簡單、性能可靠的鐵路貨車電源裝置，為架載智能安全監測系統提供電能，既具有很高的實用價值，又是實現架載安全智能監測系統的關鍵技術。

 

—般快捷貨車轉向架采用軸箱結構，為了滿足體積小和輕量化的要求，將軸端電源集成于軸箱端蓋中是一種理想的解決方案。按照現有的限界標準，對軸箱端蓋進行改裝，將發電裝置設計在其內并使其擁有較為充足的余量。軸端電源[7]輸出的交流電提供給整流穩壓裝置，為監測系統輸出穩定的48V直流電源，目前設計的電源裝置功率不小于200W。

 

對設計的軸端電源單元進行了試制和試驗，結果表明：能滿足實際需求，除了能對監測系統供電外，還可以為采用盤形制動系統的電子防滑器提供所需電源。

 

2.2架載傳感器監測單元(BSMU)

 

架載傳感器監測模塊包括傳感器網絡、主控制微處理器和無線傳輸等模塊。傳感器網絡模塊主要是根據轉向架特點和運行安全指標要求檢測軸承溫度、踏面擦傷和轉向架蛇行運動等。

 

設計的主控處理器采用Cortex-M4F內核的STM32F373CCT6處理器，最大工作頻率為72MHz，并且帶有DSP與FPU指令，能提供良好的數據采集分析性能。電源模塊采用8?75V的直流電壓輸入。存儲模塊包括內存卡模塊和FLASH模塊，內存卡中存放采集到的數據信息，FLASH中存放系統的參數。

 

2.2.1軸溫監測模塊

 

該模塊是監測轉向架軸承溫度并對溫度過高的軸承進行報警。溫度傳感器和模塊設計滿足TB/T2226—2002《鐵道客車用集中軸溫報警器技術條件》。根據所采用的溫度傳感器和主控制器設計相應的軸溫監測模塊，有按照軸溫絕對值即軸箱溫度超過定點報警值(90°C)報警和軸溫超過環境溫度(如45°C)報警的2種報警模式。

 

2.2.2踏面擦傷監測模塊

 

由于快捷貨車轉向架采用盤形制動，空重車載荷變化大，因此對踏面的狀態監測是必須的。

 

若列車運行速度K已知時，當踏面存在_處明顯的故障時(如踏面擦傷、局部剝離等)，其特征頻率可以用公式(1)計算：

 

f=一^一(1)

 

J3.6xc^V1)

 

式中力——列車運行速度;

 

d——車輪直徑。

 

通過建立快捷貨車轉向架的輪軌動力學分析模型，研究在不同輪對踏面擦傷(扁疤)深度、不同運行速度條件下的輪對垂直沖擊加速度情況。在踏面擦傷監測模塊中設置相應的輪軌沖擊加速度門檻值(可以通過仿真和試驗確定)。實際上，由于輪軌動作用力的復雜性，判斷踏面擦傷的發生必須經過對相關信號的連續監測，并且該信號符合公式(1)描述的車輛運行速度引起的周期性頻率特征。因此模塊電路包括信號采集、比例放大、幅值限制、峰值保持等功能[5’10]。踏面擦傷監測模塊的輸入信號來自4個軸箱垂向加速度傳感器和1個速度傳感器。

 

2.2.3蛇行運動穩定性監測模塊

 

根據動力學原理，轉向架蛇行失穩主要體現在輪對的橫移和搖頭振動幅值的增大，此時轉向架構架的橫移和搖頭振動加速度的幅值同樣會增大，因此轉向架蛇行運動的監測主要通過對轉向架構架上橫向加速度信號的監測分析來判斷車輛蛇行運行穩定性。

 

如圖1所示，對轉向架蛇行運動穩定性的判斷需要對斜對稱布置的2個測點的橫向加速度進行信號處理，獲得構架的剛體運動橫移加速度久和搖頭振動加速度心：

 

式中、%——橫向加速度傳感器測出的加速度值;

 

I——構架上測點到轉向架中心的縱向距離。

 

基于轉向架和車輛的動力學仿真分析及試驗，可以設置轉向架運行狀態在安全范圍內的加速度最大值，分別設定橫移加速度和搖頭振動加速度的門檻值久和，并儲存于監測系統的數據庫中。系統設計時，對2個測點進行同時同頻率采樣和處理，計算獲得構架的橫移加速度義和搖頭振動加速度^，并與設定的閾值進行比較來判斷轉向架蛇行失穩。

 

此外可以采用3軸加速度和3軸陀螺儀一體的傳感器，在加速度測量的同時，通過陀螺儀同時獲得轉向架在線路上的運行姿態和線路幾何信息，為智能監測和轉向架主動懸掛系統設計提供支持。

 

2.2.4無線傳輸模塊及驗證試驗

 

在信息傳輸方面，快捷貨運列車與一般的客車或動車組的最大區別是編組的不確定性，沒有列車總線，因此每個轉向架上的監測信息與機車的聯系不能通過列車總線傳輸，而需要考慮采用無線傳輸模式。

 

Zigbee無線傳輸網絡(ZigbeeWirelessTransferModule，ZWTM)是一種短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術，采取了IEEE規范[11]，增加了邏輯網絡、網絡安全和應用層。ZigBee技術最大的優勢在于自動組網、自動修復，可以通過設置主機地址、節點地址等形式限制網絡中的節點，實現不同列車之間的互不干擾。

 

無線傳輸模塊主要包括架載傳輸單元(Router)和機車接收器(Coordinator)。為了驗證該無線傳輸模式的有效性，特別是列車通過隧道和長時間運行時的可靠性問題，在160km/h動車上進行了現車模擬驗證試驗，具體包括：1)單個節點可靠傳輸距離和最遠傳輸距離。(2)組網傳輸性能，試驗證明設計的Zigbee網絡每個節點可以可靠覆蓋16節以上車廂，即可以可靠鏈接16個以上的傳輸節點，只要其中1個節點能正常通信即可。(3)列車進入隧道時的通信狀態，實際測試中在隧道也完全可以正常通信，換成貨車無線節點，通信距離縮短，通信會更加可靠。(4)長時間通信穩定性，在28h的連續運行中，沒有出現任何通信中斷等問題，各個節點的數據包均正常，總數據包數誤差不到1%;在進_步的連續7天的運行試驗中，各節點和主機均工作正常，沒有出現通信中斷等狀況。

 

對于快捷貨運列車，車輛定距小于18m，以20節編組為例，列車總長不超過400m，每個轉向架上各布置_個監測模塊，通過無線節點將數據傳輸到駕駛室進行處理和顯示，使駕駛室的操作人員可以實時了解整列車的運行狀態。

 

2.3機車主監測器(LMMU)

 

機車主監測器安置在機車駕駛室內，采用AR-MA8處理器、Linux操作系統，主要用于采集列車連掛的多節車廂的各種傳感器數據，并通過彩色液晶屏幕顯示出來，用戶可以通過觸摸屏來操作軟件，查詢每節車廂的詳細信息，同時會將該列車中每個轉向架的運行的基礎上。

 

建議試驗研究27t軸重貨車檢修周期和壽命期內的運行安全技術性能，即服役性能;研究分析重載貨車的運用及檢修限度和運行安全性的關系，制定適合重載貨車的合理的運用檢修限度，保障重載貨車在服役期的運行安全、可靠。

 

編制了車體4種載荷譜。

 

實時運行安全信息存儲下來，地面工作站可以通過GPRS或者3G網絡連接該主監測器，實時查詢列車上每個傳感器的實時數據。

 

3總結

 

通過本文的研究和試驗工作，所研制的快捷貨運列車實時運行監測系統，包括轉向架軸端電源單元(AEPU)、實時智能監測模塊、Zigbee無線傳輸網絡等達到了設計目標，能實現轉向架實時動態監控和數據可靠傳輸。

篇(6)

關鍵詞： LabVIEW； 船用氣囊； VISA； LabSQL； 數據庫

中圖分類號： TN911.7?34； TP319 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）11?0100?03

0 引 言

船舶氣囊下水技術是我國獨創的，擁有自主知識產權的下水工藝[1]。相較于以往的下水工藝，氣囊下水是一種更為簡單、經濟的方式。從20世紀80年代開始，氣囊下水工藝已經在各種中小型船廠得到廣泛應用[2]，并且下水船舶的重量也逐年增大。隨著應用的推廣，以及下水船舶重量的不斷增大，船用氣囊的壓力監測顯得尤為重要[3?4]。

目前船用氣囊的壓力監測仍然采用傳統的機械式壓力表，而下水操作需要同時使用數十個甚至上百個氣囊，壓力監測工作的效率較低。為了提高氣囊內壓監測效率，設計開發了一套基于LabVIEW的船用氣囊安全監測系統，通過ZigBee無線網絡完成氣壓采集，并通過PC機上LabVIEW的安全監測系統軟件對監測數據進行管理。本文介紹的系統能夠實現氣囊內壓的實時監測、報警、數據管理等，大大提高了氣囊內壓監測的效率和操作安全性。

1 系統概述

該安全監測系統分為上位機和下位機兩大部分。下位機是基于ZigBee無線技術的氣囊內壓采集系統。將裝有壓力傳感器的采集節點裝在各個氣囊上，通過無線技術與采集器通信，將采集到的內壓傳輸到采集器中。上位機是基于LabVIEW的安全監測系統軟件，將內壓實時顯示出來，并對過載壓力報警。同時，LabVIEW與數據庫連通，將采集到的壓力等數據存儲到數據庫。

2 下位機部分的設計

ZigBee是一種短距離無線通信技術，具有低成本，低功耗，自組網等特點[5]。該系統的下位機部分是基于ZigBee的無線網絡，包括采集節點、中繼器和采集器三個部分。采集節點以CC2530芯片為微處理器，以MPX5700為氣體壓力傳感器的硬件設備，是該無線網絡中的終端，安裝在氣囊的氣嘴位置。采集節點將采集到的傳感器地址、編號、氣壓值等數據通過無線網絡發送給采集器。中繼器負責數據轉發，由采集節點的硬件設備通過軟件編程來實現[6]。采集節點距離較遠時，無法與采集器直接通信，采集節點的數據會通過相鄰的中繼器（采集節點）中轉給采集器。采集器是該網絡中的協調器，對接收的數據進行處理后，傳送給上位機。

3 上位機部分的設計

LabVIEW是一種圖形化編程語言，具有界面友好、操作簡便、開發周期短等特點[7]，廣泛應用于各個行業的仿真、數據采集、儀器控制、測量分析和數據顯示等方面。上位機是在該安全監測系統的操作界面，是現場操作人員遠程監測時使用的。因此，該系統的上位機部分是在PC機Windows操作系統下基于LabVIEW的安全監測系統軟件，包括串口調試、內壓的實時顯示、波形顯示、過載報警、數據庫存取等模塊。

3.1 串口通信模塊

VISA實質上就是一組標準的I/O函數庫及相關規范的總稱。它駐留于計算機系統之中執行儀器總線的特殊功能，起著連接計算機與儀器的作用[8]。VISA適用于VXI、GPIB、串口等多種接口。上位機軟件與下位機的采集器通過RS 232接口連接。該模塊就是以VISA庫函數為基礎的。

串口通信模塊是整個系統軟件的基礎。如圖2所示，VISA Configure Serial Port.vi首先運行，波特率、數據位數、奇偶校驗等根據下位機參數進行配置。之后調用VISA open，打開相應的串口VISA資源的會話。VISA read從串口讀入數據，待讀取的數據長度由屬性節點返回。讀取緩沖區的數據就是下位機發送過來，包含有傳感器地址、編號、氣壓值等數據的字符串。最后調用VISA Close關閉串口會話，釋放資源[7?8]。

3.2 實時顯示模塊

實時顯示模塊包含數據顯示、波形顯示、過載報警，是建立在串口通信模塊上的數據處理模塊，是整個系統軟件的重要部分。

該模塊是以串口通信模塊為基礎的，以VISA read的讀取緩存區為起點。從串口每隔10 s會有一個包含有傳感器地址、編號、氣壓值等數據的字符串發送過來。經過字符串截取等操作，能從字符串中分離出表示氣囊編號和壓力傳感器電壓值的子字符串。對這些子字符串做一系列的數值處理，將電壓值轉化為氣壓值，然后顯示在前面板上。對氣壓值和安全閾值進行比較得到報警結果。最后，將各個氣壓值與氣囊擺放位置對應顯示在波形圖上。

3.3 數據庫存取模塊

由于氣囊數量較多，數據量大，需要一個成熟的數據管理平臺來處理。因此，選用SQL Server數據庫軟件，實現大量數據的存儲、查詢等功能[9]。

LabVIEW本身沒有訪問數據庫的功能，目前常用的方法有：

（1）利用NI公司提供的附加工具包SQLToolkit進行訪問；

（2）利用LabVIEW中的ActiveX功能，調用Microsoft ADO控件，通過SQL語言實現數據庫訪問；

（3）利用其他語言（如Visual C++）編寫DLL程序訪問數據庫；

（4）利用第三方提供的LabSQL工具包實現訪問[10]。

第一種方法中的工具包需要購買，第二種方法中要求精通SQL語言，第三種方法的工作量較大，而第四種方法中的LabSQL是一個免費工具包，使用方便。本系統采用的就是第四種方法。

LabSQL是一個基于Microsoft ADO和SQL的LabVIEW數據庫訪問工具包，支持Windows操作系統中任何基于OBDC的數據庫，如Access、SQL server或Oracle等。它將復雜的底層ADO與SQL操作封裝成一個個子VI，因此對開發者的SQL語言熟練程度要求不高[11]。

首先安裝LabSQL，將LabSQL壓縮包解壓到LabVIEW安裝目錄下的user.lib文件中。在LabVIEW中安裝完LabSQL工具包之后，還需要對LabSQL進行配置，即在Windows操作系統的ODBC數據源中創建一個DSN，命名為mydb。LabVIEW與數據庫的連接就是建立在ODBC基礎之上的[12]。

數據庫存取模塊包括兩個部分，數據寫入和數據查詢。數據庫數據寫入是該模塊的基礎。首先要在數據庫中新建一個名為mydb數據庫，在該數據庫下創建一個名為Table_1的表。

數據庫寫入程序框圖如圖3所示，其中ADO Connection Creat.vi用于創建一個connection對象，ADO Connection Open.vi用于建立與數據庫的連接，字符串“DSN=mydb”用于指定數據源。ADO SQL Execute.vi用于執行數據寫入命令，最后用ADO Connection Close.vi 關閉與數據庫之間的連接[13]。圖示程序可以實現時間、氣囊編號、氣壓值和報警情況的存儲。

4 結 語

本文介紹了一個氣囊內壓安全監測系統的設計。該設計通過ZigBee技術實現內壓數據的無線傳輸，通過RS 232實現上位機和下位機之間的通信。硬件系統以CC2530芯片為微處理器，以MPX5700為氣體壓力傳感器，實現了具有低功耗、低成本、自組網等特點的無線傳輸網絡。軟件系統基于LabVIEW，并與數據庫連接，實現數據寫入與查詢、實時顯示、過載報警等功能。經實驗表明，該系統運行穩定，界面友好，很好地替代了機械壓力表的測量系統，提高了測量效率，值得推廣。

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篇(7)

關鍵詞：雷達式非接觸；生命體征參數；疲勞駕駛；心率變異性

1 概述

交通事故是當前世界各國面臨的嚴重社會問題之一，已被公認為當今世界危害人民生命安全的第一大公害。隨著我國高速公路的發展和車速的提高，交通事故的發生率也逐年增高。據統計，人為因素所導致的交通事故占了80%～90%，而駕駛員疲勞駕駛便是其中重要一項。疲勞駕駛[1]是指駕駛員在一段時間的駕車之后所產生的反應水平下降，導致不能正常駕車行駛。駕駛員產生疲勞后，其心理狀態也會發生各種各樣的變化，如視力下降，致使注意力分散、視野逐漸變窄；思維能力下降，致使反應遲鈍、判斷遲緩、動作僵硬、節律失調；自我控制能力減退，致使易于激動、心情急躁或開快車等。根據美國國家公路交通安全署的統計，在美國的公路上，每年由于司機在駕駛過程中跌入睡眠狀態而導致大約10萬起交通事故，約有1500起直接導致人員死亡，711萬起導致人員傷害。我國48%的車禍是由駕駛員疲勞駕駛引起的，造成了重大的財產損失。而目前針對解決駕駛員疲勞駕駛問題并沒有較完整的處理措施和預警系統[2]，傳統的方法為使用可佩帶的疲勞駕駛監測傳感器和視頻監視器等，這些都存在一定缺陷。

由此可見，疲勞駕駛是造成交通事故的一個重要因素，監測汽車駕駛員疲勞狀態的方法與裝置目前已經成為世界各國科研的重點，能在駕駛員出現疲勞狀態的初期給駕駛員以視覺或聽覺上的警示，其研究成果對減少由疲勞駕駛引起的交通事故有重要意義。此研究設計基于雷達式非接觸生命參數信號[3-5]監測技術實時監測疲勞駕駛的安全帶系統，雷達通過發射電磁波信號，利用人體某些部位的運動（如心跳、呼吸和四肢的擺動等）對發射信號調制所引起的微多普勒效應[6，7]可以實現對人體的探測、定位、成像、識別、行為分類以及多種人體信息的提取，通過在安全帶上安裝雷達式非接觸生命參數監測系統，監測人體心率變化規律，對進入疲勞駕駛狀態及時進行預警和車輛限速，減少因疲勞駕駛造成的交通事故。

2 國內外疲勞駕駛監測裝置的研究現狀

國內外研究人員主要取得的監測駕駛疲勞研究成果如下：

（1）打瞌睡駕駛員偵探系統DDDS（The Drowsy Driver Detection System）[8]：德國SAFEAU研制的采用多普勒雷達和復雜的信號處理方法，可獲取駕駛員煩躁不安的情緒活動、眨眼頻率和持續時間等疲勞數據，用以判斷駕駛員是否打瞌睡或睡著。該系統可制成體積較小的儀器，安裝在駕駛室內駕駛員頭頂上方，完全不影響駕駛員正常的駕駛活動。

（2）方向盤監視裝置S.A.M.（Steering Attention Monitor）：美國Electronic Safety Products公司開發的一種監測方向盤非正常運動的傳感器裝置，適用于各種車輛。方向盤正常運動時傳感器裝置不報警，若方向盤4s不運動，S.A.M.就會發出報警聲直到方向盤繼續正常運動為止 [9]。

（3）DAS2000型路面警告系統（The DAS2000 Road Alert System）：日本研制的一種設置在高速公路上用計算機控制的紅外線監測裝置，當行駛車輛擺過道路中線或路肩時，向駕駛員發出警告。

（4）電子“清醒帶”：由日本研制開發，使用時固定在駕駛員頭部，將“清醒帶”一端的插頭插入車內點煙器的插座，裝在帶子里的半導體溫差電偶使平展在前額部位的鋁片變涼，使駕駛員睡意消除，精神振作。戴上這種“清醒帶”，可以24h無睡意。“清醒帶”使用電壓12～14V，電流500mA，十分安全。

（5）疲勞駕駛員警報系統（ASTiD）：英國Loughborough大學睡眠研究中心的科學家研制的新型電子設備。該系統將一些常見因素作為參考系數，如：由于駕駛員睡眠造成的交通事故高發期、車輛行駛狀況及駕駛員持續駕駛的時長等。一旦駕駛員昏昏欲睡，聲音和圖像警示器將對他們提出警告[8，10]。

（6）眼動監測與視頻監測裝置：美國華盛頓大學的JohnStern博士領導的由美國聯邦公路管理局和汽車聯合會資助的研究所，通過自行開發的專用照相機、腦電圖儀和其他儀器來精確測量頭部運動、瞳孔直徑變化和眨眼頻率，用以研究駕駛行為等問題。2000年1月明尼蘇達大學的Nikolaos P與Papaniko lopoulos教授成功開發了一套駕駛員眼睛的追蹤和定位系統[11]，通過安置在車內的一個CCD攝像頭監視駕駛員的臉部，通過追蹤多幅正面臉部特征圖像來監控駕駛員是否疲勞。

我國的疲勞駕駛研究[12-16]起步較晚，目前比較成型的是由浙江司安汽車電子股份有限公司與清華大學、東南大學的幾位博士組建的中國單片機公共實驗室聯合研究出來的疲勞駕駛預警機是國內唯一已經商業化的疲勞駕駛預警系統，其原理和豐田十三代皇冠標配的瞌睡報警系統類似，主要檢測駕駛員的眼睛開合情況，尤其增加了對瞳孔的識別，即使有駕駛員睜眼睡覺也能被識別出，基于紅外圖像的處理使得產品在陽光下和黑暗里都能進行識別，系統還能對帶各類戴眼鏡的駕駛員進行識別，實用性很強。除此之外，中國上海交通大學的石堅，吳遠鵬，卓斌等人通過傳感器測量駕駛員駕駛時方向盤踏板等的運動參數，然后采用模糊神經網絡的方法對駕駛員疲勞程度進行辨識和分析[17]；吉林大學的王榮本與北京農業大學的鄭培等[18]， 利用機器視覺的方法對駕駛員的眼睛特征進行實時跟蹤從而判斷駕駛員的精神狀態。

3 系統設計原理

3.1 系統控制結構

設計采用的非接觸生命參數檢測系統是基于毫米波雷達而建立起來的，整個系統由毫米波雷達[19]主機收發一體式天線[20]、生命參數濾波放大預處理器以及車載電腦PC三部分組成。其天線微波探測方案采用后向散射式（反射式），利用多普勒反射原理，該振蕩信號經定向耦合器，一路經環形器送入雷達天線發射出去，另一路送入混頻器。當雷達天線發射的電磁波信號遇到人體時，產生反射信號，雷達天線接收到回波信號后，通過環形器送入混頻器進行混頻，在檢測過程中，由于呼吸、心跳信號極其微弱，而“動目標”信號則很強，所以就要求預處理器的輸入信號動態范圍很大，具有一定的抗“動目標”的能力，而且信噪比、共模抑制比和靈敏度要高，處理后方能送入車載電腦PC，數據分析處理和預警控制結構見圖1。

圖1 系統控制結構圖

3.2 疲勞駕駛監測原理

安全帶系統通過車載電腦PC對采集的心電數據分析處理[21-23]，進行R波的檢測、HRV分析，得到時域、頻域、非線性指標的變化趨勢，進而對疲勞等級分級[24]，對于疲勞狀態較嚴重者，PC將信息反饋到預警系統，提示駕駛員無法繼續正常行車，必須停車休息。由于國家規定行車時間超過4h，必須停車休息，當監測系統運行4h后，預警系統也可自動開啟提示狀態。系統結構框圖見圖2。

圖2 系統結構框圖

4 系統可行性分析

本設計采用的雷達式非接觸生命監測技術，無需接觸生命體就可檢測人體呼吸及心臟跳動等信息，裝置受棉質障礙物影響小，信號強度穩定，保證了接收數據的準確性和穩定性，采用的毫米級電磁波不會對人體造成傷害，保證了駕駛員的健康安全。本設計無需改變安全帶材質和樣式，只需在靠近駕駛員心臟及胸部的安全帶部位內嵌一個監測裝置，動力通過汽車本身的電氣系統供應，在車輛啟動時自動啟動，系好安全帶后方可正常工作，可長時間運行，保證了在行車過程中對駕駛員疲勞度有效的實時監測，當駕駛員心率出現異常時自動報警并控制車輛減速，無需駕駛員采取其他操作，方便智能。心率檢測系統造價低廉，成本費用不超過1000元，可大規模配備于各種車輛，便于推廣使用。本裝置感應器體型小，線路簡單，占有機動車內部空間小，保證了機動車座艙內的美觀大方。本設計實用價值高，不僅彌補了接觸式檢測疲勞駕駛技術的局限性，而且保障交通安全，在交通運輸領域具有廣闊的發展空間。

5 結束語

疲勞駕駛監測裝置已經商業化，有越來越多的成熟型產品推向市場，但是高成本阻礙了監測裝置的普及應用，需要采用更先進的技術，降低監測裝置的成本，將疲勞駕駛監測裝置推向更廣闊的市場。

本研究提出的基于雷達式非接觸生命參數監測系統的人體生理信號檢測的駕駛疲勞研究方法，通過加載在安全帶上安全可靠地進行監測。目前，國內使用的疲勞駕駛監測研究設備已經可以達到一定程度的效果，但尚未形成專門的理論；而關于基于雷達式非接觸生命參數監測系統的安全帶監測駕駛疲勞的研究目前還未見報道。面對現在信息技術、無線技術的飛速發展和不斷完善，該方法的提出為更客觀地研究駕駛疲勞和監測疲勞駕駛的形成提供新的思路和方法，對于減少交通事故造成的損失和保護駕駛員身體健康具有十分重要的意義。

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