高速公路沿线智能落石监测与预警系统

随着我国山区高速公路建设快速发展,高速公路沿线落石灾害已经成为当前高速公路突出的严重灾害。该项目拟设计一个基于振动传感器与物联网的高速公路落石监测与预警系统,当振幅达到阈值时,监测预警模块报警并传回时间、位置信息,监控终端进行分析并对外发出预警。该系统对高速公路沿线落石灾害进行监测和预警,对减少人员伤亡事件与社会经济损失等具有很大的意义。     

土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸,通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz,模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法,在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号,待地质体内岩石破坏发出次声信号,计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置,通过求两两直线间最短距离线段方程,获得N-1个中点坐标,最后求各中点坐标的质心,预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号,布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号,采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。     

基于北斗云技术的实时滑坡监测预警技术研究

突发性泥石流、山体滑坡等地质灾害的发生,对下游居民生产生活及生命财产安全构成严重威胁。该文基于北斗云技术,设计了实时滑坡监测预警系统,将终端设备、无线传输、自动定位和云端存储等纳入统一的解决方案中,能够提升地质灾害实时监测预警技术水平。将该技术应用于无人值守的偏远地区和滑坡易发区域,能够实现地质灾害高精度实时监测预警,以便有关部门提前做好应急防治措施,最大限度地降低地质灾害造成的经济损失。     

基于通信光缆的光纤油气管线预警系统

提出了一种以光纤分布式扰动传感器为核心,通过随油气管线一同敷设的标准通信光缆为传感介质的新型光纤管线预警系统.该系统利用激光干涉的原理对扰动信号进行实时探测,从而实现对挖掘、偷盗和第三方破坏等事件导致的扰动的实时监测和定位,从而达到管线安全预警的功能.该预警系统成功研制后分别在津唐输油处石油管线和杭州至嘉兴天然气管线进行了多次外场测试,该系统能在长达60 km的管线上实现250 m的定位精度,具有很好的定位稳定性.其测试结果表明:与传统油气管线监测手段相比,该系统具有无需外场供电、本质安全、灵敏度高,监测距离长、可定位以及可预警监测等技术优势,是未来油气管线监测的发展趋势.     

尔王庄水库水质预警系统推广

预警是指在灾害或灾难以及其他需要提防的危险发生之前,根据以往的总结的规律或观测得到的可能性前兆,向相关部门发出紧急信号,报告危险情况,以避免危害在不知情或准备不足的的情况下发生,从而最大程度的减低危害所造成的损失的行为。尔王庄水库水质预警系统综合采用GPS、GPRS／GSM、GIS和主动推送技术,建立水库水质信息自动分析、预测和预警等功能的综合通用的水库水质预警平台,实现水质移动监测信息实时自动采集、传输、入库、预警等各环节的无缝集成,研制引供水工程调蓄用平原水库水质神经网络模型和趋势预测模型,实现水库水质多模型、多要素自动预测预警。因此,在研究尔王庄水库富营养化问题过程中,除从水库富营养化的形成原因分析、水质分析和预测等方面进行研究外,还从事故预防角度开展研究工作,目的是对可能恶化的水质进行准确地预警,依据事先制定的应急措施,最大限度的预防事故发生和降低事故影响。对确保饮用水水质安全,改善水生态环境具有重要的现实意义。     

适于泥石流除噪的EMD联合小波阈值除噪方法

次声传感器采集到的泥石流次声信号中包含有大量的无关干扰信号,严重影响信号的分析与评估。针对含噪泥石流信号中无法准确确定噪声频段的特点,以及传统经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)联合小波阈值去噪方法无法智能分辨噪声所在频段的缺点,提出了信号经EMD分解后,基于相关性选择噪声频段的方法。首先利用EMD分解获取信号的固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量,然后计算各个IMF分量与原始信号的相关性,根据相关性大小确定IMF噪声频段,然后采用小波阈值去噪方法对噪声频段进行处理,最后对处理后的信号进行重构得到去噪泥石流信号。通过模拟实验分析,证明该方法具有智能选择噪声频段的能力,是一种更适于泥石流信号的去噪方法。     

青藏高原“敏感区”对我国灾害天气气候的影响及其监测

根据中国区域大范围洪涝、暴雨、暴雪天气预报上游关键区,以及气候变化敏感区多圈层信息平台等重大需求.从"世界屋脊"青藏高原为灾害性天气上游关键区与气候信号敏感区的观点出发,提出高原及周边观测工程建网新思路与应用新技术方案,设计、构建了新一代气象综合观测预警长期监测系统,实现科学试验-工程建设-工程应用开发途径,发展高原及周边敏感区灾害天气上游早期预警系统监测平台,为灾害性天气预报与区域气候变化提供多功能业务服务应用平台;采用高原东缘南-北轴向观测数据信息(GPS监测站与AWS站)应用于改进WRF(weather research and forecasts)模式三维变分方案,实现了模式优化站网信息的同化技术,可提升中国区域暴雨、南方雪灾模式预报能力.针对夏季暴雨、南方暴雪,检验、证明了高原观测工程布网"早期预警"的显著效果.     

基于慢度估计的次声台阵信号自动检测算法及应用

针对次声监测研究领域广泛使用的短时间与长时间信号功率比检测方法性能不能满足要求,渐进多通道互相关检测算法虚警率较高的缺点,利用信号的时、频、波数域特性和次声台阵各子台信号的互相关性特性,提出了一种基于次声台阵信号慢度估计的自动检测算法。次声信号慢度估计结果的合理性、一致性是该检测算法的依据。考虑到该检测算法计算量较大,在具体应用中加入其他计算量较小的传统算法,进行逐次检测,最后应用的慢度估计方法既是一种检测方法,也是对其他检测算法结果的最终审核,一方面可以降低单项检测方法对检测参数的敏感性,另一方面也可提高检测的正确率(虚警率和漏警率同时降低)。该复合检测算法应用于某实验次声台站信号的检测(信噪比大于1.1),结果虚警率为4.0%,漏警率为5.0%,表明了该方法的优良性能。从检测应用处理结果还可以推测,结合一个区域现有密集的地震台站数据和2~3个次声台阵的数据,可以方便地识别、监控爆破方式日益复杂的人工爆破事件和真正的地震(余震)事件,为地震灾害减灾防灾、采矿监控等多领域服务,具有重大推广价值。     

无线微振动监测系统设计及在敦煌莫高窟的应用

敦煌莫高窟是我国四大石窟之一,由于游客走动、交通工具、机械施工等引起的振动会对洞窟内文物造成损伤累积等不利影响。为实现敦煌莫高窟内微振动的实时监测,采用无线振动传感测试仪组建分布式的无线微振动传感网络,解决微弱振动信号的传感检测、无线分布式振动信号采集、窟区及洞窟内部的无线信号覆盖、微振动监测及风险预控一体化软件等关键技术难点。该系统的构建可以实时监测莫高窟的微振动环境,全面分析评估振动对文物的影响和损害程度,在周围环境出现突发超阈值振动时发出预警信息,通过对莫高窟内振动环境的调控,减小振动对文物的影响,对敦煌莫高窟的文物保护具有重要意义,同时对其他世界文化遗产的保护也有一定的示范作用。     

基于无线传感网络带电预警系统的研究

基于无线传感网络提出并设计一种带电预警系统,通过测量电场值反演算电压状态,当测量值超过系统阈值时,便携式预警终端发出警示信号,同时将检测结果传输至上位机监测中心分析储存。结合MEMS电场传感机理,传感器探头结构采用三维布点,有效降低采集测量误差。建立低功耗、高性能ARM微控制器设计声光报警单元和无线发射模块,以ZigBee、GPRS为核心的无线传感网络网关节点,实现传感信号的同步采集和测量结果的可靠传输,解决复杂电磁环境下的抗干扰力问题。该系统的应用能准确获取空间某一点三维方向上电场的感应电荷,可靠获取高压输电线路的电压状态,及时报警,具有准确性强、便携、低功耗等特点。     

氨氮在线监测仪示值误差测量值的不确定度评定

随着国家对环境预警监测能力建设投入的加大以及地表水质监测技术的日趋成熟,氨氮在线监测仪在水质自动预警监测系统中得到了更为广泛的应用。为了确保氨氮在线监测仪量值的准确性和一致性,必须采用有效的手段对其量值进行溯源。本文在给出氨氮在线监测仪示值误差数学模型的基础上,对氨氮在线监测仪进行标准不确定度分量的A类评定和B类评定,在B类评定中综合考虑了稀释定容过程引入的不确定度、稀释取液过程引入的不确定度以及氨氮标准溶液引入的不确定度。经过合成得出氨氮在线监测仪测量结果的相对扩展不确定度为2.4%,满足氨氮在线监测仪检定要求。     

Dynamics of submarine debris flow and tsunami

The general two-phase debris flow model proposed by Pudasaini (J. Geophys. Res. 117:F03010, 2012, doi:10.1029/2011JF002186) is employed to simulate subaerial and submarine two-phase debris flows and the mechanics of complex wave generation and interactions between the solid and the fluid phases. This includes the fluid waves or the tsunami generated by the debris impact at reservoirs, lakes, and oceans. The analysis describes the generation, amplification, and propagation of super tsunami waves and run-ups along coastlines, debris slide and deposition at the bottom floor, and debris shock waves. Accurate and advance knowledge of the arrival of tsunami waves in the coastal regions is very important for the design of early warning strategies. Here, we show that the amount of solid grain in the fluid reservoir plays a significant role in controlling the overall dynamics of the submarine debris flow and the tsunami. For very small solid particle concentrations in the reservoir, the submarine debris flow moves significantly faster than the surface tsunami wave. As the solid volume fraction in the reservoir increases, the submarine debris speed slows down. For relatively large solid volume fractions in the reservoir, the speed of the submarine debris becomes slower than the surface tsunami wave. This information can be useful for early warning strategies in the coastal regions. The fast or slow speed of the submarine wave can be attributed to several dynamical aspects of the model including the generalized drag, basal traction, pressure gradient, virtual mass force, the non-Newtonian viscous stress, and the strong phase interaction between the solid and the fluid as they enhance or diminish the motion of the solid phase. Solid particle concentration in the reservoir dam also substantially influences the interaction between the submarine debris flow and the frontal wall of the dam, and the interaction between the tsunami and the submarine debris wave. The tsunami wave impact generates a largely amplified fluid level at the dam wall. Submarine debris shock waves are observed for small solid volume fractions in the reservoir. Another important aspect of the simulation is to investigate the complex interactions between the internal submarine debris wave and the surface tsunami wave. Three complex waves occur simultaneously: the subaerial debris flow in the upstream region, submarine debris flow in the reservoir basin, and a super tsunami wave on the surface of the reservoir. This helps to develop insight into the basic features of the complex nonlinear solid and fluid waves and their interactions.     

利用鱼的活动电位监测原水有毒物质

本方法是利用鱼类对有毒物质进入水体后引起活动电位变化,来自动连续监测水质的情况。以鱼在水中活动时产生的活动电位作为数学变量,根据其在正常情况下和有毒物质污染情况下的变化,应用计算机技术对该变量进行连续采集、运算、分析处理、控制,从而达到连续监测、及时自动预警、报警、采样的作用。     

电气化重载铁路长供电臂末端网压提升技术应用与研究

本文简述了神朔电气化重载铁路长供电臂末端网压跌落的原因及理论分析,对比分析了接触网电压损失和变电所电压损失的网压提升方法。结合神朔铁路的实际特性,提出了一种在供电臂末端装设动态无功补偿装置的提升网压的方法,并探讨了在供电臂末端进行补偿的优越性,通过对比该装置投运前后的补偿效果,该补偿装置在重载时能有效地将供电臂末端电压提升了8kV,同时系统功率因数保持到0．98以上。     

土质滑坡临滑前次声信号特征研究

土质滑坡临滑前,土壤内部颗粒的错动、摩擦和土体裂纹的扩展会产生次声波。为了明确土质滑坡临滑前次声信号的特性,对土质坡体模型进行了6组滑坡模拟实验,同时采集实验过程中产生的次声信号。利用短时傅里叶变换对采集的信号进行时频分析,然后利用小波分解法研究信号在各个频段上的能量特性。分析结果表明:土质滑坡临滑前有特殊的次声信号产生,信号的频率主要集中在0.5~6 Hz和12.5 Hz附近。根据土质滑坡蠕滑阶段的发展规律推断:0.5~6 Hz频段的次声信号为滑面处颗粒间错动、摩擦产生;频率在12.5 Hz附近的次声信号为滑体内部裂纹扩展产生。通过实验得到的次声特性可以作为土质滑坡次声监测的重要参考。     

A power scheme of a wireless sensor network node for debris flow monitoring with move-triggered wake-up

In countries threatened by debris flow disasters, using wireless sensor networks (WSN) for debris flow monitoring and warning has become an important research topic. To detect the initial movement and subsequent moving status of monitored debris or rocks, a two-phase power scheme for a self-developed wireless inertial sensor has been proposed, implemented, and analyzed in this study. During the first phase, the power of the sensor node is disconnected to ensure that the sensor remains stationary. In the second phase, a hybrid scheme with periodic and move-triggered wake-up is actuated if the sensor is moved by debris or hit by rocks. A simple move detection algorithm is used to determine whether the node should enter sleep mode. The power models of the components of the proposed sensor node have also been discussed. Based on those models, the power consumption of the proposed power scheme has been determined and verified according to measurements. Analysis of the proposed hybrid power scheme can be easily generalized for WSN applications with sensor-triggered schemes. The relationship between the moving rate of monitored objects and the wake-up period in the moving detection algorithm was found to be nearly inversely proportional. The results can be employed to estimate and design sensor node power schemes for other similar applications, such as value asset monitoring and tracking.     

基于油液在线监测的齿轮箱磨损趋势分析与研究

齿轮箱润滑油液中的磨粒携带了大量磨损状态的信息,通过在线监测传感器能监测出油液中磨粒的相关参数(尺寸、数量、生成率等),可判断或推测出齿轮箱的磨损状态。然而,目前在线监测的磨粒相关特征参数与齿轮箱磨损状态的准确对应关系还未得到深入研究。本研究首先采用离线检测的方法验证了在线监测传感器的可靠性,然后通过自主研制的试验台进行了齿轮箱全寿命加速试验,根据不同尺寸磨粒数量、磨粒生成率等的变化趋势对齿轮箱磨损程度做出了预判;最后采用铁谱分析法进一步验证了在线监测齿轮箱故障的准确性。结果表明:基于油液在线监测的磨粒信息(尺寸、数量、生成率)能很好地对齿轮箱磨损状态进行判定和预测。     

企业战略信息监控报警系统

随着计划经济向社会主义市场经济转轨的深入,企业所面临的竞争越来越激烈,想要取得竞争的优势,就必须实施企业战略管理,并对环境变化作出迅速反应,做到趋利避险,本文论述了企业战略管理过程中加强战略实施控制与建立企业战略信息监控报警系统的必要性,并对如何确定战略监控指标及如何在计算机上实现该报警系统作了介绍。     

宽量程电阻非线性防静电地板的研制

常见的防静电地板不能保证在一个宽量程的范围内，保持其防静电特性符合国家标准的要求。为此，本文了一种生产宽量程电阻非线性防静电地板的配方和生产工艺，经测试表明其性能可在较大的量程范围中保持电阻非线性，亦能满足防静电要求。这对电子行业，微电子工程，计算机房，程控交换机房等部门来说，是不可缺少的优秀功能建筑材料。