探测太空的新技术

探测太空的新技术（精选10篇）

探测太空的新技术 篇1

摘要：本文介绍了基于电容探测的智能液面探测技术, 用以提高自动化学发光免疫分析系统中液面探测系统的灵敏度。基于该技术改进的液面探测系统由单片机提供稳定的触发源, 提供可控且稳定的参考电平, 同时单片机还可实时跟踪比较输出, 使得系统的探测灵敏度得到了大幅度提高。

关键词：智能液面探测技术,电容探测,单片机,单针探头,比较输出,探测灵敏度

0前言

液面探测系统是自动化学发光免疫分析测控系统的重要组成部分[1], 用于控制采样针探入液体的深度, 从而最大限度减少挂滴, 使自动加样过程稳定可靠。电容式液面探测技术[2]原理简单、成本低、易于实现, 是应用最为广泛的液面探测方法。本文主要通过对电容式液面探测技术进行改进, 阐述提高液面探测系统灵敏度、降低最少探液量以保持系统长期稳定工作, 降低其维护成本的方法。

1 电容式液面探测原理

金属采样针通过空间环境与电路系统形成空间分布电容, 利用时基电路产生脉宽调制输出[3,4], 当采样针与导电溶液接触时增加了空间分布电容, 输出脉宽变大, 检出此事件就可探测到液面接触信息。基本原理, 见图1。R1、R2、采样针与时基电路构成单稳态触发电路, 当外部触发时开始充电, 输出高电平, 当充电到VCC/3输出反转为低电平。脉冲周期由外部触发控制, 触发频率一般在20~100k Hz, 触发周期以略大于探测到液面最大空间分布电容情况时的最大脉宽为佳, 由最大探液量及应用环境决定。

2 检测方法

脉宽调制信息经二阶低通滤波器转化为准直流电平, 当探测到液面时电平跃变升高, 跃变电平与参考电平输入比较器得到液面探测脉冲信息图。具体电路, 见图2。由U2A线性放大提供略大于本底电平的参考电平, 由于迟滞电路有一定的延时和带宽, 使得比较电路在未探测到液面时输出低电平, 探测到液面时在一段时间内输出高电平。

3 智能化设计

用时基电路提供触发源, 结合上述电路可以实现全硬件电路的液面探测系统, 但液面探测脉冲在小液量时不易被捕获, 易受干扰, 不能实现稳定可靠的探测。图2中由迟滞电路提供的参考电平在实际应用中需要反复调试, 且由于季节、气候变化, 可调电阻触点老化等原因参考电平不能一直保持稳定, 往往每隔两三个月需要人工调节一次, 这无形中增加了维护成本。

引入单片机控制液面探测[5,6]可以有效提高探测质量。原理框图, 见图3。由单片机输出一路PWM信号提供稳定的触发频率, 触发信号自图1中2脚输入, 当低于VCC/3时, 触发器置位, 3脚输出高电平, 同时放电开关管关闭, 单稳态触发器进入充电过程。为不影响脉宽调制, 选取低电平时短PWM信号作为触发信号。

根据检测原理, 稳定的参考电平不应因是否探测到液面而发生变化。可通过单片机输出另一路PWM信号经二阶低通滤波器生成直流参考电平, 并经A/D转换对其进行实时监测, 通过自适应算法自动调节占宽比使其输出与设定值一致的稳定参考电平, 探测精度要求高时需要经D/A转换来提供稳定可控的参考电平。液面探测模拟电路, 见图4。

由外部控制本底信息采集, 本底采集时间为0.2 s, 经A/D转换 (ADC) 、256个数据循环池滑动平均得到平均值, 在此基础上加一个增量作为参考电平值, 此增量的大小决定了探测的灵敏度, 通过2个单片机引脚调节该增量并自动存储到单片机EEPROM中。系统中A/D、D/A转换分别为10位精度IC。表1为在测量点AINF处本底和各种液体容量的模数转换值与数字万用表实测电压值的关系。

注:表中电压数据由于人工介入测量引入一定环境电容改变, 其测量值仅作参考。

探测到液面时的比较输出是一个稳定的高电平。为提高探测的抗干扰能力, 单片机实时跟踪比较输出:当跟踪到持续的高电平信号时输出信号;当跟踪到脉冲干扰信号时单片机通过判断持续时间予以删除, 这是提高小液量探测灵敏度的关键。100μL液面探测示波器检测结果, 见图5。

4 结论

依据电容式探测原理, 经智能化处理后的液面探测系统的灵敏度得到了大幅度提高, 最小探液量可达100μL, 优于预期最小探液量 (150μL) , 有效提高了试剂最大使用量, 降低了样本的需求量。此设计方案已应用于临床检测的某自动化学发光免疫分析仪中。

参考文献

[1]朱险峰, 张阔, 曾思思, 等.全自动临床检验仪器中液面探测技术的进展[J].生物医学工程学杂志, 2010, (4) :949-952.

[2]纪国伟.AU5400生化仪液面探测原理分析[J].中国医学装备, 2010, (7) :52-54.

[3]李书旗, 沈金荣.液位测量传感器系统的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2009, 17 (11) :2131-2133.

[4]招惠玲, 周美娟, 胡远忠.电容式液位测量系统的设计[J].传感器技术, 2004, 23 (3) :40-42.

[5]程剑锋.基于单片机的接触式液面检测系统[J].机械工程与自动化, 2009, (6) :48-49.

[6]晏红, 王选择, 赵春华.液位自动化测量系统设计[J].现代仪器, 2002, (2) :9-11.

探测太空的新技术 篇2

通过探测技术，获取计算机的在线状态，可以及时发现网络中离线或出现故障的计算机，或者发现哪些计算机没有运行本该运行的程序和应用，还可以通过这些探测信息及时发现计算机系统存在的漏洞以及计算机系统运行存在的风险，如：入侵检测系统。

图3 Cisco交换机的流量和数量统计图示

应用二：实时反映网络拓扑结构

探测的结果还可以用来实时反映网络的连接结构，为实时绘制网络的拓扑结构图，实时反映网络的运行状态等提供了依据。如：HP OpenView网络节点管理器，鼠标放在某个节点上将显示该节点的详细信息，示例图示如下：

图4 HP OpenView绘制网络拓扑图示

应用三：实现网络的自动化管理

通过探测收集到网络的运行信息，为网络的安全管理依据和手段，这样就可以在制定相应的策略指导下实现个应用系统之间的联动，如给防火墙设置新的安全规格，发现病毒后对杀毒软件的病毒库进行及时更新等，建立起一套统一、安全、高效的安全检测、监控、管理体系，实现网络的互连、互控、互动和集中统一防御，从而达到了自动化管理的目标。

为了提供自动化管理效率和准确性，可以在管理员的干预下建立一个专家数据库，对系统的联动提供指导和依据。

4 结束语

一般来说，在线探测技术是网络管理的基础，探测结果是实施下一步安全管理、系统联动等管理手段的依据，所以保证检测结果的正确性非常必要，因此需要对探测收集到的信息需要进行验证，以达到去伪存真的目标，提高管理的准确性和效率。

参考资料

[1] 王曦 杨健 编著.《网络安全技术与实务》，电子工业出版社，

[2] 余承行 主编, 刘亲华等副主编.《信息安全技术》 科学出版社，

[3] 李石磊.网络安全扫描技术原理及建议，东软教育在线网站

[4] HP OpenView联机文档

探测太空的新技术 篇3

然而，由于开普勒-452b以及其他可能适宜人类生存的星球都远在光年之外，远的距离地球数千光年，近的也有几十光年，这漫长的探寻之旅对平均寿命不足百岁的人类来说显然是无法实现的，因此，人类就需要借助一些高科技的宇宙探测手段来实现梦想。而我，正是为了实现这一梦想才被创造出来的。

说到这儿，忘了介绍自己——我叫FAST，这是我的英文名字，中文名是“500米口径球面射电望远镜”。

别看我的名字有点绕口，我可是世界纪录的创造者——没错，世界上在建的最大单口径射电望远镜就是我。建成后，我将通过对太空中微弱的无线电信号的捕捉，搜寻类地行星和地外文明，探寻宇宙起源、演化以及太空生命起源之谜，解密暗物质、暗能量等宇宙谜题。

我的生命孕育于2008年12月26日，一个初冬的上午。但此前的准备过程远比人类的“十月怀胎”长得多——早在1994年，科学家们就开始在全中国为我寻找一个适合的“孕育之窝”。最终，经过10多年的找寻，贵州平塘大窝凼从400多个“候选窝”中脱颖而出，成为我的落脚地。

2008年12月26日，为了欢迎我的到来，当地人在寒风中为我举办了盛大的奠基仪式——这可让我真切地领略到了贵州人的热情好客。

当然，贵州人的热情并不是我钟情于大窝凼的根本原因——我之所以会选择“落户”大窝凼，是因为它那直径500米、形如巨碗的天然圆形怀抱，正好可以安放我那20万平方米的庞大身躯；它那由岩石构成的有力臂膀，能坚实地托起我；它独特的喀斯特地貌，能使雨水及时向地下渗漏，从而很好地保护我，使我免受雨水的侵蚀。

而且我喜欢安静，而大窝凼附近方圆5公里内没有一个乡镇，25公里半径内只有一个县城，甚至连代表现代文明的无线电干扰都很少的——这种安静的环境，能让我更好、更专心地探测宇宙星空。

有了舒适的窝，我的躯体开始快速孕育。2013年12月31日，我庞大身体的“骨架”——主体圈梁成功合龙；2014年11月30日，我的馈源支撑塔建成； 2015年2月5日，随着最后一根主索“大筋脉”安装到我的躯体上，反射面索网安装成功，我的身体躯干也基本发育完成了。

最让我兴奋的，是2015年8月2日——这一天，人们开始为我安装反射板。这意味着，我的最重要的器官——“眼睛”开始发育了。

我的眼睛很大，直径有500米，大小看起来有近30个足球场那么大。与之相应的，是它的功能也异常强大——它既能“看”又能“听”，能让我轻松捕捉到远在百亿光年外的射电信号。

在我庞大的眼睛上，分布着4450个三角形状的反射单元，它们是我的视网膜“细胞”。这些奇特的细胞，种类有近400种，边长在10.2～12.4米之间波动。它们，是决定我未来的“视力”和“听力”的关键单元，它们越是精致，我就能看到越细微的天体，能听到距离地球越遥远的声音。

众所周知，细胞通常是由一些微结构构成的，我的细胞也不例外。但与普通细胞不同的是，我的每一个细胞都是由100个子反射单元微结构组成，每个微结构的表面精度都达到了 1毫米，这赋予了我无比强大、精确的探测功能。

现在，我正期待着我的眼睛发育完整——届时，我那直径500米的大眼睛将能随着天体的移动而变化，它可以在我注视的方向上形成300米口径的瞬时抛物面，视角达110°～120°，从而使我能够观看到宇宙中任意方向的天体。

此外，在我视网膜上的4450个反射单元中，每一个都能对天体进行对焦，所以我的观测精度，比我号称“地面最大机器”的“堂哥”——德国波恩100米望远镜要高出10倍；比我“表哥”——有“人类20世纪十大工程之首”美誉的美国阿雷西博望远镜要高出1倍，此外，我巡视天空的速度是我“表哥”的10倍，堪称风驰电掣。

听力对我的眼睛来说，是与视力并驾齐驱的重要功能——它能接收宇宙中的无线电波，这使我能够跨越任何视觉上的阻碍，穿透宇宙中大量存在、而光波又无法通过的星际尘埃介质，从而观测更加遥远的宇宙边缘，所以我完全不受贵州“天无三日晴”的影响，可以全天候、不间断地探测太空。

为了让我庞大的眼睛不间断地完成这种高精细的探测任务，科学家们为我准备了足够的能量——上千台电机。当然，和人类一样，我偶尔也可能会出错，有时甚至不小心就会造成大差错，为了最大限度地防范于未然，科学家们还为我发明出了精度达毫米级的激光测量监控系统，来约束我，避免错误的出现。

听我絮絮叨叨了这么多，大家一定迫不及待地想知道：我究竟什么时候才能发育成型？届时，我又能在宇宙探测中发挥多大的作用？

据科学家初步估计，到2016年9月，我就可以完全发育成型了。建成后，我将在10～20年的时间里，保持世界领先的地位，并帮助科学家们探索太空——说不定，在这一探索过程中，我还能帮助我国的科学家们取得科技类诺贝尔奖的零的突破。

实际上，对于获得诺贝尔奖，我有着先天的优势——要知道，诺贝尔奖历史上明确定名为天文学奖的10项获奖成果中，就有6项都出自我们射电望远镜家族，射电天文学也因此被称为“诺贝尔奖的摇篮”——有这样的家学渊源，我就不信我会“摇”不出一个诺贝尔奖。

但在我这个显赫的家族里，也有让大家羞于启齿的事——自射电天文学诞生以来，我们射电望远镜家族所收集的能量，还翻不动一页书。这并不是因为我的先辈们无能，而是因为宇宙中的无线电信号实在是太微弱了。

在这方面，我可是占足了优势——我的口径是目前世界上单口径射电望远镜中最大的，同时，我的灵敏度和精度比我射电望远镜家族的单个“兄弟”们更高，能更快更精准地探测出宇宙中微弱的无线电信号，因此，我能高效地识别地外文明的信号，从而聆听到可能存在的地外智慧生命对地球的“第一声问候”。

此外，我还能通过对宇宙中21厘米氢谱线的探测，将太空探测延伸到宇宙边缘，寻找宇宙中的第一代天体，记录137.4亿年前宇宙诞生时的那场规模宏大的大爆炸的声音。

压裂裂缝探测技术的应用 篇4

压裂施工中, 所用的压裂液相对于地层为良导体。由于压裂液的压入, 目标层的压力场、内部介质、喉道等都将发生改变, 目标射孔层内的电阻率将降低。通过被测井套管和远供电电极向地层供以稳定的强电流, 这部分压裂液在地层中即可看成一个场源, 由于它的存在, 将使原电场 (注压裂液前的地面电场) 的分布形态发生变化, 即大部分电流集中到低阻体带, 使地层表面的电流密度减小, 造成地面的电位发生变化。

鉴于此, 若在被测井周围环形布置多组测点, 采用高精度的电位法压裂裂缝方位测试系统, 测量在注入压裂液前后的地面电位变化。实际上, 根据测量得到的电位差不能直接判断裂缝方位。

原因包括:

1. 裂缝深度较大, 供电功率有限, 由压裂液引起的外电场变化很小。

2. 地层中介质的不均匀性, 引起地面本身的电位分布不均匀。

3. 测量电极的接地条件不同, 导致不同测点间的电位差存在较大差异。

4. 供电电流的影响。经验表明:长时间供电, 供电电极表面发生氧化, 供电电流减小。

二、数据采集

1. 为保证测试数据的准确性和有效性, 现场测试要求:

(1) 测量线和供电线的接地电阻接近0Ω。

(2) 对地绝缘电阻大于30MΩ。

(3) 复查测点的重复测量相对误差在±0.5%以内。

2. 野外施工工作步骤:

(1) 井位现场踏勘。包括确定电法仪器放置位置、采集井口准确坐标、设计施工方案等。根据压裂时间安排, 制定好工作计划。

(2) 布设测点。采用导航仪和测绳, 准确定位各测点, 每个测点打入1根铜电极, 确保所有电极都打入实土中。供电电极一端固定在井口金属架上 (A极) , 一端距离井口1200m, 压裂目的层深度为1000m, 设计的远电极极距大于目的层深度。远电极共2根, 呈“一”字形排开, 各电极通过导线连接。

(3) 将所用测点通过导线与设备连接好, 确保导线完好。

(4) 设备优化。启动设备开始测试, 保证供电电流达到6A且稳定, 观测OM、ON间电位差, 对不能满足设计要求的测点进行整改。整改的测点包括:电位差不稳定, 或者与其它两点间的电位差差异大。整改途径:换一根导线、增加电极、将电极深埋等。确保所有测点工作正常, 测得稳定的数据。

(5) 背景电场测量。压裂前, 进行设备的连接调试, 设置测试参数。在保证仪器工作稳定条件下, 采集数据时间为1.5h, 在压裂施工前对被测井地面人工电场进行正常场测试, 测量内、中、外测点间的电位差。测量正常场阶段, 现场分析测量数据, 绘制时间-电位差曲线, 若电位差的变化率小于3%, 视为正常。

(6) 压裂施工过程中, 不间断测量异常场, 与压裂前基准电位场测试装置一致, 测试压裂过程中, 测量内、中、外测点间的电位差, 取得与压裂前对应相对应的电位差数据。整个测量期间, 电流出现下降趋势, 采用增大供电电压或者增加供电电极方法, 确保供电电流稳定。压裂过程持续2h, 现场时刻观察电位差的变化率, 分析引起电位差变化的原因。测量期间出现导线被压裂车辆弄断现象, 一旦发现故障, 立即采取处理措施, 将导线接好, 确保所有测点工作正常。

(7) 压裂完成后, 再测量3h, 继续记录电位场的变化。在压裂裂缝方位, 压裂液回流, 本方位测点间的电位差的变化率逐渐减小, 最终在零值附近小范围波动。

(8) 最后将所有设备整理好, 完井。

三、资料处理与解释

压裂裂缝探测技术选用的电位法测试压裂裂缝资料解释依据是, 根据电位法理论以及正演模拟可得出:改变压裂层段电阻率值后, 裂缝方向 (或高渗透方向) 的测点测得的电位视纯异常值发生明显变化, 我们知道, 当高矿化度液体进入人工压裂后的地层段, 由于电流分配系数在沿着高矿化度液体扩散方向上急剧增大, 导致地面电流密度减小, 这样, 地面电位视纯异常曲线出现负异常变化;反之, 当低矿化度液体进入压裂层段后, 电流分配系数沿低矿化度液体的扩散方向明显减小, 地面电流密度增加, 地面电位视纯异常曲线出现正异常变化。

结论及建议

压裂裂缝探测技术选用的电位法测试压裂裂缝技术是一种地球物理探测技术, 采用高信噪比电法系统, 对地下进行电场透视, 利用地下电位差异进行成像, 直接探测压裂裂缝的几何参数。

现场生产及资料解释表明:电位法测试压裂裂缝技术可以快速、准确的得到压裂液推进方向和距离;本方法效率高且易于解释, 有利于及时指导开发方案的调整;测试工作全部在地面进行, 操作简便, 不影响生产。

然而, 目前本方法只求出视纯异常变化率, 仅能对压裂裂缝方位给出较好的解释, 对裂缝的长度及高度, 即压裂裂缝三维分布信息还不能给出好的解释, 数据处理工作有待于进一步研究。

摘要：针对低渗透油藏, 压裂是稳产的重要手段之一。监测压裂裂缝的走向、长度对于验证压裂效果、了解裂缝形态、分析裂缝泻油状况、分析地层主应力分布方向对今后勘探等都将提供重要科学依据。压裂裂缝探测技术是一种有效的直接测试压裂裂缝走向及长度的成熟测试手段。而监测压裂裂缝的走向、长度对于验证压裂效果、了解裂缝形态、分析裂缝泻油状况、分析地层主应力分布方向、为今后勘探等都将提供重要科学依据。压裂裂缝探测技术是一种有效的测试压裂裂缝走向及长度的成熟测试手段, 曾多次在我国油田各种类型的油藏上进行了现场应用, 取得了较好的应用效果。我们现在使用的压裂裂缝探测技术叫电位法测试, 以电性差异为基础, 人工建立地下稳定直流电场。压裂施工中, 由于压裂液的压入, 导致目标射孔层内的电阻率发生改变, 采用高信噪比电法仪测量这种差异, 达到解释压裂裂缝方位和评价裂缝形态的目的。

关键词：压裂裂缝探测,电位法

参考文献

[1]何芳.井间电位测试技术在大庆油田的应用.石油仪器[J].2009, 23 (3) :38-64.

[2]郭建春, 李永明等.电位法裂缝测试技术研究与应用.石油地质与工程[J].2009, 5 (6) :88-94.

探测太空的新技术 篇5

21世纪国外深空探测的关键技术(下)

(八)综合电子系统技术 综合电子系统将深空探测器的遥测、遥控、自主控制和管理等功能综合在一个以微处理机为主的系统中,达到信息共享.关键技术包括嵌入式计算机系统技术、数据总线技术、大容量存储技术和微型元器件技术.发展方向是小型化和集成化.

作 者：韩鸿硕 陈杰 作者单位：刊 名：中国航天 PKU英文刊名：AEROSPACE CHINA年，卷(期)：“”(4)分类号：关键词：

新闻话题探测技术的研究 篇6

随着Internet的迅猛发展, 人们已进入一个信息爆炸的时代, 面对海量的信息, 如何有效地提取对自己有价值的信息成为一个重要的问题。

新闻作为日常生活中人们最关注的信息类型之一, 采用分类的方法进行新闻导航, 符合人们认知事物的过程和习惯, 并且对新闻信息进行了最基本的整理和组织。但是, 由于网络信息数量庞大, 与一条新闻报道相关的信息往往分散在很多不同的地方并且出现在不同的时间, 仅仅通过这些孤立的信息, 人们很难对某一新闻话题做到全面把握。

针对上述需求, 目前新闻门户普遍设有专题频道, 对一些热点事件进行专题报道。但是, 专题的生成需要专业的编辑, 除了耗时、耗力外, 更重要的是专业编辑也很难面对日益增长的信息洪流问题。于是怎样以事件为单位自动结构化的组织新闻信息, 已成为信息检索领域的一个研究热点。

鉴于特征向量模型及相关技术在文本分类、自动索引、信息检索等领域得到了广泛的应用, 已成为最简便、最高效的文本表示模型之一, 本文将特征向量模型方法引入新闻话题探测。

2. 话题探测与追踪研究中的几个基本概念

1) 话题检测与跟踪 (TDT) :在新闻专线和广播新闻等来源的新闻数据流中自动的发现话题并把话题相关的内容联系在一起的技术。与传统的信息检索技术不同, 话题检测与跟踪所关注的领域被称之为“基于事件的信息组织技术”。与信息检索、信息抽取、文本挖掘等几个交叉的相关研究相比, 话题检测与跟踪更强调对新信息的发现能力, 关心涉及的是某个特定的话题而不是相对广泛的主题类别的信息。

2) 报道 (Story) :在TDT研究中, 报道被定义为新闻专线文章或有着连续内容的新闻广播的片断。

3) 事件 (Event) :在TDT研究中, 事件是指发生在特定时问、特定地点的事情。

4) 话题 (Topic) :在TDT研究中, 话题指一个种子事件或活动以及与之直接相关的事件或活动。TDT研究中的话题描述与信息检索等研究中的话题不同, 它所关心的话题不是一个大的领域或某一类事件, 而是一个很具体的“事件”。

5) 话题检测:话题检测是指将新闻专线和新闻广播等来源的新闻报道数据流中的报道归入不同的话题, 并在必要的时候建立新话题的技术。

6) 报道关系检测:报道关系检测是指判断两个随机选择的新闻报道是否是同一个话题的技术, 它是其他几项任务的一个重要的核心技术。

3. 新闻话题探测的特性

根据新闻报道的时间特性和结构特点, 新闻话题探测有以下特性:

1) 新闻报道按时间被组织在时间序列中, 同一事件的新闻报道在时间序列上处于临近位置。

2) 随着事件的发展, 人们所关注焦点也随之变化, 新闻报道也相应的发生叙述转移, 主要表现在词语的动态变化上。

3) 新闻报道的文档结构呈现一种信息倒三角形。报道通常由标题, 起始段, 正文组成, 而且从上到下有信息递减的趋势。一般, 标题概括了新闻的内容;起始段概括性的点出事件六要素中的:who when, where, what;在文章的前半部分会描述所报道事件的详细信息。

4. 基于特征向量的话题探测方法

根据新闻报道的体例结构特点, 在构造文档特征表示向量时, 仅仅使用文档的前10%或者20%;增大出现在标题和起始段中的特征的权重, 将他们赋为全文档中特征权重的最大值;一个事件发生的时间、地点、人物等是表征一个事件的基本要素, 利用时间、地点、人物等命名实体改进聚类结果。

要判断某个报道是否和话题相关, 首先需要解决话题和报道如何表示, 以便于计算和比较的问题, 也就是话题、报道用什么模型来表示的问题。

1) 使用VSM模型将每篇新闻报道转换成一个向量, 首先对训练文档集进行预处理, 主要包括中文分词、停用词过滤 (有利于特征向量维度的降低) 等, 其中本实验使用了ICTCLAS汉语词法分析系统对文本进行分词处理。进行预处理后, 得到初始的特征子集A, 然后分别使用文档频率对特征子集A中的每个特征词打分, 并设定合适的阈值, 保留高于该阈值的特征词, 滤除低于该阈值的特征词, 得到文档特征向量矩阵。为命名实体在第篇新闻报道中的权重, 我们使用常用的公式:

的文档数;分母是将向量归一化。

文档向量矩阵的每一个行向量表示一篇文档, 每一个列向量表示一个命名实体。

2) 使用文档向量中的列向量对命名实体进行聚类, 将具有相似文档分布的命名实体聚类在一起。

3) 每个聚类构成一个话题的侧面, 由多个命名实体组成, 从而可将每个侧面表示一个特征向量:

4) 将每篇文档划分到最相似的侧面中, 相似度的比较使用向量余弦公式:

5) 重复上述过程, 直到所有的报道都检测完毕。

在文档向量化的过程中, 我们还利用了新闻报道的倒三角结构, 即新闻的标题和起始段是包含该条新闻的最具时效性的内容, 是事件发展的最新动态概括。因此我们仅仅使用标题和首段中的命名实体作为新闻报道的特征。

5. 总结与展望

新闻话题探测技术能够实时动态追踪某一新闻话题, 具有较好的应用前景。在运用向量特征模型时, 根据新闻报道的特点, 确定特征向量在新闻报道中的权重, 有利于减少误差。但是其之前的训练数据获得相当困难, 另外相似度阈值的确定也是十分困难的, 理论上没有很好的解决方法, 一般采用预定初始值, 然后给出测试文本, 而初始值的确定完全是根据经验或简单的测定而成的, 这也造成了一定的误差。

摘要：话题探测与跟踪旨在基于事件, 对信息进行组织和利用, 同时也是为了应对信息过载问题而提出的一项应用研究。根据新闻报道的时间特性和结构特点, 提出了综合新闻中的标题、正文加权策略, 采用特征向量模型对新闻话题探测, 实现对新闻话题的动态追踪与识别。

关键词：话题探测,特征向量,动态追踪

参考文献

[1]庞雅丽, 王彩芬.基于统计的中文新闻网页分类技术研究.西南师范大学硕士学位论文, 2007.

[2]李峰, 李芳.新闻线索与主题探测.上海交通大学硕士学位论文, 2008.

[3]张楷卉, 王巍, 李涛.面向新闻报道的话题检测技术研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文, 2008.

紫外探测技术的新发展 篇7

紫外和红外探测技术几乎同时产生于50年代,由于紫外探测器件灵敏度低,一直未能应用,而红外探测技术发展较快。直到90年代,日本开发出雪崩倍增靶摄像管,使得紫外摄像器件有较高的灵敏度和合适的光谱范围,紫外探测才得到广泛关注[1,2]。紫外探测技术以其独特优势在通信、预警和制导方面得到广泛的应用。由于紫外线的日盲特性和大气层中良好的传播特性,可飞越障碍物而实现非视线(NLOS)通信,具有低窃听率,高抗干扰性和全天候工作等优点,是一种具有很大发展潜力的新型通信方式[2]。紫外预警利用“日盲区”来探测导弹的火焰与羽烟,在背景洁净的日盲区,导弹羽烟的紫外辐射很容易被检测出来。由于避开了最强的太阳辐射背景,信息处理负担明显减轻,虚警率很低,与红外预警相比,不需要低温冷却,体积小、重量轻、响应快[1,2]。

1 紫外探测器的发展

1.1 真空型紫外探测器

早期真空型紫外探测器以光电倍增管(PMT)为代表,PMT是一种光电子发射型检测器,二次发射增益可达到104,对单个光子能够响应,具有极高的响应速度,可实现微弱信号探测[3]。目前PMT有专用“日盲”型的紫外PMT,日本滨松公司生产的改进型日盲紫外PMT R2078在“日盲”区外量子效率下降约50%,灵敏度是日盲区的1%,相差约2个数量级,比较适宜紫外光通信系统使用[2]。PMT只是概略探测紫外辐射源方位,不能成像,只能判断光谱信息来确定目标[2,3,4]。带有微通道板的光电倍增管———通道光电倍增管(CPM)是一种较新的紫外光电倍增管,不但探测灵敏度和角分辨率高,而且能成像,光电阴极以MCP为基底的CPM性能更好。

CPM采用双近贴式管型时,以输入窗为光电阴极基底,如图1所示。光电阴极(光电阴极镀在输入窗)和MCP近贴,距离为0.1~0.3mm,MCP又与荧光屏近贴,距离为0.5mm左右。由装架环和陶瓷管封接起来,工艺上很难实现,其间加有大于100V的电压,易引起场致发射;此时发射方式多为透射式,量子效率低[5,6]。

以MCP为基底,光电阴极直接镀到MCP的输入面,则输入窗和MCP间的距离要求不很严格,只需MCP的输出面与荧光屏近贴,光电子弥散就会减小,图像质量好。该器件发射模式为反射式,量子效率高,光电阴极前加一栅网,加电压后在其间形成一匀强电场,发射的光电子几乎都能进入通道而倍增,如图2所示。另外,输入窗可采用Mg F2材料做成透镜,光电阴极处于透镜的焦平面上,可以大大提高光电阴极的量子效率[5,6]。因此,以MCP为基底的通道光电倍增管成为发展趋势。

CPM具有响应速度快,抗磁场干扰能力强,电路简单,体积小,质量轻等特点[3,4,5,6]。采用像增强器作为核心探测器,虽然识别能力和探测灵敏度有所提高,但仍离不开高压电源[5,6,7,8]。像增强型CCD改进成背照式CCD(BCCD)后,就可消除这一缺陷,而且成像环节简化,灵敏度更高[7,8]。

一般CCD感光时,入射光是从MOS结构的正面进入,正面由于带有复杂的金属电极,反射较大。而背照式CCD(BCCD)刚好相反,光由CCD背面的单晶硅层入射,避免了金属电极对光的强反射,故能获得较高的量子效率,如图3所示,可见,无论感光灵敏度还是光谱响应宽度,背照式CCD都比前照式CCD要高要宽[8]。

像增强型CCD(ICCD)的成像过程为“光子-光生电子-倍增电子-光子-电子”,如图4所示,显然过多的成像环节会使图像质量逐渐恶化:MCP倍增使噪声被引入图像;光学元件的损耗及弥散会使ICCD的MTF(调制传递函数)进一步下降[8]。背照式CCD(EBCCD)去掉荧光屏、MCP和光学耦合器件,减少了ICCD中的图像传输链,成为“光子-光生电子-电子”链。当光生电子轰击减薄式CCD的背面时,产生电子-空穴对,电子得到增益。由于电子轰击半导体的噪声要远远低于MCP倍增的噪声,它的信噪比更高[8]。背照CCD通常要有足够薄的衬底,使得弱光信号能从CCD背面直接注入到芯片有源区,这样不但大大提高CCD的量子效率,而且对波长从10~1000nm的光子以及高能带电粒子都很灵敏[7,8]。

EBCCD的优点是增益高、空间分辨力强、噪声低,理论上甚至可以探测到单个光子,但是制作工艺复杂[7]。

1.2 固体紫外探测器

固体紫外探测器主要有紫外增强型硅光电二极管、二极管探测器、Si C紫外探测器和金刚石紫外探测器、紫外CCD等,其中基于Al Ga N的紫外探测器发展迅速,逐渐成为紫外预警探测器件的主流[9]。氮化镓基(Ga N Based)材料是指元素周期表中的III族元素铝、镓、铟和V族元素氮形成的化合物(Ga N、Al N、In N)以及由它们组成的多元合金(In Ga N、Al Ga N等)。其典型结构如图5所示[9]。

纤锌矿结构的III-V族材料是直接带隙材料。随着合金组分的改变,其禁带宽度可以连续变[17]。对于铝镓氮材料,其禁带宽度可以从Ga N的3.4e V连续变化到Al N的6.2e V,理论上讲,利用这种材料研制的本征型紫外探测器的截止波长可以连续地从365nm变化到200 nm。根据经验公式估算:日盲型紫外探测器AlxGa1-xN材料的组分x需要达到40%以上,即所谓的高铝组分Al Ga N材料[9]。

目前,制备高铝组分Al Ga N材料虽然取得阶段性进展,但还面临许多困难[9],特别是制备具有器件结构的材料难度较大:其一缺少晶格匹配的衬底,使薄膜中存在大量缺陷,各种反应过程复杂且难控制;其二随着Al摩尔比率的增加,掺杂的激活效率变低。

紫外CCD是硅CCD减薄后,靠荧光物质将紫外光耦合进器件的,它可使器件具有从近紫外到远紫外波段摄像的能力[9,10]。1997年美国国家航空航天局研制成功新颖的256×256像元Ga N基紫外CCD,它是把Ga N紫外探测器与硅CCD多路传输器通过铟柱倒装互连而成的混合式紫外CCD[10]。由于Ga N材料在365nm波段具有很尖的响应,因而降低了对滤波器的要求,使得Ga N基的光探测器具有日盲特性。美国北卡莱罗林纳大学Schetzina教授领导的研究小组报导的Ga N基可见光电二极管在零偏压下的响应度达到0.21A/W(工作波长356nm),相当于量子效率82%,探测率D*值为6.1x1013cm Hz1/2/W[9]。在传统CCD移位寄存器的末端和输出放大器之间插入电子倍增器,即可获得电子倍增CCD(EMCCD)[8],EMCCD在信号读出时,通过相对的高压,将信号逐步放大,提高灵敏度。因此EMCCD最大的优点就是具有非常高的灵敏度,适合微弱信号的探测。L3Vision系列CCD芯片是英国E2V公司最新的EMCCD产品。芯片采用最先进的片上电子倍增技术,在有效放大信号的同时保证了高水平的信噪比和一定的信号输出速率。EMCCD技术是目前CCD行业最先进、应用前景广泛的技术。

固体紫外探测器虽然灵敏度高,体积小,功耗小,但制作工艺的复杂性和性能的稳定性是攻克的难点[7]。

2 紫外探测新动向

2.1 面阵探测器是光电器件的发展方向之一

大规模、多波段集成的成像探测器件是简化应用系统、提高系统性能的重要手段之一。Ga N基紫外面阵探测器主要是朝着大规模日盲型发展,目前均采用与红外焦平面类似的工艺,将背照射Ga N基光电二极管阵列与硅CCD读出电路,通过铟柱互连方式得到紫外焦平面器件。1999年美国Nitronex公司与北卡罗来那大学、Honeywell技术中心以及美国夜视实验室成功地实现了基于Ga N/Al Ga N pin型背照射32×32列阵焦平面探测器数字照相机,响应波段为320~365 nm,峰值响应率达到0.2 A/W(358 nm),内部量子效率达到80%,理论峰值探测率达到6.1×1013 cm Hz1/2/W。2000年他们成功展示了128×128紫外焦平面探测器数字照相机,响应波长在320~365 nm。2002年该小组又研制出320×256日盲紫外探测器,但只有部分像元能够有效成像,且质量较差,主要原因可能是高质量的高铝组分的Al Ga N材料制备困难[9]。2005年美国西北大学也报道了日盲型320×256紫外焦平面探测器,给出了较清晰的图像,但是没有器件性能的详细描述[10]。由于制备高质量的高Al组分的Al Ga N材料工艺还有待于不断探索,阵列成像的质量还待于改进。

2.2 变相紫外CCD

由于硅在200~400nm波段的吸收深度小,因此在紫外波段成像比较困难,目前此问题有了突破性进展,Photometrics公司在正面照射的CCD上加一层薄发光转换涂料,该涂层能把紫外辐射转换成普通CCD能够响应的中等波长的可见光而不需要对硅本身作专门的处理,在200~400nm的波段内可达20%的量子效率[10]。如再经过适当背面注入处理,涂上抗反射层,则具有深耗尽层的背照式CCD可达50%以上的量子效率[7]。

ARP公司与CEA公司合作,研制出一种称为ANIMATERV3X的数字成像系统,采用512×512元的高分辨率传感器,该传感器为背照式薄型CCD,其响应波段可延伸至短紫外和软X射线区,入射光直接照在CCD器件上,产生的信息经数字化处理后,通过光纤传送给接口卡。ANIMATERV3X的最大优点是能够在紫外和X光波段内成像[10]。

2.3 紫外数字照相机

美国科学家发明了可感应紫外光的数字照相机。一般数字照相机只能“看见”可见光,对许多物体(如星球、生化武器)发出的紫外光是看不到的。物理学家Jan F.Schetzina表示,这个发明对拓展数字照相机用途有良好的促进作用。它的特别之处是用Al Ga N化合物作感光物质,而不是传统的硅,这种照相机显然在军事上很有用[1,10]。

3 结束语

随着紫外探测技术不断发展,其应用范围也越来越广。紫外探测不但用于紫外告警、紫外通讯,而且在空间科学,环境监测和工业生产中有重要应用。用于空间探测的紫外望远镜,紫外星敏感器,用于灾害天气的预报,电晕放电检测,水质检测等。紫外/红外双光谱探测也称为未来发展的方,据报道,美国北约盟军1989年使用的尾剌对空导弹就采用这种红外/紫外双色制导技术,白天飞机反射的日光紫外波段功率很强,则用紫外波段跟踪目标。夜晚紫外波段辐射功率小于红外辐射,则自动切换成红外波段跟踪目标[1,2,10]。

摘要：介绍紫外探测技术的新发展。真空型紫外探测器以通道光电倍增管为代表,分析了以MCP为光电阴极基底,输入窗为透镜式的管子的特点;固体紫外探测器以GaN基紫外CCD为代表,把GaN紫外探测器与硅CCD多路传输器通过铟柱倒装互连而成的混合式紫外CCD。由于GaN基材料的禁带宽度与组分有关,光谱响应从200nm-365nm,在365nm(紫外光)波段具有很尖的截止响应特性,因而降低了对滤波器的要求,具有光谱响应特性好,灵敏度高,噪声小等优点。并对紫外探测的关键技术和发展动向做了初步分析,为紫外技术的进一步发展提供参考。

关键词：紫外探测技术,真空型紫外探测器,通道光电倍增管,固体紫外探测器

参考文献

[1]张忠廉,刘榴娣.紫外线技术在军事上的应用研究[J].光学技术,2000,Vol.26,No(4),289-293.

[2]李慧蕊.新型紫外探测器及其应用[J].光电子技术,2000,20,1:45-51.

[3]张宣妮,赵宝升.一种新型真空型紫外成像探测器[J].应用光学,2007,Vol.28,No(2),159-164.

[4]L.R.Canfield.J.Res.Natl Bureau standards(U.S)Far Ultraviolet Detector Standards,1998,92(2);97-112.

[5]张宣妮,鲁帆.紫外预警系统的发展[J].咸阳师范学院学报,2008,Vol.23,No(6),23-26.

[6]张宣妮,赵宝升等.以MCP为基底的CsI光电阴极的研究[J].咸阳师范学院学报,2007,Vol.22,No(6),22-25.

[7]戴丽英,刘德林,李慧蕊等.背照式电荷耦合器件的研制[J].光电子技术,2005,25(3):146-149.

[8]左舫,刘广荣,高稚允等.用于微光成像的BCCD,ICCD,EBCCD性能分析[J].北京理工大学学报,2002,22(1):109-112.

[9]Tut T,Yelboga T,Ulker E,et al,Solar-blind AlGaN-based p-i-n photodetectors with high breakdown voltage and detectivity[J],Appl.Phys.Lett.2008,92:103502.

高大空间火灾探测技术的应用 篇8

关键词：高大空间,探测器,消防性能化设计

0 引言

火灾具有危害性强、涉及面广、快速蔓延的特性, 严重威胁着人民生命、财产安全。然而随着社会经济技术的发展, 具有高大空间场所的建筑也日趋普遍。由于高大空间的建筑结构特殊、防火分区大, 在火灾早期烟雾会发生弥散、沉降、分层等特殊现象, 导致烟气层高度不均匀、烟气控制采集较为复杂, 不利于探测器的及时响应, 因此高大空间的火灾报警探测器的设置需重点关注。

GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》中增加的第12章规定了高度大于12m的高大空间场所的设计规范。其中12.4.1条“高度大于12m的空间场所宜同时选择两种及以上火灾参数的火灾探测器。”因此在设计高大空间场所时, 需要对高大空间场所选用的火灾探测器进行比较, 对两种及以上火灾探测器的配合进行分析。

1 高大空间场所探测器的选用

对于空间高度超过12m的高大空间通常采用如下几种火灾探测器。

1.1 感烟式探测器

1.1.1 线性光束感烟火灾探测器

线性光束感烟探测器可分为红外对射型和光截面图像型。

1) 红外对射型线性光束感烟火灾探测器

线性光束感烟火灾探测器由两部分组成, 即光束发射器和光电接收器。其利用烟尘粒子的扩散性, 主要通过散射红外线组的方式来探测红外线组周围固定区域内的情况, 当烟粒子浓度到达预设阈值时实现报警。其响应时间短且工程造价较低。但由于其发射器和接收器需较为精准的对射, 较高的安装精度, 同时抗震性能差且稳定性较低。发光管老化后, 对系统影响大, 需要经常维护。

2) 光截面图像型线性光束感烟火灾探测器

光截面型火灾探测器由光截面发射器、接收器组成, 采用截面网式覆盖, 可对光截面中相邻的光束进行分析, 克服了单光束火灾报警器因偶然因素造成的误报, 提高了系统的准确性。其具有根据环境变化自动调节工作参数的功能, 不仅降低了误报、漏报的发生概率, 还提高了对环境的适应能力。

1.1.2 管路吸气式感烟火灾探测器

管路吸气式感烟火灾探测器利用架设在保护区内的管网滤除固体大颗粒后, 通过抽气泵吸取空气样本进行连续分析, 以监测烟雾浓度、成分等信息。

管路吸气式感烟火灾探测器具有较强的灵敏性。火灾在一般的情况下可分为阴燃阶段、可见烟雾阶段、出现火焰阶段和剧烈燃烧阶段。管路吸气式感烟探测器主要针对阴燃阶段, 在阴燃阶段对烟尘进行识别, 并在第一时间发出火灾预警, 为在场人员撤离和消防队员灭火争取时间。

管路吸气式感烟火灾探测器对灰尘识别技术、自动比较技术要求比较高, 当环境不稳定时可能会导致误报、漏报的情况发生。此外, 管道内的采样孔和过滤网需防止堵塞, 使得日常维护工作量较大。

1.2 感火焰式火灾探测器

1.2.1 点型红外火焰探测器

点型红外火焰探测器利用多红外传感技术, 使三个具有窄带滤波的不同波长的红外探测器分别工作, 检测火焰特征并判断火灾情况。火焰的辐射分为离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射, 因此这三个红外探测器其中一个检测火焰的中心波长, 另外两个检测环境中的红外辐射, 通过对比火焰特征的辐射频谱进行运算分析, 确定是否发生火情。

点型红外火焰探测器能够有效地排除干扰因素 (如电焊、人工光源、热辐射、机械振动、电磁干扰等) , 当出现火焰时能够实现快速响应和准确识别。其最大检测距离为80m, 产品技术成熟、性能稳定、灵敏度高、检测距离较大, 可全面兼顾数据化总线技术信息传递快、内容丰富的特点。

1.2.2 点型紫外火焰探测器

点型紫外火焰探测器的性能原理基本上与点型红外火焰探测器的性能原理相同。由于紫外线只对185~260nm狭窄范围内的紫外线进行反应, 对其他辐射范围内的光线不敏感, 并且火焰的波长宽度能够覆盖紫外线的敏感范围, 因此利用紫外火焰探测技术, 能够有效避免自然界的复杂干扰, 减少信息处理负荷。

紫外火焰探测器相对于传统的红外火焰探测器可靠性更强, 稳定性、敏感性、反应速度也都有一定程度的提高, 因此已逐渐展开应用推广。但由于传统的紫外光电管存在结构和工艺限制, 当灵敏度控制在较高水平时会产生一定的噪声。另外, 这种探测器的最大检测距离为15m, 不能抗雷电干扰。

1.2.3 图像型火焰探测器

图像型火焰探测器采用双波段图像探测技术, 通过对监控区域的现场图像信号进行热、色、行、形、光谱、动态特性等多方面参数的综合分析, 建立色谱特征判断模型、稳定性模型、频闪特征模型、火焰燃烧的纹理模型及增长趋势模型等, 采用基于彩色影像和红外影像的双波段火灾识别模型可实现高大空间场所的早期火灾检测和空间定位。检测距离为0.5~100m, 保护面积可达2 000m2。

图像型火焰探测器具有保护面积大、探测距离远、响应速度快、稳定性高、可靠性高的特点, 可实现防火、防盗、日常监控的三位一体式应用。

2 工程实际分析

2.1 工程概况

本工程为档案馆, 建筑高度78m, 总建筑面积37 599m2, 其中地上建筑面积33 067m2, 地下建筑面积4 532m2, 建筑地上16层, 地下1层。

2.2 高大空间火灾探测器设计原则

分析本项目的概况, 根据需求结合GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》的规定, 档案馆项目高大空间部分的探测器需选用线性光束感烟火灾探测器和双波段图像型火灾探测器。

线型光束感烟火灾探测器主要针对火灾初期时的阴燃阶段, 整体分层布置, 同一水平高度的探测器采用光轴交网的布置方式。本项目中, 图1所示的中庭高度为24m, 在6m、12m、23.5m处分别设置探测器。图2所示的展厅上空部分高度为10m, 在6m、9.5m处分别设置探测器。线性光束感烟火灾探测器的发射器与接收器相距均<100 m, 中庭部分每层设置一组探测器, 探测器距保护边界为6m, 符合规范中要求的≥0.5m且≤7m的要求。展厅上空每层设置两组探测器, 两组探测器的距离为10m, 两组探测器至保护边界为4m。

高大空间场所消防水炮自带的图像型火焰探测器主要针对火灾初期的明火, 能够快速确定位置, 并启动消防水炮进行灭火操作。

3 结束语

根据建筑的特点和消防性能化设计的要求, 在进行火灾探测设计时需充分了解高大空间的火灾探测技术, 通过对火灾时多个参数进行分析判断, 将多种技术有效地组合, 才能实现快速准确的探测, 使火灾能够在第一时间得到处理。

参考文献

[1]GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2014.

[2]GB 50338-2003固定消防水炮灭火系统设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2004.

[3]李四高.浅谈火灾探测技术在高大空间的综合运用技术[J].建筑工程技术与设计, 2014 (4) :95-98.

火灾探测技术的研究与展望 篇9

1探测器研究

当今,离子探测技术和光电感烟探测技术是现在火灾探测中应用最广泛的技术,但是他们都有一定局限性。因此优势互补的复合探测器技术应运而生,将成为以后发展的主要方向之一,并出现了烟温复合、光电-离子复合、离子-气体复合探测器等。

1)辐射探测器

红外光谱范围内包含着可用于火灾探测的丰富信息,研究用电脑来计算目标大致温度,并且利用火焰的闪烁特性来识别火灾。

2)气体探测

根据特定气体的可靠探测技术比感温感烟技术要复杂且昂贵,这种技术一直处于可望而不可及的境地。近年,气体传感技术有了长足进步,气体探测技术正面临着蓬勃发展。今证明利用光纤和激光二极管探测低浓度的燃烧产物(CO、CO2、O2、CH4),基于FT-IR测量气体成分的火灾探测技术也在不断研究之中,目前主要是CO探测。

3)烟温探测和其它方面

采用摄像机和发光阵列的光截面感烟探测在大空间火灾探测方面开辟了一种可行的方法,并在实际中得到应用。

基于温升速率的探测也有所进展,根据安装在天花板热变色的液晶片在一定释热速率下变色的特性,通过摄像机监视来实现火灾探测。

声学探测器也是一个发展方向,1994～1997年日本已做出多次改进的燃烧音探器的样机,但目前尚未有这方面的应用。

火灾探测器对早期火灾响应的数值模拟也是一个持续研究的领域。FE/DE(fire emulator/detector valuator)研究能够提供火灾时任意安装的探测器周围的CO/CO2浓度,烟气浓度和速度、温度场。

2火灾探测判据研究

2.1火灾探测技术发展方向

如今火灾探测技术得到了前所未有的广泛应用,人们对火灾防治研究也越来越重视。火灾探测研究的焦点是如何量化探测器所处的火灾/非火灾环境,其发展主要有2个方向:

1)纵向延伸:发展新的火灾判据、新的火灾识别模式和基于此的火灾探测器或复合探测器;

2)横向延伸:基于现有的探测原理方法,与其它技术交叉,通过改进信号采集和处理方法来改善系统性能。

2.2火灾探测算法研究

火灾探测器与一般的物理量传感器有本质的区别,火灾探测器是传感技术与火灾探测算法相互结合的产物。因此,火灾探测算法是火灾探测器的重要构成之一,20世纪90年代前期,火灾探测器绝大多数采用接触式,其火灾探测算法可归纳为:阀值法和过程法。

1)阀值法

阀值法是一种最简便,也是使用最为普遍的火灾探测算法,此方法是设定一个或若干个判断阀值,一旦检测到所探测的火灾物理信号超过判断阀值,就发出火灾报警。

2)过程法

火灾是一个发展过程,相应的各个物理特征量变化呈现一定的规律,于是用探测器把现场监测到的物理量信号变换为电量,经过整形、滤波、放大成为标准电量传给计算机,计算机将这种信号变化历程与由模拟试验得到的实际火灾信号变化历程进行相互比较,作出火灾是否发生的判断,再根据这种判断决定是否给出火灾报警信号。

3)新兴智能判断法

20世纪90年代后,火灾探测算法与人工智能、自动化和信号处理技术等其它技术的广泛融合推动了自身发展。

把神经网络和模糊逻辑应用到火灾探测领域,提高了现有探测系统性能。火灾探测系统不再单一依靠开关量信号,而是反映火灾特征的模拟量。神经网络的自学习能力使系统能适应环境变化,其容错能力又提高了系统的可靠性。

(1)人工神经网络

A 人工神经网络结构

为了使神经网络能够准确判断火灾,需要确定训练模式。模式由输入信号和导师信号构成,它根据传感器对标准试验火和各种实际环境条件下获取的信号来确定。IN1、IN2、IN3、IN4为输入信号,分别表示离子感烟火灾探测器、光学感烟火灾探测器、模拟量感温火灾探测器和模拟量湿度探测器的输出值;T1和T2为导师信号,分别表示火灾概率和阴燃火灾概率。通过BP学习方法,就可将判决表转换到神经网络的连接权矩阵中。

这样就能自适应地表示输入的各种情况并给出接近期望值的结果。在定义输入和输出之间关系时,只需考虑重要的样点,而不必定义输入/输出模式的所有组合。重要样点包括:对于输入的很小变化即引起输出很大的变化的,要在细节上描述的样点,或最大值和最小值样点所在区域。根据实际应用,调整判决表的定义可更加精确地判决并进行火灾类型估计。最后控制器根据输出的火灾概率、阴燃火概率,由模糊逻辑确定火灾或非火灾。

B 人工神经网络的matlab仿真

Matlab神经网络工具箱中包含许多进行神经网络设计和分析的函数,利用initff()、trainlm()和simuff()对实际采集的数据进行有效的模拟和仿真。

误差下降曲线如图所示,曲线的纵坐标为平方和误差,横坐标为时间点,LM算法在6次修正后误差小于预先设定误差值,可见收敛趋势明显,训练速度较快,而且在多次的仿真试验中发现LM算法稳定,几乎不会陷入局部极小或发生振荡。

从表1、表2、表3看出,训练的结果与期望值相比较大体上相差不多,可以通过调整误差量、训练次数等参数来使输出更加理想,从模拟的结果来看,所建立的神经网络“记住”先前所学习的内容,这样可以通过大数据量的训练,使神经网络变得更加聪明,从而更加智能化。

(2)模糊神经网络算法

网络结构如图2所示。

首先对信号进行归一到[0,1]之间任一值;其次把归一化的3个参数经过BP网络的输入,在这里设定网络为3层,输出层为3种变量分别为无火、阴燃火、明火的可能性:由于网络的输出是3种变量的地属度,需要在引入模糊推理对其进行模糊辨识,在模糊推理中引入时间函数,从而更加准确的辨别火灾。

网络工作过程如下:

首先利用神经网络学习和联想能力对输入的信号数据记忆、存储、比较、分析、统计处理,并输出相应的无火、阴燃火、明火的地属度函数;然后利用模糊推理系统对神经网络的输出进一步推理判断、最后经过非模糊化得到火灾或非火灾的最终判别输出。因此,可以说它是综合了神经网络和模糊系统的优点,既有较强的学习、联想,容错和适应能力,又有明确的推理规则,避免了简单的门限比较,使其更加接近人的感官判断。该方法程序流程图如图3所示。

(3)与其它技术融合

火灾探测技术与其它技术在融合中得到不断的发展。在统计方法上,Thomas J.McAvoy et al.提出一种基于统计的火灾算法。它可以提高传统感烟探测器的准确度,尤其对阴燃有良好的响应。

另外,Richard W.Bukowski et al.提出了根据实际火灾的计算模型与探测器信号进行匹配来判断火灾的新方法。

在火灾探测的基础研究上,将持续发展的方向有:如何预知现有探测扑救系统在非理想的实际状况下的性能,如何区分与火灾现象具有相同(相似)产物的背景源、加热和燃烧状况下材料行为、如何探测低浓度的热解或燃烧产物(光、热、烟、气)等。

在探测应用技术方面,以下几个方面将进一步发展:

①其它领域的新技术引发火灾探测技术新途径;

②多元复合探测和多判据探测,其中尤以气体复合探测器为代表;

③激光技术在火灾探测中的应用。激光图像粒径分群将是一种有效的火灾/非火灾识别方法,激光前向/后向散射的应用将极大改善光点激光感烟探测的性能;

④火灾探测技术与自动化、现代通讯技术、智能大厦技术的进一步结合,火灾探测系统更趋自动化、开放性和模块化。

3结语

火灾探测是通过测量火灾发生过程中产生的各种物理和化学变化参量、结合各种算法来准确判断火灾发生与否,文中对现有的火灾探测方法进行全面分析,指出传统的火灾探测方法弊端和不足,指明火灾探测技术发展趋势。

火灾探测,作为一个与国民经济、人民生命财产安全息息相关的安全技术,已经进入一个科学化、系统化发展轨道,有着广阔的发展前景和应用市场,必将在今后一段时间内蓬勃发展,并扮演越来越重要的角色。

参考文献

[1]Guide for Proper Use of System Detectors[M].美国新普利斯公司(SI MPLEX TI ME.

[2]周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术(上册)[M].广州周立功单片机发展有限公司,2003.

[3]杨婉,王奇,冯光灿.多用途火灾自动报警消防系统的研制[J].成都航空职业技术学院,2007,23(3):43-45.

[4]尚峰.复合型智能火灾探测器的研究[D].大连:大连理工大学,2003.

[5]杨宗凯,王殊,何建华,等.一种基于前馈神经网络的火灾探测方法[J].华中理工大学学报,1997,25(2):5-7.

城市地下管网探测技术的发展探讨 篇10

1 城市地下管网的基本内容及现状

城市地下管网体系具有规模庞大、综合复杂的特点, 它主要可以分为排水、给水、电力、电信、热力等类型。但是由于地下管网的材料、年代、埋藏深度都不相同, 再加上一些管网的相关资料已经丢失, 这就增加了数据测量和探测技术的难度。

目前城市地下管网的管线资料没有及时更新, 造成很多管网的数据已经过时, 现在已经不能作为依据, 而且因为各种类型的地下管线的隶属于不同的单位, 所以对管线的安排和管理措施也不一样, 这就使很多城市的地下管网管线埋藏的十分不合理。再加上城市的施工部门和设计部门的合作管理工作做的不够到位, 比如施工部门只关心施工的进程, 而忽视竣工测量, 设计部门也没有及时通知测量部门对废除的旧管道进行图纸更改, 这就会造成测绘部门不能及时的对管线施工的现状进行了解和掌握, 对管线竣工测量和图纸的更改也不能及时的进行。这些问题的出现使城市地下管网的探测技术的进行和发展受到很大的影响, 也不利于地下管网的管理和发展。

2 城市地下管网探测技术的基本要求

城市地下管网探测工作的基本步骤是:明确探测任务、收集相关资料、对施工现场的情况进行勘测、对探测方法进行试验、对探测仪器进行检查、建立管线测量控制系统、编绘地下管线图纸、编写测量报告。在地下管网探测之前就要把已有的地下管网的各种图纸、管线的设计图、施工图和相关的技术说明资料、地形图及测量控制点的坐标等地下管线的相关测量资料进行全面的收集和整理。根据城市地下管线测量技术的基本要求, 对地下管线的测量精度也有很多的要求, 比如, 管线的埋藏深度限制差范围在地线管线中心点的埋藏深度的7%左右5cm之间, 水平位置的限制差是在地下管线埋藏深度的5%左右5cm范围, 管线点的解析坐标中的误差范围在标准值的左右5cm等等。

另外在地下管网探测时要注意竣工前后的地下管线的测量。在进行竣工前后的地下管线测量时, 要先轻度比较高, 点位不易被破坏的平面以及高程控制网, 这样才能更好的提高效率和质量。其中竣工前的地下管网的探测工作主要是依据直接探测管线的一些特征进行的, 一般是在施工的同时进行测量工作的, 因为地下管线的分布非常复杂, 而且一般是施工后就把管线埋藏起来, 所以竣工前的测量工作的精度一定要高, 这样才能保证测量数据的正确性。在实际的施工现场中, 测量的控制点很难保存, 这时就需要进行测量的工作人员实时的进行管线测量, 也是就要跟随施工的进程走, 施工进行多少就测量多少, 这种测量工作没有一定的规律, 完全是按照施工过程的具体情况进行的, 在测量时还要实时对测量的点位与设计图进行比较, 如果两者不一致, 就要通过及时的验算, 找出出现问题的原因。因为有的管线的埋藏深度在十米左右, 如果在测量时出现测量错误或漏测时, 就很难进行补救, 所以在地下管线测量时要及时对测量结果进行复检, 以确保测量的准确性和全面性。

在进行竣工后的地下管网测量时, 就是要依据地下管网的数据, 利用工程测量和先进的探测技术把管网相关的数据测量出来。一般竣工后地下管网的探测方法有机械探测、被动源法、感应法和电磁法等, 但是因为管线本身的材料和埋藏深度都会影响到电磁信号, 对测量结果有很大的影响, 所以就要根据实际的管线材料和埋藏深度, 选择正确的管线探测方法, 比如说上下重叠的管道就可以采用电磁法来进行管网测量, 而燃气管道等的管网探测时就可以采用被动源法或者是感应法, 这样就能保证探测的准确性和安全性。

3 城市地下管网探测技术的发展趋势

根据我国城市地下管网的探测现状来看, 我国在这方面还存在着一些问题。因为城市地下管线的测量工作一般会在道路的路口或主干道上, 这里车辆和人数都是很多的, 对管线的测量工作会有一定的干扰, 在一定程度上也会影响施工进度, 而且有的地下管线的资料已经丢失, 这就使在探测过程中会遇到很多困难。针对管网探测时出现的这些问题, 可以看出, 要想使城市地下管网的探测工作顺利进行, 就要有先进的探测技术来支持工作, 而且我国城市化的水平越来越高, 城市地下管网事业的的规模也在不断的扩大, 所以对城市地下管网的管理和探测工作的要求也在不断的增加, 所以说对城市地下管网探测技术的需求也会随着地下管网事业的发展而不断增多, 所以, 为了更好的促进我国城市化水平的发展和地下管网的探测工作更好的进行, 使地下管网事业得以可持续发展, 就需要在城市地下管网探测技术方面进行不断的探究和创新。

结语

随着我国城市化水平的提高和经济的发展, 对城市地下管网探测工作的要求是越来越高, 为了满足这些要求、顺应这一发展趋势, 城市地下管网探测技术也在不断的改革。目前, 我国的城市地下管网的探测工作还存在一些问题, 所以为了解决这些问题, 使城市地下管网事业能够更好的生存和发展, 使地下管网探测工作更好的进行, 发展先进的城市地下管网探测技术是非常有必要的。

参考文献

[1]江才良.城市地下管网测量技术及应注意的问题分析——以合肥市地下管网测量为例[J].广东科技, 2013 (14) :168+138.

[2]景银平, 金永刚.城市地下管网测量的技术研究[J].科技创新与应用, 2012 (02) :205-206.