被动安全系统（精选7篇）
被动安全系统 篇1
汽车安全系统分为主动安全系统和被动安全系统。简单地说, 主动安全性就是作用避免事故的发生, 也就是你去和别人碰撞时你的安全系数, 也就是别人来撞你的时候你的承受系数。
车的主动安全系统除了ABS、EBD、BA等装置, 还包括大灯、操控性等。ABS刹车防抱死系统最重要的作用是可以在急刹车时保住汽车的转向能力。没有ABS的车当四轮抱死后, 车子就只能在地上滑行, 跟一个大铁块在地上蹭着走没有区别。有ABS的车就能在一定程度上在急刹时改变车行进的方向。EBD电子制动力分配系统是ABS的辅助功能。由于四个轮子与地面的摩擦力不同, 急刹车时如果四个轮子刹车力相同时就容易打滑、倾斜和侧翻。EBD可以将刹车系统所产生的力量适当分配到各个轮子上, 使刹车距离缩短, 保证刹车时车辆的平稳。BA刹车辅助系统可以保证紧急情况下刹车而刹车板踩踏力不足时, 产生最大的刹车力量。车灯对安全也有很大影响, 前大灯水平调节装置可以调整照明光束以保持一定的照射距离, 增强夜间行车的安全性;LED高位刹车灯因为装在车尾上部, 容易让后面车辆发现前面车辆而及时刹车, 避免追尾。虽然看似不起眼的小细节, 但对行车安全起到很大的辅助作用。
被动安全系统包括车身安全设计、安全带、安全气囊等。
一、车身安全设计
车身是整个汽车安全系统的保护卫士, 它可以在受到撞击时, 保护车内人员的人身安全。一般的厂家都会在车身安全上采取一些措施。车身安全与车身材料和车身设计有关, 德系和美系的车车身硬, 采用局部可溃式, 发生碰撞时以强制强, 用车的不变形来保证乘客的安全。日系车多采取全车可溃式, 像是丰田车的GOA车身就是让碰撞产生的力都分散到车身骨架各地方, 使得驾驶室的变形减少到最小限度, 来保护人的安全。车门设计上也要保证碰撞后能自由打开。
1、安全车身
为了减轻汽车碰撞时乘员的伤亡, 在设计车身时着重加固乘客舱部分, 削弱汽车头部和尾部。当汽车碰撞时, 头部或尾部被压扁变形并同时吸收碰撞能量, 而客舱不产生变形以便保证乘员安全。
2、侧门防撞杆
众所周知, 当汽车受到侧面撞击时, 车门很容易受到冲击而变形, 从而直接伤害到车内乘员。为了提高汽车的安全性能, 不少汽车公司就在汽车两侧门夹层中间放置一两根非常坚固的钢梁, 这就是常说的侧门防撞杆。防撞杆的防撞作用是:当侧门受到撞击对, 坚固的防撞杆能大大减轻侧门的变形程度, 从而能减少汽车撞击对车内乘员的伤害。
3、安全玻璃
安全玻璃有两种:钢化玻璃与夹层玻璃。钢化玻璃是在玻璃处于炽热状态下使之迅速冷却而产生预应力的强度较高的玻璃, 钢化玻璃破碎时分裂成许多无锐边的小块, 不易伤人。夹层玻璃共有3层, 中间层韧性强并有粘合作用, 被撞击破坏时内层和外层仍粘附在中间层上, 不易伤人。汽车用的夹层玻璃, 中间层加厚一倍, 有较好的安全性而被广泛采用。
二、预紧式安全带
预紧式安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间, 乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带, 立即将乘员紧紧地绑在座椅上, 然后锁止织带防止乘员身体前倾, 有效保护乘员的安全。预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同, 除了普通卷收器的收放织带功能外, 还具有当车速发生急剧变化时, 能够在0.1s左右加强对乘员的约束力, 因此它还有控制装置和预拉紧装置。
控制装置分有两种:一种是电子式控制装置, 另一种是机械式控制装置。预拉紧装置则有多种形式, 常见的预拉紧装置是一种爆燃式的, 由气体引发剂、气体发生剂、导管、活塞、绳索和驱动轮组成。当汽车受到碰撞时预拉紧装置受到激发后, 密封导管内底部的气体引发剂立即自燃, 引爆同一密封导管内的气体发生剂, 气体发生剂立即产生大量气体膨胀, 迫使活塞向上移动拉动绳索, 绳索带动驱动轮旋转号驱动轮使卷收器卷筒转动, 织带被卷在卷筒上, 使织带被回拉。最后, 卷收器会紧急锁止织带, 固定乘员身体, 防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞。
三、安全气囊
安全气囊是在系好安全带前提下的安全辅助装置, 主要是充当缓冲设备, 降低车内人员与车内设备互相撞击而造成的伤害。正副驾驶位前面的安全气囊保护头部和胸部, 车窗两侧的气帘 (也叫气囊) 主要保护乘坐人人员的头部, 侧气囊在座椅靠门那一侧, 保护腰部、腹部、胸部外侧以及手臂。大家可以看下自己的座椅边上有没有SRS标志。需要注意的是, 有侧气囊的座椅是不可以使用座套的, 防止意外发生时气囊弹不出来。
汽车安全气囊作为一种辅助的乘员约束条件, 在汽车发生碰撞时保护乘员的效用已越来越得到肯定, 当今社会对安全气囊的要求也越来越高, 尤其是对智能安全气囊的需求也越来越广泛, 当汽车发生碰撞时, 汽车与汽车或汽车障碍物之间的碰撞称为第一次碰撞, 第一次碰撞导致了汽车速度的急剧变化。由于惯性的作用, 车上的乘员向前运动, 于是发生了车内乘员与车内结构件之间的第二次碰撞, 事故中造成乘员伤害的主要原因就是第二次碰撞。为了减轻和避免驾乘人员在第二次碰撞中受到伤害, 乘员保护系统的设计目标是在碰撞中利用约束系统 (包括座椅、安全带、安全气囊等) 避免或减缓乘员与车内结构件碰撞造成的伤害。汽车安全气囊的基本思想是:在发生第一次碰撞后, 第二次碰撞前, 迅速在乘员和汽车内部构件之间插入一个充满气体的气囊, 让乘员“扑”在气囊上, 通过气囊上的排气节流阻力吸收乘员的动能, 使猛烈的第二次碰撞得以减缓, 以达到保护乘员的目的。所以安全气囊作为一种防护措施已经是必不可少了。
当气车以车速50km/h与前面障碍物相撞时, 安全气囊系统的动作时序可分为如下几个过程:
1、碰撞约10毫秒后, 安全气囊系统达到引爆极限, 气囊弹出的瞬间速度可达40公里左右, 气囊组件中的电雷管引爆点火剂并产生大量热量, 使充气剂 (叠氮化钠药片) 受热分解, 但此时驾驶员尚未动作。
2、碰撞约40毫秒后, 气囊完全充满, 安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时, 体积最大, 驾驶员向前移动, 安全带斜系在驾驶员身上并收紧, 部分冲击能量已被吸收。双段式安全气囊, 该气囊能够根据碰撞强度设定气囊的充气压力:严重碰撞时, 气囊迅速实现100%充气的工作状态;非严重时, 气囊先充气70%, 经过0.1秒的间隔后再充气30%, 以减小压力, 使人的头部与气囊更柔和地接触。
3、碰撞约55~65毫秒后, 驾驶员头部及身体上部压向气囊, 气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气, 利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。
4、碰撞约110毫秒后, 大部分气体已从气囊逸出, 驾驶员身体上部回到坐椅靠背上, 汽车前方恢复视野。
5、碰撞约120毫秒后, 碰撞危害解除, 车速降低至零。
由此可见, 在安全气囊系统动作过程中, 气囊动作时间极短。从开始充气到完全充满的时间约为30毫秒。从汽车遭受碰撞开始, 到SRS气囊收缩为止, 所用时间极为短暂, 仅为120毫秒左右, 而人的眼皮眨一下所用时间约为200毫秒左右。因此, SRS气囊动作的状态和经历的时间无法用肉眼来确认。目前, 世界上广泛采用实车、模拟人体来进行碰撞试验。
据权威机构统计, 在所有可能致命的车祸中, 正确使用安全带, 可挽救约45%的生命;同时使用安全气囊, 比例将上升到60%。经常会看到很多因为安全气囊没有引爆导致用户与厂家打官司的案例, 其实安全气囊的打开是需要一定条件的, 一般条件是汽车达到50公里以上的时速、初次碰撞为正面的、碰撞的物体或障碍物是刚性的。而且气囊引爆的指令是通过传感器来传达的, 而传感器是通过感应汽车的减速度来工作的。很多汽车碰撞前的速度较高, 但初次碰撞不是正面的, 而是发生了剐蹭、侧碰等多次的碰撞, 到了真正能使安全气囊起作用的正碰时, 车速已经很低了, 汽车的“有效减速度”不足以使安全气囊打开, 所以安全带的作用要更大。
四、乘员头颈保护系统 (WHIPS)
WHIPS一般设置于前排座椅。当轿车受到后部的撞击时, 头颈保护系统会迅速充气膨胀起来, 其整个靠背都会随乘坐者一起后倾, 乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起, 靠背则会后倾以最大限度地降低头部向前甩的力量, 座椅的椅背和头枕会向后水平移动, 使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护, 以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力, 并防止头部向后甩所带来的伤害。
五、电子稳定装置 (ESP)
ESP实际上是一种牵引力控制系统, 与其他牵引力控制系统比较, ESP不但控制驱动轮, 而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况, 此时后轮失控而甩尾, ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子;在转向过少时, 为了校正循迹方向, ESP则会刹慢内后轮, 从而校正行驶方向。
对于ESP不同的车型, 往往赋予其不同的名称, 如BMW称其为DSC, 丰田、雷克萨斯称其为VSC, 而VOLVO汽车称其为DSTC, 但其原理和作用基本相同。只不过是厂商的不同叫法而已。
汽车的主动安全系统和被动安全系统, 有效地保护了驾驶员和乘客的安全。但对于驾驶员来说, 安全驾驶才是第一位的, 这是任何先进的安全装置都无法替代的!
摘要：汽车安全系统分为主动安全系统和被动安全系统。简单地说, 主动安全性就是作用避免事故的发生, 也就是你去和别人碰撞时你的安全系数;被动安全性就是别人来撞你的时候你的承受系数。
关键词：安全车身设计,预紧式安全带,安全气囊
被动安全系统 篇2
中嘉华诚网络安全技术有限公司董事长薛京树和航天讯联 (北京) 网络技术有限公司董事长黄德生为GKR单机旗舰版揭幕。
推介会上, 中嘉华诚网络安全技术有限公司董事长薛京树就我国电子政务建设发展现状、存在问题及防护手段作了深层次地剖析。薛董指出, 目前国内使用的计算机操作系统依赖于国外的技术和产品, 这种系统对计算机没有任何安全可靠感。基于此, 亟需一个能够真切保护安全的操作系统, 为我国的信息安全做保障。
中嘉华诚网络安全技术有限公司总工程师张春良在介绍内核加固免疫系统GKR产品时说, GKR产品包含GKR服务器板、专业版、单机版和网络版四款系列产品。此次我们隆重推出的是单机版, 它是由中嘉华诚和航天讯联经过数年联合刻苦研发的。产品在信息安全技术领域采用独创的内核级崭新理念。从技术层面上, 创造性地应用了操作系统内核加固技术, 对操作系统内核实施保护, 对网络中不安全因素实现有效控制。该产品使系统安全体系从被动防御转变为主动防御, 使信息安全技术应用由“治标”转入“治本”, 对引导信息安全技术应用观念的转变起着十分重要意义。
张春良说, 内核加固免疫系统GKR系列产品单机旗舰版是专为个人电脑用户设计, 针对当前网络环境的不安全隐患及不可预测情况推出的全新安全产品。它从“操作系统加固, 主动防御攻击”着手, 通过保护操作系统的重要资源以阻止恶意程序的运行, 主动防御外来的风险或攻击, 使其为用户操作系统构建一个多层次、立体化的防御体系, 从根本上免疫各种已知和未知病毒、木马以及黑客等攻击行为, 也为用户敏感信息, 提供免被黑客盗取或被破坏的可能, 为用户提供一个安全、可信的系统应用环境。
“GKR系列产品单机版对操作系统文件、进程、注册表、网络及服务应用软件和用户数据的全面保护等将起到作用。”中嘉华诚网络安全技术有限公司副总经理杨明磊回答记者提问时说, “对普通个人用户来说, 主要功能和次要功能是单机版的两大主要功能, 能全面提升操作系统的安全性和稳定性, 并占用及小的空间, 在价格上也比较便宜。”
用户代表湖北省武汉市信息中心网站部主任张波在推介会上做了热情洋溢的发言。他说, 中嘉华诚网络安全技术有限公司为武汉市100多户党政机关政务网站提供了多站点GKR内核加固系统, 为我们工作筑起了安全屏障, 确保了我们网站的正常运行, 更好的服务了人民群众, 证明了GKR内核加固系统是功能优良、值得用户信赖的好产品。
来自山东省青岛市东方网吧网管唐冬生, 在发言中说, GKR产品无需频繁的更新病毒库, 没有繁琐的提示, 像一堵无形的墙阻挡着来自外来的已知和未知的威胁, 默默地保护着系统的安全。我通过不断地尝试着使用GKR产品, 满足了网吧的实际需求。更期待着中嘉华诚给广大电脑用户带来更多更好的安全产品。 (本刊记者王胜举)
企业资料
北京中嘉华诚网络安全技术有限公司, 以中国航天工业雄厚的科研实力为依托, 拥有国内网络安全青年技术人才组成的研发队伍, 并得到来自航天、总参等国内网络安全技术专家的全面支持。
业务范围包括:计算机网络安全技术研发、安全网络系统集成、安全应用系统开发、网络安全产品推广及网络安全技术咨询服务等。以自主研发的网络安全技术和产品为主, 为客户提供有关网络安全的咨询、设计、规划、集成、培训和支持等服务。公司自主研发的网络安全产品, 其技术含量及性能指标达到了国内先进水平。
2006年12月17日, 公司在人民大会堂举行的“中国最具影响力创新成果100强”颁奖大会中获得“中国最具影响力创新成果百强大奖”和“中国最具影响力创新成果示范基地”的荣誉称号。
编者按:为了让众多用户对内核加固免疫系统GKR系列产品单机版使用后的情况有所了解, 本刊选登了部分用户在产品推介会上的发言, 以飨读者。
用户代表发言之一:湖北省武汉市信息中心网站部主任张波
“中国武汉”政府门户网站与中国航天科技集团中嘉华诚网络安全技术有限公司的技术交流已经有8个年头, 2003年我们网站开始使用GKR内核加固系统。2006年中嘉华诚网络安全技术有限公司又为武汉市100多户党政机关政务网站提供了多站点GKR内核加固系统, 并提供手机遥控功能, 深受我市党政机关政务网站工作同志的好评。6年来, 该产品使用方便, 运行稳定, 安全性能可靠, 完全满足我们的工作需要。为“中国武汉”政府门户网站安全平稳的运行提供了保障。在国务院信息办开展的“中国政府网站绩效评估”中, 我们网站2003年排名第六、2004年排名第三、2 0 0 5年排名第二、2006年、2 0 0 7年均排名第四。“中国武汉”政府门户网站始终保持在优秀政府网站行列。
成绩的取得来之不易, 多年的工作经验和教训使我们深刻认识到网站安全的重要性。我们网站部除了对“中国武汉”政府门户网站进行日常维护之外, 还对武汉市多家党政机关的网站进行服务器托管服务和技术维护等工作。在使用GKR内核加固系统之前, 党政机关网站先后有20余家网站被黑客攻击, 严重影响了党政机关的正常工作, 同时使政府的形象受损。是中嘉华诚网络安全技术有限公司的GKR内核加固系统为我们的工作筑起了安全的屏障, 确保了我们网站的正常运行, 更好的服务于人民群众。我们的实践证明了GKR内核加固系统是功能十分优良、值得用户信赖的好产品。在此我要代表我们网站的全体同志向中国航天科技集团中嘉华诚网络安全技术有限公司表示感谢, 谢谢他们在我们网站的建设和发展中给予我们的大力支持。
最后祝愿中国航天科技集团中嘉华诚网络安全技术有限公司在网络安全技术方面开发出更多更好的产品, 取得更大成就!
用户代表发言之二:山东省青岛市东方网吧网管唐冬生
我是来自青岛一普通网吧的技术网管, 作为中嘉华诚内核加固免疫系统的第一批测试用户, 今天说说我对这款软件的感受, 我称之为“我与中嘉华诚内核加固免疫系统的战斗”。
第一次接触到这个名字有点奇怪的软件时候, 我确实不知道它是做什么用的, 在听中嘉华诚技术人员说这是一个可以加固系统内核, 并且对已知和未知病毒都能起到免疫的软件, 能够完全保护您的系统不受病毒的侵害, 还能保证系统的稳定, 不会再出现系统崩溃的情况。
我听后半信半疑的点了点头, 一个我从来没有听过名字的软件还能有这么强大的功能, 我表示怀疑, 因为我从事个人及家庭系统维护多年, 接触和使用过的杀毒软件较多, 我的内心是期待着有这样一款放心软件出现的, 于是迫不急待的安装到电脑上开始试用。
拿到安装包, 我专门看了安装包的大小, 竟然不到10M的大小, 安装过程非常简洁快速, 与现在市面上的杀毒软件的复杂安装及设置完全不一样。安装后竟然没有提示要求重新启动计算机, 奇怪了, 我在想, 难道这样也能保护电脑系统?
由于软件安装前几天, 机器狗病毒疯狂发作, 网吧400多台电脑无一幸免的中了病毒, 由于这个病毒能够穿透现有的大部分还原系统, 现有杀毒软件由于还没有发布最新的病毒库, 无法进行查杀, 为此我们不得不重新做系统。我在想, 拿这个病毒来试试中嘉华诚GKR的安全性, 于是我把自己前段时间收集的几十个病毒样本一股脑儿全双击运行了一次。只见右下角出现一堆的警报提示, 哗哗啦啦的, 系统也开始忙碌运转, 我点完后过了大概30秒钟, 系统稳定下来, 没有出现蓝屏, 也没有出现死机和重启现象。我心里还是有些不服, 对旁边的工作人员说, 也许重启后病毒就会发作了。机器正常重启后, 我以自己的经验到启动项里, 到注册表和系统服务里, 到system32文件夹下寻找病毒的影子, 想通过和种方式来打击这款“中嘉华诚内核加固免疫系统”, 但我最终还是没有找到, 病毒完全被软件的主动保护功能挡住了。接下来, 我又通过修改系统时间, 访问带木马的网站等方式来想突破中嘉华诚内核加固免疫系统的防御, 但是一次次的无功而返, 在这场我与中嘉华诚内核加固免疫系统的战斗中, 我败下阵来。
基于被动安全的汽车安全座椅 篇3
目前由于在汽车设计时考虑到乘员的乘坐舒适性, 所以座椅设计时会要求座椅的倾角只有5°±2°, 而一旦发生碰撞事故, 由于巨大的惯性力, 乘员会因为其承受极限较大的髋部没有良好的约束, 而使乘员所受的冲击载荷通过安全气囊, 安全带全部施加在乘员的头部, 胸部, 腹部这些人体承受极限较小的部位, 从而对人体造成巨大的伤害。
在本文中, 就针对汽车碰撞时的这种情况提出一种在汽车发生碰撞事故时座椅的倾角可以迅速增大的汽车安全座椅。
1 理论依据
根据葛如海在机械工程学报中的论文《汽车座椅座垫倾角对正面碰撞乘员保护影响分析》中的仿真结果, 随着座椅座垫的倾角的增大, 头部和胸部的损伤值降低, 而髋部的损伤值增加。根据人体各部分的承受极限能力不同, 通过调整座椅的座垫角度, 可以得到一个比较合理的角度, 从而设计出合理尺寸。由仿真数据可知当座椅座垫的倾角采用25°座椅座垫倾角时头部损伤下降21.4%, 胸部损伤下降16.6%, 而髋部损伤仅仅增加8.2%, 腿部损伤依然较低。但继续增加倾角已不能显著改善头部、胸部损伤值, 而髋部加速度急剧增加。
2 基于被动安全的汽车安全座椅的设计
2.1 整体方案
基于被动安全的汽车安全座椅通过对现有的汽车座椅进行改进, 通过汽车上现有的传感器对汽车的碰撞检测, 当检测到汽车发生碰撞事故时, 控制安装在汽车座椅上的驱动装置对汽车座椅进行驱动, 在很短的时间内使座椅的椅垫弹起一定的角度, 从而通过弹起的汽车座椅椅垫对乘员的髋部在行驶方向施加一个约束, 从而使乘员的髋部承受一定载荷, 将安全气囊以及安全带作用在乘员头部, 胸部以及腹部的集中载荷转移到座椅椅垫对乘员髋部的均布载荷, 从而降低人体重要部位的受伤害程度。
2.2 工作原理
如图1, 通过汽车上现有的传感器采集汽车的实时状态信息, 所采用的传感器主要有超声波传感器、碰撞传感器、光电传感器以及气压监测传感器 (其中超声波传感器对汽车的车速进行采集;碰撞传感器用于车辆碰撞信号的采集, 其工作原理是当汽车负加速度大于某一加速度时, 会输出碰撞信号;光电传感器安装在安全带的卡槽部位, 用于判断乘员是否系安全带;气压传感器安装在高压气瓶口处, 用于对气瓶气压进行检测, 以便在气瓶气压低于安全值时提醒驾驶员对气瓶进行充气) 。然后经单片机判断是否发生碰撞, 如果发生碰撞, 单片机会输出信号, 控制电磁气阀打开, 从而接通高压气瓶对气缸充气, 控制座椅弹起25°, 对乘员进行保护。
2.3 座椅设计
1、气缸;2、活塞杆;3、铰接球;4、椅垫;5、控制阀;6、气瓶;7、底座;8、旋转轴;9、座椅靠背。
如图2, 在汽车发生碰撞事故时, 单片机输出控制信号, 控制电磁阀打开, 这时存储于高压气瓶的高压气体会对气缸进行充气, 通过计算, 气缸会在25ms内充满气体, 使气缸活塞杆伸出, 驱动座椅椅垫绕转轴旋转25°, 使座椅的椅垫在汽车行驶的方向给乘员一个束缚, 将由于惯性力对乘员产生的冲击力由人体承受极限较薄弱的头部、胸部、腹部转向人体承受极限较高的髋部, 减少了乘员在汽车急停或撞车时在车内受到的撞击伤害。
3 总结
交通事故的发生往往是在一瞬间发生, 而如何在极短的时间内做出有效的反应及补救措施, 是使驾驶员和乘客免受伤害的关键因素, 上文中所提出的汽车安全座椅通过存储于高压气瓶的高压气体进行驱动, 具有响应快, 稳定性好的优点。此外, 由于汽车后排座椅没有安装安全气囊的平台, 后排乘员缺少安全保护装置, 通过文中提出的汽车安全座椅, 可以填补这一空白。文中提出的汽车安全座椅通过在碰撞瞬间使椅垫弹起, 可以将乘员所受的载荷进行转移, 从而有效的降低了乘员脆弱部位的伤害程度, 并有效的降低或消除安全带的下沉效应。
参考文献
被动安全系统 篇4
(一) 基本情况
该建筑共4层, 高21.65m, 框架结构, 总用地面积18842.04m2, 总建筑面积36352.04m2, 容积率1.93, 绿化率20.4%, 包含道路广场共8938.67m2, 耐火等级为一级。内部共划分9个防火分区。地上一层建筑面积主要为出租商铺, 少部分为设备用房。地上二层、三层建筑面积主要为该商业中心营业区及沃尔玛超市的售卖区和仓储区域。地上四层建筑面积主要为出租商铺。
(二) 适用的规范
《建筑设计防火规范GB50016-2006》 (以下简称《建规》) , 建筑耐火等级设计为一级。
二、被动消防系统设计评析
(一) 总平面布局
在进行建筑设计时, 应当合理设置建筑物的防火间距、消防车道及平面布局, 确保建筑安全。
1. 防火间距
该商业中心是市区内较为大型的地标性建筑, 东南西北四个方向的毗邻建筑与该商业中心的最近防火间距为8.02m。根据《建规》第5.2.1条, 耐火等级为一级和二级的民用建筑间的防火间距不应小于6m, 因此, 该建筑与周围建筑物的防火间距符合规范要求。
2. 消防车道
根据《建规》第6.0.1条, 当建筑物沿街道部分的长度大于150m或总长度大于220m时, 应设置穿过建筑物的消防车道。当确有困难时, 应设置环形消防车道。该商业中心采用了设置环形消防车道的方式, 且环形消防车道各处宽度均不小于4m, 符合规范要求。
3. 平面布局
该商业中心的消防控制室设于地上一层, 贴临杂货品冷藏库。与相邻部位的分隔采亦用耐火极限3.00h的防火墙和耐火极限大于1.5h的楼板, 故其耐火等级为一级。消防控制室墙体没有无关电气线路和管路穿过, 周边未布置电磁干扰较强的设备用房。消防控制室的设置符合《建规》第11.4.4条各项要求。
(二) 防火分区和防烟分区
1. 防火分区
该商业中心共有9个防火分区, 首层最大面积为6479m2, 其它楼层最大面积为4762m2。根据《建规》第5.1.7条和第5.1.12条之规定, 耐火等级为一、二级的民用建筑防火分区的最大允许建筑面积为2500m2, 建筑内设置自动灭火系统时, 该防火分区的最大允许建筑面积可增加1.0倍。设置在一、二级耐火等级的多层建筑首层的地上商店营业厅的防火分区面积可放宽至10000m2。故该商业中心的防火分区划分符合规范要求。
2. 防烟分区
《建规》第9.4.2条规定, 每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2, 该建筑共有5处分区面积大于500m2, 不符合规范要求。
(三) 安全疏散和消防电梯
1. 安全出口
安全出口的定义为供人员安全疏散用的楼梯间、室外楼梯的出入口或直通室内外安全区域的出口。根据《建规》第5.3.1和第5.3.2条, 公共建筑内的每个防火分区、一个防火分区内的每个楼层, 其安全出口的数量不应少于2个;民用建筑的安全出口应分散布置。该商业中心每个防火分区、一个防火分区的每个楼层的安全出口数量符合规范要求。
审核图纸知每个防火分区、一个防火分区的每个楼层, 其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离均不小于5.0m, 安全出口的间距设置符合《建规》第5.3.1条的要求。
《建规》第5.3.14和5.3.17条要求安全出口的宽度应当通过计算进行确定。由《建规》第5.3.17条, 商店的计算疏散人数等于每层营业厅建筑面积乘以折算系数 (百人净宽度指标按《建规》表5.3.17-1取;折算系数按《建规》表5.3.17-2取) 。一至四层营业面积分别为4539.6m2, 3907.1m2, 3375.8m2, 3049.2m2, 疏散人数为3859人, 3322人, 2600人, 1830人, 安全出口最小净宽度的计算结果为25.1m, 21.6m, 19.5m, 18.3m。统计各个楼层的安全出口宽度, 一层为35.5m, 二层为23.8m, 三层为23.8m, 四层为18.0m。第四层安全出口宽度略偏小, 建议加以扩大。
审核图纸知该商业中心出口的每个门的净宽度均大于1.4m, 符合《建规》第5.3.15条的要求。
2. 安全疏散距离
由《建规》第5.3.13条, 一级耐火等级建筑的位于两个安全出口之间的疏散门至最近安全出口的最大距离为40m, 位于袋形走道两侧或尽端的疏散门至最近安全出口的最大距离为22m, 建筑的室内营业厅任何一点至最近安全出口的直线距离不宜大于30.0m。建筑物内全部设置自动喷水灭火系统时, 其安全疏散距离增加25%, 上述距离分别为50m、27.5m、37.5m。该商业中心位于两个安全出口之间的疏散门至最近安全出口的最大距离为33.08m, 位于袋形走道两侧或尽端的疏散门至最近安全出口的最大距离为18.00m, 室内营业厅任何一点至最近安全出口的直线距离最大为32.06m, 符合规范要求。
3. 疏散楼梯
该投商业中心共设置了9部楼梯, 其中有4部剪刀梯。7部楼梯有可开启的外窗, 采用封闭楼梯间;剩余2部没有可开启的外窗, 采用防烟楼梯间, 设置防烟前室。防烟前室的面积分别为10.5m2和7.5m2。以上各项符合《建规》第7.4.1、7.4.2各项要求。
4. 消防电梯
该商业中心设有两部消防电梯, 与2#楼梯合用前室, 合用前室的门为乙级防火门, 消防电梯间的前室靠外墙, 符合《建规》第7.4.10条的要求。
三、结论
经审核, 被动消防系统的耐火等级、防火分区、防火间距、应急照明和疏散指示标志设计等分项符合规范要求。但存在以下问题:防烟分区面积超标;四层安全出口面积略偏小, 需要加以改正。
参考文献
被动安全系统 篇5
当低频(LF)发射器检测到触发输入时，将发送一条编码的125 kHz报文。该信号范围内的任何应答器均会接收这条报文，并对编码的数据字段进行验证。如果发射器被识别，将发送一条RF(433.92MHz)KEELOQ编码报文。一个标准的RKE接收器对该数据包进行解码，如果被识别，将进行相应的操作。为降低电流消耗，(LF)发射器不会持续轮询应答器。触发事件将把发射器从休眠模式或掉电模式唤醒。触发输入的可能类型或来源如下：1)通过网络传输的命令;2)门把手上红外信号;3)简易微动开关，由门把手装置激活;4)容性临近探测器，该探测器可检测手;5)靠近门把手时的现场变化。
为简化起见，本文档所述的应用采用微动开关输入。报文发送后，LF发射器将持续轮询应答器。这有助于对方向和范围进行估计。
1 车载基站
车载基站由UHF接收模块、LF发射模块、微控制器及汽车总线接口等组成。基站发出125kHz的低频命令信号，并通过UHF和LF接收来自应答器的响应。发出LF命令后，基站通过LF或UHF链路检查是否有响应。
25kHz发送器产生一个基于MCU的脉宽调制器(PWM)输出的载波信号。电流驱动器U1放大来自MCU的125kHz方波脉冲的功率。U1的方波脉冲输出通过由L1、C2、C3和C4组成的LC串联谐振电路后变成正弦波。L1为用于125kHz LF天线的空芯电感。
当LC串联谐振电路调谐到PWM信号的频率时，天线辐射最强。在谐振频率处，LC电路阻抗最小，这使得L1负载电流最大，从而产生很强的电磁场。用户可通过监视L1上的线圈电压调谐LC电路。二极管D1后的各个元件用来接收来自应答器的LF对讲信号。当应答器以LF对讲作出响应后，L1上的线圈电压会由于应答器线圈电压产生的磁场而改变。由于应答器线圈电压最初是由基站天线(L1)产生的，所以响应电压与初始电压的相位相差180o。因此，在给定条件下，L1上的电压将随着应答器的线圈电压变化。
可通过包络检波器和由D1和C5构成的低通滤波器检测L1上线圈电压的变化。检测到的包络信号通过有源增益滤波器U2A和U2B。经过解调的模拟输出被馈送到MCU的比较器输入引脚，以进行脉冲整形。比较器输出可在TP6上得到，并由MCU解码。
2 PKE应答器
应答器包括PIC16F639器件、外部LC谐振电路、按钮、UHF发送器、后备电池(可选)和3V锂电池。
PIC16F63包括数字MCU部分(PIC16F639内核)和模拟前端(AFE)部分，可用于多种低频检测和智能双向通讯应用基站单元发出一个125kHz的命令信号，搜寻周围有效的应答器。如果接收到的命令有效，PKE应答器将返回一个响应信号。
PIC16F639器件具有三个天线连接引脚。通过连接指向X、Y和Z方向的三个天线，应答器可随时接收来自任意方向的信号，从而降低由天线的方向性而造成信号丢失的可能性。各天线引脚的输入信号的检测是相互独立的，并随后相加。通过对配置寄存器进行编程，每个输入通道可以被单独使能或禁止。被使能的通道越少，器件的功耗就越小。
为实现免持操作，应答器连续等待并检测输入信号，这会减少电池使用寿命。因此，为减小工作电流，在模拟前端(AFE)搜寻有效输入信号的同时，数字MCU部分可以处于低电流模式(休眠模式)。只有当AFE检测到有效输入信号时，数字MCU部分才被唤醒。通过使用一个输出使能滤波器(唤醒滤波器)可实现这个功能。PIC16F639具有9个输出使能滤波器选项。用户可利用配置寄存器对滤波器进行编程。滤波器一旦被编程，则只有在输入信号达到滤波器要求时，器件才将检测到的输出传送到数字部分。
数字部分有PORTA和PORTC两个I/O口。每个PORTA引脚都可被单独配置为电平变化中断引脚，而PORTC各引脚没有电平变化中断的功能。AFE部分共用数字部分PORTC的RC1、RC2和RC3三个I/O引脚，这些引脚在内部分别连接到AFE的CS、SCLK/ALERT和LFDATA/CCLK/RSSI/SDIO焊盘上。LFDATA/CCLK/RRSI和ALERT为AFE输出。SDIO、SCLK和CS被用来编程或读取AFE配置寄存器。
为节省电池能量，AFE部分在检测LF输入信号的同时，数字部分通常处于休眠模式。尽管AFE的输出焊点在内部连接到PORTC引脚，但由于PORTC引脚不是电平变化中断引脚，所以AFE输出无法通过电平变化中断事件唤醒数字部分。因此，建议将AFE的LFDATA和ALERT引脚在外部连接到PORTA引脚，如图3所示。
数字部分在出现以下三种情况之一时被唤醒：LFDATA引脚有AFE输出;ALERT引脚有AFE输出;按下PORTA上的开关按钮事件。
3 结束语
汽车被动无钥门禁系统是当今用户访问控制汽车最方便的解决方案。在应答器的支持下，用户只须拉开车门把手即可进入汽车。
但是汽车门禁系统的钥匙总体发展趋势是起到一个人汽车数字助理的作用，这就意味着它要提供所有已知的功能，不仅仅只是上锁和解锁汽车，还可以提供轮胎爆胎预警系统、车座的舒适功能、车窗、车门以及减少被盗汽车数量的高安全性的防盗锁止功能。除了这些功能之外，还要有在寒冷环境下控制独立加热系统，遥控启动的功能，等等。
无论科技怎样发达，它只能作为人类与自然融合过程中的辅助手段去提升人类改造世界的能力。要想获得人所期望的美好生活，除了科技，更需要我们在自身的精神世界里寻求真正的自我。
摘要：免持式被动无钥门禁(PKE)正迅速成为汽车远程无钥门禁应用的主流,并成为新车型的普遍选项。该方法无需用手按发送器按钮来锁上或打开车门,只要拥有一个有效的应答器就可方便地进出车辆。结合微芯公司PIC16F639微控制器的特性,设计出相应的无线收发通信系统。
关键词：PKE,低频(LF)发射器,应答器,解码模块,KEELOQ
参考文献
[1]PIC12F635/PIC16F636/639数据手册(DS41232B_CN)[S].Microchip Technology Inc.
[2]PIC16F688 14引脚8位闪存单片机数据手册,(DS41203B_CN)[S].Microchip Technology Inc.
[3]MCP201 LIN Transceiver with Voltage Regulator Data Sheet(DS21730)[S].Microchip Technology Inc.
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[5]PIC12F635/PIC16F636/639数据手册(DS41232B_CN)[S].Microchip Technology Inc.
被动安全系统 篇6
该文以作者所在单位的网络为例,从策略、管理、技术等方面对如何打造更为安全可靠的网络安全体系进行了分析和探讨。
1 网络安全的基本认识
当今社会是信息化的社会,信息化的基础设施是网络。随着Internet的发展和PC机的普及,网络和信息化已经成为了现代社会的重要标志之一。从Internet的最早起源美国国防部高级研究计划署DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)的前身ARPAnet开始,到现代高达发达的信息化公路,网络可以说是无处不有,电子邮件、网上银行、电子商务、网络办公……网络已经融入了我们的生活,给人们的生活带来的极大的方便。
然而,网络信息技术也和其他科学技术一样是一把双刃剑。当大部分人们利用网络信息技术提高工作效率,为社会创造更多财富的同时,另外一些人利用网络信息技术却做着相反的事情。他们非法侵入他人的计算机系统窃取机密信息、篡改和破坏数据,给社会造成难以估量的巨大损失。据国家计算机网络应急技术处理协调中心(简称CNCERT/CC)统计,2007年各种网络安全事件与2006年相比都有显著增加,CNCERT/CC接收的网络仿冒事件和网页恶意代码事件成倍增长,网络仿冒事件数量由563件增加至1326件,增长率近1.4倍;垃圾邮件事件数量由587件增加至1197件,增长率达1倍;网页恶意代码事件数量由320件增加至1151件,增长率近2.6倍。2007年微软公司正式公布了69个4具有编号的安全漏洞。其中,除Windows操作系统漏洞外,安全漏洞更多的集中出现在了IE浏览器和MS Office等应用软件上。
2 福州烟草网络安全现状
图1为作者所在单位的网络拓扑图。在图中可以看到,在广域网范围,全网由主备两条2M SDH链路连省公司和下属各县分公司;在城域网范围,连接各业务部门和下属单位近十条链路;由于业务需要,还存在到其他地区的2M帧中继以及到兴业银行和农业银行等连接。这些线路或通过广域网连接到市公司中心机房的两台cisco 3600路由器,或通过城域网连接到市公司中心机房的6509核心交换机,最终全区所有节点约800台都汇聚到6509核心交换机。在全区外网唯一的出口和内网之间架设一台中科网威防火墙NPFW-200-P4和入侵检测服务器。在公司架设一台防病毒服务器,全网所有电脑都安装瑞星网络版防病毒软件。
从拓扑图来看,这是一个规模不大的网络系统,网络中采用了防火墙、入侵检测服务器和瑞星网络版防病毒软件等措施来构建基本的安全防御系统。防火墙隔离了内部局域网与外部互联网,保护内部网络不会轻易受到攻击,瑞星防病毒软件安装在每个终端上,对终端进行杀毒保护,这是最为简单的组合模式,然而在实际运作中,我们发现存在着不少安全问题。
首先,基于传统安全防御理念构建的网络架构,其防御的对象着眼于外部,忽视了来自内部的威胁。在传统思维的引导下,通常企业也都比较信任内部的员工,安全设备根本不对企业网络内部的情况进行监视。企业内部的每一个人都得到了充分的信任,可以在网络中随意游走,毫无限制。然而,来自安全研究机构的统计:超过85%的安全威胁来自企业内部,威胁源头包括内部未授权的存取、专利信息被窃取、内部人员的财务欺骗等。当然更有说服力的,还是国内外一些活生生的例子,包括很多全球知名企业的泄密案等,其损失之巨大,更是足以让后来者引以为戒。
传统安全防御的方法更多的是采取被动防御技术的,构筑好一个防御的城堡以后,就坐等敌人的进攻,主动权交到了对方的手里,这样的防御永远只能跟在对方的身后,拆拆补补,南门受到了攻击,就调集部队守南门,北门告急,再调过去补北门,疲于奔命,顾此失彼。而且一个城堡能否被攻破,不是取决于城堡有多厚,而是最薄的地方在哪里,而更加致命的是被动防御往往不知道什么地方最薄。
其次,在管理上,建立规范的信息化管理系统和制定符合实际的安全管理制度体系,并不是一个有什么难度的事情,最为困难的就是如何保障信息管理系统的有效运行和安全管理制度体系的执行到位,这涉及到企业的管理风格,业务模式与对信息安全的重视依赖程度,特别是企业领导对信息安全问题的重视程度以及信息部门在企业中的地位,决定了网络安全体系如何建设、建设到什么程度以及能够起到多大的作用。
最后,在技术上,我们虽已配备安全产品的“老三样”———防火墙、入侵检测以及防病毒软件。但随着技术的发展,现代防火墙技术已经逐步走向网络层之外的其他安全层次。而我们的防火墙功能比较弱,无法为各种网络应用提供相应的安全服务。同时,由于没有流量控制、带宽控制等功能,使得我们在外网访问管理上捉襟现肘,许多很好的管理思路无法得到实施。
对于终端电脑没有有效的工具来管理。如前所述,在传统安全防御思路中,对来自内部的安全威胁认识不足,各类信息软硬件的发展诸如移动存储设备(移动硬盘、闪盘、SD/CF/等)、代理服务器软件等使得病毒木马可以轻易绕过防火墙进入局域网内部,更何况现在许多的病毒木马可以终止安全软件的运行。身份认证系统是整个网络安全体系的基础,否则即便发现了安全问题也会由于无法查找而只能不了了之,只有建立了基于全区网络的统一身份认证系统,才能彻底的解决用户入网身份问题,同时也为各项应用系统提供了安全可靠的保证。
与作者所在单位相似的是,多年的信息化建设,使得许多企业也意识到了搞好网络安全的重要性和必要性,不少企业都能斥资数百乃至上千万购置防火墙、防病毒软硬件设备来构筑自己信息安全的堡垒。但是他们往往发现投入了许多,安全问题不减反增,每天不停打着漏洞补丁,病毒日志数十页地增加着,系统运行时好时坏,从事信息建设的工作者无法高枕无忧,反而更加有如履薄冰的感觉。尽管采用了花样翻新的安全产品和解决方案,但企业所面临的安全威胁不是减少,而是大大增加了。
道高一尺,魔高一丈。虽然90%的企业机构已经采用了防火墙和防病毒解决方案,但仍有超过一半会受到安全漏洞的影响;尽管对信息安全忧心忡忡的企业已经在该领域投入了大量资金,但企业每天受到攻击的次数却以每半年30%的速度增长。
3 主动与被动防御相结合构建更为安全的网络安全体系
网络安全解决方案核心目标是最大限度确保数据安全和业务的连续性。对于企业来说最关心的并不是一个完美的,无懈可击的网络,而是如何保证网络所承载业务的正常、安全、可靠地运行。虽然我们面对的信息网络具有各种各样的安全缺陷,只要我们通过适合灵活的安全策略,保证业务活动和业务数据的安全,并确保业务应用的可用性,那么承载业务的这个网络对于我们来说就是符合要求的安全网络。
以下从策略、管理、技术三个方面就如何打造主动与被动防御相结合的网络安全体系进行探讨:
3.1 在策略方面
3.1.1 配置入网身份认证机制
身份认证的缺失,使得任何一个用户对任何一个安全问题都是可抵赖的。而内部攻击的发生是无法从制度上阻止的。在网络节点接入安全网络时,需要对待接入的系统安全状况以及操作该节点系统用户的身份进行充分的评估、认证,以确定该系统是否符合网络的内部安全策略,来决定该网络节点系统是否接入到安全网络中,还是拒绝接入或安全升级后接入。显然,网络准入的机制不仅实现了安全网络“主动”的动态扩展,而且能够有效降低不可信终端系统接入网络所带来的潜在安全风险,为网络管理奠定良好的基础,有效保护核心数据的生成、访问、更改等操作,保障电子政务的运行以及为所有应用系统的统一单点登录创造条件。
3.1.2 加强网络内部机器的管理
对内部网络所有计算机上的重要信息的存储和传输实施访问控制、数据保护和日志记录,提供完善的集中管理控制机制、有效的安全策略生命周期管理方法和细致清晰的审计分析报告,从而能够有效地防止内部网络重要信息通过各种途径被非法泄漏和破坏。安全问题不仅仅来自外网,实践证明更多的来自内网。虽然我们非常清楚地知道企业内部人员的危险程度有多高,但是,内部人员的活动是无法预测的。谁都不可能知道哪些员工会在什么时间干出伤害公司利益的事情。因此,主动防御更多的就是要我们主动出击,防患于未然。
3.1.3 建立安全管理中心(SOC)
将关键设备的运行管理权利集中到一起,通过高度密集的管理产品和手段,将分散在各地区、不同业务网络上面的各种安全产品有机的结成一个整体。所涉及的安全管理管理范围包括:所有的基于IP的网络和应用系统的安全:包括支撑网本身、业务支撑系统(如决策支持系统、网管)、业务系统本身和其他应用。所有安全产品组成的安全体系的实时管理和监控都应当受到SOC的管理。所有非安全产品的关键应用系统均应该通过一定途径将安全相关信息输送到安全管理中心中,保证及时安全时间的发现、分析和响应。
3.2 在管理方面
3.2.1 网络安全是一项技术问题,更是一项管理问题
网络不能完全依赖安全产品来解决信息安全,网络安全更需要从管理的基础上突破技术问题。安全问题不仅仅是技术问题,更多是管理的问题。在技术保障下,良好的管理能够使网络安全达到最大化。网络安全事务是多维的,涉及到:公共管理、安全策略、法律法规、人员素质、安全审计、安全保险、安全技术、安全意识培养、安全评估等多方面。一个方面的疏漏就会导致整个安全防护系统功败垂成。通过加强管理来避免安全问题,使安全隐患最小化,建立安全问题的责任问责制,形成信息安全问题解决机制。
3.2.2 提高全体人员网络安全意识
1)提高领导网络安全意识
网络安全关系着核心数据的保护、业务运行的稳定性和办公流程运转的连续性,是信息化工作的重要的基础性的内容。
2)提高信息化工作人员网络安全意识
网络安全不是装个防火墙和防病毒软件,没事就杀杀毒。它是复杂的,多维的,动态发展的;它要求工作人员不仅要具备技术水平,更需要提高认识和综合能力,具备良好的管理水平。信息化工作人员有必要定期进行培训,接触并学习到较为前沿先进的技术知识,并加强和同行间的交流。
3)提高终端用户网络安全意识。
所有终端用户是信息化工作开展的出发点和归宿点;他们既是信息网络的使用者,也是信息网络安全风险最大的制造者。引发安全问题可能是有意的,可能是无意的;但绝大多数是无意的。只有提高所有终端用户计算机使用水平和网络安全意识,才能最大程度消除安全风险。
3.2.3 网络安全管理监督机制
任何制度建立了但没有执行就是一纸空文,执行了但没有监督就无法落到实处。网络安全管理监督需要技术做保证。只有具备进行身份认证和操作记录的技术,才能防止用户的抵赖,真正做到监督有所依据、有所成效。同时建立网络运行状况定期公布制度,甚至进一步建立奖惩制度,有力的督促用户规范使用网络和信息设备。
3.3 在技术方面
3.3.1 及时更新升级网络安全设备
对防火墙、防病毒软件等被动防御技术进行及时更新换代,以确保防火墙、防病毒软件能够适应最新的安全防御要求,实现管理者的安全防御思路和策略。提高网络管理者对网络的操控能力。
3.3.2 配置安全代理专用设备加强外网安全管理
新的网络安全观念认为应该用防火墙阻挡攻击者从正面的试探入侵,着重的是网络层的过滤;而安全代理专用设备管理和控制内部用户对外的访问,着重的是应用层内容的检查。两者相辅相成,达成全方位及最佳效能的安全防卫架构。
3.3.3 配置网络管理软件加强终端用户管理
由于全网内终端电脑数量多、分布广、权限大、使用人员水平参差不齐等原因,网络安全管理在防范内网安全上存在着巨大的漏洞。内网存在大量的病毒传播,文件传输,共享漏洞,密码保护等问题。只有配置了网络管理软件,才能有效的实现可控、可追踪、可审计和全面的终端管理。
3.3.4 合理使用VPN或VLAN技术
合理使用VPN或VLAN技术,通过物理网络的划分,控制网络流量的流向,使其不要流向非法用户,以达到防范目的。
4 结论
构筑一个主动与被动防御相结合的网络安全体系,就需要打破原来城堡式的被动防御观念,建立一个灵活机动、积极寻找防御点的可以信赖并且是可控的网络环境,关键点就在于这个体系要能够主动预知和控制我们的防御。任何方案不可能做到绝对安全,只能最大限度去降低安全事故的发生概率,主动防御通过各种措施来评估和预知安全事故的可能发生点,采取手段制止事故的发生。在网络安全的管理与建设当中,应当清醒的认识到网络安全管理是一个综合的系统工程,需要从策略、管理、技术三方面着手,在传统被动防御的基础上结合主动防御技术构造更加有效可靠的网络安全体系,为烟草行业实现健康稳定可持续发展提供强有力的信息化技术支撑。
摘要：如何保证烟草网络的安全性成为促进信息时代的烟草行业顺利发展的关键问题。针对烟草行业实施电子政务与电子商务的现实需要,结合福州烟草网络安全的现状,联系日常工作实际,提出了网络安全管理是一个综合的系统工程,需要从策略、管理、技术三方面着手,在传统被动防御的基础上结合主动防御技术构造更加有效可靠的网络安全体系。
关键词：主动,被动,防御,安全,网络
参考文献
[1]蔡立军.计算机网络安全技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[2]梅杰,许榕生.Internet防火墙技术.最新发展[J].微电脑世界,1996(6):27-30.
被动安全系统 篇7
被动定位是声呐、雷达等领域的重要课题。它利用目标自身辐射的信号对其位置进行估计, 测量系统本身不发出任何信号, 有相当强的隐蔽性;同时, 由于它利用目标发出的连续噪声信号进行测量, 可以得到比主动定位更高的取样率, 实现对高速目标运动轨迹更精细的刻画[1,2]。
相对于需要大量运算的匹配场定位 (MFP) 和跟踪速度慢的目标运动分析 (TMA) , 被动定位中的成熟应用是根据信号空间分布差异进行目标位置估计。一般由多个接收基元组成短基线测量基阵, 通过信号到达不同位置的接收基元信号的时间差异 (TDOA) 来估计目标位置[3,4,5]。
用被动方法完成对运动目标的定位跟踪是水声测量中的难题, 特别在浅海复杂多变的物理场和现场测量强干扰条件下, 被动测量获取的TDOA数据往往野值多、离散性大, 给目标定位带来很大困难。
在现有被动测量时延数据精度水平下, 采用主控计算机和微控制器主从结构, 以微控制器为中心实现系统控制、数据采集和数据交换等, 以主控计算机和改进的多点球面内插法为核心实现目标运动轨迹的实时处理和显示。
1 总体方案设计
要实现被动测量中的数据实时处理, 需要解决的问题有:时延数据的采集和存储、时延数据的综合处理、测量平台的姿态修正、定位解算和输出显示。其中, 多通道的时延估计需要在统一节拍控制下实现每秒20次时延解算和输出, 而没有人工参与的实时定位解算也需要对时延数据进行适当的预处理。
根据实际需求, 需要计算机平台实现基于球面内插法和最小二乘估计的定位算法, 对水下目标运动轨迹进行实时处理, 同时存储原始时延数据用于目标运动轨迹事后精细处理与分析。因此, 实时处理平台采用主控计算机和MCU主从控制结构, 由主控计算机实现目标运动轨迹的实时处理和显示并完成人机交互, 而基于MCU的数据采集控制电路根据主控计算机的指令实现对时延信号处理等部分的可靠控制、采集测量数据和向主控计算机传送数据。
2 实时处理平台结构设计
基于上述总体思路, 部署实时处理应用软件的平台由主控计算机 (工控机) , 人机交互设备, 数据采集控制设备, 模拟调试设备和数据转换接口设备等组成。其部署的结构视图如图1所示。
主控计算机作为系统的控制中心, 采用工控计算机以提高强干扰环境下系统工作的可靠性, 用于实现人机交互, 通过键盘鼠标和触摸屏等多种方式, 接收操作者发出的控制指令, 并通过液晶显示屏和声音提示告警向操作者提供系统的运行信息。系统测量计算得到的信息, 如目标位置、轨迹和设备状态信息等都在显示终端上实时显示。主控计算机作为上位机对数据采集控制设备发出控制命令、采集并存储测量数据, 根据获取的测量数据实时处理并显示目标轨迹。通过网络或磁盘交换等手段实现与后置处理计算机的数据交换, 将数据用于事后目标运动轨迹精细处理, 并实现对测量系统任务的管理。
数据采集控制设备由CPU, 通道选择, 总线扩展, 状态指示, 信号接口和调试接口等组成。
数据采集控制设备的CPU采用AVR MEGA16单片机, 与外围相关器件构成了数据采集控制设备的智能中心, 完成对全系统各分机的控制, 包括数据采集和与上位主控计算机的通信传输等。
数据转换接口一方面通过译码通道选择, 确定读取通道的数据内容;另一方面根据工作状态, 选择数据来源是现场测量还是模拟调试数据。
模拟调试电路, 模拟各测量分机的工作过程, 向数据采集控制设备逐点提供测量数据, 以便系统隔离单独调试, 实现故障快速诊断。
系统的硬件设计采用了抗干扰等技术措施, 确保了在强电磁干扰环境下的工作可靠性。
3 软件设计
在硬件设计基础上, 开发了主控计算机软件和数据采集控制分机软件, 二者之间通过专用数据通信协议实现信息交换。主控计算机软件包括时延数据综合预处理、目标轨迹综合处理及显示、系统管理以及计算机操作系统等;数据采集控制分机软件包括对系统各分机测量控制、控制接口应用、数据采集存储等。
3.1 专用数据通信协议
数据采集控制分机与主控计算机采用标准串行口通信[6], 通信协议主要内容包括通信波特率为38.4 Kbps, 无奇偶校验位, 8位数据位, 1位停止位。二者采用一问一答方式, 数据采集控制分机收到控制命令并确认后, 应答包文序号从0到0x FFH循环。
主控计算机对数据采集控制分机发出的控制命令主要有:自检命令、校准命令、目标轨迹测量、外同步轨迹测量、通信测试、结束运行、上传异常特征码等。在命令间切换时, 先发送停止命令, 再选择新命令。
专用通信协议的采用, 保证了系统控制和数据传输的可靠性, 同时提高了执行效率和响应速度。
3.2 数据采集控制分机软件
数据采集控制分机在主控计算机的控制下, 实现对全系统各分机的管理控制和数据采集存储。其主要功能包括:
接收主控计算机的控制命令;
向主控计算机发送测量数据;
响应按键实现系统重新启动;
根据主控计算机的控制命令, 完成特定状态下的系统控制、数据采集和传输;
系统没有启动工作时定时上传电源异常特征码;
通过状态指示灯提示系统工作状态。
数据采集控制分机的软件可分为初始化和测量采集循环两部分。为了在规定的时间内完成规定的任务, 数据采集控制分机的软件设计成死循环模式, 通过查询50 ms工作周期定时器标志的方式来提高执行的效率。当系统加电或重新启动后, 进行系统初始化设置, 完成后进入硬件看门狗→显示状态→查询定时器标志的死循环。
当定时时间到后, 根据查询的检测命令标志和执行命令标志, 确定系统软件执行的流向。在没有命令需要处理的情况下, 定时上传电源异常特征码。而所有的命令操作, 包括对时延估计分机发送控制字和启动命令、采集测量数据、与主控计算机的串口通信、设备状态显示、没有任务时定时监测上传电源状态等, 都设计成独立的子程序, 根据需要调用。这样, 就可以保证在50 ms的工作周期内, 完成所有必需的操作。
3.3 球面内插法实时定位解算
目标轨迹实时处理的核心是对球面内插法的最小二乘估计。球面内插法SI (Spherical Interpolation) 定位是一种基于TDOA的目标被动定位估计方法[7]。能够直接给出目标位置估计结果, 不需要迭代和搜索, 其效果优于球面交汇法SX (Spherical Intersection) 和平面交汇点法PX (Plane-Intersection) 。它的计算量很小, 而且仅仅涉及一些矩阵的代数运算, 容易实现, 在实时信号处理中有很大的应用价值。
球面内插法没有直接利用测量方程进行计算, 而是用方程差代替一般估计中的测量误差, 将非线性优化问题转变为一个带有非线性约束条件下的线性优化问题;它放弃了非线性约束条件下的线性优化问题中的非线性约束条件, 进一步将问题简化为一个简单的线性优化问题, 从而用加权最小二乘方法求得解答, 简化了问题的求解过程, 使之可以实时实现[8,9]。基本原理如图2所示。
设基阵坐标系原点为O, 被测目标为S, OS=Rs, Oi=Ri, Di=Rs+di, di为程差。
在基阵坐标系中, S的矢量为, i的矢量为
将Di=Rs+di代入式 (1) , 得:
由于存在干扰和噪声, 其等式右边不可能为0, 可设为一个误差εi。
这样就可以对半空间6基元测量阵列出5个线性方程:
写成矩阵形式:
其中:
用方程差代替一般估计的测量误差, 它与待估计的参数R和X成线性关系。这样一来, 问题就转化为线性估计问题。从严格的意义上讲, 这里的估计问题应该是一个带有非线性约束条件的线性优化问题, 因为参数R和X必须满足非线性约束条件XTX=R2。这个非线性约束条件的引入将给优化问题带来很多困难。在球面内插算法中, 放弃了这个约束条件, 使问题得到简化。而模拟计算结果表明, 放弃了这个约束条件以后的解答基本上可以近似满足这个约束条件。
利用式 (2) 求解目标坐标可以有很多种方法, 如最大似然和最小二乘方法等, 最大似然方法必须知道误差的概率分布函数, 一般用最小二乘求解, 因为这种估计方法不需要知道误差的概率分布。
采用最小二乘方程差估计定位算法LSEE (Least Square E-quation Error) 求解目标位置时, 仅仅涉及矩阵的代数运算, 比较方便, 容易实现。但是, 在实时测量中, 对每一个测量点都要矩阵求逆运算, 计算量比较大。
另一种求解目标位置的方法是采用两重最小二乘估计算法。它将未知数分为两部分, 分两次使用最小二乘估计方法分别求得其解。
首先, 假设方程中的R已知, 对X求方程差最小二乘解。由最小二乘估计理论知, 要使ε值达到最小, 就要对上述矩阵求导, 令其导数为0, 从而解出Xs。
令 (δ-2R, Rd) =Z, H=2S, 可得:
令其为0, 则HTZ=HTHZs, 可得:
代入式 (3) 得:
令PS1=I-S (STS) -1ST, 其中I为单位矩阵, 而S (STS) -1ST和PS1皆是对称矩阵。式 (5) 化成:
这样令PS1·δ=Z, 2PS1·Rd=H, 得ε=Z-H·Rs。再作一次最小二乘, 得:
代回式 (4) , 可得:
可求得目标得轨迹点的x, y, z坐标值。
式中很多部分与TDOA测量值无关, 可以事先算好;不用进行矩阵求逆运算, 减少计算量, 计算时间要少, 适宜运用在实时处理中。
3.4 坐标方位摇摆修正
利用球面内插法求出的目标坐标值, 都是以测量基阵坐标系为参考的。实际情况基阵是刚性固定在测量船上, 而测量船在海上抛锚时随着风浪、海流俯仰倾斜, 而且其船首在测量过程中也不是在一个固定的方向, 因此, 目标在水平面及大地坐标的位置必须进行补偿。即把相对于测量船的坐标转换成相对于大地的坐标。尤其在风浪较大时, 摇摆更大, 不考虑这个, 甚至会计算出目标出现在海面上的情况。
方位摇摆系统由陀螺仪指示船首方向与正北方向的夹角, 由水平仪提供每组数据中测量船的俯仰角、倾斜角。根据这三个量, 在求出基阵坐标系中每个点的坐标后, 进行实时补偿, 以求出大地坐标系中的目标坐标值。
基阵的X轴是船艏向顺时针旋转45°Y轴是船艏向逆时针转过45°, Z轴指向天, 安装情况如图3所示。方位摇摆系统的坐标系固定在船上, 水平仪的内环轴安装在基阵Y坐标上, 外环轴安装平行于X轴。由基阵坐标系求出的目标坐标XS[0], XS[1], XS[2]可以通过式 (10) 运算, 转换到大地坐标系中。
其中各角度的定义及正负号按照右手螺旋法则, Z轴定义向上为正。
rry为纵摇角或俯仰角, 为基阵Y轴绕X轴旋转的角度, 上翘为正。
rrx为横摇角或倾斜角, 为基阵X轴绕Y轴旋转的角度, X轴下沉为正。
rrz为方位角, 当船首与正北方重合为0°, 与正东方向重合为90°。
3.5 时延数据预处理
在数据实时处理过程中, 通过记忆滤波、稳健技术、自适应技术[10], 及时准确剔出野值, 实现了对时延数据的实时综合预处理。
记忆滤波根据时延数据和定位计算获得的目标距离的变化快慢, 采用单极点滤波、最小二乘法、卡尔曼滤波和最大似然估计等记忆处理;稳健技术包括处理离散异常点的中值滤波、处理非高斯数据的L型滤波、处理复杂数据的迭代加权拟合等, 在出现异常时仍具有较好性能;自适应技术是根据实时获取数据的变化, 自动调整数据处理的相应参数, 包括对通道的自适应加权、进行时间窗口自适应变化。
采取上述措施, 使后续处理的目标轨迹既能保证连续性, 也能满测量精度要求。避免了因起始段距离远、误差大导致的计算结果过于离散, 无法显示准确方位的问题, 实时处理效果较好。
4 应用情况
利用模拟调试电路提供的预设螺旋线目标轨迹数据对系统进行考核, 对被动测量数据实现实时处理, 与预设理论轨迹完全一致, 系统的数据采集交换正确可靠, 轨迹处理和显示实时性好。
应用上述处理方法, 对某水下高速运动目标被动测量数据进行实时处理, 实时处理显示目标轨迹截如图4所示。
其中, 左图显示目标在第二象限由远及近向第三象限运动, 过靶规避向右回转;右图显示目标回转再搜索后过靶, 向第四象限运动的轨迹。由图4可以看出, 水下目标由远及近追踪位于第三象限的声源, 经100米左右的回转半径后第二次追踪目标。从运动轨迹的离散特点也可以看出, 朝测量阵径向运动时运动轨迹离散度小于回转时, 远距离轨迹离散程度大于近距离, 符合被动测量对方向的估计较距离估计更精确的规律。利用数据综合预处理和球面内插法, 由被动测量时延数据实时处理的目标轨迹离散度小, 连续性高, 可以清楚地掌握目标在水下运动的现场状况, 目标的回转、机动等动作趋势明显, 最终停止的方位基本准确。同时, 通过与内测数据和事后精细处理的轨迹比对, 一致性好, 充分证明了球面内插法实时处理的目标轨迹准确、可信。
5 结语
水下高速运动目标的被动测量和测量的实时性是测量设备的难点所在。针对被动测量的实时性需求, 采用高速同步数据处理控制电路, 在主控计算机的调度下自主实现节拍式时延数据采集、传输和处理。采用高性能工控机, 对时差法被动测量时延数据实时综合预处理, 利用球面内插法定位解算实现了轨迹的实时处理并显示, 提高了水下运动目标轨迹测量数据的实时处理精度。
采用时差法被动测量数据实时处理, 已成功保障ХХ装备海上定型试验任务。试验结果证明:系统设计合理, 功能完善, 具有良好的通用性和海上适应性, 并可推广应用于舰船、潜艇等其它水中运动目标的被动测量定位跟踪, 具有明显的军事、经济效益。
摘要：为实现时差法被动测量数据的实时处理, 采用主控计算机和微控制器主从结构及其相关软件功能设计和实现一个实时处理系统。该系统的核心处理软件采用改进的多点球面内插法, 结合数据的综合预处理步骤, 实现了对高速运动水下目标测量数据的轨迹实时处理与显示。实际使用验证, 该系统实时处理结果离散度小、与事后处理结果一致性好、通用性和海上适应性良好, 具有明显的军事和经济效益。
关键词：被动测量,球面内插法,实时处理,时差法
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