实时应用

实时应用（共12篇）

实时应用 篇1

0 引言

嵌入式Linux是主流的开源嵌入式实时操作系统之一，易于开发和移植，可扩展性强，但是标准Linux内核由于自身结构设计的原因，不提供对强实时性能的支持。本文首先从Linux内核结构分析入手，研究了Linux内核实时性能，对比分析了几种内核实时化方案，选择采用实时应用程序接口RTAI对Linux进行实时化改造。

1 Linux内核实时性能分析

Linux操作系统是类Unix操作系统，其架构有两大特点：用户空间/内核空间结构、宏内核结构。

1.1 用户空间/内核空间的系统结构

Linux采用用户空间/内核空间的系统架构，用户程序以进程的方式运行于用户空间，每个进程拥有相互独立的地址空间，这样用户进程在用户空间中相互是不可见的，减少了相互干扰的可能，大大降低了用户程序的编写难度。控制和支撑用户程序运行的操作系统中的各个管理模块如内存管理、进程管理、进程通信和文件系统等均位于内核空间，内核空间采用统一的地址空间，从而可以提高管理模块之间的切换速度。

用户进程在用户空间运行，内核各个管理模块为用户进程提供各种需要的服务，这是一个典型的“客户/服务器”的模型。服务的提供是通过系统调用来实现的，为了方便开发者编程，Linux操作系统把这些系统调用服务以用户程序接口 (API) 的方式提供给用户。

1.2 宏内核结构

如图1所示，宏内核 (M i c r o-K e r n e l) 是与微内核 (Monolithic-Kernel) 相对应的概念。传统的宏内核由于内核庞大，一般设计成纵向分层的结构，与进程运行相关的各个管理和支撑模块以分层的方式存在于内核空间;而微内核则不同，采用了横向分层的结构，并且与进程运行相关的各个管理和支撑模块以用户进程的方式横向分层于用户空间。微内核结构相对于传统的宏内核结构有组成灵活、配置方便和便于调试的优点，被广泛的应用于嵌入式实时操作系统的设计。Linux操作系统在进行内核设计时引入了可卸载模块管理机制，因而Linux虽然是宏内核结构，但在内核中的各个模块是采用与微内核相似的水平分层方式的，十分便于修改和裁减以适用于嵌入式实时系统。

2 Linux内核实时化方法研究

2.1 基于单内核实时化方案

对标准Linux内核进行直接修改，优化Linux实时性能。最主要是提高时钟精度，解决中断屏蔽和内核态不能被抢占等问题。目前标准内核实时化改造系统主要有：Kurt-Linux, RedLinux, Linux/RK, Linux-SRT等等。

2.2 基于双内核实时化方案

在原来Linux内核基础上增加一个实时内核，所有实时任务都在实时内核上运行，而Linux内核作为该实时内核中优先级最低的一个任务，通过调度执行。基本原理如下：在双内核系统下，原Linux内核被作为实时内核空闲状态下的一个任务，当没有其它实时任务需要执行时才执行Linux内核。实时内核修改了原Linux内核的开关中断等函数，从而使得Linux内核不能阻塞中断。当Linux内核关闭中断时，实时内核将阻止对硬件中断的真正关闭，而只是将其记录下来。而当一个硬件中断到达时，实时内核将截获该中断，并决定如何处理该中断。如果该中断有实时处理程序，则该实时程序将被调用。如果没有实时处理程序，或者实时处理程序表明将与Linux内核共享中断，则该中断将被标记为等待处理状态。如果Linux请求响应中断，那么所有的在等候处理状态的中断参与竞争，然后相应的Linux的中断程序将被调用。由此可见，无论Linux内核处于何种状态，均不可阻止实时任务的执行，系统的中断响应时间和实时任务的响应时间均由实时内核来保证，因此完全可以实现一个硬实时的系统。采用双内核方案思想的主要有RT-Linux和RTAIㄢ

单内核和双内核两种方案采用不同的方法对Linux的实时性能进行了优化，下面从实时性能、核心代码可维护性、实时任务编程模式和核心代码重用性四个方面对两种方案进行深入地分析研究。

2.2.1 实时性

对于单核系统方案，实现了内核可抢占，从而提高内核的实时响应性能。但中断响应时间以及任务响应时间等实时指标仍是难以确保的，主要原因是内核代码极其庞大，测试的时候很难保证能够跟踪到核心的每一条执行路径，测试结果也只能反映在一定条件下的情况，所开发的工具也无法覆盖到所有的情况。由此可见，其实时性尤其是最差情况下的实时性是难以保障的，因此这种方案主要适用于软实时系统，对硬实时系统来说并不太适合。

2.2.2 核心代码可维护性

采用单核系统方案增加了核心代码的编程人员的负担，不仅仅是现有的代码需要进行修改以支持可抢占性，而且新开发的代码也面临同样的问题。编写一个完全可抢占的代码相对于编写不可抢占型代码而言是比较困难的，其中还需要进行详细的性能测试以保证低的内核延时，显然这一切都使得核心代码维护的难度进一步提高。而采用双核系统方案，核心代码的维护就要容易很多。实时内核的代码与原核心代码基本上是无关的，因此核心代码的升级和修改并不需要考虑可抢占性和延时等问题，这样就大大降低了核心代码维护的难度。

2.2.3 实时任务编程模式

采用单核系统方案，实时任务的编程模式与非实时任务基本上相同，因为核心可抢占型方案仅仅是对内核的修改而与应用程序无关。实时应用程序可以使用所有的系统调用和标准代码，既可以提高实时性，又基本上不用修改原有的应用程序，只需要增加一些必要的实时代码，如设置进程实时调度策略及优先级等，这对于实时任务编程人员来说无疑是非常方便的。

2.2.4 核心代码重用性

由于单核系统方案主要在内核调度等代码上进行修改，因此完全可以在实时环境下保留核心原有的几乎所有功能，如内存管理、文件系统、网络等等，因此没有必要为提高这些部分的实时性而重写代码。但双核系统则不同，实时内核不能完全不加限制的直接调用原有的核心功能，如需要实现实时网络通信，实时任务不能直接调用原有的网络功能，必须重新开发一套适用于实时内核环境的网络代码，工作量比较大。

3 采用实时应用程序接口RTAI方案来增强Linux内核的硬实时性能

操作系统可适应域环境ADEOS (Adaptive Domain Environment for Operating System) 的目标是为操作系统提供一个灵活的、可扩展的自适应环境，在这个环境下多个相同或者不同的操作系统可以共存，共享硬件资源。ADEOS是在已有的操作系统下插入一个软件层，通过向上层多个操作系统提供某些原语和机制而实现硬件共享。但是ADEOS并不对硬件的使用强加任何的限制，上层的操作系统仍然可以自由操作硬件，而不会因为ADEOS的存在而有任何的约束。ADEOS除了可以实现操作系统对系统资源的共享之外，还可以用于新的操作系统的开发、操作系统内核的调试、跟踪等。目前，ADEOS是基于Linux内核实现的，主要的应用是在Linux的实时化方面，使基于Linux的系统能满足硬实时的要求。在基于ADEOS的系统中，每个操作系统都在独立的域内运行 (域内不一定都是操作系统，也可以是完成其他功能的软件实体) ，每个域可以有独立的地址空间和类似于进程、虚拟内存等软件抽象层，而且这些资源也可以由不同的域共享。在基于ADEOS的系统中，存在着四种类型的交互，如图2所示。A类交互是各个域对硬件的直接操作，包括访问内存和设置硬件等操作，如同ADEOS不存在一样;B类交互是双向的，一方面是ADEOS接收硬件产生的中断和异常;另一方面是ADEOS直接控制硬件;C类交互指当ADEOS接收到硬件中断后，会执行相应域的中断服务程序;D类交互指域内的操作系统可以主动向ADEOS请求某些服务，如请求共享其他域中的资源、请求授权域优先级等，通过D类交互，可以实现各个域之间的通讯。

ADEOS是基于Linux实现的，系统的启动和初始化工作都可以交由Linux完成，之后再进行ADEOS的初始化工作。ADEOS功能既可以直接编译进内核，也可以作为一个内核模块在系统运行时动态加载。Linux内核作为ADEOS的一个特殊的域存在，称之为根域 (Root Domain) ，ADEOS的很多功能都是依靠根域实现的。图3是基于ADEOS的RTAI方案的逻辑结构图，表示了RTAI, Linux和ADEOS三者之间的相互关系。系统中RTAI域的优先级高于Linux域，当ADEOS拦截到硬件的物理中断之后，先调度RTAI对该中断进行处理，执行中断相关的实时任务，只有当没有实时任务和中断需要处理的时候，才会调度Linux运行，这就保证了的中断响应速度和实时任务不受影响，从而提供了实时系统的可确定性。

基于ADEOS的RTAI系统可以划分成硬件平台、ADEOS、RTAI、Linux内核和Linux应用程序五大部分，可以把各个部分之间的关系归为9类：

关系1表示实时任务如何与RTAI提供的实时任务接口相互作用。实时任务都是以Linux内核模块方式实现的，要实现一个实时任务，在模块初始化的时候调用RTAI的任务创建函数初始化实时任务相关的数据和环境，指定定时器的运行模式 (单触发模式或周期模式) ，初始化定时器，然后开始执行任务。当没有加载任何RTAI的实时任务模块的时候，RTAI的任务调度和时钟中断都不会启动。关系2表示实时任务通过RTAI提供的管道 (FIFO) 和共享内存与Linux用户空间中的进程进行通信，通过这种方式，实时任务获取的实时数据就可以传递到用户空间让非实时进程对数据进行后续的处理。关系3表示RTAI本身的实现需要用到Linux内核提供的某些功能。例如，RTAI本身是以Linux内核驱动模块的形式存在的，这就需要用到Linux内核的动态内核模块加载功能;另外，RTAI目前的内存管理模块在初始化时是使用Linux的内存分配接口分配足够的内存。关系4表示Linux内核和Linux用户空间应用程序之间的关系。关系5表示RTAI和ADEOS之间的交互。最新的RTAI版本3.5是基于ADEOS实现的，RTAI实现了ADEOS内的一个域，这个域的优先级高于Linux内核所在的根域，可以保证所有的RTAI中断和实时任务都不会受Linux本身的影响，从而确保快速的中断响应和实时任务的按时完成。关系6表示RTAI和底层硬件之间的交互。当外部事件触发了实时任务之后，实时任务在处理的过程中一般要对外部设备执行某些操作，例如控制采集卡进行数据采集、控制步进电机等。关系7, 8, 9表示Linux, ADEOS和硬件平台之间的关系。

摘要：嵌入式Linux是主流的开源嵌入式实时操作系统之一, 易于开发和移植, 可扩展性强, 但是标准Linux内核由于自身结构设计的原因, 不提供对强实时性能的支持。本文首先对Linux内核进行了分析, 指出其内核实时性能不强的原因, 研究了Linux内核实时性能, 对比分析了几种内核实时化方案, 采用ADEOS的实时应用程序接口RTAI实时化方案对嵌入式Linux进行了实时化改造, 增强其对硬实时性能的支持。

关键词：嵌入式,实时应用程序接口,Linux内核实时性

参考文献

[1]倪继利.Linux内核分析及编程[M].北京:电子工业出版社.2005.

[2]杜睿.嵌入式Linux实时技术研究[D].沈阳航空工业学院硕士学位论文.2007.

[3]Karim Yaghmour (2001) .Adaptive Domain Environment for Operating System.

实时应用 篇2

GPS实时动态定位技术的发展与应用研究

GPS栽波相位测量技术从静态、快速静态发展到实时动态(RTK).改变了空间信息的采集方式和定位方式,拓展了GPS的使用空间.GPS RTK测量技术以其高效率、高精度的优点得到测绘及相关单位的`广泛应用.文章通过调查研究介绍了RTK技术在国内外的研究现状,,主要就RTK的测量原理、基本配置、GPS-RTK的应用进行了讨论.分析了常规RTK的关键技术,研究了新的无线电传输技术在RTK技术上的应用以及影响,并指出了RTK技术在国民经济建设中的作用.

作 者：李本玉 高伟 胡晓 作者单位：山东农业大学信息科学与工程学院,山东泰安,271018刊 名：矿山测量英文刊名：MINE SURVEYING年，卷(期)：“”(4)分类号：P228.4关键词：GPS 网络RTK 虚拟参考站技术

实时应用 篇3

摘要：旨在研究改装过的射箭实时反馈系统在实际训练中的应用，通过对“八一”队五名健将级运动员瞄准时尾迹的长度、尾迹的上下、左右的晃动，击发前不同时刻的瞄准轨迹的上下、左右晃动，上靶方向等参数进行了比较分析、研究，以最直观、最简单和最快的速度对运动员现场进行反馈。这些指标和参数不但可以衡量每一只箭的好坏，而且可以作为队员个人的纵向比较和队员之间的横向比较资料，为射箭的训练提供了科学的依据。

关键词：射箭；训练；定量检测；及时反馈系统；尾迹

中图分类号：G887.3文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)02-0214-03

本研究的目的是将改装后射箭训练定量检测和及时反馈系统应用于射箭训练当中，对测试结果通过自己设计的软件对数据进行再处理，以最直观、最简单和最快的速度对运动员进行现场反馈，以期提高我国射箭训练的水平。

1研究对象与方法

1.1研究对象“八一”射箭队健将级女队员五名，见表1

1.2研究方法本研究把改装过的射箭实时反馈系统应用到射箭实际训练中，测试对象选取“八一”队五名健将级运动员。每个测试对象进行四组（共24支箭）测试，取其中三组进行分析。把她们的瞄准时尾迹的长度、尾迹的上下、左右的晃动，击发前不同时刻的瞄准轨迹的上下、左右晃动和上靶方向等参数进行了比较分析、研究，以最直观、最简单和最快的速度对运动员现场进行反馈。

2实验测量结果与研究

2.1实测方法用本人研制的激光测试系统的射箭用装置将激光发射器固定在弓上进行射手的稳定性和一致性测试。

2.2实验仪器

1) 武汉测绘科技大学GPS工程中心研制的射击训练定量检测及实时反馈系统。

2) 本人设计制造的激光发射器的固定装置。

2.3正式测试

1) 分别接好计算机与激光发射器、激光接收靶的连线，并把激光接收靶放在距离起射线12.5 m处的位置。最后接通电源。

2) 把激光发射器用自己设计制造的固定装置固定在弓把上，并调整激光接收靶能接收到激光发射器的激光。然后要求射手进行两组（12支箭）的适应性练习。

3) 待其练习完毕，则开始进行测试。射击训练定量检测及实时反馈系统同时记录瞄准轨迹。这时一次射箭技术动作结束。

4) 每个测试对象测试四组（共24支箭），取其中三组进行分析。

3实验结果的个案分析

3.1下面列出一受试者（缪苏）的十八支箭（其中两支箭）的轨迹图

3.2对缪苏——十八张瞄准轨迹图进行分析

3.2.1上靶方向从缪苏——十八张瞄准轨迹图可以直接看出：从光靶的左上上靶的有两箭，占2/18，从光靶左下上靶的有两箭，占2/18，其余的十四箭都是从左上靶的占14/18。这说明缪苏的上靶方向以左为主。

3.2.2瞄准的尾迹

在整个射箭的技术环节中，撒放是一个关键性的技术动作，它的正确与否影响着箭的准确性。合理的撒放动作是由持弓臂和拉弓臂产生的方向相反、力量均等平衡而协调的作用力，并以力的作用点为中心，左右均匀分开的过程。撒放动作做出的同时，持弓臂随箭出去的方向向前运动，而拉弓臂及勾弦手顺着拉弓的力自然向后运动到一个固定的位置，整个动作必须协调有力，干净利落。撒放动作中的最好的一种形式是滑弦撒放。滑弦撒放主要是指弓弦脱离三指的过程。当勾弦手指的末关节小于90°时，才能将弦勾住。因此在撒放时有一个伸直的过程，这个过程不是取决于伸指肌的收缩，而更主要的是屈指肌群的退让。屈指肌

退让得越快，弓弦在手指上的滑动时间越短，撒放的效果就越好。但是手指的动作再快也赶不上弓弦的回弹速度，因此，等不到三指伸直，大约在105°至120°时弓弦就已脱离。所以撒放的整个动作要求“平稳断开”即在瞄准和伸展进行的过程中，在无意识的状态下，自然地做出。在瞄准轨迹图上能体现撒放技术的也就是瞄准的尾迹。按照撒放动作的要求，瞄准尾迹应该平直、继续顺着瞄准轨迹的方向走动，而且它的长短，和方向应该是撒放动作的重要指标之一。从图3和表2可以得出：在十八支箭中，第四、十四支箭的尾迹最短，为4 mm，尾迹的速率为20 mm/s。第二支箭的尾迹最长，为15 mm，尾迹的速率为75 mm/s，十八支箭的尾迹的平均长度为8 mm，十八支箭的尾迹的平均速率为40 mm/s，（光靶上）。相应的在箭靶上的数据是，第四、十四支箭的尾迹，为20 mm，尾迹的速率为80 mm/s。第二支箭的尾迹最长，为60 mm，尾迹的速率为300 mm/s，十八支箭的尾迹的平均数为32 mm，十八支箭的尾迹的平均速率为160 mm/s。尾迹的方向以左下为主占16/18，方向向左的占1/18，方向右上的占1/18。这说明她的撒放的方向主要以左下为主。十八支箭中尾迹与原轨迹方向趋向不一致的有五支箭分别是第四、九、十一、十三、十五箭。这五支箭中，除第十一支箭与原轨迹方向的趋向有将近180°的转折外，其余四箭与原轨迹方向的趋向有90°的转折。也就是说这五支箭在撒放阶段经过了身体其余部分的校正，即在响片被拉响时，人弓没有处于最佳发射状态。但响片已发出信号，箭在弦上不得不发。因此只能是经过身体的其余部分的补偿后发出。这就导致了尾迹的方向与原瞄准轨迹趋向的不一致性。另外在十八支箭中，除了第八、十六、十七箭的击发点在瞄准区域内外，其余的十五箭的击发点均在瞄准区域的边上。这是她的技术特点或者是错误的技术动作尚有待于进一步的研究。另外从尾迹的上下、左右的最大晃动情况来看，缪苏十八只箭的上下晃动总和为78，均数为4；左右晃动总和为111，均数为6。对上下、左右晃动均数做T检验，得P=0.054，即差异有显著性，这说明缪苏的撒放时的左右晃动略大于上下晃动。

3.2.3瞄准轨迹的稳定性指标用瞄准区域的上下、左右两方面的差值作为瞄准的稳定性指标。表3列出缪苏——十八支箭的每一箭在击发前2 s的上下、左右两个方向的最大差值。

从表3可以看出，十八支箭中的成绩是9环、10环的箭有11箭，其上下与左右的差的绝对值的总和为55，平均数为5；成绩是7环、8环的箭有7箭，其上下与左右的差的绝对值的总和为77，均数为9。对此两均数做T检验，得P=0.12，即两均数差异在0.12水平上显著。可得出有88%的可能性，9环、10环的箭击发前的瞄准轨迹的上下、左右晃动差值比7环、8环的箭击发前的瞄准轨迹的上下、左右晃动差值的均数要小。

3.2.4十八支箭中的每一支箭的不同时刻的图示分析箭的瞄准轨迹由瞄准期间的所有瞄准点组成，在光靶上以线的形式表现出来，因此研究人员、运动员和教练员只能看出这一段时间的总的效果。但分析瞄准轨迹上的不同时刻瞄准点所处的位置是很有意义的。为了详细分析整个瞄准过程，本人用自己编制的软件对每一箭的瞄准过程取出几个特定时刻画出散点图。图2列出缪苏——十八支箭中的第一支箭分别在击发前2 s、1.5 s、1 s、0.5 s、0.1 s和击发时刻的瞄准点位置图。表4列出缪苏——十八支箭（其中一支）的第一箭特定时刻的瞄准点之间的距离。

3.2.5十八支箭中的每一支箭的不同时刻的上下、左右最大晃动距离列表分析

表4缪苏——十八支箭不同时刻的上下、左右最大晃动的平均

对五个不同时刻上下、左右晃动的两均数做显著性检验得P²s=0.435、P¹.5s=0.301、P¹s=0.647、P⁰.5s=0.596、P⁰.1s=0．376，不具有显著性。这表明缪苏在击发前的瞄准轨迹的上下、左右晃动的均值的大小并不具有规律性。从表4缪苏——十八支箭不同时刻的上下、左右平均最大晃动差的绝对值可见，尽管个别箭的上下、左右最大晃动差值较大，但是从总体上来说，在瞄准阶段（击发前），上下、左右在不同时刻的最大晃动差值很小。另外，从击发前2秒到击发前0.1秒的上下、左右最大晃动均值的逐渐减小也是符合射箭技术的。

4五个人瞄准轨迹的综合分析

4.1击发前0.5秒轨迹的上下、左右最大晃动的均值、尾迹的综合比较与分析

从表7可得：整体上来看，击发前的瞄准轨迹的左右晃动和上下晃动的大小并不具有规律性，这主要和个人的技术有关（表5）。瞄准尾迹的上下、左右晃动在0.11水平上显著（表7），即瞄准尾迹的左右晃动大于上下晃动（表6），而击发前重心在射箭方向上的晃动与前后方向的晃动的均数差异有非常显著性（表7），且射箭方向上的晃动是前后方向的晃动2.01倍。

5结论与建议

5.1结论

1) 运用射箭训练实时反馈系统可获得射箭的重要技术指标和稳定性参数如：尾迹的长度、尾迹的上下、左右的晃动，击发前不同时刻的瞄准轨迹的上下、左右晃动，上靶方向……等。这些指标和参数不但可以衡量每一只箭的好坏，而且可以作为队员个人的纵向比较和队员之间的横向比较资料。

2) 为了使瞄准轨迹看的更清楚，本人编制的软件将每一个瞄准轨迹图按时间顺序变为散点图，清楚地反映出瞄准过程。受到教练员、运动员的欢迎。也便于科研人员分析动作技术。

3) 从五名队员的瞄准轨迹统计来看瞄准尾迹的左右晃动大于上下晃动，即对撒放质量影响主要是射手左右的稳定性。

5.2建议

1) 在有条件和必要的情况下，可以将散点图再加以细分，以便于运动员、教练员和研究工作者的研究分析。

2) 从五名队员的瞄准轨迹的统计来看，教练员应加强运动员撒放时对左右晃动控制的训练，以减小其对成绩的影响。

3) 在今后的射箭研究中，如能结合红外光点高速摄影，将对射箭的技术动作及其稳定性分析有很大帮助

参考文献：

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实时应用 篇4

为了解决上述问题,将实时数据库引入管道监控系统,实时数据库系统能够提供高速、及时的实时数据服务,能够有效的集成异构监控系统,在管道监控系统运行过程中,实时记录监控数据的运行情况,通过对输油管道监控过程的关键数据(温度,压力,流量)进行实时监控分析,随时随地掌握输油管道的运行情况,及时处理输油管道中出现的问题,使管道平稳进行输油。

1 实时数据库

实时数据库是连接底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的桥梁,是工控系统运行的核心部分,具有海量的存储数据,丰富完整的信息量等特点,其最大的优点是实时性强,可以实现最新的数据库状态、时间一致的数据值和及时处理事务,企业可以通过在工控组态软件中的实时数据库系统,进行质量监控、先进过程控制、计划调度、经营决策等,在工控组态软件中的实时数据库的结构如图1所示,可以看出,在结构上,实时数据库与传统数据库类似,最大区别在于调度和事务管理方面。

2 管道实时监控系统分析

实时数据库是管理和维护实时数据及与其相关的信息,通常包含以下功能特点:良好的数据模型,数据库组态,现场数据采集,数据检索机制,访问调度和并发控制机制,供基于优先级的数据访问,滚动存储机制,预处理机制,自动更新机制,支持不同类型的事务,补偿机制,动态汇总机制和人机界面等功能,为了能在管道实时监控系统中更好支持高速数据访问和实时应用要求,文中选用了PI(Plant Information)实时数据系统,它是由美国OSI软件公司开发的实时数据系统,在系统中,可以对集成到系统中的所有现场运行数据进行监控、挖掘、分析和存储,并能实时动态显示输油管道实时运行情况,这有利于企业管理人员及时准确地掌握输油管道运行状况和各种信息,为他们做准确的决策提供帮助,此外,其还是连接上层企业信息管理系统和输油管道数据采集设备的桥梁,基于此,根据输油管道的需求情况和PI实时数据库特点,设计的系统架构如图2所示。

3 实时数据库在管道实时监控系统中的应用

PI实时数据库提供实时数据、海量历史数据和报警服务,并通过完善的人机界面软件以及管理配置软件,完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能。

3.1 数据库的功能模块

系统中,对于经常变化的实时数据(如DO、DI、D/A、A/D值),这些数据每个采样周期都更新,采用内存缓冲区存取加快了存取速度;对于非共享型数据(如组态软件的组态参数),这些数据不需要经常更新,可以采用文件管理系统存取,减轻了系统负担;对于输油管道状态的历史数据,由于其数据量非常巨大,采用关系数据库SQL Server存取。

采用面向对象编程(OOP)技术对实时数据库进行设计,采用平衡二叉树的数据结构来组织内存实时数据,提高对实时数据库的查询、插入、删除和更新的效率,此外,将管理程序的所有功能封装成一个专用的实时数据库类,通过对这些接口函数实现对各种功能操作,如:读写数据函数,事故处理函数,报警函数,计算函数,显示链接函数,初始化函数,基本操作函数和数据采集函数,具体实时数据库类如图3所示。

3.2 实时数据库的事务调度系统

管道实时监控系统运行后,要同时进行多个事务调度处理,如DCS数据采集、越限报警、紧急事件报警、事故处理、图形刷新显示、数据传输、现场监控、数据计算处理、历史数据存取等事务活动,这些事务需要并行处理,必须对实时数据库进行事务调度,使得其同时满足各种约束条件事务请求,实现各个部分协调动作,当前常用的事务调度策略可分为三类:优先级调度算法,时间片轮算法和多级反馈队列调度算法,系统采用优先级调度算法,基于优先级的调度算法主要有如下几种:先来先服务,截止期最早最优先,可达截止期最早最优先,可达截止期最早最优先,价值密度最大最优先和价值最高最优先(HVF,highest value first),在系统中,采用价值最高最优先算法,价值最高最优先函数为V(T)=c(w1(t-ts)-w2d+w3p-w4s),其中,s为空余时间,d为事务的截止期,p为已执行时间,c为T的危险度,t为当前时间,ts为T的开始时间,w1,w2,w3,w4为加权因子。在上位机,将CPU时间按照价值最高最优先准则分配给各个事件,根据多任务调度设计的思想,把实时数据库系统中的事务划分为不同的线程,同时对每个线程设定不同的优先级,定期处理某一事件而不会在某一事件上处理时间过长,此外还设定定时策略,以完善事务调度,如图4所示。

3.3 I/O接口

I/O接口是实现上层应用软件,客户端,智能终端,实时数据库之间进行通信的关键部件,由于在现场采集设备可能是来自不同厂商的不同时期的产品,其所采用的接口种类不统一,其系统结构和通讯方式也可能不一样,为了使本实时数据库达到具有开放性接口功能,在通用接口软件框架下对IO接口进行了简化,I/O接口体系结构图如图5所示。

实时数据库共提供了两个接口模块:下层接口模块和上层接口模块,下层接口模块用于与各种智能终端设备(如智能控制设备PLC与DCS,智能总线备Profi Bus、Can Bus与Mod Bus等,PC总线PCI/ISA/USB等)通讯和交换数据;而上层接口模块用于与企业信息管理系统软件的数据通信,如:数据查询,Internet的通信等应用程序。

为了提高系统的实时性能和统一数据接口,利用Windows的DLL技术和全局内存共享技术来建立系统运行时的实时数据库,针对不同的接口方式开发不同的动态库链接的策略,通过调用动态连接库中的函数,实现不同任务间的快速通信及数据处理。

3.4 数据压缩处理技术

在管道监控系统中,从管道现场采集到的实时数据量非常大,若不对这些数据进行压缩,会浪费系统大量的存储空间,因此,有写实时必要采取数据压缩技术对这些实时数据进行压缩处理,常用数据压缩算法有杜邦矩形向后斜率法、例外报告算法和旋转门压缩算法,PI实时数据库采用的就是旋转门压缩算法,若系统接收到一个新数值,只有当上次记录数值以来的任一数值都不在阀值范围之内,才会记录前一数值。旋转门压缩算法压缩流程为:

1)记x(1)=X(1),y(1)=Y(1),初始化j=1,m=1,k1=-M,k2=+M

2)m=m+1;

3)假如m>N那么转到⑻;

4)j=j+1,x(j)=X(m),

5)假如k1

6)假如j-1≧TLM,那么转到⑺,否则转到⑻;

7)m=m-1,TL=j-2,x(1)=X(m),y(m)=Y(m),初始化j=1,k1=-M,k2=+M,记录TL,

转到(2);

8)m=m-1,TL=j-2,x(1)=X(m),y(m)=Y(m),初始化j=1,k1=-M,k2=+M,记录TL;

9)返回。

上述算法中,k1,k2分别表示上扇门及下扇门的斜率,,TLM为每段压缩的最大长度,TL为该段压缩数据的采样长度,M为数值较大的整数x(j)为每段的第i个数据点,Y(i)存放压缩后的过程变量,数组X(i)存放压缩前的过程变量,E为记录限,表示偏差的阈值参数。

4 结束语

管道实时监控系统中存在着大量的实时数据处理、存储和集成问题,仅依靠分散控制系统(DCS)和关系数据库技术并不能满足数据实时性和数据有效共享要求,实时数据库是实时技术与数据库技术相结合的产物,是DCS组态软件体系结构的关键部分,能够提供高速、及时的实时数据服务。将PI系统应用到管道实时监控系统中,其能够提供高速、及时的实时数据服务,其完善的人机界面软件以及管理配置软件完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能,使得系统在工控监控中具有着广阔的应用前景。

摘要：针对输油管道的打孔盗油现象,借助VC 6.0软件工具研究并开发了基于PI实时数据库的管道实时监控系统,首先介绍了组态软件中实时数据库的结构,接着分析了管道实时监控系统架构,最后探索了实时数据库在管道实时监控系统中应用的关键技术。

关键词：实时数据库,工业组态软件,实时监控,输油管道

参考文献

[1]实时数据库系统方案的设计与实现[J].电脑知识与技术,2009(26).

[2]于继武.基于GSM短信平台的油田输油管道监控系统的设计[J].电脑知识与技术,2008(27).

[3]余卫江.数据监控系统在海洋石油勘探开发中的应用[J].计算机与应用化学,2011(8).

[4]陈鑫.GIS的输油管道辅助设计系统的关键技术[J].油气储运,2011(12).

实时应用 篇5

ABSTRACT: An information system designed for power users is presented in order to strengthen the power information exchange between power grid and end users.Architectures and functionalities of this system were demonstrated first.Smart 效率，远距离的特高压直流输电工程规划已经公布。除了加强输电网络的建设之外，智能电网的建设还应重视电网末端配用电系统的智能化改造，建立用户与供电方的双向互动，鼓励用户主动参与到电网meter was regarded as the information exchange junction in the entire system and it was connected with other parts of the system by general packet radio service(GPRS)and serial communicating paths.Subsystems of grid side and user side were both designed in details.Zigbee wireless network technique was implemented to establish the user subsystem.Information of real-time pricing and load forecasting was applied to motivate users to participate the operation of the grid actively.Consequently energy resources will be optimized and finally goals of economical and high-efficient using of energy can be achieved.This information system also provides basic architecture for the interactive end-use electric system of future smart grid.KEY WORDS: electrcity usage information;real-time pricing;load forecasting;smart meter;GPRS;Zigbee 摘要：为了加强电网与用户之间的供用电信息交流，提出了一种电力用户信息系统。对该系统的架构进行了阐述，提出以智能电表为枢纽，利用通用分组无线业务(general packet radio service, GPRS)远程信道和串行通信本地信道连接系统各个部分，并具体设计了配网侧与用户侧子系统的结构。用户侧子系统的实现采用了Zigbee无线组网技术。利用实时电价及负荷预测等用电信息的互动来激励用户主动参与电网运行，最终使资源实现优化配置，达到经济高效地利用能源的目的，同时为未来智能电网下的居民互动用电系统提供基础设施支持。

关键词：用电信息;实时电价;负荷预测;智能电表;GPRS;Zigbee

0 引言

当前，我国正在大力推进坚强的智能电网建设。随着大规模的智能电表的安装和各种新型能源发电方式的接入，我国的智能电网发展进入了全面建设时期。在输电方面，为了给我国未来的电网提供坚强的支撑，保证电网的可靠性，同时提高节能的运行当中，既要使用户能够根据实时的用电信息合理调整自身用电习惯，还要支持用户侧分布式能源的友好接入以及可再生能源的大规模应用，从而进一步提高能源利用效率，降低温室气体排放，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求[1]。

由于智能电网的建设工作是一个逐步完成的过程，所以在电网智能化建设的起步阶段，需要对传统电网进行逐步升级改造，最终过渡到坚强智能电网的全面建成。本文针对当前电网配用电系统的特点和不足，应用相关通信与信息技术，讨论并设计了一种电力用户信息系统，加强传统电网的需求侧管理，并为未来实现智能电网下的居民互动用电系统提供技术支持和参考。

供电公司根据电力的供给和需求状况及其他相关影响因素制定实时价格，并且依靠科学的方法较精确地做出短期的负荷预测，最终将实时价格、负荷预测以及实时负荷水平向用户发布。用户接收到供电公司发布的用电信息后，可以此信息为依据来调整自己的用电行为，并将调整后的用电行为数据反馈至供电公司。通过这样的信息互动用电方式，供电公司可以更加准确地了解用户的需求，从而对电网资源及时进行优化配置，对实时电价和负荷预测进行再调整，如此循环，以达到优化电网资源，提高能源利用效率的目的。从发展的角度看，目前正在逐渐开展应用的分布式发电以及可再生能源的接入也需要电网与用户之间进行用电信息的协调和交流。欲实现上述类型的双向用电信息互动，需要在用户与供电方之间建立一个互动系统，作为连接二者的桥梁，改变以往用户被动用电的局面，使其能够主动参与到电力市场交易当中。用户信息系统综述

用户信息系统是基于智能电网与用户友好互动的特点上提出的，它是连接了供电方与广大用户的用电信息互动枢纽，在为用户提供更优质的服务的同时，通过信息的互动来激励电力市场主体主动参与电网管理和交易，使电网更加安全、经济地运行。信息系统的总体架构如图1所示。

互动信息电网侧主站系统远程信道GPRS智能电表本地信道串口通信用户侧智能用电控制系统 图1 用户信息系统的总体结构

Fig.1 Overall Architecture of user information system 在整个用户信息系统中，连接供电方与用户的关键环节是智能电表，它是双方交换电力信息的中枢。在智能电表上集成通信模块，即可实现中枢通信功能。选择不同的智能电表通信模块，则系统通信信道的实现方式会产生较大的差异。在现阶段，智能电表与电网侧的通信实现可采用光纤通信、电力线载波、无线电波和公用信道等技术。对于新建的配网线路，则可以考虑铺设光纤复合电力线，使通信信道集成于电力线路之中。而对于现有的线路，在考虑了数据流量、信道覆盖率、线路铺设和改造难易度等因素后，本文建议使用现阶段较为成熟的GPRS通信技术作为电网与智能电表之间的远程信道，即在智能电表上集成GPRS模块。使用现有的覆盖面极广的GPRS公用信道，可以节省重新铺设通信线路的投入，安全性与可靠性也可以得到保障。安装GPRS模块后，结合配套的软件设计和外围电路，智能电表通过GPRS通信技术与配网侧的互动信息主站相互传输数据[2]。用户侧方面，通过给智能电表添加外围数据通信芯片电路，如串口通信芯片，便可实现通信功能，使之与用户的智能用电控制系统互相通信。

电网侧设有互动信息主站系统[3]，其作用包括： 1）采集用户的用电数据，并且进行分类存储，为电价制定和负荷预测提供数据基础。

2）向用户发布实时电价、负荷预测及当前电网负荷状况，为用户调整其用电行为提供信息基础。

3）利用数据处理技术分析用户反馈的用电信息数据，根据分析结果修正电价及负荷预测，进行电网资源优化配置。

智能电表的用户侧连接的是用户智能用电控制系统。系统设有互动控制面板，用户可以通过控制面板获知当前电网执行的电价、当前电网与家用电器负荷状况、电网短期负荷预测和电价策略、用户电能消费量及预付电费余额等用电信息。控制面板会根据当前执行的电价表和用户的电器类型及功率，经过预设的智能化程序判断，为用户推荐一种或几种优化的用电方案，供用户选择。推荐的用电方案中包括电器使用时间、定时启停和预计电能消费金额等。用户可以使用推荐方案，也可以忽略推荐方案，按照自身需要决定用电计划。用户对电器的定时操作也会反馈至互动用电信息主站系统，可作为供电公司优化电网资源的依据。

另外，智能电表和用户智能用电控制系统在硬件和软件方面都留有额外的应用接口，为将来用户侧分布式发电、可再生能源和电动汽车充放电等新技术的大规模推广应用建立基础。互动信息主站系统

互动信息主站系统是供电公司设立在电网侧的用电数据分析处理中心与用电信息发布平台。它包括负荷预测子系统、电价策略子系统、用电信息采集数据库、信息发布站以及GPRS通信机等，具体架构如图2所示。主站系统还与电网运行状态监测系统相连接，将电网运行状态及记录与用电信息结合起来加以分析，有利于做出更准确的负荷预测和更合理的实时电价。电网运行信息负荷预测系统电价策略制定信息发布站信息采集数据库GPRS通信机远程信道

图2 信息主站系统架构

Fig.2 Architecture of main information system 2.1 远程通信信道

在前文中已经简单讨论了选用GPRS技术作为远程通信信道的原因。从技术角度看，GPRS是在现有的全球移动通信网络上开通的一种分组数据传输技术，它的特点是通信网络稳定可靠、覆盖面积广、数据传输速度快（实际可以达到40~100 kbit/s带宽）。由于系统数据不是严格的实时数据流，并不需要进行连续的海量数据传输，所以GPRS技术可以满足互动用电系统的数据传输需求[4]。从经济性角度来看，目前GPRS技术已经广泛地投入商用，资费比较低廉。使用移动通信公司的GPRS技术还可避免配网侧单独建立通信网带来的高成本以及维护问题。在实际设计系统时加入安全保密措施，从而使得系统的安全性得到保证。

在主站系统的最前端设置GPRS通信机，它与信息采集数据库和信息发布平台服务器相连接，充当用电互动信息的传递者，通过通信公司开设的电力专用信道发送与接受数据。2.2 信息采集与信息发布

由于通信机不具有大量存储数据的能力，面对海量的用户用电信息，需要有专门的数据库来存储这些信息。而需要发布的信息需要通过通信机传递到用户侧，所以信息采集数据库与信息发布站均与通信机相连接。

2.3 负荷预测与电价策略

信息采集数据库与信息发布站并不具备产生信息的能力，发布给用户的信息的产生是由负荷预测系统与电价制定系统完成的。负荷预测与电价制定两个系统不仅从信息采集数据库获取分析所需的数据，还可以从电网运行信息系统取得相关数据，并利用相应的技术方法做出负荷预测和制定电价，然后将得到的实时用电信息交给信息发布站，最终传输给用户。

传输给用户的信息数据包括当前电网负荷状况、即将执行的电价、短期的负荷预测以及用户的余额查询请求等。其中即将执行的电价和短期负荷预测数据并不是严格意义上的实时数据。考虑到用户对于过快的价格变化的响应疲惫问题，决定采用一个电价执行周期（24小时）发布一次电价的策略，每次将电价表按小时划分为24个时段，每个时段的电价根据系统分析计算结果的不同会体现出价格差异，但差异不会很大。为了保证用户获知电价的连贯性，下一周期的电价表应该在下一周期电价执行之前一段时间（如两小时）进行预发布，以便用户进行用电响应。短期负荷预测的结果也采取同样的方式发布至用户侧，目的在于激励用户根据预计负荷状况采取相应的节能用电措施。在这种电价发布方式下，用户可以提前得知下一周期执行的电价，从而有足够的时间进行响应。此外，采用这种方式大大降低了对于数据传输的实时性要求，在一定程度上提高了系统的可靠性。智能用电控制系统 与智能电表相连的电力用户智能用电控制系统是用户信息系统的重要组成部分，它可以将用户与电网运行紧密地联系起来，从而使用户能够主动地参与到电网的运行管理上来，提高能源使用效率。

对于用户而言，智能用电控制系统的功能包括：

1）显示当前电价周期（24小时）执行的电价表、当前时段正在执行的电价、当前电网负荷水平、下一电价周期的预计发布电价及负荷预测。考虑到用户对于电力术语可能不了解，负荷水平仅以定性的方式显示高低，如使用“低”、“正常”、“高”、“满”等易于理解的指示词或者颜色渐变的指示灯。用户可以根据面板显示的用电信息调整自身的用电计划，主动地避免用电高峰和填补用电低谷。

2）用户可以方便地使用智能用电系统控制用电设备，随时了解各种用电设备的电能消耗量。用电设备的实际平均功率也会在面板界面中显示。系统会根据当前执行的电价表、用电设备的类型和功率等因素为用户推荐优化的用电方案。3）用户还可以通过控制系统查询自己某一阶段（比如一个月）的电能使用情况，根据历史数据控制电能使用情况。系统还为用户提供预付电费余额查询、低余额提醒等功能。

4）控制系统还可以通过扩展应用实现将来对用户侧分布电源接入的支持，同时提供电能的反向记录与管理等功能。如果用户使用电动汽车，还可以增加电动汽车充放电管理服务以及相应的软件支持。3.1 控制系统网络架构

智能用电控制系统的核心部件是互动控制面板，它是连接智能电表与用电设备的中枢。智能电表通过串口通信的方式与控制面板连接。在用户住宅内部，为了避免大量布线造成的不便，控制面板与各用电设备的连接采用短距离的Zigbee无线组网技术实现，由控制面板作为网关主节点，加装了智能开关的各用电设备作为终端节点[5-6]。Zigbee技术具有低成本、低功耗、可靠等优点，工作在2.4GHz免执照的工业、科学和医学(industrial scientific and medical, ISM)频段，适合智能用电控制系统应用。系统网络架构如图3所示。

GPRS智能电表RS485Zigbee网络互动控制面板智能开关„智能开关„智能开关空调„洗衣机„饮水机 图3 智能用电控制系统网络结构

Fig.3 Architecture of intelligent electric control system

3.2 互动控制面板

互动控制面板是用户信息系统的一个核心部件，对内作为用电设备控制中心，对外通过智能电表与电网侧交换用电信息，是系统对用户展示功能的窗口。

3.2.1 互动控制面板的硬件设计

互动控制面板采用模块化设计，组成部分包括液晶显示模块、通信模块、电源模块、键盘输入模块、微控制器、外存储器等，其中通信模块包括与智能电表通信的串口模块以及组建Zigbee网络需要的无线通讯模块[7-9]。

由于互动控制面板既要完成与智能电表和智能开关的通信，还要处理用户的互动请求，任务比较繁重，所以选择采用ARM7TDMI-S内核的32位高性能微处理器PHILIPS LPC2138作为主控制器。无线通讯模块则采用TI公司的CC2420芯片，该模块通过串行外设接口(serial peripheral interface, SPI)接口与LPC2138芯片连接，主要负责节点网络的组建与维护，控制数据信息的收发以及消息的路由。由于系统是3.3V系统，所以需要RS485电平转换才可实现控制面板与智能电表的串行通信。LPC2138自带32KB的片内RAM和512KB的片内Flash存储，但是由于控制面板需要进行实时数据的传输和存储，所以还需要添加额外的外部RAM和Flash存储器。与LPC2138相连接的元件还包括电源、外部系统时钟源和复位器件以及负责输入输出的键盘、液晶显示屏、发光二极管指示灯等。此外，LPC2138还拥有富余的扩展接口，为以后的系统功能升级提供足够的接口资源，例如增加用户自有分布式电源等。面板的具体硬件连接如图4所示。

显示屏指示灯键盘电源ARM7TDMI-SSPICC2420时钟复位LPC2138电平转换RS485接口扩展RAMFlash 图4 互动控制面板的硬件配置

Fig.4 Hardware configuration of interactive control panel 3.2.2 互动控制面板的软件设计

控制面板的软件针对前面所述的系统功能设计，如电价和负荷的显示、用电方案推荐以及各用电设备的操作界面等。软件系统采用友好的图形化用户界面软件设计，使用户操作方便，阅读直观。实际应用时，经过开机初始化后，控制面板首先从智能电表更新下载电价表及负荷数据，然后将各无线节点组网，之后便可以进入等待用户操作的待机状态。3.3 智能开关

目前绝大部分家用电器还是非智能型的，需要在其电源处加装智能开关插件才能实现对其开关控制、状态监控以及电能消耗的测量。所以，智能开关应当包括无线通信模块、电能计量模块、开关模块、故障处理模块和电源模块等。

由于终端节点属于精简功能设备，比主节点的任务少得多，重点要求低功耗，因此选择TI公司生产的MSP430F149作为控制器，这是一种超低功耗的控制器，可以有很长的工作时间。MSP430F149自带的时钟模块、看门狗定时器、Flash存储器和RAM存储器已经可以满足智能开关的设计需求，无需添加外部的此类元件。无线通信模块CC2420与控制器MSP430F149相连后，作为终端分节点加入Zigbee网络参与组网。电能计量模块通过串口与MSP430F149相连，所得数据存储至Flash存储器，经过内置程序分析可得用电设备的实际平均功率等参数，并将所得参数反馈至控制面板以供用户查询以及智能用电推荐方案分析使用。开关与故障处理通过继电器的通断发挥作用，当收到开关指令或者发生短路故障时，由继电器执行相应的动作完成电路通断。智能开关的模块结构如图5所示。

电源MSP430F149CC2420电能计量开关故障处理 图5 智能开关的硬件配置

Fig.5 Hardware configuration of smart switch

无线传感器接收到来自控制面板的指令后，即对用电器电源进行开关或定时操作。智能开关上集成了电能计量模块，用户可以随时通过互动控制面板向用电器发送查询指令来获知用电器的电能消耗情况。如果用电器电源处发生故障，如最常见的短路故障，则报警模块会产生作用，自动跳闸并向控制面板反馈报警信息，使用户及时得知故障位置并处理故障。结语

用户是电能的消费者，用户的用电行为及习惯的理性改变对于提高能源利用效率起着决定性的作用。电力用户信息系统将用户与供电方紧密连接起来，使二者互相交流用电信息，激发用户参与电力市场的主动性，最终能使用户形成良好的用电习惯，提高能源利用效率，降低温室气体排放，保护环境。互动信息系统的应用不仅为用户提供更为方便与经济的用电方式，还能为电力公司带来更平稳的负荷，使得电网运行更为安全与经济。随着电力技术的不断发展，用户也可能会同时扮演供电者的角色，届时用户信息系统可以方便地实现升级拓展，以满足用户的需要。

参考文献

[1] 陈树勇, 宋书芳, 李兰欣, 等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009, 33(8)：1-7.Chen Shuyong, Song Shufang, Li Lanxin, et al.Survey on smart

grid technology[J].Power System Technology, 2009, 33(8): 1-7(in Chinese).[2] 崔秀玉, 王志勇, 王成祥.GPRS技术在电力系统通信中的应用

[J].电力系统通信, 2004, 25(8)：3-7.Cui Xiuyu, Wang Zhiyong, Wang Chengxiang.The application of

GPRS technique in power system communication[J].Telecommunications for Electric Power System, 2004, 25(8):3-7(in Chinese).[3]

实时应用 篇6

关键词：巷道掘进顶板离层及压力实时监测

1基本情况

峰峰集团九龙矿已经进入深部开采阶段，九龙矿最大开采深度已达到1000米。随着煤炭开采的逐步向下延深，深部巷道支护问题越来越突出。近年来片帮、冒顶事故逐渐增多，亟待开展深部开采巷道围岩持续流变与破坏机理，围岩控制技术及稳定性监测等方面研究工作。

九龙矿巷道工程普遍处于“三高”(即高地应力、高地温和高岩溶水压)的复杂环境。对于深部的采准巷道及部分开拓巷道围岩来说，除受“三高”影响外，还受“一扰动”(即强烈的采掘扰动)影响，使其围岩岩体的结构特征和力学行为更加复杂，表现出大变形、大地压、难支护等非线性软岩力学特性，进而导致深部巷道灾害事故增加、作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题，这为深部开采提出了严重的挑战。

深部开采条件下采场与巷道围岩的控制问题，随着采深的增加更进一步突显了其严重性。对于深部巷道围岩持续流变与破坏特征、围岩扩容与不连续变形的监测与控制技术，过去缺乏系统、针对性的研究，再加上深部开采的特殊性，使得深部开采条件下围岩稳定性控制问题没有得到解决，片帮、顶板的离层垮冒、采场端面冒漏仍没有从根本上消除。

我们在15228s上下巷及切眼实施了围岩稳定性远程、实时、自动监测技术。通过顶板在线监测，从而为深部巷道支护设计提供合理参数；建立巷道围岩稳定性与顶板安全监测系统；实现深部巷道稳定性多因素模式识别预测及危险区域动态识别，有效预测顶板垮落、片帮事故，合理控制深部巷道围岩变形。

2监测原理及系统组成

2.1在九龙矿建立深部开采采动应力及顶板位移在线监测系统，建立起700米监测巷道；该系统包括监控数据服务器，数据采集与分析软件，压力与位移传感器及传输电缆等。

2.1.1井下采用了本安型多向压力传感器和本安型位移监测仪。

2.1.2地面系统，建立数据共享，提供多用户数据访问，便于相关科室进行数据实时观测与历史数据的查询。

2.1.3系统实现24小时实时监测，自动更新并显示各测点数据及变化曲线；建立空间与时间上巷道变化趋势。

2.1.4基于动态监测数据，实现顶板大面积垮落在线预测；为提前支护提供最佳时机，杜绝冒顶事故的发生。

2.1.5基于现场实测数据，总结开采过程中的采动应力变化规律及顶板位移规律，提出深部开采围岩稳定性判别准则：建立基于现场实测位移的反分析法，与数值模拟相结合进一步分析采动应力变化规律及顶板位移规律，对九龙矿巷道的支护设计提供指导性建议。

2.2系统组成

2.2.1监测系统总体框架(以太网—总站—分站—分站)如图1。

2.2.2我们利用已有的矿用安全监测监控系统KJ2000进行数据传输。其组成主要有：监测数据服务器，瓦斯监控分站，ZCW-Z(B)位移采集仪，GWG200(C)本安型位移监测仪，GYG50／50(A)本安型压力传感器，本安电源，其网络拓扑结构如图2。

3监测方案

九龙矿15228(S)工作面西部为15226(S)采空区，东部为南翼二水平上部；南部为F4断层；北部为南二采区的三条上山下部。巷道断面为斜矩形，工作面面长132米，走向长640米，采用锚网梁加锚索支护。

九龙矿现用的KJ2000煤矿安全生产监测监控系统，为充分利用现有的监测监控线路，拓展其功用，节省成本，利用KJ2000系统将矿压监测系统的数据进行传输。通过专用软件提取监测仪的测量数据。利用局域网可实现数据的共享。

3.1地面监测2000煤矿安全生产监测监控系统上传至地面监控中心，利用系统所生成的上报数据文本“实时数据txt”，提取相应监测数据值，由专用软件将数据保存至数据库并显示，同时将数据发送至局域网数据服务器，以供相关科室可以访问。数据显示界面如图2。

3.2井下布线监测仪采集位移信息，监测仪主机接收传感器的数据，传送至井下瓦斯监控分站，再由监控分站传输至地面控制中心。一个主机可以接15个传感器，采用主干式布线方式。井下布线如图3。电源在巷道内采用660V接入，尽可能就近供电，以避免线路上的损耗。

瓦斯监控分站及电源设置15228S巷已掘进40—50米，现场实际距离从监测分站布设四芯数据电缆至第一个测点安装位置，在以后测点接线通过三通进行，形成总线结构。由于一个监测主机可接15—18个监测仪，当监测仪数目超过一个主机的容量时，需布设第二路矿用四芯数据电缆。

ZCW-Z(B)位移采集仪与瓦斯监控分站接线示意图3

3.3测点设置

3.3.1顶板离层监测顶板离层是指巷道浅部围岩与深部围岩间的变形速度出现台阶式跃变，当离层达到一定值时，顶板有可能发生破坏和冒落。顶板离层是巷道围岩失稳的前兆。

离层监测采用GWG200(C)位移监测仪，其包括一个深部基点和一个浅部基点，分别测试巷道表面与浅部基点之间，巷道表面与深部基点间的相对位移。监测仪每30米布置一个测点，顶板打孔深7m，孔径φ30。安装时深测点至7m处，浅测点为2.0m与锚杆长度相当。预布设距离700m。为了避免炮掘时，由于振动使传感器产生附加位移值，每个待安装测点距掘进面距离大于30米，按随掘随布进行。

3.3.2两帮压力监测压力传感器主要测取掘进与回采时两邦压力的变化规律，并与顶板离层相结合分析巷道稳定性。传感器每100米在上下帮分别布置一个测点，要求孔深7m，孔径60mm。在安装压力传感器的断面，测量巷道的收敛变形。

3.3.3巷道收敛监测主要测取巷道开挖后一定时间内巷道顶底板和两帮的相对位移量，总结巷道表面位移随巷道围岩暴露时间的变化规律，从中找出巷道围岩位移与生产地质条件、锚索、锚杆网支护形式及参数之间的关系，为进行合理的锚索、锚杆支护设计提供可靠的基础数据，为准确评估支护效果提供量化指标。

每100米布置一个测站，每个测站3个观测截面，每个截面采用十字布点法(如图示)，视现场情况也可采用网状布点法，截面间距2～3m。测点必须在开挖后12h内埋好，距掘进工作面0～10m范围内，每天观测2次，11～20m范围内，每天观测1次，21～50范围内，每3天观测1次。

3.3.4锚杆(索)受力锚杆(索)受力监测有两种形式，一种是测量端部锚固锚杆(索)工作阻力的锚杆测力计，另一种是测量加长锚固、全长锚固锚杆受力分布的测力锚杆。

每100米布置一个测站，与压力监测、巷道收敛监测的测站相结合。

4监测数据初步分析

位移传感器

1#测站位于上巷与联络巷交接处，由于安装时联络巷已经掘进完毕，安装初期位移变化不大，中期由于上巷的掘进，有一次较明显的变化，而后随着上巷掘进工作面的推进，对1#的影响减小，位移值趋于稳定。2#测站位于联络巷中部，安装时距离工作面也较远，所受影响较小，锚固区没有产生位移，除前期受到少许影响外，随着离工作面的距离增加，位移值基本没有变化。3#测站位于联络巷与下巷的交界处，安装时距离工作面30m，受工作面的影响，前期变化较大。随工作面的推进，影响变小，位移值渐渐平稳。4#、5#、6#传感器位于下巷45m处，其中4#位于顶板中部，5#、6#分别位于上下两帮，随着工作面推进，位移变化趋势也是逐渐变小，现在已基本趋于稳定。

5结论

实时应用 篇7

1 Creator软件

Creator软件在三维实时场景的构建中扮演着重要的角色, 这一软件与其他机械CAD等软件有很大的区别, 是美国Multigen公司最新推出的实时仿真建模软件, 最终考虑目的的如何解决以实时性为前提, 生成较为逼真的场景。这一软件具备的建模功能强大, 比如多边形筛选、绘图优先等都能使Openflight数据格式成为当前三维领域中最流行的图像生成格式, 这一软件生成的数据格式已经成为该行业的生产标准。所谓的Openflight数据格式, 它是Multigen Creator软件的基础, 其逻辑化层次场景描述数据库能够使图像发生器在任一时间、地点、任意方式都能以超高的精准度、可靠地促进三维场景的形成[1]。

相较于Maya和3DS Max这两种软件, Creator的侧重点在于管理模型数据, 在三维造型功能方面较为薄弱, 但是有较快的绘图速度, 便于浏览, 有较强的灵活性, 此外Creator软件的兼容性较大, 能与较多至关重要的VR环境相互兼容, 这种兼容的功能使Creator软件在与其他软件进行联合使用时, 可以让各软件的长处都能得到充分的发挥, 帮助提高工作效率, 减少工作时间。

凭借Creator软件制作出的三维场景既详细又让人浮想联翩, 搭配上合适的材料、颜色、照明度等能够让画面更加具有真实感, 更加符合人的视觉效果和心理感受。一般而言, 对三维场景进行处理的时候会遇见两个较大的问题:场景文件的载入耗时较大;无论PC机性能有多高, 场景的变化都相当繁重, 更加浪费时间, 应用Creator软件可以从建模、渲染速度和算法等多个方面改进技术, 使得最终的效果更加理想而完美。Creater软件可以应用在多个地方, 尤其在三维城市的建设中应用更大, 下面就将以三维城市的应用展开详细的介绍。

2 Creator应用于虚拟城市三维建模和实体建模

2.1 Creator应用于虚拟城市三维建模的技术步骤[2]

(1) 选定模型位置。将Auto CAD设置成.dwg的格式, 并划分成多个小区域, 最后将这些小区域导入到Creator软件中。这一过程的具体注意点是选定地图的尺寸一定要与实际城区之间距离相吻合。

(2) 模型纹理的制作。制作纹理需要采用Photo Shop软件, 只需将数码建筑物照片导入Photo Shop中即可, 这一过程非常简单, 最后要将纹理保存为.bmp或.rgb格式, 图片的像素大小为2a×2b (其中a, b取值在1和10之间) , 这样其纹理才不会变形, 甚至丢失。

(3) 完善模型数据。可以利用Creator和3DS Max这两类软件在以上环节中准备好的数据和纹理的基础上进行建构模型, 最后将完成的模型以.fit的格式进行保存。

(4) 已建模型数据进行整理。该步骤包括模型的导入、数据库层次结构的组织、模型的简化等。

(5) 创建城市三维场景。利用二次开发软件进行编程, 建立虚拟城市三维场景。

2.2 实体建模

在对实际物体进行建模时有一个非常重要的注意点, 首先应进行全局建模, 采用上面列出的建模的步骤将底图和大致区域先建构完成, 待这一部分完建模完成后, 再进行局部区域的建模, 比如建筑物上的标志、特定区域的广告牌等, 必须逐个完成细节部分。最后将建构完成的模型利用Texture工具进行映射纹理, 这一环节相当重要, 可以直接影响到模型的质量。

3 Creator优化设计

3.1 运用可见性判定和消隐算法优化场景数据

一个人的视线方向会不断转换, 视角也有一定的局限, 并且在观看事物的同时, 会有相关物体遮挡视线的情况发生, 因此, 人肉眼观看到的场景通常只是三维场景中的一小部分。在对城市进行三维仿真设计的同时, 必须充分利用到相关的资源, 以物体空间固有存在相关性来减小绘图时的深度。三维场景是可以经过可见性判定的, 并且能够通过剪裁来调整观看到的图像。具体操作步骤是:首先在电脑上检索可视化数据库, 对部分资料展开检索工作, 通过对坐标进行转换和透视投影技术使图像可以在屏幕上显示出来, 并将图像超出屏幕的部分进行裁剪, 使其更具视觉感染力。

因为视野观看度的问题, 产生不同的视角, 因此在三维空间内物体的向前面才能被人眼看见, 背离面是看不到的, 另外, 在三维空间内, 通常将那些被遮挡或部分图案被遮挡的部分称之为蕴藏面, 而所谓的消隐技术就是对这些蕴藏面和背离面进行消除, 使得不透明或可视性不高的物体都能显示出真实感人的图像, 使画面呈现出最佳的视觉效果, 吸引住人的眼球。

消隐算法的方式有两种:物体空间算法和图像空间算法。一般将在对物体的空间进行描述时, 先依据物体间存在的几何关系计算出可见的部分, 再去消除没有呈现出的部分这一方法称之为物体空间算法;图像空间算法是指物体转化到显示屏的图像空间后, 用屏幕上的每个像素, 检查所有的平面, 以确定离观察者最近的那一面。

3.2 优化渲染速度

在建构三维实时场景的过程中, 可以通过对渲染速度进行优化来使模型的设计更加快捷, 而优化渲染速度主要有以下3种方式:

(1) 使用压缩纹理和子纹理映射

在一定情况下, Creator软件的建模过程中, 可以使用压缩过的纹理格式, 来减小纹理文件的大小, 从而加快系统的运行速度。子纹理映射则是指将同一个纹理的不同区域映射到不同的模型对象上。具体操作方法如下:通过Photo Shop等软件将若干个小纹理合并成一个大纹理, 并保证其图像在两个方向上的尺寸是2的整数次幂, 以便提高其内存的利用效率, 减少纹理数量, 最终使实时系统的运行速度有效加快。

(2) Vsimplify插件的利用

Creator软件提供了一款自动减少多边形的工具———Vsimplify插件, 这种插件的工作方式是利用三角化算法来对选定模型对象进行优化, 将指定的属性进行保留来减少多边形的数量。这款插件显示的位置通常是在细节层次的菜单下面, 具体操作方式是打开插件对话框, 通过选择不同的三角形保留比率、折痕角和边界角极限等固有参数来对所选定的模型对象进行相应的简化, 最终优化其场景数据。

(3) 细节层次模型

细节层次技术的诞生为在仿真建模过程中对模型的真实性和系统的实时性两者的矛盾的最终处理提供了较好的解决方法。具体操作方法如下:由于视角的变化, 视觉观察点到所选定对象的距离不相同, 因此将数据库调制成各不一样的细节层次。远距离选用简单模型, 细节不必显示, 近距离选用模型复杂一些, 细节部分必须能够明显显示出来。采用这样的方式, 可以使模型的真实性和系统的实时性两者之间交换产生的数据量相应减少, 加快了系统间的交换速度, 更促进了系统间的相互交换。

采用细节层次这一技术可以对统一模型的不同细节程度进行调整, 从而出现不同的呈现形式, 这里必须注意的一点是在不同细节层次的变换过程中会出现一种突变现象———呈现出的画面不连贯, 而使用Creator软件技术能够使这一突变现象消失, 让不同细节层次能够进行较为平滑的过渡, 从而让人获得视觉上的最佳享受。

除以上Creator优化技术之外, 还可以通过对建模技术进行优化来改变场景的数据等对三维场景进行优化设计, 以便能够设计出更为仿真的视觉效果, 通过多种优化技术进行综合运用, 按照Creator设计的具体步骤和操作方法模拟出来的最具真实感的系统。

4 结语

利用Creator软件创建的实时三维场景, 更加符合人们的视觉效果和直观感受, 更能深入人心, 因此, 目前在三维场景中起到的作用才会越来越大, 但是想要创建一个完整的三维实时场景, 并不简单依靠对该项软件的使用, 还需要考虑其他种种因素, 并进行综合分析, 将多种优化技术合理使用, 才能使呈现的效果达到最佳水准。

摘要：随着计算机技术的不断发展和飞速运行, 三维场景以其独到的优势越来越深入人心, 受到观众的追捧, 因此Creator软件应运而生, 为三维实时场景的设计带来更多的便利。以Creator的三维城市建模的设计步骤和多种优化方式展开研究。

关键词：Creator软件,三维实时场景,建模,渲染速度

参考文献

[1]陈永华, 王德成, 陈燕.基于Creator的三维场景优化技术的应用.微计算机信息, 2007.

实时应用 篇8

我们采用天宝双频GPS接收机, 运用RTK模式完成了多个控制测量项目, 取得了良好的效果。本文主要结合工程实践, 就R T K技术在城市控制测量中的运用谈点体会。

1 RTK技术

G P S实时动态测量 (R e a l-T i m e Kinematic) 简称RTK, 是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。具体作业方法是设置GPS基准站一台, 并将一些必要的数据, 如坐标系转换参数、预设精度指标、基准站坐标等输人GPS手簿, 一台或多台GPS流动站在若干个待测点上设站;基准站与流动站同时接收卫星信号;同时基准站通过电台将其观测值和设站信息一起传送给流动站;流动站将接收到的来自基准站的数据及GPS观测数据, 组成差分观测值进行实时处理。

2 工程案例1

2.1 工程概况

测区位于J市某开发区, 控制网布设面积约8km2, 设计点位27座, 起算点采用位于测区南侧、东侧约0.8km的J市四等平面控制点各一座, 测区北侧、西侧边缘四等平面控制点各一座。

2.2 RTK GPS测量

为了保证测量成果的精度及可靠性, 我们在测区北侧及东侧的起算点分别设置基准站, 分别采集起算点空间坐标解算坐标系转换参数;并分别测量待测点平面坐标, 然后取两次测量的平均值作为最终成果;两次测量结果的坐标差值统计见表1。

根据上述两次测量坐差值的统计, 可算得两次测量平均值的点位中误差为±1.25cm。

2.3 RTK成果的外部检验

(1) 相邻点间边长检测。

检测采用Lecia702, 以两次测量平均值作为实测边长值, 共检测通视边17条。

根据上述边长差值统计, 可算得相邻点间边长中误差为11.08cm。

(2) 采用导线测量方式的坐标检验。

在测区南测选择待测点6座, 按一级导线测量方式观测, 起算点为以上述J市四等平控制点为起算的按GPS静态方式观测的城市一级控制点。

根据上述坐标差值的统计, 估算R T K测量成果的点位中误差为±1.22cm。

3 工程案例二

我院2 0 0 6年6月在某工程项目约24km2区域布设城市平面控制点43座, 采用该区域内分布较均匀的原有GPS四等平面控制点5座为起算点, 同样采用上述双基准站方式观测, 其中一次利用原GPS网测量时得到的WGS-84坐标建立坐标转换关系。

根据两次测量坐标差统计, X坐标两次测量最大差值为2.8cm, Y坐标两次测量最大差值为3.3cm, 两次测量平均值的点位中误差为±1.48cm。

本工程中, 我们同样采用Lecia702全站仪进行边长检测, 共检测边长11条。根据边长差值统计, 估算得相邻点间边长中误差为±1.13cm。

根据对上述工程数据的分析, 可知采用本文所述的双基准站观测方式, 取两次测量平均值的作为最终成果, RTK测量模式完全可替代全站仪导线测量应用于城市一、二级控制测量。

4 建议

(1) RTK测量与静态GPS测量相同, 首先得到的是WGS-84坐标, 必须通过一定的坐标转换关系才能得到用户坐标系坐标, 转换参数的求取精度对测量成果有很大影响, 因此在实际应用中首先应注意起算点精度, 特别应注意采用一定的方法检核起算点的相对精度;同时, 转换参数有一定的区域性, 它仅适用于起算点所圈定的一定区域, 外推精度随距离增加降低明显, 因此在实际工作中应尽量选择能覆盖整个测区且分布均匀的起算点。

(2) 若已知起算点为静态GPS控制网成果, 可利用已有WGS-84坐标及用户坐标建立坐标转换关系, 这样可节省采集起算点WGS-84坐标的时间、提高工作效率;但在利用原有成果时应注意所采用的WGS-84坐标应是在同一网平差中得到的, 因为它是由单点定位的WGS-84坐标推算得到的, 只代表某个特定的坐标对应关系。

(3) 基准站应选择位置较高的点位, 这样可明显扩大流动站作业范围, 但根据对多个工程成果的统计分析, 基准站与流动站间的距离对测量成有一定的影响, 当流动站与基准站间的距离达到5 k m~6 k m时, 两次测得的坐标差值及相邻点间距离与全站仪边长测量的成果差值超过5cm的明显增多;建议在采用RTK技术进行控制测量时, 为保证成果的精度及可靠性, 流动站的作业半径应控制在5km以内。

(4) 根据上述第一、第三点, 在采用RTK方式进行较大区域控制测量时可将测区划分成若干个工作区;各工作区的划分应有一定的交叉, 观测时应进行相互检核;也可以采用两次工作区划分不同的方式进行观测。

5 结语

利用RTK技术进行城市控制测量操作灵活、简单, 同时减少了大量的观测数据后处理工作, 大大提高了工作效率, 彻底改变了城市控制测量的作业模式;但在实际工作中应充分认识这一技术的特点及其与传统测量模式的区别, 设法提高测量成果的可靠性。

摘要：本文基于笔者多年从事城市控制测量的工作经验, 以RTK技术在城市控制测量中的应用为研究对象, 结合笔者曾经主持参与的两个城市控制测量工程, 详细分析了RTK城市控制测量的步骤, 流程和方法, 在此基础上, 笔者结合工作体会了给出了7条建议, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论总结, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：实时动态技术,城市控制测量,GPS,工程案例

参考文献

[1]城市测量规范CJJ8-99[S].中国建筑工业出版社.

[2]全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97[S].中国建筑工业出版社.

实时应用 篇9

厂级实时监控信息系统以分散控制系统为基础, 以经济运行和提高发电企业整体效益为目的, 采用先进、适用、有效的专业计算方法, 实现整个电厂范围内信息共享, 厂级生产过程的实时信息监控和调度, 同时又提高了机组运行的可靠性。并具有重要特点的是, 在实现厂级生产网络互连和生产过程数数据集中管理的基础上, 通过智能化的数据挖掘和信息融合, 开发出多种高级应用软件, 如厂级综合性能计算和生产成本实时分析软件、设备故障诊断和寿命评估软件、机组和厂级优化软件、以及厂级负荷优化分配软件等。该系统的实施, 一方面实现了全厂生产过程控制网络的互连, 实现各类设备和过程信息的实时集中管理, 有利于电厂运行总值长和厂长、总工及各类管理人员随时随地查看全厂生产过程和运行工况, 及时调度和处理有关事故或设备缺陷, 提高了企业经济效益和管理水平;另一方面, 通过基于数据挖掘和信息融合技术, 研究开发的高级应用软件, 智能化生成电力生产过程的专家知识, 进行实时成本分析, 指导电厂机组的优化运行, 对设备进行检修诊断及相应关键设备寿命进行监测管理, 这对于减少电厂机组的事故率、保证机组的安全经济运行所产生的经济效益无疑是巨大的。

它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据, 为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。因此, 它是电厂生产的成本信息和报价信息的基础。

2 实时监测系统在电厂中的定位

sis系统解决了电厂自动化信息系统应用中遇到的两个主要问题:实时数据来源复杂面分散, 并且难长期高精度的存储实时数据, 同时sis系统在全厂建立了一个统一的数据平台和应用软件开发平台。它是建立在DCS和MIS网络之间的一个高速、高可靠性、超大容量的全厂生产过程实时/历史信息网络系统, sis系统定位如图1所示。

3 项目实施主要内容

3.1 网络部分

生产实时监测系统主要目标为生产实时数据的采集、整理、存储和分析决策, 是电厂采集、存储、处理、展现和分析利用生产实时数据的平台。

3.2 软件部分

生产实时监测系统主要对生产过程和结果的实时信息进行监视、过程事件与报警信息以及基于这些信息的运行优化和生产决策支持信息。在满足电厂所需的功能外, 还须为集团级生产实时监测系统提供基础数据。

生产实时监测系统功能有:

3.3 生产实时画面监视

建立生产实时画面除了实时负荷、电量, 以及其它关键综合指标外, 还需要以下主要类别实时画面:

(1) #5机组DCS

(2) #6机组DCS

(3) 环保系统

(4) 输煤系统

(5) 脱硫系统

(6) 化学水系统

(7) 消防系统

(8) DEH系统

3.4生产运行分析

3.4.1设备可靠性统计

对电厂各主要设备的运行时间、启停次数、停运时间、检修时间等进行统计, 为设备维护检修提供依据。系统可以很方便地让用户知道各辅助设备当前的运行状况, 有效提高检修的针对性, 减少因设备故障所引起的事故和停机时间。

3.4.2 参数超限统计

对电厂锅炉主汽温、汽压、再热汽温、锅炉金属温度等主要参数的超限次数、超限峰值、超限时间进行统计。可以按天、月、时间段查看各参数的超限情况, 并可生成相应的超限统计报表。

3.4.3 厂级性能计算

对电厂进行厂级在线性能计算, 计算后得到单元机组基本热力性能指标, 如锅炉效率、汽机热耗率、厂用电率、汽机各缸效率、加热器端差、凝汽器清洁系数、空预器漏风、制粉系统单耗、各泵和风机效率等, 以及发、供电煤耗率、厂用电率等厂级指标。计算遵循电力行业有关标准和规程。

3.4.4 生产过程回放

在调查电厂特定时间段的生产状况或事故时, 可以图形方式直观再现过去某一时刻机组的运行状况, 以便对机组过去某段时间内的运行情况进行分析和事故追忆。

3.4.5 负荷调度分析

实时显示和统计全厂及各机组的发电情况, 统计一次调频少发、多发电量, 研究各时段内少、多发电的原因, 指导机组的运行。

3.4.6 生产异常报警

(1) 生产异常报警阀值根据业务规则制定, 系统接收到实时数据后, 与设定的阀值对比, 超过阀值正常区域时进行报警。

(2) 阀值的设定可以是绝对值、趋势值、比例值、开关值等。

(3) 报警方式可以通过画面闪烁、手机短信和邮件等方式发送给相关人员。

(4) 部分重要的报警信息, 还应直接发至集团公司的相关专业管理人员。

3.4.7 生产指标考核

根据电厂的实际运行情况制定考核标准, 充分利用生产的实时及历史数据, 对机组运行的各项考核指标按班值进行排名或超限时间等方式进行计算和统计, 并自动生成考核结果, 使企业的生产管理人员从繁琐的统计事务中解脱出来, 在强化运行管理和绩效考核的同时, 提高统计数据和考核指标的真实性、准确性和客观性, 真正对运行人员起到激励作用。

3.4.8 运行知识库

电厂的生产运行人员在长期的生产过程中积累了大量的运行经验, 这些知识对于提高运行人员的操作水平、防止同类事故的发生具有实际的指导意义。对运行知识库部分功能的要求如下:

(1) 可以将源于生产的运行经验进行分类建模, 存入知识库系统中, 方便对运行知识的查询和修改。

(2) 具有良好的开放性和扩展性, 可以通过知识确认流程后对知识库进行不断充实完善。

(3) 具有良好的操作界面, 方便学习已有的运行知识, 提高运行人员的运行水平及事故处理能力。

运行知识库的内容主要包括: (a) 起、停机操作。 (b) 运行调整。 (c) 异常处理。

3.4.8报表统计汇总

系统对数据的报表统计汇总要求为:

(1) 系统可以从实时/关系型数据库中调取数据, 生成各类生产报表, 包括年度、半年、季度、月度、周、日, 以及任意时段的报表。

(2) 集团公司需要上报的主要报表内容、计算方法、量纲等必须与集团公司保持一致。

4 结束语

SIS系统通常和全厂网络系统采用一体化布局, 其优点是:系统稳定、性可靠、易于维护和应用功能扩充。随着电力市场竞争日趋激烈, 电力企业的科学化管理逐步提高到一个新的层次, SIS系统以其先进监控方式、科学的分析、诊断方法、良好的记录存储功能、满足了电力企业效益为中心管理理念, 顺应了电力市场厂网分开、竞价上网的发展趋势, 为电力企业的生产管理决策提供有力的支持。

摘要：电厂的厂级实时监控信息系统 (简称SIS系统-Supervisory Information System in Plant Level) 属于厂级生产过程自动化范畴, 实现电厂管理信息系统与各种分散控制系统之间数据交换的桥梁。

关键词：SIS系统,设计,应用

参考文献

[1]董张卓, 秦红霞.采用面向对象技术和方法的电务系统网络拓扑的快速跟踪[J].中国电机工程学报, 1998, 18 (3) :178-181

[2]马国华, 监控级态软件及其应用.北京:清华大学出版社, 2001.

实时荧光定量PCR应用技术综述 篇10

1 实时荧光定量PCR技术的基本原理

实时定量PCR技术是从传统PCR技术发展而来, 其基本原理是相同的, 主要不同之处是其定量的体系。在PCR反应体系中加入荧光染料或荧光基团, 这些荧光物质有其特定的波长。仪器可以自动检出, 利用荧光信号积累, 实时监测整个PCR进程, 在PCR循环中, 测量的信号将作为荧光阈值的坐标。并且引入一个——Ct值 (Threshold Cycle) 概念, Ct值是指产生可被检测到的荧光信号所需的最小循环数, 是PCR循环过程中荧光信号由本底开始进入指数增长阶段的拐点所对应的循环次数。荧光阈值相当于基线荧光信号的平均信号标准偏差的10倍。一般认为在荧光阈值以上所测出的荧光信号是一个可信的信号, 可以用于定义一个样本的C值。通常用不同浓度的标准样品的Ct值来产生标准曲线, 然后计算相对方程式。方程式的斜度可以用来检查PCR的效率, 所有标准曲线的线性回归分析需要存在一个高相关系数 (R2>0.99) , 这样才能认为实验的过程和数据是可信的, 使用这个方程式计算出未知样本的初始模量。实时荧光定量PCR仪都有软件, 可以从标准曲线中自动地计算出未知样本的初始模板量。

2 实时荧光定量PCR技术中荧光标记方法的分类

目前, Real-time Q-PCR所使用的荧光化学方法主要有四种, 也主要有四种方法可用于DNA扩增产物的检测, 这些方法有着相近的灵敏感度。分别是DNA结合染料法、水解探针法、杂交探针法、荧光引物法。它们又可分为扩增序列非特异和扩增序列特异两类检测。扩增序列非特异性检测方法的基础是DNA结合的荧光分子, 如SYBR greenⅠ。Real-time Q-PCR发展早期就是运用这种最简单的方法, 在PCR反应体系中, 加入过量SYBR greenⅠ荧光染料, SYBR greenⅠ荧光染料特异性地掺入DNA双链后, 发射荧光信号。荧光染料的优势在于它能监测任何ds DNA序列的扩增, 不需要探针的设计, 使检测方法变得简便, 同时也降低了检测的成本。然而正是由于荧光染料能和任何ds DNA结合, 因此它也能与非特异的ds DNA (如引物二聚体) 结合, 使实验容易产生假阳性信号。引物二聚体的问题目前可以用带有熔解曲 (Melting Curve) 分析的软件加以解决。由于SYBR GreenⅠ对PCR有一定的抑制性, 并且荧光强度较低, 稳定性差。近来试剂公司针对SYBR GreenⅠ存在的缺点开发了一些性能改进的染料, 如SYBR GreenⅠ、SYBR Green ER、Eva Green TM等。荧光定量PCR所用到的探针可分为以下几类:内掺式染料、序列特异性探针、特异性引物、阴阳探针。

2.1 SYBR GreenⅠ染料

反应体系中, 加入过量SYBR荧光染料, SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后, 发射荧光信号, 而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号, 从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。其优点是对模板没有选择性, 使用方便, 非常方便, 但也易与容易与非特异性双链DNA结合, 产生假阳性, 可以通过融解曲线的分析, 优化反应条件。

2.2 Taqman探针

目前在real-time Q-PCR中最广泛使用的TagMan系统就是运用了这个原理。它能被DNA合成酶 (例如Taq酶) 的5'-3'活性所降解, 探针的5'端有一荧光报告基团, 3'端有一荧光淬灭基团, 当两个基团相互先靠近的时候, 由于发生能量传递作用, 报告基团不能发出荧光, 但随着扩增反应的进行, 5'端的报告基团随着探针的水解而脱落下来, 不再与淬灭发生能量传递作用, 从而能发出荧光, 被信号探测器所捕获。针对Taqman探针荧光淬灭不彻底的问题, 2000年美国ABI公司推出了一种新TaqMan探针-MGB探针。探针3′端采用了非荧光性的淬灭基因, 吸收报告基团的能量后并不发光, 大大降低了本底信号的干扰。此外, MGB探针的3′端还连接了一个二氢环化吲哚卟啉-三肽, 可以大大稳定探针与模板的杂交, 升高探针Tm值, 使较短的探针同样能达到较高的Tm值并且短探针的荧光报告基团和淬灭基团的距离更近, 淬灭效果更好, 荧光背景更低, 使得信噪比更高。

2.3 Scorpions

它由两个寡核苷酸分子组成, 一个是引物, 另一个是带荧光分子的探针, 但是此探针也具有引物的功能。引物与形成发夹结构的探针相连, 在探针上由于荧光报告基团与淬灭基团相互靠近, 不发荧光。变性阶段, 探针的发夹结构会解开, 在退火时则与模板相结合, 形成线性分子, 报告基团同淬灭基团分离而发射荧光。在探针的设计上, 要求绝对保守, 长度为25~32bp, Tm在68~70度之间, 探针的5'端不能为G, 避免多个碱基同时出现, 尤其要避免4个G同时出现, 另外, 探针应靠近上游引物。

2.4 分子信标

分子倍标 (Molecular Beacon) 是一种单链DNA形成的发夹结构, 在其一端有一报告基团, 在另一端有一淬灭基团, 当它形成发夹结构时, 由于荧光报告基团与淬灭基团相互靠近, 两者之间发生荧光信号能量共振转移, 当热循环温度达到分子Beacon的解链温度时, 其构象改变, 与模板结合而完全伸展成线性分子, 使得FRET消失, 报告基团发出荧光信号。荧光基团被激发时, 淬灭作用被解除, 发出激发光子。

3 实时荧光定量PCR技术的实验方法

3.1 RT-PCR

以RNA为起始实验材料。分为两种: (1) 一步法, 反转录反应和PCR反应在同一反应管中进行。操作简单、反应连续、污染几率低, 适合于病原体的检测。 (2) 二步法, 反转录反应和PCR反应分两步进行, 反转录反应液 (cDNA) 作为PCR反应的模板, 适合于mRNA表达量的解析。

3.2 PCR

以DNA材料为起始实验。

4 实时荧光定量PCR技术存在的问题及应用前景

实时荧光定量PCR技术由于具有定量、特异、灵敏和快速等特点, 是目前检测目的核酸拷贝数的可靠方法, 与传统的PCR技术相比, Real-time Q-PCR的不足之处是 (1) 由于运用了封闭的检测, 减少了扩增后电泳的检测步骤, 因此也就不能监测扩增产物的大小; (2) 因为荧光素种类以及检测光源的局限性, 从而相对地限制了实时荧光定量PCR的复合式检测的应用能力; (3) 目前Real-time Q-PCR实验成本比较高, 从而也限制了其广泛的应用。随着技术不断改进和发展, 目前Real-time QPCR已成为科研的主要工具, 使得研究人员又多了一种比较简单且自动化的研究手段, 该技术未来的应用前景是非常广阔的将成为生物定量分析的强有力段。

摘要：实时荧光定量PCR技术是在PCR技术基础上发展起来的一种高灵敏度的核酸定量技术。使用EB加入PCR反应体系, 经改装的带有CCD的PCR仪检测样品的荧光强度, 其优势性决定了它不仅是一种高敏感、高特异的检测核酸分子的定性方法, 而且也是一个能对核酸分子进行精确定量的有力工具。与传统PCR技术相比, 实时定量PCR能够更加快速、灵敏, 并有效地对核酸进行实时定量检测。

实时应用 篇11

关键词：RTK实时动态技术；地质勘查测绘；应用技术

地质勘查测绘工作绝大多数都是于野外开展，其风险性较大。传统地质勘查测绘是采用水准仪及全站仪等，再结合测绘工具，此类方式自动化程度偏低且测量成果不直观，使得工作效率不高。科学技术的飞速发展，使得RTK定位技术水平進一步提升，土地测绘工作环境亦得到很大程度改善，工作效率亦是显著提升。

一、RTK工作原理

网络RTK可谓是将GPS及Internet和无线通信与计算机网络管理等类技术集于一身，系统主要是经由若干不断运行的GPS基准站及1个GPS网络控制核心组成，通过GPS固定参考站系统及GPS网络控制中心系统和数据传输系统，加上数据传播系统及用户系统而构成。固定站则主要负责实时采集GPS卫星所观测到的数据，同时将数据传送于GPS网络控制中心，其散布于全部网络中，VRS网络是经由超过3个的固定GPS基准站组成，站和站之间的距离最大可为70千米。基准站及控制中心利用光缆及ISDN或是电话线进行连接，VRS管理软件及计算机和路由器与通信服务器所构成，其可接收固定参考站发送的数据，亦可接收流动站发送的坐标，按照用户大概位置即可自动计算且选取最优固定站数据，从而充分改正GPS轨道误差及电离层与对流层，或者是大气折射而引起的误差问题，把高精度改正之后的RTCM差分信号发送于用户处。这样则有效解决RTK作业距离制约的问题，使得用户获得稳定可靠的厘米级高精度定位数据。

二、RTK实时动态技术应用于地质勘查测量分析

1、地形图测绘

地形图测绘属于地质勘查普查及详查和勘探时期的关键内容，按照勘查矿种来选用测图比例尺。若是传统测图方式则应构建图根，作为控制网及测图首级控制网，再展开碎部测量。该方式工作量大且耗费人力，所需时间长。基于RTK测图可略去图根控制网建立，同时可支持全天候观测，这样可充分提升测绘效率，且节省人力和财力。

2、图根控制点加密

测量区域首级控制网建立之后，则工程放样需求和施测大比例尺地形图应设置图根控制网。传统布置方式工作量大且耗费人力，所需时间较长，经过室内计算平差之后得到测量精度及其结果。基于RTK方式则可按照图根点坐标实时获得。仅需实现具体点位精度，这样即可停止观测，其测量简便且作业效率高。

3、工程放样

工程放样主要是于详查及勘探时期所进行的测量定位，比如竖井定位及钻孔定位。传统全站仪放样大多是于地形复杂且周围控制点较少的作业区，其相关工作不能充分完成，则基于RTK测量仅是于RTK手簿上输进定位点坐标，这样放样点位均为系统定出。其主要是独立完成各个点测量，同时累积误差也能有效清除，这样使得精确度更高且一致。

4、地质特征采集

勘察时应进行实地采集地表地质具体特征点坐标，这主要是物化探异常点或是探槽端点等。传统全站仪于复杂地形及其作业区域其控制点少时，此类操作不能充分实现，则RTK采集方式可于首级控制网上充分完成。

5、物化探测网

基线加测线方式属于传统物化探布网，此方式效率不高且工作量大。基于RTK方式可有效完成此项工作，采用RTK测量系统中线放样功能，于手簿输进线段两端点坐标，这时RTK测量系统线放样功能可自动标定其测点位置以展开放样。

6、地质剖面测量

地质勘查中形成更好的成矿规律可反映地质地貌具体特征，这时则应测量其地质剖面，传统全站仪测量于地形复杂环境下效率不高。基于RTK测量可运用其测量系统中的线放样功能，这与物化探测网相似，仅需于手簿输进剖面端点坐标，这时RTK可自动定位剖面线而绘制剖面图。

结束语

科学技术水平的不断提升，推进了RTK实时动态技术快速发展，这有利于测量工作技术水平的持续提升，从而提高了土地测量精确性，这样亦可缩短其所需时间，从而提升测量工作实际效率。本文分析了RTK工作原理，且进行了RTK实时动态技术应用于地质勘查测量分析，以期提升国内RTK实时动态技术于地质勘查测绘中的应用水平。

参考文献：

[1]李超，黄劲松，徐亚明，等.PL-RTK：一个基于伪卫星的实时动态定位系统[J].测绘通报.201（12）：1-4.

[2]乔天荣.网络RTK实时动态测量技术在地质勘查测量中的应用[J].测绘与空间地理信息.2012，35（1）：137-138，141.

[3]焦昱儒，吴甜甜.RTK实时动态技术在地质勘查测绘中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）.2015（1）：1527.

[4]韦延忠.常规与网络实时动态差分的比较与分析[J].导航定位学报.2015（1）：15-18.

无线POS联网实时收费系统应用 篇12

随着供电企业客户数量的不断增长, 如何为电力客户提供方便、快捷、优质的服务已成为各供电企业提高企业形象的关键。电费收缴问题是供用电双方最关心的问题, 传统单一的营业厅缴费方式难以解决电力客户缴费难的问题, 各供电公司多年来一直在探索更好的电费回收模式, 达到提高电费回收水平, 方便客户缴费, 提高客户满意度的目的, 大多供电公司采取了以下几种方式来缓解缴费难的问题。

1.1 利用银行网点代收代扣电费

这种收费方式经历了2个时期:第1个时期是2000年以前, 当时银行网点多、工作人员多、工作时间有很多空余, 在这种情况下银行吸储压力很大。为了吸引更多的客户, 银行主动为供电、供水等行业代收费, 基本不收取任何手续费, 甚至给代收公司一定的补贴。限于当时的技术和网络条件, 绝大多数是采用报数据盘的方式, 缴费前把应收电费数据报到银行, 银行利用收费网点收取电费, 收费结束后, 银行将电费划拨到供电公司账户, 并把收费数据回报给供电公司。这种收费方式存在的主要弊端是数据的不实时, 从而使得供电部门无法及时获取客户交纳信息, 造成客户已经缴费, 但是催费通知单不断送上门的情况, 给用电客户带来诸多不便。

第2个时期是在2002年以后的银电联网实时收费, 这种收费方式实现了银电双方数据实时同步, 完全克服了采取电费数据报盘存在的问题, 并且可以多行同时收取, 这种方式真正提高了电费回收的可管理性, 管理者可以随时掌握回收情况, 责任人可以及时进行电费催缴, 减少欠费的产生。但是随着银行股份制改革的进行, 各商业银行纷纷大规模削减营业网点数量。网点的减少、银行员工的减员, 使得银行更多地关注高端客户, 逐渐放弃了缴费客户这一群体, 即使供电公司给予一定代收费用, 银行也往往以网络不通等理由拒绝为用电客户提供缴费服务。

1.2 自建营业收费网点

自建网点可以在一定程度上方便客户就近交费, 供电公司也可以实时进行统计管理。但是这种方式一是建设的初期投资巨大, 供电公司需要买房或者租房、装修、网络建设、计算机购置、办公设备购置等诸多投入。在以后的运行中还要承担每月发生的员工工资、房租、网络、水电等办公费用。由于电费收取现金过多, 有时还会出现错收、收假币等现象。二是收费网点存在安全隐患。由于初期投资和运行费用的高昂, 使得自建营业收费网点的建设布局不可能太密集。这种模式高成本不宜于大范围推广。

随着互联网络和计算机技术的飞速发展, 广大电力客户对供电企业提出的服务需求也在逐步提高, 迫切希望供电企业不断更新服务方式、丰富服务手段, 为客户提供更多、更快捷的服务方式。无线POS实时联网收费系统实现了电费营业网点进社区、进超市、进农村的目标, 不受时间和空间的限制, 创新了缴费服务手段, 切实解决了客户缴费难问题。

2 系统架构

无线 (Point of Sales, POS) 实时联网收费系统是由计算机网络与数据中心、管理中心、收费网点之间通过GPRS网络进行联机业务处理的计算机网络系统。

无线POS终端是1台移动终端, 经由GPRS网络连接数据中心后, 与数据中心形成一个数据实时交互、数据同步的网络架构。它具有查询、缴费、刷卡、对账、打印、统计等功能。终端可以方便地布置在商场、超市、店铺、小区物业等与供电公司签约的电费回收地点。该POS终端一般采用GPRS无线联网方式, 不用布线安装快速, 一旦签约代理商发生变化可以随时变更经营场所, 非常方便灵活。每个终端POS机内置一个SIM卡, 通过成熟的GPRS/CDMA网络技术与供电公司数据服务器进行通信。移动公司每个SIM卡的收费标准在20M流量5～10元/月, 20M就可以满足每月收费终端和服务器之间的数据交换。

POS管理系统是无线POS联网实时收费系统的一部分, 以Web的方式发布, 用户可以通过浏览器进行访问。POS管理系统提供了对组织机构、代理商、POS收费等管理与查询的功能, 用户使用该系统可以方便地对POS收费进行管理, 对收费的情况也可以有全面的掌握。

无线POS联网实时收费系统主要由系统硬件和系统软件组成。系统网络拓扑图如图1所示。

系统硬件主要包括:

(1) 一条带宽2M或以上光纤专网;

(2) 服务器 (根据POS终端连接数量而定, 建议2台做集群) ;

(3) 防火墙:采用此设备可以保障基础的网络安全, 通过它可以强化网络安全策略, 对网络存取和访问进行监控审计, 防止非法入侵和恶意的dos攻击等;

(4) 路由器:固定端口至少1个10/100Base-TX Wan端口, 至少3个10/100Base-TX Lan端口。

系统软件主要包括:

(1) 无线POS收费客户端软件;

(2) 无线POS收费代理软件;

(3) 无线POS收费管理中心软件;

(4) 数据转换软件。

3 系统安全策略

3.1 网络安全

考虑到当供电企业大规模推行POS收费后, 一旦通信网络出现问题将导致灾难性的后果, 一般应按比例部署移动GPRS/CDMA这两类POS机终端, 确保移动、联通或电信其中一家网络故障时, 仍有缴费通道可供使用。

所有的移动POS缴费终端都在系统中登记备案, 采用手机SIM卡与POS缴费终端设备IMEI号绑定技术, 只允许在系统中有登记注册的SIM卡使用特定的电力POS缴费终端设备进行交易操作, 对于非指定SIM卡或指定SIM卡使用非绑定终端设备进行的交易操作, 系统将自动拒绝并进行记录报警, 以防止非法交易与恶意攻击。

供电公司向移动运营部门申请开通VPN网络。即所有POS机终端与服务器连接是通过运营商VPN网络连接, 而非通过公网连接, 进一步保证了网络的安全性。

3.2 软件安全

无线POS终端之间各自独立, 互不访问;无线POS终端和数据中心以及管理中心是通过协议进行数据交换;系统对于未经授权或验证的访问进行有效拦截;系统完整的数据日志, 保证每一笔业务都有明确记录, 以备后查。系统具有在线信用额度控制、冲正交易提醒、冻结异常的POS机、本地交易记录与服务器记录自动比对等。此外通过使用专用票据, 结合票据号码管理, 防范运营风险。

3.3 设备安全

该系统与其他类似系统相比具有以下优势:

(1) 打印头。电费发票或收据属于交易票据, 要求能够在常温下保存2年以上, 许多类似POS终端由于采用热敏打印技术经常造成打印数据保存时间不久就模糊不清, 难以辨认带来诸多不必要麻烦。该系统采用针式打印头非其他系统使用的热敏打印技术, 针式打印头的特点是运行稳定寿命长, 打印内容保存时间长 (一般10年以上) , 可以打印多种纸张, 包括多联复写纸等。

(2) 硬件架构。该系统采用崭新软硬件平台, 其特点是操作系统和核心软件内建在CPU中, 运行速度和安全性得以大幅提升。理论上没有被暴力破解的可能性, 可以保证该系统在社会化代收费后在技术上不会有被破解的风险。而其他方案基本上是使用公模方案, 多数由银行POS机改型而来, Linux操作系统和核心程序存储在外部存储芯片内, 非常容易被破解, 如果实现社会化代收, 可能会因为被破解而造成运营风险。

(3) 本地存储。该系统采用大容量Flash芯片, 用于记录与交易相关的所有操作信息, 没有交易笔数限制, 在此基础上通过自动对账功能, 可以最大限度地减少单边账的可能。同时, 本地交易记录也是安全保障的一部分, 出现交易纠纷时可以完整重现交易过程。

(4) 身份卡/密码双重认证。该系统中每个代理商的操作人员都有自己的一张身份卡, 这张卡再结合密码能很好地解决安全问题, 这种软硬结合的方式比纯粹的软件方式验证更安全。当代办人员暂时离开或换班时只要抽出自己的身份卡即可, 别人不可能冒打收费。

4 系统的优越性

(1) 易扩展性。随着城市规模的增大, 用电客户会随之增多, 系统可以方便地扩容, 只需选择合适的代收费网点增加无线POS终端并得到管理中心授权即可。

(2) 实时性。该系统通过GP-RS网络实现了无线POS终端和数据中心以及管理中心的数据同步, 无线POS终端每办理一笔业务, 管理中心都能即刻查询。系统辅以95598呼叫中心或者短信系统, 可以及时提醒客户电费信息。数据的实时性对于供电公司及时掌握收费进度以便及时采取相应措施起着很大的帮助作用。

(3) 接口灵活。该系统支持短信平台、外接设备等, 例如磁卡读写器、射频卡读写器等。使用磁卡或射频卡一方面可以避免因为户号没有说清造成的误操作, 另一方面可以大大提高缴费的效率。

(4) 可操作性。该系统从供电公司和代收费网点的角度全面考虑, 保障双方利益。该系统既解决了供电公司收费压力大的问题, 又给代收费网点带了一笔额外的收入;既能够保证供电公司的资金安全, 又可以保证代收费网点的利益不受侵害。该系统对于供电公司来讲, 投入不大, 解决重要问题;对于代收费网点来讲, 不需要其它额外投入, 只需要把空闲的时间充分利用, 就可以得到相应的报酬。

5 存在的问题

POS联网收费系统主要是通过无线信号接收信息进行工作, 如果在偏远山区移动或联通、电信信号功率跟不上, POS机就无法正常工作, 或在收费过程中出现断线, 导致单边账的情况产生。特别是山区移动信号没有全覆盖情况下, 无法全面推广POS联网收费系统。

6 应用效果