实时动态监测（共8篇）
实时动态监测 篇1
0 引言
随着大电网互联、西电东送矛盾日益凸现,电网正面临越来越多新的挑战,运行的稳定性分析和监视也显得越来越重要[1]。基于相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的广域测量系统(WAMS),能够直接测量电网中的角度,从而改善了传统状态估计的结果[2],并能向调度员提供电网的动态过程信息;能够对相量数据实时评估,动态监视电网的安全稳定性,或进行深入研究以达到控制的目的。在我国,PMU和WAMS最近几年得到了广泛的重视和应用[3,4]。
同步相量测量技术和现代高速数字化通信网络,为实现电网动态过程的在线监测[5,6]提供了技术上的支持和保证。电网广域实时动态监测系统是实现准确捕捉电力系统在线故障扰动、低频振荡[7]以及人工试验等情况下电网动态过程的技术手段。PMU为系统提供全网采样和计算的相量数据,通过电力调度数据网实时传送到监测系统主站,使调度员能在调度中心及时了解电网的动态信息[8]。
为保证电网安全、稳定和经济运行,山东电网经过详细的布点分析和规划,有选择地首先建设了调度中心的WAMS主站和济南、泰山、淄川、沂蒙、崂山、聊城、潍坊、琅琊、滨州等9个位于500 k V变电站的PMU子站。开发了北斗/GPS互备授时装置,在国内首次使用国产“北斗一号”卫星导航系统为PMU提供备用授时信号,不受制于国外GPS系统操控,提高了PMU的授时可靠性。
山东电网广域实时动态监测系统(简称山东WAMS)从2005年8月开始建设,随着同步相量测量技术发展,经过不断摸索与功能完善,总结WAMS的运行经验[9],有效提高了调度监视范围以及高级应用的运行分析能力,为保证电网安全、稳定、经济、优质运行提供了重要的技术装备和手段,为进一步实现大电网的广域协调控制奠定了基础[10]。这标志着山东电网安全运行与监控进入了一个崭新的阶段。
1 山东WAMS系统的布点
山东WAMS一期工程由山东省调主站系统(CSS-200/2)和安装在9个关键变电站的子站装置(CSS-200/1)构成,子站与主站之间通过电力调度数据网(SPDNet)提供的专用2 Mbit/s通道实现高速的实时通信。选择泰山变电站为参考测点(参考点可任意选择),济南站、潍坊站、沂蒙站、淄川站、聊城站、滨州站和琅琊站等为重点监测点。
1.1 PMU布点分析
PMU布点方法,主要分为可观性[11,12]和同调性[13]。为了合理安排PMU子站的布点,该方案将可观性分析和同调性分析结合起来,实现用较少PMU子站对全网状态变化的较大可观。
1.2 PMU布点方案
PMU子站的建设可分步实施,在不同阶段实现不同目标,各个目标之间相互关联,并最终实现电网的整体可观性。共分以下3个阶段:
第1阶段实现500 k V电网的可观性,特别是西电东送断面的动态过程可观性,见图1;
第2阶段实现500/220 k V电网各同调区动态过程的可观性;
第3阶段实现500/220 k V电网可观。
山东电网目前有500 k V变电站17座,统调电厂48座,220 k V变电站161座,在考虑电网可观性时,对于影响系统安全稳定性的重要节点(变电站和电厂)予以重点关注。山东PMU布点分3期进行,最终规模约50个,与按文献[14]中给出的估算公式估算出的PMU数量(约100个)相比,有大幅度减少。
2 山东PMU子站实现方式
2.1 分布式PMU测量
本期变电站的PMU装置为CSS-200/1分布式同步相量测量单元,其模块结构如图1所示。图中,实线表示以太网双绞线,虚线表示光纤或光缆,点划线表示其他信号线。
分布式的结构设计方便了系统的实施,模拟量采集模块安装于现场的保护小间,既减少了连接电缆,又提高了测量精度。装置采用QNX实时操作系统,满足子站任务处理的实时性要求;采用专门设计的多路高精度同步授时模块(CSS-200/1G)进行统一授时,可使得同步精度高于1μs;在同步时钟源的协助下分布的模/数(A/D)转换通道同步采样的同步误差不大于5μs(对应工频50 Hz为0.1°的角度误差)。装置的相量综合处理算法能解决相量计算中的非工频周期泄漏和系统动态过程的干扰问题。同时还采用了改进的频率补偿算法,能准确跟踪系统频率的动态过程。
CSS-200/1子站除提供相量数据的实时计算与上送功能外,还具有大容量离线数据记录功能。装置能以100次/s的密度连续不间断地滚动记录相量数据,记录周期超过14 d;在触发状态下能记录全部所采暂态波形数据,采样频率为4 800 Hz。子站记录数据均带有全网同步时标,以备离线分析对时之用。
CSS-200/1子站支持以网络方式实现相量数据的传输,与主站通信标准符合行业规范的要求[15]。WAMS的远程通信均采用2 Mbit/s的调度数据网方式,保证了高速、实时和稳定的相量数据传输,子站相量数据的上送速率100次/s,充分满足了主站在线、离线电网动态安全分析的要求。
2.2 长距离授时补偿
分布式PMU测量方式虽然方便了现场施工,但是GPS授时信号经光缆远距离传输会引入附加延迟。经实测,光纤传输距离超过1 km时,传输延时将大于5μs,对应误差0.1°。因此,当厂站的跨度超过1 km时,分布式PMU必须考虑GPS时钟信号远距离传输引入的误差,否则只能在每个分散的测量单元上直接接入GPS天线。
CSS-200/1G通过特定的补偿算法,可消除GPS授时信号的光纤传输延时,保证相量测量精度。当光缆长度接近或超过1 km时,通过调整CSS-200/1G的设置,可对秒脉冲信号PPS(Pulse Per Second)进行位置拉前的调整,调整范围最大12μs(约2 km)。这项技术对大型500 k V变电站、大型火电厂和水电厂十分重要。
2.3 GPS和北斗授时
在我国电力系统中广泛依赖GPS为时钟源。但是,GPS完全由美国军方掌控,其可用性和授时精度受制于美国军方的GPS政策。所以,山东WAMS采用国产卫星授时,尝试采用可依赖的时钟源与GPS授时构成互备授时方案。北斗卫星导航系统是区域性导航系统,其覆盖范围不如GPS遍及全球,设计目的仅为我国及周边领域服务。它发出的PPS与GPS的PPS信号时间差和上升沿斜率均能满足相量测量的要求。
本期工程在500 k V济南变电站安装了CSS-200/1G-BD授时装置。授时单元由北斗原始设备制造商OEM(Original Equipment Manufacturer)板、GPS OEM板、高精度温补晶振、单片CPU微处理器等部分组成。以恒温高精度晶振作为处理器的外部振荡源,通过内部倍频产生处理器时钟信号。采用基于加权最小二乘法的互备授时技术,使输出自动与状态正常的输入信号同步,北斗或GPS只要有1路输入信号正常,授时系统即可正常运转。利用高精度晶振,在2路输入信号均异常时,微处理器可以自行维持授时信号的输出,2 h内误差小于0.5°。
2.4 冗余数据记录单元
可靠的数据记录是PMU的一项重要技术要求。由于PMU要进行100 Hz连续14 d以上的相量数据记录。记录容量一般达到40~60 G,只有硬盘才能满足要求。但是,硬盘为机械旋转器件,长期运行故障率高。本期工程中采用冗余数据记录单元,1套PMU有2个CSS-200/1P设备。它们同时接收CSS-200/1A的数据,分别记录。其中,一个CSS-200/1P负责对外通信和数据记录,另一个只负责数据记录。
3 山东WAMS主站结构和功能
3.1 WAMS主站设备构成
主站为双机双网结构,采用SUN的UNIX服务器,拓扑结构如图2所示。
通信前置服务器接收PMU上送的实时数据,互联服务器接收华北WAMS主站转发的PMU数据。同时兼用于安全I区与能量管理系统EMS(Energy Management System)的通信。实时数据服务器集中通信前置服务器和互联服务器的数据,构造实时数据库,对外提供实时数据服务。历史数据服务器和磁盘阵列保存过期的WAMS数据。
历史数据每100 ms保存一次数据。高级应用服务器从实时数据服务器提取实时数据进行计算分析,结果反馈给历史数据服务器和工作站,同时兼用于安全I区与Web服务器的通信。配置3个工作站,分别负责维护、离线历史数据分析和调度监视。Web服务器位于安全Ⅲ区,对外提供网络浏览服务。
3.2 WAMS主站基本功能
a.动态监视。WAMS以地理图、接线图的方式监视系统运行的广域动态过程。动态监视界面的数据、曲线刷新频率达10 Hz,并充分考虑了界面的易操作性,任一监测点均可弹出实时曲线,且曲线之间可通过鼠标拖拽操作直接合并,方便监视监测点数据的动态变化过程。
系统动态监视界面除具备一般调度监视界面的图形的缩放、移动等一般特点,还具备了WAMS所特有的功角监视界面,用户可方便地通过鼠标操作选择、定义监视画面的相对参考角,通过广域监视界面可浏览到电网的功角分布,功角分布的监视同样支持曲线图显示、曲线合并等功能。
b.在线低频振荡监视。实时监视所选对象,系统发生低频振荡且振荡频率越过门槛值时,可记录并分析扰动数据,同时可通过客户端程序以二维曲线、三维图形显示分析结果。
c.扰动识别。可判别系统中发生的短路、频率越限等故障,监视对象可选择,参数可配置;当选择监视对象,并设置了有效的门槛值时,该功能可触发系统进行可靠的高密度数据记录,为系统分析及模型参数的校核提供详细的动态数据。
d.与能量管理系统(EMS)互联。采用IEC 60870-5-104网络协议实现与EMS互联,为EMS、WAMS综合信息的分析和应用打下了基础,为今后提高山东电网的调度自动化水平,建设实时动态安全分析和在线稳定决策系统创造了有力的基础条件。
e.Web发布。Web与主站平台之间有统一风格的实时界面显示以及同步传输的动态数据和扰动触发数据,实时数据刷新数据可达1次/s,远远快于EMS的数据刷新速率,并且提供了EMS所无法提供的功角数据,实现了在安全Ⅲ区的调度运行Web监视功能。
3.3 动态监测的可视化处理
a.输送功率拓扑着色。在电网地理分布图上以箭头方式显示潮流分布的同时,根据输送功率的大小及设定值,以不同的颜色显示潮流,使得调度员可以直观、方便地判断各潮流输送断面的功率大小,结合WAMS的快速、动态特性,可以提高调度员的处理能力和系统调度效率。
b.相角地理分布监视。相角地理分布是WAMS所特有的信息,在安装PMU装置的厂站地理位置上,显示代表厂站运行状况的相角,整个地理图设定统一的参考相角,运行人员可方便地监视电网各点的运行功角。而且,在监视画面上可通过鼠标直接点击监测点,弹出相应的功角曲线,可方便地监视调度员的动态调节过程或电网的动态运行过程。
c.相角选择策略。山东WAMS经过充分研究和应用开发,实现了各厂站相角的互备及参考角灵活自动切换的方法。按照一定优先级将各厂站母线、主变、线路相角定义为厂站相角,确保了只要有设备在正常运行,功角监视界面的角度即有效。在手动切换模式下,参考角的切换则充分考虑了系统的可操作性特点,只要通过简单的鼠标点击即可实现。
4 运行情况
本期工程2005年12月投入运行,多次成功记录了电网的扰动过程。图3为2006年6月25日捕捉到的一次电网扰动(纵坐标功率P的单位为MW)。在2006年7月1日华中、华北电网振荡中,山东WAMS主站及时启动100 Hz数据记录,完整记录了振荡过程见图4、5(图中为21:00:00:000时刻的情况),及时为调度和运行方式提供了第一手原始资料。事后,主站成功从子站召唤了100 Hz的数据,通过比对,证明了主站和子站数据记录的一致性和系统的可靠性。
5 结语
山东WAMS一期系统的建设已经结束,在未来的系统建设中,将充分结合WAMS的特点以及WAMS、EMS互联的有利条件,进行基于WAMS的相角监测与预警、基于WAMS的关键截面潮流动态监测与预警、动态振荡模式在线监测与预警、调度培训与仿真等内容的研究和开发,使得WAMS发展成为一个能够辅助调度员运行决策的广域动态预警系统。
实时动态监测 篇2
前面在顺序志愿及平行志愿时，我们都有一个预测学校录取分数线的问题，要考虑自己的分数超过学校今年录取线后才有把握被录取。这就是以往志愿咨询专家所做的主要工作，判定某一分数今年能否被某所学校录取。现在，实行实时动态填志愿后，预测学校录取分数线的问题已经解决。再不需要通过专家来预测分数线了。也就是说，学校的录取分数线通过学生实时填报志愿已经可以完全披露出来，你能否被填报的学校录取，通过实时的填报学生的分数、排名及招生计划就可以断定。学生在上网后，决定填报某个学校的某个专业时，他可以实时浏览现在报这所学校、这一专业有多少人，每个人从高到低的分数都是多少，此时他在这些人当中排名如何?他的排名是否在招生计划之内，如果在，那么他就可以选择此学校的此专业。否则，就放弃，寻找自己的分数排名能达到录取线排名之内的学校和专业。在选择后，学生并不是万事大吉，他还要不定时的浏览观察他在填报学校专业中的排名变化情况，如果有更高分数的学生填报了这所学校，将该生的排名挤出招生计划排名之外，这时，他又要重新选择学校和专业，以确保自己的排名又在该校及专业的录取排名之内。直到网上实时动态填志愿结束时，他都要确保自己能够被所选择的学校和专业录取。这样，就可以从根本上保证绝大多数的学生录取到既满意又可能的高校及专业中去。当然，有少数学生因为最后几分种或几秒种被其他高分考生从志愿中挤出，那么，他就可以通过第二次补填志愿的方式确保自己被录取。
所以，实时动态填志愿已经使填报志愿没有任何博弈的成分，真正保证了分数面前人人平等，志愿也实现了真正的回归，使学生真正从自己的志向和愿望出发选择专业和学校，也才使科学的学业规划真正落到了实处。确保自己对未来的专业学习能够有兴趣、有潜力，毕业时学有所成，从而为其顺利就业奠定坚实的能力基础。
[高考填志愿：实时动态填志愿技巧]
实时动态监测 篇3
提升灭火救援现场指挥决策能力的业务需求。在重特大灭火救援灾害现场,需要不断提高灭火救援指挥效率和技战术水平。首先需要指挥人员积累经验和熟练掌握相关专业知识,对不同类型的火灾根据预案或所储备的专业知识进行有针对性的扑救;其次需要灭火救援现场实时数据的有效支撑,指挥员必须及时全面了解现场的所有动态信息,如消防车辆自身运行状况、车辆上装系统运行状况、灭火药剂和车载装备器材使用情况等。尤其在重特大灾害事故现场,多部队、多车辆、多装备都集中在灭火救援现场,现场管理层级复杂,指挥员更需实时掌握现场的所有动态信息,估算灭火救援所需的力量规模,根据瞬息万变的灾害发展,部署灭火救援力量,调派增援部队,为科学决策和合理调度提供科学依据,保证作战指挥的准确性和经济性。
提升战勤保障管理能力的业务需求。消防战斗车辆及车载装备器材在灭火救援行动中有不可替代的巨大作用,是消防部队执行灭火救援任务的基础。消防车底盘运行参数如发动机转数、水温、油耗等,上装系统如水泵转速、进出口压力等参数信息能够全面反映消防车的性能及工作状态,实时监控其工作时的所有关键参数信息并记录,建立每一消防车的运行参数记录,便可以统计出所需要的各项信息,为消防车的性能评价提供最有利的基础数据。消防车生产厂家也可以根据这些数据,发现可能存在的潜在问题,并进行改进。因此,实现车辆自身及上装系统各运行参数的实时监控功能,对合理使用消防车,充分发挥消防车的性能具有巨大的现实意义。
1 灭火救援现场动态信息采集现状
目前,在灭火救援现场,消防车的底盘信息、上装系统的各参数信息只能在本车和本系统内显示,无统一的、科学的、实时的数据采集、记录手段和方式,主要是依靠事后人工统计记录。在重特大火灾现场,火场形势复杂,所有人员的注意力都集中在灭火战斗上,无精力对上述参数信息进行实时准确记录,只能在任务完成后靠回忆进行部分参数信息统计,这种数据的采集记录方式不科学,不能正确反映灭火救援现场的实际情况,数据价值不大,而且这样的信息值不准确,不真实,可能会出现较大的误差。如果依靠这样的数据进行分析,形成的结论与理论也是错误的,导致战评总结缺乏数据依据,给消防部队灭火救援经验积累留下隐患,会造成更大的影响。同时,事后记忆的数据只有总量的信息,没有按照时间建立一个详细的变化数据积累过程记录,对数据挖掘与分析来说是不全面的,数据也是不完整和不健康的。
国内外针对发动机和水泵的研究与监测都是基于试验、出厂前合格监测或者现场故障监测为目的开发完成的,研究的目的和方向不同。此项目研究的重点是研制能够对消防车辆底盘参数及上装系统进行实时监测并实现数据远程传输的装置和系统,国内外在消防车领域还未见相关研究报道。因此,开展灭火救援现场动态信息实时采集的研究具有巨大的社会和经济效益。
2 系统组成
通过对业务及功能进行细颗粒度的分析,按照业务使用操作流程和数据在系统内的流转,系统基本组成如图1所示。
箭头表示业务数据流。车载信息采集与传输装置(以下简称“车载装置”)获取的各类信息有两个流向:一是将所采集的信息通过RS 232接口发送到车载监管软件,在消防车上提供一个可查看本车的所有状态信息的手段,每次不需要到不同的部位查看不同的信息,提高管理与工作效率;二是通过GPRS无线网络将所采集的信息发送到通信服务平台,通信服务平台实现所有车载信息采集与传输装置的接入管理功能,并将所接收到的数据实时更新到数据库中。消防车动态信息监控系统从数据库中实时刷新各项数据,利用动态展现技术实现显示功能并进行相关业务处理,该系统基于B/S架构设计。数据维护平台实现所有基础数据的录入和维护功能。通信服务平台、消防车动态信息监控系统和数据维护平台的操作对象都是数据库,数据库是系统的数据核心,体现其业务上的重要性。
3 系统主要功能
此系统针对目前灭火救援现场无有效、先进、自动的基础数据采集手段的问题,研发车载信息采集与传输装置和车载监管终端,建立消防车全信息动态监控管理系统,实现图像、语音及数据信息的综合展现,为相关业务部门提供基础数据支撑,为科学部署灭火救援力量、准确调派增援力量提供实时、直观、量化的科学依据,实现对灭火救援行动的可视化指挥,实现对消防车及车载装备器材全方位的网络化、动态化和规范化管理。
3.1 数据采集功能
根据业务需求,灭火救援现场动态信息主要包括车辆底盘参数、车辆上装信息、车载装备器材使用信息、随车人员的战斗与返回信息、消防车战斗状态信息、现场音视频信息、现场气象信息、GPS定位信息等8类信息。每类信息通过不同的途径获得,需要使用的采集技术主要有CAN总线技术、RS 485串口技术及RS 232串口技术等。以消防车为载体,需要部署的设备及之间的关系,如图2所示。
车载装置具有不同类型物理数据接口,并能够解析不同类型的数据协议。所监控的数据实时性较高,如车辆底盘参数,以毫秒级发送数据包。因此,该装置必须具有强大的数据接入及分析能力,同时将各类不同数据类型转化为统一格式的数据包,通过公众无线网络发送到通信服务平台。数据采集与转换流程如图3所示。
实现灭火救援现场基础数据的实时采集,还需要在消防车上安装部署其他相关设备,主要有:射频读写器设备、射频电子标签、车载气象站、音视频信息采集设备、GPS终端设备等。
可采集的底盘参数信息有:发动机转速、气压、速度、水温度、机油压力、油量、电量、瞬时油耗、平均油耗、小计油耗、日里程、总里程。还可以采集相关报警提示和操作提示有油压报警、STOP、冷却液温度警报、左转向、右转向、后雾灯指示、电源总开关、蓄电池充电指示、远光、驻车制动指示、驾驶室翻转警报、轮间差速器指示、变速箱故障警报、变速箱油温警报、冷却液液位警报、制动系统故障警报、ABS指示、ASR指示、灯具故障警报、取力器工作指示、轴间差速器指示、燃油滤清器堵塞警报、空气滤清器堵塞警报、辅助制动指示等。
可采集的上装信息参数有:水泵出口压力、水泵入口压力、水流量、水罐液位、泡沫流量、泡沫液位、泡沫比例、干粉容量、干粉罐压力、二氧化碳压力及容量,以及举升高度等信息。
可采集的车载装备器材信息有:“使用”和“未使用”的状态信息。
可采集的随车战斗人员状态信息有:“离车”和“返回”的状态信息。
可采集的现场气象信息有:大气温度、大气湿度、大气压力、风向、风速等。
可采集的GPS定位信息有:X坐标、Y坐标、速度、高度、角度等。
可采集的车辆状态信息有:备勤、出动、途中、到场、出水、停水、返队、驻防、运水、训练、加油、试车、验收、公务等。
3.2 数据展现功能
所采集的所有实时数据有两种展现方式,在现场通过车载监管终端展现,在监控中心通过消防车动态信息监控系统实现。车载监管终端通过文字信息显示,消防车动态信息监控系统通过可视化的监控手段展现各类信息,该系统功能架构如图4所示。
3.3 统计分析功能
系统实时接收并存储所有的监测数据,实时展现是其中的一个功能,更重要的是对所有的基础数据进行统计分析,可以得出不同类型火灾火势规模与灭火药剂、装备器材使用的基本关系,总结形成相关的理论。在日常的培训中,现场指挥员可以参考这些理论与模型,对火场力量进行估算,保证合理有针对性地调度战斗力量,而不是无论什么样的火灾,都是调集全部力量,造成战斗资源的浪费,也不能发挥每一战斗力量单元或者消防车的最大效能。同时,根据这些基础数据可以制定不同的预案,保证预案的制定和设计更加科学合理,基于这样的预案进行培训与训练,作战时就会做到心中有数,合理扑救。统计分析功能逻辑如图5所示。
3.4 数据接入功能
通信服务平台是上层应用系统与下层车载装置之间的纽带,实现数据接入功能,实时分析处理所接收的数据信息,并写入数据库中,为消防车动态监控系统实现信息展现、查询与统计分析提供基础数据支持。同时,从数据库中读取需要下达给车载装置的控制命令,如设备参数修改、警情信息及调度指令等。部署系统前,需要为该平台分配一个固定的公网IP地址,使得能够接收车载装置通过公网发送的数据信息。功能组成如图6所示。
3.5 数据维护功能
数据维护平台实现系统所有基础数据的维护录入管理功能,系统功能架构如图7所示。系统按照功能划分12个功能模块,每一功能模块完成一类信息的数据维护功能,主要是基于数据库完成增、删、改、查的数据管理操作。数据维护平台基于B/S架构,为使用者分配一定的权限,通过IE浏览器在远程或者本地都可以实现数据维护的功能。
4 结 论
系统基于多种通信接口实现多种信息采集功能,解决了目前我国消防部队在灭火救援现场无科学准确基础数据采集的问题,为装备管理及作战指挥提供了先进的监控手段。创新消防车全信息监控在装备管理及作战指挥上的应用,创新使用基于B/S架构的动态信息可视化展现技术。应用该系统可为灭火救援现场指挥调度及灭火药剂用量建模分析提供基础数据支撑,具有广阔的应用前景。
摘要：介绍了灭火救援现场动态信息采集现状。建立灭火救援现场动态信息实时监测系统,在灭火救援现场以消防车为核心,通过CAN总线、RS 485和RS 232串口等信息采集技术,实现消防车车辆底盘信息、上装信息及车载装备器材使用信息等的实时采集、远程传输及监控管理的功能,论述了系统组成及主要功能。
关键词：灭火救援,信息采集,远程监控
参考文献
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实时动态监测 篇4
大跨度桥梁结构的变形历来是桥梁设计者和桥梁运营、管理、维护部门关注的重点,结构在车辆、环境、甚至特殊事件(如台风、地震、船撞等)作用下会产生一定的变形或位移,如果位移较大,将导致车辆无法正常行驶,严重者甚至会影响结构自身的安全,对结构造成损伤[1]:日本明石海峡大桥在60 m/s风速下加劲梁侧移3 m;美国金门大桥1951年遭受4 h的连续旋风,加劲梁竖向振幅达3.3 m;香港青马大桥在85 m/s风速下加劲梁侧移达4.7 m。同样,随着结构运营年限的增加,交通流量的增大,桥梁的使用功能也会日益退化,因此带来的安全问题越显重要:1967-02横跨美国俄亥俄河上的银桥突然倒塌,造成46人死于非命;1994-10韩国汉城发生了横跨汉江的圣水大桥中央断塌50 m,造成死亡32人的重大事故。因风致振动而导致大跨度桥梁全桥或部分被毁者也时有发生:1940年完工的主跨853 m的塔可马大桥只使用了3个月便在19 m/s的风速下发生了塌桥事故;1951年主跨l 280 m的金门大桥于风速25~30 m/s时因振动而造成了桥体的部分损坏等。因此,对大跨桥梁结构进行变形状态的综合监测,一方面能够及时发现病害并采取相应的维修养护措施,节省桥梁的维修费用,避免因结构毁坏关闭交通引起的重大经济损失和不良的社会影响,另一方面,也为桥梁结构的设计及改进提供有力的科学依据。
2 大跨桥梁的变形监测
目前,对于大跨径桥梁结构的变形监测主要有传统的位移传感器测试法、加速度传感器测试法、激光干涉仪法、全站仪法以及近年来在大跨桥梁中应用较多的GPS监测法[2]。
2.1 传统方法
2.1.1 位移传感器
位移传感器测试法是一种接触式测试法,测试设备一端应安装在被测物体外的固定点上,测试精度很高,可以达到0.1 mm,但一般只能实现单向变形测量。目前大多应用在大跨径桥梁上用于主梁端部纵向变形的监测。江阴大桥主梁端部的纵向变形监测就采用了位移传感器。
2.1.2 加速度传感器
加速度传感器测量法是一种比较经典的通过振动测试来进行结构变形测试的方法,将加速度传感器测量值经过2次积分得到相关位置的位移变化值。但其本身测试误差大,量程范围有限,且长时间连续观测容易出现零点漂移,另外需要长导线连接,从而增加测量噪声,因此目前在大跨桥梁监测中已很少采用。江阴大桥结构健康监测系统中对于主梁的竖向和横向振动特性监测就采用了加速度传感器法。
2.1.3 激光干涉仪
激光干涉仪法是一种测定监测点到基准点间距离变化量的方法。它需要将反射装置安置在监测点上,观测距离变化与时间的关系值,通过进一步的分析可以得到位移变化主频率和相应的振幅。这种方法具有精度高的优点,但是当结构物的摇晃或震动较大时很难跟踪目标,且一般只进行定期的检测,较少用于长期监测。
2.1.4 全站仪
全站仪由电子经纬仪、光电测距仪和微处理机组成,它可在测站上同时测角和测距,并能自动计算出待定点的坐标和高程,仪器安置一次便可完成测站上的全部测量工作,且测量精度较高。特别是最近推出的直接反射型全站仪,无需在测点布设反射棱镜,对于测定难以企及或者其他仪器不可能测量的点十分适用。但对于多点测量时需要采用巡扫方式,多个测点的测量时间较长,难以实现各点实时同步监控,另外激光受大气影响大,在恶劣天气测量困难。江阴大桥原有安全监测系统中对于主梁变形的监测就采用了全站仪进行多点的巡扫测量方式。
2.2 GPS技术
GPS(Global Position System)全球定位系统[2]是一种新的测量技术。近年来,随着GPS接收机技术和软件处理技术尤其是GPS卫星信号解算精度的提高,可以实现实时、高动态、高精度位移测量,为大型结构物的实时安全监测提供了条件。
2.2.1 监测原理
通过同时接收至少4颗GPS卫星信号,测定卫星到接收机的距离,实现定位。进一步利用载波相位进行定位,提高定位精度,即将1台接收机安装在一个已知坐标的固定点(基准站)上,在待测点(监测站)上安装接收机,将基准站接收的GPS卫星信号,和监测站接收的信号进行差分处理,得到高精度的定位结果,实现全球定位。
2.2.2 系统组成
GPS监测系统一般由基准站、监测站、通信系统和监控中心组成[3]。位于基准站上的接收机跟踪其视场内的所有卫星,监测站的接收机同时接收相同卫星的信号;通过通信系统以一定的采用频率(如1 Hz)实时地将基准站接收机获得的卫星信息传输到监测站。在监测站,接收来自卫星的信号和来自基准站的信号,采用GPS软件进行实时差分处理,得到监测站的三维坐标,并以一定的采样频率发送到监控中心。监控中心接收各监测点的监测结果,并通过数据处理软件作进一步处理与分析,得到结构物在特定方向上的位移、转角等参数。
2.2.3 桥梁应用
GPS监测技术在国内大跨桥梁上比较成功的应用可以追溯到1999年江阴大桥竣工荷载试验中的变形监测以及第一个采用GPS技术用于大桥实时变形监测的香港青马大桥,此后,随着GPS-RTK技术的日趋成熟,特别是其具有全自动、全天候、连续、实时、高精度等优点,GPS技术越来越多得在大跨径桥梁的变形监测得以成熟应用,如:虎门大桥、江阴大桥、东营黄河大桥、润扬大桥等。
3 江阴大桥GPS桥形在线监测系统
3.1 系统目的
江阴长江公路大桥是我国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥,主跨1 385 m,是我国20世纪末建成的最大悬索桥。2004年江阴大桥进行结构健康监测系统的升级改造,主梁线形和桥塔位移监测采用GPS方案,并要求实现实时动态监测[4]。
建立江阴大桥三维实时动态变形监控系统的目的主要是:(1)对大桥三维动态变形(竖向、横向、纵向)进行长期的实时性监测,获取大桥在各种荷载作用下的线形变化;(2)直观了解台风、地震、偏载、特种运输等特殊荷载下的结构响应,判断结构运营的安全性;(3)根据设定的安全参数建立多级报警系统,以可视化的三维动态形式及时了解和掌握大桥在各种条件下的工作状况,实现结构危险性、评价和预警的动态分析。
GPS具有全天候作业的优势,因此利用此系统可以实时同步地监测桥梁各监测点的形变位移。
3.2 系统组成
GPS桥形在线监测系统是整个江阴大桥结构健康监测系统中相对独立的一个子系统,用以实时监测结构主梁和主塔的形变。系统由1个基准站和8个监测站通过光纤网络串接组成,并通过数据采集、处理以及三维动态显示等软件实现结构变形的实时监测和分析,为大桥的管理和维护提供了科学的依据。
3.2.1 基准站布置
基准站作为基线的起算点,需为监测站提供精确的位置和地方转换参数,因此基准站必须建立在稳定的位置。考虑到大桥管理中心大楼已建成数年,沉降已趋于稳定,因此,基准站天线设立在大桥管理中心大楼顶部,同时,通过定期观测大楼的沉降对基准站参数进行修正。
3.2.2 监测站布置
根据监测位置的不同,监测站分为塔顶站和桥面站。塔顶站位于主塔上横梁的中间位置,桥面站分别位于主梁1/4、1/2和3/4断面的两侧(见图1)。
3.2.3 通讯与供电
系统由9台双频GPS接收机构成,每1台接收机通过一条双向通讯线路(光纤)连接到PC GPS Spider服务器,并通过主梁和桥塔内部的不间断供电系统为接收机提供安全和永久的供电。
3.2.4 软件组成
系统软件主要由3部分组成:参考站软件(Spider软件,进行GPS系统设置以及原始数据的采集和存贮,见图2)、后处理软件(Bridge Monitoring软件,主要实现GPS坐标和桥梁坐标的数据转换以及桥梁监测形变数据的显示、存储和统计功能)、三维动态显示软件(实现桥梁三维图像的动态显示,见图3)。
3.3 数据分析
3.3.1 主梁竖向变形的适用性分析
对于大跨度钢结构桥梁,其结构的竖向变形主要由温度荷载和车辆荷载引起,因此,对结构运营过程中在不同温度状态下的竖向变形进行了统计分析(见图4、图5),并结合设计要求设置了结构竖向变形的黄、澄、红3级报警线。其中黄色报警值=不同温度下的结构高程值,并考虑0.95的置信水平下限值-荷载试验结构最大下挠值;橙色报警值=不同温度下的结构高程值,并考虑0.95的置信水平上限值-荷载试验结构最大下挠值;红色报警值=计算最不利荷载组合(已考虑温度、荷载等多种因素)下的结构高程值。
3.3.2 主梁横向变形与风场特性的相关性分析
大跨径桥梁在风荷载作用下的变形是桥梁设计时的一个重要考虑因素。目前,桥梁变形与风荷载之间尚未有普遍接受的相关性模型。桥梁设计阶段,风荷载引起的桥梁变形一般通过结构抗风能力分析和风洞试验确定,但其均是基于离大桥较远的气象站所收集的风结构资料所确定的,由于桥址和气象站所处位置有高度和体形上的差别,加之悬吊体系桥梁对风振敏感性较强,因此,根据实测的主梁GPS测点坐标数据和风速数据建立主梁准静态横向位移与横向平均风速的相关性模型可实现对主梁运营期间横向变形的安全评价:首先计算GPS测点坐标和风速的10 min均值,并通过比较它们的日波动曲线初步分析它们之间的相关性,然后,采用线性回归方法建立两者的相关性模型(见图6),同时,该模型也可用于预测极限风速下江阴大桥的准静态横向位移,以了解江阴大桥在可能出现的极端事件下的响应。
3.3.3 基于GPS技术的结构模态分析技术探索
江阴大桥结构健康监测系统中GPS数据的采样频率为1 Hz,并可实现最大10 Hz采样,另外考虑到GPS数据采集的同步性较好,因此,进行了基于GPS技术的结构模态分析技术的探索与尝试(见图7),并与振动监测系统分析的结果进行了比对和验证(见表1),充分证实了采用GPS进行结构模态特征分析的可行性。
注:GPS2y表示2#GPS测点水平向,GPS2z表示2#GPS测点竖向。
4 结语
随着技术的发展和成熟,GPS以它实时性好、高动态性、高精度以及受外界环境影响小的优势正越来越多得在大跨桥梁结构的变形监测中取得了成功应用。
江阴大桥通过建立GPS监测系统实现了对大桥三维动态变形(竖向、横向、纵向)的长期的、实时的监测,获取了大桥在各种荷载作用下的线形变化,并通过进行包括变形与温度、与风场特性等的相关性分析,设置了结构变形的报警参数,实现了对结构整体变形的运营安全预警和评价。
参考文献
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实时动态监测 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
收集2013年5月—2014年12月,该院住院的糖尿病患者132例,均为2型糖尿病(T2DM),排除不配合饮食运动治疗者,合并严重糖尿病急性并发症或者严重慢性并发症者,合并肝肾功能障碍、严重心功能不全、脑梗塞以及脑出血者;合并严重感染以及应激状态者;合并皮质醇增多症、甲亢等对糖代谢有影响者;具有激素代谢治疗史以及全身性糖皮质激素治疗史者,妊娠期以及哺乳期女性。其中,男71例,女61例,年龄45～84(66.32±2.31)岁;病程4～28(13.55±6.92)年。患者按照随机数字表法分为A、B、C、D四组,各33例,四组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。
1.2 方法
1.2.1 基础治疗
患者入组后均接受统一DM教育,并严格执行DM饮食疗法以及运动疗法。入院第1天的均常规监测肝肾功能、血脂、血糖、CRP及HbAlc水平。
1.2.2 降糖治疗与血糖监测
A组:应用胰岛素泵予以门冬胰岛素持续静脉泵注,初始剂量为0.4～0.6 U/(kg·d),基础剂量为50%分配于全天24 h,餐前剂量为50%分为三餐前5 min追加。安装胰岛素泵以后,开启CGMS功能,治疗第1天进行4次输入校对患者的指血值,设置3.9 mmol/L为低血糖报警指示;第1天高血糖报警指示为16.9 mmol/L,第2天为13.9 mmol/L,第3天及以后为11.1 mmol/L。密切观察患高低血糖变化趋势,如出现低血糖报警予以适当进食,如出现高血糖则追加胰岛素。治疗期间,每天清晨8:00应用Carelink软件进行数据下载,分析数据波动趋势调整胰岛素用量。
B组:分别于早餐、午餐及晚餐前即刻,予以门冬胰岛素皮下注射,睡前予以甘精胰岛素皮下注射1次,初始剂量为0.2 IU/(kg·d)。采用血糖检测仪检测早餐、中餐及晚餐前、餐后2 h血糖水平以及睡前血糖水平,共7次/d。
C组:常规安装胰岛素泵,予以门冬胰岛素持续静脉泵注,剂量同A组。采用血糖检测仪检测早餐、中餐及晚餐前、餐后2 h血糖水平以及睡前血糖水平,共7次/d。
D组:安装胰岛素泵并佩戴回顾性CGMS检测血糖变化,操作方法同A组。安装胰岛素泵以后,开启CGMS功能,治疗第1天进行4次输入校对患者的指血值,并于每天清晨8:00应用应用CGMS配套软件狭窄血糖图,分析血糖变化情况,并合理调整胰岛素用量。
1.3 观察指标
统计各组治疗前及治疗7 d的后的空腹血糖(FPG)、餐后血糖(PBG)、糖化血红蛋白(HbAlc)、日内平均血糖(MBG)以及平均血糖漂移幅度(MAGE),记录各组血糖达标时间及低血糖事件发生情况。以血糖浓度<2.75 mmol/L诊断为低血糖。
1.4 统计方法
数据以统计学软件SPSS 18.0分析,以表示计量资料,经t检验;以率(%)表示计数资料,经χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。
注:与其它各组比较,PA<0.05;与A、D组比较,Pb<0.05;B组与C组比较,Pc<0.05。
2 结果
2.1 各组治疗3 d后血糖波动情况比较
各组治疗后FBG、PBG、MBG、HbAlc均显著降低(P<0.05),且A、D组显著低于B、C组,A、B组间FBG、PBG及MBG差异无统计学意义(P>0.05),但HbAlc显著低于D组(P<0.05);A组MAGE显著低于B、C、D组,且D组显著低于B、C组(P<0.05);C组各项指标均低于B组,但仅HbAlc差异有统计学意义(P<0.05),其余指标差异无统计学意义(P>0.05),详见表1。
2.2 各组血糖达标时间比较
A组血糖达标时间(7.21±1.24)d,B组(9.84±2.21)d,C组(9.41±2.26)d,D组(8.01±1.35)d。A组的达标时间显著短于其余各组,且D组短于B、C组(P<0.05),B、C组间差异无统计学意义(P>0.05)。
2.3 各组低血糖发生情况比较
A组共2例发生5次低血糖,平均(0.15:±:0.03)次/例;B组12例51次发生低血糖,平均(1.54±0.36)次/例;C组10例32次发生低血糖,平均(0.97±0.14)次/例;D组5例19次低血糖,平均(0.56±0.32)次/例。A组的低血糖发生率及人均低血糖发生次数均显著低于其余各组,且D组显著低于B、C组(P<0.05)。
3 讨论
糖尿病的治疗目的是维持血糖稳定,血糖控制强调精细调节和平稳降低,在控制血糖水平的同时,减少低血糖发生风险。此外,血糖水平与大血管以及微血管并发症的发生及发展均具有密切相关性[2]。因此,严格血糖水平对于延缓或减少糖尿病并发症的发生具有重要意义。
胰岛素强化治疗是目前临床治疗糖尿病的主要手段,主要包括每日多次注射(MDI)和胰岛素泵治疗(CSII)。在MDI治疗过程中,血糖波动较为明显,糖化达标率低,往往容易诱发低血糖。应用CSⅡ能够较好地模拟人体胰腺持续基础分泌以及进食状态下的脉冲式释放,从而使得胰岛素的释放更加符合人体生理特征。予以24 h胰岛素基础剂量持续泵注,能够有效抑制肝糖的生成,维持两餐间与夜间血糖平稳地下降;在三餐前予以追加剂量,能够控制餐后发生血糖高峰,更有利于获得稳定的血糖水平[3]。但每日6～8次指尖血进行血糖水平检测,无法反映患者的全天血糖波动情况,且将增加患者的痛苦。CSII与CGMS联合应用(即2C方案)目前已被广泛应用于临床,能够较好地控制血糖水平,并可精确监测血糖变化。但2C方案仍无法避免其回顾性的时效性差等缺点,仍无法动态评估即时血糖水平及其变化趋势[4]。而3C方案在2C方案的基础上增加CareLink,能够整合多种信息进行糖尿病综合管理,可即时反映患者的血糖水平、血糖波动及其变化趋势,从而预测高低血糖发生风险,指导临床适时调整治疗计划,提高临床疗效[5]。该研究结果显示,四组在治疗后FBG、PBG、MBG、HbAlc均显著降低,且A、D组显著低于B、D组。提示CGMS的应用能够更好地控制血糖水平。同时,A、D组间PBG、MBG虽无明显差异,但A组治疗后HbAlc水平显著低于D组,提示3C疗法较2C疗法能够更好地提高糖化达标效果。A组的MAGE显著低于其余各组,认为3C疗法能够更严格、平稳地控制血糖水平,降低血糖的波动性。此外,A组的血糖达标时间也较其余各组显著缩短,低血糖发生方面较其余各组显著降低。进一步证实,3C方案在血糖达标天数、控制血糖水平以及减少低血糖发生风险方面具有明显优势。
综上所述,实时动态血糖监测系统应用于糖尿病的治疗能够提高血糖控制效果,降低血糖波动性以及低血糖发生风险,从而更为精确、稳定、持久地控制血糖水平,有利于改善临床预后及患者的生活质量,值得推广应用。
摘要：目的 探讨实时动态血糖监测系统(3C疗法)对于降低糖尿病低血糖风险的效果。方法 2013年5月—2014年12月收治的132例糖尿病患者随机分为四组:A组:CGM+CSII+CareLink治疗,B组:分次胰岛素注射(MDI)+血糖谱测定,C组:胰岛素泵(CSII)+血糖谱测定,D组:胰岛素泵(CSII)+CGMS,每组33例。比较四组的降糖效果与低血糖发生率。结果 治疗后,A、D组FBG、PBG、MBG、HbAlc均显著低于B、C组(P<0.05),且A与D组、B与C组间差异无统计学意义(P>0.05);A组的HbAlc及MAGE显著低于其余各组,血糖达标时间较其余各组显著缩短(P<0.05);A组低血糖事件显著少于B、C、D组(P<0.05)。结论 实时动态血糖监测系统应用于糖尿病的临床治疗可显著降低血糖水平,并减少血糖波动以及低血糖发生风险,值得在临床中推广应用。
关键词：低血糖,糖尿病,动态血糖监测,血糖波动
参考文献
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实时动态监测 篇6
20 世纪90 年代以来同步相量测量(Phasor Measurement Unit,PMU)技术的出现,为电网的动态监视和事故分析提供了一种新技术实现方案的可能。PMU主要特点在于信息的实时性(25~100 帧/s)和带有GPS时钟同步标识[1],由此,对于电网运行的应用提升带来很大的想象空间。以PMU为应用标志的广域测量在国内外电网中得到了不同类型的试点应用[2,3,4,5,6,7],随着现代化大电网技术的发展,基于PMU技术的动态监视、控制系统的研究已成为电网实时动态安全分析、控制技术领域的发展热点。目前我国投入电网运行的PMU装置已超过2 500套,成为世界上安装PMU装置最多的国家。 我国已在各网省电力调度中心建立了WAMS系统, 2003 年前后,国调、华北、东北、华东、西北、南方、江苏、广东等电网相继建成了完整的WAMS系统,实现了利用PMU信息的电网动态监视[8,9,10]、 电网低频振荡监视与分析[11,12]、电网扰动识别[13,14](事故后分析)、发电厂一次调频评价[15]、电力系统模型和参数校核等功能。
随着PMU装置的大量接入、WAMS系统的建立和推广,WAMS系统相关标准化工作也陆续展开,2003 年3 月我国国家电力调度中心颁布了《电力系统实时动态监测(控制)系统技术规范》(试行版),2004 年10 月完成了第一次修订,为了规范电力行业对PMU子站、WAMS主站的技术要求,相继开展了一系列标准的制定,主站系统检测方面的工作也在紧锣密鼓地开展。
WAMS系统在实际电网已开始大量投运,相关的检测工作也已经启动,但相对应的评估工作,在实际电网应用以及相关期刊杂志等文献资料都没有看到相关的报道,当前WAMS主站系统的实用化情况,各软硬件性能如何尚没有对应的方法对其进行评估。本文根据当前WAMS主站系统的实用化程度,设计了对主站系统的三个层次的检测评估方法, 对主站系统软硬件及应用软件的功能和性能进行评估,给出一个量化评价指标,以反映主站系统的稳定性、功能和性能。
1 WAMS主站系统
我国各网省调一般都安装了WAMS系统,其一般配置如图1所示。基于PMU同步相量采集技术的WAMS系统主要由三部分组成:现场PMU数据采集部分或数据汇集器(PDC);基于电力通信网络的信息传输部分;电网调度端的主站数据处理和应用部分。这三个环节构成了同步相量信息采集、传输、 处理和应用的完整过程。
2 WAMS主站系统检测评估总体思路
立足实用化的角度设计了WAMS主站系统测试评估方案,对测试内容进行分类包括系统基本硬件、系统软件基本功能、系统应用功能,采用从三个层次逐一推进的测试评估思路(图2),评估步骤如下:
1)WAMS主站系统硬件评估,对WAMS主站系统的主要硬件及环境进行检测评估,判断当前硬件条件是否能够支撑WAMS主站系统运转,满足检测条件。
2)WMAS主站系统软件基本功能性能评估, 检测系统软件基本功能,并对软件基本功能及性能进行评估,以保证主站系统的可用性和稳定性。
3)系统应用功能性能评估,对WAMS系统的应用功能以及性能进行评估,包括功能完备性、计算速度、计算精度等,以判断主站系统的实用化水平。
4)WAMS系统总体评估方法,考虑以上三方面评估内容之间的关系,设计WAMS系统总体评估方案。
5)通过对WAMS主站系统进行连续测试评估, 得出某一时间段主站系统的软硬件及应用功能的性能水平,以及整个系统的稳定性。
3 WAMS主站系统评估方法
(1)系统硬件评估方法
系统硬件是WAMS主站系统能够正常运行的基石,同时硬件性能和所处环境都是制约整个系统性能发挥的因素。
基本系统硬件包括前置机、数据采集服务器、 实时应用服务器、历史数据服务器、图形监视工作站、电源等,基本系统硬件是主站系统不可或缺的设备。影响硬件使用寿命和性能的因素包括温度、 湿度、大气压、是否有爆炸危险、是否有腐蚀性气体及导电尘埃、是否有严重霉菌、无剧烈震动冲击源;计算机机房符合GB/T 2887-2000《电子计算机场地通用规范》的规定;交流电源满足要求;不间断电源满足要求等。
基本系统硬件集合为
影响因子集合为
设计评估函数为
其中
式(1)~式(6)中:devi=1 表示存在,devi=0 表示缺失;inll=1 表示适合系统硬件运转,inll=0 表示不适合系统硬件运转;λdev为系统硬件权重; λinl为影响因素权重;ase1为系统硬件层评估结果。
(2)系统软件基本功能性能评估
把WAMS主站系统必备的基本系统功能作为系统评估的第二层内容,其建立在第一层系统硬件基础之上,又作为后续其他系统功能和应用功能的必备条件,主要包括数据采集、数据通信、数据处理与运算、数据存储与管理、图形功能等。基本系统功能的性能指标包括系统响应时间、主站负荷率、 数据误差、系统权限管理等。
基本系统软件功能集合为
对应各性能指标集合为
评估函数为
其中
式(7)~式(12)中:sysb1=1表示存在,sysb1=0 表示缺失;perb1=1表示性能指标在系统技术要求范围内,perb1=0 表示性能指标不在系统技术要求范围内;λsysb为基本系统软件权重;λperb为基本系统功能性能指标权重;ase2为系统软件基本功能层评估。
(3)系统应用功能性能评估方法
其他必备系统功能包括告警、制表与打印、通信监视功能、动态监视功能、远程维护及故障诊断功能等,必备应用功能包括低频振荡监视与分析、电网扰动识别、发电机一次调频评价、电力系统模型和参数校核。对应应用功能指标包括振荡频率计算误差要求、低频振荡报警正确率、电网扰动报警正确率、发电机一次调频正确识别率、一次调频分析结果能够保存的时间、电力系统模型和参数辨识的正确率,各应用功能的稳定性、容错性和计算效率等。
系统应用功能集合为
对应的性能指标集合为
评估函数
其中
式(13)~式(18)中:appi=1 表示具备此功能, appi=0 表示不具备此功能。peral=1 表示性能指标满足系统技术指标要求,peral=0 表示性能指标不满足技术指标要求;λapp为系统应用功能权重;λpera为对应性能指标权重。式(16)中的appperaÎ为性能指标peral对应的应用功能;ase3为其他系统功能和应用功能性能的评估结果。
(4)WAMS主站系统整体评估方法
考虑系统硬件、系统软件和应用软件的评估,设计WAMS主站系统的整体评估方法,以能够正确评价当前系统所处状态和性能水平。
单次评估函数为
式(19)中,asewams为WAMS主站系统总体评估结果。
(5)WAMS主站系统连续评估方法
为了评估WAMS主站系统某时间对的稳定性和可靠性,对应连续检测设计了多次评估方法。
系统硬件多次评估函数为
系统软件多次评估函数为
系统应用软件多次评估函数为
WAMS系统多次评估函数为
式(20)~式(23)中:prodev表征某时间段系统硬件设备的可用率和性能;prosys表征了某时间段系统基本功能的可用率和性能;aveapp表征了某时间段系统应用的功能性能水平;avewams是对某时间段WAMS系统正常运转时整体性能的评价;k为第k次评估。
4 结果评价
评估方法从三个层次对主站系统进行评估,每个层次评估值都为[0,1]范围的值,主站系统整体评估值为[0,3]范围的值,
考虑当前WAMS主站系统还处在初级阶段,基本系统硬件和基本系统软件两个层次以系统的完备性为主,因此可设置上文中λdev、λsysb分别为0.8, λinl、λperb分别为0.2;考虑WAMS系统最终还需落实到应用,因此在系统应用层应提高应用软件性能所占的比重,可设置λapp为0.5、λpera为0.5。
随着系统的发展可以逐步提高系统软硬件性能和应用软件性能的权重,以增加评估值对性能指标的灵敏度,以真实反映主站系统的真实运行状态。
从系统的完备性和性能水平的优劣可以设定优、良、中、差4 个级别,详见表1。
5 算例分析
以某WAMS主站系统为例进行评估分析,以测试其运行水平。基本系统硬件前置机、数据采集服务器、实时应用服务器、历史数据服务器、图形监视工作站、电源等都已安装,基本系统软件功能也都应有尽有。
各评估内容的权重即采用上文中设定的值(根据系统的特点或发展情况,可对权重进行调整),对系统运行的20 个运行状态进行评估仿真,分别把基本系统硬件层、基本系统软件层、系统应用软件层和系统整体评估的评估结果示于图3~图6。基本系统硬件和基本系统软件都已安装且运行正常,连续平均评估值分别为0.894 0、0.897 5,由图5 知应用软件性能较差,平均评估值为0.815 6。系统整体平均评估值为2.607 1。系统第7 个运行状态的评估值为0,因为实时应用服务器暂停工作,作为基本系统硬件,且是系统软件及应用软件正常运转的基础, 因此导致各层评估值均为0。通过三个层次的评估以及系统整体评估,不仅可以了解系统整体运行水平和性能,可以详细了解系统的不同层次的运行状态。
6 结论
实时动态监测 篇7
目前, 人们对紫外线 (Ultra Violet Ray, UVR) 的危害已形成共识, 人类长期暴露于紫外线辐射之中, 可能对皮肤、眼睛和免疫系统造成实际的和持续的影响[1]。通过“中国知网”跨库检索1979~2010年“紫外线”数据库, 共有文章2973篇, 其中1994~2010年涉及紫外线辐射损伤的文章有99篇。紫外线对眼睛的伤害主要是引起急性角膜炎和结膜炎、慢性白内障等眼疾, 而对皮肤的影响则会引起肌肤提前衰老, 如角质过厚、表皮粗糙、有皱纹和斑点、肌肉松弛或下垂;射线照射过量, 可能会引起细胞DNA突变, 导致皮肤癌, 国际癌症研究署已经确认UVR是一个完全的致癌因子[2]。为此, 世界各国的科学家都提醒人们, 应该十分注意紫外线辐射对人体的危害并采取必要的预防措施。
UVR的波长范围为100~400 nm, 一般分为3个波段, 即UVA (315~400 nm) 、UVB (280~315 nm) 和UVC (100~280 nm) [3], 3个波段的紫外线均有各自特点。根据紫外线的特性, 人们充分利用紫外线的生物效应, 在医疗机构、宾馆、饭店、学校、幼儿园将紫外线用于室内空气和物体表面消毒, 紫外线辐射消毒有良好的作用, 且具有使用方便、作用快速、经济实用、无残留污染、无毒副作用等优点[4]。
2002年版中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》[5]明确指出了“紫外线灭菌法”的定义、消毒原理及效果验证。紫外线灭菌法是指用紫外线 (能量) 照射杀灭微生物的方法, 紫外线不仅能使核酸蛋白变性, 而且能使空气中氧气产生微量臭氧, 从而达到共同杀菌作用。用于紫外线灭菌的波长一般为200~300 nm, 灭菌用最强的为254 nm。该方法适于照射物体表面灭菌、无菌室空气及蒸馏水的灭菌。
消毒效果验证则采用了细菌培养的方法, 虽然准确, 但属于事后评价, 且时间长, 使用较少。《消毒技术规范》要求主要采用检测紫外线强度的方法, 以保证消毒效果。紫外线灯管辐射强度检测, 是保证医院消毒效果的重要工作环节, 关系到医院隐性质量[6]。
目前, 医院对紫外线强度的检测方法主要有两类:物理学检测方法, 即使用紫外线强度测定仪;生物学检测方法, 即采用载体 (试纸) 检测。但两类方法均存在以下缺陷: (1) 检测的同时, 检测人员即受到辐射危害, 无良好的防护措施致使监测人员的眼睛、皮肤受到不同程度损伤[7]; (2) 检测数据的重复性差, 生物学检测方法还只是停留在定性的水平; (3) 检测具有局限性, 还没有做到对所有消毒房间的紫外线进行全面实时监测; (4) 紫外线光源通常用紫外辐照计测量某一表面的辐射照度 (W/m2) 来表示紫外线光源的紫外线强度大小, 而在空气杀菌方面的应用, 更重要的是要知道紫外线光源外空间一定范围, 甚至整个空间紫外线辐射的强度大小。
虽然有很多业内外人士对上述缺陷也进行了各种研究和改进, 但均没有彻底解决上述问题。
本课题对消毒过程中存在的问题, 在当前缺乏理想的测量紫外线消毒灯的杀菌紫外线输出能量的情况下[8], 设计了医用紫外线消毒无损伤实时监测和动态管理系统。该系统可确保空气消毒质量, 减少交叉感染, 又可节约大量资金。对确保广大医务人员和病患免受辐射伤害和整个医院的紫外线消毒的有效实行和管理具有重要意义。
1 方案设计依据
本系统依据中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》, 2002年版第3.1.4紫外线消毒规范设计。
1.1 照射剂量和时间
不同种类的微生物对紫外线的敏感性不同, 用紫外线消毒时必须使用照射剂量达到杀灭目标微生物所需的照射剂量。杀灭一般细菌繁殖体时, 应使照射剂量达到10000μW·s/cm2;杀灭细菌芽孢时应达到100000μW·s/cm2。病毒对紫外线的抵抗力介于细菌繁殖体和芽胞之间, 真菌孢子的抵抗力比细菌芽孢更强, 有时需要照射到600000μW·s/cm2。但一般致病性真菌对紫外线的抵抗力比细菌芽胞弱, 在消毒的目标微生物不详时, 照射剂量应≥100000μW·s/cm2。辐照剂量是所用紫外线灯在照射物品表面处的辐照强度和照射时间的乘积。
1.2 对室内空气的消毒
1.2.1 间接照射法
首选高强度紫外线空气消毒器, 不仅消毒效果可靠, 而且可在室内有人活动时使用, 一般开机消毒30 min即可达到消毒合格。
1.2.2 直接照射法
在室内无人条件下, 可采取紫外线灯悬吊式或移动式直接照射。采用室内悬吊式紫外线消毒装置时, 室内安装紫外线消毒灯 (30 W紫外灯, 在1.0 m处的强度>70μW/cm2) 的数量为平均每m3≥1.5 W, 照射时间≥30 min。
紫外线对细菌和病毒的杀灭与紫外线照射剂量有关, 照射剂量=照射时间 (s) ×照射强度 (μW/cm2) 。照射剂量理论上一般设计要求>30000μW·/cm2, 如果紫外线强度低, 只要时间长, 可与强度稍高时达到同样的效果, 如果在时间不允许的情况下, 需选择高强度大功率的紫外线灯。一般情况各种细菌和病毒所需杀灭的照射剂量不同, 在被杀灭点测出照射强度就可计算出照射时间, 对被消毒的对象不了解的情况下, 一般需延长照射时间来确保杀菌效率。由于紫外线会杀死细胞, 因此紫外线消毒时要注意不能直接照射到人的皮肤, 尤其是人的眼睛, 紫外线杀菌灯点亮时不要直视灯管, 由于短波紫外线不透过普通玻璃, 戴眼镜可避免眼睛受伤害。
两种消毒方法的消毒效果评价仅限于医院感染人员在消毒后做细菌培养。虽然方法可靠, 但医院空气消毒的房间极多, 且都属事后评价, 难以做到对每一个消毒房间进行实时的检测。本研究可对紫外线消毒房间进行无损伤动态实时监测, 按照紫外线剂量监测要求, 及时更换紫外线灯管, 保证消毒效果。
2 系统总体方案设计
2.1 系统总体功能设计
通过对紫外线强度的采集, 利用先进的网络传输技术、先进的计算机控制技术可有效地实现对医院中紫外线消毒过程进行监控。该系统总体功能设计包括紫外线强度实时监测、照射剂量实时监测、动态管理、定时开关、人员无损伤监测、人员误入和消毒失效报警及功能。系统总体功能框图, 见图1。
(1) 紫外线强度实时监测。可对各消毒房间及物品接受的紫外线强度进行实时采集并显示, 供操作人员观察。
(2) 照射剂量实时监测。通过照射强度和照射时间来统计房间或物品接受的照射剂量。
(3) 动态管理。可实现多消毒地点同时监控。
(4) 定时开关。根据消毒照射剂量自动关断紫外线消毒灯。
(5) 人员无损伤监测。紫外线强度检测人员, 不用在紫外线照射下进行检测, 免受了紫外线伤害。
(6) 人员误入报警。非检测人员一旦误入消毒房间, 可报警提示, 使周围人群免受紫外线伤害。
(7) 失效报警。如果消毒灯老化, 达不到一定的强度, 即使增加照射时间也不能达到消毒效果时, 根据需要可设置100000μW·s/cm2、300000μW·s/cm2, 甚至600000μW·s/cm2的报警剂量。
2.2 系统总体结构
该系统由紫外线强度检测单元、中心监控工作站及网络传输系统组成, 系统总体结构框图, 见图2。
2.2.1 紫外线强度检测单元
由紫外线传感器、A/D转换电路、单片机主控单元和数据通讯电路组成, 完成紫外线强度的采集、发送和显示功能。
2.2.2 网络传输系统
系统由星形网络、交换机、网线组成, 完成紫外线强度实时值、定时开关机信号、报警信号的传输。
2.2.3 中心监控工作站
由计算机、系统监控软件、网络适配卡等组成, 完成紫外线强度、时间、剂量及报警功能。
3 系统各单元设计与实现
3.1 紫外线强度检测单元
3.1.1 紫外线传感器单元
主要由紫外线传感器和放大电路组成。传感器采用紫外探测器UV10T2E10F, 能很好地探测200~400 nm光谱范围的紫外线辐射, 并产生光电流。它的高灵敏度、宽响应光谱范围、密封封装、小尺寸、低价格、宽工作温度范围以及能长期暴露在紫外光辐射的环境, 很适合工业和消费类紫外线探测应用。其主要参数如下:
高灵敏度:140 m A/W峰值;
低温度系数:TO-5、TO-18、TO-46等微小标准封装;
光敏面尺寸:0.25 mm×0.25 mm、0.5 mm×0.5 mm (NEW) 、1 mm×1 mm和2 mm×2mm, 还有14.8 mm2、37.7 mm2, 最大可达100 mm2光敏面积。
各种滤波器窗口可选, 能提供:UV-A、UV-B、UV-C和UV-BC (包括B&C波段) 滤波器的标准产品。
放大电路采用集成单运放电路, 见图3。传感器采集的紫外线转化为电流信号, 由放大电路转换为电压信号, 传至数据采集单元。
3.1.2 紫外线强度检测主控单元
由紫外线传感器、A/D转换电路、89C52单片机主控单元和数据通讯电路组成。电路工作时, 紫外线传感器将采集紫外线转换为电流信号, 经SGM8521单运算放大器经线缆送至单片机主控单元, 经由放大器TLE2022组成的绝对值放大器将采集到强度交流信号转化成绝对值电压值送入89C52的P1.0口进行模数 (A/D) 转换, 转换所得的数字量由输出到89C52, 经软件处理后, 将测量的辐射值经P2.0-P2.7输出到液晶显示单元, 用数字形式显示出当前的辐射值, 同时经RXD串行口上传至网络传输控制单元。
3.1.3 数据采集程序设计
本软件系统采用Keil C集成开发环境进行设计, 包括1个主程序、6个子程序。6个子程序为延时子程序、辐射值采集及模数转换子程序、辐射值计算子程序、液晶显示子程序、驱动控制子程序和串行输出子程序。
(1) 主程序。主程序进行系统初始化操作, 主要是进行定时/计数器和A/D采集口的初始化。
(2) 延时子程序。应用定时/计数器延时的目的是产生一定的时间间隔, 定时进行数据的检测和发送。
(3) 辐射值采集及模数转换子程序。辐射值采集及模数转换子程序按照延时程序产生的时间间隔采集输入到单片机A/D口的电压值转换数字量, 并保存在内存中。
(4) 辐射值计算子程序。根据辐射值的分度值和电路参数计算出一张辐射值表, 存放在DATATAB数据表中。根据采样值, 通过查表及比较的方法计算出当前的辐射值。采用查表法计算辐射值是为了克服紫外线传感器特性曲线的非线性, 提高测量精度。
(5) 驱动控制子程序。该子程序用于保护人员, 当有人员进入时, 输出驱动控制信号, 关闭消毒设备;当幅度值下降到下限值时, 发送信号至主控端, 显示报警。
(6) 串行输出子程序。将采集、转化成为数字量的信号经串行输出子程序由串行口传输到网络传输单元, 至中心监控端。
3.2 通讯
本系统设计为网络通讯, 使用232通讯实现数据传输。上位机和单片机使用MODBUS-RTU协议, 通过网络接口进行网络数据通讯, 以太网络模块采用了RTL8019AS, CAN总线控制器接口采用了PCA82C00。
3.3 中心监控工作站的设计
中心监控工作站采用VB语言进行设计, 由主界面、房间选择界面、紫外线强度监控界面组成。
(1) 主界面设计。窗体背景采用医院图片, 添加两个命令按钮, 用于进入房间选择界面和退出程序代码。
(2) 房间选择界面设计。添加16个命令按钮, 并添加代码, 分别进入不同房间的监控界面。
(3) 监控界面设计。添加窗体控件、形状控件、MSCOMM控件及定时器控件。
4 系统测试结果及分析
测试项目包括用户界面及性能测试, 见图4、表1~2。
进入紫外线强度监控界面, 见图5, 此界面可实时监控所选择房间内的动态紫外线强度, 显示累计照射剂量, 可实现人员误入报警和消毒失效报警等功能。
目前, 国内很多医院正在使用中国建材研究所石英玻璃科学研究所生产的UVR-254 nm紫外辐照仪 (量字京字5000217, 编号4900) 用于紫外线强度的检测。我们对该仪器检测数据和本文研制的紫外线检测单元实测数据进行了对比, 结果见表3。
由表3可见, 实测数据与标准测试仪检测有较高的一致性, 可达到实用标准。与传统的测试方法比较, 本系统除具有准确实时显示功能外, 还具备实时纪录功能。
摘要：本设计针对紫外线消毒过程中, 紫外线强度检测存在的问题, 设计了医用紫外线强度无损伤实时监测和动态管理系统。该系统的使用, 可确保空气消毒质量, 减少交叉感染, 又可节约大量资金, 确保了广大医务人员和患者免受辐射伤害, 对整个医院的紫外线消毒的有效实行和管理具有重要意义。
关键词：紫外辐照计,紫外线灯,紫外线传感器,紫外线消毒,紫外线监测系统
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实时动态监测 篇8
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择2013年1月—2015年10月该院内分泌科住院的脆性糖尿病患者61例。排除以下患者:严重慢性并发症、应激、手术、妊娠等情况者;有严重心、肝、肾功能不全患者;合并糖尿病酮症酸中毒、高血糖高渗状态等急性并发症。以1∶1的比例随机分配至2C组(30例)或3C组(31例)。
1.2 方法
使用门冬胰岛素,起始量0.4~0.6 U/(kg·d),基础量及餐前大剂量各50%,大剂量平均分配在三餐前5 min追加,两组均输入三餐前及睡前的指末血糖值校准,连续监测6 d。3C组采用722胰岛素泵,同步开启实时动态血糖监测(RT-CGM),高低血糖报警功能。低血糖报警设定为4.5 mmol/L,报警时嘱患者适当进食。高血糖报警设定为17.8 mmol/L,报警时通过设定临时基础率、追加大剂量使血糖尽快恢复至理想范围。嘱患者观察屏幕是否显示血糖趋势符号,及时告知医生,医生调整胰岛素,避免血糖过度波动。2C组采用712胰岛素泵,同时佩戴动态血糖监测CGM。除了在指末测血糖过高或过低情况下调整胰岛素剂量外,常规每天8:00下载血糖图,根据图谱回顾式调节血糖。
1.3 观察指标
(1)血糖指标治疗第1日及第6日的MBG、FBG。MBG为探头所显示血糖的平均值;FBG为空腹8h以上,晨起测得的指末血糖值。(2)血糖波动指标平均血糖波动幅度(MAGE),高血糖曲线下面积(ACU10,血糖≥10 mmo L/L的AUC)。(3)低血糖评估指标低血糖曲线下面积(ACU3.9,血糖≤3.9 mmo L/L的AUC)、低血糖次数。ACU10与ACU3.9均取6 d的总面积;低血糖次数为每组患者低血糖发生总次数。
1.4 统计方法
2 结果
2.1 两组患者基线情况比较
两组患者年龄、性别、BMI、Hb A1c、FPG、血脂等基线资料比较差异无统计学意义(P>0.05),见表1。
2.2 两组患者治疗前后比较
(1)组内比较:3C组及2C组治疗后MBG(t=9.558,P<0.01;t=6.366,P<0.01)、FBG(t=7.304,P<0.01;t=4.861,P<0.01)、MAGE(t=13.2628,P<0.01;t=9.6466,P<0.01)、AUC10(t=22.877,P<0.01;t=4.17,P<0.01)及AUC3.9(t=11.7625,P<0.01;t=6.1612,P<0.01)。(2)组间比较:治疗后3C组MBG(t=2.8728,P<0.01)、FBG(t=3.340,P<0.01)、MAGE(t=6.1019,P<0.01)、AUC10(t=19.2597,P<0.01)及AUC3.9(t=3.7990,P<0.01)。见表2。
2.3 两组患者低血糖发生情况比较
2C组8人次,3C组2人次,差异有统计学意义(χ2=4.546,P=0.033<0.05)。
3 讨论
对于脆性糖尿病患者而言[1],其血糖忽高忽低的变化,常导致频发急性并发症,过早出现慢性并发症。应对脆性糖尿病以综合治疗为主要手段,加强糖尿病教育、积极心理治疗都是基本的治疗内容,但核心治疗是应用胰岛素有效控制血糖,减少血糖波动。
DECODE研究[2]结果和Muggeo[3]等研究表明糖尿病慢性并发症与血糖波动存在相关性,在降糖同时减少血糖波动才能避免糖尿病并发症的发生和进展。该研究以MAGE、ACU10作为血糖波动的评价参数,结果显示在血糖波动幅度的控制上3C组及2C组的MAGE、AUC10治疗后较治疗前均有明显下降,但3C组能更平稳的控制血糖,减少血糖波动。
Cretti等研究表明[4]:高血糖可引起β细胞分泌衰减,从而加重胰岛素抵抗。良好的血糖控制可减少高糖毒性,保护胰岛细胞功能,减少糖尿病并发症的发生。3C治疗与2C治疗在血糖监测方面的主要差异是3C系统可以实时显示组织液葡萄糖值,通过实时显示的血糖变化趋势信息提前发现低血糖和严重高血糖。另外还可显示3、24 h的波动图谱,从而可以安全快捷的进行胰岛素用量的调节,这比2C治疗中根据下载的血糖监测值回顾式进行血糖调节占有很大优势。该研究中3C组和2C组治疗6 d后MBG、FBG均明显下降,但3C组的降糖效率优于2C组。
对于脆性糖尿病患者来说,有效的血糖控制往往伴随着低血糖这一并发症的频发,极大的制约了血糖达标率。一次严重的低血糖及其引发的心血管事件就可能会抵消长期有效血糖控制所带来的益处。3C治疗时根据患者情况,设置低血糖报警值,报警时及时给予进食处理,整个治疗过程中未发生严重低血糖事件(血糖<2.8 mmol/L)。该研究显示3C组低血糖曲线下面积ACU3.9、低血糖次数显著低于2C组,可明显减少无症状低血糖发生的风险。
综上所述,对于脆性糖尿病患者,使用3C治疗能在有效降低血糖,减少血糖波动的同时减少低血糖的发生,使患者获益。
参考文献
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