導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇光纖傳感技術(shù)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術(shù)是一門基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合、理論與實(shí)踐能力并重的系統(tǒng)學(xué)科，既要求學(xué)員有扎實(shí)的光學(xué)、電學(xué)基礎(chǔ)，又要求學(xué)員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用靈活運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)。為適應(yīng)這一形勢，2006年以來，我們針對(duì)技術(shù)類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點(diǎn)和未來適應(yīng)部隊(duì)工作的不同要求，建立了光纖傳感技術(shù)系列課程。

作為一門應(yīng)用學(xué)科，“學(xué)以致用”是光纖傳感技術(shù)系列課程的特色之一。為此，課程建設(shè)非常注重學(xué)員對(duì)課程知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合課程特點(diǎn)和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，大力推進(jìn)教學(xué)方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設(shè)、教學(xué)方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊(duì)伍建設(shè)等方面取得了較大成績，下面分別進(jìn)行介紹。

二、光纖傳感技術(shù)多層次一體化課程建設(shè)

我校早在上世紀(jì)90年代就開設(shè)了《光纖傳感技術(shù)》課程，并作為光纖傳感專業(yè)研究生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)光纖傳感技術(shù)人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭中的應(yīng)用越來越廣泛，部隊(duì)對(duì)光纖傳感專業(yè)的人才數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高。我校原有的只針對(duì)研究生展開的《光纖傳感技術(shù)》課程已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)培養(yǎng)部隊(duì)所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對(duì)光纖傳感技術(shù)課程進(jìn)行深入改革，將授課對(duì)象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實(shí)行。經(jīng)過6年多的系統(tǒng)建設(shè)，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。

由于本科生和研究生、本專業(yè)和非本專業(yè)學(xué)員、技術(shù)類和軍事指揮類學(xué)員的知識(shí)基礎(chǔ)和應(yīng)用方向差異太大，如何科學(xué)劃分課程層次、清晰明確課程內(nèi)容、準(zhǔn)確定位課程目標(biāo)是光纖傳感系列課程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在廣泛調(diào)研軍隊(duì)需求、不同類別學(xué)員的知識(shí)積累和興趣及國內(nèi)外學(xué)校同專業(yè)的課程設(shè)置基礎(chǔ)上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術(shù)類和軍事指揮類、本院專業(yè)和全校學(xué)員的光纖傳感系列課程。新增了技術(shù)類《光纖傳感技術(shù)》、軍事指揮類《光纖傳感技術(shù)》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》三門課程，原有針對(duì)研究生的《光纖傳感技術(shù)》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。

（一）建立起針對(duì)本院技術(shù)類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程內(nèi)容體系，以“扎實(shí)廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)為核心，典型的系統(tǒng)應(yīng)用為亮點(diǎn)”

考慮到授課學(xué)員在學(xué)習(xí)本課程之前已經(jīng)在《光纖通信》、《光電檢測技術(shù)》等課程中對(duì)光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術(shù)的概念和內(nèi)涵，然后針對(duì)光纖傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號(hào)解調(diào)原理。這四部分內(nèi)容涵蓋了強(qiáng)度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構(gòu)成、傳感原理和關(guān)鍵技術(shù)，為光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，具有信息量大、知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋范圍廣泛的特點(diǎn)；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向?qū)W員示范在系統(tǒng)中如何對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行靈活應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)員根據(jù)學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)來分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。

（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)為核心，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為亮點(diǎn)”

與原有的研究生《光纖傳感技術(shù)》相比，新的課程內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應(yīng)用”，大幅度削減了光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，而是以四大類典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點(diǎn)。課程中的四大類典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應(yīng)用最為廣泛或技術(shù)難度較高的光纖水聽器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對(duì)每一類對(duì)其應(yīng)用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，構(gòu)建課本知識(shí)到實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設(shè)計(jì)了光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求學(xué)員以分組的形式，根據(jù)特定應(yīng)用背景設(shè)計(jì)出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關(guān)鍵技術(shù)。

課程調(diào)整所面臨的最大難題在于：學(xué)習(xí)本課程的研究生既包括本校本專業(yè)的學(xué)員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業(yè)的學(xué)員。對(duì)于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術(shù)》學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，在新課程學(xué)習(xí)中應(yīng)盡量避免內(nèi)容重復(fù)；對(duì)于后者，直接學(xué)習(xí)典型光纖傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)存在一定難度，需要對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設(shè)定了3個(gè)課時(shí)對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和總結(jié)，并點(diǎn)明各部分基礎(chǔ)知識(shí)所涉及的參考書。同時(shí)由于使用了與本科生《光纖傳感技術(shù)》課程同一系列的教材，為解決學(xué)員基礎(chǔ)參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》則為畢業(yè)于本校其他專業(yè)的研究生學(xué)員提供了學(xué)習(xí)本課程的基礎(chǔ)。

（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程以“完善學(xué)員知識(shí)結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，突出軍事應(yīng)用特色為亮點(diǎn)”，為學(xué)員提供裝備相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)

課程針對(duì)軍事指揮類本科學(xué)員培訓(xùn)的主要目標(biāo)，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術(shù)》課程的主要任務(wù)確定為拓展軍事指揮類學(xué)員的知識(shí)面，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，了解最新軍用傳感器技術(shù)，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎(chǔ)知識(shí)部分內(nèi)容，擴(kuò)充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應(yīng)用，并拓展光纖水聽器在聲納系統(tǒng)應(yīng)用中的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)員在進(jìn)行工作崗位后可以更快的掌握相關(guān)裝備的使用和維護(hù)。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術(shù)》以“引導(dǎo)學(xué)員自主學(xué)習(xí)為核心，激發(fā)學(xué)員獨(dú)立思考為亮點(diǎn)”

課程以光纖傳感技術(shù)中相干檢測技術(shù)為背景，以虛擬儀器技術(shù)為手段，通過一個(gè)具體實(shí)例為研討對(duì)象，讓學(xué)員一邊學(xué)習(xí)新知識(shí)，一邊動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，一邊學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)。課程首先在學(xué)員高中已經(jīng)具備的光學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上講解干涉型光纖傳感的基本內(nèi)容，然后引導(dǎo)學(xué)員自習(xí)LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學(xué)習(xí)心得讓學(xué)員掌握LabVIEW基本知識(shí)，最后要求學(xué)員利用所學(xué)知識(shí)和工具完成光纖傳感中一個(gè)典型信號(hào)處理問題。整個(gè)課程以學(xué)員自己動(dòng)手動(dòng)腦為主，精選了一門易學(xué)好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學(xué)員可以在四到五次課的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)，并結(jié)合光纖傳感技術(shù)系列課程的建設(shè)成果，讓學(xué)員可以在課程上針對(duì)典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)，一方面提升了學(xué)員的學(xué)習(xí)的積極性，另一方面加強(qiáng)了學(xué)員的自信心，并為學(xué)員以后的創(chuàng)新實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

三、教學(xué)方法與手段改革

在教學(xué)過程中，在教學(xué)方法和教學(xué)手段上也進(jìn)行了一系列的改革，使用了大量的新技術(shù)、新手段、和新的教學(xué)方式。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）充分運(yùn)用科研成果和虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)，增加了大量的課堂演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

在光纖傳感技術(shù)系列課程中引入堂演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于加深學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解效果最為明顯。在課程建設(shè)中，充分利用所在實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感技術(shù)研究上的優(yōu)勢，在每門課程講授中都加入了1～2個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)。

與專門的實(shí)驗(yàn)課不同，課堂演示實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。近年來，課題組所在的實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復(fù)雜的光纖傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術(shù)在光纖傳感技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實(shí)驗(yàn)的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應(yīng)變系統(tǒng)作為課堂演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調(diào)儀，采用法蘭盤對(duì)接可串接起多個(gè)光纖傳感陣列；而復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)則全部通過虛擬儀器技術(shù)在電腦上軟件實(shí)現(xiàn)，解調(diào)結(jié)果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設(shè)計(jì)、光纖傳輸鏈路構(gòu)成、復(fù)用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)、和光纖傳感信號(hào)解調(diào)等多項(xiàng)知識(shí)內(nèi)容，學(xué)員普遍反映通過這一演示實(shí)驗(yàn)對(duì)光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國外大學(xué)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)模式，在考核中引入小型綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分考察學(xué)員的綜合素質(zhì)

課題組的兩位教員具有國外留學(xué)的經(jīng)歷，在課程建設(shè)中充分參考國外大學(xué)在光纖傳感技術(shù)課程的教學(xué)方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，并將其作為課程考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和考核評(píng)價(jià)。

光纖傳感綜合設(shè)計(jì)參考了香港理工大學(xué)和英國南安普頓大學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用為主要考察目標(biāo)。本科生光纖傳感技術(shù)采用適當(dāng)?shù)木C合設(shè)計(jì)題目難度，重視對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通和綜合應(yīng)用能力的考察，一般在授課過程中只進(jìn)行1次；研究生除了要求基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用能力，更注重對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設(shè)2～3次。綜合設(shè)計(jì)作業(yè)由學(xué)員分組完成，小組內(nèi)成員根據(jù)資料調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、報(bào)告撰寫等工作內(nèi)容的不同進(jìn)行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設(shè)置答辯環(huán)節(jié)。

（三）針對(duì)授課內(nèi)容的層次劃分和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，科學(xué)合理設(shè)置研討專題

研討式教學(xué)我校近年來大力推廣的教學(xué)方式之一。由于光纖傳感技術(shù)具有經(jīng)典與前沿相結(jié)合、理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)，在系列課程建設(shè)中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術(shù)》的研討式專題內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經(jīng)典理論知識(shí)的研討、前沿研究的研討和學(xué)位論文研究方法的研討。

經(jīng)典理論知識(shí)的研討要求學(xué)員在授課之前對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，并在課堂上對(duì)全體學(xué)員講解自己對(duì)該問題的理解。如在進(jìn)行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時(shí)，要求學(xué)員預(yù)習(xí)時(shí)弄明白兩個(gè)問題：什么是隨機(jī)相位衰落？什么是偏振誘導(dǎo)信號(hào)衰落？進(jìn)行研討時(shí)不要求學(xué)員對(duì)這兩個(gè)問題進(jìn)行深入剖析，但要求學(xué)員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學(xué)員普遍認(rèn)為這種研討專題不是特別復(fù)雜，通過預(yù)習(xí)教材即可，但大部分學(xué)員會(huì)準(zhǔn)備PPT課件，且自愿上講臺(tái)講述的學(xué)員一般在以往的學(xué)習(xí)過程中接觸過與該專題相關(guān)的研究工作，因此在其課件上還會(huì)加入自己以往的工作、自己對(duì)該問題的擴(kuò)展認(rèn)知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學(xué)效果是在深入了解學(xué)員的知識(shí)積累基礎(chǔ)上，通過巧妙設(shè)置研討專題取得的。

前沿研究的研討要求學(xué)員進(jìn)行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對(duì)于某一個(gè)問題，由于課堂講授的時(shí)間受限或者教材中沒有系統(tǒng)的描述，對(duì)該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會(huì)提供相關(guān)信息，要求學(xué)員查閱該文獻(xiàn)并進(jìn)行精讀，然后在課堂上進(jìn)行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學(xué)員查閱到該文獻(xiàn)后精度文獻(xiàn)，分析文獻(xiàn)的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學(xué)員對(duì)該問題進(jìn)行解讀，提煉關(guān)鍵檢索信息，進(jìn)行檢索后，對(duì)檢索文獻(xiàn)進(jìn)行初步分析，總結(jié)該問題的研究現(xiàn)狀。學(xué)員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時(shí)間都能解決。

學(xué)位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學(xué)習(xí)完相應(yīng)的光纖傳感技術(shù)課程后馬上就要投入到學(xué)位論文工作中。通過對(duì)這類問題的研討，學(xué)員逐漸掌握了在未來從事學(xué)位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養(yǎng)學(xué)員的仿真計(jì)算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學(xué)員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關(guān)理論的仿真計(jì)算研討，要求學(xué)員根據(jù)課堂講授的公式進(jìn)行理論仿真，計(jì)算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關(guān)鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學(xué)員在課堂研討時(shí)要講述自己的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果。通過這種研討方式，學(xué)員對(duì)光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂直接講授相關(guān)結(jié)論。

根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術(shù)課程對(duì)三種研討專題的應(yīng)用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術(shù)課程以經(jīng)典理論知識(shí)的研討為主，并設(shè)置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術(shù)課程則以前沿研究的研討專題和學(xué)位論文研究方法的研討專題為主，對(duì)特別重要的概念設(shè)置少量經(jīng)典理論知識(shí)的研討專題。

四、以光纖傳感技術(shù)課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，一套實(shí)用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復(fù)雜，也可以很小巧靈活。針對(duì)這一特點(diǎn)，課題組教師在學(xué)院本科生和研究生的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)中，積極開展與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的各項(xiàng)活動(dòng)。

針對(duì)本科生的光纖傳感技術(shù)系列課程，在授課結(jié)束后，在光電設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng)中開設(shè)了大量關(guān)于光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的課題，引起學(xué)員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)員數(shù)量大幅度提高。以技術(shù)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，2013、2014年參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)課題的學(xué)生均達(dá)到光信息專業(yè)學(xué)員總數(shù)的50%以上。另一方面，學(xué)員完成課題的質(zhì)量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，從側(cè)面反映出光纖傳感技術(shù)課程教學(xué)效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評(píng)價(jià)授課效果的標(biāo)準(zhǔn)之一，并將學(xué)員在課外延拓活動(dòng)中的效果和意見及時(shí)反饋到教學(xué)過程中[3，4]。

針對(duì)研究生的光纖傳感技術(shù)系列課程，一方面鼓勵(lì)學(xué)員在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實(shí)驗(yàn)室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外還有5項(xiàng)研究生參與申請(qǐng)的光纖傳感技術(shù)相關(guān)專利；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)員積極參與到與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的科研項(xiàng)目中，在實(shí)際工程環(huán)境中對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通。目前在光纖信息專業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過光纖傳感相關(guān)的湖上或海上試驗(yàn)的學(xué)員達(dá)到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應(yīng)部隊(duì)對(duì)光纖傳感技術(shù)人才的需要積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

五、高素質(zhì)教師隊(duì)伍建設(shè)

作為教育的重要媒介，教師是活動(dòng)中的主要因素。教員整體素質(zhì)的高低，直接影響著教學(xué)質(zhì)量的高低。因此，建立一支教學(xué)水平高、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)師資隊(duì)伍顯得尤為重要。

（一）從教學(xué)和科研兩個(gè)方面錘煉教師隊(duì)伍，使教師的教學(xué)水平和科研能力相互促進(jìn)共同提高

科學(xué)研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學(xué)水平的重要手段，也是提高自身素質(zhì)的重要途徑。對(duì)于光纖傳感技術(shù)系列課程而言，學(xué)即能致用是其重要特點(diǎn)之一，教學(xué)和科研的相互促進(jìn)作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個(gè)重大科研項(xiàng)目。通過重大科研項(xiàng)目的歷練，教員的學(xué)術(shù)水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學(xué)術(shù)前沿，開拓了學(xué)術(shù)視野，經(jīng)歷了科研實(shí)踐，在課堂教學(xué)中自然會(huì)將科研最新成果、專業(yè)發(fā)展動(dòng)向帶進(jìn)課堂，另一方面，教員在參與重大科研項(xiàng)目時(shí)對(duì)光纖傳感的技術(shù)內(nèi)容有了更加深刻的認(rèn)知，對(duì)于在課堂上清楚明白的講好各個(gè)知識(shí)點(diǎn)至關(guān)重要。同時(shí)，通過教學(xué)活動(dòng)中對(duì)課程內(nèi)容的反復(fù)推敲及與學(xué)員之間展開的研討交流，可以加深教員對(duì)技術(shù)環(huán)節(jié)的領(lǐng)悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過在科研和教學(xué)兩個(gè)方面同時(shí)錘煉，促進(jìn)教師知識(shí)更新和自身進(jìn)步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學(xué)質(zhì)量，將真正做到科研教學(xué)一體化。

（二）鼓勵(lì)教員進(jìn)行對(duì)外交流，充分借鑒國內(nèi)外同類專業(yè)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

課題組有兩名教員具有國（境）外留學(xué)經(jīng)歷，其他教員也多次參加國內(nèi)外的學(xué)術(shù)活動(dòng)和教學(xué)活動(dòng)交流，在課程建設(shè)過程中充分利用了這一優(yōu)勢。在教員已經(jīng)帶回的國外大學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)教員在回到學(xué)校后仍然定期與留學(xué)單位交流，及時(shí)獲取留學(xué)單位最新的課程設(shè)置和教學(xué)安排信息，并通過交流，不斷補(bǔ)充自身的不足，更新課程內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，提高自身教學(xué)水平。在對(duì)外學(xué)術(shù)活動(dòng)交流中，有意識(shí)的了解其他院校同類專業(yè)課程的教學(xué)情況，對(duì)于感興趣的單位積極主動(dòng)與對(duì)方聯(lián)系進(jìn)行實(shí)際考察?；钴S的對(duì)外交流活動(dòng)極大地激發(fā)了教師的教學(xué)熱情，并不斷提高其教學(xué)水平。

（三）加強(qiáng)青年教師的教學(xué)技能培訓(xùn)

目前，課題組教員是一支相對(duì)年輕化的隊(duì)伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學(xué)員的思想，與學(xué)員進(jìn)行交流方面具有優(yōu)勢。但是，他們大多沒有經(jīng)過系統(tǒng)的教學(xué)技能訓(xùn)練，普遍缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。為了使青年教師盡快掌握教學(xué)技能，提高業(yè)務(wù)能力與水平，課題組指定認(rèn)真負(fù)責(zé)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師擔(dān)當(dāng)青年教師的導(dǎo)師，對(duì)青年教師實(shí)行“一對(duì)一”的“傳、幫、帶”指導(dǎo)，指導(dǎo)青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經(jīng)過教研室、系所、學(xué)院三級(jí)試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學(xué)日歷；在教學(xué)過程中，教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、督導(dǎo)組、院系領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常性聽查課，督促教學(xué)水平的提高。

通過從科研和教學(xué)兩方面錘煉教學(xué)隊(duì)伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，其中獲軍隊(duì)院校育才獎(jiǎng)1人次，優(yōu)秀研究生導(dǎo)師獎(jiǎng)3次，校本科“研究型”教學(xué)比賽三等獎(jiǎng)1人次，校研究生教學(xué)優(yōu)秀三等獎(jiǎng)1人次，教員在國內(nèi)教學(xué)期刊上發(fā)表高水平教學(xué)論文10篇，課題組已經(jīng)成為了一支能獨(dú)立承擔(dān)授課任務(wù)的高水平教師隊(duì)伍。

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篇3

1.引言

近年來，港口大型設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生，靠傳統(tǒng)檢測很難及時(shí)、全面發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的預(yù)兆及發(fā)展趨勢。而起重機(jī)械事故通常具有不確定性和不可預(yù)見性，其造成的結(jié)果卻是極其嚴(yán)重的。目前，我國大部分港口普遍缺乏一套行之有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測和評(píng)估港口大型設(shè)備的技術(shù)和方法。若不能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取港口大型設(shè)備真實(shí)的狀態(tài)信息，則會(huì)給設(shè)備運(yùn)行留下安全隱患。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、貨運(yùn)量的大幅增加，確保港口機(jī)械設(shè)備的技術(shù)性能狀態(tài)經(jīng)常處于良好狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免突發(fā)性故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

2.港口大型設(shè)備檢測存在的問題

通過調(diào)研分析，當(dāng)前港口大型設(shè)備在安全管理上主要有以下幾個(gè)問題。

（1）部分港口缺乏先進(jìn)的檢測手段、方法及設(shè)備，對(duì)港口大型設(shè)備的維護(hù)主要以日常檢測為主，不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備的實(shí)際狀況。

（2）各港口的檢測人員檢測技術(shù)水平不一，對(duì)關(guān)鍵的失效模式并不能進(jìn)行準(zhǔn)確地判別，檢測和診斷則缺乏較強(qiáng)的針對(duì)性。

（3）港口現(xiàn)場作業(yè)繁忙、環(huán)境惡劣，不停機(jī)檢測和檢測數(shù)據(jù)的傳輸存在很大的困難。且設(shè)備運(yùn)行狀況相關(guān)數(shù)據(jù)大量流失，對(duì)設(shè)備的健康狀況診斷數(shù)據(jù)匱乏。

（4）港口大型設(shè)備缺乏有效的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及安全評(píng)估系統(tǒng)。

以上問題已成為港口大型設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的潛在隱患。因此，迫切需要一種能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)來解決這些難題，及早發(fā)現(xiàn)缺陷并判斷缺陷是否具有危險(xiǎn)性，以使能及時(shí)維修處理，避免起重機(jī)事故的產(chǎn)生。

3.港口大型設(shè)備安全監(jiān)測技術(shù)研究

目前，針對(duì)港口大型設(shè)備檢測的常規(guī)辦法主要有目測、射線檢測、磁粉探傷檢測和超聲波檢測等方法。以上檢測方法具有很大的局限性。首先，結(jié)構(gòu)表面去漆，不僅耗時(shí)長，且對(duì)于不規(guī)則的構(gòu)件表面檢測比較困難，對(duì)人的操作技術(shù)水平要求較高，但效率較低。第二，射線檢測對(duì)人的身體有害，檢測時(shí)必須有很嚴(yán)格的保護(hù)措施。第三，起重設(shè)備檢測屬于高空作業(yè)，存在一定的難度，且檢測的范圍有一定的局限。第四，目測等方法很容易引入主觀誤差?；谝陨显颍话阈詸z測手段對(duì)于港口重大設(shè)備的缺陷診斷，誤判、漏判很難避免，且不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確反映在役設(shè)備的真實(shí)狀況，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行將留下安全隱患。

隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，國外較早地開展了起重設(shè)備的在線監(jiān)測與診斷研究，將成果應(yīng)用到實(shí)際，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，國內(nèi)對(duì)于港口起重設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的研究也向多方面進(jìn)行了拓展。

3. 1港口大型設(shè)備安全監(jiān)測技術(shù)

3.1.1基于電阻應(yīng)變技術(shù)的無線應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)

電阻應(yīng)變技術(shù)是通過電阻絲應(yīng)變與電阻變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系來獲得被測件在貼有應(yīng)變計(jì)處的結(jié)構(gòu)應(yīng)變值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的檢測。該方法技術(shù)成熟，成本較低，不會(huì)對(duì)待測構(gòu)件造成損傷。當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者開展了無線應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究。無線應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)是借助遙測技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)受力部位的應(yīng)力信息，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測設(shè)備，以達(dá)到實(shí)時(shí)了解起重機(jī)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的一種起重機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。此技術(shù)中應(yīng)力的采集多采用電阻應(yīng)變技術(shù)。電阻應(yīng)變片其耐蝕性、耐濕性、耐久性差，環(huán)境適應(yīng)性差，難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)長期監(jiān)測的目的。此外，該在線監(jiān)測系統(tǒng)在干擾因素過多，傳輸距離較大的情況下，無法保證數(shù)據(jù)能夠安全無誤傳輸。

3.1.2聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)，它是以瞬態(tài)應(yīng)力波的形式迅速釋放其內(nèi)部積累的應(yīng)變能的過程，可準(zhǔn)確捕捉活動(dòng)裂紋的位置。聲發(fā)射技術(shù)用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)，并利用聲發(fā)射信號(hào)對(duì)聲發(fā)射源的狀態(tài)做出正確判斷。聲發(fā)射技術(shù)具有動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、整體和連續(xù)等特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸不敏感，可以對(duì)大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積的檢測。它能夠在線檢測、監(jiān)測活性缺陷。對(duì)于受力情況復(fù)雜的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，它比超聲波、磁粉檢測效果更好、更真實(shí)，同時(shí)也可以減少檢驗(yàn)中不必要的停機(jī)。聲發(fā)射技術(shù)可以彌補(bǔ)常規(guī)無損檢測方法的不足，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的整體監(jiān)測，為有效地安全監(jiān)測提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

聲發(fā)射技術(shù)不能提供被測件的靜態(tài)缺陷。在實(shí)際中，由于大型起重機(jī)械工作環(huán)境比較惡劣，噪聲非常大，而聲發(fā)射信號(hào)卻非常微弱，聲發(fā)射信號(hào)則很容易被噪聲湮沒，實(shí)際測得的聲發(fā)射信號(hào)將含有較多電氣、機(jī)械噪聲，在實(shí)際的工程應(yīng)用中聲發(fā)射監(jiān)測效果并不太理想。

3.1.3光纖光柵傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是一種以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和測量被測量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。光纖光柵傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，不受電磁、噪聲影響；靈敏度、可靠性高；能串接復(fù)用，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測；耐久性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，信息傳輸遠(yuǎn)，信號(hào)長距離傳輸不需要專門的調(diào)節(jié)，可滿足長期健康監(jiān)測的要求。但傳感器、檢測儀等設(shè)備成本相對(duì)較高，且光纖傳感器對(duì)溫度同樣敏感，在實(shí)際應(yīng)用中需要采取相應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施。光纖光柵傳感技術(shù)目前多用于橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測。

3.1.4數(shù)字圖形圖像處理技術(shù)

數(shù)字圖形圖像處理技術(shù)是通過將采集到的圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行除噪、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取等處理的方法與技術(shù)?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測方法是一種新型的非接觸式監(jiān)測方法?；跀?shù)字圖形圖像處理技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術(shù)等監(jiān)測技術(shù)相比，成本較低。它是一種實(shí)時(shí)的、高精度的、遠(yuǎn)距離的、能進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測的監(jiān)測方法。該方法不傷及被測物，不干擾被測物自然狀態(tài)，且可瞬時(shí)獲取被測物體大量物理信息和幾何信息?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測方法對(duì)于拍攝環(huán)境要求較高?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測方法現(xiàn)多用于橋梁、坡道等相對(duì)簡單的結(jié)構(gòu)。起重設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜，利用照相機(jī)技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度低的情況下不易滿足起重設(shè)備監(jiān)測的需求。利用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測將是今后鋼結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢。

3.2港口大型設(shè)備監(jiān)測管理

對(duì)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，若分析得到異常數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)用戶及時(shí)發(fā)出警告并尋找產(chǎn)生異常的原因，通過檢修維護(hù)，排除異常，以達(dá)到消除事故隱患的目的，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控與起重機(jī)正常作業(yè)同時(shí)進(jìn)行。使用監(jiān)測系統(tǒng)還可以積累大量史數(shù)據(jù)，當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)故障，可以為維修人員查找故障提供依據(jù)，在故障發(fā)生之前做出預(yù)報(bào)，減少事故發(fā)生的概率和損失，提高起重機(jī)的安全性和可靠性。

4.結(jié)束語

本文充分比較了各種港口大型設(shè)備安全監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及技術(shù)特性，為港口企業(yè)和相關(guān)科研單位提供參考。開展港口大型設(shè)備安全監(jiān)測技術(shù)研究，開發(fā)起重設(shè)備安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)于港口相關(guān)部門及時(shí)掌握港口在役設(shè)備的運(yùn)行狀況，防止起重事故的發(fā)生具有重要的意義。

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篇4

隨著社會(huì)發(fā)展，安防已經(jīng)變得越來越重要，及時(shí)發(fā)現(xiàn)入侵對(duì)我國安防建設(shè)有種重要的意義，別的安防系統(tǒng)監(jiān)測距離短且容易受到電磁的擾動(dòng)，而本文中敘述的安防系統(tǒng)不僅監(jiān)測距離長而且不容易受到電磁的干擾，對(duì)安防領(lǐng)域具有重要意義。光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)可以通過監(jiān)測光纖應(yīng)變或震動(dòng)等確定事件發(fā)生的位置，已有傳感定位系統(tǒng)多采用Sagnac干涉環(huán)結(jié)構(gòu)或者馬赫-增得干涉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位，但無法同時(shí)滿足高精度和長距離探測。這樣的話就必須采用BOTDR原理，利用自制的光纖縱模分布反饋激光器，結(jié)合邊緣濾波調(diào)解技術(shù)，建立一套分布式光纖傳感入侵定位系統(tǒng)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了對(duì)入侵事件的實(shí)施快速定位監(jiān)測，空間分辨率也相應(yīng)高了起來。

一、布里淵散射傳感原理

布里淵散射原理是基于光纖中光波與聲波在傳播過程的相互作用，這兩者的相互作用會(huì)使光產(chǎn)生頻移，該頻移的產(chǎn)生相當(dāng)于入射波被一個(gè)聲光柵散射產(chǎn)生了反射光子，我們利用這個(gè)頻移，通過測得其頻移方向和大小，來實(shí)現(xiàn)傳感物理量的轉(zhuǎn)換。光纖所處溫度、所受應(yīng)變皆可通過布里淵頻移間接計(jì)算得出。在實(shí)際工程使用中，由于入侵事件都是不確定的，所以需要一套具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力且無盲點(diǎn)的監(jiān)測系統(tǒng)才能完全監(jiān)測到入侵、避免出現(xiàn)遺漏，而光纖作為傳感原件是沿線路連續(xù)分布的，這就避免了線路中產(chǎn)生盲點(diǎn)。通過對(duì)光纖中布里淵散射頻移量大小的監(jiān)控，可以分析得出被入侵點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，以及被入侵程度，這就是目前布里淵散射在光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)中最有效的應(yīng)用方式，達(dá)到了兼?zhèn)涓呔?、無盲點(diǎn)、長距離、實(shí)時(shí)性等諸多優(yōu)異性能。

二、實(shí)驗(yàn)與分析

由于本項(xiàng)研究處于早期階段，所以此次試驗(yàn)都是采用自制的激光器、自制傳感光纜以及其他自制光信號(hào)解調(diào)器。并參考了各類中外文獻(xiàn)，以及前輩所寫的論文，保證本次試驗(yàn)和分析能夠得出更為準(zhǔn)確的結(jié)論，更好的為國家安防事業(yè)做出貢獻(xiàn)。我們將激光輸出進(jìn)行一定的比例分束，然后小比例的一束作為本振光，另外一個(gè)大比例的經(jīng)偏振控制器調(diào)整偏振態(tài)，通過電光調(diào)制器進(jìn)行脈沖的調(diào)制，經(jīng)過摻鉺光纖放大器1放大之后，波分復(fù)用器濾過自發(fā)輻射噪聲通過擾偏器和環(huán)形器，輸入到單模傳感光纖里面去。散射回的信號(hào)此時(shí)變得非常非常弱，必須得通過摻鉺放大器2來放大，然后再經(jīng)過一個(gè)環(huán)形器，通過自己制造的窄帶可調(diào)諧光纖光柵濾波器之后的布里淵反射光和本振光相干，通過高速光電探測器的監(jiān)測，然后得到了實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果---后向布里淵散射信號(hào)。

在實(shí)驗(yàn)中，波分復(fù)用器濾波的通道為1550nm，帶寬30nm，隔離度大于20dB，損耗小于0.15dB，和本振光相比，相對(duì)有一定的偏移量，能滿足實(shí)驗(yàn)的要求并且監(jiān)測到相干信號(hào)。放大之后的布里淵信號(hào)只有um量級(jí)，采用高速光電探測器前置放大濾波電路對(duì)信號(hào)再次放大濾波，然后通過邊緣濾波，將布里淵信號(hào)的平移變化轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度變化，并通過累加平均處理，平均2的12次方次后，得到最K監(jiān)測結(jié)果。其中前置放大濾波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱電信號(hào)的放大并抑制信號(hào)頻帶以外的噪聲，其濾波中心頻率為11GHz，3dB快帶為1Hz，插入損耗小于0.1dB。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用50ns脈寬的光脈沖，重復(fù)頻率為10KHz，傳感光纖長度為10km。因此，完成2的12次方次累計(jì)平均處理所需時(shí)間小于1s，即系統(tǒng)的監(jiān)測周期小于1s，可滿足快速監(jiān)測入侵事件的要求。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析表明。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在室溫25度環(huán)境下且光纖不受外力時(shí)，布里淵信號(hào)的中心頻率在10.9GHz左右。因此當(dāng)應(yīng)變和溫度引起的頻移總和超過初始中心頻率100MHz時(shí)，信號(hào)將越過帶通濾波器的單邊上升沿的邊界，導(dǎo)致信號(hào)幅值減小，從而引起錯(cuò)誤判斷，限制了系統(tǒng)的監(jiān)測范圍。采用更大帶寬的帶通濾波器并合理的選擇其中心頻率，可以擴(kuò)大系統(tǒng)監(jiān)測的動(dòng)態(tài)范圍。

至于如何消除緩變溫度的影響，適應(yīng)野外環(huán)境下的應(yīng)用，以及進(jìn)一步提高系統(tǒng)的應(yīng)變分辨率，將在后續(xù)的工作中研究。

結(jié)論：在BOTDER原理中用單縱模光纖光柵到帶通濾波器理論結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中表明，系統(tǒng)可以在1s對(duì)10km范圍的傳感器進(jìn)行測量，并達(dá)到5m的空間分辨率和200uε的應(yīng)變分辨率。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明本系統(tǒng)在監(jiān)測入侵領(lǐng)域的能力，即便現(xiàn)在所處階段并不成熟，也能對(duì)國家安防領(lǐng)域起到很重要的積極意義，而且經(jīng)分析判斷和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，基于布里淵散射的分布式光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)在長距離入侵定位方面有著良好的前景。

篇5

光纖傳感器是通過檢測光信號(hào)來測量環(huán)境中參量變化（生物量、物理量或化學(xué)量），這些參量變化會(huì)引起光的傳輸特性變化。光纖傳感器有很多種類，按照傳感機(jī)理它可以分為強(qiáng)度型、干涉型和光纖布拉格光柵型這三種。這其中光纖布拉格光柵不僅具有強(qiáng)度型和干涉型的優(yōu)點(diǎn)，并且具有波長分離能力強(qiáng)、靈敏度高、傳感精度好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。光纖光柵傳感器有著很大的發(fā)展前途，它可以在需要精確定位或者是絕對(duì)數(shù)字測量時(shí)，可以構(gòu)成多光柵空間分布單一光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

本文研究的基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集，光纖光柵傳感器即采用的是光纖布拉格光柵，光纖光柵的原理如圖1所示。

光纖布拉格光柵的中心波長隨著外界環(huán)境參量的變化而隨之變化，它廣泛應(yīng)用于壓力、溫度、應(yīng)變等參數(shù)的測量。

一、基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成

（一）光纖光柵傳感系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過光纖光柵傳感器采集數(shù)據(jù)，這是該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前提條件。不同功能的光纖光柵傳感器能夠?qū)⒉煌奈锢韰⒘咳鐪囟?、壓力、?yīng)變和加速度等調(diào)制為相對(duì)應(yīng)的光柵波長。光纖光柵傳感器輸出光波以后直接通過光纜便可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。

（二）光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)作用是將光纖光柵傳感器采集的光信號(hào)經(jīng)光纜的遠(yuǎn)程傳輸后，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并以物理參量的方式在計(jì)算機(jī)終端記錄、顯示或存入數(shù)據(jù)庫中。

該系統(tǒng)主要由光開關(guān)、光纖光柵解調(diào)儀及光纖跳線組成。光纖光柵解調(diào)儀的作用是將光纖光柵中心波長解調(diào)為數(shù)字信號(hào)。光開關(guān)的主要作用是將多路光信號(hào)一起或是分別進(jìn)入光纖光柵解調(diào)儀，這樣就克服了光纖光柵通道數(shù)不能滿足工程應(yīng)用的缺點(diǎn)。

（三）光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)

該系統(tǒng)由光纜和光纖適配器等組成。光纜是光信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃饫w適配器連接光纜且損耗很低，這樣就可以避免工程現(xiàn)場的光纖熔接。單橋監(jiān)控室采用光纜以低損耗方式接連光纜，將遠(yuǎn)距離采集的光信號(hào)引入中心監(jiān)控室的數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)上。

（四）數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)是對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理且分析，為后續(xù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)組成，在現(xiàn)場工控機(jī)上運(yùn)行，為專家評(píng)估系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)平臺(tái)，是后續(xù)工作提供可靠的依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，首先運(yùn)用了多線程技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示界面和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)同時(shí)進(jìn)行；其次，運(yùn)用數(shù)據(jù)安全隊(duì)列來保護(hù)線程之間數(shù)據(jù)安全傳遞的同時(shí)，還要使采集到得數(shù)據(jù)可以在最快的時(shí)間內(nèi)得到顯示，最后在VS平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序，由于VS庫函數(shù)和空間豐富，編程環(huán)境界面友好，使得軟件不僅界面漂亮，而且開發(fā)難度大大的降低。數(shù)據(jù)采集的流程圖3-5所示。

在基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了使數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)顯示同時(shí)進(jìn)行，必須采用多線程技術(shù)。此外，還可以采用數(shù)據(jù)安全隊(duì)列使采集到的數(shù)據(jù)能夠在最快時(shí)間實(shí)現(xiàn)顯示并能夠保護(hù)線程之間數(shù)據(jù)的安全傳遞。由于VS平臺(tái)下庫函數(shù)和空間豐富、界面友好，采用VS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序可以使開發(fā)難度大大降低且軟件界面漂亮。數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖2所示。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，大型橋梁的安全問題越來越受到人們的重視，為了保證橋梁運(yùn)行的安全性、可靠性及耐久性等，研究表明，得到科學(xué)管理的橋梁有著更好的安全性以及耐用性，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)是橋梁建設(shè)中不可少的一部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的基石。對(duì)于橋梁健康監(jiān)測來說，傳感器具有數(shù)量大、種類多，信號(hào)采集的儲(chǔ)存實(shí)時(shí)性高等要求，這樣對(duì)于數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)有較高要求。本文以武漢某大型斜拉橋?yàn)槔?，研究基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及具體實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)要求，傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。以某斜拉橋?yàn)槔慕】当O(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用光纖光柵應(yīng)力傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵位移傳感器、壓電式低頻加速度傳感器等等監(jiān)測斜拉橋應(yīng)力、溫度等參數(shù)。本文主要針對(duì)的是光纖光柵型傳感器，將采集到的光信號(hào)通過光纜傳輸后經(jīng)過解調(diào)儀解調(diào)，最后通過網(wǎng)口對(duì)解調(diào)儀采集到數(shù)字信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)做準(zhǔn)備。

光纖光柵解調(diào)儀具有以太網(wǎng)接口，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)程序有很多種方式，Windows Socket是其中比較簡單的方法。本系統(tǒng)監(jiān)測對(duì)象比較多并且要求系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高，多線程技術(shù)可以滿足系統(tǒng)要求，它支持系統(tǒng)一個(gè)進(jìn)程中執(zhí)行多個(gè)線程，多個(gè)操作可以在不同線程中同時(shí)進(jìn)行。光信號(hào)經(jīng)解調(diào)儀傳輸后是字節(jié)流，可以使用memmove函數(shù)對(duì)字節(jié)流進(jìn)行分解處理。

（一）光纖光柵傳感器的配置

數(shù)據(jù)采集方案的確定和傳輸方式的選擇一般是根據(jù)傳感器空間分布情況確定的。斜拉橋的跨度比較大，一般為幾百米到幾千米，橋上敷設(shè)的傳感器的數(shù)量種類也特別多，這個(gè)時(shí)候?yàn)榱藴p少信號(hào)在傳輸中受到干擾、衰減失真等情況，首先要對(duì)傳感器進(jìn)行配置，再選擇合適的數(shù)據(jù)采集方案和傳輸方式。

數(shù)據(jù)采集之前要確定傳感器的總數(shù)、解調(diào)儀的數(shù)量、所需通道數(shù)、采樣頻率和存儲(chǔ)頻率等各方面信息。傳感器的總數(shù)決定了數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的數(shù)量和數(shù)據(jù)的傳輸方式。傳感器的采樣頻率是由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的要求以及數(shù)據(jù)本身的動(dòng)態(tài)特性決定的。在進(jìn)行傳感器配置的時(shí)，采取四層結(jié)構(gòu)，采用樹形控件，應(yīng)用如圖3所示。第一層是光纖光柵系統(tǒng)，第二層是光纖光柵解調(diào)儀，第三層是通道，第四層是傳感器。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行初始配置，這樣才能提高系統(tǒng)的運(yùn)行速率。傳感器配置有兩種方式，一種是在界面進(jìn)行配置，第二種是修改配置文件的內(nèi)容。開始配置時(shí)首先將配置信息顯示在界面上，對(duì)界面進(jìn)行配置，然后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。

界面的配置步驟為：光纖系統(tǒng)總配置、光纖光柵解調(diào)儀配置、通道配置、傳感器配置。將每一個(gè)配置的傳感器編號(hào)，通過傳感器編號(hào)可以查詢具體信息。比如：傳感器的名稱、類別、位置、初始應(yīng)變、報(bào)警上限、報(bào)警下限、標(biāo)定系數(shù)、標(biāo)定斜率、是否要溫度補(bǔ)償、基準(zhǔn)波長、標(biāo)定波長、所屬的解調(diào)儀和通道數(shù)等信息。

（二）網(wǎng)口采集

武漢某斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)需采集的信號(hào)數(shù)量大、實(shí)時(shí)性高、處理較復(fù)雜。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將光纖光柵解調(diào)儀的信號(hào)通過網(wǎng)口以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理以及安全評(píng)估提供可靠地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用開放式Windows系統(tǒng)平臺(tái)，軟件開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2005，把任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立的線程，使用多線程方式，這樣就能夠保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，用戶其他操作也能及時(shí)響應(yīng)，這樣提高了利用率和程序的運(yùn)行效率。

光纖光柵解調(diào)儀主要作用是把光纖光柵中心波長解調(diào)出來，解調(diào)的機(jī)理有很多，本系統(tǒng)采用的解調(diào)原理是基于F―P濾波器的原理，基于網(wǎng)口的數(shù)據(jù)采集技術(shù)較成熟，解調(diào)儀的通信協(xié)議為UDP協(xié)議，傳輸速率要求能夠完全滿足系統(tǒng)要求。

對(duì)于UDP無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，客戶機(jī)給服務(wù)機(jī)發(fā)送一個(gè)含有地址的數(shù)據(jù)報(bào)，客戶機(jī)和服務(wù)器并沒有建立連接。服務(wù)器是通過調(diào)用Recvfrom（）等待客戶端數(shù)據(jù)?；赨DP的socket編程思路為：首先創(chuàng)建套接字（socket），然后將套接字綁定到一個(gè)本地端口和地址上，等待接收的數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉socket。

根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)服務(wù)端軟件基于UDP的，UDP能夠提供端口機(jī)制便于UDP用戶使用。UDP長度中包括UDP本身長度、源端口、目的端口、用戶數(shù)據(jù)和UDP校驗(yàn)等。實(shí)際開發(fā)，端口號(hào)為5000，首先使用“ping”命令判斷測試網(wǎng)絡(luò)是否連通，原理為發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給對(duì)方主機(jī)，對(duì)方主機(jī)回復(fù)是否收到數(shù)據(jù)報(bào)，如果回復(fù)及時(shí)，則網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接，軟件流程如下圖4所示。

四、小結(jié)

光纖光柵傳感器使用越來越普遍，本文介紹基于光纖光柵傳感器的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的組成，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和介紹基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)，最后對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

篇6

中圖分類號(hào)： TN 911.74文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

隨著科技的發(fā)展，安全防范的重要性越顯突出。一些重要的保密部門、軍事要地、銀行、機(jī)場等對(duì)大范圍、長距離、高可靠性的安防技術(shù)的需求越來越顯著。目前，已有大量的光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于安防系統(tǒng)，其特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，隱蔽性好、可防探測，易于安裝和維護(hù)[12]。

在實(shí)際應(yīng)用中，常常會(huì)遇到需要對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測，而一個(gè)被監(jiān)測對(duì)象需要對(duì)應(yīng)一套光纖傳感結(jié)構(gòu)，這不僅大大提高了整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的成本，而且系統(tǒng)的復(fù)雜程度也逐級(jí)上升，給維護(hù)也帶來了很大的困難[3]。為了解決上述問題，通常采用復(fù)用的方法，來達(dá)到簡化系統(tǒng)，降低成本，易于維護(hù)的目的。

1背景技術(shù)

在光纖傳感所采用的復(fù)用技術(shù)中，相位載波復(fù)用是較常采用的技術(shù)，即通過相位載波復(fù)用，使不同的感應(yīng)單元復(fù)用共同的光源、光纖光路以及光電探測器等。這種復(fù)用方法，如文獻(xiàn)[45]所描述，通過對(duì)不同的感應(yīng)單元施以不同頻率的相位載波進(jìn)行調(diào)制，每個(gè)載波頻率對(duì)應(yīng)于一個(gè)感應(yīng)單元，各感應(yīng)單元產(chǎn)生的干涉信號(hào)被共同的光電探測器檢測。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)用與解復(fù)用的目的，上述的相位載波復(fù)用技術(shù)一般具有以下特征：

（1）為了使復(fù)用的信號(hào)不發(fā)生混疊，相鄰載波頻率之間的頻率差必須大于外界擾動(dòng)引起的信號(hào)基波頻率上限的兩倍；

（2）對(duì)于光電探測器后的信號(hào)，通過信號(hào)處理技術(shù)，采用載波基波或諧波作為參考信號(hào)，對(duì)載波基波或諧波邊帶信號(hào)進(jìn)行處理，以達(dá)到將干涉信號(hào)解調(diào)出來的目的。

在該技術(shù)中，由于對(duì)相鄰頻率的間隔要求，同時(shí)為了使不同載波的基波、諧波頻率不發(fā)生混疊，使得調(diào)制頻率的選擇受到較多限制，由此會(huì)影響到實(shí)際復(fù)用的數(shù)量；同時(shí)，為了使復(fù)用的數(shù)量足夠大，對(duì)調(diào)制器件的工作點(diǎn)要求可能會(huì)很分散，并要求調(diào)制器件具有高的工作頻率，這不利于實(shí)際應(yīng)用。在信號(hào)的解調(diào)中，如引入信號(hào)處理技術(shù)，會(huì)增加信號(hào)處理部分的技術(shù)難度和技術(shù)復(fù)雜性，并大大提高后端的開發(fā)成本和設(shè)備成本。

在光纖傳感系統(tǒng)的許多實(shí)際應(yīng)用場合，兩個(gè)事件完全同時(shí)發(fā)生的概率很小，即兩個(gè)感應(yīng)單元同時(shí)感應(yīng)到信號(hào)的可能性很小。針對(duì)這種情況，本文提出一種新型的基于相位載波復(fù)用技術(shù)的光纖傳感復(fù)用方法。在光纖干涉系統(tǒng)中，對(duì)感應(yīng)外界擾動(dòng)的不同感應(yīng)光纖單元產(chǎn)生的干涉信號(hào)，用不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制，相鄰載波頻率之間的頻率差無需大于外界擾動(dòng)引起的信號(hào)基波頻率上限的兩倍，各光纖感應(yīng)單元形成的信號(hào)被共同的光電探測器檢測后，利用信號(hào)基波來分析擾動(dòng)信號(hào)的物理量，并利用載波基波或諧波的邊帶判斷感應(yīng)擾動(dòng)信號(hào)的光纖。

由于每次擾動(dòng)事件只發(fā)生在一個(gè)感應(yīng)單元，即只有一個(gè)感應(yīng)單元感應(yīng)到擾動(dòng)信號(hào)，設(shè)該單元為第i個(gè)感應(yīng)單元，從式（4）可以看出，調(diào)制頻率fmj（j≠i）的基波和諧波將不會(huì)出現(xiàn)邊帶，而調(diào)制頻率fmi的基波和諧波則出現(xiàn)邊帶，根據(jù)這一特點(diǎn)即可判斷感應(yīng)擾動(dòng)的感應(yīng)單元。由于僅需觀察是否出現(xiàn)邊帶，僅需相鄰的調(diào)制頻率有一定的間隔，不影響邊帶判斷即可，不需要傳統(tǒng)的相位載波復(fù)用方案那樣要求具有兩倍于基波最大頻率的要求。圖1為i單元發(fā)生擾動(dòng)時(shí)的頻譜示示意，在該圖中，載波頻率fmi出現(xiàn)了明顯的邊帶，說明感應(yīng)信號(hào)來自于感應(yīng)單元i。對(duì)于出現(xiàn)邊帶的載波頻率的確定，利用一些便捷的分析手段，例如邊帶的能量、譜線的對(duì)稱性等，即可實(shí)現(xiàn)；信號(hào)基波則可用來恢復(fù)干涉信號(hào)。

由于僅用信號(hào)基波來恢復(fù)干涉信號(hào)信息，無需像傳統(tǒng)相位載波復(fù)用那樣用載波基波或諧波作為參考信號(hào)來解調(diào)干涉信號(hào)，相應(yīng)的信號(hào)處理手段簡單，由于這個(gè)特點(diǎn)，也可以很方便地應(yīng)用于施加載波的調(diào)制端遠(yuǎn)離解調(diào)端的情況下（例如圖3的結(jié)構(gòu)中），而無需將調(diào)制信號(hào)引回解調(diào)端或在解調(diào)端恢復(fù)出解調(diào)所用的參考信號(hào)。

3數(shù)據(jù)分析

本文采用的是圖2的結(jié)構(gòu)。所使用的第一耦合器1為3×3均分耦合器，第二耦合器2為2×2耦合器，有2個(gè)復(fù)用的感應(yīng)單元：4（1）、4（2），使用的是光纜中的一芯，相應(yīng)的光纜長度分別為21 km、14 km。光源為中國電子科技集團(tuán)公司第44所生產(chǎn)的SO3B型超輻射發(fā)光管（SLD）型穩(wěn)定光源。光纖延遲器3使用的是美國 “康寧”生產(chǎn)的G652型單模光纖，光電檢測裝置8中使用的光電探測器為中國電子科技集團(tuán)公司第44所生產(chǎn)的型號(hào)為GT322C500的InGaAs光電探測器。使用的相位調(diào)制器是將光纖繞在壓電陶瓷上制作而成。經(jīng)測試，信號(hào)基波的最高頻率小于80 kHz，施加在相位調(diào)制器7（1）、7（2）上的頻率分別為100 kHz、110 kHz。低通濾波器9的帶寬為80 kHz，從光電檢測裝置8輸出的信號(hào)經(jīng)低通濾波器輸出的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)采集卡采樣后，進(jìn)行擾動(dòng)位置以及擾動(dòng)性質(zhì)的判斷。同時(shí)，對(duì)光電檢測裝置8輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)載波基波的邊帶，即頻率100 kHz、110 kHz的邊帶進(jìn)行分析，即可判斷擾動(dòng)來自那根感應(yīng)光纖。系統(tǒng)中所使用的采集卡為NI公司產(chǎn)品。

當(dāng)敲擊加有100 kHz載波頻率的傳感光纖時(shí)，所得到的的信號(hào)依次如下，圖4（a）為加載波后信號(hào)波形。圖4（b）為其頻譜圖，可以看到，100 kHz左右的邊帶有信號(hào)，而110 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號(hào)是加在100 kHz所在的傳感光纖上的。圖4（c）為經(jīng)過80 kHz低通濾波器后得到的振動(dòng)信號(hào)。

當(dāng)敲擊加有110 kHz載波頻率的傳感光纖時(shí)，所得到的信號(hào)依次如下，圖5（a）為加載波后信號(hào)波形。圖5（b）為其頻譜圖，可以看到，110 kHz左右的邊帶有信號(hào)，而100 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號(hào)是加在110 kHz所在的傳感光纖上的。圖5（c）為經(jīng)過80 kHz低通濾波器后得到的振動(dòng)信號(hào)。

由以上數(shù)據(jù)分析可以看出，可以用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號(hào)發(fā)生的感應(yīng)單元，可以通過低通濾波器解調(diào)出相應(yīng)的線路上的信號(hào)。

4結(jié)論

本論文使用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號(hào)發(fā)生的感應(yīng)單元，這種判斷方法簡單易行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。本方法的另一優(yōu)點(diǎn)是相鄰載波的頻率差無需大于信號(hào)基波的頻率上限的兩倍，這方便了載波頻率的選取以及相位調(diào)制器件的選擇，也使得復(fù)用單元的數(shù)量更大。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

中圖分類號(hào)：TN818 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）15-0122-02

0 引言

廠區(qū)安全，逐漸變成人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了保證一個(gè)廠區(qū)的周邊安全，往往需要安排大量的安防人員進(jìn)行定時(shí)定期的巡檢，此種方法不但復(fù)雜而且消耗大量的人力物力，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測廠區(qū)安全狀態(tài)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠區(qū)的入侵破壞行為。而隨著科技的發(fā)展，人們開始將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于廠區(qū)周界的安全防護(hù)上，由此一些公司開始研發(fā)周界安防產(chǎn)品，與其它周界防護(hù)方法來說該系統(tǒng)有著無法比擬的優(yōu)勢。

振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)是新一代信息化安全預(yù)警系統(tǒng)，采用光纜作為傳感器件，無論是通過對(duì)光纖的直接接觸，還是通過承載物間接接觸，都將引起光纜的擾動(dòng)。當(dāng)光纜產(chǎn)生振動(dòng)后，系統(tǒng)從光纜中采集擾動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，處理后交給后端服務(wù)程序進(jìn)行智能識(shí)別（智能識(shí)別可以判斷出不同的外部干擾類型，報(bào)警程序可根據(jù)智能識(shí)別結(jié)果實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警或?qū)崟r(shí)告警功能，從而達(dá)到對(duì)設(shè)防區(qū)域進(jìn)行入侵監(jiān)測的目的。該系統(tǒng)以光纖作為傳感單元，可實(shí)現(xiàn)高靈敏、長距離，大范圍的周界防護(hù)，非常適合于廠區(qū)周邊的入侵防范應(yīng)用。

本文采用M-Z干涉技術(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用條件，實(shí)現(xiàn)了一種振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)合廠區(qū)周界防護(hù)環(huán)境和綜合信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)安全的監(jiān)測預(yù)警，避免惡意入侵行為的發(fā)生。

1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)采用在監(jiān)測區(qū)域鋪設(shè)光纜作為振動(dòng)光纜的探測設(shè)備，對(duì)監(jiān)測區(qū)域環(huán)境的振動(dòng)信息進(jìn)行連續(xù)的分布式的監(jiān)測，并根據(jù)振動(dòng)信息的異常點(diǎn)處激光信息正反向傳輸達(dá)到振動(dòng)設(shè)備主機(jī)的時(shí)間差值，進(jìn)行振動(dòng)異常點(diǎn)定位。

振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)是基于M-Z干涉技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由激光器發(fā)出連續(xù)激光，經(jīng)過耦合器1分為兩束，分別進(jìn)行順時(shí)針方向傳輸和逆時(shí)針方向傳輸。順時(shí)針方向直接進(jìn)入到耦合器2和耦合器4搭建的M-Z干涉儀中感受外界振動(dòng)信息，經(jīng)耦合器3輸出被探測器2探測到；逆時(shí)針方向經(jīng)過耦合器3，進(jìn)入到耦合器4和耦合器2搭建的M-Z干涉儀中感受外界振動(dòng)信息，耦合器2直接輸出被探測器1探測到。

M-Z干涉儀分為信號(hào)臂和參考臂，信號(hào)臂主要用于感受外界振動(dòng)信息，參考臂提供相位參考值作為相位變換對(duì)比。由干涉原理可知同頻率同振動(dòng)方向的兩束光波發(fā)生干涉時(shí)，該點(diǎn)干涉的光強(qiáng)為：

式中，、分別為發(fā)生干涉的兩束光的初始光強(qiáng)，為兩束光之間的初始相位差。光通過耦合器進(jìn)入干涉儀兩臂傳輸后再發(fā)生干涉。此時(shí)發(fā)生干涉的兩束光的相位差可以看作是由于兩條光纖臂本身光程不對(duì)稱等原因造成的初始相位差，壓力作用造成的相位差，以及應(yīng)變導(dǎo)致光纖長度變化產(chǎn)生的相位差三者的迭加。即：

由于通過光電探測器可以探測到光強(qiáng)，而初始相位差是一個(gè)定值，因此光強(qiáng)的變化只與后面兩項(xiàng)所表示的相位差和的變化有關(guān)，所以在測得光強(qiáng)的變化后可以得出兩束光的相位差的變化。通過對(duì)相位差的分析，就能得到作用在干涉臂上的振動(dòng)壓力的情況。

系統(tǒng)的定位算法，是通過檢測兩路攜帶相同振動(dòng)信息的干涉信號(hào)分別被兩個(gè)探測器探測的時(shí)延差而進(jìn)行定位的，其計(jì)算公式如下：

其中X為振動(dòng)信號(hào)到達(dá)監(jiān)測主機(jī)的光纜長度；L為3芯傳感光纜的長度；ν為光在光纖中傳輸?shù)乃俣?；Δt為兩個(gè)探測器探測到信號(hào)的時(shí)延差。

時(shí)延的計(jì)算可通過正反兩個(gè)光路的光信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)求取。假設(shè)兩端信號(hào)為：

其中，分別為兩個(gè)探測器檢測到的信號(hào)，為管道的振動(dòng)信號(hào)，為噪聲，為比例系數(shù)，為兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)延。

通常是互不相關(guān)的平穩(wěn)隨即過程，則兩探測器信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)為：

互相關(guān)函數(shù)中，時(shí)，會(huì)出現(xiàn)峰值。確定獲得最大值所對(duì)應(yīng)的值，可確定兩個(gè)測試信號(hào)之間的時(shí)間差。

2 系統(tǒng)架構(gòu)和功能

振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備安裝和使用環(huán)境分為中央控制室和工業(yè)園區(qū)兩部分。整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

中央控制室主要包含主機(jī)、報(bào)警器、中心數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控顯示端；工業(yè)園區(qū)主要包括傳感光纜和光模塊。

系統(tǒng)主要通過傳感光纜感受到外部振動(dòng)信息，并將信息傳送給主機(jī)進(jìn)行分析判斷，主機(jī)針對(duì)探測信息進(jìn)行相位信息變化判斷。當(dāng)有非法入侵產(chǎn)生時(shí)，相位信息會(huì)產(chǎn)生特殊變化，結(jié)合智能識(shí)別算法進(jìn)行相位信息變化判斷，排除環(huán)境干擾信號(hào)影響因素，確定出非法入侵的特性并確定出準(zhǔn)確位置。

系統(tǒng)探測到非法入侵的報(bào)警信息，通過局域網(wǎng)傳輸給綜合信息平臺(tái)進(jìn)行報(bào)警界面顯示和報(bào)警器、攝像頭等設(shè)備聯(lián)動(dòng)；同時(shí)也將報(bào)警信息存儲(chǔ)到中心數(shù)據(jù)庫，用于報(bào)警信息查詢、分析和處理。

振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)組網(wǎng)可包含如下軟件平臺(tái)，分別為監(jiān)控平臺(tái)、控制平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，三個(gè)平臺(tái)相互連接形成三級(jí)管理體系。

信號(hào)處理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)探測區(qū)域的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到微弱電流信號(hào)、微弱電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，完成信號(hào)的提取，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)采集的不同振動(dòng)信號(hào)濾除環(huán)境干擾信號(hào)，進(jìn)行特征向量提取，根據(jù)信號(hào)持續(xù)的時(shí)間長度、振動(dòng)強(qiáng)度、光學(xué)相位變化趨勢和信號(hào)的頻譜等特征進(jìn)行分類學(xué)習(xí)；對(duì)非法入侵事件根據(jù)時(shí)延差進(jìn)行定位計(jì)算。

控制平臺(tái)起到連接信號(hào)處理平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)的橋梁，將信號(hào)處理平臺(tái)的報(bào)警信息數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控平臺(tái)；同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)處理參數(shù)和區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，保證報(bào)警信息真實(shí)有效。

監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場情況自主定制圖形化操作界面，便于用戶操作和報(bào)警查看，以生動(dòng)的圖像形式向用戶展現(xiàn)報(bào)警信息；支持報(bào)警歷史記錄管理、記錄、查詢，提供短信、郵件報(bào)警通知，提供脅迫密碼報(bào)警功能；可提供聯(lián)動(dòng)視頻、聲光報(bào)警器等外部報(bào)警器等功能。

3 應(yīng)用研究

在某工業(yè)園進(jìn)行應(yīng)用，工業(yè)園總長度約為7050米，為保證人為入侵能夠準(zhǔn)確被測量到，采用振幅為1米的正弦波光纜鋪設(shè)方式，該方式鋪設(shè)，光纜使用長度約為工業(yè)園總長度的2倍，同時(shí)為了維修方便，在部分位置留有預(yù)留光纜，鋪設(shè)光纜總長度為20000米。采用光纜為4芯直埋光纜，留有1芯作為備用芯。

振動(dòng)光纜鋪設(shè)一共分為4層，自底層往上依次為底層土工布、格柵（光纜固定于格柵上）、上層土工布、草坪。其鋪設(shè)示意圖如圖3所示。

圖3 鋪設(shè)示意圖

底層土工布為可滲水土工布，位于最底層，深度約為5厘米，土工布上擺放格柵，選用尼龍?jiān)鷰⒐饫|綁扎在格柵上，每30厘米作為一共綁扎點(diǎn)，正弦鋪設(shè)寬度約為1米，放置好格柵和光纜后，鋪設(shè)上層可滲水土工布，并覆蓋上約為3厘米土壤，最后將綠化草坪鋪設(shè)于上部，進(jìn)行隱蔽布置。

在該種鋪設(shè)條件下，進(jìn)行不同體重的人為走動(dòng)、翻墻跳躍等不同方式的模擬入侵，系統(tǒng)能夠及時(shí)探測到，并聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)監(jiān)控端構(gòu)圖界面對(duì)應(yīng)位置顏色發(fā)生變化，且顯示報(bào)警信息；經(jīng)過幾百次模擬入侵，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確報(bào)警定位，定位平均誤差小于15米；系統(tǒng)誤報(bào)率極低，完全可以滿足需求，可有效實(shí)現(xiàn)周界安全的防護(hù)和監(jiān)控。

4 結(jié)論

振動(dòng)光纜周界防護(hù)系統(tǒng)可以有效的監(jiān)測廠區(qū)周圍的各種入侵行為，并且可以聯(lián)動(dòng)視頻對(duì)現(xiàn)場的情況進(jìn)行拍照取證。警務(wù)人員接到報(bào)警后立即出警，避免的復(fù)雜的巡檢工作，節(jié)省了人力物力。

目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于安全防護(hù)項(xiàng)目中，根據(jù)現(xiàn)場使用情況來看，該系統(tǒng)具有較高的靈敏度和定位精度，系統(tǒng)通過與人防的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了人防聯(lián)動(dòng)，防護(hù)廠區(qū)安全等方面發(fā)揮了舉足輕重的作用，有效地保護(hù)了廠區(qū)的安全，保證了生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行，為廠區(qū)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張治國；張民；葉培大 基于線型腔拉曼光纖激光器的長距離光纖布拉格光柵傳感[期刊論文]-中國激光2006（08）

[2] Jianzhong Gao；Zhuangde Jiang；Yulong Zhao Full distributed fiber optical sensor for intrusion detection in application to buried pipelines[外文期刊] 2005（11）

篇8

科技創(chuàng)新作為高校創(chuàng)新的重要內(nèi)容，既是高校提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，也是高校加快發(fā)展的主要?jiǎng)恿驮慈?，更是提高教師?duì)伍整體素質(zhì)和水平的重要手段。加強(qiáng)高校科技創(chuàng)新工作，對(duì)于提高高校創(chuàng)新能力和綜合實(shí)力，促進(jìn)高校持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、科學(xué)發(fā)展具有重要意義。

西安石油大學(xué)在國家“十五”科技工作方針指導(dǎo)下，結(jié)合學(xué)校實(shí)際，以特色求生存，以創(chuàng)新求發(fā)展，深入實(shí)施科技精品工程，以制度創(chuàng)新為總抓手，通過優(yōu)化管理體制機(jī)制，營造科研良好環(huán)境，發(fā)揮重大項(xiàng)目作用，加大科技獎(jiǎng)勵(lì)力度，規(guī)范科技評(píng)價(jià)體系，擴(kuò)大學(xué)術(shù)交流范圍等舉措，充分調(diào)動(dòng)全校教師投身科技創(chuàng)新的積極性、主動(dòng)性和自覺性，使學(xué)?？萍紕?chuàng)新工作實(shí)現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展。

1　優(yōu)化管理體制機(jī)制，構(gòu)筑科技創(chuàng)新基地

創(chuàng)新基地包括各級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程技術(shù)研究中心和人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地。創(chuàng)新基地建設(shè)是提高科技創(chuàng)新能力的重要手段，是進(jìn)行科研工作的基礎(chǔ)和保證，是匯聚科技人才的根本途徑。對(duì)創(chuàng)新基地建設(shè)而言，完善的科技管理體制和運(yùn)行機(jī)制是根本保證。為此，學(xué)校堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新科技管理制度，建立有利于發(fā)揮創(chuàng)新基地學(xué)術(shù)環(huán)境優(yōu)勢，有利于學(xué)科交叉、隊(duì)伍整合和資源共享，有利于調(diào)動(dòng)科技人員積極性，有利于優(yōu)秀拔尖人才脫穎而出的科技管理體制和運(yùn)行激勵(lì)機(jī)制。經(jīng)過廣泛調(diào)研和科學(xué)論證，相繼制定了“重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室管理辦法”、“工程技術(shù)研究中心管理辦法”、“人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地管理辦法”等制度。同時(shí)學(xué)校也自籌資金7000多萬元用于基地建設(shè)，使得制度的導(dǎo)向和引領(lǐng)作用更加凸顯。學(xué)校緊跟國家創(chuàng)新體系建設(shè)、西部大開發(fā)、陜西建設(shè)西部強(qiáng)省的步伐，搶抓機(jī)遇，充分發(fā)揮石油石化主干學(xué)科優(yōu)勢、人才優(yōu)勢、成果優(yōu)勢，突出特色研究方向，通過資源整合、加強(qiáng)條件建設(shè)、技術(shù)裝備改造、增建實(shí)驗(yàn)室等舉措，使創(chuàng)新基地得到快速發(fā)展。目前學(xué)校已擁有2個(gè)聯(lián)合建設(shè)的國家工程實(shí)驗(yàn)室，1個(gè)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，8個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，7個(gè)省級(jí)工程技術(shù)和研究中心，1個(gè)省部級(jí)人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地。

2　營造良好科研環(huán)境，推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)

高校由于“擴(kuò)招”導(dǎo)致教師缺編嚴(yán)重，使得青年教師過早地?fù)?dān)負(fù)起教學(xué)科研的重任。據(jù)調(diào)查，全校40歲以下的青年教師占整個(gè)教師隊(duì)伍的三分之二左右。青年教師以后要成為學(xué)校教學(xué)和科研的主力，但是他們普遍缺乏系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，能力和經(jīng)驗(yàn)也都不足，也缺乏科研啟動(dòng)資金。為此，學(xué)校專門制定了《科技創(chuàng)新基金管理辦法》，引導(dǎo)和資助青年教師開展科學(xué)研究工作。同時(shí)對(duì)獲得博士學(xué)位的教師，學(xué)校也給與科研啟動(dòng)金，資助他們開展科學(xué)研究、參加學(xué)術(shù)交流。近幾年學(xué)校共投入200多萬元，資助了200多位青年教師，占青年教師總數(shù)的三成以上。青年教師的科學(xué)研究能力得到了鍛煉和提高，他們中的許多人已快速成長為學(xué)校教學(xué)科研的骨干。

3　發(fā)揮重大項(xiàng)目作用，凝聚科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的建設(shè)是高校教學(xué)、科研和學(xué)科建設(shè)的重要保障。要建設(shè)一流高校，必須要有一批素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合、相對(duì)穩(wěn)定的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要指出：“爭取政府資源是高校自身發(fā)展的需要，也是高?？萍紕?chuàng)新實(shí)力的集中展現(xiàn)。高校圍繞國家目標(biāo)開展創(chuàng)新活動(dòng)，可以不斷提高自身創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)地位，促進(jìn)高質(zhì)量人才的培養(yǎng)，促進(jìn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的形成?！蹦壳?，許多高校都存在科研團(tuán)隊(duì)整體素質(zhì)不高、隊(duì)伍不穩(wěn)定的現(xiàn)象。針對(duì)國家級(jí)科研目標(biāo)開展科技攻關(guān)，進(jìn)行學(xué)科交叉，可以穩(wěn)定科技隊(duì)伍，凝聚科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，改變這種現(xiàn)狀。

為了激勵(lì)教師積極爭取和承擔(dān)國家、省部級(jí)科研項(xiàng)目，同時(shí)保障高層次科研項(xiàng)目的順利實(shí)施，制定了《縱向科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助辦法》。學(xué)校組織各學(xué)科技術(shù)骨干組成科研團(tuán)隊(duì)，積極申請(qǐng)國家自科基金、社科基金、國家科技支撐計(jì)劃、國家“863”計(jì)劃及各省市設(shè)立的重大科技項(xiàng)目，以重大科技項(xiàng)目為載體凝聚科技力量，培育科技精品。幾年來，學(xué)校投入配套資金400多萬元，極大地促進(jìn)了科學(xué)研究工作的發(fā)展。對(duì)加強(qiáng)科技團(tuán)隊(duì)建設(shè)，穩(wěn)定學(xué)術(shù)隊(duì)伍，堅(jiān)持自身特色，形成新的科研方向起到了重要作用。近五年，學(xué)校主持和參加國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目9項(xiàng)，參加國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目5項(xiàng)，主持和參加國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目9項(xiàng)，主持和參加國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目17項(xiàng)。主持國家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)。其中，我校承擔(dān)的國家“863”計(jì)劃“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可控偏心器工程化技術(shù)研究”項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)達(dá)1500萬元，是建校以來第一個(gè)經(jīng)費(fèi)突破千萬元的科研項(xiàng)目。學(xué)?？蒲薪?jīng)費(fèi)大幅度增長，由2003年的3100多萬元增加到2008年的1億多元，年均增幅達(dá)30％以上。通過重大項(xiàng)目形成了多個(gè)穩(wěn)定的科研方向，凝聚了多支科研團(tuán)隊(duì)。比較典型的是“光纖光柵傳感技術(shù)研究”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果，獲得了2008年“全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”。

4　加大科技獎(jiǎng)勵(lì)力度，催生科技創(chuàng)新成果

學(xué)校革新科技獎(jiǎng)勵(lì)辦法，拓展授獎(jiǎng)范圍，加大獎(jiǎng)勵(lì)力度，制定了《科技獎(jiǎng)勵(lì)辦法》。對(duì)高水平的理論和技術(shù)成果進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)省部級(jí)以上的科技項(xiàng)目、獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)的科技成果、獲授權(quán)的專利技術(shù)、高水平的論文、經(jīng)費(fèi)數(shù)額較大的橫向科研項(xiàng)目進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。獎(jiǎng)勵(lì)以工資或現(xiàn)金形式兌現(xiàn)，幾年來共發(fā)放獎(jiǎng)金300多萬元。此項(xiàng)制度在教師中反響很大，極大地鼓舞了大家的創(chuàng)新熱情，也調(diào)動(dòng)了更多的教師，特別是中青年教師的科研積極性，使得學(xué)?？萍脊ぷ鞒尸F(xiàn)出了“長江后浪推前浪，一浪更比一浪強(qiáng)”的可喜局面，有力地促進(jìn)了學(xué)科建設(shè)和科技創(chuàng)新工作的跨越式發(fā)展。

近幾年學(xué)校主持完成的“氣田污水綜合處理與防腐阻垢技術(shù)”、“油氣管線分布式光纖光柵智能傳感系統(tǒng)研究”等4項(xiàng)成果榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，“高溫高壓分布式光纖光柵傳感技術(shù)”成果榮獲2007年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，此外學(xué)校還獲得了130多項(xiàng)各級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。近五年6000余篇、被SCI、EI、ISTP收錄近500篇，出版學(xué)術(shù)專著100多部。

5　規(guī)范科技評(píng)價(jià)體系，激勵(lì)教師創(chuàng)新熱情

高校近年來存在單純以論文數(shù)量考核教師的現(xiàn)象，導(dǎo)致大量低水平重復(fù)的論文出現(xiàn)。學(xué)校為此制定了《權(quán)威期刊、核心期刊認(rèn)定辦法》，從自然科學(xué)到人文社會(huì)科學(xué)，從國內(nèi)核心期刊到國外核心期刊，從不同角度規(guī)范和引導(dǎo)教師通過科技創(chuàng)新和長期積累，發(fā)表高質(zhì)量、高水平的學(xué)術(shù)論文，促進(jìn)學(xué)校科技創(chuàng)新工作再上新臺(tái)階。

學(xué)校的科技評(píng)價(jià)體系是引導(dǎo)教師進(jìn)行科技創(chuàng)新的指揮棒。在強(qiáng)化科技業(yè)績考核的同時(shí)，一定要處理好數(shù)量指標(biāo)與質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系。學(xué)校制定了《教師科技工作業(yè)績與成果量化計(jì)算辦法》，與學(xué)校的其他科技管理制度一起，形成了科技評(píng)價(jià)體系。此辦法的實(shí)施使得學(xué)?？萍汲晒J(rèn)定更加公平合理?？萍脊ぷ鳂I(yè)績評(píng)價(jià)更加科學(xué)規(guī)范，形成了積極有效的激勵(lì)機(jī)制，教師的科技創(chuàng)新熱情進(jìn)一步高漲。僅2008年一年就申請(qǐng)發(fā)明專利20多項(xiàng)，超過了學(xué)校前十年申請(qǐng)量的總和。

6　擴(kuò)大學(xué)術(shù)交流范圍，增強(qiáng)學(xué)校學(xué)術(shù)影響

篇9

能預(yù)報(bào)還是不能預(yù)報(bào)？

1997年，美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的4名學(xué)者聯(lián)名在《科學(xué)》雜志發(fā)表了《地震無法被預(yù)測》的論文。論文作者指出，在經(jīng)歷了近30年的精心研究地震預(yù)報(bào)后，他們發(fā)現(xiàn)，地震是無法預(yù)報(bào)的，從事這方面的研究工作也是毫無希望的。

如果說，這篇論文的觀點(diǎn)還只是學(xué)術(shù)界內(nèi)部探討的話題和爭論，到了2008年，美國地質(zhì)勘探局（USGS）對(duì)此問題的一項(xiàng)正式表態(tài)，就把地震不能預(yù)報(bào)的結(jié)論擴(kuò)展到了社會(huì)和公眾層面。

美國地質(zhì)勘探局稱，無論是美國地質(zhì)調(diào)查局還是美國加州理工學(xué)院或者任何其他科學(xué)機(jī)構(gòu)，都沒有預(yù)報(bào)過一次大地震。在可預(yù)見的未來他們不知道如何預(yù)報(bào)地震，并且也不打算知道。不過，借助科學(xué)數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以計(jì)算出未來將發(fā)生地震的可能性。比如，科學(xué)家預(yù)測在未來30年內(nèi)，舊金山灣區(qū)發(fā)生一次重大地震的概率為67%，而南加利福尼亞的概率是60%。所以，美國地質(zhì)勘探局致力于通過提高基礎(chǔ)設(shè)施的安全等級(jí)來長期減弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期預(yù)報(bào)上。

正因?yàn)槿绱?，美國沒有設(shè)立專門的地震局，政府負(fù)責(zé)地震預(yù)報(bào)預(yù)測研究工作的部門主要是美國地質(zhì)勘探局。除了地震之外，他們還對(duì)龍卷風(fēng)、熱颶風(fēng)、火山爆發(fā)等自然災(zāi)害進(jìn)行研究。

盡管地震尚不可預(yù)報(bào)是美國主流科學(xué)界的觀點(diǎn)，也得到世界大多數(shù)國家，包括中國一些科學(xué)家的認(rèn)同，不過，并不意味著所有科學(xué)家都認(rèn)同這種觀點(diǎn)。中國老一輩地質(zhì)科學(xué)家，如李四光認(rèn)為地震可以預(yù)報(bào)（據(jù)說1971年李四光臨終前遺憾地說，再給他半年，可能解決地震預(yù)報(bào)問題）。

事實(shí)上，中國曾經(jīng)成功預(yù)報(bào)過一次大地震，即1975年2月4日發(fā)生在海城的7.3級(jí)強(qiáng)烈地震。這次地震是在地震部門預(yù)報(bào)兩個(gè)半小時(shí)后發(fā)生的。由于預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，人們撤離及時(shí)，海城地震極大減少了死亡人數(shù)。我國未實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)的7級(jí)以上大地震，如邢臺(tái)地震、通海地震、唐山地震的人員傷亡率分別為14%、13%、18.4%。按這三次地震的人員傷亡率平均值估算，海城地震人員傷亡將達(dá)15萬，死亡可達(dá)5萬以上。但由于成功了短臨預(yù)報(bào)，海城總共傷亡18308人，死亡328人。

從這個(gè)事實(shí)出發(fā)，有人認(rèn)為地震是可以預(yù)報(bào)的。

客觀上有很多難以克服的障礙

中國海城地震預(yù)報(bào)是得到國際上承認(rèn)的唯一一次成功的短臨預(yù)報(bào)。但是，就在人們以為海城地震預(yù)報(bào)模式可以推廣之時(shí)，1976年的唐山大地震卻沒有預(yù)報(bào)成功，這是因?yàn)榈卣鸬某梢?、發(fā)生機(jī)理和觸發(fā)條件等非常復(fù)雜多變。所以，《美國地震協(xié)會(huì)公告》曾評(píng)價(jià)說，“海城地震的預(yù)測，是結(jié)合了經(jīng)驗(yàn)主義分析、直覺判斷和好運(yùn)氣，這是預(yù)測地震的一次嘗試?！?/p>

地震的難以預(yù)報(bào)體現(xiàn)在許多方面，主要有幾點(diǎn)。首先是，地球內(nèi)部的情況難以知曉。地震多數(shù)發(fā)生在地下15公里以下的地殼里，這次的蘆山地震也是發(fā)生在離地表16公里處。目前人類對(duì)于地殼的研究只能通過鉆機(jī)鉆至地下12公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到直接觀察到地震孕育發(fā)生的全過程，只能在地表憑借有限的儀器設(shè)備捕捉地殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)變化的間接信息。其次，人類對(duì)地質(zhì)觀察的知識(shí)和數(shù)據(jù)積累并不全面和系統(tǒng)，人類掌握的地震記錄和數(shù)據(jù)并不多。第三，人類對(duì)地球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的理論還不成熟，認(rèn)識(shí)才剛剛開始。即便有一些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，也是此一時(shí)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，不能用于彼時(shí)，如海城的經(jīng)驗(yàn)無法用于唐山地震，也不可能完全應(yīng)用于今天的汶川和蘆山地震。地質(zhì)研究人員認(rèn)為，從地質(zhì)學(xué)的角度考慮，作為一種地質(zhì)現(xiàn)象，地震發(fā)生前一定會(huì)有許多前兆，對(duì)地震前兆掌握得不夠多、不夠準(zhǔn)，是目前我們無法預(yù)報(bào)地震的核心問題。

現(xiàn)在不能預(yù)報(bào)，將來能預(yù)報(bào)嗎？

中國有一些研究人員認(rèn)為，對(duì)于地震來講，現(xiàn)在不可知是正確的。未來不可知，那就是錯(cuò)誤的。未來有多遠(yuǎn)，則要看研究人員的探索。

自1966年邢臺(tái)地震以來，中國已在70多次中強(qiáng)以上地震前記錄到1000多條地震前兆異常，可歸為10大類，即地震學(xué)、地殼形變、重力地磁、地電、水文地球化學(xué)、地下流體（水、汽、氣、油）動(dòng)態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變、氣象異常以及宏觀前兆現(xiàn)象。

而近幾年，專業(yè)人員提出了一些新的監(jiān)測地震的技術(shù)和方法，如光纖傳感技術(shù)、電磁波、次聲波、地應(yīng)力、大地微動(dòng)等。

比如，光纖傳感器可埋入溫度高達(dá)250℃以上的地層深處，可用于檢測地震波、地質(zhì)板塊內(nèi)部應(yīng)力、溫度、位移和傾斜、地下流體壓力、地下磁場等地下物理量的動(dòng)態(tài)變化。一旦在地震帶附近建立起永久的可以監(jiān)測地震的光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)，就可以及時(shí)地監(jiān)測地下的異常情況，對(duì)可能發(fā)生的地震發(fā)出預(yù)報(bào)或預(yù)警。

以往大量的地震都發(fā)現(xiàn)，震前電磁前兆是客觀存在的。當(dāng)然，電磁波前兆變化復(fù)雜，不同地震前地磁波異常有差異性，使人們目前對(duì)電磁前兆現(xiàn)象的物理解釋仍無統(tǒng)一定論，但通過長期的實(shí)際觀測，研究人員在資料分析、信息識(shí)別和提取方面也取得了一些認(rèn)識(shí)，認(rèn)為電磁前兆對(duì)預(yù)測地震，特別是短臨預(yù)測有一定的意義。

地震預(yù)報(bào)未來是否能有突破，誰也沒有答案。但是正如法布爾所說：不管我們的照明燈燭把光線投射多遠(yuǎn)，照明圈外依然死死圍擋著黑暗。就讓我們從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)我們的提燈吧。隨著一小片一小片的面目被認(rèn)識(shí)清楚，人們最終也許能將整個(gè)畫面的某個(gè)局部拼制出來。

延伸閱讀

地震不能預(yù)報(bào)但能預(yù)警

雖然目前地震預(yù)報(bào)被視為是不可能的，但是地震預(yù)警則是可能的。地震預(yù)報(bào)與預(yù)警的區(qū)別在于，前者是地震未發(fā)生前進(jìn)行的預(yù)測，后者是在地震發(fā)生后的預(yù)警。

現(xiàn)在，中國、墨西哥和日本等一些國家都能對(duì)地震進(jìn)行預(yù)警。地震發(fā)生時(shí)，一般是破壞力較小但速度較快的地震縱波先活動(dòng)，接著就是破壞力大但速度慢的地震橫波活動(dòng)?？v波的傳播速度大約6公里/秒，但震動(dòng)相對(duì)較小；橫波傳播速度大約4公里/秒，但破壞力大，是大地震時(shí)的主要?dú)⑹?。利用震中附近監(jiān)測儀器捕捉到地震縱波后，快速估算地震參數(shù)并預(yù)測地震對(duì)周邊地區(qū)的影響，搶在破壞性橫波到達(dá)震中周邊地區(qū)之前，通過通訊和媒體預(yù)測地震強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間的預(yù)警信息，人們可以得到幾秒到十幾秒的寶貴逃生時(shí)間，可減輕人員傷亡和災(zāi)害損失。

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中圖分類號(hào)：C913文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

交通工程學(xué)科是研究交通發(fā)生、發(fā)展、分布運(yùn)行與停駐規(guī)律，探討交通調(diào)查、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、監(jiān)控、營運(yùn)、管理、安全的理論方法以及有關(guān)設(shè)施、裝備、法律和法規(guī)，協(xié)調(diào)道路交通中人、車、路與環(huán)境之間的相互關(guān)系，使道路交通更加安全、高效、快捷、舒適、方便、經(jīng)濟(jì)的一門工程技術(shù)學(xué)科。

交通學(xué)科中的道路運(yùn)輸系統(tǒng)是有人、車、路、環(huán)境等幾個(gè)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)的、動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)。

一、交通工程學(xué)科面臨的問題

城市交通的擁堵問題是目前以及今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)交通工程學(xué)科必須應(yīng)對(duì)的問題。探討城市的交通擁堵問題，至少需要涉及的學(xué)科有系統(tǒng)工程、城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)學(xué)、行為心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、公共政策學(xué)、管理學(xué)等?？鐚W(xué)科的研究方法有移植、滲透與融合等，關(guān)鍵是如何將其應(yīng)用于城市交通問題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能交通系統(tǒng)于90年代至21世紀(jì)初被引入交通工程領(lǐng)域，重點(diǎn)研究交通系統(tǒng)的智能化，并逐漸成為解決交通工程關(guān)鍵問題的主要方法。

二、智能交通系統(tǒng)的定義和組成

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System， ITS）定義為：在比較完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)和系統(tǒng)綜合技術(shù)有效的集成，并應(yīng)用于地面運(yùn)輸系統(tǒng)，從而建立起大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的地面運(yùn)輸系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)按照組成部分來劃分，主要包括如下幾方面：

（1）交通檢測技術(shù)：通過感應(yīng)圈、紅外、微波、閉路電視攝像、衛(wèi)星定位技術(shù)，對(duì)交通車輛、道路進(jìn)行檢測，收集交通數(shù)據(jù)和圖像信息；

（2）交通控制技術(shù)：包括先進(jìn)的交通信號(hào)系統(tǒng)，匝道信號(hào)控制、信號(hào)燈控制等技術(shù)；

（3）通訊技術(shù)：包括高密度波分復(fù)用技術(shù)，光纖傳輸及接入技術(shù)，無線傳輸技術(shù)等；

（4）數(shù)據(jù)處理：車流數(shù)據(jù)、收費(fèi)數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的處理；

（5）信息提供：提供出行信息，如交通狀況、最佳行車路線等；

三、智能交通系統(tǒng)體系的主要功能

（1）信息采集：綜合交通信息平臺(tái)提供與各應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信聯(lián)接和數(shù)據(jù)接口，從各應(yīng)用系統(tǒng)中提取各類相關(guān)信息，用于后續(xù)的信息處理和信息服務(wù)。所提取的信息通常不是各應(yīng)用系統(tǒng)的原始信息，而是經(jīng)過各系統(tǒng)處理后的二次信息。這樣一方面能減少平臺(tái)信息處理的工作量，另外也能節(jié)省信息存儲(chǔ)空間。

目前在交通工程領(lǐng)域采集數(shù)據(jù)主要利用傳感技術(shù)，具體如下：

利用紅外線，超聲波，微波雷達(dá)，感應(yīng)圈等傳感器，對(duì)通過道路某一點(diǎn)的車輛，其數(shù)量、大小、重量、速度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

利用浮動(dòng)車系統(tǒng)，可以通過安裝有GPS（全球定位系統(tǒng)）的公交車或計(jì)程車了解到該車輛通過某路段的時(shí)間速度，從而在一定程度上間接地推測出當(dāng)前路面的交通狀況。但是由于所獲取的交通數(shù)據(jù)，其采樣精度及密度均受制于有限的GPS設(shè)備，且無法獲得浮動(dòng)車以外其他車輛、行人等的交通數(shù)據(jù)，該技術(shù)對(duì)于微觀交通行為的分析、管理優(yōu)化，存在一定的局限性。

利用可見光攝像機(jī)，紅外線攝像機(jī)等視頻傳感器，不僅能夠?qū)β范紊宪囕v的通行狀況，比如通過數(shù)量、大小、速度、顏色、車牌號(hào)等進(jìn)行定量地統(tǒng)計(jì)，同時(shí)能夠?qū)δ承┨囟ㄐ袨?，比如闖紅燈、倒車、轉(zhuǎn)彎， 交通事故等在一定程度上進(jìn)行自動(dòng)檢測。特別是利用視頻數(shù)據(jù)可以對(duì)這些特定行為的前因后果進(jìn)行分析。

激光掃描儀是一種新興的傳感器。與視頻等技術(shù)相比，激光測距掃描儀及其應(yīng)用技術(shù)還大多處于研發(fā)階段。

（2）信息處理：采用分類、統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、序列分析等方法，將從各應(yīng)用系統(tǒng)提取的信息進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化，生成滿足應(yīng)用系統(tǒng)需要的特定格式的信息。

（3）信息存儲(chǔ)：對(duì)各類交通信息按照一定的規(guī)則和組織方式進(jìn)行保存，便于數(shù)據(jù)的查詢、更新和維護(hù)。信息存儲(chǔ)的形式可采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫方式，也可以采用數(shù)據(jù)倉庫方式。另外，由于交通信息大多與地理屬性有關(guān)，因此，利用GIS技術(shù)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行組織、存儲(chǔ)和顯示，可以提高數(shù)據(jù)管理的效率。

（4）信息服務(wù)：綜合交通信息平臺(tái)的最終目的是為各應(yīng)用系統(tǒng)提供其所需要的信息。由于不同的用戶和應(yīng)用系統(tǒng)可以獲取或訪問的信息各不相同，因此，需要建立完善的數(shù)據(jù)分層管理和權(quán)限管理，對(duì)無權(quán)獲取特定信息的用戶進(jìn)行信息屏蔽，使不同用戶既能獲得各自所需要的數(shù)據(jù)，同時(shí)確保各應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換和共享過程的安全性。

四、智能交通系統(tǒng)的主要構(gòu)成

1．智能化交通管理系統(tǒng)

智能化交通信號(hào)控制系統(tǒng)和智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)，集成起來就構(gòu)成了先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)的主要部分。

智能化的信號(hào)控制系統(tǒng)可以通過設(shè)在路上的傳感器，檢測路段和路口的交通狀態(tài)，根據(jù)路口各個(gè)方向以及周圍相鄰路口的交通狀態(tài)，改變路口各方向紅綠燈信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，使得路口的使用效率得以提高。智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)就是為此開發(fā)。它包括安裝在主要交通干線上的攝像機(jī)和傳感器(如電磁感應(yīng)檢測器、微波檢測器、紅外檢測器、激光檢測器等)、通信和傳輸系統(tǒng)、交通監(jiān)控中心(包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息處理與顯示、指揮控制等子系統(tǒng))、信息系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等。其功能主要包括：（1）對(duì)道路上的交通信息以及與交通相關(guān)信息的采集應(yīng)該是盡量完整和實(shí)時(shí)的；（2）交通參與者(包括駕駛員、乘客、行人等)、交通管理者、交通工具、道路管理設(shè)施之間的信息交換可以做到實(shí)時(shí)和高效；（3）控制中心對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的控制是強(qiáng)制和高效的（4）交通監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括城市、高速公路的監(jiān)控中心、運(yùn)輸管理中心等)配備有功能強(qiáng)大的軟件和數(shù)據(jù)庫，具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的能力。

2．電子不停車收費(fèi)技術(shù)

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(簡稱ETC)是智能交通系統(tǒng)中最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)之一，主要應(yīng)用技術(shù)是自動(dòng)車輛識(shí)別技術(shù)(英文簡稱AVI)。使用該種收費(fèi)方式的用戶必須在事前購買專用的電子標(biāo)簽并安裝在前擋風(fēng)玻璃上，當(dāng)車輛駛?cè)胧召M(fèi)區(qū)域時(shí)，該系統(tǒng)安裝在門架上或路側(cè)的微波天線查詢車載電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的識(shí)別信息，如電子標(biāo)簽ID號(hào)碼、車型、車主等信息，以辨別車輛是否可以通過不停車收費(fèi)車道。在采用封閉式收費(fèi)制式的高速公路上，在進(jìn)入高速公路時(shí)，車道天線要向電子標(biāo)簽寫入入口車站信息，在離開高速公路時(shí)，再讀出入口信息以便系統(tǒng)計(jì)算通行費(fèi)。

自動(dòng)車型分類系統(tǒng)利用裝在車道內(nèi)和車道周圍的各種傳感器裝置來測定通過車輛的類型，并與車載電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的車型數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，防止故意換卡違章使用，保障電腦系統(tǒng)按照正確的車型實(shí)現(xiàn)收費(fèi)。

3．基于GPS和GIS的車輛定位與導(dǎo)航技術(shù)

GPS(Global positioning System)技術(shù)，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)，是利用分布在高空的多顆人造衛(wèi)星對(duì)地面上的目標(biāo)進(jìn)行測定并進(jìn)行定位和導(dǎo)航，它用于對(duì)船舶和飛機(jī)及其它飛行物的導(dǎo)航、對(duì)地面目標(biāo)的精確定時(shí)和定位、地面和空中的交通管制以及空間和地面的災(zāi)害監(jiān)測等。

GPS可以用于車輛導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)的主要功能有：車輛跟蹤、航線設(shè)計(jì)、按計(jì)劃航線進(jìn)行導(dǎo)航、查詢功能等。車輛導(dǎo)航系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、微處理器、顯示器、車輛導(dǎo)航軟件和地理信息系統(tǒng)組成。GPS用于車輛運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)的主要功能有，查詢功能、多屏幕，多車輛跟蹤功能、指揮與車輛跟蹤相結(jié)合、報(bào)警與意外處理等。

GIS(Geography Transportation System)技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，綜合了數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地理學(xué)、幾何學(xué)等技術(shù)，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用地理模型和分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，從而為存放和管理定位導(dǎo)航信息提供信息服務(wù)。GIS用于車輛導(dǎo)航與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)的功能包括，電子地圖顯示功能、標(biāo)注當(dāng)前車位、地物信息分類索引、最佳路徑選擇、行車路線導(dǎo)航等。

GIS用于道路實(shí)網(wǎng)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以分路段的方式和地理坐標(biāo)聯(lián)系起來，可以對(duì)路面質(zhì)量、路況和路面維護(hù)進(jìn)行管理，另外也可以對(duì)橋梁、隧道及其他各種道路管理設(shè)施如信號(hào)裝置、可變情報(bào)板等進(jìn)行測量和管理，從而保證各項(xiàng)設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，交通管理和控制措施得以順利實(shí)施。

在基于GPS+GIS的車輛定位與導(dǎo)航技術(shù)及應(yīng)用方面，比較有市場前景的有兩個(gè)方面。一是終端設(shè)備提供；二是增值運(yùn)營服務(wù)。這兩者相輔相成，終端設(shè)備市場的規(guī)模形成，離不開增值運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的建成與內(nèi)容服務(wù)的增加，而增值運(yùn)營服務(wù)的提供，最終又需要通過終端設(shè)備傳遞給用戶。

目前，在國內(nèi)增值運(yùn)營服務(wù)這個(gè)市場正在逐漸為產(chǎn)業(yè)界所關(guān)注，但是，從發(fā)展的角度來說，目前缺少的是內(nèi)容提供，而內(nèi)容提供的瓶頸在于數(shù)據(jù)收集的手段有限。

五、結(jié)論

智能交通系統(tǒng)是隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展的。同時(shí)實(shí)踐也證明，智能交通系統(tǒng)是緩解現(xiàn)代交通問題的有效手段。隨著人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，智能交通系統(tǒng)將是現(xiàn)代化交通運(yùn)輸體系的發(fā)展方向。

可以預(yù)見，智能交通系統(tǒng)的服務(wù)功能將更加完善，信息服務(wù)將呈現(xiàn)出多元化、個(gè)性化和細(xì)化發(fā)展；技術(shù)水平也將越來越高，系統(tǒng)處理、處置水平智能化程度將更高；系統(tǒng)的運(yùn)營方式也將日趨多樣化，系統(tǒng)運(yùn)營將更加高效經(jīng)濟(jì)。

總之，隨著智能交通系統(tǒng)的整合速度逐漸加快，多出行方式相關(guān)的ITS整合速度也將加快；智能化交通設(shè)施將得到逐步的發(fā)展；交通信息提供將更傾向于智能化發(fā)展水平。

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