時間：2022-07-22 14:44:32
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇檢測系統(tǒng)設計論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、嵌入式網(wǎng)關遠程發(fā)送端以及檢測管理中心三部分組成。首先，傳感器通過ZigBee協(xié)議發(fā)送所采集的植物生理參數(shù)信息到網(wǎng)關中的協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)通過RS—232串口發(fā)送到基于ARM9的CDMADTU嵌入式模塊，CDMADTU模塊對數(shù)據(jù)進行處理后通過CDMA2000網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到由PC構建的Web服務器，發(fā)送到服務器的優(yōu)點是數(shù)據(jù)易存儲易查詢。最后，檢測中心還能通過基于LabVIEW編寫的上位機軟件根據(jù)已知的數(shù)據(jù)分析出植物的生理生長狀況，并設計了一種根據(jù)蒸騰速率和葉綠素含量等參數(shù)的自動報警界面，從而可以更精確地判斷和控制植物的長勢和各項經(jīng)濟指標。
2系統(tǒng)硬件設計
2．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點硬件設計
數(shù)據(jù)采集節(jié)點組要負責采集植物的各項生理參數(shù)(莖稈與果實直徑、葉綠素含量、植物莖流等)和無線發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。無線收發(fā)芯片選用TI公司推出的CC2530作為ZigBee網(wǎng)絡的射頻收發(fā)送模塊。CC2530是應用于ZigBee網(wǎng)絡的真正片上系統(tǒng)(SOC)解決方案，包括一個高性能的2．4GHz射頻收發(fā)器，內(nèi)含一個高性能、低功耗的增強型8051內(nèi)核和一個8通道12位A/D轉換器。CC2530較以往常用的CC2430芯片具有靈敏度更高、功耗更小、通信距離更遠等優(yōu)點，因此，滿足無線傳感器及其網(wǎng)絡對高性能、低成本、低功耗的要求。本設計中需要測量的莖稈直徑采用基于LVDT的植物莖稈傳感器，葉綠素含量測量采用基于透射型活體葉綠素傳感器，植物莖流測量采用基于熱平衡法傳感器，這些傳感器的輸出均為模擬信號，在傳感器部分對輸出信號進行調(diào)理就能夠直接與CC2530芯片連接。
2．2嵌入式網(wǎng)關硬件設計
嵌入式網(wǎng)關主要負責對接收的數(shù)據(jù)進行處理與存儲，并實現(xiàn)ZigBee協(xié)議與TCP/IP協(xié)議之間的轉換，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程檢測系統(tǒng)。嵌入式網(wǎng)關主要由協(xié)調(diào)器和基于AM9的CDMADTU模塊組成，CDMADTU模塊包括AM9微處理器和DTU發(fā)送模塊。本設計的CDMADTU選用CDMA2000通信模塊，該模塊采用AM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，供電范圍寬(5～32VDC)，數(shù)據(jù)傳輸速度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在使用CDMADTU之前需要做兩步準備:一是因為本設計采用動態(tài)IP鏈接Internet網(wǎng)絡與Web服務器，因此，要申請域名，申請域名解析服務后可以通過域名自動建立通信。接入CDMA網(wǎng)絡前，需要向電信公司申請SIM卡，SIM卡可為CDMADTU提供鏈接Internet網(wǎng)絡服務。二是使用前需要用終端軟件或AT命令對參數(shù)設置，以決定進入網(wǎng)絡透明數(shù)據(jù)傳輸模式的工作方式。
2．3鋰電池供電模塊設計
植物生理檢測系統(tǒng)的實際應用環(huán)境很復雜，電源供給很難保障，因此，本設計中采用3．6V鋰電池供電。但植物生理檢測系統(tǒng)中傳感器模塊、CC2530等模塊需要不同的電源供給，因此，本設計采用DC-DC芯片NCP500SN33G獲得穩(wěn)定的3．3V，該電壓適用于SOC工作電壓。采用TPS61040將3．6V自舉到適用于各類傳感器工作的12V電壓。其電路圖分別如圖4、圖5所示。
3系統(tǒng)軟件設計
3．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點軟件設計
采集端傳感器節(jié)點主要負責采集植物各項生理信息并組網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關。本設計采用IAR集成開發(fā)環(huán)境自底向上構建ZigBee網(wǎng)絡。為了節(jié)省電量，采用的傳感器節(jié)點一般處于低功耗模式，直到收到上位機命令后才將對應的檢測數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)關。為了提高效率，上位機可設置每隔一段時間后對傳感器發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令。另外，還采用了中值平均濾波算法來消除個別傳感器系統(tǒng)內(nèi)部的隨機干擾，提高了傳感器的測量精度。
3．2嵌入式網(wǎng)關軟件設計
嵌入式網(wǎng)關的軟件設計是建立在Linuxredhatlinux操作系統(tǒng)上的，該操作系統(tǒng)具有多任務操作進程、支持硬件廣泛、程序模塊化、源代碼公開等諸多優(yōu)點而被廣泛使用。使用IAR集成開發(fā)環(huán)境來建立嵌入式網(wǎng)關和遠程檢測管理中心的網(wǎng)絡連接。
3．3上位機軟件設計
系統(tǒng)采用LabVIEW平臺編寫上位機軟件，根據(jù)設計要求，將軟件分為數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)存儲三大模塊。數(shù)據(jù)顯示模塊主要是將接收到的數(shù)據(jù)和分析后的結果顯示在上位機的前面板上。數(shù)據(jù)分析模塊主要是根據(jù)所要檢測植物參數(shù)的不同選擇合適的分析和處理方法。本系統(tǒng)分析模塊實現(xiàn)的功能是:當測量數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時指示燈顯示綠色，表示植物長勢正常。當某一參數(shù)超出或者低于正常范圍時，其對應的指示燈顯示紅色報警。數(shù)據(jù)存儲模塊主要是將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，由于LabVIEW不能直接訪問數(shù)據(jù)庫，因此，采用SQL語言來完成對數(shù)據(jù)庫的訪問。
4實驗結果與分析
為了對設計的系統(tǒng)性能各方面進行驗證，在29℃的溫室環(huán)境下選擇了4株番茄做為測試對象，4株番茄均勻分布于250mm×250mm的測試區(qū)域，將協(xié)調(diào)器放置在溫室的中心區(qū)域從而組建星型網(wǎng)絡結構。每株番茄同時采集莖流、葉綠素含量、番茄果實的直徑等生理參數(shù)并將參數(shù)發(fā)送到上位機顯示界面，采集間隔為2h，總檢測時間為24h。
5結論
系統(tǒng)概述
待檢測車輛需要經(jīng)過檢測通道，如圖1所示。將紅外攝像頭放置于通道中間，獲得車底部熱感應圖像。為了獲取較廣的視角以及較小形變的圖像，紅外攝像頭安放的仰角為40°。由于監(jiān)控室與檢測通道的距離較遠，且通道數(shù)較多，因此需要通過光端機將所獲取的視頻傳輸給監(jiān)控室控制臺PC機。檢測軟件根據(jù)本文提出的檢測算法對捕獲到的圖像進行分析，若判斷車輛底部藏人則向系統(tǒng)發(fā)出報警信號，以便其通過控制安全桿做出相應攔截措施。視頻傳輸示意圖，如圖2所示。
軟件設計
軟件設計采取的基本實現(xiàn)策略是先定位后檢測。首先進行運動車輛檢測，其次根據(jù)車輛的自身特征，定位可疑目標在車輛底部可能的藏匿部位。當區(qū)域定位完成后，對該區(qū)域進行感興趣區(qū)域（RegionOfInterest，ROI）的選取。最后對ROI進行檢測，判斷是否藏人。檢測系統(tǒng)流程圖如圖3所示。通過對車輛的掃描檢測過程，查出藏匿于車底的可疑目標，實現(xiàn)自動檢測。
1圖像去噪
圖像去噪是圖像預處理的一個環(huán)節(jié)，也是整個圖像預處理中的關鍵一步。在對運動車輛定位的過程中，針對車輛與環(huán)境對比度大、信息豐富，受噪聲影響較小等特點，只需對圖像采用常規(guī)的均值濾波進行處理。而在檢測目標時，為了在去除噪聲的同時，最大程度的保存目標的邊緣信息，采用了基于開關控制的組合濾波。濾波器的基本思路是將圖像劃分為三類區(qū)域：孤立噪聲點區(qū)、平坦區(qū)和邊緣信息區(qū)。其主要處理原則為：孤立噪聲點區(qū)的灰度與其鄰域往往有較大的差異，可按照椒鹽噪聲進行處理，選用中值濾波器；平坦區(qū)往往包含高斯噪聲，可采用加權均值濾波器加以消除；邊緣信息區(qū)包含了圖像的細節(jié)信息，應作為保留區(qū)域不做處理。將處理后的三個區(qū)域加以合成，即得到了去噪后的圖像。
濾波器性能的關鍵在于分類開關的設計，借用順序統(tǒng)計濾波的思路，將濾波器設計成N×N的掩模算子，N為奇數(shù)，使該掩模在整個圖像上滑動，對它所覆蓋的圖像中的像素點xi進行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序結果設計下面的分類規(guī)則：a、b為排序后的位置偏移量，Ta和Tb為閾值?；陂_關控制的組合濾波算法就包括這么幾個步驟：（1）對掩模覆蓋的圖像像素點進行排序；（2）利用分類規(guī)則進行三個區(qū)域劃分；（3）對孤立噪聲點區(qū)進行中值濾波，對平坦區(qū)進行均值濾波；（4）將處理后的區(qū)域合成，得到去噪圖像。
2車輛檢測及目標區(qū)域的定位
2.1運動車輛檢測
對于實時性要求較高的場合，運動目標的檢測一般用背景差分法和幀間差分法。背景差分法是利用序列中當前幀圖像與背景圖像的差分來消除背景、提取運動目標區(qū)域的一種技術。背景差分法可根據(jù)實際情況設定差分閾值，所得到的結果直接反映了運動目標的大小、形狀和位置，可以得到比較精確的運動目標信息，但該方法應用于紅外目標檢測時易受環(huán)境溫度、天氣等外界條件變化的影響。幀間差分法是利用視頻序列中連續(xù)的兩幀或多幀圖像的差異來檢測和提取運動目標。該方法對場景的變化不太敏感，適用于動態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定性好。不足之處是：1）無法抽取完整的運動目標，僅能得到運動目標的邊界；2）運動目標提取效果依賴于幀間時間間隔的合理選擇。本文針對待檢測目標所處背景在短時間內(nèi)為靜態(tài)背景，而較長時間內(nèi)背景會發(fā)生動態(tài)變化的特點，并結合兩種方法的優(yōu)點，設計出改進的背景差分法。算法原理圖如下：其中F(K)為當前幀，B為通過隔幀幀差法求得的當前背景圖像，D為差分結果圖，R為二值化圖像。
該算法繼承了幀間差分法對場景變化不太敏感的優(yōu)點，能準確更新背景差分法所需要的當前背景圖，進而提取出完整的運動目標。下面是采用基本背景差分法和改進后背景差分法，在不同時候背景更新保存的背景圖片。基本背景差分法在系統(tǒng)長時間運行之后，會出現(xiàn)背景更新出錯，檢測流程紊亂，從而產(chǎn)生檢測系統(tǒng)失效現(xiàn)象。而采用改進的背景差分法，即使是經(jīng)過長時間運行，系統(tǒng)也能確保背景更新的準確。
2.2目標區(qū)域定位
由于運動車輛特性已知，在其運動的過程中，可以通過對目標局部圖像進行特征提取，定位可疑區(qū)域。目標的一般特征包括點、邊緣、區(qū)域和輪廓。點特征對圖像的分辨率、旋轉、平移、光照變化等有很好的適應性，常用的點特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但這些算法復雜度高，難以滿足實時檢測的要求，并且紅外圖像特征點往往較少，采用點描述算子并不能達到令人滿意的效果。因此本文根據(jù)實際目標的特性，采用了對線、面特征進行描述的方法來標注運動車輛。運動的車輛受車底傳動抽、燃燒室以及空間限制，目標一般躲藏于車廂后輪位置。
為了準確定位目標區(qū)域，目標區(qū)域進入視場之前的運動車輛局部特征需要重點描述。車廂底部進入攝像頭視場時如圖6(a)所示。為了提取車輛的直線特征，需要對車底圖像進行邊緣提取。常見的邊緣檢測算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常會產(chǎn)生雙邊界，而Sobel算子又往往會形成不閉合區(qū)域，對后面直線檢測都會產(chǎn)生不利的影響。
Canny算子克服了上述算子的缺陷，能夠盡可能多的標識出圖像中的實際邊緣，并且能夠?qū)⑤^小的間斷點進行連接，因此能夠形成較為完整的邊界線。Canny算子是最優(yōu)的階梯型邊緣檢測算法，本文采用選用Canny算子進行圖像的邊緣檢測。邊緣檢測結果如圖6(b)所示，較為明顯且具有特征不變性的為直線邊緣。當可能藏人的區(qū)域進入攝像頭視場時，車底圖像的直線特征隨之消失（如圖6(c)），因此可以利用圖像的直線特征來定位后輪檢測區(qū)域。Hough變換檢測直線是較為理想的直線檢測方法，由PaulHough于1962年提出。經(jīng)過Hough變換后，根據(jù)已知的目標直線位置、角度、長度，選取符合條件的直線。圖6(b)、(c)中白色粗線為所檢測出的目標直線。
受環(huán)境因素的影響，車底直線特征可能并不明顯，因此單一的直線特征提取難以滿足檢測精度要求，如圖7所示情況。實驗發(fā)現(xiàn)車底面特征不易受到周圍環(huán)境、溫度的影響，因此可以進行面特征提取。選定區(qū)域為圖6(b)中虛線框內(nèi)，滿足要求的特征為梯度小于一定閾值，即具有平滑特征，判斷方法是計數(shù)虛線框內(nèi)邊緣點數(shù)，判斷其是否小于給定閾值。采用Sobel內(nèi)核計算圖像差分其中src為輸入圖像，dst為輸出圖像，xorder為x方向的差分階數(shù)，yorder為y方向的差分階數(shù)。
由于當車底藏人時，其進入攝像頭視場會阻斷車底原有的平滑特征如圖6(d)，因此當平滑特征消失時，這時判斷是否符合定位位置特征，若符合即可進行定位檢測；若車底沒有藏人時，車底平滑特征會持續(xù)到車尾部位才結束，這時只需判斷到達車尾就可以結束檢測流程。
實驗表明，基于這種車箱底部中間區(qū)域光滑特征去定位檢測對環(huán)境適應能力強，而基于兩側直線特征定位的方法又能夠比較準確的定位到目標區(qū)域。綜合上述兩種思路，設計出的定位流程如下圖8所示：應用中是否滿足直線以及平滑特征是通過檢測連續(xù)多幀圖像來實現(xiàn)的，這樣可以盡量減少偶然因素導致的定位失敗。
3藏人的檢測
3.1基于高亮度特征的ROI的選取
如圖9為定位之后的待檢測目標圖。為了排除車底本身熱源的干擾（如車輪）縮小檢測范圍，必須對原圖進行ROI的選取。行進過程中的車輪一般在紅外圖像中會呈現(xiàn)高亮度特征?；诖颂卣?，從圖片左右兩側分別搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能為車輪內(nèi)鋼圈），加上一定偏移量即可求出ROI左邊界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下邊界線也采用同樣的方法，上邊界采用默認值。當車輪不明顯時采用默認感興趣區(qū)域即可下面圖9為采用固定ROI選取和基于高亮度特征的ROI提取結果對比。實驗表明，這種基于具體特征的感興趣區(qū)域提取方法，對于車輪出現(xiàn)的偏差具有良好的適應性，即使車輛行駛時發(fā)生較大的偏移也能做出正確的ROI選取。
3.2目標的檢測
對于已知形狀、外貌以及姿態(tài)等特征目標檢測采用特征匹配、直方圖反向投影等方法都能取得較為理想的效果。但對于躲藏姿勢未知并且本身形狀較為模糊的紅外目標，采用匹配的方式效果并不明顯。
紅外目標與目標區(qū)域的周圍存在一定的灰度差異，改變了原有區(qū)域梯度小、較為平滑的特征。針對這種改變采用評價函數(shù)f(x,y)對目標區(qū)域進行評估，若達到一定的閾值，即可預判車底藏人。評價函數(shù)依據(jù)不同區(qū)域可疑信息權重不一樣而選定(ROI內(nèi)中間部位權重較高、四周權重較低)，表示如下其中T為警戒閾值，Warnflag為預警標志。具體檢測步驟如下：
1)對原圖的感興趣區(qū)域進行組合濾波處理；
2)對感興趣區(qū)域進行邊緣梯度檢測(圖10)；
3)采用評價函數(shù)對目標區(qū)域進行評分并判斷是否超過給定閾值；
4)重復步驟1-3，若連續(xù)三幀超出閾值則發(fā)出報警指令，否則表示無人。對應的報警截圖如圖11所示
實驗結果
為了驗證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以及算法的可靠性，在不同的貨檢口岸、時間段、天氣條件進行了多次實驗。測試結果如下。結果表明，在不同月份檢測誤報率十分低，漏報率也能滿足相應指標。設計出的車底藏人自動檢測系統(tǒng)有很高的實用價值，達到了預期的目標，說明了這套檢測系統(tǒng)的可靠性和準確性。軟件界面如圖12所示。
關鍵詞：健康監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測項目橋梁
20世紀橋梁工程領域的成就不僅體現(xiàn)在預應力技術的發(fā)展和大跨度索支承橋梁的建造以及對超大跨度橋梁的探索，而且反映于人們對橋梁結構實施智能控制和智能監(jiān)測的設想與努力。近20年來橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動了大距度橋梁的發(fā)展；同時，隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應運而生。由于橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為驗證結構分析模型、計算假定和設計方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度橋梁結構及其環(huán)境中的未知或不確定性問題，因此，橋梁設計理論的驗證以及對橋梁結構和結構環(huán)境未知問題的調(diào)查與研究擴充了橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵。本文結合近十年來橋梁健康監(jiān)測的研究狀況以及大跨度橋梁工程的研究與發(fā)展，較系統(tǒng)地闡述橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵，并由此探討監(jiān)測系統(tǒng)設計的有關問題。
一、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)與理論發(fā)展簡況
1．監(jiān)測系統(tǒng)
80年代中后期開始建立各種規(guī)模的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如，英國在總長522m的三跨變高度連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設傳感器，監(jiān)測大橋運營階段在車輛與風載作用下主梁的振動、撓度和應變等響應，同時監(jiān)測環(huán)境風和結構溫度場。該系統(tǒng)是最早安裝的較為完整的監(jiān)測系統(tǒng)之一，它實現(xiàn)了實時監(jiān)測、實時分析和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享。建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的典型橋梁還有挪威的Skarnsundet斜拉橋（主跨530m）［2］、美國主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉橋、丹麥主跨1624m的GreatBeltEast懸索橋［3］、英國主跨194m的Flintshire獨塔斜拉橋[4]以及加拿大的ConfederatiotBridge橋[5]。我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的結構監(jiān)測系統(tǒng)，如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，內(nèi)地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等[6~8]。
從已經(jīng)建立的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測目標、功能以及系統(tǒng)運行等方面看，這些監(jiān)測系統(tǒng)具有以下一些共同特點：
（1）通常測量結構各種響應的傳感裝置獲取反映結構行為的各種記錄；
（2）除監(jiān)測結構本身的狀態(tài)和行為以外，還強度對結構環(huán)境條件（如風、車輛荷載等）的監(jiān)測和記錄分析；同時，試圖通過橋梁在正常車輛與風載下的動力響應來建立結構的"指紋"，并藉此開發(fā)實時的結構整體性與安全性評估技術；
（3）在通車運營后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結構狀態(tài)，力求獲取的大橋結構信息連續(xù)而完整。某些橋梁監(jiān)測傳感器在橋梁施工階段即開始工作并用于監(jiān)控施工質(zhì)量；
（4）監(jiān)測系統(tǒng)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡共享。
這些特點使得大跨度橋梁健康監(jiān)測區(qū)別于傳統(tǒng)的橋梁檢測過程。另外需要指出的是，橋梁健康監(jiān)測的對象已不再局限于結構本身：一些重要輔助設施的工作狀態(tài)也已納入長期監(jiān)測的范圍（如斜拉索振動控制裝置[4]等）。
2．理論研究
十多年來，橋梁健康監(jiān)測理論的研究主要集中于結構整體性評估和損傷識別。由于基于振動信息的整體性評估技術在航天、機械等領域的深入研究和運用，這類技術被用于土木結構中除無損檢測技術以外的最重要的整體性評估方法并得到廣泛的研究【1，7，9～11】。人們致力于基于振動測量值的整體性評估方法研究的另一個原因是，結構振動信息可以在橋梁運營過程中利用環(huán)境振動法獲得，因此這一方法具有實時監(jiān)測的潛力。
結構整體性評估方法可以歸結為模式識別法、系統(tǒng)識別法以及神經(jīng)網(wǎng)絡方法三大類【1】。結構模態(tài)參數(shù)常被用作結構的指紋特征，也是系統(tǒng)識別方法和神經(jīng)網(wǎng)絡法的主要輸入信息。另外，基于結構應變模態(tài)、應變曲率以及其他靜力響應的評估方法也在不同程度上顯示了各自的檢傷能力[10]。然而，盡管某些整體性評估技術已在一些簡單結構上有成功的例子，但還不能可靠地應用于復雜結構。阻礙這一技術進入實用的原因主要包括：①結構與環(huán)境中的不確定性和非結構因素影響；②測量信息不完備；③測量精度不足和測量信號噪聲；④橋梁結構贅余度大并且測量信號對結構局部損傷不敏感。
另外，從評估方法上，目前對大跨度橋梁的安全評估基本上仍然沿襲常規(guī)中小橋梁的定級評估方法，是一種主要圍繞結構的外觀狀態(tài)和正常使用性能進行的定性、粗淺的安全評價。
二、橋梁健康監(jiān)測新概念
橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護濰修與管理決策提供依據(jù)和指導。為此，監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控：
·橋梁結構在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)；
·橋梁重要非結構構件（加支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；
·結構構件耐久性；
·大橋所處環(huán)境條件；等等。
與傳統(tǒng)的檢測技術不同，大型橋梁健康監(jiān)測不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對結構整體行為的實時監(jiān)控和對結構狀態(tài)的智能化評估。
然而，橋梁結構健康監(jiān)測不僅僅只是為了結構狀態(tài)監(jiān)控與評估。由于大型橋梁（尤其是斜拉橋、懸索橋）的力學和結構特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設計階段完全掌握和預測結構的力學特性和行為是非常困難的。大跨度索交承橋梁的設計依賴于理論分析并過風洞、振動臺模擬試驗預測橋梁的動力性能并驗證其動力安全性。然而，結構理論分析?；诶硐牖挠邢拊x散模型，并且分析時常以很多假定條件為前提。在進行風洞或振動臺試驗時對大橋的風環(huán)境和地面運動的模擬也可能與真實橋位的環(huán)境不全相符。因此，通過橋梁健康監(jiān)測所獲得的實際結構的動靜力行為來驗證大橋的理論模型、計算假定具有重要的意義。事實上，國外一些重要橋梁在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)時都強調(diào)利用監(jiān)測信息驗證結構的設計。
橋梁健康監(jiān)測信息反饋于結構設計的更深遠的意義在于，結構設計方法與相應的規(guī)范標準等可能得以改進；并且，對橋梁在各種交通條件和自然環(huán)境下的真實行為的理解以及對環(huán)境荷載的合理建模是將來實現(xiàn)橋?quot;虛擬設計"的基礎。
還應看到，橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和對某特定橋梁設計的反思，它還可能并應該成為橋梁研究的"現(xiàn)場實驗室"。盡管橋梁抗風、抗震領域的研究成果以及新材料新工藝的出現(xiàn)不斷推動著橋梁的發(fā)展，但是，大跨度橋梁的設計中還存在很多未知和假定，超大跨度橋梁的設計也有許多問題需要研究。同時，橋梁結構控制與健康評估技術的深入研究與開發(fā)也需要結構現(xiàn)場試驗與調(diào)查。橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。由運營中的橋梁結構及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關結構行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。另外，橋梁振動控制與健康評估技術的開發(fā)與應用性也需要現(xiàn)場試驗與調(diào)查。
綜上所述，大型橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測加結構評估新技術，而是被賦予了結構監(jiān)控與評估、設計驗證和研究與發(fā)展三方面的意義。
三、健康監(jiān)測系統(tǒng)設計
1．監(jiān)測系統(tǒng)設計準則
兩座大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的測點布置情況可以看出，兩個監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目與規(guī)模存在很大差異。這種差異除了橋型和橋位環(huán)境因素外，主要是因為對各監(jiān)測系統(tǒng)的投資額和（或）建立各個系統(tǒng)的目的（或者說是對系統(tǒng)的功能要求）不同。因此，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的設計實際上有意或無意地遵循著某些準則。
顯然，監(jiān)測系統(tǒng)的設計應該首先考慮建立該系統(tǒng)的目的和功能。上節(jié)所述的橋梁健康監(jiān)測三方面的意義也正是橋梁健康監(jiān)測的目的和功能所在。對于特定的橋梁，建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的可以是橋梁監(jiān)控與評估，或是設計驗證，甚至以研究發(fā)展為目的；也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系統(tǒng)的目的確定，系統(tǒng)的監(jiān)測項目就可以基本上確定。另外，監(jiān)測系統(tǒng)中各監(jiān)測項目的規(guī)模以及所采用的傳感儀器和通信設備等的確定需要考慮投資的限度。因此在設計監(jiān)測系統(tǒng)時必須對監(jiān)測系統(tǒng)方案進行成本一效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的監(jiān)測系統(tǒng)的前提。
根據(jù)功能要求和成本一效益分析可以將監(jiān)測項目和測點數(shù)設計到所需的范圍，可以最優(yōu)化地選擇并安裝系統(tǒng)硬件設施。因此，功能要求和效益-成本分析是設計橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的兩大準則。
2．監(jiān)測項目
不同的功能目標所要求的監(jiān)測項目不盡相同。絕大多數(shù)大跨度橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目都是從結構監(jiān)控與評估出發(fā)的，個別也兼顧結構設計驗證甚至部分監(jiān)測項目以橋梁問題的研究為目的[5]。文獻［12］通過對國內(nèi)多座運營中的斜拉橋進行大量病害調(diào)查與檢測分析，提出了用于斜拉橋狀態(tài)監(jiān)控與評估的頗具代表性的監(jiān)測項目。
如果監(jiān)測系統(tǒng)考慮具有結構設計驗證的功能，那就要獲得較多結構系統(tǒng)識別所須要的信息。因此，對于大跨度余支承橋梁，須要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/拉索各部位，以獲得較為詳細的結構動力行為并驗證結構設計時的動力分析模型和響應預測。另外，在支座、擋塊以及某些連結部位須安設傳感器拾取反映其傳力、約束狀況等的信息。
目前，某些監(jiān)測系統(tǒng)以開發(fā)結構整體性與安全性評估技術為目的之一。結合橋梁問題研究的監(jiān)測系統(tǒng)雖不多見，但有些系統(tǒng)也有監(jiān)測項目是專為研究服務的。與理論研究相關的監(jiān)測項目可以根據(jù)待研究問題的性質(zhì)來確定。從目前橋梁工程的發(fā)展狀況看，以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監(jiān)測進行深入研究或論證。
·抗風方面：包括風場特性觀測、結構在自然風場中的行為以及抗風穩(wěn)定性。
·抗震方面：包括研究各種場地地面運動的空間與時間變化、土-結構相互作用、行波效應、多點激勵對結構響應的影響等。通過對墩頂與墩底應變、變形及加速度的監(jiān)測建立恢復力模型對橋梁的抗震分析具有重要的意義。
·結構整體行為方面：包括研究結構在強風、強地面運動下的非線性特性，橋址處環(huán)境條件變化對結構動力特性、靜力狀態(tài)（內(nèi)力分布、變形）的影響等。這對于發(fā)展基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體性評估方法非常重要。
·結構局部問題：例如邊界、聯(lián)接條件，鋼梁焊縫疲勞及其他疲勞問題，結合梁結合面（包括剪力鍵）的破壞機制，等等。索支承橋梁纜（拉）索和吊桿的振動與減振、局部損傷機制等也值得進一步觀察研究。
·耐久性問題：橋梁結構中的耐久性問題尚有許多問題須要深入研究。纜（拉）索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。
·基礎：大直徑樁的采用也帶來一些設計問題，直接套用原先用于中等直徑樁的計算方法不很合理。借助大型橋梁監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)查大直徑樁的變形規(guī)律、研究樁的承載力問題，也是設計部門的需要。
四、小結
（1）橋梁結構健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測技術的簡單改進，而是運用現(xiàn)代傳感與通信技術，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境條件下的結構響應與行為，獲取反映結構狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結構健康狀態(tài)、評估結構的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學依據(jù)。同時，大型橋梁結構健康監(jiān)測對于驗證與改進結構設計理論與方法、開發(fā)與實現(xiàn)各種結構控制技術以及深入研究大型橋梁結構的未知問題具有重要意義。因此，健康監(jiān)測為橋梁工程的發(fā)展開辟了新的空間。
（2）大型橋梁健康監(jiān)測三方面的意義反映了從事橋梁維護管理、設計咨詢和理論研究不同領域人員所關注的問題。監(jiān)測系統(tǒng)的設計應以功能要求和效益－成本分析為基本準則。此外，監(jiān)測系統(tǒng)的設計應該通過布點優(yōu)化分析，并且考慮到系統(tǒng)實施中的非常重要的通信問題。
在評測標準上，本院《放射產(chǎn)品使用規(guī)則》規(guī)定放射防護產(chǎn)品應采取目檢、觸檢以及X透視檢測三個步驟進行檢測。首先，觀察放射防護產(chǎn)品是否存在表面污跡或破損，是否完好。如果有破損，及時登記并反饋所屬科室或廠家進行處理。其次，通過觸摸來檢測其是否有纏結或松軟，并進行拉力測試，以檢測其韌性是否達標。最后，通過管電壓為85kV的數(shù)字胃腸機快速透視放射防護產(chǎn)品，觀察內(nèi)部的鉛層是否出現(xiàn)裂縫或纏結。裂縫根據(jù)長度和寬度分為小裂縫、中裂縫和大裂縫三個等級:寬度小于1mm且長度小于20mm的裂縫為小裂縫;寬度大于1mm且小于3mm，長度小于50mm的裂縫為中裂縫;寬度大于3mm或長度大于50mm的裂縫為大裂縫。圖1顯示鉛衣在雙肩部產(chǎn)生了大面積的破損，鉛層產(chǎn)生了斷裂和缺失，在破損缺失部分該鉛衣已經(jīng)無法起到應有的防護作用，且由于材質(zhì)的問題無法進行補救，此類放射防護產(chǎn)品為嚴重破損，應該進行報廢處理。
的深黑色貫穿線為產(chǎn)品纏結，鉛衣纏結并不會造成防護作用的下降，但纏結的存在導致纏結部分的承受力增加，導致鉛層產(chǎn)生裂縫的幾率大大增加，因而纏結也是放射防護產(chǎn)品檢測中的重要檢測項，主要是靠觸摸是否有硬結以及通過X射線透視檢測是否有鉛層纏結來評定。在最終結果的評定上，應通過裂縫大小、裂縫位置以及是否有污漬、破損以及纏結進行綜合評定，再根據(jù)評定結果對放射防護產(chǎn)品進行下述處理:如果出現(xiàn)小裂縫，且位置處于尼龍搭扣重疊區(qū)或者非輻射直接照射區(qū)域(例如腋下等)，則可認為產(chǎn)品防護能力基本完好，可以繼續(xù)使用，但需要對出現(xiàn)小裂縫的放射防護產(chǎn)品進行備案，記錄折損位置并通知所屬科室。如果出現(xiàn)中裂縫或者在輻射直接照射區(qū)域出現(xiàn)小裂縫，則需要與生產(chǎn)廠家聯(lián)絡對受損鉛衣進行修補，對修補后的放射防護產(chǎn)品進行記錄、備案，再次檢測通過后方能使用。如果產(chǎn)品出現(xiàn)大裂縫或者大規(guī)模破損并且難以修補，則判定該產(chǎn)品已經(jīng)喪失了防護能力，檢測評定結果為不合格，該放射防護產(chǎn)品不得繼續(xù)使用。
2結果
我部門于2014年7月對全院222件放射防護產(chǎn)品進行了檢測，其中涉及到骨密度室、內(nèi)鏡中心、麻醉手術部、PET中心、ECT室、放射科、心血管介入中心以及放射介入中心8個科室，其中包括鉛衣59件，鉛上衣41件，鉛圍裙51件，鉛圍脖69件，鉛眼鏡2件。在所檢測的222件防護產(chǎn)品中，其中有189件合格產(chǎn)品，占總比例的85.1%，有11件不合格產(chǎn)品，占總比例的5%，有22件待處理的產(chǎn)品，占總比例的9.9%，這些待處理的產(chǎn)品中，大多數(shù)有微小的破損，需要廠家進行進一步的檢測來確定其是否能繼續(xù)使用、是否需要進行修補后使用等。
(1)產(chǎn)品類型與檢驗結果之間的關系。我們對每種鉛系列防護產(chǎn)品進行了分析，根據(jù)總體的統(tǒng)計結果來判斷得到的折損率是否具有統(tǒng)計學意義，并分析在鉛系列產(chǎn)品中折損更容易產(chǎn)生在哪種產(chǎn)品上，并初步分析其產(chǎn)生原因，分析的統(tǒng)計學結果如下:鉛眼鏡的合格率達到100%，鉛圍脖的合格率為95.7%，鉛上衣的合格率為85.4%，均高于總體檢測合格率，而鉛圍裙和鉛衣的合格率分別只有76.5%和79.7%。放射防護產(chǎn)品的透視檢查發(fā)現(xiàn)鉛層裂縫的位置多出現(xiàn)在尼龍搭扣的縫合處、肩膀處以及下裝部分的裙擺處，這些部位的共同的特點是在穿戴時都會經(jīng)常受力或者發(fā)生折疊?？梢猿醪酵茢?，鉛系列防護產(chǎn)品折損率的高低與該產(chǎn)品是否經(jīng)常受力和彎曲折疊有關。
(2)產(chǎn)品所屬科室與檢測結果之間的關系。為了觀察不同科室放射防護產(chǎn)品保存與使用的情況，我們對數(shù)據(jù)中的科室與合格率進行了統(tǒng)計學處理，結果表明，放射介入中心的合格率僅為57.1%，放射科與ECT室的合格率分別為72.2%和75%，均低于總體檢測合格率。骨密度室、麻醉手術部、心血管介入中心等科室產(chǎn)品合格率較高。結合各個使用科室的實際情況，分析放射防護產(chǎn)品折損的原因如下:首先，在客觀條件上，各個科室所用的放射防護產(chǎn)品的使用時間的長短會影響檢測合格率。如ECT室、放射介入中心的鉛衣已經(jīng)使用了兩年以上，而心血管介入中心的部分防護產(chǎn)品為今年購入的產(chǎn)品，因而產(chǎn)品使用的時間會影響檢測合格率。其次，放射防護產(chǎn)品的使用頻率是影響鉛系列產(chǎn)品折損率不同的主要原因。麻醉手術部、心血管介入中心、放射介入中心以及放射科的放射防護產(chǎn)品使用率較高，尤其是涉及放射防護產(chǎn)品進行手術的部門，在術中的行動往往導致放射防護產(chǎn)品反復彎曲折疊，而彎曲折疊是產(chǎn)生裂縫的主要原因，因而相比其他部門的放射防護產(chǎn)品有較高的折損率。最后，放射工作人員和患者及陪護人員的防護意識低、不了解放射防護產(chǎn)品的正確使用與存放方法也是影響防護產(chǎn)品檢測合格率的原因之一。
(3)纏結、外觀破損和污漬與產(chǎn)品類型之間的關系。纏結、破損和污漬也是產(chǎn)品是否完好的評定因素，這三種因素的存在會對鉛系列產(chǎn)品造成一定的影響。在統(tǒng)計結果中，纏結、破損和污漬與產(chǎn)品是否合格之間沒有統(tǒng)計學意義。外觀破損雖然不會直接的導致鉛系列產(chǎn)品屏蔽能力的下降，但是會使裂縫、斷裂等因素出現(xiàn)的可能性大大增加。纏結區(qū)域的屏蔽能力要強于周邊，但纏結會導致該區(qū)域裂縫產(chǎn)生的幾率大大增加，從而會間接影響鉛系列產(chǎn)品的使用壽命。另外，檢測過程中發(fā)現(xiàn)9.5%的放射防護產(chǎn)品表面存在污漬，這些血漬或汗?jié)n不能隨意用酒精清洗消毒，清潔起來比較不方便，但定期的清理消毒是必要的。
3討論
放射防護產(chǎn)品作為需要在X射線、γ射線下工作的醫(yī)護人員的一道重要防線，其完好程度直接關系到醫(yī)護人員的人身安全。在本次放射防護產(chǎn)品檢測中，我們使用數(shù)字胃腸機對每件防護產(chǎn)品進行了細致的透視檢查，檢測的總體合格率為85.1%，總體來說，各個科室中正在使用的鉛上衣、鉛圍裙、鉛圍脖、鉛眼鏡、連體鉛衣基本符合防護要求。有瑕疵的防護產(chǎn)品裂縫位置大多處于衣料縫合處及纏結處:衣料縫合處的裂縫沿著衣料縫合時產(chǎn)生的孔洞延伸，一般為單一裂縫，且大多位于尼龍卡扣附近;纏結處的裂縫與纏結呈垂直分布，一般位于纏結中央。位于尼龍卡扣附近的裂縫產(chǎn)生的主要原因為在防護產(chǎn)品的穿戴、脫下時使用者對尼龍卡扣用力拉扯造成;位于纏結處的裂縫產(chǎn)生的主要原因為纏結產(chǎn)生后受到剪切力超出鉛層的可承受應力造成。部分醫(yī)護人員和病患陪護在使用放射防護產(chǎn)品時，沒有做到使用完鉛衣、鉛上衣、鉛圍裙后懸掛保存的習慣，導致部分產(chǎn)品由于折疊產(chǎn)生纏結或裂縫。由上可見，放射防護產(chǎn)品的折損與生產(chǎn)廠家、臨床使用部門和臨床醫(yī)學工程部都有關系，為了降低放射防護產(chǎn)品的折損率、增加放射防護產(chǎn)品的使用壽命，我們提出以下建議:
(1)對于生產(chǎn)廠家，建議對產(chǎn)品的縫合進行優(yōu)化處理。數(shù)據(jù)分析表明，放射防護產(chǎn)品的折損主要出現(xiàn)在產(chǎn)品的縫合處，如鉛衣上尼龍搭扣的縫合處，鉛衣邊沿的縫邊。這些位置的針孔導致承力上限降低，使鉛層容易發(fā)生斷裂，產(chǎn)生裂縫。廠家在設計放射防護產(chǎn)品的時候應該對連接處、邊沿等部位進行額外的加工處理，或者多采用一體化的產(chǎn)品設計，使用更細、更堅韌的縫合線來進行衣料之間的縫合。除此之外，在材料上也可選擇韌性更加強的復合型鉛材料作為屏蔽材料，從而降低產(chǎn)生纏結、裂縫的幾率。
(2)對于臨床使用科室，建議明確建立一套完整的放射防護產(chǎn)品存放規(guī)則。放射防護產(chǎn)品不同于普通衣物，不可折疊存放，不可隨意清洗?，F(xiàn)在很多科室對于放射防護產(chǎn)品并沒有形成良好的存放習慣，使得產(chǎn)品使用壽命降低，折損幾率增加。
(3)對于臨床醫(yī)學工程部，建議對所有放射防護產(chǎn)品進行詳細的編碼備案，并且對備案信息進行電子化處理。建議系統(tǒng)地對全院放射防護產(chǎn)品進行編號整理，是因為現(xiàn)階段防護產(chǎn)品的編號僅由科室和序號組成，或者僅用使用者名稱命名，沒有一個全院統(tǒng)一的編碼方式，不利于監(jiān)管部門的統(tǒng)計分析。我們提議放射防護產(chǎn)品編號可由年份(2位)+科室(2位)+科室內(nèi)編號(4位)+產(chǎn)品類型(2位)等十位羅馬數(shù)字組成。建議對備案信息進行電子化處理，是因為現(xiàn)在的檢測記錄，僅僅是將產(chǎn)品是否合格進行電子化處理，什么地方有問題，出現(xiàn)什么問題，只是進行了紙質(zhì)備案，這樣一是增加了記錄時的工作量，二是在修改、查閱的時候增加了工作難度。通過對放射防護產(chǎn)品編碼，并結合條形碼掃描技術，可以使信息錄入電子化，簡化繁雜的記錄過程，方便管理部門進行統(tǒng)計管理，也利于放射防護產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的建設。
4結語
通過RS－485總線將智能水位計、智能流量計、墑情傳感器與信息采集板相連，構成信息采集單元。它采用低功耗Cortex－M3為控制核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲。本地通過USB接口或RS－232接口與上位機通信;遠程通過GPRS網(wǎng)絡或短信方式實時發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫服務器，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖如圖1所示。
2系統(tǒng)硬件設計
農(nóng)作物生長參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計由信息采集單元、供電單元、無線傳輸單元組成。信息采集單元主要完成雨量數(shù)據(jù)、土壤墑情數(shù)據(jù)和地下水位數(shù)據(jù)的采集、處理與存儲，同時控制無線傳輸單元完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與信息指令的接收;供電單元為整個系統(tǒng)提供工作電壓;無線傳輸單元完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送與控制指令的接收。
2．1信息采集單元硬件設計
信息采集單元主要由智能傳感器、STM32F103、FLASH芯片S29AL032D、SRAM芯片IS62WV25616、LCD、觸發(fā)器HEF4521BT、總線驅(qū)動器74HC245PW、232轉換芯片MAX3222、帶隔離的485收發(fā)器ADM2483、供電單元接口電路和MC323接口電路等組成。信息采集單元結構圖如圖2所示。
2．2供電單元硬件設計
供電單元由單晶太陽能電池板、可編程控制的2A充電電路、12V65AH免維護鉛酸蓄電池及LDO壓控轉換電路等組成。太陽能電池板為鉛酸蓄電池充電，同時為系統(tǒng)提供12V的輸入電源。當太陽能電池板不工作時，鉛酸蓄電池為系統(tǒng)提供12V的外部輸入電源，12V的輸入電壓通過LDO轉換電路，實現(xiàn)系統(tǒng)工作需要的+3、+4、+2．5、+5V。其中，+3V為全局電壓，保證電路板大部分電路正常工作，包括監(jiān)測系統(tǒng)上電后的工作電壓、系統(tǒng)睡眠狀態(tài)下的工作電壓、時鐘工作電壓等;+4V是MC323無線通信模塊的工作電壓;+2．5V是AD轉換電路的基準源;+5V是模擬參考電壓，為運算放大器和AD電路提供工作電壓;同時，輸入的12V電壓通過穩(wěn)壓電路為智能傳感器提供工作電壓。供電單元硬件設計結構圖如圖3所示。
2．3無線傳輸單元
選用MC323模塊作為無線傳輸單元。該模塊集成了基帶處理器、射頻處理器、MCP存儲器和電源管理芯片等功能，同時內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議和支持800MHz的工作頻段，能夠提供語音傳輸和短消息發(fā)送。將stm32f103的UART3與該模塊的串口相連，同時外接SIM卡電路，實現(xiàn)雨量數(shù)據(jù)、墑情數(shù)據(jù)、地下水位數(shù)據(jù)和控制指令的無線發(fā)送。無線傳輸單元結構圖如圖4所示。
3系統(tǒng)軟件設計
3．1采集單元軟件設計
采集單元軟件設計包括傳感器事件、定時事件和命令事件。傳感器事件即通過土壤墑情傳感器、智能水位計、智能水質(zhì)傳感器和翻斗式雨量計等采集農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù);定時事件指系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)狀態(tài)、蓄電池電壓和設備工作溫度等參數(shù)定時自記和發(fā)送;命令事件指通過上位機軟件或LCD液晶屏配置系統(tǒng)工作狀態(tài)、傳感器類型等。當3個事件中的某一事件處理完畢后，判斷有無其他事件發(fā)生;若有，則進入相應事件處理程序;若沒有，則進行現(xiàn)場保護，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。采集單元軟件設計流程圖如圖5所示。
3．2監(jiān)測單元軟件設計
監(jiān)測單元通過電話呼叫或短信方式對信息采集單元進行遠程喚醒，觸發(fā)其上電。采集單元上電工作后，響應監(jiān)測單元命令或按彼此協(xié)商好的時間定時上電，定時等待監(jiān)測單元的命令。當采集的水位、雨量等參數(shù)超過設定的閾值時，向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)送實時水位等數(shù)據(jù)或按設定的周期定時發(fā)送最新的水位數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)正常工作時，監(jiān)測單元各狀態(tài)之間的轉換流程圖如圖6所示。
4系統(tǒng)測試
采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析、整編和入庫后，通過瀏覽器可以實時訪問數(shù)據(jù)，而且還能進行歷史數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)的查詢。通過該系統(tǒng)，即使在遠離觀測現(xiàn)場的異地，也能實現(xiàn)對雨量、土壤墑情和地下水位數(shù)據(jù)的實時采集、存儲與發(fā)送，真正實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù)的遠程實時監(jiān)測。系統(tǒng)測試效果圖如圖7所示。
5結語
關鍵詞：檢測系統(tǒng)；畢業(yè)設計（論文）；思考
作者簡介：王長鵬（1977-），男，江蘇南京人，三江學院教務處，講師；華沙（1978-），男，江蘇南京人，三江學院教務處，副研究員。（江蘇 南京 210012）
中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0200-01
畢業(yè)設計（論文）是深化教學改革、提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高等學校培養(yǎng)人才的不可缺少的重要教學環(huán)節(jié)，是評價學生綜合素質(zhì)、專業(yè)技術、思維方法和實踐能力的重要內(nèi)容。學生畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量是評價高校教學質(zhì)量的重要指標。近年來，高校本科生畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量普遍下滑，引起了教育界專家的廣泛關注。2013年1月1日教育部頒發(fā)了《學位論文作假行為處理辦法》，針對論文作假行為制定相應的處理辦法，加大處罰力度，從制度上進行遏制，以促進學風建設，保證高等教育事業(yè)科學發(fā)展。為了更好地執(zhí)行教育部頒布的此辦法，許多高校紛紛采購了論文抄襲檢測系統(tǒng)對本校的論文進行抽查或普查。如何通過檢測系統(tǒng)保證和提高畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量已成為當前高校關注和研究的課題。
一、主要問題分析
1.學生因素
各高校的畢業(yè)設計（論文）工作基本上在第七學期末或者第八學期初啟動，而且大部分都持續(xù)16周，即每年的12月（1月）至次年的6月上旬。而這段時間正是畢業(yè)生畢業(yè)實習或找工作的高峰期，在當前找工作困難的形勢下畢業(yè)生不得不提前準備，參加各類招聘會場和用人單位的面試，有的畢業(yè)生往往在第七學期末就早早向?qū)W校提交了用人單位開具的實習證明，使得畢業(yè)設計（論文）與學生就業(yè)之間的矛盾越來越明顯。由于學生在實習期間忙于熟悉單位業(yè)務操作，因此投入在畢業(yè)設計（論文）中的精力也非常有限。在就業(yè)壓力的沖擊下本科畢業(yè)設計（論文）整體質(zhì)量有下降的趨勢。
畢業(yè)設計（論文）是實現(xiàn)培養(yǎng)目標的重要教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、教育與社會實踐相結合的重要體現(xiàn)，是培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要手段。然而，大部分論文基本上是借鑒了前人的研究成果，自己獨創(chuàng)的東西少，理論闡述深度不足。個別同學的論文復制比太高，抄襲嚴重。有些學生選題大而空，或者不能做到與專業(yè)培養(yǎng)目標緊密聯(lián)系。這些也是造成畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量下降的因素。
2.指導老師因素
在教育大眾化背景下，高校經(jīng)過連續(xù)幾年的擴招，學生人數(shù)猛增，一個教師指導學生的數(shù)量也逐漸增多，許多院校一般都達到10名學生左右。此外，高校給每個教師規(guī)定了工作量，除了完成課堂教學任務外還有其他相關的科研項目。如果教師指導學生人數(shù)過多，由于精力有限，自然就會影響論文指導的質(zhì)量。而對于民辦本科院校來說，一方面專職年青教師自身的科研水平有限，沒有能力指導學生完成高水平的畢業(yè)設計（論文）；另一方面兼職指導教師比較多，會出現(xiàn)個別的兼職教師責任心不強，對學生要求不嚴格，也使得畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量難以保證。
3.管理制度因素
各高校雖然都制訂了比較全面的畢業(yè)設計（論文）的有關工作規(guī)程和管理辦法，但是只能保證畢業(yè)設計（論文）程序、流程、格式等方面的規(guī)范，而畢業(yè)設計（論文）的本身質(zhì)量卻依然無法保證，如論文工作量不足、對知識和技能的應用過于簡單、敘述不深入、圖表制作粗糙等質(zhì)量問題。學校缺乏對畢業(yè)設計（論文）全方位的質(zhì)量評價和監(jiān)控體系，答辯環(huán)節(jié)往往出現(xiàn)過于集中或“走過場”的現(xiàn)象。這些因素都使得畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量得不到保證。
二、方法與措施
1.加強過程管理
為了嚴把畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量關，需要重視過程管理中的以下幾個環(huán)節(jié)：選題方向和內(nèi)容要符合本學科專業(yè)培養(yǎng)目標，達到科學研究和實踐能力培養(yǎng)的目的，難易度要滿足專業(yè)培養(yǎng)方案中對素質(zhì)、能力和知識結構的要求，難易適中，工作量適當；雖然畢業(yè)生由于畢業(yè)實習或找工作難以返校集中進行當面指導，但是除了通過電話、電子郵件、QQ等通訊方式之外，仍要保證當面指導的次數(shù)和時間；對學生的畢業(yè)設計（論文）通過系統(tǒng)進行，低于某個比例（江蘇地區(qū)各高校自行制訂的，基本上以20%和30%為標準）才允許答辯，抄襲嚴重者推遲答辯；答辯前指導教師、評閱教師和答辯教師須認真審閱學生論文，嚴把論文質(zhì)量關，答辯工作不能流于形式。為保證答辯的質(zhì)量，學生答辯的時間不得少于25～30分鐘，合理安排答辯工作的時間、批次及流程等。
2.培養(yǎng)實踐能力
為了避免學生畢業(yè)設計（論文）出現(xiàn)紙上談兵、抄襲資料、拼湊論文等現(xiàn)象，應該從源頭抓起，在入校后就要有意識地讓學生接受科學研究方法、工程設計方法與實踐技能的基本訓練，實現(xiàn)實踐能力、創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)的全面提高。鼓勵學生參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和相關的學科競賽，在實踐過程中鍛煉能力，畢業(yè)設計（論文）可以在創(chuàng)新項目和學科競賽的研究成果基礎上進行提升和深化。理工科學生能夠運用本專業(yè)設計或研究的方法、手段和工具開展課題的設計與研究工作。指導教師在下達任務書時必須明確學生完成畢業(yè)設計（論文）工作的具體任務和參數(shù)指標，同時，在答辯之前院（系）還要參照任務書的參數(shù)指標對學生設計的實物進行驗收，填寫《軟硬件驗收表》。文管類學生能夠綜合應用所學知識對課題所研究的問題進行分析。指導教師對學生論文的研究目標要明確，內(nèi)容要具體，且具有一定的深度。同時，文管類學生要盡量通過實地考察和實證研究撰寫畢業(yè)論文。
3.加強校企合作
理工類學生在校內(nèi)進行三年半的理論知識學習和模擬實踐后，最后一學期全程參與到實際項目和工作環(huán)境中，將畢業(yè)實習與設計結合起來，在校內(nèi)和校外指導教師的聯(lián)合指導下完成畢業(yè)設計?，F(xiàn)場教師都是擁有豐富實踐經(jīng)驗的技術人員，他們在學生具體工作中的指導不僅及時解決了學生的問題，更重要的是教給了學生課堂上、實驗室中無法接觸到的最新的技術知識、解決問題的思路以及言傳身教的做人、做事道理。他們是校外畢業(yè)設計的師資隊伍補充，也是學生剛踏上社會的領路人。畢業(yè)設計改革后，實際校內(nèi)教師指導僅指導了理論部分，實踐部分由現(xiàn)場教師指導完成，即由2名及2名以上指導教師指導1名畢業(yè)生，實行了雙導師制，因此，在落實好企業(yè)導師指導的前提下校內(nèi)指導學生人數(shù)可適當增加，緩解專職指導教師人數(shù)緊張的壓力。
4.規(guī)范論文撰寫
通過對結果的分析，有許多高復制比率的論文是因為學生引用不規(guī)范或無引用造成的。因此，論文中的術語、圖表、數(shù)據(jù)、公式、引用、標注及參考文獻的引用及著錄要符合學校畢業(yè)設計（論文）工作規(guī)程的規(guī)范要求。尤其在借鑒和引用前人研究成果時一定要將引用部分標明清楚，避免發(fā)生因為引用和標注的不規(guī)范而造成論文復制比增高的情況。
三、結語
各高校剛剛接觸系統(tǒng)，而檢測系統(tǒng)能否成為提高當前畢業(yè)設計（論文）整體質(zhì)量的良藥仍需要今后多年的實踐來證明。筆者認為檢測系統(tǒng)只是提供判斷論文是否抄襲的一個標準，而提高畢業(yè)設計（論文）整體質(zhì)量則不是一蹴而就的，需要學校、院系、指導教師和學生的共同努力，這樣才能達到標本兼治的效果。
參考文獻：
[1]薛宏麗，馬朝興.高校畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量保障體系的研究與實踐[J].職業(yè)時空，2009，（10）.
網(wǎng)絡類畢業(yè)設計論文寫作方法及答辯要求
（試 行）
一、 網(wǎng)絡類題目的特點
學生絡類題目的特點主要以校園網(wǎng)、小型企業(yè)網(wǎng)、大型企業(yè)網(wǎng)（多地互聯(lián)）為應用場合，進行網(wǎng)絡工程設計類或網(wǎng)絡安全類論文的寫作。
二、 網(wǎng)絡工程設計類論文的寫作
1．論文寫作要求
類似于投標書，但有不同于投標書，不要有商務性質(zhì)的內(nèi)容（項目培訓、售后服務、產(chǎn)品說明書、產(chǎn)品報價……），也一般不考慮具體綜合布線（職院學校的要求），主要傾向于其技術實現(xiàn)。
2．論文寫作基本環(huán)節(jié)
采用工程業(yè)務流程，類似于軟件工程：
1）需求分析
2）功能要求
3）邏輯網(wǎng)絡設計（設計原則、拓撲結構圖、背景技術簡介、IP地址規(guī)劃表），也稱為總體設計
4）物理網(wǎng)絡設計（實現(xiàn)原則、技術方案對比，一般考慮結構化布線），也稱為詳細設計
5）網(wǎng)絡實現(xiàn)（設備選型和綜合布線屬于這個階段，但我們主要強調(diào)各種設備的配置與動態(tài)聯(lián)調(diào)以實現(xiàn)具體目標）
6）網(wǎng)絡測試（比較測試預期結果與實際結果）
具體實現(xiàn)通過采用Dynamips 模擬平臺和Cisco Packet Tracer(PT)模擬平臺。
3．注意事項
1）抓住題目主旨和側重點（類似題目的需求不同，取材角度不同、參考資料的取舍也不同。不同的應用場合會采用不同的拓撲結構、路由技術（BGP、RIP、單區(qū)域和多區(qū)域的OSPF）、交換技術（Vlan、生成樹、鏈路聚合、堆疊）、訪問（接入）技術、安全技術等，只有這樣題目才能各有千秋，否則就都變成了XX公司（校園）網(wǎng)絡設計。）
2）不要有商務性質(zhì)的內(nèi)容（項目培訓、售后服務……）
3）不要產(chǎn)品使用說明書和安裝調(diào)試說明書
4）不建議包含綜合布線的整個過程。
4．存在的問題與案例分析
1）結構不太清楚，有些環(huán)節(jié)沒有
2）不應有產(chǎn)品說明書，具體實現(xiàn)要更清楚
三、 網(wǎng)絡安全類論文的寫作
1．論文寫作基本環(huán)節(jié)與要求
從技術上講主要有：
1）Internet安全接入防火墻訪問控制；
2）用戶認證系統(tǒng)；
3）入侵檢測系統(tǒng)；
4）網(wǎng)絡防病毒系統(tǒng)；
5）VPN加密系統(tǒng)；
6）網(wǎng)絡設備及服務器加固；
7）數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)；
從模型層次上講主要有：
1）物理層安全風險
2）網(wǎng)絡層安全風險
3）系統(tǒng)層安全風險
不同的應用需求采用不同的技術。
2. 存在的問題與案例分析
1）選題有些過于復雜而有些過于簡單
2）只是簡單敘述各種安全技術，沒有具體實現(xiàn)
四、 論文答辯要求
1）論文格式：從總體上，論文的格式是否滿足《韶關學院本科畢業(yè)設計規(guī)范》的要求？
2）論文提綱：設計條理是否清晰，思路是否明確；
【關鍵詞】PCB；細分驅(qū)動；自動光學檢測(AOI)；圖像識別
電子產(chǎn)品的核心部分——印刷電路板(PCB)，是集成各種電子元器件的信息載體，在各個領域得到了廣泛的應用，是電子產(chǎn)品中不可缺少的部分。PCB的質(zhì)量成了電子產(chǎn)品能否長期、正常、可靠的工作的決定因素[1]。隨著科技的發(fā)展，PCB產(chǎn)品的高密度、高復雜度、高性能發(fā)展趨勢不斷挑戰(zhàn)PCB板的質(zhì)量檢測問題。傳統(tǒng)PCB缺陷檢測方式因接觸受限、高成本、低效率等因素，己經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)代檢測需要，因此研究實現(xiàn)一種PCB缺陷的自動檢測系統(tǒng)具有很大的學術意義和經(jīng)濟價值[2]。國內(nèi)外研究的PCB缺陷檢測技術中，AOI（Automatic Optic Inspection自動光學檢測）技術越來越受到重視，其中基于圖像處理的檢測方法也成為自動光學檢測的主流。本文通過圖像處理技術研究了一種大視場、高精度、快速實時的PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)，設計了硬件結構和軟件算法流程。通過改進的電機驅(qū)動方式配合一鍵式自動檢測軟件的設計，大大提高了系統(tǒng)的檢測速度，對結果分析模塊的缺陷識別算法的改進提高了檢測結果的準確性。
1.系統(tǒng)結構
PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)主要由運動控制模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、結果分析模塊組成。系統(tǒng)工作過程如下：上位機控制步進電機運動，步進電機帶動二維平臺運動，將CCD攝像機傳輸?shù)酱龣z測PCB上方，對PCB進行大場景圖像采集，采集的圖像經(jīng)過圖像采集卡送到上位機，上位機軟件對采集的圖像進行拼接、圖像預處理，對處理的圖像進行準確定位并校準，通過圖像分割、圖像形態(tài)學處理等，最后進行模板匹配、圖像識別，得出缺陷檢測結果。系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計，系統(tǒng)軟硬件相互協(xié)調(diào)工作構成一個整體。
2.系統(tǒng)硬件設計
PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)的硬件設計主要包括二維運動平臺、電機運動控制板、電機驅(qū)動板、CCD攝像機、圖像采集卡、PC等，其結構如圖1所示。
2.1 CCD攝像機和圖像采集卡
CCD攝像機的主要特性參數(shù)包括攝像機制式、光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率、電子快門速度、同步系統(tǒng)的方式、最小照度、靈敏度、信噪比等。其中攝像機制式和是否在線檢測決定了圖像采集卡的采樣頻率，光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率以及成像透鏡系統(tǒng)的放大率的平衡選擇取決于測量范圍和測量精度[3]?？紤]到以上各個因素以及系統(tǒng)要求，在實驗中采用的是廣州視安公司的槍式攝像機，該攝像機的特點是數(shù)字面陣CCD逐行掃描，提供AV復合視頻接口和標準鏡頭接口，提供VC的SDK軟件開發(fā)包，方便設計軟件處理模塊。
圖像采集卡，又稱視頻捕捉卡，是視頻卡的一種類型。圖像采集卡完成的主要功能是把攝像機的連續(xù)模擬視頻信號轉換成為離散的數(shù)字量。其基本原理：從攝像機輸出的各種制式的視頻輸出信號，經(jīng)過輸入選擇模塊處理后，形成能被圖像采集卡識別的視頻信號。模擬視頻信號經(jīng)過轉換后，存儲在卡上的幀緩存存儲器內(nèi)，由計算機CPU通過計算機總線控制具體的圖像傳遞，最終存儲在計算機的內(nèi)存或硬盤，用于圖像處理[4]。本設計采用的圖像采集卡型號是：NV7004-N，將CCD攝像機模擬信號轉化為數(shù)字信號傳輸?shù)缴衔粰C實時顯示，并能完成圖像的抓拍功能。
2.2 電機運動控制器及精密二維運動平臺
PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)的運動控制器為自行設計的MCU控制板，核心芯片為ATMEL公司生產(chǎn)的單片機AT89S52，控制板通過RS-232串行通信接口與上位機進行通信。通過操作人機交互界面對控制板發(fā)送命令，控制板輸出控制信號以及各種頻率的方波信號到步進電機驅(qū)動板，以控制步進電機的轉速、方向以及移動距離。
二維運動平臺由兩個日本SUS Corp公司生產(chǎn)的精密運動導軌搭建，運動導軌為滾珠絲桿型，非常精密，誤差很小。步進電機與運動導軌相連，從而帶動導軌的運動。步進電機為日本TAMAGAWA公司生產(chǎn)的兩相四線制混合式步進電機，該型號步進電機運行穩(wěn)定、噪聲小。
2.3 電機驅(qū)動
步進電機的驅(qū)動實際上就是通過控制步進電機的各相勵磁繞組的電流，使步進電機的內(nèi)部磁場合成方向發(fā)生變化，從而使步進電機轉動起來。各相勵磁繞組的電流產(chǎn)生的合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉轉矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小[5]。
在拍數(shù)一定的情況下，齒數(shù)越多，步距角就越小，但由于受制作工藝的限制齒數(shù)不能做得很多，因此步進電機的步距角就不可能很小。改變步進電機的拍數(shù)也可以改變步距角，拍數(shù)是指完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數(shù)。當步進電機的相數(shù)確定時，拍數(shù)也就確定。通過增加步進電機的齒數(shù)和相數(shù)來減小步距角，步距角減小的度數(shù)非常有限，很難滿足生產(chǎn)的要求。
細分數(shù)越多，電流變化越小，從而大大減少了電機的振蕩和噪音。采用階梯狀正弦波對電流進行細分時，階梯越多(即細分數(shù)越多)，波形就越接近正弦波，通入的階梯電流就越小，步距角也就越小[6]。從而大大減少了步進電機運行時的丟步率，降低了步進電機運行時的噪音和顫動，也使步進電機運行更加穩(wěn)定，更易于控制。
3.系統(tǒng)軟件設計
3.1 系統(tǒng)算法流程
手動檢測可以根據(jù)需要在采集圖像時直接通過控制步進電機運動將CCD攝像頭運動到待測PCB板的主要部位，在進行圖像處理時也可以根據(jù)圖像質(zhì)量來選擇與之相適應的圖像處理算法來實現(xiàn)，使系統(tǒng)具有交互性。自動檢測初始化設置參數(shù)后，可以一鍵實現(xiàn)缺陷檢測得出檢測結果，減少了操作復雜度，也大大提高了檢測的速度，使系統(tǒng)具有自動化、操作簡單、速度快等優(yōu)點。本文結合二者于一體，使PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)更加優(yōu)秀，更加實用。
3.2 缺陷檢測
當前印刷電路板缺陷檢測方法主要分為參考比較法、非參考比較法和混合法三大類，參考比較法將被測圖像和參考圖像進行特征對特征的比較；非參考比較法不需要任何的參考圖像，只是根據(jù)先前設計的規(guī)則標準來判斷出是否有缺陷，如果不符合標準便認為此有缺陷；混合法是參考比較法和非參考比較法綜合應用。本文主要使用參考比較法，通過檢測PCB圖像與標準圖像進行對比分析，判斷該PCB板是否有缺陷[7]。
3.3 缺陷識別
3.4 結果分析
4.結論
本文基于計算機視覺和圖像處理設計了一個印刷電路板(PCB)缺陷自動檢測系統(tǒng)，并對其功能進行了驗證，實驗結果表明該系統(tǒng)界面友好，操作簡單，檢測方法簡單，檢測過程迅速，檢測結果準確。該系統(tǒng)為PCB缺陷的檢測提供了一個很好的解決方案，具有重要的應用價值。
參考文獻
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