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時(shí)間：2022-09-10 10:42:32
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視頻監(jiān)控模式主要采用的是在醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)生房間、患者病房、開刀室、監(jiān)護(hù)病房處設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭，通過監(jiān)控中心的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)房屋內(nèi)外部進(jìn)行全面的監(jiān)控、在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的院、科等各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可以直接在辦公室或者其他重要的工作人員直接進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)查看到監(jiān)控的場(chǎng)景，并能夠統(tǒng)一的管理和處理各種相關(guān)事務(wù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r(shí)的查看到醫(yī)院的最新情況，管理層能夠不出門就能夠處理各種相關(guān)的內(nèi)容，甚至主治醫(yī)生能夠在遠(yuǎn)處可以緊急處理多起急診患者。這能極大的方便醫(yī)生解決問題的時(shí)間和提升醫(yī)院的管理效率。
1.2數(shù)據(jù)監(jiān)控方式
數(shù)據(jù)監(jiān)控方式主要是指使用大型的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，數(shù)據(jù)監(jiān)控關(guān)鍵點(diǎn)在于通過實(shí)施獲得患者的信息。醫(yī)療專家等在辦公室或家中，只需連入英特網(wǎng)，便能方便實(shí)時(shí)查看醫(yī)療機(jī)構(gòu)的監(jiān)控信息，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)督和管理的目的；監(jiān)控系統(tǒng)還可以在特殊情況下向公安機(jī)關(guān)，上級(jí)部門等提供接口，讓這些機(jī)構(gòu)部門可以查看監(jiān)控的歷史資料和實(shí)時(shí)監(jiān)控資料；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2計(jì)算機(jī)技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)控應(yīng)用展望
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升，大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)提出更多的想象與發(fā)展空間，其不僅能夠進(jìn)一步帶動(dòng)醫(yī)院的管理，而且能夠提升以下幾點(diǎn)的服務(wù)：
2.1提升醫(yī)療機(jī)構(gòu)的日常監(jiān)控管理應(yīng)用
對(duì)于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的日常內(nèi)部監(jiān)控和管理，主要是指醫(yī)院的安保工作，通過大數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，及時(shí)的對(duì)醫(yī)院中出入口、手術(shù)室、停車場(chǎng)等重要場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，及時(shí)返回，讓醫(yī)院的處于安全的保護(hù)當(dāng)中，也有利于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。
2.2提升醫(yī)院的掛號(hào)、收費(fèi)的簡(jiǎn)潔應(yīng)用
在醫(yī)院的流程當(dāng)中，醫(yī)生開出處方，門診操作員將病人的項(xiàng)目輸入電腦，并給病人打印發(fā)票，寫清楚收費(fèi)明細(xì)。在病人進(jìn)入醫(yī)院之后，病人就處于整個(gè)計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控過程中，直至病人出院系統(tǒng)都會(huì)將其開藥品、單據(jù)等詳細(xì)保存至計(jì)算機(jī)當(dāng)中，從中減少了醫(yī)生查詢歷史病歷溝通的環(huán)節(jié)，有利病人的醫(yī)療。
2.3提升醫(yī)院病區(qū)管理方面的應(yīng)用
在病區(qū)管理中，病區(qū)管理系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控病區(qū)病人的情況，通過醫(yī)囑管理系統(tǒng)將醫(yī)生的要求直接進(jìn)行管理，并實(shí)時(shí)安排護(hù)理人員按照時(shí)間點(diǎn)去查看病人情況、更換輸液，并能夠通過監(jiān)控直接反饋到專屬醫(yī)生當(dāng)中，以便醫(yī)生能夠更好的了解病患當(dāng)前情況，對(duì)癥下藥。
2.4提升藥品管理方面的應(yīng)用
監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于藥品管理系統(tǒng)是非常廣泛和嚴(yán)格的，從藥品的計(jì)劃、采購(gòu)、入庫(kù)、調(diào)價(jià)、領(lǐng)藥、消耗、到期等的監(jiān)控都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理，藥庫(kù)通過把藥品的信息錄入電腦，讓電腦將當(dāng)前藥品的庫(kù)存、藥品信息、以及門診收費(fèi)金額等多種信息傳遞到各個(gè)科室，讓醫(yī)生在開藥的同時(shí)，清楚了解此次開單需要花費(fèi)的金額，也讓患者能夠更加清楚的了解整個(gè)醫(yī)療過程中的花費(fèi)。這不但有利于病的醫(yī)治，也降低了醫(yī)療糾紛的產(chǎn)生。
2.5提升遠(yuǎn)程醫(yī)療方面的應(yīng)用
在當(dāng)前遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，專家通過遠(yuǎn)程觀看手術(shù)畫面，在遠(yuǎn)程就可以和現(xiàn)場(chǎng)的醫(yī)生討論和實(shí)施醫(yī)療方案、指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。這讓醫(yī)療更加簡(jiǎn)單和方便。然而我們可以預(yù)想未來(lái)在家就可以讓專家給自己看病，這種方式無(wú)疑更加會(huì)提升醫(yī)院的管理效率。
2.6提升遠(yuǎn)程教育方面的應(yīng)用
在醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)當(dāng)中，醫(yī)療遠(yuǎn)程教育也是臨床教學(xué)的重要方向，由于醫(yī)院的環(huán)境有限，醫(yī)生們無(wú)法通過實(shí)地的教育讓更多的學(xué)生進(jìn)入到醫(yī)院進(jìn)行同等的學(xué)習(xí)，而采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，能夠讓更多的實(shí)習(xí)生參與到手術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)療的學(xué)習(xí)當(dāng)中實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)，這擺脫了傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，也提高了實(shí)踐教學(xué)的安全系數(shù)。
1.概述
GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用GPS接收機(jī)、無(wú)線通信、地理信息技術(shù)對(duì)移動(dòng)用戶進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度、指揮的新型車輛管理系統(tǒng)。按照子功能劃分，車輛監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：定位部分、通信部分、顯示部分。其中，比較常用的通信方式為常規(guī)通信、集群通信、GSM的短信息業(yè)務(wù)三種。
基于常規(guī)通信的車輛監(jiān)控系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)、組網(wǎng)及使用相對(duì)簡(jiǎn)單，但其作用范圍較小；GSM的短信息業(yè)務(wù)用于定位數(shù)據(jù)傳輸目前較為流行，其覆蓋范圍大，可以全國(guó)漫游，但是其時(shí)延問題是制約其發(fā)展的瓶頸，且其呼叫功能無(wú)法與集群系統(tǒng)相比；集群系統(tǒng)是專用的調(diào)度指揮系統(tǒng)，對(duì)某些特殊單位而言具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文就集群方式下GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及信道利用等方面進(jìn)行介紹。
2．集群系統(tǒng)
無(wú)線集群實(shí)際上就是多信道中繼（轉(zhuǎn)發(fā)）系統(tǒng)中自動(dòng)共享若干個(gè)信道，并在此基礎(chǔ)上集小群（組）為大群（組），加上諸多呼叫、故障處理等功能而形成的無(wú)線通信系統(tǒng)。
和常規(guī)通信方式相比，集群通信系統(tǒng)具有信道利用率高、服務(wù)質(zhì)量好、通話阻塞率低、通話具有私密性、系統(tǒng)智能化程度高、具有交換功能、可與PABX或PSTN互連等優(yōu)點(diǎn)。
集群通信系統(tǒng)的分類方法有多種，按照信令類型分有模擬信令、數(shù)字信令及混合信令系統(tǒng)；按照信令方式分有共路信令方式和隨路信令方式；按照話音分有數(shù)字集群、模擬集群；按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前較為廣泛使用的為集中控制方式的模擬集群系統(tǒng)，信令有MPT1327標(biāo)準(zhǔn)的，也有非公開標(biāo)準(zhǔn)的?；贛PT1327標(biāo)準(zhǔn)信令的系統(tǒng)，傳輸車輛定位數(shù)據(jù)可以在信令信道中進(jìn)行；而非公開信令標(biāo)準(zhǔn)，車輛定位數(shù)據(jù)只能在話音信道中進(jìn)行。相應(yīng)地，對(duì)車輛的數(shù)字信息必須進(jìn)行調(diào)制才能在話音信道中傳輸。
3．基于集群通信方式的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)
3．1系統(tǒng)組成
基于集群的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。其中，集群網(wǎng)為系統(tǒng)提供無(wú)線通信鏈路以進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸可以利用話音的多種呼叫方法實(shí)現(xiàn)。
圖1GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控中心以矢量化電子地圖為背景，監(jiān)控軟件具有實(shí)時(shí)顯示移動(dòng)用戶的所有信息以及信息查詢功能。同時(shí)，監(jiān)控中心兼有差分基準(zhǔn)站的功能，為整個(gè)監(jiān)控范圍內(nèi)的移動(dòng)用戶提供差分GPS修正信息，使車輛定位精度提高到10米以內(nèi)。各移動(dòng)用戶設(shè)備由集群電臺(tái)和GPS接收機(jī)及控制邏輯電路組成，控制電路不僅形成系統(tǒng)需要的邏輯時(shí)序，還具有數(shù)據(jù)處理功能，包括調(diào)制解調(diào)器。
3．2信道利用方式
在集中控制方式的集群系統(tǒng)中，各個(gè)信道的管理在一個(gè)控制信道上實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)用戶守候在控制信道上，發(fā)起呼叫或接收呼叫均在該信道上進(jìn)行。一旦申請(qǐng)到信道，則主呼方和被呼方在申請(qǐng)到的信道上完成話音聯(lián)絡(luò)，之后轉(zhuǎn)換到控制信道上守候。
利用話音信道傳輸車輛定位數(shù)據(jù)，每傳輸一次定位信息，電臺(tái)都需要申請(qǐng)一次信道，而申請(qǐng)時(shí)間不傳輸任何數(shù)據(jù)，時(shí)間利用率較低；且申請(qǐng)不到空閑信道時(shí)，該車輛的信息就會(huì)丟失。所以傳輸數(shù)據(jù)的用戶應(yīng)該設(shè)置優(yōu)先級(jí)，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
3．3呼叫方式
在集群通信系統(tǒng)中，用戶的呼叫方式有：?jiǎn)魏簟⒔M呼、群呼、私密呼叫等?；贕PS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)定位精度采用差分方式，差分信息由監(jiān)控中心以組呼的方式下發(fā)，分配在同一組內(nèi)的用戶均可接收。
為使各移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)都能夠?qū)崟r(shí)采集，采用時(shí)分多址（TDMA）的方法，即各車輛按照?qǐng)D2所示的時(shí)序依次發(fā)起呼叫。其中兩相鄰用戶之間的時(shí)間間隔包括數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間和保護(hù)時(shí)間（防止數(shù)據(jù)相互影響）。一個(gè)采樣周期內(nèi)可容納的用戶數(shù)為，其中，為采樣周期。
為了避免監(jiān)控中心對(duì)某用戶的話音調(diào)度影響其它用戶的數(shù)據(jù)傳輸，話音呼叫和數(shù)據(jù)呼叫分別在不同的組進(jìn)行。移動(dòng)用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)工作在數(shù)據(jù)組，利用專用信道完成。當(dāng)監(jiān)控中心需要對(duì)某用戶進(jìn)行話音呼叫時(shí)，首先發(fā)送一個(gè)切換命令將該用戶的組號(hào)設(shè)置為話音組，而后再進(jìn)行話音呼叫。在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成通話，由用戶自動(dòng)切換到數(shù)據(jù)組再傳輸數(shù)據(jù)。
在監(jiān)控中心，話音呼叫和數(shù)據(jù)呼叫分別利用不同的無(wú)線集群電成。
3．4同步方式
在GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，通常采用異步的數(shù)據(jù)傳輸，接收端和發(fā)送端不需要同步。但是，各移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)采集為時(shí)分多址方式，相互之間的時(shí)序關(guān)系不能混疊，也就是說，移動(dòng)用戶之間必須同步。
各移動(dòng)用戶的同步方式有兩種：①利用GPS接收機(jī)的秒脈沖進(jìn)行同步；②利用監(jiān)控中心發(fā)送廣播同步碼進(jìn)行同步。秒脈沖和同步碼均提供給各移動(dòng)用戶統(tǒng)一的時(shí)間起點(diǎn)，不同車輛的發(fā)送時(shí)隙由不同的延遲來(lái)產(chǎn)生。利用監(jiān)控中心發(fā)送同步碼，可以在一個(gè)采樣周期內(nèi)發(fā)送1個(gè)同步碼，也可以周期性地發(fā)送多個(gè)同步碼。
3．5數(shù)據(jù)傳輸格式
監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸分上行和下行兩部分。上行數(shù)據(jù)主要為被監(jiān)控車輛的實(shí)時(shí)位置、速度、時(shí)間、狀態(tài)（包括報(bào)警、故障等）；下行數(shù)據(jù)主要為GPS差分修正信息，采用RTCM－104格式的通用電文，如果是監(jiān)控中心同步的方式，還包括廣播同步碼。
A．上行數(shù)據(jù)格式
數(shù)據(jù)報(bào)頭用戶地址緯度經(jīng)度速度時(shí)間車輛狀態(tài)
B．下行數(shù)據(jù)格式
數(shù)據(jù)報(bào)頭廣播同步碼RTCM電文調(diào)度命令用戶地址
上行和下行的數(shù)據(jù)報(bào)頭不同，用于對(duì)上、下行數(shù)據(jù)的解碼。用戶地址指是各監(jiān)控車輛的識(shí)別號(hào)碼，調(diào)度命令為監(jiān)控中心對(duì)相應(yīng)地址車輛的操作，如緊急救援、去某地運(yùn)輸、關(guān)閉汽車引擎等，廣播同步碼在利用秒脈沖同步的系統(tǒng)中不用。車輛狀態(tài)由駕駛員根據(jù)實(shí)際情況輸入，如遇劫報(bào)警、車輛故障等。
無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前無(wú)線通信技術(shù)和信息處理技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型測(cè)控系統(tǒng)。
一般而言，現(xiàn)有的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，大都符合“控制中心—監(jiān)測(cè)站”的構(gòu)建模式?？刂浦行氖钦麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，負(fù)責(zé)收集各監(jiān)測(cè)站上傳的監(jiān)測(cè)信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)測(cè)站的行業(yè)。監(jiān)測(cè)站被布放于遠(yuǎn)離控制中心的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，負(fù)責(zé)完成信息的采集和響應(yīng)控制中心發(fā)出的控制命令。控制中心可用普通微機(jī)、工作站或工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，軟件開發(fā)可靠基于現(xiàn)有的Windows或Unix操作系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，比如單片機(jī)、DSP或者IntelX86系列的微處理器等。無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式也很靈活，可利用現(xiàn)有的無(wú)線通信網(wǎng)，如GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等，也可單獨(dú)搭建專門的無(wú)線局域網(wǎng)。下面系統(tǒng)地討論無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)涉及到的一些核心技術(shù)，主要包括三個(gè)方面：監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)開發(fā)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組建和控制中心的軟件設(shè)計(jì)。
1監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是整個(gè)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研制開發(fā)的重點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站對(duì)信息數(shù)據(jù)處理的能力和精度將影響整個(gè)系統(tǒng)的最終性能。在整個(gè)開發(fā)過程中，監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)是工作量最大、所需時(shí)間最長(zhǎng)的一部分。監(jiān)測(cè)站處于工作現(xiàn)場(chǎng)，只完成數(shù)據(jù)的采集、處理和控制，任務(wù)相對(duì)單一、固定，無(wú)須用詙大的臺(tái)式機(jī)來(lái)完成；考慮到節(jié)能和布放方便，監(jiān)測(cè)站多為嵌入式系統(tǒng)。根據(jù)整個(gè)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，和對(duì)數(shù)據(jù)處理與對(duì)傳感器控制能力的要求，監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和采用的具體技術(shù)是不一樣的。
1.1基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
采用單片機(jī)是大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的首選方案。由于在片上集成有豐富的外設(shè)，具有良好的控制能力，單片機(jī)天生就是為嵌放式系統(tǒng)度身定做的，在嵌入式市場(chǎng)上占據(jù)了最大的份額。
基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案一般適用于對(duì)數(shù)據(jù)處理要求不高，運(yùn)算量不大的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)需要，單片機(jī)可以選用較為低端的4位機(jī)或8位機(jī)，如8051等，也可選用功能較強(qiáng)的專用芯片，如MSP430FE42X系列。單片機(jī)主要用于監(jiān)測(cè)站端的系統(tǒng)控制。片外存儲(chǔ)器一般為RAM、EEPROM和Flash等存儲(chǔ)器；I/O設(shè)備一般為鍵盤、LCD等供設(shè)計(jì)調(diào)試用的人機(jī)交互接口；傳感器一般為話筒、攝像頭、揚(yáng)聲器和伺服馬達(dá)一類的設(shè)備。無(wú)線通信接口實(shí)現(xiàn)相對(duì)較為復(fù)雜。編解碼器是可取舍的，對(duì)于低速率數(shù)據(jù)一般沒有必要。根據(jù)系統(tǒng)的處理任務(wù)和信息的類別，編解碼器可選用不同的芯生，如CMX639（用于音頻）或LD9320等，也可用編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。監(jiān)測(cè)站軟件可直接通過C或匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，也可在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用軟件。對(duì)于低檔的4位或8位單片機(jī)，控制能力較低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一般采用直接編寫控制程序的方法。對(duì)于功能較強(qiáng)大，各設(shè)備間交互復(fù)雜的系統(tǒng)而言，大多數(shù)是利用操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行任務(wù)管理、設(shè)備交互，應(yīng)用軟件只是完成上層的數(shù)據(jù)處理等工作。
1.2基于DSP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
眾所周知，DSP的數(shù)字處理方面能力較強(qiáng)，技術(shù)已經(jīng)很成熟，能處理各種運(yùn)算的通用、專用芯片也很多。以DSP為核心設(shè)計(jì)開發(fā)的監(jiān)測(cè)站，可以完成高速率數(shù)據(jù)處理，保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性方面的要求。
這類設(shè)計(jì)方案一般適用于數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量比較大，實(shí)時(shí)性要求高而對(duì)控制能力要求相對(duì)較低的監(jiān)控系統(tǒng)。與以單片機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)不同的是，DSP除了作控制器以外，還可兼作數(shù)據(jù)計(jì)算、編/解碼之用。對(duì)于較復(fù)雜的編/解碼以及壓縮解壓運(yùn)算（比如對(duì)圖像視頻數(shù)據(jù)的處理等）是否仍由DSP完成，須綜合考慮。若DSP在系統(tǒng)控制和實(shí)現(xiàn)傳輸協(xié)議方面負(fù)擔(dān)太重，則這部分運(yùn)算需要由專門的處理芯片完成；若系統(tǒng)控制和傳輸協(xié)議較簡(jiǎn)單，或根本沒有到上層協(xié)議棧，則這部分復(fù)雜的運(yùn)算可由DSP完成。
1.3基于MCU+DSP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
顯然，這種設(shè)計(jì)方式吸取了單片機(jī)和DSP各自的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)決定其擅長(zhǎng)于控制，DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)保證較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。兩者的組合可實(shí)現(xiàn)一些相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)功能，但由于系統(tǒng)中采用了兩個(gè)處理器，其間的信息交互是設(shè)計(jì)這類監(jiān)測(cè)站時(shí)須著重考慮的問題。只有單片機(jī)和DSP之間較好地協(xié)同工作，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)；否則，由于兩者間的協(xié)調(diào)而耗費(fèi)了大量資源，整體性能未必高于采用單一處理器的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和DSP間通信協(xié)調(diào)的常用方法是采用雙口RAM。
目前，有些DSP或單片機(jī)廠家為了擴(kuò)大芯片的適用范圍，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，相互間容入了對(duì)方的特點(diǎn)，使同一芯片在數(shù)據(jù)處理和控制方面同時(shí)具有較好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客戶能方便地將單片機(jī)的功能轉(zhuǎn)移到DSP上，目前推出的產(chǎn)品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU兩個(gè)功能模塊在同一芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性、降低了監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)難度并節(jié)省印制板空間。這類芯片得到廣大用戶的青睞。
1.4基于MPU的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
設(shè)計(jì)嵌入式產(chǎn)品的另一可選方案是采用基于微處理器的設(shè)計(jì)方式。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，在該領(lǐng)域技術(shù)成熟、產(chǎn)品類型多、選擇空間大，滿足各種性能需求的處理器比較容易獲得。隨著采用RISC體系的高性能MPU（比如采用ARM構(gòu)架的處理器芯片等）的出現(xiàn)，MPU在嵌入式領(lǐng)域中的地位經(jīng)久不衰；但是，由于在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站時(shí)，電路板上必須包括ROM、RAM、Flash、總線接口和各種外設(shè)等器件，系統(tǒng)的可靠性將有所下降，技術(shù)保密性差，實(shí)現(xiàn)難度也較大。
1.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)選擇和嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)
目前已有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）種類繁多，軟件結(jié)構(gòu)各異，可適用于復(fù)雜程度不同的各種環(huán)境，包括循環(huán)查詢系統(tǒng)、前后臺(tái)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)和多處理機(jī)系統(tǒng)等。具體實(shí)例有VxWorks、pSOS、QNX、PalmOS、WindowsCE、lynxOS和嵌入式Linux等。選擇適合監(jiān)測(cè)站乃至整個(gè)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)研制的成敗。選擇過程雜而又需要耐心：要了解各RTOS的特點(diǎn)和適用范圍，比較其間的區(qū)別，才能找到最為合適的一種。選擇比較時(shí)，需要考慮的因素主要有：
①RTOS能否支持在項(xiàng)目中使用的語(yǔ)言和微處理器；
②RTOS能否與ICE、編譯器、匯編器、連接器及源代碼調(diào)制器共同工作；
③RTOS是否支持設(shè)計(jì)中要用到的服務(wù)，如消息隊(duì)列、定時(shí)和信號(hào)量等；
④RTOS能否達(dá)到應(yīng)用產(chǎn)品的性能需求，比如實(shí)時(shí)性需求；
⑤能否獲得產(chǎn)品開發(fā)時(shí)必要的組件，比如協(xié)議棧、能信服務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)等；
⑥RTOS是否能為公開出售的硬件提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
⑦使用RTOS是否免費(fèi)；
⑧能否獲得目標(biāo)代碼；
⑨獲得的技術(shù)支持有多少；
⑩對(duì)于需要授權(quán)的RTOS，授權(quán)方式是怎樣的。
嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)有許多相似之處，繼承了許多傳統(tǒng)軟件的開發(fā)習(xí)慣；但由于嵌入式實(shí)時(shí)軟件的功能和運(yùn)行環(huán)境特殊，決定其與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)有所區(qū)別。嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)使用交叉開發(fā)方式。所謂交叉開發(fā)是指，程序代碼的實(shí)現(xiàn)、編譯和連接的環(huán)境與對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行的環(huán)境不同。前者基于普通微機(jī)平臺(tái)，后者則基于嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。調(diào)試過程多是在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的配合下進(jìn)行的，開發(fā)完成后需要進(jìn)行固化和固化測(cè)試。另外，開發(fā)過程還需要相應(yīng)的開發(fā)工具，包括交叉編譯器、交叉調(diào)試器和一些仿真軟件。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)以任務(wù)為基本執(zhí)行單元，用多個(gè)并發(fā)的任務(wù)代替通用軟件的多個(gè)模塊，并定義了應(yīng)用軟件任務(wù)間的接口。由于整個(gè)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能受RTOS和應(yīng)用軟件的影響，所以，在軟件的需求分析階段就充分考慮其實(shí)時(shí)性要求。再加之嵌入式應(yīng)用軟件對(duì)穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾等性能的要求都比較嚴(yán)格，所以嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)難度較大。
2無(wú)線通信的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
無(wú)線通信的設(shè)計(jì)相對(duì)于監(jiān)測(cè)站而言較簡(jiǎn)單，有許多現(xiàn)有的產(chǎn)品和通信系統(tǒng)可以利用，重點(diǎn)只是在于從多種實(shí)現(xiàn)方式中作出最優(yōu)的選擇。
常用的實(shí)現(xiàn)方式有：利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS、CDMA移動(dòng)網(wǎng)等）和相應(yīng)的無(wú)線通信產(chǎn)品；通過無(wú)線收發(fā)設(shè)備，如無(wú)線Modem，無(wú)線網(wǎng)橋等專門的無(wú)線局域網(wǎng)；利用收發(fā)集成芯片在監(jiān)測(cè)站端實(shí)現(xiàn)電路板級(jí)與監(jiān)控中心的無(wú)線通信。
2.1利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站與監(jiān)控中心的無(wú)線通信
現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)較多，按業(yè)務(wù)建網(wǎng)是3G以前通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也不例外。設(shè)計(jì)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以借用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要有：全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)（GSM）、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）、采用碼分多址（CDMA）技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)、蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）系統(tǒng)。
GSM（GlobemSystemforMobile）是全球最主要的2G標(biāo)準(zhǔn)，能夠在低服務(wù)成本、低終端成本條件下提供較高的通信質(zhì)量。就其業(yè)務(wù)而言，GSM是一個(gè)能夠提供多種業(yè)務(wù)的移動(dòng)ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）。
GPRS（GeneralPacketPacketRadioService）在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率，最高可達(dá)170kb/s。GPRS把分組交換技術(shù)引入現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，使得移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，具有“極速傳送”、“永遠(yuǎn)在線”、“價(jià)格實(shí)惠”等特點(diǎn)。
CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）網(wǎng)絡(luò)采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)，使用多種分集接收方式，使其具有容量大、通信質(zhì)量好、保密性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
CDPD（CellularDigitalData）無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信基于數(shù)字分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)，以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)形式，是數(shù)據(jù)朎與移動(dòng)通信的結(jié)合物。這種通信方式基于TCP/IP，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為開放式，提供同層網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接和多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。CDPD網(wǎng)絡(luò)具有速度快、數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，可與公用有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，非常適合傳輸實(shí)時(shí)、突發(fā)性和在線數(shù)據(jù)。
對(duì)使監(jiān)控中心與監(jiān)測(cè)站間的無(wú)線通信能利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于特定的無(wú)線網(wǎng)需用相應(yīng)的接入設(shè)備。這類設(shè)備市面上有現(xiàn)成的產(chǎn)品可供選擇。接入GSM網(wǎng)絡(luò)的通信模塊有西門子的SIEMENSTC35i，接入GPRS可用西門子的MC35GPRS模塊，接入CDMA網(wǎng)絡(luò)的有華立H110CDMA模塊和AnyDATA公司的CDMAModem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。
利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)組建無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。其中無(wú)線接入模塊產(chǎn)品一般都提供有RS232作為外通信接口，有些天線是內(nèi)置的。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣和可漫游等特點(diǎn)，使監(jiān)測(cè)站和控制中心的位置不受距離的限制；但由于利用公網(wǎng)，安全性會(huì)有所降低。
2.2通過專用無(wú)線收發(fā)設(shè)備建立無(wú)線局域網(wǎng)
這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)須向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商付費(fèi)；利用專網(wǎng)，安全性高。無(wú)線傳輸以微波作傳輸媒體，根據(jù)調(diào)制方式的不同，可分為擴(kuò)展頻譜方式和窄帶調(diào)制方式兩種。擴(kuò)展頻譜方式系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性高，對(duì)其它電子設(shè)備的干擾小。窄帶調(diào)制方式占用頻帶少，頻帶利用率高；通常選擇專用頻段，需要申請(qǐng)；相鄰頻道間影響大，通信質(zhì)量、通信可靠性無(wú)法保障。
采用專用無(wú)線收發(fā)設(shè)備建立無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。無(wú)線收發(fā)設(shè)備包括無(wú)線Modem和無(wú)線網(wǎng)橋等。無(wú)線Modem與監(jiān)測(cè)站和控制中心之間采用RS232通信。若采用網(wǎng)橋?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)組建設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將更為靈活，如圖3所示。其中在無(wú)線網(wǎng)兩端的有線網(wǎng)絡(luò)是可取舍的，可以是以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)等本地局域網(wǎng)。也可以城域網(wǎng)，甚至是因特網(wǎng)，但使用公網(wǎng)時(shí)須考慮安全性和費(fèi)用問題。
2.3利用收發(fā)集成芯片在監(jiān)測(cè)站端實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信
前兩種組網(wǎng)方式的一個(gè)特點(diǎn)是采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和產(chǎn)品，無(wú)線通信部分不須專門開發(fā)，實(shí)現(xiàn)較為容易。但由于所購(gòu)買的產(chǎn)品均是獨(dú)立器件，使整個(gè)系統(tǒng)特別是監(jiān)測(cè)站一端結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，往往在系統(tǒng)推廣時(shí)會(huì)帶來(lái)不利，且外購(gòu)產(chǎn)品會(huì)增加系統(tǒng)的成本。若能將外購(gòu)產(chǎn)品的功能與監(jiān)測(cè)站集成在一起，在電路板級(jí)實(shí)現(xiàn)，將可以避免上述不利因素；但這會(huì)增加系統(tǒng)開發(fā)的難度，延長(zhǎng)研制周期。須權(quán)衡利弊，根據(jù)項(xiàng)目組的開發(fā)實(shí)力和系統(tǒng)生命周期作最有利的選擇。
采用此方法設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站需要實(shí)現(xiàn)的部分只是圖1、2和3中的無(wú)線通信接口（可參看本文的網(wǎng)絡(luò)版全文）。這部分的硬件實(shí)時(shí)框圖以及處理器、存儲(chǔ)器的關(guān)系大致如圖4所示。各個(gè)子模塊都有多種芯片可供選擇，比如射頻前端可用ML2751和RTF6900，實(shí)現(xiàn)調(diào)制/解調(diào)的有ML2722，擴(kuò)頻、解擴(kuò)可用LD9002DX2和Stel-2000A等。
3控制中心的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
（1）利用傳感器信息裝置將檢測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)可以依據(jù)運(yùn)行情況對(duì)其進(jìn)行診斷，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行預(yù)報(bào)且顯示問題所在原因。
（2）電信號(hào)必須通過顯示設(shè)備將其作業(yè)狀況完整的顯示出來(lái)，然后轉(zhuǎn)化為可控的傳輸信號(hào)，對(duì)其實(shí)時(shí)掌握。
（3）通過預(yù)先設(shè)置好的接收方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，通常情況下，采取分站接收然后復(fù)用信息將其傳輸在主站上加以顯示。對(duì)于分站來(lái)講，它必須將接收到的信息加以整合、分類，對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，防止不準(zhǔn)確信息被利用，這樣不僅僅會(huì)造成一定損失，且會(huì)增加發(fā)生事故的概率，所以在進(jìn)行傳輸主站前，必須對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。
（4）電源箱是確保煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要交流電源，它能確保在臨時(shí)停電的基礎(chǔ)上讓煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的運(yùn)行，維持正常的基本用電量且供電量大于二小時(shí)的蓄電量。
（5）主站在接收信號(hào)的同時(shí)，要對(duì)其信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的處理。傳輸接口在確保接收信號(hào)后，要再次將主站整理好的信息傳輸至相應(yīng)分站。從某種角度上而言，傳輸接收器具備了分站與總站相互傳輸信號(hào)及自動(dòng)檢驗(yàn)、調(diào)節(jié)等功能，所以使用過程中不容忽視。
（6）主體正常運(yùn)行的前提下，要利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行掌控，主機(jī)的主要作用是聯(lián)網(wǎng)、控制輸出打印、控制輸出、人機(jī)的對(duì)話、聲光的報(bào)警、顯示、磁盤的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、判別報(bào)警、校正、接收檢測(cè)的信號(hào)等。
1.2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用
第一，通風(fēng)及瓦斯監(jiān)控，也就是監(jiān)測(cè)局部的通風(fēng)機(jī)停開（特別重要）、風(fēng)筒的狀態(tài)、風(fēng)門的狀態(tài)、饋電的狀態(tài)、風(fēng)壓、風(fēng)速以及甲烷的濃度等。一旦局部的通風(fēng)機(jī)掘進(jìn)巷道出現(xiàn)停風(fēng)狀況或出現(xiàn)停止運(yùn)行現(xiàn)象時(shí)或瓦斯出現(xiàn)超限時(shí)，相應(yīng)的煤礦其安全監(jiān)控的系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切斷各自區(qū)域電源，同時(shí)閉鎖與報(bào)警，這一措施可以達(dá)到以下目的：
（1）規(guī)避與降低了因電氣設(shè)備違章作業(yè)或失爆、或電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的危險(xiǎn)溫度或電火花導(dǎo)致瓦斯爆炸的發(fā)生率；
（2）規(guī)避與降低了運(yùn)、掘、采等設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下因危險(xiǎn)溫度或摩擦碰撞出火花而導(dǎo)致的瓦斯爆炸的發(fā)生率；
（3）可以起到提醒作用，督促生產(chǎn)的調(diào)度員、領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)把工作人員安置到安全位置；
（4）督促生產(chǎn)的調(diào)度員、領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)處理好事故的安全隱患，提前預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生。
第二，瓦斯抽放系統(tǒng)的監(jiān)控。
（1）監(jiān)測(cè)抽放管路里閥門開度、溫度、壓力、流量、甲烷的濃度以及一氧化碳濃度等各管道的參數(shù)；
（2）對(duì)瓦斯抽放泵站室里甲烷的濃度以及井下臨時(shí)的抽放瓦斯泵站其下風(fēng)側(cè)的柵欄外的甲烷濃度環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（3）對(duì)抽放泵軸溫、抽放泵的真空度以及電機(jī)溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（4）監(jiān)測(cè)冷卻水池的水位、水溫以及水壓與水量等供水的參數(shù)；
（5）監(jiān)測(cè)功率因素、電壓、電流等供電的參數(shù)；
（6）對(duì)供氣管道其供氣閥的開度、流量、甲烷的濃度、溫度、正壓等供氣的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（7）監(jiān)測(cè)密封的水溫、密封的水位、罐內(nèi)其甲烷的濃度、罐壓和罐高等儲(chǔ)氣罐的參數(shù)；
（8）對(duì)瓦斯抽放供水、閥門、泵等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（9）對(duì)瓦斯抽放純瓦斯量和混合量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（10）對(duì)瓦斯抽放閥門與泵進(jìn)行控制。第三，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解火災(zāi)發(fā)生的原因及火災(zāi)過程中煙霧、二氧化碳的濃度及溫差變化，這樣就能有效的控制火情，降低風(fēng)險(xiǎn)的蔓延、擴(kuò)大。第四，監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的對(duì)瓦斯做出預(yù)警報(bào)警信息，從而將瓦斯所處的地質(zhì)信息進(jìn)行分析，進(jìn)一步提高防治風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的預(yù)警能力。第五，針對(duì)往期事故的發(fā)生要對(duì)其進(jìn)行調(diào)研，依據(jù)事故發(fā)生原因進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，這樣不僅僅能夠?yàn)槠涮峁﹨⒖家罁?jù)，更能為日后同類事故的發(fā)生提供預(yù)防預(yù)警的作用，所以針對(duì)每次煤礦事故的發(fā)生都要進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。
二、信息化監(jiān)控技術(shù)在隧道施工安全管理中的運(yùn)用
(一)隧道施工人員定位系統(tǒng)
隧道施工人員安全定位系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，監(jiān)測(cè)和監(jiān)控施工人員具置，確保施工人員人身安全，隧道施工人員定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)的掌握各區(qū)域施工人員的情況，并將其反饋到監(jiān)控中心。安全管理工作中人員就可以隨時(shí)了解到施工人員的分布及走動(dòng)情況，以便于利用遠(yuǎn)程技術(shù)對(duì)施工人員進(jìn)行有效的管理和指示，另外，定位系統(tǒng)還能起到考勤的作用，能夠直觀反映到崗情況。在發(fā)生安全問題時(shí)，監(jiān)控中心就可以根據(jù)定位系統(tǒng)所提供的員工分布，對(duì)施工人員采取救援，并指揮員工采取相應(yīng)措施，提供救援效率。隧道施工人員定位系統(tǒng)需要應(yīng)用到無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)、定位軟件、感應(yīng)芯片、讀卡器等等。隧道施工安全管理對(duì)施工人員定位必不可少。
(二)有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)
由于隧道施工不同于建筑施工，多在封閉狹小昏暗的空間中，空間內(nèi)的空氣質(zhì)量直接影響著施工人員安全，由于隧道施工過程周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)將受到破壞，所以在施工中，難免會(huì)產(chǎn)生有害氣體，這些有害氣體一旦積聚到一定濃度，很有可能會(huì)導(dǎo)致施工人員中毒、窒息，甚至引起爆炸。另一方面，除了自然生產(chǎn)的有害氣體外，施工中所使用的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)作時(shí)，同樣會(huì)排放多種有害氣體，威脅施工人員身體健康。由于隧道施工空間的封閉特點(diǎn)，這些氣體十分容易積聚，為了保障施工現(xiàn)場(chǎng)安全，監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)有害氣體至關(guān)重要。信息化監(jiān)控技術(shù)下的有害氣體探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)空氣信息采集，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有害氣體濃度和含量做出分析，并反饋到監(jiān)控中心，如有害氣體達(dá)到危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，便立即發(fā)出警報(bào)，監(jiān)控中心便可根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，采取相應(yīng)措施，指導(dǎo)施工人員的撤離和疏散。
(三)語(yǔ)音雙對(duì)講系統(tǒng)
語(yǔ)音雙對(duì)講系統(tǒng)是信息化監(jiān)控技術(shù)下安全管理的常用工具，能夠保障安全管理人員能夠?qū)崟r(shí)與現(xiàn)場(chǎng)保持聯(lián)系。雙語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)通過無(wú)線或有線通信手段連接監(jiān)控中心，保障通話的暢通。安全監(jiān)控管理人員可通過語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)遠(yuǎn)程或通知施工流程安全，如發(fā)生緊急情況，可輔助指導(dǎo)施工人員的快速疏散，保障施工人員疏散的秩序，是隧道監(jiān)控施工安全管理的主要手段之一。
1需求分析及總體設(shè)計(jì)
1.1需求分析排水設(shè)施管理處對(duì)排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)要求主要有以下幾點(diǎn):（1）系統(tǒng)需采集不同點(diǎn)位的液位、流量、流速、雨量等管網(wǎng)信啟、，并實(shí)現(xiàn)信自、數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新顯示。（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)急決策支持等功能，并能通過與集合了3D技術(shù)和SWMM技術(shù)的下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)街下穿隧道暴雨時(shí)積水情況的模擬預(yù)警。（3）系統(tǒng)需支持用戶自定義的報(bào)警規(guī)則，如液位、流速、流量等閨值，并能夠?qū)?bào)警數(shù)據(jù)推送至已有管網(wǎng)GIS平臺(tái)，同時(shí)需具備用戶接警管理的功能。（4）系統(tǒng)功能需通過網(wǎng)頁(yè)展示，同時(shí)要求系統(tǒng)訪問便捷、維護(hù)方便，需支持多種移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、Ipad等的訪問。1.2總體設(shè)計(jì)1.2.1管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)為了監(jiān)控排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，需要采集管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，排水管網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)有:水管管徑、下水井井深、管道內(nèi)液位高度、污水管道內(nèi)流速、污水管道內(nèi)流量。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雨、洪預(yù)警功能，還需采集雨量數(shù)據(jù)，建立雨量與管網(wǎng)內(nèi)部液位數(shù)據(jù)關(guān)系。管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案選用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，底層的感知層是各類水信自、傳感器，中間的網(wǎng)絡(luò)層考慮了地下管網(wǎng)的復(fù)雜地理環(huán)境，選取GPRS尤線傳輸方案，而最終的應(yīng)用層就是本文的排水管網(wǎng)信自、管理系統(tǒng)，將采集到的管網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分析，為排水設(shè)施管理處等管理部門提供管網(wǎng)建設(shè)的決策依據(jù)。1.2.2GIS和下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)為管網(wǎng)已有GIS平臺(tái)和下穿隧道積水模擬系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，在系統(tǒng)的信息集成平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)對(duì)下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的接口，系統(tǒng)與管網(wǎng)GIS平臺(tái)的通信采用報(bào)警服務(wù)集成平臺(tái)和通訊服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。下穿隧道積水模擬系統(tǒng)由下穿隧道3D仿真模型和SWMM暴雨洪水管理模型結(jié)合實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)是以成都市羊市街下穿隧道為原型設(shè)計(jì)，可以根據(jù)羊市街雨量站監(jiān)測(cè)的雨量數(shù)據(jù)，結(jié)合SWMM模型計(jì)算得出下穿隧道積水情況。由于該系統(tǒng)己經(jīng)開發(fā)完成，所以本文設(shè)計(jì)的排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)需提供接口與之集成。本文的接口設(shè)計(jì)采用ApacheCamel+ActiveMQ實(shí)現(xiàn)。
2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)菜單需具備管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和站點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，以管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能為例進(jìn)行驗(yàn)證說明，管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能需顯示管網(wǎng)中各個(gè)站點(diǎn)在距離當(dāng)前時(shí)一刻4個(gè)小時(shí)以內(nèi)的最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果站點(diǎn)在超過4個(gè)小時(shí)內(nèi)都沒有收到數(shù)據(jù)則不在此頁(yè)顯示，該功能是用來(lái)體現(xiàn)管網(wǎng)整體的最新工作狀態(tài)，同時(shí)還要求數(shù)據(jù)可以根據(jù)用戶設(shè)制的報(bào)警顏色級(jí)別區(qū)分顯示。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在彈出的下拉菜單中選擇管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)入管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面，可以看一出系統(tǒng)成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。2.2數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)查詢主要分為以下六個(gè)子模塊:逐條審核、批量審核。由于篇幅所限，驗(yàn)證測(cè)試。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、選取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)和逐條審核功能進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。2.3接警管理接警管理功能中包括警情列表、警情處理和警情結(jié)果，三個(gè)子功能項(xiàng)目，該功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的報(bào)警和接警功能，是為了方便排水設(shè)施管理處人員處理管網(wǎng)險(xiǎn)情而做的設(shè)計(jì)。其中警情列表功能需實(shí)現(xiàn)查詢當(dāng)前時(shí)間內(nèi)的警報(bào)情況，同時(shí)還可以新增警報(bào):警情處理功能可以使用戶查看當(dāng)前警情處理的狀態(tài);警情結(jié)果則應(yīng)查詢到最終警情處理的結(jié)果。2.4數(shù)據(jù)報(bào)表數(shù)據(jù)報(bào)表模塊主要分為以下幾個(gè)子模塊:日?qǐng)?bào)表，周報(bào)表，月報(bào)表，季報(bào)表，年報(bào)表。以日?qǐng)?bào)表功能為例進(jìn)行功能驗(yàn)證，日?qǐng)?bào)表功能需分析當(dāng)前站點(diǎn)一天內(nèi)的數(shù)據(jù)。得出一天內(nèi)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、均值，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果提供導(dǎo)出功能。2.5數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析模塊主要分為以下幾個(gè)子模塊:單站多參，多站單參，趨勢(shì)分析，環(huán)比分析，因子K線圖。以單站多參功能為例進(jìn)行功能驗(yàn)證。單站多參功能需顯示一個(gè)站點(diǎn)的若干因子在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的原始數(shù)據(jù)的曲線變動(dòng)情況，通過該功能可以洋細(xì)分析、對(duì)比具體站點(diǎn)的各因子波動(dòng)情況。2.6報(bào)警管理報(bào)警管理功能包括報(bào)警參數(shù)、羊市街仿真、羊市街模擬三個(gè)子菜單功項(xiàng)，這里選能取報(bào)警參數(shù)功能和羊市街模擬功能進(jìn)行功能驗(yàn)證說明。2.7系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理功能主要包括以下幾個(gè)子功能:菜單管理，角色管理，用戶管理，因子管理，站點(diǎn)管理，設(shè)備管理，站點(diǎn)因子配置。由于篇幅限制只對(duì)站點(diǎn)管理子功能進(jìn)行驗(yàn)證說明。站點(diǎn)管理功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)站點(diǎn)信息的管理功能，還可以新建站點(diǎn)，更新站點(diǎn)信息，包括對(duì)站點(diǎn)因子，站點(diǎn)圖片進(jìn)行編輯，處理，以及刪除站點(diǎn)功能。
作者：何智華 甘慶華 單位：中國(guó)四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司
2.環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中“圍”與“透”的應(yīng)用
2.1環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中“圍”與“透”的好處
（1）增強(qiáng)含蓄美
實(shí)際上現(xiàn)代空間設(shè)計(jì)中的“圍”與“透”還是傳統(tǒng)的繪畫設(shè)計(jì)、園林設(shè)計(jì)與現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的一種結(jié)合衍生體。在古代建筑設(shè)計(jì)與周圍環(huán)境布局中就講究一種含蓄美的表達(dá)，講究整個(gè)圖幅的收放自如，利用環(huán)境來(lái)創(chuàng)造環(huán)境，從而也就帶動(dòng)了室內(nèi)設(shè)計(jì)的發(fā)展，逐漸讓建筑與環(huán)境相容的表達(dá)方式出席那在了室內(nèi)的設(shè)計(jì)中，同樣利用空間的組合來(lái)讓室內(nèi)設(shè)計(jì)能夠有更強(qiáng)的藝術(shù)表現(xiàn)力。創(chuàng)造出的“圍”與“透”相容的環(huán)境實(shí)際上也就有了一種“曲徑通幽”的含蓄之美，同時(shí)再利用各種襯托手法，各種各樣的對(duì)比手法來(lái)增強(qiáng)這樣一種設(shè)計(jì)的東方美。
（2）虛實(shí)結(jié)合
“圍”與“透”的應(yīng)用也是來(lái)增強(qiáng)室內(nèi)設(shè)計(jì)的一種虛實(shí)結(jié)合之美，通過空間設(shè)計(jì)的虛實(shí)結(jié)合來(lái)體現(xiàn)環(huán)境的變化，在設(shè)計(jì)中增加一些“透”創(chuàng)造出一種虛空間的感覺，從而放大整個(gè)空間給人的感受，增大空間的實(shí)際大??；同時(shí)在過大空間中巧妙地利用“圍”來(lái)對(duì)空間進(jìn)行有效的分隔從而又把空間獨(dú)立開。巧妙地在環(huán)境設(shè)計(jì)中應(yīng)用“圍”與“透”就能夠提高空間的虛實(shí)效果，讓空間富于靈動(dòng)。
2.2環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中“圍”與“透”的表現(xiàn)
（1）空間的對(duì)比
“圍”與“透”應(yīng)用過程中常常會(huì)利用到不同空間之間的對(duì)比，對(duì)比是多種多樣的，可以是空間的大小對(duì)比，也可以是空間的排列對(duì)比，也可以是空間的色調(diào)對(duì)比，高矮的對(duì)比等等，通過對(duì)比就能夠自然體現(xiàn)出空間的變化與通透。
（2）空間的過渡
當(dāng)然“圍”與“透”的設(shè)計(jì)中最重要的還是空間的過度，不同空間之間的過渡就是透的重要表現(xiàn)形式，利用不同的過渡手法和材料來(lái)創(chuàng)造一個(gè)“過渡空間”，有利于空間之間的組合，也有利于空間的對(duì)比。
（3）運(yùn)用分隔
“圍”與“透”設(shè)計(jì)中，空間的分隔就是創(chuàng)造“圍”的效果的，只有利用空間的分隔才能夠讓空間布局更加的實(shí)用合理，也能夠有更強(qiáng)的美感。運(yùn)用分隔更加重要的作用就是讓空間之間出現(xiàn)一定的獨(dú)立性，就像建筑與周圍環(huán)境，必須要有相應(yīng)的分隔以區(qū)分室內(nèi)與室外等。
（4）虛空間的加入
在“圍”與“透”中“虛空間”的應(yīng)用也是必不可少，往往會(huì)通過玻璃透光，增強(qiáng)亮度，甚至是利用鏡面等方式來(lái)擴(kuò)大室內(nèi)的實(shí)際空間大小，可以自如的通過這樣一些方式來(lái)增加環(huán)境的大，也可以讓空間有一定的縮小效果，從而讓空間與環(huán)境之間出現(xiàn)一定的分隔，增強(qiáng)室內(nèi)感等。
（二）環(huán)境藝術(shù)空間的特征
1.環(huán)境藝術(shù)空間的真實(shí)性在美術(shù)藝術(shù)手法的多重表現(xiàn)之中，工藝美術(shù)、繪畫以及雕塑都是造型藝術(shù)中較常見的審美形象，在表現(xiàn)形式之中是以實(shí)體的形式存在的，這些藝術(shù)表現(xiàn)形式在創(chuàng)作的過程中最主要的就是要體現(xiàn)出作品中的逼真性和感染力，努力的展現(xiàn)出空間感，但是在真正的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中，所具有的空間感是真實(shí)的，而不是通過不同的藝術(shù)手法展現(xiàn)出真實(shí)的空間感，也只有環(huán)境藝術(shù)才可以突出表現(xiàn)出空間性審美特征，倘若僅以平面的照片或者是圖畫是不可能使得環(huán)境藝術(shù)展現(xiàn)出生機(jī)勃勃的精致以及整體空間氣勢(shì)與空間意境，這些都不符合三維空間中對(duì)于藝術(shù)的追求，所以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的空間感的真實(shí)性是提升環(huán)境空間感重要性的一點(diǎn)。
2.環(huán)境藝術(shù)空間的固定性環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)作必需在真實(shí)的地質(zhì)之上，一旦環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)被敲定，環(huán)境藝術(shù)的裝飾品被制作成功之后，就是不能隨意的在空間范圍內(nèi)移動(dòng)，受到空間范圍內(nèi)的因素制約比較多，因此在進(jìn)行環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)在完成之后具有較強(qiáng)的審美性，就一定要使得環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的涉及到的街道、建筑、公園甚至是一座廣場(chǎng)，都受到特定的空間的制約，因此要與周圍的環(huán)境保持著各種的聯(lián)系，在環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)中保持環(huán)境藝術(shù)空間審美的固定性特征。只有妥善處理好設(shè)計(jì)作品與周圍大環(huán)境之間的關(guān)系，才可以成功的創(chuàng)造出環(huán)境的藝術(shù)設(shè)計(jì)的意境，達(dá)到預(yù)想的效果。
二、在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中空間意識(shí)的鍛煉學(xué)習(xí)方法
（一）學(xué)會(huì)在多媒體技術(shù)的應(yīng)用中創(chuàng)造出空間的情景由于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者一定要掌握環(huán)境的空間意識(shí)，所以空間意識(shí)的培養(yǎng)就成為了環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中的重點(diǎn)。為了使得學(xué)生充分的認(rèn)識(shí)到空間意識(shí)的重要性，環(huán)境藝術(shù)界內(nèi)的專家認(rèn)為首先要為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)空間意境，使得環(huán)境藝術(shù)的學(xué)習(xí)者可以通過聞、摸、嘗、聽以及看等感官感受中增強(qiáng)對(duì)于空間的感知。在現(xiàn)代技術(shù)中，多媒體技術(shù)在教學(xué)中的使用是最常見的，在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中對(duì)于創(chuàng)造空間意境也是相當(dāng)容易的，使用多媒體技術(shù)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，設(shè)計(jì)環(huán)境空間情景，在這一過程中學(xué)生一定要學(xué)會(huì)通過感官的感受體驗(yàn)環(huán)境的空間意識(shí)。
（二）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的空間體驗(yàn)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中，教師教育學(xué)生產(chǎn)生初步的空間感并不是一件十分困難的事情，但是如何使得學(xué)生合理的利用空間感進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)，使得環(huán)境展現(xiàn)出更高的藝術(shù)性則是一件十分困難的事情，因此，為了使得學(xué)生更好的掌握空間意識(shí)，更合理的在環(huán)境設(shè)計(jì)內(nèi)展現(xiàn)出空間感，所以一定教師應(yīng)當(dāng)在課堂上通過多媒體圖片或者是視頻調(diào)動(dòng)學(xué)生們的積極性，在這一過程中，學(xué)生們應(yīng)當(dāng)積極地參與到空間環(huán)境內(nèi)的體驗(yàn)中，這是學(xué)生可以加強(qiáng)對(duì)各種各樣環(huán)境空間實(shí)體的了解，對(duì)一些空間造型和特征有一個(gè)基本的感知和概念，其次，當(dāng)教師在課堂教學(xué)中開展實(shí)踐性的教學(xué)的時(shí)候，學(xué)生應(yīng)當(dāng)積極的參與到環(huán)境藝術(shù)空間觀察、體驗(yàn)之中，例如教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀一些著名建筑的設(shè)計(jì)，進(jìn)行參觀，布置一些環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)類的作業(yè)，學(xué)生可以充分的利用自己的想象力進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓教師對(duì)于學(xué)生的作品進(jìn)行內(nèi)容點(diǎn)評(píng)，在教師的教導(dǎo)之下學(xué)生可以充分的認(rèn)識(shí)到自己環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)作品的不足，學(xué)生在教師的點(diǎn)評(píng)的過程中逐漸的樹立正確的、合理的、科學(xué)的空間意識(shí)，提升學(xué)生對(duì)于環(huán)境空間感的實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生對(duì)于空間的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生形成正確的空間意識(shí)。
（三）加強(qiáng)學(xué)生的眼手心的協(xié)調(diào)性訓(xùn)練，提高學(xué)生對(duì)于空間的把握能力環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)者在完美的使用眼手心之間的關(guān)系而完成的作品，在設(shè)計(jì)的過程中，眼手心充分的發(fā)揮自己的作用：眼睛對(duì)于環(huán)境藝術(shù)創(chuàng)作具有整體的空間感知，對(duì)于空間結(jié)構(gòu)以及空間形式的把握具有初步的認(rèn)識(shí)，手對(duì)于環(huán)境藝術(shù)的創(chuàng)作在于對(duì)于美術(shù)技巧的掌握，也就是接觸材料并進(jìn)行體驗(yàn)的制作技能，心則是對(duì)于環(huán)境藝術(shù)創(chuàng)作的一個(gè)整體的感知，將藝術(shù)創(chuàng)作能錄、個(gè)體思想以及個(gè)體的主觀意識(shí)用正確的方法展現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于眼與手的技能進(jìn)行加工。當(dāng)眼手心三者之間的關(guān)系得到最佳的協(xié)調(diào)之后，環(huán)境藝術(shù)的空間意識(shí)就被學(xué)生們以最完美的方式展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生在這一過程中增強(qiáng)了對(duì)于空間情感的把握。
其次，在數(shù)控銑加工中，選擇使用的夾具不僅要實(shí)現(xiàn)夾具坐標(biāo)方向與機(jī)床坐標(biāo)方向之間的相對(duì)固定性，同時(shí)還需要對(duì)于零件和機(jī)床坐標(biāo)系之間的準(zhǔn)確尺寸進(jìn)行確定；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行零件加工夾具的選擇使用可以結(jié)合加工零件的毛料狀態(tài)與數(shù)控銑床的安裝要求進(jìn)行，既要保證零件的加工質(zhì)量，同時(shí)還要滿足加工制造的相應(yīng)需求；此外，如果進(jìn)行生產(chǎn)加工的零件批量相對(duì)比較小時(shí)，盡量選擇組合夾具、可調(diào)夾具或者是其他通用夾具，以裝夾方便為原則。
再次，在進(jìn)行上圖所示的薄壁零件加工中，由于加工零件的材料為鋁材，因此以白鋼刀和麻花鉆加工為主，并且加工制造中，上述薄壁零件需要進(jìn)行正反兩面加工，其中先進(jìn)性B面加工銑割，加工過程中為避免兩面加工的對(duì)刀誤差所導(dǎo)致的接刀痕跡，需要在零件B面加工過程中將盡可能多的外輪廓一次裝夾銑割完成，以保證進(jìn)行另一面加工時(shí)有足夠的銑割加工和裝夾位置，從而保證薄壁零件的銑割加工精確度。
煤炭的持續(xù)開采會(huì)受到地質(zhì)條件的直接影響，過去國(guó)家投入眾多的設(shè)施，使用至今均已出現(xiàn)老化，并且維修量非常大。隨著礦井的不斷延深，礦壓極度強(qiáng)化，巷道的維修任務(wù)更是不斷的增加，礦井的供電以及通風(fēng)、提升與排水等都不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
1.2安全管理模式傳統(tǒng)
與西方發(fā)達(dá)產(chǎn)煤國(guó)家相比較，我國(guó)的煤礦使用技術(shù)研究起步很晚。并且人力、財(cái)力非常缺乏，某些重大的安全技術(shù)問題，比如沖擊地壓以及煤和瓦斯的突出、地?zé)嵋约巴凰葹?zāi)害不能進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和控制。且受到以往傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)思想的直接作用與影響以及各個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的約束，我國(guó)的煤礦生產(chǎn)裝備和安全監(jiān)控設(shè)施相對(duì)落后。井巷的斷面設(shè)計(jì)以及支護(hù)強(qiáng)度的確定、支護(hù)材料的型號(hào)選擇較小。生產(chǎn)設(shè)施功率以及礦井的供風(fēng)量等富余參數(shù)非常低，極易出現(xiàn)事故。絕大多數(shù)的煤炭企業(yè)還是利用以往傳統(tǒng)的安全管理模式，各種報(bào)表計(jì)算仍是靠人工勞動(dòng)并且精確度很低。信息傳送的時(shí)間較長(zhǎng)，且速度較慢，管理者的工作重復(fù)性很大，資料查詢十分困難，并且工作效率很低。安全檢查以及等級(jí)鑒定等總是憑借主觀意念以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。
1.3安全信息管理體制不健全
安全信息可以說是安全管理工作的重要依據(jù)，它主要包括事故和職業(yè)傷害的有效記錄與分析統(tǒng)計(jì)，職業(yè)的安全衛(wèi)生設(shè)施的相關(guān)研究與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及檢驗(yàn)技術(shù)，法律法規(guī)以及相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和其變化的動(dòng)態(tài)，教育培訓(xùn)以及宣傳和社會(huì)活動(dòng)，國(guó)內(nèi)的新型技術(shù)動(dòng)態(tài)以及隱患評(píng)估與技術(shù)經(jīng)濟(jì)類分析和咨詢、決策的體系。信息體制的健全是安全體制工程以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效結(jié)合，可促使安全工作轉(zhuǎn)型為定性和定量的超前預(yù)測(cè)，不過大多數(shù)礦井還是處于起步與摸索階段，并未呈現(xiàn)出健全的體制，真正的使用還有待進(jìn)一步的發(fā)展。
2空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)
數(shù)據(jù)挖掘研究行業(yè)的持續(xù)進(jìn)展，開始由起初的關(guān)系數(shù)據(jù)以及事務(wù)數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)展至對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷挖掘。空間的信息還在逐漸地呈現(xiàn)各類信息體制的主體與基礎(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，具有比普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)更豐富、復(fù)雜的相關(guān)語(yǔ)義信息，且蘊(yùn)含了更豐富的知識(shí)。所以，雖說數(shù)據(jù)的挖掘最初是出現(xiàn)在關(guān)系數(shù)據(jù)挖掘以及事務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，不過因?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)庫(kù)中的發(fā)掘知識(shí)，這就很快引起了各個(gè)研究者的關(guān)注與重視。很多的數(shù)據(jù)挖掘類研究工作都是從關(guān)系型以及事務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)拓展至空間數(shù)據(jù)庫(kù)的。在地學(xué)領(lǐng)域中，隨著衛(wèi)星以及遙感技術(shù)的不斷使用，逐漸豐富的空間以及非空間的數(shù)據(jù)采集與儲(chǔ)存在較大空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，大量的地理數(shù)據(jù)已經(jīng)算是超過了人們的處理能力，并且傳統(tǒng)的地學(xué)分析很難在這些數(shù)據(jù)中萃取并發(fā)現(xiàn)地學(xué)知識(shí)，這也就給現(xiàn)階段的GIS帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，急切的需要強(qiáng)化GIS相應(yīng)的分析功能，提升GIS處理地學(xué)實(shí)際狀況的能力。數(shù)據(jù)挖掘以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)生能滿足地球空間的數(shù)據(jù)處理要求，并推進(jìn)了傳統(tǒng)地學(xué)空間分析的不斷發(fā)展。依據(jù)地學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的特性，把數(shù)據(jù)挖掘的方式融進(jìn)GIS技術(shù)中，呈現(xiàn)地學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和知識(shí)發(fā)展的新地學(xué)數(shù)據(jù)分析理念與依據(jù)。
3煤礦安全管理水平的提升
3.1建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體制庫(kù)
評(píng)價(jià)指標(biāo)體制庫(kù)是礦井的自然災(zāi)害危害存在的具體參數(shù)式的知識(shí)庫(kù)。模型的組建務(wù)必要根據(jù)礦井的瓦斯以及水害等自然災(zāi)害危害呈現(xiàn)的不同指標(biāo)體制和其臨界值構(gòu)建一定的指標(biāo)體制庫(kù)，危害的警報(bào)識(shí)別參數(shù)關(guān)鍵是采掘工程的平面圖動(dòng)態(tài)開采面以及相應(yīng)的巷道。各種瓦斯的危害以及水害隱患和通風(fēng)隱患均呈現(xiàn)一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)庫(kù)。
3.2構(gòu)建專業(yè)的分析模型庫(kù)
依據(jù)瓦斯以及水害等諸多不同的礦井自然災(zāi)害類別構(gòu)建相關(guān)的專業(yè)性模型庫(kù)，比如瓦斯的災(zāi)害預(yù)測(cè)，應(yīng)根據(jù)礦井的地質(zhì)條件以及煤層所賦存的狀況構(gòu)建瓦斯的地質(zhì)區(qū)分圖，再根據(jù)采掘工程的平面圖動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)的采掘信息以及相應(yīng)的瓦斯分區(qū)構(gòu)建關(guān)聯(lián)并實(shí)行相應(yīng)的比較分析，確定可以采集區(qū)域未來(lái)的可采區(qū)域是不是高瓦斯區(qū)域。
3．3構(gòu)建以GIS空間分析為基礎(chǔ)的方法庫(kù)
GIS空間分析可以說是礦井自然災(zāi)害的隱患高度識(shí)別的關(guān)鍵性方式，并且還是安全故障警報(bào)的主要路徑。比如斷層的防水層的有效劃分，關(guān)鍵是根據(jù)斷層的保安煤柱來(lái)實(shí)行可靠的確定。斷層的保安煤柱確定可以利用GIS緩沖區(qū)域的分析得到。空間的統(tǒng)計(jì)分析以及多源信息有效擬合和數(shù)據(jù)挖掘亦是瓦斯和水害等安全隱患監(jiān)測(cè)經(jīng)常使用GIS空間分析方式，如物探水文的異常區(qū)域確定以及瓦斯突出相應(yīng)的危險(xiǎn)區(qū)域確定。
3．4決策支持體制與煤礦管理水平評(píng)價(jià)指標(biāo)
體制庫(kù)以及模型庫(kù)、方式庫(kù)與圖形庫(kù)均是礦井的自然災(zāi)害隱患識(shí)別和決策的最基礎(chǔ)。利用礦井的自然災(zāi)害隱患識(shí)別決策來(lái)支持體系具體的功能呈現(xiàn)礦井的自然災(zāi)害隱患識(shí)別以及決策分析，在根源處提高煤礦的安全管理水平。分類構(gòu)建礦井的自然災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤相應(yīng)的災(zāi)害實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并事實(shí)呈現(xiàn)礦井的自然災(zāi)害數(shù)據(jù)或是信息和自然災(zāi)害的指標(biāo)體系庫(kù)以及模型庫(kù)與知識(shí)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的合理化比較，并運(yùn)用圖形庫(kù)的數(shù)據(jù)再通過GIS空間分析方式來(lái)確定安全隱患的，礦井自然災(zāi)害的隱患實(shí)時(shí)警報(bào)并進(jìn)行決策分析，以提交空間數(shù)據(jù)的自然災(zāi)害隱患識(shí)別以及分析處理的決策性報(bào)告。
2.1實(shí)踐性教學(xué)方法的提出
《數(shù)控技術(shù)》是比較偏重實(shí)踐性的課程，特別是一些相關(guān)的程序、概念，比較抽象，學(xué)生不容易理解，聽起來(lái)比較枯燥，學(xué)生興趣不是很高。在教學(xué)中加強(qiáng)課程與專業(yè)的聯(lián)系、課程與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，開展實(shí)踐性教學(xué)改革是全面提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的有效方法和手段。筆者認(rèn)為，運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)理論，積極探索實(shí)踐性教學(xué)模式，切實(shí)提高應(yīng)用性學(xué)科教學(xué)質(zhì)量，是《數(shù)控技術(shù)》教學(xué)改革的一種有效嘗試。
2.2實(shí)踐性教學(xué)的指導(dǎo)思想
“教學(xué)活動(dòng)必須建立在學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。教師應(yīng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，向?qū)W生提供充分從事學(xué)習(xí)、活動(dòng)的機(jī)會(huì)，幫助他們?cè)谧灾魈剿骱秃献鹘涣鞯倪^程中真正理解和掌握基本的知識(shí)與技能和方法，獲得廣泛的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。”這是開展實(shí)踐性教學(xué)模式研究的指導(dǎo)思想。
2.3實(shí)踐性教學(xué)三法
授課過程中，除了講解、提問和答疑等常用的方法外，筆者結(jié)合《數(shù)控技術(shù)》課程本身的特點(diǎn)，探索并完善了以案例式教學(xué)法、探討式教學(xué)法和現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)法為代表的實(shí)踐性教學(xué)三法。
2.3.1案例式教學(xué)法
案例式教學(xué)法主要是通過列舉實(shí)例，提高學(xué)生臨場(chǎng)解決實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)一些特殊情境進(jìn)行思考的一種教學(xué)方法。
案例教學(xué)的目標(biāo)是讓學(xué)生像一個(gè)真正的老師那樣去思考問題、分析問題、解決問題，用綜合的觀點(diǎn)來(lái)審視教育現(xiàn)象，案例答案的不確定性增強(qiáng)了學(xué)生面對(duì)教學(xué)實(shí)踐中的不可預(yù)期性問題的應(yīng)對(duì)策略和能力。通過各種各樣的案例演示，學(xué)生不僅接觸到各種社會(huì)現(xiàn)象，而且這些針對(duì)性的演練對(duì)于學(xué)生畢業(yè)后走上社會(huì)，在經(jīng)濟(jì)的大舞臺(tái)上施展才華無(wú)疑具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。
本文介紹在《數(shù)控技術(shù)》授課過程中，案例教學(xué)法的一個(gè)典型應(yīng)用。如圖1所示的切削零件，通過示例，介紹數(shù)控編程的基本方法。用螺紋切削復(fù)合循環(huán)G76指令編程，加工螺紋為M60×2，工件尺寸見圖，其中括弧內(nèi)尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)得到。
%2451
N1T0101（換一號(hào)刀，確定其坐標(biāo)系）
N2G00X100Z100（到程序起點(diǎn)或換刀點(diǎn)位置）
N3M03S400（主軸以400r/min正轉(zhuǎn)）
N4G00X90Z4（到簡(jiǎn)單循環(huán)起點(diǎn)位置）
N5G80X61.125Z-30I-0.94F80（加工錐螺紋外表面）
N6G00X100Z100M05（到程序起點(diǎn)或換刀點(diǎn)位置）
N7T0202（換二號(hào)刀，確定其坐標(biāo)系）
N8M03S300（主軸以300r/min正轉(zhuǎn)）
N9G00X90Z4（到螺紋循環(huán)起點(diǎn)位置）
N10G76C2R-3E2A60X58.15Z-24I-0.94K1.299U0.1V0.1Q0.4F2
N11G00X100Z100（返回程序起點(diǎn)位置或換刀點(diǎn)位置）
N12M05（主軸停）
N13M30（主程序結(jié)束并復(fù)位）
2.3.2探討式教學(xué)法
探討式教學(xué)法的實(shí)質(zhì)，首先就在于它不僅是“教”或“學(xué)”的過程，而且是一種全體參與的過程。要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓他們參與到你的整個(gè)教學(xué)中去，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，才能提高教學(xué)質(zhì)量。其次，教學(xué)的本質(zhì)是一種師生交往、交流、互動(dòng)、對(duì)話的活動(dòng)。在這樣的活動(dòng)中，老師作為一種知識(shí)資源出現(xiàn)在學(xué)生面前，應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者、促進(jìn)者，而不是教材的代言人。所以教師應(yīng)該學(xué)會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膯栴}，從而有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高教學(xué)效果。
《數(shù)控技術(shù)》這門課知識(shí)點(diǎn)多，相輔相成，完成一個(gè)項(xiàng)目需要較嚴(yán)密的邏輯思維能力。在編程學(xué)習(xí)階段，可以把學(xué)生分為幾個(gè)學(xué)習(xí)小組，共同完成。實(shí)踐的結(jié)果表明，在互相討論又各有其責(zé)的學(xué)習(xí)氛圍中，對(duì)知識(shí)的提高與鞏固有很大的幫助，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神。
例如，在講授絕對(duì)坐標(biāo)編程和增量坐標(biāo)編程兩種編程方法之前，通過學(xué)生討論，預(yù)測(cè)出其不同的用法，在這個(gè)預(yù)測(cè)和探討的過程中，學(xué)生已經(jīng)對(duì)兩種編程方法的不同有了初步認(rèn)識(shí)。此時(shí)講授起來(lái)，學(xué)生易于接受，學(xué)習(xí)的積極性也高。
方法一：用絕對(duì)坐標(biāo)編程
N001G92X0Y18LF
N002G90G02X18Y0R18
F100S300M03LF
N003G03X68Y0R25LF
N004G02X88Y20R-20M02LF
方法二：用增量坐標(biāo)編程
N001G91G02X18Y-18R18
F100S300M03LF
N002G03X50Y0R25LF
N003G02X20Y20R-20M02LF
2.3.3現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)法
因數(shù)控技術(shù)本身的特點(diǎn)，要求我們必須做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，加大現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)力度，突出技術(shù)的應(yīng)用性，并要強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的可操作性。
對(duì)于機(jī)床操作教學(xué)，應(yīng)盡可能地讓學(xué)生多摸、多動(dòng)機(jī)床，尤其是手動(dòng)(JOG、ING)工作方式，對(duì)于缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說，其效果是顯而易見的，而且便于控制手動(dòng)的安全性。
數(shù)控編程是數(shù)控機(jī)床學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，在了解數(shù)控手工編程指令的基礎(chǔ)上，可由教師指導(dǎo)學(xué)生裝夾工作，指明欲加工的內(nèi)容和將要使用的刀具，用單步運(yùn)行的方式逐段運(yùn)行程序，邊運(yùn)靠邊講解，可收到事半功倍的效果。
3應(yīng)解決的幾個(gè)問題
3.1學(xué)生學(xué)習(xí)觀念的轉(zhuǎn)變
首先，學(xué)生應(yīng)轉(zhuǎn)變被動(dòng)的學(xué)習(xí)觀念，樹立自主學(xué)習(xí)的理念，增強(qiáng)主體意識(shí)和自我建構(gòu)意識(shí)，主動(dòng)參與教學(xué)、積極思考、大膽探究。其次，要加強(qiáng)合作意識(shí)和能力的培養(yǎng)，學(xué)生之間應(yīng)建立良好的學(xué)習(xí)合作關(guān)系，溝通交流，共同探究。
3.2教師綜合素質(zhì)的提高
教師本人要具備科學(xué)研究和創(chuàng)新的基本能力，而且教師必須站在知識(shí)的前沿，用自身的創(chuàng)新成果不斷豐富和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容。教師還應(yīng)提高教學(xué)的專業(yè)化程度，組織好研究性課程。
3.3網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的建設(shè)
實(shí)踐性教學(xué)的形式與內(nèi)容是開放的，因此優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源是實(shí)施研究性教學(xué)的重要保障。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的建設(shè)應(yīng)保證內(nèi)容豐富、開放和動(dòng)態(tài)，以提供研究性教學(xué)需要的資料和信息。教學(xué)網(wǎng)站中應(yīng)當(dāng)構(gòu)建一個(gè)開放、互動(dòng)的教學(xué)平臺(tái)，并創(chuàng)建各種虛擬的研究環(huán)境，為學(xué)生參與和自主開展課題研究創(chuàng)造條件。
3.4數(shù)控仿真實(shí)踐教學(xué)
由于數(shù)控設(shè)備投資較大，并且操作過程具有較大的危險(xiǎn)性，通過引入數(shù)控仿真教學(xué)，使學(xué)生在機(jī)房能夠模擬數(shù)控機(jī)床加工工件，并且基本上與實(shí)踐加工現(xiàn)場(chǎng)相似，這既能節(jié)約數(shù)控實(shí)踐教學(xué)的成本，又滿足了大量學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求。具體教學(xué)過程：運(yùn)用CAXA、SolidEdge、MASTERCAM等三維軟件進(jìn)行零件建模，并自動(dòng)生成刀具軌跡和NC代碼(或者根據(jù)圖紙手工編程)后在南京宇航、VNUC仿真軟件上進(jìn)行仿真加工，以驗(yàn)證程序是否正確，同時(shí)又能熟悉機(jī)床操作面板各個(gè)按鍵的作用；此仿真實(shí)踐教學(xué)過程既體現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)內(nèi)涵，又充分培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、分析和動(dòng)手操作的能力。
4結(jié)束語(yǔ)
作者主要從事數(shù)控技術(shù)等課程的教學(xué)，并主持相關(guān)科研活動(dòng)。多年來(lái)，通過實(shí)踐總結(jié)，摸索出實(shí)踐性教學(xué)模式在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐性的教學(xué)模式，教師應(yīng)根據(jù)課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提供必要的學(xué)習(xí)材料，讓課堂充滿研討、探究、思考的氣氛。在實(shí)踐活動(dòng)中，讓學(xué)生享受把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中去的體驗(yàn)感受和樂趣。培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用、解決實(shí)際問題、大膽創(chuàng)新等綜合能力。2004年，作者獲新疆大學(xué)《數(shù)控技術(shù)》講課比賽一等獎(jiǎng)，《數(shù)控技術(shù)》課被評(píng)為新疆大學(xué)精品課程，并于2006年申報(bào)自治區(qū)精品課程，這是實(shí)踐性教學(xué)模式在數(shù)控教學(xué)領(lǐng)域成功的一個(gè)例子。
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