時(shí)間：2022-11-10 09:59:24
序論：在您撰寫(xiě)有線通信論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
目前光纖通訊作為一種新興的有線通信技術(shù)，由于自身的各種優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的使用，應(yīng)用范圍覆蓋方方面面，對(duì)信息通信市場(chǎng)產(chǎn)生著越來(lái)越深遠(yuǎn)的影響。對(duì)于光纖通信來(lái)說(shuō)，具有的優(yōu)點(diǎn)主要有：第一，信息容量比較大，通信的頻帶比較快。光纖與電纜以及銅線相比，具有更大的傳輸寬帶，除此之外，目前使用的密集波分復(fù)用技術(shù)提升了光纖的信息承載量；第二，光纖具有強(qiáng)抗干擾性，能夠抵抗電磁干擾。因?yàn)楣饫w采用的原材料通常是石英等絕緣材料，具有良好的絕緣性，不易腐蝕，另外光纖的另一特性就是抗電磁干擾，所以，光纖通信避免了電磁沖效應(yīng)；第三，石英光纖的傳輸能耗比其他傳輸媒介低，使用非石英光纖能耗將會(huì)更低，這在一定程度上增加了光纖通信系統(tǒng)的無(wú)中介距離。
2我國(guó)電力企業(yè)有線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)通信技術(shù)發(fā)展快速，在通信能力、安全性能方面都大大提升。由于有線產(chǎn)生的輻射相對(duì)較少，對(duì)人身體產(chǎn)生的傷害也小，所以，在電力企業(yè)中應(yīng)用比較廣泛。有線通信不斷進(jìn)行服務(wù)和功能的改進(jìn)，有線通信能夠進(jìn)入比較繁雜的各種媒介中，降低數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)故障出現(xiàn)，做好數(shù)據(jù)儲(chǔ)備也是不容忽視的環(huán)節(jié)。下面對(duì)有線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)分析，希望能夠?qū)τ芯€通信技術(shù)的應(yīng)用提供參考。
2.1電力企業(yè)的有線接入和無(wú)線接入相互補(bǔ)充
在電力企業(yè)發(fā)展中，有線接入以及無(wú)線接入一般都是通過(guò)介質(zhì)共享的基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)的開(kāi)展的，實(shí)現(xiàn)有線接入與無(wú)線接入的共享，能夠在系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。一旦能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線與有線技術(shù)的移植與功效互補(bǔ)，在很大程度上回降低開(kāi)發(fā)成本。例如：有線電視網(wǎng)絡(luò)使用光纜之前，電視單向廣播MMDS是最為常用的形式，當(dāng)HFC出現(xiàn)，這種覆蓋方式開(kāi)始被取代，面臨嚴(yán)峻形式。伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展，兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互借鑒將會(huì)推進(jìn)有線通信技術(shù)的發(fā)展。
2.2電纜發(fā)展成設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的接口
我國(guó)這幾年通信業(yè)出現(xiàn)了飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求也相應(yīng)提升，計(jì)算工作超出傳統(tǒng)方式制約，有線通信從結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行處理，更多的系統(tǒng)工作一般都在電纜內(nèi)部完成，通信對(duì)于寬帶線路的要求也越來(lái)越高。在這種現(xiàn)實(shí)情況下，智能型網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備應(yīng)選擇電纜當(dāng)作接口。
2.3利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施降低成本
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展取得的顯著呈現(xiàn)就是實(shí)現(xiàn)了有線與無(wú)線的相互兼容，借助目前已經(jīng)搭建的各種成型網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上能夠大大節(jié)約生產(chǎn)成本。無(wú)線與有線的相互兼容，說(shuō)明有線通信自身具備的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，無(wú)線通信的便捷性也是有線通信無(wú)法比擬的。降低未來(lái)通信技術(shù)的生產(chǎn)成本，為有效通信的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供更大的空間。在綜合考慮成本以及通信效果后，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)兩者的有機(jī)結(jié)合。
2.4有線通信需要更高的可靠性、靈活性以及安全性能
對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)，不管是有線通信還是無(wú)線通信，都是為了提升服務(wù)質(zhì)量，改善服務(wù)水平。我國(guó)電力企業(yè)中現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)都存在著一定的自我修復(fù)能力，但是，由于各種復(fù)雜技術(shù)的出現(xiàn)以及介質(zhì)本身的制約，提升通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸彩遣蝗莺鲆暤摹，F(xiàn)在，我國(guó)電力企業(yè)中的有線通信已經(jīng)著手引進(jìn)比無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更為先進(jìn)的功能來(lái)改善服務(wù)。有線通信能夠進(jìn)入復(fù)雜介質(zhì)中，進(jìn)行信號(hào)的傳輸，這些功能是無(wú)線通信不具備的。通過(guò)有線介質(zhì)的傳輸數(shù)據(jù)功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，增強(qiáng)預(yù)防措施，改變線路的靈活性與可靠性。避免傳輸數(shù)據(jù)信息的丟失，這是提升有線供電技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以有線網(wǎng)絡(luò)朝向靈活性、可靠性與安全性方向發(fā)展。
2.5全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
目前有的專家對(duì)于通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展的預(yù)測(cè)是高速通信將會(huì)呈現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。這是光纖通信最為理想的狀態(tài)，也是最高的一種發(fā)展階段。我國(guó)電力企業(yè)中傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)了全光化，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處卻沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的提升。這在很大程度上制約了通信網(wǎng)干路容量的提升，因此，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的全光網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，雖然，我國(guó)目前的全光網(wǎng)還僅處于初步探索的階段，未來(lái)良好的發(fā)展前景是指日可待的。
3結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代科技的重要產(chǎn)物就是光纖通信技術(shù)，光纖通信的載體是光和電信號(hào)。光纖分為單模光纖和多模光纖兩大類(lèi)。單模光纖只能傳輸一種模式的光，且對(duì)光源的譜寬及穩(wěn)定性都有較高的要求。而多模光纖能在制定的波長(zhǎng)上用多個(gè)模式進(jìn)行同時(shí)傳輸，是一種高效的傳輸方式。與普通的通信傳輸技術(shù)相比，光纖的損耗率要低得多（可低達(dá)0.2dB/km）；同時(shí)，中繼光放大器間距可超過(guò)100km，而傳統(tǒng)的銅電纜中繼放大器間距僅為幾百米到幾千米。因此，除了用戶到小站間仍使用銅電纜，其他通信網(wǎng)中包括電視網(wǎng)、跨海洋的網(wǎng)絡(luò)全部使用光纖通信。此外，光纖通信抗電磁干擾能力極強(qiáng)。這是由于光纖通信設(shè)備的主要成分是SiO2（石英），其具有極強(qiáng)的抗腐蝕性和絕緣性。因此，光纖通信不會(huì)受到太陽(yáng)黑子活動(dòng)、電離層變化、雷電以及人為釋放的電磁等方面的干擾，這一特性使得光纖可以應(yīng)用到軍事領(lǐng)域中。基本光纖系統(tǒng)組成如圖2所示。
2通信工程中有線傳輸技術(shù)的改進(jìn)———以光纖有線傳輸技術(shù)為例
與其他傳輸技術(shù)相比，光纖傳輸技術(shù)有著較為突出的優(yōu)越性，現(xiàn)階段其己經(jīng)基本取代同軸電纜傳輸技術(shù)、絞合電纜傳輸技術(shù)等成為當(dāng)前最主流、應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)。加強(qiáng)光纖有線傳輸技術(shù)的改進(jìn)意義重大。
2.1光纖有線傳輸新技術(shù)的應(yīng)用
我國(guó)最早的光纖傳輸技術(shù)即為PDH技術(shù)，其主要采用圖像與語(yǔ)音結(jié)合的多媒體方式進(jìn)行光纖傳輸，傳輸方式相對(duì)簡(jiǎn)單，且傳輸設(shè)備也比較單一，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷變化與發(fā)展，這種準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸技術(shù)已經(jīng)很難適應(yīng)時(shí)展的需要。2.1.1SDH技術(shù)的應(yīng)用SDH技術(shù)是繼PDH技術(shù)之后的一種更嚴(yán)密、更靈活的傳輸技術(shù)。以SDH技術(shù)為主的光纖傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)備又稱為同步數(shù)字序列設(shè)備，SDH技術(shù)傳輸設(shè)備正為全球各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于光纖節(jié)點(diǎn)處理和傳輸中。由于當(dāng)前的SDH技術(shù)相較于之前的PDH技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸與處理功能、業(yè)務(wù)處理能力及傳輸網(wǎng)絡(luò)的靈活度與運(yùn)行能力、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等各方面都有了明顯的提升和改善，極大地彌補(bǔ)了原先的PDH技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。2.1.2DXC技術(shù)的應(yīng)用該技術(shù)的出現(xiàn)是在SDH基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，是為了更好地服務(wù)于用戶之間相互傳輸、轉(zhuǎn)化等信息提供相應(yīng)的技術(shù)支持。該技術(shù)的使用可以通過(guò)光纖數(shù)字技術(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)配線、軟件管理、業(yè)務(wù)監(jiān)控等方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，進(jìn)而做到光纖業(yè)務(wù)分級(jí)處理、動(dòng)態(tài)信息監(jiān)控，從而保證了信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。2.1.3DWDM技術(shù)的應(yīng)用密集波分復(fù)用系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DWDM，現(xiàn)今它大致向兩大領(lǐng)域發(fā)展：用于DWDM系統(tǒng)長(zhǎng)途傳輸骨干網(wǎng)的大容量長(zhǎng)距離，以及用于DWDM系統(tǒng)本地骨干傳輸網(wǎng)，其具有大容量短距離、多業(yè)務(wù)接口的低成本以及多速率的特征。使用DWDM技術(shù)，能夠增長(zhǎng)光纖的傳輸容量，可達(dá)幾十倍、幾百倍，這給IP業(yè)務(wù)的指數(shù)性增長(zhǎng)提供了條件。DWDM的優(yōu)勢(shì)在于其具有容量超大，“透明”傳輸數(shù)據(jù)，高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，兼容全光交換，能最大限度地保護(hù)已有投資的特點(diǎn)。
2.2光纖有線傳輸網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)方案
2.2.1骨干層骨干層改進(jìn)由四部分組成：①通過(guò)收斂骨干層的帶寬和路由，讓它生成網(wǎng)狀或環(huán)狀型的組網(wǎng)，且節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展性要非常強(qiáng)；②盡量使用不同種類(lèi)的光纜路由組網(wǎng)，及不同種且能對(duì)其進(jìn)行自愈保護(hù)SDH環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中的直達(dá)電路；③為了使障礙點(diǎn)降到最低，應(yīng)盡最大努力縮減跳線轉(zhuǎn)接；④把接入層業(yè)務(wù)進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)處理，盡量采用接入環(huán)雙歸屬，合理地增加骨干環(huán)與骨干節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。2.2.2光纜線路光纜線路作為連接傳輸設(shè)備的物理介質(zhì)，若中心局房對(duì)應(yīng)管轄區(qū)域沒(méi)有清晰的劃分，根據(jù)目前的設(shè)備類(lèi)型的組成，核心層承擔(dān)兩局間電路和調(diào)度電路，為傳輸系統(tǒng)提供物理上的光通路，并且至各局的業(yè)務(wù)趨于均衡，建議對(duì)設(shè)備區(qū)域進(jìn)行中遠(yuǎn)期的規(guī)劃劃分，使運(yùn)營(yíng)商選擇符合自身網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的設(shè)備類(lèi)型。故光纜線路優(yōu)化要求根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組成，若中心局房對(duì)應(yīng)管轄區(qū)域合理并有清晰的劃分，通過(guò)設(shè)備搬遷調(diào)整實(shí)現(xiàn)合理劃分，從而為本地SDH光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定發(fā)展打下基礎(chǔ)，考慮經(jīng)濟(jì)、工程等因素。假設(shè)各環(huán)路均為STM-16環(huán)路，既可提高設(shè)備的可控能力，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)備搬遷替換過(guò)程可進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)性能高效性的各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估比較。以通路規(guī)劃的思路，可采用拓?fù)洌挚蛇m當(dāng)引入設(shè)備廠家，采用兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)方式，提高競(jìng)爭(zhēng)力。2.2.3接入層從兩個(gè)方面入手對(duì)接入層進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)接入環(huán)容量已經(jīng)趨于飽和的實(shí)際情況對(duì)運(yùn)用光纖資源并且做出接入環(huán)的裂變，相當(dāng)于把接入部分進(jìn)行化一為二的裂變，以此提升網(wǎng)絡(luò)的容納量；把接點(diǎn)數(shù)設(shè)置在8個(gè)范圍內(nèi)更加適應(yīng)當(dāng)今的環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)的現(xiàn)狀。運(yùn)用拆環(huán)的方法來(lái)提高環(huán)路的容量大小來(lái)解決接入節(jié)點(diǎn)相對(duì)多的環(huán)路。由于業(yè)務(wù)發(fā)展不斷增大的需要，通過(guò)提升環(huán)網(wǎng)的容量實(shí)現(xiàn)升級(jí)。2.2.4設(shè)備依據(jù)考慮的著重因素進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，主要從以下幾個(gè)方面考慮：①根據(jù)自身發(fā)展需要的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和商務(wù)談判等情況，優(yōu)化方案實(shí)施的難點(diǎn)是搬遷替換設(shè)備過(guò)程和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)今MSTP設(shè)備的優(yōu)選處理能力弱于SDH光傳輸網(wǎng)設(shè)備，而且要以保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行為基礎(chǔ)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。②對(duì)廠家設(shè)備環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化網(wǎng)層面的分布對(duì)廠家設(shè)備環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。而且在實(shí)際優(yōu)化的過(guò)程中，要對(duì)電源、光纖、機(jī)房等條件進(jìn)行充分地考慮，運(yùn)營(yíng)商在準(zhǔn)備的階段應(yīng)做好與設(shè)計(jì)院等各方意見(jiàn)的協(xié)調(diào)工作。不能局限在一個(gè)廠家的設(shè)備，要做出詳細(xì)的方案，但也不宜做出過(guò)多的電路割接方案，盡可能地形成一個(gè)具有完善、穩(wěn)定調(diào)整目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)方案。
3結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成主要由藍(lán)牙、WiFi、WiMax、Mesh、RFID等。藍(lán)牙：主要是小范圍相互連接的幾個(gè)裝置間形成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，一般范圍較小，相對(duì)開(kāi)放，通信不需要電纜，成本較低。WiFi：是一種高頻無(wú)線電信號(hào)，能夠?qū)⒁苿?dòng)終端通過(guò)無(wú)線方式連接起來(lái)，相對(duì)開(kāi)放，通信價(jià)格低廉，便于人們生活。WiMax：是更大范圍的無(wú)線信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，一般用于城域網(wǎng)的構(gòu)建技術(shù)基礎(chǔ)，也是目前3G信號(hào)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。Mesh網(wǎng)絡(luò)：采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也稱多跳網(wǎng)絡(luò)，其相對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)傳輸，可靠性更高，而且傳輸速率更快。RFID技術(shù)：是一種無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，能夠通過(guò)特定的無(wú)線電通信訊號(hào)識(shí)別目標(biāo)及其數(shù)據(jù)信息，在門(mén)禁、票務(wù)等系統(tǒng)中多有使用。
2現(xiàn)代信息技術(shù)在油氣生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的有效運(yùn)用
2.1自動(dòng)化數(shù)據(jù)的控制與采集
在油氣自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，信息的自動(dòng)化收集與處理是整個(gè)自動(dòng)化控制的重點(diǎn)。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用集散型控制結(jié)構(gòu)，運(yùn)用兩級(jí)SCADA自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)各技術(shù)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集與控制。油氣自動(dòng)化生產(chǎn)中，在聯(lián)合站、計(jì)量站、油井等相關(guān)技術(shù)控制區(qū)域設(shè)置信息收集與控制基站。基站與生產(chǎn)系統(tǒng)中各離散點(diǎn)通過(guò)傳感器與變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，并利用各自動(dòng)閥門(mén)、壓力參數(shù)通過(guò)自動(dòng)程序的控制進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制，從而構(gòu)成油氣生產(chǎn)自動(dòng)化控制的一級(jí)SCADA監(jiān)控。基站通過(guò)光纖、WLAN等方式將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸?shù)焦た厥摇⒆钥刂行?，通過(guò)自控中心與工控室的調(diào)度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示與數(shù)據(jù)信息異常的及時(shí)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制。由此構(gòu)成油氣自動(dòng)化生產(chǎn)控制的二級(jí)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)。一級(jí)單元與二級(jí)單元相互之間通過(guò)電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息實(shí)時(shí)交互聯(lián)系。
2.2多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)
多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由視頻客戶端、視頻監(jiān)控單元、視頻監(jiān)控中心組成，設(shè)置在廠區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)及其附屬設(shè)施、系統(tǒng)的視頻監(jiān)控單元將實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控信息編碼成數(shù)據(jù)流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控中心，通過(guò)轉(zhuǎn)碼解流將視頻信息反應(yīng)到視頻客戶端上，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控。而在整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中比較重要的一個(gè)部分是網(wǎng)絡(luò)視頻器，主要負(fù)責(zé)各種多媒體影像聲音的采集以及該視頻影像的壓縮編碼；同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)用戶以及監(jiān)控中心的實(shí)際控制命令有效地往前端設(shè)備上進(jìn)行傳輸。目前，MPEG-4網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的壓縮比例相對(duì)較高，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償性方面較為優(yōu)越，逐漸成為主流。由于大部分采油廠的視頻監(jiān)控多置于室外，所以，一般要選用能夠進(jìn)行360°全景掃描的恒溫監(jiān)控設(shè)備，實(shí)施對(duì)整個(gè)尤其生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的全天候監(jiān)視。后端的監(jiān)控中心主要是由交換機(jī)、多媒體電視強(qiáng)以及視頻服務(wù)器等等設(shè)備有機(jī)組成的。其中，視頻服務(wù)器主要是用來(lái)管理源于網(wǎng)絡(luò)視頻編碼中的相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)視頻流，并運(yùn)用組播技術(shù)提供相應(yīng)的視頻服務(wù)給相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)用戶，真正實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播檢索行為的有效運(yùn)行，監(jiān)控中心可以授權(quán)網(wǎng)絡(luò)用戶，這部分被授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)用戶稱作是客戶端，客戶端為外網(wǎng)用戶以及本地網(wǎng)用戶均可以。
2.3寬帶Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
2.3.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
各信息收集基站（聯(lián)合站、計(jì)量站、油井等）收集的數(shù)據(jù)信息匯集到工區(qū)控制處理器，工區(qū)工控室通過(guò)報(bào)表生成、實(shí)時(shí)圖像存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)處理后傳送到廠部自動(dòng)化控制指揮中心，以方便廠部領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)人員實(shí)時(shí)瀏覽各基站主要技術(shù)參數(shù)、主要實(shí)時(shí)信息以及異常信息的監(jiān)測(cè)與處理。各基站與工控室、工控室與自控中心之間的連接一般采用光纖、數(shù)字微波、WLAN等多種傳輸方式，通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到面、面到面的星狀連接網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出油氣生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。
2.3.2組網(wǎng)方式
各基站之間的信息傳輸組網(wǎng)一般采用可靠性較高、受干擾程度較低的光纖進(jìn)行連接。從廠部局域網(wǎng)引出光纖連接到油田信息網(wǎng)，如果從廠部到工控室之間的信息連接系統(tǒng)如小容量微波系統(tǒng)不能滿足寬帶傳輸?shù)男枰赏ㄟ^(guò)在兩端加裝E1/RJ45網(wǎng)橋的方式實(shí)現(xiàn)微波系統(tǒng)擴(kuò)容。在基站站點(diǎn)過(guò)多、涉及范圍過(guò)密集、涉及地理環(huán)境過(guò)于復(fù)雜的局部區(qū)域，可采用光纖/WLAN混合的方式進(jìn)行組網(wǎng)，以避免區(qū)域光纖連接的復(fù)雜性。
3結(jié)語(yǔ)
結(jié)合鐵路基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，從硬件和軟件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；首先，分析振動(dòng)傳感器的選用原則和輸出信號(hào)的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；然后，提出利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的模擬，詳細(xì)論述各個(gè)模擬模塊的建立過(guò)程；最后利用所屬方法建立用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)理論研究提供了方法，為同類(lèi)型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：
鐵路基礎(chǔ)設(shè)施；監(jiān)測(cè)；振動(dòng)傳感器；數(shù)據(jù)采集
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。隨著鐵路運(yùn)輸速度的迅速提升，再加上其相對(duì)方便舒適的環(huán)境和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必能吸引越來(lái)越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來(lái)的交通上的快捷與方便，車(chē)體與鐵軌的振動(dòng)故障對(duì)公共財(cái)產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。伴隨著我國(guó)鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車(chē)輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結(jié)果會(huì)造成電機(jī)等吊掛設(shè)備和車(chē)內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動(dòng)，引起車(chē)體設(shè)備振動(dòng)能量的急速加劇。如果超過(guò)了鐵路各設(shè)備所允許的振動(dòng)強(qiáng)度范圍，未來(lái)的工作性能指標(biāo)及使用壽命將會(huì)受到過(guò)大的動(dòng)態(tài)載荷和噪聲的嚴(yán)重影響，情況越發(fā)嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實(shí)表明，在長(zhǎng)期作用的情況下，鐵路振動(dòng)故障可能會(huì)導(dǎo)致貨物破損，軌道破壞，列車(chē)脫軌等危險(xiǎn)情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、舒適”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項(xiàng)功能，才能在越發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，因此，各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)鐵路振動(dòng)的檢測(cè)及分析，也增加了對(duì)其的投入力度。今年我國(guó)對(duì)鐵路振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴(kuò)展到眾多方面。以往鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門(mén)，而在2000年以后，各個(gè)鐵路站段及各個(gè)振動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要性越來(lái)越被人們所認(rèn)可，近些年又不斷完善各項(xiàng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了保證鐵路的運(yùn)輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確檢測(cè)高速鐵路的振動(dòng)并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實(shí)際問(wèn)題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)的振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機(jī)系統(tǒng)里包含了振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個(gè)單元。振動(dòng)傳感器把接收到的振動(dòng)信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算，通過(guò)RS-232串口通信，運(yùn)用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片，實(shí)現(xiàn)了XYZ三軸振動(dòng)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行控制顯示。因?yàn)槟壳皞€(gè)人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進(jìn)入PC上位機(jī)。由于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)范圍有限，使用多個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)共同檢測(cè)則可以擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由多個(gè)下位機(jī)節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想
本論文的鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)鐵路振動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過(guò)IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機(jī)處理器通信，接著單片機(jī)處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過(guò)有線通信模塊上傳到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及存儲(chǔ)，為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供合理依據(jù)。微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設(shè)計(jì)，完成對(duì)采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當(dāng)前得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動(dòng)范圍之內(nèi)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾點(diǎn)剔除，去直流及多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)和平滑處理，計(jì)算出與自然坐標(biāo)系夾角的角度，使整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯(cuò)誤上報(bào)率。
2.2系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)硬件部分可以分為五個(gè)部分：振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機(jī)處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動(dòng)傳感器的控制寄存器，內(nèi)部控制寄存器來(lái)決定信號(hào)的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動(dòng)傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動(dòng)信號(hào)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動(dòng)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎(chǔ)。微處理器模塊：主要工作是通過(guò)系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。該模塊是振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進(jìn)行聯(lián)系的核心部分。RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232串口通信的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供振動(dòng)故障的判斷使用。電源模塊：通過(guò)該模塊，將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計(jì)了一套鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機(jī)整體檢測(cè)模塊PC上位機(jī)整體控制數(shù)據(jù)流向，并對(duì)上傳的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的比較來(lái)看，它能夠更加高效、深入、細(xì)致的對(duì)鐵路振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理分析及顯示存儲(chǔ)，并為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供可靠依據(jù)。
作者：魯楠 唐嵐 廖若冰 朱加豪 單位：西華大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院 西華大學(xué)西華學(xué)院
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【關(guān)鍵詞】MSTP多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)SDH同步數(shù)字體系A(chǔ)TM異步轉(zhuǎn)移模式OTN開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)RPR彈性分組環(huán)
一、光通信傳輸網(wǎng)絡(luò)四種不同技術(shù)的比較分析
1.業(yè)務(wù)承載能力
(1)OTN技術(shù)
采用基于TDM體制的復(fù)用技術(shù)，每路信號(hào)占用在時(shí)間上固定的比特位組，信道通過(guò)位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)，有獨(dú)特的幀結(jié)構(gòu)，可區(qū)分不同等級(jí)速率，并能在同一網(wǎng)絡(luò)中綜合不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，對(duì)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)都能提供相應(yīng)承載，實(shí)現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務(wù)傳輸。
傳輸設(shè)備可以直接提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口，而不需借助接入設(shè)備。
各種通信業(yè)務(wù)應(yīng)用可直接接入OTN，無(wú)需接入設(shè)備，可以支持語(yǔ)音。圖像信號(hào)的多點(diǎn)廣播，采用數(shù)字圖像壓縮(M-JPEG和H.264)和圖像矩陣交換技術(shù)。
OTN設(shè)備簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活、集中維護(hù)方便，國(guó)內(nèi)外地鐵工程中應(yīng)用廣泛，其不足是設(shè)備獨(dú)家生產(chǎn)，售后服務(wù)對(duì)原設(shè)備廠商依賴大，兼容性差，與非OTN網(wǎng)絡(luò)連接能力較弱。
(2)ATM技術(shù)
ATM雖然可以承載實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)，但每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的延時(shí)都要大于SDH傳輸制式，特別是故障時(shí)系統(tǒng)切換時(shí)間較SDH傳輸制式長(zhǎng)(有時(shí)甚至以秒計(jì))，所以ATM技術(shù)一般不用于時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)的承載。另外，ATM沒(méi)有低速率接口，需增加接入設(shè)備，設(shè)備價(jià)格高且協(xié)議復(fù)雜。對(duì)于視頻業(yè)務(wù)，由于其具有很高的突發(fā)度，而ATM恰恰能夠很好地支持具有突發(fā)性的可變比特率業(yè)務(wù)，并且其固有的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮了業(yè)務(wù)QOS(服務(wù)質(zhì)量)問(wèn)題，因此可以實(shí)現(xiàn)承載。
然而對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的傳輸，ATM存在帶寬利用率較低的問(wèn)題，且沒(méi)有音頻等低速接口，需設(shè)接入設(shè)備。
(3)SDH及基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP)
SDH是最適合實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)的承載技術(shù)，但無(wú)法解決實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中視頻信號(hào)和實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中以太網(wǎng)的傳輸問(wèn)題。SDH接口種類(lèi)單一，僅具有PDH系列標(biāo)準(zhǔn)接口(E1/E3/STM-le)。傳輸窄帶業(yè)務(wù)(話音、數(shù)據(jù)、寬帶音頻)時(shí)，需增加接入設(shè)備(PCMD/l設(shè)備)；無(wú)直接的視頻和LAN接口，需外部增加視頻CODEC和Ethernet路由器；對(duì)Ethernet業(yè)務(wù)，一般只提供ZMb/s的傳輸帶寬，存在性能瓶頸；對(duì)廣播音頻業(yè)務(wù)，僅提供3kHz的傳輸帶寬，難以滿足高保真的廣播效果；一般只提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信信道，難以滿足大量共線式通信信道的要求。
同時(shí)SDH只能向用戶提供固定速率的信道，不能動(dòng)態(tài)分配帶寬，不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用，對(duì)總線型寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及圖像業(yè)務(wù)的支持困難。
MSTP克服了SDH設(shè)備中的一些不足，隨著技術(shù)不斷的發(fā)展成熟，越來(lái)越適合各種通業(yè)務(wù)的承載，但仍需增加接入設(shè)備。
(4)RPR
對(duì)于實(shí)時(shí)性時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)，RPR技術(shù)雖然定義了協(xié)議，但需在實(shí)際中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。
對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，RPR具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)用戶需求分配帶寬，支持空間復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)營(yíng)的情況下，可使帶寬利用率相對(duì)SDH網(wǎng)絡(luò)提高3-4倍。RPR還可對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，有效支持IP的突發(fā)特性。
對(duì)于有實(shí)時(shí)性要求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，RPR可以提供不同等級(jí)的服務(wù)和基于不同等級(jí)業(yè)務(wù)的環(huán)保護(hù)功能來(lái)保障數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，在保障實(shí)時(shí)性方面和故障倒換時(shí)間(16ms-50ms)上可與SDH技術(shù)媲美，而在帶寬利用率上比SDH傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大大提高。特別是它對(duì)視頻業(yè)務(wù)的承載，目前數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主流設(shè)備提供商，都將其系統(tǒng)構(gòu)建在基于IP的MPEGZ編碼和壓縮技術(shù)，以及基于IP的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和訪問(wèn)控制技術(shù)上，這些系統(tǒng)所采用的攝像頭基本上都可以直接提供MPEGZ編碼及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)端口，因此，由RPR技術(shù)來(lái)承載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶數(shù)據(jù)能繼續(xù)保持以太網(wǎng)幀格式，省略復(fù)雜的映射過(guò)程，并對(duì)用戶分組進(jìn)行嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)；并能提供嚴(yán)格的延時(shí)和抖動(dòng)保障機(jī)制，視頻圖像清晰、畫(huà)面流暢，完全達(dá)到高速鐵路/公路監(jiān)控圖像的要求。但業(yè)務(wù)接口同SDH、MSTP、ATM、IP一樣，必須借助于接入設(shè)備來(lái)提供低速數(shù)據(jù)接口。
2.帶寬利用率
OTN:開(kāi)銷(xiāo)<2%，帶寬利用率較高。
ATM:開(kāi)銷(xiāo)約為12.8%，帶寬利用率低。
SDH:開(kāi)銷(xiāo)占3.7%，但由于其需預(yù)留保護(hù)帶寬，帶寬利用率較低。
RPR:開(kāi)銷(xiāo)占3.7%，同時(shí)采用統(tǒng)計(jì)空間復(fù)用技術(shù)，使帶寬利用率大大提高。
3.環(huán)網(wǎng)保護(hù)能力、可靠性
OTN:采用雙環(huán)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，具有自愈保護(hù)功能，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
ATM:主要進(jìn)行VC保護(hù)。
SDH及MSTP的網(wǎng)絡(luò):具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
RPR:網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
4.成熟度及發(fā)展前景
OTN:國(guó)內(nèi)軌道交通領(lǐng)域已得到較多運(yùn)用，但油田和長(zhǎng)輸管線比較少，作為西門(mén)子的專利技術(shù)比較成熟，在專網(wǎng)需求方面能夠予以專屬研發(fā)和更新，發(fā)展速度較快。
ATM:技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，隨著IP技術(shù)的發(fā)展，IP質(zhì)量保證問(wèn)題的解決，對(duì)ATM技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)較大沖擊，其發(fā)展前景不好。
SDH及MSTP:SDH技術(shù)很成熟，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)；MSTP是在SDH基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前還在不斷完善，功能越來(lái)越強(qiáng)。
RPR:目前還未得到較大規(guī)模的應(yīng)用，需在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，但其技術(shù)先進(jìn)，發(fā)展前景好。
二、光通信傳輸網(wǎng)絡(luò)在油氣田和長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用
通過(guò)上述對(duì)比可以看出，四種技術(shù)各有優(yōu)劣，應(yīng)用在油氣田和長(zhǎng)輸管道上，應(yīng)綜合考慮工程實(shí)際，合理優(yōu)化，選擇適合油氣田和長(zhǎng)輸管道傳輸技術(shù)發(fā)展方向的技術(shù)或技術(shù)組合，極大地提高效率，降低成本。
因此油氣田和長(zhǎng)輸管線光通信傳輸網(wǎng)制式上的選擇可以是一個(gè)制式獨(dú)立組網(wǎng)，也可以是多種制式混和組網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)種類(lèi)來(lái)確定采用何種技術(shù)；一個(gè)制式單獨(dú)組網(wǎng)可以選擇OTN，也可以選擇MSTP；但由于目前MSTP技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解決還存在一定局限性，可以采用MSTP與RPR或IP混合組網(wǎng)，由MSTP承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由RPR或IP來(lái)承載視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
關(guān)鍵詞：鐵路基礎(chǔ)設(shè)施；監(jiān)測(cè)；振動(dòng)傳感器；數(shù)據(jù)采集
中圖分類(lèi)號(hào)：TN919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。隨著鐵路運(yùn)輸速度的迅速提升，再加上其相對(duì)方便舒適的環(huán)境和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必能吸引越來(lái)越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來(lái)的交通上的快捷與方便，車(chē)體與鐵軌的振動(dòng)故障對(duì)公共財(cái)產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。
伴隨著我國(guó)鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車(chē)輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結(jié)果會(huì)造成電機(jī)等吊掛設(shè)備和車(chē)內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動(dòng)，引起車(chē)體設(shè)備振動(dòng)能量的急速加劇。如果超過(guò)了鐵路各設(shè)備所允許的振動(dòng)強(qiáng)度范圍，未來(lái)的工作性能指標(biāo)及使用壽命將會(huì)受到過(guò)大的動(dòng)態(tài)載荷和噪聲的嚴(yán)重影響，情況越發(fā)嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實(shí)表明，在長(zhǎng)期作用的情況下，鐵路振動(dòng)故障可能會(huì)導(dǎo)致貨物破損，軌道破壞，列車(chē)脫軌等危險(xiǎn)情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、舒適”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項(xiàng)功能，才能在越發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，因此，各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)鐵路振動(dòng)的檢測(cè)及分析，也增加了對(duì)其的投入力度。
今年我國(guó)對(duì)鐵路振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴(kuò)展到眾多方面。以往鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門(mén)，而在2000年以后，各個(gè)鐵路站段及各個(gè)振動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要性越來(lái)越被人們所認(rèn)可，近些年又不斷完善各項(xiàng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了保證鐵路的運(yùn)輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確檢測(cè)高速鐵路的振動(dòng)并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實(shí)際問(wèn)題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
如圖1所示，本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)的振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機(jī)系統(tǒng)里包含了振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個(gè)單元。
振動(dòng)傳感器把接收到的振動(dòng)信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算，通過(guò)RS-232串口通信，運(yùn)用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340 RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片，實(shí)現(xiàn)了XYZ三軸振動(dòng)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行控制顯示。因?yàn)槟壳皞€(gè)人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進(jìn)入PC上位機(jī)。由于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)范圍有限，使用多個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)共同檢測(cè)則可以擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由多個(gè)下位機(jī)節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想
本論文的鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。
振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)鐵路振動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過(guò)IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機(jī)處理器通信，接著單片機(jī)處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過(guò)有線通信模塊上傳到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及存儲(chǔ)，為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供合理依據(jù)。
微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設(shè)計(jì)，完成對(duì)采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當(dāng)前得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動(dòng)范圍之內(nèi)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾點(diǎn)剔除，去直流及多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)和平滑處理，計(jì)算出與自然坐標(biāo)系夾角的角度，使整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯(cuò)誤上報(bào)率。
2.2 系統(tǒng)介紹
如圖2所示，系y硬件部分可以分為五個(gè)部分：振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機(jī)處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動(dòng)傳感器的控制寄存器，內(nèi)部控制寄存器來(lái)決定信號(hào)的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動(dòng)傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動(dòng)信號(hào)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動(dòng)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎(chǔ)。
微處理器模塊：主要工作是通過(guò)系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。該模塊是振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進(jìn)行聯(lián)系的核心部分。
RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232串口通信的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供振動(dòng)故障的判斷使用。
電源模塊：通過(guò)該模塊，將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計(jì)了一套鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機(jī)整體檢測(cè)模塊PC上位機(jī)整體控制數(shù)據(jù)流向，并對(duì)上傳的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的比較來(lái)看，它能夠更加高效、深入、細(xì)致的對(duì)鐵路振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理分析及顯示存儲(chǔ)，并為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供可靠依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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論文摘要：通信技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)著社會(huì)生活的進(jìn)步。本文主要探討了高新技術(shù)在有線通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。
從20世紀(jì)90年代初以來(lái)，全球向信息密集的工作方式和生活方式的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了通信技術(shù)的發(fā)展。然而，在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)知識(shí)爆炸的時(shí)代，隨著行業(yè)及社會(huì)對(duì)信息需求的不斷增長(zhǎng)和應(yīng)用的不斷深化，只有實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)在技術(shù)科技方面不斷更新，加快通信系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、體系化與融合化方向的演進(jìn)，才能突顯通信系統(tǒng)在社會(huì)生活領(lǐng)域支撐引領(lǐng)的作用和地位，創(chuàng)造更好的發(fā)展空間。本文筆者結(jié)合工作實(shí)踐，主要探討了現(xiàn)代高新技術(shù)在有線通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1、分?jǐn)?shù)階Fourier變換技術(shù)在有線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
有線通信是利用電線或者光纜作為通訊傳導(dǎo)的通信形式，它通過(guò)對(duì)現(xiàn)有各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)改造，與下一代新建網(wǎng)絡(luò)互通和融合，成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的重要支柱。然而，在有線通信信道中存在各種噪聲，如果不對(duì)其進(jìn)行處理則會(huì)使誤碼率增加。因此，要消除不理想信道和噪聲對(duì)信號(hào)的影響，必須應(yīng)用新技術(shù)。分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)的通信技術(shù)原理是以線性調(diào)頻信號(hào)(chirp)作為調(diào)制信號(hào)，利用線性調(diào)頻信號(hào)在分?jǐn)?shù)階里變換域的能量聚焦特性，通過(guò)接收機(jī)進(jìn)行路徑分集接收抑制有線通信信道多途效應(yīng)所產(chǎn)生的碼間干擾，從而提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾和頻率選擇性衰減的能力。具體應(yīng)用程序如下：
1.1信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)
分?jǐn)?shù)階Fourier變換作為一種新型的線性時(shí)頻工具，其實(shí)質(zhì)是信號(hào)在時(shí)間軸上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)任意角度到U軸上的表示(U軸被稱為分?jǐn)?shù)階Fourier(FRF)域)，而該核是U域上的一組正交的chirp基，這就是分?jǐn)?shù)階Fourier變換的chirp基分解特性。所以，在適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)階Fourier域中，一個(gè)chirp信號(hào)將表現(xiàn)一個(gè)沖擊函數(shù)，即分?jǐn)?shù)階Fourier變換過(guò)程中，某個(gè)分?jǐn)?shù)階Fourier域?qū)?yīng)的chirp信號(hào)具有很好的能量聚焦性，而這種能量聚焦性對(duì)chirp信號(hào)的監(jiān)測(cè)和估計(jì)具有很好的作用。因此，在信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)中，我們的基本思路是以旋轉(zhuǎn)角口為變量進(jìn)行掃描，求出觀測(cè)信號(hào)所有階次的分?jǐn)?shù)階Fourier變換，于是形成信號(hào)能量在由分?jǐn)?shù)階域U和分?jǐn)?shù)階次P組成的二維參數(shù)平面上的分布。然后，我們按域值在在此平面上進(jìn)行二維搜索，找出最大峰值位置。并根據(jù)最大峰值坐標(biāo)可以檢測(cè)出chirp信號(hào)，并估計(jì)出峰值所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)階次P和分?jǐn)?shù)階域坐標(biāo)，估計(jì)出信號(hào)的參數(shù)。
1.2分集接收
分集接收是利用信號(hào)和信道的性質(zhì)，將接收到的多徑信號(hào)分離成互不相關(guān)的多路信號(hào)，然后將多徑衰落信道分散的能量更有效的接收起來(lái)，處理之后進(jìn)行判決，從而達(dá)到抗衰落的目的。本文采用分集合并技術(shù)，即取出那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量，對(duì)它們進(jìn)行延時(shí)相加，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊并按一定的準(zhǔn)則合并，提高多徑分集的效果。在通信系統(tǒng)中，RAKE接收機(jī)由N個(gè)并行相關(guān)器和個(gè)合并器組成，每個(gè)相關(guān)器與發(fā)射信號(hào)的一個(gè)多徑分量匹配。在N個(gè)相關(guān)器前增加時(shí)移單元，就可在時(shí)間上將所有分量對(duì)齊，從而采用相同的本地參考信號(hào)。然后，相關(guān)器組的輸出送給合并器，將合并器輸出的判決變量送到檢測(cè)器進(jìn)行判決。最后，根據(jù)接收機(jī)使用的不同合并方法，在選擇性合并方式下，在多支路接收信號(hào)中，選取信噪比最高的的支路信號(hào)作為輸出信號(hào)。
1.3峰值輸出
信噪比系數(shù)呈現(xiàn)出一個(gè)典型的振蕩特性，且振蕩頻率與振蕩幅度與時(shí)頻面的旋轉(zhuǎn)角度和輸入信號(hào)相關(guān)。因此在采用分?jǐn)?shù)階Fourier變換技術(shù)的實(shí)際使用中，在進(jìn)行近似計(jì)算處理時(shí)需要特別注意，必須對(duì)近似處理帶來(lái)的誤差進(jìn)行評(píng)估。
2、ATP系統(tǒng)在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著科技發(fā)展的日新月異，自由激光空間光通信已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的新熱點(diǎn)。但從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面來(lái)講，由于激光通信具有信號(hào)光束窄、發(fā)散角小這樣的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致APT（Acquisition Pointing Tracking)捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)相距較遠(yuǎn)的運(yùn)動(dòng)體上的較窄信號(hào)光束相當(dāng)困難。ATP系統(tǒng)是由粗跟蹤和精跟蹤單元構(gòu)成的復(fù)合跟蹤系統(tǒng)，其主要功能是在粗跟蹤單元實(shí)現(xiàn)初始的捕獲和跟蹤，并將信標(biāo)光引入精跟蹤的視場(chǎng)范圍內(nèi)，然后精跟蹤單元實(shí)現(xiàn)更高帶寬的跟瞄，再將信標(biāo)光穩(wěn)定在可通信的視場(chǎng)之內(nèi)，為最終空間站光通信系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.1粗跟蹤單元
粗瞄準(zhǔn)單元由一個(gè)安裝在精密光機(jī)組件上的收發(fā)天線，萬(wàn)向支架驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及粗跟蹤探測(cè)器（CCD）組成，主要作用是捕獲目標(biāo)和完成對(duì)目標(biāo)的粗跟蹤。在捕獲階段，粗瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)接收由上位機(jī)根據(jù)已知的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡或星歷表給出的命令信號(hào)，將望遠(yuǎn)鏡定位到對(duì)方通信終端的方向上。為確保入射的信標(biāo)光在精跟瞄控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，必須根據(jù)粗跟蹤探測(cè)器給出的目標(biāo)脫靶量來(lái)控制萬(wàn)向支架上的望遠(yuǎn)鏡，使它的跟蹤精度必須保證系統(tǒng)的光軸處于精跟蹤探測(cè)器視場(chǎng)內(nèi)，從而把信標(biāo)光引入精跟蹤探測(cè)器的視場(chǎng)內(nèi)。
2.2精跟蹤單元
精跟蹤單元的跟蹤精度將決定整個(gè)系統(tǒng)的跟蹤精度，它要求帶寬非常高，帶寬越高，對(duì)干擾的抑制能力就越強(qiáng)，從而可加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，加強(qiáng)跟蹤精度。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)高帶寬高精度的精跟蹤環(huán)是整個(gè)ATP系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。在這一單元我們可采用高幀頻、高靈敏度、具有跳躍式讀出模式的面陣電荷耦合器件（CCD）傳感器。它基于深埋溝道移位寄存器技術(shù)，可以獲得非常高的讀出速率、非常低的噪聲和非常高的動(dòng)態(tài)范圍。通過(guò)由捕獲探測(cè)器（CCD）和定位探測(cè)器（OPI N）組成探測(cè)接收單元轉(zhuǎn)換，CCD完成捕獲與粗跟蹤，并將接收光引導(dǎo)至OPI N上，在OPI N中進(jìn)行誤差信號(hào)的檢測(cè)，從而提高信標(biāo)光捕捉精度。
2.3控制單元
將捕捉的信號(hào)經(jīng)放大、整形和A／D變換處理后，在計(jì)算機(jī)中按一定的數(shù)據(jù)分配流程將信號(hào)輸入。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)給出的速度控制信號(hào)和加速度控制信號(hào)，又經(jīng)數(shù)據(jù)分配接口送入D／A轉(zhuǎn)換與處理網(wǎng)絡(luò)，使伺服電機(jī)按要求轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別在水平和俯仰兩個(gè)方位轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)整天線的位置，達(dá)到自動(dòng)捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)的目的。
3、結(jié)語(yǔ)
通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)生活的進(jìn)步，在未來(lái)通信技術(shù)的研究上，應(yīng)不斷探索、創(chuàng)新，追求高新技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
