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關鍵詞 入侵檢測技術；網(wǎng)絡信息安全防護；入侵檢測系統(tǒng)
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）103-0223-02
入侵檢測技術，可以理解為識別或檢測針對計算機網(wǎng)絡資源以及信息的不合法意圖和行為，并且對此行為做出響應的過程。能夠執(zhí)行并完成以上功能的獨立系統(tǒng)就是入侵檢測系統(tǒng) （Intrusion Detection System，以下簡稱IDS）。IDS可以識別技術未授權對象入侵系統(tǒng)的企圖或行為，同時檢測授權對象對計算機系統(tǒng)資源和信息的非法操作。
有效的IDS，應做的到如下幾點要求。首先可以讓計算機系統(tǒng)管理員時刻掌握網(wǎng)絡系統(tǒng)的任何變更，其次應該能夠為計算機網(wǎng)絡安全策略提供幫助指南，再次，它能夠做到管理配置方便簡單，最后IDS還可以根據(jù)安全需求、系統(tǒng)構造以及網(wǎng)絡威脅變更而改變。
1 入侵檢測技術的類別
根據(jù)檢測技術類型可劃分為異常行為檢測技術類型和漏洞檢測技術類型。根據(jù)異?；蛘卟缓戏ㄐ袨楹褪褂糜嬎銠C資源信息的情況檢測入侵的技術類型被稱為異常入侵攻擊檢測。漏洞入侵檢測是利用已知系統(tǒng)和應用軟件的漏洞攻擊方式檢測入侵。
根據(jù)IDS結構類型區(qū)分入侵檢測技術，則有以下幾種類別：基于主機的入侵檢測、基于網(wǎng)絡的入侵檢測以及這兩種技術的混合入侵檢測方式?；谥鳈C的入侵檢測技術主要是根據(jù)IDS所在主機的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和系統(tǒng)日志識別檢測可疑事件?；诰W(wǎng)絡的入侵檢測則主要根據(jù)網(wǎng)絡管理協(xié)議、協(xié)議分析、網(wǎng)絡流量等信息檢測入侵?；旌先肭謾z測是將以上兩種入侵檢測技術結合在一起。
根據(jù)IDS控制布局類型可分為集中式入侵檢測和分布式入侵檢測。集中式入侵檢測的定義是將局域網(wǎng)內(nèi)每個計算機收集的數(shù)據(jù)匯總到中央計算機進行集中批量處理。與此相對應，運用多個節(jié)點或多個中央處理器共同合作檢測被監(jiān)視的計算機就是分布式IDS。
根據(jù)系統(tǒng)對入侵攻擊的響應方式可分為主動入侵檢測和被動入侵檢測。主動IDS在檢測到入侵攻擊信息后，能夠立即實施預先定義的措施，包括自動修補本機漏洞、強制違法用戶退出本機以及關閉受保護的相關服務等響應措施。與主動IDS不同的是被動IDS在檢測或識別出對網(wǎng)絡資源或本機信息的入侵攻擊后只是向網(wǎng)絡系統(tǒng)安全管理員產(chǎn)生報警信息警告。
2 入侵檢測技術基本結構
2.1信息收集
信息收集是入侵檢測技術的第一步。一般來說，IDS通過以下方式獲得信息。
第一種方式是通過網(wǎng)絡檢測數(shù)據(jù)包報文收集IDS所需信息。但是這樣做的缺點是只能夠檢測到本系統(tǒng)所在機器的報文，將網(wǎng)卡設置為混雜模式就可以解決這一問題。
第二種方式是把IDS模塊安裝在主機上，由IDS模塊負責收集本主機上的信息，常用的信息包括系統(tǒng)調(diào)用、特定進程信息、系統(tǒng)日志、特定程序日志等。
在具體的計算機網(wǎng)絡應用中，以上兩種獲得信息的方式是合作完成入侵檢測的。
2.2 信息分析
信息分析是入侵檢測技術的第二步。IDS中的知識庫負責記錄事先定義的特定安全策略。IDS在完成第一步即收集到所需的相關信息后，將這些信息與知識庫中所有的安全策略逐一對比，IDS就是通過這種方法檢測出收集到的信息中是否包含違反安全策略的行為。
關于IDS定義知識庫的方法，通常做法是查看第一步網(wǎng)絡或主機收集到的信息中是否含有特定的入侵攻擊特征。IDS知識庫能夠定義了哪些種類的報文包含入侵攻擊信息。
IDS的核心技術是構建知識庫，其目的是準確定義入侵行為，這是IDS與其他行為管理軟件的不同之處。雖然它們都可以監(jiān)視網(wǎng)絡信息和行為，但是IDS包含記錄入侵攻擊特征信息的知識庫。攻擊特征的準確性直接決定了IDS檢測技術的準確率。
IDS一般應用統(tǒng)計分析或者模式匹配進行實施入侵檢測，應用完整性分析進行事后分析。這三種方法都可以對收集到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、及用戶活動狀態(tài)和行為數(shù)據(jù)等信息進行深度挖掘分析。
2.3 結果響應
在完成收集信息和信息分析之后，入侵檢測的第三個步驟是結果響應。IDS檢測到入侵攻擊信息后命令控制臺按照系統(tǒng)中定義的相應的結果響應采取對應的防護安全措施，可以是IDS主動響應安全防護，包括：防止或阻止攻擊、更新路由器和防火墻配置、中斷相應進程、終止或中斷網(wǎng)絡連接以及更新重要文件屬性等措施，也可以是IDS被動響應安全防護，如：記錄入侵攻擊事件或只是發(fā)出警告。
3 入侵檢測技術現(xiàn)有的缺點
3.1 阻斷入侵的能力低
雖然IDS可以識別入侵進而阻斷連接，并支持對內(nèi)外攻擊和誤操作的實時保護，但只是側重于發(fā)現(xiàn)和識別入侵攻擊行為。未來可將IDS與防火墻結合使用，配置 IDS 的相應安全策略，并指定對象防火墻的密鑰及地址。由 IDS 與防火墻發(fā)起并建立正常連接，IDS 產(chǎn)生新的安全事件后隨即通知防火墻，防火墻隨之做出相應的安全措施響應，使安全機制從源頭上識別并阻斷入侵攻擊行為。這樣不僅提高防火墻的實時反應能力，還能提升 IDS 的阻斷能力。
3.2高誤報率和高漏報率
IDS不能有效地檢測高速交換網(wǎng)絡中的所有的數(shù)據(jù)包，并且分析信息的準確率不高，就會產(chǎn)生誤報。IDS檢測入侵攻擊規(guī)則的更新落后于入侵攻擊手段的更新，就容易導致漏報。未來可將數(shù)據(jù)包報文信息直接存儲到系統(tǒng)內(nèi)核事先指定的地址空間中，并且將系統(tǒng)內(nèi)核中存儲數(shù)據(jù)包報文信息的內(nèi)存直接映射到入侵檢測模塊的應用程序空間當中。入侵檢測模塊可以直接對訪問這部分內(nèi)存，因此減少了系統(tǒng)內(nèi)核向用戶應用程序空間的內(nèi)存復制以及系統(tǒng)調(diào)用的開銷。IDS可以自動獲取當前網(wǎng)絡狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)的實時變化隨時更新防護配置，使得IDS 中入侵檢測規(guī)則只和當前網(wǎng)絡狀態(tài)相關。通過此種方式達到預防攻擊，以及保護計算機網(wǎng)絡信息的目的。
參考文獻
[1]戴連英，連一峰，王航.系統(tǒng)安全與入侵檢測技術[M].北京：清華大學出版社，2002，3.
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【關鍵詞】路橋；樁基；施工技術；檢測技術
1引言
路橋樁基是公路橋梁路段的關鍵部位，多年以來我國公路突發(fā)的安全事故多在此地段出現(xiàn)，這說明路橋樁基質(zhì)量的好壞直接關系到公路或者橋梁的安全質(zhì)量，本著減少公路安全事故發(fā)生概率以及提高路橋使用率的原則，施工人員應當對此多加注意[1]。
施工人員有必要利用已有的科學技術和豐富的施工經(jīng)驗來對路橋樁基施工進行負責，著重解決施工中出現(xiàn)的問題，最大限度的避免事故的發(fā)生。
2 路橋樁基施工技術
2.1 常見問題及解決方案
（1）常見問題
斷樁是引發(fā)施工事故的最重要的原因，常發(fā)生在水下澆筑的混凝土施工過程中。故障具體是混凝土澆筑時堵塞管道形成斷樁，形成原因在于：
第一，混凝土在攪拌時使用劣質(zhì)材料，澆灌時直接卡??；
第二，施工操作不符合規(guī)范，造成混凝土沖擊壓力大大低于導管外混凝土重力，造成混凝土無法澆灌導致堵塞。
第三，管道被堵塞后施工人員沒有發(fā)現(xiàn)最終造成斷樁。
（2）解決方案
當管道發(fā)生堵塞現(xiàn)象之后，施工者應到迅速把導管提起而不應考慮導管是否會拔出的問題。在拔出一部分導管之后，施工人員應當用錘子敲打管道外壁來確定堵塞位置，然后進行管道拆除，開始疏通。
疏通管道之后需要測量混凝土的標高，判斷后續(xù)施工所需要混凝土和泥漿的厚度，然后重新立接上導管，接上導管時需要注意浮渣層標高，盡量與其平衡，保證施工質(zhì)量。之后需要安裝好料斗，重新進行澆灌，作為第二次澆灌，導管埋深應保持70厘米的深度。之后的施工工作就可以恢復正常了[2]。
2.2 鉆孔注意事項
（1）鉆孔準備工作
要根據(jù)施工場地地勢以及巖層的特點來制定施工方案，施工時盡量保證場地的平整。在旱地進行施工時，施工人員需要事先清理好場地的雜物避免影響鉆孔。當場地位于淺水區(qū)時，則要運用筑島法，深水區(qū)則運用鋼管樁施工技術。并保證施工平臺的平整，確保鏈接緊密牢固。
盡量做好鉆孔前的樁位測量工作，利用方形木樁對樁位進行定位和標高，并且設置好護樁。護樁的設置依據(jù)施工現(xiàn)場具體情況而定，保證護樁頂部同地面持平。施工人員還需要埋設好護筒，按照施工標準來使用具體厚度的鋼板，保證其能穩(wěn)定施工水位。
（2）鉆孔施工技術要點
鉆孔開始時需要將護筒內(nèi)的泥漿旋轉，待其旋轉均勻后便慢速鉆進，確保護筒能過附著到泥皮護臂，鉆孔深度在1米以后則會加速到正常水平，這個時候需要注意的是鉆入地層發(fā)生的變化。不同的地層對鉆孔的方式要求不一，主要有黏性土層、沙土以及土夾礫（ 卵） 石層，分別采用尖底中速、平底慢速以及慢速兩級鉆的鉆孔方式進行鉆孔。
鉆孔能否成功的另一關鍵要素在于泥漿的使用方式，確保鉆孔的過程中不斷有泥漿注入，使其稠度穩(wěn)定。其次，泥漿頂部表面需要同水位線高出55厘米。最后需要注意鉆孔地層地質(zhì)狀況，并以此來調(diào)節(jié)泥漿的注入。當鉆孔位置距標高有60厘米時，導管、鋼筋籠等材料需要準備妥當，做到整個鉆孔施工過程中的連續(xù)性和緊密性，防止出現(xiàn)坍塌的施工事故。最后鉆孔完成之后要及時清孔，整個鉆孔就完成了。
（3）鋼筋籠制作以及水下混凝土灌注
確保鋼筋籠制作合格，是進行水下澆灌的重要條件。鋼筋籠的制作需要考慮其剛度以及穩(wěn)定性，從而保證鋼筋籠在運送和吊裝途中不會變形斷裂。在制作時確保每兩米有一道固定架，并且在外側進行焊接。鋼筋的起吊也準確及時，并檢測其坍孔。導管安裝完畢以后即可進行二次清孔，最后則灌入混凝土
3 路橋樁基檢測技術
3.1 成孔檢測方法和靜載荷試驗法
這兩種方法是當前使用較為頻繁的檢測技術手段。根據(jù)我國路橋樁基的施工經(jīng)驗來看，我國的成樁檢測技術比成孔檢測技術要成熟一點，但是就運用效果而言，成孔檢測更具效果。尤其是成孔檢測技術中對樁承載力的影響程度和對沉渣積累程度的檢測，這項技術經(jīng)過多年的發(fā)展也取得一定成果。
就國際情況而言，靜載荷試驗法是最具有影響力的方法，但是這種檢測方法受到試驗條件以及測試儀表的精細程度影響。具體的施工效果由施工人員的經(jīng)驗而定，需要施工人員具有豐富的分析經(jīng)驗和工程判斷能力。雖然試驗方法受到歡迎，但是其測試誤差將近10%，因此，此方法還需要繼續(xù)改進。長期以來個施工機構和科研單位對此進行研究，大大的提高了靜載荷試驗法的精度和可靠性。當前這項技術能夠運用30000kN之上噸位的加載，近些年來，這種試驗法施工效果明顯。
3.2 聲波透射檢測法和應力波反射法
這兩種方法在技術手段和資金的投入上都處于較高水平，隨之當前交通系統(tǒng)的投資力度加大，我國的路橋樁基施工和檢測方案逐漸采用這兩種方法。并且由于各種大型的鉆孔澆筑施工的出現(xiàn)，聲波透射檢測法越來越多的運用于路橋樁基的施工檢測當中。由于技術的進步，數(shù)字化的聲波儀在成本上大大降低，完全取代的傳統(tǒng)的聲波儀器，在使用質(zhì)量和使用效果上有了巨大的飛躍和進步[3]。由于技術的進步，其判斷的誤差越來越小，判斷標準包括聲失、聲幅和聲頻。此項技術在當前最新的技術成果是工程聲波CT儀器進入施工場地使用，為聲波透射檢測法提供了相當廣闊的前景和市場。
應力波反射法作為高新技術之一，其研究和使用在國內(nèi)外仍然處于起步階段，經(jīng)過我國這幾年的資金和技術投入，其檢測效果已經(jīng)逐漸提高。具體是由于國產(chǎn)的樁基動測儀器研發(fā)水平開始逐漸提高，并且對獲得數(shù)據(jù)的分析水平也已經(jīng)趕上國際水平，使得這項技術相對于之前更多的運用于路橋樁基施工之中，許多施工單位開始總結這種檢測方法的得失，為這種方法的運用提供了相當多的經(jīng)驗。
3.3 高應變動力檢測方法和動靜法
高應變動力檢測方法已經(jīng)出現(xiàn)了30多年，我國對此技術的研究屬于比較高端的程度。經(jīng)過過年的改造實踐和分析能力的提升，國產(chǎn)的儀器幾乎達到國際先進水平。但是高應變動力檢測方法存在作用時間過短的缺點，因此動靜法便被研發(fā)出來。源流在于使樁身所能夠傳播的應力波大于實際的樁長，這就對避免了應力波傳播出現(xiàn)的一系列問題。但是這種方法也存在一些問題，對錘的配重有著較高的要求，在具體的施工操作上具有難度。
這些檢測方法可以說是五花八門，但是在實際的運用中還需要依據(jù)具體的情況，施工單位有必要考慮施工成本和技術人員的配備，從而達到施工檢測的最優(yōu)配置
結語
由于現(xiàn)階段我國在基礎交通運輸業(yè)的投資大大增加，每年所用施工的道路里程逐年增加，但是由于施工時間的縮短導致樁基安全事故頻繁出現(xiàn)，不利于道路的修建。近些年來，由于專項技術攻關已取得一定的成效，使得路橋樁基的質(zhì)量穩(wěn)步上升，為我國的交通運輸業(yè)增色不少。筆者僅在此提供一些分析和建議，其他的還有賴于廣大一線施工人員的探索和創(chuàng)新。
參考文獻
[1]李建中.公路橋梁樁基的施工與檢測[J].山西建筑.2009（1）.
關鍵詞：繼電保護裝置；狀態(tài)監(jiān)測；電力系統(tǒng)
中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0136-02
繼電保護是指當電氣系統(tǒng)中電氣部件發(fā)生故障或者不正常運行時，發(fā)出報警信號或于相應斷路器跳閘的一種自動化的保護技術。繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中的重要成分，是保證電氣部件安全運行的重要裝置，能夠有效防止電氣部件損壞、電力故障范圍擴大。對繼電保護裝置進行狀態(tài)檢測和維修能夠增加保護裝置的可靠性。
設備的檢修體制的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段，包括故障后檢修、預防性檢修以及狀態(tài)檢修。前兩種都屬于傳統(tǒng)式檢修，狀態(tài)檢修是新型檢修方式。
故障后檢修。故障后檢修指設備無法正常運行后才對故障進行檢修，使設備恢復到正常運行狀態(tài)。這種檢修模式能夠提高設備利用率，避免許多非必須性的檢修。有效防止浪費資源，但其弊端是沒有計劃性，故障已造成重大損失。
預防性檢修。預防性檢修中主要的檢修方式是定期檢修。定期維修對設備老化的規(guī)律進行統(tǒng)計，預先確定檢修間隔、備品備件等。這種在電力系統(tǒng)檢修中廣泛應用。但其缺陷是需投入大量物力人力，且檢修效率不高。
狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修以設備狀態(tài)為根據(jù)對設備未來狀態(tài)進行預測。通過對設備日常檢查、在線監(jiān)測和故障診斷獲得設備狀態(tài)信息。在設備發(fā)生故障前進行維修。這種檢修模式能夠提高效率，節(jié)省維修成本。
1 狀態(tài)檢修概述
目前我國電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，系統(tǒng)的結構越來越復雜，系統(tǒng)中的設備種類和數(shù)量越來越多。因此相應的繼電保護裝置越來越多，導致設備檢修的成本和難度越來越大。隨著技術的發(fā)展，原來的電磁式繼電保護被微機繼電保護代替，保護的可靠性和性能得到提高，然而目前的檢修模式仍然以定期維修為主，在一定程度上導致設備的欠修和過修，檢修成本增加，可靠性降低。因此需要在設備檢修中實施狀態(tài)檢修。
狀態(tài)檢修是以效益、安全為目的，通過對設備的狀態(tài)評價、檢修決策，使得設備運行安全可靠，且檢修成本合理的一種檢修策略。這種檢修策略各種電力系統(tǒng)如發(fā)電機、輸電線路、變壓器中得到廣泛應用。狀態(tài)檢修實施后，提高了檢修效率，延長了大修的間隔，降低了小修的頻率，防止了設備的欠修和過修，減少了事故的發(fā)生，有效降低了運行成本。
狀態(tài)檢修根據(jù)設備實際狀態(tài)為根據(jù)，利用高科技的狀態(tài)檢測方法，發(fā)現(xiàn)故障的征兆，判斷出發(fā)生故障部位、嚴重程度，然后確定最適合的維修方法和維修時間。設備的狀態(tài)主要包括：設備的歷史運行情況、在線檢測的狀態(tài)情況、預防性實驗的結果。設備的狀態(tài)檢修建立在對以上狀態(tài)信息的全面評價之上，客觀地確定檢修方案。狀態(tài)檢修以設備狀態(tài)為基礎，能夠有效提高檢修的針對性，避免了設備過修，減少了設備的不必要維修，提高檢修的質(zhì)量，有效減少了設備故障的發(fā)生。
從提出繼電保護狀態(tài)到現(xiàn)在，在狀態(tài)檢修的準備和方案實施兩方面取得了一定的研究成果。許多狀態(tài)檢測的技術運用為狀態(tài)檢修提供更加豐富的狀態(tài)量，人工智能、計算機技術在故障診斷中促進了狀態(tài)檢修的發(fā)展。
1.1 狀態(tài)檢修的準備
設備的狀態(tài)評估是設備狀態(tài)檢修的準備階段，對設備的最新狀態(tài)進行評估，依據(jù)評估得到的狀態(tài)信息，包括歷史故障情況，狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備檢修記錄和設備參數(shù)，為下一步的設備檢修方案決策提供依據(jù)。有研究提出狀態(tài)檢修應包括收集繼電保護運行基礎資料、保護狀態(tài)檢測、保護裝置維修及評價。同時有研究提出利用管理信息系統(tǒng)對繼電保護狀態(tài)進行檢修。
1.2 狀態(tài)檢修實施方案決策
目前繼電保護裝置狀態(tài)檢修主要包括馬爾科夫模型計算檢修間隔、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡方法實現(xiàn)狀態(tài)檢修以及實現(xiàn)二次回路的監(jiān)測。狀態(tài)檢修的初期主要通過專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡能夠檢測因果關系不明確的故障。專家系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障監(jiān)測。專家系統(tǒng)結合歷史故障情況，利用狀態(tài)預測信息推理做出結論。
2 繼電保護裝置的故障及維修
2.1 繼電保護裝置的常見故障
（1）繼電保護裝置材質(zhì)不合格、精度不高，導致裝置的保護性能較差，引起拒動和誤動現(xiàn)象。若電力系統(tǒng)運行時部件溫度過高且降溫不及時，繼電保護裝置容易燒壞，導致保護功能失效。
（2）互感器回路短路、斷線、機械問題導致零序電壓比增大、電流增大，造成短路?；ジ衅鞯亩沃行渣c多次接地、接觸不良導致二次接地和設備電壓上的電壓，產(chǎn)生
短路。
（3）當微機繼電保護裝置的抗干擾能力不夠強，一旦受到外界的通信器等干擾器的干擾容易造成邏輯器件判斷和分析錯誤。
2.2 繼電保護裝置的維修方法
（1）直觀法。直觀法通過嗅覺、肉眼等直觀方式來判斷故障點位置，即若繼電保護裝置散發(fā)出燒焦氣味或內(nèi)部發(fā)黃，就需要及時查找出并替換已損壞的部件，從而排除故障，這種方法經(jīng)常用于檢修儀器無法逐點測試的情況下。
（2）替代法。替代法的維修原理是若某部件可能有故障的時候，利用相同的部件將可能故障部件替代，來判斷其是否故障。這種方法經(jīng)常用于微機繼電保護裝置內(nèi)部故障，其中需注意一些保護措施如電流短接、退出電源，且注意部件內(nèi)程序、跳線是否一致。
（3）參數(shù)對照法。參數(shù)對照法的工作原理是若繼電保護裝置的測試值和定值差異很大時，比較分析正常繼電保護裝置和故障繼電保護裝置的參數(shù)，從而發(fā)現(xiàn)保護裝置的故障點。
（4）電路拆除法。電路拆除法的工作原理是把二次回路逐個依次拆開后，對保護裝置故障進行分析和處理之后，再重新組裝的方法。這種方法即是分析發(fā)生故障原因的方法，也是處理保護裝置故障的重要方法。
（5）短路開路法。短路開路法的工作原理是將系統(tǒng)中某一部分斷開或短路，判斷故障發(fā)生在斷路范圍或短路范圍內(nèi)或者是其他地方，從而縮小故障范圍。其中斷路法主要用于檢測電流回路開路、電氣閉鎖、刀閘操作等故障，短路法主要用于應該閉合卻未閉合的觸點檢測。
2.3 繼電保護裝置的狀態(tài)檢修步驟
繼電保護裝置的狀態(tài)檢修主要包括三個步驟。記錄和分析設備的初始狀態(tài)；利用高科技的在線狀態(tài)檢測手段，即除加強常規(guī)監(jiān)督和測試之外，利用高科技的檢測手段（紅外診斷等）及時獲得運行設備的工作狀態(tài)；對檢測的狀態(tài)進行分析，對設備的狀態(tài)分析是狀態(tài)檢測盒狀態(tài)檢修中至關重要的一環(huán)，對設備的狀態(tài)合理分析，及時進行檢修從而保證電力系統(tǒng)中相關設備安全穩(wěn)定運行。
2.4 繼電保護狀態(tài)檢修的實現(xiàn)
（1）保護裝置自檢功能的實現(xiàn)。隨著微機保護技術的快速發(fā)展，基于現(xiàn)代信息技術和微電子技術的保護裝置已具有了狀態(tài)自檢的功能，微機型保護功能是通過程序的手段實現(xiàn)，因此微機保護的動作特點是確定的，能夠實現(xiàn)逆變電源，采樣數(shù)據(jù)合理性分析，電壓、電流輸出回路，保護的數(shù)據(jù)通信，保護的輸入、輸出節(jié)點，且不需要通過定期的檢測手段進行調(diào)整。
（2）保護二次回路分析。繼電保護除了裝置自身外，還包括交流輸入、直流回路、操作控制回路等，狀態(tài)檢修范疇應看作系統(tǒng)性的問題，除保護裝置自身外，還應該包括直流回路、操作回路、交流輸入等構成系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)。保護裝置的電氣二次回路是由若干的繼電器和連接設備的電纜組成，因為保護系統(tǒng)主要由操作回路、直流回路。交流輸入回路構成，所以實現(xiàn)狀態(tài)檢修必須有效地將要監(jiān)視的所有環(huán)節(jié)進行合理的劃分。
3 結語
目前繼電保護裝置在電力系統(tǒng)的安全運行中起到的作用越發(fā)重要。對繼電保護裝置的可靠的狀態(tài)檢修能夠有效地改善保護裝置的運行性能，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。狀態(tài)檢修以設備狀態(tài)為依據(jù)，利用高科技技術檢測設備狀態(tài)，對設備狀態(tài)進行分析，從而確定保護裝置的檢修方案，保證電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。
參考文獻
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隨著信息化軍事技術的不斷發(fā)展，裝備仿真訓練軟件也獲得了迅速的發(fā)展，其規(guī)模越來越龐大、實現(xiàn)的功能越來越多、結構越來越復雜，裝備仿真訓練軟件的性能和可靠性也成為至關重要問題的。因此，軟件測試成為裝備仿真訓練軟件開發(fā)過程中一個必要的環(huán)節(jié)。依據(jù)一個科學的測試模型，使用先進的軟件測試技術對裝備仿真訓練軟件進行充分的測試，可以及時發(fā)現(xiàn)軟件程序中的錯誤，有效降低軟件錯誤出現(xiàn)的概率，驗證軟件功能的可行性，提高軟件的可靠性和安全性。
1 軟件測試模型
軟件測試是裝備仿真訓練軟件開發(fā)過程中一個不可缺少的重要步驟，而且隨著裝備仿真訓練軟件規(guī)模的增大、復雜度的增加，軟件測試也變得越來越重要。裝備仿真訓練軟件軟件測試過程與開發(fā)過程一樣，都能決定軟件的質(zhì)量，而且測試過程的質(zhì)量將直接影響測試結果的準確性和有效性。
在軟件開發(fā)幾十年的實踐過程中，人們總結了很多的開發(fā)模型，這些模型對于軟件開發(fā)過程具有很好的指導作用，由于測試與開發(fā)是緊密結合在一起的，所以軟件測試也需要有測試模型去指導實踐。軟件測試模型是將測試過程活動進行抽象的概念模型，用于定義測試活動的流程和方法，是確保軟件工程質(zhì)量的重要手段。測試專家通過實踐總結出了很多很好的測試模型。這些模型將測試活動進行了抽象，明確了測試與開發(fā)之間的關系，更好的分析軟件測試在整個軟件研發(fā)中的參與度和工作過程，進而不斷完善軟件質(zhì)量保證流程，提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，并成為了測試管理的重要參考依據(jù)。目前，主要的測試模型主要有以下4種：
1.1 V模型
V模型是將傳統(tǒng)測試模型瀑布模型改進后的一種測試模型，如圖1所示，從左到右，分別描述了軟件的基本開發(fā)過程和對應的測試行為，清楚地體現(xiàn)出每個測試階段和開發(fā)過程各階段的對應關系。但是在V模型當中，測試過程放在了編碼的下一個階段，這就容易使人誤解為測試是軟件開發(fā)的最后一個階段，而需求分析的檢驗工作也是在驗收測試才能進行。
1.2 W模型
W模型由兩個V模型組成，分別代表測試與開發(fā)過程，非常明確的標注了生產(chǎn)周期中開發(fā)與測試之間的對應關系，如圖2所示。但是在W模型中測試和開發(fā)也保持著一種線性的前后關系，上一階段工作完全結束，才能正式開始下一階段的工作，這樣就無法支持迭代、自發(fā)性以及變更性調(diào)整等情況。
1.3 H模型
H模型形成了一個完整獨立的測試過程，并且將測試準備活動和測試執(zhí)行活動清晰的區(qū)別出來，如圖3所示。圖中僅僅演示了在整個生命周期中某個層次上的一次測試“微循環(huán)”，圖中的“其他流程”可以是任意開發(fā)流程。H模型的特點是軟件測試是一個獨立的流程，貫穿產(chǎn)品整個生命周期，與其他流程并發(fā)地進行。當某個測試點就緒時，軟件測試即從測試準備階段進入測試執(zhí)行階段。
2 裝備仿真軟件測試的特點及關鍵問題
2.1 裝備仿真軟件測試的特點
裝備仿真訓練軟件是一個由系統(tǒng)、分系統(tǒng)/子系統(tǒng)、模塊組成的復雜系統(tǒng)，并隨著系統(tǒng)和操作功能的增多，復雜程度也在增加，系統(tǒng)的好壞歸根結底是由各個分系統(tǒng)和各個模塊的好壞決定的，對各個分系統(tǒng)和各個模塊的測試是一個非常重要的環(huán)節(jié)。裝備仿真訓練軟件測試具有以下6個特點：
2.1.1 裝備仿真訓練軟件測試主要分為三個階段
從軟件生命周期全過程來看，軟件測試可分為單元測試、功能測試、集成測試、性能測試、系統(tǒng)測試、配置測試、回歸測試等階段。根據(jù)裝備仿真訓練軟件的結構、規(guī)模、類型和安全性關鍵等級等方面的特點，確定裝備仿真訓練軟件測試主要分為單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試三個階段。
2.1.2 單元測試是裝備仿真訓練軟件的測試重點
裝備仿真訓練軟件測試是一項針對性很強的工作，即使對同一類型的功能，可能由于不同型號任務的要求，功能實現(xiàn)也會有所差異，因此要求重點進行單元測試。單元測試是根據(jù)詳細設計和源程序，了解每個最小模塊的輸入、輸出條件和邏輯結構是否正確合理。單元測試通常應對模塊內(nèi)所有控制路徑設計測試用例，以便發(fā)現(xiàn)錯誤。
2.1.3 裝備仿真訓練軟件程序內(nèi)部結構復雜，路徑組合數(shù)目龐大
程序的三種基本結構分別是：順序結構、分支結構和循環(huán)結構，裝備仿真訓練軟件最小組成模塊的內(nèi)部程序都可看作是這三種結構按不同方式組合的產(chǎn)物，這其中包含大量多重選擇和循環(huán)嵌套的程序，而且模塊與模塊之間存在著大量的交互，所以程序內(nèi)部包含的不同路徑數(shù)目可能是天文數(shù)字，尤其對大規(guī)模復雜的裝備仿真訓練軟件，窮舉所有的路徑是不可能的，需要根據(jù)實際情況去選擇適合的覆蓋測試方法。
2.1.4 裝備仿真訓練軟件黑盒測試用例數(shù)量龐大
裝備仿真訓練軟件中包含了不同專業(yè)的多個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)又由多個子系統(tǒng)和模塊組成，其中包含的參數(shù)數(shù)量龐大，參數(shù)與參數(shù)之間的進行組合之后的數(shù)量將更加龐大，而軟件運行出現(xiàn)的故障時，更多的情況是由于多個參數(shù)的相互作用的原因，所以，要想充分考慮到參數(shù)與參數(shù)之間的關系，需要的測試用例數(shù)量是無窮盡的。
2.1.5 裝備仿真訓練軟件測試一般需要特定的測試環(huán)境支持
裝備仿真訓練軟件測試可以采用靜態(tài)測試方法和動態(tài)測試方法。其中，靜態(tài)測試以人工檢查為主，不需要特定的測試環(huán)境;而動態(tài)測試則需要建立驅動軟件模塊執(zhí)行的測試環(huán)境，支持軟件模塊的參數(shù)輸入和輸出結果的可視化。
2.1.6 裝備仿真訓練軟件測試一般采用白盒測試與黑盒測試相結合的方法
一般采用白盒測試方法來測試裝備仿真訓練軟件程序內(nèi)部的邏輯結構;裝備仿真軟件的功能測試部分則需要采用黑盒測試方法。
2.2 裝備仿真軟件測試的關鍵問題
軟件測試的目標是發(fā)現(xiàn)軟件中可能存在的設計缺陷和錯誤。測試時驗證得越全面，軟件中可能存在的缺陷就會越少，而每一個項目、每一個軟件的測試都會有不同的特點和測試關鍵問題，測試工作要根據(jù)軟件的特點和關鍵問題，設計適合該軟件的測試。裝備仿真訓練軟件測試的關鍵問題主要有以下4點：
2.2.1 測試工作必須由非開發(fā)人員來完成
由于許多開發(fā)單位對軟件測試的認識水平不夠，自己設計、自己編程、自己測試、自己維護的現(xiàn)象還比較普遍，這樣的結果就是導致測試結果不理想，沒有達到測試的要求。所以，為了保證測試質(zhì)量，裝備仿真訓練軟件的測試工作必須由非開發(fā)人員來進行，保證的效果。
2.2.2 在白盒測試中，采用基本路徑測試方法解決路徑覆蓋率問題
在裝備仿真訓練軟件結構中，路徑組合是一個龐大的數(shù)字，所以要在測試中覆蓋所有路徑是不可能的，需要把覆蓋的路徑壓縮到一定范圍內(nèi)。如：程序的循環(huán)部分可以只循環(huán)一次。因此，在路徑覆蓋測試上，我們選擇基本路徑測試法。
2.2.3 在黑盒測試中，采用組合覆蓋測試方法解決測試用例無窮盡問題
由于裝備仿真訓練軟件中參數(shù)與參數(shù)的組合數(shù)量龐大，無法設計無窮盡的測試用例滿足覆蓋率問題，為此，采用組合覆蓋測試方法，不僅可以充分考慮到軟件中參數(shù)與參數(shù)之間的相互作用，更重要的是能以最少的測試用例實現(xiàn)最大程度的覆蓋，具有較好的測試效果。
2.2.4 要有必要的測試文檔
沒有文檔的項目是一個不成功的項目，同樣，沒有文檔的測試也不會是一個成功的測試。測試工作的計劃、設計、實現(xiàn)和問題報告都要以文檔的形式記錄下來留存，方便同項目組人員進行閱讀和修改，更重要的是對于后續(xù)同類項目是資源的積累過程和設計的改進依據(jù)。
3 裝備仿真軟件測試模型
測試過程模型定義了測試的流程和方法，為測試工作提供了指導。但是傳統(tǒng)的測試模型各有長短，不可能適合所有的測試軟件，軟件測試模型因測試軟件的不同而不同，所以，本文通過對傳統(tǒng)的測試過程模型進行的分析和探討，同時研究分析了裝備仿真訓練軟件的實際情況，進而得到了適合裝備仿真軟件的測試模型，然后從該模型出發(fā)，完善軟件測試工作流程。裝備仿真訓練軟件測試模型是一個包含了軟件文檔審查、代碼靜態(tài)分析和審查、單元測試、子系統(tǒng)集成測試、系統(tǒng)測試和驗收測試的綜合測試模型，如圖4所示。
3.1 測試準備
測試準備階段是在測試實施之前，構造執(zhí)行測試所需的要素，這些要素通常包括軟件開發(fā)文檔、軟件開發(fā)程序、實際執(zhí)行測試所需的軟件、準備測試環(huán)境和測試工具;同時還要為測試過程準備適當?shù)臏y試用例。
3.2 單元測試
裝備仿真訓練軟件單元測試部分包含靜態(tài)測試和動態(tài)測試兩個部分。其中靜態(tài)測試的對象是裝備仿真訓練軟件單元模塊的文檔和程序代碼，主要通過文檔審查、代碼審查、代碼靜態(tài)分析等方法來確保軟件需求和設計文檔的正確性、代碼的規(guī)范性、設計或實現(xiàn)的正確性。而軟件結構和功能方面的缺陷則需要采用動態(tài)測試的方法來完成。
裝備仿真訓練軟件單元模塊動態(tài)測試采用黑盒測試和白盒測試相結合的方法，從模塊級檢查軟件的功能、性能、接口和其他約束條件是否滿足需求。白盒測試技術主要測試每個單元內(nèi)部邏輯結構的覆蓋率，黑盒測試技術測試模塊單元功能滿足需求情況。
3.3 集成測試
集成測試主要檢驗裝備仿真訓練軟件中經(jīng)過單元測試的模塊和子系統(tǒng)各部分工作是否實現(xiàn)了相應技術指標、達到了相應的要求。在裝備仿真訓練軟件集成測試部分，既可以彌補單元測試中沒有測試到的Bug，又可以測試單元測試中沒有辦法測試的功能，如裝備仿真訓練軟件中前后臺集成之后的關聯(lián)功能。所以集成測試就是測試各個部件之間的配合情況，為系統(tǒng)測試提供基本保證。
裝備仿真訓練軟件的集成測試必須在所有模塊、子系統(tǒng)能夠正常運轉的情況下才能進行，一般采用的方法是數(shù)據(jù)驅動方法中的自底向上集成測試。具體的步驟是先測試組成子系統(tǒng)的模塊群，由于最底層的單元模塊都已經(jīng)經(jīng)過了單元測試，所以各個模塊可以向上集成為各個子系統(tǒng);然后在此基礎上就可以測試各個子系統(tǒng)能否正常工作，以及進行各個子系統(tǒng)之間的測試工作。
3.4 系統(tǒng)測試
裝備仿真訓練軟件的系統(tǒng)測試是在集成測試的基礎上進行的，不僅是單純的測試軟件部分，而是將硬件、網(wǎng)絡和外設等其他要素結合進來進行綜合性測試。系統(tǒng)測試主要依據(jù)系統(tǒng)總體技術方案和需求說明書進行測試，目的是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶需求不符或矛盾的地方。
系統(tǒng)測試的測試類型一般包括功能測試、性能測試、負載測試、強度測試、容量測試、安全性測試、用戶界面測試、有效性測試、配置測試、故障恢復測試、安裝測試和回歸測試。而在裝備仿真訓練軟件的系統(tǒng)測試中，功能測試、性能測試、負載測試、安全性測試、有效性測試、配置測試、故障恢復測試是必須進行的，其他項目可以依據(jù)具體項目情況選擇性的進行。
3.5 驗收測試
在完成裝備仿真訓練軟件的系統(tǒng)測試之后，進行驗收測試。只有通過了驗收測試，才標志著項目的結束，軟件產(chǎn)品的完成。一般來說，驗收測試以用戶為主，主要驗證軟件的功能、性能以及其他特性是否與用戶要求相一致。
4 結束語
軟件測試的目的是通過測試來發(fā)現(xiàn)缺陷，找出缺陷的分布特征和出現(xiàn)的規(guī)律，以便在新的開發(fā)項目中改進設計結構，避免缺陷的出現(xiàn)，同時也能夠通過設計有針對性的檢測方法，改善軟件測試的有效性。隨著裝備仿真訓練軟件質(zhì)量要求的提高，軟件測試在軟件開發(fā)中的地位越來越重要。裝備仿真訓練軟件測試模型是從傳統(tǒng)的軟件測試模型中提取出來的，適合裝備仿真訓練軟件的測試模型，不僅可以提高測試在軟件生命周期中的作用，還可以完善軟件部分的工作流程。
作者：鐘尚斌 來源：電子技術與軟件工程 2016年7期
關鍵詞：石化裝置；有毒氣體；跟蹤監(jiān)控技術
在石化工廠內(nèi)，存在著很多有毒氣體以及可燃性氣體。這些有毒有害氣體充斥在整個工廠內(nèi)，嚴重威脅著人們的生命安全。近幾年來，石化行業(yè)頻頻發(fā)生安全事故，例如，爆炸、火災等。這些事故給人們帶來了極大的傷害，也給石化工廠造成了一定的經(jīng)濟損失。為了給企業(yè)和工作人員的生命安全提供更可靠的保障，石化工廠要隨時監(jiān)測氣體的濃度，將有害氣體的濃度控制在安全范圍內(nèi)。
1 系統(tǒng)介紹
該控制系統(tǒng)的核心是采用了PLC三冗余系統(tǒng)，與現(xiàn)場氣體探測器共同組成完整的監(jiān)控模式。該控制系統(tǒng)由多種配置組成，其包括（2×3）冗余通信控制器、雙冗余CPU和DO、AI模塊（三冗余）、以及附件配置。其配置數(shù)量都達到了SIL3等級配置的標準，其等級達到SIL3/TUV6。PLC可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換以及通信（上位DCS和雙冗余RS-485接口間的通信）功能。通過以太網(wǎng)技術，操作員和工作站彼此間可進行數(shù)據(jù)交換。在現(xiàn)場，用氣體濃度探測器采集氣體濃度，所采集的數(shù)據(jù)信息經(jīng)PLC控制系統(tǒng)整合之后，通過以太網(wǎng)輸出到監(jiān)控計算機。通過監(jiān)控計算機，可以看到現(xiàn)場的情況以及報警提示。
2 硬件系統(tǒng)構成
2.1 內(nèi)設故障檢測模塊
其內(nèi)部配置采取安全的PLC冗余系統(tǒng)。其系統(tǒng)可實現(xiàn)智能識別故障功能以及自動還原功能。在系統(tǒng)不中斷運行的狀況下，所有智能模塊均可實現(xiàn)維修和更換零件等工作。
2.2 現(xiàn)場采集氣體濃度
采集氣體濃度的探測器的電流信號為4-20毫安。其電流信號采用“三取二”表決機制，其經(jīng)隔離柵傳入到三冗余AI卡件。這里的隔離柵是特別定制的，其作用是防止電流短路、防止雷擊、以及保護濾波器件等。為了避免因硬件問題導致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其硬件采取的是分離式結構保護以及無耦合設計。通道之間各自獨立，其中一個通道若出現(xiàn)問題，其他通道都不會受到影響，能正常\行。
2.3 雙CPU處理邏輯任務
系統(tǒng)采用安全的CPU雙冗余，兩個CPU可以同時運行，其邏輯運算的速度有所提高。系統(tǒng)采用了CPU同步表決機制，若其中一個CPU不能正常運行時，另一個CPU不受影響，可以正常處理邏輯任務。
2.4 輸出
系統(tǒng)的輸出模塊采用的是雙冗余DO模塊（保生產(chǎn)型）。模塊將負載跟OVDC并聯(lián)在一起，這種設計的優(yōu)點是若線路有一條出現(xiàn)故障，其另一端的二極管特性就發(fā)揮作用。其模塊的控制輸出就是有效輸出。
2.5 數(shù)據(jù)處理
通信網(wǎng)絡是由以太網(wǎng)、工業(yè)交換機和工控機組成，CPU通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)了彼此間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)的處理、顯示等工作最終由工控機來進行。
3 軟件程序的設計
3.1 PLC程序
軟件程序的設計包含兩部分，分別是PLC程序設計和上位機程序設計。在PLC程序設計中，關于邏輯程序及組態(tài)的開發(fā)所選用的是Prophecy Machine Edition軟件。該軟件對操作系統(tǒng)有要求，其運行環(huán)境必須是基于微軟公司開發(fā)的Windows操作系統(tǒng)。Prophecy Machine Edition軟件提供的系統(tǒng)是完整的，可自動化解決系統(tǒng)方案。PLC程序由三部分組成，分別為系統(tǒng)的冗余、硬件組態(tài)、主程序塊。
（1）系統(tǒng)的冗余。在GMR Configuration中，采用Prophecy Machine Edition軟件設置系統(tǒng)的冗余參數(shù)，可對CPU的數(shù)量和類型以及同步數(shù)據(jù)區(qū)間等進行設置，在機架中，也可對總線控制器的位置進行設置，還可以對AI模塊和DO模塊的表決方式等信息進行設置。
（2）硬件組態(tài)。在硬件組態(tài)過程中要完成硬件的組態(tài)功能。在以太網(wǎng)模塊中，該站需設置一個網(wǎng)絡地址。在總線控制器中，控制器間的交換數(shù)據(jù)空間要根據(jù)GMR組態(tài)生成的文件進行配置。
（3）主程序塊。主程序塊包含三大功能塊，其主要是對數(shù)據(jù)進行采集、處理和輸出的工作。為了對探測器的當前狀態(tài)進行判斷，以及實現(xiàn)報警提示，采用梯形圖的方式在主程序塊中編寫邏輯。在采集數(shù)據(jù)時，先是讀取數(shù)字，然后經(jīng)一系列的處理，將探測器的電流轉換成電壓值。在處理數(shù)據(jù)時，為了判斷探測器的當前狀態(tài)，需將轉換成的電壓值設定高/低報警值。在輸出數(shù)據(jù)時，依據(jù)探測器的動態(tài)狀態(tài)，輸出對應的控制狀態(tài)。
3.2 上位機程序
為實現(xiàn)多數(shù)據(jù)的讀入工作，上位機軟件讀取PLC數(shù)據(jù)采用的是數(shù)組方式，通過腳本程序將性質(zhì)相同的多個數(shù)據(jù)以點的方式賦值給對應的程序點。上位機由總貌圖、分布圖（探測器）、查詢功能、系統(tǒng)設置以及用戶權限管理構成。總貌圖可顯示探測器的信息，包含濃度、單位、量程等。探測器分布圖，直觀的再現(xiàn)了現(xiàn)場的探測器的位置，根據(jù)分布圖能快速的查找到探測器。查詢功能是操作人員可以動態(tài)的查詢到每個探測器的實時歷史報警記錄。
4 結語
綜上可述，該監(jiān)測系統(tǒng)，安全性較高，且系統(tǒng)運行情況正常，能有效的監(jiān)測生產(chǎn)過程中有毒有害氣體的濃度，并實時進行報警，既不影響生產(chǎn)工作，也保證了人們的安全。
參考文獻
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物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，通過射頻識別、無線通信、傳感器網(wǎng)絡技術，連接設備，進行信息交換和通信的虛擬網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡技術可以實時感知環(huán)境信息，能夠相互傳遞信息，達到數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，應用前景非常廣泛。基于此，本文結合煤礦井下環(huán)境特性，采用物聯(lián)網(wǎng)技術，研究并實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦井下機電設備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。
關鍵字：煤礦井下，物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)挖掘，機電設備狀態(tài)監(jiān)測
近年來，隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，網(wǎng)絡的應用和發(fā)展已經(jīng)不能滿足人與人之間正常的溝通的需求，物與物之間通過網(wǎng)絡的信息交互成為人們追求的方向。物物相連的互聯(lián)網(wǎng)即物聯(lián)網(wǎng)技術將大大推進社會的發(fā)展與進步，已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。物聯(lián)網(wǎng)技術應用到煤礦井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，將大大提高煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，對煤礦的安全生產(chǎn)和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。
物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，樓房、橋梁、礦井、工廠等地方放置各種傳感器，傳感器之間協(xié)同工作，數(shù)據(jù)傳輸利用有線的或者無線的方式，將實時采集的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理及監(jiān)測端對這些物體的實時有效監(jiān)控、跟蹤、定位和識別等。最終提高生產(chǎn)效率和資源利用率。物聯(lián)網(wǎng)應用集成度相當高的技術提供智能化的管理，實現(xiàn)事件物物之間的“安全、高效”的“管理、控制”，使得實時監(jiān)控數(shù)以萬計的終端成為可能，大大推動社會的發(fā)展。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，為礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測提供有效的監(jiān)測手段。在礦井下開采環(huán)境中，運行物聯(lián)網(wǎng)技術實時監(jiān)測井下機電設備狀態(tài)指標，監(jiān)控端實時顯示監(jiān)測到的基礎信息，為煤礦井下機電設備狀態(tài)監(jiān)測的作業(yè)信息提供可靠的數(shù)據(jù)支持。我國煤礦眾多，開采環(huán)境惡劣，迫切需要提高煤礦生產(chǎn)安全性。開發(fā)煤礦物聯(lián)網(wǎng)井下機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦井下各種環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、預警、井下工作人員的定位和跟蹤等功能，利于煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)的監(jiān)管力度，提高煤礦發(fā)生事故后的救援效率，減少煤礦事故帶來的經(jīng)濟損失，對保障煤礦井下工作人員的生命財產(chǎn)安全和煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重大意義。
聯(lián)網(wǎng)技術代表著信息技術發(fā)展的方向，是基于互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展起來的，被稱為互聯(lián)網(wǎng)技術革命史上的第三次革命，為促進互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和社會的向前發(fā)展起到巨大的推動作用，引起世界的廣泛關注，物聯(lián)網(wǎng)連接世界上成萬上億的物體。物體之間能夠進行相互“交流”，不必受到人為的操控。本質(zhì)就是物聯(lián)網(wǎng)采用了RFID、無線通信技術等科學技術，完成事物間的通信、識別，但是物聯(lián)網(wǎng)的概念還沒有得到世界各界的統(tǒng)一。
物聯(lián)網(wǎng)的特征有以下幾個方面，對物體的感知，感知信息的處理，信息的傳輸，為互聯(lián)網(wǎng)添加對外界的感知功能、信息處理功能和物體間交互功能。物聯(lián)網(wǎng)用途十分廣泛，應用前景廣闊，將會給實現(xiàn)世界帶來了巨大的便利
根據(jù)功能劃分，結構復雜的物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡層、應用層。感知層，作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術，類似物聯(lián)網(wǎng)的眼睛、手和皮膚，識別物體，獲取包括環(huán)境狀態(tài)、物體屬性等信息，是聯(lián)系信息世界和物理世界的紐帶。感知層的組成包括各種硬件：RFID、GPS、條碼掃描器等各種傳感器。感知層的關鍵技術有無線通信技術、RFID技術等。網(wǎng)絡層，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層類似生物體的中樞神經(jīng)，進行消息的控制與傳輸，負責接受感知層的信息，進行相應的處理，并及時傳送到應用層。網(wǎng)絡層以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，包括應用服務器和數(shù)據(jù)庫等。網(wǎng)絡層的關鍵技術有網(wǎng)絡傳送和融合技術、IP承載技術等。應用層，物聯(lián)網(wǎng)的應用層與目標需求結合，負責數(shù)據(jù)的顯示、轉換等，是物聯(lián)網(wǎng)中的“實現(xiàn)者”，滿足行業(yè)的各種需求。應用層分為兩個子層，分別是：應用服務子層和支撐平臺。前者是在后者的基礎上，實現(xiàn)行業(yè)的具體應用，包括運輸車輛、電力、環(huán)境監(jiān)測等。后者提供包括數(shù)據(jù)處理在內(nèi)的基礎服務和各種接口服務，為資源的合理調(diào)度提供便利，實現(xiàn)在不同領域的應用。數(shù)據(jù)存儲、挖掘時物聯(lián)網(wǎng)應用層的關鍵技術。
物聯(lián)網(wǎng)的設計與創(chuàng)建需要遵循特定的原則，主要包括以下幾點：多樣性、互聯(lián)性、時空性、堅固性和安全性。其中，多樣性原則指物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點類型不同，物聯(lián)網(wǎng)體系結構也不同；互聯(lián)性原則指物聯(lián)網(wǎng)體系中各個目標對象能夠達到無縫連接；時空性原則指物聯(lián)網(wǎng)體系結構的設計需要滿足對時間、空間的需求；堅固性原則指體系結構的穩(wěn)固性；安全性原則指體系結構能正常運行，可抵御各種攻擊。按照設計原則，物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)建需經(jīng)歷以下步驟：識別物體，創(chuàng)建被識別物體聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，應用平臺的搭建及應用服務系統(tǒng)的實現(xiàn)。
物聯(lián)網(wǎng)技術備受國內(nèi)外關注，是一項新的數(shù)據(jù)獲取、處理技術，已經(jīng)在電力、交通、醫(yī)療等多個行業(yè)得到廣泛應用。而煤礦井下地形十分復雜，煤礦開采過程中會遇到各種危險，進行礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測對煤礦安全生產(chǎn)意義重大。井下工作人員在開采區(qū)域工作一旦遇到緊急情況，井上救援人員需及時了解井下員工的位置軌跡信息，幫助救援工作的有效開展。鑒于此，研究并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以無線傳感器網(wǎng)絡為支撐，將監(jiān)測到的多種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)、工作人員位置等信息，匯聚后實時傳送到地面監(jiān)控中心，進行分析處理，為管理者提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)完成了煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊的設計開發(fā)，實現(xiàn)了煤礦井下環(huán)境檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時采集、處理與傳輸、人員定位、環(huán)境監(jiān)測與預警、信息共享等功能，提高煤礦生產(chǎn)的安全性。
由于時間原因，本論文還存在不足，有待完善和改進。
（1） 煤礦井下礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)挖掘算法有待進一步優(yōu)化，提高算法運行效率，本文的數(shù)據(jù)分析在實際工作中的應用做得還不豐富，還處于試驗階段，需要進一步根據(jù)實驗環(huán)境作出改進，實現(xiàn)煤礦井下開采區(qū)域環(huán)境參數(shù)的預測功能，為煤礦安全生產(chǎn)提供決策支持；
（2） 本文開發(fā)的煤礦井下礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)實際應用的需求，還需要進一步完善系統(tǒng)功能，比如健全GIS、SMS短信功能；
（3）系統(tǒng)與實際煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境還有一定的差距，實際井下生產(chǎn)環(huán)境會更加復雜，需要在實際應用中不斷完善和改進。
參考文獻：
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[4]馬力，郭輝.基丁-ZigBee協(xié)議的煤礦井下智能傳感器.儀表技術與傳感器.2007（8）.66-68
[5]劉鵬，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡在煤礦安全環(huán)境監(jiān)測中的研究與實現(xiàn)[D]. 遼寧工程技術大學，2008
作者簡介：
余東校（1985年5月--），男，湖北省武昌縣人，本科，平頂山市衛(wèi)東區(qū)平媒天安十礦計算機中心， 助理工程師，研究方向：礦山機電
聯(lián)系地址：河南省平頂山市衛(wèi)東區(qū)平安大道十礦 郵編：467000
關鍵詞 技術貿(mào)易 發(fā)展現(xiàn)狀 對策建議
中圖分類號：F7526 文獻標識碼：A
1技術貿(mào)易概述
西方發(fā)達國家認為技術貿(mào)易是指通過專利和許可證貿(mào)易、技術服務等方式對技術的引進和輸出。而我國所指的技術貿(mào)易是在西方國際所規(guī)定的技術貿(mào)易范圍的基礎上還包括成套設備的引進和輸出。
技術貿(mào)易的發(fā)展有助于促進一個國家整體技術水平的提高，但是并不能毫無限制地引進技術，而應該結合一國整體經(jīng)濟發(fā)展狀況，合理地引進適合國家經(jīng)濟發(fā)展的技術。除此之外，為了長期維持國際競爭力，發(fā)達國家通常會限制技術出口或只提供技術使用權而非所有唷
2我國技術貿(mào)易發(fā)展現(xiàn)狀
2.1我國技術貿(mào)易具有良好的政策基礎
我國的技術貿(mào)易政策主要包括以下幾種：一是鼓勵引進外國直接投資。通過國外資本的流入，國外先進技術可以轉移到我國，這將有利于我國技術水平的提高；二是對我國急需技術的項目不僅給予政策上的引進優(yōu)勢還給予經(jīng)濟上的優(yōu)惠；三是通過制定和實施相關法律法規(guī)，例如知識產(chǎn)權保護制度，更好的引進先進技術，促進國際技術貿(mào)易與我國經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展；四是廢除和減少我國為了保護國內(nèi)企業(yè)而在合同中制定的相關限制條件，進而促進我國技術貿(mào)易的發(fā)展。
2.2我國技術出口能力不斷提高，技術出口結構趨于合理
我國技術貿(mào)易出口水平可以通過國際技術貿(mào)易專業(yè)化系數(shù)來衡量。TSC=技術進出口差額/進出口總額。2015年這一系數(shù)較2010年上漲了0.45%。這說明我國的技術貿(mào)易競爭力呈現(xiàn)上升趨勢。入世以前，我國技術出口主要集中在交通通信行業(yè)，其出口總額占全部技術出口總額的一半以上。2005年至今，我國的電子行業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)超過其他行業(yè)，占我國技術出口比例份額最高，因此高新技術產(chǎn)品出口已成為我國技術出口的支柱行業(yè)。
2.3我國的技術依存度較高，技術貿(mào)易逆差較大
入世以后，我國國際技術貿(mào)易得到了迅猛的發(fā)展，但整體上看，我國的技術依存度依然較高。2010年我國的技術貿(mào)易收支比為65%，比2001年上升了32%。截止到2015年，我國的對外技術貿(mào)易依存度以超過50%，這說明我國技術水平的提高更多的是依賴從發(fā)達國家引進技術，缺乏對自身技術的研發(fā)和提升，造成了較大的技術貿(mào)易逆差，從長遠的角度來看，不利于我國企業(yè)國際競爭力的發(fā)展。
3我國企業(yè)在國際技術貿(mào)易中存在的不足
3.1缺乏相應法律法規(guī)，知識產(chǎn)權保護意識淡薄
雖然我國的相關法律中涉及到了對知識產(chǎn)權的保護條款，我國也參與到了國際相關公約和協(xié)定的制定，但是總的來講，我國在知識產(chǎn)權保護方面還有許多的不足，部分法律法規(guī)滯后于我國國際技術貿(mào)易的發(fā)展還存在許多的漏洞，因此依然需要進一步與世界其他國家展開這方面的合作，完善知識產(chǎn)權制度的建立，這將有利于我國國內(nèi)技術貿(mào)易企業(yè)加強知識產(chǎn)權保護意識，依照法律法規(guī)維護自身合法權益，在尊重國外技術所有權的同時也能保護自身的品牌和知識產(chǎn)權。
3.2結構不合理，缺乏資金支持
我國國內(nèi)技術貿(mào)易企業(yè)呈現(xiàn)結構不合理的特點，其中結構不合理包括產(chǎn)業(yè)結構不合理和人才結構不合理。產(chǎn)業(yè)結構不合理主要體現(xiàn)在技術科研機構與生產(chǎn)機構脫節(jié)，研究成果很難為實際生產(chǎn)服務，因此導致技術水平停滯不前。人才結構不合理主要體現(xiàn)在我國技術貿(mào)易從業(yè)人員知識結構過于單一，缺乏復合型外貿(mào)人才，引進的先進技術和設備不能被企業(yè)充分的利用，造成資源的浪費，給技術貿(mào)易帶來損害。除此之外，先進技術以及生產(chǎn)設備的引進需要大量的資金，我國從事技術貿(mào)易的企業(yè)普遍存在資金緊張，融資困難的問題，這在一定程度上限制了我國國內(nèi)企業(yè)技術貿(mào)易的發(fā)展。
3.3國內(nèi)企業(yè)在技術貿(mào)易定價中缺乏話語權
技術貿(mào)易中產(chǎn)品價格的制定主要取決于其對日常生產(chǎn)的貢獻程度即產(chǎn)品的使用價值，但是我國缺乏對產(chǎn)品技術的使用價值的衡量指標指定的話語權，尤其是改革開放初期，我國對國外技術需求增加，進口大幅增長，而其中較大部分的技術使用價值卻不高，我國卻支付了大量的外匯。入世以后，我國的技術貿(mào)易發(fā)展較為迅速，技術出口也有所增加，但由于缺乏對技術價值的估計，技術轉讓的所得收益較低，對我國企業(yè)技術貿(mào)易的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。
4促進我國技術貿(mào)易發(fā)展的對策建議
4.1充分發(fā)揮政府的引導和監(jiān)督作用
我國政府應該進一步制定相關政策去吸引外商投資，鼓勵我國高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，充分發(fā)揮其市場引導和監(jiān)督的作用。更優(yōu)惠的政策有助于吸引外資，外資的進入勢必會帶來先進技術、先進的管理觀念、以及專業(yè)人才的轉移，進而促進國內(nèi)技術貿(mào)易企業(yè)的發(fā)展。在吸引外資的過程中，政府要發(fā)揮其引導和監(jiān)督的作用，對外資的引入進行選擇，設置門檻，優(yōu)化配置外資，最大限度促進我國技術貿(mào)易企業(yè)的發(fā)展。
4.2加強技術的吸收創(chuàng)新能力
技術的引進要根據(jù)企業(yè)自身的實際情況，量力而行，在引進技術的過程中也應該注重技術專家人才的引進，二者的結合才能有助于我國技術貿(mào)易企業(yè)的長期發(fā)展，可持續(xù)的增加企業(yè)的國際競爭力。除此之外，我國技術貿(mào)易企業(yè)應該注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，我國的技術出口主要依靠傳統(tǒng)技術，為了提升企業(yè)的國際競爭力，長期維持比較優(yōu)勢，企業(yè)應該將傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代技術相結合，通過創(chuàng)新技術來提升企業(yè)的國際競爭力。
4.3注重人才培養(yǎng)，促進科研與生產(chǎn)相結合
國內(nèi)技術貿(mào)易企業(yè)應該注重人才培養(yǎng)，建立高層次的“人才庫”，為企業(yè)的長期發(fā)展提供技術儲備。教學、科研與生產(chǎn)相結合，鼓勵高等院校、科研機構和企業(yè)建立不同形式的聯(lián)合，加快科技成果轉化成生產(chǎn)力，提高我國整體技術水平。在技術引進方面，應通過多種融資渠道引進先進技術，進而降低技術依存度和技術引進成本。
參考文獻
[1] 王玉清，趙承壁.國際技術貿(mào)易[M].對外經(jīng)濟貿(mào)易大學出版社，2003.
關鍵詞：電子設備；在線監(jiān)測技術；狀態(tài)檢修技術
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.006
0 引言
目前，高電壓、大容量都成為現(xiàn)代社會發(fā)展中的需求，而且隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，人們對于電氣設備監(jiān)測與檢修技術的要求越來越高，傳統(tǒng)的檢測技術在很多方面，并不能達到要求，會出現(xiàn)維修不足或者是盲目維修等現(xiàn)象，這樣會使得資源嚴重浪費，并且結果也并不理想。所以，在電氣設備的檢修中，運用到在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術，是有一定的必要性的，也是順應時展步伐的。
1 電氣設備在線監(jiān)測
1.1 變壓器
變壓器在運轉時，如果運作的時間太長，絕緣性能就會劣化，埋下故障隱患，而且還會引起一系列光、電、熱等化學上的反應。所以，要對變壓器實行在線監(jiān)測，以及時發(fā)現(xiàn)故障。變壓器的在線監(jiān)測主要表現(xiàn)在三方面。第一，是油中氣體在線監(jiān)測。油中氣體的在線監(jiān)測，一般是使用氣相色譜，因為電壓作用下變壓器內(nèi)的氣體環(huán)境容易發(fā)生變化，主要是油里面的有機絕緣體材料會發(fā)生點、光、熱等化學反應，產(chǎn)生一些氣體，使用氣相色譜可以監(jiān)測到變壓器中油氣的成分以及濃度。第二，是在線監(jiān)測局部放電。局部放電會造成變壓器絕緣性能逐漸老化，所以在分析油中氣體的時候，也要檢測局部放電信號，一般是查看放電量和放電模式，看一下是否有變化，主要有聲學監(jiān)測、化學監(jiān)測等。第三，是在線監(jiān)測變壓器絕緣。對變壓器絕緣進行在線監(jiān)測，主要監(jiān)測內(nèi)容是變壓器的泄漏電流、介質(zhì)損耗、運行電壓等，這樣可以合理的評價出變壓器的絕緣性能。
1.2 高壓斷路器
高壓區(qū)斷路器屬于開關設備，在電力系統(tǒng)中，對于整個電路有重要作用，不僅可以控制電路，還可以保護電路。對高壓斷路器進行在線監(jiān)測主要是監(jiān)測機械性能和觸頭電壽命。因為高壓斷路器機械性能一旦故障，就會造成高壓開關故障，并且是其故障形成的主要原因，所以，在高壓斷路器機械性能上，一定要加強監(jiān)測力度，主要監(jiān)測行程以及速度。判斷斷路器故障主要是看震動信號的變化。監(jiān)測電路器觸頭電壽命也是十分重要的，因為電流開或斷都會造成電磨損，每臺斷路器的點磨損數(shù)量都是有限制的，開或斷滿電容次數(shù)也是有限制的，所以在線監(jiān)測觸頭電壽命主要是看觸頭的磨損量。
1.3 避雷針
在電壓設備里，避雷針屬于保護設備。目前在電力系統(tǒng)中，避雷針被廣泛應用，但是畢竟屬于設備在工作時還是會有老化現(xiàn)象或者受水變潮的現(xiàn)象。所以，要對避雷針進行監(jiān)測工作。主要是進行全電流監(jiān)測以及阻性電流監(jiān)測。進行全電流監(jiān)測時候，主要是確定避雷針的地位和地，在其間進行一個全電流監(jiān)測裝置的串聯(lián)工作，這樣就可以進行在線監(jiān)測，主要方式是比較全電流的增長情況，這樣可以看出設備有沒有受潮。進行阻性電流監(jiān)測的時候，主要是因為其對于避雷針閥片比較敏感，如果閥片老化，電阻就會發(fā)生變化，所以這是其主要監(jiān)測內(nèi)容。需要注意阻性電流增加超過50%，要加強監(jiān)測，如果超過一倍，就要停運檢修[1]。
2 電氣設備狀態(tài)檢修
2.1 基本理論
設備狀態(tài)檢修，主要是以在線監(jiān)測和診斷技術作為基本依據(jù)，通過其提供的設備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)來進行分析和判斷，并且進行一些設備故障的預測，而且還可以知道設備的有效利用時間。狀態(tài)檢修技術的基礎是在線監(jiān)測，但是在線監(jiān)測知識發(fā)現(xiàn)和分析問題，出現(xiàn)問題的時候，狀態(tài)檢修才是真正解決問題的方法。目前來說，需要進行狀態(tài)檢修的設備，主要是變壓器。主要是分析變壓器的運行情況以及其歷史信息，然后對其壽命進行合理的評估。目前來說，在電壓器工作時，想要長期停止設備來進行檢修工作是不太可能實現(xiàn)的，所以，需要對運行時的壓器展開監(jiān)測和診斷工作，這樣可以及時的發(fā)現(xiàn)設備異常，并且可以及時發(fā)現(xiàn)設備壽命終結現(xiàn)象。
2.2 系統(tǒng)支持
狀態(tài)檢修主要有定期檢修、巡視檢修、在線檢修這三種檢修方式。狀態(tài)檢修中，定期檢修屬于必要的方式，可以十分及時的解決設備的隱患。如果運行時間不斷加長，設備內(nèi)部出現(xiàn)極其輕微的隱患，是很難被發(fā)現(xiàn)的，所以，就需要用到在線檢修技術。所謂在線檢修，也就是實時監(jiān)測。比如，在監(jiān)測和狀態(tài)檢修高壓斷路器的時候，整個系統(tǒng)的組成包含兩部分，一部分是一臺中央處理器，這部分每天要做的就是定時的在采集器中收集數(shù)據(jù)。一部分是多臺數(shù)據(jù)采集站，這部分可以實時的進行信息數(shù)據(jù)收集，主要收集對象傳感器和變送器。如果收集到信息數(shù)據(jù)超過了閾值，采集站會對本次動作的時間和斷路器的參數(shù)進行記錄。實時監(jiān)測巡視檢修也是一項重要的檢修工作，需要每天進行，對設備外觀進行表面性的檢查，如果電力設備發(fā)生故障體現(xiàn)在了體外上，就可以及時的發(fā)現(xiàn)。如果在定期檢修的時候，看到有一方面出現(xiàn)了缺陷，就要加強巡視檢修[2]。目前，在變壓器檢修工作上，紅外檢測技術得到很廣泛的應用，可以利用紅外熱像儀，對變壓器每個部位以及外部接頭等元件溫度進行監(jiān)測。應用效果還是很明顯的。
3 結語
電氣設備一旦發(fā)生故障，對于供電會造成非常不利的影響，嚴重的會使電氣設備損壞，這樣就會影響電力運行，其安全性和可靠性都會受到威脅。所以，本文針對電力設備的在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修上，進行了詳細的分析，從上文可以看出，加強電力設備的在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修是非常重要的，同時也是一項極其復雜的工作。所以，要想提升電力設備的運行狀況，要結合理論與技術，不斷的創(chuàng)新，為供電企業(yè)的經(jīng)濟效益提供保障。
參考文獻：
[1]周鐵.試析電氣設備的在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術[J].中國高新技術企業(yè)，2015（26）.
關鍵詞：虛擬手術；碰撞檢測；邊界元模型
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A
1 引言
虛擬手術是虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學領域的重要應用。在虛擬手術系統(tǒng)的研發(fā)方面，世界各國都已經(jīng)取得了很大的進展，但系統(tǒng)的實時性與真實感之間的矛盾仍然是研究中存在的主要問題?？傮w看說，虛擬手術技術已經(jīng)得到了比較廣泛的應用，目前許多研究機構逐漸退出了比較成熟的虛擬手術系統(tǒng)，但是由于某些相關技術難點有待解決，以及開發(fā)成本較高等問題，使得大多數(shù)虛擬手術系統(tǒng)只是應用于教學、演示等方面，難以滿足臨床應用的需求。
碰撞檢測是虛擬手術中的一項關鍵技術，存在于虛擬手術的整個過程。虛擬手術中所涉及到的研究對象大體可分為剛體組織和軟件組織兩類。骨骼、醫(yī)療器械等在手術中不產(chǎn)生彈性形變的物體屬于剛體組織，除骨骼之外的大部分人體器官，如血管、肌肉、內(nèi)臟等可產(chǎn)生彈性形變的屬于軟體組織。由于人體器官組織比較復雜，軟體組織的形變計算不但會影響虛擬手術的真實感，而且還制約著系統(tǒng)的實時性。目前虛擬手術仿真模型的建模主要包括質(zhì)點彈簧建模法和有限元建模法兩種方法。質(zhì)點彈簧模型容易實現(xiàn)，但是變形精度比較差，計算模型不很穩(wěn)定容易產(chǎn)生較大誤差。有限元法可以精確地模擬具有物理意義的物體形變，但求解過程非常復雜，很難達到手術仿真的實時性的要求。
2 基于線彈性理論的邊界元模型
針對人體組織的材料特性，本文提出了基于線彈性理論的邊界元模型。首先對整個場景空間進行剖分，在剖分網(wǎng)格中構建層次包圍盒，包圍盒相交時再進行精確相交檢測。碰撞引起組織形變時，在幾何模型的邊界上構建線彈性積分方程，求解結果的離散量反映了碰撞單元區(qū)域的形變量。該算法計算精度高、速度快，能夠很好的解決虛擬手術中真實感和實時性之間的矛盾。
對整個虛擬手術的場景空間遞歸的剖分成若干個網(wǎng)格單元，采用八叉樹表示法存儲。在剖分網(wǎng)格中構建層次包圍盒。相對于單純的層次包圍盒技術，該方法構建的層次樹規(guī)模更小，計算量更少。然后針對人體組織的材料特性，構建基于線彈性理論的邊界元模型。碰撞引起組織形變時，在幾何模型的邊界上構建線彈性積分方程。方程組通過離散化之后只有邊界上的節(jié)點存在未知量，有利于加快計算速度，提高計算效率。基于邊界元模型的碰撞檢測算法在保證系統(tǒng)真實感的前提下，可有效減少冗余檢測次數(shù)，降低計算復雜度，提高碰撞檢測的速度，滿足虛擬手術的實時性。
2.1 空間剖分
整個虛擬手術場景遞歸的分割成若干個網(wǎng)格單元。采用八叉樹表示法進行存儲，八叉樹的根節(jié)點定義為包含整個場景空間的立方體，立方體相互垂直的三條邊分別與坐標系的x，y，z軸平行。用平行于坐標平面的三個面將立方體平均分割為8個小立方體，生成8個子節(jié)點，分割過程遞歸進行，直至達到指定的剖分層數(shù)為止，樹的每個葉節(jié)點都包含有限個基本的幾何元素。
在八叉樹的葉節(jié)點上，對于包含的幾何元素建立層次包圍盒（Bounding Volume Hierarchy，BVH），即包圍盒層次樹。層次樹向下逐層分裂，直到每個葉節(jié)點表示一個基本幾何元素。相對于單純的層次包圍盒技術，使用層次包圍盒與空間剖分相結合的方法構建的層次樹規(guī)模小，計算量少，能夠有效的進行碰撞檢測。如圖1所示。
碰撞檢測算法從八叉樹的根節(jié)點開始，如果兩個幾何元素分別屬于兩個不同的節(jié)點則元素不會相交，如果兩個幾何元素屬于同一節(jié)點，則需要遞歸到下一級節(jié)點進行檢查。直到兩個基本幾何元素屬于同一葉節(jié)點，則計算各自所在的包圍盒是否相交。包圍盒不相交則兩個幾何元素一定不相交；包圍盒相交，則需要進行精確相交檢測，以判斷兩個幾何元素是否相交。
2.2 邊界元模型
針對虛擬手術仿真系統(tǒng)的要求，尤其是對于人體組織碰撞變形的仿真，采用基于線彈性理論的邊界元法模型。線彈性物體具有線性相關的力學特性，在方向不變的力的作用下，物體的運動軌跡為直線。在幾何方程的應變與位移的關系方面，在物理方程的應力與應變的關系方面，在變形前狀態(tài)的平衡方程方面都體現(xiàn)出了線性的關系。因此線彈性模型經(jīng)常被應用于實時性要求較高的虛擬手術系統(tǒng)中。
邊界元法（Boundary Element Method，
BEM）又稱為邊界積分方程法，是繼有限元法之后發(fā)展起來的一種工程數(shù)值計算方法。有限元法的基本思想是在連續(xù)體域內(nèi)劃分單元，而邊界元法的基本思想是用邊界上的積分方程來代替問題的控制方程，利用邊界上的有限個單元對積分方程進行離散求解。離散化之后的方程組的未知量只出現(xiàn)在沿邊界的節(jié)點上，從而降低了待求解方程的維數(shù)，減少了計算量。另外，問題的基本解具有解析與離散相結合的特點，能夠提高計算精度。
3 研究方案
首先獲取醫(yī)學數(shù)據(jù)，進行人體組織模型的重建，在保證真實感的前提下對表面模型進行簡化，建立符合要求的幾何建模，對于人體組織模型中的剛體組織和軟體組織進行不同方式的建模，針對軟體組織建立基于邊界元的模型，便于進行碰撞檢測和彈性形變的處理。
整個虛擬手術的場景空間遞歸的剖分成若干個網(wǎng)格單元，用八叉樹表示法存儲網(wǎng)格單元，在網(wǎng)格單元構建包圍盒層次樹，層次樹的每個節(jié)點構建包圍盒。碰撞檢測算法執(zhí)行時從樹的根節(jié)點開始，當兩幾何元素屬于同一網(wǎng)格單元時，進一步對包圍盒進行檢查。如果兩個基本幾何元素所在的包圍盒相交，則需要進行精確相交檢測。
碰撞響應用于處理組織碰撞后引起的形變問題，采用基于線彈性理論的邊界元模型，首先將連續(xù)的求解區(qū)域離散化為有限個組合體，每個組合體包含按一定方式相互聯(lián)結在一起的多個單元。在每個區(qū)域內(nèi)部構建線彈性模型。單元區(qū)域的控制方程由邊界上的積分方程表示，引入位移邊界條件和力邊界條件，得到關于位移的方程組，利用邊界上的有限個單元對積分方程進行離散求解解決組織形變問題，經(jīng)離散化后的方程組只在沿模型邊界上的節(jié)點含有未知量。求解結果反映了碰撞單元區(qū)域的形變量，重新建立線彈性積分方程表示形變后的幾何模型。
結語
本文提出了基于空間剖分的包圍盒層次樹算法和基于線性彈性理論的邊界元模型。將整個虛擬手術的場景空間遞歸的剖分成若干個網(wǎng)格單元，采用八叉樹表示法存儲。在剖分網(wǎng)格中構建層次包圍盒。在幾何模型的邊界上進行單元剖分，構建線彈性積分方程，組織形變時通過邊界上的有限個單元對方程進行求解，求解的離散結果反映了碰撞單元區(qū)域的形變量?；诰€彈性理論的邊界元模型計算精度高、速度快，能夠更好的解決虛擬手術系統(tǒng)真實感和實時性之間的矛盾。