時(shí)間：2022-08-03 18:56:44
導(dǎo)語(yǔ)：在光纖傳感技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：煤礦火災(zāi)，光纖光柵，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，本質(zhì)安全，準(zhǔn)分布式測(cè)溫
1.引言隨著我國(guó)煤礦采掘機(jī)械化和電氣化程度的提高，外因火災(zāi)發(fā)生的比例也逐年增高。低壓電纜著火、礦用變壓器著火、架線電車電弧引燃木支護(hù)棚著火等電氣火災(zāi)事故也時(shí)有發(fā)生，而且礦井中環(huán)境復(fù)雜，電氣設(shè)備眾多，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果將不堪設(shè)想，具有很大的危險(xiǎn)性。今年以來(lái)，全國(guó)煤礦已發(fā)生4起重大以上事故，其中3起為火災(zāi)事故。除“3.15”事故外，湖南省湘潭市湘潭縣立勝煤礦“1.5”特別重大火災(zāi)事故，造成34人死亡和下落不明；江西省新余市廟上煤礦“1.8”重大火災(zāi)事故，造成12人死亡。論文大全。這3起火災(zāi)事故，都是因電纜及設(shè)備（移動(dòng)空壓機(jī)）著火引燃木支護(hù)而發(fā)生的火災(zāi)事故。
目前，礦井內(nèi)采用的火災(zāi)檢測(cè)設(shè)備還很少，而且大部分還是采用基于電信號(hào)傳感器的測(cè)溫系統(tǒng)。其中紅外測(cè)溫為非接觸測(cè)量，易受環(huán)境及周圍電磁場(chǎng)干擾，且需人工操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，效率低下；電子溫度傳感器易受電磁干擾，機(jī)械的溫度傳感器受環(huán)境的影響也比較大，以上幾種檢測(cè)方法的測(cè)量效果都不是很理想。因此開(kāi)發(fā)一種大容量分布式在線實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，來(lái)監(jiān)測(cè)煤礦高耗能大型機(jī)電設(shè)備和電纜運(yùn)行溫度已成為當(dāng)務(wù)之急。
光纖光柵溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種全新的在線溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，具有防爆、防燃、抗腐蝕、抗電磁干擾，在有害環(huán)境中使用安全，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)分布式測(cè)溫并定位，具有程控報(bào)警電平等特點(diǎn)。系統(tǒng)本身具有自檢測(cè)、自標(biāo)定和自校正功能，是光機(jī)電、計(jì)算機(jī)一體化技術(shù)。采用光纖光柵溫度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行煤礦各種設(shè)備的溫度實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，充分利用光纖光柵傳感系統(tǒng)的大容量、分布式特性將是一種十分可行的方案。
2.煤礦機(jī)電設(shè)備引起火災(zāi)的原因分析煤礦機(jī)電設(shè)備引起火災(zāi)的原因是多種多樣的，主要火災(zāi)是電器設(shè)備引起的火災(zāi)和電纜火災(zāi)，原因是：過(guò)載、短路、接觸不良、電弧火花、漏電等原因。這些火災(zāi)起初可能致使電氣設(shè)備中的絕緣材料燃燒，接著火焰?zhèn)鞯较锏赖闹Ъ?、煤塵、瓦斯及礦內(nèi)其它可燃材料上，這就發(fā)生礦井電氣火災(zāi)。 煤礦機(jī)電設(shè)備火災(zāi)主要是由于設(shè)備負(fù)荷過(guò)大引起的。大量高耗能的設(shè)備在煤礦中長(zhǎng)期使用，不可避免引起設(shè)備負(fù)荷過(guò)大，將使設(shè)備達(dá)到使自己失去絕緣性能的危險(xiǎn)溫度，隨著溫度的不斷積累，最后就常常引起電氣設(shè)備發(fā)火。如綜掘機(jī)、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、皮帶機(jī)、絞車、主扇以及各類大功率設(shè)備等是煤礦企業(yè)廣泛使用的大型高檔設(shè)備，由于長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，因軸承損壞造成設(shè)備相應(yīng)部位逐漸發(fā)熱而導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響正常生產(chǎn)的事頻繁發(fā)生。
電纜火災(zāi)主要是由于電纜接觸不良，或接地不好引起的。線路中個(gè)別部分接觸電阻的增加，主要是接觸不良的結(jié)果。實(shí)踐證明，井下電纜與電纜或者電纜與設(shè)備的連接部分（接頭）做得不好，往往是礦井巷道內(nèi)因電流以產(chǎn)生火災(zāi)最常見(jiàn)的原因。電纜工作尤其是過(guò)流、過(guò)載時(shí)，由于導(dǎo)體發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致電纜溫度升高，如果電纜不具備良好的阻燃性能，極易引起電纜著火，在燃燒的同時(shí)可產(chǎn)生大量有毒有害氣體，造成礦工中毒窒息，還可能引起瓦斯煤塵爆炸。因此，電纜的阻燃性能對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有重要影響。
通過(guò)對(duì)機(jī)電設(shè)備引起火災(zāi)原因的分析，可以看出機(jī)電設(shè)備等電氣火災(zāi)大部分都伴隨著設(shè)備，電纜局部溫度的逐漸升高，是一個(gè)積累的過(guò)程，完全可以通過(guò)對(duì)易發(fā)生火災(zāi)部位進(jìn)行溫度檢測(cè)，根據(jù)溫度上升的趨勢(shì)來(lái)預(yù)測(cè)電氣設(shè)備和電纜的運(yùn)行狀態(tài)，從而在故障點(diǎn)及時(shí)采取措施，防止火災(zāi)的發(fā)生。
3.礦用準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 3.1測(cè)溫原理光纖傳感技術(shù)是上世紀(jì)70年代末興起一種先進(jìn)的多學(xué)科交叉技術(shù)。經(jīng)過(guò)三十多年，特別是過(guò)去十幾年的發(fā)展，目前已經(jīng)研制出兩千多種基于光纖的傳感器。光纖傳感器與常規(guī)的電子類傳感器相比有許多獨(dú)特之處[7]，主要優(yōu)點(diǎn)包括：
1）以光作為傳感信號(hào)基本不受外界電磁場(chǎng)干擾，長(zhǎng)期漂移小，測(cè)量精度高，因而可用來(lái)作長(zhǎng)期可靠的連續(xù)在線檢測(cè)；
2）由于不帶電，因而適于在電力，煤礦，石油，天然氣及其它化工行業(yè)進(jìn)行安全和生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；
3）由于采用光纖傳輸，可以超遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；復(fù)用能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一線多點(diǎn)、兩維點(diǎn)陣或空間分布的連續(xù)監(jiān)測(cè)；
光纖傳感器上述獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別是一根光纖可以對(duì)多個(gè)點(diǎn)做多變量測(cè)量的能力，是電子類傳感器很難實(shí)現(xiàn)的。在具有強(qiáng)電干擾、高壓、易燃易爆等惡劣環(huán)境下，傳統(tǒng)的電子傳感器受到很多局限性。光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)儀所用溫度傳感器采用一種叫光纖布拉格光柵（FBG）的光學(xué)無(wú)源器件，是一種反射式光纖濾波器件，通常采用紫外線干涉條紋照射一段10mm長(zhǎng)的裸光纖，在纖芯產(chǎn)生折射率周期調(diào)制，光波導(dǎo)內(nèi)傳播的前向?qū)?huì)與后向反射模式進(jìn)行耦合，形成布拉格反射，即產(chǎn)生了一個(gè)窄帶的反射峰。論文大全。窄帶反射峰的中心波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng)，研究表明：光纖光柵的空間折射率調(diào)制周期和纖芯的有效折射率均可引起光柵布拉格中心波長(zhǎng)的改變。因此，通過(guò)一定的封裝設(shè)計(jì)，使外界溫度、應(yīng)力和壓力的變化導(dǎo)致光柵中心波長(zhǎng)發(fā)生改變，即可使FBG達(dá)到對(duì)其敏感的目的[3]。如圖2所示，光纖光柵中心波長(zhǎng)和溫度有著非常好的線性關(guān)系。
圖1 光纖光柵結(jié)構(gòu)圖
圖2 光纖光柵中心波長(zhǎng)隨溫度變化曲線
3.2系統(tǒng)組成煤礦光纖機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括信號(hào)解調(diào)模塊、光學(xué)擴(kuò)展模塊，傳輸光纜和傳感器網(wǎng)絡(luò)。溫度傳感器由光纖光柵和連接光纜組成，溫度傳感器安裝在現(xiàn)場(chǎng)；信號(hào)解調(diào)模塊和計(jì)算機(jī)安裝在控制室內(nèi)，溫度傳感器和控制室由傳輸光纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。光纖信號(hào)解調(diào)控制器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與計(jì)算機(jī)通訊，由計(jì)算機(jī)完成溫度的監(jiān)控。
圖3光纖多點(diǎn)溫度傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖
由信號(hào)解調(diào)模塊中光源發(fā)出的高能量光束通過(guò)光纜注入光纖光是那傳感器陣列，每個(gè)光纖光柵將反射特定的波長(zhǎng)，這些波長(zhǎng)與各個(gè)傳感器所測(cè)溫度成線性關(guān)系；這些波峰將由光纖信號(hào)解調(diào)模塊進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，然后根據(jù)設(shè)定的參數(shù)計(jì)算出每個(gè)傳感器的測(cè)量溫度值，所測(cè)溫度值和各種相關(guān)信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口實(shí)時(shí)上傳給監(jiān)控上位機(jī)，進(jìn)行信號(hào)的顯示，故障診斷、事件記錄、報(bào)警控制等。
3.3 系統(tǒng)技術(shù)特征和主要技術(shù)參數(shù)1.系統(tǒng)的技術(shù)特征
光纖傳感器感知溫度和位置信息,完全不帶電，本質(zhì)安全。傳感器分辨率高，測(cè)溫精確，響應(yīng)時(shí)間短。傳感器可靠耐用，使用壽命長(zhǎng)。
陣列復(fù)用，大容量，多點(diǎn)分布式測(cè)溫系統(tǒng)；一臺(tái)解調(diào)儀可帶幾百個(gè)傳感器，大范圍覆蓋測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)；節(jié)省費(fèi)用。論文大全。
由于全光信號(hào)傳輸，不受傳感器距離限制，最大傳感距離達(dá)10Km，是超遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：
測(cè)溫范圍：-10℃~+110℃；測(cè)溫精度：±1℃；溫度分辨率：0.1℃；溫度探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間：<5s；空間分辨率：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況；每通道最大傳感器點(diǎn)數(shù)：18個(gè)/通道；測(cè)量時(shí)間：<30s/16通道。
4.系統(tǒng)的應(yīng)用為了解決大規(guī)模的煤礦機(jī)電設(shè)備安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題，在某煤礦的地面110Kv變電所，-312水平中央變電所，地面洗煤廠配電室，井下高壓電纜中間接頭及地面110Kv變電所電纜間（電纜密集處）等位置，共安裝了近800個(gè)礦用光纖溫度傳感器。系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)測(cè)儀和一個(gè)監(jiān)控主機(jī)組成，所有傳感器通過(guò)一條多芯的光纜連接起來(lái)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔。通過(guò)軟件我們可以方便觀測(cè)所監(jiān)測(cè)位置的溫度狀態(tài)，對(duì)預(yù)防煤礦電氣火災(zāi)提供了有力的技術(shù)基礎(chǔ)。
5.總結(jié)隨著我國(guó)煤礦采掘機(jī)械化和電氣化程度的提高，電氣火災(zāi)成為煤礦火災(zāi)的一個(gè)重要原因。通過(guò)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備引起火災(zāi)的原因的分析，認(rèn)為實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)電設(shè)備的溫度可以有效預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)火災(zāi)事故的發(fā)生?；诠饫w溫度傳感器建立了一套煤礦火災(zāi)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)安裝煤礦光纖機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)煤礦供電設(shè)備及高壓線路接點(diǎn)的溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，有效實(shí)現(xiàn)了煤礦供電設(shè)備安全狀態(tài)的監(jiān)控和火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為煤礦安全生產(chǎn)提供了有力保障。這種方法的研究和應(yīng)用對(duì)礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)具有重大的實(shí)用價(jià)值。
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關(guān)鍵詞：光纖技術(shù)；創(chuàng)新思維；能力培養(yǎng)
[中圖分類號(hào)] G642.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] xxxxx-xxxx-xxxx
一、引言
自從進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，國(guó)家對(duì)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重視程度不斷增強(qiáng)?？萍际堑谝簧a(chǎn)力成為中國(guó)當(dāng)前科技行業(yè)的重要指引。創(chuàng)新科技與創(chuàng)新教育成為了國(guó)內(nèi)高校關(guān)注的重要方向。光電技術(shù)作為先進(jìn)的近代科技發(fā)展行業(yè)技術(shù)，也相應(yīng)受到了國(guó)內(nèi)高校的特別關(guān)注，光電教育隨之蓬勃發(fā)展起來(lái)，在光電教育中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)也不斷深入發(fā)展。光纖作為承載了當(dāng)代信息傳輸交換的主要媒介，在光電教育領(lǐng)域則格外受到青睞。國(guó)內(nèi)光電教育方向幾乎都從不同角度開(kāi)展了光纖教育。光纖本身的誕生、發(fā)展、成熟、提高的歷史進(jìn)程中，也充滿了令人欽佩的諸多創(chuàng)新節(jié)點(diǎn)。比如光纖之父高琨對(duì)光纖的預(yù)言、多種多樣特性的光纖的研制、光纖內(nèi)的波分復(fù)用、光纖放大器等等無(wú)不蘊(yùn)含著簡(jiǎn)單而又引人深思的創(chuàng)新實(shí)踐。本文將以《光纖通信》《光纖傳感技術(shù)》等光纖技術(shù)類本科課程教學(xué)為平臺(tái)，努力探索分析光纖中的創(chuàng)新活動(dòng)，實(shí)時(shí)的與課堂學(xué)生共同分享光纖發(fā)展史中的創(chuàng)新點(diǎn)；共同探討前人創(chuàng)新的特點(diǎn)與產(chǎn)生源泉；尤其關(guān)注引導(dǎo)學(xué)生的換位思考方式，努力探索當(dāng)代光纖發(fā)展中的創(chuàng)新實(shí)踐；從而在教學(xué)過(guò)程中形成課堂教學(xué)與探討共存，學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思考并進(jìn)的教學(xué)模式，為專業(yè)課程教學(xué)發(fā)展改革提供一定的借鑒作用。
二、認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新能力培養(yǎng)
在光纖技術(shù)類知識(shí)體系中，創(chuàng)新發(fā)展是光纖技術(shù)快速穩(wěn)定發(fā)展壯大的重要源泉。光纖通信以及光纖傳感課程的教學(xué)過(guò)程中，光纖的發(fā)展史就是一部源泉開(kāi)創(chuàng)、艱難發(fā)展、柳暗花明、創(chuàng)新加速的燦爛歷程。早在十七世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了水柱導(dǎo)光的現(xiàn)象。日?，F(xiàn)象衍生出了導(dǎo)光的彎曲玻璃棒。光學(xué)射線理論指引下，導(dǎo)光的玻璃纖維----光纖隨之問(wèn)世。由此說(shuō)明，創(chuàng)新源于生活、并青睞于有理論知識(shí)準(zhǔn)備的人。
相應(yīng)的，光纖發(fā)展過(guò)程中幾乎難以克服的困難擺在了世人面前。當(dāng)時(shí)獲取的導(dǎo)光玻璃纖維的損耗非常之巨大，僅僅能近距離的導(dǎo)光傳輸。二十世紀(jì)六十年代，高琨先生發(fā)表創(chuàng)新性的論文，指出了光纖損耗的根源以及可行的解決思路，只要能夠提純光纖材料，理論表明一定能夠獲得長(zhǎng)距離通信可用的光纖。此外，高琨還始終致力于游說(shuō)世界各國(guó)的科技公司開(kāi)展低損耗光纖的研發(fā)工作。直至1970年，康寧公司按照高琨的思想，成功研制出損耗低于20 dB/km的光纖產(chǎn)品。榜樣的力量是無(wú)窮的，很快，世界各國(guó)多個(gè)公司開(kāi)展了一系列的光纖研發(fā)，到1975年，損耗0.16dB/km的常規(guī)光纖正式問(wèn)世。光纖技術(shù)的發(fā)展也正式進(jìn)入了快速發(fā)展階段。因此，創(chuàng)新留給有扎實(shí)理論分析能力的人，創(chuàng)新實(shí)踐留給有恒心有毅力的長(zhǎng)期推廣應(yīng)用研究并堅(jiān)信科學(xué)理論的人。高琨先生因此獲得了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
光纖的發(fā)展歷史中，光纖雛形的誕生以及當(dāng)代光纖的問(wèn)世就是典型的創(chuàng)新結(jié)果。我們?cè)诠饫w課程教學(xué)過(guò)程中，以歷史發(fā)展為主要脈絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解當(dāng)時(shí)的研究背景與歷程，認(rèn)識(shí)創(chuàng)新產(chǎn)生的細(xì)致過(guò)程，并培養(yǎng)學(xué)生理解、認(rèn)識(shí)前人的創(chuàng)新成果，為學(xué)習(xí)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。
三、分析創(chuàng)新能力培養(yǎng)
光纖課程的課堂講授中，在傳授知識(shí)的同時(shí)，特別關(guān)注一些學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)在當(dāng)年誕生時(shí)的創(chuàng)新。也就是說(shuō)，在課堂講授中從眾多知識(shí)點(diǎn)中仔細(xì)梳理出的前人的創(chuàng)新工作，并對(duì)這些創(chuàng)新工作的產(chǎn)生緣由進(jìn)行引導(dǎo)性研討，通過(guò)深入的發(fā)掘分析，探究前人的創(chuàng)新思想產(chǎn)生的思維方式與知識(shí)環(huán)境基礎(chǔ)等，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維并養(yǎng)成創(chuàng)新思維做好充分的鋪墊。
光纖課程中，講授到了光纖通信系統(tǒng)中，早期常用的光探測(cè)器是PN半導(dǎo)體光電二極管。但是，對(duì)于PN型光電二極管，從結(jié)構(gòu)分析上，介紹了它的耗盡層尺寸有限，導(dǎo)致接收光信號(hào)被結(jié)區(qū)以外的P或N區(qū)吸收。這時(shí)，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)因結(jié)區(qū)外的電場(chǎng)力很小而運(yùn)動(dòng)緩慢，這些電荷產(chǎn)生的微小電流將導(dǎo)致PN型光電二極管對(duì)入射光信號(hào)的響應(yīng)度降低，同時(shí)還額外產(chǎn)生了一定的時(shí)延，導(dǎo)致PN型光電二極管的上升時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，只能用于微秒量級(jí)一下的響應(yīng)系統(tǒng)。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)谡n堂上提出了一些討論問(wèn)題：“前人是如何解決的呢？”，“如果是我們面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有沒(méi)有什么解決方案？”。然后，再陳述前人的解決方案，介紹PIN型光電二極管，通過(guò)增加一層本征半導(dǎo)體材料，擴(kuò)大了耗盡區(qū)，使得入射光充分照射在耗盡區(qū)內(nèi)，而且絕緣特性使得絕大部分二極管電壓落在這一層，因而其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)非常強(qiáng)。最終，PIN管的檢測(cè)效率與響應(yīng)速度都得到的明顯的改進(jìn)。這個(gè)創(chuàng)新的改進(jìn)在于接收光結(jié)構(gòu)增大改進(jìn)以及絕緣材料上的壓降特性應(yīng)用的成果。一方面是問(wèn)題出現(xiàn)，牽引人們思考如何解決問(wèn)題，另一方面，人們充分認(rèn)識(shí)了解決問(wèn)題的手段并掌握了相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)理論且進(jìn)行了靈活運(yùn)用。
通過(guò)課堂上的創(chuàng)新過(guò)程介紹分析闡述，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，不斷的考慮換位思考解決問(wèn)題的方法，仔細(xì)分析前人的創(chuàng)新思維流的前因后果，進(jìn)而養(yǎng)成勤學(xué)多想的思維習(xí)慣，為自身的創(chuàng)新思維養(yǎng)成做好基本的準(zhǔn)備。
三、發(fā)展探索創(chuàng)新能力培養(yǎng)
我們的課堂不僅僅是傳授知識(shí)、分析問(wèn)題的課堂，也是與青年大學(xué)生共同探索新知識(shí)、創(chuàng)新技術(shù)的平臺(tái)。傳授知識(shí)的目的就是要學(xué)生掌握知識(shí)并學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)，更為重要的是，在傳授知識(shí)的同時(shí)，我們要引導(dǎo)學(xué)生探索新世界、發(fā)展新世界，培養(yǎng)學(xué)生具有濃厚的探索興趣與基本的創(chuàng)新能力。如何培養(yǎng)發(fā)展探索創(chuàng)新能力，問(wèn)題本身就始終是人類不斷探索發(fā)展的課題。我們對(duì)此在課堂教學(xué)中進(jìn)行了一系列的嘗試性探索，著力引導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新型人才的方向不斷的努力。
光纖技術(shù)類課程在近年來(lái)受到了全國(guó)眾多高校的重視，相應(yīng)的課程也紛紛建設(shè)起來(lái)并逐漸走向成熟。光纖通信領(lǐng)域的巨大成就一方面給光纖類課程教學(xué)提供了充分的題材，另一方面也仍然存在著很多未知的、誘人的難題等待人們的破解。這為我們的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中努力培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)展探索創(chuàng)新能力提供了充分的土壤。
高速光纖通信所面臨的重要問(wèn)題就是如何擴(kuò)容再擴(kuò)容?，F(xiàn)有光纖的色散問(wèn)題、非線性問(wèn)題成為限制光纖通信高速大容量的重要瓶頸之一。就此，我們?cè)谡n堂上大膽進(jìn)行了無(wú)限制的討論。結(jié)合非線性四波混頻問(wèn)題，同學(xué)們指出了色散可以影響四波混頻的成立條件。對(duì)于高功率脈沖傳輸，同學(xué)們建議是否可以嘗試不同波長(zhǎng)復(fù)用的脈沖在時(shí)間上交叉復(fù)用。諸如此類的問(wèn)題討論，使得課堂氣氛熱烈。這里討論的問(wèn)題是否能夠有效或充分達(dá)到應(yīng)用需求無(wú)需探究，但是，討論的學(xué)習(xí)效果明顯大大超過(guò)了簡(jiǎn)單的單向型知識(shí)傳授的效果?？梢?jiàn)，研討教學(xué)本身尤其結(jié)合著探索創(chuàng)新能力培養(yǎng)的深度目標(biāo)，將大大有助于大學(xué)本科專業(yè)知識(shí)教育與學(xué)術(shù)領(lǐng)域引進(jìn)的教育目標(biāo)的高效快速達(dá)成。
四、創(chuàng)新能力培養(yǎng)教育不能是無(wú)本之木
教學(xué)與研討組成的創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)平臺(tái)是大學(xué)教育的追求與近年來(lái)各個(gè)高校的建設(shè)目標(biāo)。本文提出了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新、分析創(chuàng)新、探索創(chuàng)新的三步走教學(xué)實(shí)踐路線圖，對(duì)創(chuàng)新教學(xué)具有一定的借鑒意義。但是，我們必須清醒的認(rèn)識(shí)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)不能是口號(hào)，更不能是無(wú)本之木、無(wú)水之源。
創(chuàng)新能力培養(yǎng)本身是創(chuàng)新思維邏輯的養(yǎng)成，但創(chuàng)新能力培養(yǎng)更為重要的基石就是充分的基礎(chǔ)知識(shí)。只有學(xué)好、掌握好并能夠運(yùn)用好人類浩瀚知識(shí)中的一粟，才能在創(chuàng)新思維火花閃亮的時(shí)刻，點(diǎn)燃積累的知識(shí)，照亮通向創(chuàng)新成就的大道。
光纖技術(shù)教學(xué)中，創(chuàng)新能力三步走培養(yǎng)的過(guò)程中，我們不斷強(qiáng)調(diào)學(xué)生做好創(chuàng)新必需的準(zhǔn)備，那就是學(xué)好光纖技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。創(chuàng)新成就、輝煌時(shí)刻永遠(yuǎn)是留給99%的做好了充分準(zhǔn)備的人以及1%的上帝的寵兒。我們是上帝的寵兒?jiǎn)?？所以我們還是努力做好充分的準(zhǔn)備吧。
五、結(jié)束語(yǔ)
本文綜合介紹了光纖技術(shù)課程的作用與當(dāng)前大環(huán)境下的重要地位，發(fā)掘其在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)創(chuàng)新思維的作用，提出了認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新、分析創(chuàng)新并探索發(fā)展創(chuàng)新的創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)三步走的基本思路，并特別強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新必然源于強(qiáng)大的知識(shí)背景與靈活的創(chuàng)新思維邏輯。希望本文初步的創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)研討為中國(guó)大學(xué)本科專業(yè)課程教學(xué)中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供一定借鑒。
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作者簡(jiǎn)介
關(guān)鍵詞：光纖 通信 信息 技術(shù)
光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào),以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。光導(dǎo)纖維通信簡(jiǎn)稱光纖通信?？梢园压饫w通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實(shí)際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖,而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,光纖通信技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視,并逐步地開(kāi)始普及。究竟什么是光纖通信呢？簡(jiǎn)單地說(shuō),光纖通信就是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。和以往的通信方式不?光纖的材料是玻璃的,因其是電氣絕緣體,不需要擔(dān)心接地回路,所以光纖之間的串繞非常小;光纖通信系統(tǒng)的通信載體是光波,它的頻率要比以往的電波高得多,再加上光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多,光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍,光纖的芯很細(xì),由多芯組成光纜的直徑也很小,因此光纖通信的傳輸系統(tǒng)所占空間較小,很好地解決了地下管道擁擠的問(wèn)題;另外,光波在光纖中傳輸,還不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽(tīng),可謂好處多多。
1、光纖通信的發(fā)展歷程
1966年,美籍華人高錕同霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文,這篇論文具有劃時(shí)代的意義,它奠定了利用光纖進(jìn)行通信的基礎(chǔ),指明了利用光纖進(jìn)行通信的可能性。1970年,美國(guó)康寧公司成功了研制出了損耗20dB/km的石英光纖。促使光纖通信研究的進(jìn)一步發(fā)展。1976年,NTT公司繼續(xù)將光纖損耗度降低,達(dá)到了0.47dB/km。1977年,美國(guó)首先推出了用多模光纖進(jìn)行光纖通信實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年,實(shí)現(xiàn)了第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年,實(shí)現(xiàn)了第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代后期,實(shí)現(xiàn)了第四代光纖通信系統(tǒng)。而后,利用光波分復(fù)用提高速率,利用光波來(lái)增長(zhǎng)傳輸距離的系統(tǒng),即第五代光纖通信系統(tǒng)。
2、光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)
2.1 大容量、高速度
光纖通信的第一特點(diǎn)就是容量大,光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,雖然現(xiàn)在的單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì),但是經(jīng)過(guò)一系列的技術(shù)處理,單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量也在大幅增加,目前,光纖的傳輸速率一般在2.5Gbps 到10Gbps,還有很大的擴(kuò)展空間。
2.2 損耗低
和以往的任何傳輸方式相比,光纖傳輸?shù)膿p耗都是最低的,目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,隨著科技的進(jìn)步,將來(lái)采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖,那么,它的損耗可能更低,這就意味著通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無(wú)中繼距離,這無(wú)疑就減少了中繼站數(shù)目,成本也就可以大幅降下來(lái)。
2.3 保密性好
大家都知道,電波傳輸時(shí)容易出現(xiàn)電磁波的泄漏,保密性差,而光波在光纖中傳輸,光信號(hào)被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中,泄漏的射線則被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收,不會(huì)出現(xiàn)泄漏,因而光纖通信不會(huì)造成串音,也不會(huì)被竊聽(tīng),保密性非常好。
2.4 抗電磁干擾能力強(qiáng)
光纖材料由石英制成的,不僅絕緣性好,抗腐蝕,更重要的是抗電磁干擾能力強(qiáng),它既不受雷電、電離層和太陽(yáng)黑子的變化和活動(dòng)的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,可以與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜,也特別適合于軍事應(yīng)用。
另外,光纖還有很多其他的優(yōu)點(diǎn),比如光纖徑細(xì)、輕柔、易于鋪設(shè),其原料資源豐富,成本低,其自身溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)等等,這些特點(diǎn)決定了光纖將在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
3、光纖通信技術(shù)的應(yīng)用
3.1 光纖通信技術(shù)的分類
(1)光纖傳感技術(shù)。因?yàn)楣饫w傳感器具有耐腐蝕、寬頻帶、防爆性、體積小、耗電少的優(yōu)點(diǎn),所以其可分為功能型傳感器和非功能型傳感器;(2)波分復(fù)用技術(shù)。根據(jù)每一信道光波的頻率不同,利用單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大寬帶資源,可以將光纖的低損耗窗口劃分成為若干個(gè)信道,采用分波器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離;(3)光纖接入技術(shù)。光纖接入技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,已經(jīng)應(yīng)用到千家萬(wàn)戶。光纖接入技術(shù)不僅僅可以解決窄帶的業(yè)務(wù),也可以解決多媒體圖像等業(yè)務(wù)。
3.2 光纖通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
現(xiàn)今,我國(guó)的光纖通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,尤其是廣播電視網(wǎng)、電信干線傳輸網(wǎng)、電力通信網(wǎng)等發(fā)展極其迅速,使得對(duì)于光纖光纜的需求量急劇地增加。因?yàn)閺V電綜合信息網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)的復(fù)雜難度的提升,讓我們?cè)趯?duì)于全網(wǎng)的管理和維護(hù)以及設(shè)備故障的判定等問(wèn)題上存在著很大的難度。為了解決以上存在的問(wèn)題,采用了ATM+或者是SDH+光纖組成寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)傳輸網(wǎng),我們可以采用環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng),也可以采用鏈路系統(tǒng)或者是用它們組成的各種不同形式滿足不同需要的符合網(wǎng)絡(luò)。我們可以采用寬帶傳輸系統(tǒng),可以將通道設(shè)置為廣播的方式,這樣的話,可以讓人們?cè)谌魏蔚胤蕉伎梢詫?duì)同樣的電視節(jié)目進(jìn)行下載,也可以讓工作人員對(duì)下載的權(quán)限進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置,更有利于管理。在全國(guó)各地目前已經(jīng)具有基本規(guī)模的有線電視網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,寬帶多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)是比較容易實(shí)現(xiàn)的。我們可以通過(guò)數(shù)據(jù)通道或者是電信網(wǎng)中的語(yǔ)音通道來(lái)形成上行信號(hào),也可以通過(guò)語(yǔ)音接入系統(tǒng)來(lái)完成上行信號(hào)的傳送。
4、光纖通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
4.1 向超高速、超大容量發(fā)展
目前10Gbps系統(tǒng)已開(kāi)始大批量裝備網(wǎng)絡(luò),在理論上,基于時(shí)分復(fù)用的高速系統(tǒng)的速率還有望進(jìn)一步提高,例如在實(shí)驗(yàn)室傳輸速率已能達(dá)到4OGbps,然而,采用電的時(shí)分復(fù)用來(lái)提高傳輸容量的作法已經(jīng)接近硅和鎵砷技術(shù)的極限,電的40Gbps系統(tǒng)在性能價(jià)格比及在實(shí)用中是否能成功也還是個(gè)未知因素,可以說(shuō)采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％,99％的資源尚待發(fā)掘。于是人們將目光轉(zhuǎn)向波分復(fù)用,采用波分復(fù)用系統(tǒng)可以將光纖容量迅速擴(kuò)大幾倍乃至上百倍,可以大大降低成本,可以方便快捷的引入寬帶新業(yè)務(wù),有望實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng),基于此,近幾年波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速,預(yù)計(jì)不久實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。
4.2 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展
盡管波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)有諸多好處,但依舊是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng),其靈活性和可靠性還不夠理想,如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH 在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無(wú)疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路,光的分插復(fù)用器（OADM）和光的交叉連接設(shè)備（OXC）均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功,并已投入商用。實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是:(1)實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò);(2)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性,允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng);(3)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性,達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的;(4)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性,允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào);(5)實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù),恢復(fù)時(shí)間可達(dá)100ms。光聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展將對(duì)21世紀(jì)的中國(guó)產(chǎn)生重要的影響。
4.3 新一代的光纖
近幾年來(lái)隨著IP 業(yè)務(wù)量的爆炸式增長(zhǎng),傳統(tǒng)的單模光纖已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì),目前已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖（G.655光纖）和無(wú)水吸收峰光纖（全波光纖）。
4.3.1 新一代的非零色散光纖
非零色散光纖（G.655光纖）的基本設(shè)計(jì)思想是在1550 窗口工作波長(zhǎng)區(qū)具有合理的較低色散,足以支持10Gbps的長(zhǎng)距離傳輸而無(wú)需色散補(bǔ)償,從而節(jié)省了色散補(bǔ)償器及其附加光放大器的成本;同時(shí),其色散值又保持非零特性,具有一起碼的最小數(shù)值（如2ps/（nm.km）以上）,足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)非線性影響,適宜開(kāi)通具有足夠多波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng),同時(shí)滿足TDM和DWDM兩種發(fā)展方向的需要。
4.3.2 全波光纖
與長(zhǎng)途網(wǎng)相比,城域網(wǎng)面臨更加復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)環(huán)境,要直接支持大用戶,因而需要頻繁的業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)和帶寬管理能力,顯然開(kāi)發(fā)具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關(guān)鍵。全波光纖就是在這種形勢(shì)下誕生的,全波沒(méi)有了水峰,光纖可以開(kāi)放第5 個(gè)低損窗口,從而使可復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)大大增加,使元器件特別是無(wú)源器件的成本大幅度下降,從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本;另外上述波長(zhǎng)范圍內(nèi),光纖的色散僅為1550nm 波長(zhǎng)區(qū)的一半,因而,容易實(shí)現(xiàn)高比特率長(zhǎng)距離傳輸。
5、結(jié)語(yǔ)
在新世紀(jì)的信息技術(shù)發(fā)展中,光纖通信技術(shù)將成為重要的支撐平臺(tái),光纖通信也將成為未來(lái)通信發(fā)展的主流,光纖通信有著巨大的潛力等待人們的開(kāi)發(fā)。
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[關(guān)鍵詞]集輸 安全 技術(shù)
中圖分類號(hào)：TE832.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）19-0383-01
引言：管道運(yùn)輸因具有高能高壓、易燃易爆、有毒有害、連續(xù)作業(yè)、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)。在使用過(guò)程中易發(fā)生因腐蝕、第三方破壞或超壓等因素塑造成的泄露或管道破裂事故。導(dǎo)致人身傷害、設(shè)施破壞和環(huán)境污染等嚴(yán)重后果。因此加強(qiáng)安全管理具有重要意義。
1 油氣管道的事故分析
大慶油田油氣管道失效的主要原因?yàn)楦g、外部影響和材料缺陷。國(guó)外輸氣管道1000km的年事故發(fā)生率隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，而我國(guó)油氣管道的事故率遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。
管道由于投產(chǎn)至終結(jié)其事故率一般遵循浴盆曲線，所謂浴盆曲線是曲線呈浴盆狀在管道投產(chǎn)初期因設(shè)計(jì)、施工、管材、設(shè)備等諸方面的缺陷導(dǎo)致事故率較高，每1000km的年事故發(fā)生率為5次左右，該階段通常持續(xù)半年到2年。管道正常營(yíng)運(yùn)期事故少而平穩(wěn)，該階段的事故多為管道受腐蝕及外力破壞所致，每1000km的年事故率約為2次左右，一般持續(xù)到15到20年，管道老化階段由于管道內(nèi)磨損及內(nèi)腐蝕加劇，事故明顯上升，其每1000km的年事故發(fā)生率一般在2次以上，而且事故發(fā)生有意外性，修復(fù)也困難。
2 油氣管道安全預(yù)警技術(shù)
為了有效的遏制日益猖獗的針對(duì)管道的破壞，防止非法開(kāi)挖和第三方破壞，同時(shí)在來(lái)實(shí)施清理前，將管道沿線的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)起來(lái)，對(duì)管道實(shí)施有效的保護(hù)，必須采用技術(shù)監(jiān)控手段進(jìn)行預(yù)警，目前的人工巡線，不可避免的存在密度、頻度及人員問(wèn)題，必須建立起有效的技術(shù)防御手段，保證管通實(shí)時(shí)處于受控狀態(tài)，管道管理部門可以隨時(shí)掌握管道沿線信息。
2.1 光纖預(yù)警技術(shù)
為了傳輸管道的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在管道建設(shè)期與管道同溝敷設(shè)了一條光纜，光纖管道預(yù)警系統(tǒng)利用其中冗余的三根單膜光纖構(gòu)成基于mach-zehnder光纖干涉儀原理的分布式震動(dòng)信號(hào)傳感器，采集管道沿途的震動(dòng)信號(hào)。
光源發(fā)出的光在光纜中傳播，管道沿線管道威脅時(shí)間產(chǎn)生的異常震動(dòng)信號(hào)被光纖感知使其中傳播的光波被調(diào)制，收到調(diào)制的光信號(hào)傳到光源及光電檢測(cè)系統(tǒng)。被光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，隨后通過(guò)放大和濾波電路隊(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理和分析。計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行特提取、模式識(shí)別將管道威脅事件和管道沿線的行人、車輛通過(guò)等背景噪聲分開(kāi)，對(duì)打孔盜油，機(jī)械挖掘等管道威脅事件進(jìn)行報(bào)警和定位。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中困石油港濟(jì)棗等多條管線投入進(jìn)行，成功的發(fā)現(xiàn)和定位了多起第三方對(duì)于管道的破壞，對(duì)管道巡護(hù)提供了指導(dǎo)，切實(shí)保衛(wèi)了管道安全。該技術(shù)一套設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)60km左右的管道安全預(yù)警，無(wú)需在管道沿線增加任何設(shè)備。運(yùn)營(yíng)成本低，具有很高的推廣價(jià)值。
2.2 聲波預(yù)警技術(shù)
由于很多在役管道已經(jīng)運(yùn)行三十多年，在管道建設(shè)期沒(méi)有同溝敷設(shè)光纜。如果重新開(kāi)挖設(shè)光纜無(wú)論從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都不可行，因此光纖管道預(yù)警技術(shù)只適合于近年新建的和即將修建的油氣管道的安生預(yù)警。對(duì)于在役的沒(méi)有同溝敷設(shè)光纜的管道，通過(guò)檢測(cè)管道上傳播的聲波信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的安全預(yù)警。
油氣管道由于打孔盜油，第三方開(kāi)挖等原因受到破壞時(shí)，刮除防腐層、焊接盜油卡子、安裝閥門、打孔等外力撞擊活動(dòng)引起管壁震動(dòng)，這一震動(dòng)沿著管壁向兩側(cè)傳播。由于傳播衰減、管道結(jié)臘、管道外土層吸收、拱跨、彎頭等等的阻尼作用，只有特定頻率成分的波才能傳播較遠(yuǎn)距離，而且不同的事件引發(fā)的管道振動(dòng)模式各不相同。因此通過(guò)檢測(cè)特定成分的管道振動(dòng)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道破壞事件的檢測(cè)。
目前該技術(shù)已始在中國(guó)石油秦京、鐵大等多條管道的打孔盜油、非法開(kāi)挖等第三方破壞高發(fā)區(qū)的管道安全預(yù)警。該技術(shù)的投入使用已發(fā)現(xiàn)了多起針對(duì)管道的破壞事件，有效的保證了管道的安全，成為管道安全監(jiān)測(cè)的重要工具。
2.3 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)
滑坡的存在時(shí)管道運(yùn)行的重要安全隱患。對(duì)滑坡及其影響下的管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警是一種有效的、低成本的管道滑坡災(zāi)害防治方式。光纖光柵傳感技術(shù)具有精度高、抗干擾、抗惡劣環(huán)境影響的特點(diǎn)。對(duì)監(jiān)測(cè)管道滑坡有良好的適用性，還沒(méi)有報(bào)道。
該技術(shù)通過(guò)在管道地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)安裝特別設(shè)計(jì)的光纖光柵傳感器陣列。實(shí)現(xiàn)對(duì)管道滑坡區(qū)的表部位移、深部位移、管體應(yīng)變及管土界面推力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及常規(guī)的降雨量監(jiān)測(cè)、高精度GPS位移監(jiān)測(cè)，有效的實(shí)現(xiàn)了區(qū)域多參數(shù)，多物理量的聯(lián)合監(jiān)測(cè)。同時(shí)還建立了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)，利用管道土體相互作用的數(shù)據(jù)模型定量分析土體移動(dòng)對(duì)管道的影響，從而確定不等危險(xiǎn)程度下各檢測(cè)量的閾值。當(dāng)某檢測(cè)量超過(guò)其閾值時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警，提醒管道管理人員對(duì)該移動(dòng)區(qū)采取減緩措施。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的應(yīng)用在蘭成渝管道滑坡區(qū)的安全監(jiān)測(cè)，并在汶川大地震中成功的檢測(cè)了滑坡及管道的變形情況，為管道搶修提供了決策支持。
2.4 地震檢波器預(yù)警技術(shù)
人員、車輛等目標(biāo)在地面上運(yùn)動(dòng)，對(duì)地面來(lái)說(shuō)就是目標(biāo)對(duì)地面施加以一定的激勵(lì)，對(duì)于非剛體的地球介質(zhì)的變形，變形在地球介質(zhì)中傳播即形成地震波。有效的檢測(cè)管道沿線相應(yīng)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的地震波，對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行分析和處理就可以有效的將管道沿線監(jiān)控起來(lái)，使用模式識(shí)別技術(shù)等現(xiàn)代人工智能技術(shù)，可以將人工挖掘、機(jī)械的非法開(kāi)挖以及各種第三方破壞區(qū)別開(kāi)來(lái)，因此對(duì)管道沿線地震波的監(jiān)測(cè)和分析，可以對(duì)管道實(shí)施有效的保護(hù)和監(jiān)控。
該技術(shù)通過(guò)在管道沿線埋設(shè)地震檢波器，監(jiān)測(cè)管道沿線機(jī)械開(kāi)挖、打孔盜油等人為、機(jī)械活動(dòng)產(chǎn)生的地震動(dòng)信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)預(yù)處理單元對(duì)采集的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)。中央處理單元通過(guò)三角定位法實(shí)現(xiàn)對(duì)管道威脅事件的定位，并啟動(dòng)智能分析系統(tǒng)，濾除管道沿線正常的震動(dòng)信息，對(duì)管道保護(hù)區(qū)域內(nèi)的機(jī)械開(kāi)挖等威脅事件進(jìn)行分類報(bào)警和定位?；诠╇娂巴ㄐ欧矫娴脑颍撓到y(tǒng)適合于管道重點(diǎn)區(qū)段的安全監(jiān)控。
目前已經(jīng)在多條重要管道的重要跨越段部署地震檢波器矩陣，實(shí)現(xiàn)管道跨越重點(diǎn)河流的安全監(jiān)控，有效的避免了管道遭到破壞后對(duì)河流的污染產(chǎn)生的次生災(zāi)害。
2.5 預(yù)警技術(shù)總結(jié)
油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施有效的保證了管道安全出去受控狀態(tài)。通過(guò)對(duì)不同的管道應(yīng)該結(jié)合管道的實(shí)際情況部署不同的管道安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
對(duì)于一條具體的管道進(jìn)行安全預(yù)警技術(shù)及體系的部署首先應(yīng)該在對(duì)管道進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，獲得管道與河流、各級(jí)公路、鐵路伴行或穿越的情況；管道距離村莊、學(xué)校、工廠的情況；管道沿線的土壤情況，管道沿線的地表占?jí)?，農(nóng)民耕作情況；管道沿線地質(zhì)災(zāi)害的情況；管道沿線是否有同溝鋪設(shè)的光纜及光纜的成纜方式。在完成管道沿線情況分析之后，根據(jù)管道需要保護(hù)的情況結(jié)合制定管道的安全預(yù)警方案。
3 油氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展與展望
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)東部和西部地區(qū)油氣田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和國(guó)外油氣資源的引進(jìn)，我國(guó)的油氣管道輸送技術(shù)有了很大的發(fā)展，本論文對(duì)于管道輸送安全技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析與總結(jié)。對(duì)于管道的安全防護(hù)技術(shù)，我們也期待著防治技術(shù)能夠更加完善，減少人員傷亡，更好的實(shí)現(xiàn)油氣管道的運(yùn)輸。隨著油氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展，也有不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)，其中包括多相混輸技術(shù)，高凝原油儲(chǔ)存技術(shù)及石油物流配送方法等，我們期待著越來(lái)越多的油氣管道技術(shù)的涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)管道技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。
【論文摘要】：機(jī)電一體化是一種復(fù)合技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文簡(jiǎn)述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成和主要應(yīng)用領(lǐng)域，并指出其發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：
（一）機(jī)械本體技術(shù)
機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬?gòu)?fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術(shù)
傳感器的問(wèn)題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢(shì)。對(duì)外部信息傳感器來(lái)說(shuō)，目前主要發(fā)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。
（三）信息處理技術(shù)
機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。
（四）驅(qū)動(dòng)技術(shù)
電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問(wèn)題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。
（五）接口技術(shù)
為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開(kāi)發(fā)低成本、高速串行的接口，來(lái)解決信號(hào)電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。
（六）軟件技術(shù)
軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
（一）數(shù)控機(jī)床
數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。
2、開(kāi)放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實(shí)現(xiàn)二、三維加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。
4、大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。
5、能實(shí)現(xiàn)多過(guò)程、多通道控制，即具有一臺(tái)機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺(tái)和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測(cè)、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。
6、系統(tǒng)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。
7、以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。
（二）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）
CIMS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，而是全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來(lái)控制“物流”和“信息流”，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。
（三）柔性制造系統(tǒng)（FMS）
柔性制造系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。
（四）工業(yè)機(jī)器人
第1代機(jī)器人亦稱示教再現(xiàn)機(jī)器人，它們只能根據(jù)示教進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工作環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性；第2代機(jī)器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理、分析，做出一定的判斷，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級(jí)智能，已開(kāi)始走向?qū)嵱没?；?代機(jī)器人即智能機(jī)器人，具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)，與第5代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切。
三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景
縱觀國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，機(jī)電一體化將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：
（一）智能化
智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化的主要區(qū)別之一，也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動(dòng)。
（二）系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意的剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強(qiáng)，一般除RS232等常用通信方式外，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。
（三）微型化
微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機(jī)電一體化的一個(gè)新的發(fā)展方向。國(guó)外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過(guò)1cm3，并正向微米、納米級(jí)方向發(fā)展。由于微機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，可進(jìn)入一般機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間并易于進(jìn)行精細(xì)操作，故在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國(guó)防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，它需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
（五）網(wǎng)絡(luò)化
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。
（六）綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時(shí)也使資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或危害極小，資源利用率極高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢時(shí)能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。
綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開(kāi)辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。
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（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083）
摘要：農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，日新月異的信息化技術(shù)成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要力量。農(nóng)業(yè)信息化按生產(chǎn)過(guò)程分為了產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的信息化，產(chǎn)中信息化是其中極其復(fù)雜重要的一個(gè)過(guò)程，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程信息化、生長(zhǎng)過(guò)程信息化以及產(chǎn)品管理信息化3 個(gè)方面出發(fā)，詳細(xì)論述了農(nóng)業(yè)產(chǎn)中信息化的3 個(gè)主要環(huán)節(jié)及其辯證關(guān)系，對(duì)于厘清農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展進(jìn)程、加快農(nóng)業(yè)科技運(yùn)用于農(nóng)田實(shí)踐具有促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞 ：農(nóng)業(yè)產(chǎn)中信息化；生產(chǎn)過(guò)程信息化；生長(zhǎng)過(guò)程信息化；產(chǎn)品管理信息化
中圖分類號(hào)：S-9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2013-0132
基金項(xiàng)目：國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃——現(xiàn)代村鎮(zhèn)服務(wù)業(yè)技術(shù)集成示范(2006BAJ07B09)。
第一作者簡(jiǎn)介：高萬(wàn)林，男，1965 年出生，四川廣元人，教授，博士，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)。通信地址：100083 北京市海淀區(qū)清華東路17 號(hào)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)信息與電氣工程學(xué)院，Tel：010-62736755，E-mail：gaowlin@cau.edu.cn。
收稿日期：2013-03-26，修回日期：2015-04-23。
Analysis and Discussion of Agriculture Informatization in Mid Production Process
Gao Wanlin, Zheng Yuan, Tao Hongyan, Li Peipei, Hu Hui(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083)Abstract: Agriculture is the foundation of the national economy. Incessant changes in information technologyare the important role of promoting agriculture development. According to the production process, agriculturalinformation is divided into pre-production, mid-production, and post-production informationization and midproductioninformationization is extremely complex and important. This article discusses the implementationprocess of agriculture informatization in mid- production process from the above three aspects and theirdialectical relationship. This study helps to clarify the process of development of agriculturalinformationization and speed up agricultural science and technology application in agricultural practices.Key words: Agriculture Mid-production Informatization; Production Process Informatization; Growth Process
Informatization; Agricultural Products Management Informatization
0 引言
中國(guó)農(nóng)業(yè)的信息化水平還很低，尤其在農(nóng)業(yè)信息資源的開(kāi)發(fā)利用方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，作為農(nóng)業(yè)信息化重要內(nèi)容的計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上處于低水平。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)總量不足，容量普遍較小，標(biāo)準(zhǔn)化程度很低，互通互聯(lián)操作的比例也很低，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展不夠充分、平穩(wěn)，沒(méi)有形成生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理支持系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)宏觀調(diào)控的完整體系[1]。農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)，信息交流方式落后，信息時(shí)效性差。信息人才比較缺乏，特別是缺乏既懂農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)又懂現(xiàn)代信息技術(shù)的高級(jí)人才[2]。信息技術(shù)產(chǎn)品和信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)化水平低，不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)信息的需求。
當(dāng)代世界正由工業(yè)化向信息化時(shí)代邁進(jìn)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、光纖和衛(wèi)星通信技術(shù)的帶動(dòng)下，信息化浪潮席卷全球。農(nóng)業(yè)是生產(chǎn)生命物質(zhì)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基本產(chǎn)業(yè)，是受自然因素與社會(huì)諸多因素制約的弱質(zhì)型產(chǎn)業(yè)，因此這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)格外需要信息及信息技術(shù)的支持[3-4]。農(nóng)業(yè)信息化就是培育、發(fā)展以計(jì)算機(jī)為主的智能化工具為代表的新的生產(chǎn)力，并使之應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的過(guò)程[5]。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是包含農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后一體化經(jīng)營(yíng)的大農(nóng)業(yè)概念。農(nóng)業(yè)信息化按其生產(chǎn)過(guò)程可分為：產(chǎn)前信息化、產(chǎn)中信息化、產(chǎn)后信息化，筆者在此主要討論的是產(chǎn)中信息化，產(chǎn)中信息化就是在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用信息技術(shù)從而提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率和管理效率，包括生產(chǎn)過(guò)程、生長(zhǎng)過(guò)程以及產(chǎn)品管理的信息化（見(jiàn)圖1）。
1 生產(chǎn)過(guò)程信息化
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程信息化是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域信息化，包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施信息化、農(nóng)業(yè)技術(shù)操作全面自動(dòng)化及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程的信息化，是農(nóng)業(yè)信息化的重要內(nèi)容之一[6-7]。生產(chǎn)過(guò)程的信息化包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的方方面面，從耕地、播種，到采摘、包裝等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控管理，對(duì)種植養(yǎng)殖的全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格記錄[8]。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化改造和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。信息技術(shù)包括專家系統(tǒng)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、衛(wèi)星遙感系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等[9]，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)使宏觀性農(nóng)業(yè)資源環(huán)境的檢測(cè)管理更加準(zhǔn)確、可以及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行氣象和病蟲(chóng)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、可以在網(wǎng)上進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品買賣，可以使農(nóng)作物播種、施肥、灌溉、噴藥等更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確，使農(nóng)作物達(dá)到增產(chǎn)增收的效果[10-11]。
從信息化的角度對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行電子化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等形式的監(jiān)控與管理，有效地將生產(chǎn)過(guò)程各階段的信息加以采集和，對(duì)于確保農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)具有重要作用[12]。生產(chǎn)過(guò)程的信息化能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，改變勞動(dòng)力就業(yè)結(jié)構(gòu)[13]。
1.1 農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施信息化
農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施信息化包括農(nóng)田基本建設(shè)信息化；農(nóng)產(chǎn)品的儲(chǔ)存內(nèi)部環(huán)境因素變化的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制等完全使用計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)運(yùn)行；畜禽柵舍飼養(yǎng)環(huán)境的測(cè)控和運(yùn)作完全實(shí)行自控或遙控等。經(jīng)過(guò)30 年以上的發(fā)展，中國(guó)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施信息化建設(shè)已初見(jiàn)成效。截至2010 年底，電信網(wǎng)已基本覆蓋全國(guó)，農(nóng)村電視機(jī)普及超過(guò)了100 臺(tái)/百戶，電話接通率已覆蓋全國(guó)所有行政村；數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)發(fā)展迅速，已建設(shè)大型涉農(nóng)數(shù)據(jù)庫(kù)100 多個(gè)，占世界涉農(nóng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)總數(shù)的10%左右，引入了世界4 個(gè)大型農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)[14-15]。
1.2 農(nóng)業(yè)技術(shù)操作全面信息化
農(nóng)業(yè)技術(shù)操作全面信息化包括農(nóng)作物栽培管理的自動(dòng)化、農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治信息化、畜禽飼養(yǎng)管理的信息化和自動(dòng)化等。利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的手段[16]，根據(jù)作物生長(zhǎng)情況和土壤肥力的空間差異，調(diào)節(jié)作物管理，實(shí)時(shí)診斷耕地和作物長(zhǎng)勢(shì)，在充分了解大田生產(chǎn)力的空間變異的基礎(chǔ)上，以平衡地力、提高產(chǎn)量為目標(biāo)，實(shí)施定位、定量的精準(zhǔn)田間管理，實(shí)現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)；借助于農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)[17-18]中相關(guān)資料的全面性和專業(yè)性，啟用系統(tǒng)中農(nóng)作物栽培及生產(chǎn)管理系統(tǒng)、病蟲(chóng)害防治系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。
1.3 農(nóng)業(yè)管理信息化
農(nóng)業(yè)管理信息化。一是覆蓋縣、鄉(xiāng)、村的信息網(wǎng)絡(luò)，保證及時(shí)了解市場(chǎng)、政策信息；二是研發(fā)適合區(qū)域農(nóng)業(yè)情況的計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)象、過(guò)程進(jìn)行模擬等；三是通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)作為渠道，獲取先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，達(dá)到合理利用農(nóng)業(yè)資源，降低生產(chǎn)成本，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)品和質(zhì)量的目的。
利用虛擬農(nóng)業(yè)的手段模擬農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)組織的流程，并根據(jù)模擬的結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，降低生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)效率。
2 生長(zhǎng)過(guò)程信息化
生長(zhǎng)過(guò)程的信息化是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中生物的生、老、病、死整個(gè)過(guò)程進(jìn)行的信息化。生長(zhǎng)過(guò)程涵蓋了從作物從播種發(fā)芽開(kāi)始到收獲結(jié)果的過(guò)程，牲畜甚至農(nóng)業(yè)微生物的從孕育到死亡的過(guò)程，對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行信息化是一個(gè)長(zhǎng)期并且龐大的工程，同時(shí)它也與生產(chǎn)過(guò)程的信息化交織重疊，共同完成生產(chǎn)與生長(zhǎng)過(guò)程的信息化。
2.1 植物生長(zhǎng)過(guò)程信息化
采用地理信息技術(shù)、決策系統(tǒng)技術(shù)等，結(jié)合農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，如地形地貌、土壤類型、化肥農(nóng)藥使用情況等，繪制電子地圖，抽取化肥、水分等信息給專家支持系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)過(guò)程的信息化管理[19-20]。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，利用遙感技術(shù)和作物生長(zhǎng)模型，建立農(nóng)作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[21]。在作物生長(zhǎng)模型、遙感信息及氣象信息的主要農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與模型的輔助下，提高農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)的精細(xì)化程度，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)的多時(shí)效、定量化、全程性的測(cè)評(píng)與估產(chǎn)，提升作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的定量化和精細(xì)化水平[22]。
2.2 動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程信息化
包括畜禽育種及養(yǎng)殖過(guò)程、肉蛋奶生產(chǎn)過(guò)程、飼料生產(chǎn)過(guò)程、養(yǎng)殖場(chǎng)管理、疫情監(jiān)測(cè)及防治等，應(yīng)用集傳感器、智能監(jiān)測(cè)與控制、移動(dòng)通信等于一體的設(shè)施化養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程的信息化[19]。對(duì)畜禽生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)信息化和自動(dòng)化，通過(guò)埋置于家畜體內(nèi)的微型電腦及時(shí)發(fā)出家畜新陳代謝狀況，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算，判斷家畜對(duì)于飼養(yǎng)條件的要求，及時(shí)自動(dòng)輸送飼喂配方飼料，實(shí)現(xiàn)科學(xué)飼養(yǎng)；建立作物及牲畜的水肥營(yíng)養(yǎng)診斷系統(tǒng)，保證其充足的養(yǎng)料[23]。
3 產(chǎn)品管理信息化
農(nóng)產(chǎn)品管理的信息化，包括農(nóng)產(chǎn)品的收獲過(guò)程的智能化管理和利用信息技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行管理等。利用現(xiàn)代化手段統(tǒng)計(jì)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量并及時(shí)跟蹤其物流情況，如利用RFID 技術(shù)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量和信息的記錄統(tǒng)計(jì)，這也為下一階段產(chǎn)后信息化的實(shí)現(xiàn)做了較好的準(zhǔn)備工作。
中國(guó)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)產(chǎn)品管理顯得尤為重要，但是由于當(dāng)前客觀條件的制約，中國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品管理仍然處于嚴(yán)重滯后的水平。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升及信息化建設(shè)的完善，農(nóng)產(chǎn)品管理水平亟待提高，這就使得農(nóng)產(chǎn)品信息化和風(fēng)險(xiǎn)管理面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[24]。建立農(nóng)產(chǎn)品管理信息系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品分門別類，并進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量檢測(cè)，將所得的數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)并利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行共享，收集和加工管理過(guò)程中有關(guān)信息，為決策提供支持，給農(nóng)業(yè)管理帶來(lái)了高質(zhì)量、高效率、高效益。用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)幫助農(nóng)業(yè)計(jì)劃管理可以增加產(chǎn)值，減少管理費(fèi)用，減少消耗。同時(shí)，在財(cái)務(wù)管理、作物生產(chǎn)存儲(chǔ)管理及制定銷售計(jì)劃等方面提供了很大的幫助[25]。
4 結(jié)論與討論
產(chǎn)中信息化是農(nóng)業(yè)信息化的關(guān)鍵一環(huán)，直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展水平。生產(chǎn)過(guò)程信息化、生長(zhǎng)過(guò)程信息化和產(chǎn)品管理信息化是農(nóng)業(yè)信息化的3 個(gè)主要環(huán)節(jié)，三者緊密聯(lián)系、相互作用，又相互區(qū)別。生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)的首要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過(guò)程決定生長(zhǎng)過(guò)程的效果，生長(zhǎng)過(guò)程又反過(guò)來(lái)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最終結(jié)果就是農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和生長(zhǎng)過(guò)程的效果反映，可根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量高低、質(zhì)量好壞來(lái)評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程信息化和生長(zhǎng)過(guò)程信息化。加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的管理，有利于降低損耗和浪費(fèi)，促進(jìn)集約型農(nóng)業(yè)的發(fā)展。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程由于其時(shí)間跨度長(zhǎng)、不可預(yù)知的因素眾多，更需要信息化技術(shù)的輔助，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要保證。目前，數(shù)字技術(shù)、3S 技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)服務(wù)于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用使得農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)從依靠物質(zhì)投入轉(zhuǎn)移到依靠信息勞動(dòng)上來(lái)。產(chǎn)中信息化主要考慮如何通過(guò)信息技術(shù)科學(xué)種（養(yǎng)）以期達(dá)到最高產(chǎn)量和最佳品質(zhì)的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)適應(yīng)不同地區(qū)和不同領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)、環(huán)境智能控制系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、便攜式農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)等，加快農(nóng)業(yè)科技運(yùn)用于農(nóng)田實(shí)踐。積極利用現(xiàn)代信息技術(shù)，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)信息化的作用，積極推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。
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