雷达监控

雷达监控（精选六篇）

雷达监控篇1

煤仓是煤矿储煤和转运的容器。随着煤炭工业生产自动化程度的提高,大多数煤仓需要实时准确地测量其煤位变化和控制储煤量,根据其仓位的高低不仅可以预估产量,最重要的是可以减少事故的发生,如煤仓满仓后可能会造成带式输送机摩擦起火引起事故[1,2]。

目前,煤仓煤位测量主要以超声波测量方法为主,但超声波是机械波,需要以空气为传播介质,空气的温度、湿度等的变化会影响超声波的传播速度, 空气中的粉尘也将衰减超声波的传播信号;特别是煤仓落煤时产生大量的煤尘,对超声波有很强的吸收散射作用,影响测量结果,导致测量稳定性和可靠性较差。雷达测距发射的是电磁波,电磁波以光速传播,具有穿透力强、传播速度不受粉尘和蒸气等的影响、传播衰减小等特点。因此,雷达测距以其测量精度高、探测距离远和操作方便等优点,已广泛应用到军事、汽车、化工、测绘等行业中[3,4,5]。为此,笔者设计了一种矿用雷达物位监控装置,该装置通过物位传感器发射高频电磁波到被测物体,采用噪声阈值处理技术、滤波处理技术和虚假回波处理技术处理反射信号,实现了对物位的实时、高精度测量。

1装置设计

矿用雷达物位监控装置主要由物位传感器、物位监控主机和物位显示报警器组成。

1.1物位传感器

物位传感器测量原理依靠的是电磁波在煤颗粒上的漫反射。波长λ 和频率f具有如下关系:c= λf,c为电磁波传播速度(3×108m/s),频率越高, 波长越小,漫反射效果越好。为此设计时选用K波段26GHz电磁波作为发射波。物位传感器发射电磁波到被测物体,电磁波遇到被测物体后被反射,反射波被物位传感器接收,通过物位传感器信号处理单元对反射信号进行处理,即可得到真实物位值;物位传感器通过RS485总线将物位值传输给物位监控主机进行显示。

物位传感器天线发射端向距离为s的目标物体发射电磁波,经目标物体反射后被天线接收端接收。计天线发射到接收所用时间为t,则有

从式(1)可知,只要得到时间t,即可得到雷达距目标物体的距离。但在实际应用中由于工况的差异,会有不同程度的噪声信号混入真实的回波信号中,因而需要通过信号处理来识别出真实的回波信号。本文主要通过以下方法进行信号处理。

1.1.1噪声阈值处理技术

理想背景下的回波曲线如图1所示,混入噪声后的回波曲线如图2所示。为降低噪声对真实信号的影响,在信号处理时加入噪声阈值曲线,只有高于噪声阈值曲线的信号才认为是有效的回波信号。通过这种方法可以有效地抑制噪声干扰。

1.1.2信号滤波处理技术

在测量过程中,有可能存在一些随机干扰,为实现测量的精确可靠,对信号进行中值平均滤波处理, 信号滤波处理流程如图3所示。

传感器实时采集物位信号,当测量数据达到20组时开始进行中值平均滤波处理,滤波后的信号传输给物位监控主机。经过滤波后的信号可靠、平稳。

1.1.3虚假回波处理技术

在实际测量中,发射天线与目标物体之间可能存在其他干扰物体,从而在回波曲线中会出现一个或多个信号极大值,导致测量错误。为此特增加虚假回波学习功能,通过按键设置存在反射虚假回波的位置范围,即可精确识别虚假回波反射点,并自动滤除虚假反射波,从而有效地去除干扰源造成的测量错误。

反射目标回波曲线如图4所示。图4中,30m处和48m处分别出现信号强度极大值,其中30m处为干扰物体造成的虚假信号,通过虚假回波技术处理得到48m处的真实测量值。

实际安装时,为了提高测量可靠性,雷达与目标物体之间尽量不要有障碍物,如果避免不了则可通过虚假回波技术进行处理。通过信号处理后,物位传感器可以通过自身RS485模块向物位监控主机传输物位信息。

1.2物位监控主机

物位监控主机主要由电压转换模块、本安电源模块、信号采集模块、信号输出模块、控制输出模块、数码显示模块组成,如图5所示。

AC127V或380V经过电压转换模块和本安电源模块后变为DC21V,为物位传感器和物位显示报警器供电;物位监控主机通过信号采集模块对物位传感器传输的RS485信号进行采集和处理,处理后的物位信息通过数码显示模块实时显示。物位监控主机具有频率和CAN总线2种输出模式,可将信号传输给分站;同时物位监控主机具有2路继电器输出,当物料低于低限或高于高限时可由常开状态切换到常闭状态。物位监控主机工作参数的设置通过红外遥控进行操作,使用方便,安全可靠。

1.3物位显示报警器

通过笔者井下调研,许多煤矿会在煤仓附近修建监控室,由专人值班,以防止煤仓储煤过程中出现异常,为此特设计物位显示报警器。物位显示报警器可安装在监控室内,通过RS485与物位监控主机通信,实时显示物位监控主机传输的物位信息,当物位值超过设置的报警点时,可进行声光报警。物位显示报警器报警值的设置也通过红外遥控进行操作,使用方便。

2测试分析

按图6对雷达物位监控装置进行测试。在测试范围内选取5,10,20,30,40,50,60,70m共8个点进行测量。测试时,对每个测量点进行3次测量,记录3次测量的最大误差,如图7所示。从图7可看出,最大满量程误差在70 m位置处,误差为0.12%,说明装置测量精度较高。

3结语

雷达监控篇2

关键词：Web；实时监控；气象雷达站；B/S

中图分类号：TP393.07文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-01

Web-Based Meteorological Radar Station Real-Time Monitoring System Design

Yang Jisong

(ANHUI SUN CREATE ELECTRONICS CO.,LTD,Hefei230000,China)

Abstract:Web-based real-time weather radar weather monitoring system is to achieve an important platform for business intelligence management,the subject of strict requirements from the system's point of view,the use of ASP.NET platform,Oracle database technology,programming technology the whole serial Integrated Management System,through the system,can improve the equipment efficiency,enhanced system management,timely and accurate processing equipment failures and become an important guarantee for efficient operation of equipment.

Keywords:Web;Real-time monitoring;Weather radar;B/S

一、需求分析

基于Web服务器的气象雷达站实时检测网络管理系统，可以由系统管理维护工程师授予三种不同用户的管理权限，分别是省级管理人员、地方管理人员已经普通的值班人员，授权的不同用户分别授予不同的管理权限范围[1]，用户登录系统之后变可以在被授权的范围内查看气象雷达站的监控记录，填写设备的值日记录以及对设备进行一定的维护操作，基于实际应用需求，本文设计的气象雷达站实时监控系统主要能完成以下功能：

（一）本监控系统能够实时的相应用户需求，及时的将被检测的气象雷达站设备的型号以及相关的设备数据参数反馈回来，以便确定监控的雷达设备是目标设备。（二）本监控系统能够实时监控目标雷达的实时状态、以及相关的状态参数，并及时的通过Web服务器实时反馈回来，此外，本监控系统还能够查询气象雷达站的历史记录、设备运行参数，并能通过一定的计算对设备性能进行分析，从而为设备的高效率工作做出指导。（三）本监控系统能够检测出本区域内所有的台站检测设备，并将对应的台站位置、所有工作人员信息、联系方式等以表格的形式显示出来，以方便管理到人，管理到位。（四）本监控系统添加了快速报警功能，一旦监控系统反馈回来探测设备出现故障问题便会及时迅速的做出报警反映，报警方式主要有两种：Web平台警报报警、短消息报警。Web平台警报报警是以声音提示报警，而短消息报警方式则是通过GPRS网络以不同报警短信的方式进行报警。（五）本监控系统可以实现视频录像，多探测设备监控以及多画面监控等功能，此外由于本监控系统是一个多级目录服务的系统，为了搭建分布式的Web网络监控系统，子目录系统需要为动态IP系统，这样可以提供动态IP服务。

二、系统设计

前端气象雷达站站不断采集气象信息，并将收集到的数据进行相应的处理，比如标定气象信息地理位置图标、雷达本身相关参数、生成雷达状态信息以及将图像信息经过高清视频图像算法处理等，接着将收集到的信息传送到雷达产品生成子系统（RPG），RPG将传送过来的数据进行一定处理，然后打包数据，接着RPG将这些数据分成两路进行传送：一路数据传送到地方分中心计算机网络系统服务器，另外一路在上传到国家气象信息中心。地方分中心接收数据之后，分别对这些数据进行下级地方分发、解包、入库，并在最后生成系统需要的数据参数，并通过本课题设计的终端监控系统显示出来，用户可以通过IE浏览器实时监控气象雷达站的运行数据信息，以及天气实时信息。

系统设计紧紧结合实际的应用，以前端分析的实时采集的原始数据为依据，充分考虑用户的需求，本课题设计的系统采用ASP.NET框架技术作为系统的开发平台，本系统采用B/S架构，ASP.NET能够支持非常多的编程语言[2]，运行效率非常高，能够兼容较多的语言平台。数据库技术采用安全性非常高的Oracle 10G作为本系统的数据库管理系统。

三、系统实现

通过ASP.NET开发的实时监控系统如图1所示，图1是气象雷达站站实时监控系统主界面。实现技术过程中主要解决以下几个问题：雷达设备原始数据读取与分析实现问题、监控平台系统的实现问题以及短信报警平台实现问题。

原始数据来源于气象雷达站以5分钟的频率产生的360个字节的气象雷达站详细参数文件与50个字节的报警文件。对数据的读取和解析至关重要，一旦解析错误，则不仅数据无效，还会导致工作人员下发无效的指令，本系统中采用比较成熟的Windows系统服务去读取与解析数据；系统监控平台是用户交互部分，包括系统数据的显示以及管理，本课程利用相对比较成熟的ASP.NET框架平台开发Web监控系统，以实现对设备状态进行监控、信息管理等功能；对于短信报警方式，由于短信报警对实时性的要求极高[3]，只要这样才能及时的对报警信息进行处理，本系统采用统选用实时传输比较高的GPRS Model硬件设备。通过串口将系统服务器与GPRS Model硬件设备相连，通过对串口进行编程实现短信发送服务。

四、总结

基于Web的气象雷达站实时监控系统能够将气象雷达站的运行状态及雷达自身的状态数据通过IE浏览器及时的显示出来，用户可以直观的实时观测到想要的数据，是实现气象卫星雷达智能控制的一个重要技术，通过监控系统，用户可以及时准确的调控气象雷达站，使得雷达的工作效率大大提高，用户调查数据，完全改善了传统的那种繁琐的工作模式，系统还可以能够迅速的自动检测到雷达本身存在的问题，以便及时的进行维护工作，此外，天气信息数据通过浏览器一览无余。经过多次运行测试，测试结果标明本系统简单使用，运行可靠，可以进行现场应用。

参考文献：

[1]刁仁宏.基于Web Service的气象雷达监测网络综合管理系统的设计和实现[J].电子科技大学,2008,4

[2]邹建峰,李律松,李晓栓.ASP NET开发技术详解[M].北京:人民邮电出版社,2005,408-425

[3]蒲晓勇,蔡宏,唐俊,秦建峰.新一代天气雷达站网实时运行监控系统的设计与开发[J].暴雨灾害,2007,26:2

民航雷达室外单元环境监控系统设计篇3

整个系统结构由数据传感、前端数据处理嵌入式设备、传输通信、远程监控等四大部分组成, 结构框图如图1所示。

其中数据传感部分和嵌入式数据处理设备放在雷达天线塔上, 完成各监控项目的采集、空调控制和前期数据处理。因为雷达天线塔离雷达询问机柜的机房比较远, 如果机房内的本地监控计算机和天线塔内的嵌入式数据处理设备之间的数据通信采用线缆传输的话, 就会造成布线繁杂, 同时也容易把雷电引入机房内。为了减少布线和满足防雷要求, 系统采用无线通信模式将机房本地监控计算机和雷达塔上的嵌入式数据处理设备连接起来。本地监控计算机完成对数据进行更高层次的数据分析处理, 包括各种参数的配置和状态监测等。远程监控计算机是为了满足设备维护人员在远程对无人值守的雷达站的雷达室外单元运行环境进行监控。

1.1 数据传感

雷达室外单元包含很多精密组件, 为了保障雷达长时间安全稳定运行, 必须为其提供一个良好的工作环境。数据传感的作用就是尽可能全面采集雷达的运行环境参数和通过控制空调来调节温湿度, 为雷达提供一个良好的工作环境。

1.1.1 温度采集

本系统采用多点温度监测。通过布置多个传感器对雷达的油泵马达、方位马达、油流、大盘体表、天线塔内等的温度进行综合监测。系统选用DallasSemiconductor公司生产的DS18B20作为温度传感器。该温度传感器采用独特的单总线接口, 只需要一根总线线通信实现多点温度检测的功能, 简化了分布式温度传感应用。无需外部元件, 可用数据总线供电, 电压范围为3.0 V至5.5 V, 无需备用电源。测量温度范围为-55℃至+125℃。温度可达12位分辨率, 最小变化温度为0.0625℃。

1.1.2 湿度采集

当环境的湿度值太高时, 容易导致电子线路漏电, 严重威胁雷达的安全运行, 所以本系统加上了湿度监控功能。当湿度值异常时, 通过启动空调的相应功能来调节环境的湿度, 使之在一个良好的范围之内。本系统选用Apollo深圳光之神电子公司生产的HS1101LF环保型湿度传感器, 该传感器湿度量程1-99%RH, 精度±2%RH, 为宽温度工作范围 (-60-140℃) , 线性输出好, 工作稳定可靠。

1.1.3 风速采集

雷达的室外单元往往架设在高位置的天线塔上, 常年经受风吹雨打。对于没有天线罩的雷达室外单元来说, 长期的强风极有可能对雷达天线造成无法自动复原的物理损坏。通过风速监测, 就可以动态地了解天线周围的风速情况, 当其处于很强的大风时, 可以选择响应的措施, 避免强风损坏雷达。本系统采用FRWS风速传感器, 该传感器量程大、线性好、抗雷击能力强, 满足系统设计要求。

1.1.4 振动采集

本系统从细节处考虑, 打破常规的检测手段, 通过自适应振动监测雷达室外单元的状态。当雷达正常运行时, 室外单元的天线在大盘方位点击的驱动下做有周期性的旋转, 振动比较小, 而且非常有规律。但是当电机异常、减速装置异常、旋转铰链异常、天线异常或其它相关因素异常时, 就会导致振动的异常。本系统通过对振动的连续监测, 从细微的变化中提取出重要的信号来监测设备的运行情况。系统采用飞思卡尔公司生产的MMA7260QT三轴加速度传感器来检测设备的震动情况, 该传感器能够检测X、Y和Z轴的加速度情况, 可以软件选择1.5g/2g/4g/6g加速度量程, 适应不同的震动情况。

1.1.5 空调控制

温度对设备的电子元器件、绝缘材料以及记录介质都有较大的影响;如对半导体元器件而言, 室温在规定范围内每增加10℃, 其可靠性就会降低约25%;而对电容器, 温度每增加10℃, 其使用时间将下降50%;绝缘材料对温度同样敏感, 温度过高, 印刷电路板的结构强度会变弱, 温度过低, 绝缘材料会变脆, 同样会使结构强度变弱;对记录介质而言, 温度过高或过低都会导致数据的丢失或存取故障;对于有电机的设备而言, 高温意味着致命的损害。因此温度是设备运行质量的一项重要指标, 如果我们能有效地控制温度在一个正常的范围内, 就能有效地减小设备故障率, 提高设备的使用寿命。系统融入了空调控制功能, 能够根据温湿度环境来控制空调, 使雷达处于一个良好的温度环境。系统还具备空调控制代码智能学习功能, 灵敏度高、控制代码存储量大, 基本适用于各种空调的控制。

1.2 嵌入式数据处理设备

嵌入式数据处理设备是本系统的前端控制设备, 负责各种传感器的控制、传感数据初级处理、状态信息显示、系统配置、响应上位机的控制信号等等。该嵌入式设备的结构图如图2所示, 由核心控制器MCU、液晶显示、灯光告警、声音告警、键盘输入、无线通信、RS232通信、空调控制、系统供电和各种传感器驱动等14大模块构成。其中, 液晶显示是人机交互的输出设备, 用来显示系统的各种状态信息;传感器驱动是用来配置各传感器的设置和控制各个传感器有序的对各点的检测数据进行信号采集;灯光告警是用来当温度越界或传感器异常时发出红色灯光警示, 正常情况下为绿色;声音告警也是用来提示系统出现了异常或是用户键入了数据, 当告警一直存在时, 告警声长鸣;键盘输入是人机交互的输入部分;无线通信驱动是与无线传输模块APC230的驱动接口, 用来给APC230供电和进行数据交互;RS232通信是本系统所支持的一种有线模式的通信;系统供电是给嵌入式设备各模块供电的部分。

1.3 无线通信

因为雷达室外单元一般都是架设在位置较高的天线塔, 并且距离室内单元有一定的距离, 如果采用有线方式的话, 一是布线较复杂, 二是容易引入雷电。所以本系统采用无线通信的方式来进行室内外设备数据的信息交换。系统选用APPCON公司的APC230作为无线传输模块。该模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块, 其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码, 抗干扰和灵敏度都大大提高, 最大可以纠24bits连续突发错误, 达到业内的领先水平。APC230-43模块提供了多个频道的选择, 可在线修改串口速率, 发射功率, 射频速率等各种参数。该模块的核心部分是ADF7020, 它是美国ANALOG DEVICES公司生产的一款适用于UHF和VHF频段, 允许使用FSK/ASK/GFSK/COK/GOOK编码, 具有低功率的芯片。

1.4 监控软件

系统的监控软件采用美国微软公司开发的包含协助开发环境的事件驱动编程语言的Visual Basic开发工具。VB拥有图形用户界面 (GUI) 和快速应用程序开发 (RAD) 系统, 可以轻易地使用DAO、RDO、ADO连接数据库, 或者轻松地创建ActiveX控件。开发者可以轻松地使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。

监控软件结构如图3所示, 由数字滤波、曲线合成、状态监测、权限操作、系统配置、数据库、数据检索、通信协议、异常处理等9大模块构成。数字滤波采用中值滤波滤波加滑动平均值算法。中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术, 中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替, 让周围的值接近的真实值, 从而消除孤立的噪声点。在中值滤波法中, 为了防止出现温度数据变化幅度较大而导致被算法滤除掉, 采用改进型的中值滤波算法, 该算法在新的温度数据到来前, 先对原有温度数据列进行排序, 然后剔除最大和最小值, 再在中间插入一个平均值, 最后再把新的数据插入到要处理的数据列中。滑动平均值对于抑制随机噪声并保留陡峭边沿来说是最优的。曲线合成是用来合成指定样式的数据信号曲线。状态监测是实时动态监测各个信号检测点的状态, 系统采用自适应数据监测手段, 一旦数据异常, 系统就会弹出相应的提示或者告警信息, 非常便于设备维护人员了解设备的状态。系统采用权限操作, 分别设有系统管理员权限、系统维护权限、系统操作权限、系统查看权限等, 有效的避免了越权操作和误操作的发生。数据库用来记录各种重要的数据, 同时提供多种高级检索, 便于使用者查询所感兴趣的数据。

2 结语

本项目是针对民用航空雷达室外单元的环境监测而开发的一套系统, 可以适用于多种雷达室外单元的综合环境监控。通过本系统, 可以实时动态监控雷达室外单元的运行环境情况。系统具备自适应数据分析功能、多种数据显示方式功能、数据自动记录功能和历史数据检索功能等等, 这对于提前察觉设备可能将要发生某些故障和事后故障分析处理具有重要意义。系统综合监控能力较强, 配置灵活, 除了适用于民航雷达室外单元之外还可以适用于对环境要求比较特殊的设备进行运行环境监控, 比如说卫星地面接收站的室外单元和其它含有室外单元的设备等等。

摘要：针对民航雷达室外单元运行环境难以实时动态监控的问题提出了一个解决方案, 设计了一套监控系统。系统由数据采集、嵌入式数据处理设备、传输通信、远程监控等四大部分组成。实现了雷达室外单元的温度、湿度、振动、风速等关键运行参数的动态监控, 为雷达的稳定运行提供了更可靠的技术保障。

关键词：温湿度传感,振动传感,风速传感,民航雷达监控,空调监控,远程控制,无线传输,嵌入式

参考文献

[1]康华光, 陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 1999

雷达监控篇4

一、基于雷达图法学位点监控机制的总体构架

雷达图分析法是日本企业界对综合实力进行评估而采用的一种财务状况综合评价方法,因按这种方法所绘制的财务比率综合图状似雷达,故称雷达图法。“雷达图”分析法是从企业的生产性、安全性、收益性、成长性和流动性等五个方面,对企业财务状态和经营现状进行直观、形象的综合分析与评价的图形[2]。雷达图法是将企业财务管理中的有关财务指标进行横向对比,借以直观表达企业的财务状况,主要是与同类企业中最低水平、平均水平和较高水平的财务状况进行对比。中央和地方政府对各高校学位授权点的监控,以及高校内部对学位授权点状况的监控也有类似的要求。因此,可以将雷达图法应用于学位授权点建设的监控。

利用雷达图法对学位授权点进行监控,首先需要从总体上进行构架,解决如下几方面的问题:

(一)不同主体的需求分析

就当前对学位授权点的监控来看,包括了多元主体,有中央和地方两级政府对高校学位授权点的监控,也有高校及高校内部有关单位对高校自身学位授权点的监控。对于中央和地方政府而言,其关注的是高校整体的学科建设情况、发展情况及高校各学位授权点是否达到了合格标准。对于各高校而言,关注的是以各学院或系为单位的学位授权点建设与发展情况,包括各学位授权点是否达到了合格标准、各学位授权点相对于自身在时间维度上的发展情况、与国内同类学科的横向对比情况以及高校内各学位授权点相互对比情况。对于各学院或系而言,关注的是学院或系自身所属的相关学位授权点是否达到了合格标准、各学位授权点相对于自身在时间维度上的发展情况与国内同类学科的横向对比情况以及与所在高校内其他学位授权点对比情况。这主要是从不同主体的需求出发,分析并明确不同主体对利用雷达图法对学位授权点实施监控的具体要求。

(二)对学位授权点要素组成的分析

目前对学位授权点组成要素有不同的观点。笔者认为,学位授权点组成要素包括研究方向、师资队伍、科学研究、基地建设、人才培养、学术交流、服务社会七大要素。其中,师资队伍包括师资队伍的数量、结构与水平;科学研究包括科研项目和科研成果;基地建设包括国家级和省部级基地数量;人才培养包括人才培养规模和人才培养质量;学术交流包括举办国内外学术会议、承担国际合作项目等;服务社会包括科研成果转化情况等。这主要是为了解决在利用雷达图法监控学位授权点的具体内容与相关指标。

(三)确定雷达图法中同心圆的半径

雷达图法中有三个关键要素,就是确立同心圆的半径,提供比较参照的对象,这与不同主体对利用雷达图法要达到的目的有关,因而有其差异性。对于中央和地方政府对学位授权点的监控来看,其关注的要点是各高校的学位授权点是否达到了国家基本要求,即各项指标是否达到了最低基本门槛值,因而对于中央和地方政府而言,只需要在雷达图中确立两个同心圆,其中内部圆的半径就是国家对不同类型学位授权点的基本要求值,外部圆则可以取国内学位授权点达到的最高值,判断各学位授权点的各项指标按不同类型是否处于内外两个圆之间。如全面指标都处于两圆之间,则为合格,如有处于内圆之中指标的学位授权点,则判断为不合格。从高校对自身各学院或系学位授权点的监控来看,情形要显得比较复杂。因为对于高校而言,其关注面较广,既要关注各学位授权点是否达到了国家规定的最低标准,又要关注其学位授权点的发展情况,还要关注其在国内同类学科中的相对水平以及在本校内与其他相关学科的比较。因此,高校对各学院或系学位授权点的监控应该是综合监控。其中,其内心圆的半径是国家对各类学位授权点的基本要求值,中间圆的半径是国内相关学科的平均水平值(或取某一范围内同层次、相关类型学位授权点的平均水平值),外部圆的半径是国内相关学科的最高值(或取某一范围内同层次、相关类型学位授权点的最高值)。对于高校学院或系对自身学位授权点的监控,与高校对各学院或系学位授权点的监控大体一样,在此不再赘述。

(四)对学位授权点静态分析与动态分析的结合

以上从不同主体根据自身需求出发,利用雷达图法对各学位授权点进行的监控是一种静态的监控,即对某一时点上各学位授权点情况的监控。这种静态监控尚不能满足现实的需求,因不同的学科处于不同的建设与发展期,处于学科不同发展阶段的学位授权点又有其固有的属性,且各学位授权点的基础差异较大,因而仅仅进行静态比较和分析,尚不能客观评价该学位授权点的真实发展情况。因此,除了做静态的比较与分析外,往往还需要对某一学位授权点从自身发展的时间维度上进行纵向的比较,以此反映该学位授权点自身的建设与发展轨迹,对该学位授权点进行一种综合而客观的评价。

二、操作层面需要解决的几个问题

以上是利用雷达图法对学位授权点进行监控在总体方面的思考与构架,但要应用于操作层面,还有几个问题需要进一步明确:

(一)指标体系的选取与细化问题

利用雷达图法对学位授权点进行监控,要明确监控要素,即各项具体的指标。学位授权点建设包括研究方向、师资队伍、科学研究、基地建设、人才培养、学术交流和服务社会等七方面,但研究方向这一要素主要是指各学位授权点要有一定数量的且具有自身特色和优势的研究方向,这在具体操作过程中难以进行客观量化,同时,一个学位授权点研究方向的特色与优势往往可以通过师资队伍、科学研究、人才培养等方面予以反映,因而不将研究方向列入评价指标体系之中。这样,对于学位授权点的监控仅利用师资队伍、科学研究、基地建设、人才培养、学术交流和服务社会六大要素予以构架。

在这六大要素中,还需要进一步细化。其基本原则:第一,要与国家的有关文件和要求结合。在国务院学位委员会2010年颁布的《关于委托省(自治区、直辖市)学位委员会、中国人民解放军学位委员会进行博士学位授权一级学科点初审和硕士学位授权一级学科点审核工作的通知》中,对学位授权点申报提出了基本的要求,其中对于师资队伍的要求有两项,一是正高职人数,二是具有博士学位人数;对于科学研究亦有三项,一是科研经费总量,二是纵向科研经费总量,三是科研成果奖(一级学科硕士点没有要求);对于人才培养提出了一项要求,即学位授予人数。第二,要结合对学位授权点进行系统监控的需要。国家对学位授权点进行监控的指标,是基本的、最低的基本要求,但这些指标尚不全面,需要进一步完善。对于师资队伍,需要考察学术带头人的情况,即需要加入院士、千人计划、长江学者、杰出青年基金获得者数,以反映学术带头人的水平;对于科学研究,除对科研经费和省部级科研成果奖纳入到评价体系中外,还需要加入三大检索论文数和发明专利数,以便比较系统地反映学科的创新能力;对于基地建设,要加入国家级科研基地数和省部级科研基地数;对于人才培养,要全面反映人才培养的规模和质量,除人才培养规模外,要有反映人才培养质量的指标,即应加入全国优秀博士学位论文数(含提名奖)、省级优秀博士学位论文数和省级优秀硕士学位论文数;对于学术交流,要有举办国内外学术会议次数、承担国际合作项目经费数等;对于服务社会,要有科研成果转化等。

(二)雷达图中三个同心圆半径的确定问题

雷达图中包含三个同心圆,在内圆的半径,即国家最低标准或合格标准确定上,因为国家要求尚不完全,除国家规定的几项指标外,可以将同类、同层次国内、某地区或某高校内学科点的最低值为标准;在中圆的半径确定上,可以选择同类、同层次国内、某地区或某高校内相关学科点的平均值为标准;对于外圆的半径确定上,可以选择同类、同层次国内、某地区或某高校内相关学科点的最高值为标准。鉴于目前我国学位授权点相关信息难以查询,利用此方法进行研究和分析时,可以以某地区或某高校为统计范围,以确定中圆和外圆的半径。

(三)数据库建设及数据完善问题

利用雷达图法对学位授权点建设情况进行监控,需要开发一套管理信息系统,利用现有的网络平台,对这些大量的数据进行收集并进行处理。正如以上所论述,其整个数据处理并不复杂,这一管理信息系统的开发并不存在太大难度,问题的关键在于有关数据的获取,而要获取对学位授权点大量的相关数据,关键在于基本数据库的建设以及数据的完善。相关学位授权点数据记录越多,收集有关学位授权点数据越全面,越能深入分析学位授权点建设与发展情况。当下各高校基本都建立了自身的校园网,各有关职能部门和相关学院或系都建立了相应的基本数据信息库,因此,起码可以在高校内部进行学位授权点相关信息的采集与共享,并通过这一平台获取相关信息,在这一范围内进行学位授权点分析。当然,现在许多地方省级学位委员会也建立了相应的所在地区各高校学位授权点基本信息数据库,这就为获取更大范围的学位授权点基本信息提供了可能。但客观上而言,现在各高校对有关数据的收集主要是以高校二级单位为口径,并不是以学位授权点为范围来收集的,即各高校往往收集到的是各学院或系的相关信息,而对学位授权点的监控需要以学位授权点为统计范围,这就需要对数据库进行重新设置,即需要加入所属学科点这样的识别字段,对基本数据予以完善后,才能有效支撑这一管理信息系统。

三、基于雷达图法学科建设监控方法的应用

为研究方便,本文以某一高校对自身有关学院学位授权点的监控为例进行应用分析。

(一)数据的收集与数据处理

1. 数据收集与整理。

在2010年国务院学位委员会启动的学位授权审核工作中,国务院学位委员会颁布的《关于委托省(自治区、直辖市)学位委员会、中国人民解放军学位委员会进行博士学位授权一级学科点初审和硕士学位授权一级学科点审核工作的通知》(学位[2010]18号文)中,分层次、分类别对学位授权点分别提出了最低要求。其中,对申报博士学位授权一级学科点提出了如下基本要求:教授数8人,博士数10人,年均科研经费(人文60万元,社科100万元,理科130万元,工科260万元,农林200万元,医药230万元),年均纵向科研经费(人文20万元,社科30万元,理科60万元,工科130万元,农林130万元,医药100万元),年均获省部级科研奖励0.4项,每年授博士(1人)。对申报硕士学位授权一级学科点提出了如下要求:教授数3人,博士数3人,年均科研经费(人文10万元,社科16万元,理科32万元,工科60万元,农林50万元,医药50万元),年均纵向科研经费(人文1.6万元,社科3万元,理科16万元,工科32万元,农林32万元,医药20万元),年均授硕士学位数(1人)。此部分数据为各层次、各类别学位授权一级学科点的最低标准,亦即内圆的半径值。

本文选取了该校8个一级学科博士点和8个一级学科硕士点进行分析,有关数据如表1所示。

2. 数据处理。

将以上各学位授权点数据指标进行无量纲化处理,其公式为:

式中:ki表示指标xi的标准化值,其取值范围为[0,1];minxi表示评价对象整体中指标xi的最小值;maxxi表示评价对象整体中指标xi的最大值。

为研究方便,将以上表征学位授权点内涵的18个要素,从正高人数到年科研成果转化产业利润值分别记为X1至X18。在确定三个同心圆半径的选择上,因为外圆反映的是同层次、同类别的最高水平,按照上面的公式进行处理,各项指标自然为1;而中圆反映的是同层次、同类别的平均水平,按照上面的公式进行计算,其值自然为0.5;同理,内圆反映的同层次、同类别的最低水平,其值为0。因此,三个同心圆的半径值从外到内分别为1、0.5和0。为观察方便,将雷达图表中的圆心起点定义-0.5。按类别和层次对有关数据进行处理,受篇幅限制,本文仅将5个工科博士点的有关数据列入,处理后的数据详见表2。

(二)绘制雷达图

在确定了三个同心圆半径,并对各学位授权点表征数据经归一化处理完,各学位授权点各项表征值均已确定,可以利用相应的软件(如OFFICE中的EXECL进行处理),即可以得到相应的雷达图。因篇幅限制,仅5个工科博士点做出了相应的雷达图,详见图1-图5。

(三)利用雷达图对学位授权点建设情况予以分析

从雷达图中可以看出,该校动力工程及工程热物理博士点整体实力居中,除X1、X5、X7、X8、X15、X16、X17等7项指标高于本校同类、同层次学位点的平均水平外,其他11项指标均未达到平均水平,有1项指标X11(年授予博士学位人数)未达到最低标准;控制科学与工程博士点整体实力最强,X1、X2、X3、X4、X5、X8、X9、X12、X15、X16、X17、X18等12项指标高于本校同类、同层次学位点的平均水平,只有X6、X7、X10、X11、X13、X14等6项指标低于平均水平,但有X11这项指标低于最低水平;计算机科学与技术博士点整体实力较强,X1、X2、X4、X5、X6、X7、X11、X12、X15、X16等10项指标高于本校同类、同层次学位点的平均水平,X3、X8、X9、X10、X13、X14、X17、X18等8项指标低于平均水平,无低于最低标准指标;环境科学与工程整体实力较弱,X1、X2、X5、X6、X10等5项指标高于本校同类、同层次学位点的平均水平,X3、X4、X7、X8、X9、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18等13项指标低于平均水平,无低于最低标准指标;生物医学工程整体实力较弱,X3、X10、X14、X16、、X17、X18等6项指标高于本校同类、同层次学位点的平均水平,其他12项指标均低于平均水平,且有1项指标X11未达到最低标准。

从以上雷达图分析可以看出,该校受控学位授权点整体建设情况及每个学位授权点建设内涵的横向对比情况,可以发现有关学位授权点在建设过程中存在的问题,包括有几个学位授权点尚未达到最低标准值,部分学科有部分指标未达到同类、同层次学位授权点平均水平,需要在今后的建设中切实加强相关指标的建设,通过有针对性地加强建设未达到最低标准值和平均水平值的指标,切实强化学科内涵建设,提升各学位授权点的整体实力和水平,促进各学位授权点的建设与发展。

注:由于所选取的所有学科中,X13(优秀博士论文)的值均为0,因而按公式没法进行归一化处理。结合实际,可以将各归一化处理后的值定为0。

四、结论与展望

以上是利用雷达图法对如何加强学位授权点监控进行了分析与探讨,从雷达图中可以清晰地看到各学位授权点在师资队伍建设、科学研究、人才培养、基地建设、学术交流、服务社会各项细化的二级指标与一定范围内同类、同层次学位授权点所处的位置,可以直观地分析受监控学位授权点的建设情况以及各学位授权点具体内涵建设的情况,为加强学位授权点监控提供了良好的方法和手段,对于加强学位授权点监控,完善学位授权点管理机制发挥作用。本论文仅就这一方法做了简要的阐述,如要将这一方法应用于学位授权点监控管理工作的实践,还需要在如下几方面予以改进:

(一)要增加对学位授权点时间维度上的纵向比较

正如本文在前面论述过,要对学位授权点进行科学监控,除了做学位授权点之间的横向比较,还应从时间维度上进行纵向比较。这一部分因收集数据有难度,并没有在本文的第三部分应用,如果有足够的数据作支撑,可以以2-3年为一个周期,将某一学位授权点在时间维度上进行比较,借以分析某一学位授权点在某个时间段的整体建设与发展情况;同时也可以分析其在这一时间段内各项具体建设内涵的建设与发展情况,为管理者更为全面地了解某一学位授权点整体情况和具体学位授权点建设内涵各项指标的建设与发展情况提供方便,为发现问题、解决问题提供决策依据。

(二)相关数据要有较大的范围

对学位授权点的监控,应该是在较大范围内进行横向和纵向的比较。笔者收集的相关数据较少,各层次、各种类型学位授权点的最高值、平均值和最低值并不能客观反应各层次、各类型学位授权点的相应表征值,因而会影响到对学位授权点建设与发展情况的客观评价。因此,需要在较大范围内收集各学位授权点的基本数据,形成一个较大范围内(包括本地区和我国部分高校学位授权点的基本信息)基本数据库,这对于客观确定三个同心圆的半径将起到重要作用,数据量越大,三个层次基本值越具可信度。

(三)有关指标的调整问题

由于对学位授权点进行监控的主体多元,笔者对学位授权点进行监控的应用主体为高校,对于中央和地方政府而言,其关注的指标又会有所差异。另外,由于不同高校所处层次不一样,对学位授权点建设内涵指标的关注也有其差异性,因此,各不同主体可以根据自身的需求,调整相应的评价指标体系。

(四)加强信息化管理

除了要获取相关学位授权点基本信息,还要加强各高校内部学位授权点信息的管理。这里面包括三方面的要求:一是要将此方法利用信息化手续,应用管理信息系统开发出相应的管理软件,以解决在数据处理上的各种繁杂计算;二是要加强各高校内部的学位授权点基本信息建设,建立起高校各学位授权点不同时间点、比较完整的基本信息库,为利用雷达图法实现对学位授权点监控提供相应的基本数据信息;三是除用雷达图的直观表达外,还需要结合学位授权点各项指标的具体表征值,对各学位授权点建设情况有相应的信息反馈。比如,对学位授权点未达到最低标准指标和平均水平指标的有关指标予以反馈,进行事前预警,为监控者提供更为全面的决策信息。

参考文献

[1]国务院学位委员会办公室.中国学位授予单位名册(2006年版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

雷达监控篇5

鉴于城市道路管理与控制过程中对交通动态数据实时性和高精度的要求,特别是对于事故易发路段、违规驾驶频发路段的事故责任判别上具有创新的实用性。充分运用多普勒雷达及其工作原理特性,采用恰当的屏幕渠化感光技术以及交通参数算法融入交通运行标准,以呈现车流动态运行效果以及获取详细准确的目标车辆运行参数为出发点,建立适用于集道路交通状态判别、交通流参数检测、交通事故判别于一体的完整系统,提高动态交通数据的准确性,实现交通实时监控,目标车辆运行参数的详细检测,以及交通冲突实时监控取证。运用Vissim进行系统仿真和效果评价,为基于多普勒雷达时时监控的交通冲突判别系统提供可行性分析模型,切实保证该系统的实用性和可靠性。

1 多普勒雷达交通状态检测可行性分析

当电磁波在传播过程中碰到物体时,电磁波会被反弹,反弹回来的电磁波的频率和振幅会因所触碰到的物体运行状态改变而不同[2]。如果电磁波触碰到的是与发射源相对静止的物体,反射的电磁波的频率不会改变。如果前方运动物体方向朝向电磁波发射方向,则反射回来的电磁波会被压缩,频率也会相应增加。相反,如果运动物体远离发射源时,反射回来的电磁波频率会相应降低。利用这一特性将“静动”进行区分,实现交通违章以及交通事故判别。多普勒雷达检测工作原理如图1所示。

多普勒雷达发射的电磁波具有全天候和衍射的特性,并且不受恶劣天气的影响。由于电磁波绕过障碍前进,波长越长衍射越明显,故雷达能够探测到被大车挡住的车辆。由于被挡住的车辆电磁波反射微弱,雷达检测系统难以探测到所有被遮挡的车辆,所以为了避免完全遮挡的发生,检测雷达必须安装在比最高车辆还要高的位置[3]。

因车辆在车道中行驶,故车道与雷达之间的关系是通过距离反应出来,所以可以通过车道距离位置来辨别车道,由于距离与发射电磁波和反射电磁波的频率差成正比,因此可以通过反射波频率的差异区分不同的车道,进一步利用滤波器组来实现车道的识别。微波束及其投影图如图2所示。

2 交通信息监测

交通信息采集是交通管控中的重要数据支撑,交通信息的实时性、全面性和准确性直接决定着交通态势变化判别,从而影响交通管控的判断。通过将相应交通参数算法与多普勒雷达检测相结合可以全面精确检测多种交通参量。实现常态下宏观交通参数检测,例如交通流量、占有率、交通密度、排队长度、饱和度、延误等[4]。通过终端选择目标车辆可以实现目标车辆参数显示,例如目标车辆的速度、车头时距等。

以速度为例,具体算法如下。

反射的电磁波频率数值运算由式(1)所示

式(1)中fd为电磁波频率;Vr为运动目标的速度;C为光速;f0为发射电磁波频率。

由式(1)可以得到运动目标速度表达式。

从式(2)可以得知,在其他参量都已知的条件下,fd可由雷达本身功能测出,即可得出被测车辆的速度。

这种检测器可以进行多车道检测(图3),可以检测的交通信息有交通量、速度、时间占有率和排队长度等,目前在城市交通信息检测中应用广泛。

3 交通实时监控

交通实时监控是客观形象地体现实际交通运行状况动态信息的关键,对于现有的视频检测技术,虽然能够实现对交通的实时监控,但是由于视频监测过程中摄像头受雾霾、雨雪、沙尘暴等恶劣天气的影响较大,不能够得到准确的交通运行状态信息,并且不能有针对性地录制或者存储所需的交通运行视频信息,从而导致存储视频需要很大的存储空间,难以实现大量历史视频的长期保留。

显示平台是否能清晰,准确,全面、真实地反应出前端雷达扫描信号,是实现交通实况雷达信息显示的关键。通过运用多普勒雷达进行交通状况实时监控,可以消除视频监控设备受特殊天气限制的影响,实现全天候不间断监控。雷达显示视频文件占用内存极小,一般的计算机设备就可以存储近一年的交通实况雷达显示视频,有效地解决了由于摄像头采集的实况视频占用内存大的存储难题。联动高清摄像头有针对性地采集交通违章、交通事故等有关交通状况照片和视频,在提高工作效率的同时节约了电能,延长了高清摄像头的寿命。构键服务于交通管理者所需的第一时间的交通实况,使之能有效地进行交通运行管理。

多普勒雷达通过向检测车辆发射一定频率的电磁波,检测到反射回来的电磁波频率等信息,经过信号处理单元转化为视频信号于显示屏1中,显示屏中的“亮斑”的运动状态直观地反映了实际车辆的运动状态。将实际道路渠化、以及道路设施等按照“光斑”与实际车辆的比例与雷达显示屏1进行匹配吻合。对全屏幕安装光感检测系统,以定位“光斑”;对全屏幕进行坐标覆盖,以检测“光斑”运动参数数据,例如交通流量、排队长度、占有率等交通参数。

由于视频信息需要经过处理得到各种交通参数数据,所以该数据相对于同一时刻原显示屏1车辆动态信息有一定的滞后性。为了将检测画面与实际交通运行时刻统一,所以显示屏2相对显示屏1需要延后时间为T,数值运算由式(3)所示。

式(3)中t1为光感系统检测到转化为数字信号所消耗时间;t2为数据处理单元数据处理所消耗时间;t3为数据传输过程所消耗时间。

雷达检测显示模块(显示屏1)通过光感模块进行“亮斑”的坐标定位,信息转化模块将“亮斑”坐标位置信息转化为数据坐标值,并传输到数据处理算法模块。预先将交通流量、排队长度、占有率等交通参数算法的录入到数据处理算法模块中,当“亮斑”坐标数据传输到数据处理算法模块时,数据通过算法运算的车辆状态参数数据(图4)。

参考目前有关雷达的终端显控界面布局方案,将主界面分为三个窗口,分别为雷达图像显示窗口、目标信息显示窗口、状态信息显示窗口[5],如图5所示。

雷达图像显示窗口:原始视频延时处理后的车辆运行状态信号、车辆运行轨迹、方向等视频信息。由于雷达与交通信号灯具有时间的一致性,所以在该窗口的东南西北四个方向显示交通信号灯的放行情况。

目标信息显示窗口:实际操作过程中可以在显示屏2中选中单一目标车辆,其目标车辆的车辆方位、距离、方向、速度等数据信息会自动在显示屏2的右侧目标信息显示窗口中呈现。

系统状态信息:交通流量、车流排队长度、占有率、交通拥挤指数等数据信息。

4 交通违章检测

道路交通违章是指违反交通法规,妨碍交通秩序,影响道路交通安全和畅通的过错行为[6]。空间上,通过模拟现实路况对雷达显示屏进行光感渠化,实现雷达显示屏与现实路段的渠化匹配;时间上,通过雷达显示屏与交通信号灯进行匹配。

通过标准“光斑”路径设置形成所有违规情况下的“光斑”运行状况识别系统,当雷达显示屏出现有违章行为的车辆运行时,光感模块会实时检测并联动高速摄像头对交通违章进行拍照并存储。实现交通违规自动识别和分类记录,可以有效纠正交通违规、加强交通管理效率。该系统能对各种违法信息进行管理,包括违法信息录入、查询、修改等,多级审检功能,确保违法证据的有效性,还能对违法罚款进行管理,与银行对账[7]。

通过雷达渠化光感显示屏以及所有违规情况下的“光斑”运行状况识别系统,可以对雷达覆盖路段进行实时违章状况检测。下面分别以违反交通信号灯和违章停车这两种普遍的为章情况为例,运用多普勒雷达检测系统进行违章判别。

如图6可知,此时放行方式是南北直行。正常情况下,此时东进口停车线处没有“亮斑”通过,而A车由于违反交通信号灯压过停车线进入限制性光感区域(违规车辆经过的区域,此区域是利用光感效应通过设定正常“光斑”运行方式来区分的,当车辆行驶路径超出正常设定路径时,即进入限制性光感区域),触发联动装置进行拍照和实况记录。同样B车在南出口的人行横道处(限制性光感区域)停车,通过B车从北进口驶入南出口的过程中在南出口人行横道处停车的雷达显示效果可以看出,“光斑”(B车)在南出口人行横道处突然消失,通过多普勒效应可知,此时B车处于静止状态。从而判别B车违章停车。出现实际过程中,此类违规情况系统会自动识别并联动摄像头拍照进行违规取证。

5 交通事故检测

交通事故的多源性和复杂性使得交通冲突仿真再现具有很大的难度和不确定性。多普勒雷达发射出去的电磁波遇到运动的实体会改变反射电磁波的频率,对于相对静止的实体,反射的电磁波没有变化,所以雷达显示屏只显示运动实体的光斑。当两个或两个以上交通实体在运行过程中发生碰撞,光感雷达显示屏会检测出运行实体运行轨迹,光感模块可以识别光斑接触状态即交通事故。根据多普勒雷达实时交通检测特性(运动的实体以“光斑”的形式体现于显示屏上,对于静止的实体由于反射的电磁波与发射的电磁波参数不变,所以不能显示“光斑”)以及车辆运行状态差异,将交通事故分为“动—动”交通事故和“动—静”交通事故两大类。

“动—动”交通事故即参与交通事故的实体均为相对运动的实体,在雷达显示屏上均以“光斑”形式体现。当事故发生时,必然会有车辆之间的碰撞接触,即“光斑”接触,通过光感模块即可进行识别,联动高速摄像头进行拍照。

“动—静”交通事故即参与交通事故的实体存在静止的实体,例如运行过程中的车辆撞到静止的车辆或行人的交通事故,因为有静止实体参与所以雷达不能第一时间检测出交通事故的产生,但是根据多普勒雷达特性,当此类交通事故发生后,由于事故方不会立刻撤离现场,所以事故发生后的一段时间,事故现场会暂时性的阻碍交通的通行,或者出现车辆绕行情况。由于事故区域不会通车也就是没有运动的实体,所以在雷达显示屏上显示的是一定时间内一小区域出现光斑绕行现象———区域性障碍,通过光感模块可以检测到该现象的产生,进而实现交通事故的判别。该模型可用于判别任何交通实体间的冲突,为交通事故侦测等提供了实时、可靠性的数据信息,提高交通运输效益方面意义重大。如图7所示。

基于多普勒雷达交通实时监控的交通冲突判别技术原理如图8所示。

6 交通仿真分析

由于雷达监测显示屏的交通状况的效果与Vissim仿真运行效果相似,所以为了体现该基于多普勒雷达监测的交通冲突判别的效果,选取青岛西海岸经济新区江山南路与富春江路交叉口由西向东方向为试验路段,利用Vissim进行仿真分析。仿真效果如图9所示。

如图10和图11所示,通过Vissim仿真一交通事故,选取以一路口两辆机动车碰撞事故进行模拟分析,在实际车辆运行过程中,此时交通信号灯放行方式是南北直行,但A车从南进口左转违反了交通规则,与B车辆发生碰撞,在多普勒雷达监与信号灯联动下,事故过程中两辆车的运行轨迹以及交通信号灯的放行方式实时显示于雷达显示屏。通过屏幕渠化和交通信号灯放行方式等约束条件,系统会自动检测出该事故是由A车违反交通信号灯造成。通过雷达定位交通事故发生位置,联动高清摄像头对事故现场进行拍照取证并进行现场视频录制。如果事故双方短时内协商内解决离开事发地,则对该起事故的照片,视频,雷达动态视频,违规状况进行记录统计;如果事故严重或者事故双方短时间内没有离开事故现场,则雷达显示屏上会出现区域性障碍(由于交通事故发生后,事故方不会立刻撤离现场,所以一段时间内事故区域不会通车,在雷达显示屏上显示的是一定时间内一小区域出现光斑绕行现象。)则通知相关部门赴现场进行协调处理,以及确保交通畅通。

从仿真效果明显可以看出,当行驶车辆发生冲突相碰撞时,多普勒通过运用本文中的数据融合算法及模型对采集到的城市道路交通数据进行融合,可以获取比单一检测器更精确可靠的交通数据信息。

7 结束语

针对交通违章和事故多发路段检测取证问题,提出了一种基于多普勒雷达实时检测系统。该系统充分利用多普勒雷达全天候实时监测交通状况并呈现于雷达显示屏上,结合光感显示屏对实时显示的交通状况进行车辆违章和交通事故判别,联动高清摄像头进行现场取证。解决了在特殊天气条件下基于视频检测的交通状况模糊不清问题,形成了一套集交通信息检测、交通运行状态显示、交通违章和交通事故判别的完备系统,有助于实时掌握准确的城市道路运行现状信息,针对现状及时采取有效措施以提高城市道路运营管理和服务效率。并为城市道路管控智能化以及交通态势发展预测提供了可靠的技术支撑[8]。

参考文献

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[4] 刘燕.城市道路交通流状态辨识及决策方法研究.合肥:合肥工业大学,2011Liu Yan.Urban road traffic flow state identification and decisionmaking method research.Hefei:Hefei University of Technology,2011

[5] 项凌云.船舶导航雷达显示与控制终端的研究与设计.上海:华东师范大学,2011Xing Lingyun.Research and design of vessel navigation radar display and control terminal.Shanghai:East China Normal University,2011

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雷达监控篇6

关键词：AVR单片机,二次监视雷达,ALENIA SIR-M,控制模块

我国民用航空事业正处于快速发展时期, 随着航班量的飞速增长, 空管系统对设备安全控制的要求越来越高。上世纪90年代设计制造的雷达设备集成度不高、监视与控制功能不完善等弊病已无法适应安全保障的需求[1,2]。本文通过采用Atmel公司的AVR系列单片机, 成功设计并研制了一个功能完善的控制模块, 取代了ALENIA SIR-M型二次雷达的本地控制面板的功能, 并通过该模块与计算机互联, 实现了计算机对该型号雷达设备状态的实时监视与控制, 为设备故障及时发现与排除提供了便利, 进一步提高了设备的保障能力。

1 设计方案

ALENIA SIR-M型二次雷达询问机的雷达设备控制面板模块与控制录取器模块间是由一64针数据接口连接的, 该接口承担了设备控制面板与控制录取器间的所有通信功能, 包括状态信息的输入输出、控制信息的输入等。我们通过这个接口, 植入一个控制模块, 取代雷达设备控制面板的功能, 并且实现与计算机的实时通信控制。

1.1 ALENIA二次雷达设备控制面板及其接口定义

ALENIA雷达设备控制面板由一系列小键盘﹑数码管及LED组成, 通过64针的数据口与雷达询问机的控制录取器连接。

根据ALENIA雷达设备厂家提供的资料, 可以明确雷达询问机柜控制录取器与控制面板之间互连所采用的64针数据通信接口[3]的定义。

ALENIA SIR-M型雷达控制面板通过64针数据接口与雷达询问机控制录取器互连, 我们设计的雷达设备控制模块取代了雷达设备控制面板, 通过64针数据接口, 与雷达控制录取器进行互动。根据上述资料, 我们展开雷达设备控制模块的设计制作。

1.2 雷达设备控制模块电路设计

1.2.1 开发芯片选择

AVR单片机是ATMEL公司研制开发的增强型内置Flash的RISC (Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。在相同的系统时钟下AVR运行速度最快;芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大;此外AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器, 擦写方便, 支持ISP和IAP, 便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据, 避免断电丢失[4]。这些特点极大地方便了我们开发雷达面板控制模块, 节省了开发成本。

民航系统一直把安全放在第一位。对于设备而言, 如何保持它的稳定性和可靠性, 是把好设备安全关的前提。AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD, 多个复位源, 可设置的启动后延时运行程序, 这些功能增强了嵌入式系统的可靠性, 此外, AVR单片机具有多种省电休眠模式, 且可宽电压运行 (5-2.7V) , 抗干扰能力强, 可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量[5]。基于以上情况, 我们选择了AVR系列的Atmega 128微处理器来开发雷达设备控制模块, 并采用功能强大、运用灵活、代码小、运行速度快的C语言编译器进行编译。

1.2.2 电路设计

本文设计开发的雷达设备控制模块是由雷达控制面板电路改进而来。利用继电器电路的受控吸合取代面板的小键盘, 利用非编码的数码管再加上BCD解码芯片74LS47[6]来取代面板带编码电路的数码管, 配合高性能的Atmega 128微处理器进行编译处理, 就构成了可以取代雷达询问机控制面板功能的控制模块。从2.1章节中我们不难看出, LED灯占用了不少针脚资源, 这里我们采用芯片74HC165[7]将并行信息转换为串行信息, 这样就节省了Atmega 128处理器的针脚资源。

基于雷达询问机柜控制面板电路图, 根据上述设计思路, 采用PROTEL帮助制板, 我们制作出ALENIA雷达设备控制模块。

嵌入式控制器是设备实现自动化控制的核心部件。本方案以雷达设备为控制对象, 利用高性能Atmega 128微处理器, 设计出具有一定适用性的嵌入式智能控制模块。通过与计算机的互连, 实现了计算机人机界面控制。

1.3 通讯协议的设计

雷达设备控制模块与计算机通信接口我们采用串口通信。串口通信并非100%可靠, 它有可能受现场干扰的影响而发生误码, 而且只能以有限的数据速率发送和接收数据, 且发送和接收的缓冲区也是有限的, 同一数据的发送和接收之间的传输时间也不为零, 因此为了保证可靠地接收和发送数据必须使用通讯协议。

本设计在原有雷达控制面板的基础之上进行了数字化的改进, 增加了与计算机联系的通信端口, 可以通过计算机由人机界面操作完成原控制面板的所有功能, 为此须定义控制模块与计算机之间的通讯协议。

控制模块与计算机 (上位PC机) 之间通信需要完成以下动作:

计算机向控制模块发送命令, 要求按下某个键;

计算机向控制查询LED的状态信息;

控制模块向计算机发送LED的状态信息;

计算机向控制查询数码管的显示数据;

控制模块向计算机发送数码管的数据;

根据上述需求, 我们采用固定的帧长度, 总线分配方式采用轮询, 由上位PC机作为主控方, 发起一次通讯过程, 控制模块并不主动发出数据, 收发双方因为命令的不同在结构上稍有差别。

1.4 帧结构的设计

帧结构的设计是本设计核心部分之一。本设计分别定义了上位PC机帧格式﹑数据位﹑控制面板方应答帧帧格式等, 现以表格的形式描述如下。

1.4.1 上位PC机帧格式定义

上位PC机帧格式定义如下, 如表1。

1.4.2 数据位的定义

原雷达控制面板上有LED灯14个、数码管5个、按键33个。对这些部件的控制由控制字后面的数据字来指定, 结合控制字的内容, 面板可以判断此数据的具体含义。

校验字:CHK= (帧头FHD+地址ADDR+控制CTL+数据DAT) mod 256

1.4.3 控制模块方应答帧帧格式与非应答帧帧格式

控制模块方应答帧帧格式与非应答帧帧格式定义, 如表2。

校验字:CHK= (帧头FHD+LED0+LED1+LED3+LED3+LED4+数码管1+数码管2数码管3+数码管4+数码管5+数据DAT) mod 256

应答帧:用于上位PC机向面板控制模块发按下按键命令的应答, 只有一个字节, 0xaa。

1.5 差错控制

软件必须使用物理层提供的服务, 物理层所做的工作是接收一个原始的比特流存入寄存器由软件将它读出来, 但是不能保证这个比特流是无差错的, 需要通过上层的软件对它进行检测才能确定是否有差错, 如果出现差错根据协议所使用的方法进行纠正。在通信过程中出现差错是不可避免的, 除了进一步提高通信线路的通信质量, 提高电路的抗干扰能力等措施以外, 在数据通信中更多地采用了差错编码的方法来进行差错控制, 保证通信正确无误。所使用的方法通常有前向纠错和差错检验。前向纠错是使用能自动纠错的编码方式如海明编码, 此方法所传数据中的冗余量太大, 效率不高, 再加上通信线路出错的几率比较低, 为节省宝贵的通信带宽, 在目前的计算机数据通信中较少采用此方法而多采用差错检验。差错检验是指在发送数据时由发送方根据所发数据的内容在数据帧之后加一校验码, 接收方通过检验码对所收到的帧进行正确性检验, 正确则作为有用的数据收下, 如果不正确再根据通讯协议的要求作相应的处理。这种方法因效率高而被广泛应用。本设计采用以下方法对差错进行控制。

(1) 帧错误:接收方能收到完整的帧, 但帧中的数据有错误, 由校验字发现这一错误。PC机可以通过出错重发, 控制模块可以丢弃帧再由PC机通过超时重发来自动修正这一错误。

(2) 帧破碎:若帧头丢失, 不会启动真正的帧接收过程, 将会通过PC机超时重发来修正这个错误。若帧中的某部分数据丢失, 对于PC机, 接收方将通过超时重发重新将命令发送一次;对于控制模块, 将超时放弃对数据的接收, 而由PC机通过超时重发来修正这个错误, 或者将下一帧的部分数据接收, 使得PC机发送方连续二帧数据都没有应答, PC机发送方也将通过超时重发来修正。

(3) 帧丢失:当出现帧完全没有被收到的情况, 可通过PC机超时重发来修正这个错误。

2 模块测试与应用

本设计取代了ALENIA SIR-M型雷达询问机控制面板的功能:实时显示雷达的工作状态、历史告警信息和在线BIT测试故障信息;控制雷达的开关发射、通道切换;对雷达系统参数进行查询和修改等。实现了计算机人机界面对雷达系统的控制。

控制模块开发完成后, 进行了如下测试:

(1) 计算机收取信息测试。通过比对计算机收到状态信息、告警信息与雷达控制录取器发出的实际状态信息、告警信息, 验证控制模块准确无误的将数据传送到计算机。

(2) 控制模块响应测试。通过计算机人机界面向控制模块发送按键指令, 测试控制模块是否及时响应。

(3) 稳定性测试。24小时运行, 测试一个月, 验证其稳定性。

测试结果显示, 计算机与控制模块之间通信正常、稳定, 该控制模块开发完成后, 试运行一年, 无任何故障, 充分显示了AVR芯片组的稳定性能。

雷达设备控制模块使计算机与雷达询问机控制录取器之间实现了通信, 同时通过与远程计算机的互联, 可实现远程监控功能, 为雷达设备的远程监控及将来雷达设备台站的无人值守提供了技术支持。

3 结语

本文系AVR单片机的典型应用实例。AVR单片机集多种器件功能于一身, 充分体现了单片机技术从真正意义上的“单片机”向“片上系统”过渡的发展方向, 这也将进一步扩展开AVR单片机的应用空间。

参考文献