時間：2022-11-10 09:59:24
序論：在您撰寫有線通信論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
目前光纖通訊作為一種新興的有線通信技術，由于自身的各種優(yōu)勢而得到了廣泛的使用，應用范圍覆蓋方方面面，對信息通信市場產生著越來越深遠的影響。對于光纖通信來說，具有的優(yōu)點主要有：第一，信息容量比較大，通信的頻帶比較快。光纖與電纜以及銅線相比，具有更大的傳輸寬帶，除此之外，目前使用的密集波分復用技術提升了光纖的信息承載量；第二，光纖具有強抗干擾性，能夠抵抗電磁干擾。因為光纖采用的原材料通常是石英等絕緣材料，具有良好的絕緣性，不易腐蝕，另外光纖的另一特性就是抗電磁干擾，所以，光纖通信避免了電磁沖效應；第三，石英光纖的傳輸能耗比其他傳輸媒介低，使用非石英光纖能耗將會更低，這在一定程度上增加了光纖通信系統(tǒng)的無中介距離。
2我國電力企業(yè)有線通信技術的發(fā)展趨勢
我國通信技術發(fā)展快速，在通信能力、安全性能方面都大大提升。由于有線產生的輻射相對較少，對人身體產生的傷害也小，所以，在電力企業(yè)中應用比較廣泛。有線通信不斷進行服務和功能的改進，有線通信能夠進入比較繁雜的各種媒介中，降低數(shù)據(jù)分析預測故障出現(xiàn)，做好數(shù)據(jù)儲備也是不容忽視的環(huán)節(jié)。下面對有線通信技術的發(fā)展趨勢進行詳細分析，希望能夠對有線通信技術的應用提供參考。
2.1電力企業(yè)的有線接入和無線接入相互補充
在電力企業(yè)發(fā)展中，有線接入以及無線接入一般都是通過介質共享的基礎上進行業(yè)務的開展的，實現(xiàn)有線接入與無線接入的共享，能夠在系統(tǒng)的發(fā)展與應用中，實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補。一旦能夠實現(xiàn)無線與有線技術的移植與功效互補，在很大程度上回降低開發(fā)成本。例如：有線電視網絡使用光纜之前，電視單向廣播MMDS是最為常用的形式，當HFC出現(xiàn)，這種覆蓋方式開始被取代，面臨嚴峻形式。伴隨著通信技術的發(fā)展，兩者取長補短，相互借鑒將會推進有線通信技術的發(fā)展。
2.2電纜發(fā)展成設備和網絡的接口
我國這幾年通信業(yè)出現(xiàn)了飛速發(fā)展，網絡帶寬的要求也相應提升，計算工作超出傳統(tǒng)方式制約，有線通信從結構等方面進行處理，更多的系統(tǒng)工作一般都在電纜內部完成，通信對于寬帶線路的要求也越來越高。在這種現(xiàn)實情況下，智能型網絡以及設備應選擇電纜當作接口。
2.3利用網絡設施降低成本
網絡技術的發(fā)展取得的顯著呈現(xiàn)就是實現(xiàn)了有線與無線的相互兼容，借助目前已經搭建的各種成型網絡設施上能夠大大節(jié)約生產成本。無線與有線的相互兼容，說明有線通信自身具備的強優(yōu)勢，無線通信的便捷性也是有線通信無法比擬的。降低未來通信技術的生產成本，為有效通信的長遠發(fā)展提供更大的空間。在綜合考慮成本以及通信效果后，應該實現(xiàn)兩者的有機結合。
2.4有線通信需要更高的可靠性、靈活性以及安全性能
對于電力企業(yè)來說，不管是有線通信還是無線通信，都是為了提升服務質量，改善服務水平。我國電力企業(yè)中現(xiàn)存的網絡都存在著一定的自我修復能力，但是，由于各種復雜技術的出現(xiàn)以及介質本身的制約，提升通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸彩遣蝗莺鲆暤摹，F(xiàn)在，我國電力企業(yè)中的有線通信已經著手引進比無線網絡更為先進的功能來改善服務。有線通信能夠進入復雜介質中，進行信號的傳輸，這些功能是無線通信不具備的。通過有線介質的傳輸數(shù)據(jù)功能，進行數(shù)據(jù)的分析，增強預防措施，改變線路的靈活性與可靠性。避免傳輸數(shù)據(jù)信息的丟失，這是提升有線供電技術的關鍵環(huán)節(jié)，所以有線網絡朝向靈活性、可靠性與安全性方向發(fā)展。
2.5全光網絡的發(fā)展
目前有的專家對于通信技術未來發(fā)展的預測是高速通信將會呈現(xiàn)全光網絡的發(fā)展態(tài)勢。這是光纖通信最為理想的狀態(tài)，也是最高的一種發(fā)展階段。我國電力企業(yè)中傳統(tǒng)的無線網絡和有線網絡的節(jié)點之間實現(xiàn)了全光化，但在網絡節(jié)點處卻沒有進行相應的提升。這在很大程度上制約了通信網干路容量的提升，因此，實現(xiàn)電力企業(yè)的全光網絡是一個長遠的發(fā)展態(tài)勢，雖然，我國目前的全光網還僅處于初步探索的階段，未來良好的發(fā)展前景是指日可待的。
3結語
現(xiàn)代科技的重要產物就是光纖通信技術，光纖通信的載體是光和電信號。光纖分為單模光纖和多模光纖兩大類。單模光纖只能傳輸一種模式的光，且對光源的譜寬及穩(wěn)定性都有較高的要求。而多模光纖能在制定的波長上用多個模式進行同時傳輸，是一種高效的傳輸方式。與普通的通信傳輸技術相比，光纖的損耗率要低得多（可低達0.2dB/km）；同時，中繼光放大器間距可超過100km，而傳統(tǒng)的銅電纜中繼放大器間距僅為幾百米到幾千米。因此，除了用戶到小站間仍使用銅電纜，其他通信網中包括電視網、跨海洋的網絡全部使用光纖通信。此外，光纖通信抗電磁干擾能力極強。這是由于光纖通信設備的主要成分是SiO2（石英），其具有極強的抗腐蝕性和絕緣性。因此，光纖通信不會受到太陽黑子活動、電離層變化、雷電以及人為釋放的電磁等方面的干擾，這一特性使得光纖可以應用到軍事領域中。基本光纖系統(tǒng)組成如圖2所示。
2通信工程中有線傳輸技術的改進———以光纖有線傳輸技術為例
與其他傳輸技術相比，光纖傳輸技術有著較為突出的優(yōu)越性，現(xiàn)階段其己經基本取代同軸電纜傳輸技術、絞合電纜傳輸技術等成為當前最主流、應用最廣泛的通信技術。加強光纖有線傳輸技術的改進意義重大。
2.1光纖有線傳輸新技術的應用
我國最早的光纖傳輸技術即為PDH技術，其主要采用圖像與語音結合的多媒體方式進行光纖傳輸，傳輸方式相對簡單，且傳輸設備也比較單一，隨著經濟建設的不斷變化與發(fā)展，這種準同步數(shù)字傳輸技術已經很難適應時展的需要。2.1.1SDH技術的應用SDH技術是繼PDH技術之后的一種更嚴密、更靈活的傳輸技術。以SDH技術為主的光纖傳輸節(jié)點設備又稱為同步數(shù)字序列設備，SDH技術傳輸設備正為全球各領域廣泛應用于光纖節(jié)點處理和傳輸中。由于當前的SDH技術相較于之前的PDH技術在網絡傳輸與處理功能、業(yè)務處理能力及傳輸網絡的靈活度與運行能力、網絡維護等各方面都有了明顯的提升和改善，極大地彌補了原先的PDH技術的缺點和不足。2.1.2DXC技術的應用該技術的出現(xiàn)是在SDH基礎上演變而來的，是為了更好地服務于用戶之間相互傳輸、轉化等信息提供相應的技術支持。該技術的使用可以通過光纖數(shù)字技術傳輸網絡配線、軟件管理、業(yè)務監(jiān)控等方面進行改革創(chuàng)新，進而做到光纖業(yè)務分級處理、動態(tài)信息監(jiān)控，從而保證了信息傳輸?shù)馁|量。2.1.3DWDM技術的應用密集波分復用系統(tǒng)簡稱DWDM，現(xiàn)今它大致向兩大領域發(fā)展：用于DWDM系統(tǒng)長途傳輸骨干網的大容量長距離，以及用于DWDM系統(tǒng)本地骨干傳輸網，其具有大容量短距離、多業(yè)務接口的低成本以及多速率的特征。使用DWDM技術，能夠增長光纖的傳輸容量，可達幾十倍、幾百倍，這給IP業(yè)務的指數(shù)性增長提供了條件。DWDM的優(yōu)勢在于其具有容量超大，“透明”傳輸數(shù)據(jù)，高度的組網靈活性、經濟性和可靠性，兼容全光交換，能最大限度地保護已有投資的特點。
2.2光纖有線傳輸網絡改進方案
2.2.1骨干層骨干層改進由四部分組成：①通過收斂骨干層的帶寬和路由，讓它生成網狀或環(huán)狀型的組網，且節(jié)點的擴展性要非常強；②盡量使用不同種類的光纜路由組網，及不同種且能對其進行自愈保護SDH環(huán)網系統(tǒng)中的直達電路；③為了使障礙點降到最低，應盡最大努力縮減跳線轉接；④把接入層業(yè)務進行負荷分擔處理，盡量采用接入環(huán)雙歸屬，合理地增加骨干環(huán)與骨干節(jié)點的數(shù)量。2.2.2光纜線路光纜線路作為連接傳輸設備的物理介質，若中心局房對應管轄區(qū)域沒有清晰的劃分，根據(jù)目前的設備類型的組成，核心層承擔兩局間電路和調度電路，為傳輸系統(tǒng)提供物理上的光通路，并且至各局的業(yè)務趨于均衡，建議對設備區(qū)域進行中遠期的規(guī)劃劃分，使運營商選擇符合自身網絡發(fā)展的設備類型。故光纜線路優(yōu)化要求根據(jù)網絡的組成，若中心局房對應管轄區(qū)域合理并有清晰的劃分，通過設備搬遷調整實現(xiàn)合理劃分，從而為本地SDH光傳輸網的網絡結構的穩(wěn)定發(fā)展打下基礎，考慮經濟、工程等因素。假設各環(huán)路均為STM-16環(huán)路，既可提高設備的可控能力，網絡結構調整和設備搬遷替換過程可進一步對生產性能高效性的各指標進行評估比較。以通路規(guī)劃的思路，可采用拓撲，又可適當引入設備廠家，采用兩纖雙向復用段保護方式，提高競爭力。2.2.3接入層從兩個方面入手對接入層進行優(yōu)化，根據(jù)接入環(huán)容量已經趨于飽和的實際情況對運用光纖資源并且做出接入環(huán)的裂變，相當于把接入部分進行化一為二的裂變，以此提升網絡的容納量；把接點數(shù)設置在8個范圍內更加適應當今的環(huán)網中的節(jié)點數(shù)的現(xiàn)狀。運用拆環(huán)的方法來提高環(huán)路的容量大小來解決接入節(jié)點相對多的環(huán)路。由于業(yè)務發(fā)展不斷增大的需要，通過提升環(huán)網的容量實現(xiàn)升級。2.2.4設備依據(jù)考慮的著重因素進行設備優(yōu)化，主要從以下幾個方面考慮：①根據(jù)自身發(fā)展需要的網絡規(guī)劃和商務談判等情況，優(yōu)化方案實施的難點是搬遷替換設備過程和調整網絡結構應標準規(guī)范，現(xiàn)今MSTP設備的優(yōu)選處理能力弱于SDH光傳輸網設備，而且要以保證網絡的正常運行為基礎對網絡結構進行調整。②對廠家設備環(huán)境進行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化網層面的分布對廠家設備環(huán)境進行優(yōu)化。而且在實際優(yōu)化的過程中，要對電源、光纖、機房等條件進行充分地考慮，運營商在準備的階段應做好與設計院等各方意見的協(xié)調工作。不能局限在一個廠家的設備，要做出詳細的方案，但也不宜做出過多的電路割接方案，盡可能地形成一個具有完善、穩(wěn)定調整目標的網絡方案。
3結語
現(xiàn)代無線網絡的組成主要由藍牙、WiFi、WiMax、Mesh、RFID等。藍牙：主要是小范圍相互連接的幾個裝置間形成的無線網絡，一般范圍較小，相對開放，通信不需要電纜，成本較低。WiFi：是一種高頻無線電信號，能夠將移動終端通過無線方式連接起來，相對開放，通信價格低廉，便于人們生活。WiMax：是更大范圍的無線信號網絡，一般用于城域網的構建技術基礎，也是目前3G信號技術應用標準。Mesh網絡：采用網絡拓撲結構，也稱多跳網絡，其相對于其他網絡傳輸，可靠性更高，而且傳輸速率更快。RFID技術：是一種無線射頻識別技術，能夠通過特定的無線電通信訊號識別目標及其數(shù)據(jù)信息，在門禁、票務等系統(tǒng)中多有使用。
2現(xiàn)代信息技術在油氣生產運行過程中的有效運用
2.1自動化數(shù)據(jù)的控制與采集
在油氣自動化生產過程中，信息的自動化收集與處理是整個自動化控制的重點。自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用集散型控制結構，運用兩級SCADA自動化監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)對生產系統(tǒng)內各技術參數(shù)的實時數(shù)據(jù)收集與控制。油氣自動化生產中，在聯(lián)合站、計量站、油井等相關技術控制區(qū)域設置信息收集與控制基站?；九c生產系統(tǒng)中各離散點通過傳感器與變送器進行數(shù)據(jù)信息收集，并利用各自動閥門、壓力參數(shù)通過自動程序的控制進行實時的調節(jié)以實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，從而構成油氣生產自動化控制的一級SCADA監(jiān)控。基站通過光纖、WLAN等方式將實時數(shù)據(jù)信息及時傳輸?shù)焦た厥?、自控中心，通過自控中心與工控室的調度實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示與數(shù)據(jù)信息異常的及時處理，從而實現(xiàn)對生產系統(tǒng)的控制。由此構成油氣自動化生產控制的二級SCADA監(jiān)控系統(tǒng)。一級單元與二級單元相互之間通過電臺進行數(shù)據(jù)交互，以實現(xiàn)整個網絡的信息實時交互聯(lián)系。
2.2多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)
多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由視頻客戶端、視頻監(jiān)控單元、視頻監(jiān)控中心組成，設置在廠區(qū)生產系統(tǒng)及其附屬設施、系統(tǒng)的視頻監(jiān)控單元將實時的視頻監(jiān)控信息編碼成數(shù)據(jù)流通過網絡傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控中心，通過轉碼解流將視頻信息反應到視頻客戶端上，由此實現(xiàn)實時的視頻監(jiān)控。而在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中比較重要的一個部分是網絡視頻器，主要負責各種多媒體影像聲音的采集以及該視頻影像的壓縮編碼；同時，將網絡用戶以及監(jiān)控中心的實際控制命令有效地往前端設備上進行傳輸。目前，MPEG-4網絡視頻編碼器的壓縮比例相對較高，運動補償性方面較為優(yōu)越，逐漸成為主流。由于大部分采油廠的視頻監(jiān)控多置于室外，所以，一般要選用能夠進行360°全景掃描的恒溫監(jiān)控設備，實施對整個尤其生產自動化系統(tǒng)的全天候監(jiān)視。后端的監(jiān)控中心主要是由交換機、多媒體電視強以及視頻服務器等等設備有機組成的。其中，視頻服務器主要是用來管理源于網絡視頻編碼中的相應的網絡視頻流，并運用組播技術提供相應的視頻服務給相關的網絡用戶，真正實現(xiàn)多媒體數(shù)字化實時監(jiān)控以及網絡點播檢索行為的有效運行，監(jiān)控中心可以授權網絡用戶，這部分被授權的網絡用戶稱作是客戶端，客戶端為外網用戶以及本地網用戶均可以。
2.3寬帶Ethernet網絡系統(tǒng)
2.3.1網絡結構
各信息收集基站（聯(lián)合站、計量站、油井等）收集的數(shù)據(jù)信息匯集到工區(qū)控制處理器，工區(qū)工控室通過報表生成、實時圖像存儲等數(shù)據(jù)處理后傳送到廠部自動化控制指揮中心，以方便廠部領導及技術人員實時瀏覽各基站主要技術參數(shù)、主要實時信息以及異常信息的監(jiān)測與處理。各基站與工控室、工控室與自控中心之間的連接一般采用光纖、數(shù)字微波、WLAN等多種傳輸方式，通過點到點、點到面、面到面的星狀連接網絡構建出油氣生產系統(tǒng)無線通信網絡。
2.3.2組網方式
各基站之間的信息傳輸組網一般采用可靠性較高、受干擾程度較低的光纖進行連接。從廠部局域網引出光纖連接到油田信息網，如果從廠部到工控室之間的信息連接系統(tǒng)如小容量微波系統(tǒng)不能滿足寬帶傳輸?shù)男枰?，可通過在兩端加裝E1/RJ45網橋的方式實現(xiàn)微波系統(tǒng)擴容。在基站站點過多、涉及范圍過密集、涉及地理環(huán)境過于復雜的局部區(qū)域，可采用光纖/WLAN混合的方式進行組網，以避免區(qū)域光纖連接的復雜性。
3結語
結合鐵路基礎設施健康監(jiān)測的特點，從硬件和軟件兩個方面設計數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；首先，分析振動傳感器的選用原則和輸出信號的特點，在此基礎上進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計；然后，提出利用軟件進行數(shù)據(jù)采集的模擬，詳細論述各個模擬模塊的建立過程；最后利用所屬方法建立用于鐵路基礎設施檢測的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立為鐵路基礎設施監(jiān)測理論研究提供了方法，為同類型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計提供參考。
關鍵詞：
鐵路基礎設施；監(jiān)測；振動傳感器；數(shù)據(jù)采集
0.引言
進入21世紀以來，我國鐵路建設發(fā)展迅猛，取得了良好的經濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價格上的優(yōu)勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產及人身安全構成了前所未有的威脅。伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結果會造成電機等吊掛設備和車內設備的高頻高幅振動，引起車體設備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設備所允許的振動強度范圍，未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態(tài)載荷和噪聲的嚴重影響，情況越發(fā)嚴重會導致零部件的早期失效。當前大量事實表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經濟、快捷、舒適”的特點和優(yōu)勢，鐵路建設要不斷發(fā)展完善其各項功能，才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，因此，各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。今年我國對鐵路振動檢測領域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經涉及發(fā)展應用到。鐵路振動檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認可，近些年又不斷完善各項相應的標準和規(guī)范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢和特點，如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案
本論文用于鐵路基礎設施監(jiān)測的振動傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機系統(tǒng)和上位機節(jié)點兩個大的部分組成。系統(tǒng)設計方案的結構框圖下位機系統(tǒng)里包含了振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。振動傳感器把接收到的振動信號數(shù)字化，通過IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理分析計算，通過RS-232串口通信，運用MAX3232電平轉換芯片及CH340RS-232串口轉USB芯片，實現(xiàn)了XYZ三軸振動數(shù)值發(fā)送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節(jié)點的檢測范圍有限，使用多個這樣的節(jié)點共同檢測則可以擴大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統(tǒng)是由多個下位機節(jié)點互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設計
2.1系統(tǒng)硬件設計思想
本論文的鐵路振動檢測系統(tǒng)是由振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動的振動數(shù)據(jù)信號進行實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過IIC實時數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機處理器通信，接著單片機處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據(jù)。微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設計，完成對采集到的實時振動信號進行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當前得到的振動數(shù)據(jù)是否在鐵路設備所能產生的振動范圍之內并對數(shù)據(jù)進行干擾點剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯誤上報率。
2.2系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機處理器模塊發(fā)出相應的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動傳感器根據(jù)內部控制寄存器的值按要求采集振動信號。實時數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動傳感器采集的實時數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎。微處理器模塊：主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動數(shù)據(jù)信號的采集，并對數(shù)據(jù)進行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯(lián)系的核心部分。RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機，上位機會自動顯示及存儲數(shù)據(jù)，供振動故障的判斷使用。電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結論
本論文設計了一套鐵路振動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數(shù)據(jù)流向，并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據(jù)。
作者：魯楠 唐嵐 廖若冰 朱加豪 單位：西華大學汽車與交通學院 西華大學西華學院
參考文獻
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【關鍵詞】MSTP多業(yè)務傳送節(jié)點SDH同步數(shù)字體系ATM異步轉移模式OTN開放式通信網絡RPR彈性分組環(huán)
一、光通信傳輸網絡四種不同技術的比較分析
1.業(yè)務承載能力
(1)OTN技術
采用基于TDM體制的復用技術，每路信號占用在時間上固定的比特位組，信道通過位置進行標識，有獨特的幀結構，可區(qū)分不同等級速率，并能在同一網絡中綜合不同的網絡傳輸協(xié)議，對實時性業(yè)務及非實時性業(yè)務都能提供相應承載，實現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務傳輸。
傳輸設備可以直接提供工業(yè)標準的通信協(xié)議接口，而不需借助接入設備。
各種通信業(yè)務應用可直接接入OTN，無需接入設備，可以支持語音。圖像信號的多點廣播，采用數(shù)字圖像壓縮(M-JPEG和H.264)和圖像矩陣交換技術。
OTN設備簡單、組網靈活、集中維護方便，國內外地鐵工程中應用廣泛，其不足是設備獨家生產，售后服務對原設備廠商依賴大，兼容性差，與非OTN網絡連接能力較弱。
(2)ATM技術
ATM雖然可以承載實時性業(yè)務中的時分復用業(yè)務，但每一個節(jié)點的延時都要大于SDH傳輸制式，特別是故障時系統(tǒng)切換時間較SDH傳輸制式長(有時甚至以秒計)，所以ATM技術一般不用于時分復用業(yè)務的承載。另外，ATM沒有低速率接口，需增加接入設備，設備價格高且協(xié)議復雜。對于視頻業(yè)務，由于其具有很高的突發(fā)度，而ATM恰恰能夠很好地支持具有突發(fā)性的可變比特率業(yè)務，并且其固有的設計已經充分考慮了業(yè)務QOS(服務質量)問題，因此可以實現(xiàn)承載。
然而對于非實時性業(yè)務的傳輸，ATM存在帶寬利用率較低的問題，且沒有音頻等低速接口，需設接入設備。
(3)SDH及基于SDH的多業(yè)務傳送平臺(MSTP)
SDH是最適合實時性業(yè)務中時分復用業(yè)務的承載技術，但無法解決實時性業(yè)務中視頻信號和實時性業(yè)務及非實時性業(yè)務中以太網的傳輸問題。SDH接口種類單一，僅具有PDH系列標準接口(E1/E3/STM-le)。傳輸窄帶業(yè)務(話音、數(shù)據(jù)、寬帶音頻)時，需增加接入設備(PCMD/l設備)；無直接的視頻和LAN接口，需外部增加視頻CODEC和Ethernet路由器；對Ethernet業(yè)務，一般只提供ZMb/s的傳輸帶寬，存在性能瓶頸；對廣播音頻業(yè)務，僅提供3kHz的傳輸帶寬，難以滿足高保真的廣播效果；一般只提供點對點的通信信道，難以滿足大量共線式通信信道的要求。
同時SDH只能向用戶提供固定速率的信道，不能動態(tài)分配帶寬，不能進行統(tǒng)計復用，對總線型寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務及圖像業(yè)務的支持困難。
MSTP克服了SDH設備中的一些不足，隨著技術不斷的發(fā)展成熟，越來越適合各種通業(yè)務的承載，但仍需增加接入設備。
(4)RPR
對于實時性時分復用業(yè)務，RPR技術雖然定義了協(xié)議，但需在實際中得到進一步驗證。
對于數(shù)據(jù)業(yè)務，RPR具備絕對的優(yōu)勢，可根據(jù)用戶需求分配帶寬，支持空間復用技術和統(tǒng)計復用技術，在網絡正常運營的情況下，可使帶寬利用率相對SDH網絡提高3-4倍。RPR還可對數(shù)據(jù)業(yè)務進行優(yōu)化，有效支持IP的突發(fā)特性。
對于有實時性要求的數(shù)據(jù)業(yè)務，RPR可以提供不同等級的服務和基于不同等級業(yè)務的環(huán)保護功能來保障數(shù)據(jù)業(yè)務的實時性，在保障實時性方面和故障倒換時間(16ms-50ms)上可與SDH技術媲美，而在帶寬利用率上比SDH傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務大大提高。特別是它對視頻業(yè)務的承載，目前數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控市場的主流設備提供商，都將其系統(tǒng)構建在基于IP的MPEGZ編碼和壓縮技術，以及基于IP的視頻數(shù)據(jù)存儲、檢索和訪問控制技術上，這些系統(tǒng)所采用的攝像頭基本上都可以直接提供MPEGZ編碼及以太網數(shù)據(jù)端口，因此，由RPR技術來承載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶數(shù)據(jù)能繼續(xù)保持以太網幀格式，省略復雜的映射過程，并對用戶分組進行嚴格的服務質量等級分類；并能提供嚴格的延時和抖動保障機制，視頻圖像清晰、畫面流暢，完全達到高速鐵路/公路監(jiān)控圖像的要求。但業(yè)務接口同SDH、MSTP、ATM、IP一樣，必須借助于接入設備來提供低速數(shù)據(jù)接口。
2.帶寬利用率
OTN:開銷<2%，帶寬利用率較高。
ATM:開銷約為12.8%，帶寬利用率低。
SDH:開銷占3.7%，但由于其需預留保護帶寬，帶寬利用率較低。
RPR:開銷占3.7%，同時采用統(tǒng)計空間復用技術，使帶寬利用率大大提高。
3.環(huán)網保護能力、可靠性
OTN:采用雙環(huán)設計網絡，具有自愈保護功能，并且保護倒換時間小于50ms。
ATM:主要進行VC保護。
SDH及MSTP的網絡:具有強大的保護恢復能力，并且保護倒換時間小于50ms。
RPR:網絡具有強大的保護恢復能力，并且保護倒換時間小于50ms。
4.成熟度及發(fā)展前景
OTN:國內軌道交通領域已得到較多運用，但油田和長輸管線比較少，作為西門子的專利技術比較成熟，在專網需求方面能夠予以專屬研發(fā)和更新，發(fā)展速度較快。
ATM:技術、設備復雜，隨著IP技術的發(fā)展，IP質量保證問題的解決，對ATM技術應用帶來較大沖擊，其發(fā)展前景不好。
SDH及MSTP:SDH技術很成熟，有著廣泛的應用基礎；MSTP是在SDH基礎上發(fā)展起來的，目前還在不斷完善，功能越來越強。
RPR:目前還未得到較大規(guī)模的應用，需在實踐中進行驗證，但其技術先進，發(fā)展前景好。
二、光通信傳輸網絡在油氣田和長輸管線上的應用
通過上述對比可以看出，四種技術各有優(yōu)劣，應用在油氣田和長輸管道上，應綜合考慮工程實際，合理優(yōu)化，選擇適合油氣田和長輸管道傳輸技術發(fā)展方向的技術或技術組合，極大地提高效率，降低成本。
因此油氣田和長輸管線光通信傳輸網制式上的選擇可以是一個制式獨立組網，也可以是多種制式混和組網，應根據(jù)項業(yè)務量和業(yè)務種類來確定采用何種技術；一個制式單獨組網可以選擇OTN，也可以選擇MSTP；但由于目前MSTP技術對數(shù)據(jù)業(yè)務解決還存在一定局限性，可以采用MSTP與RPR或IP混合組網，由MSTP承載語音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務，由RPR或IP來承載視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務。
關鍵詞：鐵路基礎設施；監(jiān)測；振動傳感器；數(shù)據(jù)采集
中圖分類號：TN919 文獻標識碼：A
0.引言
進入21世紀以來，我國鐵路建設發(fā)展迅猛，取得了良好的經濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價格上的優(yōu)勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產及人身安全構成了前所未有的威脅。
伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結果會造成電機等吊掛設備和車內設備的高頻高幅振動，引起車體設備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設備所允許的振動強度范圍，未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態(tài)載荷和噪聲的嚴重影響，情況越發(fā)嚴重會導致零部件的早期失效。當前大量事實表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經濟、快捷、舒適”的特點和優(yōu)勢，鐵路建設要不斷發(fā)展完善其各項功能，才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，因此，各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。
今年我國對鐵路振動檢測領域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經涉及發(fā)展應用到。鐵路振動檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認可，近些年又不斷完善各項相應的標準和規(guī)范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢和特點，如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案
如圖1所示，本論文用于鐵路基礎設施監(jiān)測的振動傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機系統(tǒng)和上位機節(jié)點兩個大的部分組成。系統(tǒng)設計方案的結構框圖下位機系統(tǒng)里包含了振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。
振動傳感器把接收到的振動信號數(shù)字化，通過IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理分析計算，通過RS-232串口通信，運用MAX3232電平轉換芯片及CH340 RS-232串口轉USB芯片，實現(xiàn)了XYZ三軸振動數(shù)值發(fā)送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節(jié)點的檢測范圍有限，使用多個這樣的節(jié)點共同檢測則可以擴大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統(tǒng)是由多個下位機節(jié)點互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設計
2.1 系統(tǒng)硬件設計思想
本論文的鐵路振動檢測系統(tǒng)是由振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。
振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動的振動數(shù)據(jù)信號進行實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過IIC實時數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機處理器通信，接著單片機處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據(jù)。
微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設計，完成對采集到的實時振動信號進行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當前得到的振動數(shù)據(jù)是否在鐵路設備所能產生的振動范圍之內并對數(shù)據(jù)進行干擾點剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯誤上報率。
2.2 系統(tǒng)介紹
如圖2所示，系y硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機處理器模塊發(fā)出相應的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動傳感器根據(jù)內部控制寄存器的值按要求采集振動信號。
實時數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動傳感器采集的實時數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎。
微處理器模塊：主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動數(shù)據(jù)信號的采集，并對數(shù)據(jù)進行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯(lián)系的核心部分。
RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機，上位機會自動顯示及存儲數(shù)據(jù)，供振動故障的判斷使用。
電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結論
本論文設計了一套鐵路振動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數(shù)據(jù)流向，并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據(jù)。
參考文獻
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論文摘要：通信技術的發(fā)展引領著社會生活的進步。本文主要探討了高新技術在有線通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)中的應用。
從20世紀90年代初以來，全球向信息密集的工作方式和生活方式的轉變，推動了通信技術的發(fā)展。然而，在當今經濟技術知識爆炸的時代，隨著行業(yè)及社會對信息需求的不斷增長和應用的不斷深化，只有實現(xiàn)通信系統(tǒng)在技術科技方面不斷更新，加快通信系統(tǒng)向網絡化、服務化、體系化與融合化方向的演進，才能突顯通信系統(tǒng)在社會生活領域支撐引領的作用和地位，創(chuàng)造更好的發(fā)展空間。本文筆者結合工作實踐，主要探討了現(xiàn)代高新技術在有線通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)中的應用。
1、分數(shù)階Fourier變換技術在有線通信系統(tǒng)中的應用
有線通信是利用電線或者光纜作為通訊傳導的通信形式，它通過對現(xiàn)有各類網絡進行技術改造，與下一代新建網絡互通和融合，成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的重要支柱。然而，在有線通信信道中存在各種噪聲，如果不對其進行處理則會使誤碼率增加。因此，要消除不理想信道和噪聲對信號的影響，必須應用新技術。分數(shù)階Fourier變換(FRFT)的通信技術原理是以線性調頻信號(chirp)作為調制信號，利用線性調頻信號在分數(shù)階里變換域的能量聚焦特性，通過接收機進行路徑分集接收抑制有線通信信道多途效應所產生的碼間干擾，從而提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾和頻率選擇性衰減的能力。具體應用程序如下：
1.1信號檢測與參數(shù)估計
分數(shù)階Fourier變換作為一種新型的線性時頻工具，其實質是信號在時間軸上逆時針旋轉任意角度到U軸上的表示(U軸被稱為分數(shù)階Fourier(FRF)域)，而該核是U域上的一組正交的chirp基，這就是分數(shù)階Fourier變換的chirp基分解特性。所以，在適當?shù)姆謹?shù)階Fourier域中，一個chirp信號將表現(xiàn)一個沖擊函數(shù)，即分數(shù)階Fourier變換過程中，某個分數(shù)階Fourier域對應的chirp信號具有很好的能量聚焦性，而這種能量聚焦性對chirp信號的監(jiān)測和估計具有很好的作用。因此，在信號檢測與參數(shù)估計中，我們的基本思路是以旋轉角口為變量進行掃描，求出觀測信號所有階次的分數(shù)階Fourier變換，于是形成信號能量在由分數(shù)階域U和分數(shù)階次P組成的二維參數(shù)平面上的分布。然后，我們按域值在在此平面上進行二維搜索，找出最大峰值位置。并根據(jù)最大峰值坐標可以檢測出chirp信號，并估計出峰值所對應的分數(shù)階次P和分數(shù)階域坐標，估計出信號的參數(shù)。
1.2分集接收
分集接收是利用信號和信道的性質，將接收到的多徑信號分離成互不相關的多路信號，然后將多徑衰落信道分散的能量更有效的接收起來，處理之后進行判決，從而達到抗衰落的目的。本文采用分集合并技術，即取出那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量，對它們進行延時相加，使之在某一時刻對齊并按一定的準則合并，提高多徑分集的效果。在通信系統(tǒng)中，RAKE接收機由N個并行相關器和個合并器組成，每個相關器與發(fā)射信號的一個多徑分量匹配。在N個相關器前增加時移單元，就可在時間上將所有分量對齊，從而采用相同的本地參考信號。然后，相關器組的輸出送給合并器，將合并器輸出的判決變量送到檢測器進行判決。最后，根據(jù)接收機使用的不同合并方法，在選擇性合并方式下，在多支路接收信號中，選取信噪比最高的的支路信號作為輸出信號。
1.3峰值輸出
信噪比系數(shù)呈現(xiàn)出一個典型的振蕩特性，且振蕩頻率與振蕩幅度與時頻面的旋轉角度和輸入信號相關。因此在采用分數(shù)階Fourier變換技術的實際使用中，在進行近似計算處理時需要特別注意，必須對近似處理帶來的誤差進行評估。
2、ATP系統(tǒng)在光通信系統(tǒng)中的應用
隨著科技發(fā)展的日新月異，自由激光空間光通信已經成為現(xiàn)代通信技術發(fā)展的新熱點。但從技術實現(xiàn)方面來講，由于激光通信具有信號光束窄、發(fā)散角小這樣的特點，從而導致APT（Acquisition Pointing Tracking)捕獲、跟蹤、瞄準相距較遠的運動體上的較窄信號光束相當困難。ATP系統(tǒng)是由粗跟蹤和精跟蹤單元構成的復合跟蹤系統(tǒng)，其主要功能是在粗跟蹤單元實現(xiàn)初始的捕獲和跟蹤，并將信標光引入精跟蹤的視場范圍內，然后精跟蹤單元實現(xiàn)更高帶寬的跟瞄，再將信標光穩(wěn)定在可通信的視場之內，為最終空間站光通信系統(tǒng)工程實現(xiàn)奠定了一定的技術基礎。
2.1粗跟蹤單元
粗瞄準單元由一個安裝在精密光機組件上的收發(fā)天線，萬向支架驅動電機以及粗跟蹤探測器（CCD）組成，主要作用是捕獲目標和完成對目標的粗跟蹤。在捕獲階段，粗瞄準機構接收由上位機根據(jù)已知的衛(wèi)星運動軌跡或星歷表給出的命令信號，將望遠鏡定位到對方通信終端的方向上。為確保入射的信標光在精跟瞄控制系統(tǒng)的動態(tài)范圍內，必須根據(jù)粗跟蹤探測器給出的目標脫靶量來控制萬向支架上的望遠鏡，使它的跟蹤精度必須保證系統(tǒng)的光軸處于精跟蹤探測器視場內，從而把信標光引入精跟蹤探測器的視場內。
2.2精跟蹤單元
精跟蹤單元的跟蹤精度將決定整個系統(tǒng)的跟蹤精度，它要求帶寬非常高，帶寬越高，對干擾的抑制能力就越強，從而可加快系統(tǒng)的反應速度，加強跟蹤精度。因此，設計一個高帶寬高精度的精跟蹤環(huán)是整個ATP系統(tǒng)的關鍵所在。在這一單元我們可采用高幀頻、高靈敏度、具有跳躍式讀出模式的面陣電荷耦合器件（CCD）傳感器。它基于深埋溝道移位寄存器技術，可以獲得非常高的讀出速率、非常低的噪聲和非常高的動態(tài)范圍。通過由捕獲探測器（CCD）和定位探測器（OPI N）組成探測接收單元轉換，CCD完成捕獲與粗跟蹤，并將接收光引導至OPI N上，在OPI N中進行誤差信號的檢測，從而提高信標光捕捉精度。
2.3控制單元
將捕捉的信號經放大、整形和A／D變換處理后，在計算機中按一定的數(shù)據(jù)分配流程將信號輸入。然后通過計算機給出的速度控制信號和加速度控制信號，又經數(shù)據(jù)分配接口送入D／A轉換與處理網絡，使伺服電機按要求轉動并帶動天線轉動機構分別在水平和俯仰兩個方位轉動，以調整天線的位置，達到自動捕獲、跟蹤、瞄準的目的。
3、結語
通信技術的發(fā)展促進了社會生活的進步，在未來通信技術的研究上，應不斷探索、創(chuàng)新，追求高新技術在通信系統(tǒng)中的應用。
參考文獻
