時間:2024-03-20 11:14:57
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關鍵詞:無線電測向;ADF;超外差收音機
1 無線電波的傳播方式
無線電波的傳播途徑,主要可以分為以下四種:天波――由空間電離層反射而傳播;地波――沿地球表面傳播;直射波――由發射臺到接收臺直線傳播;地面反射波――經地面反射而傳播。本文中的無線電測向,利用地波在均勻媒介質(如空氣)中,沿直線傳播的特性來確定電臺方位。
2 ADF自動定向機
2.1 ADF背景知識與系統組成
自動定向機(ADF)是一種主要應用于民航業無線電導航設備。它使用來自地面站的調幅(AM)信號來計算ADF地面站相對機縱軸的方位。
ADF系統由兩部分組成分別是地面發射臺和機載設備。地面電臺有兩種:NDB(或稱為歸航臺)――190~550 kHz;標準中波廣播電臺――550~1750 kHz。機載設備一般包括定向接收機、控制盒、方位指示器、環形天線和垂直天線。本文的接收機系統選用與ADF定向相同的地面波,降低衰減度。
2.2 ADF工作原理
ADF天線接收來自地面站的電磁信號。其中垂直天線接收信號的電場分量,接收信號的大小和方向是恒定的,其方向性圖是一個圓;環形天線接收地面站信號的磁分量,接收信號具有方向性,在360°不同方向上接收信號的大小和方向(極性)都不同,它的方向性圖是一個8字形。合理選擇環形天線和垂直天線的尺寸和安裝位置,使其接收信號的方向性圖正確疊加,則可以得到一個心形方向性圖,如圖1:
ADF接收機利用心形方向性圖的最小值點進行定位,即啞點定位,但在360°方位上,存在兩個啞點,所以為了實現唯一定位,在ADF接收機中利用低頻信號對環形天線進行調制,使其周期性反相,從而實現了定向的唯一性。
3 收音機環形天線定向性
3.1 收音機定向系統結構圖
ADF自動定向機性能穩定,在民航領域已經相當成熟。參照ADF自動定向機,對超外差收音機開展簡易改裝,實現定向功能,增加趣味性。在完成超外差收音機的基礎上能夠尋找到電臺的方向,完成自動定向功能。
(1)混頻輸出465k中頻廣播信號,經中放,檢波,低放,功放后輸出音頻信號,成功收聽中頻調幅廣播電臺信號。
(2)混頻輸出465k中頻廣播信號濾出低頻信號,利用環形天線的磁棒指向電臺方向時,接收機接收信號強度為零的原理,經過放大、整流和電壓采樣來辨識電臺方向。
3.2 系統功能
該項目分為檢測單元和控制單元兩部分。檢測部分完成AM調幅廣播電臺的信號接收,并將音頻信號放大,經過整流濾波,對輸出電壓進行A/D轉換,送到單片機處理。控制部分完成天線的方向控制,當單片機檢測到檢測部分輸出的電壓后,單片機來控制步進電機的運動從而帶動天線轉動,當天線指向電臺方向時,單片機采樣電壓為零,電機停止轉動,指針的指向為電臺方向。
3.3 收音機定向系統測試
以正西方向為正方向,對實物模型的進行測量,測試數據如表1:
濱海廣播電臺臺址:天津市和平區衛津路143號天津廣播電視國際新聞中心
3.4 測試分析
(1)直流電機產生的電磁波輻射對環形天線產生很大的干擾,嚴重降低了接收機的信噪比,從而降低系統測試性能。
(2)電源變換過程中,會產生較強的電磁干擾(EMI),EMI信號具有幅度大、頻率范圍寬等特點,EMI信號經傳導和輻射會嚴重影響接收機性能的測試。
針對形成電磁干擾的三要素:干擾源、傳播途徑和受擾設備??刹捎闷帘?、接地和濾波等技術抑制干擾源、切斷電磁干擾的傳播途徑來消除干擾。
4 結語
參考飛機ADF定向機原理,將民航飛機的定位原理應用于定位廣播電臺上,設計對廣播電臺的定位設備,完成一套中波調幅廣播電臺信號的接收裝置,能收聽中波調幅廣播電臺節目,并指明廣播電臺的方位。
參考文獻:
[1]徐子久,韓俊英.無線電測向體制概述 [J].中國無線電,2002(03).
[2]周鴻順,許光寧.無線電測向系統(Ⅱ)[J].中國無線電管理,2002(05).
與傳統RF收發機技術相比,SDR擁有獨特的優勢,因為它提供了更高的靈活性,它可以有效地重新配置器件,對變化的要求作出響應。但是,軟件無線電引入了傳統無線設計中沒有的一系列新問題。其對物理層最明顯的影響之一是,強健的SDR設計中的硬件要求在廣泛的工作參數上實現全面的靈活性和高性能,以滿足軟件需求?,F在許多領域都正在使用SDR,包括3G無線基站和用戶設備、軍事無線電(如美國軍隊中的聯合戰術無線服務)、陸地移動無線電(如美國的Project 25和歐洲的Project MESA)及衛星收發機。
當然,這種靈活性和變量數量必須能夠適應一致性設計要求,需要新的測試方法。除通過網絡控制工作頻率外,更加先進的SDR可以動態控制調制方案、跳頻模式、功率電平、濾波、編碼方案和數據速率。通過數字信號處理(DSP)動態生成RF波形及數字電路和RF電路相集成(通常在同一IC上),產生了傳統RF收發機設計中看不到的問題。
這種提高的復雜性不僅帶來了RF設計挑戰,也改變了RF測試的特點。必須使用超出傳統RF發射機一致性測試的測量功能,檢驗SDR發射機的性能。僅僅通過一致性測試并不能保證器件正確工作,也不能為保證產品質量提供經濟的手段。SDR發射機必需滿足大量的系統要求,包括在以前的要求基礎上增加的新要求。更重要的是,這些發射機將利用固有的智能和靈活性,動態適應當前條件和要求。這些復雜的軟件控制的變動通常會導致毛刺、間歇性干擾、脈沖畸變、數字到RF耦合及軟件相關的相位誤差。
為真正解決這一系列新的瞬變現象和新問題,SDR系統設計人員必須同時在時域和頻域中全面分析和檢定自己的系統。在系統參數隨著時間變化時,使用DPX可以隨時發現反常的信號事件和非線性器件行為,顯示實際RF信號表示。必需執行選頻觸發,確定瞬變事件發生的時點。必須執行多域時間相關分析,確定每個問題的具體成因。此外,把整個事件無縫捕獲到存儲器中對后續深入分析具有重要意義,因為很難重建發生觸發的條件。這些檢驗信號性能隨時間變化的高級調試方法與傳統靜態一致性測試相結合,對有效執行SDR測試至關重要。
收發機測試
以SDR收發機為例,發送組件可能包括功放器、濾波器、混頻器、DAC、頻率振蕩器和DSP電路。其它組件可能包括低噪聲放大器、混頻器、ADC、頻率振蕩器、DSP和控制電路。
圖1是收發機簡化的功能方框圖,其中沒有數字中間頻率(IF)或數字RF。注意,這個圖中的每個方框可以通過軟件控制。
圖1:典型SDR收發機實現方案的功能方框圖和測試設置
檢驗典型SDR收發機的性能要求采用綜合測試戰略,把沿著發送/接收鏈不同點上進行的測量關聯起來。例如,可以通過卓越的實時信號分析儀(RTSA)的頻率模板觸發(FMT)捕獲間歇性信號。RTSA可以使用頻率模板違規,然后觸發邏輯分析儀和示波器,允許用戶查看相關信號的數字特點和模擬特點。通過使用這種方法,設計人員可以確定邏輯電路或模擬控制電壓中是否發生與頻域違規相關的某個事件。除通過高級觸發彌補數字/RF鴻溝外,頂級RTSA可以在相關的時域、頻域和調制域中分析和顯示信號。
超越固態一致性測試
SDR測試本身包括傳統發射機測試。無線電每種不同的可能配置都必須符合傳統規范,如占用帶寬、通道功率和鄰道功率。對采用時分雙工或時分復用的系統,存在著定時要求,如上升時間和下降時間。對跳頻系統,可能同時有與跳頻PLL系統有關的頻域和時域指標。與傳統發射機不同,SDR器件必須在更加廣泛的工作模式下通過這些測試,這提高了一致性測試的復雜性。
調制質量測量也是一致性測試的重要組成部分。對數字調制的信號,其通常包括誤差矢量幅度(EVM)或相關功率(RHO)測量。此外,支持模擬模式的SDR設計必須通過一致性測試。調制質量既是一致性測量指標,也是系統性能問題。EVM差會降低數據速率、語音傳輸清晰度和發送范圍。EVM指標還可以洞察潛在的發射機問題?;谶@些原因,EVM是調試SDR時首先要考慮的指標之一。
遺憾的是,單純的一致性測試并不足以保證SDR正常工作。為實現網絡靈活性,每個SDR器件必須隨時間變化來改變重要的工作參數,以跟上網絡需求。當然,所有這些變化都由軟件控制的收發機硬件實現。因此,幫助捕獲可能的RF毛刺、瞬變和其它異常事件的工具至關重要。確定哪個組件導致了問題也是一個重大任務,要求采用全面的調試戰略。為使器件和網絡正常運行,必需考慮新的測試方法,幫助檢定和分析SDR RF鏈路怎樣隨時間變化。
領先的RTSA為SDR調試提供了強大的功能。首先,必需發現物理層中存在的問題。這些瞬變事件發生得可能非??欤谄潆S時間變化時,當前的RTSA使得設計人員能夠在頻域中觀察到這些事件。在使用RTSA發現異常信號行為之后,用戶可以在時間相關的多個域中觸發、捕獲和分析相關信號。這種超越純粹一致性測試的能力對檢定和調試動態信號必不可少。
跳頻和發射機測試
許多系統中都使用跳頻,包括軟件定義的系統,以避免檢測、擁堵和干擾,改善擁有多路徑和衰落的環境中的性能。跳頻在廣泛的頻率上擴展信息。這提高了系統的強健性,因為頻率相關誤差(如干擾或衰落)只會導致部分數據丟失。通過增加前向糾錯編碼、隔行掃描及混合ARQ重傳等技術,可以有效恢復在跳擁堵過程中丟失的數據。
圖2:110 MHz跨度的數字熒光顯示技術,顯示了2.4 GHz ISM頻段。這里的信號與圖3中顯示的信號類似。現在使用數字熒光和Max Hold軌跡顯示信號,可以看到真正信號行為的實地RF表示
除常見的跳定時、頻率穩定時間和幅度穩定時間測量外,還可以使用多種其它測量,使用RTSA調試跳頻無線電。跳頻涉及頻域、時域和調制域交互。能夠以相關的方式顯示這3個域在調試SDR器件中提供了寶貴的工具。
圖2是藍牙器件跳頻的數字熒光顯示畫面。傳統上一直用于高級示波器的DPX數字熒光顯示技術已經應用到RF領域中,部分RTSA現在已經采用了這種技術。DPX第一次允許用戶查看“生動的RF”信號,為查看RF信號行為提供了無可比擬的能力。
在圖3中,顯示了一個藍牙信號。RTSA的頻譜圖(右下方)顯示了頻率行為隨時間變化情況。可以看出,在這些跳周圍有很高的頻譜能量。在這種情況下,在發生跳頻時,發射機可能會干擾相鄰器件。捕獲跳頻使用的儀器必需有足夠寬的實時帶寬,以捕獲大部分跳序列帶寬及其周圍發生的頻率散射。
圖3:藍牙跳序列,包括(從左上方順時針方向) 110 MHz跳序列的頻率對時間、包括某個時點上紅色頻譜圖軌跡的頻譜、功率對時間概況和頻譜圖
盡管藍牙不一定使用軟件無線電實現,但它可以很好地說明在試圖實現跳頻系統時面臨的挑戰。對大多數跳頻系統來說,能夠測量每個跳頻十分重要。例如,藍牙規范要求79個跳頻中的每個跳頻(1 MHz通道間隔)位于特定值的75 KHz范圍內。這保證不同制造商的器件之間正確互操作。對這一測量,用來測量跳序列的儀器必須涵蓋整個跳頻范圍。在2.4 GHz ISM頻段中,頂級RTSA的110 MHz實時帶寬足以涵蓋整個83 MHz頻段,同時還會檢查帶外干擾。
在圖4所示的另一個實例中,使用RSA調試發生不頻繁的、難以檢測的信號。這可能是頻率切換瞬變導致的,頻率切換瞬變還可能會導致更大的相位瞬變。它可能是由于PLL電路在對某個頻率變化時控制不當引起的。一旦使用DPX識別了毛刺或瞬變,部分RTSA的FMT可以可靠地捕獲信號進行深入分析。如圖4中所示,用戶可以定義頻率模板,可以繪制頻率模板,最好地捕獲信號。在藍牙跳頻實例中,用戶可以定義模板,觸發某個跳頻,而不是觸發功率變化。數字熒光顯示技術演示了信號跳到約比感興趣的信號高3 MHz的頻率上。頻率模板任意定義為這個信號周圍的包絡,一旦信號進入頻率模板區域,儀器會觸發。通過使用擁有高性能帶寬的RTSA,可以分析跳序列,在每個跳頻上執行頻率穩定時間測量(部分RTSA在110 MHz實時帶寬時的定時分辨率為6ns),支持最低60ns的穩定時間。
關鍵詞:動手操作;理解記憶;靈活應用
圓錐曲線中,橢圓和雙曲線的概念都可以通過動手操作完成,并且操作簡單方便,而拋物線的給出卻不容易,這也是導致教師忽略的原因之一。正是動手操作的缺失,使得學生在遇到運用拋物線定義解題時,不能靈活。
比如下列一組題目:
1.動圓過點(1,0),且與直線x=-1相切,則動圓的圓心的軌跡方程為________________。
2.若點P到直線y=-1的距離比它到點(0,3)的距離小2,則點P的軌跡方程為________________。
3.設點F為拋物線y2=4x的焦點,A,B,C為該拋物線上三點,若++=,則++=( )。
A.9 B.6 C.4 D.3
4.已知拋物線y2=2x的焦點是F,點P是拋物線上的動點,又有點A(3,2),求PA+PF的最小值,并求出點P的坐標。
這些全都是利用拋物線定義來解的題目,有些學生不會,或者感覺很陌生,主要是對定義的由來沒有深刻印象,因為缺少動手操作,缺少親身經歷。人教B版中拋物線定義的給出方式很好,但在實際課堂中常常因為各種原因,沒有讓學生實際操作,造成學生對拋物線的定義只是死記硬背,不會靈活應用。
針對這種現實情況,結合自身的教學實踐,我摸索出了拋物線的定義教學的幾點做法:
一、畫拋物線
讓學生親自畫拋物線,體會定義由來的方法,介紹如下:
1.工具
畫拋物線的圖象,需要借助鉛筆,帶刻度的直尺,圓規。
2.原理
到定直線距離相等的點在一條和定直線平行的直線上,然后從該直線上通過圓規畫弧,找到該直線上到定直線和定點距離相等的兩個點,最后用光滑的曲線將所找到的點連起來,便畫出了一條拋物線。
3.具體做法
(1)為了便于找點,先令定點F到定直線l的距離為2,作直線l1與l的距離為1,以F為圓心,1為半徑畫弧,與l1交于一點P1;然后作直線l2與l的距離為2,以F為圓心,2為半徑畫弧,與l2交于兩點P2,P3;再作直線l3與l的距離為3,以F為圓心,3為半徑畫弧,與l3交于兩點P4,P5;以此類推,作直線l4,l5與l的距離為4,5,以F為圓心,4,5為半徑畫弧,與l4,l5交于點P6,P7,P8,P9等等,然后用光滑曲線聯系起來。
(2)改變定點F到定直線l的距離為4,再畫一遍。
(3)改變定點F到定直線l的距離為ρ,該如何處理?
畫出圖象,再去分析拋物線上的點滿足的幾何條件,給出拋物線的定義,學生易于接受,效果比較好。
二、拋物線標準方程的推導
在拋物線標準方程的推導中,我采取了放給學生,讓學生自己推導的方法。
在教學中,學生給出了三種建系的方法,分別是以K,F及K,F的中點為坐標原點來建系,我把學生分成三組,分別去嘗試推導,然后去比較三種方程形式的特點,最后確定以K,F的中點為坐標原點來建系比較方便和簡潔。
1.以K為坐標原點建系,則F(p,0),l∶x=0,設拋物線上任意一點M(x,y),則M(x,y)到定直線l∶x=0的距離d=x,MF=,由拋物線定義可知x=化簡得:y2=p2-2px。
2.以F為坐標原點建系,則F(0,0),l∶x=-p,設拋物線上任意一點M(x,y),則M(x,y)到定直線l∶x=-p的距離d=x+p,MF=,由拋物線定義可知x+p=,化簡得:y2=p2+2px。
3.以K、F的中點為坐標原點建系,則F(,0),l∶x=-,設拋物線上任意一點M(x,y),則M(x,y)到定直線l∶x=-的距離d=x+,MF=,由拋物線定義可知x+=化簡得:y2=2px。
通過三種不同建系方法下的方程的比較,讓學生明確建系方法不唯一,只是每種建系方法對應于不同的拋物線的方程,根據數學中的簡潔原則,我們選擇了以K,F的中點為坐標原點建立直角坐標系;并且在推導過程中,學生了解了焦點坐標和準線方程都與有關系,而p的含義是焦點到準線的距離;另外也知道了方程中一次項的系數為什么是2p,有助于大家記憶拋物線的標準方程。
三、關于拋物線定義的應用
在應用拋物線定義時,遇到拋物線上的點到焦點的距離,要把它化為到準線的距離,究其原因是我們研究的拋物線的準線都是與坐標軸平行的直線,點到準線的距離比點到焦點的距離好表示,運算起來更加簡便。但是不轉化也可以解決問題,比如求拋物線y2=4x上的點P(3,y0)到拋物線焦點F的距離。
解法一:拋物線的準線方程為x=-1,拋物線y2=4x上的點P(3,y0)到拋物線焦點F的距離即到準線的距離d=3-(-1)=4。
【關鍵詞】現代園林,屋頂花園,施工要點
中圖分類號:TU986 文獻標識碼: A
一、前言
隨著人們生活水平的提高對生活質量的要求越來越高,植物的種植對改善城市生活起到了重要的作用,那么現代園林工程中的屋頂花園的施工方法就顯得尤為重要。
二、屋頂花園的功能
就屋頂花園設計的初衷而言,其功能首當其沖乃生態功能,主要表現在:凈化城市空氣、較少城市太陽輻射和保護城市生態多樣性,并維護城市的生態平衡。伴隨著城市范圍的不斷增大,人口的不斷增加,城市環境則呈現出日漸下降的趨勢,屋頂花園的出現則在一定程度上既適應了現代城市環境的現狀,另一方面又滿足了凈化城市生態環境的要求。屋項花園作為城市綠化的重要組成部分,能在城市空間多層次的凈化空氣,在吸附灰塵、吸收有害氣體、吸收二氧化碳保持城市氧平衡,成為種在城市空間多層次分布的“空氣過濾器”,填補了地面綠化的不足。減少太陽輻射,調節溫度和濕度屋頂花園增加了屋頂的綠量,可以利用植物本身的特性減少太陽輻射,自動調節溫度和濕度。在夏季可以緩解城市局部熱島效應,冬季具有保溫作用。此外,屋頂花園還可保護城市生物多樣性,保持城市生態圈平衡屋頂花園利用屋頂綠化中植物的物種群落關系,打造人工小生態環境,在城市中為生物提供可生存空間,成為維持和保護生物多樣性的重要場所之一。
屋頂花園的設計除生態功能之外,還具有景觀。換言之,城市屋頂的花園成為城市中一抹亮麗的人文風景。因此,城市屋頂的花園還具有人文。屋頂花園利用其獨特的地理優勢,即一方面屋頂花園連接天際線,營造著與地面花園截然不同的屋頂景觀,帶來景觀的三維化,彰顯城市景觀的自然美。另一方面,屋頂花園的存在替代了不受感官歡迎的混凝土、瀝青和各類灰黑墻面,成了現代都市的一抹風景。對于身居高層的人們,無論是俯視大地還是仰視上空,都如同置身于綠化環抱的園林美景之中。在此基礎之上,城市屋頂花園解決了現代城市寸土寸金,可以利用的土地明顯減少的所導致的棲居城市之中的人患上了城市綜合征。然而,屋頂花園為人們營造一個充滿人文關懷氣氛環境的功能:即不僅可以緩解壓力,有益于人們的身心健康,而且還提供了人們休憩和娛樂的場所。
三、現代園林工程中的屋頂花園存在的問題
1、相關法規不健全
市場混亂,屋頂花園相關的法規還不健全,行業標準尚未完善;目前該地區對承攬屋頂花園的施工企業尚無特殊資質要求,一般都是按照園林企業資質等級來進行招標,存在著各企業施工水平良蕎不齊、市場競爭混亂的諸多問題。
2、屋頂花園的建造難度要遠遠高于普通綠地施工
屋頂花園的建造關系到建筑物結構荷載的增加、必須有效解決建筑屋頂滲水、隔熱的技術難題、屋項防水的加強、灌溉系統等設施的配備、景觀小品材料的選擇、特種營養土的供應、種植土內排水管的設置以及植物選擇等多方面問題。這些都直接涉及到要增加施工的成本。屋頂花園要求特定的施工技術,施工單位缺乏相應的技術能力、操作不規范是影響屋頂花園推廣的關鍵因素。
3、屋頂花園的營造成本相對較高
一般地面園林工程施工造價在30一20元/襯,簡式屋頂花園的施工造價在100一20元加2左右,花園式屋頂施工造價基本在40元/mZ以上。屋頂花園需要人工精心養護,維護費用高:屋頂花園綠化植物品種單一,景觀效果欠佳,短時間內不能看到屋頂花園的直觀效應,與地面園林綠化的效果仍有一定差距。屋頂花園營造必須要考慮屋頂荷載的要求:屋頂花園最致命的問題是,如果一旦防水工程失敗的話,維修工程將困難重重。
四、現代園林工程中的屋頂花園施工要點
1、施工工藝流程
2、屋頂花園的載重能力
屋頂花園的載重能力是需要考慮的首要問題,因為它直接關系到居住者的安全。因此在施工前要對屋頂的載重能力進行準確評估后再進行施工,影響屋頂花園的載重能力的因素有很多,如地基的載重力,梁柱的載重力等等。一般來說在評估出屋頂的載重力后屋頂花園的實際重量不超過其載重力的1/2,這樣做的目的是保證花園施工不會對房頂造成任何安全影響。除此之外,還可以保證屋頂由于載重過重而出現漏水的現象,因此就杜絕了安全隱患。另外,需要注意的是種植植被所采用的土壤要占到種植總重量的1/2以上,并且所選用的土壤要是質優肥沃。一般來說,目前所采用的兩種常用的土壤分輥是膨脹珍珠巖種植土壤和木屑種植土壤。第一種土壤是在普通腐殖土壤中加入定量的膨脹珍珠巖,加入的量大約為每立方米一百千克。第二種土壤是在木屑土壤中加入普通土壤或者加入定量的腐殖土壤,加入的量大約為每七份木屑土壤三份其他土壤。這兩種土壤可以降低施工過程中所需土壤的重量,從而減輕房屋的承受力,從另外一方面講它也可以幫助去種植更多的植被。除此之外它的另一個好處是可以使植被有足夠的養分。
3、屋頂花園的防水能力
先簡單分析一下屋頂花園漏水的原因。屋頂花園如果設計不當,可能給屋頂造成漏水的狀況,當然除此之外,屋頂漏水可能還有其他原因,屋頂的防水屋設計沒有按照規定的要求而導致不合理,由此甚至按照要求設計仍然會出現漏水的現象,屋頂漏水的位置大致在天溝沿口、煙囪或者屋頂管道鋪設的路線處。漏水的另外一個原因是屋頂施工避免不了打洞固定物件的現象,這對原有的防水層就會造成破壞,因此在施工過程中要嚴格控制打洞等破壞原有防水層的操作。最后一個重要的原因是屋頂花園的屋頂濕度增加,主要是植被的需水量增加,因此不得不增加額外的水供應,這樣原有的防水層可能承受不了現有的濕度而導致漏水。再談談具體的改進措施?,F代園林設計時盡量避免對原有的防水層造成損傷,需要打洞操作時如果影響到原有的防水層就需要重新建設新的防水層。另外,在建設新的防水層時要保證其質量指標達到規定的要求,從實際經驗來看,目前現代園林工程中屋頂花園的防水層設計最好使用剛性防水的方法,其主要內容是使用大約四十到五十毫米厚的細石和泥土的混合物,并在其中置入細鋼網絲,最好再加入少量的防水劑等,這樣就可以使房頂的防水能力得到提高。剛性防水的好處是可以有效地防止種植植被的根系穿過屋頂而導致漏水,它可以限制植被根系的大小。在實際使用中可使細鋼絲網的厚度在十毫米左右,但不能過小,否則就會失去它原有的作用。在細石和泥土形成混合物后可以對其進行再次壓光操作,這樣就可以使混合物更加堅固,從而提高防水的能力,需要注意的是在混合物使用前要對其進行強度檢測,以保證所采用的混合物合格達標。
4、屋頂花園的排水能力
現代園林工程中的屋頂花園施工不僅要考慮防水能力還需考慮排水能力,這和防水是相輔相成的,排水能力的提高有助于減輕防水的壓力,防水能力的提高也可以使排水更加簡單。從目前來看,有兩種方法可以使屋頂的排水能力得到提高。第一種方法是在屋頂的底層放置一層大約十五左右的陶顆粒并且在陶顆粒的上面墊上一層紗布,這樣做的主要目的是可使植被的土壤和屋頂表面接觸,從而減少由于下雨而造成的土壤流失。另外,它還可以使多余的水分排出面積更大,也更加柔和。陶顆粒的另外一個重要作用和土壤類似,就是它可以吸收一部分水分,這樣在植被需要水分的時候可以為之提供。第二個方法是在屋頂表現土壤下層采用木板設置一個空層,這樣多余的水就可以通過木板下方的空隙流出,這種設計需要木板有足夠的空隙,否則就可能導致水不能及時排出,最終沖刷土壤和植被。與此同時,最好定期地清理植被的枯枝敗葉,以防它進入木板下層而阻塞水的排出。
5、屋頂花園的植被選擇
植被的選擇和配置是一個難題,這是因為屋頂的環境相對于地面來說可以說是比較惡劣的,植被所受到的風力溫度或者濕度等自然條件的影響在不同的樓層會有所不同,因此就需要在不同的樓層去選擇適合生長的植被,一般來說,由于屋頂的溫度差異比較大,各個樓層所選擇的植物都要有一定的耐旱耐寒能力并且有較強的生命力,這樣就可以保證它不會由于自然環境而死亡。盆栽或者袋栽的花草樹木的苗是不錯的選擇,它的成活率也相對較高。另外,從植被配置的角度來說,最好選擇灌木類的花草做為屋頂花園中的主要植被,對于花的選擇來說,選擇在四季都開的花木搭配相對來說比較好,這樣一年四季都可以有綠葉花草相映。從空間上來看也需要合理地布局花草樹木的順序,蕨類植物在最底層,花其次,最后是小型灌木之類,植被顏色也可以進行巧妙地搭配,以達到更加令人賞心悅目的效果。
5、屋頂花園的植被養護
植被養護需要經驗更需要耐心,必須根據各種植被的特性進行相應地養護,一般來說需要專業或者專門的人員去管理植被的養護,養護需要考慮到適時的溫度濕度以及相關的天氣變化去進行合理的操作。當然,植被養護人員必須熟悉屋頂花園中每一種種植花木的特性,按時按量地進行施肥給水,對于那些枝長葉茂的花木,也要進行及時的剪枝,這樣就可以保證它正常地生長,也不會影響其他植被對陽光的需求。除此之外,要對屋頂花園中的花草樹木的狀況進行記錄,一旦其出現問題時進行及時的處理,盡量避免其出現死亡的狀況,如果發現其出現病蟲,嚴重的話可以對其進行移除,以防其將病蟲傳播到其他的植被上,從這點來說,應該對植被進行適時的除蟲操作。
五、結束語
通過對新時期下,現代園林工程中的屋頂花園施工問題的分析,進一步明確了屋頂花園植物種植的方向,為城市生態的優化完善奠定了堅實基礎,有助于屋頂花園施工水平的提高。
參考文獻
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[2]王洪成.淺析屋頂花園的防水設計[J].北方園藝,2010,2(03)
在人身保險業務中為什么實行定點醫院管理?這要從人身保險業務的性質談起。
人身保險合同是以人的壽命和身體為保險標的的保險合同,被保險人因意外事故、意外災害、疾病、衰老等原因導致死亡、殘疾或喪失勞動能力等情況下,保險人按照約定給付保險金的合同。人身保險合同是給付性合同,一旦出現保險事故,必然提起理賠程序。
保險業屬于金融業,與其他金融業一樣,受國家監管。“金融是現代經濟的核心,金融安全是國民經濟安全運行的重要保障”(最高人民法院副院長李國光《在全國民事審判工作會議上的講話》2000年10月28日),所以防范金融風險,是關系到國計民生的大問題。
在保險經營中,如何能夠防范金融風險,這是保險業一直在研究的課題。建立完整的風險防范機制,非常重要。
在人身保險經營中,保險標的是每個人的人身健康與生命,所以,他面對的是千百萬的個人,當保險事故發生時,依據《保險法》第23條的規定,保險公司應當對損失進行核定。如何能依法準確“核定”這是致關重要的。
因為,保險公司要審查是否存在以下情形:
1《保險法》第27條規定,被保險人或者受益人在未發生保險事故的情況下,謊稱發生了保險事故,
投保人、被保險人或者受益人故意制造保險事故的,
保險事故發生后,投保人、被保險人或者受益人以偽造、變造的有關證明、資料或者其他證據,編造虛假的事故原因或者夸大損失程度的,
2、《保險法》第64條規定,投保人、受益人故意造成被保險人死亡、傷殘或者疾病的。
受益人故意造成被保險人死亡或者傷殘的,或者故意殺害被保險人未遂的,
3、第65條規定,被保險人自殺的,
4、第66條規定,被保險人故意犯罪導致其自身傷殘或者死亡的,
凡是具備以上情形的不屬于保險責任,保險公司不給賠償。
由以上幾點可知,“核定”這是多么艱巨的工作!如果沒有完善的制度是不能實現的。如果在核定環節管理不善必然造成重大損失,承擔不可預測的金融風險。
保險的目的,就是為了最大限度的得到理賠。得到最大限度的理賠款,就成為投保人追求的經濟利益。為追求這一經濟利益,人們可能采取非法手段來騙取或多取得經濟利益,諸如《保險法》列舉的情形,被保險人還有的采取犯罪行為,來實施保險詐騙行為。
如何能夠預防違法犯罪,減少這種金融風險呢?建立健全完善的管理制度非常重要。定點醫院的建立,就是基于此目的產生的。
人身保險理賠管理與國家基本醫療保險項目的管理目的是相同的。社會保險根據國家規定“由定點醫療機構為參保人員提供定點醫療服務范圍內的診療項目”,目的就是防范風險。保險公司定點醫院管理的目的,中國平安保險股份有限公司《定點醫院管理辦法》(討論稿)中闡述的很明確:“定點醫院管理是壽險風險管理體系的重要內容之一。它主要通過定點醫院的設置與評估、健康保險客戶住院期間的風險管理、醫院關系的維護、雙向信息反饋、醫院基本數據的分析、商業健康保險的宣教等等來實施管理”。所以,定點醫院的管理是保險公司防范風險的一個切實可行,并切,具有良好收效的措施之一。 二、定點醫院管理行為,不構成限制競爭行為。
1、首先要明確不正當競爭的概念和構成要件
不正當競爭的概念。
不正當競爭行為泛指在商業活動中,各種與誠實信用的商業道德相悖,并為法律法規所禁止的行為。
不正當競爭行為,依據《反不正當競爭法》的規定,分為不正當行為和限制競爭行為兩種。在限制競爭行為中,又包括公用企業或者其它依法具有獨占地位的經營者的限制競爭行為和政府及其所屬部門限制競爭行為。
所謂限制競爭行為,是指妨礙甚至完全阻止或排除市場主體進行競爭的行為。
不正當競爭行為的構成要件。
任何違法行為 ,均包括主客觀兩方的構成要件,
首先,是主觀要件,既違法行為人必須是明知自己的行為與誠實信用的商業道德相悖,但是,為了最大限度的追求利潤而濫用自身的經濟優勢或采取違法手段,破壞公平競爭的原則,來排擠競爭對手,提高自己的市場份額。所以,其主觀目的性很強。
第二,是客觀要件,即違法行為人必須具有違反法律、法規所禁止的行為。
第三,違法行為與損害結果之間存在因果關系。
以上三個要件缺一不可。
2、定點醫院管理行為,不構成限制競爭行為。
通過以上分析可知,定點醫院建立的目的是防范金融風險。
保險公司定點醫院管理,是選擇服務精良、非盈利的醫療單位,通過簽定服務合同來確定雙方的權利義務。保險公司是定點醫院的服務對象,醫院除診療被保險人外,還有相當的工作由醫院對保險公司提供服務,例如:在保險公司核保時提供診療檔案,接受保險公司的調查,配合保險公司做好其他核賠工作等等,由此保證核賠質量。
如果不限定診療單位,必然造成如下混亂。
被保險人可以到鄉村、街道診所診療,也可到縣級有保健性、盈利性的醫療機構診療,他可以到任何地方、任何性質、任何檔次的醫療機構診療,只要是醫機構。
這樣做會給保險公司帶來什么呢?經營成本的無限擴大,經營風險的不可控制。必然造成金融風險損失。
1 找出已知橢圓的對稱軸、頂點和焦點
步驟如下:
圖1
1.利用文[1]的方法找到橢圓的中心O;
2.如圖1,在橢圓上任找一點A(不是橢圓的
頂點),以O為圓心,OA為半徑作圓,該圓與橢圓
的其余三個交點分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過點O分別作AB、AD的
平行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是橢圓的
兩條對稱軸;
4.直線l1與橢圓交于E、F兩點,直線l2與橢圓交于G、H兩點,則E、F、G、H是橢圓的四個頂點;
5.比較OE與OG的大小,若OE>OG,則EF是長軸,GH是短軸;若OE<OG,則EF是短軸,GH是長軸(圖1中OE<OG,所以EF是短軸,GH是長軸);
6.以E為圓心,OG為半徑作圓,與直線l2交于F1、F2兩點,則F1、F2就是橢圓的兩個焦點.
備注 若點A恰好是橢圓的頂點,則該圓與橢圓只有兩個交點(其中一個是點A),此時,可對點A進行調整,使得點A不是橢圓的頂點.
下面給出該作法的證明.
證明 如圖1,不妨設橢圓的方程為x2a2+y2b2=1(a>b>0),點A的坐標為x0,y0,其中x0≠±a且x0≠0,于是圓的方程為x2+y2=x20+y20.由于橢圓和圓都關于x軸、y軸、原點對稱,所以點B、C的坐標分別為x0,-y0、-x0,-y0,于是直線AB、AD的方程分別為x=x0、y=y0,所以直線l1、l2的方程分別為x=0、y=0,所以直線l1、l2就是橢圓的兩條對稱軸.
因為OE=b,EF1=a,所以OF1=EF12-OE2=a2-b2=c,同理,OF2=c,于是F1、F2是橢圓的兩個焦點.
2 找出已知雙曲線的對稱軸、頂點和焦點
步驟如下:
圖2
1.利用文[2]的方法找到雙曲線的中心O;
2.如圖2,在雙曲線上任找一點A(不是雙曲線的
頂點),以O為圓心,OA為半徑作圓,該圓與雙曲線
的其余三個交點分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過點O分別作AB、AD的平
行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是雙曲線的兩條對稱軸;
4.直線l2與雙曲線交于E、F兩點,則E、F是雙曲線的兩個頂點;
5.以O為圓心,OE為半徑作圓C1;
6.過點D,利用文[3]的方法作雙曲線的切線l3,與C1交于點G;
7.過點G作l3的垂線,交l2于點F2,作點F2關于直線l1的對稱點F1,則點F1、F2就是雙曲線的兩個焦點.
備注 若點A恰好是雙曲線的頂點,則以O為圓心,OA為半徑的圓與雙曲線只有兩個交點(其中一個是點A),此時,可對點A進行調整,使得點A不是雙曲線的頂點.
關于雙曲線的頂點、對稱軸的證明方法與橢圓的證明類似,此處不再贅述.下面證明F1、F2是雙曲線的兩個焦點.
證明 如圖2,不妨設雙曲線的方程為x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),點D的坐標為x0,y0,其中x0≠±a,點G的坐標為m,n.
因為點D在雙曲線上,所以x20a2-y20b2=1,即
x20=a2+a2y20b2………①.
點G在圓C1上,所以m2+n2=a2………②.
切線l3的方程為x0xa2-y0yb2=1,而點G在l3上,所以mx0a2-ny0b2=1,即b2mx0-a2ny0=a2b2,兩邊平方,化簡可得
2mnx0y0a2b2=b4m2x20+a4n2y20-a4b4………③.
因為GF2l3,所以直線GF2的斜率為-a2y0b2x0,所以直線GF2的方程為y-n=-a2y0b2x0x-m,令y=0,可得點F2的橫坐標為xF2=b2nx0+a2my0a2y0,平方可得x2F2=b4n2x20+a4m2y20+2mnx0y0a2b2a4y20,將③式代入該式子,可得
x2F2=b4n2x20+a4m2y20+b4m2x20+a4n2y20-a4b4a4y20=b4m2+n2x20+a4m2+n2y20-a4b4a4y20.
將②式代入,可得
x2F2=a2b4x20+a6y20-a4b4a4y20.
將①式代入,可得
x2F2=a2b4a2+a2y20b2+a6y20-a4b4a4y20
=a4b4+a4b2y20+a6y20-a4b4a4y20
=a4b2y20+a6y20a4y20
=
a2+b2=c2,所以xF2=c,于是點F2是雙曲線的右焦點,從而點F1是雙曲線的左焦點.
3 找出已知拋物線的焦點
步驟如下:
1.利用文[2]的方法找到拋物線的頂點O和對稱軸l;
2.如圖3,在拋物線上任找一點A(不是拋物線的頂
點),過A作ABl于點B,作點B關于頂點O的對稱點
C,連接AC;
3.過點A作ADAC,交對稱軸l于點D;
4.取CD中點為F,則點F就是拋物線的焦點.
下面給出該作法的證明.
圖3
證明 不妨設拋物線的方程為y2=2px(p>0),點A的坐標為x0,y0,其中x0≠0,則點B的坐標為x0,0,點C的坐標為-x0,0.于是直線AC的斜率為y0-0x0--x0=y02x0,直線AD的方程為y-y0=-2x0y0x-x0.令y=0,可得x=x0+p,所以點D的坐標為x0+p,0,所以CD中點F的坐標為p2,0,所以點F就是拋物線的焦點.
參考文獻
[1] 張偉.使用幾何畫板如何找出已知橢圓的中心[J].中學數學雜志,2014(7):23.
[2] 黃偉亮.使用幾何畫板找出雙曲線的中心和拋物線的焦點[J] .中學數學雜志,2015(3):65.
關鍵詞:固定源廢氣;顆粒物;監測
隨著人們生活水平的不斷提升,對生態環境也有了全新的要求。在當前社會背景下,傳統固定源廢棄當中顆粒物現場采樣工作模式已經不能滿足社會發展的需求,必須要通過各種現代化的方式對其進行完善,才能從根本上提升固定源廢氣顆粒物現場采樣工作質量,下文也將從采樣位置的選擇、現場采樣前的調查、現場采樣等方面,詳細闡述如何提升固定源廢氣顆粒物現場采樣工作質量。
1 如何選擇采樣位置
對于采樣位置的選擇,優先設置在垂直位置并且盡可能的避開彎頭和斷面急劇變化的部分,并盡量遵循上三下六的原則(針對圓形煙道)。對于現場空間有限,不能滿足上述條件時,可選擇相對來說適宜的管段采樣,但采樣斷面與彎頭的距離最少是煙道直徑的1.5倍,對于監測測點的數量及采樣頻次都要進一步增加。對于采樣斷面的煙氣流速要滿足在5m/s以上。采樣平臺至少應同時容納兩人對儀器進行操作,并符合相關安全規范。
2 現場采樣前的調查
(1)調查廢氣處置采用的是什么除塵設施,是布袋收塵,還是電收塵,如果是采用的電收塵,采樣前儀器要接地,防止靜電將采樣儀器打壞及對采樣人員的損傷。
(2)調查生產設施的運行情況,污染物的排放規律:間斷排放還是連續排放,已確定采樣的頻次、及時間。
(3)現場勘察開孔位置橫截面的直徑、煙囪的高度,必要時查閱煙道的設計圖紙。
(4)調查采樣期間的生產工況,如果是監督性日常監測,采樣期間的工況應當與平時的正常狀況下的運行工況接近。對于監測目的為竣工環境保護驗收監測的項目,其工況應穩定運行、生產負荷需要達到設計生產能力的75%以上情況下進行。對于無法暫時無法調整工況達到設計生產能力的75%以上負荷的建設項目,分為以下兩種情況:a.經過調整工況可以達到設計生產能力75%以上的,驗收監測應當在75%以上負荷或者在滿足國家及地方標準中所要求的生產負荷的條件下進行;b.對于確實無法調整工況達到設計生產能力75%以上的項目,驗收監測的開展應當在主體工程穩定、環保設施運行正常,并且征得環保主管部門同意的情況下進行,同時對實際監測時的工況進行注明。國家、地方相關標準對生產負荷另有規定的按規定執行。
3 現場采樣
(1)將采樣系統連接,開機自檢后,要對整個系統進行檢漏防止系統漏氣,有的儀器自帶檢漏程序,有的儀器需要手動完成。監測前還應注意對系統動壓進行調零。
(2)對煙道的含濕量進行測量,目前我們通常采用的是干濕球法,其原理是使氣體在一定的流速下經干、濕溫度計,根據干、濕球溫度計的讀數和測點處的排氣壓力,計算出排氣中的水份含量,測量含濕量時,加入的最大水量要在刻度線以下,槍要水平進入,監測完畢后,要先將槍下部儲水罐的水倒掉,注意千萬不能倒置。
(3)輸入含濕量、大氣壓、煙道尺寸等參數,裝入濾筒,使采樣嘴置于測點并正對氣流,按顆粒物等速采樣的原理,抽取一定的含塵氣體。根據采樣管濾筒上所捕集的顆粒物和同時抽取的氣體量,計算出排氣筒中的顆粒物濃度,采樣的體積要滿足相關的監測要求。
(4)采樣結束后,應通電讓儀器繼續運行一段時間,排出殘留廢氣,防止殘留廢氣中的一些腐蝕性成分對儀器的損壞。這一過程對采樣整體工作質量的影響是比較大的,而且還會影響到被采樣機構經濟效益,減少對儀器的損壞,提升采樣的科學性。
4 現場采樣的注意事項
(1)對于穩定排放的固定源當采樣前后流速變化(即同一斷面當天所采三個樣品流速之間的變化)大于20%時,樣品無效,應重新采樣。等速采樣時要求顆粒物采樣的跟蹤率為1±0.1之間。
(2)采樣時間應根據廢氣中顆粒物的含量確定,原則上每斷面測定時所采集樣品累計的總采氣量不少于1立方米。
(3)防塵、防毒面具。部分帶正壓的、高濃度的進口監測時的人員現場保護。
(4)其他現場人員安全、防中暑、防治燙傷等物品措施。
(5)脫硫出口可能會遇到煙氣濕度大、濾筒破裂、受到冷凝水倒流及采樣孔套管內脫硫石膏漿液沾污等問題。適當縮短采樣時間,及時清理沾污的嘴子。對于采樣嘴中一些狹窄地方清理不到的,可以選擇在采樣前用實驗室超聲波清洗儀超聲清洗。
(6)長期開展工作的監測斷面,測試風量出現異常偏大或者偏小時,檢查其是否等負荷情況是否波動,也可以查閱排放口風量日常歷史記錄(建議可以考慮建立歷史數據表格,隨身攜帶備查),與以往進行比照,以追溯檢查監測數據的有效性、代表性。
5 結束語
環境科學研究的主要問題,是人與環境之間在進行物質和能量交換活動中所產生的影響。定性、定量化的是研究的基礎上進行的,所以環境監測是確立研究成果的重要手段之一。人類活動一方面影響了自然環境,另一方面來說自然環境反過來又作用于人類。為了追求美好的生存環境,人類應加強對環境的調手,通過環境監測的不斷開展和長期積累,取得大量的監測數據,查出污染的來源,對于污染物在傳輸過程中的分布和變化的規律性要進一步掌握;通過大量數據建立的模型,對環境污染的趨勢作出預測預報并且能準確地評價環境質量,并在此基礎上提出或確定控制環境污染的對策。在這樣的不斷往復中進行,逐步地改善環境。這一切構成了一個科學的研究體系,環境監測是這個體系中的一個重要環節,環境監測是一項繁重、嚴謹的工作,也是具有較高技術含量的復雜工程,環境監測部門必須在實踐和操作中不斷完善環境監測質量管理體系,最大限度提升環境監測水平,確保環境監測結果的準確性和可靠性,以更好的為環境管理部門及廣大人民群眾服務。
參考文獻
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[2]鄭云華.固定污染源廢氣有組織排放手工監測質量控制與實施[J].環境科學導刊,2011,4:76-79.
關鍵詞:無線傳感器網絡;移動信標;節點定位
中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2011)21-5080-03
Research on Technology of Nodes Localization Based on Mobile Beacon for Wireless Sensor Network (WSN)
DING Hui, LI Bo-yong, AI Shu-liang
(Chenzhou Vocational and Technical College, Chenzhou 423000, China)
Abstract:Wireless sensor network has been used in many field. Nodes location of WSN has provided the basic information for many applications. Nodes location based on mobile beacon is one of the important research fields. Some basic principles and performance evaluating criterions of nodes localization based on mobile beacon for WSN are introduced. Some issues which need to be resolved in future are discussed.
Key words: wireless sensor network (WSN); mobile beacon; nodes localization
隨著傳感器技術、無線通信、微電子技術以及嵌入式計算等技術的發展,無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network 簡稱WSN)得到了廣泛應用,成為當今活躍的研究領域。無線傳感器網絡是新型的傳感器網絡,同時也是一個多學科交叉的領域,與當今主流無線網絡技術一樣,均使用802.15.4的標準,由具有感知能力、通信能力和計算能力的大量微型傳感器節點組成,具有低成本、低功耗的優點和強大的數據獲取和處理能力。
在無線傳感器網絡的眾多應用中,如:國防軍事、環境監測、交通管理、醫療衛生、目標跟蹤、物流管理、入侵檢測、交通流量監控和勘測應用等領域, 監測到事件之后需要確定事件發生的位置,信息融合后得到的相關數據信息如果不包含事件位置信息將毫無意義,只有帶有標識位置信息的傳感數據才有實際的意義。傳感器節點自身的正確定位是提供事件位置信息的前提, 因此節點的精確定位基礎而關鍵[1] 。
1 無線傳感器網絡節點定位的分類及基本方法
節點定位是指確定傳感器節點的相對位置或絕對位置,節點所采集到的數據必須結合其在測量坐標系內的位置信息才有意義。人工部署傳感節點和為所有節點安裝GPS接收器都會受到成本、功耗、節點體積、擴展性等方面的限制,甚至在某些應用中是根本無法實現的。通常是為部分節點配置定位裝置(如GPS接收器)或事先標定其準確位置,這些節點稱為信標節點(也稱錨節點),再利用信標節點的相關信息采用一定的機制與算法實現無線傳感器網絡節點的自身定位。目前人們提出了兩類節點定位算法[2]:基于測量距離的定位算法與測量距離無關的定位算法。基于距離的定位方法首先使用測距技術測量相鄰節點間的實際距離或方位,然后使用三邊測量法、三角測量法、最小二乘估計法等方法進行定位。與測量距離無關的定位算法主要包括:APIT、質心算法、DV-Hop、Amorphous等。
1.1 基于無線傳感器網絡自身定位系統的分類[1,3-5]
1) 絕對定位與相對定位。絕對定位與物理定位類似,定位結果是一個坐標位置,如經緯度。而相對定位通常是以傳感區域某點為參考,建立整個網絡的相對坐標系統。
2) 物理定位與符號定位。經緯度就是物理位置;而某個節點在某街道的某門牌的建筑物內就是符號位置。一定條件下,物理定位和符號定位可以相互轉換。與物理定位相比,符號定位在一些特定的應用場合更加便于使用。
3) 集中式計算與分布式計算定位。集中式計算是指把所需信息傳送到某個中心節點,并在那里進行節點定位計算的方式;分布式計算是指依賴節點間的信息交換和協調,由節點自行計算的定位方式。
4) 移動信標與固定信標定位。移動信標節點是一類裝備了GPS或其它定位裝置的可移動節點,它在移動的過程中周期性自己的位置信息?;谝苿有艠说奈粗濣c定位有很多優點,如定位成本低,容易達到很高的定位精度、可實現分布式定位計算、易于實現三維定位等。而固定信標節點是一類裝備了GPS或其它定位裝置的不可移動節點。
1.2 基于距離的節點坐標計算基本方法
待定位節點在獲得與鄰近信標節點的距離信息后,通常采用下列方法計算自身的位置[3]。
1) 三邊測量法:利用網絡中三個信標節點的位置坐標以及未知節點到這三個信標節點的距離,運用幾何方法求出未知節點的坐標。
2) 三角測量法:利用網絡中三個信標節點的位置坐標以及未知節點為角頂點角邊分別為三個信標節點的角度,運用幾何方法求出未知節點的坐標。
3) 最小二乘估計法:利用未知節點的相鄰節點中的多個信標節點的位置坐標以及它們與未知節點的距離或角度,運用最小均方差估計方法求出未知節點的坐標。
1.3 常用的測距方法
1) 信號接收強度(RSSI)測距法
已知發射功率和天線接收增益,在接收節點測量信號接收功率,計算傳播損耗,使用理論或經驗的無線電傳播模型由傳播損耗計算出信源與接收者間的距離。通常使用下列對數-常態分布模型來計算節點間的距離[1]。
PL(d)=PL(d0)+10λ?log(d/d0)+X (1)
PL(d0)=32.44+10λ?log(d0)+ 10λ?log(f) (2)
RSSI=發射功率+天線增益-路徑損耗(PL(d)) (3)
其中PL(d)[dB]是經過距離d后的路徑損耗,X是平均值為0的高斯分布隨機變數,其標準差取為4至10,λ為取衰減因子通常為2至3.5,f是頻率,取d0=1(m),這樣根據上述3式可得節點間的距離。
2) 到達時間測距法
到達時間(TOA)技術通過測量信號傳播時間來測量距離,若電波從信標節點到未知節點的傳播時間為t,電波傳播速度為c,則信標節點到未知節點的距離為t×c。
3) 時間差測距法
TDOA測距是通過測量兩種不同信號到達未知節點的時間差,再根據兩種信號傳播速度來計算未知節點與信標節點之間的距離,通常采用電波和超聲波組合。
4) 到達角定位法
到達角(AOA)定位法采用陣列天線或多個接收器組合來獲取相鄰節點所處位置的方向,從而構成從接收機到發射機的方位線。兩條方位線的交點就是未知節點的位置。
1.4 典型非測距算法
基于距離測量和角度測量的定位算法的缺點是對專用硬件有一定的要求,從而使傳感器節點成本和體積加大,限制了它的實用性。非測距的算法不需要測量未知節點到信標節點的距離,在成本和功耗方面比基于測距的定位方法具有一定的優勢,但是精度相對不足。
1) DV-hop算法
為了避免對節點間距離的直接測量, Niculescu等人提出了DV-hop算法[3]。該算法基本思想是:用網絡中節點的平均每跳距離和信標到待定位節點之間的跳數乘積來表示待定位節點到信標節點之間的距離,再用三角定位來獲得待定位節點的位置坐標。
2) 質心法
質心法由南加州大學Nirupama Bulusu等學者提出[3],該算法是未知節點以所有可收到信號的信標節點的幾何質心作為自己的估計位置,它是一種基于網絡連通性的室外節點定位算法。
3) APIT 算法
一個未知節點任選3個能夠與之通信的信標節點構成一個三角形,并測試自身位置是在這個三角形內部還是在其外部;然后再選擇另外3個信標節點進行同樣的測試,直到窮盡所有的組合或者達到所需的精度。
4) Amorphous 算法
Amorphous 定位算法[3]采用與 DV-Hop 算法類似的方法獲得距信標節點的跳數,稱為梯度值。未知節點收集鄰居節點的梯度值,計算關于某個信標節點的局部梯度平均值。Amorphous 算法假定預先知道網絡的密度,然后離線計算網絡的平均每跳距離,最后當獲得3個或更多錨節點的梯度值后,未知節點計算與每個錨節點的距離,并使用三邊測量法和最大似然估計法估算自身位置。
2 基于移動信標的無線傳感器網絡節點定位技術
無論是距離相關還是距離無關定位算法,常采用固定信標節點方式測量距離、相對角度、傳播時間差及傳播時間等進行節點定位[1]。通常參與定位的固定信標節點越多, 定位精度將越高。但是信標節點的成本遠遠高于普通節點,當定位工作完成后,信標節點將轉成普通的傳感器節點使用。因此信標點越多,布設整個網絡的成本將會增大, 定位算法的計算負荷以及通訊負荷將會增大[1] ,過多的信標節點將會造成較大的浪費。所以利用移動節點發出的虛擬坐標點進行輔助定位的思想將成為節點定位研究的一個重要研究方向。
假定整個WSN由靜止節點以及移動節點(如撒播節點完畢的飛機、運動的車輛、移動的小型機器人或普通的能移動的傳感器節點等) 兩種類型節點構成。根據傳感器網絡的規模大小, 可以配置一個或者多個移動節點。各移動節點均配置一個GPS接收器用于定位移動信標節點本身, 并有足夠的能量自我移動或捆綁移動機器人、移動車輛或三維空間中的飛機等工具。移動節點在傳感器區域內按照一定的運動路徑移動, 并周期性地發送坐標位置信息, 待定位節點根據接收到的坐標信息與采用適當的定位算法完成定位[6] 。
近幾年有一些研究者對移動錨節點路徑規劃展開研究,提出了一些比較好的路徑規劃方案。移動錨節點路徑規劃主要有兩個目標:
1) 移動軌跡能夠覆蓋網絡中的所有未知節點;
2) 為未知節點定位提供質量好的信標點。
如果滿足網絡節點均勻分布的條件,規劃路徑通常采用靜態規劃路徑,移動錨節點都按照預先規劃的路徑移動,不具有根據節點分布狀況靈活變化的性能。文獻[7]針對移動錨節點的路徑規劃問題利用空間填充線理論提出了SCAN、DOUBLESCAN以及HILBERT路徑規劃方法,分別如圖1、圖2和圖3所示。在節點通信距離小和空間填充線密度大的條件下, SCAN路徑比HILBERT路徑的定位結果準確。但是在節點通信距離大、空間填充線密度較小時,HILBERT路徑明顯優于SCAN路徑。
SCAN路徑存在明顯的缺點就是提供了大量共線的信標點,HILBERT路徑通過增加移動路徑長度解決了信標點共線性的問題,只要達到一定的密度就可以為定位提供優質的不共線信標點。為了解決信標點存在共線性的問題,文獻[8]提出了圓形規劃路徑和S形規劃路徑方法,如圖4和圖5所示。圓形規劃路徑完全覆蓋方形網絡區域時必須增加大圓路徑,這很大程度增加了路徑的長度。而圓形的直徑非常大時,在局部帶來了信標點的共線性問題。S形路徑通過引入S形曲線代替直線,解決了信標點共線性問題。
而對于實際環境中節點非均勻分布的情況,文獻[9]提出了提出了寬度優先和回溯式貪婪算法。這種方法能夠根據網絡信息自適應進行路徑規劃,規劃路徑不再是規則的圖形,能夠充分利用節點分布信息覆蓋所有節點,保證路徑最短,克服了靜態路徑規劃的缺點。文獻[10]提出讓一個攜帶GPS的移動信標采用隨機移動模型的方式盡量遍歷傳感區域,然后采用分布式算法為未知節點定位,該方法結合了基于測距方法的優點,并且無需布置固定的信標節點,節省了成本開銷,但是由于移動信標的移動模型采用隨機的方式,難以讓其移動范圍覆蓋整個傳感區域,從而有些未知節點無法定位。
3 定位算法的評價標準
定位算法設計的優劣通常以下列幾個評價標準[11]來評價:
1)定位精度:一般用誤差值與節點無線射程的比例表示,是定位技術首要的評價指標。
2)定位覆蓋率:指利用定位算法能夠進行定位的節點數與總的未知節點個數之比,它是評價定位算法的另外一個重要的指標。
3)信標節點密度:信標節點占所有節點的比例或者是單位區域內信標節點的數目。
4)節點密度:節點密度通常以網絡的平均連通度來表示。
5)功耗:功耗是指傳感器節點在單位時間內所消耗的能源的數量。由于傳感器節點不會始終在工作的,有時候會處于休眠狀態,但這同樣也會消耗少量的能量,因此,傳感器節點的功耗一般會有兩個,一個是工作時的功耗,另一個是待機時的功耗。
6)成本:包括時間、空間和費用。時間指一個系統的安裝、配置和定位所需的時間??臻g包括一個定位系統或算法所需的基礎設施和網絡節點的數量、安裝尺寸等。費用則包括實現某種定位系統或算法的基礎設施、節點設備的總費用。
7)魯棒性:定位系統和算法必須具有很強的容錯性和自適應性,能夠通過自身調整或重構糾正錯誤、適應環境、減小各種誤差的影響,以提高定位精度。
上述的這些評價指標不僅是評價WSN自身定位系統和算法的標準,也是其設計和實現的優化目標。
4 結束語
使用移動信標節點來完成WSN所有節點的定位,就必須要足夠的時間讓移動信標節點遍歷完整個網絡, 為了減小所有節點定位所需的時間以及提高定位效率,如何進一步優化移動信標節點的運動路徑將成為基于移動信標的WSN節點定位技術更研究的重要方向。
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