时间:2024-03-20 11:14:57
绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇无线电的定义,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
关键词:无线电测向;ADF;超外差收音机
1 无线电波的传播方式
无线电波的传播途径,主要可以分为以下四种:天波――由空间电离层反射而传播;地波――沿地球表面传播;直射波――由发射台到接收台直线传播;地面反射波――经地面反射而传播。本文中的无线电测向,利用地波在均匀媒介质(如空气)中,沿直线传播的特性来确定电台方位。
2 ADF自动定向机
2.1 ADF背景知识与系统组成
自动定向机(ADF)是一种主要应用于民航业无线电导航设备。它使用来自地面站的调幅(AM)信号来计算ADF地面站相对机纵轴的方位。
ADF系统由两部分组成分别是地面发射台和机载设备。地面电台有两种:NDB(或称为归航台)――190~550 kHz;标准中波广播电台――550~1750 kHz。机载设备一般包括定向接收机、控制盒、方位指示器、环形天线和垂直天线。本文的接收机系统选用与ADF定向相同的地面波,降低衰减度。
2.2 ADF工作原理
ADF天线接收来自地面站的电磁信号。其中垂直天线接收信号的电场分量,接收信号的大小和方向是恒定的,其方向性图是一个圆;环形天线接收地面站信号的磁分量,接收信号具有方向性,在360°不同方向上接收信号的大小和方向(极性)都不同,它的方向性图是一个8字形。合理选择环形天线和垂直天线的尺寸和安装位置,使其接收信号的方向性图正确叠加,则可以得到一个心形方向性图,如图1:
ADF接收机利用心形方向性图的最小值点进行定位,即哑点定位,但在360°方位上,存在两个哑点,所以为了实现唯一定位,在ADF接收机中利用低频信号对环形天线进行调制,使其周期性反相,从而实现了定向的唯一性。
3 收音机环形天线定向性
3.1 收音机定向系统结构图
ADF自动定向机性能稳定,在民航领域已经相当成熟。参照ADF自动定向机,对超外差收音机开展简易改装,实现定向功能,增加趣味性。在完成超外差收音机的基础上能够寻找到电台的方向,完成自动定向功能。
(1)混频输出465k中频广播信号,经中放,检波,低放,功放后输出音频信号,成功收听中频调幅广播电台信号。
(2)混频输出465k中频广播信号滤出低频信号,利用环形天线的磁棒指向电台方向时,接收机接收信号强度为零的原理,经过放大、整流和电压采样来辨识电台方向。
3.2 系统功能
该项目分为检测单元和控制单元两部分。检测部分完成AM调幅广播电台的信号接收,并将音频信号放大,经过整流滤波,对输出电压进行A/D转换,送到单片机处理。控制部分完成天线的方向控制,当单片机检测到检测部分输出的电压后,单片机来控制步进电机的运动从而带动天线转动,当天线指向电台方向时,单片机采样电压为零,电机停止转动,指针的指向为电台方向。
3.3 收音机定向系统测试
以正西方向为正方向,对实物模型的进行测量,测试数据如表1:
滨海广播电台台址:天津市和平区卫津路143号天津广播电视国际新闻中心
3.4 测试分析
(1)直流电机产生的电磁波辐射对环形天线产生很大的干扰,严重降低了接收机的信噪比,从而降低系统测试性能。
(2)电源变换过程中,会产生较强的电磁干扰(EMI),EMI信号具有幅度大、频率范围宽等特点,EMI信号经传导和辐射会严重影响接收机性能的测试。
针对形成电磁干扰的三要素:干扰源、传播途径和受扰设备。可采用屏蔽、接地和滤波等技术抑制干扰源、切断电磁干扰的传播途径来消除干扰。
4 结语
参考飞机ADF定向机原理,将民航飞机的定位原理应用于定位广播电台上,设计对广播电台的定位设备,完成一套中波调幅广播电台信号的接收装置,能收听中波调幅广播电台节目,并指明广播电台的方位。
参考文献:
[1]徐子久,韩俊英.无线电测向体制概述 [J].中国无线电,2002(03).
[2]周鸿顺,许光宁.无线电测向系统(Ⅱ)[J].中国无线电管理,2002(05).
关键词:动手操作;理解记忆;灵活应用
圆锥曲线中,椭圆和双曲线的概念都可以通过动手操作完成,并且操作简单方便,而抛物线的给出却不容易,这也是导致教师忽略的原因之一。正是动手操作的缺失,使得学生在遇到运用抛物线定义解题时,不能灵活。
比如下列一组题目:
1.动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为________________。
2.若点P到直线y=-1的距离比它到点(0,3)的距离小2,则点P的轨迹方程为________________。
3.设点F为抛物线y2=4x的焦点,A,B,C为该抛物线上三点,若++=,则++=( )。
A.9 B.6 C.4 D.3
4.已知抛物线y2=2x的焦点是F,点P是抛物线上的动点,又有点A(3,2),求PA+PF的最小值,并求出点P的坐标。
这些全都是利用抛物线定义来解的题目,有些学生不会,或者感觉很陌生,主要是对定义的由来没有深刻印象,因为缺少动手操作,缺少亲身经历。人教B版中抛物线定义的给出方式很好,但在实际课堂中常常因为各种原因,没有让学生实际操作,造成学生对抛物线的定义只是死记硬背,不会灵活应用。
针对这种现实情况,结合自身的教学实践,我摸索出了抛物线的定义教学的几点做法:
一、画抛物线
让学生亲自画抛物线,体会定义由来的方法,介绍如下:
1.工具
画抛物线的图象,需要借助铅笔,带刻度的直尺,圆规。
2.原理
到定直线距离相等的点在一条和定直线平行的直线上,然后从该直线上通过圆规画弧,找到该直线上到定直线和定点距离相等的两个点,最后用光滑的曲线将所找到的点连起来,便画出了一条抛物线。
3.具体做法
(1)为了便于找点,先令定点F到定直线l的距离为2,作直线l1与l的距离为1,以F为圆心,1为半径画弧,与l1交于一点P1;然后作直线l2与l的距离为2,以F为圆心,2为半径画弧,与l2交于两点P2,P3;再作直线l3与l的距离为3,以F为圆心,3为半径画弧,与l3交于两点P4,P5;以此类推,作直线l4,l5与l的距离为4,5,以F为圆心,4,5为半径画弧,与l4,l5交于点P6,P7,P8,P9等等,然后用光滑曲线联系起来。
(2)改变定点F到定直线l的距离为4,再画一遍。
(3)改变定点F到定直线l的距离为ρ,该如何处理?
画出图象,再去分析抛物线上的点满足的几何条件,给出抛物线的定义,学生易于接受,效果比较好。
二、抛物线标准方程的推导
在抛物线标准方程的推导中,我采取了放给学生,让学生自己推导的方法。
在教学中,学生给出了三种建系的方法,分别是以K,F及K,F的中点为坐标原点来建系,我把学生分成三组,分别去尝试推导,然后去比较三种方程形式的特点,最后确定以K,F的中点为坐标原点来建系比较方便和简洁。
1.以K为坐标原点建系,则F(p,0),l∶x=0,设抛物线上任意一点M(x,y),则M(x,y)到定直线l∶x=0的距离d=x,MF=,由抛物线定义可知x=化简得:y2=p2-2px。
2.以F为坐标原点建系,则F(0,0),l∶x=-p,设抛物线上任意一点M(x,y),则M(x,y)到定直线l∶x=-p的距离d=x+p,MF=,由抛物线定义可知x+p=,化简得:y2=p2+2px。
3.以K、F的中点为坐标原点建系,则F(,0),l∶x=-,设抛物线上任意一点M(x,y),则M(x,y)到定直线l∶x=-的距离d=x+,MF=,由抛物线定义可知x+=化简得:y2=2px。
通过三种不同建系方法下的方程的比较,让学生明确建系方法不唯一,只是每种建系方法对应于不同的抛物线的方程,根据数学中的简洁原则,我们选择了以K,F的中点为坐标原点建立直角坐标系;并且在推导过程中,学生了解了焦点坐标和准线方程都与有关系,而p的含义是焦点到准线的距离;另外也知道了方程中一次项的系数为什么是2p,有助于大家记忆抛物线的标准方程。
三、关于抛物线定义的应用
在应用抛物线定义时,遇到抛物线上的点到焦点的距离,要把它化为到准线的距离,究其原因是我们研究的抛物线的准线都是与坐标轴平行的直线,点到准线的距离比点到焦点的距离好表示,运算起来更加简便。但是不转化也可以解决问题,比如求抛物线y2=4x上的点P(3,y0)到抛物线焦点F的距离。
解法一:抛物线的准线方程为x=-1,抛物线y2=4x上的点P(3,y0)到抛物线焦点F的距离即到准线的距离d=3-(-1)=4。
与传统RF收发机技术相比,SDR拥有独特的优势,因为它提供了更高的灵活性,它可以有效地重新配置器件,对变化的要求作出响应。但是,软件无线电引入了传统无线设计中没有的一系列新问题。其对物理层最明显的影响之一是,强健的SDR设计中的硬件要求在广泛的工作参数上实现全面的灵活性和高性能,以满足软件需求。现在许多领域都正在使用SDR,包括3G无线基站和用户设备、军事无线电(如美国军队中的联合战术无线服务)、陆地移动无线电(如美国的Project 25和欧洲的Project MESA)及卫星收发机。
当然,这种灵活性和变量数量必须能够适应一致性设计要求,需要新的测试方法。除通过网络控制工作频率外,更加先进的SDR可以动态控制调制方案、跳频模式、功率电平、滤波、编码方案和数据速率。通过数字信号处理(DSP)动态生成RF波形及数字电路和RF电路相集成(通常在同一IC上),产生了传统RF收发机设计中看不到的问题。
这种提高的复杂性不仅带来了RF设计挑战,也改变了RF测试的特点。必须使用超出传统RF发射机一致性测试的测量功能,检验SDR发射机的性能。仅仅通过一致性测试并不能保证器件正确工作,也不能为保证产品质量提供经济的手段。SDR发射机必需满足大量的系统要求,包括在以前的要求基础上增加的新要求。更重要的是,这些发射机将利用固有的智能和灵活性,动态适应当前条件和要求。这些复杂的软件控制的变动通常会导致毛刺、间歇性干扰、脉冲畸变、数字到RF耦合及软件相关的相位误差。
为真正解决这一系列新的瞬变现象和新问题,SDR系统设计人员必须同时在时域和频域中全面分析和检定自己的系统。在系统参数随着时间变化时,使用DPX可以随时发现反常的信号事件和非线性器件行为,显示实际RF信号表示。必需执行选频触发,确定瞬变事件发生的时点。必须执行多域时间相关分析,确定每个问题的具体成因。此外,把整个事件无缝捕获到存储器中对后续深入分析具有重要意义,因为很难重建发生触发的条件。这些检验信号性能随时间变化的高级调试方法与传统静态一致性测试相结合,对有效执行SDR测试至关重要。
收发机测试
以SDR收发机为例,发送组件可能包括功放器、滤波器、混频器、DAC、频率振荡器和DSP电路。其它组件可能包括低噪声放大器、混频器、ADC、频率振荡器、DSP和控制电路。
图1是收发机简化的功能方框图,其中没有数字中间频率(IF)或数字RF。注意,这个图中的每个方框可以通过软件控制。
图1:典型SDR收发机实现方案的功能方框图和测试设置
检验典型SDR收发机的性能要求采用综合测试战略,把沿着发送/接收链不同点上进行的测量关联起来。例如,可以通过卓越的实时信号分析仪(RTSA)的频率模板触发(FMT)捕获间歇性信号。RTSA可以使用频率模板违规,然后触发逻辑分析仪和示波器,允许用户查看相关信号的数字特点和模拟特点。通过使用这种方法,设计人员可以确定逻辑电路或模拟控制电压中是否发生与频域违规相关的某个事件。除通过高级触发弥补数字/RF鸿沟外,顶级RTSA可以在相关的时域、频域和调制域中分析和显示信号。
超越固态一致性测试
SDR测试本身包括传统发射机测试。无线电每种不同的可能配置都必须符合传统规范,如占用带宽、通道功率和邻道功率。对采用时分双工或时分复用的系统,存在着定时要求,如上升时间和下降时间。对跳频系统,可能同时有与跳频PLL系统有关的频域和时域指标。与传统发射机不同,SDR器件必须在更加广泛的工作模式下通过这些测试,这提高了一致性测试的复杂性。
调制质量测量也是一致性测试的重要组成部分。对数字调制的信号,其通常包括误差矢量幅度(EVM)或相关功率(RHO)测量。此外,支持模拟模式的SDR设计必须通过一致性测试。调制质量既是一致性测量指标,也是系统性能问题。EVM差会降低数据速率、语音传输清晰度和发送范围。EVM指标还可以洞察潜在的发射机问题。基于这些原因,EVM是调试SDR时首先要考虑的指标之一。
遗憾的是,单纯的一致性测试并不足以保证SDR正常工作。为实现网络灵活性,每个SDR器件必须随时间变化来改变重要的工作参数,以跟上网络需求。当然,所有这些变化都由软件控制的收发机硬件实现。因此,帮助捕获可能的RF毛刺、瞬变和其它异常事件的工具至关重要。确定哪个组件导致了问题也是一个重大任务,要求采用全面的调试战略。为使器件和网络正常运行,必需考虑新的测试方法,帮助检定和分析SDR RF链路怎样随时间变化。
领先的RTSA为SDR调试提供了强大的功能。首先,必需发现物理层中存在的问题。这些瞬变事件发生得可能非常快,在其随时间变化时,当前的RTSA使得设计人员能够在频域中观察到这些事件。在使用RTSA发现异常信号行为之后,用户可以在时间相关的多个域中触发、捕获和分析相关信号。这种超越纯粹一致性测试的能力对检定和调试动态信号必不可少。
跳频和发射机测试
许多系统中都使用跳频,包括软件定义的系统,以避免检测、拥堵和干扰,改善拥有多路径和衰落的环境中的性能。跳频在广泛的频率上扩展信息。这提高了系统的强健性,因为频率相关误差(如干扰或衰落)只会导致部分数据丢失。通过增加前向纠错编码、隔行扫描及混合ARQ重传等技术,可以有效恢复在跳拥堵过程中丢失的数据。
图2:110 MHz跨度的数字荧光显示技术,显示了2.4 GHz ISM频段。这里的信号与图3中显示的信号类似。现在使用数字荧光和Max Hold轨迹显示信号,可以看到真正信号行为的实地RF表示
除常见的跳定时、频率稳定时间和幅度稳定时间测量外,还可以使用多种其它测量,使用RTSA调试跳频无线电。跳频涉及频域、时域和调制域交互。能够以相关的方式显示这3个域在调试SDR器件中提供了宝贵的工具。
图2是蓝牙器件跳频的数字荧光显示画面。传统上一直用于高级示波器的DPX数字荧光显示技术已经应用到RF领域中,部分RTSA现在已经采用了这种技术。DPX第一次允许用户查看“生动的RF”信号,为查看RF信号行为提供了无可比拟的能力。
在图3中,显示了一个蓝牙信号。RTSA的频谱图(右下方)显示了频率行为随时间变化情况。可以看出,在这些跳周围有很高的频谱能量。在这种情况下,在发生跳频时,发射机可能会干扰相邻器件。捕获跳频使用的仪器必需有足够宽的实时带宽,以捕获大部分跳序列带宽及其周围发生的频率散射。
图3:蓝牙跳序列,包括(从左上方顺时针方向) 110 MHz跳序列的频率对时间、包括某个时点上红色频谱图轨迹的频谱、功率对时间概况和频谱图
尽管蓝牙不一定使用软件无线电实现,但它可以很好地说明在试图实现跳频系统时面临的挑战。对大多数跳频系统来说,能够测量每个跳频十分重要。例如,蓝牙规范要求79个跳频中的每个跳频(1 MHz通道间隔)位于特定值的75 KHz范围内。这保证不同制造商的器件之间正确互操作。对这一测量,用来测量跳序列的仪器必须涵盖整个跳频范围。在2.4 GHz ISM频段中,顶级RTSA的110 MHz实时带宽足以涵盖整个83 MHz频段,同时还会检查带外干扰。
在图4所示的另一个实例中,使用RSA调试发生不频繁的、难以检测的信号。这可能是频率切换瞬变导致的,频率切换瞬变还可能会导致更大的相位瞬变。它可能是由于PLL电路在对某个频率变化时控制不当引起的。一旦使用DPX识别了毛刺或瞬变,部分RTSA的FMT可以可靠地捕获信号进行深入分析。如图4中所示,用户可以定义频率模板,可以绘制频率模板,最好地捕获信号。在蓝牙跳频实例中,用户可以定义模板,触发某个跳频,而不是触发功率变化。数字荧光显示技术演示了信号跳到约比感兴趣的信号高3 MHz的频率上。频率模板任意定义为这个信号周围的包络,一旦信号进入频率模板区域,仪器会触发。通过使用拥有高性能带宽的RTSA,可以分析跳序列,在每个跳频上执行频率稳定时间测量(部分RTSA在110 MHz实时带宽时的定时分辨率为6ns),支持最低60ns的稳定时间。
【关键词】现代园林,屋顶花园,施工要点
中图分类号:TU986 文献标识码: A
一、前言
随着人们生活水平的提高对生活质量的要求越来越高,植物的种植对改善城市生活起到了重要的作用,那么现代园林工程中的屋顶花园的施工方法就显得尤为重要。
二、屋顶花园的功能
就屋顶花园设计的初衷而言,其功能首当其冲乃生态功能,主要表现在:净化城市空气、较少城市太阳辐射和保护城市生态多样性,并维护城市的生态平衡。伴随着城市范围的不断增大,人口的不断增加,城市环境则呈现出日渐下降的趋势,屋顶花园的出现则在一定程度上既适应了现代城市环境的现状,另一方面又满足了净化城市生态环境的要求。屋项花园作为城市绿化的重要组成部分,能在城市空间多层次的净化空气,在吸附灰尘、吸收有害气体、吸收二氧化碳保持城市氧平衡,成为种在城市空间多层次分布的“空气过滤器”,填补了地面绿化的不足。减少太阳辐射,调节温度和湿度屋顶花园增加了屋顶的绿量,可以利用植物本身的特性减少太阳辐射,自动调节温度和湿度。在夏季可以缓解城市局部热岛效应,冬季具有保温作用。此外,屋顶花园还可保护城市生物多样性,保持城市生态圈平衡屋顶花园利用屋顶绿化中植物的物种群落关系,打造人工小生态环境,在城市中为生物提供可生存空间,成为维持和保护生物多样性的重要场所之一。
屋顶花园的设计除生态功能之外,还具有景观。换言之,城市屋顶的花园成为城市中一抹亮丽的人文风景。因此,城市屋顶的花园还具有人文。屋顶花园利用其独特的地理优势,即一方面屋顶花园连接天际线,营造着与地面花园截然不同的屋顶景观,带来景观的三维化,彰显城市景观的自然美。另一方面,屋顶花园的存在替代了不受感官欢迎的混凝土、沥青和各类灰黑墙面,成了现代都市的一抹风景。对于身居高层的人们,无论是俯视大地还是仰视上空,都如同置身于绿化环抱的园林美景之中。在此基础之上,城市屋顶花园解决了现代城市寸土寸金,可以利用的土地明显减少的所导致的栖居城市之中的人患上了城市综合征。然而,屋顶花园为人们营造一个充满人文关怀气氛环境的功能:即不仅可以缓解压力,有益于人们的身心健康,而且还提供了人们休憩和娱乐的场所。
三、现代园林工程中的屋顶花园存在的问题
1、相关法规不健全
市场混乱,屋顶花园相关的法规还不健全,行业标准尚未完善;目前该地区对承揽屋顶花园的施工企业尚无特殊资质要求,一般都是按照园林企业资质等级来进行招标,存在着各企业施工水平良荞不齐、市场竞争混乱的诸多问题。
2、屋顶花园的建造难度要远远高于普通绿地施工
屋顶花园的建造关系到建筑物结构荷载的增加、必须有效解决建筑屋顶渗水、隔热的技术难题、屋项防水的加强、灌溉系统等设施的配备、景观小品材料的选择、特种营养土的供应、种植土内排水管的设置以及植物选择等多方面问题。这些都直接涉及到要增加施工的成本。屋顶花园要求特定的施工技术,施工单位缺乏相应的技术能力、操作不规范是影响屋顶花园推广的关键因素。
3、屋顶花园的营造成本相对较高
一般地面园林工程施工造价在30一20元/衬,简式屋顶花园的施工造价在100一20元加2左右,花园式屋顶施工造价基本在40元/mZ以上。屋顶花园需要人工精心养护,维护费用高:屋顶花园绿化植物品种单一,景观效果欠佳,短时间内不能看到屋顶花园的直观效应,与地面园林绿化的效果仍有一定差距。屋顶花园营造必须要考虑屋顶荷载的要求:屋顶花园最致命的问题是,如果一旦防水工程失败的话,维修工程将困难重重。
四、现代园林工程中的屋顶花园施工要点
1、施工工艺流程
2、屋顶花园的载重能力
屋顶花园的载重能力是需要考虑的首要问题,因为它直接关系到居住者的安全。因此在施工前要对屋顶的载重能力进行准确评估后再进行施工,影响屋顶花园的载重能力的因素有很多,如地基的载重力,梁柱的载重力等等。一般来说在评估出屋顶的载重力后屋顶花园的实际重量不超过其载重力的1/2,这样做的目的是保证花园施工不会对房顶造成任何安全影响。除此之外,还可以保证屋顶由于载重过重而出现漏水的现象,因此就杜绝了安全隐患。另外,需要注意的是种植植被所采用的土壤要占到种植总重量的1/2以上,并且所选用的土壤要是质优肥沃。一般来说,目前所采用的两种常用的土壤分辊是膨胀珍珠岩种植土壤和木屑种植土壤。第一种土壤是在普通腐殖土壤中加入定量的膨胀珍珠岩,加入的量大约为每立方米一百千克。第二种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,加入的量大约为每七份木屑土壤三份其他土壤。这两种土壤可以降低施工过程中所需土壤的重量,从而减轻房屋的承受力,从另外一方面讲它也可以帮助去种植更多的植被。除此之外它的另一个好处是可以使植被有足够的养分。
3、屋顶花园的防水能力
先简单分析一下屋顶花园漏水的原因。屋顶花园如果设计不当,可能给屋顶造成漏水的状况,当然除此之外,屋顶漏水可能还有其他原因,屋顶的防水屋设计没有按照规定的要求而导致不合理,由此甚至按照要求设计仍然会出现漏水的现象,屋顶漏水的位置大致在天沟沿口、烟囱或者屋顶管道铺设的路线处。漏水的另外一个原因是屋顶施工避免不了打洞固定物件的现象,这对原有的防水层就会造成破坏,因此在施工过程中要严格控制打洞等破坏原有防水层的操作。最后一个重要的原因是屋顶花园的屋顶湿度增加,主要是植被的需水量增加,因此不得不增加额外的水供应,这样原有的防水层可能承受不了现有的湿度而导致漏水。再谈谈具体的改进措施。现代园林设计时尽量避免对原有的防水层造成损伤,需要打洞操作时如果影响到原有的防水层就需要重新建设新的防水层。另外,在建设新的防水层时要保证其质量指标达到规定的要求,从实际经验来看,目前现代园林工程中屋顶花园的防水层设计最好使用刚性防水的方法,其主要内容是使用大约四十到五十毫米厚的细石和泥土的混合物,并在其中置入细钢网丝,最好再加入少量的防水剂等,这样就可以使房顶的防水能力得到提高。刚性防水的好处是可以有效地防止种植植被的根系穿过屋顶而导致漏水,它可以限制植被根系的大小。在实际使用中可使细钢丝网的厚度在十毫米左右,但不能过小,否则就会失去它原有的作用。在细石和泥土形成混合物后可以对其进行再次压光操作,这样就可以使混合物更加坚固,从而提高防水的能力,需要注意的是在混合物使用前要对其进行强度检测,以保证所采用的混合物合格达标。
4、屋顶花园的排水能力
现代园林工程中的屋顶花园施工不仅要考虑防水能力还需考虑排水能力,这和防水是相辅相成的,排水能力的提高有助于减轻防水的压力,防水能力的提高也可以使排水更加简单。从目前来看,有两种方法可以使屋顶的排水能力得到提高。第一种方法是在屋顶的底层放置一层大约十五左右的陶颗粒并且在陶颗粒的上面垫上一层纱布,这样做的主要目的是可使植被的土壤和屋顶表面接触,从而减少由于下雨而造成的土壤流失。另外,它还可以使多余的水分排出面积更大,也更加柔和。陶颗粒的另外一个重要作用和土壤类似,就是它可以吸收一部分水分,这样在植被需要水分的时候可以为之提供。第二个方法是在屋顶表现土壤下层采用木板设置一个空层,这样多余的水就可以通过木板下方的空隙流出,这种设计需要木板有足够的空隙,否则就可能导致水不能及时排出,最终冲刷土壤和植被。与此同时,最好定期地清理植被的枯枝败叶,以防它进入木板下层而阻塞水的排出。
5、屋顶花园的植被选择
植被的选择和配置是一个难题,这是因为屋顶的环境相对于地面来说可以说是比较恶劣的,植被所受到的风力温度或者湿度等自然条件的影响在不同的楼层会有所不同,因此就需要在不同的楼层去选择适合生长的植被,一般来说,由于屋顶的温度差异比较大,各个楼层所选择的植物都要有一定的耐旱耐寒能力并且有较强的生命力,这样就可以保证它不会由于自然环境而死亡。盆栽或者袋栽的花草树木的苗是不错的选择,它的成活率也相对较高。另外,从植被配置的角度来说,最好选择灌木类的花草做为屋顶花园中的主要植被,对于花的选择来说,选择在四季都开的花木搭配相对来说比较好,这样一年四季都可以有绿叶花草相映。从空间上来看也需要合理地布局花草树木的顺序,蕨类植物在最底层,花其次,最后是小型灌木之类,植被颜色也可以进行巧妙地搭配,以达到更加令人赏心悦目的效果。
5、屋顶花园的植被养护
植被养护需要经验更需要耐心,必须根据各种植被的特性进行相应地养护,一般来说需要专业或者专门的人员去管理植被的养护,养护需要考虑到适时的温度湿度以及相关的天气变化去进行合理的操作。当然,植被养护人员必须熟悉屋顶花园中每一种种植花木的特性,按时按量地进行施肥给水,对于那些枝长叶茂的花木,也要进行及时的剪枝,这样就可以保证它正常地生长,也不会影响其他植被对阳光的需求。除此之外,要对屋顶花园中的花草树木的状况进行记录,一旦其出现问题时进行及时的处理,尽量避免其出现死亡的状况,如果发现其出现病虫,严重的话可以对其进行移除,以防其将病虫传播到其他的植被上,从这点来说,应该对植被进行适时的除虫操作。
五、结束语
通过对新时期下,现代园林工程中的屋顶花园施工问题的分析,进一步明确了屋顶花园植物种植的方向,为城市生态的优化完善奠定了坚实基础,有助于屋顶花园施工水平的提高。
参考文献
[1]黄文耀.现代园林工程中的屋顶花园施工要点[J].吉林农业,2011,7(05)
[2]王洪成.浅析屋顶花园的防水设计[J].北方园艺,2010,2(03)
在人身保险业务中为什么实行定点医院管理?这要从人身保险业务的性质谈起。
人身保险合同是以人的寿命和身体为保险标的的保险合同,被保险人因意外事故、意外灾害、疾病、衰老等原因导致死亡、残疾或丧失劳动能力等情况下,保险人按照约定给付保险金的合同。人身保险合同是给付性合同,一旦出现保险事故,必然提起理赔程序。
保险业属于金融业,与其他金融业一样,受国家监管。“金融是现代经济的核心,金融安全是国民经济安全运行的重要保障”(最高人民法院副院长李国光《在全国民事审判工作会议上的讲话》2000年10月28日),所以防范金融风险,是关系到国计民生的大问题。
在保险经营中,如何能够防范金融风险,这是保险业一直在研究的课题。建立完整的风险防范机制,非常重要。
在人身保险经营中,保险标的是每个人的人身健康与生命,所以,他面对的是千百万的个人,当保险事故发生时,依据《保险法》第23条的规定,保险公司应当对损失进行核定。如何能依法准确“核定”这是致关重要的。
因为,保险公司要审查是否存在以下情形:
1《保险法》第27条规定,被保险人或者受益人在未发生保险事故的情况下,谎称发生了保险事故,
投保人、被保险人或者受益人故意制造保险事故的,
保险事故发生后,投保人、被保险人或者受益人以伪造、变造的有关证明、资料或者其他证据,编造虚假的事故原因或者夸大损失程度的,
2、《保险法》第64条规定,投保人、受益人故意造成被保险人死亡、伤残或者疾病的。
受益人故意造成被保险人死亡或者伤残的,或者故意杀害被保险人未遂的,
3、第65条规定,被保险人自杀的,
4、第66条规定,被保险人故意犯罪导致其自身伤残或者死亡的,
凡是具备以上情形的不属于保险责任,保险公司不给赔偿。
由以上几点可知,“核定”这是多么艰巨的工作!如果没有完善的制度是不能实现的。如果在核定环节管理不善必然造成重大损失,承担不可预测的金融风险。
保险的目的,就是为了最大限度的得到理赔。得到最大限度的理赔款,就成为投保人追求的经济利益。为追求这一经济利益,人们可能采取非法手段来骗取或多取得经济利益,诸如《保险法》列举的情形,被保险人还有的采取犯罪行为,来实施保险诈骗行为。
如何能够预防违法犯罪,减少这种金融风险呢?建立健全完善的管理制度非常重要。定点医院的建立,就是基于此目的产生的。
人身保险理赔管理与国家基本医疗保险项目的管理目的是相同的。社会保险根据国家规定“由定点医疗机构为参保人员提供定点医疗服务范围内的诊疗项目”,目的就是防范风险。保险公司定点医院管理的目的,中国平安保险股份有限公司《定点医院管理办法》(讨论稿)中阐述的很明确:“定点医院管理是寿险风险管理体系的重要内容之一。它主要通过定点医院的设置与评估、健康保险客户住院期间的风险管理、医院关系的维护、双向信息反馈、医院基本数据的分析、商业健康保险的宣教等等来实施管理”。所以,定点医院的管理是保险公司防范风险的一个切实可行,并切,具有良好收效的措施之一。 二、定点医院管理行为,不构成限制竞争行为。
1、首先要明确不正当竞争的概念和构成要件
不正当竞争的概念。
不正当竞争行为泛指在商业活动中,各种与诚实信用的商业道德相悖,并为法律法规所禁止的行为。
不正当竞争行为,依据《反不正当竞争法》的规定,分为不正当行为和限制竞争行为两种。在限制竞争行为中,又包括公用企业或者其它依法具有独占地位的经营者的限制竞争行为和政府及其所属部门限制竞争行为。
所谓限制竞争行为,是指妨碍甚至完全阻止或排除市场主体进行竞争的行为。
不正当竞争行为的构成要件。
任何违法行为 ,均包括主客观两方的构成要件,
首先,是主观要件,既违法行为人必须是明知自己的行为与诚实信用的商业道德相悖,但是,为了最大限度的追求利润而滥用自身的经济优势或采取违法手段,破坏公平竞争的原则,来排挤竞争对手,提高自己的市场份额。所以,其主观目的性很强。
第二,是客观要件,即违法行为人必须具有违反法律、法规所禁止的行为。
第三,违法行为与损害结果之间存在因果关系。
以上三个要件缺一不可。
2、定点医院管理行为,不构成限制竞争行为。
通过以上分析可知,定点医院建立的目的是防范金融风险。
保险公司定点医院管理,是选择服务精良、非盈利的医疗单位,通过签定服务合同来确定双方的权利义务。保险公司是定点医院的服务对象,医院除诊疗被保险人外,还有相当的工作由医院对保险公司提供服务,例如:在保险公司核保时提供诊疗档案,接受保险公司的调查,配合保险公司做好其他核赔工作等等,由此保证核赔质量。
如果不限定诊疗单位,必然造成如下混乱。
被保险人可以到乡村、街道诊所诊疗,也可到县级有保健性、盈利性的医疗机构诊疗,他可以到任何地方、任何性质、任何档次的医疗机构诊疗,只要是医机构。
这样做会给保险公司带来什么呢?经营成本的无限扩大,经营风险的不可控制。必然造成金融风险损失。
1 找出已知椭圆的对称轴、顶点和焦点
步骤如下:
图1
1.利用文[1]的方法找到椭圆的中心O;
2.如图1,在椭圆上任找一点A(不是椭圆的
顶点),以O为圆心,OA为半径作圆,该圆与椭圆
的其余三个交点分别为B、C、D;
3.连接AB、AD,过点O分别作AB、AD的
平行线,得到直线l1、l2,则直线l1、l2就是椭圆的
两条对称轴;
4.直线l1与椭圆交于E、F两点,直线l2与椭圆交于G、H两点,则E、F、G、H是椭圆的四个顶点;
5.比较OE与OG的大小,若OE>OG,则EF是长轴,GH是短轴;若OE<OG,则EF是短轴,GH是长轴(图1中OE<OG,所以EF是短轴,GH是长轴);
6.以E为圆心,OG为半径作圆,与直线l2交于F1、F2两点,则F1、F2就是椭圆的两个焦点.
备注 若点A恰好是椭圆的顶点,则该圆与椭圆只有两个交点(其中一个是点A),此时,可对点A进行调整,使得点A不是椭圆的顶点.
下面给出该作法的证明.
证明 如图1,不妨设椭圆的方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),点A的坐标为x0,y0,其中x0≠±a且x0≠0,于是圆的方程为x2+y2=x20+y20.由于椭圆和圆都关于x轴、y轴、原点对称,所以点B、C的坐标分别为x0,-y0、-x0,-y0,于是直线AB、AD的方程分别为x=x0、y=y0,所以直线l1、l2的方程分别为x=0、y=0,所以直线l1、l2就是椭圆的两条对称轴.
因为OE=b,EF1=a,所以OF1=EF12-OE2=a2-b2=c,同理,OF2=c,于是F1、F2是椭圆的两个焦点.
2 找出已知双曲线的对称轴、顶点和焦点
步骤如下:
图2
1.利用文[2]的方法找到双曲线的中心O;
2.如图2,在双曲线上任找一点A(不是双曲线的
顶点),以O为圆心,OA为半径作圆,该圆与双曲线
的其余三个交点分别为B、C、D;
3.连接AB、AD,过点O分别作AB、AD的平
行线,得到直线l1、l2,则直线l1、l2就是双曲线的两条对称轴;
4.直线l2与双曲线交于E、F两点,则E、F是双曲线的两个顶点;
5.以O为圆心,OE为半径作圆C1;
6.过点D,利用文[3]的方法作双曲线的切线l3,与C1交于点G;
7.过点G作l3的垂线,交l2于点F2,作点F2关于直线l1的对称点F1,则点F1、F2就是双曲线的两个焦点.
备注 若点A恰好是双曲线的顶点,则以O为圆心,OA为半径的圆与双曲线只有两个交点(其中一个是点A),此时,可对点A进行调整,使得点A不是双曲线的顶点.
关于双曲线的顶点、对称轴的证明方法与椭圆的证明类似,此处不再赘述.下面证明F1、F2是双曲线的两个焦点.
证明 如图2,不妨设双曲线的方程为x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),点D的坐标为x0,y0,其中x0≠±a,点G的坐标为m,n.
因为点D在双曲线上,所以x20a2-y20b2=1,即
x20=a2+a2y20b2………①.
点G在圆C1上,所以m2+n2=a2………②.
切线l3的方程为x0xa2-y0yb2=1,而点G在l3上,所以mx0a2-ny0b2=1,即b2mx0-a2ny0=a2b2,两边平方,化简可得
2mnx0y0a2b2=b4m2x20+a4n2y20-a4b4………③.
因为GF2l3,所以直线GF2的斜率为-a2y0b2x0,所以直线GF2的方程为y-n=-a2y0b2x0x-m,令y=0,可得点F2的横坐标为xF2=b2nx0+a2my0a2y0,平方可得x2F2=b4n2x20+a4m2y20+2mnx0y0a2b2a4y20,将③式代入该式子,可得
x2F2=b4n2x20+a4m2y20+b4m2x20+a4n2y20-a4b4a4y20=b4m2+n2x20+a4m2+n2y20-a4b4a4y20.
将②式代入,可得
x2F2=a2b4x20+a6y20-a4b4a4y20.
将①式代入,可得
x2F2=a2b4a2+a2y20b2+a6y20-a4b4a4y20
=a4b4+a4b2y20+a6y20-a4b4a4y20
=a4b2y20+a6y20a4y20
=
a2+b2=c2,所以xF2=c,于是点F2是双曲线的右焦点,从而点F1是双曲线的左焦点.
3 找出已知抛物线的焦点
步骤如下:
1.利用文[2]的方法找到抛物线的顶点O和对称轴l;
2.如图3,在抛物线上任找一点A(不是抛物线的顶
点),过A作ABl于点B,作点B关于顶点O的对称点
C,连接AC;
3.过点A作ADAC,交对称轴l于点D;
4.取CD中点为F,则点F就是抛物线的焦点.
下面给出该作法的证明.
图3
证明 不妨设抛物线的方程为y2=2px(p>0),点A的坐标为x0,y0,其中x0≠0,则点B的坐标为x0,0,点C的坐标为-x0,0.于是直线AC的斜率为y0-0x0--x0=y02x0,直线AD的方程为y-y0=-2x0y0x-x0.令y=0,可得x=x0+p,所以点D的坐标为x0+p,0,所以CD中点F的坐标为p2,0,所以点F就是抛物线的焦点.
参考文献
[1] 张伟.使用几何画板如何找出已知椭圆的中心[J].中学数学杂志,2014(7):23.
[2] 黄伟亮.使用几何画板找出双曲线的中心和抛物线的焦点[J] .中学数学杂志,2015(3):65.
关键词:固定源废气;颗粒物;监测
随着人们生活水平的不断提升,对生态环境也有了全新的要求。在当前社会背景下,传统固定源废弃当中颗粒物现场采样工作模式已经不能满足社会发展的需求,必须要通过各种现代化的方式对其进行完善,才能从根本上提升固定源废气颗粒物现场采样工作质量,下文也将从采样位置的选择、现场采样前的调查、现场采样等方面,详细阐述如何提升固定源废气颗粒物现场采样工作质量。
1 如何选择采样位置
对于采样位置的选择,优先设置在垂直位置并且尽可能的避开弯头和断面急剧变化的部分,并尽量遵循上三下六的原则(针对圆形烟道)。对于现场空间有限,不能满足上述条件时,可选择相对来说适宜的管段采样,但采样断面与弯头的距离最少是烟道直径的1.5倍,对于监测测点的数量及采样频次都要进一步增加。对于采样断面的烟气流速要满足在5m/s以上。采样平台至少应同时容纳两人对仪器进行操作,并符合相关安全规范。
2 现场采样前的调查
(1)调查废气处置采用的是什么除尘设施,是布袋收尘,还是电收尘,如果是采用的电收尘,采样前仪器要接地,防止静电将采样仪器打坏及对采样人员的损伤。
(2)调查生产设施的运行情况,污染物的排放规律:间断排放还是连续排放,已确定采样的频次、及时间。
(3)现场勘察开孔位置横截面的直径、烟囱的高度,必要时查阅烟道的设计图纸。
(4)调查采样期间的生产工况,如果是监督性日常监测,采样期间的工况应当与平时的正常状况下的运行工况接近。对于监测目的为竣工环境保护验收监测的项目,其工况应稳定运行、生产负荷需要达到设计生产能力的75%以上情况下进行。对于无法暂时无法调整工况达到设计生产能力的75%以上负荷的建设项目,分为以下两种情况:a.经过调整工况可以达到设计生产能力75%以上的,验收监测应当在75%以上负荷或者在满足国家及地方标准中所要求的生产负荷的条件下进行;b.对于确实无法调整工况达到设计生产能力75%以上的项目,验收监测的开展应当在主体工程稳定、环保设施运行正常,并且征得环保主管部门同意的情况下进行,同时对实际监测时的工况进行注明。国家、地方相关标准对生产负荷另有规定的按规定执行。
3 现场采样
(1)将采样系统连接,开机自检后,要对整个系统进行检漏防止系统漏气,有的仪器自带检漏程序,有的仪器需要手动完成。监测前还应注意对系统动压进行调零。
(2)对烟道的含湿量进行测量,目前我们通常采用的是干湿球法,其原理是使气体在一定的流速下经干、湿温度计,根据干、湿球温度计的读数和测点处的排气压力,计算出排气中的水份含量,测量含湿量时,加入的最大水量要在刻度线以下,枪要水平进入,监测完毕后,要先将枪下部储水罐的水倒掉,注意千万不能倒置。
(3)输入含湿量、大气压、烟道尺寸等参数,装入滤筒,使采样嘴置于测点并正对气流,按颗粒物等速采样的原理,抽取一定的含尘气体。根据采样管滤筒上所捕集的颗粒物和同时抽取的气体量,计算出排气筒中的颗粒物浓度,采样的体积要满足相关的监测要求。
(4)采样结束后,应通电让仪器继续运行一段时间,排出残留废气,防止残留废气中的一些腐蚀性成分对仪器的损坏。这一过程对采样整体工作质量的影响是比较大的,而且还会影响到被采样机构经济效益,减少对仪器的损坏,提升采样的科学性。
4 现场采样的注意事项
(1)对于稳定排放的固定源当采样前后流速变化(即同一断面当天所采三个样品流速之间的变化)大于20%时,样品无效,应重新采样。等速采样时要求颗粒物采样的跟踪率为1±0.1之间。
(2)采样时间应根据废气中颗粒物的含量确定,原则上每断面测定时所采集样品累计的总采气量不少于1立方米。
(3)防尘、防毒面具。部分带正压的、高浓度的进口监测时的人员现场保护。
(4)其他现场人员安全、防中暑、防治烫伤等物品措施。
(5)脱硫出口可能会遇到烟气湿度大、滤筒破裂、受到冷凝水倒流及采样孔套管内脱硫石膏浆液沾污等问题。适当缩短采样时间,及时清理沾污的嘴子。对于采样嘴中一些狭窄地方清理不到的,可以选择在采样前用实验室超声波清洗仪超声清洗。
(6)长期开展工作的监测断面,测试风量出现异常偏大或者偏小时,检查其是否等负荷情况是否波动,也可以查阅排放口风量日常历史记录(建议可以考虑建立历史数据表格,随身携带备查),与以往进行比照,以追溯检查监测数据的有效性、代表性。
5 结束语
环境科学研究的主要问题,是人与环境之间在进行物质和能量交换活动中所产生的影响。定性、定量化的是研究的基础上进行的,所以环境监测是确立研究成果的重要手段之一。人类活动一方面影响了自然环境,另一方面来说自然环境反过来又作用于人类。为了追求美好的生存环境,人类应加强对环境的调手,通过环境监测的不断开展和长期积累,取得大量的监测数据,查出污染的来源,对于污染物在传输过程中的分布和变化的规律性要进一步掌握;通过大量数据建立的模型,对环境污染的趋势作出预测预报并且能准确地评价环境质量,并在此基础上提出或确定控制环境污染的对策。在这样的不断往复中进行,逐步地改善环境。这一切构成了一个科学的研究体系,环境监测是这个体系中的一个重要环节,环境监测是一项繁重、严谨的工作,也是具有较高技术含量的复杂工程,环境监测部门必须在实践和操作中不断完善环境监测质量管理体系,最大限度提升环境监测水平,确保环境监测结果的准确性和可靠性,以更好的为环境管理部门及广大人民群众服务。
参考文献
[1]王强,周刚,钟琪,等.固定源废气VOCs排放在线监测技术现状与需求研究[J].环境科学,2013,12:4764-4770.
[2]郑云华.固定污染源废气有组织排放手工监测质量控制与实施[J].环境科学导刊,2011,4:76-79.
关键词:无线传感器网络;移动信标;节点定位
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号: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
随着传感器技术、无线通信、微电子技术以及嵌入式计算等技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network 简称WSN)得到了广泛应用,成为当今活跃的研究领域。无线传感器网络是新型的传感器网络,同时也是一个多学科交叉的领域,与当今主流无线网络技术一样,均使用802.15.4的标准,由具有感知能力、通信能力和计算能力的大量微型传感器节点组成,具有低成本、低功耗的优点和强大的数据获取和处理能力。
在无线传感器网络的众多应用中,如:国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、目标跟踪、物流管理、入侵检测、交通流量监控和勘测应用等领域, 监测到事件之后需要确定事件发生的位置,信息融合后得到的相关数据信息如果不包含事件位置信息将毫无意义,只有带有标识位置信息的传感数据才有实际的意义。传感器节点自身的正确定位是提供事件位置信息的前提, 因此节点的精确定位基础而关键[1] 。
1 无线传感器网络节点定位的分类及基本方法
节点定位是指确定传感器节点的相对位置或绝对位置,节点所采集到的数据必须结合其在测量坐标系内的位置信息才有意义。人工部署传感节点和为所有节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、节点体积、扩展性等方面的限制,甚至在某些应用中是根本无法实现的。通常是为部分节点配置定位装置(如GPS接收器)或事先标定其准确位置,这些节点称为信标节点(也称锚节点),再利用信标节点的相关信息采用一定的机制与算法实现无线传感器网络节点的自身定位。目前人们提出了两类节点定位算法[2]:基于测量距离的定位算法与测量距离无关的定位算法。基于距离的定位方法首先使用测距技术测量相邻节点间的实际距离或方位,然后使用三边测量法、三角测量法、最小二乘估计法等方法进行定位。与测量距离无关的定位算法主要包括:APIT、质心算法、DV-Hop、Amorphous等。
1.1 基于无线传感器网络自身定位系统的分类[1,3-5]
1) 绝对定位与相对定位。绝对定位与物理定位类似,定位结果是一个坐标位置,如经纬度。而相对定位通常是以传感区域某点为参考,建立整个网络的相对坐标系统。
2) 物理定位与符号定位。经纬度就是物理位置;而某个节点在某街道的某门牌的建筑物内就是符号位置。一定条件下,物理定位和符号定位可以相互转换。与物理定位相比,符号定位在一些特定的应用场合更加便于使用。
3) 集中式计算与分布式计算定位。集中式计算是指把所需信息传送到某个中心节点,并在那里进行节点定位计算的方式;分布式计算是指依赖节点间的信息交换和协调,由节点自行计算的定位方式。
4) 移动信标与固定信标定位。移动信标节点是一类装备了GPS或其它定位装置的可移动节点,它在移动的过程中周期性自己的位置信息。基于移动信标的未知节点定位有很多优点,如定位成本低,容易达到很高的定位精度、可实现分布式定位计算、易于实现三维定位等。而固定信标节点是一类装备了GPS或其它定位装置的不可移动节点。
1.2 基于距离的节点坐标计算基本方法
待定位节点在获得与邻近信标节点的距离信息后,通常采用下列方法计算自身的位置[3]。
1) 三边测量法:利用网络中三个信标节点的位置坐标以及未知节点到这三个信标节点的距离,运用几何方法求出未知节点的坐标。
2) 三角测量法:利用网络中三个信标节点的位置坐标以及未知节点为角顶点角边分别为三个信标节点的角度,运用几何方法求出未知节点的坐标。
3) 最小二乘估计法:利用未知节点的相邻节点中的多个信标节点的位置坐标以及它们与未知节点的距离或角度,运用最小均方差估计方法求出未知节点的坐标。
1.3 常用的测距方法
1) 信号接收强度(RSSI)测距法
已知发射功率和天线接收增益,在接收节点测量信号接收功率,计算传播损耗,使用理论或经验的无线电传播模型由传播损耗计算出信源与接收者间的距离。通常使用下列对数-常态分布模型来计算节点间的距离[1]。
PL(d)=PL(d0)+10λ・log(d/d0)+X (1)
PL(d0)=32.44+10λ・log(d0)+ 10λ・log(f) (2)
RSSI=发射功率+天线增益-路径损耗(PL(d)) (3)
其中PL(d)[dB]是经过距离d后的路径损耗,X是平均值为0的高斯分布随机变数,其标准差取为4至10,λ为取衰减因子通常为2至3.5,f是频率,取d0=1(m),这样根据上述3式可得节点间的距离。
2) 到达时间测距法
到达时间(TOA)技术通过测量信号传播时间来测量距离,若电波从信标节点到未知节点的传播时间为t,电波传播速度为c,则信标节点到未知节点的距离为t×c。
3) 时间差测距法
TDOA测距是通过测量两种不同信号到达未知节点的时间差,再根据两种信号传播速度来计算未知节点与信标节点之间的距离,通常采用电波和超声波组合。
4) 到达角定位法
到达角(AOA)定位法采用阵列天线或多个接收器组合来获取相邻节点所处位置的方向,从而构成从接收机到发射机的方位线。两条方位线的交点就是未知节点的位置。
1.4 典型非测距算法
基于距离测量和角度测量的定位算法的缺点是对专用硬件有一定的要求,从而使传感器节点成本和体积加大,限制了它的实用性。非测距的算法不需要测量未知节点到信标节点的距离,在成本和功耗方面比基于测距的定位方法具有一定的优势,但是精度相对不足。
1) DV-hop算法
为了避免对节点间距离的直接测量, Niculescu等人提出了DV-hop算法[3]。该算法基本思想是:用网络中节点的平均每跳距离和信标到待定位节点之间的跳数乘积来表示待定位节点到信标节点之间的距离,再用三角定位来获得待定位节点的位置坐标。
2) 质心法
质心法由南加州大学Nirupama Bulusu等学者提出[3],该算法是未知节点以所有可收到信号的信标节点的几何质心作为自己的估计位置,它是一种基于网络连通性的室外节点定位算法。
3) APIT 算法
一个未知节点任选3个能够与之通信的信标节点构成一个三角形,并测试自身位置是在这个三角形内部还是在其外部;然后再选择另外3个信标节点进行同样的测试,直到穷尽所有的组合或者达到所需的精度。
4) Amorphous 算法
Amorphous 定位算法[3]采用与 DV-Hop 算法类似的方法获得距信标节点的跳数,称为梯度值。未知节点收集邻居节点的梯度值,计算关于某个信标节点的局部梯度平均值。Amorphous 算法假定预先知道网络的密度,然后离线计算网络的平均每跳距离,最后当获得3个或更多锚节点的梯度值后,未知节点计算与每个锚节点的距离,并使用三边测量法和最大似然估计法估算自身位置。
2 基于移动信标的无线传感器网络节点定位技术
无论是距离相关还是距离无关定位算法,常采用固定信标节点方式测量距离、相对角度、传播时间差及传播时间等进行节点定位[1]。通常参与定位的固定信标节点越多, 定位精度将越高。但是信标节点的成本远远高于普通节点,当定位工作完成后,信标节点将转成普通的传感器节点使用。因此信标点越多,布设整个网络的成本将会增大, 定位算法的计算负荷以及通讯负荷将会增大[1] ,过多的信标节点将会造成较大的浪费。所以利用移动节点发出的虚拟坐标点进行辅助定位的思想将成为节点定位研究的一个重要研究方向。
假定整个WSN由静止节点以及移动节点(如撒播节点完毕的飞机、运动的车辆、移动的小型机器人或普通的能移动的传感器节点等) 两种类型节点构成。根据传感器网络的规模大小, 可以配置一个或者多个移动节点。各移动节点均配置一个GPS接收器用于定位移动信标节点本身, 并有足够的能量自我移动或捆绑移动机器人、移动车辆或三维空间中的飞机等工具。移动节点在传感器区域内按照一定的运动路径移动, 并周期性地发送坐标位置信息, 待定位节点根据接收到的坐标信息与采用适当的定位算法完成定位[6] 。
近几年有一些研究者对移动锚节点路径规划展开研究,提出了一些比较好的路径规划方案。移动锚节点路径规划主要有两个目标:
1) 移动轨迹能够覆盖网络中的所有未知节点;
2) 为未知节点定位提供质量好的信标点。
如果满足网络节点均匀分布的条件,规划路径通常采用静态规划路径,移动锚节点都按照预先规划的路径移动,不具有根据节点分布状况灵活变化的性能。文献[7]针对移动锚节点的路径规划问题利用空间填充线理论提出了SCAN、DOUBLESCAN以及HILBERT路径规划方法,分别如图1、图2和图3所示。在节点通信距离小和空间填充线密度大的条件下, SCAN路径比HILBERT路径的定位结果准确。但是在节点通信距离大、空间填充线密度较小时,HILBERT路径明显优于SCAN路径。
SCAN路径存在明显的缺点就是提供了大量共线的信标点,HILBERT路径通过增加移动路径长度解决了信标点共线性的问题,只要达到一定的密度就可以为定位提供优质的不共线信标点。为了解决信标点存在共线性的问题,文献[8]提出了圆形规划路径和S形规划路径方法,如图4和图5所示。圆形规划路径完全覆盖方形网络区域时必须增加大圆路径,这很大程度增加了路径的长度。而圆形的直径非常大时,在局部带来了信标点的共线性问题。S形路径通过引入S形曲线代替直线,解决了信标点共线性问题。
而对于实际环境中节点非均匀分布的情况,文献[9]提出了提出了宽度优先和回溯式贪婪算法。这种方法能够根据网络信息自适应进行路径规划,规划路径不再是规则的图形,能够充分利用节点分布信息覆盖所有节点,保证路径最短,克服了静态路径规划的缺点。文献[10]提出让一个携带GPS的移动信标采用随机移动模型的方式尽量遍历传感区域,然后采用分布式算法为未知节点定位,该方法结合了基于测距方法的优点,并且无需布置固定的信标节点,节省了成本开销,但是由于移动信标的移动模型采用随机的方式,难以让其移动范围覆盖整个传感区域,从而有些未知节点无法定位。
3 定位算法的评价标准
定位算法设计的优劣通常以下列几个评价标准[11]来评价:
1)定位精度:一般用误差值与节点无线射程的比例表示,是定位技术首要的评价指标。
2)定位覆盖率:指利用定位算法能够进行定位的节点数与总的未知节点个数之比,它是评价定位算法的另外一个重要的指标。
3)信标节点密度:信标节点占所有节点的比例或者是单位区域内信标节点的数目。
4)节点密度:节点密度通常以网络的平均连通度来表示。
5)功耗:功耗是指传感器节点在单位时间内所消耗的能源的数量。由于传感器节点不会始终在工作的,有时候会处于休眠状态,但这同样也会消耗少量的能量,因此,传感器节点的功耗一般会有两个,一个是工作时的功耗,另一个是待机时的功耗。
6)成本:包括时间、空间和费用。时间指一个系统的安装、配置和定位所需的时间。空间包括一个定位系统或算法所需的基础设施和网络节点的数量、安装尺寸等。费用则包括实现某种定位系统或算法的基础设施、节点设备的总费用。
7)鲁棒性:定位系统和算法必须具有很强的容错性和自适应性,能够通过自身调整或重构纠正错误、适应环境、减小各种误差的影响,以提高定位精度。
上述的这些评价指标不仅是评价WSN自身定位系统和算法的标准,也是其设计和实现的优化目标。
4 结束语
使用移动信标节点来完成WSN所有节点的定位,就必须要足够的时间让移动信标节点遍历完整个网络, 为了减小所有节点定位所需的时间以及提高定位效率,如何进一步优化移动信标节点的运动路径将成为基于移动信标的WSN节点定位技术更研究的重要方向。
参考文献:
[1] 孙利民.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.
[2] A l-Karaki.JN, Kamal.AE. Routing Techniques in Wireless Sensor Networks: A Survey[J].In Wireless Communications,IEEE,Volume:11,Issue:6, Dec,2004:6-28.
[3] 王福豹,史龙,任丰原.无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J].软件学报,2005,16(5):857-869.
[4] Kushwaha,M. Molnar,K. Sallai,J. Volgyesi, P. Maroti, M. Ledeczi, A. Sensor Node Localization Using Mobile Acoustic Beacons[C], In proc. 2005. IEEE International Conference on Mobile Adhoc and Sensor Systems Conference, Nov,2005.
[5] 倪巍,王宗欣.基于接收信号强度测量的室内定位算法[J].复旦学报(自然科学版),2004.43(1):72-76.
[6] Mihail L. Sichitiu ,Vaidyanathan Ramadurai. Localization of Wireless Sensor Networks with a Mobile Beacon[C].//IEEE 2004:174-182.
[7] Koutsonilas D, Das S M, Hu Y Charlie. Path Planning of mobile landmarks for localization in wireless sensor networks[J].Computer Communication.2007,30(13): 2577-259.
[8] Rui Huang,Zaruba Gergely V. Static Pathplanning for mobile beaeons to localize sensor networks[C] / /Proc of IEEE PerComW. Piscataway,NJ:IEEE,2007:323-330.
[9] Hongjun Li,Jianwen Wang,Xun Li and Hongxu Ma. Real-time Path Planning of Mobile Anchor Node in Localization for Wireless Sensor Networks[C].//Proeeedings of the 2008 IEEE International Conference on Information and Automation,Zhangjiajie,China,June,20-23,2008.
[10] Srinath T V. Localization in Resource Constrained Sensor Networks Using a Mobile Beacon with In-Ranging[C]/ / IFIP International Conference on Wireless and Optical Communications Networks,India, 2006:301-305.