摘 要
由于无人值守变电站越来越多，这对电力管理部门在技术和管理上都带来了新的挑战。无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要一个统一监控平台将电气设备、环境、图像、各种报警装置全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平。
【关键词】虚拟现实 电力 智能 监控平台
1 引言
随着电力自动化技术的快速发展，越来越多的常规变电站改造为无人值守变电站，无人值守变电站的电压等级和范围越来越广，成为未来发展的必然趋势。在常规变电站改造为无人值守变电站以后，它实现了变电站运行的自动化、精度化，确保了对变电站事故的处理效率和准确性，进一步保障了 系统安全 ，减少了人员的误操作，减少了大量的运行值班人员，提高了劳动生产率，降低了成本，带动了企业科技进步。
但是无人值守的模式无论是在技术上还是管理上都对原有的模式带来了新的挑战。无人变电站的电压等级各站有所不同，设备型号复杂，对于管理运行人员熟悉设备的运行、维护和操作的要求高。并且无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要将不同监控系统按照设备的真实场景进行统一、整合、分析，电气设备、环境、图像、各种报警装置能全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。
2 项目内容
本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台(以下简称“平台”)的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平，如图1所示。
2.1 平台的功能
2.1.1 真实三维再现变电站场景
直观再现变电站的建筑、主控室、开关室及环境场景; 直观显示电气一次部分以及电气部分的实际连接;直观显示开关柜的位置、外观 ; 直观显示辅控设备的现场安装位置。
2.1.2 集中展示设备工况
3D实景中沉浸、快速、便捷地查看任意电气设备的相关数据、数值、图像，并可进行历史变化趋势的对应分析、判断。
与Scada系统融合――实时展示电气设备的Scada遥测、遥信数据，并统计开关跳闸次数、变压器调档次数及瓦斯保护动作次数;
与图像监测系统融合――实时显示现场监测图像;
与在线测温系统融合――实时显示在线温度;
与现场巡检系统融合――展示设备巡检历史记录。
2.1.3 自动灵活查看实时图像
双击场景中的设备，图像设备自动进行转向、对焦，颠覆传统人工查找摄像机、转动云台、聚焦等一系列繁琐动作;无需查找图像设备，可快速、便捷、准确地进行对应设备的远程外观察看、拍照、热红外成像测温、热红外拍照等一系列动作，并智能生成人性化的记录、 报告 等。
2.1.4 设备异常告警
整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常;对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;解警后，可在设备数据面板中查看历史告警记录。
2.1.5 远程巡视
设定所需巡检的设备点以及关注的数据量、视频图像外观、热红外成像等必要的巡检信息，系统自动生成巡检路径;巡视人员通过平台随机或定时进行远程巡检，当进入已设定的巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示;对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成远程综合分析巡检结果记录，如图2所示。
2.2 基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台的特点
2.2.1 直观逼真
虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。本平台中将通过三维模型忠实逼真地再现了安阳市北郊变电站场景，产生了沉浸式的交互环境。
2.2.2 统一管理
基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台可融合各种平台系统，展示其相应数据或图像，如Scada电气数据(遥信、遥测数据)、在线测温数据、辅助监控系统的视频图像等。
2.2.3 智能监控
基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台融合数字视频监控、RFID无线识别、智能门禁、智能报警等多种监控方式：
整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常。对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;
所有的图像、安防、消防、周界、门禁、温湿度、各种传感设备、三维一次电气设备及其附件的各种属性、数据、动作、变化规律，均可以作为告警条件，进行告警及组合告警触发。
2.2.4 智能远程巡检
优化目前传统的现场巡检模式，通过在该平台上设定巡检路线、巡检设备、巡检数据量、设备外观等不同巡检内容，巡视人员在定时或随机通过该平台上进行远程巡检，当进入巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示，并对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成综合分析结果记录，能远程、高效进行电气设备多系统、跨平台巡测，减少现场巡检频次，形成和现场巡检的高度互补、统一。
3 技术实现 3.1 3D建模技术
三维建模软件为3dMax，它是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，它功能强大，扩展性好。它适合制作建筑模型、物体动画模型以及人物动画模型等，可利用系统自带的材质库，或自制的贴图，来达到逼真的效果。
3DMax还可以将模型文件导出多种格式的文件，可用于 Java3D开发的引擎平台加载，如obj文件、3ds文件、mdl文件和smd文件等。
本平台引擎所适用的模型有obj、3ds和ms3d。基本场景静止模型采用obj文件格式;刀闸开合、门开合的动画采用3ds格式;漫游人物动画采用ms3d格式。
3.2 平台引擎技术
由于本平台采用B/S架构，所以平台引擎选择用Java3D 来实现VR技术。Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口(API)。客户端只需要使用标准的Java虚拟机就可以浏览，因此具有不需要安装插件的优点。而且Java3D是基于Internet的软件开发平台，它能将图形功能与Internet很好地集成在一起，因此它非常适用于开发基于网络的VR系统。
本平台算法有如下创新点：
(1)创新采用双视野模式展示变电站复杂场景中的人物/眼睛视野模式;更加直观，沉浸地再现变电站复杂真实场景，实现变电站复杂场景及电气设备、屏柜等多视角三维展。
(2)针对三维变电站场景地形的复杂性，改进传统2D启发式搜索A*算法，大幅度提升变电站复杂三维场景自动寻径的消耗时间。
(3)改进了三维变电站复杂场景中地面高低的检测算法，创新地增加了多维射线，来检测路面的高度信息，提高检验的精确性。
(4)根据变电站场景的复杂性、电气设备的布局复杂以及空间局限性，改进传统的AABB碰撞检测算法，采用动态AABB碰撞检测算法，大幅度提高碰撞检测的准确性。
(5)在变电站三维复杂场景中人物平滑移动，摒弃传统的BSP树，采用椭球体算法并添加滑动公式，实现碰撞后的平滑移动及电力巡检人物碰撞后的椭球体滑动处理。
3.3 系统接口技术
本平台与 其它 所需展示的系统接口程序采用Web Service模式。它是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得Web Service能与其他兼容的组件进行互操作。Web Services 利用 SOAP(简单对象访问协议)和 XML(Extensible Markup Language可扩展标记语言 )对这些模型在通讯方面作了进一步的扩展以消除特殊对象模型的障碍。XML是用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，提供统一的 方法 来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言，非常适合 Web 传输。
本平台的一大功能是可以展示不同系统的实时参数，不同的系统有不同的编程方式，而且像Scada系统，数据量大，且实时性要求很高，接口程序需要设计的灵活、高效，扩展性好。
与Scada系统接口：Scada系统中有所有电力设备所有遥测、遥信数据，本平台需要快速、便捷的从如此庞大的数据量中检索出所需的数据是个难点
与变电站辅控系统接口：本平台需要从辅控系统中要快速便捷地检索出实时图像、及智能报警信号，而图像的文件一般比较大，快速流畅地在3D平台中展示是个难点。
预留与其它系统的接口：因为本平台可以融合其它多种系统平台的数据，所以要求它在扩展性上做到有足够的冗余设计。
4 结论
基于虚拟现实(VR)技术的统一监控平台三维系统采用先进的软硬件技术，在系统功能方面立足电力变电站智能化管理和安全运行的实际情况，解决了传统管理中很多人工难以解决的问题，同时面向变电站整体模块，克服过去各系统数据条块分割、人工关联的弊端，从变电站实际指挥、运行诊断、检修操作等实际使用的角度出发，实现变电运行设备数据准确及时的采集，电气设备、各种监控装置等真实位置场景及实时状态进行直观、立体、逼真的集中再现及变电站三维巡视的漫游、数据记录、外观记录、巡视分析报告录入等数据的直观、统一再现。规范了业务流程的管理，减少了人工和材料损耗，实现了信息数据及分析的自动生成，实现了变电运行的智能及集中化管理。
参考文献
[1]陈卓等.基于虚拟现实的变电站培训仿真巡视功能研究 [J].现代计算机(下半月版)，2010(09).
[2]张照彦等.虚拟现实在变电站仿真中的应用 [J].计算机仿真，2008，25(2).
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一、系统要求1、要求系统智能、稳定、易操作；2、系统要具有可扩展性，为以后增设监控点作预留扩展；3、要求二十四小时监控，全方位，无盲点；4、要求保安部门在监控中心随时看到小区的整体情况。二、系统结构设计根据小区环境我们设置以下监控点：1、小区大门进出口各安装一个固定监控点，监看出入车辆及进出行人并做录象记录；2、住宅楼群中每两个十字路口安装一个低照度全球摄像机，这样一方面可减少保安人员数量，另一方面特别在夜晚可减轻保安人员的劳动强度；3、非机动停车场安装一固定监控点，监控车辆停放和进出情况。确保车辆安全，同时如有情况发生时，能够清晰记录事件过程；通过上述布点以后，小区内部情况都可监控到，如有必要可录像保存。三、系统组成由前端摄像、传输部分、控制中心组成四、系统功能特点1、结合小区的实际情况制定，系统经济、实用、智能，并具有扩展性；2、实现了监控区域的实时图象监控报警的自动传输功能；3、采用最先进的H.264编解码，保证了图象质量，缩减了视频所占的带宽；4、系统具有完善的用户口令、权限等安全管理功能；6、支持动态报警功能；5、录像功能：支持定时、连续、间断视频录制，多种录像方式可选。可设置录像文件保留日期，录像检索回放；6、本系统可与小区管理中心并网，实现集中统一管理。
基于DSP的图象处理系统设计摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集1引言数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理的实现方法有多种，但专用的DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本低、性能优越得到首肯。2系统功能概述本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精度高、稳定性好、集成方便的优点。本系统采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外部设备采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号;再经FIFO输人DSP进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。3系统硬件设计3.1视频解码芯片模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为设计者提供了灵活的选择空间。系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路CVBS模拟信号或二路Y/C模拟信号或二二路CVBS信一号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行A/D转换，然后输出符合CCIR601格式的4:2:2的16位YUv数据到FIFO。其中亮度信号Y为8位、色度信号C:和Cl)合为8位数据。3.2HFO存储器模块F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，首字直接通过)两种工作模式。按照CCIR601格式，Yuv图像分辨率为720x576象素，当按行输出时，SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实现，FIFO连接见图3。3.3DsP图像处理模块TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分:运行过程的临时数据存在SDRAM中;系统程序则固化在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩展到1CB，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达167Mllz，峰值性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈。本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不能超过30ms。按照C6211的处理速度，在30ms内可以处理4OM(0.03x1333MIPS)条指令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算过程如下:系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指令周期，则共需120x720x576xZ/64=1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时19.3536ms(TMS320C62lll作在15OMHz时)。可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-FO传过来的数据。3.4利用DSP芯片进行图像压缩如图4所示，图像数据通过FO接口送人数字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送出。4总结图像采集系统的关键在于如何对大容量的信息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩工作。该平台使用专用视频输人处理芯片SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频压缩、匹配等图像处理算法验证工作。参考文献【1ITexasInstruments，TMS32oC6000pe即he司5ReferenceGuide，2002.12.[2】PhiliPsSe二eonduetors，SAA7llADatasheet，1998.5.[3」TexasInstruments，TMS32OC6000CPUandInstrUetionSetRefereneeGuide，2000.10.I41TexasInstruments，TMS32OC6211Digtalsi即习ProeeSSorDataSheet，2003名-【51TexasInstrumentS，TMS320C6000TeehnicalBrie〔1999.2.[6llnte红atedDeviceTeehnolo留，Inc于IFOApPBook.飞9999.【7〕雄伟，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)【M」.北京:电子工业出版社，200住【8」李方慧等，TMS32OC600ODSps原理与应用(第二版)四1.北京:电子工业出版社，2003.1.[0]刘松强，数字信号处理系统及其应用[M〕.北京:清华大学出版社，19%.〔10]彭启徐，李玉柏.DSP技术四】.成都:电子科技大学出版社，1997.
目前,视频监控系统已广泛应用于公安、部队、电力、校园网等地方。由于在技术方面拥有的很多特性,使得其应用领域和解决方案均具有独特的特点。网络监控系统是完全基于计算机,以其为核心、结合安防监控的实际要求以及多年来不断完善的安防理论和经验,运用最新的数字视频技术、现场总线技术、网络通信技术建立的一套软硬件相结合、崭新的、完整的监控系统。 本文通过一个具体工程项目的设计方案实现了视频监控系统的实际应用。 本文首先介绍了一些关于视频监控系统的基本概念,然后介绍了一些在本系统中涉及到的相关知识,本文的第三章介绍了整个系统的具体实现方案及特点,第四章详细地介绍了本系统的基本框架、流程及其设备选型;最后简单介绍了一些关于网络监控方面的相关知识。
一、系统要求1、要求系统智能、稳定、易操作；2、系统要具有可扩展性，为以后增设监控点作预留扩展；3、要求二十四小时监控，全方位，无盲点；4、要求保安部门在监控中心随时看到小区的整体情况。二、系统结构设计根据小区环境我们设置以下监控点：1、小区大门进出口各安装一个固定监控点，监看出入车辆及进出行人并做录象记录；2、住宅楼群中每两个十字路口安装一个低照度全球摄像机，这样一方面可减少保安人员数量，另一方面特别在夜晚可减轻保安人员的劳动强度；3、非机动停车场安装一固定监控点，监控车辆停放和进出情况。确保车辆安全，同时如有情况发生时，能够清晰记录事件过程；通过上述布点以后，小区内部情况都可监控到，如有必要可录像保存。三、系统组成由前端摄像、传输部分、控制中心组成四、系统功能特点1、结合小区的实际情况制定，系统经济、实用、智能，并具有扩展性；2、实现了监控区域的实时图象监控报警的自动传输功能；3、采用最先进的H.264编解码，保证了图象质量，缩减了视频所占的带宽；4、系统具有完善的用户口令、权限等安全管理功能；6、支持动态报警功能；5、录像功能：支持定时、连续、间断视频录制，多种录像方式可选。可设置录像文件保留日期，录像检索回放；6、本系统可与小区管理中心并网，实现集中统一管理。
智能监控具有广泛的应用前景和潜在的经济价值，从而激发了世界上广大科研工作者及相关人士的浓厚兴趣，尤其在美国、英国等国家已经开展了大量相关项目的研究。例如，1997年美国国防高级研究项目署(DefenseAdvancedResearchProjeCtSAgency)设立了视觉监控重大项目VSAM主要研究用于战场及普通民用场景进行监控的自动视频理解技术。实时视觉监控系统不仅能够定位人和分割出人的身体部分，而且通过建立外观模型来实现多人的跟踪，并可以检测人是否携带物体等简单行为。英国的雷丁大学(UniversityofReading)己开展了对车辆和行人的跟踪及其交互作用识别的相关研究;国际上很多权威期刊将智能监控中人的运动分析研究作为主题内容之一，为该领域的研究人员提供了更多的交流机会。在我国，这方面的研究近几年才开展起来的。中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室己经成立智能视觉监控研究组，开展这方面的研究，目标是实现一个动态场景集成分析演示系统并最终推向实用。第一届全国智能视觉监控学术会议于2002年5月25一26日在北京市西郊宾馆成功举行。国内有一些视频监控方面的产品，如Anychat、黄金眼、行者猫王等，应用于交通控制，监狱管理等方面。另外，国内产品还有数字硬盘录像系统(DVR)，将监控区域内有运动对象出现的情况录制下来，以备查询，该系统只是简单的检测出有无运动对象，而没有对运动对象做任何分析。由于国内的研究起步较晚，技术还不够完善，开发出的产品距离智能化还有一定差距，在实际的应用中，受到很多限制，还有待于进一步的完善。
保安公司监控报警联网综合管理系统设计方案变电站远程图像监控系统解决方案御景龙湾智能小区/数字社区系统方案某保安公司网络型视频报警联动系统项目解决方案中国光大银行黑龙江分行监控报警设施工程方案国贸春天智能化系统设计方案网络联网报警系统解决方案海尔集团视频会议解决方案
一、论文包括如下几方面
1、题目:论文题目要确切恰当、用语简明规范，强调的词语置于题首，能揭示论文的主题，提供论文的主要信息。论文题目一般不超过20个汉字。
2、摘要：独立成文，重点突出，内容完整，不加评论、包含与论文等量的学术信息，有独立意义，每项内容不展开论证说明。摘要包括①选题的目的、意义;②研究方法、手段;③简述研究内容、过程、结果;④结论性意见。字数控制在200—400字之间。
3、关键词：3-5个为宜。
4、引言：论文的开场白，毕业论文要阐述相关的专业知识，进行必要的文献综述评价，简述所选课题相关的文献观点和结论，说明前人的成果和知识空白，理论依据，研究目的、基础和预期目标，以及本课题的进展。以一定的思路引出当前研究的主题，使研究的意义凸现出来。简要阐述论文选题的缘起、目的、意义、主要方法、涉及的范围等相关的背景材料，如目前研究现状，病例收集时间等。
5、(正文)是论文的主体。临床研究型论文包括临床资料、诊断标准、方法(观察和治疗)、疗效标准与治疗结果;实验研究型论文：包括研究材料、方法、结果等内容。
6、结论(小结): 对研究内容、结果进行总体概括和科学总结，并
7、参考文献：列出主要参考文献，其顺序以出现的先后为序。在正文引用处右上角码标注 [] ，书写时杂志应按此顺序：作者名 . 文章名 . 杂志名 ,年, 卷(期);页 . 著作按此顺序：作者名 . 书名 . 出版社名 ,年, 页 .
二、字体行距等要求
1、字体(标题字体宋体三号加粗，摘要、关键词用五号黑体，“引言”这两个字用五号宋体加粗，引言的内容和正文都用小四宋体，一级标题如“一”“二”“三”、、、、、用小三宋体，二级标题如(一) (二)
(三)、、、、用四号宋体，三级标题如1、2、3、、、、用小四宋体)
2、行距
正文行距为1.5倍行距，一级标题段前段后分别为1行，0.5行 二级标题段前段后均为0.5行，三级标题段前0行、段后0.5行
三、选题范围
以下题目任选一题，题目自拟：
1. 深入学习贯彻系列重要讲话精神
2. 正确认识和判断当前党风廉政建设形势
3. 准确把握中央关于下半年经济工作的思路和部署
4. 全面认识当前我国社会领域的改革发展形势与措施
5. 认清当前我国周边地区发展形势与中国外交政策
6. 校史校情校训教育
要求：
1.切忌写成感性的心得体会，杜绝抄袭、代做等舞弊行为。
2.论文不得抄袭，任课教师批阅论文时将进行横向比对、上网检索，一旦发现学生中有雷同论文或与网上论文雷同者，该门课程成绩记载为不及格。
3.本论文成绩为本学期期末考核成绩，计学分。
2011年度教育教学——本科生科学研究计划
远程视频监控的设计与实现
研究报告
北京工业职业技术学院
2011年12月北京工业职业技术学院
课题名称：远程视频监控的设计与实现
完成单位：北京工业职业技术学院
课题组成员：
组 长： 韩 诚 算机0751 计算机应用
成 员： 赵凯毅 算机0751 计算机应用
曹欣宇
ⅹⅹⅹ
ⅹⅹⅹ
算机0751 计算机应用 班级、专业 班级、专业 2远程视频监控的设计与实现 目 录
1视频监控研究综述 .................................................. 4
1.1基于wifi的无线ipcamera方式 ................................. 4
1.2基于公众无线网的移动监控方式 ................................. 4
1.3基于无线扩频技术的无线监控方式 ............................... 6
1.4基于无线公众网的手机监控方式 ................................. 7
1.5总结 ......................................................... 7
2基于公众无线网的移动监控系统 ...................................... 7
2.1 3g无线视频监控系统系统架构 .................................. 8
2.2 3g无线视频服务器优势 ........................................ 8
3 结束语 ............................................................ 9 3北京工业职业技术学院
1视频监控研究综述
目前涌现的无线监控技术方案较多，从无线与视频编码器的耦合程度可分为无线融合ip camera、无线融合编码器+摄像头和无线+编码+摄像头等几种方式;从无线技术角度可分为wifi技术、2.5g、3g和其他单独的视频传输信道等方式;从应用场景分为室内应用、室外固定应用和室外移动应用等方式;从监控系统的前后端又可分为前端无线和后端无线;总而言之目前应用的无线监控技术方案种类较多。
1.1基于wifi的无线ipcamera方式
当前wifi技术已广泛进入家庭承载宽带数据业务，最具代表的就是无线宽带路由器和无线网卡，型号和功能都非常齐全且价格低廉;无线ip camera的无线监控方案就是基于较为普及的wifi无线网络来承载视频监控业务，同时将前端进行高度集成：无线网卡+编码器+摄像头三合一，即无线ip camera。该种方式通过摄像头采集图像，编码器进行图像编码和压缩，最后通过无线网卡传送到ip网络中供管理和图像查看。无线ip camera在提供web查看功能的同时还提供第三方控制管理的sdk或试用的管理软件。
无线ip camera方式具有无线网络可获取性高、部署成本低廉和安装方便等优点，已逐步为家庭用户或其他中小客户所接受，目前能提供无线ip camera的厂商非常多，以无线厂商或摄像头厂商为主如axis和sony等。但此种方式也有其自身的缺点如摄像头类型较少，清晰度分辨率不高，缺红外或低照度，远不如模拟摄像头丰富的种类;还有无线ip camera以室内应用为主，目前市场尚无满足工业级要求;编码技术以mpeg-4为主，很少支持h.26的。
目前来看基于无线ip camera的无线监控技术方案主要满足家庭和中小商户等低端用户需求，以其低廉的成本和快速的部署等优势，同时随着camera类型的增多将得到更广泛的应用。
1.2基于公众无线网的移动监控方式
基于公众无线网的2.5g技术gprs和cdma1x在数据应用上较为成功如手机上网，此种无线技术实际最大传输速率能达到几十kbps，随着编码技术不断优化，这样的带宽已经可以满足部分视频监控的需求，基于2.5g移动监控技术逐步得到应用。此两种模式硬件成本较低，覆盖面大，传输速度慢，理论值传输速率最 4远程视频监控的设计与实现
高为153.6kbps，在实际使用中基本只达到60~80kbps。因为视频图像最底要求512kbps才能流畅传输，此速度远远达不到视频要求。因此在无线监控项目中，很少有厂商去选用。另外一个最大的缺点是运营商收取的流量费太高，每个月，每年，都会产生大笔的费用。一般只有在很偏远，wifi无线设备做不到的情况下，并有一定资金时才会考虑。
基于2.5g移动监控系统主要由监控管理中心、有线ip网络、无线分组网络和前端采集几部分组成;前端对图像采集并压缩完毕后，通过无线终端(数据终端)传送到无线分组网络中，转发到有线ip网络中，到监控管理中心，管理中心对前端进行管理和调度。
gprs和cdma1x的无线承载相对较为成熟，且两个无线网络的覆盖相对广泛，所以该种移动监控方式主要应用于移动车辆监控、监控点非常分散等应用场景，如城市出租车视频监控系统通过广角摄像头对乘客的图像进行抓拍，将图像上传到管理中心进行备案，也可在危机时对出租车内进行影像监控，同时也将部分广告信息和通知同步下发到各个出租车上。当然这种方式受限于其传输带宽，图像质量要求不高或只有高清晰的图片要求，不过随着3g和b3g的hspda和lte等技术的出现，无线传输带宽不断提高，基于公众无线网的移动监控方式将有更广泛的应用。
3g无线监控是采用移动(td-scdma)、电信(cdma2000 evdo)、联通(wcdma)运营商的3g技术接入方式，自09年起，经各运营商大力推广，已有不少监控厂家针对此方面研发相关的产品。而3g突出的优点即高速的下载能力，理想值可达到3kbps~20mbps的传输速率，但目前因其仍处于推广阶段，因此在传输速率这方面还有待进一步考证。3g目前存在无线带宽容量有限、接入用户有限、时延长等缺陷，在多用户共享的情况下，难以保证无线视频监控的速率和时延要求，主要缺点还是运营商收取的流量费太高，一般客户无法接受，所以目前常用在想公交无线监控方面。
5北京工业职业技术学院
1.3基于无线扩频技术的无线监控方式
无线扩频技术简单来讲就是将调制后的信息扩展到较宽频带上的一种调制技术，目前较为成熟的就是802.11标准中制定的直接序列扩频(ds)、跳频(fh)和正交分频多工(ofdm)等技术，其工作频率有2.4ghz和5.8ghz两个频段，可根据不同调制方式提供6m、12m、24m、36m和54mbps等不同带宽。由于扩频技术能提供高带宽，基于该技术的无线监控也成目前较为主流的技术方案;此外该技术标准成熟、抗干扰能力强、抗多径干扰和部署方面成本低等诸多优点，在油田、港口、景区、航道和城市监控等得到广泛的应用。
其优点是：省去布线及线缆维护费用，没有压缩损耗，几乎不会产生延时，因此可以保证视频质量。其缺点是：由于采用微波传输，传输环境是开放的空间，很容易受外界电磁干扰，并且频点也少，所以在无线信号环境复杂的情况(下雪，下雨，大雾)自身会产生很大干扰性，造成图像混乱，丢失等情况。所以不适合多路图像要传输和需要架设多个中继，远距离传输的情况下不适合采用并且调试比较麻烦已遭雷击。
基于无线扩频技术的无线监控系统主要有监控管理中心、有线ip网络、无线网络和前端采集等部分组成，工作流程与其他视频监控系统流程相同，不过在前端采集和无线网络的结合方面，技术方案有所变化，最常见的方式就是松耦合即摄像头+前端编码+无线ap，该种方式可将专业无线和专业监控系统结合起来，提 6
远程视频监控的设计与实现
供各方面都有优势的整体解决方案，也被多数厂商或集成商所采用，但此种方式在前端安装上故障点较多;当然还有部分耦合即摄像头+编码结合无线的方式，该方式安装简单、成本低和故障点少等优点，但该种方式受限于编码结合无线的类型，无法满足更多场景的需求。 基于无线扩频技术的无线监控方式随着无线扩频技术的发展将在带宽上优势非常明显，成为目前主流的无线监控技术方案。
1.4基于无线公众网的手机监控方式
随着手机应用的逐步广泛且智能手机的普及，人们更希望能随时随地获取想要的信息和视频，目前无线公众网的数据通讯带宽不断增加，为该种需求提供了可能。当前一些技术厂商联同运营商共同推出手机监控的业务，该业务系统主要由前端编码和控制、无线公众网、wap服务器和手机监控客户端组成，前端编码和控制提供1路或多路的视频编码，将摄像头注册到wap服务器，手机登陆到wap服务器上，wap服务器则根据用户的权限提供相应的摄像头列表，手机通过点击相应的摄像头资源来查看相应的图像资源。由于手机监控业务可以随时随地获取监控图像，为家庭和中小企业提供非常方便的监察手段。
当然目前手机监控业务刚刚兴起，随着公众无线技术不断改进和增强，为客户提供高清晰监控图像和手机视频会议提供了可能，相信不久的将来手机监控将成为无线监控非常热点的应用模式。
1.5总结
前面提到了目前几种主流无线监控的技术方案：基于wifi的无线ip camera方式、基于无线公众网的移动监控方式、基于无线扩频技术的无线监控方式和基于无线公众网的手机监控方式等，不同的技术方案具有各自不同的技术优势，适合于不同的应用场景。随着人们对无线监控的需求更新和细化，无线技术发展和视频编码技术优化，无线监控技术方案也会不断发展和更新，更加贴近客户的应用需求，相信未来的无线监控将得到更广泛和深入的应用。 2基于公众无线网的移动监控系统
近年来运营商在国内大力部署3g网络，视频监控出现了一个新的承载体。3g无线视频服务器融合了3g传输与视频服务器功能，成为了远距离、大范围视频监控的新亮点。 7北京工业职业技术学院
视频监控发展历程中经历了数字化、网络化、小型化、智能化几个亮点，随着3g网络在国内的实用化，3g无线视频服务器将是视频监控的下一个亮点，无线视频服务器包括专网型、wifi型、公网型视频服务器。公网型在2g移动通信时代主要以cdma1x为主，随着3g移动通信在全国的全面铺开，其较高的带宽将给视频监控带来一个全新的发展。
2.1 3g无线视频监控系统系统架构
3g无线视频服务器的传输采用3g网络，融合了视频服务器的功能。无线视频服务器对视频信号及其它传感信号进行处理，通过3g网络传到internet，最后传到视频中心，如需要手机监控，则由其转发到手机上。其典型架构如图1。
图13g无线视频监控系统
2.2 3g无线视频服务器优势
2.2.1 灵活性
不受制于固定的网络拓扑结构或系统建设，在设备的添加、移动方面享有更大的便利性。
2.2.2 安装方便无需铺设线路，节省大量人力物力。
2.2.3 视频监控范围广
随着图像信息管理系统应用范围的不断扩大，用户获取图像信息的要求越来越高，希望做到随时随地。如：公安机关在临时或突发治安及警卫事件发生时 8远程视频监控的设计与实现
用“移动图像传输系统”对现场的情况进行实时监控和录像的无线传输;交通警察利用移动终端及时掌握各个交通路口的情况;上班族工作繁忙，又需要监控家居安全，保姆对小孩的照顾情况;外出的公司主管希望方便、快捷地了解公司的工作情况以及生产线或经营场所各方面是否正常运转等。
2.2.4 适于远距离、位置分散点的视频监控
当被监控点距离远且位置分散，利用传统网络布线的方式成本高，只能采用无线视频监控。
2.2.5 能实时监控移动物体
对移动目标(如公交车、移动应急指挥车等)进行监控时，都需要用到无线视频监控，有线是无法办到的。
2.2.6 3g带宽能满足无线监控的需求
无线视频服务器主要有专网、wifi、公网传输，因专网与wifi网络部署造价高，范围有限，一直都没有发展起来。在3g未开通前，公网无线视频服务器主要是以cdma1x为主，少量城市开通了edge，受网络带宽所限，无线图像传输在cdma1x 、edge网络上的效果不尽如人意，只适合于低帧率、低画质视频的传输，不能满足高清晰图像传输的需求。以cdma 1x 无线传输视频为例，cdma网络带宽的理论值是153.6kbps，然而实际使用过程中在30kbps～70kbps之间的居多。视频(cif格式)传输帧率在1～10帧之间，延迟较大。3g网络部署后，具体带宽如表1，以td-scdma为例，绝大多数城市的上行带宽可以达到256kbps，实际带宽在100kbps以上，传输cif格式视频可以达到15帧以上，基本能满足视频监控的目的，3g将成为视频监控的一个新途径。
城市公交实时视频监控是一个典型需要无线传输的应用，基于wlan、专网造价太高，较为适宜的是采用公网，基于cdma1x因带宽较窄，传输图像质量较差，采用3g传输则能很好地解决此问题。
3 结束语
3g无线视频监控适用于市政、公安、交通、银行、环保、水利、电信等各种行业，真正解决了远距离、大范围的视频监控难题，适用于任何环境及流动性极 9北京工业职业技术学院
高的场合，是城市图像信息系统建设的新途径，3g无线视频监控还能够在公共安全方面起到重要作用。
10远程视频监控的设计与实现
参考文献
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在百度找这样的程序，估计可能性不大，给你几个建议吧。你要做这样的程序，首先要研究一下你的硬件设备类型，因为各个品牌的摄像机要用到的SDK是不一样的。然后你就可以到网上下载这个设备的程序DEMO来研究一下，一般取到图像是没有什么问题了。取到视频图像之后，要分析实时图像内容，目前在这方面做得好的，能达到你说的要求的，国内的监控软件还不多见，即使有也不太可能免费或者开源，所以你想要得到具体的程序，真的是有点不太可能。希望你可以找找别的方法~
如果你使用的浙江杭州海康威视的摄像头产品，可以提供一个程序供你参考。
同意一楼，唯一有分歧的是15万，而不是1.5万
物联网是通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。下面我给大家带来2021好写的物联网专业论文题目写作参考，希望能帮助到大家!
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基于DSP的图象处理系统设计摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集1引言数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理的实现方法有多种，但专用的DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本低、性能优越得到首肯。2系统功能概述本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精度高、稳定性好、集成方便的优点。本系统采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外部设备采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号;再经FIFO输人DSP进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。3系统硬件设计3.1视频解码芯片模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为设计者提供了灵活的选择空间。系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路CVBS模拟信号或二路Y/C模拟信号或二二路CVBS信一号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行A/D转换，然后输出符合CCIR601格式的4:2:2的16位YUv数据到FIFO。其中亮度信号Y为8位、色度信号C:和Cl)合为8位数据。3.2HFO存储器模块F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，首字直接通过)两种工作模式。按照CCIR601格式，Yuv图像分辨率为720x576象素，当按行输出时，SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实现，FIFO连接见图3。3.3DsP图像处理模块TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分:运行过程的临时数据存在SDRAM中;系统程序则固化在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩展到1CB，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达167Mllz，峰值性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈。本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不能超过30ms。按照C6211的处理速度，在30ms内可以处理4OM(0.03x1333MIPS)条指令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算过程如下:系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指令周期，则共需120x720x576xZ/64=1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时19.3536ms(TMS320C62lll作在15OMHz时)。可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-FO传过来的数据。3.4利用DSP芯片进行图像压缩如图4所示，图像数据通过FO接口送人数字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送出。4总结图像采集系统的关键在于如何对大容量的信息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩工作。该平台使用专用视频输人处理芯片SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频压缩、匹配等图像处理算法验证工作。参考文献【1ITexasInstruments，TMS32oC6000pe即he司5ReferenceGuide，2002.12.[2】PhiliPsSe二eonduetors，SAA7llADatasheet，1998.5.[3」TexasInstruments，TMS32OC6000CPUandInstrUetionSetRefereneeGuide，2000.10.I41TexasInstruments，TMS32OC6211Digtalsi即习ProeeSSorDataSheet，2003名-【51TexasInstrumentS，TMS320C6000TeehnicalBrie〔1999.2.[6llnte红atedDeviceTeehnolo留，Inc于IFOApPBook.飞9999.【7〕雄伟，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)【M」.北京:电子工业出版社，200住【8」李方慧等，TMS32OC600ODSps原理与应用(第二版)四1.北京:电子工业出版社，2003.1.[0]刘松强，数字信号处理系统及其应用[M〕.北京:清华大学出版社，19%.〔10]彭启徐，李玉柏.DSP技术四】.成都:电子科技大学出版社，1997.
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 4.3 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 4.3.1 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 4.3.3 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 4.3.4 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 4.4 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 4.5 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 4.6.2由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 4.6.3 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 4.8 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
校园网络的拓扑图很简单，随便上网找个中型网络的结构图就可以套上去用了，要用到些什么东西在自己加上去。关键在于怎样配置网络问题。视频会议系统和监控系统就没必要太累了，直接用基于网络的设备，没什么线路之类的可说。这样还能节省不少成本。 个人意见。
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