时间：2022-03-22 12:23:16
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关键词：GPS，集群通信，车辆监控系统
1.概述
GPS车辆监控系统是利用GPS接收机、无线通信、地理信息技术对移动用户进行监控、调度、指挥的新型车辆管理系统。按照子功能划分，车辆监控系统由三部分组成：定位部分、通信部分、显示部分。其中，比较常用的通信方式为常规通信、集群通信、GSM的短信息业务三种。
基于常规通信的车辆监控系统，其设计、组网及使用相对简单，但其作用范围较小；GSM的短信息业务用于定位数据传输目前较为流行，其覆盖范围大，可以全国漫游，但是其时延问题是制约其发展的瓶颈，且其呼叫功能无法与集群系统相比；集群系统是专用的调度指挥系统，对某些特殊单位而言具有不可比拟的优势。本文就集群方式下GPS车辆监控系统的设计及信道利用等方面进行介绍。
2．集群系统
无线集群实际上就是多信道中继（转发）系统中自动共享若干个信道，并在此基础上集小群（组）为大群（组），加上诸多呼叫、故障处理等功能而形成的无线通信系统。
和常规通信方式相比，集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、可与PABX或PSTN互连等优点。
集群通信系统的分类方法有多种，按照信令类型分有模拟信令、数字信令及混合信令系统；按照信令方式分有共路信令方式和随路信令方式；按照话音分有数字集群、模拟集群；按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统，信令有MPT1327标准的，也有非公开标准的。基于MPT1327标准信令的系统，传输车辆定位数据可以在信令信道中进行；而非公开信令标准，车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地，对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。
3．基于集群通信方式的GPS车辆监控系统
3．1系统组成
基于集群的GPS车辆监控系统如图1所示。其中，集群网为系统提供无线通信链路以进行话音和数据传输，数据传输可以利用话音的多种呼叫方法实现。
图1GPS车辆监控系统组成
监控中心以矢量化电子地图为背景，监控软件具有实时显示移动用户的所有信息以及信息查询功能。同时，监控中心兼有差分基准站的功能，为整个监控范围内的移动用户提供差分GPS修正信息，使车辆定位精度提高到10米以内。各移动用户设备由集群电台和GPS接收机及控制逻辑电路组成，控制电路不仅形成系统需要的逻辑时序，还具有数据处理功能，包括调制解调器。
3．2信道利用方式
在集中控制方式的集群系统中，各个信道的管理在一个控制信道上实现。移动用户守候在控制信道上，发起呼叫或接收呼叫均在该信道上进行。一旦申请到信道，则主呼方和被呼方在申请到的信道上完成话音联络，之后转换到控制信道上守候。
利用话音信道传输车辆定位数据，每传输一次定位信息，电台都需要申请一次信道，而申请时间不传输任何数据，时间利用率较低；且申请不到空闲信道时，该车辆的信息就会丢失。所以传输数据的用户应该设置优先级，以保证数据的可靠传输。
3．3呼叫方式
在集群通信系统中，用户的呼叫方式有：单呼、组呼、群呼、私密呼叫等。基于GPS的车辆监控系统，为提高系统定位精度采用差分方式，差分信息由监控中心以组呼的方式下发，分配在同一组内的用户均可接收。
为使各移动用户的数据都能够实时采集，采用时分多址（TDMA）的方法，即各车辆按照图2所示的时序依次发起呼叫。其中两相邻用户之间的时间间隔包括数据发送时间和保护时间（防止数据相互影响）。一个采样周期内可容纳的用户数为，其中，为采样周期。
为了避免监控中心对某用户的话音调度影响其它用户的数据传输，话音呼叫和数据呼叫分别在不同的组进行。移动用户传输数据时工作在数据组，利用专用信道完成。当监控中心需要对某用户进行话音呼叫时，首先发送一个切换命令将该用户的组号设置为话音组，而后再进行话音呼叫。在规定的时限内完成通话，由用户自动切换到数据组再传输数据。
在监控中心，话音呼叫和数据呼叫分别利用不同的无线集群电成。
3．4同步方式
在GPS车辆监控系统中，通常采用异步的数据传输，接收端和发送端不需要同步。但是，各移动用户的数据采集为时分多址方式，相互之间的时序关系不能混叠，也就是说，移动用户之间必须同步。
各移动用户的同步方式有两种：①利用GPS接收机的秒脉冲进行同步；②利用监控中心发送广播同步码进行同步。秒脉冲和同步码均提供给各移动用户统一的时间起点，不同车辆的发送时隙由不同的延迟来产生。利用监控中心发送同步码，可以在一个采样周期内发送1个同步码，也可以周期性地发送多个同步码。
3．5数据传输格式
监控系统中的数据传输分上行和下行两部分。上行数据主要为被监控车辆的实时位置、速度、时间、状态（包括报警、故障等）；下行数据主要为GPS差分修正信息，采用RTCM－104格式的通用电文，如果是监控中心同步的方式，还包括广播同步码。
A．上行数据格式
数据报头用户地址纬度经度速度时间车辆状态
B．下行数据格式
数据报头广播同步码RTCM电文调度命令用户地址
上行和下行的数据报头不同，用于对上、下行数据的解码。用户地址指是各监控车辆的识别号码，调度命令为监控中心对相应地址车辆的操作，如紧急救援、去某地运输、关闭汽车引擎等，广播同步码在利用秒脉冲同步的系统中不用。车辆状态由驾驶员根据实际情况输入，如遇劫报警、车辆故障等。
4．结束语
1.1RS-485总线RS-485是串行数据接口标准，1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。杨卫中等（2006）[1]开发了基于现场总线的分布式温室自动控制系统，系统硬件由上位机、智能控制器和智能节点3层组成，采用RS-485总线作为层间通信网络。曹洪太等（2006）[2]提出了一种针对温室环境监测的基于WEB的数据采集和信息系统设计方案，从软、硬件的角度介绍了系统的实现方法。硬件系统通过RS-485总线与数字传感器连接，并与具有联网功能的监控计算机构成温室现场监控系统。韩慧（2012）[3]设计了一套能实时控制温室内温度、湿度以及CO2浓度等多参数的温室环境监测系统，由一台PC机与多个下位机组成主从式分布结构，采用RS-485总线通信网络进行数据传输，可实时采集各环境参数值进而进行远程控制。杨靖等（2013）[4]设计了一种基于RS-485总线和短距离无线通信方式相结合的温室环境监控系统；在每个温室内，由无线传感器网络构成一个测量单元（网关节点），各测量单位通过485总线与计算机连接。RS-485接口具有良好的抗干扰性，按其接口组成的半双工网络一般只需二根连线，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口，但是RS-485总线的主从和半双工的工作方式难以实现各节点之间的数据交换，且存在效率低、实时性差等问题。
1.2CAN总线CAN总线（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。胡真明等（2007）[5]设计了基于CAN总线的温室环境单片机测控系统，系统主要由上位机、CAN现场总线、智能测控节点组成，考虑到一般是几栋温室连成一片以及在大型温室里通常都有若干个测控点，基于CAN总线的优越特性、可以将若干个温室的测控点和具有CAN接口的PC机监控站通过CAN总线连在一起。张颖超等（2009）[6]利用CAN总线的特点和性能优势，提出基于CAN总线的温室监测系统的实施方案，采用主从方式，通过CAN总线将每一个独立的监测节点连接起来，实时采集数据传送到上位PC机进行处理；同时自定义了CAN总线通信协议，并给出数据通信流程。为了提高温室控制系统的效率、性能和智能化水平，李晓静等（2010）[7]基于CAN总线，设计了一种结构简单、实用性、可靠性相对较好的温室群控系统设计方案。张丽红等（2011）[8]基于CAN总线设计了温室节水灌溉控制系统，系统能够实现连栋温室内多小区的灌溉自动控制，可集中管理，也可独立控制。相对于RS-485总线，基于CAN总线的分布式控制系统具有以下优势：①工作于多主方式，无主从之分，数据通信实时性强；②节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，总线上其他节点的操作不受影响；③通信直接传输距离可达10km/5kbps，挂接设备数达110个；④报文为短帧格式，并具有硬件CRC校验，传输时间短，出错率极低。
2无线通信方式
与有线方式相比，无线通信网络是一种以数据为中心的自组织无线网络，具有可快速临时组网、拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等优点。常用的无线通信方式有ZigBee、蓝牙、WIFI以及GSM/GPRS技术等。
2.1ZigBee技术ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术，工作在2.4GHz的ISM频段上，符合802.15.4标准，主要用于近距离无线连接。运用这种技术将温室监测系统中的各种电子设备组成一个无线传感器网络，从而方便快捷地对温室环境参数自动监测，这将是温室环境控制的又一突破，具有重大意义。Zhou等（2007）[9]基于ZigBee技术，设计了一个温室监控系统，温室内传感器使用星形拓扑结构，而温室与管理系统之间使用网络拓扑结构。针对温室布线复杂、扩展性差、维护困难等缺点，江儒秀等（2008）[10]提出基于ZigBee无线通信技术的温室环境群控的解决方案，采用JN5121-DKl03模块设计了基于ZigBee树型网络拓扑结构的分布式温室群控系统，并介绍了整个系统的设计方法。Hwang等（2010）[11]利用无线传感器网络组建立了三层温室红辣椒管理系统，传感器、监控相机等数据采集为物理层，传感器管理、数据库服务等为中间层，WEB应用、PDA应用等为应用层。传感器包含环境传感器和生长传感器，环境传感器用于采集植物生长的环境信息，如照度、温度、湿度、风向、风速、CO2浓度、营养液EC、pH等；生长传感器用于测量叶温、茎秆直径、植株高度、体积等的变化。Park等（2011）[12]开发了基于ZigBee的温室测控系统，采集的环境参数包括作物叶片温湿度、环境温湿度和露点测控系统，所有测量数据存储于数据库服务器，并为远程用户提供查询服务。Fukatsu等（2011）[13]采用智能体（Agent）技术实现无线网络节点与Internet的连接，并开发了基于WEB的农田信息监控管理系统。陈勇等（2012）[14]提出了一种基于物联网的农业灌溉监控系统，采用ZigBee无线通信技术实现对地表下植物根部深度土壤含水率进行立体监测。应用ZigBee技术，可以通过无线传输方式实现每个节点温室环境控制器与管控计算机的组网和灵活的网络数据传输，提高了温室群控系统的可靠性和灵活性，并大幅度降低了成本。
2.2蓝牙通信技术蓝牙（Bluetooth）技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，使各种设备在无线连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，而且不容易受到外界干扰源的影响。杜辉等（2005）[15]将蓝牙无线通信技术和现场总线技术相结合用于温室群控，环境传感器与温室现场控制器之间通信采用蓝牙技术，而温室现场控制器与中央监控计算机的通信使用CAN总线的方式，以提高系统的可靠性、抗干扰性以及灵活性；并以蓝牙芯片EricssonROK101007和CAN总线为例，阐述了基于蓝牙技术的分布式温室气候监控系统的硬件与软件设计方法。Kim等（2008）[16]利用无线传感器技术设计了一个定点精准线性移动灌溉系统，该系统采用蓝牙技术实现无线传感器网络与基站的通信,并利用GPS技术定位灌溉点。黄晓鹏等（2008）[17]设计一种基于DSP和蓝牙无线传输技术的分布式沼气加热温室控制系统，环境传感器与现场控制器的通信采用了蓝牙技术，采用的DSP处理芯片具有CAN总线功能，克服了温室内部管道和线缆布置复杂以及线缆容易老化、损坏的缺点。贾海政等（2009）[18]基于蓝牙技术设计了一套温室温度自动检控系统，测温点与执行机构(加热器、通风窗)实现无线连接，系统根据作物不同时期对温度的需求，将温度控制在适合作物生长的最适宜温度区，使作物快速、高效生长，提高经济效益。
2.3无线WIFI技术/无线局域网WLANWIFI（WirelessFidelity）网络,符合IEEE/802.11b协议，是由AP（AccessPoint）和无线网卡组成的无线网络，组网方式较为简单，主要优点是无线接入、高速传输以及传输距离远。为管理一组温室，Serodio等（2001）[19]开发了一个分布式数据采集和控制系统，并将多种技术用于数据通信。在每个温室内，底层传感器与控制器的连接采用频率为433.92MHz的无线局域网（wirelesslocalareanetwork,WLAN）。Mizunuma等（2003）[20]开发了一个可以在大田和温室使用的基于WLAN技术的作物生长监测系统，并实现了远程控制，他们认为远程控制策略可以极大提高产量和降低劳动量。马增炜等（2011）[21]设计了一套以集成了WIFI功能和ARM内核的智能温室环境控制系统，实现了通过无线网络对智能温室内温湿度、光照和CO2浓度的采集、汇总、显示和记录。Otoniel等（2012）[22]提出了一种自动监测系统,基于一个低成本WIFI技术的图像传感器，周期性的捕捉和发送农田作物的病虫害信息到远程控制站。温室监控系统充分利用现有普及的WIFI网络资源，有效地提高了无线网络的通信距离和覆盖面积，具有成本低、普及性好、兼容性强、传输带宽、传输速度快、标准化等优点。
2.4GPRS/GSM通信技术GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线服务）是一种分组数据承载业务，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、无距离限制等优点，广泛应用在手持式仪器设备、农业物联网等领域。Mancuso等（2006）[23]在一个番茄温室中设计了一个监控系统，采用无线传感器网络对空气温度、相对湿度、土壤温度等进行测量；并开发了一个基于WEB技术的植物监控应用。当测量快速变化时，报警信息就会通过短消息服务（SMS）或GPRS方式发送到温室管理者手机中。孙忠富等（2006）[24]针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于GPRS和WEB技术的远程数据采集和信息系统方案，将485总线与数字传感器连接，并与监控计算机构成温室现场监控系统，利用GPRS无线通信技术建立现场监控系统与互联网的连接，将实时采集信息发送到WEB数据服务器。李莉等（2009）[25]设计一种结合嵌入式技术、无线传感器网络技术的温室环境信息采集与监测的系统，系统控制终端基于ARM9和嵌入式Linux操作系统进行设计，用于温室环境数据的接收、实时显示和存储，通过GPRS方式实现与远程管理中心的通信。张西良等（2010）[26]构建了三层次无线传感器网络系统，将短距离无线传感器网络通信技术与远程GSM网络技术相结合,以实现无线传感器节点和远程管理计算机之间信息高效无线传输。Antonio等（2011）[27]提出了一个基于无线传感器网络技术的农田信息的数据采集系统，该检测系统由GPRS网络与集成检测电路构成，通过传感器和GPRS通信模块实现数据采集和传输，满足了作物信息实时获取的要求。GPRS通信方式适合远距离并且不具备有线网络的情况下的数据传输，采用包交换的优点是在有数据需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的数据量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。
3常用通信技术比较
上述6种作为温室监控系统常用的通信方式各有特点，在不同的应用场景下可以发挥各自优势，扬长避短，也可以将这6种通信方式进行组合，达到高效、远程传输的目的。常见的是适合近距离的通信方式和远距离传输的GSM/GPRS结合，刘士敏等（2013）[28]设计了针对温室大棚中温湿度、CO2浓度、光照强度和土壤温度等参数的无线实时监控系统，采用WIFI技术的无线传感器网络对环境参数进行采集，当超过预先设定的阈值时，可以通过蜂鸣器报警和GSM短信息报警。李颖慧等（2013）[29]设计了基于ZigBee的营养液电导率实时测量自组织网络，同时系统集成了GPRS模块，实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能。有线通信具有高可靠性、速度快、稳定等优点，但布线繁琐、成本较高。无线通信方式具有设备移动性好、不需或只需少量布线的优点，但存在易受环境影响和延迟较大的不足。从发展角度而言，WIFI网络因具有带宽较宽、传输速度快、兼容能力强、抗干扰能力强等优点[30]，将会成为设施农业温室监控系统重要的信息传输方式，也将是温室信息传输技术的重要研究方向。
4结语
关键词智能交通系统、电子监控、行车记录仪、车辆定位、无线视频网络传输、车载硬盘录像机
0引言
随着智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，简称ITS）在大中城市的推广和电子监控技术的飞速发展，公交管理部门不但需要了解车辆所在位置和车辆行驶状况等信息，还希望能获取现场的图像，直观地了解车辆运营情况，这要求公交车有一个完整的电子监控系统。
公交车电子监控系统结合了行驶记录仪、GPS定位系统、车载数字视频监控等功能，采用下列先进技术：汽车电子技术、数字视音频编码技术、卫星定位技术、无线网络传输技术、恶劣环境下大容量数据存储技术等，为城市公交集中调度管理和远程视频监控提供完整的解决方案。公交车电子监控系统不但是城市智能交通系统的重要组成，也是城市治安监控系统重要的补充。
1公交车电子监控系统
公交车电子监控系统由车载终端机、无线网络传输系统、中心调度管理平台等几部分组成。
系统组成结构如下图所示：
1.1车载终端机
车载终端机对视频信号、GPS卫星定位信号、行驶记录仪和报警信号进行采集、分析、处理和保存，重要数据实时上传至管理中心。
公交车电子监控终端机主体是车载硬盘录像机，硬盘录像机将前端摄像机采集的模拟视频信号进行数字编码压缩、存储，并接入GPS接收机和车辆行驶记录仪相关数据统一存储在硬盘中，重要数据可实时上传，历史数据可备事后调查使用。
1.2无线网络传输系统
无线网络传输子系统作为整个系统的神经网络，负责终端到中心的数据传输。车载终端对采集到的数据分析整理后，通过无线网络传输系统的平台将车辆行驶信息、GPS定位信息、车内视频图像等网传至调度管理中心，供管理人员调度使用。
1.3中心调度管理平台
中心调度管理平台由管理服务器、流媒体服务器、GIS电子地图服务器、调度服务器、存储服务器等组成。对车载终端机和指挥中心主机进行统一管理，系统还可接入公安110指挥中心，在发生重大事件时可及时上传相关数据，供相关领导及时做出判断决策。
2公交车监控相关技术的发展趋势
公交车监控结合了多项先进的电子技术，包括卫星定位技术、数字视频编码技术、恶劣环境下大容量数据存储技术、无线网传技术和娱乐节目广播功能等。
2.1卫星定位技术
车载终端机将接收到的全球卫星定位系统GPS（GlobalPositionSystem）的定位信息通过无线网络传输系统定时发送至公交调度管理中心，车辆调度管理人员在指挥中心可获取公交车辆的行驶轨迹、速度和方向等信息，并做出调度决策。
2.2数字视频编码技术
数字视频编码算法从最早的MPEG-1发展到目前的MPEG-4和H.264。车载监控对视频数据编码压缩比要求高，采用最先进的H.264编码技术比MPEG-4
压缩效率提高30％以上，是目前最优秀的编码方式，适用于低码流下的数据存储和窄带宽（如：无线网络环境）下网络传输。在CDMA无线网络环境下使用H.264编码技术，可实现CIF格式（352×288）的图像每秒4～6帧的视频图像效果。
随着硬盘容量的不断增大，录像时间和内容也越来越长、越来越多，三路视频录像CIF格式使用160GB的硬盘可使用15天左右，在硬盘录满后还能对录像进行覆盖，循环使用硬盘空间。
2.3恶劣环境下大容量数据存储技术
公交运行在颠簸、振动的环境下，对数据存储非常不利。目前，国内外硬盘录像机厂家针对硬盘减振问题主要使用橡胶、弹簧等原料做成的避振器械对硬盘或整机进行减振；也有的厂家在机械减振的同时加入电子减振功能，即在机械减振的基础上，使用电子振动感应器获取外部冲击信号，收到冲击信号后驱动硬盘磁头部分复位到安全区域，避免振动对硬盘的损坏。采用对硬盘进行减振处理或使用抗振效果好的FLASH闪存，可达到数据安全存储的效果。
2.4无线网传技术
由于公交车移动范围大，需要车载终端具备无线网络传输功能，将实时定位信息和视频图像传输至指挥中心，同时驾驶员和中心可通过无线传输模块的语音功能进行交互。目前，可提供的无线网络平台有中国移动的GPRS/EDGE网络和中国联通的CDMA网络。下表对运营商的无线网络传输理论速度进行比较：
无线网络传输理论速度比较表
传输方式理论上行速率实际测试速率
GPRS85.6Kbps≥20Kbps
CDMA153.6Kbps≥60Kbps
EDGE118Kbps≥50Kbps
从上表来看，目前运营商的无线网络速度不是很高，只能传输单帧或低帧率（2～6帧）的视频流信号，视频图像流畅性不好，管理中心只能从低帧率的图像获取车辆基本运营情况，并做出相应的判断。在未来3G网络建设完成后，随着网络速率提高，视频图像效果将会得到成倍的改善。
2.5娱乐节目广播功能
车载终端可以使用剩余的硬盘空间进行娱乐节目广播，5GB的硬盘空间可记录20小时以上的视频节目。不少车载硬盘录像机厂家在产品中加入了娱乐播放功能，利用多余的硬盘空间存储录像节目，为公交公司提供公交车内广告和娱乐节目播放，做到一机多用，以提高设备利用率。
3小结
公交车电子监控系统将分散的多个子模块集中到一个平台上进行统一管理，全方位地监控公交车运营情况；公交调度管理人员利用该系统可直观的了解车辆上运行状况，并可调用视频图像和语音对讲功能和司机进行交流。该技术既节约了公交公司电子附加设备的支出，又减少维护管理人员，还可利用车载机的娱乐节目播放功能播放广告以提高公司收入。
公交电子监控系统具有良好的社会效益，安装电子监控系统的公交车发生抢劫、盗窃等事件时进行实时报警，将视频图像直接上传至110指挥中心，公安部门可以尽快部署警力以应对突发事件。公交电子监控系统可增强乘客的安全感，对公交车辆上的犯罪行为起到威慑作用。
参考文献
隧道施工与传统建筑有着较大区别，具有一定的特殊性，隧道施工中安全事故具有危险性大、突发性强、容易发生伤亡事故等特点，是事故多发的行业。造隧道施工安全事故的原因有很多如:施工条件恶劣，施工过程中有较多手工劳动和繁重体力劳动。高强度的体力劳动下，身体易疲劳，精神也无法长时间集中，施工人员在这种情况下进行作业，很有可能引起安全事故的发生。并且隧道施工中涉及到大型机械设备的使用，如不按照相关操作流程进行操作，极易导致安全事故的发生，并且人工隧道易对周边地质造成破坏，因此施工中也可能出现塌方、落石、蹦塌等现象，十分危险。另一方面，隧道施工现场如设备管理不当也会引发安全事故。因为隧道施工中需要的用电设备较多，布置又比较分散凌乱，并移动频繁，很多机械设备均为导体，如管理不当易发生触电事故，危及施工人员人身安全。隧道施工中处处存在隐患和危险，避免安全事故的发生，安全管理至关重要，只有保障安全管理的有效性，才能将安全管理工作落到实处，为隧道施工创造有利条件。隧道施工安全管理是规避安全事故发生的重要手段，但传统隧道施工安全管理监控手段过于落后，监控效果并不理想，安全事故发生时不能及时发现，无法有效发挥隧道施工安全管理职能。信息化监控技术利用传感器采集数据信息，利用视频监控系统实时掌握施工现场情况，并进行全天候监控，监控过程更加直观，实现了施工安全管理的智能化、科学化、信息化。从整体上提高了施工安全管理效率和有效性，加强信息化监控技术应用意义重大。
二、信息化监控技术在隧道施工安全管理中的运用
(一)隧道施工人员定位系统
隧道施工人员安全定位系统是利用物联网技术，监测和监控施工人员具置，确保施工人员人身安全，隧道施工人员定位系统能够实时、精准的掌握各区域施工人员的情况，并将其反馈到监控中心。安全管理工作中人员就可以随时了解到施工人员的分布及走动情况，以便于利用远程技术对施工人员进行有效的管理和指示，另外，定位系统还能起到考勤的作用，能够直观反映到岗情况。在发生安全问题时，监控中心就可以根据定位系统所提供的员工分布，对施工人员采取救援，并指挥员工采取相应措施，提供救援效率。隧道施工人员定位系统需要应用到无线传输网络、定位软件、感应芯片、读卡器等等。隧道施工安全管理对施工人员定位必不可少。
(二)有害气体监控系统
由于隧道施工不同于建筑施工，多在封闭狭小昏暗的空间中，空间内的空气质量直接影响着施工人员安全，由于隧道施工过程周边地质结构将受到破坏，所以在施工中，难免会产生有害气体，这些有害气体一旦积聚到一定浓度，很有可能会导致施工人员中毒、窒息，甚至引起爆炸。另一方面，除了自然生产的有害气体外，施工中所使用的机械设备在运作时，同样会排放多种有害气体，威胁施工人员身体健康。由于隧道施工空间的封闭特点，这些气体十分容易积聚，为了保障施工现场安全，监测施工现场有害气体至关重要。信息化监控技术下的有害气体探测器，实现了实时空气信息采集，根据施工现场实际情况对现场有害气体浓度和含量做出分析，并反馈到监控中心，如有害气体达到危险标准，便立即发出警报，监控中心便可根据监测到的数据，采取相应措施，指导施工人员的撤离和疏散。
(三)语音双对讲系统
语音双对讲系统是信息化监控技术下安全管理的常用工具，能够保障安全管理人员能够实时与现场保持联系。双语音对讲系统通过无线或有线通信手段连接监控中心，保障通话的畅通。安全监控管理人员可通过语音对讲系统远程或通知施工流程安全，如发生紧急情况，可辅助指导施工人员的快速疏散，保障施工人员疏散的秩序，是隧道监控施工安全管理的主要手段之一。
三、结束语
1监控范围
利用现代化电子监控技术和安全生产预警系统机制，煤炭企业能够随时动态掌握监控其所有生产管理状态，也就是所其监控范围极为全面详细。人工安全员进行安全检测都只能进行局部点的检测，无法实现全面动态监控掌握，然而煤炭瓦斯泄露爆发也通常都是由点出发，逐步导致事故发生的，人工检测就很难检测出来，也就无法杜绝事故的发生，尤其检测不及时就会错过疏散时间，而利用该监控预警系统就能够对整个作业环境进行实时、有效、详细、全面的自动检测和自动分析，有效实现了眼观四路耳听八方的效能。
2及时通知功能
当前煤矿作业模式都是多个工作面和采煤区连续作业，不同工作面距离很远，甚至部分工作面不同巷道距离也较远，因此如果某个工作面或者巷道发生安全事故就会影响波及到其他巷道和工作面员工，其他工作人员就容易在一无所知的情况下继续工作，届时再进行疏散逃命也就来不及，而煤矿监控预警机制和系统广播功能就能够及时准确通知某个工作面工作异常状态，从而有利于其他工作面作业员工及时洞察安全事故，快速反应疏散，从而减少企业人员伤亡和经济损失。
3自动监控设备的扩展
一般煤矿井下各种电气设备较多，不少设备发生故障也很难立即察觉，有的设备故障发生察觉后进行事后维修也较难，而利用其监控预警系统就能够借助现场总线路来及时监控记录重要设备运行状态信息，有利于及时排除预警故障设备及故障设备点，有利于设备的快速及时有效维修，从而切实保障企业安全稳定高效生产。此外其生产现场总线建立后，就可以利用新的、先进的监测设备来随时升级扩展，如其现场无线广播设备、图像监控系统等等都能够随时接入并升级，能够有效与时俱进，完善企业完善生产管理装备。
4事故分析与防范
由于该安全生产管理监控预警系统能够全程洞察企业生产动态数据，其历史性和实时性的信息数据就能够帮助安全生产管理人员全面掌握事故前后各点工作运行状态和所有相关完整信息，使得安全生产管理人员能够及时有效寻找事故源头和事故发生原因，从而就能够针对性采取抢救措施，也有利于工作人员总结经验，并结合全部矿井全年不同季节、月份、气候下瓦斯活动变化规律，从而科学有效提出事故预防措施和应急机制。此外由于现代工业技术和科学技术的发展，煤矿企业安全生产领域所需的现代电子监控系统和设备成本较低，只需要普通计算机、传感器和现场总线，成本都不高，然而其组成的地面监控系统、安全管理预警机制等所起到的作用却十分巨大，能够有效防范事故发生，从而间接为企业节省了大量的财产资金，也减少了企业人员伤亡损失。
5结束语
传统的电力监控系统所使用的是有线通信技术，虽然该技术性能更好，但是并不适合城市电力监控系统的建设。而且所需要花费的资金较高，在任何一段线路出现问题就会导致整个监控系统无法正常运转，那么在这种情况下就要发展无线通信技术。以往电力监控系统的通信主要分为三种，首先是利用电力线载波通信技术，其次就是利用电缆和光纤实施通信。最后就是利用大微波技术实现通信。但是这三种通信方式都有其缺陷，例如电力载波通信技术需要电网要达到35kv以上，但是在电力监控系统中主要是监控城市的用电情况，而城市的电网电压通常是10kv，所以电力载波技术室无法运用在电力监控系统中的，通常电力载波技术是运用在长途电力监控系统中，因为长途输电电网中的电压都超过了35kv。而通信电缆和通信光纤虽然通信质量较好，但是相应的其建设资金也较高，而且城市电网的建设速度较快，通信电缆和通信光纤无法及时加快建造步伐。另外还有不少城市为了保证城市形象就使得一些电力设施进行改造，即通信电网建设在地下，那么通信电缆和通信光纤也要随之改道，这样无形之中又增加了电力监控系统建设的成本。所以这种方法也没有得到较多的运用。大微波通信属于无线通信技术在电力监控系统中也得到了较多的运用，不过运用的范围有限，因为大微波技术受到微波传输特点的影响一般运用在长距离的输电线路监控系统中，并不适合城市的电力监控系统。城市电力监控系统的建设对于城市居民用电有很大的影响，但是电力监控系统中最重要的通信技术没有得到较好的解决。而无线通信技术则可以处理电力监控系统中的通信难题，无线通信技术不仅传输的速度较快，而且在数据的传输过程中不需要通信电缆，信号更为稳定、质量也更高。
2无线通信技术在电力监控系统中的应用
目前电力监控系统中的无线通信技术主要采用的是ZigBee技术，ZigBee技术适用于近距离的电力监控系统，可以进行双向通信。
2.1快速的传输数据
电力监控系统需要快速的数据传递，这样才能够在终端计算机上对电网进行控制，ZigBee技术的优点之一就是传输的速率较快，电网的运行状态是瞬息万变的，如果采集设备所采集到的信息不能够及时的传递给终端计算机，那么电力工作人员就无法快速的得知电网的实时运行动态，从而无法对电网进行管控。
2.2提高了工作效率
电力监控系统更大限度的加快了电力部门的工作效率，使其能在电力故障发生之后迅速的反应，并排除故障。但是在没有运用电力监控系统之前是无法实施快速的检修与抢修。因此在电力故障发生之后会造成较大的经济损失。电力监控系统可以很好的改变电力故障中存在的问题，使得电力工作人员能够在发生电力故障之后迅速的找出故障位置，快速的消除故障，更大限度的挽回经济损失。
2.3降低系统建造成本
（一）环境艺术设计中空间意识的概述在环境艺术设计中，环境中实体和空间是构成环境两个彼此依赖的最为重要的方面，环境设计的主体首先是空间，其次才是创造出适合人类的需求，因此环境艺术的设计者应当着重的认识环境的空间性，在环境艺术教学的环节上加强对于空间意识的培养。空间被分为二维空间和三维空间，甚至还有一种思维空间，在目前已有的环境艺术的建造实例中，绘画的应用是二维空间，雕塑的应用则是三维空间，建筑物的应用就是思维空间的最佳体现，这些空间意识已经是构成了环境艺术设计的基本元素，由此可见环境艺术的重要性。在环境艺术设计中，空间具有多种的表现形式，构成空间的形式也是多种多样，因此建筑艺术空间成为了环境艺术的主体，并时刻表现在环境设计的教学之中，因此培养学生的空间意识主要是培养学生具有多维空间的意识以及不同的空间属性整合后的空间意识。
（二）环境艺术空间的特征
1.环境艺术空间的真实性在美术艺术手法的多重表现之中，工艺美术、绘画以及雕塑都是造型艺术中较常见的审美形象，在表现形式之中是以实体的形式存在的，这些艺术表现形式在创作的过程中最主要的就是要体现出作品中的逼真性和感染力，努力的展现出空间感，但是在真正的环境艺术设计中，所具有的空间感是真实的，而不是通过不同的艺术手法展现出真实的空间感，也只有环境艺术才可以突出表现出空间性审美特征，倘若仅以平面的照片或者是图画是不可能使得环境艺术展现出生机勃勃的精致以及整体空间气势与空间意境，这些都不符合三维空间中对于艺术的追求，所以环境艺术设计的空间感的真实性是提升环境空间感重要性的一点。
2.环境艺术空间的固定性环境艺术的设计创作必需在真实的地质之上，一旦环境艺术的设计被敲定，环境艺术的装饰品被制作成功之后，就是不能随意的在空间范围内移动，受到空间范围内的因素制约比较多，因此在进行环境艺术的设计时，为了保证环境艺术设计在完成之后具有较强的审美性，就一定要使得环境艺术设计中的涉及到的街道、建筑、公园甚至是一座广场，都受到特定的空间的制约，因此要与周围的环境保持着各种的联系，在环境艺术的设计中保持环境艺术空间审美的固定性特征。只有妥善处理好设计作品与周围大环境之间的关系，才可以成功的创造出环境的艺术设计的意境，达到预想的效果。
二、在环境艺术设计教学中空间意识的锻炼学习方法
（一）学会在多媒体技术的应用中创造出空间的情景由于环境艺术设计中，设计者一定要掌握环境的空间意识，所以空间意识的培养就成为了环境艺术教学中的重点。为了使得学生充分的认识到空间意识的重要性，环境艺术界内的专家认为首先要为学生创造一个空间意境，使得环境艺术的学习者可以通过闻、摸、尝、听以及看等感官感受中增强对于空间的感知。在现代技术中，多媒体技术在教学中的使用是最常见的，在环境艺术教学中对于创造空间意境也是相当容易的，使用多媒体技术进行情境创设，设计环境空间情景，在这一过程中学生一定要学会通过感官的感受体验环境的空间意识。
（二）加强实践教学，增强学生的空间体验在环境艺术设计中，教师教育学生产生初步的空间感并不是一件十分困难的事情，但是如何使得学生合理的利用空间感进行环境设计，使得环境展现出更高的艺术性则是一件十分困难的事情，因此，为了使得学生更好的掌握空间意识，更合理的在环境设计内展现出空间感，所以一定教师应当在课堂上通过多媒体图片或者是视频调动学生们的积极性，在这一过程中，学生们应当积极地参与到空间环境内的体验中，这是学生可以加强对各种各样环境空间实体的了解，对一些空间造型和特征有一个基本的感知和概念，其次，当教师在课堂教学中开展实践性的教学的时候，学生应当积极的参与到环境艺术空间观察、体验之中，例如教师带领学生参观一些著名建筑的设计，进行参观，布置一些环境艺术设计类的作业，学生可以充分的利用自己的想象力进行设计，让教师对于学生的作品进行内容点评，在教师的教导之下学生可以充分的认识到自己环境艺术设计作品的不足，学生在教师的点评的过程中逐渐的树立正确的、合理的、科学的空间意识，提升学生对于环境空间感的实践教学，提升学生对于空间的体验，促进学生形成正确的空间意识。
（三）加强学生的眼手心的协调性训练，提高学生对于空间的把握能力环境艺术的设计主要是设计者在完美的使用眼手心之间的关系而完成的作品，在设计的过程中，眼手心充分的发挥自己的作用：眼睛对于环境艺术创作具有整体的空间感知，对于空间结构以及空间形式的把握具有初步的认识，手对于环境艺术的创作在于对于美术技巧的掌握，也就是接触材料并进行体验的制作技能，心则是对于环境艺术创作的一个整体的感知，将艺术创作能录、个体思想以及个体的主观意识用正确的方法展现出来，对于眼与手的技能进行加工。当眼手心三者之间的关系得到最佳的协调之后，环境艺术的空间意识就被学生们以最完美的方式展现出来，学生在这一过程中增强了对于空间情感的把握。
三、总结
室外空间是别墅区别于普通住宅的最大优势，因此也是别墅规划设计中的重要部分。由于别墅市场的多样化，各种容积率的别墅规划设计使得别墅具有丰富多样的室外空间模式。室外空间作为别墅的一个不可分割的部分，提供给人们的别墅感觉可能更重要。别墅室内的空间是两层、三层，跟城里面的复式住宅没有什么区别，而别墅建筑之外的环境，却能使自己真正置身于私家花园，享受到清新自然的优美景色。如何使别墅的室外空间更好地满足不同人群的需要，更好地和室内空间配合，是设计师需要周详考虑的问题。
早期的包括现在的一些别墅规划设计更注重单体本身，户型本身，讲究它的豪华气派，室外空间质量往往容易被人们忽视，以为在庭院中有养花弄草、挖池叠石的余地就足够了。实际上这只解决了庭院有无的问题，还没达到庭院私密性的营造和使用功能细化的层面，更不用说上升到艺术性的高度了。在室外空间的设计中，更需强调其在水平方向和垂直方向上的延伸和渗透，既要照顾阳台、露台、庭院之间的关系，也要考虑庭院空间区域的使用功能和空间效果。再就是室内外空间的融合。同时，相邻别墅的室外空间之间互相影响，即便是私有庭院，也要与小区景观空间体系相协调。
而作为一个完整的别墅来讲，它的室内生活空间跟室外空间应该是统一的，密不可分的。可能室外空间看起来是足够的，但是要把别墅当做生活空间考虑，而不是作为财富炫耀载体来看，它的室外生活空间相当重要，这样对它的设计，包括它的私密性，有效利用空间大小等方面的考虑更具有实际意义。
1不同的使用人群对空间要求不同
别墅作为高端住宅的统称，从最高端至最低端之间，应该有一个过渡产品。这些产品针对不同的客户群体，决定别墅市场多样化，而且更多的划分出不同层次。不同的人群有迥异的生活方式和观念。生活方式对户型的影响，在普通公寓和别墅产品中效果完全不同。普通公寓住宅是求大同、存小异。而别墅由于室内外空间的充足和灵活，则是求大异、存小同。人们选择别墅，也就是选择了一种新的生活方式。同样，开发设计别墅，也就是设计一个适应于新生活方式的容器。
别墅规划之初，应该详细研究其可能的客户群的特征，了解其生活习惯、文化观念、价值取向乃至精神追求等人文因素，还有使用特征、消费特征等诸多方面。如，在北京市高端别墅市场需求调研分析中，在针对度假物业使用时间的调查中发现，有83％的受访人群每月使用一次以上，其中，每周使用一次的受访者达到28％。周末前往度假型物业居住，已经成为他们郊外休闲娱乐的重要选择。在针对度假物业使用人群的调查中发现，有92％的受访人群喜欢10人以下一起度假。这些度假的人群同时喜欢用小范围内的聚会来和大家分享闲暇时光，因此更注重室内公共空间。而对于把别墅作为第二居所的人群来说，他们购买别墅是为了享有更高品质的生活，因此比度假型人群更注重私有的庭院和周边的自然环境，注重回归自然的精神境界。必要而详尽的调查有助于把握整体的空间设计。
2别墅室外空间的私密性
以往很多别墅室外空间是规划后剩下的空间，本身私密性和功能没有考虑周到，只是有了庭院的面积，可以养花种草，但是这样的空间经常无法保证业主在使用的时候可以避免干扰。在别墅规划阶段开始，就应该对室外空间作出统一考虑，如何保证庭院的私密性，又要保证在庭院之中对外面的良好的视线。
很多人仍怀念四合院的特点，实际上四合院的特点就在于它提供了一个特别具有私密感的室外生活空间，它的以家庭院落为中心，街坊邻里为干线，社区地域为平面的社会网络系统，符合中国人特有的传统文化观念，这一点是四合院特有的，也是中国的特点。住在四合院，人与人之间能产生一种凝聚力与和谐气氛，同时有一种安全稳定感和归属亲切感。
独立住宅的最不利间距在六米左右，既不利于侧窗的开设也不利于侧院的使用，遗憾的是，目前独立住宅大多数项目恰恰如此。宅间距离要么远些、要么近些。调整卧室的位置与良好的社区规划布局，能有效改进独立住宅的私密性。从设计上分析，独立住宅的间距应在六米的基础上，适当扩大，利用树木绿篱等元素提高私密性；亦可把间距适当缩小，使相邻住宅开窗的错位更明显，也可提高私密性。独立住宅设置宽敞的屋顶露台，是目前开发商增加卖点的重要手段，但过多地设计不合理的露台和阳台使独立住宅产生视线干扰。独立住宅应强调“地平线的生活”，即生活空间向地面层集中，过多的露台阳台的设置与这种精神并不吻合。设计应该尽量保证地面层室内外生活空间的私密性，不要一味效仿西方建筑，更应关注独立住宅的精华空间——地面层。
3别墅室外的邻里空间
3.1邻里空间
居住空间不仅仅是城市地域空间内某种功能建筑的空间组合，还是人们生活、居住活动所整合而成的社会——空间系统。居住空间从其本质上而言是一种社会空间，城市居住社区是一个由家庭、邻里等基本单位整合而成的社会、空间统一体，其中家庭是最基本的组织单元，若干具有密切交往和稳定交往与互动的家庭就形成邻里，若干个邻里的有机整合就形成了复杂的社会、空间系统，即居住社区。邻里住户间的关系变化很大，有些地区邻里住户间只是点头、打一下招呼而已；有些地区关系很近，经常有交谈、互相帮助；有些妇女还经常在一起议论、交换信息，有时某家出了事，邻居们也会去安慰照顾。一般在出现危机的情况下邻里住户间为保卫共同利益，互相间的关系达到。Keller于1968年在《城市邻里》一书中提到邻里活动的内容：在危险情况下能互相帮助，交换信息，尤其是与大家的共同利益有关的话题。邻里住户间接触的频率城里比乡下低得多，城里的邻居住户可能在家中、在街上、在社区设施中，如学校、商店相遇。而别墅相对于普通住宅，其邻里关系更弱，可能社区别墅作为人的居住空间同样需要邻里空间，但是和一般居住区的邻里空间有所不同，需要更注意到各住户之间的私密性。既要积极创造适合邻里交往的空间，又要绝对保证住户不受干扰。
3.2如何通过设计营造别墅中的邻里空间
别墅的邻里空间在设计中常被忽视，比起邻里关系，设计者们往往更注重私密性。但随着时代的发展，购买别墅的客户群已经在意识形态和观念上有了很大的变化，已经从过去简单的追求到了现在非常高的要求，他们都与朋友、与邻居共同交流，共同分享他们成功的喜悦。因此买一栋别墅不仅仅是买一栋房屋，更重要的是买到一群与自己经历相似，志趣相投的朋友作邻居，在一个温暖的、亲情的邻居氛围进行交往。这是别墅市场最近的发展趋势，所以应该有全新的组织空间形式满足他们的要求。应该在设计中有意识地采取不同的邻里空间模式，特别注重小群体的营造。
要制造邻里关系就应有灵活的规划布局，平行的邻里关系就不会太近，比如一大排房子，出门就是大路，人们在不碰到对方的时候，邻里关系就自然不亲切，就比较独立。而独立的房子围合起一个共用空间后，情况就改观了，只要处理好视角和透视关系，就会感觉邻里更亲近。
营造邻里氛围首先就应该有人们愿意置身其中的室外环境，只有停留才有可能发生交往，才有可能产生邻里关系。邻里空间讲究的是场所感，即人对场所的认同度。空间设计应以人的参与便利性为主，如中心庭院的碎石步道、木栈道、浅溪河石、廊架木椅等，设计多种参与景观的渠道。此外，便捷舒适的社区俱乐部也是营造邻里关系的一种好方式，在俱乐部中讨论的问题可以非常广泛和实际，这也是营造和睦社区的软环境，他们甚至可以经常讨论一些有关公共利益的东西，从而产生对社区的归属感和责任感。当然，这里也需要把握合适的程度。
4室内外空间的过渡
在所有的建筑类型中，别墅是室内空间与室外空间融合得最好的，因为有最多的机会创造丰富多变的室内外过渡空间，同时由于空间的复杂，别墅室内外过渡空间也是最难于处理的一种类型。
由于很多别墅规划设计中的脱节，规划、建筑、景观分别由不同的设计师来完成，就形成了一些盲点、一些空白。比如在建筑和室外相交接的地方，那些露台、平台、阳台、建筑入口处、门斗、雨罩等位置的细节设计，经常是既不属于建筑师的工作，又不属于园林师的工作。因而缺乏深入的设计处理。而这些位置对于业主的生活体验又构成非常重要的一环。在环境行为学的研究中表明，人愿意在半公共、半私密的空间逗留，这样他可以既有对公共空间的参与感，又能看到外面人群或自然中的各种活动，如在阳台向远处眺望、在窗内向窗外看等。好的过渡空间设计能够极大地提高空间的可利用性与灵活性。过渡空间越充分，越有余地，居家的私密性就越强，也越少外界干扰，同时也越有助于体现业主的身份地位和尊严，当然也就越能体现其居住价值。
