時間：2023-04-24 17:12:29
序論：在您撰寫檢測系統(tǒng)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(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
系統(tǒng)概述
待檢測車輛需要經(jīng)過檢測通道，如圖1所示。將紅外攝像頭放置于通道中間，獲得車底部熱感應(yīng)圖像。為了獲取較廣的視角以及較小形變的圖像，紅外攝像頭安放的仰角為40°。由于監(jiān)控室與檢測通道的距離較遠，且通道數(shù)較多，因此需要通過光端機將所獲取的視頻傳輸給監(jiān)控室控制臺PC機。檢測軟件根據(jù)本文提出的檢測算法對捕獲到的圖像進行分析，若判斷車輛底部藏人則向系統(tǒng)發(fā)出報警信號，以便其通過控制安全桿做出相應(yīng)攔截措施。視頻傳輸示意圖，如圖2所示。
軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采取的基本實現(xiàn)策略是先定位后檢測。首先進行運動車輛檢測，其次根據(jù)車輛的自身特征，定位可疑目標在車輛底部可能的藏匿部位。當區(qū)域定位完成后，對該區(qū)域進行感興趣區(qū)域（RegionOfInterest，ROI）的選取。最后對ROI進行檢測，判斷是否藏人。檢測系統(tǒng)流程圖如圖3所示。通過對車輛的掃描檢測過程，查出藏匿于車底的可疑目標，實現(xiàn)自動檢測。
1圖像去噪
圖像去噪是圖像預(yù)處理的一個環(huán)節(jié)，也是整個圖像預(yù)處理中的關(guān)鍵一步。在對運動車輛定位的過程中，針對車輛與環(huán)境對比度大、信息豐富，受噪聲影響較小等特點，只需對圖像采用常規(guī)的均值濾波進行處理。而在檢測目標時，為了在去除噪聲的同時，最大程度的保存目標的邊緣信息，采用了基于開關(guān)控制的組合濾波。濾波器的基本思路是將圖像劃分為三類區(qū)域：孤立噪聲點區(qū)、平坦區(qū)和邊緣信息區(qū)。其主要處理原則為：孤立噪聲點區(qū)的灰度與其鄰域往往有較大的差異，可按照椒鹽噪聲進行處理，選用中值濾波器；平坦區(qū)往往包含高斯噪聲，可采用加權(quán)均值濾波器加以消除；邊緣信息區(qū)包含了圖像的細節(jié)信息，應(yīng)作為保留區(qū)域不做處理。將處理后的三個區(qū)域加以合成，即得到了去噪后的圖像。
濾波器性能的關(guān)鍵在于分類開關(guān)的設(shè)計，借用順序統(tǒng)計濾波的思路，將濾波器設(shè)計成N×N的掩模算子，N為奇數(shù)，使該掩模在整個圖像上滑動，對它所覆蓋的圖像中的像素點xi進行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序結(jié)果設(shè)計下面的分類規(guī)則：a、b為排序后的位置偏移量，Ta和Tb為閾值。基于開關(guān)控制的組合濾波算法就包括這么幾個步驟：（1）對掩模覆蓋的圖像像素點進行排序；（2）利用分類規(guī)則進行三個區(qū)域劃分；（3）對孤立噪聲點區(qū)進行中值濾波，對平坦區(qū)進行均值濾波；（4）將處理后的區(qū)域合成，得到去噪圖像。
2車輛檢測及目標區(qū)域的定位
2.1運動車輛檢測
對于實時性要求較高的場合，運動目標的檢測一般用背景差分法和幀間差分法。背景差分法是利用序列中當前幀圖像與背景圖像的差分來消除背景、提取運動目標區(qū)域的一種技術(shù)。背景差分法可根據(jù)實際情況設(shè)定差分閾值，所得到的結(jié)果直接反映了運動目標的大小、形狀和位置，可以得到比較精確的運動目標信息，但該方法應(yīng)用于紅外目標檢測時易受環(huán)境溫度、天氣等外界條件變化的影響。幀間差分法是利用視頻序列中連續(xù)的兩幀或多幀圖像的差異來檢測和提取運動目標。該方法對場景的變化不太敏感，適用于動態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定性好。不足之處是：1）無法抽取完整的運動目標，僅能得到運動目標的邊界；2）運動目標提取效果依賴于幀間時間間隔的合理選擇。本文針對待檢測目標所處背景在短時間內(nèi)為靜態(tài)背景，而較長時間內(nèi)背景會發(fā)生動態(tài)變化的特點，并結(jié)合兩種方法的優(yōu)點，設(shè)計出改進的背景差分法。算法原理圖如下：其中F(K)為當前幀，B為通過隔幀幀差法求得的當前背景圖像，D為差分結(jié)果圖，R為二值化圖像。
該算法繼承了幀間差分法對場景變化不太敏感的優(yōu)點，能準確更新背景差分法所需要的當前背景圖，進而提取出完整的運動目標。下面是采用基本背景差分法和改進后背景差分法，在不同時候背景更新保存的背景圖片。基本背景差分法在系統(tǒng)長時間運行之后，會出現(xiàn)背景更新出錯，檢測流程紊亂，從而產(chǎn)生檢測系統(tǒng)失效現(xiàn)象。而采用改進的背景差分法，即使是經(jīng)過長時間運行，系統(tǒng)也能確保背景更新的準確。
2.2目標區(qū)域定位
由于運動車輛特性已知，在其運動的過程中，可以通過對目標局部圖像進行特征提取，定位可疑區(qū)域。目標的一般特征包括點、邊緣、區(qū)域和輪廓。點特征對圖像的分辨率、旋轉(zhuǎn)、平移、光照變化等有很好的適應(yīng)性，常用的點特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但這些算法復(fù)雜度高，難以滿足實時檢測的要求，并且紅外圖像特征點往往較少，采用點描述算子并不能達到令人滿意的效果。因此本文根據(jù)實際目標的特性，采用了對線、面特征進行描述的方法來標注運動車輛。運動的車輛受車底傳動抽、燃燒室以及空間限制，目標一般躲藏于車廂后輪位置。
為了準確定位目標區(qū)域，目標區(qū)域進入視場之前的運動車輛局部特征需要重點描述。車廂底部進入攝像頭視場時如圖6(a)所示。為了提取車輛的直線特征，需要對車底圖像進行邊緣提取。常見的邊緣檢測算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常會產(chǎn)生雙邊界，而Sobel算子又往往會形成不閉合區(qū)域，對后面直線檢測都會產(chǎn)生不利的影響。
Canny算子克服了上述算子的缺陷，能夠盡可能多的標識出圖像中的實際邊緣，并且能夠?qū)⑤^小的間斷點進行連接，因此能夠形成較為完整的邊界線。Canny算子是最優(yōu)的階梯型邊緣檢測算法，本文采用選用Canny算子進行圖像的邊緣檢測。邊緣檢測結(jié)果如圖6(b)所示，較為明顯且具有特征不變性的為直線邊緣。當可能藏人的區(qū)域進入攝像頭視場時，車底圖像的直線特征隨之消失（如圖6(c)），因此可以利用圖像的直線特征來定位后輪檢測區(qū)域。Hough變換檢測直線是較為理想的直線檢測方法，由PaulHough于1962年提出。經(jīng)過Hough變換后，根據(jù)已知的目標直線位置、角度、長度，選取符合條件的直線。圖6(b)、(c)中白色粗線為所檢測出的目標直線。
受環(huán)境因素的影響，車底直線特征可能并不明顯，因此單一的直線特征提取難以滿足檢測精度要求，如圖7所示情況。實驗發(fā)現(xiàn)車底面特征不易受到周圍環(huán)境、溫度的影響，因此可以進行面特征提取。選定區(qū)域為圖6(b)中虛線框內(nèi)，滿足要求的特征為梯度小于一定閾值，即具有平滑特征，判斷方法是計數(shù)虛線框內(nèi)邊緣點數(shù)，判斷其是否小于給定閾值。采用Sobel內(nèi)核計算圖像差分其中src為輸入圖像，dst為輸出圖像，xorder為x方向的差分階數(shù)，yorder為y方向的差分階數(shù)。
由于當車底藏人時，其進入攝像頭視場會阻斷車底原有的平滑特征如圖6(d)，因此當平滑特征消失時，這時判斷是否符合定位位置特征，若符合即可進行定位檢測；若車底沒有藏人時，車底平滑特征會持續(xù)到車尾部位才結(jié)束，這時只需判斷到達車尾就可以結(jié)束檢測流程。
實驗表明，基于這種車箱底部中間區(qū)域光滑特征去定位檢測對環(huán)境適應(yīng)能力強，而基于兩側(cè)直線特征定位的方法又能夠比較準確的定位到目標區(qū)域。綜合上述兩種思路，設(shè)計出的定位流程如下圖8所示：應(yīng)用中是否滿足直線以及平滑特征是通過檢測連續(xù)多幀圖像來實現(xiàn)的，這樣可以盡量減少偶然因素導(dǎo)致的定位失敗。
3藏人的檢測
3.1基于高亮度特征的ROI的選取
如圖9為定位之后的待檢測目標圖。為了排除車底本身熱源的干擾（如車輪）縮小檢測范圍，必須對原圖進行ROI的選取。行進過程中的車輪一般在紅外圖像中會呈現(xiàn)高亮度特征。基于此特征，從圖片左右兩側(cè)分別搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能為車輪內(nèi)鋼圈），加上一定偏移量即可求出ROI左邊界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下邊界線也采用同樣的方法，上邊界采用默認值。當車輪不明顯時采用默認感興趣區(qū)域即可下面圖9為采用固定ROI選取和基于高亮度特征的ROI提取結(jié)果對比。實驗表明，這種基于具體特征的感興趣區(qū)域提取方法，對于車輪出現(xiàn)的偏差具有良好的適應(yīng)性，即使車輛行駛時發(fā)生較大的偏移也能做出正確的ROI選取。
3.2目標的檢測
對于已知形狀、外貌以及姿態(tài)等特征目標檢測采用特征匹配、直方圖反向投影等方法都能取得較為理想的效果。但對于躲藏姿勢未知并且本身形狀較為模糊的紅外目標，采用匹配的方式效果并不明顯。
紅外目標與目標區(qū)域的周圍存在一定的灰度差異，改變了原有區(qū)域梯度小、較為平滑的特征。針對這種改變采用評價函數(shù)f(x,y)對目標區(qū)域進行評估，若達到一定的閾值，即可預(yù)判車底藏人。評價函數(shù)依據(jù)不同區(qū)域可疑信息權(quán)重不一樣而選定(ROI內(nèi)中間部位權(quán)重較高、四周權(quán)重較低)，表示如下其中T為警戒閾值，Warnflag為預(yù)警標志。具體檢測步驟如下：
1)對原圖的感興趣區(qū)域進行組合濾波處理；
2)對感興趣區(qū)域進行邊緣梯度檢測(圖10)；
3)采用評價函數(shù)對目標區(qū)域進行評分并判斷是否超過給定閾值；
4)重復(fù)步驟1-3，若連續(xù)三幀超出閾值則發(fā)出報警指令，否則表示無人。對應(yīng)的報警截圖如圖11所示
實驗結(jié)果
為了驗證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以及算法的可靠性，在不同的貨檢口岸、時間段、天氣條件進行了多次實驗。測試結(jié)果如下。結(jié)果表明，在不同月份檢測誤報率十分低，漏報率也能滿足相應(yīng)指標。設(shè)計出的車底藏人自動檢測系統(tǒng)有很高的實用價值，達到了預(yù)期的目標，說明了這套檢測系統(tǒng)的可靠性和準確性。軟件界面如圖12所示。
供電電壓自動測控系統(tǒng)技術(shù)方案和特點
監(jiān)控模塊根據(jù)接收到以CAN通訊卡傳來的指令來控制電機的停止/啟動，同時檢測取芯儀供電電源的運行狀態(tài)，并將電壓、電流、溫度、運行信息及故障信息等參數(shù)通過CAN通訊傳給上位機進行處理和顯示。電壓一次側(cè)由芯片3875發(fā)出的移相脈沖控制H橋的IGBT模塊，正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波由SPWM輸出模塊編程實現(xiàn)，并且實現(xiàn)電機軟起動和軟停車，驅(qū)動負載電機自適應(yīng)等功能。方案結(jié)構(gòu)（圖略）。測控系統(tǒng)特點測控系統(tǒng)采用凌陽公司的16位高速微型計算機SPMC75F2413A為核心，CAN控制器采用MCP2515，CAN驅(qū)動器采用TI公司的低功耗串行CAN控制器SN65HVD1040D，通過CAN總線能夠?qū)崟r地檢測和傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和共享，更能夠?qū)崿F(xiàn)多CPU之間的數(shù)據(jù)共享與互聯(lián)互通，其它電子元件均選擇150℃溫度的等級。此外系統(tǒng)還設(shè)計有散熱器、風(fēng)扇等。該測控系統(tǒng)具有極高的高溫可靠性，能夠確保系統(tǒng)在高溫環(huán)境下可靠工作，控制、檢測、顯示的實時性好，可靠性高。測控系統(tǒng)采用智能化控制算法軟件來實現(xiàn)馬達機的高性能運行，其具有效率高、損耗小、噪音小、動態(tài)響應(yīng)快、運行平穩(wěn)等特點。
硬件電路設(shè)計
CAN通信電路檢測系統(tǒng)采用SPMC75F2413A凌陽單片機，不集成CAN外設(shè)模塊，選擇外部CAN模塊控制器MCP2515，該模塊支持CAN協(xié)議的CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0BPassive和CAN2.0BActive版本，是一個完整的CAN系統(tǒng)，直接連接到單片機的SPI總線上，構(gòu)成串行CAN總線，省去了單片機I/O口資源，電路簡單，適合高溫工作。CAN通信電路原理圖（圖略）MCP2515輸出只要加一個收發(fā)器就可以和上位PC機進行CAN通信，收發(fā)器采用TI公司生產(chǎn)的SH65HVD140D。電機溫度檢測電路該系統(tǒng)中供電電源溫度的檢測由溫度傳感器PT100來完成。PT100與高頻變壓器、供電電源散熱器、高頻電感發(fā)熱器件的表面充分接觸，當器件的溫度變化時，PT100的阻值也隨之變化，將溫度傳感器的阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號放大整形送給單片機，再由單片機計算出供電電源各發(fā)熱點的實際溫度。當溫度過高，供電電源自動停止運行。同時實時將檢測到的各發(fā)熱點的溫度通過CAN通訊發(fā)給上位PC機。輸入直流電壓檢測電路檢測電路（圖略）。供電電源為多電壓變化環(huán)節(jié)，前級變換為AC/DC，儀器要深入井下工作，交流高壓從地面通過長達7000m的電纜線供給，直流阻抗（電阻）值約為240Ω，一般由兩根電纜導(dǎo)線并聯(lián)使用[5]。系統(tǒng)不工作時，電纜導(dǎo)線無電流，供電電壓相對較高，電機電流約1.5A。系統(tǒng)運行時電纜中有電流，電纜線路就會有壓降，電機電流會達到3A。由于采用了高頻變壓器，變比約18，當負載電流增加1.5A時，原邊電流就增加約27A，如果重載，原邊電流增加更多，就會拉垮輸入電源。所以對輸入的一次側(cè)直流電壓電流進行監(jiān)控就非常必要，根據(jù)檢測值來調(diào)整輸入的直流高壓[6]。檢測電路采用的是差分電路采樣直流電壓，檢測時，直流高壓加到分壓電阻的兩端，通過分壓電阻運放調(diào)理后輸入到CPU。
軟件設(shè)計
CAN通信協(xié)議系統(tǒng)CAN總線的節(jié)點流程圖。上位機向監(jiān)控模塊發(fā)送指令幀，幀號為0x11，用來控制電機啟停和SPWM輸出。監(jiān)控模塊向上位機發(fā)送狀態(tài)幀，幀號為0x21，用來反饋電機的狀態(tài)信息。軟件流程圖監(jiān)控模塊根據(jù)上位機的指令控制電機的停止/啟動，同時檢測取芯器供電電源的運行狀態(tài)，并將參數(shù)傳給上位機進行顯示。軟件分為兩大模塊，主程序模塊和定時器T1中斷服務(wù)模塊。主程序模塊主要實現(xiàn)上電初始化功能、CAN通訊功能和定時器T1中斷設(shè)置等功能；定時器T1中斷程序模塊實現(xiàn)電機參數(shù)采樣及發(fā)送，并能根據(jù)CAN總線接收的指令控制輸出參數(shù)。
實驗結(jié)果
上述檢測系統(tǒng)安裝在井壁取芯儀上得以成功實現(xiàn)運行。將安裝有檢測控制系統(tǒng)的井壁取芯儀整體放在恒溫箱里面做加溫運行帶載實驗，恒溫箱145℃恒定不變，連續(xù)運行24h，每隔0.5h使電機帶載運行10min，即電機憋壓運行。同時改變電機的給定轉(zhuǎn)速（從500r/m到3000r/m），觀測測量的電機實際運行速度穩(wěn)定，又根據(jù)電機的帶載運行調(diào)整輸入直流高溫。檢測控制系統(tǒng)經(jīng)高溫24h連續(xù)運行，電機在空載和帶載時能夠可靠運行，滿足要求。（a）（b）（c）是實驗時測得的CAN總線數(shù)據(jù)幀。（a）為CAN總線數(shù)據(jù)一幀的數(shù)據(jù)波形，由10個字節(jié)組成。為測控系統(tǒng)CAN總線數(shù)據(jù)幀發(fā)送接收，每隔120ms傳送一幀數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：健康監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測項目橋梁
20世紀橋梁工程領(lǐng)域的成就不僅體現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展和大跨度索支承橋梁的建造以及對超大跨度橋梁的探索，而且反映于人們對橋梁結(jié)構(gòu)實施智能控制和智能監(jiān)測的設(shè)想與努力。近20年來橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動了大距度橋梁的發(fā)展；同時，隨著人們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運而生。由于橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為驗證結(jié)構(gòu)分析模型、計算假定和設(shè)計方法提供反饋信息，并可用于深入研究大跨度橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知或不確定性問題，因此，橋梁設(shè)計理論的驗證以及對橋梁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境未知問題的調(diào)查與研究擴充了橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵。本文結(jié)合近十年來橋梁健康監(jiān)測的研究狀況以及大跨度橋梁工程的研究與發(fā)展，較系統(tǒng)地闡述橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵，并由此探討監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)問題。
一、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)與理論發(fā)展簡況
1．監(jiān)測系統(tǒng)
80年代中后期開始建立各種規(guī)模的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如，英國在總長522m的三跨變高度連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設(shè)傳感器，監(jiān)測大橋運營階段在車輛與風(fēng)載作用下主梁的振動、撓度和應(yīng)變等響應(yīng)，同時監(jiān)測環(huán)境風(fēng)和結(jié)構(gòu)溫度場。該系統(tǒng)是最早安裝的較為完整的監(jiān)測系統(tǒng)之一，它實現(xiàn)了實時監(jiān)測、實時分析和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享。建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的典型橋梁還有挪威的Skarnsundet斜拉橋（主跨530m）［2］、美國主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉橋、丹麥主跨1624m的GreatBeltEast懸索橋［3］、英國主跨194m的Flintshire獨塔斜拉橋[4]以及加拿大的ConfederatiotBridge橋[5]。我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，如香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，內(nèi)地的上海徐浦大橋以及江陰長江大橋等[6~8]。
從已經(jīng)建立的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測目標、功能以及系統(tǒng)運行等方面看，這些監(jiān)測系統(tǒng)具有以下一些共同特點：
（1）通常測量結(jié)構(gòu)各種響應(yīng)的傳感裝置獲取反映結(jié)構(gòu)行為的各種記錄；
（2）除監(jiān)測結(jié)構(gòu)本身的狀態(tài)和行為以外，還強度對結(jié)構(gòu)環(huán)境條件（如風(fēng)、車輛荷載等）的監(jiān)測和記錄分析；同時，試圖通過橋梁在正常車輛與風(fēng)載下的動力響應(yīng)來建立結(jié)構(gòu)的"指紋"，并藉此開發(fā)實時的結(jié)構(gòu)整體性與安全性評估技術(shù)；
（3）在通車運營后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結(jié)構(gòu)狀態(tài)，力求獲取的大橋結(jié)構(gòu)信息連續(xù)而完整。某些橋梁監(jiān)測傳感器在橋梁施工階段即開始工作并用于監(jiān)控施工質(zhì)量；
（4）監(jiān)測系統(tǒng)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。
這些特點使得大跨度橋梁健康監(jiān)測區(qū)別于傳統(tǒng)的橋梁檢測過程。另外需要指出的是，橋梁健康監(jiān)測的對象已不再局限于結(jié)構(gòu)本身：一些重要輔助設(shè)施的工作狀態(tài)也已納入長期監(jiān)測的范圍（如斜拉索振動控制裝置[4]等）。
2．理論研究
十多年來，橋梁健康監(jiān)測理論的研究主要集中于結(jié)構(gòu)整體性評估和損傷識別。由于基于振動信息的整體性評估技術(shù)在航天、機械等領(lǐng)域的深入研究和運用，這類技術(shù)被用于土木結(jié)構(gòu)中除無損檢測技術(shù)以外的最重要的整體性評估方法并得到廣泛的研究【1，7，9～11】。人們致力于基于振動測量值的整體性評估方法研究的另一個原因是，結(jié)構(gòu)振動信息可以在橋梁運營過程中利用環(huán)境振動法獲得，因此這一方法具有實時監(jiān)測的潛力。
結(jié)構(gòu)整體性評估方法可以歸結(jié)為模式識別法、系統(tǒng)識別法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法三大類【1】。結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)常被用作結(jié)構(gòu)的指紋特征，也是系統(tǒng)識別方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的主要輸入信息。另外，基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)、應(yīng)變曲率以及其他靜力響應(yīng)的評估方法也在不同程度上顯示了各自的檢傷能力[10]。然而，盡管某些整體性評估技術(shù)已在一些簡單結(jié)構(gòu)上有成功的例子，但還不能可靠地應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。阻礙這一技術(shù)進入實用的原因主要包括：①結(jié)構(gòu)與環(huán)境中的不確定性和非結(jié)構(gòu)因素影響；②測量信息不完備；③測量精度不足和測量信號噪聲；④橋梁結(jié)構(gòu)贅余度大并且測量信號對結(jié)構(gòu)局部損傷不敏感。
另外，從評估方法上，目前對大跨度橋梁的安全評估基本上仍然沿襲常規(guī)中小橋梁的定級評估方法，是一種主要圍繞結(jié)構(gòu)的外觀狀態(tài)和正常使用性能進行的定性、粗淺的安全評價。
二、橋梁健康監(jiān)測新概念
橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，為橋梁維護濰修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。為此，監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控：
·橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學(xué)狀態(tài)；
·橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（加支座）和附屬設(shè)施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；
·結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；
·大橋所處環(huán)境條件；等等。
與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)不同，大型橋梁健康監(jiān)測不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對結(jié)構(gòu)整體行為的實時監(jiān)控和對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評估。
然而，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測不僅僅只是為了結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與評估。由于大型橋梁（尤其是斜拉橋、懸索橋）的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計階段完全掌握和預(yù)測結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的。大跨度索交承橋梁的設(shè)計依賴于理論分析并過風(fēng)洞、振動臺模擬試驗預(yù)測橋梁的動力性能并驗證其動力安全性。然而，結(jié)構(gòu)理論分析?；诶硐牖挠邢拊x散模型，并且分析時常以很多假定條件為前提。在進行風(fēng)洞或振動臺試驗時對大橋的風(fēng)環(huán)境和地面運動的模擬也可能與真實橋位的環(huán)境不全相符。因此，通過橋梁健康監(jiān)測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力行為來驗證大橋的理論模型、計算假定具有重要的意義。事實上，國外一些重要橋梁在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)時都強調(diào)利用監(jiān)測信息驗證結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
橋梁健康監(jiān)測信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計的更深遠的意義在于，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與相應(yīng)的規(guī)范標準等可能得以改進；并且，對橋梁在各種交通條件和自然環(huán)境下的真實行為的理解以及對環(huán)境荷載的合理建模是將來實現(xiàn)橋?quot;虛擬設(shè)計"的基礎(chǔ)。
還應(yīng)看到，橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和對某特定橋梁設(shè)計的反思，它還可能并應(yīng)該成為橋梁研究的"現(xiàn)場實驗室"。盡管橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的出現(xiàn)不斷推動著橋梁的發(fā)展，但是，大跨度橋梁的設(shè)計中還存在很多未知和假定，超大跨度橋梁的設(shè)計也有許多問題需要研究。同時，橋梁結(jié)構(gòu)控制與健康評估技術(shù)的深入研究與開發(fā)也需要結(jié)構(gòu)現(xiàn)場試驗與調(diào)查。橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。由運營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。另外，橋梁振動控制與健康評估技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用性也需要現(xiàn)場試驗與調(diào)查。
綜上所述，大型橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測加結(jié)構(gòu)評估新技術(shù)，而是被賦予了結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評估、設(shè)計驗證和研究與發(fā)展三方面的意義。
三、健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
1．監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計準則
兩座大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的測點布置情況可以看出，兩個監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目與規(guī)模存在很大差異。這種差異除了橋型和橋位環(huán)境因素外，主要是因為對各監(jiān)測系統(tǒng)的投資額和（或）建立各個系統(tǒng)的目的（或者說是對系統(tǒng)的功能要求）不同。因此，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計實際上有意或無意地遵循著某些準則。
顯然，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該首先考慮建立該系統(tǒng)的目的和功能。上節(jié)所述的橋梁健康監(jiān)測三方面的意義也正是橋梁健康監(jiān)測的目的和功能所在。對于特定的橋梁，建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的可以是橋梁監(jiān)控與評估，或是設(shè)計驗證，甚至以研究發(fā)展為目的；也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系統(tǒng)的目的確定，系統(tǒng)的監(jiān)測項目就可以基本上確定。另外，監(jiān)測系統(tǒng)中各監(jiān)測項目的規(guī)模以及所采用的傳感儀器和通信設(shè)備等的確定需要考慮投資的限度。因此在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)時必須對監(jiān)測系統(tǒng)方案進行成本一效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的監(jiān)測系統(tǒng)的前提。
根據(jù)功能要求和成本一效益分析可以將監(jiān)測項目和測點數(shù)設(shè)計到所需的范圍，可以最優(yōu)化地選擇并安裝系統(tǒng)硬件設(shè)施。因此，功能要求和效益-成本分析是設(shè)計橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的兩大準則。
2．監(jiān)測項目
不同的功能目標所要求的監(jiān)測項目不盡相同。絕大多數(shù)大跨度橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目都是從結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評估出發(fā)的，個別也兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證甚至部分監(jiān)測項目以橋梁問題的研究為目的[5]。文獻［12］通過對國內(nèi)多座運營中的斜拉橋進行大量病害調(diào)查與檢測分析，提出了用于斜拉橋狀態(tài)監(jiān)控與評估的頗具代表性的監(jiān)測項目。
如果監(jiān)測系統(tǒng)考慮具有結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證的功能，那就要獲得較多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別所須要的信息。因此，對于大跨度余支承橋梁，須要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/拉索各部位，以獲得較為詳細的結(jié)構(gòu)動力行為并驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計時的動力分析模型和響應(yīng)預(yù)測。另外，在支座、擋塊以及某些連結(jié)部位須安設(shè)傳感器拾取反映其傳力、約束狀況等的信息。
目前，某些監(jiān)測系統(tǒng)以開發(fā)結(jié)構(gòu)整體性與安全性評估技術(shù)為目的之一。結(jié)合橋梁問題研究的監(jiān)測系統(tǒng)雖不多見，但有些系統(tǒng)也有監(jiān)測項目是專為研究服務(wù)的。與理論研究相關(guān)的監(jiān)測項目可以根據(jù)待研究問題的性質(zhì)來確定。從目前橋梁工程的發(fā)展狀況看，以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監(jiān)測進行深入研究或論證。
·抗風(fēng)方面：包括風(fēng)場特性觀測、結(jié)構(gòu)在自然風(fēng)場中的行為以及抗風(fēng)穩(wěn)定性。
·抗震方面：包括研究各種場地地面運動的空間與時間變化、土-結(jié)構(gòu)相互作用、行波效應(yīng)、多點激勵對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響等。通過對墩頂與墩底應(yīng)變、變形及加速度的監(jiān)測建立恢復(fù)力模型對橋梁的抗震分析具有重要的意義。
·結(jié)構(gòu)整體行為方面：包括研究結(jié)構(gòu)在強風(fēng)、強地面運動下的非線性特性，橋址處環(huán)境條件變化對結(jié)構(gòu)動力特性、靜力狀態(tài)（內(nèi)力分布、變形）的影響等。這對于發(fā)展基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體性評估方法非常重要。
·結(jié)構(gòu)局部問題：例如邊界、聯(lián)接條件，鋼梁焊縫疲勞及其他疲勞問題，結(jié)合梁結(jié)合面（包括剪力鍵）的破壞機制，等等。索支承橋梁纜（拉）索和吊桿的振動與減振、局部損傷機制等也值得進一步觀察研究。
·耐久性問題：橋梁結(jié)構(gòu)中的耐久性問題尚有許多問題須要深入研究。纜（拉）索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。
·基礎(chǔ)：大直徑樁的采用也帶來一些設(shè)計問題，直接套用原先用于中等直徑樁的計算方法不很合理。借助大型橋梁監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)查大直徑樁的變形規(guī)律、研究樁的承載力問題，也是設(shè)計部門的需要。
四、小結(jié)
（1）橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測技術(shù)的簡單改進，而是運用現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為，獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學(xué)依據(jù)。同時，大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測對于驗證與改進結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法、開發(fā)與實現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)以及深入研究大型橋梁結(jié)構(gòu)的未知問題具有重要意義。因此，健康監(jiān)測為橋梁工程的發(fā)展開辟了新的空間。
（2）大型橋梁健康監(jiān)測三方面的意義反映了從事橋梁維護管理、設(shè)計咨詢和理論研究不同領(lǐng)域人員所關(guān)注的問題。監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以功能要求和效益－成本分析為基本準則。此外，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該通過布點優(yōu)化分析，并且考慮到系統(tǒng)實施中的非常重要的通信問題。
參考注射泵的檢測標準和出廠標準，確定微量注射泵的質(zhì)量檢測流程。在Hydrograph軟件中登記微量注射泵的設(shè)備編號和所屬科室信息，將流速和測試時間分別設(shè)為10mL/h和30min，同時設(shè)置微量注射泵的流速為10mL/h，記錄流速為10mL/h的平均流速和累積流量。測試完成后分別設(shè)置Hydrograph軟件和微量注射泵的流速為60mL/h，測試10min，記錄流速為60mL/h的平均流速和累積流量。圖1所示為Hydrograph軟件記錄的60mL/h流量檢測曲線示意圖，圖中雙縱坐標分別為實時流速和累積流量，橫坐標為測試時間，可讀得平均流速和總的累積流量分別為60.31mL/h和9.82mL，測試時間共9min46s。流速相對設(shè)定值誤差在±5%內(nèi)合格。流速測試完成后，分別設(shè)置Hydrograph軟件和微量注射泵的流速為99.9mL/h進行阻塞壓力報警測試，記錄報警時間、報警壓力和停止壓力。阻塞壓力分為高低兩檔，高檔阻塞壓力設(shè)定值為800mmHg，偏差值在±200mmHg內(nèi)合格;低檔阻塞壓力設(shè)定值為300mmHg，偏差值在±100mmHg內(nèi)合格。圖2所示為Hydrograph軟件記錄的阻塞壓力報警曲線示意圖，可見報警壓力為294mmHg，報警時間為37s，停止壓力約為120mmHg。
2結(jié)果
剔除由于數(shù)據(jù)缺失影響統(tǒng)計分析的檢測個案后，有效檢測個案共251例(通道)。10mL/h和60mL/h的流速測試結(jié)果分別見表1和表2?？梢娏魉贋?0mL/h的合格率為64.9%，60mL/h的合格率為93.2%。表3所示為平均流速接近或大于流速設(shè)定值兩倍的流速測試原始記錄。圖3和圖4所示分別為低阻塞壓力和高阻塞壓力報警統(tǒng)計分布圖，結(jié)果表明低阻塞壓力分布的合格率為38.4%，低于和高于合格范圍的占比分別為50%和11.6%。高阻塞壓力分布的合格率為13.4%，低于和高于合格范圍的占比分別為84.3%和2.3%。高低阻塞壓力均合格的儀器僅有29臺。
3討論
由表1可見10mL/h流速相對誤差小于－5%的微量注射泵占30.3%，由表2可見60mL/h流速相對誤差小于－5%的微量注射泵占4.8%。由于10mL/h和60mL/h流速測試的累積流量分別為5mL和10mL，可見增加測試的累積流量可以顯著改善流速測試結(jié)果。推頭和滑桿中存在粘稠液體或金屬滑桿生銹，或者推頭松動造成推頭和滑道之間摩擦力增大，均會導(dǎo)致測量流速偏低。噴除銹清潔劑清洗后微量注射泵流速精度合格。
表3中序號1和2的60mL/h流速誤差在±5%內(nèi)，而10mL/h流速明顯大于流速設(shè)定值的兩倍，且10mL/h流速測試的累積流量大于設(shè)定值5mL的兩倍，這里的測試誤差主要是由10mL/h測試中測試人員人為推動推頭造成的，重新測試發(fā)現(xiàn)流速測試合格。序號3－6流速均接近設(shè)定值的兩倍，且有部分數(shù)據(jù)缺失(表3中用“0”表示)，這里的數(shù)據(jù)缺失是由于完成一項流速測試發(fā)現(xiàn)流速誤差過大因而未對另一項流速進行測試，屬于測試人員的主觀行為。雖然10mL/h和60mL/h測試結(jié)果中各有一組數(shù)據(jù)缺失，不會影響10mL/h和60mL/h的流速測試結(jié)果中相對誤差的一致性，但會影響兩組流速的合格率?？紤]這兩組缺失數(shù)據(jù)的影響，流速為10mL/h和60mL/h的合格率分別應(yīng)該修正為64.5%和92.8%。如表3序號3－6所示，共有四臺(占比1.59%)微量注射泵流速接近設(shè)定值的兩倍，檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部芯片引腳短路，更換芯片后微量注射泵工作正常。
由圖3和圖4可見，注射泵的阻塞壓力合格率較低，且低于合格范圍的占比遠大于高于合格范圍的占比。注射泵集中檢測時反復(fù)使用，造成注射器活塞與管壁摩擦力變大，導(dǎo)致在較低的管路阻塞壓力下產(chǎn)生壓力報警，這一報警壓力并不能精確地反映注射泵正常工作時的報警功能。建議使用與注射泵匹配的全新注射器進行注射泵的質(zhì)量檢測，并及時進行注射泵質(zhì)量檢測結(jié)果的統(tǒng)計分析，在壓力報警明顯偏低時考慮更換注射器。微量注射泵的質(zhì)量受到動力泵性能、檢測傳感器和壓力傳感器的靈敏度等多個因素的影響，輸液精度很大程度上取決于輸液管路的精度，使用非注射泵專用注射器和泵管會使得流速相對誤差顯著增加。微量注射泵的外觀檢查和性能測試中任意一項不符合要求即為不合格，本次統(tǒng)計結(jié)果顯示注射泵的總體合格率為13.4%。不合格因素主要是性能測試不達標，主要來源是阻塞壓力偏低，且高阻塞壓力相對低阻塞壓力合格率更低。
針對垛儲機采棉溫濕度采集點多，數(shù)據(jù)傳輸距離遠的特點，提出了以電子技術(shù)和微控制技術(shù)為核心技術(shù)的機采棉溫濕度自動檢測系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)由溫度傳感器、濕度傳感器、變送器、主從單片機、RS485總線、顯示及鍵盤等部分組成。圖1為垛儲機采棉溫濕度檢測系統(tǒng)框圖。工作時，安裝在探頭上傳感器采集該處機采棉的溫濕度值，通過變送器和轉(zhuǎn)換器將該處的各點溫濕度數(shù)據(jù)信號送至該處的從機;從機將采集來的信號進行歸一化處理，取加權(quán)平均值，再將加權(quán)平均值通過RS485總線送至主機，通過鍵盤輸入機采棉霉變預(yù)警的溫濕度閾值;主機將傳輸來的數(shù)據(jù)和預(yù)警閾值相比較，判斷是否達到預(yù)警條件，如果達到預(yù)警條件，發(fā)出命令，控制預(yù)警裝置發(fā)出警報，并且顯示出霉變或有霉變趨勢的機采棉位置。
2系統(tǒng)設(shè)計
2．1硬件部分
本設(shè)計的主機所要實現(xiàn)匯總從機發(fā)來的信息和預(yù)先設(shè)定的霉變閾值相比較，判斷每個從機位置的機采棉情況。如果出現(xiàn)異常，主機控制警報系統(tǒng)工作，顯示屏可以利用鍵盤控制其翻頁功能，實時顯示出每個從機位置的機采棉情況。從機主要負責將采集來的溫濕度信息，經(jīng)處理后，送入主機。鑒于以上因素，主、從機都選用單片機STC89C516RD+。該款單片機具有加密性強、低功耗、速度快和精度高等特點，其核內(nèi)有64kB的flash，1280B的RAM，16kB的ROM，可以滿足控制的需要。每個從機位置的溫濕度信息檢測，采用探頭檢測，在每個探頭的不同位置，均勻分布4個溫度傳感器和4個濕度傳感器，分別構(gòu)成該從機的溫度傳感器組和濕度傳感器組。濕度傳感器選用HM1500，模擬量輸出，在5V供電條件下，輸出0～4V范圍的電壓對應(yīng)相對濕度值0～100%;因為是線性輸出，所以可以直接和單片機相連，為了檢測信號的穩(wěn)定性，可以將濕度傳感器的輸出量經(jīng)過同相跟隨器將信號穩(wěn)定后送入單片機。溫度傳感器選用AD590為模擬信號輸出需要驅(qū)動電路驅(qū)動后才能使溫度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機;可測量范圍－55～150℃，供電范圍寬，4～30V;圖2為溫度傳感器AD590的驅(qū)動電路圖。顯示模塊要求實時顯示各個從機控制的檢測探頭位置的溫濕度以及每個探頭所在位置的坐標值，通過鍵盤的上下鍵控制顯示屏的翻頁和刷新。所以，采用液晶顯示器LCD1602兩行顯示，就可以達到系統(tǒng)設(shè)計要求。鍵盤模塊是向主機輸入預(yù)設(shè)的參考值以及控制顯示屏的翻頁與刷新，基于以上功能采用4×4的行列式鍵盤。
2．2軟件部分
首先，根據(jù)設(shè)計目標，細化軟件每一部分的功能，統(tǒng)籌設(shè)計各部分功能之間的邏輯關(guān)系。垛儲機采棉溫濕度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用keiluvision2編程環(huán)境，編程實現(xiàn)主從機的功能。keilC51是一個比較主流的單片機研發(fā)設(shè)計的開發(fā)工具，主從機的程序編寫采用模塊化編程。其調(diào)試程序、完成各部分編程后，將程序的．hex工程文件燒錄至Proteus軟件下的仿真電路圖，仿真效果達到最佳時，記錄電路設(shè)計的優(yōu)化參數(shù);根據(jù)此優(yōu)化參數(shù)，設(shè)計垛儲機采棉溫濕度自動檢測系統(tǒng)的實物硬件。垛儲機采棉溫濕度自動檢測系統(tǒng)的主機程序流程圖，如圖3所示。
3試驗結(jié)果分析
系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試完成后，在南口農(nóng)場進行測試試驗。系統(tǒng)測試了垛儲機采棉的溫濕度值。表1為垛儲機采棉溫濕度檢測系統(tǒng)測試的溫濕度數(shù)據(jù)。從表1中可以看出，本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)檢測出的機采棉溫濕度值和人工測量的實際值近似相符。試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠精確、實時地檢測垛儲機采棉的溫濕度，達到了垛儲機采棉儲存情況的安全控制。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞入侵檢測系統(tǒng)；CIDF；網(wǎng)絡(luò)安全；防火墻
0引言
近年來，隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及政治、經(jīng)濟或者軍事利益的驅(qū)動，計算機和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，特別是各種官方機構(gòu)的網(wǎng)站，成為黑客攻擊的熱門目標。近年來對電子商務(wù)的熱切需求，更加激化了這種入侵事件的增長趨勢。由于防火墻只防外不防內(nèi)，并且很容易被繞過，所以僅僅依賴防火墻的計算機系統(tǒng)已經(jīng)不能對付日益猖獗的入侵行為，對付入侵行為的第二道防線——入侵檢測系統(tǒng)就被啟用了。
1入侵檢測系統(tǒng)（IDS）概念
1980年，JamesP.Anderson第一次系統(tǒng)闡述了入侵檢測的概念，并將入侵行為分為外部滲透、內(nèi)部滲透和不法行為三種，還提出了利用審計數(shù)據(jù)監(jiān)視入侵活動的思想[1]。即其之后,1986年DorothyE.Denning提出實時異常檢測的概念[2]并建立了第一個實時入侵檢測模型，命名為入侵檢測專家系統(tǒng)（IDES），1990年，L.T.Heberlein等設(shè)計出監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的入侵檢測系統(tǒng)，NSM(NetworkSecurityMonitor)。自此之后，入侵檢測系統(tǒng)才真正發(fā)展起來。
Anderson將入侵嘗試或威脅定義為：潛在的、有預(yù)謀的、未經(jīng)授權(quán)的訪問信息、操作信息、致使系統(tǒng)不可靠或無法使用的企圖。而入侵檢測的定義為[4]：發(fā)現(xiàn)非授權(quán)使用計算機的個體（如“黑客”）或計算機系統(tǒng)的合法用戶濫用其訪問系統(tǒng)的權(quán)利以及企圖實施上述行為的個體。執(zhí)行入侵檢測任務(wù)的程序即是入侵檢測系統(tǒng)。入侵檢測系統(tǒng)也可以定義為：檢測企圖破壞計算機資源的完整性，真實性和可用性的行為的軟件。
入侵檢測系統(tǒng)執(zhí)行的主要任務(wù)包括[3]：監(jiān)視、分析用戶及系統(tǒng)活動；審計系統(tǒng)構(gòu)造和弱點；識別、反映已知進攻的活動模式，向相關(guān)人士報警；統(tǒng)計分析異常行為模式；評估重要系統(tǒng)和數(shù)據(jù)文件的完整性；審計、跟蹤管理操作系統(tǒng)，識別用戶違反安全策略的行為。入侵檢測一般分為三個步驟：信息收集、數(shù)據(jù)分析、響應(yīng)。
入侵檢測的目的：（1）識別入侵者；（2）識別入侵行為；（3）檢測和監(jiān)視以實施的入侵行為；（4）為對抗入侵提供信息，阻止入侵的發(fā)生和事態(tài)的擴大；
2入侵檢測系統(tǒng)模型
美國斯坦福國際研究所（SRI）的D.E.Denning于1986年首次提出一種入侵檢測模型[2]，該模型的檢測方法就是建立用戶正常行為的描述模型，并以此同當前用戶活動的審計記錄進行比較，如果有較大偏差，則表示有異常活動發(fā)生。這是一種基于統(tǒng)計的檢測方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，后來人們又提出了基于規(guī)則的檢測方法。結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點，人們設(shè)計出很多入侵檢測的模型。通用入侵檢測構(gòu)架（CommonIntrusionDetectionFramework簡稱CIDF）組織，試圖將現(xiàn)有的入侵檢測系統(tǒng)標準化，CIDF闡述了一個入侵檢測系統(tǒng)的通用模型（一般稱為CIDF模型）。它將一個入侵檢測系統(tǒng)分為以下四個組件：
事件產(chǎn)生器(EventGenerators)
事件分析器(Eventanalyzers)
響應(yīng)單元(Responseunits)
事件數(shù)據(jù)庫(Eventdatabases)
它將需要分析的數(shù)據(jù)通稱為事件，事件可以是基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包也可以是基于主機的系統(tǒng)日志中的信息。事件產(chǎn)生器的目的是從整個計算機環(huán)境中獲得事件，并向系統(tǒng)其它部分提供此事件。事件分析器分析得到的事件并產(chǎn)生分析結(jié)果。響應(yīng)單元則是對分析結(jié)果做出反應(yīng)的功能單元，它可以做出切斷連接、修改文件屬性等強烈反應(yīng)。事件數(shù)據(jù)庫是存放各種中間和最終數(shù)據(jù)的地方的通稱，它可以是復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫也可以是簡單的文本文件。
3入侵檢測系統(tǒng)的分類：
現(xiàn)有的IDS的分類，大都基于信息源和分析方法。為了體現(xiàn)對IDS從布局、采集、分析、響應(yīng)等各個層次及系統(tǒng)性研究方面的問題，在這里采用五類標準：控制策略、同步技術(shù)、信息源、分析方法、響應(yīng)方式。
按照控制策略分類
控制策略描述了IDS的各元素是如何控制的，以及IDS的輸入和輸出是如何管理的。按照控制策略IDS可以劃分為，集中式IDS、部分分布式IDS和全部分布式IDS。在集中式IDS中，一個中央節(jié)點控制系統(tǒng)中所有的監(jiān)視、檢測和報告。在部分分布式IDS中，監(jiān)控和探測是由本地的一個控制點控制，層次似的將報告發(fā)向一個或多個中心站。在全分布式IDS中，監(jiān)控和探測是使用一種叫“”的方法，進行分析并做出響應(yīng)決策。
按照同步技術(shù)分類
同步技術(shù)是指被監(jiān)控的事件以及對這些事件的分析在同一時間進行。按照同步技術(shù)劃分，IDS劃分為間隔批任務(wù)處理型IDS和實時連續(xù)性IDS。在間隔批任務(wù)處理型IDS中，信息源是以文件的形式傳給分析器，一次只處理特定時間段內(nèi)產(chǎn)生的信息，并在入侵發(fā)生時將結(jié)果反饋給用戶。很多早期的基于主機的IDS都采用這種方案。在實時連續(xù)型IDS中，事件一發(fā)生，信息源就傳給分析引擎，并且立刻得到處理和反映。實時IDS是基于網(wǎng)絡(luò)IDS首選的方案。
按照信息源分類
按照信息源分類是目前最通用的劃分方法，它分為基于主機的IDS、基于網(wǎng)絡(luò)的IDS和分布式IDS?；谥鳈C的IDS通過分析來自單個的計算機系統(tǒng)的系統(tǒng)審計蹤跡和系統(tǒng)日志來檢測攻擊?；谥鳈C的IDS是在關(guān)鍵的網(wǎng)段或交換部位通過捕獲并分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包來檢測攻擊。分布式IDS，能夠同時分析來自主機系統(tǒng)日志和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)由多個部件組成，采用分布式結(jié)構(gòu)。
按照分析方法分類
按照分析方法IDS劃分為濫用檢測型IDS和異常檢測型IDS。濫用檢測型的IDS中，首先建立一個對過去各種入侵方法和系統(tǒng)缺陷知識的數(shù)據(jù)庫，當收集到的信息與庫中的原型相符合時則報警。任何不符合特定條件的活動將會被認為合法，因此這樣的系統(tǒng)虛警率很低。異常檢測型IDS是建立在如下假設(shè)的基礎(chǔ)之上的，即任何一種入侵行為都能由于其偏離正?；蛘咚谕南到y(tǒng)和用戶活動規(guī)律而被檢測出來。所以它需要一個記錄合法活動的數(shù)據(jù)庫，由于庫的有限性使得虛警率比較高。
按照響應(yīng)方式分類
按照響應(yīng)方式IDS劃分為主動響應(yīng)IDS和被動響應(yīng)IDS。當特定的入侵被檢測到時，主動IDS會采用以下三種響應(yīng)：收集輔助信息；改變環(huán)境以堵住導(dǎo)致入侵發(fā)生的漏洞；對攻擊者采取行動（這是一種不被推薦的做法，因為行為有點過激）。被動響應(yīng)IDS則是將信息提供給系統(tǒng)用戶，依靠管理員在這一信息的基礎(chǔ)上采取進一步的行動。
4IDS的評價標準
目前的入侵檢測技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用的技術(shù)也很廣泛，如何來評價IDS的優(yōu)缺點就顯得非常重要。評價IDS的優(yōu)劣主要有這樣幾個方面[5]：（1）準確性。準確性是指IDS不會標記環(huán)境中的一個合法行為為異?；蛉肭?。（2）性能。IDS的性能是指處理審計事件的速度。對一個實時IDS來說，必須要求性能良好。（3）完整性。完整性是指IDS能檢測出所有的攻擊。（4）故障容錯（faulttolerance）。當被保護系統(tǒng)遭到攻擊和毀壞時，能迅速恢復(fù)系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)和功能。（5）自身抵抗攻擊能力。這一點很重要，尤其是“拒絕服務(wù)”攻擊。因為多數(shù)對目標系統(tǒng)的攻擊都是采用首先用“拒絕服務(wù)”攻擊摧毀IDS，再實施對系統(tǒng)的攻擊。（6）及時性（Timeliness）。一個IDS必須盡快地執(zhí)行和傳送它的分析結(jié)果，以便在系統(tǒng)造成嚴重危害之前能及時做出反應(yīng)，阻止攻擊者破壞審計數(shù)據(jù)或IDS本身。
除了上述幾個主要方面，還應(yīng)該考慮以下幾個方面：（1）IDS運行時，額外的計算機資源的開銷；（2）誤警報率／漏警報率的程度；（3）適應(yīng)性和擴展性；（4）靈活性；（5）管理的開銷；（6）是否便于使用和配置。
5IDS的發(fā)展趨
隨著入侵檢測技術(shù)的發(fā)展，成型的產(chǎn)品已陸續(xù)應(yīng)用到實踐中。入侵檢測系統(tǒng)的典型代表是ISS（國際互聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)公司）公司的RealSecure。目前較為著名的商用入侵檢測產(chǎn)品還有：NAI公司的CyberCopMonitor、Axent公司的NetProwler、CISCO公司的Netranger、CA公司的Sessionwall－3等。國內(nèi)的該類產(chǎn)品較少，但發(fā)展很快，已有總參北方所、中科網(wǎng)威、啟明星辰等公司推出產(chǎn)品。
人們在完善原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，又在研究新的檢測方法，如數(shù)據(jù)融合技術(shù)，主動的自主方法，智能技術(shù)以及免疫學(xué)原理的應(yīng)用等。其主要的發(fā)展方向可概括為：
（1）大規(guī)模分布式入侵檢測。傳統(tǒng)的入侵檢測技術(shù)一般只局限于單一的主機或網(wǎng)絡(luò)框架，顯然不能適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測，不同的入侵檢測系統(tǒng)之間也不能協(xié)同工作。因此，必須發(fā)展大規(guī)模的分布式入侵檢測技術(shù)。
（2）寬帶高速網(wǎng)絡(luò)的實時入侵檢測技術(shù)。大量高速網(wǎng)絡(luò)的不斷涌現(xiàn)，各種寬帶接入手段層出不窮，如何實現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)下的實時入侵檢測成為一個現(xiàn)實的問題。
（3）入侵檢測的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。目前的IDS還存在著很多缺陷。首先，目前的技術(shù)還不能對付訓(xùn)練有素的黑客的復(fù)雜的攻擊。其次，系統(tǒng)的虛警率太高。最后，系統(tǒng)對大量的數(shù)據(jù)處理，非但無助于解決問題，還降低了處理能力。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是解決這一系列問題的好方法。
（4）與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)相結(jié)合。結(jié)合防火墻，病毒防護以及電子商務(wù)技術(shù)，提供完整的網(wǎng)絡(luò)安全保障。
6結(jié)束語
在目前的計算機安全狀態(tài)下，基于防火墻、加密技術(shù)的安全防護固然重要，但是，要根本改善系統(tǒng)的安全現(xiàn)狀，必須要發(fā)展入侵檢測技術(shù)，它已經(jīng)成為計算機安全策略中的核心技術(shù)之一。IDS作為一種主動的安全防護技術(shù)，提供了對內(nèi)部攻擊、外部攻擊和誤操作的實時保護。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)安全性的要求越來越高，入侵檢測技術(shù)必將受到人們的高度重視。
參考文獻：
[1]putersecuritythreatmonitoringandsurveillance[P].PA19034,USA,1980.4
[2]DenningDE.AnIntrusion-DetectionModel[A].IEEESymponSecurity&Privacy[C],1986.118-131
[3]張杰，戴英俠，入侵檢測系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J]，計算機與通信，2002.6：28-32
1．1水質(zhì)環(huán)境條件要求
經(jīng)過分析調(diào)查，水產(chǎn)漁業(yè)對水質(zhì)的監(jiān)測主要需求為:對溫度、pH值、溶解氧濃度這些參數(shù)發(fā)生變化或不符合標準，將嚴重影響水產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，因此，需對此類參數(shù)通過進行實時監(jiān)控。
1．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
本系統(tǒng)主要由水質(zhì)數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)匯集層、監(jiān)測中心層構(gòu)成，水質(zhì)數(shù)據(jù)采集層是由測溫度、pH值、溶解氧濃度的相應(yīng)傳感器組成的，將其部署在水中，實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的采集，再通過WiFi將所采集數(shù)據(jù)發(fā)送至AP節(jié)點進行數(shù)據(jù)匯聚，再由AP節(jié)點通過WiFi將匯集數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心。
2WiFi節(jié)點硬件設(shè)計
WiFi又稱IEEE802．11b標準，IEEE802．11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是對IEEE802．11的改進，其最高帶寬為11Mbps。在信號較弱或有干擾時，可自動調(diào)整為5．5，2或1Mbps。本系統(tǒng)中帶寬為11Mbps。本系統(tǒng)需完成對終端節(jié)點、AP節(jié)點的制作，并且需實現(xiàn)將各個傳感器所采集到的數(shù)據(jù)通過WiFi傳輸至上位機，實現(xiàn)上位機對溫度、pH值、溶解氧濃度等參數(shù)的實時監(jiān)測。
2．1電源模塊
本系統(tǒng)中各個模塊所需的工作電壓均為3．3V，因此，可用2節(jié)AA電池通過電壓轉(zhuǎn)換電路得到3．3V，從而避免了使用市電供電，使系統(tǒng)更加無線化。
2．2WiFi無線通信模塊
本模塊采用的是GainSpan公司的GS1011片上系統(tǒng)，其內(nèi)部集成了WiFi物理層，裝上天線和射頻功放即可完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，該芯片功耗超低，為雙ARM7核結(jié)構(gòu)，其中一個用于處理數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的工作，一個用于實現(xiàn)軟件應(yīng)用。芯片內(nèi)嵌的FLASH和SRAM用于儲存程序和數(shù)據(jù)，編程和調(diào)試可通過JTAG口實現(xiàn);ADC，I2C總線，GPIO等接口用于接收來自傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)通過串口與單片機通信，其工作電壓為3．3V。
2．3處理器模塊
本次通與終端節(jié)點相連的處理器采用STC89LE52C單片機。該單片機IO口可模擬I2C接口來接收傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)信息，其工作電壓為3．3V。AP節(jié)點無需處理器。
2．4串口模塊
串口模塊采用MAX232實現(xiàn)了單片機模塊和WiFi模塊之間的通信，并通過USB轉(zhuǎn)串口進行程序配置。
2．5傳感器模塊
本設(shè)計中采用美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字化溫度傳感器，適用電壓范圍為3．0～5．5V;通過串行數(shù)據(jù)線DQ與單片機的P1．2口相連實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的傳輸。DQ上需接一只4．7kΩ上拉電阻器，以實現(xiàn)對DS18B20的控制，完成讀寫溫度數(shù)據(jù)功能。pH值傳感器采用雷磁E—201—C型pH復(fù)合電極，溶解氧濃度傳感器采用雷磁公司的DO—955溶氧電極，傳感器終端與單片機連接的電路原理圖如圖4所示。
3節(jié)點軟件設(shè)計
在系統(tǒng)中，IEEE802．11b采用的是Infrasture組網(wǎng)模式，通信協(xié)議為TCP/IP，具體目標是為實現(xiàn)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)匯聚到AP節(jié)點，在通過WiFi后傳輸至監(jiān)測中心。具體的軟件設(shè)計步驟為:首先通過gs_flashprogram軟件編寫WiFiProtectedSetup(WPS)程序，且在程序中內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，將該程序燒寫入GS1011模塊;然后，通過Keil軟件對單片機進行編程設(shè)計，其軟件結(jié)構(gòu)由AT指令，各傳感器的程序和API接口組成。在本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點定時向AP節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，AP節(jié)點定時接收，并通過WiFi傳輸至監(jiān)測中心的上位機，實現(xiàn)對水質(zhì)的溫度、pH值、溶解氧濃度等參數(shù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)每30min采集一次水質(zhì)參數(shù)，因此，可通過定時器來控制終端節(jié)點連續(xù)給AP節(jié)點的工作狀態(tài)，當定時器被喚醒時，向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，定時器滿，停止發(fā)送，進入休眠狀態(tài)，等待下一次定時器被喚醒。在進入休眠狀態(tài)時，終端節(jié)點與AP節(jié)點處于中斷狀態(tài)，且傳感器暫時停止工作。
4管理系統(tǒng)的實現(xiàn)
系統(tǒng)的管理核心為上位機，主要需實現(xiàn)串口接收程序和上位機管理程序等功能，本系統(tǒng)上位機通過MicrosoftVisualStudio2010軟件采用的是里面的MFC應(yīng)用程序框架進行設(shè)計的上位機程序。從而實現(xiàn)對傳感器設(shè)計查詢、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存放及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，當監(jiān)控人員登陸界面查找相關(guān)資料時，系統(tǒng)通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，并且可以以視圖的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控功能。
5系統(tǒng)測試
在某水產(chǎn)養(yǎng)殖基地對本設(shè)計系統(tǒng)進行了測試。實驗時部署了4個終端節(jié)點，分別放在4個養(yǎng)殖池中，部署2個路由節(jié)點，溫度傳感器、pH值傳感器、溶氧度傳感器集成在終端節(jié)點上。終端節(jié)點僅需2節(jié)普通5號電池。節(jié)點固定在魚塘中心位置，且內(nèi)離水面1m處。傳感器終端每隔30min對水質(zhì)參數(shù)進行一次采樣，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機后，自動進入休眠狀態(tài)，等待下一次采樣指令的盜壘。其溫度、pH值、溶解氧濃度監(jiān)測結(jié)果。
6結(jié)束語
