第一篇：超声C扫描喷水检测系统在复合材料检测中的应用
众所周知，波音787飞机是世界上第一款全复合材料的民用大客机。2006年底，哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司（哈飞）被正式确认为波音787翼身整流罩全球唯一供应商，承担2007～2021年这一产品的全部交付任务。
2007年，亚洲最大的复合材料生产基地在哈飞建成，随着该基地的建成，哈飞也陆续采购了一批国内外最先进的设备，其中包括英国超声波科学有限公司（USL）生产的超声波 C扫描喷水复合材料检测系统，系统有效扫描范围为 8m×1.5m×3m。
目前，该设备已经通过了哈飞最终验收。近期，波音负责该设备认证的人员对该设备的主体认证也基本结束，并对该设备给予了很高的评价。USL喷水C扫描系统的顺利完成，为波音787复合材料零件生产提供了保障，也将为未来中国大飞机的制造提供帮助。
哈飞 C扫描喷水系统的优势（1）检测速度快。
现场扫描一个长2.7m，宽1.4m的曲面零件，US L系统在步进2.0mm 条件下，扫描速度为700mm/s，用时1h15min。
（2）系统自动化程度高。
系统共有17轴，包括10个探头运动轴，5个夹持工装轴及2个水泵驱动轴。（3）USL独有的PM30超声发射接收板卡。
可同时进行对数放大和线性放大，穿透传输和脉冲回波扫描可同时进行，使仿形和探伤一次完成，而无需进行第2次扫描。
（4）特制的探头连接线及其他抗干扰措施。
USL拥有专利技术的导线及许多其他配置，可有效屏蔽外界信号干扰。（5）水平双扫查臂。
可进行双曲面（二维方向曲面）扫描检测。如果加装特殊扫查臂，可进行“C型”零件的扫查。
（6）加装除气泡功能。使喷射出的水柱更加均匀，声波传输更稳定。
（7）加装紫外线杀菌系统。能够对循环水进行杀菌净化。（8）计算机控制水流速。
对水流速度进行实时控制，对于不断变化的水流喷射角度和高度的改变进行补偿。（9）“教与学”功能。
扫描轨迹可由CATIA数据产生，也可以利用超声波测量建立的坐标进行“教与学”。（10）C扫描图像的三维成像。
（11）表面跟踪测量缺陷的真实尺寸（不是二维投影测量）。
哈飞的C扫描系统
哈飞喷水 C 扫描系统组成 1 机械扫描系统（1）基座结构。
该系统放置在一个槽式基座上，其基底可与工厂周围的地板相平行，哈飞仅需制作该水泥槽，无需其他特殊要求。
上部、下部及垂直结构均由挤出成型铝合金制成，在保证强度的基础上，尽可能减重，以使系统能够高速运行。
（2）X、Y、Z 及探头角度轴 A、B。
X、Y、Z 及探头角度轴 A、B 均由直流伺服电机驱动。高品质的线性轴承在恶劣条件下具备较长的使用寿命。精密光学编码器适用于长轴线型测量，具有较高的分辨率和可重复性。
U S L通过将垂直的机械臂改为水平的机械臂，并将发射和接收探头安装在机械臂的末端，这解决 了检测凹陷较深零件的需要。U S L同时还设计了一种独特的可移动喷水总成，使其能够进入半径很小的曲面内进行检测。而在过去，通过穿透式还无法检测内径很小的“C”型零件，伴随着USL新的设计出现，使其成为可能。
（3）装有电机驱动的可编程的零件定位工装。提供一套完整的零件定位工装用于对被检测零件的支撑和定位。该工装有 5 根可编程的运动轴——这些轴移动到为每一个部件预先编好的位置，以提供一个固定的并且可重复的零件夹持位置。该工装是扫描系统一部分，但也可以缩回，以使“滚入”工装能够完全进入。
（4）水泵系统。
扫描系统下方装有一个储水槽——由喷水器喷出的水流进该储水槽。2个独立的直流电机驱动水泵，装在该储水槽中——这2个水泵能提供独立的 2 股水流分别到各自的喷水嘴。水泵速度由电机驱动器和计算机系统控制，可通过运转水泵，在需要时提高水流速。电子系统（1）计算机系统。
一个19英寸（48.28cm）电器箱安装有工业电脑，用来控制整个系统、数据收集、C扫描图像显示和图像/数据处理。
（2）直流电机电力供应和运动控制。
电脑控制所有的17个轴运动，包括控制10轴扫描运动的伺服控制板卡，控制5轴工装定位的步进控制板卡，及控制2轴水泵的伺服控制板卡。
为了运动的手动控制，提供一个遥控(操纵杆)器，带有开关和按钮来选择想要控制的轴。操纵杆的运动是渐进的，轴的速度依操纵杆的动作而定。在电脑显示器上，所有轴的位置信息都被不间断地实时更新。
（3）超声波扩展板卡。
USL的超声波系统与电脑相结合。系统的所有参数都从屏幕菜单上由电脑控制。这些参数都可以储存并自动装载，这样就不需要手工设置这样的重复工作。
这个系统可以多闸门同时获取脉冲回波(线性放大器)和穿透传输(对数放大器)数据，同时还可采集振幅和声时数据。
这些板卡包括：
·PM30脉冲收发器：这是低噪音的脉冲收发器，带有一个对数放大器，提供高达 95dB的瞬间动态范围和带有 DAC及类似功能的一个高增益线性放大器。这个对数检测功能意味着可达 95dB的信号变化能够一次采集得到。
·ADC100 模拟-数字转换器：该转换器将从脉冲收发器得到的 A扫描波形数字化，并在电脑屏幕上显示出数字A扫 描。ADC100以100MHz 单发射状态将信号数字化，数字化的数据被传送到一个DSP板来处理。相同时间采样，其取样率增加到>1GHz。·DSP100 数字信号处理板：该板卡提供达8个监控闸门，可在最大扫描速度及脉冲重复频率下操作。可由软件来选择闸门，来提供振幅、声时或相监控能力。例如可设置 2个振幅闸门和 1个声时闸门，1个振幅闸门监控不显眼的缺陷，1个作为底面监视，声时闸门用于监控壁厚 /材料速度。在扫描时，每个闸门都储存一个C扫描图像，所有闸门都能实时地被同时成像。
（4）噪音处理单元。
USL的系统另一个设计上的特点就是通过消除内部和外部噪音源，使其更好地达到客户的要求，提高缺陷判断的精确性，减少误判。
众所周知，由于复合材料的结构特性，如果采用较高频率的超声波，其信号将由于衰减和噪音干扰严重，使检测信号无法识别；而如果采用低频超声波，又无法满足检测缺陷精度的要求。因而为了平衡两者的矛盾，USL从软件和硬件几个方面入手，降低噪音，提高信噪比，从而得到了令客户满意的结果。
哈飞USL系统操作台 软件功能
USL公司积累20年的设计经验，集合了丰富的软件功能，得到了各大中国飞机制造商的认可。
（1）A扫描显示。
A扫描以数字形式显示在电脑屏幕上，刷新率约40Hz。闸门位置也被显示出来，不同闸门的颜色不同。
（2）实时C扫描显示。实时C扫描显示是以穿透传输和脉冲回波模式里的闸门峰值振幅和 / 或声时为基础的。菜单允许操作员选择用于显示/存储图像的不同通道和模式。通常地，一个图像实时显示，同时其他图象被存储作为稍后的显示和分析。
具有调色板功能，可对显示的颜色进行调色，还可以进行图像缩放、平移、滚动等操作。（3）“教与学”功能。
通过这种方法，零件的形状由操作员在零件上的不同点“教授”正确的操纵器位置。教授点数量依零件的复杂性、弯曲的程度及曲面的明显变化的程度而定。当教授位置已输入后，“扫描计划”保留在存储器中留作后用。在扫描时，教授点之间轴的位置随着系统的移动被实时插入。
（4）导入CATIACAD文件。
复杂的扫描轮廓可由CATIACAD文件生成。这个轮廓是由系统中10个以上的具有相同设置的同步运动轴实现的。这个扫描平面图是由MFFROG的APT文件生成的，MFPROG是一个CATIA模块。基本的CATIA数据首先用于生成零件表面的三维轮廓——接着这个会转化为真正的轴的位置。这个软件还包括图像显示模块，它允许操作人员在三维的空间使零件的位置在扫描体积内可视化，操作人员还可以调节图像以便从不同的方向来观察。
（5）图像分析。
软件用来分析图像或者图像的几个部分。包括：
·柱状图计量。图像中选择的区域可被勾勒出以显示柱状图，从而根据振幅或声时测量来显示图像像素的百分比分布
·缺陷的尺寸测量和其他功能。这个可以通过屏幕上的鼠标箭头来实现。对于弯曲的零件，相对于二维平面上的投影尺寸而言，真正的表面尺寸可以计算出来。（一个二维投影的尺寸可能低估了缺陷的实际尺寸）。这个功能也能用来测量缺陷之间的距离。
·能把2个被选的图像结合一起，应用数学函数来突出可能的缺陷区域。（6）打印报告。
检测报告格式可根据客户需要进行修改。（7）远程分析与诊断。
通过 Internet 与英国总部连线，远程操控计算机来进行分析与诊断。（8）升级服务。
USL还可以提供完备的软件及电子部分硬件升级服务，使客户的设备始终处于世界领先地位。甚至客户使用的许多其他厂家制造的设备，如 Staveley，SI，Automation Industries，Krautkramer，Meccasonics，Midas Inspection Systems 等都由USL为其提供升级服务。因而，完善的升级服务也解除了客户担心设备需要频繁更新换代的顾虑。（责编依然）
第二篇：超声泄漏检测应用范围的概述
超声波泄漏检测
泄漏检测、密封性测试、气密性测试
超声波是一种高频短波信号，具有很强的方向性，此声波是不能被人耳所直接听见的，透过超声波泄漏检测仪可完全侦测到这些声音。
根据物理学原理，气体总是由高气压侧流向低气压侧，当压差只出现于小孔时，气体产生的湍流将在小孔处产生“超声波”。利用此原理，超声波泄漏探测技术可以精确定位气体泄漏点，因而可以用于对缺陷点的定位。“超声波信号发生器”可以在容器或舱室内产生超声波信号，如果容器或舱室的密封存在缺陷，超声波信号就会从缺陷处泄漏出来。超声波泄漏检测仪可以接收到泄漏发出的超声波信号，通过“外差法”（Heterodyning）将超声波信号转换为音频信号，使用者透过耳机来听到这些声音，通过仪器显示屏看到强度指示，判断泄漏量的大小。
超声波技术相对“绝对压力法、压差法、气泡法”，操作简单、适用范围广、准确可靠
应用：
航空航天工业：机舱座舱压力泄漏、军用，民用飞机的机舱玻璃、飞机副翼和尾翼密封性检测、航天器密封探测、应急氧气系统、氮气系统、油箱泄漏、燃料系统泄漏、总静压系统、气压阀、热气管泄漏、空气输送系统、紧急救生筏、轮胎气压系统、飞机舱门、飞机蒙皮密封、飞行器和直升机的完整性、座舱窗户、空调系统泄漏、救生设备、气压系统泄漏及轴承
船舶海洋工业： 综合水密测试、防水测试、舱口盖、隔水舱、水密门、闸门、LNG储槽、冷藏船、气垫船、汽艇、天然气运输船、空压系统、气压系统泄漏、冷冻系统泄漏、阀门、热交换器、蒸汽冷却器、冷凝器、轴承监测、泵浦、电气开关、接线盒、继电器、蒸汽阀、冷冻器泄漏、氮气管泄漏、压缩机等
车辆交通工业：汽车门窗密封性、火车门窗玻璃的密封、风噪音、空调系统泄露、液化气槽车、冷藏车、油罐车、气动刹车系统、漏水（QC检测）、轴承系统；轴承检查和润滑失效与过度润滑监测
电力电气工业：远距离检测高压气体泄漏、高压放电耗电故障、空冷系统负压漏点检测、高压冷、热阀门内漏检测、发电机组氢气泄漏检测、，高速轴承故障在线检测，检测阀门及管道内漏，高空高温高压管道的密封性在线检测，电厂大修期间的各类锅炉、罐体、管道密封性检测，高噪音震动下的电机轴承状态检测，高压开关设备（断电器，隔离开关等）在线质量检测，变压器及高压输电线路接头状态检测，风冷岛远距离漏点检测，真空系统管道漏点检测，汽轮机漏点检测，阀门内漏检测、绝缘子故障侦测定位、电气设备局部放电侦测、电晕放电侦测、高压开关绝缘检测，各类关键轴承状态检测，各类废气处理系统的密封性监测，凝汽设备完好性检测，主变压器的高压接头完好性检测，各类高压开关设备（断电器、隔离开关等）在线质量检测
石油化学工业：加油站、石油管道泄漏检测、运输容器的泄漏检测（氮气，空气，甲烷-丁烷）、压力系统泄漏检测、高压阀故障检测、蒸汽瓣阀故障侦测、电气局部或电弧放电侦测、轴承齿轮故障检测 军事工业系统：车辆、军舰、气垫船、潜艇、飞行器、航天器、武器系统、燃料泄漏、核设施完整性
客户资料：
石化行业：大庆油田、普莱克斯、大鹏LNG、莆田LNG、、、、、、电力行业：温州电厂、山东华宇电厂、内蒙磴口电厂、宁夏青铜峡电厂、宁东电厂、、、、、、橡胶轮胎：台塑集团、普利司通、米其林轮胎、、、、、、食品行业：嘉吉粮油、百威啤酒、嘉里粮油(深圳)、、、、、、汽车行业：江铃汽车、长城汽车、奇瑞汽车、福特、、、、、、
第三篇：防火墙和入侵检测系统在电力企业信息网络中的应用
防火墙和入侵检测系统在电力企业信息网络中的应用
摘要：文中通过分析电力企业信息网络的结构和对网络安全的要求，在归纳了防火墙和入侵检测系统在网络中的防御功能的基础上，提出了将防火墙和入侵检测系统运用到电力企业信息网络的具体方案，并对相关技术和网络安全体系的建设进行了讨论。
0 引言
当前，电力系统已基本形成了自己的生产过程自动化和管理现代化信息网络，并在实际生产和管理中发挥着巨大的作用。随着全球信息化的迅猛发展，电力系统必将加强与外部世界的信息交流，以提高生产和管理效率，开拓更广阔的发展空间。然而，网络开放也增加了网络受攻击的可能性。与外部网络的连接必然面临外来攻击的威胁。对于关系到国计民生的电力系统而言，网络安全必须作为一个重大战略问题来解决。目前，防火墙技术作为防范网络攻击最基本的手段已经相当成熟，是抵御攻击的第一道防线，入侵检测系统(intrusion detective system，缩写为IDS)作为新型的网络安全技术，有效地补充了防火墙的某些性能上的缺陷，两者从不同的角度以不同的方式确保网络系统的安全。
本文首先分析电力企业信息网络的结构，并结合其特点和对网络安全的特殊要求，就如何有效地将防火墙和入侵检测技术运用到电力企业信息网络中进行探讨。1 电力系统的信息网络
电力系统的信息网络[1]分为两大模块：监控信息系统(supervisory information system，缩写为 SIS)和管理信息系统(management information system，缩写为MIS)。
SIS对生产现场进行实时监控，从分布在生产现场的许多点采集数据，再由系统中的计算单元进行性能计算、故障诊断等，将结果存放到实时数据服务器，为生产现场实时提供科学、准确的数据，以控制整个生产过程。SIS包括CRT监控系统、DCS(数据通信系统)、FCS(现场总线控制系统)等子系统。
MIS的功能是实现企业自动化管理，包括若干子系统，分别实现生产经营管理、财务和人事管理、设备和维修管理、物资管理、行政管理等功能。较完善的MIS还包括辅助决策子系统，为管理人员提供智能支持，是企业管理规范化、科学化的基础。
目前电力系统的信息网络一般将SIS和MIS分做同一网络中的两个子网，并分别配置服务器，两子网之间用网关连接，如图1所示。
DPU(分散过程控制单元)从生产现场采集数并发送到高速数据网供DCS各工作站分析处理，同时为了保证SIS的网络安全，SIS以太网通过网关与MIS服务器连接，作为MIS到SIS的入口并管理MIS对SIS的访问。
SIS和MIS功能各异，对安全的要求也有所不同。SIS由于与现场生产息息相关，一旦遭到入侵，势必影响生产甚至造成恶性事故，所以其安全性要求更高。现行的网络结构也充分体现了这一特点，对 SIS实施更高级别的保护。
当局域网与外部网络连接后，MIS要向外界提供服务，网络面临的威胁将空前广泛、尖锐，这时原有的安全系统显然过于单薄，必须在原有基础上制定更严密、可靠的防御体系。
在安全的操作系统基础上，防火墙结合IDS是一种较为理想的解决方案。2 防火墙
防火墙[2]是防范网络攻击最常用的手段，是构造安全网络环境的基础工程。它通常被安置在内部网络与外部网络的连接点上，将内部网络与外部网络隔离，强制所有内部与外部之间的相互通信都通过这一节点，并按照设定的安全策略分析，限制这些通信，以达到保护内部网络的目的。
2．1 防火墙的体系结构[3] 构造防火墙时通常根据所要提供的服务、技术人员的技术、工程的性价比等因素采用多种技术的组合，以达到最佳效果。
目前常见的防火墙体系结构有以下几种：
a．双重宿主主机体系结构。在内部网络与外部网络之间配置至少有两个网络接口的双重宿主主机，接口分别与内部、外部网络相连，而主机则充当网络之间的路由器。这样，内部、外部网络的计算机之间的IP通信完全被阻隔，只能通过双重宿主主机彼此联系。
b．屏蔽主机体系结构。这种结构的防火墙由路由器和堡垒主机构成，路由器设置在内部、外部网络之间，实现数据包过滤。堡垒主机设置在内部网络中，外部网络的计算机必须连接到堡垒主机才能访问内部网络。
c．屏蔽子网体系结构。利用两个路由器(内部路由器和外部路由器)将内部网络保护到更深一层，而在两个路由器之间形成一个虚拟网络，称之为周边网络，堡垒主机连接在周边网络上，通过外部路由器与外部网络相连。这样，如果入侵者突破了外层的防火墙，甚至侵入堡垒主机，内部网络依然安全。
2．2 电力企业信息网防火墙的结构设计
电力系统对安全性的高度要求，企业信息网络的安全问题应该予以格外关注。必须组建科学、严密的防火墙体系，为企业内部网络尤其是内部网络中的SIS子网提供高度的网络安全。
电力企业内部网络由两个安全级别不同的子网 MIS和SIS构成，其中SIS对安全要求更高，因此它仅向MIS提供服务而不直接与外部网络相连，由 MIS向外界提供服务。基于这个特点，防火墙宜采用屏蔽子网的体系结构，如图2所示。
MIS作为体系中的周边网，SIS作为内部网。设置两台屏蔽路由器，其中外部路由器设在MIS与外部网络之间，内部路由器设在SIS与MIS之间，对进出的数据包进行过滤。另外，堡垒主机连接在
MIS中，对外作为访问的入口，对内则作为代理服务器，使内部用户间接地访问外部服务器。
应该强调的是，MIS的堡垒主机极有可能受到袭击，因为所有对内部网络的访问都要经过它，因此，在条件允许的情况下，可以在MIS中配置两台堡垒主机，当一台堡垒主机被攻击而导致系统崩溃时，可以由另一台主机提供服务，以保证服务的连续性。同时，在MIS中配置一台处理机，与内部路由器组成安全网关，可以作为整个防火墙体系的一部分，控制MIS向SIS的访问以及对数据传输进行限制，提供协议、链路和应用级保护。网关还应考虑安全操作系统问题，Win2000[4]是一个可行的选择。尽管可能还存在一些潜在的漏洞，Win2000依然是目前业界最安全的操作系统之一。由于SIS仅对MIS的固定用户提供服务，同时考虑到SIS的安全要求，对网关的管理可以采取Client／Server方式，这样虽然在实现上较Browser／Server方式复杂一些，但却具有更强的数据操纵和事务处理能力，以及对数据的安全性和完整性的约束能力。2．3 防火墙的缺陷
尽管防火墙在很大程度上实现了内部网络的安全，但它的以下几个致命的缺陷使得单一采用防火墙技术仍然是不可靠的。
a．无法防范病毒。虽然防火墙对流动的数据包进行严格的过滤，但针对的是数据包的源地址、目的地址和端口号，对数据的内容并不扫描，因此对病毒的侵入无能为力。
b．无法防范内部攻击。从防火墙的设计思想来看，防范内部攻击从来就不是它的任务，它在这方面是一片空白。
c．性能上的限制。防火墙只是按照固定的工作模式来防范已知的威胁，从这一点来说，防火墙虽然“勤恳”，但是过于“死板”。
所以，安装了防火墙的系统还需要其他防御手段来加以充实。3 IDS IDS(入侵检测系统)是一种主动防御攻击的新型网络安全系统，在功能上弥补了防火墙的缺陷，使整个安全防御体系更趋完善、可靠。
3．1 入侵检测原理与实践
IDS以检测及控制[5]为基本思想，为网络提供实时的入侵检测，并采取相应的保护措施。它的设计原理一般是根据用户历史行为建立历史库，或者根据已知的入侵方法建立入侵模式，运行时从网络系统的诸多关键点收集信息，并根据用户行为历史库和入侵模式加以模式匹配、统计分析和完整性扫描，以检测入侵迹象，寻找系统漏洞。
IDS一般分为基于主机的IDS和基于网络的IDS两种。基于主机的IDS其输入数据来源于系统的审计日志，用于保护关键应用的服务器；基于网络的IDS输入数据来源于网络的信息流，用于实时监控网络关键路径的信息。目前的入侵检测产品通常都包括这两个部件。
在实践中，IDS一般分为监测器和控制台两大部分。为了便于集中管理，一般采用分布式结构，用户在控制台管理整个检测系统、设置监测器的属性、添加新的检测方案、处理警报等。监测器部署在网络中的关键点，如内部网络与外部网络的连接点、需重点保护的工作站等，根据入侵模式检测异常行为，当发现入侵时保存现场，并生成警报上传控制台。3．2 在电力企业信息网中运用IDS 电力企业的安全涉及国家安全和社会稳定，建议尽可能使用国产检测系统，如北京中科网威“天眼”入侵检测系统[6]清华紫光Unis入侵检测系统等，这些产品在技术上已相当成熟，且在不断升级。
安装IDS的关键步骤是部署检测器与控制台。针对电力企业网络的特点，首先，可以在外部路由器与外部网络的连接处部署监测器(如图3所示)，以监测异常的入侵企图。在防火墙与MIS之间部署监测器，以监视和分析MIS与外部网络的通信流。然后，分别在MIS和SIS中部署一台监测器，监视各子网的内部情况；控制台设置在MIS中。最后，根据实际情况为个别需重点保护的服务器、工作站安装基于主机的入侵检测软件，保护重要设备。
安装IDS后，更具挑战性的工作就是有效地运行IDS。防火墙在测试和设置后便开始工作了，而 IDS则不同。IDS提供实时检测需要管理员“实时”地配合，管理员要做好处理各种警报的准备工作；在系统发出警报时要判断是否误报，正确处理警报，决定是否关闭系统或是继续监视入侵者以收集证据等，都需要管理员就地解决。只有管理员及时采取恰当的处理方法，才能真正发挥IDS的功效。4 安全体系的运作与后期扩充
虽然防火墙的防护是被动的，而IDS是实时的，但安全体系(包括各单一主机自身的安全体系)是作为一个整体协同运作的。目前的主机和网络设备都具有完备的安全审计功能，IDS可以充分利用系统的网络日志文件作为必要的数据来源，而当 IDS发现可疑行为时又需要其他主机或防火墙采取相应的保护措施，例如通知防火墙对可疑IP地址发来的数据包进行过滤等。
当然，从技术方面来说，网络安全所涉及的范围是相当广泛的，包括安全的操作系统、防火墙、安全审计、入侵检测、身份认证、信息加密、安全扫描、灾难恢复等。防火墙结合IDS只是形成了安全体系基本内容，还需要在系统运行中运用多种技术不断充实安全体系的功能，例如在系统中配置扫描器，定期进行风险评估和查找漏洞，升级防火墙或者向IDS中添加新的攻击方式等。同时，任何防御体系都不可能保证系统的绝对安全，必须不断提高系统管理人员的技术水平，密切关注网络安全的发展动态，及时升级网络防御系统，提高系统的防御能力。5 结语
当前，电力企业正以原有设施为基础，构建企业与电力公司、企业与企业间的信息网络，网络安全是一个不可忽视的问题。防火墙与入侵检测技术相结合，为网络安全体系提供了一个良好的基础，对保障系统安全发挥不可忽视的作用。当然，完备的安全体系还需要其他多种安全技术从功能上进一步完善，同时，安全问题不仅是一个技术问题，也是一个系统工程，需从组织管理、法律规范等多方面予以支持。H-2002-5
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第四篇：遥感在环境检测中的应用
遥感在环境检测中的应用
班级：测绘C111 姓名：郑广震 学号：117568
遥感在环境检测中的应用
摘要：现阶段，由于多方面因素的影响，使得我国的城市环境污染日益严重，各类突发性环境污染事故比比皆是，从而导致生态环境失衡。环境监测作为控制环境污染的主要途径之一，其作用得以彰显。然而，我国幅员辽阔，仅凭现有的环境监测工作站及监测技术很难实现全方位监测，而且及时性和准确性也难以保证。遥感技术以其自身诸多优点，被广泛应用于各个领域当中，该技术在环境监测方面的效果也比较明显。基于此点，本文就城市环境监测中遥感技术的应用进行浅谈。
关键词：环境监测；遥感技术；红外遥感
一、遥感技术概述
遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征，并将特征记录下来，供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感，称为航空遥感。把遥感器装在航天器上进行遥感，称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。
遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功，大大推动了遥 感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。
遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术的发展及其在地理学研究中越来越广泛和深入的应用，已经导致这一学科研究方法，特别是地理学研究中空间对象的观测与信息获取方法产生了根本性的变化，极大地提高了对地观测能力和丰富了观测内容，深化了人们对地理现象的认识。
（一）遥感技术分类
遥感技术主要是指通过物体对电磁波的辐射或反射，不与物体进行直接接触，远距离辨识及测量目标对象的一种监测技术。按照所使用的监测波段不同，该技术可分为以下几种类型：热红外遥感技术、可见光反射红外遥感技术和微波遥感技术。
（二）遥感技术的特点和作用
遥感技术的特点如下：监测速度快、范围广、能够进行长时间动态监测、投入成本低、回报高、无需现场采集样本、可以发现常规法无法监测到的污染源；其较为明显的作用是可对指定区域进行跟踪测量，并且能够快速获取与污染有关的全方面信息，如污染源位置、污染范围、污染物分布及扩散情况、大气生态效应等等。（三)遥感技术的优越性
探测范围大：航摄飞机高度可达10km左右；陆地卫星轨道高度达到910km左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到3万多平方千米，约相当于我国海南岛的面积。我国只要600多张左右的陆地卫星图像就可以全部覆盖。获取资料的速度快、周期短。实地测绘地图，要几年、十几年甚至几十年才能重复一次；陆地卫星4、5为例，每16天可以覆盖地球一遍。
受地面条件限制少：不受高山、冰川、沙漠和恶劣条件的影响。
方法多，获取的信息量大：用不同的波段和不同的遥感仪器，取得所需的信息；不仅能利用可见光波段探测物体，而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测；不仅能探测地表的性质，而且可以探测到目标物的一定深度；微波波段还具有全天候工作的能力；遥感技术获取的信息量非常大，以四波段陆地卫星多光谱扫描图像为例，像元点的分辨率为79×57m，每一波段含有7600000个像元，一幅标准图像包括四个波段，共有3200万个像元点。
（四）遥感技术的应用范围
目前，遥感技术已在我国诸多领域内得到广泛应用，具体包括：农林牧渔业环境监测；地质、地理、水文、气象、海洋等环境监测；城乡规划、资源勘探、军事侦察、土地资源管理等等。现阶段，随着科技水平的发展速度不断加快，促进了遥感技术的发展，该技术目前能够测出水中大部分微量元素的实际含量，如叶绿素、水温、泥沙含量以及水色等等，而且其还可以测量出大气的温度、湿度以及各种有害气体的浓度和分布情况，在固体污染物的测量方面也有一定的作用。
城市的飞速发展带来了一系列城市污染问题。常规的人工调查方法由于周期长，耗资大，不能及时反映城市环境变化的趋势。而遥感（RS）技术由于具有快速、准确、大范围和实时地获取资源环境状况及其变化数据的优越性，成为城市环境监测的主要手段。
城市环境是自然环境和社会环境综合作用下的人工环境。污染物一般可分为化学性、物理性和生物性三大类。其中，现在遥感技术可以有效地监测城市中的大气污染、水污染、地面污染、固体废物堆场污染和热污染，并且可以监测城市土地利用变化、城市交通、灾害预警等方面。
二、遥感技术在城市环境监测中的具体应用
（一）在大气环境监测中的应用
大气污染主要是指工业和生活燃煤排放的废气烟尘、粉尘、扬尘以及人工合成物质自然挥发有毒有害气体对大气的破坏。遥感综合技术在城市环境监测为大气环境质量监测和评价提供了有效的途径。根据遥感影像特征可对大气污染的范围、污染源的位置、污染物的扩散途径进行监测结合实地观测数据还可对大气污染的程度进行测定。常规的大气环境监测的做法是在典型区布点采样,在室内分析大气中污染物的含量,并据此来监测和评价大气环境质量。量点的监测数据来评价全区,代表性和可靠性均差。
或者通过对穿过大气层的太阳直射光和来自大气和云的散射光以及来自地表的反射光的谱分析,可以测量它们的光谱特征,求出大气气体分子的密度,从而确定大气中废气和有毒有害气体的含量,并可用此来对大气环境进行监测。灾害性大气污染主要是沙尘暴。卫星图像拥有红外通道，可以确定沙尘暴的位置,同时它所具有的高时间分辨率(如1小时重返),更有利于大尺度监测沙尘暴的运动轨迹。目前沙尘暴研究和监测的主要利用遥感手段。例如：
1.臭氧层监测。因臭氧自身能够吸收0.3微米以下的紫外区中的电磁波，故此可采用紫外波段进行臭氧含量测定。此外，若大气中的臭氧含量达到一定高度时，温度也会随之升高，所以也可采用红外波段进行探测。
2.有害气体监测。对于由自然或人为条件下生成的二氧化硫及氟化物等有害气体，可采用间接解译标志进行监测。通常情况下，当植被受到一定程度的污染后，其对于红外线的反射能力会有所降低，加之纹理、颜色等外在特征也会异于正常状态下的植被，所以可利用植被这一特点，对污染情况进行间接分析。二）在水环境监测中的应用
应用遥感技术对水环境进行监测主要是以清洁水与污染水的反射光谱作为监测依据。正常情况下，清洁的水体其反射率较低，而且对于在光的吸收较强，从而使得其在遥感影像中呈暗色调，这一特征在红外谱段上更为明显。在进行水体监测时，可将水色指标及光谱特征作为遥感技术监测的主要依据。由于遥感技术监测的范围较广，从而使其在水体扩散时能够及时发现污染物的扩散方向、排放源、影响范围及程度，以便尽快找到污染源。因水体中的污染物种类较多，且过于繁杂，为方面遥感监测，通常将水污染分为废水污染、泥沙污染、热污染、石油污染等几种类型。
1.污染监测。利用红外传感装置能够有效地监测到水体中的热污染，由于热污染会释放出热效应，红外传感器则可根据水体热效应的实际差异监测到污染源，再通过计算机或光学分析，便可得出水体的等温线，进而达到对水体污染定量解译的目的。
2.石油污染监测。就港口和海洋而言，石油污染属于一种较为常见的水污染。利用遥感技术对石油污染进行监测，不但可以确定污染区的实际范围和石油含量，同时还能追踪到污染源。由于石油与海水的光谱特征差异较大，所以在很多光谱段上均可将石油与海水分开。
3.废水污染监测。由于废水中所含的悬浮物种类较多且水色差异较大，加之特征曲线上的强度也有所不同，所以可采用多光谱合成图像对废水进行监测。此外根据废水中水温的差异情况，也可采用热红外进行监测。
（三）在地面污染监测中的应用
应用遥感技术对地面污水的排放造成的污染,可应用航空遥感拍摄的像片清楚地圈定出其污染范围。例如,当灌溉的农田遭受污染后,作物的生长在色调上有特殊变化,能同其他一般的禾苗区分开来。此外地下水的污染也会引起地面植被的变化,与正常生长区的作物有不同的光谱表现。多光谱成像仪能监测这些变化,从而圈定地面污染分布范围,进一步对地面污染做出预防规划。
因此,应用遥感技术，不但能圈定地面污染的分布范围,而且还能够对地面污染进行规划性的预防。例如,遥感综合技术在煤炭的自燃隐火监测中的应用。煤炭的自燃隐火不但每年要烧掉十亿吨煤炭资源,还要造成大面积的污染。地矿有关部门应用航空红外扫描仪,煤炭总公司应用地面红外测温仪,按地表温度的细微差异圈定隐火区,区分出燃烧区和燃尽区,分析其蔓延方向及规律,为大规模整治煤炭隐火提供了新的方法和经验。
（四）在城市环境监测中的应用
由于城市中一些工业企业的存在、汽车尾气排放、固体废弃物等，致使城市环境污染日趋严重，人们的工作和生活都建立在城市环境的基础上，环境质量的优劣与人们的关系极为密切。利用遥感技术能够监测到影响城市环境的具体因素，这样有利于在进行城市规划中，对城市整体结构及工业布局进行适当调整，以此来降低环境污染。遥感技术在城市环境监测中的应用主要有以下两个方面：其一，研究土地变化及分类；其二，通过遥感技术提供的各种信息，政府有关部门可以此作为依据，对城市的工业布局及人口分布进行决策和管理。
（五）在固体废弃物监测中的应用
城市的固体废弃物的类型主要有居民生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾，以及混合垃圾,以上几种废物的混合物等。根据遥感图像的特征(如形状、色调或色彩)可以有效地调查固体废物堆场,尤其是利用航空热红外图像更为有效。由于固体废物自身的物理化学分解作用,其温度一般高于周围地物,这在热红外图像上有着明显的色调特征。在城市中有的堆放物的影像特征与固体废弃物堆很相似,解译时容易混淆，因此需要适当地进行一些实地调查。例如,城乡结合部的垃圾堆与农村中的稻草堆粗看起来两者色调、形状都很接近,分布位置也无特点，但若仔细观察可见稻草堆顶部凸出,边界圆滑清晰,而垃圾堆则较平坦,边界模糊。此外,由于城市中各种固体废弃物堆场的分布在空间与时间上均受到各个城市多种环境因素的制约。因此,根据堆放物位置的分布特征来判定堆放物是堆放物判定中的重要一环。例如,在人口集中、建筑密度大、管理严格的城市中心区,不太可能出现大面积的生活垃圾堆和工业垃圾堆,建筑垃圾堆只能堆在建筑工地周围或较偏僻的小马路上,而大的原料堆场也只可能出现在车站或码头附近,因此根据堆放位置可以进行堆放物性质的判断,从而进行正确的固体废物堆场污染监测。三．结论
总而言之，遥感综合技术将帮助人们突破传统污染监测方法的局限,提高城市环境保护和污染监测能力,保护生态环境的平衡、提高人们生存环境的质量。同时它还将完成大量的基础研究工作,建立中国典型地物的波谱数据库和制定资源遥感调查技术规范。环境保护现已成为我国一项重要的基本国策，在未来的工作中，应加大遥感技术的应用力度，使其在环境保护方面的作用得到充分发挥。
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第五篇：X-ray在食品安全检测中的应用
X-ray在食品安全检测中的应用
【摘要】由于食品加工的复杂性，食品生产过程中可能掺杂异物，相关的异物检测设备就显得必不可少，而目前异物检测又以X-ray检测技术最为先进。本文基于新一代X-ray异物检测机介绍了X-ray异物检测在食品安全领域的重要应用。【The Abstract】Because of the complexity of food processing, food production process, relevant foreign may doping detection equipment is essential to foreign bodies, and to Xray detecting machine introduces foreign Xray eyewinker detection
近几年来，世界范围内发生了多起食品安全事故；在中国，食品加工行业这几年可谓是“多事之秋”，从苏丹红到孔雀石绿，从福寿螺岛三聚氰胺事件，严重打击中国消费者对食品安全的信心。我们不难发现，导致食品安全事故原因主要来自三方面：微生物污染、化学污染、物理性污染。而物理性污染是指由于种种原因在生产运输环节中食品中混入各种异物。异物的种类分为硬质异物和软质异物。前者如金属异物、石头、玻璃等；后者如昆虫、毛发、包装带等。为了能减少物理性污染的危害，科学家研制出了异物检测设备，其中X-ray异物检测机最为先进。X-ray异物检测机利用X-ray可对肉制品、水产、粮食类产品、焙烤食品等产品进行在线实时综检测，并可对金属包装食品进行准确的检测。【1】X-ray的理化性质
X-ray 与电波，微波，红外线一样同属电磁波，区别仅是波长和频率不同而已而。因此具有波粒二像性。但与核辐射的放射线有本质。X-ray 的波长范围为1012～108m。X-RAY照射食品后不会有残留，合理剂量的照射也不会对人体造成伤害。
根据 X-ray 的波长划分，我们通常分为软 X-ray 和硬 X-ray。X-ray 中波长较短的部分能量大，穿透物体的能力强；X-ray 中波长较长的部分能量小，穿透物体的能力差。X-ray 的划分只是相对的，并没有严格和科学方法。有学者将 X-ray 按照产生的管电压划分软 X-ray(10-50kV),硬 X-ray(10-300kV)。
应用 X-ray 对物质进行内部无损伤检测，需要根据具体材料和情况来选择 X-ray 的能量。比如，被检测材料密度大、厚度大时，一般应选择较硬的 X-ray。有时为了同时透照厚度较大的被检物，也往往相对地选择较硬的 X-ray。透照轻金属或非金属等密度小的材料，应选用较软的 X-ray。
在食品安全异物无损检测中，通常采用使用 60 kV 以下的管电压来获得强度不是很大的软 X-ray。【2】X-ray异物检测的工作原理：
X射线(X-ray)检测机是在不损坏被检物品的前提下使用低能量X 光，快速检测出被检物品的内部质量和其中的异物，并通过计算机显示被检物品图像的测试手段。
当待检品经X射线照射后，物质的密度和原子序数越大，物质吸收X射线的比率也会越大。而食品中的蛋白质、碳水化合物、脂肪、水分以及骨头（钙质）、玻璃（硅质）、金属和毛发等成分均对X射线有不同的吸收比率。X射线检测系统就是根据上述原理实现。产品输送至X射线照射区，检测装置将自动测定X射线的透射比率。由于食品中异物成分比食品成分更能吸收X射线能量，因此，当含有异物的产品经X射线照射后，其能量会被大量吸收，X光检测器测量透过被检测物的光束强度，来检测物品中是否含有不同于产品本身物质成分的异物。【3】X-ray异物检测机异物判断检测流程 3.1.X-ray图像采集
系统线阵探测器采用逐行扫描方法得到被检物内部结构图像数据，在对待检食品进行线扫描的同时，对图像行灰度进行简单的处理，发现灰度曲线有比较大的波动点，立刻记录下来，但此时不能立即做出有异物的判断，因为有时候噪声也可能引起图像像素的波动。继续扫描，如果连续多行都出现类似的波动情况，基本上就可以判定食品中含有异物，但对于异物所在的位置，异物的形状等特征需要进一步的处理才能判断出来。并且进一步的判断处理需要在整幅图像上进行。如果行灰度曲线波动比较平缓，则不能肯定是否含有异物，需要将整幅图像采集完毕后进行处理判断。
3.2.X-ray 图像分析
通过采集不同食品X-ray图像，对所得图片进行分析可以看出，食品异物检测图像具有如下的性质：
1.对于不同的待检食品，经过 X-ray 照射成像后的灰度一般不同，即食品的背景灰度值因食品各异而不同；
2．不同的异物对 X-ray 的能量吸收率不同，它们在 X-ray 成像图片中的灰度值也不一样，金属、石头等的吸收率较大，在图片中的灰度值较小，玻璃、塑料等的吸收率较小，在图片中的灰度值较大，有些和背景图象相差不是很明显。
3.异物的边缘模糊。有些异物边缘与背景图之间没有明显的灰度变化。4.背景灰度不均匀，不同的区域灰度不同，有的高于异物的灰度值，有的区域低于异物的灰度值。
5.待检食品形状复杂，并且图片中食品以外的部分是大面积的白色背景。【4】基于以上检测原理，X-ray异物监测系统，有以下优点： 对金属异物有更高的敏感度（最高检出精度金属球Ф0.3mm，金属丝Ф0.28×2mm）,此外还能检测出玻璃，石头，PVC，硬骨头，橡胶等非金属异物;敏感度不受产品温度，水分盐分含量的影响;对不锈钢为代表的非磁性金属异物有着与铁等磁性金属材料同样的高敏感度;不受铝膜，镀铝膜包装材料的影响。
此外，还具备如下扩展功能：1． 对火腿肠两端金属卡扣的屏蔽功能。2． 对包装盒的边沿的屏蔽功能。3． 对指定领域的部分屏蔽功能。4． 包装内产品的计数功能。5． 包装内产品缺失检查功能。6． 包装内产品断裂检查功能。7． 包装内附属品（赠卡，料包等）的缺失检查功能。
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