城市消防安全前沿

第一篇：城市消防安全前沿

由城市消防安全技术讲座引发的感想 姓名：陆荣雷 学号：61207221 摘要：本文主要介绍了一些消防科技中的前沿技术及其应用概括，着重介绍了纳米消防技术的特点和功能，绿色消防技术应用的必要性和消防机器人的发展前景。

本周二，在九龙湖聆听了尤飞老师的关于高新技术在消防中的应用的讲座，虽然去时已满屋座无虚席，我们只能坐在台阶上，但是尤老师的讲座实在引人入胜，居然2小时结束后方才感觉臀部已冰冰凉。尤飞老师现为南京工业大学矿业工程流动站博士后，南京工业大学城市建设与安全工程学院讲师，南京工业大学火灾与消防工程研究所副所长，主要从事公共安全型材料及其应用的研究，如阻燃环保材料的制备和应用、特殊火灾成灾机理及其防治关键技术。

根据我的了解，现代城市为了节约土地，很多城市的建筑密度和容积率逐年增长，建设高层建筑、让城市“长高”也成为一个普遍的发展趋势。鳞次栉比的摩天大楼流光溢彩，但在繁荣之下也有隐忧—建筑的不断增高也带来了消防难题，而建筑中新增大量的电气、管线、装饰材料等易燃物、可燃物，也使得火险隐患大大增多，成因越来越复杂。根据公安部消防局公布的一项统计结果显示，近年来，中国城市火灾发生率呈上升趋势，火灾已成为中国城市的头号杀手。本世纪前5年的年均火灾损失达15.5亿元，为20世纪90年代年均火灾损失的4.84倍。

讲座上，尤飞老师为我们详细介绍了消防技术中的前沿技术，有纳米消防技术，绿色消防技术，火灾自动探测和预警技术，消防通信和网络技术，虚拟现实和三维模拟技术，消防机器人技术，消防新材料技术，新型防火和灭火技术以及对未来20年消防技术展望。

对于消防一词，我国古籍中只有“消”“防”两个字的分别解释，消，尽也，灭也；防，堤也，防御也。日本人把它们组合起来，创造了“消防”一词。在日语中，消，指消火，即扑灭火灾，防止蔓延；防，指预防火灾。日语“消防”的含义还包括抢救其它紧急事故的活动，如水灾、风灾的求援等。而现代，随着科学技术的发展，越来越多的新新科技也正在运用到消防中去，以保证人民的生命财产安全。

纳米科技作为21世纪新兴的一门前沿科学技术，它将对诸多技术领域产生巨大的影响。消防技术作为一门多学科融合的边缘学科，纳米技术将从不同方面对消防技术带来深远的革命性的变化。

首先，纳米涂层提高涂层耐火性能。将纳米材料与表面涂层技术结合，使涂层技术得到了很大的提高。根据纳米涂层的组成，人们将其分为3类：完全、单一纳米材料体系、两种(或以上)纳米材料构成的复合体系、添加纳米材料的复合体系。完全的纳米材料涂层离商业化尚有相当一段距离，只有在军事领域有所应用。但借助于传统的涂层技术，针对涂层的性能，添加纳米材料，都可以获得纳米复合体系涂层。在涂层中引用纳米材料，可以显著提高材料的耐高温、抗氧化性。在玻璃等产品表面上涂层纳米材料涂层，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热作用。在涂料中加入纳米材料，能够阻燃、隔热，起到防火作用。其次，纳米技术改进阻燃材料性能。现有的阻燃技术一般是采用无机或有机阻燃剂对材料进行处理，来提高材料的阻燃性能。但经过无机或有机阻燃剂处理的阻燃材料在遇火后，往往是放出大量的有毒气体，产生大量烟雾，有时还会放出大量的腐蚀物质；如果阻燃剂添加量过大，会影响材料的机械性能。采用纳米技术对材料进行阻燃处理，在提高材料的耐火能力的同时不污染环境，并且可以改善材料的性能。

还有，纳米技术消除静电带来的危险。高分子材料具有优良的电绝缘性能，因而被广泛地应用于工农业生产和生活的各个领域。但是，由于一般高分子材料的高电阻率，其制品受物流的磨擦、撞击，易产生静电。静电聚焦到一定程度会引起放电，甚至会引起击穿或火灾。因此，防止产生静电和消静电就是一件十分重要的事情。如果能在高分子材料中掺人导微粒，使之具备一定的传导电流和消散电荷的能力，通过接地可消除静电引起的聚积电荷，从而消除和防止静电带来的危害。

最后，纳米材料的光电效应影响消防报警技术。由于超微颗粒的小尺寸效应，纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能。它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层组合涂层经过处理后，在可见光范围内出现荧光，改变纳米涂层的组成和特性，得到光致变色、温致变色、电致变色等效应。将电缆、电气用品和室内装修材料进行纳米涂层处理，当温度超过一定值或有漏电、短路现象时，发生颜色变化，使火灾探测器更敏感地捕捉到火灾的初始信号，从而极大降低火灾的危险。在疏散通道、安全门的各种标示牌表面施以纳米材料涂层，使之成为发光、反光的标示牌，即使在发生火灾、备用电力不足的情况下，人们仍然可以在紧急疏散时立即分辨出逃生出口。

“绿色消防技术”人们近年来关注甚多的一个专题，就是为了保护大气臭氧层，限制和淘汰哈龙灭火剂、研究开发哈龙替代物。理想的哈龙替代物应具有以下八个条件：(1)对环境(大气)无危害，ODP(臭氧层耗损潜能值)≤0．05，GWP(全球变暖效应值)要小，即温室效应小，最好不产生温室效应。(2)对人体无毒性危害，这方面要求类似哈龙1301的微毒级，能应用于有人场所。(3)灭火效能高，设计灭火浓度＝5％，且10秒种内能灭火。(4)喷射后全部汽化，无固、液相残留物，不导电，不污损，不能击穿电子设备。(5)属可加压液化的气体，储罐占地面积小。(6)热稳定性和化学稳定性好，利于长期储存。(7)与弹性密封元件的相容性好，不易泄漏。(8)制造成本相对较低。

绿色消防技术是以绿色化学和阻燃技术为基础,以可再生资源或可循环使用的材料为原料生产阻燃材料,尽力实现阻燃材料的低毒,低烟和无污染性。绿色消防技术有6大特点：可持续利用，以安全的用之不竭的能源为供应基础，高效利用能源和资源，高效回收利用废旧物资和副产品，智能化程度越来越高，应用越来越广。

绿色消防技术涉及的面很广,例如洁净阻燃技术,这方面的技术开发成功将使建筑防火材料的防火性能得到改进,从而减少建筑物的火灾荷载量,减缓火势的蔓延,降低材料燃烧时的烟气浓度和毒性,为火场疏散逃生创造条件,并且还可从根本上降低起火成灾的几率。随着对环境污染的日益重视,挥发性有机物(VOC)含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越严格的控制。环境友好型涂料主要有水性涂料,粉末涂料,光固化涂料等,其中水性防火涂料和无溶剂型防火涂料具有广阔的发展前景。此外,高固体分防火涂料(固含量超过60%)及液体无溶剂涂料都是具有发展前景的环保防火涂料。我国市场上目前溶剂型防火涂料约占55%,水性涂料约占41%,其他约占4%,与西方发达国家差距较大。

另外一个格外让人兴奋的技术就是消防机器人技术，消防机器人具有无生命损伤性，可重复使用性，人工智能性的优点；同时具有维护保养复杂，造价高昂的缺点。

消防机器人作为代替消防员进入危险复杂环境的特殊装备，必须具有以下几个功能。

（一）移动功能。在消防机器人分类中已经阐述过，可依据当地实际情况采用履带式或者轮式，从灾害事故现场的实际情况考虑，消防机器人的移动载体须具有较强的越野能力和一定的自适应能力，能够自行判断并翻越障碍，自主分析现场情况，能够完成攀爬一定角度的楼梯等复杂功能。

（二）探测功能。消防机器人可以根据灾害事故现场情况依赖于各种电子元器件进行探测，装载摄像头可将现场情况通过通信网络实时传输给后方系统处理，同时有赖于各种传感器。主要分为两类：一类是内部传感器，用来探测在灾害事故现场中消防机器人自身状态参数，反馈给中央大脑DSP，进行合理的路径规划，并根据灾害事故现场情况合理安排，使消防机器人有序开展工作。另一类是外部传感器，用来探测灾害事故现场的各项数据（障碍物情况、火场温度、辐射热强度、有毒气体或者可燃气体种类和浓度和氧气含量等），为后方处理系统提供原始数据。

（三）控制处理通信功能。由于DSP在处理数字信息方面与单片机相比具有无可比拟的优势，因此，消防机器人普遍采用DSP作为信息处理大脑。

（四）防腐蚀、防爆功能。正因为消防机器人代替消防员进入危险复杂的灾害事故现场，必须考虑到其电子元器件、机械材料等构建承受腐蚀、高温、粉尘、浓烟等恶劣环境的能力，对其关键部位进行防腐蚀、防爆处理，保证其处于稳定工作状态，以确保顺利完成任务。

（五）消防功能。这也是消防机器人的最主要功能。通过消防机器人前期准备准备工作，现场指挥员根据后方辅助决策系统提供信息，并根据其个人历来灭火和抢险救援经验，作出正确判断，发出遥控指令，指挥消防机器人进行现场处置。

基于人工智能的不断发展，各项高新技术的不断成熟，在可预见的将来，消防机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，避免消防员生命伤亡。同时也应该看到，我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多，存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主研制为主，引进为辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平,并及时装备消防部队，提高消防部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处置大型复杂火灾和应急救援的作战效能, 提高消防部队的自我防护能力,减少消防指战员的人身伤亡，更好地保卫人民的生命财产安全。

消防技术还有很多，作为以为土木工程师，消防技术也与建筑息息相关，在以后的学习生涯中，我将更系统的去了解消防技术，将其与我的专业知识结合，希望能让我的学识和以后的工作提升到一个新的高度！

第二篇：前沿讲座

计算机视觉学科前沿知识

计算机视觉就是用计算机来模拟人的视觉系统，实现人的视觉功能，通常是指用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，从而实现对客观的三维世界的识别。人与其他动物一样，视觉、听觉、触觉等感官功能的产生，首先在于进化过程中生存的需要。根据美国心理学家Gibson的理论，人的视觉不管有多少用处，但主要功能可概括为适应外界环境和控制自身的运动。看到汽车冲过来，你会赶快回避；看到前面有激流，你不会冒然趟过去。“适应外界环境和控制自身的运动”还是比较抽象的概念。事实上，为了适应外界环境和控制自身的运动，视觉系统需要能识别物体（可想而知，一个人连亲戚、同事、朋友都不认识，会怎样生活），能判断物体的运动以及确定物体的形状和方位（否则，无法抓取物体）。所以，物体识别、物体定位、物体三维形状恢复和运动分析，就构成了计算机视觉的主要研究内容。

随着自动化水平不断的提高，机器视觉在自动化行业中应用也是越来越多，而机器视觉在我国可以说处于刚起步发展阶段，机器人视觉是一门新兴的发展迅速的学科，八十年代以来, 机器人视觉的研究已经历了从实险室走向实际应用的发展阶段。从简单的二值图象处理到高分辨率多灰度的图象处理,从一般的二维信息处理到三维视觉机理以及模型和算法的研究都取得了很大的进展。而计算机工业水平的飞速提高以及人工智能、并行处理和神经元网络等学科的发展,更促进了机器人视觉系统的实用化和涉足许多复杂视觉过程的研究。

目前，机器人视觉系统正在广泛地应用于视觉检测、机器人的视觉引导和自动化装配领域中。在现代化的大生产之中，视觉检测往往是不可缺少的环节。比如，汽车零件的外观，药品包装的正误，IC字符印刷的质量，电路板焊接的好坏等等，都需要众多的检测工人，通过肉眼或结合显微镜进行观测检验。大量的人工检测不仅影响工厂效率，而且带来不可靠的因素，直接影响产品质量与成本。另外，许多检测的工序不仅仅要求外观的检测，同时需要准确获取检测数据，比如零件的宽度，圆孔的直径，以及基准点的坐标等等，这些工作则是很难靠人眼快速完成。近年来发展迅猛的机器视觉技术解决了这一问题。机器视觉系统一般采用CCD照相机摄取检测图象并转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图象数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图象特征值，并由此实现模式识别，坐标计算，灰度分布图等多种功能。然后再根据其结果显示图象，输出数据，发出指令，配合执行机构完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉具有精确，快速，可靠，和易数字化等优点。

机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。例如生产线上的单摄像机视觉系统，它的视觉系统用来检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。但是不可见光不利于检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。

机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。图像的增强用于调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，改善视觉质量。通常采用灰度直方图修改技术进行图像增强。图像的灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计特性图表，与对比度紧密相连。图像的数据编码和传输，数字图像的数据量是相当庞大的，一幅512*512个像素的数字图像的数据量为256 K字节，若假设每秒传输25帧图像，则传输的信道速率为52.4M比特/秒。高信道速率意味着高投资，也意味着普及难度的增加。因此，传输过程中，对图像数据进行压缩显得非常重要，数据的压缩主要通过图像数据的编码和变换压缩完成。图像边缘锐化处理主要是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将物体从图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。图像分割是将图像分成若干部分，每一部分对应于某一物体表面，在进行分割时，每一部分的灰度或纹理符合某一种均匀测度度量。图像的识别过程实际上可以看作是一个标记过程，即利用识别算法来辨别景物中已分割好的各个物体，给这些物体赋予特定的标记，它是机器视觉系统必须完成的一个任务。

在本世纪四、五十年代发展起来的线性滤波器以其完善的理论基础，数学处理方便，易于采用FFT和硬件实现等优点，一直在图像滤波领域占有重要地位，其中以WIENER滤波器理论和卡尔曼滤波理论为代表。但是线性滤波器存在着计算复杂度高，不便于实时处理等缺点。虽然它对高斯噪声有良好的平滑作用，但对脉冲信号干扰和其它形式的噪声干扰抑制效果差，信号边缘模糊。为此，1971年，著名学者TUKEY提出非线笥滤波器——中值滤波器，即把局部区域中灰度的中值作为输出灰度，并将其与统计学理论结合起来，使用迭代方法，比较理想地将图像从噪声中恢复出来，并且能保护图像的轮廓边界，不使其变模糊。近年来，非线性滤波理论在机器视觉、医学成像、语音处理等领域有了广泛的应用，同时，也反过来促使该理论的研究向纵深方向发展。

第三篇：前沿讲座

智能控制及其应用

院 － 系： 信息工程与自动化学院 专 业： 模式识别与智能系统 年 级： 2011 级 学生姓名： 朱 丹 学 号： 2011204082 任课教师： 杨承志、冯丽辉、万舟

2011年11月

摘要

智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、信息论、系统论、仿生学、进化计算和计算机等多种学科的高度综合与集成，是一门新兴的边缘交叉学科。智能控制的主要方法有人工神经网络、模糊控制与专家系统，为解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题提供了有效的理论和方法。目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。

关键词： 智能控制 人工神经网络 模糊控制 专家系统

ABSTRACT

Intelligent automatic control is the advanced stage of development of automatic control．It is comprehensive and integrated subject of artificial intelligence, cybernetics, information theory, system theory, bionics, evolutionary computation, computer and so on.It is a new edge of the overlapping subject.The main method of intelligent control are following：artificial neural network , fuzzy control and expert system.In order to solve the complex control problem which is difficult to solve by the traditional methods.It provides effective theory and method.At present, the intelligent control has been widely used in industry, agriculture, services, military aviation, etc, and has a broad development prospects.Keywords: intelligent automatic control artificial neural network fuzzy control expert system

引言

随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出了新的挑战，促进了智能控制理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能控制不仅包含了自动控制、人工智能、系统理论和计算机科学的内容，而且还从生物学等学科汲取丰富的营养，正在成为自动化领域中最兴旺和发展最迅速的一个分支学科。

一、智能控制的基本概念和特点

传统的控制方法是建立在被控对象的精确数学模型之上的，而智能控制是针对系统的复杂性、非线性、不确定性等提出来的。IEEE控制系统协会把智能控制归纳为：智能控制系统必须具有模拟人类学习和自适应的能力。一个智能控制系统一般应具有以下一些特点：

1.智能控制具有混合控制特点，系统能以知识表示非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程，采用开闭环控制和定性决策及定量控制相结合的多模态控制方式；

2.智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力；

3.智能控制系统具有自学习、自适应、自组织能力，能从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统，以实现预期的控制目标； 4.智能控制系统有补偿及自修复能力；

5.智能控制系统能对复杂系统(如非线性、多变量、时变、环境扰动等)进行有效的全局控制，并具有较强的容错能力。

二、智能控制的主要方法 2.1 模糊控制

模糊控制是基于模糊推理和模仿人的思维方法，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制，其成功应用的根源在于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信息并将其转化为控制策略的一种系统的推理方法，以模糊集合、模糊语言变量与模糊逻辑推理为基础，以先验知识和专家经验为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。

2.2 专家控制

专家控制是智能控制的一个重要部分，它在将人工智能中专家系统的理论和技术同自动控制的理论和方法有机结合的基础上，在未知环境下模仿专家的智能，实现对系统的有效控制。专家系统一般由知识库、推理机、解释机制和知识获取系统等组成。知识库用于存储某一领域专家的经验性知识、原理性知识、可行操作与规则等，可通过知识获取系统对原有知识进行修改和扩充。推理机根据系统信息并利用知识库中知识按一定的推理策略来解决当前的问题。解释机制对找到的知识进行解释，为用户提供了一个人机界面。通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。

2.3 神经网络控制

神经网络是模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表示特定的信息,通过不断修正连接的权值进行自我学习,以逼近理论为依据进行神经网络建模,并以直接自校正控制、间接自校正控制、神经网络预测控制等方式实现智能控制。随着人工神经网络应用研究的不断深入，新的模型不断推出，在智能控制领域中，应用最多的是BP网络Hopfield网络等。与传统控制相比，它具有以下重要特性：○1非线性神经元网络在理论上可以充分逼近任意非线性函数；○2自学习和自适应能力；○3并行式分布处理机制；○4数据融合能力。目前神经网络在信号处理、系统辨识和优化、模式识别、故障诊断、机器人等多个领域取得成功应用，它对智能控制的发展应用将具有重大而深远的意义。

三、智能控制的应用

目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。主要表现在以下几个方面：

3.1机械制造

在现代先进制造系统中,需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况,人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业,它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模,利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。利用模糊集合和模糊关系的鲁棒性,将模糊信息集成到闭环控制的外环决策选取机构来选择控制动作。利用神经网络的学习功能和并行处理信息的能力,进行在线的模式识别,处理那些可能是残缺不全的信息。

3.2 智能仪器

随着微电子技术、微机技术、人工智能技术和计算机通讯技术的迅速发展，自动化仪器正朝着智能化、系统化、模块化和机电一体的方向发展，微型计算机或微处理机在仪器中得到广泛应用，已成为仪器的核心组成部件之一。它能够实现信息的记忆、判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视和诊断，因而这类仪器被称为”智能仪器”。

3.3 智能机器人

智能机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。机器人研究者们所关心的主要研究方向之一是机器人运动的规划与控制。一个规定的任务出台之后，设计人员首先必须作出满足该任务要求的运动规划；然后，规划再由控制来执行，该控制足以使机器人适当地产生所期望的运动。

3.4 智能监控

在许多的工业连续生产线，其生产过程需要监视和控制，以保证高性能和高可靠性。为保持物理参数具有一定的精度确保产品的优质高产，我们已在一些连续生产线或工业装置上采用了有效的智能控制模式。例如，旋转水泥窑的模糊控制、汽车工业的高级模糊逻辑控制、轧钢机的神经控制、工业锅炉的递阶智能控制以及核反器的知识基控制等。

3.5 医疗过程智能控制

从70年代中叶起，专家系统技术就被成功的应用于各种医疗领域。医用智能过程控制的新例子之一就是一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均动脉血压(MAP)的模糊逻辑控制系统。MAP是衡量麻醉深度的重要参数。在该控制系统的设计和实现时，我们采用模糊关系函数和语言规则。本系统已在许多不同的外科手术中得到成功应用。

四、智能控制的发展前景

智能控制广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等多个领域，解决了传统控制无法解决的实际控制问题。但是智能控制仍然只处于开创性阶段。就目前智能控制系统的研究和发展来看，智能控制还有许多问题有待解决，主要有以下几点： ○1加强理论研究，给出智能控制的稳定性、可测性、可控性、鲁棒性定义及准则；○2解决知识获取和优化的瓶颈问题，特别是动态系统的知识获取和分类； ○3加强各种智能控制方法结合的耦合度； ○4加强学习问题的研究，进而加快收敛速度，提高实时控制能力； ○5融入更多领域知识，拓宽智能控制的范围。

智能控制是一门跨学科、需要多学科提供基础支持的科学，智能控制很难存在普遍、统一的理论体系，因此，建立具有开放性、形式非唯一的集成化智能控制框架是现实的，也是必要的。

参考文献

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2007(8).

第四篇：土木工程前沿

对未来大跨桥梁的发展趋势的研究

摘要：近30多年来桥梁的发展概况，可以看出结构在向轻巧、纤细方面发展，而载重和跨度却不断在增长。为了适应这种桥梁发展需要，就要对建筑材料、结构构造、设计计算理论、施工方法等方面提出新的要求。同时，在桥梁美学方面也应予以足够的重视。

关键词：桥梁发展；新型材料；桥梁CAD；施工技术；桥梁美学

一、引言

现在桥梁建筑已不单纯地被视为交通线上重要的工程实体，同时也是一个国家科学技术、综合国力的综合体现。由于科学技术的进步,工业水平的提高,人类社会文明的发展,桥梁工程日新月异。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求,对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。

大跨桥梁的的发展是社会发展的必然产物，自从桥梁出现以来, 其跨径一直在不断的加大。从几米的小桥发展到现今主跨一千多米的特大桥,体现出了人类改造自然的能力在不断变化。自18世纪80年代以来的200多年间，随着大工业的兴起和交通运输的需要而发展起来的世界桥梁，桥跨由英国熟铁链杆桥曼内海峡桥主跨177米的最初桥跨的世界之最，到1931年美国建成乔治华盛顿桥，主跨首先突破1000米大关，达到1067米，百米到千米桥跨的发展历经了一个半世纪。20世纪的后70年里，美国的主跨1280米的金门大桥、主跨1289米的维拉扎纳大桥，两次刷新了当时的世界桥跨记录，到20世纪八九十年代英国的恒比尔河大桥、日本的明石海峡大桥先后再次刷新世界桥跨记录，桥跨才开始接近2000米大关。

在21 世纪, 由于跨海工程的出现, 桥梁还要向更大跨径的方向发展。21世纪世界桥梁跨度有多长？随着意大利主跨3300米的墨西拿海峡大桥设计的完成，人类社会的建桥技术、新型材料运用使桥梁跨度已步入登峰造极阶段。据有关桥梁专家预测，筹建中的西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡大桥、美俄之间的白令海峡大桥的桥梁跨度将突破墨西拿海峡大桥主跨的长度，成为21世纪新的世界桥梁跨度之最。这些主跨接近4000米达到登峰造极水平的特大型桥梁建成之后，除大洋洲孤悬于大洋之中外，亚非欧美四大洲将联为一体。大跨的跨海桥梁将会成为21世纪桥梁建设的主题。我国桥梁向跨海桥梁工程发展的路在何方？要如何切实可行地实现大跨桥梁？以下我就国内大跨桥梁发展趋势发表一些个人的看法。

二、材料的应用和发展

在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥当跨度超过300m后应力几乎用足，只有提高标号或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度的发展、材料的发展是一根本问题。

新材料对桥梁工程的发展具有关键性作用。没有材料科学的发展，就不会有长大跨及新桥型的诞生。当桥梁向大跨度方向发展的同时，未来桥梁新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，对建桥材料也提出了高强、轻质和多功能的要求，桥梁的规模有一个理论上的限度。新型材料不断出现，不过它们的实际应用仅仅受制于对其使用寿命的顾虑。在以保守的方式使用新型材料的初期验证阶段、目前桥梁常用的钢和混凝土，从而实现高强轻质的目标。材料科学的进步为桥梁实现轻巧、简洁、形式的多样化提供了更多的可能性，进一步探索新型的、高强、超高强工程材料建立其可靠的力学本构关系，以充分发挥材料潜在的承载力，并在结构理论研究上发展更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论，不同类型轻质材料组合拼装的各类新型斜拉桥、悬索桥、轻质拱桥，并向可靠度理论方向进行探索，将一跨而过的大川海湾。

新型钢材料的应用将推动桥梁工程的发展。钢材料在桥梁建设中尤为重要，随着钢材料的发展，我国还将进一步的开展低含碳量以及其他合金元素、经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究以及生产。此种高强度的钢材具有优异的焊接功能。在我围已建的采用了焊接性能良好的14MnNbq及15MnVNq钢以及栓焊整体节点所组成的大型桥梁，还需进一步的发展，向更高强度钢及全焊钢梁结构发展。抗腐蚀性好、结构表面不需要油漆的耐候钢也逐步得到应用。

先进复合材料也会得到较大的推广使用。先进复合材料(Advanced Composites)又称纤维增强塑料(Fibre Reinforced Plastics，简称FRP)，是以非金属纤维(如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维)作增强材料，以树脂(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂)作基体材料的复合材料。树脂将纤维束结成整体，既能保护纤维免受机械破坏和化学腐蚀，又能使纤维整体受力。先进复合材料具有以下特点：

1、强度高。用S玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度高于高强钢丝，用E玻璃纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度与高强钢丝接近。

2、耐腐蚀。玻璃纤维复合材料水管的寿命为钢水管和混凝土水管的两倍。

3、应变关系直至破断均呈线性。

4、弹性模量。碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

5、疲劳特性。碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝，E玻璃纤维复合材料的疲劳强度则介于普遍钢丝和高强钢丝之间。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

6、容重轻。约为钢的五分之一至四分之一。

据有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主材将采用高强度、高韧性钢材和抑振合金材料。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录，达到1991米。21世纪钢桁连续梁将大量采用高强度低预热型焊接用钢板，大线能量焊接用钢板、高韧性钢板、抗层状撕裂型钢板、异形钢板、耐候钢及镀锌钢板、抑振厚板、玻璃钢、抑振合金材料，不仅可有效地增大钢桁梁桥的桥跨，而且能有效地降低梁体自重，实现大跨、轻质目标。高强度混凝土是桥梁建设必不可少的主材料之一，21世纪的混凝土材料将加入来亚纳米、水溶性聚合物、有机纤维以不断提高强度与耐久性。桥梁建设将广泛运用环保型混凝土，桥梁的韧性、耐久性及强度将得以有效地提高。

三、学科发展

随着计算机微处理器技术的迅猛发展，桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。借助计算机和非线性数值方法的不断进步，使力学模型日益精细化，仿真度提高，可以在设计阶段逼真地描述大桥在地震、强风、海浪等恶劣自然条件下施工和运营的全过程，为决策提供动态的虚拟现实图像。大型桥梁基础的施工技术可分为大型群桩基础施工技术、大型冻结基础施工技术以及大型沉井基础施工技术等。以江阴长江大桥为代表的沉井基础施工、润扬大桥为代表的大型排桩冻结法施工、苏通桥基础为代表的大型群桩基础施工，都是我国在大型桥梁基础施工方面取得的创新成果。海上桥梁基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。目前世界桥梁基础尚未超过 100m 深海基础工程，下一步需进行 100——300m 深海基础的实践。大型桥梁基础施工技术不断创新。

四、桥梁美学研究

桥梁通常是社会大型公用设施，与其他土木建筑相比，它具有土木工程建筑的一般属性，桥梁建筑还具有自身的特点，有使用和观赏两重功能。其主要功能是给人们提供跨越障碍的通道，具有体型庞大、位置固定、建造具有不可逆性且耗资巨大等特点。由桥梁的特殊功能决定了桥梁必须是一个开放的体系、结构散布在社会各处，任何人在任何时间都可以使用它。与人类的活动密切相关，具有开放性，使用寿命也比较长。因此，公共性、公平性、安全、适用、经济必然是桥梁设计的原则。桥梁规模越大，激发了公众参与的热情，经济因素在桥梁建设中所占的比重就越大，人们对其建造都非常关注，这一点在现代桥梁设计实践中已得到足够的重视，这就是推动桥梁美学研究的直接动力。创新便是桥梁建筑艺术的灵魂，通过总结前人的创新经验，终究会走向桥梁的艺术范畴。桥梁建筑属于结构，创新必须以实践为基础，其存在的基础是其适用性，也需要用理论来指导。闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，达到人文景观同环境景观的完美结合。

五、结语

桥梁跨度不是科技进步的唯一标志，但它是科技进步的重要标志。桥梁的跨径代表着一个国家的经济、工业和科学技术的整体水平。跨度的大小并非人的主观愿望，它是由经济、材料、桥型等多种因素确定的，跨度的推进必然会给工程带来更多的风险，而工程是只能成功不能失败的，只允许存在缺点而不能有错误，因为桥梁工程、特别是大跨的桥梁工程的失败或错误是谁也承担不起的。大跨桥梁的发展是社会经济发展的必然，随着一系列跨海工程的出现，迫使我们必须挑战更大的桥梁跨度。由于国外许多国家的桥梁事业相对于中国都起步较早，很多桥梁技术都比中国先进，所以我们在发展大跨桥梁时应该多借鉴国外桥梁方面的成功经验，推动大跨度桥梁在中国更快的发展。可以预见,21 世纪大跨度桥梁工程建设必将取得新的突破,取得更大、更新的发展。

第五篇：城市对外交通运输消防安全的规划

城市对外交通运输消防安全的规划

随着经济与科技的不断发展，我国对外贸易交往日益平凡，货物通过各式各样的通道流向海外，为我国经济的发展贡献了不小的力量，因此交通运输消防安全不可忽视。

城市对外交通运输包括铁路。公路、水路、航空等多种方式。做好城市对外交通运输消防安全的规划布局对于保障城市和对外交通运输的消防安全，有着重要的现实意义。下面我就来谈谈交通运输消防安全的几个重要规划布局。

1．铁路在城市中的消防安全规划布局

（1）铁路线路的消防安全规划布局

①应满足铁路运营技术经济条件，但必须避免铁路分割或包围城市。

②处理好铁路与城市道路的关系，应尽可能使铁路线路不和城市主要干道相交，减少铁路线路与城市道路的交叉点。在方格形道路系统的大城市中，铁路线路宜与城市主干道平行；对于放射形道路系统的大城市，铁路线路应沿放射干道平行引人城市。

③铁路正线的布置要避开城市的主要发展方向。当城市的发展不得不跨越正线时，要在被分割的城市两侧设置相对独立完善的消防设施，尽量使消防车辆赶赴火场不穿越铁路。

④铁路线路不要在城市与河湖海岸间平行通过。

⑤穿行城市的铁路线，最好布置在有一定宽度的绿带中。

⑥当线路引人客运站时，应使主要方向的旅客列车不改变运行方向。当线路引入编组站时，主要货车车流方向应有顺直的路径。

（2）铁路车站在城市中的消防安全规划布局

①客运站的布置。考虑旅客乘车方便、减少城市公共交通负担，旅客站一般要尽可能布置在市区、中、小城市的旅客站可布置在城市边缘，特别是受地形限制或河流影响，形成分散而狭长的带状大城市，以及被河流分割的大城市，要考虑设置三个以上的旅客站。

②货运站的布置。综合性货运站是办理多种品类货物作业的车站。以到发为主的综合性货运站，宜伸入市区适当地段，特别零担货物，在市区便于货物集散。危险品及有严重污染环境的货物装卸站，应设在市郊下风向和河流下游地带。

（3）工业站的消防安全规划布局

①工业站要设在有大量货流、出入便捷和对外运输顺直的地点，尽量避免车流在铁路路网上或企业内的折角和迂回运输。

②工业站不要设在铁路主要干线上，以减少出入企业车流和铁路干线车流的交叉干扰。对于大型企业或集中的工业区，根据需要可设置枢纽外环线，并将工业站设在主要车流必经之地或原料、燃料的入口处。对于分散的工业区，可分别设置工业站。

③设在枢纽内的工业站，与编组站间要有便捷的通路，并要为企业将来发展留有余地，避免由于企业扩展带来工业站的消防问题。

④工业站的布置，要与专用线的建设、工业区的建设结合起来，把消防安全、土地利用、防洪排洪、交通运输等方面统一规划。

2．公路在城市中的消防安全规划布局

（1）公路线路的消防安全规划布局

①要合理的解决公路线路的走向及其站场等运输设施的位置，避免分割、干扰城市。

②公路一般应与城市呈切线方式通过，离城市也要有一定距离，线路布置能满足消防安全要求。但一些旧城区，由于公路对外交通穿越城市、居住区，把居住区分割，不利于消防和交通安全，也影响居民生活安宁，必须认真注意解决。

③对于旧城区布置不合理的公路，应尽可能使过境公路改道，避开城市生活居住区，规划中还应尽可能使公路便捷，缩短公路里程。公路线路在城市的布置，主要有公路穿越或者绕过（切线或环线绕过）城市两种情况。

④公路线路的布置，为了减少过境交通进入市区，应在对外公路交汇的地点或城市人口处设置一些公共服务设施，为暂时停留的过境车辆的司机与旅客创造一些便利条件。

（2）公路运输设施的消防安全规划布局

①客运站的布置。大城市的客运站位置可适当伸入市区，布置在市中心区边沿地段。并根据旅客进出方向和流量大小决定设置客运站的数量。中。小城市的客运站宜设在城市边沿或城市与过境公路相连接的支线上，不要紧靠过境公路布置。

②货运站的布置。货运站（场）的位置选择与货主的位置和货物的性质有关。对于供应城市人民的日常生活用品，则布置在市中心区边缘，与市内仓库有直接的联。

③港区若有大型造船厂，应划定专门的水域和陆域，安排专门的码头。

4．机场的消防安全规划布局

（1）机场与城市的距离

机场的消防安全规划布局，必须从地形、地貌。工程地质和水文地质、气象条件、噪声干扰、净空限制以及城市布局等诸方面因素，加以综合分析，恰当地解决好机场与城市的距离这一矛盾。

（2）机场与城市的交通联系

根据航空运输的快速特点，要求地面交通越快越好。一般应在机场位置确定的同时，安排好机场与城市之间直捷的、高速的、通畅的道路交通系统，安排好停车场等交通设施。

（3）合理确定机场消防站的位置

按照国际民航组织的规定，机场消防站要在最适当的能见度条件和地面条件下，保证对发生在机场活动地区任何部分的飞机火灾事故的驰救时间不大于三分钟，最好不大于两分钟。

总而言之，消防工作与社会主义经济建设,二者互相促进、相互制约、相辅相成。经济建设、科学事业发展了,消防建设也随之发展;消防建设发展了,又将促进经济建设的发展，它是社会主义现代化建设的重要问题,也是社会主义物质文明和精神文明建设的重要组成部分。