時間：2022-03-22 12:23:16
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關鍵詞：GPS，集群通信，車輛監控系統
1.概述
GPS車輛監控系統是利用GPS接收機、無線通信、地理信息技術對移動用戶進行監控、調度、指揮的新型車輛管理系統。按照子功能劃分，車輛監控系統由三部分組成：定位部分、通信部分、顯示部分。其中，比較常用的通信方式為常規通信、集群通信、GSM的短信息業務三種。
基于常規通信的車輛監控系統，其設計、組網及使用相對簡單，但其作用范圍較小；GSM的短信息業務用于定位數據傳輸目前較為流行，其覆蓋范圍大，可以全國漫游，但是其時延問題是制約其發展的瓶頸，且其呼叫功能無法與集群系統相比；集群系統是專用的調度指揮系統，對某些特殊單位而言具有不可比擬的優勢。本文就集群方式下GPS車輛監控系統的設計及信道利用等方面進行介紹。
2．集群系統
無線集群實際上就是多信道中繼（轉發）系統中自動共享若干個信道，并在此基礎上集小群（組）為大群（組），加上諸多呼叫、故障處理等功能而形成的無線通信系統。
和常規通信方式相比，集群通信系統具有信道利用率高、服務質量好、通話阻塞率低、通話具有私密性、系統智能化程度高、具有交換功能、可與PABX或PSTN互連等優點。
集群通信系統的分類方法有多種，按照信令類型分有模擬信令、數字信令及混合信令系統；按照信令方式分有共路信令方式和隨路信令方式；按照話音分有數字集群、模擬集群；按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前較為廣泛使用的為集中控制方式的模擬集群系統，信令有MPT1327標準的，也有非公開標準的。基于MPT1327標準信令的系統，傳輸車輛定位數據可以在信令信道中進行；而非公開信令標準，車輛定位數據只能在話音信道中進行。相應地，對車輛的數字信息必須進行調制才能在話音信道中傳輸。
3．基于集群通信方式的GPS車輛監控系統
3．1系統組成
基于集群的GPS車輛監控系統如圖1所示。其中，集群網為系統提供無線通信鏈路以進行話音和數據傳輸，數據傳輸可以利用話音的多種呼叫方法實現。
圖1GPS車輛監控系統組成
監控中心以矢量化電子地圖為背景，監控軟件具有實時顯示移動用戶的所有信息以及信息查詢功能。同時，監控中心兼有差分基準站的功能，為整個監控范圍內的移動用戶提供差分GPS修正信息，使車輛定位精度提高到10米以內。各移動用戶設備由集群電臺和GPS接收機及控制邏輯電路組成，控制電路不僅形成系統需要的邏輯時序，還具有數據處理功能，包括調制解調器。
3．2信道利用方式
在集中控制方式的集群系統中，各個信道的管理在一個控制信道上實現。移動用戶守候在控制信道上，發起呼叫或接收呼叫均在該信道上進行。一旦申請到信道，則主呼方和被呼方在申請到的信道上完成話音聯絡，之后轉換到控制信道上守候。
利用話音信道傳輸車輛定位數據，每傳輸一次定位信息，電臺都需要申請一次信道，而申請時間不傳輸任何數據，時間利用率較低；且申請不到空閑信道時，該車輛的信息就會丟失。所以傳輸數據的用戶應該設置優先級，以保證數據的可靠傳輸。
3．3呼叫方式
在集群通信系統中，用戶的呼叫方式有：單呼、組呼、群呼、私密呼叫等。基于GPS的車輛監控系統，為提高系統定位精度采用差分方式，差分信息由監控中心以組呼的方式下發，分配在同一組內的用戶均可接收。
為使各移動用戶的數據都能夠實時采集，采用時分多址（TDMA）的方法，即各車輛按照圖2所示的時序依次發起呼叫。其中兩相鄰用戶之間的時間間隔包括數據發送時間和保護時間（防止數據相互影響）。一個采樣周期內可容納的用戶數為，其中，為采樣周期。
為了避免監控中心對某用戶的話音調度影響其它用戶的數據傳輸，話音呼叫和數據呼叫分別在不同的組進行。移動用戶傳輸數據時工作在數據組，利用專用信道完成。當監控中心需要對某用戶進行話音呼叫時，首先發送一個切換命令將該用戶的組號設置為話音組，而后再進行話音呼叫。在規定的時限內完成通話，由用戶自動切換到數據組再傳輸數據。
在監控中心，話音呼叫和數據呼叫分別利用不同的無線集群電成。
3．4同步方式
在GPS車輛監控系統中，通常采用異步的數據傳輸，接收端和發送端不需要同步。但是，各移動用戶的數據采集為時分多址方式，相互之間的時序關系不能混疊，也就是說，移動用戶之間必須同步。
各移動用戶的同步方式有兩種：①利用GPS接收機的秒脈沖進行同步；②利用監控中心發送廣播同步碼進行同步。秒脈沖和同步碼均提供給各移動用戶統一的時間起點，不同車輛的發送時隙由不同的延遲來產生。利用監控中心發送同步碼，可以在一個采樣周期內發送1個同步碼，也可以周期性地發送多個同步碼。
3．5數據傳輸格式
監控系統中的數據傳輸分上行和下行兩部分。上行數據主要為被監控車輛的實時位置、速度、時間、狀態（包括報警、故障等）；下行數據主要為GPS差分修正信息，采用RTCM－104格式的通用電文，如果是監控中心同步的方式，還包括廣播同步碼。
A．上行數據格式
數據報頭用戶地址緯度經度速度時間車輛狀態
B．下行數據格式
數據報頭廣播同步碼RTCM電文調度命令用戶地址
上行和下行的數據報頭不同，用于對上、下行數據的解碼。用戶地址指是各監控車輛的識別號碼，調度命令為監控中心對相應地址車輛的操作，如緊急救援、去某地運輸、關閉汽車引擎等，廣播同步碼在利用秒脈沖同步的系統中不用。車輛狀態由駕駛員根據實際情況輸入，如遇劫報警、車輛故障等。
4．結束語
1.1RS-485總線RS-485是串行數據接口標準，1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。楊衛中等（2006）[1]開發了基于現場總線的分布式溫室自動控制系統，系統硬件由上位機、智能控制器和智能節點3層組成，采用RS-485總線作為層間通信網絡。曹洪太等（2006）[2]提出了一種針對溫室環境監測的基于WEB的數據采集和信息系統設計方案，從軟、硬件的角度介紹了系統的實現方法。硬件系統通過RS-485總線與數字傳感器連接，并與具有聯網功能的監控計算機構成溫室現場監控系統。韓慧（2012）[3]設計了一套能實時控制溫室內溫度、濕度以及CO2濃度等多參數的溫室環境監測系統，由一臺PC機與多個下位機組成主從式分布結構，采用RS-485總線通信網絡進行數據傳輸，可實時采集各環境參數值進而進行遠程控制。楊靖等（2013）[4]設計了一種基于RS-485總線和短距離無線通信方式相結合的溫室環境監控系統；在每個溫室內，由無線傳感器網絡構成一個測量單元（網關節點），各測量單位通過485總線與計算機連接。RS-485接口具有良好的抗干擾性，按其接口組成的半雙工網絡一般只需二根連線，長的傳輸距離和多站能力等優點使其成為首選的串行接口，但是RS-485總線的主從和半雙工的工作方式難以實現各節點之間的數據交換，且存在效率低、實時性差等問題。
1.2CAN總線CAN總線（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之一，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。胡真明等（2007）[5]設計了基于CAN總線的溫室環境單片機測控系統，系統主要由上位機、CAN現場總線、智能測控節點組成，考慮到一般是幾棟溫室連成一片以及在大型溫室里通常都有若干個測控點，基于CAN總線的優越特性、可以將若干個溫室的測控點和具有CAN接口的PC機監控站通過CAN總線連在一起。張穎超等（2009）[6]利用CAN總線的特點和性能優勢，提出基于CAN總線的溫室監測系統的實施方案，采用主從方式，通過CAN總線將每一個獨立的監測節點連接起來，實時采集數據傳送到上位PC機進行處理；同時自定義了CAN總線通信協議，并給出數據通信流程。為了提高溫室控制系統的效率、性能和智能化水平，李曉靜等（2010）[7]基于CAN總線，設計了一種結構簡單、實用性、可靠性相對較好的溫室群控系統設計方案。張麗紅等（2011）[8]基于CAN總線設計了溫室節水灌溉控制系統，系統能夠實現連棟溫室內多小區的灌溉自動控制，可集中管理，也可獨立控制。相對于RS-485總線，基于CAN總線的分布式控制系統具有以下優勢：①工作于多主方式，無主從之分，數據通信實時性強；②節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，總線上其他節點的操作不受影響；③通信直接傳輸距離可達10km/5kbps，掛接設備數達110個；④報文為短幀格式，并具有硬件CRC校驗，傳輸時間短，出錯率極低。
2無線通信方式
與有線方式相比，無線通信網絡是一種以數據為中心的自組織無線網絡，具有可快速臨時組網、拓撲結構可動態變化、抗毀性強、無需架設網絡基礎設施等優點。常用的無線通信方式有ZigBee、藍牙、WIFI以及GSM/GPRS技術等。
2.1ZigBee技術ZigBee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的無線網絡技術，工作在2.4GHz的ISM頻段上，符合802.15.4標準，主要用于近距離無線連接。運用這種技術將溫室監測系統中的各種電子設備組成一個無線傳感器網絡，從而方便快捷地對溫室環境參數自動監測，這將是溫室環境控制的又一突破，具有重大意義。Zhou等（2007）[9]基于ZigBee技術，設計了一個溫室監控系統，溫室內傳感器使用星形拓撲結構，而溫室與管理系統之間使用網絡拓撲結構。針對溫室布線復雜、擴展性差、維護困難等缺點，江儒秀等（2008）[10]提出基于ZigBee無線通信技術的溫室環境群控的解決方案，采用JN5121-DKl03模塊設計了基于ZigBee樹型網絡拓撲結構的分布式溫室群控系統，并介紹了整個系統的設計方法。Hwang等（2010）[11]利用無線傳感器網絡組建立了三層溫室紅辣椒管理系統，傳感器、監控相機等數據采集為物理層，傳感器管理、數據庫服務等為中間層，WEB應用、PDA應用等為應用層。傳感器包含環境傳感器和生長傳感器，環境傳感器用于采集植物生長的環境信息，如照度、溫度、濕度、風向、風速、CO2濃度、營養液EC、pH等；生長傳感器用于測量葉溫、莖稈直徑、植株高度、體積等的變化。Park等（2011）[12]開發了基于ZigBee的溫室測控系統，采集的環境參數包括作物葉片溫濕度、環境溫濕度和露點測控系統，所有測量數據存儲于數據庫服務器，并為遠程用戶提供查詢服務。Fukatsu等（2011）[13]采用智能體（Agent）技術實現無線網絡節點與Internet的連接，并開發了基于WEB的農田信息監控管理系統。陳勇等（2012）[14]提出了一種基于物聯網的農業灌溉監控系統，采用ZigBee無線通信技術實現對地表下植物根部深度土壤含水率進行立體監測。應用ZigBee技術，可以通過無線傳輸方式實現每個節點溫室環境控制器與管控計算機的組網和靈活的網絡數據傳輸，提高了溫室群控系統的可靠性和靈活性，并大幅度降低了成本。
2.2藍牙通信技術藍牙（Bluetooth）技術是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，其實質內容是為固定設備或移動設備之間的通信環境建立通用的近距無線接口，使各種設備在無線連接的情況下，能在近距離范圍內實現相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHzISM頻段，而且不容易受到外界干擾源的影響。杜輝等（2005）[15]將藍牙無線通信技術和現場總線技術相結合用于溫室群控，環境傳感器與溫室現場控制器之間通信采用藍牙技術，而溫室現場控制器與中央監控計算機的通信使用CAN總線的方式，以提高系統的可靠性、抗干擾性以及靈活性；并以藍牙芯片EricssonROK101007和CAN總線為例，闡述了基于藍牙技術的分布式溫室氣候監控系統的硬件與軟件設計方法。Kim等（2008）[16]利用無線傳感器技術設計了一個定點精準線性移動灌溉系統，該系統采用藍牙技術實現無線傳感器網絡與基站的通信,并利用GPS技術定位灌溉點。黃曉鵬等（2008）[17]設計一種基于DSP和藍牙無線傳輸技術的分布式沼氣加熱溫室控制系統，環境傳感器與現場控制器的通信采用了藍牙技術，采用的DSP處理芯片具有CAN總線功能，克服了溫室內部管道和線纜布置復雜以及線纜容易老化、損壞的缺點。賈海政等（2009）[18]基于藍牙技術設計了一套溫室溫度自動檢控系統，測溫點與執行機構(加熱器、通風窗)實現無線連接，系統根據作物不同時期對溫度的需求，將溫度控制在適合作物生長的最適宜溫度區，使作物快速、高效生長，提高經濟效益。
2.3無線WIFI技術/無線局域網WLANWIFI（WirelessFidelity）網絡,符合IEEE/802.11b協議，是由AP（AccessPoint）和無線網卡組成的無線網絡，組網方式較為簡單，主要優點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠。為管理一組溫室，Serodio等（2001）[19]開發了一個分布式數據采集和控制系統，并將多種技術用于數據通信。在每個溫室內，底層傳感器與控制器的連接采用頻率為433.92MHz的無線局域網（wirelesslocalareanetwork,WLAN）。Mizunuma等（2003）[20]開發了一個可以在大田和溫室使用的基于WLAN技術的作物生長監測系統，并實現了遠程控制，他們認為遠程控制策略可以極大提高產量和降低勞動量。馬增煒等（2011）[21]設計了一套以集成了WIFI功能和ARM內核的智能溫室環境控制系統，實現了通過無線網絡對智能溫室內溫濕度、光照和CO2濃度的采集、匯總、顯示和記錄。Otoniel等（2012）[22]提出了一種自動監測系統,基于一個低成本WIFI技術的圖像傳感器，周期性的捕捉和發送農田作物的病蟲害信息到遠程控制站。溫室監控系統充分利用現有普及的WIFI網絡資源，有效地提高了無線網絡的通信距離和覆蓋面積，具有成本低、普及性好、兼容性強、傳輸帶寬、傳輸速度快、標準化等優點。
2.4GPRS/GSM通信技術GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分組無線服務）是一種分組數據承載業務，具有實時在線、按量計費、快捷登錄、高速傳輸、無距離限制等優點，廣泛應用在手持式儀器設備、農業物聯網等領域。Mancuso等（2006）[23]在一個番茄溫室中設計了一個監控系統，采用無線傳感器網絡對空氣溫度、相對濕度、土壤溫度等進行測量；并開發了一個基于WEB技術的植物監控應用。當測量快速變化時，報警信息就會通過短消息服務（SMS）或GPRS方式發送到溫室管理者手機中。孫忠富等（2006）[24]針對農業對象具有的多樣性、多變性、以及偏僻分散等特點，提出了一種基于GPRS和WEB技術的遠程數據采集和信息系統方案，將485總線與數字傳感器連接，并與監控計算機構成溫室現場監控系統，利用GPRS無線通信技術建立現場監控系統與互聯網的連接，將實時采集信息發送到WEB數據服務器。李莉等（2009）[25]設計一種結合嵌入式技術、無線傳感器網絡技術的溫室環境信息采集與監測的系統，系統控制終端基于ARM9和嵌入式Linux操作系統進行設計，用于溫室環境數據的接收、實時顯示和存儲，通過GPRS方式實現與遠程管理中心的通信。張西良等（2010）[26]構建了三層次無線傳感器網絡系統，將短距離無線傳感器網絡通信技術與遠程GSM網絡技術相結合,以實現無線傳感器節點和遠程管理計算機之間信息高效無線傳輸。Antonio等（2011）[27]提出了一個基于無線傳感器網絡技術的農田信息的數據采集系統，該檢測系統由GPRS網絡與集成檢測電路構成，通過傳感器和GPRS通信模塊實現數據采集和傳輸，滿足了作物信息實時獲取的要求。GPRS通信方式適合遠距離并且不具備有線網絡的情況下的數據傳輸，采用包交換的優點是在有數據需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的數據量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式。
3常用通信技術比較
上述6種作為溫室監控系統常用的通信方式各有特點，在不同的應用場景下可以發揮各自優勢，揚長避短，也可以將這6種通信方式進行組合，達到高效、遠程傳輸的目的。常見的是適合近距離的通信方式和遠距離傳輸的GSM/GPRS結合，劉士敏等（2013）[28]設計了針對溫室大棚中溫濕度、CO2濃度、光照強度和土壤溫度等參數的無線實時監控系統，采用WIFI技術的無線傳感器網絡對環境參數進行采集，當超過預先設定的閾值時，可以通過蜂鳴器報警和GSM短信息報警。李穎慧等（2013）[29]設計了基于ZigBee的營養液電導率實時測量自組織網絡，同時系統集成了GPRS模塊，實現了營養液電導率與溫度信息的遠程傳輸與監控等功能。有線通信具有高可靠性、速度快、穩定等優點，但布線繁瑣、成本較高。無線通信方式具有設備移動性好、不需或只需少量布線的優點，但存在易受環境影響和延遲較大的不足。從發展角度而言，WIFI網絡因具有帶寬較寬、傳輸速度快、兼容能力強、抗干擾能力強等優點[30]，將會成為設施農業溫室監控系統重要的信息傳輸方式，也將是溫室信息傳輸技術的重要研究方向。
4結語
關鍵詞智能交通系統、電子監控、行車記錄儀、車輛定位、無線視頻網絡傳輸、車載硬盤錄像機
0引言
隨著智能交通系統（IntelligentTransportationSystem，簡稱ITS）在大中城市的推廣和電子監控技術的飛速發展，公交管理部門不但需要了解車輛所在位置和車輛行駛狀況等信息，還希望能獲取現場的圖像，直觀地了解車輛運營情況，這要求公交車有一個完整的電子監控系統。
公交車電子監控系統結合了行駛記錄儀、GPS定位系統、車載數字視頻監控等功能，采用下列先進技術：汽車電子技術、數字視音頻編碼技術、衛星定位技術、無線網絡傳輸技術、惡劣環境下大容量數據存儲技術等，為城市公交集中調度管理和遠程視頻監控提供完整的解決方案。公交車電子監控系統不但是城市智能交通系統的重要組成，也是城市治安監控系統重要的補充。
1公交車電子監控系統
公交車電子監控系統由車載終端機、無線網絡傳輸系統、中心調度管理平臺等幾部分組成。
系統組成結構如下圖所示：
1.1車載終端機
車載終端機對視頻信號、GPS衛星定位信號、行駛記錄儀和報警信號進行采集、分析、處理和保存，重要數據實時上傳至管理中心。
公交車電子監控終端機主體是車載硬盤錄像機，硬盤錄像機將前端攝像機采集的模擬視頻信號進行數字編碼壓縮、存儲，并接入GPS接收機和車輛行駛記錄儀相關數據統一存儲在硬盤中，重要數據可實時上傳，歷史數據可備事后調查使用。
1.2無線網絡傳輸系統
無線網絡傳輸子系統作為整個系統的神經網絡，負責終端到中心的數據傳輸。車載終端對采集到的數據分析整理后，通過無線網絡傳輸系統的平臺將車輛行駛信息、GPS定位信息、車內視頻圖像等網傳至調度管理中心，供管理人員調度使用。
1.3中心調度管理平臺
中心調度管理平臺由管理服務器、流媒體服務器、GIS電子地圖服務器、調度服務器、存儲服務器等組成。對車載終端機和指揮中心主機進行統一管理，系統還可接入公安110指揮中心，在發生重大事件時可及時上傳相關數據，供相關領導及時做出判斷決策。
2公交車監控相關技術的發展趨勢
公交車監控結合了多項先進的電子技術，包括衛星定位技術、數字視頻編碼技術、惡劣環境下大容量數據存儲技術、無線網傳技術和娛樂節目廣播功能等。
2.1衛星定位技術
車載終端機將接收到的全球衛星定位系統GPS（GlobalPositionSystem）的定位信息通過無線網絡傳輸系統定時發送至公交調度管理中心，車輛調度管理人員在指揮中心可獲取公交車輛的行駛軌跡、速度和方向等信息，并做出調度決策。
2.2數字視頻編碼技術
數字視頻編碼算法從最早的MPEG-1發展到目前的MPEG-4和H.264。車載監控對視頻數據編碼壓縮比要求高，采用最先進的H.264編碼技術比MPEG-4
壓縮效率提高30％以上，是目前最優秀的編碼方式，適用于低碼流下的數據存儲和窄帶寬（如：無線網絡環境）下網絡傳輸。在CDMA無線網絡環境下使用H.264編碼技術，可實現CIF格式（352×288）的圖像每秒4～6幀的視頻圖像效果。
隨著硬盤容量的不斷增大，錄像時間和內容也越來越長、越來越多，三路視頻錄像CIF格式使用160GB的硬盤可使用15天左右，在硬盤錄滿后還能對錄像進行覆蓋，循環使用硬盤空間。
2.3惡劣環境下大容量數據存儲技術
公交運行在顛簸、振動的環境下，對數據存儲非常不利。目前，國內外硬盤錄像機廠家針對硬盤減振問題主要使用橡膠、彈簧等原料做成的避振器械對硬盤或整機進行減振；也有的廠家在機械減振的同時加入電子減振功能，即在機械減振的基礎上，使用電子振動感應器獲取外部沖擊信號，收到沖擊信號后驅動硬盤磁頭部分復位到安全區域，避免振動對硬盤的損壞。采用對硬盤進行減振處理或使用抗振效果好的FLASH閃存，可達到數據安全存儲的效果。
2.4無線網傳技術
由于公交車移動范圍大，需要車載終端具備無線網絡傳輸功能，將實時定位信息和視頻圖像傳輸至指揮中心，同時駕駛員和中心可通過無線傳輸模塊的語音功能進行交互。目前，可提供的無線網絡平臺有中國移動的GPRS/EDGE網絡和中國聯通的CDMA網絡。下表對運營商的無線網絡傳輸理論速度進行比較：
無線網絡傳輸理論速度比較表
傳輸方式理論上行速率實際測試速率
GPRS85.6Kbps≥20Kbps
CDMA153.6Kbps≥60Kbps
EDGE118Kbps≥50Kbps
從上表來看，目前運營商的無線網絡速度不是很高，只能傳輸單幀或低幀率（2～6幀）的視頻流信號，視頻圖像流暢性不好，管理中心只能從低幀率的圖像獲取車輛基本運營情況，并做出相應的判斷。在未來3G網絡建設完成后，隨著網絡速率提高，視頻圖像效果將會得到成倍的改善。
2.5娛樂節目廣播功能
車載終端可以使用剩余的硬盤空間進行娛樂節目廣播，5GB的硬盤空間可記錄20小時以上的視頻節目。不少車載硬盤錄像機廠家在產品中加入了娛樂播放功能，利用多余的硬盤空間存儲錄像節目，為公交公司提供公交車內廣告和娛樂節目播放，做到一機多用，以提高設備利用率。
3小結
公交車電子監控系統將分散的多個子模塊集中到一個平臺上進行統一管理，全方位地監控公交車運營情況；公交調度管理人員利用該系統可直觀的了解車輛上運行狀況，并可調用視頻圖像和語音對講功能和司機進行交流。該技術既節約了公交公司電子附加設備的支出，又減少維護管理人員，還可利用車載機的娛樂節目播放功能播放廣告以提高公司收入。
公交電子監控系統具有良好的社會效益，安裝電子監控系統的公交車發生搶劫、盜竊等事件時進行實時報警，將視頻圖像直接上傳至110指揮中心，公安部門可以盡快部署警力以應對突發事件。公交電子監控系統可增強乘客的安全感，對公交車輛上的犯罪行為起到威懾作用。
參考文獻
隧道施工與傳統建筑有著較大區別，具有一定的特殊性，隧道施工中安全事故具有危險性大、突發性強、容易發生傷亡事故等特點，是事故多發的行業。造隧道施工安全事故的原因有很多如:施工條件惡劣，施工過程中有較多手工勞動和繁重體力勞動。高強度的體力勞動下，身體易疲勞，精神也無法長時間集中，施工人員在這種情況下進行作業，很有可能引起安全事故的發生。并且隧道施工中涉及到大型機械設備的使用，如不按照相關操作流程進行操作，極易導致安全事故的發生，并且人工隧道易對周邊地質造成破壞，因此施工中也可能出現塌方、落石、蹦塌等現象，十分危險。另一方面，隧道施工現場如設備管理不當也會引發安全事故。因為隧道施工中需要的用電設備較多，布置又比較分散凌亂，并移動頻繁，很多機械設備均為導體，如管理不當易發生觸電事故，危及施工人員人身安全。隧道施工中處處存在隱患和危險，避免安全事故的發生，安全管理至關重要，只有保障安全管理的有效性，才能將安全管理工作落到實處，為隧道施工創造有利條件。隧道施工安全管理是規避安全事故發生的重要手段，但傳統隧道施工安全管理監控手段過于落后，監控效果并不理想，安全事故發生時不能及時發現，無法有效發揮隧道施工安全管理職能。信息化監控技術利用傳感器采集數據信息，利用視頻監控系統實時掌握施工現場情況，并進行全天候監控，監控過程更加直觀，實現了施工安全管理的智能化、科學化、信息化。從整體上提高了施工安全管理效率和有效性，加強信息化監控技術應用意義重大。
二、信息化監控技術在隧道施工安全管理中的運用
(一)隧道施工人員定位系統
隧道施工人員安全定位系統是利用物聯網技術，監測和監控施工人員具置，確保施工人員人身安全，隧道施工人員定位系統能夠實時、精準的掌握各區域施工人員的情況，并將其反饋到監控中心。安全管理工作中人員就可以隨時了解到施工人員的分布及走動情況，以便于利用遠程技術對施工人員進行有效的管理和指示，另外，定位系統還能起到考勤的作用，能夠直觀反映到崗情況。在發生安全問題時，監控中心就可以根據定位系統所提供的員工分布，對施工人員采取救援，并指揮員工采取相應措施，提供救援效率。隧道施工人員定位系統需要應用到無線傳輸網絡、定位軟件、感應芯片、讀卡器等等。隧道施工安全管理對施工人員定位必不可少。
(二)有害氣體監控系統
由于隧道施工不同于建筑施工，多在封閉狹小昏暗的空間中，空間內的空氣質量直接影響著施工人員安全，由于隧道施工過程周邊地質結構將受到破壞，所以在施工中，難免會產生有害氣體，這些有害氣體一旦積聚到一定濃度，很有可能會導致施工人員中毒、窒息，甚至引起爆炸。另一方面，除了自然生產的有害氣體外，施工中所使用的機械設備在運作時，同樣會排放多種有害氣體，威脅施工人員身體健康。由于隧道施工空間的封閉特點，這些氣體十分容易積聚，為了保障施工現場安全，監測施工現場有害氣體至關重要。信息化監控技術下的有害氣體探測器，實現了實時空氣信息采集，根據施工現場實際情況對現場有害氣體濃度和含量做出分析，并反饋到監控中心，如有害氣體達到危險標準，便立即發出警報，監控中心便可根據監測到的數據，采取相應措施，指導施工人員的撤離和疏散。
(三)語音雙對講系統
語音雙對講系統是信息化監控技術下安全管理的常用工具，能夠保障安全管理人員能夠實時與現場保持聯系。雙語音對講系統通過無線或有線通信手段連接監控中心，保障通話的暢通。安全監控管理人員可通過語音對講系統遠程或通知施工流程安全，如發生緊急情況，可輔助指導施工人員的快速疏散，保障施工人員疏散的秩序，是隧道監控施工安全管理的主要手段之一。
三、結束語
1監控范圍
利用現代化電子監控技術和安全生產預警系統機制，煤炭企業能夠隨時動態掌握監控其所有生產管理狀態，也就是所其監控范圍極為全面詳細。人工安全員進行安全檢測都只能進行局部點的檢測，無法實現全面動態監控掌握，然而煤炭瓦斯泄露爆發也通常都是由點出發，逐步導致事故發生的，人工檢測就很難檢測出來，也就無法杜絕事故的發生，尤其檢測不及時就會錯過疏散時間，而利用該監控預警系統就能夠對整個作業環境進行實時、有效、詳細、全面的自動檢測和自動分析，有效實現了眼觀四路耳聽八方的效能。
2及時通知功能
當前煤礦作業模式都是多個工作面和采煤區連續作業，不同工作面距離很遠，甚至部分工作面不同巷道距離也較遠，因此如果某個工作面或者巷道發生安全事故就會影響波及到其他巷道和工作面員工，其他工作人員就容易在一無所知的情況下繼續工作，屆時再進行疏散逃命也就來不及，而煤礦監控預警機制和系統廣播功能就能夠及時準確通知某個工作面工作異常狀態，從而有利于其他工作面作業員工及時洞察安全事故，快速反應疏散，從而減少企業人員傷亡和經濟損失。
3自動監控設備的擴展
一般煤礦井下各種電氣設備較多，不少設備發生故障也很難立即察覺，有的設備故障發生察覺后進行事后維修也較難，而利用其監控預警系統就能夠借助現場總線路來及時監控記錄重要設備運行狀態信息，有利于及時排除預警故障設備及故障設備點，有利于設備的快速及時有效維修，從而切實保障企業安全穩定高效生產。此外其生產現場總線建立后，就可以利用新的、先進的監測設備來隨時升級擴展，如其現場無線廣播設備、圖像監控系統等等都能夠隨時接入并升級，能夠有效與時俱進，完善企業完善生產管理裝備。
4事故分析與防范
由于該安全生產管理監控預警系統能夠全程洞察企業生產動態數據，其歷史性和實時性的信息數據就能夠幫助安全生產管理人員全面掌握事故前后各點工作運行狀態和所有相關完整信息，使得安全生產管理人員能夠及時有效尋找事故源頭和事故發生原因，從而就能夠針對性采取搶救措施，也有利于工作人員總結經驗，并結合全部礦井全年不同季節、月份、氣候下瓦斯活動變化規律，從而科學有效提出事故預防措施和應急機制。此外由于現代工業技術和科學技術的發展，煤礦企業安全生產領域所需的現代電子監控系統和設備成本較低，只需要普通計算機、傳感器和現場總線，成本都不高，然而其組成的地面監控系統、安全管理預警機制等所起到的作用卻十分巨大，能夠有效防范事故發生，從而間接為企業節省了大量的財產資金，也減少了企業人員傷亡損失。
5結束語
傳統的電力監控系統所使用的是有線通信技術，雖然該技術性能更好，但是并不適合城市電力監控系統的建設。而且所需要花費的資金較高，在任何一段線路出現問題就會導致整個監控系統無法正常運轉，那么在這種情況下就要發展無線通信技術。以往電力監控系統的通信主要分為三種，首先是利用電力線載波通信技術，其次就是利用電纜和光纖實施通信。最后就是利用大微波技術實現通信。但是這三種通信方式都有其缺陷，例如電力載波通信技術需要電網要達到35kv以上，但是在電力監控系統中主要是監控城市的用電情況，而城市的電網電壓通常是10kv，所以電力載波技術室無法運用在電力監控系統中的，通常電力載波技術是運用在長途電力監控系統中，因為長途輸電電網中的電壓都超過了35kv。而通信電纜和通信光纖雖然通信質量較好，但是相應的其建設資金也較高，而且城市電網的建設速度較快，通信電纜和通信光纖無法及時加快建造步伐。另外還有不少城市為了保證城市形象就使得一些電力設施進行改造，即通信電網建設在地下，那么通信電纜和通信光纖也要隨之改道，這樣無形之中又增加了電力監控系統建設的成本。所以這種方法也沒有得到較多的運用。大微波通信屬于無線通信技術在電力監控系統中也得到了較多的運用，不過運用的范圍有限，因為大微波技術受到微波傳輸特點的影響一般運用在長距離的輸電線路監控系統中，并不適合城市的電力監控系統。城市電力監控系統的建設對于城市居民用電有很大的影響，但是電力監控系統中最重要的通信技術沒有得到較好的解決。而無線通信技術則可以處理電力監控系統中的通信難題，無線通信技術不僅傳輸的速度較快，而且在數據的傳輸過程中不需要通信電纜，信號更為穩定、質量也更高。
2無線通信技術在電力監控系統中的應用
目前電力監控系統中的無線通信技術主要采用的是ZigBee技術，ZigBee技術適用于近距離的電力監控系統，可以進行雙向通信。
2.1快速的傳輸數據
電力監控系統需要快速的數據傳遞，這樣才能夠在終端計算機上對電網進行控制，ZigBee技術的優點之一就是傳輸的速率較快，電網的運行狀態是瞬息萬變的，如果采集設備所采集到的信息不能夠及時的傳遞給終端計算機，那么電力工作人員就無法快速的得知電網的實時運行動態，從而無法對電網進行管控。
2.2提高了工作效率
電力監控系統更大限度的加快了電力部門的工作效率，使其能在電力故障發生之后迅速的反應，并排除故障。但是在沒有運用電力監控系統之前是無法實施快速的檢修與搶修。因此在電力故障發生之后會造成較大的經濟損失。電力監控系統可以很好的改變電力故障中存在的問題，使得電力工作人員能夠在發生電力故障之后迅速的找出故障位置，快速的消除故障，更大限度的挽回經濟損失。
2.3降低系統建造成本
（一）環境藝術設計中空間意識的概述在環境藝術設計中，環境中實體和空間是構成環境兩個彼此依賴的最為重要的方面，環境設計的主體首先是空間，其次才是創造出適合人類的需求，因此環境藝術的設計者應當著重的認識環境的空間性，在環境藝術教學的環節上加強對于空間意識的培養。空間被分為二維空間和三維空間，甚至還有一種思維空間，在目前已有的環境藝術的建造實例中，繪畫的應用是二維空間，雕塑的應用則是三維空間，建筑物的應用就是思維空間的最佳體現，這些空間意識已經是構成了環境藝術設計的基本元素，由此可見環境藝術的重要性。在環境藝術設計中，空間具有多種的表現形式，構成空間的形式也是多種多樣，因此建筑藝術空間成為了環境藝術的主體，并時刻表現在環境設計的教學之中，因此培養學生的空間意識主要是培養學生具有多維空間的意識以及不同的空間屬性整合后的空間意識。
（二）環境藝術空間的特征
1.環境藝術空間的真實性在美術藝術手法的多重表現之中，工藝美術、繪畫以及雕塑都是造型藝術中較常見的審美形象，在表現形式之中是以實體的形式存在的，這些藝術表現形式在創作的過程中最主要的就是要體現出作品中的逼真性和感染力，努力的展現出空間感，但是在真正的環境藝術設計中，所具有的空間感是真實的，而不是通過不同的藝術手法展現出真實的空間感，也只有環境藝術才可以突出表現出空間性審美特征，倘若僅以平面的照片或者是圖畫是不可能使得環境藝術展現出生機勃勃的精致以及整體空間氣勢與空間意境，這些都不符合三維空間中對于藝術的追求，所以環境藝術設計的空間感的真實性是提升環境空間感重要性的一點。
2.環境藝術空間的固定性環境藝術的設計創作必需在真實的地質之上，一旦環境藝術的設計被敲定，環境藝術的裝飾品被制作成功之后，就是不能隨意的在空間范圍內移動，受到空間范圍內的因素制約比較多，因此在進行環境藝術的設計時，為了保證環境藝術設計在完成之后具有較強的審美性，就一定要使得環境藝術設計中的涉及到的街道、建筑、公園甚至是一座廣場，都受到特定的空間的制約，因此要與周圍的環境保持著各種的聯系，在環境藝術的設計中保持環境藝術空間審美的固定性特征。只有妥善處理好設計作品與周圍大環境之間的關系，才可以成功的創造出環境的藝術設計的意境，達到預想的效果。
二、在環境藝術設計教學中空間意識的鍛煉學習方法
（一）學會在多媒體技術的應用中創造出空間的情景由于環境藝術設計中，設計者一定要掌握環境的空間意識，所以空間意識的培養就成為了環境藝術教學中的重點。為了使得學生充分的認識到空間意識的重要性，環境藝術界內的專家認為首先要為學生創造一個空間意境，使得環境藝術的學習者可以通過聞、摸、嘗、聽以及看等感官感受中增強對于空間的感知。在現代技術中，多媒體技術在教學中的使用是最常見的，在環境藝術教學中對于創造空間意境也是相當容易的，使用多媒體技術進行情境創設，設計環境空間情景，在這一過程中學生一定要學會通過感官的感受體驗環境的空間意識。
（二）加強實踐教學，增強學生的空間體驗在環境藝術設計中，教師教育學生產生初步的空間感并不是一件十分困難的事情，但是如何使得學生合理的利用空間感進行環境設計，使得環境展現出更高的藝術性則是一件十分困難的事情，因此，為了使得學生更好的掌握空間意識，更合理的在環境設計內展現出空間感，所以一定教師應當在課堂上通過多媒體圖片或者是視頻調動學生們的積極性，在這一過程中，學生們應當積極地參與到空間環境內的體驗中，這是學生可以加強對各種各樣環境空間實體的了解，對一些空間造型和特征有一個基本的感知和概念，其次，當教師在課堂教學中開展實踐性的教學的時候，學生應當積極的參與到環境藝術空間觀察、體驗之中，例如教師帶領學生參觀一些著名建筑的設計，進行參觀，布置一些環境藝術設計類的作業，學生可以充分的利用自己的想象力進行設計，讓教師對于學生的作品進行內容點評，在教師的教導之下學生可以充分的認識到自己環境藝術設計作品的不足，學生在教師的點評的過程中逐漸的樹立正確的、合理的、科學的空間意識，提升學生對于環境空間感的實踐教學，提升學生對于空間的體驗，促進學生形成正確的空間意識。
（三）加強學生的眼手心的協調性訓練，提高學生對于空間的把握能力環境藝術的設計主要是設計者在完美的使用眼手心之間的關系而完成的作品，在設計的過程中，眼手心充分的發揮自己的作用：眼睛對于環境藝術創作具有整體的空間感知，對于空間結構以及空間形式的把握具有初步的認識，手對于環境藝術的創作在于對于美術技巧的掌握，也就是接觸材料并進行體驗的制作技能，心則是對于環境藝術創作的一個整體的感知，將藝術創作能錄、個體思想以及個體的主觀意識用正確的方法展現出來，對于眼與手的技能進行加工。當眼手心三者之間的關系得到最佳的協調之后，環境藝術的空間意識就被學生們以最完美的方式展現出來，學生在這一過程中增強了對于空間情感的把握。
三、總結
室外空間是別墅區別于普通住宅的最大優勢，因此也是別墅規劃設計中的重要部分。由于別墅市場的多樣化，各種容積率的別墅規劃設計使得別墅具有豐富多樣的室外空間模式。室外空間作為別墅的一個不可分割的部分，提供給人們的別墅感覺可能更重要。別墅室內的空間是兩層、三層，跟城里面的復式住宅沒有什么區別，而別墅建筑之外的環境，卻能使自己真正置身于私家花園，享受到清新自然的優美景色。如何使別墅的室外空間更好地滿足不同人群的需要，更好地和室內空間配合，是設計師需要周詳考慮的問題。
早期的包括現在的一些別墅規劃設計更注重單體本身，戶型本身，講究它的豪華氣派，室外空間質量往往容易被人們忽視，以為在庭院中有養花弄草、挖池疊石的余地就足夠了。實際上這只解決了庭院有無的問題，還沒達到庭院私密性的營造和使用功能細化的層面，更不用說上升到藝術性的高度了。在室外空間的設計中，更需強調其在水平方向和垂直方向上的延伸和滲透，既要照顧陽臺、露臺、庭院之間的關系，也要考慮庭院空間區域的使用功能和空間效果。再就是室內外空間的融合。同時，相鄰別墅的室外空間之間互相影響，即便是私有庭院，也要與小區景觀空間體系相協調。
而作為一個完整的別墅來講，它的室內生活空間跟室外空間應該是統一的，密不可分的。可能室外空間看起來是足夠的，但是要把別墅當做生活空間考慮，而不是作為財富炫耀載體來看，它的室外生活空間相當重要，這樣對它的設計，包括它的私密性，有效利用空間大小等方面的考慮更具有實際意義。
1不同的使用人群對空間要求不同
別墅作為高端住宅的統稱，從最高端至最低端之間，應該有一個過渡產品。這些產品針對不同的客戶群體，決定別墅市場多樣化，而且更多的劃分出不同層次。不同的人群有迥異的生活方式和觀念。生活方式對戶型的影響，在普通公寓和別墅產品中效果完全不同。普通公寓住宅是求大同、存小異。而別墅由于室內外空間的充足和靈活，則是求大異、存小同。人們選擇別墅，也就是選擇了一種新的生活方式。同樣，開發設計別墅，也就是設計一個適應于新生活方式的容器。
別墅規劃之初，應該詳細研究其可能的客戶群的特征，了解其生活習慣、文化觀念、價值取向乃至精神追求等人文因素，還有使用特征、消費特征等諸多方面。如，在北京市高端別墅市場需求調研分析中，在針對度假物業使用時間的調查中發現，有83％的受訪人群每月使用一次以上，其中，每周使用一次的受訪者達到28％。周末前往度假型物業居住，已經成為他們郊外休閑娛樂的重要選擇。在針對度假物業使用人群的調查中發現，有92％的受訪人群喜歡10人以下一起度假。這些度假的人群同時喜歡用小范圍內的聚會來和大家分享閑暇時光，因此更注重室內公共空間。而對于把別墅作為第二居所的人群來說，他們購買別墅是為了享有更高品質的生活，因此比度假型人群更注重私有的庭院和周邊的自然環境，注重回歸自然的精神境界。必要而詳盡的調查有助于把握整體的空間設計。
2別墅室外空間的私密性
以往很多別墅室外空間是規劃后剩下的空間，本身私密性和功能沒有考慮周到，只是有了庭院的面積，可以養花種草，但是這樣的空間經常無法保證業主在使用的時候可以避免干擾。在別墅規劃階段開始，就應該對室外空間作出統一考慮，如何保證庭院的私密性，又要保證在庭院之中對外面的良好的視線。
很多人仍懷念四合院的特點，實際上四合院的特點就在于它提供了一個特別具有私密感的室外生活空間，它的以家庭院落為中心，街坊鄰里為干線，社區地域為平面的社會網絡系統，符合中國人特有的傳統文化觀念，這一點是四合院特有的，也是中國的特點。住在四合院，人與人之間能產生一種凝聚力與和諧氣氛，同時有一種安全穩定感和歸屬親切感。
獨立住宅的最不利間距在六米左右，既不利于側窗的開設也不利于側院的使用，遺憾的是，目前獨立住宅大多數項目恰恰如此。宅間距離要么遠些、要么近些。調整臥室的位置與良好的社區規劃布局，能有效改進獨立住宅的私密性。從設計上分析，獨立住宅的間距應在六米的基礎上，適當擴大，利用樹木綠籬等元素提高私密性；亦可把間距適當縮小，使相鄰住宅開窗的錯位更明顯，也可提高私密性。獨立住宅設置寬敞的屋頂露臺，是目前開發商增加賣點的重要手段，但過多地設計不合理的露臺和陽臺使獨立住宅產生視線干擾。獨立住宅應強調“地平線的生活”，即生活空間向地面層集中，過多的露臺陽臺的設置與這種精神并不吻合。設計應該盡量保證地面層室內外生活空間的私密性，不要一味效仿西方建筑，更應關注獨立住宅的精華空間——地面層。
3別墅室外的鄰里空間
3.1鄰里空間
居住空間不僅僅是城市地域空間內某種功能建筑的空間組合，還是人們生活、居住活動所整合而成的社會——空間系統。居住空間從其本質上而言是一種社會空間，城市居住社區是一個由家庭、鄰里等基本單位整合而成的社會、空間統一體，其中家庭是最基本的組織單元，若干具有密切交往和穩定交往與互動的家庭就形成鄰里，若干個鄰里的有機整合就形成了復雜的社會、空間系統，即居住社區。鄰里住戶間的關系變化很大，有些地區鄰里住戶間只是點頭、打一下招呼而已；有些地區關系很近，經常有交談、互相幫助；有些婦女還經常在一起議論、交換信息，有時某家出了事，鄰居們也會去安慰照顧。一般在出現危機的情況下鄰里住戶間為保衛共同利益，互相間的關系達到。Keller于1968年在《城市鄰里》一書中提到鄰里活動的內容：在危險情況下能互相幫助，交換信息，尤其是與大家的共同利益有關的話題。鄰里住戶間接觸的頻率城里比鄉下低得多，城里的鄰居住戶可能在家中、在街上、在社區設施中，如學校、商店相遇。而別墅相對于普通住宅，其鄰里關系更弱，可能社區別墅作為人的居住空間同樣需要鄰里空間，但是和一般居住區的鄰里空間有所不同，需要更注意到各住戶之間的私密性。既要積極創造適合鄰里交往的空間，又要絕對保證住戶不受干擾。
3.2如何通過設計營造別墅中的鄰里空間
別墅的鄰里空間在設計中常被忽視，比起鄰里關系，設計者們往往更注重私密性。但隨著時代的發展，購買別墅的客戶群已經在意識形態和觀念上有了很大的變化，已經從過去簡單的追求到了現在非常高的要求，他們都與朋友、與鄰居共同交流，共同分享他們成功的喜悅。因此買一棟別墅不僅僅是買一棟房屋，更重要的是買到一群與自己經歷相似，志趣相投的朋友作鄰居，在一個溫暖的、親情的鄰居氛圍進行交往。這是別墅市場最近的發展趨勢，所以應該有全新的組織空間形式滿足他們的要求。應該在設計中有意識地采取不同的鄰里空間模式，特別注重小群體的營造。
要制造鄰里關系就應有靈活的規劃布局，平行的鄰里關系就不會太近，比如一大排房子，出門就是大路，人們在不碰到對方的時候，鄰里關系就自然不親切，就比較獨立。而獨立的房子圍合起一個共用空間后，情況就改觀了，只要處理好視角和透視關系，就會感覺鄰里更親近。
營造鄰里氛圍首先就應該有人們愿意置身其中的室外環境，只有停留才有可能發生交往，才有可能產生鄰里關系。鄰里空間講究的是場所感，即人對場所的認同度。空間設計應以人的參與便利性為主，如中心庭院的碎石步道、木棧道、淺溪河石、廊架木椅等，設計多種參與景觀的渠道。此外，便捷舒適的社區俱樂部也是營造鄰里關系的一種好方式，在俱樂部中討論的問題可以非常廣泛和實際，這也是營造和睦社區的軟環境，他們甚至可以經常討論一些有關公共利益的東西，從而產生對社區的歸屬感和責任感。當然，這里也需要把握合適的程度。
4室內外空間的過渡
在所有的建筑類型中，別墅是室內空間與室外空間融合得最好的，因為有最多的機會創造豐富多變的室內外過渡空間，同時由于空間的復雜，別墅室內外過渡空間也是最難于處理的一種類型。
由于很多別墅規劃設計中的脫節，規劃、建筑、景觀分別由不同的設計師來完成，就形成了一些盲點、一些空白。比如在建筑和室外相交接的地方，那些露臺、平臺、陽臺、建筑入口處、門斗、雨罩等位置的細節設計，經常是既不屬于建筑師的工作，又不屬于園林師的工作。因而缺乏深入的設計處理。而這些位置對于業主的生活體驗又構成非常重要的一環。在環境行為學的研究中表明，人愿意在半公共、半私密的空間逗留，這樣他可以既有對公共空間的參與感，又能看到外面人群或自然中的各種活動，如在陽臺向遠處眺望、在窗內向窗外看等。好的過渡空間設計能夠極大地提高空間的可利用性與靈活性。過渡空間越充分，越有余地，居家的私密性就越強，也越少外界干擾，同時也越有助于體現業主的身份地位和尊嚴，當然也就越能體現其居住價值。
