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對地面材料為檢測其上有無移動物通過,開發壓力傳感產品。例如地毯中埋入電子基板,不但檢測壓力,也可檢測火災以及用LED的夜間或避難時的引導功能。檢測壓力時多用壓力傳感片。不僅紡織品載有壓力傳感器,而且可用導電纖維的紡織品的靜電容量變化來檢測壓力。
1.織物傳感器的原理和性能紡織品傳感器由經紗、導電經紗和緯紗、導電緯紗構成,壓縮織物時,多層結構織物內部的空間消失,上下的導電紗接觸,上下配置的導電紗間的電路由于接觸,通電的信號變化,以檢測壓力。檢測壓力由于構成織物傳感器的纖維材料可變。織物傳感器的響應性很快為100μs。織物傳感器有一定的頻率(140Hz),受壓力時,到30Hz前檢測壓力大致相同,可觀察其開關的矩形波。織物傳感器的耐久性約100萬次,100萬次后仍可檢測壓力。織物傳感器的特征是織物和傳感器一體化,薄而柔軟,設置簡易。例如計算進出人員系統,已實用。在織造時織物傳感器的傳感區分成幾個,利用各區的壓力檢測順序,也可檢測人通過的方向。
1.2融合電磁波技術非接觸可個體鑒別(信息)有天線的IC芯片,即射頻鑒別(RFID),用于流通及安全領域。利用射頻鑒別有如室內的位置鑒別系統。有導桿移動型(射頻鑒別設置在地面射頻鑒別導桿的位置移動)和導桿固定型(導桿固定,其上射頻鑒別移動)。導桿移動型是預先連接位置信息和鑒別信息,其上移動的導桿認知射頻鑒別,可鑒定導桿的位置,從而掌握具有導桿的人及輪椅等移動體的位置信息,而且可控制自動運行的臺車及機器人等移動體的位置及其路徑。導桿固定型可用于掌握大量人及物的進出,已實用。
1.2.1射頻鑒別導桿移動系統用紡織品為開發射頻鑒別紡織品,一是將射頻鑒別體結構成紗,再制成織物;二是將射頻鑒別體印在地面材料。例如開發貼合射頻鑒別體的帶,并開發將帶緯向引入的織機,制成2.45Hz帶、高頻帶(13.56MHz)及超高頻帶的三種射頻鑒別紡織品。射頻鑒別方法制品可涂層、貼合或加工于地毯。最近開發射頻鑒別體配置于直徑1.5mm以下的單絲,可用通常紡織機械加工。例如輪椅下部裝有射頻鑒別導桿、無線通信系統、電池,射頻鑒別導桿讀取的信息,看顯示輪椅的運行軌跡。
1.2.2射頻鑒別導桿固定系統用紡織品射頻鑒別導桿固定時,導桿設置于建筑物或與地毯等一體化。例如暖簾中有射頻鑒別導桿,以管理人進出。
1.2.3用于通信系統關于微波以上頻率的電磁波密閉于二維媒體來傳輸信號的通信和供電的研發,可用作紡織品的無線充電系統,如手機放在地毯上即行充電。
1.3發電紡織品的開發一般的陽光發電紡織品多是將太陽能電池片載在紡織品表面。現在開發紗狀太陽能電池,制成發電紡織品。例如利用球狀太陽能電池,開發太陽能電池紗,織成發電織物。又有機薄膜太陽能電池的能轉換效率已達到10%,可利用印刷技術加工紡織品。又如LED紡織品有待開發。
2射頻鑒定紡織品的發展概況
射頻鑒定RFID用于產品的庫存管理等。今開發許多射頻鑒定元件織成的紡織品。作為位置鑒定系統的部件,利用已開發的IC標記紗,在織物內連續配置射頻鑒定元件而織成。
2.1射頻鑒定織物的織造2.45GHz帶的射頻鑒定元件按一定間隔(10cm)排列的IC標記紗(3mm寬)作為經紗。以一定張力送出扁平經紗,并用扁平綜絲,由劍桿織機織成。射頻鑒定元件按10cm間隔配置的IC標記紗,按10cm間隔用10根經紗織成射頻鑒定密度為100個/m2,長為50m織物。
2.2射頻鑒定織物的染色、涂層射頻鑒定織物經染色或涂層后,射頻鑒定元件無損壞。而且織成地毯也無損壞。
2.3射頻鑒定紡織品用數據庫的開發為用于位置鑒定系統,需要各射頻鑒定元件的鑒定信息和各射頻鑒定元件的位置信息有關的數據庫即路線裝置。開發的路線裝置可用于驗布時,路線數據結合鑒定信息和織物內的位置信息。
2.4位置鑒定系統的開發利用射頻鑒定元件的位置鑒定系統,可檢測輪椅的位置。載射頻鑒定裝置的輪椅,在射頻鑒定元件的地毯上移動時,讀取鑒定信息,并由路線數據庫取得位置信息,傳輸到個人電腦等。
關鍵詞:橋梁工程;施工;質量問題;應對措施;現代測繪技術
中圖分類號:U445 文獻標識碼:A
一、橋梁施工中常出現的質量問題及其成因分析
1.1橋梁出現裂縫
道路橋梁出現裂縫不僅會影響結構的美觀和正常的使用,而且會削弱橋梁結構的強度和剛度,從而導致工程事故的發生。這其中除了是橋梁混凝土原材料質量差等原因,還有一部分原因是施工人員沒有合理使用混凝土造成的,如:沒有對混凝土強度等級加以重視,使混凝土曝露時間過長從而導致混凝土受潮變性;在施工過程中對混凝土的配合比沒有達到規范要求,只憑個人經驗不按標準規定隨意配比
要進行溫度裂縫計算,采取隔熱設計;考慮混凝土結構所處的位置,選擇合理的混凝土強度等級;對混凝土配筋率采用適當的計算模式,從材料性能方面和結構形式方面采取有效的綜合措施;加之以合理的施工工藝,按設計好的混凝土強度等級要求進行施工,控制水泥用量及水灰比,重視混凝土振搗技術,計算好拆模時間,選用一定份量的外加劑和摻合料,遇到高溫天氣時使用井水拌制混凝土,這樣可以降低澆灌溫度。
1.2橋梁鋼筋銹蝕
鋼筋的使用壽命與橋梁的使用壽命密切相關,橋梁鋼筋出現銹蝕的話會嚴重危害道路橋梁的使用壽命和安全。影響鋼筋銹蝕的因素有很多,如原材料、環境、施工等,以及其他諸如鋼筋應力狀態等因素也會導致鋼筋銹蝕。
橋梁鋼筋銹蝕的機理很復雜,因此道路橋梁鋼筋防腐是一項系統工程,需要諸多措施綜合治理。施工工人在建設道路橋梁過程中就要加強橋梁鋼筋防護意識,要使用涂層鋼筋,這種鋼筋就是在普通低碳鋼表面加上防腐涂層,使其與腐蝕性環境隔離開來,這樣就能達到普通低碳鋼防腐目的。此外,施工工人還可以使用電化學防護法阻止橋梁鋼筋銹蝕。要加以強調的是,施工工人在加強橋梁鋼筋防腐的同時要注意跟當地的實際情況結合起來,要根據道路橋梁的政治經濟地位、氣候條件、地理位置等對橋梁進行分級,根據分級篩選符合使用要求的、經濟合理的防腐材料。
1.3局部蜂窩、麻面和氣泡現象的出現
造成這種現象的結果,主要是使混凝土結構大大降低了結構的嚴密性,其疏松的結構強度幾乎降低到最低點,在使用過程中其承受能力極大地減少,并且容易遭受腐蝕而造成重大的損傷,嚴重地降低了工程的承載力和耐用性。造成這種現象的原因大體有以下幾點:
在施工時,不按照標準要求進行配比,施工工藝差,在操作上不按程序操作,隨機性調整時有發生。在澆筑混凝土后,進行振搗不規范,不均衡,使得振搗不足部位的結構疏松,不密實,在撤膜后容易出現蜂窩、麻面等現象;在振搗過多部位,骨料易下沉,混凝土漿泌于表面,混凝土體中間段(層)砂漿富集,易發生由表及里塑性裂縫和干縮裂縫。對混凝土模加工的精度不夠,或周轉次數多,導致局部變形漏洞,接縫不夠密封而漏漿,從而使骨料間隙無漿,干硬后形成稀疏狀蜂窩現象。第四,從攪拌到澆筑之間的時間過長,混凝土水灰分發生離析,混凝土結構不密實,在澆筑時不加以振搗或振搗不均。
二、如何加強橋梁施工的質量管理
2.1應重視結構的耐久性問題
橋梁在建造和使用過程中,一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕,并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用,同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化,從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化,既影響了使用又增大了經濟損失。
2.2加強混凝土質量管理
首先,施工單位要嚴格按照國家建材標準采購材料,并由始至終地保證水泥材料的質量穩定、不變質,對于大體積混凝土,要采用水熱化低的水泥;其次,在施工過程中,施工工人必須按照強度等級、抗滲等級配比混凝土,還要充分控制好混凝土入模時的溫度,進行分層澆筑以及設計合理的養護措施,通過在混凝土表面覆蓋草席、草簾等確保降低溫度應力,避免混凝土出現溫度裂縫;再次,在澆筑混凝土時一定要振搗充分,尤其是腹板內預應力管道比較集中的地方更要
做到不欠振、不漏振,確保混凝土澆筑密實。
2.3充分重視橋梁的超載問題
汽車超載主要有三種情況;其一是早期修建的老橋超齡負載運營;其二是橋梁通行的車流量超過原設計;另一種是車輛違規超載。前兩種產生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加;后者是車輛使用者違法超載營運,后兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇,甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。
三、橋梁工程中現代測繪技術的應用
現代測繪學是一門具有廣闊應用前景的空間信息科學技術,將其應用于橋梁修筑和管理具有多方面的優越性,可以縮短作業時間,減少工作強度,提高工程質量,節省建設資金,提高工作效率,規范工程實施,加強道路管理,這已被大量的公路建筑工程所證明。隨著今后交通運輸業的進一步發展,現代測繪技術在橋梁的修筑和管理中必將發揮越來越大的技術支持作用。
道路橋梁等的設計、施工.管理都與地質地理條件、區域綜合信息密切相關,涉及到大量的數據采集,處理、管理等工作。以GIS、GPS、RS為主體的現代測繪學的特點和結構決定了其在公路的修筑和管理中應用的優越性,這既是現代測繪學應用領域拓寬的需要,也是公路修筑和管理的必然要求。以“3 S”技術為主體的現代測繪技術輔以常規測繪技術、計算機技術、人工智能專家系統技術等,可以在公路修筑和管理的整個過程中都提供強有力的技術支持,從而利用最先進的空間科學技術服務于公路的修筑和管理,提高工作效率,保證工程質量,節約工程費用。
橋梁的沉降觀測亦是一項非常重要的工作,特別是對試驗橋梁的觀測,對高速公路新建加寬橋梁的灌注樁拋高提供了較為科學的參考數據。一般橋梁灌注樁拋高的經驗數據為2~5mm。通過我們對試驗橋梁的觀測數據表明,在本文所提到的地質條件下,橋梁拋高要大一些,達到了十幾毫米。但同時,也可以說,在橋梁施工過程中,灌注樁的拋高問題是多樣性的,與橋梁的結構和地質情況有很大的關系。在實際橋梁施工過程中,要加強橋墩臺的沉降觀測的頻率,保證觀測數據的正確性、可靠性和連續性;其次,具體問題具體分析,對觀測數據要及時分析,從而真正做到利用沉降觀測數據來指導施工。
參考文獻:
當今社會,我國關于建筑裝飾設計中應用生態技術的觀點主要有兩種。第一種觀點是倡導徹底回到原始的建筑裝飾設計中去。這種觀點的出發點是基于人類對自然的熱愛與依戀,而當今各種各樣的建筑違背生態環保的理念,對自然的破壞十分嚴重,于是人類試圖通過返回到原始的建筑模式中去以減小對自然的破壞,恢復自然的生機與活力。第二種觀點認為人類應該不斷向前發展,通過對問題的解決推進建筑設計的發展進程,努力發展形成一種新的生態環保的符合時代潮流的生態建筑模式。首先,第一種觀點認識到了原始生態建筑的優勢與價值,但態度比較消極,觀點呈靜止狀態,沒有在原始建筑的基礎上努力謀求新的發展。后一種觀點相對來講比較科學合理,重視建筑與環境的統一和諧,有利于建筑、人類社會與自然環境的三重可持續發展。生態技術在建筑裝飾設計中的應用十分廣泛,而且非常的細致深入,調整建筑的造型體量、選用家具材質、選擇外墻包覆材料以及設計室內綠化等都在建筑裝飾設計的范圍內。選用的生態技術應該適用于建筑裝飾設計的各個環節,不論從哪個角度看都應該是生態合理的,時時處處都體現、遵循自然生態發展規律。而自然發展規律具有幾個顯著的特性,主要包括整體關聯性、開放性、雙極控制性、高效性與智能性。
2建筑裝飾設計中生態技術的具體應用
建筑裝飾設計中的生態技術是通過自然界中的光能、熱能與水能等天然綠色的能源實現的,設計系統遵循循環使用的原則,和外部自然與社會環境達到完美的和諧與統一。要盡量降低礦物能源的使用率,保護好外界的自然環境,同時打造一個生態宜人的內部環境。下面我們將就建筑設計中生態技術的具體應用一一展開進行詳細論述。
2.1墻面的圍護結構設計
建筑裝飾的室內環境帶給人的舒適程度是由室內的視覺環境和物理環境共同決定的,其中物理環境即包括有熱、濕、光、聲環境。建筑裝飾的室內與室外的濕熱因子的相互作用是通過圍護結構實現的,進而引起室內和室外的質量遷移與能量的傳遞。在寒冷的冬季,能量自室內傳向室外,室內的能量損失,因此室內必須進行采暖以實現能量的補充;在炎熱的夏季,情況正好相反,能量自室外傳向室內,室內的能量增多溫度升高,甚至因能量的過剩導致溫度過高,于是人們不得不采取制冷措施以抵消室內過多的能量。假如建筑裝飾設計的圍護結構保溫與隔熱性能足夠好,便可以省去冬天的采暖與夏天的制冷,進而節省能源。
2.2光能的頂棚裝飾設計
光能在建筑裝飾設計中的生態利用主要體現在兩個方面。一方面是通過將光能轉換為熱能以及其他能源等,并且是可以直接進行使用的潔凈能源,讓潔凈的熱能或其他能源加入到建筑裝飾設計的能量循環中去,盡量降低建筑裝飾設計以及使用過程中對礦物或其他不可再生能源的使用率;另一方面則是盡最大可能使用自然光線,以此減少建筑室內用于人工照明的能源消耗。在進行建筑采光方式的選擇上,我們可以將誘導式采光應用在頂棚的設計中,在確保光照充足的基礎上盡最大限度使用自然光,降低用于人工照明的能源消耗。
2.3地面的裝飾設計
建筑的地面設計主要體現在對室內整體的生態系統的調節上。在國外,對室內的空氣溫度進行分層的技術已經比較成熟,在很大范圍內被采用。室內的溫度可以通過隔空地面來進行調節,并在隔空的夾層中安裝引風系統,通過自室外通入的新鮮空氣的多少來實現對溫度的調節。在國外另一種比較普遍的地面裝飾設計是地板的加熱系統。地板整體被加熱,借此使室內的整體環境處于一種均衡狀態,避免空調系統或傳統供暖中經常出現的室內各處氣溫不一的現象,在很大程度上提高了室內環境的水平。地板加熱系統的另一個優勢在于熱利用率較高,更加節約能源。就人體結構來講,熱量從足部得到更加科學健康。
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如果按照應用功能進行分類的話,軟裝飾可以分為布藝、書畫、綠化植物和燈具等四類。下面將一一對這四種軟裝飾在室內設計中的作用及其應用策略進行介紹。
1.1布藝布藝,又稱室內紡織品,主要包括窗簾、床罩、地毯、桌布等,是室內設計過程中不可或缺的家居。在舍內設計中,布藝起到的是調和作用,能夠營造出一種柔和的氛圍,讓地板、墻面、家具等不再那么生硬。例如,地毯一方面能為冰冷的地面增添色彩,另一方面也能為地面增添幾分柔軟的感覺。在實際應用中,每一種布藝都有著各自的特點,設計者需要根據其特點將其合理應用,并應處理好各種布藝之間的關系,將顏色、樣式等進行合理搭配,因為只有這樣,設計出來的房間才能主次分明、舒適溫馨。
1.2書畫在進行室內設計時,國畫和油畫是大多數設計者及居住者所鐘愛的。其中油畫以其著濃郁的色彩和飽滿的形象等特點成為了軟裝飾中的最佳書畫品種,尤其是風景油畫,它所表現出來的清新、自然之感能夠讓人有一種置身大自然、呼吸新鮮空氣的感覺,受到廣大居住者的好評。而國畫和書法則能夠體現出居住者的品味和文化素養,因而常被應用于玄關和書房。當然,書畫在室內設計中的應用應與設計的主題相搭配,并且位置的選擇與燈光等問題都是值得推敲的。只有最佳選擇與最佳位置的完美結合,書畫這種軟裝飾品的作用才能充分發揮出來,整個房屋的品味和視覺效果才會更好。
1.3綠化植物綠化植物是一種自然的裝飾品,能為整個房屋帶來勃勃生機。將其放置于室內,一方面能凈化室內的空氣,另一方面能為美化室內環境起到很大的作用。綠化植物的種類有很多,有水培有土培,有大有小。而將其應用于室內設計,首先應該考慮的就是植物在室內的生長問題,即如何為綠化植物創造良好的生存環境;其次便是綠化植物與設計的主題、色調等的搭配問題。例如,對于大型的綠化植物,可以將其放置在客廳的一角,既起到了對空白角落的填補作用,又能為室內增添生機。而對于較小的水培植物,則適合放在臥室、廚房等空間較小的地方,起到點綴的作用。
1.4燈具作為室內設計所要用到的重要元素,現代化的燈具不再只是單純的照明作用,它還能夠通過光與影的來進行氛圍的烘托與意境的強化,起到調節視覺和心理的作用。現代燈具不論是功能還是造型,都是多種多樣的,因此在選用燈具時,設計師或居住者一定要以設計主題為前提,選擇造型、材質、光照度均與室內裝修相協調的燈具。例如,客廳、走廊等地方可選用簡約、大方的吸頂燈,廚房則可以選擇造型時尚、獨特的吊燈。此外,在室內設計中燈光的選擇也是非常重要的,不同種類的燈光適用于室內不同的區域。例如,暖色調的燈光適用于大多數的室內區域,尤其是臥室和餐廳;而冷色調的燈光則適合用于辦公區、學習區,如書房、客廳等。當然,光的照射強度以及光色的選擇則可以根據居住者的個人喜好和適用情況而定了,這樣讓燈具既完成了照明的基本使命,又能為室內的軟裝飾作出貢獻。
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②佚名,《立體攝影全解析》,《中國攝影》,2011-11-1,
③賈麗,《寬帶升級推助網絡電視一體化 互聯網新媒體布局提速》,《證券日報》,2012-2-14
④佚名,《2012年度中國3D產業十大事件盤點》,《3D中國》,2012-12-29
⑤李世萍,《3D電視節目制作流程和規范——江蘇廣電總臺3D電視節目制作探索和實踐》,《中國電視技術》,2012(8)
⑥許瑋,《上海廣播電視臺3D制作實例分析——“百里挑一”》,《中國電視技術》,2012(8)
在水月寺鎮高蘭村有一處分離式的臥佛山隧道,線路整體地形起伏較大,高差懸殊。隧道左線進口樁號為ZK96+798,設計標高為435.738m,出口樁號ZK101+250,設計標高為341.906m,長4452m,縱坡采用-2.100%。右線進口樁號為YK96+812,設計標高為435.444m,出口樁號YK101+269,設計標高為341.440m,長4457m,縱坡采用-2.100%。圍巖級別Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,主要由微風化閃長巖、大理巖、硅質頁巖和硅質巖、第四系可塑至硬塑低液限粘土等構成。地下水類型為基巖裂隙水,主要接受大氣降水補給。按新奧法原理組織現代化施工,通過監測反饋來驗證或修改支護參數,嚴格按施工程序指揮組織生產。在生產安排上,以隧道掘進為主線,根據設計圖紙和現場的水文地質情況合理確定開挖步驟、循環進尺、開挖方案、初期支護型式,并保持各開挖工序相互銜接,同時積極安排防水、二次襯砌跟進平行作業。施工中易發生圍巖變形過大或坍塌、瓦斯突出等情況,因此施工方法十分重要。
2該隧道地段施工技術
2.1瓦斯地段隧道供風該地段含有煤層且沿隧道縱向不連續分布。煤層沿隧道縱向的長度不一,其中左線2處、右線1處的煤層均為20m,其余均不足5m。煤層厚度0~0.9m,變化較大,傾角62~75°。經現場檢測及計算,煤層最大瓦斯壓力0.403MPa,瓦斯含量為0.998m3/噸,瓦斯涌出量為0.015m3/s。本工程采用鉆孔排放和通風的技術措施處理瓦斯問題。鉆孔排放主要是防治煤與瓦斯突出。在掌子面處,沿煤層的豎直平面均勻布設4個水平鉆孔,采用電煤鉆濕式鉆孔,長度不小于20m且穿透煤層。這些鉆孔與地質預報的超前水平鉆孔相結合,經檢驗,有效解決了煤與瓦斯突出的問題。隧道所需的風量根據爆破排煙、隧道內同時工作的最多人數、瓦斯絕對涌出量、允許最小風速、排除施工機械產生的廢氣等計算;同時考慮到開挖存在2個工作面(先行導坑與后行導坑),設置2個獨立的主風機風管(抗靜電、阻燃),對2個掘進工作面獨立通風,通風方式采用送風式(壓入式)。采用2個軸流式通風機,風管直徑均為1m,隧道橫斷面左右側各設置1個。主風機風管末端距離開挖工作面20~30m,同時為增強掌子面的通風效果,在風管末端設置局扇,局扇風管口距離開挖工作面的距離2~5m。通風風速要求大于1m/s,另外在瓦斯容易聚集的地方(開挖面上部、采空區、襯砌臺車內部等)進行局部通風。
2.2煤層地段開挖方法與支護隧道開挖采用單側壁導坑法,先行導坑寬度約0.5倍洞寬,先行導坑與后行導坑的掌子面之間距離20m左右。開挖時每循環進尺0.6m,預留變形量0.1m。揭煤施工采用微震動爆破法,過煤施工時在巖石炮眼中裝藥并采用松動爆破法。管棚采用外徑89mm、壁厚6mm的熱扎無縫鋼花管;管體注漿孔孔徑8mm、縱向間距15cm,呈梅花形布置,管體尾部2m作為止漿段。管棚長度20m,由每段長4~6m的鋼管采用絲扣連接而成;相鄰管棚的接頭前后錯開且不小于1m;同一斷面上的管棚接頭數量不超過50%。管棚施工前,安裝管棚導向拱架,采用引孔頂入法施工。噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面后,采用水灰比為1:1的水泥漿進行注漿,注漿壓力1~2MPa,壓力維持時間5~10min。注漿后及時清理管內漿液,插入鋼筋籠,用水泥砂漿填充密實。超前導管采用外徑50mm、壁厚5mm的熱扎無縫鋼花管;管體注漿孔孔徑6mm、縱向間距15cm,呈梅花形布置,管體尾部1.05m作為止漿段。導管長度5m,環向間距0.4m、縱向間距1.2m,外插角10°。采用上述水泥漿進行注漿,注漿壓力0.5~1MPa,壓力維持時間5~10min。注漿前,同樣采用噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面;注漿超過8h后才能開挖掘進。兩導坑界面處采用噴混凝土和臨時鋼支撐支護。經現場檢測,變形滿足要求,因此該處不再設置導坑錨桿。但考慮到安全需要,施工期間對臨時鋼支撐及該處的圍巖變形進行持續監測。煤層地段開挖、支護等各項工序應盡量縮短時間、前后銜接緊湊,以降低安全風險。
3各種復雜地質條件下隧道施工技術
3.1溶洞地質條件的施工技術溶洞的溶蝕作用非常明顯,在隧道施工中難免會出現溶洞現象,因此,在溶洞地區修建隧道過程中,應該明確溶洞分布范圍、類型、巖層的穩定性、填充物以及地下水條件等,從而采取安全的施工方法。針對尚未發育的巖溶區,應該采取全面的預防措施,預防出現然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情況,從根本上確保施工的安全。在隧道穿過巖溶區中,其巖層比較穩定,且溶洞發育應該完整,地下水量不大的情況下,可考慮采取探孔或物探等方法,以掌握實際的地質條件。如果溶洞穿越暗河水囊等巖溶區,首先應該采取超前鉆探及時,提前解決施工中的排水問題。在突發量涌水、流石流泥、崩坍落石的情況下,可采取平導作為泄水通道,順利開辟掘進工作面積。總之,“引、堵、越、繞”等方法可及時處理巖溶地段隧道出現的溶洞現象。
3.2松散地層地質條件的施工技術松散地層結構松散,容易出現坍塌現象。在此類地質條件下進行開挖隧道,應該盡量減少對圍巖的干擾,大多遵循先護后挖、密閉支撐、同時挖邊封閉的原則,或者采取超前注漿改良地層和控制地下水等方案。
(1)超前支護。在隧道開挖前,采取超前支護方法,可避免在坑道掘進過程中出現坍塌現象。超前支護主要包括:超前錨桿方法、超前管棚法等。工作面條件與支架適應條件對照表。
(2)超前小導管預注漿方法。超前小導管預注漿主要是根據開挖外輪廓線,按照規定的角度置入管壁帶孔的小導管,在施加壓力的同時,向管內壓注水泥,以增強巖體的穩定性,起到超前預支護作用。
(3)降水、堵水方法。松散地層中的含水量,造成隧道施工中存在各種隱患。因此,在施工中綜合采取輔助坑道內井點降水、深井泵降水、注漿堵水、洞外地面隧道兩側布點等方法。在隧道施工中,結合隧道埋深以及工程水文地質條件,綜合考慮技術經濟條件,從而采取可行性的技術,切實提高工程質量水平。
3.3流沙地質條件的施工技術流沙大多呈糊漿狀,容易出現圍巖失穩坍塌、支護結構變形等危險情況,不利于安全的隧道施工。因此,在治理流沙地質情況之前,應該先及時處理水流情況,特別需要減少沙層的含水量。在流沙地質條件下,可采取以下綜合處理措施:首先了解流沙特性以及地質構成結構,分析粒徑分布、塑性指數等,從而采取因地制宜的治理方案。在開挖過程中,采取自上而下分部進行,先護后挖,密閉支撐,邊挖邊封閉,控制沙粒從支撐縫隙中流出。或者采取超前注漿技術,以改善圍巖結構,再繼續開挖,避免對洞身襯砌造成破壞。按照施工組織設計要求,結合施工現場實際條件,從而制定可行性、經濟性的施工方法,確保施工質量的提高。
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(1)何謂建筑工程新技術通常情況下,建筑工程施工新技術指的是復雜施工環境下的新型施工技術、新型建筑物料的選用及施工技術、節能型施工技術等等。
(2)建筑工程施工新技術的實踐背景分析就以高層住宅建筑的施工狀況來分析,建筑工程施工新技術手段的開發極有必要。因為,在國內各大城市中,各類高層建筑如雨后春筍般涌現,人們更加關心高層建筑施工質量及其節能特性。在高層建筑施工方面,我國的絕大多數施工單位已經做了一些安全準備,同時也針對建筑屋面、門窗施工等方面采用一些不同以往的新型節能物料以及工藝技術,以此來強化高層建筑工程項目的施工質量及其建筑物本身的環保特性,延長建筑物的使用年限。
2闡釋建筑工程施工新技術的具體應用
建筑工程施工新技術手段多種多樣,相對于傳統施工技術而言,防水施工新技術、鋼筋連接施工新技術、建筑工程施工節能技術等策略的實施能夠在一定程度上改善建筑項目的施工成本,且能夠有效保障建筑工程項目的施工質量。
(1)建筑施工中防水施工新技術的應用為了能夠防止建筑施工的過程中出現與水接觸的部位滲水的現象,尤其是防止建筑施工工程中存在裂縫,則需要采取更為先進的技術手段來強化施工管理。從具體情況來看,需要遵循以下幾個原則來執行,即多道防護、復合防水以及節點密封等原則。在施工的過程中,要科學地選擇材質良好的防水物料以及新型施工工藝技術。經實踐經驗的積累以及觀察可知,近幾年來多采用聚合物水泥基復合涂膜施工技術,這是一種需要首先做好屋面墻體板縫以及節點處理的新型建筑屋面施工技術,用以維護現代建筑項目中的墻體施工的質量。在實際應用該技術的過程中,需要掌握好物料的特性,并均勻涂抹塔樓屋面以及裙樓屋面,并且需要在先涂好的屋面涂料干燥成膜以后才能夠再一次涂抹二遍涂料。此外,最重要的一點技術細節是,涂抹防水層時則需要用防水涂料要多遍涂刷,以此來預防涂料堆積或是涂料流淌等不良現象的發生,避免其影響到屋面施工的技術應用效果以及屋面整體美觀。
(2)建筑工程鋼筋連接施工新技術的應用鋼結構建筑是我國現代大型建筑項目中的核心類型,該類型建筑主要采用的是鋼筋連接新技術手段,以此來保證高層建筑等實體項目施工過程中的安全性與可靠性。從具體情況來看,當前建筑行業所普遍采用的鋼筋連接施工新技術有兩種類型,即擠壓套筒連接技術與螺紋咬合連接技術。其中,前者的技術原理為利用物質間的物理特性來與施工過程相整合,憑借物理擠壓作用將帶肋鋼筋連接起來,進而起到了固定建筑鋼筋板材的作用,而且,由于此項技術替代了傳統的焊接連接技術,這樣便可以避免產生建筑明火,進而為建筑工程施工帶來安全保障。
(3)大體積混凝土施工新技術在建筑工程項目中的實際應用控制好混凝土燒筑塊體的溫度是大體積混凝土施工新技術實施過程中的關鍵。在實際應用該類型技術進行施工時,首先需要計算好溫度應力數據,從而選擇最適合實際施工狀況的澆筑方式。經實踐可知,澆筑混凝土應采取分段分層式操作手段,這樣一來,便可以令混凝土沿著高度勻速升高。當澆筑的過程施工完以后,需要對建筑表面進行抹壓處理,將建筑體中的混凝土夯實,并用保溫材料對其進行覆蓋,并做好潮濕環境中的養護處理。
(4)建筑施工中節能技術的應用近幾年來,我國產業的發展較快,人們的生活水平也較以往有所提升,人們在享受經濟騰飛成果的同時,也意識到節能減排以及維護生態環境的重要性。在施工過程中,主要針對墻體以及施工物料等方面的管理與應用來實現建筑節能。在實踐過程中,運用了太陽能技術以及隔熱保溫節能技術來提升節能型高層建筑項目的質量。此外,為了保證建筑施工項目的經濟性,則采取節能門窗施工技術手段來強化建筑實體的質量,首先,需要對其施工材料實施嚴格把控,其次,在工程整體造價的范圍內,最后,適當調整建筑節能技術的實施策略。從具體來看,鑒于高層建筑樓體當中,門窗的使用量巨大,門窗的型號、數量及其規格、物料都要符合國家建筑規范的要求,并按照既定設計方案來實施安裝處理。實際上,我國高層住宅工程施工節能技術的主要特性是在于它對資源的消耗量較少,而且,建筑本身對環境的負面影響較弱。總而言之,我國施工企業要不斷提高自身的管理能效,采取一系列有效措施來避免樓房建筑出現質量問題,應用現代化施工技術來完善整個施工環節,將建筑施工中防水施工新技術、大體積混凝土施工新技術、建筑施工中節能技術等內容與實踐相整合,令建筑工程施工技術在施工中發揮到極致,從而保證現代建筑項目的質量及施工效率維持在較高的水平。
3結束語
關鍵詞:藍光盤密集波分復用
隨著藍光盤攝像機和錄像機的出現,電視傳媒行業從傳統磁帶記錄走向了光盤記錄。雖然這是光技術在廣電領域應用的一小步,卻是廣電科技與時俱進的一大步。
大約40年前,人類已經擁有第一根海底光纜。光通訊,在電信高端領域,方興未艾。時至今日,在實驗室,日本NEC和法國阿爾卡特公司分別實現了總容量為10.9Tb/s(273x40Gb/s)和總容量為10.2Tb/s(256x40Gb/s)的傳輸容量最新世界記錄。而單模光纖的無中繼傳輸已經達到4000KM。從技術上看,再有5年左右的時間,實用化的最大傳輸鏈路容量有可能達到5-10Tb/s。簡言之,網絡容量將不會受限于傳輸鏈路。
以下我們分別對光存儲和光傳輸方面做以詳細闡述。
一光存儲
資訊對儲存容量需求日增,光存儲技術在記錄密度、容量、數據傳輸率、尋址時間等關鍵技術上有著巨大的發展潛力。業界一直在積極開發更高容量的各種儲存技術。藍紫色激光存儲技術(Blue-VioletLaser)、磁光盤存儲技術、做為硬盤(HDD)技術和磁光盤技術的結合的近場光盤技術超解析度儲存技術(SuperRENS)、3D立體儲存技術(MultiLayers;MultiLevel)以及熒光多層光盤技術FDM(FluorescentMultilayerDisc)等相繼問世。
傳統CD和DVD上有一層薄薄的反射層,和許多肉眼看不見的凹凸,它包含二進制信息。為了從這些盤片上讀出數據,由一個半導體激光發生器產生特定波長的激光束,射向旋轉中的光盤片,然后反射光通過棱鏡和透鏡構成的組鏡機構再射向接收數據的光電裝置,而這個光電裝置連接的電路能夠辯識出激光所反射回來的數據。在光盤上,數據是凹槽(pits)及平面(lands)的型式來加以編碼,而光電裝置的電路能辯識出激光射中的平面及射中凹槽的所走距離差這就稱為相位提升(PhaseShift),而這個技術就是在光盤中資料儲存與讀取的基礎。經由光電讀取裝置,反射回到的凹槽與平面的變化將會轉換成1與0的數位訊號,從而構成數據流特征。DVD之所以容量比CD大,無非是在同樣面積的盤片上凹凸更多罷了。若要有效地縮小記錄點大小以提升記錄密度,必須使用短波長的光源;或者使用高折射系數的介質;或者提升透鏡的NA(數值孔徑)值。顯然在一個存儲容量巨大的盤片上,紅色激光根本無法辨識那么多更密集的凹凸了。因此索尼及其它公司紛紛轉向藍色激光的研究。藍色激光的波長較短,因此驅動器可以辨識出更小半徑的凹凸,盤片的容量就可以做的更大。現在的藍光盤技術不管是日歐韓9家AV產品制造商聯合制定的新一代光盤規格"藍光光盤",還是東芝和NEC向DVD論壇提出的"AOD(高級光盤,暫定名)"規格,只不過是商家為自己謀求更高的商業利潤而制定的不同的標準罷了。就核心技術上而言,沒有太大的區別。讓我們再深入了解一下藍光盤和高密度光存儲技術的發展趨勢。
1、藍光盤技術
藍光盤技術屬于相變光盤(PhaseChangeDisk)技術,它與傳統光盤記錄不同,傳統光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術和光技術相結合來記錄和讀出信息,而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質在結晶態和非結晶態之間的可逆相變結構來實現信息的記錄和擦除。在寫操作時,聚焦激光束加熱記錄介質的目的是改變相變記錄介質晶體狀態,用結晶狀態和非結晶狀態來區分0和1;讀操作時,利用結晶狀態和非結晶狀態具有不同反射率這個特性來檢測0和1信號。
實際的藍光盤應用藍紫色激光技術,能在直徑12公分的盤片上,儲存兩小時的高清晰度視音頻信號,在2002年2月的初期版本中,透過使用405nm的藍紫色電射半導體,NA(數值孔徑)值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學透射保護層架構,藍光盤可以將12公分的單面光盤片資料儲存容量提升到27GB。它可以記錄兩小時的高清晰度視音頻信號,以及超過13小時的標準電視信號。
在資料轉換率方面,藍光盤可以將高清晰度的電視節目,以36Mbps的速度從攝像機轉換到播放媒體上,并能維持節目品質。另外,它還具有任意影像捕捉,以及重覆播放等功能。
在兼容性方面,由于藍光盤采用MPEG2碼流壓縮技術,因此它同時適用于數字廣播系統,可執行電視臺多種視頻記錄與播放。
另外,在資料安全性部分,藍光盤也采用了一種獨特的ID寫入模式,可確保資料安全,并為盜版問題提出一套保護版權的解決方案。
2、高密度光存儲技術的發展趨勢
(1)采用近場光學原理設計超分辨率的光學系統,使數值孔徑超過1.0,相當于探測器進入介質的輻射場,從而能夠得到超精細結構信息,突破衍射極限,獲得更高的分辨率,可使經典光學顯微鏡的分辨率提高兩個數量級,面密度提高4個數量級。
(2)以光量子效應代替目前的光熱效應實現數據的寫入與讀出,從原理上將存儲密度提高到分子量級甚至原子量級,而且由于量子效應沒有熱學過程,其反應速度可達到皮秒量級(1O-12秒),另外,由于記錄介質的反應與其吸收的光子數有關,可以使記錄方式從目前的二存儲變成多值存儲,使存儲容量提高許多倍。
(3)三維多重體全息存儲,利用某些光學晶體的光折變效應記錄全息圖形圖像,包括二值的或有灰階的圖像信息,由于全息圖像對空間位置的敏感性,這種方法可以得到極高的存儲容量,并基于光柵空間相位的變化,三維多重體全息存儲器還有可能進行選擇性擦除及重寫。
(4)利用當代物理學的其它成就,包括光子回波時域相干光子存儲原理、光子俘獲存儲原理、共振熒光、超熒光和光學雙穩態效應、光子誘發光致變色的光化學效應、雙光子三維體相光致變色效應,以及借助許多新的工具和技術,諸如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、光學集成技術及微光纖陣列技術等,提高存儲密度和構成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統。
3、新型光盤技術的應用
大量的信息要求有大容量的存儲設備,光存儲驅動器和幾種光儲存媒體均將呈現出足夠快的增長趨向。光存儲市場的發展,將改變聲音圖象及其它數據的存儲方式及傳播方式。光存儲產品可以利用自動換盤系統,組成光盤庫、光盤塔、光盤陣列,實現提高整個系統的容量、數據傳輸率及多數據存儲的可靠性。如果將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統有機結合,可以大大提高系統容量、數據傳輸率和顯著改善存儲數據的可靠性。
在技術上,磁帶已經基本上沒有潛力了,而且與非線性的編輯系統存在明顯的矛盾;專業光盤雖然不會在很短的時間內取代磁帶,但其非線性、高密度、低成本、高傳輸速度的優勢已經帶來了良好的開端。Sony公司不失時機的推出光盤專業攝錄像器材,這些設備使用基于藍紫色激光技術的光盤作為存儲介質,充分發揮非線性記錄方式帶來的靈活性。例如:PDW-3000專業藍光盤編輯錄像機(演播室機型),它可記錄和重放IMX/DVCAM格式,具有完善豐富的輸入輸出接口,包括傳統視音頻和網絡接口。它的雙光頭設計可實現高速文件讀出。它具有快速圖像搜索,圖像索引功能和光盤的隨機訪問功能,可以快速定位到所需圖像。它具有場景選擇隨機存取能力,使得任意定位素材段成為可能,跳過不必要的素材。特別值得提出的是這種錄像機可以將高低分辨率素材同時記錄在光盤上,高分辨率素材用于高質量節目的制作和輸出,低分辨率素材可用于編輯,瀏覽等等,低分辨率素材還可以為互聯網播出等用途提供數據。
二光傳輸
讓我們再來看看光傳輸,現在各省市有線電視臺網絡中在主干線多使用光纜傳輸信號,在電視臺內部的新聞網或制作網也使用光纖代替電纜傳送素材文件。眾所周知,光纖傳輸比傳統電纜傳輸有頻帶寬、容量大、損耗低、保真度高、抗干擾等優點。而隨著光電子器件的持續發展,光纖工藝的提高,以及光纖技術和IT技術的相互滲透和融合,光傳輸技術有了相當大的發展,這對電視臺通信架構的改變起到了巨大的推動作用。以下是對滿足電視臺需求的光傳輸技術的具體闡述。
1、光纖技術的介紹
(1)單波長技術
對于業務量和距離長度要求不大時,普通的單波長技術就已能滿足需求。幾年前單波光纖的數據傳輸就已能達到10Gbps。目前在單波長上進行數據傳輸已經能夠做到40G的帶寬,雖然這已經是單波長所能夠傳輸的極限,并且實用的傳輸容量也沒有這么大,但相對電視臺內部網近距離的視音頻傳輸要求已經夠用。
單波技術基于電時分復用(ETDM)技術,但由于微電子技術和光纖色散的限制,微電子技術難以支持電時分復用有新的突破。光纖上的色散是10Gbps及其以上速率系統傳輸距離的主要制約因素,且隨著比特率越高而影響越大。
(2)密集波分復用
對于傳輸量更大,傳輸距離更遠的要求,僅靠提高單信道系統的速率已沒有空間,另一種途徑就是使用復用技術。光復用的方式有很多種,目前比較成熟并已進入大規模商用階段的是光波分復用,尤其是DWDM--密集波分復用。(DWDM:DenseWavelengthDivisionMultiplexing)
DWDM技術簡單地說是在一根光纖上接入不同波長的光信號,使傳輸容量比單波長傳輸容量增加幾倍甚至上百倍。提到DWDM,不能不提摻鉺光纖放大器(EDFA)。EDFA的出現使得DWDM得以實用。EDFA是一種全光放大器,它的使用取代了原來光-電-光的中繼再生方式,突破了光電、電光轉換的速度瓶頸,使長距離、大容量、高速率的光纖通信成為可能,是DWDM系統及未來高速系統、全光網絡不可缺少的重要器件。EDFA工作窗口在1530-1565nm,對波分復用中的每個波長補充功率,并經過若干個EDFA再用再生器來消除色散的影響。
使用DWDM,可以大大提高光纜傳輸容量,節省光纖,降低傳輸成本。DWDM目前可商用的水平,我國的傳輸容量為80Gbps,國外如朗訊公司的傳輸容量為400Gbps,實驗室的水平則已超過Tbps。
(3)新型G.655光纖
(4)全波光纖
使用全波光纖,增加傳輸頻帶。在未來的電視臺光纖網中,除了傳輸多路的視音頻數據以外,還會傳輸大量的管理數據。充分地拓展可用頻帶已成為關鍵。而在光纖的另一個低損窗口1.31um,雖然石英光纖在此波段時的色度色散為零,但由于1385nm附近存在著一個OH-離子吸收峰,對光纖傳輸能產生較大的衰減。而由此誕生的全波光纖采用了一種全新的生產工藝,幾乎可以完全消除由OH-峰引起的負面影響,并且使用與普通的G.652匹配包層光纖一樣的標準。
由于開放了這一低損窗口,全波光纖的可用波長范圍增加了100nm,使光纖的全部可用波長范圍由大約200nm增加到300nm,可復用的波長數大大增加,而且在上述波長范圍內,光纖的色散僅為1550nm波長區的一半,因而,容易實現高比特率長距離傳輸。同時,由于波長范圍大大擴展,一方面可以將不同的波長分配不同的數據流,從而改進網絡管理;另一方面,允許使用波長間隔較寬、波長精度和穩定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件,使元器件的成本大幅度下降,從而降低整個系統的成本。
此外摻鐠光纖放大器(PDFA)的研制成功也解決了1310nm波長光的中繼問題。摻鐠光纖放大器工作在1300nm波長窗口,以摻鐠光纖作為增益介質。在實用過程中,可分別使用PDFA和EDFA對1310nm和1550nm波長的光信號進行功率放大和補償衰耗。
無論是工作在1550nm的G.655光纖,還是使用1310nm的全波光纖,最新的光纖技術帶來的是更高的傳輸速度和更大的傳輸容量,這為電視臺使用光纖傳輸多種數據打下了堅實的基礎。由于突破了傳輸瓶頸,在傳輸視音頻信號的同時還可傳輸大量的管理信息,包括文件的元數據以及其他SNMP數據流。這也為建立基于IP的視頻管理網絡鋪平了道路。
2、因特網技術和光纖技術的結合
隨著因特網技術的快速發展,ATM、SDH、IP等技術不斷融入到光成域網的建設中。目前代表發展方向的是IPoverWDM技術,其中比較成熟的解決方案是GEOverDWDM(GE:千兆以太網)。GEOverDWDM對于有線電視網絡最大的好處就是可以實現在原有光纖網絡基礎上平滑、連續性的網絡升級,同時可以和原有的10Mb/s、100Mb/s以太網無縫連接,能降低系統的成本和復雜性,保護廣電系統的投資。
IPoverDWDM通俗的說法就是讓IP數據包直接在光路上傳送,減少網絡層之間的冗余部分,能夠省去網絡運營商的成本,同時也降低用戶使用通信業務的費用。GEoverDWDM是IPoverDWDM的一種廉價方式,適用于廣電系統城域IP骨干網的建設。
千兆以太網(GE)技術是目前技術成熟的最快速以太網技術,它可以提供1Gbps的帶寬,由于采用和傳統10Mb/s、100Mb/s以太網同樣的幀格式和幀長,因此GE可以在原有低速以太網基礎上實現平滑過渡。目前GEOverDWDM使用光放大器后的傳輸距離已可達到640公里。在現有的有線電視網絡基礎上,使用千兆以太網技術,具有一定的現實經濟意義。可以預見,GEOverDWDM技術將成為廣電網絡中城域網的理想方案。
隨著各種光傳輸技術不斷地投入使用,整個電視臺的網絡架構將會發生巨大改變,而全光網和光接入網的建設和發展,使這種趨勢越來越明顯。
三光應用
由以上光記錄和光傳輸的介紹,我們可以了解到光技術已經逐漸滲透至專業視頻領域。以下為筆者設想的以光技術為基礎構建的新型電視臺IT制作網。相對于傳統電視臺制作網它將具備以下特性:
1.首先是高效的資源共享能力。可以實現快速的數據存取、遷徙及交換。
2.由于光盤錄像機的出現,文件化的素材交換方式得以實現,解決了傳統電視臺制作網素材上下載消耗時間的瓶頸。
3.具有智能化的網絡監控管理功能。
4.整個網絡具備可擴展性,強容錯性,高兼容性以及與其他網絡的互換性。
我們可以設想以下的以光技術為基礎的全光業務網,當然這里的全光目前不會是完全的光技術,也包含節點轉換上使用的一些光電和電光設備。前期節目素材由光盤攝像機采集,光盤攝像機可以是高端的SONY的PDW藍光盤攝像機,它的記錄文件格式是MPEG24:2:2P@MLIMX或者是DVCAM格式;也可以是低端的東芝的家用DVD光盤錄像機,它的記錄格式是MPEG2TS流。以上文件格式的素材在攝像機內部被刻錄到藍光盤或普通的DVD碟片上。通過相應的光盤錄像機或專用的光盤驅動器由光纖實時傳輸并存儲到后期編輯制作單元。制作單元為現有的電視臺制作工作站,由后期編輯制作單元來進行原始素材的編輯及后期處理工作,各種特效、字幕、配音、片頭等在此處完成。制作完的節目由光纖無損地送入中央存儲部分的光盤庫中,一方面用于播出。另一方面,可以實現節目的存儲和歸檔或者利用光盤錄像機下載,便于以后的索引和節目調用。基于SNMP(簡單網絡管理協議)技術的系統監控單元通過與各單元交換信息,實時監測系統在節點光交換設備和傳輸通路上的光纖狀況。采用光纖作為工作站點連通的物理方式,用于數據的遷徙,設備和業務運營管理等控制信息的傳遞。采用光盤庫作為中央存儲單元,其管理軟件可以區分短期存儲的播出節目和長期存儲以供后用的節目。短期存儲的節目存儲在一級光盤庫,節目播出后定時刪除。長期存儲節目編目后放至二級光盤庫,作為媒體資源有原則的開放,不同級別的用戶通過光纖有償或免費獲取媒體資源。一級光盤庫為在線存儲體,容量以電視臺內部人員充分使用即可,它是提供給電視臺內部用戶使用的高速媒體資源共享體,滿足包括播出,節目制作,節目下載的宿求。二級光盤庫為近線存儲體,為海量存儲,它的媒體資源存儲主要為節目的再利用和再加工服務,另外為電視臺以外的用戶提供VOD或者媒體資源再利用和交換的宿求。
以上設想的網絡比較現今的網絡,由于光技術的使用,可以突顯出高速共享的精神,達到用戶所見所得的需求。真正實現網絡化、數字化的實時的信息交換。
1虛擬現實技術概述
虛擬現實又稱“靈境”,由三維計算機圖形學技術、多功能傳感器的交互式接口技術以及高清晰度和高更新速度的顯示技術構成[1-2]。VR技術就是在計算機中建立一個模擬真實世界效果的特殊環境,通過各種傳感器設備,使用戶“沉浸”在這個虛擬環境中并進行操作和控制,以達到特殊的目的。VR具有3個特性—3I,即immersion(沉浸性)、interaction(交互性)和imagination(構想性)[3],它為處在該環境下的用戶提供包括視覺、聽覺、觸覺等多種直觀而又自然的實時感知交互。用戶在該虛擬環境中能夠產生身臨其境的感覺,并且可以通過操作來改變或選擇可以感受的內容,同時又留給用戶可以自由發揮想象的空間進行大膽的嘗試,進而擴展其認知的范圍,提高用戶的探索和創新意識。
2康復醫學目前存在的問題
臨床經驗表明,早期的康復介入,對患者的身心功能恢復、預防二次損傷和廢用綜合征都起到關鍵性的作用,因而康復治療和手術藥物等的治療同等重要。我國幅員遼闊,地形復雜,近年來自然災害時有發生,給災區人民的身體和心理都帶來巨大的創傷,加之老齡化問題的日益嚴峻及其帶來的疾病譜的變化,康復醫學工程正面臨著前所未有的挑戰。傳統的康復治療通常是醫師與患者一對一形式的訓練,存在諸多局限性:(1)現有資源不夠充足。無論是專業的康復醫師還是康復器械都無法滿足當前康復人群的需要。(2)訓練過程單調而乏味。傳統的訓練過程通常是對一組訓練動作的不斷重復,導致整個過程十分枯燥,難以有效調動患者主動參與的積極性,甚至使患者產生厭煩情緒,降低了康復效率。(3)功能定量化測評難以實現。隨著康復治療的不斷進行,患者的身體狀況發生變化,其承受的活動量強度也在改變,而目前無法對患者在訓練中的具體數據進行記錄和保存,不利于康復訓練計劃的制訂和調整,也在一定程度上影響了康復進程。
3康復醫學結合虛擬現實技術的必要性
VR康復系統可以打破傳統訓練方式的局限性,它可以針對不同類型功能障礙的患者提供不同的虛擬訓練平臺,使患者以做游戲或完成趣味性任務的方式進行康復訓練,以此調動患者的積極性。系統還能夠詳細地記錄患者的訓練數據,康復醫生可以遠程監控患者的訓練情況,進而根據需要實時地調整訓練計劃和訓練強度,推薦康復治療方案。通過這種方式,一個醫生可以同時指導多名患者,提高了醫療人員的工作效率,減輕了其工作強度。VR技術可提供重復練習、效果反饋和動機維持3種關鍵環節,這正是患者習得某種功能的必要條件。另外,VR康復系統能將心理引導與生理治療結合起來,在患者進行“游戲式”康復訓練的過程中,通過音樂、畫面、文字和語音提示等形式給患者以正面的激勵反饋,提高患者的信心和主動性[4]。因此,將康復訓練與VR技術相結合具有重要的應用價值。
4VR技術在康復醫學中的應用與進展
4.1VR在運動康復中的應用
運動障礙是指以運動異常為特征的各種障礙,包括運動不能、震顫、舞蹈癥、扭轉痙攣、斜頸、張力障礙、顫搐、抽動和肌陣攣等癥狀[5]。當前,在運動障礙康復領域,對患者受損的運動功能進行康復性訓練是VR技術最重要的用途。
4.1.1平衡和協調訓練
許多中風患者存在姿態和平衡方面的問題,例如身體搖擺和不對稱的質量分布降低了其靈動性,影響了他們的日常生活。DINGQi-cheng等[7]結合CIMT原理對NintendoWiiFit游戲系統進行改造,構建了一款基于VR的下肢平衡康復訓練系統。該系統使患者的雙腳分別站立在2塊平衡板上,通過雙腳用力動態地控制壓力中心,進而操控虛擬人的運動狀態。通過這種方法能成功地迫使患者增加患側肢體的使用,使其體質量分布更加均勻,對稱性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]開發的BioTrakVR系統涵蓋一系列的平衡康復活動,包括端坐時頭部和軀干姿勢控制的恢復和站立時的動態平衡練習等多個管理項目,同時允許用戶通過選擇不同的練習和規劃自己的持續時間、休息時間和重復次數進行個性化訓練。然而,我國對平衡功能障礙的研究起步較晚,應用VR技術的研究成果尚鮮見報道,有待于進一步探索。
4.1.2行走及步態訓練
與正常人相比,腦卒中偏癱患者往往具有運動發起難、步速慢、步態周期延長、患側支撐時間短等特點[9]。集中的特定任務式的訓練可以提高腳踝的推力、髖部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝關節康復系統對18名中風后的輕偏癱患者進行試驗,受試者只能使用踝背屈、跖屈、反轉、外翻以及這些動作的組合來駕駛虛擬環境中的飛機或船。實驗結果表明,患者腳踝的推力、踝關節活動度(rangeofmotion,ROM)均有明顯改善,膝關節ROM及站立和擺動情況也有大幅提高。可見,VR技術對患者步態康復有一定作用。目前,國內對步態康復的研究主要以簡單重復性訓練的康復機器人為主,對結合VR技術的研究較少。張磊杰等[11]提出了一種基于VR的步態康復機器人系統,可以快速提取患者的步態速度、心跳等生理信息并恰當地體現在游戲中,使枯燥的訓練變得有趣,也提高了患者的注意力集中程度。因此,結合VR技術的步態康復機器人系統將逐漸引起眾多學者和醫療器械產業的關注。
4.1.3上下肢康復訓練
由于力量減弱和利用反饋能力的下降,腦卒中偏癱患者難以進行精確的運動控制,SangwooCho等[12]基于VR技術開發出一種新型上肢康復系統,用本體感覺反饋取代視覺反饋來提高患者的運動控制能力。系統采用模擬起居室的虛擬環境,患者需要依靠自己本體感受的反饋信息,將患側手握的虛擬半透明柱體移動到不透明柱體所在的目標位置,用這種方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]開發了康復訓練系統“RutgerArmII”,系統由運動跟蹤、重力和虛擬現實游戲3個模塊組成,利用紅外技術跟蹤到患者的運動數據,使其能在虛擬場景中進行游戲式訓練,并能得到相關的觸覺反饋。國內眾多學者對上下肢康復也作了很多研究。王瑞利等[14]設計了結合主動、被動和助力訓練的踝關節康復系統,并添加了功能評價機制,為患者制訂治療方案提供可靠的證據。柯福全等[15]借助Kinect設備開發了一款基于視頻運動跟蹤的虛擬現實系統用來輔助患者的上肢康復。張金龍[16]設計了一款手指康復系統,包含了手勢變換、坦克射擊和賽車競速3種游戲,非常具有趣味性。華南理工、中南大學附屬第三醫院與廣州一康醫療設備有限公司三方聯合研發的虛擬廚房訓練系統[17],患者通過在其中漫游并完成燒開水、擺餐具、盛水果等一系列的廚房操作來訓練偏癱上肢的運動功能,將該系統應用到33例上肢功能障礙患者身上,結果顯示比傳統訓練方式的康復效果更為顯著。
4.2VR在認知康復中的應用
認知是指人腦接受外界信息,經過加工處理轉換成內在的心理活動,從而獲取知識或應用知識的過程,它包括記憶、語言、視空間、執行、計算和理解判斷等方面。認知功能障礙對患者日常生活的影響有時甚至超過了軀體功能障礙,因此也成為醫學界面臨的重要課題之一。將VR技術應用于認知康復,可以在虛擬環境中為患者提供安全可控的刺激進行治療,并能監測多種重要指標,表現出傳統方法無法比擬的優勢。Godehard等[18]利用VR系統治療有空間認知和記憶缺陷的輕度認知功能障礙患者,讓他們在虛擬的公園和迷宮里根據地標(房子、汽車、高山等)尋找寶藏,加強患者以自我和非自我為中心記憶的能力。Caglio等[19]利用3D電子游戲進行記憶康復的研究,發現虛擬航行訓練可以激活記憶區域,改善成人腦損傷患者的記憶功能。王文春等[20]設計的虛擬認知康復訓練系統,包括注意力、記憶力、思維操作能力等七大訓練模塊,每個模塊又設計了高、中、低3種級別的題目。將該系統應用到38例有認知功能障礙的患者身上,結果表明,虛擬認知康復系統在注意力和空間知覺的改善方面優于傳統的康復訓練模式,且更具趣味性,適用于臨床推廣。戚淮兵等[21]設計了基于Agent的虛擬認知康復系統,能為患者提供感官上的刺激,糾正認知偏差,具有開放、自主、可移植的特點。盡管如此,在我國內陸地區,VR技術輔助認知康復治療的研究仍處于初級階段,能夠真正進行臨床應用的系統較少,還需要不斷的探索和研究。
4.3VR在遠程康復中的應用
目前,我國經濟發展均衡度還較低,各地的醫療設施建設也存在很大差異,康復醫療機構集中在大中城市,許多地區缺乏必要的康復服務,給廣大群眾帶來不便。虛擬現實技術結合網絡通訊技術可以將一流的醫療資源傳送到較落后的地區,為康復醫學帶來革命性的變化。MJJohnson等[22]利用網絡通訊技術使中風的患者可以在家中進行康復訓練。李軍強等[23]設計了一套遠程監控系統,用虛擬人的運動再現患者手臂的運動,實現監控功能,從而使醫生掌握患者手臂的運動情況。王月姣等[24]設計了基于力反饋的遠程康復訓練虛擬駕駛系統,治療師端的計算機能實時顯示患者訓練視頻、相關訓練數據及當前訓練方案,并能據此實時修改訓練方案。可見,VR技術有利于提高落后地區的醫療水平,優化醫學資源分配,推動我國社區康復的建設進程。
5結語