前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的遥感控制技术主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
河北省消防总队培训基地门诊部,河北石家庄 050035
[摘要] 目的 分析患者输血前感染性指标检测结果,了解患者输血前传染性疾病感染情况及感染控制。方法 回顾性分析2013年1~12月我院收治的需要输血治疗的1080例患者临床资料,分析人类免疫缺陷病毒抗体(抗-HIV1/2)、梅毒螺旋体抗体(抗-TP)、乙型肝炎表面抗原(HBsAg),丙型肝炎病毒抗体(抗-HCV)四项主要感染性指标检测结果。结果 1080例患者HBsAg110例,阳性率10.19%,抗-HCV21例,阳性率1.11%,梅毒30例,阳性率1.76%,抗-HIV1例,阳性率0.09%。结论 输血前进行感染性指标检测可及时发现潜在感染源,也可避免输血后不必要的医疗纠纷。
[
关键词 ] 输血前;感染性指标;感染控制
[中图分类号] R446.11 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654(2014)10(b)-0156-02
输血是临床上非常重要的医疗措施,但也可能引起疾病血源性传播,近年各国对于输血感染的报道屡见不鲜,由此导致的医疗纠纷也层出不穷,因此输血前感染性指标检测非常重要,如果能在输血前对患者进行感染性指标检测,不仅能全面了解患者输血前的健康状况,发现潜在感染源并能对其采取相应的措施,有效避免输血感染情况的发生,同时也可避免输血后不必要的医疗纠纷[1]。笔者对2013年1~12月我院收治的需要输血治疗的1080例患者进行主要感染性指标检测结果进行统计,并提出感染控制措施,为临床治疗提供参考。
1资料与方法
1.1一般资料
选择2013年1~12月在我院各科住院,需要输注血液制品的患者1080例为研究对象,采用酶联免疫吸附测定法(ELISA法)进行人类免疫缺陷病毒抗体(抗-HIV1/2)、乙肝表面抗原(HBsAg)、丙型肝炎病毒抗体(抗-HCV)、梅毒螺旋体抗体(抗-TP)进行检测和分析,其中男589例,女491例,患者年龄21~65岁,平均(36.4±10.1)岁。
1.2方法
抗-HIV、HBsAg、抗-HCV、抗-TP均采用ELISA试剂盒检测,酶标仪严格按仪器说明书操作,结果判断以酶标仪读数为准。
1.3 统计学处理
数据的处理采用excel工作表,率的表示采用%。
2结果
我院1080例患者输血前4项检测的结果显示,HBsAg110例,阳性率10.19%,抗-HCV21例,阳性率1.11%,梅毒30例,阳性率1.76%,抗-HIV1例,阳性率0.09%,具体见表1。
表1 患者输血前相关指标检测情况
3讨论
3.1输血前主要感染性指标检测结果分析
临床中经血液传播的疾病类型较多,如HBV、HIV、HCV、梅毒等,虽然通过严格筛选献血者等手段,现代医疗中预防和控制输血相关疾病的发生方面取得了一定进展,但输血后发生相关传染病仍屡见报道,随着人们对输血的不断认识,输血安全已经成为人们关注的重点问题。
病毒性肝炎是我国最为高发的传染性疾病,特别是乙型肝炎病毒,是我国输血安全的主要威胁[2],本研究分析结果显示,在我院已做输血前检测的1080例患者中,HBsAg阳性率达10.19%,发生率最高,而这一数据与
参考文献报道大致相同[3]。HCV主要是血源性传播的丙型肝炎,临床也较为常见,常用(ELISA法对其抗-HCV进行检测,我国各地HCV感染情况不一,抗-HCV阳性率范围为1.2%~5.4%[4],本文1080例患者抗-HCV阳性21例,阳性率1.11%,接近于与我国普通人群平均水平低限。梅毒是由梅毒螺旋体引起的一种传染病,梅毒的发病率在普通人群中的发病率已较以前大为降低,但这种疾病的早、中期临床表现不显著,常造成患者对病情的忽视[5],本文1080例患者抗-HCV阳性301例,阳性率1.76%。近年来,艾滋病发病率呈显著上升趋势,已进入一个快速增长期,据WHO统计,世界HIV感染者中约有5%~10%是经血液传播感染,而最近10年来,艾滋病正从高危人群向普通人群大面积扩散[6]。本文1080例患者中仅有1例检测出抗-HIV阳性,阳性率0.09%,这与本地区吸毒人群较少,艾滋病感染率较低有关。
输血前对主要感染指标进行检测能够有效提高医护人员和患者对血液传播疾病的认识,对防止医源性感染起到重要的作用,同时,也可及时发现潜在的病毒感染的患者,警示医护人员在医疗活动中注意隔离防护,减少医疗损伤,对防止疾病的扩散和及时治疗起到积极的作用。
3.2感染控制对策
3.2.1做好输血前主要感染性指标的检测工作 临床医师必须要严格遵守输血前检测制度,在了解输血患者的病例和疾病状况,了解其既往病史的基础上,积极对其进行输血前常规检查,了解患者输血前抗-HIV、HBsAg、抗-HCV、抗-TP的感染情况。
3.2.2严格执行输血技术规范 在进行输血操作时,要严格按照国际有关法律法规要求,严格遵守临床输血的管理和操作规程,并判定好患者的病情及输血指征,保证每位输血患者都是必须要进行输血治疗,而不是过度治疗。
3.2.3加强血液血液制品的管理 对血液制品进行病毒灭活是控制输血感染的重要步骤,由于临床“窗口期”的存在会导致一定的漏检率[7],我们必须要对血液制品进行病毒灭活;同时,输血科的采血室要定期进行消毒灭菌,对贮存血液的设备也要定期进行消毒和细菌学监测。
3.2.4提高血液检测技术水平 为了输血的安全应该及时引进灵敏高、特异性好、广谱性的检测方法;并把握好试剂质量关,对捐献的血液采用具有生产资质的不同生产厂家试剂进行初复检。
3.2.5积极开展成分输血 成分输血是当前输血技术发展的总趋势,更是减少输血感染病毒的有效途径。血液的各种成分中含有的病毒数量是不同的,分布也是不均匀的,血细胞最高,血浆次之,红细胞血小板相对较为安全[8],因此给输血患者以血液中的某种成分可以减少患者感染病毒的危险。
综上所述,加强输血前的感染指标分析无论是对医生还是患者都是有积极意义的,对于输血患者而言,不但可提高输血安全性,发现潜在疾病;对于医院来说,能够有效降低医疗纠纷,并降低院内感染情况的发生,因此,在临床中具有重要的应用价值与临床意义,我们也应当通过做好输血前主要感染性指标的检测工作、严格执行输血技术规范、加强血液血液制品的管理、提高血液检测技术水平、积极开展成分输血等手段来控制感染的发生。
[
参考文献]
[1]宁立芬,张静姗,刘俊,等.1242例受血患者输血前相关病原标志物检测结果分析[J].临床血液学杂志(输血与检验版),2008,22(4):555.
[2]王李洁,刘风华,刘香.输血患者在输血前传染病检测结果分析及意义[J].国际检验医学杂志,2012,22(8):567-568.
[3]丁海明,柯培锋,周华友.患者输血前感染性指标的检测结果及其意义[J].广东医学,2012,22(12):566-567.
[4]崔健丽,赵云学,丁旭,等.输血及手术前患者血清感染性标志物的检测与意义[J].中国临床研究,2010,21(7):645-646.
[5]闭雄杰,谢苇.患者输血前五项传染性指标检测19326例结果分析[J].中国误诊学杂志,2011,13(19):855-856.
[6]严根兴,沈翠芬,邹伟华,等.临床患者输血前传染性标志物的检测及意义[J].中华医院感染学杂志,2010,11(6):611-612.
[7]廖益路.控制输血感染病毒与保障措施[J].柳州医学,2012,25(1):35-36.
[关键词]细辛;挥发性成分;顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用技术;定量分析;生物样品检测;肝组织;脑组织;血液
细辛为常用中药,用于风寒感冒、头痛、牙痛、鼻塞流涕、鼻鼽、鼻渊、风湿痹痛、痰饮喘咳。但在细辛的临床用量上自古以来就有争论:一方面认为细辛散剂过量会导致中毒,“细辛若单味用末不可过半钱匕(约1g),多即气闭塞不通者死,虽死无伤”;而另一方面细辛在《神农本草经》中被列为上品,且《名医别录》亦曰:细辛无毒。目前对细辛活性和毒性成分的体内研究较少,Ma等使用LC-MS/MS对给药细辛后大鼠血浆中的2个非挥发性成分芝麻脂素、细辛脂素进行了动态的研究,但未研究体内细辛挥发性成分;本课题组前期使用HS-SPME-GC-MS和HPLC-APCI-IT-TOF-MSn对细辛鼻腔给药后进入家兔血液和脑脊液的挥发性和非挥发性成分进行了定性的检测,但未进行定量分析研究。而细辛挥发性成分既报道有活性,又被认为是主要的毒性部分。因此有必要对细辛的挥发性成分在给药后体内的吸收成分的含量进行研究,通过对细辛给药后主要挥发性成分的定量分析,阐明细辛在体内发挥作用的物质基础。
HS-SPME-GC-MS是一种灵敏度高、样品前处理简便的分析挥发性成分的方法,能够对挥发性物质进行精确定性、定量,现已被应用于环境、食品分析、司法鉴定、植物、中药分析等各领域;根据顶空固相微萃取的原理,涂层中分析物的萃取量Ⅳ与其样品中初始浓度c0的关系为:对极易挥发的分析物N=[1-e(-at)]c0;对挥发性较低的分析物N:btc0(b是与分析物蒸发速率常数及其在样品底层与顶空气相分配系数都相关的一个常数)。由此可知,在涂层类型、萃取时间、萃取温度等操作条件固定的前提下,无论是否达到萃取平衡,分析物在萃取涂层中的萃取量都与其初始浓度成正比,因此,本研究选择HS-SPME-GC-MS定量分析体内的细辛主要挥发性成分。
文献报道甲基丁香酚、黄樟醚、3,5-二甲氧基甲苯为细辛中挥发油的主要成分,甲基丁香酚具有降血压、镇咳、镇痛等作用,3,5-二甲氧基甲苯具有镇静的活性,3,4,5-三甲氧基甲苯具有抗炎的功效,4-烯端丙基苯甲醚有抗氧化、抗菌和抗炎的活性,黄樟醚则有呼吸中枢抑制作用。本课题组前期研究团结果显示,3,4,5-三三甲氧基甲苯、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯是细辛中可吸收入血发挥镇痛作用的有效成分。因此,为了更好地对细辛在体内发挥药效、产生毒性的物质基础进行研究,本文建立了给药细辛后7种挥发性成分在小鼠体内的含量测定方法,即选择使用HS-SPME-GC-MS分析细辛灌胃给药后小鼠血液、肝和脑中细辛成分4端丙基苯甲醚、甲基丁香酚、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三甲氧基甲苯、细辛素、3,5-二甲氧基甲苯和黄樟醚的含量。
1 材料
Shimadzu QP-2010 Ultra GC-MS联用仪,配备有AOC-5000自动进样器;VF-WAXms毛细管柱(0.25mm×30m,0.25μm);PDMS/DVB SPME萃取头(65μm,美国Supelco公司,型号57293--U);10mL顶空瓶(日本GL Science公司,型号GL-18-1417),配备有硅酮/PTFE隔垫和磁性瓶盖;Sartorius 1/10万电子天平(德国Sartorius公司,型号BP211D),1/1万电子天平(瑞士梅特勒托利多公司,型号AL204);FW100高速万能粉碎机(中国泰斯特仪器有限公司);T10组织匀浆机(IKA公司);抗凝真空采血管K,EDTA(奥地利Greiner C0公司)。
4-烯丙基苯甲醚(CAS号140-67-0,批号MKBN4968V)购自Sigma公司;甲基丁香酚(CAS号93-15-2,批号PH3YH-MG)购自TCI公司;3,5-二甲氧基甲苯(cAS号4179-19-5,批号10099004)购自Mfa Aesar公司;3,4,5-三甲氧基甲苯(CAS号6443-69-2,批号19923)购自Aladdin公司;黄樟醚(CAS号94-59-7)为本研究室前期从华细辛Asarum siebol-dii Miq。地下部分中分离得到;2,3,5-三甲氧基甲苯(CAS号38790-14-6)和细辛素(CAS号18607-93-7)由本研究室前期合成得到,结构经MS和NMR鉴定;4-烯丙基苯甲醚、甲基丁香酚、3,5-二甲氧基甲苯、3,4,5-二甲氧基甲苯、2,3,5-三甲氧基甲苯、黄樟醚经GC-MS检测,纯度均大于98%,细辛素采用峰面积归一化法,纯度大于98%。
北细辛药材2013年8月采集于辽宁省新宾县(采集编号GXLiu20130808),经北京大学蔡少青教授鉴定为北细辛A.heterotropoides Fr. Schmidt var.mandshuricum(Maxim.)Kitag.的根和根茎。凭证标本存放于北京大学药学院生药标本室。
ICR雄性小鼠,体重(20±2)g,购于北京大学医学部实验动物科学部。所有动物实验均得到北京大学医学伦理委员会的许可,实验动物使用许可证号syxk(京)2011-0039。动物饲养于标准环境,温度(23±1)℃,相对湿度(55±5)%,明暗周期12h/12h,标准颗粒饲料喂养。
2 方法
2.1 细辛混悬剂的制备
取细辛药材粉碎,过100目筛。取粉末适量,加去离子水配制成0.081g・mL-1的细辛混悬剂。
2.2 样品收集
取健康ICR小鼠21只,实验前禁食12h,随机分为空白组(n=10,灌胃给纯净水,灌胃体积0.03mL・g-1体重),给药组(n=11,灌胃体积0.03mL・g-1体重,单次灌胃给药剂量为2.43g・kg-1)。先将细辛混悬剂振摇混合均匀后,用注射器吸取适量并灌胃给药。给药25min后断头处死小鼠,取血,冰上解剖取肝和脑,放在冰上暂时保存,用于制备生物样品。
2.3 样品的制备方法
将同组小鼠脑组织混合,加入0.5倍生理盐水,使用组织匀浆器匀浆,在冰上研磨均匀,将制备好的脑匀浆液0.5g放入10mL顶空进样小瓶中。将同组小鼠血液混合,取500μL放入10mL顶空进样小瓶中,加入0.1gNaCl。将同组小鼠肝脏混合,加入0.5倍生理盐水,使用组织匀浆器,在冰上研磨均匀,将制备好的肝组织匀浆液1.0g放入10mL顶空进样小瓶中,加入0.1gNaCl。给药小鼠肝、脑和血液混合样品各制备2份,放在冰上保存,分析前20nin放置于室温环境。
2.4 HS-SPME-GC-MS检测条件
2.4.1 GC条件 VF-WAXms毛细管柱(0.25mm×30m,0.25μm);程序升温条件为初始温度40℃,保持3min,随后5℃・min-1升温至100℃,保持10min,随后5℃・min-1升温至110℃,保持5min,随后5℃・min-1升温至190℃,最后10℃・min-1升温至230℃,保持3min。脑组织样品分析选择为不分流模式,血液和肝脏组织样品分析选择分流比为2。
2.4.2 MS条件 离子源为EI源,离子源温度200℃,接口温度250℃。溶剂剪切时间0.50min,扫描方式为Scan模式,相对分子质量扫描范围35~500。
2.4.3 HS-SPME萃取条件 PDMS/DVB(65μm)萃取头,萃取温度70℃,解吸时间3min,解吸温度250℃。
2.4.4 组织样品萃取条件 考察了样品萃取的预热时间(15,30,40min),萃取时间(20,30,40min),选取3,5-二甲氧基甲苯、黄樟醚、甲基丁香酚、3,4,5-三甲氧基甲苯、2,3,5-三甲氧基甲苯的峰面积总和作为指标,比较不同萃取时间和不同预热时间的萃取效果。最终确定脑组织样品的预热时间30min,萃取时间30min;血液样品选择预热时间40min,萃取时间40min;肝组织样品选择预热时间40min,萃取时间15min。
2.5 给药小鼠血液、脑和肝中7个细辛可吸收成分定量方法的建立
2.5.1 标准曲线的建立及检测限和定量限的测定
精密称定黄樟醚、甲基丁香酚、细辛素、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯和4-烯丙基苯甲醚对照品,使用甲醇溶解至质量浓度分别为1.0566,1.0606,1.1506,1.0328,1.1206,1.0997,1.2450g・L-1的储备溶液。将储备液用甲醇稀释成不同浓度的混标,加入到空白的脑、肝组织和血液样品中,按2.4项下方法测定,以质量浓度(血液样品mg・L-1,肝和脑组织样品μg・g-1)为横坐标,峰面积为纵坐标,计算各成分的回归方程及相关系数。另外,在空白组织样品中加入稀释成不同浓度的混标,以响应信号为噪音信号的3倍时(S/N:3)的浓度为检测限(LOD),以响应信号为噪音信号的10倍时(S/N:10)的浓度为定量限(LOQ)。
2.5.2 稳定性和重复性 取给药小鼠混合肝、脑和血液样品各7份,分别在0,3,6,9,12,24,48h进样,按2.4项下方法测定,根据黄樟醚、甲基丁香酚、细辛素、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯和4-烯丙基苯甲醚的峰面积计算RSD。取给药小鼠混合肝、脑和血液给药样品各5份,按2.4项下方法测定,根据黄樟醚、甲基丁香酚、细辛素、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯和4-烯丙基苯甲醚的峰面积计算RSD。
2.5.3 日内、日间精密度及相对回收率 分别将线性范围内高、中、低3个浓度的7种对照品混标溶液加入到空白肝、脑匀浆液和血液样品中,平行测定9份样品,按2.4项下方法测定,连续3d每天测量肝、脑匀浆液和血液样品(高、中、低3个浓度各3份),根据黄樟醚、甲基丁香酚、细辛素、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯和4-烯丙基苯甲醚的峰面积计算RSD和相对回收率。
2.5.4 脑和肝组织的提取回收率 取空白肝匀浆液样品,加入7个对照品的混标液适量(在线性范围内设置高、中、低3个浓度加入),取肝匀浆液1g,加入10mL顶空进样小瓶中,加入NaCl0.1g,按2.4项下方法测定,各浓度分别平行测定3份样品。取空白脑匀浆液样品,加入7个对照品的混标液适量(在线性范围内设置高、中、低3个浓度加入),取0.5g脑组织匀浆液,加入10mL顶空进样小瓶中,按2.4项下方法测定,各浓度分别平行测定3份样品,根据黄樟醚、甲基丁香酚、细辛素、2,3,5-三甲氧基甲苯、3,4,5-三甲氧基甲苯、3,5-二甲氧基甲苯和4-烯丙基苯甲醚的峰面积计算提取回收率。
上述所有实验室工作内容系在2013年8月-2014年8月完成。
3 结果
3.1 标准曲线、检测限和定量限
使用HS-SPME-GC-MS定量分析加入混标溶液的空白生物样品,总离子流图见图1。肝匀浆液样品、脑匀浆液样品和血液样品在该测定条件下各指标成分的线性及相关性良好(R2在0.9932~0.9999),小鼠肝匀浆液样品、脑匀浆液样品和血液样品标准曲线、检测限和定量限见表1~3。
3.2 稳定性、重复性、精密度、相对回收率和提取回收率
肝匀浆液样品、脑匀浆液样品和血液样品的稳定性和重复性检测结果见表4,日内、日间精密度和相对回收率见表5~7,肝和脑组织样品的提取回收率见表8。
3.3 细辛混悬剂给药后小鼠体内成分定量分析
灌胃给药后,使用建立的定量方法对小鼠肝、脑和血液中7个成分的含量进行了分析,给药后生物样品的总离子流图见图2,定量结果见表9。
4 讨论
本文使用HS-SPME-GC-MS分析方法,首次建立了体内7个主要的细辛挥发性成分同时定量的方法。对给药后小鼠的脑、肝和血液中的可吸收的细辛挥发性成分进行了研究。4-烯丙基苯甲醚在血液中质量分数最高(0.25mg・L-1),肝中质量分数次之(0.22μg・g-1),脑内质量分数最低(0.14μg・g-1)。2,3,5三甲氧基甲苯在血液(0.54mg・L-1)和肝(0.45μg・g-1)中质量分数较高,脑内质量分数最低(0.13μg・g-1)。细辛素的质量分数亦在血液中最高(0.69mg・L-1),其次为肝(0.48μg・g-1)和脑(0.039μg・g-1)。3,5-二甲氧基甲苯在肝中质量分数最高(2.2μg・g-1),其次分别为血液(1.5mg・L-1)与脑(1.2μg・g-1)。黄樟醚在肝(1.3μg・g-1)和血液(1.1mg・L-1)中质量分数较高,其次为脑(0.67μg・g-1)。甲基丁香酚在肝中质量分数最高(1.1μg・g-1),血液中质量分数次之(0.69mg・L-1),脑中质量分数最低(0.39μg・g-1)。3,4,5-三甲氧基甲苯在肝中质量分数最高(0.51μg・g-1),血液中质量分数次之(0.45mg・L-1),脑中质量分数最低(0.15μg・g-1)。
上述7种挥发性成分中,4-烯丙基苯甲醚、3.5-二甲氧基甲苯、黄樟醚、2,3,5-三三甲氧基甲苯、3,4,5-三甲氧甲苯、细辛素6种成分为首次进行细辛给药后小鼠体内定量分析的成分,细辛素为首次在体内检测到的细辛成分。甲基丁香酚已有人检测过血清中含量,但检测肝和脑中含量系首次报道。这7种成分均为细辛的活性成分,而黄樟醚同时又为毒性成分,有呼吸中枢抑制的作用。
关键词:精确林业 GPS GIS
在现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术的推动下,林业正在进入以知识高度密集为主要特点的知识林业发展阶段,于是,“精确林业(Precision Forestry)”应运而生。所谓精确林业,即在林业生产过程中运用视觉传感器、卫星定位等高新技术,实时测知工作对象所需工作的质、量和时机等数据,通过对影响林木生长的环境因素实际存在的时空差异性的分析,判别林木长势优劣,确定影响长势的原因,提出科学处方,采取技术上可行、经济上有效的调控措施,消除和减少这些差异,按需定量实施灌溉、施肥和喷药,以实现最小资源投入、最大林业收益和最少环境危害。
1、精确林业的主要支撑技术
精确林业以3S技术、信息技术、智能化决策技术、可变量控制技术等为技术支撑体系,以生态学、造林学、工程学、系统学、控制学、测绘学为指导,能在自动化、智能化、一体化、时效性、准确性、可靠性等方面满足人们的需要,它的建立依赖于地球空间信息基础理论及其它高新科学技术的发展。
1.1 全球定位系统
全球定位系统(GPS)是_种可供全球享用的空间信息资源,具有全球性、全天候、高精度、用途多、可靠性好、覆盖范围广、定位速度快、抗干扰性强和自动化程度高等特点。在精确林业中,它主要实现对采集的林间信息进行空间定位,实时、快速地提供包括各类传感器(如CCD摄像头)和运载平台(如作业车辆、飞机等)目标的空间位置,辅助作业机械完成处方实施.
1.2 地理信息系统
地理信息系统(GIS)可以在计算机硬件、软件系统的支持下,存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据,把地理位置和相关属性有机地结合起来,根据用户需要将空间信息及属性信息准确真实、图文并茂地输出。在精确林业中,它主要实现对多种来源的时空数据进行存储、分析和处理,根据数据绘制电子地图,作为新的集成系统的基础平台。
1.3 遥感
遥感(RS)是一种多平台、多波段、高分辨率和全天候的对地观测技术,主要通过遥感器获取地球表面(层)自然界目标的波谱特征信息及对这些信息进行加工、处理,从而达到认识自然界的目的。在精确林业中,它主要用于实时地获取树木生长环境、生长状况和空间差异的大量时空变化信息,及时对GIS进行数据更新。
1.4 数据库管理系统
数据库管理系统(DBMS)使存储和查找数据最优化,实现了﹁体化存储和初步的一体化查询,具有很好的完整性,避免了数据过于琐碎带来的不便。在精确林业中,它主要用于建立包含林木长势、自然条件和历史数据等信息的数据库,同时,它使GIS软件能充分利用商用数据库已经成熟的众多特性,如快速索引、数据完整性和一致性保证、安全和恢复机制及分布式处理机制,明显提高GIS软件管理空间数据的能力。
1.5 决策支持系统
决策支持系统(DSS)综合了专家系统(ES)和模型系统(SS),它根据专家在长期生产中积累的知识,建立作物栽培模型、统计趋势分析与预测模
1.6 可变量控制技术
可变量控制技术(VRT)就是根据不同位置及要求自动改变施用比率的技术。它通过计算机控制,对林木所需用的水、肥料、农药等变量的类别和数量进行判断,根据需要调控如植保机械向林间喷洒这些变量的速率,使系统能在特定时间对特定目标进行操作规划,以达到精确定量地灌溉、施肥、喷药的目的,体现了“对症下药”、“按需给予、”“变量投入”的原则,它的实施可有效避免传统粗放型林业生产活动中造成的资源浪费和伴随的环境污染问题。在精确林业中,它主要实现对生产过程进行调控,合理地进行施肥、灌溉、施药等措施。GIS绘制电子地图,生成林木长势情况分布图,分析此图,获得林区内树木长势的差异程度一根据该图,对影响树木成长的各项因素进行分析,将地形、土质、土壤肥力、土壤含水量、气候状况、虫害、病害发生情况空间数据输入计算机,利用树木生长发育模型、相关作业的专家知识库等建立空间智能决策支持系统,确定产生长势差异的原因,生成林木管理处方图一根据处方图,生成响应林业机械的智能控制软件,按照按需投入、区别对待的原则,利用可变量控制技术实施施肥、喷药等操作一对其执行效果进行评估。
2、精确林业的基本操作过程
精确林业的出现,使定量获取影响树木长势情况的因素及最终生成的空间差异性信息,实施可变量投入,达到低成本、低消耗、高效率、环保好等目标成为可能。图1是精确林业基本操作过程的示意图,其实施过程可描述为:带GPS和实时传感器的作业机械随时间和空间变化自动采集林间定位及对应林班的树木长势情况数据一通过型、空间分析与技术经济分析模型,通过用户选择最优模型,输入模型的参数,获得仿真运算结果,从而为决策提供辅助支持的依据。在精确林业中,它主要实现对树木长势、病害、虫害的发生趋势进行分析模拟,针对林木生长环境和生长条件的时空差异性,生成处方图,提供各林班施肥喷药方案,对精确林业的实施效果、经济效益进行评估。
3、精确林业的研究现状
3.1 国外研究动态
一些发达国家在精确林业相关技术的研究方面发展较快,如在森林土壤类型分析、林地适应性评价、森林生态环境模拟、林木育种以及生长监测和森林收获等领域已有成熟的应用。
美国林务局为每个林管局和林业研究所配备了资源级GPS接收机,主要用于灾害监测和防治的飞机导航、林相图的自动更新和林区作业的定位服务。
美国林务局和伊利诺大学联合开发的Smart Forest软件,实现了森林景观的可视化,以DTM三维显示技术为基础,使用GIS作为决策支持媒介来考察景观尺度的资源状况,在林业信息的支持下,可以从不同视角模拟观察森林景观及其变化。
美国太空成像公司对原有的利用卫星RS数据监测火灾的技术和方法进行了归纳、整理和合并,形成了一套基于Internet影像查询系统的、实用的火灾探测算法,该算法具有自适应和区域性敏感的特点,所以适合于区域和全球火灾监测,可以实时获取火灾位置等信息。
Reid等人(2001)研究开发了FIAMODEI。来存储和分析林业数据,主要具有森林现状分析、发展趋势预测、森林生态景观分析、观光风景区内的森林布局等功能,同时,它还可提供林道、河流、边界等数据的查询。
[关键词]摄影测量 遥感技术 发展 问题
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-199-1
近些年来,人们迎来了信息时代,人类社会也逐渐步入到全方位的信息时代中,新兴很多科学技术,并得到了迅速发展,被人们广泛应用到人类生活之中。摄影测量经过数字摄影测量阶段、解析摄影测量阶段以及模拟摄影测量阶段这三个阶段。在摄影测量技术发展期间,从遥感数据源到遥感平台、遥感器、遥感数据处理、遥感理论基础探讨等,都产生了很大变化。下面,笔者就对摄影测量与遥感当前发展中面临的问题进行分析。
1摄影测量与遥感发展中存在的问题
1.1遥感技术发展存在的问题
当前形势下,遥感技术主要被应用到环境保护、城市规划、土地利用、荒漠化监测、灾害监测、环境预报、海洋监测、天气预报等行业和领域中,遥感技术为社会发展带来了很大的经济效益。特别是航天遥感技术的提出和发展,航天遥感技术对卫星遥感进行充分利用,进而获取各种需要的信息,可以说,航天遥感技术是当前最为有效的方法。
目前,在遥感技术的应用上,还存在一些问题:譬如说过分重视对表面现象的反馈,忽视了内里的规律分析、定量分析等。同时,遥感技术应用中还存在过分单一的问题,这在一定程度上影响了遥感技术作用的发挥,多种遥感技术的一体化综合应用有助于获取更加准确的数据资料,提高测量质量。比如说:遥感技术应用到水质的监测中时,进行数据分析多为定性分析,很少进行定量分析;且监测精度不高,存在明显的经验、半经验算法;另外,在监测的数据参数上,主要为透明度、浑浊度、悬浮沉积物、叶绿素等,参数过少,而且监测的波段范围也不大,主要集中在可见光和近红外波段范围。
1.2摄影测量发展存在的问题
我国的摄影测量发展经历了漫长的历程,伴随着我国自动控制技术以及计算机技术的不断发展,在二十世纪末期,完成了全数字的自动测图软件研发和应用,由此,数字摄影测量技术得以迅速发展,数字摄影测量被普遍应用到测量工作之中。在进入到二十一世纪以后,科学技术的不断提升为摄影测量提供了帮助,使摄影测量也步入到数字化时代中。在数字摄影测量中,传统的图像处理从光学仪器上搬到了计算机上,实现了对传感器空间方位的校正、地形起伏引起像点位移的纠正以及图像镶嵌等功能。目前,在摄影测量图像的处理方面,还存在图像匹配、不依赖DEM的正射纠正等问题。譬如说:在图像匹配上,在地形图上取影像与地形图上对应同名点作为纠正控制点,这种方法的精度不高,当前在图像的匹配上依然主要依赖人工方式,而数字化的图像匹配还有待进一步研究和发展。
另外,摄影测量技术中得数字正射影像图(DOM)存在严重的图像质量问题,外界环境的诸多因素都会直接影响到图像的质量,影响摄影测量的精度。譬如:清晰度差、纹理不清晰、重要地物缺失等。实践经验表明:原始影像质量、DEM数据质量、摄影处理条件、拼接线、第三方软件等都会对DOM质量产生影响。
2推动摄影测量与遥感技术发展的策略
近些年,在数据分析、信息服务、获取和处理数据的过程中,摄影测量与遥感技术都得到了良好发展,获取数据的装备也得到了迅速发展,从本质上提升了数据处理系统的自动化程度。
2.1遥感自动定位技术的发展和应用
在摄影测量与遥感技术发展过程中,遥感自动定位技术具有十分重要的地位,不仅能够对影响目标实际位置进行准确确定,更可以对影响属性进行准确解译。将GPS的空中三角测量作为前提和基础,对惯性导航系统进行充分利用,由此形成了航空影响传感器,航空影响传感器将定点摄影成像实现,并且保证定点摄影成像的高精度。在卫星遥感这一前提和基础下,精度可以实现米级,遥感自动定位技术能够实现实时数据更新和实时测图等作业的流程,进而将野外像控测量工作量减少。
2.2在三维模型表面重建中应用摄影测量
在工程勘察、人体重建、人脸重建、医学重建、文物保护、工业测量以及土建筑重建等方面都均已普遍应用三维物体重建技术。三维物体重建技术通过手持量测的数码相机实施操作,进而能够得到多度重叠以及短基线的图片,通过立体匹配的渠道获取模型点的数据。利用短基线多影响的数字摄影测量快速三维的重建技术,能够从本质上将摄影测量无法兼顾远景和变形问题进行解决,在实施的过程中,通过采取量测数码相机手持拍摄这一种方式方法,使测量技术更加快速和简单,并且拥有高度自动化。
2.3构建完善的遥感监测指标体系
为推动遥感技术定量化分析的应用于发展,必须建立起完善的遥控监测指标体系。比如说:在大气环境的遥感监测中,借助这一指标体系进行后续的定量化分析,掌握大气环境的变化情况,实现大气环境监测的集成化发展。一是时间与空间数据的互为弥补和整合,便于相关人员掌握大气环境;二是互为约束的遥感反演技术。随着遥感技术和摄影测量技术应用日益广泛,其不断融合先进技术,为人类发展带来更先进的监测技术,推动社会经济发展和人类进步,而构建监测指标体系则是当前迫切需要解决的一个问题,需要各部门、单位的联动,全力推动遥感技术的发展,实现遥感技术的变革。
3结语
综上,虽然如今的摄影测量与遥感技术发展速度相对来说比较快,并且已经被应用到测绘工作中,逐渐实现了智能化发展和数字化发展。我国摄影测量与遥感存在设备种类单一以及生产效率低下等问题,这些问题和信息产业发展相违背,不能达到国际的标准水平。因此,我们要集中优势力量,开展跨学科合作。
参考文献
[1]克里斯蒂安・海普克,唐粮.摄影测量与遥感之发展趋势和展望[J].地理信息世界,2011,09(02).
[2]蒙继华,吴炳方,杜鑫,张飞飞,张淼.董泰峰遥感在精准农业中的应用进展及展望[J].国土资源遥感,2011(03).
关键词:林业; 计算机应用
中图分类号: S72 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160532165
计算机的诞生,给我们的生活带来了巨大的改变,计算机技术在社会的各个行业中都发挥了重要的作用。林业的发展是社会建设工作中的重要内容,为了适应社会的发展,将计算机技术应用到林业的发展中是未来的必然趋势,林业的发展需要实现信息化,带动国内林业发生巨大的改变,促进国家生态文明建设的发展,早日实现生态文明的建设目标。
1 计算机在林业中应用的基本现状
1.1 计算机应用于林产工业
计算机技术初步进入林业发展时,主要是将计算机控制技术在木工机械上的应用,到目前为止电控系统PC控制技术仍然是木工机械控制系统发展的主要技术之一。同时计算机设计技术在林业的发展中也得到了广泛的应用。计算机数字控制技术的应用有效的改变了传统的木制品加工过程中的弊端。国外计算机技术发展起步较早,通过数字控制技术建立了木材采运设备数据库, 同时研究开发出了计算采伐与更新成本的软件 。
国内外的林产工业通过将计算机技术合理的应用而得到了飞跃的发展,为林业在化工产业以及木材加工及废物利用等方面都取得相应的成效。
1.2 计算机技术在林业经营与管理中的应用
经营与管理是产业建设与发展工作中的重要组成部分,林业经营与管理受多方面因素的影响,只有将计算机技术应用到林业经营与管理的方式中,才能够优化管理,降低资源的浪费度,为企业找到最佳的经营与管理方式。
Siegfried 研制的生产计划管理系统是目前林业管理工作中应用最为广泛的软件之一,它可以为员工建立良好的工作条件。软件的功能主要是通过多个数字模块实现计划和管理。例如制定订货明细表、以及工艺卡片的自动生成。 该系统同时具备装备误差测定。除此之外,木材销售计划和分析系统 ―――TASPAS 程序已经在销售部门得到一致的认可,可以有效的进行制定销售计划以及销售分析。
1.3 计算机技术在森林培育方面中的应用
生物学的研究与计算机技术是不可能脱离关系的,分子生物学是在分子的技术水平上来反应生命的发展规律, 生物分子信息数据必须借助计算机数字处理技术, 计算机可以发挥其储存量大以及运算速率快的特点有效的解决大量的数据分析问题。目前为止,计算机技术在生物核酸序列数据库、蛋白质分析数据库、染色体图谱数据库等方面取得了显著的成就。
计算机广域网、全球定位系统和遥感技术的有效融合可以有效改变传统林业在飞播、飞防作业中的弊端,可以大量减少人工的劳动力节约成本保护环境。
1.4 计算机技术应用于林业勘测
计算机技术通过摄影技术,遥感技术,工程测量及地球动力学等技术进行林业勘察和测绘并相互融合, 使得林业勘测技术得到了进一步的发展。
航空影像扫描技术对森林管理和规划发挥着重要的作用,通过卫星图像扫面可以有效对森林特性,管理规划进行评估。英国 Parker R .C .在森林清查中,计算一定高度以上的干梢直径,应用微型计算机和能够定量分析干形的专用软件,将远程林分速测镜与传统清查的数据处理联系起来。
2 计算机在林业应用发展中存在的问题
计算机在未来的社会建设中有着良好的发展前景,在林业的发展中同样如此。林业中计算机的应用越来越受到人们的重视,各个部门将计算机应用列为了工作中的重要内容。
国内计算机发展起步较晚,但是在短时间内取得了巨大的成就,在林业方面主要体现在行政和事业单位,主要包括报表的制作,数字的统计等等。但是在应用的过程中仍然暴露出多方面的问题,主要表现为计算机资源没有充分利用,林业系统与西方发达国家相比仍然存在很大的差距,除此之外,林业有关部门领导对计算机技术没有重视起来,管理制度没有健全或者是完善,对林业计算机技术研究的投资力度较小。
3 总结
计算机技术在未来的社会发展中起到重要的作用,将林业与计算机技术有效的融合是未来林业发展的必然趋势。如何将计算机技术更好的应用到林业的发展当中来是从事林业工作者值得思考的问题。计算机技术博大精深,需要投入更多财力与物力加大对林业计算机技术的研究,争取早日实现林业管理信息集中化,林业发展机械化,利用计算机技术有效带动林业的发展吗,促进社会的进步。以上是本人个人的观点,希望同行能够给予宝贵的意见和建议。
参考文献
[1]余雅福,林而达.计算机农业应用[M].北京:中国农业科技出版社,2011.
1.1生态环境监测的整体概念
作为与环境保护相融合的生态系统模式,主要就是突出在环境保护中,对各个影响因素进行相应的代表值的测定,通过现代化技术的融入,在整个监测中采用计算机信息软件等功能,更好地为环境质量的好坏提供全方位的技术控制。在监测的过程中,通过采用现场督察、资料的收集以及监测设计计划、布点设计、样品监测等方式,形成对数据分析处理、综合指标的评定等综合运用,结合在生态环境监测主管单位的整体监管中,形成自然因素、人为因素的环境保护模式,形成科学有效的监管办法。
1.2整体功能的发挥
在生态环境监测系统中,主要是通过技术运用的手段,围绕在经济社会发展中的各个要素,在污染要素、生态环境破坏等方面形成技术性的控制,这样可以更加突出在整个监测中的技术模块,为实现可持续发展提供良好的支持。其中,通过对空气质量、废水排量等有效的数据控制,能为环保监察的执法提供科学的依据,全面加强生态环境保护的整体运用。
2生态环境监测中存在的问题
2.1业务水平不强
在环境检监测的处理过程中,由于专业队伍人才的缺乏,不能全面适应整个监测的需求,有的监测机构即使配备了相关的人员,但是在专业技能上还是不能与整个监测技术相吻合,对于监测中空气质量、地下水以及废水等指标的测量,不能形成整体的管理水平,因此不能适应整个监测业务的整体功能。
2.2过分强调经济效益
受到传统思想的影响,在生态环境的监测中,由于空气质量的下降、水污染的严重加剧,空气质量的全面降低,在追求经济发展的过程中,全面强调对整个经济的发展步伐,在电子产品、化工药物、能源开发等过程中,采用的是粗放式的开采模式,因此,没有技术开发的模式,也不能实现产业结构的优化与调整,在经济发展的过程中产生了很大的生态问题,不能形成可持续发展的整体运行态势。
2.3生态破坏的严重性较大
在环境破坏中,对于生态环境的影响是一个关键性的因素。尤其是在整个经济大背景下,环境污染的形成不是一时的,主要的过程是经历日积月累的。生活环境中各种空气要素遭到破坏,不能形成一种健康的生态方式。在环境监测的系统模式中,也不能进行全方位的优化,从而不利于环保部门对于环境的整体控制,在技术上不能全面创新,这些都不利于环境生态监测技术的整体升级和在具体运用中的作用发挥。
3生态环境监测技术的运用方式
3.1遥感与GIS一体化集成技术
遥感图像类似于栅格数据。在GIS,遥感和地理信息系统数据级轻松实现一体化。GIS软件在图像处理方面比较弱,而遥感软件在数据管理及空间分析方面非常欠缺。遥感图像分析功能可以被用来作为一个核心组件和GIS的集成,我们必须首先解决数据在两个平台之间的互操作性问题。遥感影像获取成本相对较高,且需要占用较大的存储空间,如果为每一用户都单独配备相应的影像将需要花费较大的代价。而遥感影像的使用特点是多个用户经常在同一幅影像上进行相应操作,也就是以共享方式使用影像。因此基于WebServices的共享方式能集中利用服务器的软、硬件资源,方便终端用户的使用。其次是平台一体化。如果在菜单中的遥感图像处理的结果可以被直接发送到GIS软件,没有中间的保存、打开,类似于GIS的分析软件,该软件直接进入远程同步显示或另一个软件集成软件的常用功能,虽然在两个不同的软件平台下工作,但效果类似。
3.2数据库内容和组织
数据层由空间数据库和属性数据库两部分组成。其中,空间数据库包括评价区域基础地理数据和遥感数据;属性数据库包括国家生态环境质量评价技术规范,相关术语的解释,土地利用分类系统地类代码、含义以及一二级地类匹配关系,各个评价指标权重及计算方法,社会经济统计数据和环境质量数据等。同时,将空间数据和属性数据通过统一的ID关联。关系模型实际上是一种简单的二维表格,适用于具有简单属性(属性不可分),且属性个数固定的对象,但不能直接表示属性个数不定的空间数据,如一条线上具有不同的空间点。
3.3突出环境保护监测网络化建设
对于生态环境监测的每一个科学指标,尤其是在监测网络系统的构建中,最主要的是实现整个系统管理的规范化,在严谨的设计过程中,有针对性地形成技术融合模式,才能更好地实现网络化建设的优越性。在科学优化的基础上建立并完善全国环境监测网、生态环境监测网,根据分级管理原则和环境管理的需要,建立并完善国家、省、市级环境监测网络管理及运行机制,制定章程和规范,统一协调,合理分工,相互配合。监测站承担大量基础性、常规性的环境质量、污染源监测工作,监测总站和省站不承担或很少承担具体监测任务,重在监测科研,进行监测技术路线、监测标准规范体系、分析方法体系、环境质量综合分析评价技术体系、质量控制技术体系的深入研究。
4结语
〔关键词〕水文水资源;信息技术;有效应用
1在水文资源领域中现代信息技术的重要性
水文资源是一个很重要的领域,既影响到人们的正常生活,也对保护环境有一定作用。但是,采用传统的手段开展勘测水文工程工作,导致勘测结果不准确,也无法及时反馈有关信息,进而致使水文状况无法很好改善,在这样长期的状况下,势必会出现水面涨落、河道受冲淤等问题,影响了水文勘测工作的正常开展,这些问题如果不及时解决,必然会降低我国水文勘测工作水平,引发其他方面的问题,严重阻碍着我国现代经济的发展,也影响着我国社会主义和谐社会的构建。在现代信息技术水平日益加强下,在水文资源领域中充分应用现代信息技术,有助于工作人员对水文资金进行监测,并因地制宜制定措施来提高水文资源领域工作质量。在现代信息技术作用下,结合电子信息技术与自动化控制技术,实时监测区域内的水文状况。在此基础上,观察水文站设备设施,分析各个时期的水文数据,保证数据的可比性与交互性。从多方面上而言,在水文水资源领域中应用现代信息技术,可以更加直观的观察图像演示,确保检测数据的准确性和有效性,进而为决策者提供科学依据,切实保护好水文资源。
2在水文水资源领域全球定位系统的应用
全球定位系统是一种可以定时与测距空间交汇的导航系统,具有测量与民航的功能。但此系统与传统监测方式有所差异,全球定位系统有着较强的可操作性,大幅度的提高了测量速度,并且系统测量工作具有独立性,测点不会影响到测量结果,也就不会传统监测方式中误差积累的问题,因此将全球定位系统用在小范围测量水土保持设备的地理位置中。我国当前在很多领域中都充分应用了全球定位系统,如:监测地质灾害预警、勘测湖泊水下地形等,都取得了令人满意的应用效果,但全球定位的系统的使用价值远远不止这些,还需要有关研究者深程度研究和探索,挖掘其更多方面的使用价值,进一步推动我国社会经济的快速发展。
3在水文资源领域中地理信息系统的应用
3.1地理信息系统平台
我国水土保持各环节工作中都需要借助地理信息系统平台,这是因为在土壤浸蚀强度划分、水土保持措施效益评价等各项工作中,都需要运用地理信息系统建立模式实施预测,进而为开展水土保持工作提供准确的依据。唯有准确的数据信息,才能确保水土保持工作的顺利有序进行,真正发挥地理信息系统在水文资源领域的作用,进一步提高水资源利用率,避免浪费水资源。
3.2在防洪减灾中地理信息系统的应用
结合实际状况来讲,在地理信息系统中存在着很多防洪减灾存储和管理数据系统,这些系统相辅相成、缺一不可,正因为如此,地理信息系统可实现远程浏览和信息的功能,在这一功能作用下,应用此系统有利于提高防汛工作效率。此系统可以在提取和分析灾害数据中,还能够可视化表达灾害实际状况,在了解灾害具体状况后,结合灾害实际状况,制定出相应的解决方案,尽量降低灾害带来的经济损失,确保人们的经济收入。
4在水文水资源领域中遥感技术的应用
4.1在水质监测工作遥感技术的应用
在水质监测和评估中,遥感技术扮演了重要的角色,运用遥感技术能够第一时间内监测水质参数变化状况。在各项新型技术的涌现,将光遥感技术在监测水质领域中逐渐扩大实际生产领域中,同时也在发展其他方法,借助于遥感技术,我们能够实时监测水体的酸碱性、混浊度等指标。这对于及时整理水体污染有着重要的作用。在我国科学技术的快速进步下,诞生了很多新技术,这些新技术与遥感技术充分融合,更大范围、更大规模的应用在水质监测领域中。
4.2在干旱灾害领域中遥感技术的应用
在采集土壤表面出现的电磁能量后,结合具体实测信息数据,使用遥感卫星工具对旱情准确监测,在监测农作物的长势和地表温度与湿度数据,实现及时跟踪旱情,依据当地地质状况与水文情况,有计划、有目的构建地理模型。目前,我国相关部门结合构建起的地理模型,开展了一系列的救灾专项工作,极大的减少了由于干旱而给各地区带来的经济损失。可见,在干旱灾害中遥感技术有着较强的应用价值,应更大范围的应用,进一步提高我国农业产值。
4.3在洪涝灾害领域遥感技术的应用
在洪涝灾害过程中,遥感技术的应用较为成熟,一般应用在紧急救灾、灾后重建、快速反应等方面。其中,20世纪80年代借助MSS数据发现三江平原的洪涝灾害,之后有关部门及时开展的各项救灾活动,在救灾活动充分应用了遥感技术,不但降低了由于灾害带来的损失,而且还减少了人员的伤亡,其次是在灾害重建工作中,遥感技术具备快捷性、全面性、客观性等多种优势,这些优势是其他技术所不具有的。但需要明确的是,在应用遥感技术中不能盲目的、一味的应用,应结合此技术的特征和优势,针对性的应用,否则会起到适得其反的效果,影响了此技术的应用效率。
5在其他领域中信息技术的应用
在科技的快速发展下,各个领域间都在通力合作中,我国水文资源领域内部必然会引入很多高新技术,进而促使我国水利事业的稳定健康发展。信息技术的广泛应用会在客观上为科学管理水文资源奠定基础,也会为国家提供与水有关的数字信息、数字产品,这些新型技术都会推动我国水利事业的进一步发展,促使我国水利事业更上一层楼。但结合实际情况来讲,我国信息技术在各个领域中都未得到深入应用,导致应用效率有限,因此,我国各大研究领域还应充分应用信息,确保信息技术能够充分发挥作用,进而推动各行各业的发展。
6结语
【关键词】集成电路;优势;温度传感器技术
一、导言
傳感器是能感知外界信息并能按一定规律将这些信号转换成可用信号的装置。传感器种类繁多,如果按照所测量的物理量进行分类,主要包括温度传感器,湿度传感器等。温度传感器研究开发最早,应用领域也最广泛。集成电路温度传感器具有线性好、抗干扰能力强、灵敏度高、体积小和使用方便等优点。随着微电子技术的快速发展,新型集成电路传感器不断涌现,并广泛应用于科学研究、工农业生产和家用电器等诸多领域。
二、关于集成电路温度传感器比热敏电阻器具有的优势
温度传感元件几乎是无处不在。从空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品直至PC机、服务器、计算机外设、移动电话手机等,都需要具有温度传感功能的器件。虽然长期以来热敏电阻器是最常用的元件,目前在一些工业应用领域仍然起重要的作用;但是,集成电路温度传感器比起热敏电阻器有着明显的优点,包括准确度更高,体积更小,功耗更低,更加适合在集成电路系统中应用。温度传感器集成电路的电压输出与温度成正比,在相当宽的温度范围内,都具有很高的准确度。反之,热敏电阻器的电压输出与温度不具有线性关系,需通过查表或外加线性化电路,才能得到准确的温度。而且,热敏电阻器在高温区段电压变化率较小,不易分辨,造成温度测量的误差较大。这是热敏电阻器的最大缺点。相比之下,集成电路温度传感器因其电压输出与温度成线性关系,无论在高温或低温范围内,准确度都是一样的。其次,热敏电阻器产品在不同的批次间存在差异,电子响应性能不一致。因而,使用前都需要进行调校,在大量生产时增加成本和时间。集成电路温度传感器的输出阻抗较低,功耗也较低;热敏电阻器通过消耗电流感受温度,功耗较高。而且,长时间感受温度使热敏电阻器本身的温度也升高,测量温度的准确性降低。
三、关于集成电路IC温度传感器技术
(一)热二极管
热二极管传感器的优点是能与IC工艺兼容,且成本较低。当二极管由一恒定正向电流驱动时,其正向偏置电压随着温度的升高而线性降低,这一性质被用于制作IC温度传感器。若要进一步增加灵敏度,可以采用2个或多个二极管串联的方式,典型的可用温度范围是-100℃~250℃。
(二)热晶体管
在集成电路中,热二极管实际由基极连在一起的双极晶体管构成。普通二极管作为温度传感器,虽然制作工艺简单,但其线性度差。因此,将NPN晶体管的BC结短接,在基极和射极扩散区形成唯一有源结,利用BC结作为感温元件,即通常的2个三极管形式。若先对三极管的两端加上高正向偏置电流,再加上低的正向偏置电流,让这2个电压的电压差ΔVBE仅仅取决于这2个电流的比值,使其接近理想的PN结,其线性度接近理论推导值,从而获得较高的温度检测精度。
(三)遥感传感
将1个遥感热二极管(或者热晶体管)安装于封装之内或安装在发热系统同一芯片上,传感器的其他部分不与系统直接接触,可通过遥感进行控制。传感器还包括A/D转换器、逻辑电路以及读出电路,可向微控制器发送优化系统所需的电热信号。
(四)带隙基准
带隙基准电路是先进IC温度传感器的基本单元,用于产生独立于温度的基准电压VREF。带隙电路提供的基准电压等于硅在零温度时带隙电压的外推值1.205V。Widlar单元作为与温度无关的输出基准电压源,可将带隙电压电路转化为电压正比于绝对温度(VPTAT)的传感器。观察电阻R2两端的电压降,它正比于绝对温度并且被R2/R3放大。而电流正比于绝对温度(IPTAT),视为恒流发生器,与绝对温度呈线性变化。一般地,VPTAT增益为6~20mV/℃的模拟传感器以及IPTAT增益为1~10μA/℃的模拟温度传感器,其精度的变化范围约为0.5%~2%。
(五)CMOS传感器
1.敏感器件。
大多数CMOS(如BiCMOS和BCD)传感器利用了双极晶体管的特性。基本的、精度最高的CMOS温度传感器是硅PN结二极管(即热二极管)。硅双极结型晶体管工作于二极管模式时,可作为温度传感器。标准CMOS传感器工艺主要利用2种类型的寄生双极晶体管作为感温器件。
2.CMOS横向双极晶体管(CLBT)和CMOS纵向双极晶体管(CVBT)。
标准CMOS传感器主要利用CLBT和CVBT这2种类型的寄生双极晶体管作为感温器件。CLBT是分别与NMOS管或PMOS管处于平行位置的横向NPN或PNP晶体管,如果MOS管的栅极处于空置状态,并且对双极管基极-发射结进行正向偏置,双极晶体管就处于工作状态。CVBT以源漏扩散作为发射极,阱作为基区,衬底作为集电极,其性能与双极晶体管较接近,缺点是集电极被固定在芯片的衬底,使用范围受到限制。CLBT以MOSFET的源-漏扩散作为发射极和集电极,沟道作为基区,工序相对简单,且集电极不受限制。由于基区掺杂浓度偏差造成沟道载流子迁移率不均匀,以及侧向扩散导致基区发射极面积和基极宽带无法精确控制,工艺精确控制困难,晶体管的电流增益一般小于5。采用双极晶体管制作的温度传感器存在如下缺陷:当该结构工作在AC电源下,因为衬底漏电流的存在,会出现信号幅度随频率变动的现象。可通过采用具有N型埋层的CMOS偏置源来解决。
(六)脉宽调制(PWM)传感器
脉宽调制(PWM)温度传感器基于温度占空比的输出信号,可以通过VPTAT和频率转换器的电压获得。
四、总结
总之,在传感与控制技术、通信技术和计算机技术三大技术中,传感器是一种获得信息的手段,它将感受或影响规定的被测量,按一定规律转换成可输出信号,以满足信息的传输、存储、处理、显示和控制等要求。在各种测量信号中,由于电信号测量技术和手段发展的较好,其采集、传输、处理、显示最为方便,因而,人们常将各种非电量转换为电量来测量。所以,本文探讨关于集成电路(IC)温度传感器具有重要意义。
参考文献:
[1]谌正艮,赵青生,廖艳林.AD590设计数字温度计的原理分析与改进[J].2014.
[2]逄玉台,王团部.集成温度传感器AD590及其应用[J].2013.
【关键词】自动控制技术;农业自动化
由于历史、观念和技术等方面的原因, 我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距,已远远不能适应农业的科技进步。近些年来, 自动化的研究逐渐被人们所认识, 自动控制在农业上的应用越来越受到重视。例如,把计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术结合起来, 应用于传统农业机械, 极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验(如台湾地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化)的开发与应用情况, 同时也汲取了国外一些国家的先进经验、技术,如日本的四行半喂人联合收割机是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用,英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展,从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。
1.已有的农业机械及装置的部分自动化控制
自动化技术提高了已有农业机械及装置的作业性能和操作性能。浙江省把自动化技术应用于茶叶机械上,成功研制出6CRK-55型可编程控制加压茶叶揉捻机,它利用计算机控制电功加压机构,能根据茶叶的具体情况编制最佳揉捻程序实现揉捻过程的自动控制,是机电一体化技术在茶叶机械上的首次成功应用。
1.1应用于拖拉机
在农用拖拉机上已广泛使用了机械油压式三点联结的位调节和力调节系统装置, 现又在开发和采用性能更完善的电子油压式三点联结装置。
1.2应用于施肥播种机
根据行驶速度和检测种子粒数来确定播种量是否符合要求的装置, 以及将马铃薯种子割成瓣后播种的装置等。
1.3应用于谷物干燥机
不受外界条件干扰, 能自动维持热风温度的装置停电或干燥机过热引起火灾时,自动掐断燃料供给的装置。
2.微灌自动控制技术
我国从20世纪年50代就开始进行节水灌溉的研究与推广据统计。到1992年,全国共有节水灌溉工程面积0.133亿m2,其中喷灌面积80万m2, 农业节水工程取得了巨大的进展。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段,高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤墒性和作物生长情况,对灌溉用水进行动态监测预报,实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域,我国先后研制和改进了等流量滴灌设备、微喷灌设备、微灌带、孔口滴头、压力补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备,总结出了一套基本适合我国国情的微灌设计参数和计算方法,建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统,可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。这种系统中应用了灌水器、土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器、电线等。
3.自动控制技术在精准农业中的应用