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第1篇：導航設計范文

摘要：在網絡課件的設計中，導航是一個重要因素，可有效保證網絡課程的質量，需要全面考慮和精心設計。良好的導航設計可以引導學習者有效的學習，提高學習的效率。本文從導航的作用入手，介紹了導航設計的原則以及導航設計的策略。

關鍵詞：網絡課程；導航設計；策略；原則

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引言

在這里我們說的“導航”是專指網絡課件中的導航模塊。網絡課件是通過網絡表現的某門學科的教學內容及實施的教學活動的總和，網絡課件的內容是以超媒體信息組織結構進行信息的組織。超媒體信息組織結構是一種能很好地體現依序為中心的教學思想的信息組織形式，它使學習者在學習時可以自己制定學習目標，選擇學習內容和學習途徑，但是超媒體課件因信息結構復雜和信息量大，易產生迷失路徑，增加不必要認知負載。因此在用節點和鏈組成的超媒體網絡結構中，就需要導航模塊，它可允許使用者非線性地自由瀏覽，賦予了學習者更大的自由度，使他們可以在各種教學信息之間跳轉，既發揮超媒體的作用和特長，又便于學習者主動地、創新地進行學習，同時又可減少使用者的認知負荷。明確清晰的導航可以給學習者指明當前學習的路徑、可以達到的信息領域及學習內容之間的關系。簡言之，導航就是網絡課件中當學習者迷航時，通過軟件提供的各種工具，以此達到操作或學習的目標。

2導航的作用及其表現形式

2.1導航的作用

如上所述，課件中導航設計的重要作用在于引導學生圍繞教學目標，提高學習效率，進行有效學習。從導航的概念中也可以看出導航模塊的具體作用可歸結為如下幾點：

(1) 使學習者能清楚地了解教學內容的結構概況，產生整體性結構的概念；

(2) 讓學習者了解當前學習內容在學習過程中、在課件的知識結構體系中所處的位置；

(3) 讓學習者能根據學習過的知識、走過的路徑，確定下一步的前進方向和路徑；

(4) 讓學習者能快速而簡捷地找到所需的信息，并以最佳的路徑找到這些信息，也可預設瀏覽路徑，減少學習者的探路時間。

(5) 讓學習者使用課件遇到困難時，能尋求到解決困難的方法，找到達到學習目標的最佳學習路徑；

(6) 對一些學習過程中容易遇到的問題，用幫助頁面的方式給出指導，提供解決問題的方法和途徑。

2.2網絡課件導航的表現形式

網絡課件的導航類型多樣，有基于學習位置的導航、基于學習過程的導航、基于知識點的導航、基于測試輔導的導航等類型，相應的，導航的表現形式也是豐富多彩。目前網絡課件導航設計中常見的表現形式有以下幾種：

(1) 樹狀結構。在網絡課件導航設計的目錄結構設計中最為常用，比較形象直觀。

(2) 下拉菜單。與樹狀結構相比能夠節省頁面空間，便于課件其他素材的布置。但是其直觀程度沒有樹狀結構明顯，操作也不夠方便。

(3) 列表框。主要用于對分類對象的導航，如章、節、知識點導航。它具有占用頁面空間少、可以任意布置頁面位置的優點，并且可以包含更多的數據信息，但是其表現的直觀性弱于樹狀及下拉菜單。

(4) 動態頁面。是一種基于數據搜索查詢的導航，可以根據給定的關鍵詞從數據庫中搜索相應的導航內容。它主要應用于“關鍵詞導航”、“基于學習過程的導航”以及“基于測試輔導的導航”中，方便學習者依據需要進行自主學習。

3導航設計的策略

在網絡課件或網絡課程中，通常包含巨大的信息量，內部信息之間的關系可能異常復雜。因此除了要求信息結構要設計合理之外，對信息的導航策略要求也很高。在網絡課程設計中，常見的導航策略有：

3.1信息隱形

“信息隱形”就是將不常用的或在一定的條件下才能使用的選擇工具暫時隱藏起來，只有在條件滿足時，才開放給用戶，這樣就減少了用戶的選擇。如菜單中常常有些項目顯示模糊，表明此時不能選擇該項目。再者，并不是所有按鈕，學習者可隨時使用，若當前屏幕顯示的是文字信息，只有當知識庫中有與該文字信息相關的圖像聲音等信息，圖像、聲音等按鈕才處于待激活狀態。

3.2電子書簽和電子筆記

電子書簽可以讓學習者在超媒體系統探索路徑上做下多個標記，供下次學習參考；學習者使用電子筆記記下學習心得或將對自己有用的信息拷貝到電子筆記中。

3.3安全返回

當學習者在系統中迷路或遇到困難時，系統應提供工具，讓學習者能夠“安全”退回大本營，回到中心結點，如在課件中設一“返回”按鈕，使學習者隨時可以回到系統的開頭。

3.4提供教學導向活動

多媒體網絡課件中包含教學活動的導航，具體來說，至少應包括下列內容：

(1) 首先應包括系列化教學事件如明確學習目標、課程概覽、提示學前經驗、提供原則、例證、練習、評估和反饋等；

(2) 提供導航工具：目錄、菜單、圖標、索引等。

(3) 應給予學習者適當的控制權：在計算機輔導教學中，要達到個別化教學的目的，最容易做到也最可行的方法是經由“學習者控制”，由學生根據自己的需求和偏愛來選擇信息的形式、數量、速度和路徑。盡管“學習者控制”的方法看起來頗為吸引人，但需謹慎，避免誤用了控制的權力，系統應適當監控學習者，提供學習建議，提示重要的學習路徑，更重要的是評估學習成果，以診斷學習的困難并保證學習目標的達成。

(4) 告知學習進度：在傳統的印刷媒體呈現信息的方式中，學習者可以隨時瀏覽而得知自己的閱讀進度，而在網絡教學環境中則不行。在多媒體課件中，當學習者行經每一章節或段落時，系統應告知，以便了學習者了解進度如路徑、頁數等的顯示。

4網絡課件導航設計案例

為了探索和實踐網絡課件的導航設計策略及原則，筆者所在的團隊設計制作了泰山學院“數據結構”網絡課件，并在教學中應用，產生了良好的教學效果。

(1) 基于學習內容的樹形導航

“數據結構”網絡課件設置了相關學習活動樹形導航，包括“教學大綱”、“試驗大綱”、“電子教案”、“教學錄像”等模塊，同時以章、節、知識點的目錄結構建立二級導航鏈接，分別呈現在頁面的左右邊，如圖1所示。通過導航，學生可以很方便地進入各章節各模塊的學習，容易定位學習的位置，不易迷航。樹形導航結構與內容采用楨分離技術，使得課件的結構設計與課件的內容設計分離開來，有效地減少了課件的制作冗余，更有利于設計者集中精力進行內容的設計；方便了課件的結構修改，同時學習內容也因為不需要再單獨附上結構導航信息因此減少了頁面內容，加快了頁面的打開速度。

(2) 基于學習測試輔導導航

“數據結構”網絡課件不但提供了基于學習內容的樹形導航，同時還提供了基于學習測試輔導的導航，以下拉菜單的形式放置在每頁的上方，方便學習者自學、自測以及在線提問。學習者可以根據自己的學習進度及程度，有選擇性地進入感興趣的學習模塊。

(3) 基于頁面內三自由度的讀者位置導航

學習內容模塊導航、章節知識點樹形結構導航以及學習測試輔導導航提供了三個自由度的定位，學習者可以完全確定自己的學習位置，容易掌握自己的學習進度。并且它們都是基于界面內的操作，在同一個界面上可以完成所有的操作，不會由于打開的界面太多而迷失方向，操作簡潔方便。

5導航設計原則

針對學習者的使用及反饋情況，我們認為，在網絡課程的導航設計中應遵循以下的原則：

5.1明確性

無論采用什么導航策略，導航設計應該明確，讓使用者能一目了然。具體表現為：能讓使用者明確自己的學習路徑，包含過去的和未來的；能讓使用者清楚了解自己所處的位置等。只有明確的導航才能真正引導的作用，引導學習者高效地進行學習。

5.2可理解

導航對于用戶應是易于理解的。在表達形式上，要使用清楚、簡潔的示意圖、表格、圖像，甚至文字來表達，盡量少用用戶陌生、費解的技術術語和概念，盡可能少的使用文本，更要避免使用無效字句。在顯示上，導航信息不要與系統其他信息混雜顯示在一起，應顯示在專用窗口內或固定區域中。對信息量大的導航方式還應合理使用各種符號，并盡量使用色彩、外型變化、高亮度等方法強調其中的重要信息。

5.3完整性

完整是要求軟件所提供的導航具體、完整，可以讓用戶獲得整個軟件范圍內的全域性導航，能涉及到軟件中全部的教學信息及其關系，盡可能解決使用者的所有問題。

5.4靈活性

導航信息與課件相關，更與使用者運行軟件的當前狀態相關，因此導航策略應該跟蹤用戶的當前狀態，獲得與使用情況緊密相關的信息，了解用戶需要的信息，及時生成解決方案，讓用戶減少查看或處理無關信息的操作。

5.5提供咨詢

導航應能提供用戶咨詢信息，它如同一個詢問處、咨詢部，當用戶有需要的時候，能為使用者提供導航，其中所含信息應僅供使用者參考。導航信息不應中斷或影響使用者正在進行的學習，也不能因此改變系統狀態，也就是說，導航信息不可以嚴重干擾、中斷或破壞系統的運行。另外導航信息雖要明確但不應過于引人注目，要避免它在用戶需要之前就吸引或干擾了使用者的注意力。總之，要保證是在用戶需要的情況下，并在盡可能少地干擾用戶的情況下向用戶提供。

5.6容易使用和操作

導航系統應在容易啟動的同時容易退出，或讓使用者以簡單的方式跳轉到想要去的部分，對于彈出式的導航窗口，可以定義按鈕、快捷操作鍵等作為導航信息的啟動事件，同時設計相應的事件來完成離開或關閉導航窗口的操作，做到隨時進入隨時退出。

5.7動態導航

導航信息可以說是一種引導，動態的引導能更好地適合使用者，解決用戶的具體問題。即時、動態地解決使用者的問題，是一個好導航必須具有的特點。

考慮到以上這些導航設計的原則，才能保證導航策略的有效，發揮出導航策略應有的作用。

6結束語

網絡課件的導航是指導學習者學習課程內容的關鍵因素，故網絡課程的導航系統要清晰、明確、簡單、方便，要符合大多數學習者的學習習慣和對知識掌握的人之心理。應該能夠實現課程瀏覽的縱向到底、橫向到邊，既能使學習者對某一個知識點的學習深入下去，又能使學習者容易全面地了解章節內容。

參考文獻：

[1] 何克抗, 謝幼如, 鄭詠柏. 教學系統設計[M]. 北京: 北京師范大學出版社, 2002,304-318.

[2] 吳偉敏. 網絡學習中的信息迷航問題初探[J]. 中國電化教育, 2001, (10),52-53.

第2篇：導航設計范文

1.導航結構不清晰

一個優秀的網站導航結構能夠有效地幫助用戶解決4個問題：我在哪里；我可以到達哪些地方；我怎樣才能到達目標地；我到達目標地后怎樣才能回到我的出發點。但是，仍然有很多網站未能較好解決這些問題。筆者瀏覽以上6所婦幼保健院的網站發現，這些網站的導航結構普遍存在如下問題：網站缺乏當前位置，用戶不知道下一步怎樣走，不知道怎樣回到出發點，不知道所處的位置在哪（如廣西婦幼保健院）；頂部導航過多，缺乏下拉菜單導航即二級導航，用戶很難較快地找到自己想要的信息（如湖北省婦幼保健院）；二級導航位置不明顯或不適合用戶的閱讀習慣，使得用戶容易忽略二級導航的存在，致使用戶達不到想去的目標地（如廣西婦幼保健院、北京婦幼保健院）。

2.缺乏輔導航

常見的輔導航有網站地圖和搜索引擎：網站地圖是一個網站所有鏈接的容器，以一個單獨的頁面顯示整個網站內容分布情況，以便用戶快速了解整個網站的結構、框架、內容分布，幫助迷失的用戶找到他們想看的頁面；搜索引擎是指根據一定的策略、運用特定的計算機程序檢索網上信息工具，將縱橫交錯的網頁鏈接起來，允許用戶使用他們熟悉的術語檢索自己需要查找的內容。在網站建設中，如果能很好地將網站地圖和搜索引擎結合使用，便能讓用戶快速準確地找到目標信息。以上6個網站中，有4個網站沒有網站地圖，有3個沒有搜索引擎，既有網站地圖又有搜索引擎的網站只有一所醫院，即北京婦幼保健院。這6所醫院的網站，除了黑龍江省婦幼保健院的網站信息和內容較為簡單外，其余5所醫院的網站內容和信息都比較復雜，若沒有相應的輔導航工具，用戶容易迷航。以上數據表明，大多數醫院都不夠重視輔導航的作用，沒有深入了解用戶的需求。

3.導航鏈接文字意義不明確

文字是人類書寫語言的符號和交流信息的重要工具，在網站建設中，導航文字是用戶獲取信息的主要要素，如果鏈接的文字意思不夠明確或過于籠統，就會導致用戶不知道該鏈接到底指向一個什么內容的頁面，不知道怎么找到所需的信息。

二、對醫院網站導航設計的建議

導航是連接用戶與內容的橋梁，導航設計的優劣及其是否易于使用都會直接影響用戶對網絡內容的獲取。可以根據用戶認知心理相應地對導航結構、網站地圖、網站搜索等不同類型的導航進行設計，有針對性地滿足不同用戶的需求，快速引導他們找到所需的信息。

1.導航結構設計

網站的導航結構設計需注意4點：要保證整個網站中每個網頁的位置、內容、視覺風格統一；頂部導航要包括到達網站中不屬于內容層次的重要元素的鏈接，并且每個子網都應包含返回首頁的鏈接以及當前位置；二級導航的位置最好保持固定不變，因為固定的位置能為用戶指引方向，以免迷航；避免過深的層級關系，如果二級導航比較多，可以考慮設置下拉菜單。根據用戶自上而下、從左到右的認知過程，可以如圖1設置整個網站結構。其中下拉菜單是隱蔽的，即當鼠標經過頂部導航時，下拉菜單導航顯示出來，當鼠標離開頂部導航時，下拉菜單導航隱蔽起來。搜索框和網站地圖放在頂部，易引起用戶的注意，用戶可以方便快速地確定所需的信息。在文章的右上方提供當前位置，可以方便學習者知道自己所處的位置，以免迷航。

2.搜索引擎設計

用戶如果對整個網站結構沒有清晰認識，當其進入網站時，一般會尋找搜索框輸入關鍵詞進行搜索，如果關鍵詞與網站內容相匹配，網站就會將檢索結果陳列出來。用戶的檢索過程看似簡單，實際上并不簡單，圖2顯示了用戶的檢索過程。從圖2可知，整個檢索過程中搜索這一步驟非常重要，可以說，用戶能否準確地獲取所需的信息，搜索引擎起到關鍵性作用。實際搜索引擎的原理，可以看作3步：從互聯網上抓取網頁→建立索引數據庫→在索引數據庫中搜索排序。從互聯網上抓取網頁：利用能夠從互聯網上自動收集網頁的Spider系統程序，自動訪問互聯網，并沿著任何網頁中的所有URL鏈接到其它網頁，重復該過程，并把鏈接過的所有網頁收集回來。建立索引數據庫：由分析索引系統程序對收集回來的網頁進行分析，提取相關網頁信息（包括網頁所在URL、編碼類型、頁面內容包含的關鍵詞、關鍵詞位置、生成時間、大小、與其它網頁的鏈接關系等），根據一定的相關度算法進行大量復雜計算，得到每一個網頁針對頁面內容以及超鏈中每一個關鍵詞的相關度（或重要性），然后用這些相關信息建立網頁索引數據庫。在索引數據庫中搜索排序：當用戶輸入關鍵詞搜索后，由搜索系統程序從網頁索引數據庫中找到符合該關鍵詞的所有相關網頁，因為所有相關網頁針對該關鍵詞的相關度早已算好，所以只需按照現成的相關度數值排序，相關度越高，排名越靠前，最后由頁面生成系統將搜索結果的鏈接地址和頁面內容摘要等內容組織起來返回給用戶。

3.網站地圖設計

網站地圖是為瀏覽者提供導航協助的重要方式之一，一般是以一個單獨的頁面顯示整個網站導航的分布情況。在選擇使用網站地圖時，必須考慮網站主頁設計風格和網站頁面總數。如果網站主頁在設計過程中已具備顯示整個網站資源的功能，則可以選擇不使用網站地圖。如果網站地圖包含太多鏈接，則人們瀏覽的時候容易迷失。因此，如果網站頁面總數超過了100個，就需要挑選出最重要的頁面。建議挑選下面這些頁面放到網站地圖中：院、科室設置頁面；管理機構頁面；幫助頁面；位于轉化路徑上的所有關鍵頁面；訪問量最大的前10個頁面；如果有站內搜索引擎，則挑選出從該搜索引擎出發點擊次數最高的那些頁面。

三、結語

用戶訪問網站的根本目的是獲取信息，導航的作用就是引導用戶瀏覽和查找信息，導航的效率越高，用戶就越可能對網站保持興趣。網站導航是網站信息結構的體現，它們應該在網頁加載時立刻被顯示出來，這樣用戶就可以快速掃描導航選項，了解網站信息建構。在導航設計中要避免舍本逐末，為了單獨追求視覺效果而采取動態導航，這樣不僅導致導航加載速度緩慢，同時也影響了部分計算機應用能力較差的用戶的操作。網站導航是技術與思想的結合體，既要利用先進的計算機技術，又要通過網站整理信息資源，并服務于用戶。

第3篇：導航設計范文

[關鍵詞] 抗傾覆 偏心作用 JCCAD

1 工程概況

本工程為某擴建空管工程導航臺工程項目，反射網平臺高12層，高度為60.00米，鋼架結構，底面積為36mx36m，軸網間距9mx9m。其上部結構由某鋼結構公司利用3D3S軟件設計計算，得出塔腳（柱底）反力，取其中兩組最不利工況（本文通過對比后，僅選其中雙向偏心的工況進行分析）。在PKPM軟件的PKCAD中建立鋼結構的簡易模型，僅作為輸入節點荷載的輔助模型使用。在JCCAD中，因上部結構傳下來的荷載是考慮地震作用下的荷載設計值組合，所以在輸入荷載組合參數一項中，把“由永久荷載效應控制永久荷載分項系數”、“由可變荷載效應控制永久荷載分項系數”、“可變荷載分項系數”都輸為1，然后在“荷載編輯”中“點荷編輯”中輸入由3D3S軟件計算傳下的兩組最不利工況對應的節點荷載，進行基礎的計算對比分析。依據勘察報告，本場地地下水屬潛水類型，年變化幅度約3.0m，近3～5年最高水位約10.5m，所以本工程不考慮抗浮對建筑物的影響。

由于軟件的局限性，在基礎的抗傾覆力矩計算及偏心荷載的地基基礎計算上，需要手工進行復核。參照擋土墻設計規范，抗傾覆穩定安全系數的計算采用公式 ， 取擋土墻（對本工程為地基基礎）基底前趾的抗傾覆力矩（KN?m）， 取擋土墻（對本工程為地基基礎）基底前趾的傾覆力矩（KN?m）。抗傾覆計算時計算對單軸（X、Y）作用下的傾覆力矩，驗算抗傾覆。偏心荷載計算時參考《建筑地基基礎設計規范》中單項偏心荷載公式，分別計算對單軸（X、Y）偏心影響。

將各節點荷載簡化至形心，利用公式 ， ， ， 。 、 分別為各節點荷載在X、Y方向距形心的距離。經計算后，得MX=70037KN?m，My=69633KN?m，剪力FX=-1750KN，Fy=-1658KN，壓力N=5513KN。

2 筏板基礎設計和計算方法

依據《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ99-98），高層建筑鋼結構的基礎埋置深度，采用天然地基時不宜小于 ，本工程基礎埋置深度取為4m，筏板厚度取為800mm，各邊挑出500mm。經JCCAD軟件計算后，各項指標均符合要求，筏板配筋采用雙層雙向C18@160，滿足最小配筋率及承載力的要求。現對手算復核過程簡述如下：

3 結語

本文基于工程實例，采用3D3S荷載導入PKPM的方法，對DVOR/DME臺鋼框架采用不同的基礎形式進行設計，并采用手算復核基礎的安全合理性和富余度。通過PKPM軟件中JCCAD程序和現行國家規范的規定，得出最經濟合理的基礎方案，在此基礎上本文進行了大量的人工復核工作，得出以下結論：

（1）采用筏板基礎，基礎底部無應力區，且抗傾覆系數大于規范規定的限制，有一定的富裕度。

（2）通過計算分析發現，當控制住了基礎的零應力區，基本上已經控制住了基礎的抗傾覆驗算。至于其中的關聯程度，需要進一步的研究探索。

本文是在3D3S軟件計算的基礎上，運用PKPM的JCCAD程序進行的基礎設計，屬于一種探索性嘗試，同時為了保證工程的安全合理，做了一系列手工復核工作。希望此設想和嘗試為同行工程師起來一定的借鑒作用。

[參考文獻]

[1] JGJ99-98 高層民用建筑鋼結構技術規程[S].1998年版.北京：中國建筑工業出版社

[2] GB50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S].2011年版.北京：中國建筑工業出版社

[3] YD-T 5131-2005 移動通信工程鋼塔桅結構設計規范[S].2006年版.北京：北京郵電大學出版社

第4篇：導航設計范文

關鍵詞：DVOR/DME導航臺 供電等級 負荷 接地防雷 人工接地極

一、導航臺負荷分級及導航設備機房分級

根據GB50052-2009《供配電系統設計規范》，DVOR/DME導航臺用電按一級負荷設計，其中導航通信設備機房等特別重要的場所的部分用電按一級負荷別重要的負荷設計。

根據GB50174-2008《電子信息系統機房設計規范》，DVOR/DME導航臺的導航通信設備機房按A級機房設計，A級電子信息系統機房內的設施應按容錯系統配置，即同一時刻至少有兩套系統在工作。

二、供電設計

全向信標/測距設備導航臺電氣設計分析以某全向信標臺/測距臺為實例進行分析。

DVOR/DME導航臺為機場內無人值守導航臺，導航臺采用雙路供電，第一路由機場外變電所引來一路10kV高壓電，通過臺站內的10/0.4kV箱式變電站轉化為0.4kV低壓電給設備供電。第二路由機場中心變電所引來一路0.4kV低壓電為設備供電，兩路電源在導航臺機房內經雙電源切換開關轉換成單路低壓電為設備供電。供電負荷情況：2臺空調2P空調（一主一備使用，夏天使用）1.8kW、2臺1.5kW電暖氣（冬天使用）、DVOR/DME設備功率2kW，導航臺總用電功率為5kW。

三、防雷設計

3.1 防護直擊雷

查表后某導航臺平均年雷暴日為27.7，根據《民用航空通信導航監視設施防雷技術規范》MH/T4020-2006中的規定確定防雷等級為二級。

通過滾球半徑45米計算，在DVOR反射網外1.5米處新建4根12米避雷針，沿天線陣每隔90度等圓周分布，此處側凈空限制高度為6米，12米避雷針6米以上做玻璃鋼易折處理（引下線采用BVR 50mm2多股銅線），6米以下為鋼管，玻璃鋼部分引下線為廠家在玻璃鋼內部制作，鋼管部分引下線采用自身鋼管做引下線，在鋼管底部采用4×40mm鍍鋅扁鋼就近接入接地系統。

在監控天線遠離全向信標方向1.5米處新建1根10米避雷針（含基礎），安裝方式和遮蔽圖詳見圖4-2。此處側凈空限制高度為6米，10米避雷針6米以上做玻璃鋼易折處理（引下線采用BVR 50mm2多股銅線），6米以下為鋼管，玻璃鋼部分引下線為廠家在玻璃鋼內部制作，鋼管部分引下線采用自身鋼管做引下線，在鋼管底部采用4×40mm鍍鋅扁鋼就近接入接地系統。

3.2 電源SPD設計

SPD應安裝在防護區的各個界面處，當設備需要精細保護時，可采用多級SPD進行防護，應使各級SPD之間達到能量匹配，當防護區模糊時，建議靠設備處加裝雙端口集成的SPD以克服單級SPD或多級SPD的缺點，雙端口SPD既提供了大的通流量，又提供了能量匹配和響應速度快等優點。

第一級安裝在配電系統總出線處（配電柜處）；第二級安裝在各系統供配電柜（UPS配電箱處）內；第三級安裝在導航設備前端，詳見圖4-1。各級SPD通流量分別為：第一級不小于20kA（10/350μs）（開關型），第二級不小于40kA（8/20μs）（限壓型），第三級不小于20kA（8/20μs）（限壓型），第四級不小于10kA（8/20μs）（限壓型）。

浪涌保護器連接導線應平直，其長度不應大于0.5m，受條件限制時，可采用凱文接線法，接地線長度應不大于1m。當電壓開關型浪涌保護器至限壓型浪涌保護器之間的線路長度小于10m、限壓型浪涌保護器之間的線路長度小于5m時，在兩級浪涌保護器之間應加裝退耦裝置。當浪涌保護器具有能量自動配合功能時，浪涌保護器間的線路長度不受限制。

浪涌保護器（SPD）的連接導線最小截面積應符合表4-1

表4-1 浪涌保護器連接導線最小截面積

四、接地設計

根據《民用航空通信導航3設施防雷技術規范》中的規定，導航設施的接地阻值不大于4歐姆，本導航臺所在地土壤屬黑土地，含少量石塊經實地勘測，土壤電阻率為89Ω/M ，測量時無降水，土壤性質：黑土（相對濕度5%）。取季節系數ψ= 1.0 。本設計采用多根網格狀人工接地體設計。

對接地電阻進行估算：單一垂直接地體的接地電阻為22.18Ω，采用9根接地體，成網格狀埋設時的接地電阻為2.97

所以本設計采用9根DN20、2.5m/根的要求。9根接地極成田字型埋設，埋設深度0.8m（接地體上端距地面0.8m）

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規范 [S]

[2]中國聯合工程公司.GB 50052-2009 供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010

[3]中國電子工程設計院.GB 50174-2008 電子信息系統機房設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2009

第5篇：導航設計范文

Abstract: In order to facilitate touring in some small area, such as tourist area, large-scale amusement house, where without traffic routes and easily lost, in this paper taking the STC 8-bit Single-Chip Microcomputer as the core, through serial communication receiving GPS module information, realized the corresponding relationship of small area navigator between geographic coordinates and self-made map. The navigator application test indicated that the navigator for buildings can fix an accurate position in 5-10 meters accuracy range and can be used in self-made small area map navigation.

關鍵詞： 單片機；GPS；導航儀；自制地圖

Key words: Single-Chip Microcomputer；GPS；Navigator；Self-made small area map

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0167-02

0引言

全球定位系統簡稱GPS（Global Positioning System），目前主要用于定位、導航、測量、精準授時，頻率同步等方面，其中基于定位導航功能設計制作城市交通定位導航儀應用最為廣泛。這些定位導航系統導航區域大、地圖生成不易，對于類似于旅游區、大型游樂城等無交通路線易迷失的小區域，目前市場上還沒有相應的定位導航儀，而使用目前市場上導航儀設計制作技術，為這些特定的區域定制導航儀往往成本相對過高。以實現非標準交通小區域地圖定位導航為目的，使用GPS模塊，STC89C52單片機，點陣液晶屏設計GPS導航儀，方案可行且適用強較強。

1導航儀設計與實現

1.1 導航儀系統組成小區域地圖GPS導航儀由DP310 GPS模塊、STC89C52單片機，無字庫圖形液晶顯示器SG12864J三大主要部分組成。GPS模塊接收衛星信號并計算出定位導航信息，通過串口通信將定位傳遞給單片機，單片機負責GPS信息提取并進行定位信息和地圖匹配，其結果由液晶屏進行顯示。導航儀系統結構圖如圖1所示。

1.2 GPS模塊導航信息提取DP310 GPS模塊接收衛星信號，經過計算得出GPS模塊所在位置的經度、緯度、海拔高度定位信息，并和接收到衛星的數目，UTC時間等信息一起以NMEA-0183規定格式通過串口發送給單片機。單片機接收GPS模塊NMEA-0183格式信息，從NMEA-0183格式信息中提取此時GPS模塊所在位置的經度、緯度、海拔以及此時UTC時間信息。本文設計的導航儀所需信息提取自GPRMC格式的信息。根據NMEA-0183格式信息規定，在“GPRMC，125215.384，A，3048.6212，N，10411.2042，E，，，170410，，*6”中，常用信息主要有：

125215.384表示UTC時間12點52分15秒384毫秒；

A表示定位信息正確（若為V表示接收機被遮擋，定位數據不準確）；

N表示北緯；3048.6212表示30度48.6212分（緯度）；

E表示東經；10411.2042表示104度11.2042分（經度）；

170410表示2010年4月17日。

單片機接收提取GPS模塊信息的過程是：單片機在主程序中開串口中斷后，等待產生串口中斷接收GPS模塊信息，在中斷服務程序中判斷所接收到的信息是不是GPRMC格式的信息。單片機串口程序只接收GPRMC格式的信息，并將接收到的信息保存在一個字符數組中，其他的GSP信息都被屏蔽掉。串口中斷提取GPRMC格式信息關鍵程序代碼如下：

void getdata(void)

{

int i;

for(i=0;i

{

tab[tabnum]=SCI_Getbyte();

tabnum++;

if(tab[0]!='')

{

tabnum=0;

}

if(tab[3]!='R')

{

tabnum=0;

tab[3]='R';

}

cpu_delay(30);

}

}

1.3 地圖生成與導航信息匹配本導航儀地圖生成以西南石油大學成都校區一期工程500面積為例，首先選擇一張西南石油大學一期工程建筑規劃圖，使用計算機系統自帶的畫圖板工具打開規劃圖，進行編輯裁剪并保存為單色位圖二值文件，此二進制地圖長256像素，寬128像素。生成的地圖如圖2所示。

使用字模提取工具打開此二值文件地圖，使用C51格式進行取模，將此地圖轉化為單片機可以識別的數組代碼，此地圖信息代碼與單片機程序一起編譯后下載到單片機中。串口中斷接收提取的GPS經緯度信息為字符串形式，將字符串形式信息轉變為10進制經緯度信息，精確到地理信息的“秒”，測量自制地圖四腳對應地理區域經緯度，建立地理坐標與自制地圖像素點的對應關系。在進行定位導航時，先判斷GPS模塊所在地理坐標，然后顯示此地理坐標點所在的地圖，GPS模塊所在的地理坐標處在地圖上閃爍顯示。地圖顯示及GPS模塊地理坐標點閃爍定位導航關鍵程序代碼如下：

void dismap(unsigned int i,unsigned int j,unsigned int x,unsigned int y)

{

if(x>=0&&y>=0&&x

{

LCD256_PICTURE(map+j*8+i*256);

delay(10000);

LCD12864_DISPOT(x,y,pot); // y

delay(40000);

} //僅顯示地圖

else

{

LCD256_PICTURE(map+j*8+i*256);

delay(10000);

}

}

2結束語

此小區域GPS導航儀在西南石油大學成都校區進行測試表明，導航儀能夠在自制小區域地圖中進行室外定位導航，在5-10米精度范圍內對于大建筑物的定位準確。此小區域導航儀單片機芯片易于拆換，對不同小區域的地圖導航只需要重新生成地圖后，將地圖生成數據和定位程序稍做修改，編譯下載到單片機中就可以實現對新區域定位導航。在大型娛樂場所及無導游引導旅游區，此小區域導航儀具有較大實用價值。

參考文獻：

[1]皮云仙，唐紅，張毅.基于單片機的GPS手持導航終端設計[J].微計算機信息，2009年，第25卷，第2-1期：190-192.

[2]夏楓，胡達.城市車載GPS導航系統的設計[J].計算機與現代化，2004，（4）：72-74.

[3]向前勇.基于單片機的GPS導航裝置的設計[M].西南石油大學，2009，（5）.

第6篇：導航設計范文

【關鍵詞】精密測距 塔康導航中頻

1 引言

目前國際流行的無線電導航方式中，精密測距（DME/P）系統和戰術空中導航系統（Tactical Air Navigation System，簡稱塔康或TACAN）是兩種主要的技術手段。它們為每架進場飛機提供相對于引導點的飛機三維位置信息，保障飛機按要求軌跡進場、著陸和滑跑，實現自動進場著陸。

其中精密測距DME/P采用雙模式工作，按飛機距地面臺的遠近分為初始進場模式（IA）和最后進場模式（FA）。DME/P的初始進場模式與塔康系統的測距完全相同，最后進場模式也基于相同的工作原理，僅在脈沖波形和編碼上有所差別。

因此，從理論上可以設計一套能夠產生DME/P和塔康中頻信號的模擬器系統。這樣可以在很大程度上提升無線電導航信號研發和校準檢測人員的工作效率。

2 無線電導航中頻信號產生系統設計

本無線電導航信號產生系統主要包含以下幾個單元，分別是DME/P模擬中頻信號生成單元、塔康模擬中頻信號生成單元、開關切換單元和輸出接口。如圖1所示。

2.1 DME/P模擬中頻信號生成單元

該單元可生成符合DME/P標準的模擬中頻信號，該單元產生的信號將送往開關切換單元進行選擇。此外，還在此單元預留了校準接口，可完成對DME/P信號相關參數的溯源。

DME/P模擬中頻信號的產生主要通過DDS芯片和FPGA來完成。如圖2所示，DDS芯片是用來生成70MHz中頻載波信號，此正弦波波形一般達不到設計的要求，需要在之后進行濾波處理，再送到下一級操作。FPGA 作為控制核心，用來完成與上位機通信、DDS芯片控制和產生符合DME/P信號要求的脈沖序列，而其中的脈沖序列與之前的中頻載波信號進行調制，得到我們需要的中頻DME/P模擬信號。再通過電平控制單元得到我們需要的電平輸出。

模擬中頻信號生成單元的輸出分為了兩路。一路作為輸出信號送往開關切換單元中去；另一路作為溯源信號送入接口轉換模塊，作為校準裝置溯源的一部分。激勵信號是被測直接傳輸給信號生成單元，當接收到激勵信號后開始工作，生成DME/P模擬中頻信號。

生成DME/P模擬中頻信號時，載波的產生使用的是DDS芯片。由于DDS的固有特點，正弦波幅度值存在量化誤差、相位截斷誤差。通過DA轉換后的輸出正弦波波形達不到后續的要求。所以需要將輸出波形進行濾波處理。

根據方案中信號的頻譜結構和濾波器本身的傳輸特性，選擇了截止特性較好的橢圓函數濾波器進行濾波電路的搭建。為了解決系統初始信號在濾波后信號幅度會隨頻率的增加而減少這一問題，設計了由電阻和LC并聯諧振回路構成的校正電路。經過校正電路與濾波器后，可得到較為理想的信號，具體電路如圖3所示。

2.2 塔康模擬中頻信號生成單元

塔康信號生成單元可生成符合塔康標準的模擬中頻信號，這個信號中包含了塔康信號特有的方位信息。該單元產生的信號將送往開關切換單元進行選擇。此外，還在此單元預留了校準接口，可完成對塔康信號相關參數的溯源。

塔康模擬中頻信號生成單元主要包括控制電路、載波信號產生電路、15Hz和135Hz包絡信號產生電路、調制電路和電平控制電路這五個部分。

如圖4所示，我們采用FPGA做為整個系統的控制核心。用來完成與上位機通信、DDS芯片控制、脈沖信號控制、包絡信號DDS產生這幾個功能。載波信號電路采用DDS芯片來產生70MHz中頻載波信號，該信號需要進行濾波之后才能達到后續的使用要求。在TACAN系統中，信號的包絡由15Hz信號和135Hz信號疊加而成。擬采用DDS技術，使用FPGA進行正弦波相位值的累加，送往DAC，由DAC輸出得到所需要的波形。此信號也需濾波之后才能后續使用。在調制電路中，我們需要進行兩次調制。先對70MHz載波信號與脈沖信號進行第一級調制，再將調制后形成的信號與外包絡信號進行第二級調制，即可得到塔康模擬中頻信號。再通過電平控制單元得到我們需要的電平輸出。

與DME/P信號不同，塔康信號除能測量距離外，還包含有相位信息。塔康系統地面信標發射的脈沖信號都是以脈沖對編碼（按照脈沖對內脈沖之間的間隔不同編碼）構成單元脈沖。由這樣的單元脈沖按照一定規則組成主基準群、輔助基準群、臺識別信號、應該和隨機填充脈沖。

在塔康發射的復雜信號中，方位測量信號由主基準脈沖群、15Hz方位粗測信號、輔基準脈沖群和135Hz方位精測信號組成。主基準脈沖群和15Hz信號用來區別360°全方位中40°的扇形區，而輔基準脈沖群和135Hz信號則是用來確定一個40°扇形區之內的精確的方位。

塔康信的函數為：s（t）=A0+A1 sin（2πft）+A2 sin（9×2πft）。式中：f=15Hz，A0為直流成分，A1、A2分別為大包絡和小包絡的調制度。經調制后的信號攜帶方位信息，測方位時，根據主、輔基準脈沖，計算出基準與包絡相位斜率過零點之間的相位差，便完成定位工作。

15Hz/135Hz的包絡由FPGA控制DAC來具體實現。采用DDS技術，使用FPGA進行正弦波相位值的累加，通過相位累加器的輸出，尋址正弦波幅值ROM表，最后把幅度值送到DAC，由DAC輸出得到所需要的波形。此波形需要進行低通濾波后才能供后續使用。

對于塔康信號的生成來說，除了需要上面的載波濾波電路外，還需要對15Hz和135Hz外包絡信號進行濾波。這里考慮采用集成運算放大器AD817，結合適當的RC電路，搭建三階巴特沃斯低通濾波器，截止頻率為200Hz，具體電路如圖5所示。

2.3 開關切換單元

該單元的輸入通路是DME/P模擬中頻信號和塔康模擬中頻信號，通過軟件配置選擇切換通路來進行輸出。

3 結論

依照本文所述思路，搭建了無線電導航中頻信號產生系統，該系統可通過軟件設置產生DME/P或塔康導航中頻信號，且導航參數亦可通過軟件設置進行調整。

實際使用證明，該導航信號產生系統可以很好的滿足日常科研和檢定校準工作需要。

參考文獻

[1]朱延軍.DME/P精密測距技術研究[J].導航，2002（04）：73-77.

[2]劉江庭.數字化精密測距技術的研究[J].現代電子技術，2012，35（07）：161-163.

第7篇：導航設計范文

設計價值來自用戶體驗

“設計創造價值”始終是“金堂獎”倡導的主題。設計的價值如何衡量？創造的規律是什么？“金堂獎”發起人、中國建筑與室內設計師網董事長謝海濤首度提出了“空間眷戀值”的概念，即以用戶駐留時間的長度來刻畫對空間的眷戀度，倡議參與“金堂獎”的設計師積極總結用戶在竣工空間中的體驗感、眷戀值，以大數據的觀念和方法共同分享所采集的參數，總結生成“空間眷戀值”的設計規律，構筑中國室內設計的“操作系統”。

通過三年的努力，“金堂獎”借助數千件年度優秀竣工作品的匯集，把零散的個體設計經驗整合為系統集成經驗，推動室內設計行業“操作系統”的初步形成。“如同車輛的導航儀，讓每位設計師方向明確、輕松駕馭設計項目，讓用戶以更小的代價獲得更大的、可持續的人居幸福感。”謝海濤說。

“金堂獎”從一個獎項上升為設計作品評價標準、建構設計行業“操作系統”的孵化器，為參與其中的設計師賦予了巨大的責任和榮譽，凝聚業內力量、共同推動中國室內設計行業的繁榮發展。

打造中國設計名片

即將于2013年9月在荷蘭召開的世界室內設計大會（WIM）首次設立了“中國日”，全球70位演講嘉賓中，將有10位“金堂獎”獲得者作為演講嘉賓代表中國登頂世界設計舞臺。“金堂獎”推動中國設計逐步形成了民族理念和設計語境體系，從而在全球設計體系的未來構建中，擁有了從容的話語權和建設權。”

據了解，“金堂獎”國際化進程的另一重磅舉措是在2013年得到有著“室內設計聯合國”之稱的IFI（國際室內建筑師設計師團體聯盟）的認證，并得到其在全球的同步推廣。2013年4月，“金堂獎”展開“歐洲之旅”，組織獲獎設計師在意大利、荷蘭等歐洲國家巡回推廣，進行強勢傳播。

彰顯城市設計力量

“為百萬設計師吶喊，向千萬業主傳播”，在推動金堂獎參評作品及設計師的傳播機制上，“金堂獎”形成了活動傳播、網絡傳播、平媒傳播、視頻傳播、口碑傳播和定向傳播六大體系。形成覆蓋內地30多個城市以及臺灣地區的設計師服務網絡，全國服務團隊達到約千人規模，令各地設計師的組織與交流方式發生了巨變，推動設計產業形成以各城市為核心單元、全國一盤棋聯動的發展新格局。同時有效地提升設計師的形象與品牌，為設計師與業主搭建一個交流互通的橋梁。

第8篇：導航設計范文

隨著北斗導航應用的不斷推廣，國產導航芯片和模塊持續升級，各領域應用對北斗導航產品性能提出新的要求：低成本、低功耗、小型化、高精度。

其中，GPS/BD多模導航的實現，很大程度滿足國內外需求，集合MEMS慣性傳感器的組合導航模塊，進一步豐富多層面用戶應用。與傳統導航系統相比，衛星/MEMS組合導航模塊，采用較低成本的MEMS慣性器件，極大降低導航系統成本、功耗和體積，與此同時，MEMS慣性器件具有瞬間較高精度的特點，彌補衛星導航不連續、輸出頻率不高、易失鎖等不足[1~3]。

由于MEMS-IMU(IMU，慣性測量單元)精度仍處于較低水平，無法單獨實現導航。通常采用MEMS-IMU與衛星導航接收機、磁強計等相結合的方式，構建組合導航模塊，實現較高精度姿態控制與導航定位[2]。

為了適合特定導航應用，提出一種衛星/MEMS組合導航模塊用工程化濾波算法。并在嵌入式平臺上實現。

衛星/MEMS組合導航，通過算法實現角速度校準，加速度校準，以及磁校準；估計載體姿態角度，位置和速度信息，并以較高的輸出速率實時更新。該系統中采用擴展卡爾曼濾波器(EKF)估算并校準系統狀態量。通過融合衛星導航信息和磁強計信息，實時校準系統姿態、位置、速度和傳感器誤差。該EKF融合算法，考慮到傳感器主要特性：零偏、標度因數誤差、正交耦合誤差等。此外，由于磁強計感測地磁場強度時，會受到硬鐵和軟鐵干擾，因此在濾波器中對其進行估計。在靜態情況下，系統姿態角誤差小于0.2°，航向角誤差小于0.5°。在動態情況下，姿態角與航向角誤差小于1°，如果衛星導航突然中斷，將能持續30秒，定位精度維持在20米內。

模塊設計

綜合考慮成本、功耗、體積、可靠性等因素，衛星/MEMS組合導航模塊采用嵌入式平臺開發方案[6]，如圖1所示。系統由處理器、MEMS-IMU、GPS/BD多模導航接收機、磁強計等重要部件組成。

姿態與航向校準算法

理想情況下，將陀螺感測的角速度信息融入姿態處理器，在獲悉載體初始姿態情況下，同時認為陀螺的輸

出比較精準，一般的解算足以獲得夠用的姿態信息。然而，通常初始姿態無法準確獲得，陀螺和加速度計都遭受隨機漂移、失準角誤差、加速度敏感誤差、標度因數誤差及其非線性等因素的影響，磁強計存在磁感應失真等。如圖2所示，通過工裝將模塊安裝于測試設備上，設計合理標定流程和算法，便可獲得陀螺和加速度計常值零偏、標度因數、失準角誤差量等關鍵參數。

通常在組合模塊安裝好之后，對磁強計的誤差和干擾進行校準。姿態與航向解算中，陀螺的漂移引起的誤差最大，如果沒有濾波算法，解姿信息將不斷偏離真實數值。該卡爾曼濾波器提供在線陀螺漂移校準，加速度計提供重力軸系參考，磁強計通過與加速度計配合，提供航向參考。

姿態估計算法中，提供穩定的三維歐拉角roll、pitch、yaw，為了提高精度并避免奇異，采用四元數法實時更新方向余弦矩陣。MEMS陀螺感測到載體角速度，通過差分方程實時更新姿態四元數，同時獲得更新后的方向余弦矩陣，從而獲得姿態角的更新。

卡爾曼濾波器姿態校準的實現，之所以能夠改善性能，主要在于它能夠準確估計出陀螺的漂移和姿態誤差。這種方式的優點是：濾波器估計了絕對姿態誤差，因而無論是哪一部分誤差污染了姿態角，都可以直接用其來校準姿態角輸出。姿態與航向校準模塊，采用EKF，包含兩個部分：線性姿態誤差與陀螺漂移模型，非線性姿態四元數誤差模型。狀態模型基于陀螺輸出數據，預測姿態誤差和陀螺漂移，量測模型采用真實世界的姿態誤差量測值校準預測部分，該姿態誤差量測值由加速度計與磁強計獲得。這兩個參考數據源向卡爾曼濾波器提供適當的置信水平[4]。

航姿模塊路測試驗

為了能夠正確推算模塊的姿態、速度、位置等信息，準確對準初始姿態是十分必要的。由于低精度MEMS陀螺不能感測到地球自轉角速率，因此不能采用傳統的自對準方法實現初始化對準。基于系統方案，將磁強計與MEMS加速度計進行組合，構成測姿模塊，實現初始化對準。如圖2所示，單片磁強計由三軸正交磁阻傳感器與數字化ASIC接口構成，磁強計不能單獨確定航向角，需要MEMS-IMU模塊中的加速度計配合，輔助磁強計精確確定航向角[2]。

跑車實驗：沿著一小區跑車，該小區有高樓，有樹蔭，其具體的姿態

衛星/MEMS組合濾波

導航解算

由于MEMS陀螺不同于傳統高精度陀螺，其不能感測地球相對于慣性空間的旋轉速率，因而無法使用傳統的導航解算公式去實時推算速度和位置。如圖4所示，為捷聯解算算法流程。

組合濾波算法

衛星/MEMS組合導航模塊實現方案如圖5所示，MEMS-SINS模塊與衛星導航模塊是彼此獨立的兩個部分，此框圖顯示了以MEMS-SINS和衛星導航接收機的速度/位置信息做差作為量測量。松耦合組合導航通常有兩種形式：開環與閉環，如圖5所示，該技術方案采用閉環形式，將卡爾曼濾波估計出的各種誤差反饋至MEMS-SINS模塊，改善系統性能[5]。

組合導航路測試驗

與傳統高精度捷聯慣性導航系統不同的是，MEMS-SINS模塊無法感測地球自轉角速率，地球的自轉角速率完全淹沒在MEMS陀螺的噪聲之中，當載體處于靜止狀態時，認為陀螺輸出角速率為0。MEMS-SINS誤差方程修正如下所示：

姿態誤差方程為： nnb

?分別為陀螺隨機常值漂移和加速度計隨機常值零偏。具體卡爾曼濾波算法功能通過軟件代碼實現。

通過軟件實現所設計的捷聯算法與組合濾波算法。重點研究了采用EKF組合算法之后的系統誤差狀態向量的估計情況。并通過matlab軟件對衛星/MEMS組合中的各種誤差向量估計做仿真觀測。并在實際路測環境下，獲得導航全參數。如圖6所示為路測試驗專用車。

如圖7所示，紅色為衛星導航，藍色為組合導航，當試驗車路過城市峽谷時，由于遮擋和多路徑效應等，衛星導航出現較大偏差，而組合導航表現良好。

如圖8所示，當路測試驗車進入地下車庫時，衛星導航立刻中斷，而組合導航依然能夠維持導航能力。

當衛星導航信號中斷，組合導航

硬件平臺

本文以GPS/BD多模導航接收機、MEMS-IMU、磁強計構成的超低成本微小型組合導航模塊為研究對象，結合實際需求，設計組合導航架構；通過比較傳統SINS與現代MEMSSINS，提出實用的MEMS-SINS的初始化方案和捷聯解算算法；基于MEMSIMU，給出衛星/MEMS組合導航模塊工程化的濾波算法，實現非線性連續系統的線性離散化。仿真與實測試驗結果表明：在MEMS-IMU精度較低的情況下，通過相關算法的合理設計，仍可以實現較高精度導航。圖9展示了自主設計的衛星/MEMS組合導航模塊和集成開發軟件平臺。

參考文獻

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[4]秦永元, 張洪鉞, 汪叔華. 卡爾曼濾波與組合導航原理[M]. 西安:西北工業大學出版社, 1998.

第9篇：導航設計范文

[摘要]北斗衛星導航系統是我國自主研制的全球衛星定位與通信系統。本系統可以全天候全地域完成人類力不能及的一些事情，但國外少數發達國家已擁有基于gps的油路監測系統，而北斗衛星導航系統在這一方面的應用還存在很多空白，需要我們填補。本系統能及時發現輸油管道內的險情，并發出警告信號，給予人們充分的時間進行準備，避免國家財產安全受到損害。

[

關鍵詞 ]北斗衛星；輸油管道；泄漏監測；告警

1.研究背景及意義

2013年11月22日上午山東青島黃島經濟開發區中石化黃淮輸油管線泄漏引發重大爆然事故造成62人遇難，136人受傷的重大人員財產損失，這件事引起了中央地方各級領導們的高度重視，也產生了巨大的影響。本文提出的基于北斗衛星導航系統在輸油管道泄漏監測方面的方案，可以很好的解決泄漏不能及時發現的難題，節省了很多人力物力，也能為國家在這方面的研究提供幫助。

2.設計方案

本設計是基于北斗衛星通訊，校時，定位的油路探測系統，主要分為三大模塊，監測端、節點-北斗端、計算機監控中心端。整體工作流程為：1、監測端從油路起點放入，此時其為球狀待機模式；2、待監測端經過一段油路的始節點時開始工作，主體展開，開始監測；3、當檢測到油路有問題時，記錄數據并存儲；4、經過下一節點時，向節點-北斗端發送故障位置相關數據；5、節點-北斗端通過其短報文功能，經北斗衛星將故障信息發送至計算機監控中心端，并將北斗衛星傳來的定位與授時信息傳給監測端，用于其慣導模塊的校準；6、當計算機監控中心端收到衛星傳來的故障位置信息后，對其分析、危險等級評估及采取后續措施。

3.工作原理

3.1監測端。3.1.1硬件組成.本監測端主要由超聲波探傷模塊、慣性導航模塊、無線電信息傳輸模塊、供電模塊、內置存儲器、高性能的雙核cell處理器及電控可伸縮支架等組成。3.1.2功能.此監測端主要是實現對管道的日常監測、漏點的查找，以及通過慣性導航對漏點進行定位。3.1.3詳細工作原理。（一）支架。當監測端進入管道后，支架伸展開，中間的兩個主支架中間安放超聲波、慣導、無線電、供電、內置存儲器、雙核cell處理器等主模塊。兩端六個輔助支架的末端安裝有萬向輪。其中可伸縮支架由八個高強度的輕質電控可伸縮拉桿組成，每一個可伸縮拉桿可根據情況收縮。

當監測端在管道中行進時，輔助支架末端的萬向輪將接近管壁，從而保證了監測端在流體中的穩定性。輔助支架可以隨管道粗細的變換而伸縮。當管道直徑發生變化，輔助支架可通過傳感器的探測結果進行伸縮量的調整。（二）供電模塊。供電模塊主要采用微型風扇式發電機。微型風扇式發電機可通過扇葉的轉動將流體的動能轉化為扇葉的機械能再轉化為電能，從而實現對其他耗電模塊的供電。（三）處理器。本設計中擬采用雙核cell處理器。它的優點是處理速度快、效率高，而且體積小、微型化，有利于更好更快的對收集到的數據進行處理，從而更高效的做出判斷。（四）超聲波探傷模塊。此探傷模塊可以向四周管壁發射超聲波，超聲波通過管壁反射回來被接受器接受。探傷模塊的處理器可以對反射波進行綜合的分析，并判斷出是否存在漏點與裂痕。（五）內置存儲器。此處的內部存儲器選用flash閃存類存儲器。Flash閃存是非易失性存儲器，有很好的信息存儲性能與讀寫性能，這正好滿足監測端的存儲需求。（六）慣性導航模塊。慣性導航系統主要是以陀螺儀和加速度儀為主，對加速度進行時間的積分，并通過一系列的計算，從而得到其加速度、速度、位置等信息的導航系統。（七）無線電信息傳輸模塊。由慣導模塊測得的漏點位置信息暫時存儲在內置存儲器中，當監測端到達該段管道的末端節點時，無線電模塊將會把信息傳輸給節點處的無線電接收端，并由該接收端將信息傳給北斗模塊。

3.2節點-北斗定位端。3.2.1結構及硬件組成。此部分由地上和地下（管道節點處）兩大部分組成，而供電靠太陽能電池板供電。地上為北斗終端，地下為管道節點處的無線電信息傳輸設備（以下稱為節點端），北斗端在節點端的正上方，兩者通過有線方式連接進行信息傳輸。3.2.2功能及工作原理。（一）北斗端的雙重功能。一方面，北斗端通過北斗衛星定位獲得位置信息，并通過有線傳輸的方式傳給節點端，再由其傳給管中的監測端，從而為監測端中慣導模塊提供校準位置信息；另一方面，當管內無線電模塊傳來漏點位置信息時，由節點端接收并且通過有線方式傳給北斗端，并由其獨有的短報文信息傳輸功能將位置信息及告警信息通過衛星傳輸出去。（二）節點端的雙重功能。一方面，北斗端通過北斗衛星定位所得的位置信息需要通過此節點端傳輸給管中的監測端，從而實現監測端中慣導模塊的位置校準；另一方面，慣導模塊所得的漏點位置信息需要通過節點端傳輸給北斗端，并由北斗端進行短報文信息傳輸。（三）太陽能供電模塊。由于節點-北斗端中的節點端和北斗端都需要長時間供電，而在地下的節點端處提供電源必然會增加電路的鋪設難度，故本設計采用地上北斗端的太陽能供電。

3.3計算機監控中心端。依據北斗終端通過其獨有的短報文從衛星傳來的位置坐標信息及油路泄漏點的數量，大致確定漏油點以及告警等級；同時也會生成告警信號提示值班的監控工作人員，生成告警信號會以蜂鳴告警或語音告警的形式、警告燈閃爍等方式表現出來；在確認信息無誤后，工作人員會采取一系列的后續措施，包括及時使相應管道段斷流、派相關人員修理管道、通知消防部門協助等。告警點的位置坐標以及告警的等級都會在監控端的監控計算機中看到。

4.發展前景

本設計具有體積小、密封性強、抗震性好、質量輕、節能、環保等優點。通過上述模塊相互間的運作，實現對油路的實時監測，并通過數據的處理及存儲，獲得地下管道的工作狀態，對潛在的危險進行預警。此方案全程自動化，大大減少工作人員數目，降低公作風險。達到對漏點精準快報告，從而減少國家的財產人員損失。

參考文獻

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