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混凝土是人类最早使用的复合型材料之一,早在远古时期,人类便使用以粘土、石灰、石膏、火山灰等为胶凝材料,以碎石、贝壳等为骨料,以稻草、灌木等为抗拉材料的原始混凝土。1824年,英国利兹城的泥水匠阿斯普丁(J.Aspdin)发明了波特兰水泥,从而宣告了现代混凝土的诞生。用波特兰水泥配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性,而且原料易得,造价较低,特别是能耗较低,因此,现代工程广泛使用混凝土作为结构材料。随着混凝土应用的推广,一些混凝土自身性能的不足也逐渐体现出来,如耐久性差、振捣密实困难、生产效率低下、环保性能差等。针对上述问题工程界提出了高流态混凝土(High-Flowing Concrete)的概念。高流态混凝土,顾名思义就是指具有高流动性能的混凝土。高流态混凝土流动性好,混凝土拌合物依靠自重不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋,具有良好的施工性能和充填性能,而且骨料不离析,混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。
高流态混凝土的概念诞生于上世纪70年代,但我国的研究和应用较晚。近年来,随着我国国力的增强、国家对基础设施投资的增加、劳动力成本的上升、环保要求提高等原因,高流态混凝土在我国的应用逐渐增多,但应用的领域较窄,使用比例较低。结合国内外的研究与应用现状,高流态混凝土在以下几个领域使用较少,有着较好的应用前景:
2.1水下施工高流态混凝土。目前在大型公路桥梁的基础形式主要采用水下钻孔灌注桩。钻孔灌注桩基础属于隐藏工程,其质量的好坏直接决定了整个工程的质量。水下混凝土施工隐蔽性强,混凝土极易产生松散、离析、缩颈等质量问题,控制水下混凝土施工的质量是整个水下钻孔灌注桩施工质量控制中的节点工程。在水下施工中,水流速度快,施工环境复杂,施工工程难度很大。水下混凝土的整平和密实完全依靠混凝土自重来完成,混凝土如果没有良好的抗离析性和粘聚性将极易被水流冲散而影响成桩质量。此外,根据灌注桩的浇筑特点,首盘混凝土浇筑后将被后续混凝土持续顶升,在此过程中混凝土必须一直保持较高的流动性,否则就容易造成断桩、夹层等质量事故。首盘混凝土在保持长时间流动性的基础上,初凝时间还不能太迟,否则就无法达到设计强度。上述技术性能,普通混凝土很难达到。经过设计的水下施工高流态混凝土具有良好的流动性、粘聚性,塌落度延时损失小,在水下灌注桩等施工项目中有着良好的应用前景。
2.2水工高流态自密实混凝土。近年来国家加大了对基础设施建设的投资,水利工程是投资的重点,一大批各类水利项目上马建设。水利施工中存在着体量大,形状复杂、配筋密集、作业面狭窄、难以振捣等困难。另外,水工混凝土对材料的流动性、粘聚性、抗分离性和钢筋通过能力等性能指标有着特殊的要求,根据现有研究,水工高流态自密实混凝土有着下列特点:①混凝土坍落度大,流动性好,混凝土拌和物不需振捣仅靠重力便能通过自行流动达到均匀密实;②混凝土抗分离性能良好,在穿过钢筋网后至凝结前无分层离析和泌水现象;③硬化后的混凝土干缩小,能够有效填充各结构部位,达到内实外光。水工高流态自密实如能大量应用,将极大的减少施工难度,提高施工效率及工程质量。
2.3补偿收缩高流态混凝土(微膨胀高流态混凝土)。普通的硅酸盐水泥在自然条件下硬化,具有一定的干缩性。混凝土的收缩值随着水泥的品种、熟料的矿物组成、水泥颗粒的细度水灰比的大小、养护条件的不用以及使用环境的差异等的变化而变化。根据理论7~60天内混凝土的收缩率较大,60天后混凝土的收缩率逐渐趋于缓慢、平稳。混凝土内部由于收缩会产生微裂纹,微裂纹会破坏混凝土结构的整体性,影响混凝土的力学性能和耐久性。而经过配合比设计的补偿收缩高流态混凝土在保证强度和流动性的同时还能有效的抵偿混凝土的干缩,甚至微膨胀。补偿收缩高流态混凝土在裂缝修补,新老混凝土交接施工等方面有着良好的应用前景。
2.4结构补强高流态混凝土。近四五十年以来,混凝土结构物因材质劣化造成过早失效以至破坏崩塌的事故在国内外屡次发生,造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如,在日本沿海地区,许多桥梁、港湾建筑等,建成后10年不到的时间里,混凝土表面即出现裂纹、剥落,钢筋锈蚀外露的现象。我国很多早期混凝土构造物使用寿命远低于设计要求便出现了严重的损坏。结构补强高流态混凝土在混凝土构造物的补强修复中可以发挥很大的作用。结构物剥蚀、裂缝的修复中难度最大的就是作业面窄小,混凝土振捣困难,无法密实,这样补强工程就无法达到预期的效果。高流态混凝土因其高流动性、自密实性能,可有效解决上述问题。结构补强高流态自密实混凝土在国外已有应用,国内的研究与应用目前还是空白。
国内外大量研究及工程实例表明,大规模应用高流态混凝土可有效降低污染物排放、提高构筑物耐久性能,降低建筑使用周期内的综合成本,为我国实现节能、高效、可持续性发展的目标提供支撑。
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建筑,是一棵树,它们植根于这片土地,从这片土地上吸取养分,如果它与这片土地割裂开的话,实际上它的生命力也就跟着消失了。世界上没有两棵完全相同的树,每一棵树都有自己的灵魂,每一棵树都在历史的长河中年年更替新的枝叶,年年记载着历史的变迁。这就是我对地域建筑的理解,她就是一棵有生命力的树。
在信息全球化的今天,各地的人们前所未有的被拉近,但是同时也带来了对地域文化的冲击,城市的市中心已经开始出现趋同化现象。旅行在城市建筑中的人们开始疑惑,我在哪里,从哪里来,到哪里去。每一个城市都应具有其独特的历史背景和地域文化特质,每个城市都应给人不同的感受,一片街区、一栋建筑、或厚重、或秀美、或人文、或休闲。大量的老建筑正在消亡,取而代之的是冷冰冰,没有归属感的全球化的现代建筑,城市失去记忆,就像失去记忆的人一样苍白和迷茫。如同一棵大树被无情的砍伐,然后随意的嫁接新的枝条。
在具体的建筑设计创作中,我们应从以下方面综合分析,设计出真正意义上有生命的地域建筑。
纵观我国建筑发展史,从秦砖汉瓦到唐代的斗拱,再到宋、清的营造法式,每朝每代都在传承与创新中变化,都具有那个时代的历史文化和技术烙印,都是“新的时代建筑”。
如果建筑无法围绕时代的变化而变化,那么就将停滞不前。随着信息时代的到来,社会发展带来社会观念的变化和思维模式的更新,极大地影响着人们的审美观和价值观,社会生活方式也发生很大的变化,人们的生活方式、生活节奏随着时间的推移在不断变化。而建筑的空间与形式,是人们某一种生活方式的直接物质与精神。
以人为本,就是设计者将自身融入到使用者的世界中,细心发掘特定区域的人们在时代的变迁中,他们的生活方式,心里感受和需求是什么。如今设计者经常缺乏的是对生活的体验,对当地生活的深入了解,对老百姓的追求的是什么,喜闻乐见的是什么,以及气候因素等等方面如果没有生活体验。实际上就很难创作出真正具有地方文脉、地域特点的建筑。
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【摘要】:随着信息时代给人们带来新材料、新结构、新技术的同时,也带来了对地域建筑的冲击,通过探索地域建筑的创作因素,结合时代发展创造出以人为本的具有生命活力的地域建筑。
【关键词】:全球化地域性文化时代表达
建筑,是一棵树,它们植根于这片土地,从这片土地上吸取养分,如果它与这片土地割裂开的话,实际上它的生命力也就跟着消失了。世界上没有两棵完全相同的树,每一棵树都有自己的灵魂,每一棵树都在历史的长河中年年更替新的枝叶,年年记载着历史的变迁。这就是我对地域建筑的理解,她就是一棵有生命力的树。
在信息全球化的今天,各地的人们前所未有的被拉近,但是同时也带来了对地域文化的冲击,城市的市中心已经开始出现趋同化现象。旅行在城市建筑中的人们开始疑惑,我在哪里,从哪里来,到哪里去。每一个城市都应具有其独特的历史背景和地域文化特质,每个城市都应给人不同的感受,一片街区、一栋建筑、或厚重、或秀美、或人文、或休闲。大量的老建筑正在消亡,取而代之的是冷冰冰,没有归属感的全球化的现代建筑,城市失去记忆,就像失去记忆的人一样苍白和迷茫。如同一棵大树被无情的砍伐,然后随意的嫁接新的枝条。
在具体的建筑设计创作中,我们应从以下方面综合分析,设计出真正意义上有生命的地域建筑。
特定自然环境是地域建筑最基本的要素之一。自然环境包括了气象气候、水源水流、地形地貌和物种资源等等, 在建筑中可表现为采光、通风、形体空间等。巧妙地结合自然环境, 才能创造出具有宜人空间和强烈地域特征的建筑形态。
回到建筑最初的功能,她是作为人类抵挡风雨的遮蔽物出现的,在物质生活比较贫乏的时期,无论在中国,还是欧洲,都是巢居或者穴居,都是有同类性质的建筑形式。后来由于自然气候、物质条件的不同,形成了不同的生活文化习俗,不同地区的人们根据当地的地形地貌、气候条件、地方物质条件,产生了不同的建筑发展之路。比如南方气候炎热潮湿的山区产生了底层架空的干阑式建筑;黄河中上游利用黄土断崖挖出横穴,我们称之为窑洞;东北与西南生长这旺盛的树木,他们利用原木垒成墙体的井干式建筑。
举一个尊重当地的地理、气候等自然条件的例子,马来西亚建筑师在创作中注意结合热带雨林的气候条件,创造有地区特色的建筑。特别是杨经文成功地运用生物气候学进行高层建筑的生态设计,注重采用自然通风、屋顶遮阳格片、外墙绿化系统等防晒、隔热、通风等措施,节约能源,并保持了地区特色
又如汶川水磨新城的规划,以教育、人居、旅游为主,发展成为现代服务型城镇。依河发展的水磨新城,由于地形条件的制约,规划区一山临水,呈现出山水城市形态。
改革开放三十多年,我国经济飞速发展,但同时我们还应认识现阶段国情,即我们仍然处于发展中国家,沿海与内地经济发展的差距,东、中、西部经济发展的差距仍然存在,我们应根据特定地区的实际发展水平和技术水平来选择适宜的建筑创作方式。
地域建筑创作最适宜的就是绿色建筑,在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。设计手法主要有三种,一是从建筑所在地域出发,提倡利用本地材料和传统技术的设计方法,二是既注重地方性,又适当引入适宜技术,三是利用最新理论和最近科技来设计。我们应在充分利用当地传统技术来创造经济节能的建筑,并非一定要通过高成本,高技术来刻意追求绿色建筑的标准。
例如,一次在媒体上看到了报道胶东半岛的海草房,海草房可以说是世界上最具有代表性的生态民居之一。由于生长在大海中的海草含有大量的卤和胶质,用它苫成厚厚的房顶,除了有防虫蛀、防霉烂、不易燃烧的特点外,还具有冬暖夏凉、居住舒适、百年不毁等优点,深得当地居民的喜爱。
又例如简单、适用、有效、经济的山东交通学院图书馆生态设计。该建筑位于山东省济南市,是一座地上5层、地下1层的现代化校园建筑,总建筑面积约1.6万平方米。通过包括遮阳、自然采光、中庭和边庭自然通风、围护结构高性能保温、水池替代冷却塔、地道风等各种节能技术的运用,在设计中采用普通建筑材料,普通适宜技术,降低材料与技术成本。
纵观我国建筑发展史,从秦砖汉瓦到唐代的斗拱,再到宋、清的营造法式,每朝每代都在传承与创新中变化,都具有那个时代的历史文化和技术烙印,都是“新的时代建筑”。
如果建筑无法围绕时代的变化而变化,那么就将停滞不前。随着信息时代的到来,社会发展带来社会观念的变化和思维模式的更新,极大地影响着人们的审美观和价值观,社会生活方式也发生很大的变化,人们的生活方式、生活节奏随着时间的推移在不断变化。而建筑的空间与形式,是人们某一种生活方式的直接物质与精神。
以人为本,就是设计者将自身融入到使用者的世界中,细心发掘特定区域的人们在时代的变迁中,他们的生活方式,心里感受和需求是什么。如今设计者经常缺乏的是对生活的体验,对当地生活的深入了解,对老百姓的追求的是什么,喜闻乐见的是什么,以及气候因素等等方面如果没有生活体验。实际上就很难创作出真正具有地方文脉、地域特点的建筑。
中国建筑文化源远流长,有丰富深远的文化哲理,创作思维上强调“天人合一”的整体和谐观。中国又是一个多民族国家,各地区地理条件、经济、科技和建筑文化有明显的地域差异,中国传统的建筑文化正是由各个地区、各个民族各具特色的地方建筑文化所组成。
一个有意思的例子,有人提出想要体会古代的唐诗宋词的韵味,就要用陕西话去读,同样的道理,如果在建筑创作中没有与当地传统文化很好的融合的话,在建筑创作中可能会忽略很多建筑中最本质的问题。
建筑属性就具有地域性,就是依托地域文化诞生的,建筑脱离不了文化属性。我国从南到北,从西到东,虽然气候、环境、民族各有不同,建筑都包含有当地地域特征和文化的背景,由于不同民族在生存的地理环境、历史渊源, 心理结构、伦理观念及思维方式等方面存在着差异。建筑作为一种重要的文化载体, 其各方面都渗透着本民族的文化特点。
对地方建筑形式提取与变形, 传承具有艺术价值的建筑文化。比如美国SOM 事务所设计的上海金茂大厦通过对中国古代密檐式塔形象的成功抽象, 将高耸的体量分成几段来处理。每段的高度自下而上逐渐缩减, 形成了密檐式古塔的意象, 在表达中国建筑的地域特征方面取得了满意的效果。
综上四点,不是独立的,而是相互渗透,相互影响,我们应以整体的思维方式去进行地域建筑创作,辩证的分析当地经济技术、传统文化和现代生活变化的差异,由宏观到细节,由表及里,深入思考。”建筑是地域文化的载体,特定的地理位置造就了相对独特的地域文化。我们在设计创作时应因地制宜、因时制宜、因材制宜,尊重生活,强调品质,创造出既符合现代人们需要,又具有传统特色的、具有生命力的地域建筑。
[1] 王振复.中华建筑的文化历程[M]上海.人民出版社.2006.
[2] 潘谷西.中国建筑史[M]北京.中国建筑工程出版社.2006.
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入侵检测,顾名思义,就是对入侵行为的发觉。他通过对计算机网络或计算机系统中若干关键点收集信息并对其进行分析,从中发现网络或系统中是否有违反安全策略的行为和被攻击的迹象。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:孤立点分析在防火墙入侵检测的研究相关论文。内容仅供阅读与参考!
孤立点分析在防火墙入侵检测的研究全文如下:
关键词:孤立点分析;防火墙;入侵检测;
防火墙的入侵检测是检测和响应计算机误用的技术,其作用包括威慑、检测、响应、损失情况评估、攻击预测和起诉支持。但是,现在大多数入侵检测系统都存在一个共同的问题,即系统位于不同的主机上,各自有各自的训练集和数据库。它们只对经过本机的数据进行分析和检测,而对于整个网络来说,它们之间是孤立的。采用孤立点的方法比如基于密度的孤立点检测方法直接从异常本质出发来发现异常,给每个对象都赋予一个异常因子来表示其异常程度,然后把异常因子大的那些行为认为是入侵行为,相比聚类技术更适合网络入侵的异常检测。
2.1 数据挖掘技术
数据挖掘是从大量数据中揭示有效的、新颖的、具有潜在效用以及最终可理解的知识和模式的非平凡过程。一般而言,数据挖掘的任务主要有分类分析、聚类分析、关联分析、异常检测以及预测分析等[1]。
数据挖掘是知识发现中的一个步骤,这个步骤会利用特定的算法和工具,在计算机和用户可接受的时间内,完成一个处理序列,并向用户返回某种结果的过程。
2.2数据挖掘在网络入侵检测中的应用
目前应用最广的入侵检测系统是基于特征签名的方法,这种方法只能检测到特征签名库中已知的攻击,因此特征签名库必须对新的入侵行为的特征进行手工更新。这些局限性使基于数据挖掘的入侵检测系统的研究越来越受到重视[2]。
基于数据挖掘的入侵检测模型的构建过程与知识发现过程相似,同样要经过数据准备、模型构建和解释评估三大阶段。网络入侵检测系统中常用的数据挖掘方法主要有关联分析、序列模式方法、分类分析、聚类分析、以及孤立点挖掘。
2.3 聚类分析
聚类分析是将物理或抽象的对象组成的集合分组成为由类似的对象组成的多个簇,使得处于相同簇中的对象具有最大的相似性,而处于不同簇中的对象具有最大的差异性的方法及过程。在许多应用中,可以将一个簇中的数据对象作为一个整体来对待,从而可以辅助人们从整体上对于有多个事物所构成的群体取得认识[3]。通过聚类,能够找出数据属性之间潜在的相互关系。聚类分析已经广泛应用在许多领域中,如模式识别,数据分析,图象处理,以及市场研究等。
作为数据挖掘的功能之一,可以将聚类分析作为一个独立的工具来获得数据分布的情况,观察每个簇的特点,从而集中对特定的某些簇做进一步的分析。在很多情况下,聚类分析也可以作为其它算法(如特征和分类等)的预处理步骤,这些算法在生成的簇上再进行处理。
3.1 防火墙中的孤立点算法
算法的开始先有一个聚类过程,经过这一步骤后,算法在处理不同密度的区域是表现很好。在聚类处理过程中,不同密度区域中的点落到各个聚类中,可以一簇一簇地而不是一个一个地发现潜在的孤立点[4],这就使试验中的孤立点检测算法与当前的所有方法相比是高效的。
聚类过程是一个可适应性的过程,它能够根据不同的分布状况聚成不同的类,可适应性体现在聚类点间的方差作为停止聚类的一个量度。从数据集中的一个随机点开始聚类,离它最近的各点依次被加入到聚类中,每个点加入后,都要重新计算一下聚类的方差。当一个点加入后计算所得的方差增加得相当大时,该聚类就停止生长了,因为这意味着这个点不应该属于此聚类[5]。算法从这个点开始生成一个新的聚类。重复这个过程,直到数据集中的所有数据点都被处理过。
3.2算法流程
算法分为三个主要步骤。第一步,可适应性地将数据点聚成不同密度的聚类;第二步,选择包含很少点的簇(即小聚类)作为候选孤立点集。第三步,也就是孤立点检测步骤,计算候选孤立点集与非候选孤立点集之间的距离,如果候选集离所有的非候选集都很远的话,它们中的点被标定为孤立点[6]。
Step1:从数据集中的一个随机数据点开始,将它加入最近的聚类中,计算加入后的聚类的均值和方差,加入更多的点到此聚类中,直到加入点引起聚类方差增加巨大。此时停止当前聚类的生长,将刚加入的点从此聚类中移除。
Step2:从刚移除的点开始一个新的聚类,重复Step1
Step3:重复Step2直到数据集中所有点都被处理过
Step4:计算各聚类中点的个数。如果一个聚类中点的个数少于K个,选择它为候选孤立点集。
Step5:计算每个候选孤立点集与所有非候选孤立点集之间的距离,如果距离大于既定的阈值D,标定此候选集为孤立点集,否则标定它为非孤立点集。
Step6:重复Step5直到所有的候选孤立点集被处理过。
4.1 数据采集
本文设计的重点在数据挖掘引擎的设计与实现部分,并没有将数据预处理和结果可视化作为研究的内容。同时,由于采用KDD99网上竞赛标准数据集,因此也没有使用特定的数据库作为支持,源数据以特定的文件格式存储,避免了数据清洗部分的工作。为了不失一般性,所有数据均通过TCPDUMP数据包嗅探工具进行格式转换,符合网络数据包和日志文件的标准,从而模拟真实的网络入侵检测系统环境。在此基础之上,利用数据挖掘的方法,设计相应的程序对日志文件进行检测和分析,从中发现异常日志记录,验证设计思路的正确性。实现系统涉及到的文件有:
无攻击类型标记的标准数据集attackdata.xml
有攻击类型标记的标准数据集safedata.xml
分类算法训练集classifyattack.xml
分类算法测试集classifysafe.xml
分类算法经验集exp.xml
孤立点挖掘算法(聚类)数据源datasource.xml
孤立点挖掘算法经验集pointexp.xml
4.2 孤立点检测
如前所示,试验中的方法先找到候选孤立点集,然后计算候选的和非候选的点集之间的距离,这可以加快孤立点检测速度。由上面的叙述可知算法的核心部分在DetectIt()和Se
tOutlier(int k,int d)方法中,前者只有一个循环,循环的每一步取一个数据点,即一条记录,所以时间复杂度为O(n)。后者有两个循环,但它的每一个循环的每一步取的都是一个簇,即若干点的集合,在聚类数量很多的情况下,循环的步数会很少。即使在最坏情况下,时间复杂度为 ,也在接受范围之内。
图1 孤立点检测流程图
当前入侵检测系统或孤立点检测算法的主要问题是它们的误报率太高。在试验中的方法中,如果参数K和D取的得当,可以得到一个满意的误报率。而且试验中的方法与当前存在的方法,特别是与基于统计的和LOF相比是一个简单的方法。由于它的简单特性,它能获得一个较快的处理速度,这对于网络实时处理是至关重要的。因为在这种环境下,响应时间是衡量一个算法优劣的最关键标准。
4.3 结果分析
把检测引擎滑动窗口的大小N设为1000。由于动态孤立点检测算法开始需要一次静态孤立点检测结果为基础,首先用数据集中的前一千条记录进行静态算法检测。然后将数据集中的连接记录依次输入到检测引擎中来模拟连续到达的数据流:每输入一个连接记录,窗口朝前滑动一次并进行一次算法检测。由于的目的是对最新加入的每一条数据记录进行连续查询其是否属于孤立点,因此算法根据n阈值调整函数先得出n的动态调整值n(pnew),然后对滑动窗口内数据点进行排序,如果pnew的序位m小于等于此时n阈值的动态调整值n(pnew),则认为这条新加入的连接记录pnew为入侵行为。
表1 各种入侵行为类型攻击次数的统计
攻击类型 小类别 小类别攻击次数 大类别攻击次数
DOS back 7 53
land 5
neptune 4
pod 17
smurf 18
teardrop 2
U2R buffer_overflow 18 33
loadmodule 2
perl 2
rootkit 11
R2L ftp_write 2 37
phf 2
spy 2
warezclient 3
warezmaster 10
guess_passwd 18
Probling ipsweep 13 40
nmap 11
portsweep 10
satan 6
表2 入侵行为在数据流序列中的分布情况
数据流序列
1-1000 1001-2000 2001-3000 3001-4000 4001-5000 50001-6000
攻击次数 0 0 78 0 12 73
本系统的研究即基于数据挖掘技术的孤立点检测算法引入到入侵检测系统之中,并分析了数据挖掘工具应用于入侵检测系统的可行性与有效性。
[1] Dongmei Ren,Yuehong Jiang. Network Intrusion www.51lunwen.com/jsjzy/ Detection Using Outlier Detection Method CSci693 Network Security,1997.
[2] Jiawei Han,Micheline Kamber. Data Mining Concepts and Techniques,1998.
[3] R Agrawal,T Imielinski,A Swami. Database mining:A performance perspective IEEE Trans. Knowledge and Data Engineering,1993.
[4] 潘云鹤,王金龙,徐从富.2006.数据流频繁模式挖掘研究进展.自动化学报,32(4):594-602
[5] 杨风召.高维数据挖掘技术研究.南京:东南大学出版社,2007,86-96
[6] 刘文涛. 网络安全开发包详解. 电子工业出版社,2005,21-24
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对于网络性能测量的方面,相关项目开展得较多,测量内容包括吞吐量、延迟、丢包率,并作网络可靠性、稳定性、可达性等方面的分析.这一方面是为了对一个特定网络进行维护管理,保障服务质量,;另一方面是为了预报网络性能,如NPACI’s Network Weather Service[5]每隔一定的时间间隔,周期性地监视、动态地预报(各种网络及计算资源)网络性能.收集某一时刻的数据,通过数值模型预测下一时段的TCP/IP 端到端的吞吐量、延迟,主要用于广域网上的大规模计算的调度.以下是读文网小编今天为大家精心准备的:网络性能测量技术的研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
网络性能测量技术的研究全文如下:
摘 要:网络性能测量是网络行为分析的基础。本文对网络性能测量的相关内容以及网络性能指标的测量与分析进行了系统的介绍,并对网络性能测量的下一步发展进行了展望。
关键词:网络性能 测量技术 性能指标 分析与研究
随着Internet技术和网络业务的飞速发展,用户对网络资源的需求空前增长,网络也变得越来越复杂。不断增加的网络用户和应用,导致网络负担沉重,网络设备超负荷运转,从而引起网络性能下降。这就需要对网络的性能指标进行提取与分析,对网络性能进行改善和提高。因此网络性能测量便应运而生。发现网络瓶颈,优化网络配置,并进一步发现网络中可能存在的潜在危险,更加有效地进行网络性能管理,提供网络服务质量的验证和控制,对服务提供商的服务质量指标进行量化、比较和验证,是网络性能测量的主要目的。
2.1 网络性能的概念
网络性能可以采用以下方式定义[1]:网络性能是对一系列对于运营商有意义的,并可用于系统设计、配置、操作和维护的参数进行测量所得到的结果。可见,网络性能是与终端性能以及用户的操作无关的,是网络本身特性的体现,可以由一系列的性能参数来测量和描述。
2.2 网络性能参数的概念
对网络性能进行度量和描述的工具就是网络性能参数。IETF和ITU-T都各自定义了一套性能参数,并且还在不断的补充和修订之中。
2.2.1 性能参数的制定原则
网络性能参数的制定必须遵循如下几个原则:
1) 性能参数必须是具体的和有明确定义的;
2) 性能参数的测量方法对于同一参数必须具有可重复性,即在相同条件下多次使用该方法所获得的测量结果应该相同;
3) 性能参数必须具有公平性,即对同种网络的测量结果不应有差异而对不同网络的测量结果则应出现差异;
4) 性能参数必须有助于用户和运营商了解他们所使用或提供的IP网络性能;
5) 性能参数必须排除人为因素;
2.2.2 ITU-T定义的IP网络性能参数
ITU-T对IP网络性能参数的定义[2]包括:
1) IP包传输延迟(Packet Transfer Delay, IPTD)
2) IP包时延变化(IP Packet Delay Variation, IPDV)
3) IP包误差率(IP Packet Error Rate IPER)
4) IP包丢失率(IP Packet Lass Rate, IPLR)
5) 虚假IP包率(Spurious IP Packet Rate)
6) 流量参数(Flow related parameters)
7) 业务可用性(IP Service Availability)
2.2.3 IETF定义的IP网络性能参数
IETF 将性能参数[3]称为“度量(Metric)。由IPPM (IP Performance Metrics)工作组来负责网络性能方面的研究及性能参数的制定。IETF对IP网络性能参数的定义包括:
1) IP连接性
2) IP包传送时延
3) IP包丢失率
4) IP包时延变化
5) 流量参数
2.3 网络性能结构模型
从空间的角度来看,网络整体性能可以分为两种结构:立体结构模型和水平结构模型。
2.3.1 立体结构模型
IP网络就其协议栈来说是一个层次化的网络,因此,对IP网络性能的研究也可以按照一种自上而下的方法进行。可以以IP层的性能为基础,来研究IP层不同性能与上层不同应用性能之间的映射关系。
2.3.2 水平结构模型
对于网络的性能,用户主要关心的是端到端的性能,因此从用户的角度来看,可以利用水平结构模型来对IP网络的端到端性能进行分析。
网络性能测量涉及到许多内容,如采用主动方式还是被动方式进行测量;发送测量包的类型;发送与截取测量包的采样方式;所采用的测量体系结构是集中式还是分布式等等。
3.1 测量包
网络性能测量中,影响测量结果的一个重要因素就是测量数据包的类型。
3.1.1 P类型包
类型P是对IP包类型的一种通用的声明。只要一个性能参数的值取决于对测量中采用的包的类型,那么参数的名称一定要包含一个具体的类型声明。
3.1.2标准形式的测量包
在定义一个网络性能参数时,应默认测量中使用的是标准类型的包。比如可以定义一个IP 连通性度量为:“IP 某字段为0的标准形式的P 类型IP 连通性”。在实际测量中,很多情况下包长会影响绝大多数性能参数的测量结果,包长的变化对于不同目的的测量来说影响也会不一样。
3.2主动测量与被动测量方式
最常见的IP网络性能测量方法有两类:主动测量和被动测量。这两种方法的作用和特点不同,可以相互作为补充。
3.2.1主动测量
主动测量是在选定的测量点上利用测量工具有目的地主动产生测量流量,注入网络,并根据测量数据流的传送情况来分析网络的性能。主动测量的优点是对测量过程的可控性比较高,灵活、机动,易于进行端到端的性能测量;缺点是注入的测量流量会改变网络本身的运行情况,使得测量的结果与实际情况存在一定的偏差,而且测量流量还会增加网络负担。主动测量在性能参数的测量中应用十分广泛,目前大多数测量系统都涉及到主动测量。
要对一个网络进行主动测量,需要一个测量系统,这种主动测量系统一般包括以下四个部分:测量节点(探针)、中心服务器、中心数据库和分析服务器。有中心服务器对测量节点进行控制,由测量节点执行测量任务,测量数据由中心数据库保存,数据分析则由分析服务器完成。
3.2.2 被动测量
被动测量是指在链路或设备(如路由器,交换机等)上利用测量设备对网络进行监测,而不需要产生多余流量的测量方法。被动测量的优点在于理论上它不产生多余流量,不会增加网络负担;其缺点在于被动测量基本上是基于对单个设备的监测,很难对网络端到端的性能进行分析,并且可能实时采集的数据量过大,另外还存在用户数据泄漏等安全性和隐私问题。
被动测量非常适合用来进行流量测量。
3.2.3主动测量与被动测量的结合
主动测量与被动测量各有其优、缺点,而且对于不同的性能参数来说,主动测量和被动测量也都有其各自的用途。因此,将主动测量与被动测量相结合将会给网络性能测量带来新的发展。
3.3 测量中的抽样
3.3.1 抽样概念
抽样,也叫采样,抽样的特性是由抽样过程所服从的分布函数所决定的。研究抽样,主要就是研究其分布函数。对于主动测量,其抽样是指发送测量数据包的过程;对于被动测量来说,抽样则是指从业务流量中采集测量数据的过程。
3.3.2 抽样方法
依据抽样时间间隔所服从的分布,抽样方法可分为很多种,目前比较常用的抽样方法是周期抽样、随机附加抽样和泊松抽样[4]。周期抽样是一种最简单的抽样方式,每隔固定时间产生一次抽样。因为简单,所以应用的很多。但它存在以下一些缺点: 测量容易具有周期性、具有很强的可预测性、会使被测网络陷入一种同步状态。随机附加抽样的抽样间隔的产生是相互独立的,并服从某种分布函数,这种抽样方法的优劣取决于分布函数:当时间间隔以概率1 取某个常数,那么该抽样就退化为周期抽样。随机附加抽样的主要优点在于其抽样间隔是随机产生的,因此可以避免对网络产生同步效应,它的主要缺点是由于抽样不是以固定间隔进行,从而导致频域分析复杂化。
在RFC2330 中,推荐泊松抽样,它的时间间隔符合泊松分布,它的优点是:能够实现对测量结果的无偏估计、测量结果不可预测、不会产生同步现象。但是,由于指数函数是无界的,因此泊松抽样有可能产生很长的抽样间隔,因此,实际应用中可以限定一个最大间隔值,以加速抽样过程的收敛。
4.1 连接性
连接性[5]也称可用性、连通性或者可达性,严格说应该是网络的基本能力或属性,不能称为性能,但ITU-T建议可以用一些方法进行定量的测量。目前还提出了连通率的概念,根据连通率的分布状况建立拟合模型。
4.2 延迟
延迟的定义是[6]:IP 包穿越一个或多个网段所经历的时间。延迟由固定延迟和可变延迟两部分组成[7][8]。固定延迟基本不变,由传播延迟和传输延迟构成;可变延迟由中间路由器处理延迟和排队等待延迟两部分构成。对于单向延迟测量要求时钟严格同步,这在实际的测量中很难做到,许多测量方案都采用往返延迟,以避开时钟同步问题。
往返延迟的测量方法是:入口路由器将测量包打上时戳后,发送到出口路由器。出口路由器一接收到测量包便打上时戳,随后立即使该数据包原路返回。入口路由器接收到返回的数据包之后就可以评估路径的端到端时延。
4.3 丢包率
丢包率的定义是[9]:丢失的IP 包与所有的IP 包的比值。许多因素会导致数据包在网络上传输时被丢弃,例如数据包的大小以及数据发送时链路的拥塞状况等。
为了评估网络的丢包率,一般采用直接发送测量包来进行测量。对丢包率进行准确的评估与预测则需要一定的数学模型。目前评估网络丢包率的模型主要有贝努利模型、马尔可夫模型和隐马尔可夫模型等等[10]。贝努利模型是基于独立同分布的,即假定每个数据包在网络上传输时被丢弃的概率是不相关的,因此它比较简单但预测的准确度以及可靠性都不太理想。但是,由于先进先出的排队方式的采用,使得包丢失之间有很强的相关性,即在传输过程中,包被丢失受上一个包丢失的影响相当大。假定用随机变量Xi 代表包的丢失事件,Xi = 0 表示包丢失,而Xi = 1 表
示包未丢失。则第i 个包丢失的概率为P[Xi|Xi-1, Xi-2,…Xi-n], Xi-1, Xi-2,...Xi-n 取所有的组合情况。当N=2 时,该Markov 链退化为著名的Gilbert 模型。隐马尔可夫模型是对马尔可夫模型的改进。
Maya Yajnik等人所作的172 小时的测量试验[11]结果表明,在不同的数据采样间隔下(20ms,40ms,80ms,160ms)采用三种不同的丢包率分析模型进行分析得到的结果完全不同,在不同的估计精确度的要求下实验结果也各有不同。因此,目前需要能够精确描述丢包率的数学模型。
4.4 带宽
带宽一般分为瓶颈带宽和可用带宽。瓶颈带宽是指当一条路径(通路)中没有其它背景流量时,网络能够提供的最大的吞吐量。对瓶颈带宽的测量一般采用包对(packet pair)技术,但是由于交叉流量的存在会出现“时间压缩”或“时间延伸”现象,从而会引起瓶颈带宽的高估或低估。另外,还有包列等其它测量技术。
可用带宽是指在网络路径(通路)存在背景流量的情况下,能够提供给某个业务的最大吞吐量。因为背景流量的出现与否及其占用的带宽都是随机的,所以可用带宽的测量比较困难。一般采用根据单向延迟变化情况可用带宽进行逼近。其基本思想是:当以大于可用带宽的速率发送测量包时,单向延迟会呈现增大趋势,而以小于可用带宽的速率发送测量包时,单向延迟不会变化。所以,发送端可以根据上一次发送测量包时单向延迟的变化情况动态调整此次发送测量包的速率,直到单向延迟不再发生增大趋势为止,然后用最近两次发送测量包速率的平均值来估计可用带宽
瓶颈带宽反映了路径的静态特征,而可用带宽真正反映了在某一段时间内链路的实际通信能力,所以可用带宽的测量具有更重要的意义。
4.5 流量参数
ITU-T提出两种流量参数作为参考:一种是以一段时间间隔内在测量点上观测到的所有传输成功的IP 包数量除以时间间隔,即包吞吐量;另一种是基于字节吞吐量:用传输成功的IP 包中总字节数除以时间间隔。
Internet 业务量的高突发性以及网络的异构性,使得网络呈现复杂的非线性,建立流量模型越发变得重要。早期的网络流量模型,是经典流量模型,也即借鉴PSTN的流量模型,用poisson模型描述数据网络的流量,以及后来的分组火车模型,Markov模型等等。随着网络流量子相似性的发现,基于自相似模型的流量建模研究也取得了不少进展和得到了广泛的应用,譬如分形布朗运动模型和分形高斯噪声模型以及小波理论分析等等。高速网络技术的发展使得对巨大的网络流量进行直接测量几乎不可能,同时,大量的流量日志也使流量分析变得相当困难。为了解决这一问题,近几年,流量抽样测量研究已成为高速网络流量测量的研究重点。
网络性能测量中还有许多关键技术值得研究。例如:单向测量中的时钟同步问题;主动测量与被动测量的抽样算法研究;多种测量工具之间的协同工作;网络测量体系结构的搭建;性能指标的量化问题;性能指标的模型化分析[12]~[16];对网络未来状况进行趋势预测;对海量测量数据进行数据挖掘或者利用已有的模型(Petri 网、自相似性、排队论)研究其自相似性特征[17]~[19];测量与分析结果的可视化,以及由测量所引起的安全性问题等等都是目前和今后所要研究的重要内容。随着网络性能相关理论、测量方法、分析模型研究的逐渐深入、各种测量工具的不断出现以及大型测量项目的不断开展,人们对网络的认识会越来越深刻,从而不断地推动网络技术向前发展。
本文对目前网络性能测量技术的主要方面进行了介绍和分析并对未来网络性能测量的研究重点进行了展望。
[1] ITU-T 建议1.350
[2] ITU-T,建议Y1540
[3] IETF, RFC2330, "Framework for IP Performance Metrics" Table of Contents 6
[4] IETF, RFC2330, "Framework for IP Performance Metrics" Table of Contents11
[5] IETF, RFC2678, "IPPM Metrics Measuring Connectivity"
[5] IETF, RFC2679, "A One-way Delay Metric for IPPM"
[6] IETF, RFC2681, "A Round-trip Delay Metric for IPPM"
[7] IETF. RFC3393, "IP Packet Delay Variation Metric for IPPM"PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
[8] IETF, RFC2680, "A One-way Packet Loss Metric for IPPM"
[9] H. Sanneck and G. Carle GMD Fokus, Kaiserin-Augusta-Allee 31, D-10589 Berlin, Germany,"A Framework
Model for Packet Loss Metrics Based on Loss Runlengths "
[10] Maya Yajnik, Sue Moon, Jim Kurose and Don Towsley ,"Measurement and Modelling of the Temporal
Dependence in Packet Loss ", Department of Computer Science University of Massachusetts Amherst, MA 01003USA
[11] Jacobson V, "Pathchar A Tool to Infer Characteristics of InternetPaths. "
[12] LO PRESTI F, DUFFIELD N G, HOROWITZ J, et al. “Multicast-based Inference of Network Internet-Delay Distributions”.University of Massachusetts, Amherst, Computer Science, Technical Report UM-CS-1999-055,1999.
[13] DUFFIELD N G, LO PRESTI F. “Multicast inference of packet delay variance at interior network links”.IEEE INFOCOM 2000[C].Tel Aviv Israel, 2000.
[14] HUANG L, SEZAKI K. “End-to-end Internet Delay Dynamics”. IEICE Technical Report of CQ WG, May2000.
[15] OHSAKI H, MURATA M, MIYAHARA H, “ Modeling end-to-end packet delay dynamics of the Internet”
using systemidentification[A]. International Teletraffic Congress 17[C]. Salvador da Bahia, Brazil, 2001.
[16]Sue B.Moon, "Measurement and Analysis of End-to-End Delay and Loss in The Internet"
[17] J.-C. Bolot. “End-to-end packet delay and loss behavior in the Internet”.In Proceedings of ACM SIGCOMM,San Francisco, August 1993.
[18] V. Paxson, “Measurements and Analysis of End-to-End Internet Dynamics”, Ph.D. dissertation, 1997.
[19]张宏莉,方滨兴,胡铭曾,姜誉,詹春艳,张树峰,“Internet测量与分析综述”,软件学报,2003年1月,Vol.14, No.
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实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。实时操作系统有硬实时和软实时之分,硬实时要求在规定的时间内必须完成操作,这是在操作系统设计时保证的;软实时则只要按照任务的优先级,尽可能快地完成操作即可。我们通常使用的操作系统在经过一定改变之后就可以变成实时操作系统。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:提高实时操作系统的实时性能和可靠性策略相关论文,内容仅供参考,欢迎阅读!
对很多嵌入式系统来说,一个设计良好的实时操作系统(RTOS)可以让开发工程师掌握系统执行任何任务或响应任何关键事件的时间,满足系统实时性要求。为了理解RTOS如何通过系统调度策略实现实时性要求,本文介绍了抢占式调度、可抢占的内核、优先级继承和中断处理等概念。
在设计工业控制系统或医疗设备时,大部分工程师和系统设计工程师会认为采用RTOS是必需的。然而,网际路由器、车载娱乐系统和多媒体设备等普通应用还需要采用RTOS吗?像Linux或Windows这样的通用操作系统是否就能胜任呢?通常,这些产品需要采用RTOS,但是这个问题常常直到设计阶段的后期才能意识到。
RTOS对于很多嵌入式系统来说不但是有益的,而且也是必要的,认识到这一点很重要。例如,一个播放如MPEG格式电影的设备,如果依靠软件来实现其整个内容传输,可能会出现用户难以接受的高丢帧率。然而,通过使用RTOS,系统设计工程师能够准确地控制软件过程的执行顺序,从而保证按照给定的媒体速率进行播放。上述大部分情况适用于用户希望对输入做出立即响应的系统。通过RTOS,开发人员能够保证由用户的操作总能得到及时的响应,除非一个更重要的操作(如一项有助于保障用户安全的操作)必须首先执行。
总之,一个好的RTOS支持开发人员控制系统执行任何任务或对任何重要事件做出反应的时间,并且能够以一种可以预测并且完全一致的形式满足任务执行的最终期限要求。但是,如果RTOS崩溃,这些最终期限就不能被满足。因此,RTOS必须提供高度的可靠性。特别是它必须提供在不需要重启的情况下,从软件故障中快速并智能恢复的机制。
在像Linux这样的通用操作系统中,在对线程和进程的CPU占用上采用了“公平”调度策略。这样的策略能够提供良好的整体表现,但是不能保证高优先级、对时间要求严格的线程将优先于低优先级的线程执行。事实上,操作系统有时甚至会中断高优先级的线程来为低优先级线程提供CPU时间。其结果可能造成对时间要求严格的线程很容易地错过它们的最终期限,甚至在一个高速的高端处理器上运行时也会出现这种情况。
而在RTOS中,线程按照其优先级顺序执行。如果一个高优先级的线程准备运行时,它将在一个短的、有限时间间隔内从任何可能正在运行的低优先级进程接管CPU。另外,高优先级的线程能够不被中断地运行,直到它已经完成了需要做的事情-当然是在不被更高优先级进程抢占的前提下。这种方法就是抢占式调度,保证了高优先级线程始终满足其最终期限,而不管有多少其它线程正在竞争CPU时间。
通过合理地控制线程优先级,开发者能显著地提高很多对用户非常重要的应用响应速度。然而,控制优先级可能是一把双刃剑,当使用不当时它可能会潜在地导致低优先级的进程不能得到CPU时间。保证高优先级的进程和线程的同时确保不会使其它进程处于“饥饿”状态的关键是要对它们的执行进行限制,通过对执行进行调整或在响应加载的过程中进行控制,开发人员能够限制这些活动消耗的CPU时间比例,并支持低优先级进程获得对CPU的共享。
优先级控制能够使很多应用受益,包括像前面提到的媒体播放器(MP3、WAV、MPEG2等格式)。媒体播放器需要实现正常播放所要求的速率(例如44kHz的音频、30fps的视频)。在这种限制之下,一个读线程和一个显示线程可以被设计成依靠一个可编程的定时器来唤醒,缓冲或显示一帧后进入睡眠状态,直到下一个定时触发。这提供了一种调整机制,支持高于正常用户活动而又低于关键系统功能的优先级设置。换句话说,如果没有更重要的任务准备运行,媒体播放将始终以给定的媒体速率执行。
抢占式调度仅在高优先级的线程在一个短的、有限时间段内抢占低优先级线程的情况下有效。否则,系统将不可能预测要花费多长时间来执行一个给定的操作。因此,任何销售进程模式的RTOS的供应商都必须提供针对下面两种时间间隔提供最坏情形:线程切换时间,即当两个线程处于同一进程的情况下,从执行一个线程的最后一条指令到执行下一个被调度线程的第一条指令所经过的时间;前后关系切换(context switch)时间,其定义同上,但仅针对两个线程处于不同进程的情况。
可以将线程看作是最小的“执行单元”,而将进程看作是一个或多个线程的“容器”,进程定义了线程将要在其中执行的地址空间。显然,最坏情形的前后关系切换时间将比最坏情形的线程切换时间要慢,尽管在一个好的RTOS设计中差别可能是微不足道的。
将所有的线程放在几个大的进程中将是错误的,因为线程提供的切换速度更快。虽然线程能实现并行处理优势因而适合于某些设计,但将一个应用分成多个内存保护的进程使得代码更容易调试,提供了更好的错误隔离和恢复能力,并允许系统进行新功能的动态升级。
在大部分通用操作系统中,操作系统的内核是不可抢占的。其结果是,一个高优先级的进程不可能抢占一个内核调用,而是必须等待整个调用完成,即使这个调用是由系统中的低优先级进程发起的。另外,当经常在内核调用中执行的驱动程序或其它系统服务代表一个客户线程执行的时候,所有的优先级信息常常会丢失,这导致了不可预测的延迟并阻止了关键活动的准时完成。
而在RTOS中,内核操作是可抢占的。尽管仍然会存在一些时间窗口,在这些时间窗口中可能没有抢占,但是这些时间间隔应该是相当短暂的,通常在几百纳秒。另外,必须有一个关于抢占被推迟或中断被禁止的时间上限,这样开发者可以确定最坏情形下的等待时间。
为了实现这个目标,操作系统内核必须尽可能简洁,只有具有较短执行路径的服务才被包含在内核中,任何需要大量工作(如进程加载)的操作必须被安排到外部进程或线程。这种方法有助于通过内核确保最长的不可抢占代码路径具有一个时间上限。
然而,为一个进程设定一个高优先级并不总能保证该进程能够抢占低优先级的进程。有时候,系统会出现一种称为优先级倒置(priority inversion)的状态,在这种状态下,低优先级的进程将在“无意中”阻止较高优先级进程占用CPU。优先级倒置可能会表现为几种形式,为了防止发生这种情况,RTOS必须提供一种称为优先级继承的功能。
假定系统有三个进程:A(低优先级),B(中等优先级),Z(高优先级)。这里Z是一个为A和B提供服务的“服务器”进程。参见图1。
现在假定A已经请求Z来执行一个计算,而在这期间,突然B需要Z的服务。因为B拥有比A更高的优先级,一般会认为Z将立即挂起A的请求并将转向为B服务。但是实际情况并非如此,因为Z比B具有更高的优先级。其结果是,B不能阻止Z完成它当前的工作,即对A做出响应。
从效果上看,低优先级的进程A占用了更高优先级进程B的CPU时间,这是引入优先级继承的原因。通过使用RTOS提供的优先级继承机制,系统可以在A发出请求的情况下,让Z继承A的低优先级。通过这种方式,B能够在任何时候抢占A的请求。
如果一个应用程序分布于几个通过网络连接的处理器,那么RTOS也应该支持分布式优先级继承,这样可以按照优先级的顺序处理来自多个处理器的请求。如果没有优先级继承,一个多处理器系统可能会落入无限的优先级倒置和死锁中。
为了获得对外部事件的及时响应,最小化硬件中断发生到执行该中断的第一条代码的时间很重要。这个时间间隔称为中断延迟,为了保证中断延迟尽可能小,一个好的RTOS应该在几乎所有时间内都支持产生中断。正如在关于内核抢占部分提到的那样,一些重要的代码段的确需要暂时屏蔽中断。这种最大的屏蔽时间通常被定义为最大的中断延迟。
在某些情况下,硬件中断处理器必须调度并运行一个更高优先级的线程(例如在一个驱动程序中)。在这样的情况下,中断处理器将返回并指示一个事件将被处理。这样的处理将引入了第二种形式的延迟-调度延迟,这个延时必须在设计中加以考虑。调度延迟是介于用户的中断处理器的最后一条指令和驱动程序线程第一条指令的执行之间的时间。
在一个嵌入式系统中可能会同时出现多个硬件中断。例如,在一个病人监护系统中,当一个传感器记录了病人心跳的一次变化并且网卡接收到网络传来的数据的同时,护士按了触摸屏。很明显,一些中断(如心率的变化)应该立即得到处理,而其他的则可以延缓。通过提供对嵌套中断的支持,RTOS支持嵌入式系统优先处理更高优先级的中断。
我们已经明白怎样使RTOS具有可以预测性,但是如何实现其可靠性呢?答案在很大程度上取决于RTOS的架构。
例如在实时执行模式架构中,大部分或所有软件组件都在一个单一的内存地址空间中运行,包括操作系统内核、网络协议栈、设备驱动程序、应用程序等。虽然很有效率,但这种架构有两个明显的缺陷:1. 在任何组件中的一个指针错误,不论这个错误多么细微,都可能破坏操作系统内核或任何其它组件,导致不可预测的行为和整个系统的崩溃;2. 很难动态修复或替换任何有故障的组件。在大多数情况下,出现这些问题时系统复位是唯一的选择。
一些RTOS,也像Linux一样,试图通过使用单内核架构来解决这个问题。在这种架构中,用户的应用程序在隔离的、受保护内存地址空间中运行。如果一个应用程序试图访问其地址空间之外的数据,内存管理单元(MMU)将通知操作系统,操作系统可能会采取保护措施,例如终止出错进程。然而,这样的操作系统需要将大多数或所有驱动程序、文件系统和其它系统服务绑定到内核中。因此,任何组件中的一个错误都可能带来灾难性的内核故障。
第三种方法是采用微内核(mricokernel)架构来提供更精确的故障隔离,像QNX Neutrino这样的操作系统都基于微内核架构。微内核有两个明确的特征:
1. 在操作系统内核中只实现了一个包含了基本OS服务的小内核(如信号量、定时器、任务调度等)。包括驱动程序、文件系统、协议栈和用户应用程序在内的所有其它的组件在内核外部分离的、保护内存的进程中运行。有问题的系统服务不再作为孤立的故障点,而是在它破坏其它服务或操作系统内核之前被终止并重启。
2. 所有的组件能够通过消息传递进行通信,一个定义良好的通信机制保障了程序在保持彼此安全隔离的前提下进行数据交换。适当实现的消息传递也可以作为一个虚拟的“软件总线”,允许几乎任何的软件组件,甚至是一个设备驱动程序被动态地加入或替换,对于必须提供连续服务的系统而言这是一项关键要求。
和传统的操作系统架构相比,微内核支持嵌入式设备赢得明显更快的平均修复时间(MTTR)。例如,如果一个设备驱动程序失败将可能出现以下情况:操作系统可以终止该驱动程序,回收其正在使用的资源,并对其进行重新启动,这个过程通常这只需要几个毫秒时间。
尽管和传统的操作系统相比,基于消息传递的微内核RTOS通常提供了更好的容错性和动态升级能力,也有一些观点认为消息传递增加了开销。在实际应用中,如果实现正确,消息传递的性能可以接近底层硬件的内存带宽。例如,一个微内核RTOS可以采用多段式(multipart)消息和线程到线程的消息数据直接拷贝等各种技术,来确保系统性能可以达到传统的进程间通信(IPC)方法的水平。由一些组织如Dedicated Systems等进行的独立测试证实,和传统的RTOS相比,微内核RTOS在一系列的实时指标方面表现良好,在很多情况下甚至有更好的表现。
RTOS有助于使一个复杂的应用程序具有可预测性和可靠性。当然,选择一个合适的RTOS本身就是一项复杂的任务,而RTOS的底层架构是选择的重要依据,此外还有一些其它因素,包括:
1. 调度算法的灵活选择。RTOS应该支持调度算法的选择(先入先出(FIFO)、轮询(round robin)、零星调度等)并支持以线程为单位设定这些算法。这样,工程师就可以不必将一个算法用到系统中的所有线程。
2. 图形用户界面(GUI)。RTOS使用的是原始的图形库还是能支持多层界面、多路显示、3D渲染以及其它高级的图形功能的真正的窗口系统?能很容易定制GUI的外观吗?GUI支持同时显示和输入多种语言(汉语、韩语、日语、英语、俄语等)吗?
3. 远程诊断工具。因为对很多嵌入式系统而言,中断系统运行进行检测和维护是无法接受的。RTOS供应商应该提供诊断工具,这些工具能够在不中断系统服务的前提下分析系统的行为。要寻找能提供代码覆盖、应用测评、跟踪分析和内存分析工具的供应商。
4. 开发平台。RTOS提供商提供的开发环境是基于像Eclipse那样的开放平台,允许工程师嵌入所喜爱的第三方工具来进行建模、版本控制吗?还是开发环境基于专利技术?
5. 互联网功能。RTOS支持预集成最新的IPv4、IPv6、IPsec、SCTP和具有NAT功能的IP过滤等协议栈套件吗?它支持嵌入式网络浏览器吗?浏览器应该具有可扩展的封装模式,并能够在很小的屏幕上绘制网页。它也应该支持像HTML 4.01、XHTML 1.1、SSL 3.0和 WML 1.3这样的标准。
6. 标准API。RTOS将你限定到专有的API之中了吗?还是它对于像POSIX这样的标准API提供了完全的支持,这使得将代码移植到其它操作系统,或者从其它操作系统移植代码变得更容易?另外,所用的RTOS提供完全一致性的API还是仅仅支持被定义接口的一个子集?例如,POSIX.1的最新版本包含了大约1,300个接口。
7. 多处理技术。RTOS能支持对称多处理和分布式多处理技术来提高应用性能和容量吗?如果这样,是必须重新设计你的应用程序呢,还是RTOS能够将应用程序透明的分配到多个处理器上去呢?
8. 源代码工具包。RTOS供应商提供了能使RTOS满足设计需求的具有详细文档的定制工具包吗?供应商提供了方便开发驱动定制硬件的驱动程序开发工具包吗?
9. 对于很多公司而言,选择一款RTOS是一项战略性决策。RTOS供应商在对上述问题提供了清楚的回答后,你将选择出一个在现在和将来都适合你的RTOS。
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嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统,它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。嵌入式linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:改善嵌入式Linux实时性能的方法研究相关论文,内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:分析了Linux的实时性,针对其在实时应用中的技术障碍,在参考了与此相关研究基础上,从三方面提出了改善Linux实时性能的改进措施。为提高嵌入式应用响应时间精度,提出两种细化Linux时钟粒度方法;为增强系统内核对实时任务的响应能力,采用插入抢占点和修改内核法增强Linux内核的可抢占性;为保证硬实时任务的时限要求,把原Linux的单运行队列改为双运行队列,硬实时任务单独被放在一个队列中,并采用MLF调度算法代替原内核的FIFO调度算法。
关键词:Linux;实时性;调度策略;抢占
目前,无论是在日常生活,还是在工业控制,航空航天,军事等方面,嵌入式系统都有着非常广泛的应用。嵌入式系统目前主要有:Windows CE、VxWorks、QNX等,它们都具有较好的实时性、系统可靠性、任务处理随机性等优点,但是它们的价格普遍偏高。而嵌入式Linux以其非常低廉的价格,可以大大的降低成本,逐渐成为嵌入式操作系统的首选。但是,作为通用操作系统的Linux,由于其在实时应用领域的技术障碍,要应用在嵌入式领域,还必须对Linux内核作必要的改进。许多嵌入式设备都要求与外部环境有硬实时的交互能力,将最初按照分时系统目标设计的Linux 改造成能支持硬实时性的操作系统显得十分重要。幸运的是, Linux 及其相关项目的开放源码特征为深入研究其内核并加以改造提供了可行性, 可以修改Linux 内核中的各个模块以达到满足嵌入式应用的需求,提高软件方面的开发速度。目前,改善Linux内核的设计与实现,使其适用于实时领域吸引了许多研究和开发人员的注意力[1-4]。常用的实时性改造方法是采用双核方法,这种方法的弊端在于实时任务的开发是直接面向提供精确实时服务的小实时核心的,而不是功能强大的常规Linux核心。基于此,近年来修改核的方法越来越受到科研人员的重视,这种方法是基于已有Linux系统对于软件开发的支持,进行源代码级修改而使Linux变成一个真正的实时操作系统。本文分析了标准Linux在实时应用中的技术障碍,参考了修改核方法的思想,从内核时钟管理、内核的抢占性、内核调度算法三方面论述了改善标准Linux实时性能的方法。
2.1 Linux的实时性分析
Linux作为一个通用操作系统,主要考虑的是调度的公平性和吞吐量等指标。然而,在实时方面它还不能很好地满足实时系统方面的需要,其本身仅仅提供了一些实时处理的支持,这包括支持大部分POSIX标准中的实时功能,支持多任务、多线程,具有丰富的通信机制等;同时也提供了符合POSIX标准的调度策略,包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略。Linux区分实时进程和普通进程,并采用不同的调度策略。
为了同时支持实时和非实时两种进程,Linux的调度策略简单讲就是优先级加上时间片。当系统中有实时进程到来时,系统赋予它最高的优先级。体现在实时性上,Linux采用了两种简单的调度策略,即先来先服务调度(SCHED-FIFO)和时间片轮转调度(SCHED-RR)。具体是将所有处于运行状态的任务挂接在一个run-queue 队列中,并将任务分成实时和非实时任务,对不同的任务,在其任务控制块task-struct中用一个policy属性来确定其调度策略。对实时性要求较严的硬实时任务采用SCHED-FIFO调度,使之在一次调度后运行完毕。对普通非实时进程,Linux采用基于优先级的轮转策略。
2.2 Linux在实时应用中的技术障碍
尽管Linux本身提供了一些支持实时性的机制,然而,由于Linux系统是以高的吞吐量和公平性为追求目标,基本上没有考虑实时应用所要满足的时间约束,它只是提供了一些相对简单的任务调度策略。因此,实时性问题是将Linux应用于嵌入式系统开发的一大障碍,无法在硬实时系统中得到应用。Linux在实时应用中的技术障碍具体表现在:
(1)Linux系统时钟精度太过粗糙,时钟中断周期为10ms,使得其时间粒度过大,加大了任务响应延迟。
(2) Linux的内核是不可抢占的, 当一个任务通过系统调用进入内核态运行时,一个具有更高优先级的进程,只有等待处于核心态的系统调用返回后方能执行,这将导致优先级逆转。实时任务执行时间的不确定性,显然不能满足硬实时应用的要求。
(3) Linux采用对临界区操作时屏蔽中断的方式,在中断处理中是不允许进行任务调度的,从而抑制了系统及时响应外部操作的能力。
(4) 缺乏有效的实时任务调度机制和调度算法。
针对这些问题,利用Linux作为底层操作系统,必须增强其内核的实时性能,从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统,适应嵌入式领域应用的需要。
2.3 当前增强Linux内核实时性的主流技术
近年来,人们对于Linux内核实时性改造提出了一些方法和设想,它们采用了不同的思路和技术方案。归纳总结,支持Linux的硬实时性一般有两种策略[5]:一种是直接修改Linux内核,重新编写一个由优先级驱动的实时调度器(Real-time Scheduler),替换原有内核中的进程调度器sched.c,KURT是采用这一方案较为成功的实时Linux操作系统;另外一种是在Linux内核之外, 以可加载内核模块(Loadable Kernel Module)的形式添加实时内核,确保其高响应特性,实时内核接管来自硬件的所有中断,并依据是否是实时任务决定是否直接响应。新墨西哥科技大学的RT-Linux,就是基于这种策略而开发的。以上两种策略有其借鉴之处,但如果综合考虑任务响应、内核抢占性、实时调度策略等几个影响操作系统实时性能的重要方面,它们还不能很好的满足实时性问题。为了增强嵌入式Linux实时性能,下文将就内核时钟精度、内核的抢占性以及内核调度算法等相关问题重点研究相应的解决方法。
改善嵌入式Linux实时性能的方法研究论文
针对Linux在实时应用中的技术障碍,将Linux改造成为支持实时任务的嵌入式操作系统, 主要从下面三个方面进行着手。
3.1细化时钟粒度
精确的计时是实时调度器正确操作所必须的,调度器通常要求在一个特定的时刻进行任务切换,计时的错误将导致背离计划的调度,引起任务释放抖动。标准Linux系统时钟精度太过粗糙,时钟中断周期为10ms,不能满足特定嵌入式应用领域中对于响应时间精度的要求。因此,在实时Linux应用中,需要细化其时钟粒度,具体有两种方式可以解决时钟粒度问题:一是通过直接修改内核定时参数HZ的初值来细化时钟粒度,如将标准Linux中内核定时参数HZ改为10000, 则时钟粒度可以达到100us,这种方式虽然会增加一些系统开销,但在强周期性环境下,对定时器的设置只需初始化一次,在一定程度上保证了处理效率;二是通过对可编程中断定时器8254或先进的可编程中断控制器进行编程来改进Linux时钟机制,以提高其时钟的分辨率,使毫秒级的粗粒度定时器变成微秒级的细粒度定时器。
3.2 增强Linux内核的抢占性
标准Linux内核是不可抢占的,导致较大的延迟,增强内核的可抢占性能,可提高系统内核对实时任务的响应能力。目前,有两种方法修改Linux内核以提高实时任务抢占非实时任务的能力:一是在内核中增加抢占点的方法;二是直接将Linux内核改造成可抢占式内核。插入抢占点方法是在Linux内核中插入一些抢占点,当一个系统调用执行到抢占点时,如果有更高优先级的实时进程正在等待运行,那么正在执行系统调用的内核进程将会把CPU的控制权转交给等待运行的实时进程;如果没有更高优先级的实时进程等待,则当前进程将继续执行,此时系统增加的开销仅仅是检测一下调度标志。将Linux内核改造成可抢占式内核方法的基本思想是产生运行调度器的机会,缩短任务发生到调度函数运行的时间间隔。这种方法修改了Linux源代码中的自旋锁宏以避免竞争,并在其中引入一个称作抢占锁计数器(PLC)的新的计数信号允许内核代码抢占,当它为0时,允许抢占;当其为大于0的任何值时,禁止抢占。目前,针对这两种修改Linux内核的方法,已经有两种比较成熟的Linux内核补丁被研制出来:抢占式补丁和低时延补丁。其中,抢占式补丁是Monta Vista开发的,它修改了内核代码中的spinlock宏和中断返回代码,使得当前进程可被安全抢占,当自旋锁释放或者中断线程完成时,调度器就有机会执行调度;低时延补丁是由Ingo Malnor提出,该方法只是在执行时间长的代码块上抢占,不采用强制式抢占,因此,如何找到延时长的代码块是解决问题的关键。
3.3 改善Linux内核实时调度器的调度策略
将进入系统的所有任务按实时性分成三类:硬实时、软实时、非实时任务[6]。硬实时要求系统确保任务执行最坏情况下的执行时间,即必须满足实时事件的响应时间的截止期限,否则,将引发致命的错误;软实时是指统计意义上的实时,一般整体吞吐量大或整体响应速度快,但不能保证特定任务在指定时期内完成。针对不同的实时性任务,分别采用不同的调度方法进行处理。
为了严格保证硬实时任务的时限要求,改善的Linux内核实时调度器采用了优先级调度算法,目前最小松弛时间优先调度算法MLF(Minimum-Laxity-First Scheduling Algorithm)是动态优先级调度最常见的实时调度策略。它在系统中为每一个任务设定松弛时间(任务的松弛时间等于任务的截止期减去任务执行时间、当前时间)即: laxity= deadline―current_time―CPU_time_needed,系统优先执行具有最小松弛时间的任务。根据就绪队列的各任务的松弛时间来分配优先级,松弛时间最小的任务具有最高的优先级。为了提高Linux的实时性,我们设计了MLF调度器,并把它作为可加载模块加入Linux内核中,在实现中需对内核进行相应的修改。为了区分任务的类型,对基本Linux的task_struct属性进行改进,在其中增加SCHED_MLF调度策略,并按task_struct中的policy的取值来进行区分, 分别用SCHED_MLF,SCHED_RR,SCHED_OTHER来标识硬实时、软实时、非实时任务。将处于运行状态的三类任务放入两个队列,硬实时任务放入hard_real_queue队列, 采用MLF调度算法,软实时和非实时任务放入non_real_queue队列(空闲任务也在其中),沿用原内核的RR调度算法。这两个队列可以用一个run_queue[2]的指针数组来指向,如图1 所示。
图1 双对列任务运行
双队列任务运行过程与原内核的单运行队列执行流程的主要区别在:首先,各硬实时任务采用了MLF调度算法代替原内核的FIFO调度,提高了Linux系统的实时性能。其次,在判断是否有软中断需要处理之前需判断硬实时任务队列是否为空,如果不为空,即使存在中断的后半部分需要处理,也要先调度硬实时任务投入运行,在硬实时队列为空的条件下才去处理中断的后半部分(因为中断的后半部分没有硬实时任务紧急)。最后,如果没有硬实时任务存在,则说明只有run_queue [1]队列中有软实时或非实时任务存在,这时的处理方法和原内核对单运行队列的处理方法相同。这样改进后,可以明显提高硬实时任务的调度效率,而在没有硬实时任务时,系统性能没有变化。
嵌入式技术具有广阔的应用前景,渗透于社会生活的诸多领域,把Linux应用于嵌入式系统,把Linux自身固有的优越性融入嵌入式技术,是嵌入式技术发展的一个重要方向。然而,由于Linux在实时应用领域的技术障碍,要将其应用在嵌入式领域还必须修改Linux 内核中的各个模块以达到满足嵌入式实时应用的需求。本文在分析Linux实时性的同时,探讨了其本身提供的一些支持实时性的机制以及在实时应用中的技术障碍。而后,基于增强Linux内核实时性的主流技术,从细化时钟粒度、增强内核抢占性及实时调度策略三方面入手,提出了改善Linux实时性能的优化方法。
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表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。 对于金属铸件,我们比较常用的表面处理方法是,机械打磨,化学处理,表面热处理,喷涂表面,表面处理就是对工件表面进行清洁、清扫、去毛刺、去油污、去氧化皮等。以下是读文网小编为大家精心准备的:表面处理对碳纤织物增强环氧树脂复合材料界面及性能影响研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
金属背衬型聚合物自润滑复合材料因具有减摩、耐磨等优点,在机械设备、船舶等重载摩擦副上得到了广泛应用。碳纤织物增强环氧树脂基自润滑复合材料作为衬层型重载摩擦副用材料,以其优异的力学性能和摩擦学性能、良好的自粘接性以及成型工艺简单等特性已成为当前国内外研究的热点之一。在纤维增强树脂基复合材料中,主要承载组元为纤维,树脂基体将纤维粘接固定并将载荷传递到每根纤维,因此复合材料的界面特性对其力学性能有着重大影响。但是,由于碳纤维表面缺少活性基团呈化学惰性,且其表面光滑,导致碳纤织物与基体浸润性差,不能与基体进行有效结合。因此,要获得力学性能优良的碳纤织物增强复合材料,必须对其进行表面处理,改善其表面浸润性、粗糙程度,产生适合于聚合物粘接的表面形态,从而提高碳纤织物增强复合材料的力学性能。
目前,提高碳纤织物增强复合材料界面性能主要从以下两方面着手: 一是增加纤维表面活性官能团,二是增大纤维表面粗糙度。在对碳纤织物进行表面处理时,以上2 个因素往往同时出现并对碳纤织物增强复合材料的界面性能的改善起协同作用。为了探索提高碳纤织物增强环氧树脂复合材料的力学性能,寻求简单有效的碳纤织物表面处理工艺,在已有研究和前期大量实验基础上,本文研究比较了空气氧化处理、浓硝酸氧化处理、偶联剂涂覆处理、气液双效处理和液相双效处理等表面处理方法对碳纤织物表面及复合材料界面和性能的影响,以此来探索一种工艺简单、环境友好且可显著提高复合材料性能的碳纤织物表面处理工艺。
1. 1 实验材料
碳纤织物( 1K/T300) : 日本东丽; 环氧树脂E51( 环氧值0. 53 ) : 巴陵石化公司; 环氧丙烷丁基醚( 501) : 纯度大于等于99. 5%,广州江盛华工科技有限公司; 邻苯二甲酸二丁酯: 纯度大于99. 0%,天津市富宇精细华工有限公司; 105 缩胺环氧固化剂( 缩胺105) : 苏州光福材料厂; 偶联剂Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷( KH-560) : 东莞市信康有机硅材料有限公司。
1. 2 实验过程
碳纤织物在使用前,首先在丙酮溶液中浸泡48 h,再放入恒温真空干燥箱中100 ℃干燥3 h,以除去其表面的预浸胶料、污染物等,记为未处理碳纤织物; 然后分别采用空气氧化( 450 ℃ /45min) 、浓硝酸氧化( 95℃ /90min) 、偶联剂涂覆( 3% KH560 /10min) 、气液双效处理( 空气氧化450 ℃ /45min + 偶联剂涂覆3%KH560 /10min) 、液相双效处理( 浓硝酸95 ℃ /90min +偶联剂涂覆3% KH560 /10min) 对碳纤织物进行表面处理。
检测分析试样采用手糊模压法制备,将配制好的环氧树脂胶体通过手糊法涂覆于碳纤织物表面,然后放置于采用螺栓加压固定的模具中,在真空度为- 100kPa 的真空箱中常温固化24 h,获得表面平整、无气泡、裂纹、分层等缺陷的试样。
1. 3 测试与表征
利用日本日立S-3400N 型扫描电子显微镜进行断口形貌与碳纤织物表面形貌分析; 采用美国安捷伦5100 原子力显微镜对碳纤织物进行表面形貌分析并计算其表面粗糙度; 采用德国Elementar 公司VarioELIII型元素分析仪对碳纤进行元素分析,分析处理前后碳纤织物中C,O,N 元素变化; 采用美国Nicolet6700傅里叶红外光谱仪对处理前后碳纤表面进行分析; 复合材料力学性能测试在WDW3005 电液伺服万能实验机上进行,各测试试样按照国家相关标准制备; 根据GB /T 3855 - 2005《碳纤维增强塑料树脂含量试验方法》,采用称量法进行复合材料含胶量测试,称量精确至0. 1 mg。力学性能与含胶量实验过程中每个实验重复3 个试样,结果取平均值。
2. 1 碳纤表面形貌
未经表面处理和分别经过空气氧化、浓硝酸氧化、偶联剂涂覆、气液双效和液相双效处理后的碳纤表面形貌图。从Fig. 1 中可以看出,对市场上购买的经丙酮清洗并烘干后的碳纤织物,即实验中未处理的碳纤,其表面光滑平整,仅有轻微的纵向沟槽,根据原子力显微镜检测、计算结果,其表面粗糙度平均为12. 8 nm; 采用空气氧化处理后,碳纤被氧化,出现剥落、凸起现象,且表面纵向沟槽加宽加深,同时附着有少量颗粒物,其表面粗糙度平均为52. 5 nm; 浓硝酸氧化处理后,纤维表面呈现明显的沟槽状刻蚀,并伴随有颗粒状附着物,其表面粗糙度平均为39. 5 nm; 采用偶联剂涂覆处理的碳纤,在纤维表面形成一层比较均匀的偶联剂覆盖层,同时纤维本身基本未受到损伤; 而对于采用气液双效和液相双效处理的碳纤,由于碳纤在氧化处理过程中,在表面形成了较深的刻蚀,表面粗糙度增加,从而与偶联剂之间的粘着性增强,所以在又经偶联剂处理后,表面偶联剂粘附明显增加。
这表明,与未处理碳纤相比,氧化处理可增加碳纤维表面粗糙度,能增大碳纤与基体之间的接触面积,从而有效提高纤维与基体之间的粘接性能; 偶联剂处理后,在碳纤表面形成一层偶联剂粘附层,使碳纤表面活性增加,也可以增加碳纤与基体之间的粘着力。但氧化处理会对碳纤产生一定的刻蚀,从而会对碳纤本身力学性能产生不利影响,可能会降低复合材料的性能,因此,在选择碳纤表面处理方法时需综合其对复合材料性能的影响。
同时,由于采用偶联剂处理,在碳纤表面形成的偶联剂涂覆层会影响表面粗糙度的测量,因此,实验中未对偶联剂处理的碳纤进行表面粗糙度测量。
2. 2 复合材料含胶量
在纤维增强复合材料中,胶体含量的多少对材料的性能有着重要影响,也是材料制备工艺控制的目标之一。相同制备工艺条件下,未处理和经不同表面处理后碳纤织物增强环氧树脂基复合材料胶体含量。所制备的碳纤织物增强环氧树脂复合材料含胶量为30% 左右,其中碳纤织物未处理的复合材料含胶量最高,为33. 7%; 而经不同表面处理后的复合材料,含胶量略低,其中液相双效处理含胶量最低为29. 9%,较未处理的降低了11. 3%。这可能是因为,未处理的碳纤织物与胶体之间浸润性较差,胶体易于聚集,在模压成型过程中难以流动,从而导致含胶量较高; 而经表面处理后,胶体与碳纤织物之间的浸润性得到改善,胶体易于均匀填充、分布于碳纤织物之间,从而在加压过程中易于流出,所以胶体含量略低。这同时也说明,实验中所采用的复合材料材料制备工艺在胶体控制方面,具有较好的一致性和可重复性,从而也基本消除了含胶量对不同碳纤织物表面处理方法复合材料力学性能的影响。
2. 3 复合材料力学性能
未经表面处理和分别经过不同表面处理方法处理后的碳纤织物增强环氧树脂复合材料层间剪切强度。对于未经表面处理的碳纤织物,所制备复合材料层间剪切强度平均仅为21. 5 MPa; 经表面处理后,其层间剪切强度均得到显著提高,其中空气氧化处理提高幅度最低,平均为33. 1MPa; 偶联剂涂覆处理平均为43. 2 MPa; 采用气液双效处理的层间剪切强度最高,平均达44. 3 MPa,与未经表面处理的碳纤织物相比,提高1 倍多。这表明,对碳纤织物进行表面处理,无论是采用增加纤维表面活性官能团的偶联剂涂覆和双效处理,还是采用增加纤维表面粗糙度的氧化法,均可有效提高复合材料层间剪切强度。
这是因为对于纤维增强环氧树脂复合材料,层间剪切强度主要取决于基体和界面的性能,其剪切破坏主要是由基体剪切破坏、纤维断裂和复合界面脱粘引起,因此,在基体材料一定的情况下,纤维及纤维与基体之间的结合界面就对复合材料层间剪切强度产生重要影响。虽然实验中对碳纤织物进行表面处理后,纤维本身会受到损伤尤其是氧化法,导致纤维强度降低,但表面处理的复合材料层间剪切强度均得到明显提高,这也表明表面处理对碳纤织物增强环氧树脂复合材料层间剪切强度的重要有利作用。
同时,经表面处理的碳纤织物复合材料层间剪切强度值离散性小于未处理的,这表明表面处理后复合材料性能更加均匀一致,可能是因为表面处理增强了碳纤织物与聚合物之间的浸润性与粘接均匀性,这对提高复合材料性能均匀性和可靠性十分有利。
为了进一步研究不同碳纤织物表面处理方法对复合材料力学性能的影响, 给出了未经表面处理和分别经过上述不同方法表面处理后的碳纤织物增强环氧树脂复合材料的弯曲、拉伸、压缩强度和冲击韧性。从中可以看出,与未处理碳纤织物相比,经不同方法处理后,复合材料的弯曲强度、压缩强度和冲击韧性均有明显提高,尤其是弯曲强度得到大幅度提高,其中采用偶联剂处理的,其弯曲强度为1088. 9MPa,较未处理的533. 6 MPa 提高104. 1%。而拉伸强度,采用偶联剂处理的试样达538. 1 MPa,与未经处理的413. 9 MPa 相比,提高30. 3%; 而经其它方法处理后的试样,则有所降低或提高不大。
由此可知,与采用未经处理的碳纤织物制备的复合材料相比,经表面处理后的碳纤织物复合材料,其性能可得到有效提高; 综合考虑各项性能指标,以偶联剂处理效果最佳。这主要是因为偶联剂作为一种改善纤维表面活性官能团的处理方法,一方面能增大纤维表面活性,提高纤维与树脂基体之间的粘接性,另一方面,偶联剂处理不会对纤维表面产生破坏,从而不降低纤维本身力学性能。经氧化处理后,碳纤维中C 含量由未经处理的90. 9% ( 质量分数) 降低为空气氧化处理的90. 7% 和硝酸氧化处理的86. 0%,而O含量由未经处理的1. 3% 分别增加至1. 5% 和8. 4%,N含量则由7. 8% 分别变化至7. 7% 和5. 6%。这表明经过空气氧化和硝酸氧化处理后,碳纤表面O,N 元素与C 元素比例得到明显提高,即含氧官能团和含氮官能团得到了有效增加。所以双效处理后,偶联剂与碳纤表面含氧官能团和含氮官能团进行化学作用,同时偶联剂的环氧端基扩散到聚合物基体中形成化学键,从而使其一些性能指标得到进一步提高。但是由于氧化处理会不同程度的损伤碳纤,从而影响碳纤织物增强复合材料力学性能,这也是空气氧化、硝酸氧化以及气液双效和液相双效处理后复合材料一些性能指标低于单独偶联剂处理的原因。
为了进一步探索偶联剂涂覆处理对碳纤表面的影响,Fig. 4 给出了未经表面处理和经偶联剂涂覆处理后,碳纤表面傅里叶红外光谱分析结果。从图中可以看出,经偶联剂涂覆处理后,在3440 cm - 1 和1645cm - 1处结合峰显著加宽,同时在2360 cm - 1 处结合峰显著增强,这表明处理后的碳纤表面活性官能团显著增加,从而有利于增强碳纤与环氧树脂基体的粘接性,进而使复合材料的力学性能得到有效改善。
2. 4 断口分析
由以上实验结果可知,实验条件下,碳纤织物采用偶联剂涂覆表面处理,对复合材料性能提高最大。为了进一步分析表面处理对复合材料性能影响的机理,分别对未处理和偶联剂涂覆处理碳纤层间剪切强度测试单丝表面形貌进行了分析。未处理的碳纤表面光滑,层间剪切破坏后,碳纤表面仅有少量聚合物粘附物; 而偶联剂涂覆处理的碳纤表面则粘附有大量的聚合物。这表明表面处理后,碳纤与聚合物之间粘接性大大提高,从而使其层间剪切强度得到有效提高。这是因为,当碳纤织物增强环氧树脂复合材料受到外力作用时,聚合物作为传力组元,若聚合物与碳纤之间不能良好的粘接,则难以使其负荷得到有效传递,从而易于产生应力集中,导致其内部裂纹快速扩展,性能大大降低。
碳纤织物未处理和偶联剂涂覆处理后复合材料压缩断口扫描形貌。从可以看出,碳纤织物未处理的复合材料压缩断口碳纤分布散乱且长短不一,同时聚合物分布不均,存在明显的聚集; 经偶联剂涂覆处理的复合材料压缩断口平整光滑,聚合物分布比较均匀,每根碳纤周围较均匀地被聚合物包覆且结合良好。这表明偶联剂涂覆处理可有效增加碳纤织物与聚合物之间的粘附性,也有利于碳纤织物与聚合物之间良好浸润,使其组织更加均匀,从而其力学性能得到有效提高。
综上所述,碳纤织物表面处理可有效提高复合材料的力学性能。空气氧化法和硝酸氧化法以及由二者与偶联剂涂覆结合的双效处理法,虽然可使复合材料一些性能指标得到提高,但在氧化过程中,会使碳纤受到损伤,从而对复合材料一些性能产生不利影响; 而偶联剂涂覆处理作为一种增加碳纤表面活性官能团的处理方法,既不降低碳纤力学性能又可提高碳纤与聚合物之间的粘接强度,综合考虑其对复合材料各项性能指标的影响,实验条件下,偶联剂涂覆处理是一种比较理想的碳纤织物表面处理方法,同时还具有工艺简单易行的优点。
( 1) 未处理的碳纤表面光滑平整,其表面粗糙度平均为12. 8 nm,经氧化法处理碳纤表面被明显刻蚀,表面粗糙度增加; 偶联剂处理的碳纤在其表面形成一层均匀的偶联剂覆盖层。
( 2) 与未处理的碳纤织物相比,气液双效处理表面处理后碳纤织物增强环氧树脂复合材料层间剪切强度得到明显提高,由未处理的21. 5 MPa 增大到44. 3MPa。
( 3) 经偶联剂涂覆处理的碳纤织物,其复合材料具有较佳的综合力学性能,其弯曲强度为1088. 9MPa,拉伸强度为538. 1 MPa,压缩强度为551. 3 MPa,冲击韧性为72. 2 kJ /m2,而未处理则分别仅为533. 6MPa,413. 9 MPa,417. 8 MPa 和47. 9 kJ /m2。
( 4) 断口形貌分析表明,碳纤未处理的复合材料断口碳纤杂乱,胶体分布不均; 偶联剂涂覆处理的复合材料断口光滑平齐,胶体均匀包覆于碳纤周围。
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氧化锌是一种著名的白色的颜料,俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑,因为ZnS也是白色的。在加热时,ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色,当冷却后黄色便退去,利用这一特性,把它掺入油漆或加入温度计中,做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力,在医药上常调制成软膏使用,ZnO还可用作催化剂。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈单晶多孔ZnO制备及对室内空气污染物的气敏性能的研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
由装修材料带来的室内空气污染物,如甲醛、苯等,对人的身体健康有着非常大的损害,容易引起呼吸道疾病、肺炎和气管炎等疾病,甚至还有致癌的风险。因此对室内空气污染物的检测与实时监测一直被广为关注。目前室内空气污染物的检测传统技术是化学分析法,例如气相色谱和质谱联用法,这种检测方法工作量大、程序复杂、设备昂贵,且不能实现实时检测。基于半导体氧化物的电学气敏传感器,由于具有功耗低、响应快、结构简单、工艺成熟等优点,在室内空气污染物的检测与实时监测方面非常有应用前景。
ZnO 作为一种宽禁带( 3. 37 eV) 半导体,具有电子迁移率高、化学稳定性好等特点,对室内空气污染物均体现出较好的气敏特性。然而传统传感器往往基于块体的ZnO 敏感材料,因此往往灵敏度不高。近些年来,随着纳米科学的兴起,将传统材料纳米化,制备各种形貌与结构的ZnO 纳米材料,增强其性能以拓展应用成为研究热点。Bai 等利用水热法采用不同的表面活性剂制备了针状、铅笔状和花状的一维ZnO 纳米材料,Hsueh 等报道的ZnO 纳米片与纳米线等。有研究表明,单晶气敏材料的稳定性好,但灵敏度不理想,而非晶与多晶结构气敏材料具有较高的灵敏度,但稳定性较差因此。如何制备出高灵敏度、高稳定性的ZnO 气敏材料成为了该领域的一项挑战。
基于此,我们通过煅烧液相法合成前驱体的方法,制备了单晶多孔ZnO 纳米片,这种结构集合了纳米多孔结构以及单晶结构的优点,如多孔纳米结构的比表面积大,活性位点多,以及单晶材料稳定性好的优点,从而对室内气体污染物展现出了高的灵敏度以及较快的响应及恢复时间。这可为实用化的室内污染性气体传感器提供高效的敏感材料。
2. 1 单晶多孔ZnO 纳米片的制备
实验中所用到的所用试剂均为从国药集团购买的化学纯级试剂。首先,把1 g Zn( CH3COO)2和3 g CO( NH2)2溶解于40 mL 去离子水中,形成透明溶液并搅拌30 min。将这透明的溶液转移至一个密封的锥形瓶中,并放置于100 ℃ 的烘箱中,保温6 h。然后使用离心的方法将得到的白色沉淀从溶液中分离出来。用去离子水将其清洗2 ~ 3 次后将其放入真空干燥箱,60 ℃干燥24h。将干燥的前驱体在300 ℃退火2 h 即可得到单晶多孔ZnO 纳米片。
2. 2 单晶多孔ZnO 纳米片的表征
使用X 射线衍射仪( XRD,Philips X’pert PRO) 对样品的结构进行表征; 使用扫描电子显微镜( FE-SEM,FEI Sirion-200) 和高分辨透射电子显微镜( HRTEM,JEM-2010) 对样品的形貌以及微结构进行表征; 使用比表面分析仪( BET,Tristar Ⅱ 3020M) 对样品进行了氮吸/脱附和孔径分布表征。
2. 3 室内污染性气体检测
将单晶多孔ZnO 纳米片超声分散于乙醇中形成悬浊液,再将其涂覆于带有双电极和加热丝的陶瓷管表面,并在空气中干燥。随后,将其通过焊锡焊接至基座,安装于测试系统中进行老化与测试。
气敏测试在一个密封性良好且安装有气体进口与出口管的有机玻璃气室中进行,采用Keithley-6487 皮安表作为电压源并采集实时电流。测试气体为苯和甲醛( 浓度范围5 × 10 - 6 ~ 100 × 10 - 6 ) ,上述气体均属于典型的室内空气污染物。
3. 1 结构及形貌表征
为了确定所得样品的物相结构,首先对样品进行了XRD 表征。图1 即是退火前后样品的XRD 图谱。由图1 可以看出,退火前的前驱体的XRD 衍射谱( 下部黑线) 可以指认为Zn( CO3) ( OH)6·xH2O ( JCPDS卡: 11-2087) 。经过300 ℃退火后,前驱体的衍射峰全部消失,取而代之的衍射峰全部可以指认为纤锌矿结构的ZnO ( 上部红线, JCPDS 卡: 36-1451) ,没有杂峰存在。并且,样品的衍射峰很强,说明所制备的ZnO 具有着优异的结晶性。
为了表征多孔单晶ZnO 纳米片对气体的吸/脱附性能和孔径分布情况,我们对制备的多孔单晶ZnO 纳米片进行了比表面分析。图4 是多孔单晶ZnO 纳米片的氮吸/脱附热力学曲线和孔径分布图,从热力学曲线上面可以看出介孔的存在,孔径分布图进一步证明的介孔的孔径分布情况,30 nm 左右的介孔最多。介孔的存在提供了大量的活性位点,有利于对气体的吸附。
3. 2 敏感性能测试
传感器工作温度是气体传感器的重要参数之一,为了选择最优的测试条件,实验中首先讨论了测试工作温度对传感器灵敏度的影响。随着加热温度的升高,灵敏度逐渐增大,当温度升至220 ℃时达到最大值,再升高温度,灵敏度开始下降,说明传感器的最佳工作温度是220 ℃。因此后面的测试的工作温度都选择在220 ℃。选取典型的室内空气污染物—甲醛和苯,为目标气体进行检测。当打入甲醛或苯气体后,单晶多孔ZnO 纳米片气体传感器在接触到这两种气体中的任何一种时,灵敏度迅速升高,而且随着气体浓度的增加,灵敏度越来越大; 当打开阀门通入空气后,传感器能够迅速的脱离这两种气体,其响应灵敏度迅速降低,且ZnO 片气体传感每次测量后都基本能恢复到初始状态,说明该气体传感器拥有良好的响应-恢复特性、可逆性以及稳定性。
单晶多孔ZnO 纳米片传感器对甲醛和苯的响应灵敏度均随气体浓度的增大而提高,且明显优于商用ZnO 粉,此外其与浓度成较好的线性关系。
根据气敏测试数据结合响应和恢复时间的定义对响应和恢复时间进行了标记和结果汇总可见,商用ZnO 粉对于100 ×10 - 6苯和甲醛的响应和恢复时间153 和46 s 以及158和90 s; 而单晶多孔ZnO 纳米片对100 × 10 - 6苯和甲醛的响应时间为92 和29 s,对其的响应恢复时间分别为113 和58 s。这个比较结果说明单晶多孔ZnO 纳米片对室内污染物的响应不仅灵敏度有了明显提高,同时响应和恢复时间也明显缩短。这体现了单晶多孔ZnO纳米片在室内污染物检测中的优势,为潜在应用于室内污染物的检测提供了可能。
3. 3 敏感机理
ZnO 作为典型的n 型半导体氧化物,在空气环境中,O2会吸附于ZnO 的表面,并从材料中得到电子变成氧负离子,从而造成单晶多孔ZnO 纳米片敏感膜表面的电子空缺。当室内污染性气体如苯,甲醛等富电子气体注射到测试室后,与传感器敏感层接触,将与之前所生成的氧负离子( 氧化性) 发生反应。这一过程中,被氧负离子俘获的电子被释放回ZnO 纳米片,因而降低传感器的电阻( 电流增大) 。而当目标气体被高纯空气排出测试室后,传感器的电阻又逐渐恢复至初始值( 电流减小) 。相对于传统的ZnO 块体材料( 商用ZnO 粉) ,我们使用的ZnO 纳米片具有多孔结构,室内污染性气体分子可以通过孔结构扩散到材料内部,和材料内部的颗粒发生作用,这一定程度上相当于增大了目标气体和膜材料的接触面积。
通过此前表征结果可知,单晶多孔ZnO 纳米片为孔径较大的介孔纳米材料,且孔分布极为致密,这两方面都说明气体在该多孔ZnO 纳米片具有较大的扩散系数,利于目标气体的吸附( 响应阶段) 和脱附( 恢复阶段) ,因而该气体传感器具有高灵敏度以及较短的响应与恢复时间。同时,由于ZnO 纳米片是单晶结构,在材料内部没有晶界并且缺陷较少,因此在表面被释放的电子在向材料内部的运动过程中不易被复合,这不仅有利于ZnO 纳米片灵敏度的提升,还有利于增加传感器的稳定性。此外,ZnO 的片状结构也对传感器的稳定性有所贡献。在单晶多孔ZnO 纳米片气体传感器中,电极与ZnO 纳米片的接触、以及纳米片之间的接触均属于面接触,与纳米球( 点接触) 、纳米线和纳米管( 点或线接触) 相比,其接触电阻更小、稳定性更高。
通过使用对液相法合成的前驱体进行煅烧的方法成功的制备了具有单晶多孔结构的ZnO 纳米片。气敏性能测试结果表明,单晶多孔ZnO 纳米片对室内污染性气体的敏感性能明显优于商用ZnO 材料的气体响应,响应的灵敏度明显提高,响应和恢复时间明显缩短。结合Knudsen 模型对单晶多孔ZnO 纳米片的敏感机理进行了探讨,发现多孔结构使ZnO 纳米片具有较大的气体分子扩散系数,利于气体的吸附和脱附,因此其表现出较高的灵敏度以及较短的响应和恢复时间。并且单晶多孔ZnO 纳米片的单晶结构以及片状形貌也有利于传感器灵敏度以及稳定性的提升。
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近年来,各主机厂保险杠等外饰塑料件的油漆涂层质量问题多以起泡和掉漆为主要缺陷。笔者进行的有关统计结果显示,当年售后反馈的掉漆和起泡缺陷约占质量问题总数的16%,比例较高。
在试验室进行的涂层耐湿性试验过程中,也发现以PP-EPDM-T10、PP-EPDM-T20为基材的保险杠、防擦条和侧裙护板等塑料件涂层发生起泡缺陷的比例较大,起泡的直径和密度各不相同。
综上,涂层耐湿性差、导致涂层起泡、附着力下降的缺陷,已成为亟待解决的问题。
经初步分析,与涂层起泡有关的因素主要有以下几方面。
a.基材前处理工艺;
b.涂层烘干工艺;
c.基材。
3.1 基材前处理工艺的影响
3.1.1 涂装工艺流程
目前,PP 类外饰塑料油漆件通常采用三涂一烘(3C1B)工艺。相比而言,手动涂装线更容易出现基材脱脂不完全的情况。
3.1.2 用溶剂(无水乙醇)擦拭与否的对比试验
选择3 个塑料件注塑厂家,使用同一厂家的PP-EPDM-T20塑料粒子注塑保险杠。然后在各保险杠本体上截取样块,在试验室制成涂漆样板,进行涂膜耐湿性试验,具体步骤如下。
a.将试验样板放置于(60±1)℃、100% RH 的潮湿试验箱中,进行100 h连续冷凝水试验;
b.到达规定时间后取出试验样板并于(23±2)℃、(50±5)% RH的环境下放置24 h,检查涂层起泡情况。
可见,溶剂擦拭非常重要,必须严控该工序质量。
3.1.3 基材表面常见污染物对涂层耐湿性能的影响
选取2 个塑料粒子供货厂家注塑的PP-EP⁃DM-T20 塑料样板,在试验室制取涂漆样板,并于喷漆前对样板表面分别施以打磨灰、手汗和脱模剂3种污染物。
可见,基材表面残留的打磨灰、手汗和脱模剂是导致涂层起泡的主要原因之一。
3.2 涂层烘干工艺的影响
3.2.1 烘干工艺的影响
选择2 个塑料粒子供货厂家注塑的PP-EP⁃DM-T20 塑料样板,在试验室制取涂漆样板,进行烘干工艺的对比试验。表中无温度梯度的正常烘干条件为(85±2)℃、30 min,有温度梯度的正常烘干条件为(40±2)℃、5 min→(55±2)℃ 、5 min→(70±2)℃ 、5 min→(85±2)℃、30 min,非正常烘干条件a为(65±2)℃、30 min,非正常烘干条件b为(85±2)℃、20 min。由试验结果可见,烘干温度低和烘干时间短会加剧涂层起泡的程度。
3.2.2 烘干后老化期的影响
选择3 个塑料粒子供货厂家注塑的PP-EP⁃DM-T20 塑料样板,在试验室制取涂漆样板,并进行涂层烘干后不同老化期(指开展耐湿性试验前,样品在标准环境下的调节时间)的涂层耐湿性对比试验,结果见表5。由表5 可知,涂层烘干后老化期对涂层耐湿性能影响不明显,不是涂层起泡的主要原因。
3.3 基材的影响
3.3.1 基材材质的影响
为检验不同基材对涂层耐湿性能的影响,选择2 个塑料粒子供货厂家(E、F)注塑的塑料(高、低档PP-EPDM-T10,以下简称T10;高、低档PPEPDM-T20,以下简称T20)样板,对基材样板进行(100±2)℃/18 h 加烘烤(以减少涂装时增塑剂析出)和未加烘烤,然后在试验室制取涂漆样板,并进行涂层耐湿性能对比试验。可见,基材材质对涂层耐湿性能有影响,但基材是否加烘烤则影响不大。
3.3.2 基材涂装前表面潮湿程度的影响
塑料件注塑成型后到涂装之前有运输周转过程,期间基材可能会由于潮湿环境或人工湿打磨而导致基材表面有水分残留。选择2个塑料粒子供货厂家注塑的PP-EPDM-T20塑料样板,烘干后在样板上均匀滴上去离子水,然后在试验室制取涂漆样板,进行涂层耐湿性试验,结果见表7,涂层起泡状态见图5。可见,基材潮湿是导致涂层起泡的主要原因之一。
综上,导致外饰塑料油漆件耐湿性差的主要原因如下。
a.基材前处理不彻底,或者工人在施工过程中不戴手套便接触工件;
b.烘烤温度或烘烤时间不符合工艺要求;
c.涂装前基材受潮或前处理后基材上残留水分未吹净;基材质量不稳定或涂料与基材的匹配性差。
d.导致汽车塑料件耐湿性差的原因比较复杂,因此仍需要进一步研究与探讨。
a.基材前处理要彻底,确保边角处和面积较大的塑料件各处都能被擦净;工人在施工过程中应佩戴手套;基材前处理后应立即进行涂装,防止基材被二次污染;
b.严格控制涂装烘干条件,确保形成固化完全的涂层;
c.确保涂装前基材表面的水分被彻底吹干,外观要求很高的塑料油漆件应使用品质较好的基材,进行PP类塑料件低温底漆与指定塑料基材的涂装配套性能验证。
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防火涂料是用于可燃性基材表面,能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延,用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。以下是读文网小编为大家精心准备的化工类论文范文:利用回收泡沫作为原料的防火涂料。内容仅供参考,欢迎阅读!
随着近年来我国经济的快速发展, 钢结构以其施工期短、自重轻、强度高等优点广泛的应用于建筑行业中。然而在火灾发生时,钢结构在高温下会失去力学强度而可能导致坍塌,所以相对于混凝土结构,钢结构的耐火性能较差。钢结构防火涂料可使发生火灾时钢结构的温度上升缓慢,为救援赢得宝的时间。
随着国家对环保要求越来越高,相应出来《新环保法》和"消费税",使得涂料行业的利润空间越来越小,如何降低涂料成本,是现涂料行业的共同难题, "泡沫"实质化学名称为发泡聚苯乙烯和可发性聚苯乙烯,简称为EPS,俗名为发泡胶(港澳名称),保利龙(台湾名称),泡沫(中国大陆名称),是由苯乙烯悬浮聚合,再加入发泡剂而制得。白色珠状颗粒,相对密度1.05。利用其热导率低,吸水件小,发泡性优异,耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振,介电性能优良等优势。
因泡沫体积大、密度非常小,且耐候性非常好,长期置外,长年不会腐烂,导致泡沫垃圾处理起来非常麻烦,很多地方只能采用焚烧方法处理,这样给环境造成非常大的影响。为了减少对垃圾泡沫处理而造成对环境的污染, 本发明巧妙将其"发泡性优异"的性能应用于防火涂料中,利用垃圾泡沫为主要原材料,变废为宝,同时借用醇酸树脂进行韧性及附着力优化,从而形成了可发泡型的致密防火涂料保护膜。
本产品生产工艺简单,只需要将回收的泡沫采用苯类溶剂将其完全溶解后,采用过滤机过滤即可完成主体树脂原料的生产,再按照正常的防火涂料生产工艺进行"投料-分散--研磨-调色/调漆-包装"即可完成整个生产过程,通过对比试验测试,防火性能可达到2 小时以上,并且成本低,性能优异。
2.1 原料
回收泡沫: 回收各类包装材料所剩余下来的废弃聚苯乙烯发泡泡沫; 中油醇酸树脂(389-9 三木树脂); 氯化石蜡(52# 盐城双鸿化工);金红石钛白粉(940+ 镇江镇钛);三氧化二锑( 高纯型三氧化二锑娄底华星锑业);氢氧化铝( 合肥中科阻燃);聚磷酸胺( 晨旭化工);季戊四醇( 安徽金禾实业);三聚氰胺( 吴江永和精细化工);有机膨润土(SD-2浙江丰虹);催干剂(CQ-90 上海陶源);防结皮剂( 甲乙酮肟上海陶源);有机溶剂是二甲苯、甲苯、丁酯、乙酯、正丁醇按等比例混合而成。
2.2 试验配方
2.3 防火涂料制备
(1)取一定量混合溶剂,将回收泡沫溶解成50%(w/w) 的溶液;
(2)加入醇酸树脂和氯化石蜡树脂,边搅拌边加入分散剂,搅拌均匀;
(3)边搅拌边加入钛白粉、三氧化二锑、氢氧化铝、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺、有机膨润土,再采用1200 ~ 1800 转/ 分高速分散15 ~ 20 分钟;
(4)采用卧式砂磨机研磨至细度达到30 ~ 35 微米;
(5)加入防结皮剂、催干剂和余下的混合溶剂,采用300 ~500 转/ 分搅拌均匀即可。
2.4 防火涂料耐火性能样板制备
(1) 钢板选择: 钢板采用Q235 钢材作为底材, 尺寸为150mm*75mm*1mm;
(2)底材处理:先采用溶剂将表面进行清洗干净,然后采用0# 砂纸进行打磨处理,确保钢材表面彻底清除干净;
(3)按规定将5 个样品采用混合溶剂按照油漆:混合溶剂=1:0.1-0.2(重量比)进行稀释;
(4)采用刷涂的方式进行涂装,防火涂料干膜厚度控制在4-5mm,室温条件下养护7d 后进行防火性能测试;1.4.5:物理性能测试板,采用马口铁片喷涂的方式制板,漆膜厚度控制在20-30 微米,室温条件下养护2d 后进行测试;
2.5 性能测试
(1) 测试项目检测方法: 漆膜总厚度依照GB/T13452.2-2008, 干燥时间依照GB/T1728-1979(1989), 附着力依照GB/T1720-1979(1989),光泽依照GB/T9754-1988,耐冲击依照GB/T1732 -1993, 韧性依照GB/T11185 -2009, 防火性能依照GB12441-2005
3.1 检测结果
3.2 配方设计分析
(1)回收泡沫的量越大,相当与醇酸树脂的比例越大时,漆膜干性越快,但韧性和冲击相应变差一些;但对耐火性能影响不大;
(2)通过对阻燃剂的成分的比例调整,只要在控制的比例范围之内,对耐火性能影响不大;
(3)其配方中设计到的各种原材料,只需要产品类型一致,可以采用不同公司的不同品牌的产品进行替代,对综合性能影响根据实际情况而定;
3.3 结果讨论
(1) 回收泡沫因为通过回收时会对其清洁度有所影响,所以溶解完成后需要采用过滤机进行过滤,确保溶解后的苯乙烯溶液清澈透明,从而不会影响到漆膜的外观及颜色;
(2)回收泡沫在溶解的过程中,只会因固含越高越难溶解,建议回收泡沫的固含控制在15-20%,这样以便于生产操作;
(3)通过试验来分析,涂料行业变废为宝的可能性是完全可以实现的,这样既降低了涂料成本的同时,也减少了对环境的污染,并且制作出来的涂料综合性能均非常优异,防火性能非常优异;
本文主要描述了一种利用回收泡沫作为主要原材料制成的防火涂料的方法,将变废为宝,在减少对环境污染的同时,大大降低了成本,通过成本核算,实施例1-实施例5 原材料成本可以控制在10 元/KG 以内。此产品本人于2012 年10 月26 日向国家专利总局申请,于2014 年12 月9 日授权通知,专利号为:CN102876210A。本产品从申请专利之日开始,就已经转化成实际产品投入生产,到目前为止,量产时间已经超过2 年,原厂家(江苏华夏制漆科技有限公司)通过多种途径进行泡沫的回收, 据不完全统计, 通过各种途径回收泡沫已经达到近3000KG,生产防火涂料近50000KG,创造产品价值25 万左右。
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保险柜(箱)是一种特殊的容器。根据其功能主要分为防火保险柜和防盗保险柜、防磁保险柜、防火防磁保险柜和防火防盗保险柜等等。每一种保险柜都有其国家标准。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:基于防火防盗下的保险柜设计研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘 要:国内的保险柜设计主要还是以防盗为主,消费者首先想到的也是防盗,而且现代的销售方和保险柜厂家都是以防盗为重点,对消费者进行推销和宣传。另一方面,大家对保险柜的理解相对薄弱,销售方和厂家也相应的对保险柜本身的用途产生误导,往往消费者只关注保险柜的安全防盗问题,忽视了保险柜的其他用处。本文就是通过对保险柜的了解,分析保险柜的设计原理、填充材料、机械功能,从而阐述保险柜防火、防盗、防水等多种用途给家庭和社会带来的贡献。
在传统的保险柜设计方法中,以功能为主,并没有解决实际问题,传统保险柜与现代智能保险柜的矛盾在家庭生活中日益显现。在现代社会中,保险柜不仅有防盗功能,更需要像防火和防水等一些生活中常出现的更有用的功能,生产商应该更注重现代化商业和家庭的需求,消费者也应该对保险柜的价值更加重视,保障私有财产不被破坏,保障贵重物品不遗失、损坏。
1.1 防盗功能
据不完全数据统计记录,如果每个家庭拥有一台保险柜,那么被偷盗机率会降低九成左右,价格不高的家用保险柜能够避免和预防偷盗等事件的发生,因此配置保险柜有备无患。
1.2 防火灾功能
保险柜产品种类不同,功能也不同,商业防火功能的保险柜价格普遍比一般家用保险柜要高一些。防火功能的家用保险柜应该广泛普及应用,万一发生火灾,防火保险柜可以及时保护好家庭的一些私人贵重物品,所以防火功能对家庭生活的帮助还是很大的。
1.3 隐私、珍贵物品的储存
日常生活中,每个家庭和个人都有自己的珍贵物品和私密物品是不想让其他人接触和知道的,物品的存放也就相对重要一些,私人保险柜可以将隐秘、珍贵的物品放入保险柜,避免被陌生人接触和发现,尤其是关于商业机密和重要合约、合同等纸质文件,为了避免丢失和遗漏,保险柜则起到了重要的保护作用。
2.1基于防盗型加密IC卡的控制器硬件设计
加密型IC卡系统的硬件主要是由IC卡读、写插座、电磁阀、串行EEPROM和单片机组成,目前我国市场上的IC卡种类繁多,其中比较具有代表性的是SIEMENS公司的SLE系列和ATMEL公司的AT系列。根据普遍的市场供给情况和用户的要求,设计了复位和复位响应、母卡和子卡等功能,复位可以在操作的任何期间进行,在复位响应期间,任何条件下均被禁止。母卡的功能是负责生成新的子卡,不负责开门,母卡由管理人员掌握,子卡由客人掌握,确保了保险柜的安全防盗性,复位和复位响应顺序如图1所示。
Vcc
RST
CLK
I/O
图1 复位与复位响应顺序图
停止条件:CLK处于高状态H期间,I/0的上升沿。
起始条件:CLK处于高状态H期间,I/o的下降沿。
2.2单片机的电子密码锁设计
传统的机械式钥匙开锁不方便,安全性得不到保证。为了满足消费者对密码锁的使用要求,增加安全性能,设计时用AT89C51型的单片机电子密码锁,主要功能是通过键盘输入设置6位密码,密码输入正确时电子锁自动打开,密码由用户自行设定和修改,电子锁打开后方可修改密码,如同银行卡操作功能一样,并且修改密码前须二次输入原有密码,输入新密码时需二次确认,以防操作有误。单片机的电子密码锁还可设定光感报警功能,当密码输入错误时,显示器会自动出现错误提示音,警报器LED自动发光,一般的保险柜电子密码锁键盘操作简单。
2.3泡沫混凝土隔热防火性能设计
泡沫混凝土可用作增进路堤边坡的稳定性和挡土墙的功能,修建运动跑道和运动场,用作管线回填、夹心构件、贫混凝土填层、储罐底角支撑、屋面边坡等。由于泡沫混凝土的强度低、耐热的特点,在泡沫混凝土制备技术的研究上,可用作防火型保险柜的柜壁作为填充材料,具有耐火隔热效果。
实验研究表明,不同密度的泡沫混凝土的导热系数也有所不同,会影响保温隔热性能,泡沫混凝土内部有大量独立的封闭气孔,可以有效阻碍气流对热量和流运动的传导,所以泡沫混凝土用作防火型保险柜的柜壁隔热耐火材料是完全可能的。
3 保险柜设计优势分析
3.1 加密IC卡电子锁的防火防盗优势
电子锁保密性强、功能完善,可自行设置密码,使用方便,性能可靠。IC卡电子锁保险柜适用于宾馆、饭店等管理场所,保密性能好,防盗且不易复制,可根据用户要求编程,通过联网随时改变锁中密码,永磁锁改变了传统锁具的开锁方法,利用无形磁力实现开启目的,钥匙为一圆棒,开启灵活,使用方便,具有高保密性能,万能钥匙也无法将其打开,具有防撬、防钻、防拨等优点。
3.2 单片机的密码锁优势
单片机设计的电子密码锁,实现了智能控制电子密码锁的功能,克服了机械密码锁难操作、密码量少等缺点,单片机中的上拉电阻构造,减小了掉电存储模块的静态功耗,降低了设计整体的功耗,节约能源,比以往的密码锁更实用安全,可用于家居、商业、办公等智能操作控制,快捷且安全可靠。
3.3 泡沫混凝土材料性能优势
泡沫混凝土区别于其他隔热防火材料,新拌混凝土的施工性与流动性较强,将其应用到防火型保险柜制作中,为泡沫混凝土开创了新的应用领域,泡沫混凝土用作防火型保险柜使保险柜不在担心火灾、失火等因素,相信耐火隔热填充材料应用会越来越广泛普及。
在现代社会中,保险柜不仅有防盗功能,更需要像防火和防水等一些生活中常出现的更有用的功能,生产商应该更注重现代化商业和家庭的需求,消费者也应该对保险柜的价值更加重视,保障私有财产不被破坏,保障贵重物品不遗失、损坏。另一方面,大家对保险柜的理解相对薄弱,销售方和厂家也相应的对保险柜本身的用途产生误导,往往消费者只关注保险柜的安全防盗问题,忽视了保险柜的其他用处。本文就是通过对保险柜的了解,分析保险柜的设计原理、填充材料、机械功能,从而阐述保险柜防火、防盗、防水等多种用途给家庭和社会带来的贡献。
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STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于STC89C52单片机的宿舍智能防火报警系统设计相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
该智能防火系统以STC89C52 单片机为核心模块进行智能控制。该系统的总体构成主要包括以下几个部分:
1 主控的STC89C52 单片机2GSM 移动通信模块3 无线传输模块的设计4实时时钟电路5 防火信息采集与处理模块6 温湿度检测模块与键盘显示模块。该系统的设计是以单片机为核心, 并将其与通信技术和电子检测技术相结合, 从而形成一个稳定的智能化的防火报警系统。
GSM 移动通信模块主要提供无线短信和数据传输的功能。STC89C52 单片机通过依照GSM 通信模块的通信协议对其进行通信并控制, 从而进行短信智能收发。本系统以STC89C52 单片机电路为核心, 控制连接在各子模块上。通过STC89C52 单片机, 可监测室内温度, 湿度, 以及室内可燃气体和烟雾的浓度, 在数据异常时, 可通过控制GSM 移动通信模块, 向预留的号码进行短信报警。
在学生宿舍内部安装信息采集分析模块。当宿舍发生火灾时, 与之相对应的防火报警探测器无线发射电路启动发射无线接收模块在接收到无线信号后, 向主控单片机发送中断请求。主控单片机响应中断后, 读出发送信号的报警器编码比确定是哪个报警器发生异常, 由GSM 通信模块对预先设定好的号码进行短信报警, 短信内容也可预先设定, 说明具体的地址及联系人信息等。
(1)STC89C52 单片机的说明
STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能COMOS8 的微处理器。STC89C52 主要功能包括兼容MCS51 指令系统,8K 可反复擦写FlashROM,32个双向I/O 口,256x8bit 内部RAM,3 个16 位可编程定时计数器,6 个中断源, 其中直接提供外部中断处理可使用P3.2(INT0)或P3.3(INT1);1 个全双工可编程标准串行口, 其引脚为P3.0(RXD) 和P3.1(TXD);时钟频率0-24MHz2 个串行中断, 可编程UART 串行通道,3 级加密位, 低功耗空闲和掉电模式, 软件设置睡眠和唤醒功能等。该单片机对于程序烧写输入非常方便,故用其作为主控系统。
(2)GSM 短信模块的简介
GSM 短信的远程控制系统, 能够接收远端预定义的短信息指令来控制8 路控制开关, 同时检测4 路按键开关量并通过单片机译码, 由GSM 短信模块传送到远端。郑凌燕. 葛万成(2006)针对GSM 具有实时, 方便, 快捷等优点对GSM 短信远程控制系统进行了描述。当单片机向GSM 短信模块发送信息时, 由4 路按键开关输入信息, 由单片机将单片机指令转换成AT 指令后传输给GSM 短信模块, 由GSM 短信模块将信息发送给预留号码, 实现远程信息传输控制的目的。本系统电路主要由四部分组成:GSM 短信模块, 单片机, 控制电路, 显示窗口。
(3) 无线传输模块设计
避开传统有线连接系统的局限弊端, 本系统采用无线传输方式。无线模块是利用无线技术进行无线传输的一种模块,主要由发射器,接收器和控制器组成。它的工作频率:315MHZ/433MHZ( 本设计选用315MHZ), 其发射功率:≤ 500MW, 静态电流:≤ 0.1UA, 发射电流:3 ~ 50MA, 它的工作电压:DC3 ~ 12V。当工作电压为3V 时, 在空旷地传输时距离约40 至50M, 当工作电压为12V 时, 达到最优工作电压, 空旷地传输距离约700-800M。除开无线发射模块外, 还有无线接收模块。平时未接收到发射出的信号时, 输出的只是杂乱的信号; 当无线接收模块接收到发射信号时, 经放大,变频, 滤波等处理后输出控制信号, 送到相应的解码芯片进行解码, 解码有效端口Vt也输出高电平经过一个非门转换送给单片机的外部中断0 接口。单片机在接到外部中断请求后, 执行外部中断服务子程序,读出数据码, 确定发出信号的传感器, 并进行短信报警。
(4) 温湿度测量电路设计
本系统中温湿度传感器采用新型温湿度传感器。这款温湿度传感器可给出全校准相对湿度及温度值输出,具有卓越的长期稳定性,湿度值输出分辨率为14 位,温度值输出分辨率为12位,并可编程为12 位和8 位。其中,两线制的串口设计,使外围系统变得快速简单,能耗低,体积小,不仅节省了资源,也简化了单片机的编程,提高了精度。徐会东(2005)指出,在将STH11 与单片机串口相连后, 初始化传输时, 应首先发出”传输开始”命令, 该命令可在SCK 为高时DATA 由高电平变为低电平, 并在下一个SCK 为高时将DATA 升高。接下来的命令顺序包含三个地址位( 目前只支持”000”) 和5 个命令位, 当DATA 脚的ack 位处于地电位时, 表示SHT11 正确收到命令。
如果与SHT11 传感器的通讯中断, 下列信号顺序会使串口复位: 即当DATA 线处于高电平时, 触发SCK9 次以上( 含9 次), 此后应再发一个”传输开始”命令。SHT11 利用两只传感器分别产生相对湿度, 温度的信号然后经过放大, 分别送至A/D 转换器进行模/ 数转换, 校准和纠错。最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至单片机处理, 单片机对处理数据后进行数字显示并作相应的控制。王海宁(2008)针对控制对象的特点, 在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究, 最后针对温控系统进行了实验, 通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
(5) 可燃气体浓度探测器的设计
传感器电路中最主要的期间就是QM-N10 气敏半导体传感器,该器件在洁净空气中的阻值大约有几十kΩ,接触到可燃气体时,电导率增大,电阻值急剧下降,下降幅度与瓦斯浓度在0.5% 以下成正比。一旦QM - N10 敏感到可燃气体时,IC1A 的脚处于高电位,此时IC1A 的脚变为低电平,经IC1B 反相后变为高电平,多谐振荡器起振工作,三极管VT2 周期地导通与截止,于是由VT1、T2、C4、HTD 等构成的正反馈振荡器间歇工作,发出报警声。与此同时,发光二极管LED1 闪烁。从而达到可燃气体泄漏告警的目的。
本系统的重点为单片机与短信模块串口通信的设计, 因为它承担着自动运行以及向外报警的功能。本系统采用异步通讯方式, 异步串行通讯规定了字符数据的传递方式, 即每个数据以相同的帧格式传递, 每一帧信息由起始位, 数据位, 奇偶校验位和停止位组成。STC89C52 单片机的串口仅占用了单片机的P3.0和P3.1 脚。当非串口方式工作时, 这两根口线还可以作为一般的I/O 口线使用。
宿舍防火智能防火系统为宿舍火灾预防工作提供了一条安全有效的途径, 本系统通过以核心模块STC89C52 单片机展开,与GSM 移动通信模块相结合, 同时与新型温湿度传感器, 可燃气体浓度检测器相结合, 设计了智能防火报警系统。展现了现代科学技术的自动化, 智能化的特点, 在平安校园建设方面起了积极的作用。
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随着Web2.0时代的发展,许多政府、学校和企业的关键业务活动越来越多地依赖于Web应用,然而,在向客户提供简便服务的同时,Web应用所面临的安全风险也越来越大。以下是读文网小编为大家精心准备的浅谈基于WEB防火墙的校园网络安全解决策略相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
互联网的飞速发展,基于网络信息系统给学院网络办公与学习带来了更大的便利和学习效率,但随之而来的安全管控与应用访问日志记录的问题也在困扰着学院,随之而来的安全问题也在困扰着用户,如:网络入侵、蠕虫病毒、XSS 跨站攻击、SQL 注入、数据库拖库、DOS 攻击、网页篡改等,这些不安全因素,威胁到网络应用的安全。
随着学校规模不断扩大,上网人数也迅速增加,带宽的增加,原有的信息化设备大部分比较陈旧,采购时间长,硬件性能满足不到信息增长的需要,且现有的网络没有现代化的安全防护设备,学校内网频繁遭遇攻击,WEB 服务器也经常被黑客入侵,全校师生的上网日志没有专用的设备保存记录,论坛发帖没有专业的监管设备,学校为满足日益增加的学生数量,改善教育教学环境,净化校园网,在学校中心机房增加专业的网络安全设备,来解决上述问题。
针对学校对网络完全防护的具体需求,采用下一代防火墙、WEB 应用防火墙、上网行为管理、智能流量管理整合一套完整的解决方案、提供更加系统化的网络安全管控与网络优化方式。
设备方案拓扑描述如下:
(1)将下一代防火墙部署在出口路由器与核心交换机之间,以达到防护内网的目的;
(2)将WEB 应用防火墙(WAF)部署在业务系统汇聚交换机与核心交换机之间,保障应用服务器的安全,同时在服务器上安装专业的防篡改客户软件,与WEB 应用防火墙联动,防护WEB 应用服务器,同时防护来自外访问内部服务安全,也可防护从内部网络访问服务器的安全;
(3)上网行管理设备(ICG)镜像模式部署,通过核心交换机的镜像过来的数据,将流量传送至上网行为管理设备上,上网行为针对这部分流量进行审计与记录,生成日志,方便事后朔源。
(4)整个网络结构中,采用新建与列旧相结合的方式,可将原有的网络设备列旧,以节约成本,可将原有的上网行为管理设备(旧),部署在实训楼,对实训楼上网的用户进行上网行为的审计与无关高风险应用的控制。
3.1 下一代防火墙
下一代防火墙(NGFW)是可以全面应对应用层威胁的高性能防火墙。通过深入洞察网络流量中的用户、应用和内容,并借助全新的高性能单路径异构并行处理引擎,NGFW 能够为用户提供有效的应用层一体化安全防护,帮助用户安全地开展业务并简化用户的网络安全架构。网康下一代防火墙自带IPS入侵防御的功能,入侵防御基于多核Plus G2 架构、全并行的流检测引擎和基于攻击原理的入侵防御检测引擎。基于多核PlusG2 的安全架提供了高性能的入侵防御解决方案,并为入侵防御需要的深度应用分析和攻击原理分析提供了强劲的处理能力。全并行流检测引擎则使用较少的系统资源,并且在并行扫描会话和开启其他多项应用处理功能提供了高可用性。基于攻击原理的入侵防御有助于提高攻击检测率和降低攻击误判率。
3.2 WEB 应用防火墙
WEB 应用防火墙能提前发现预警、实时防护及事后追溯分析,完成了从事前WEB 扫描、事中WEB 防护、事后WEB 防篡改“三位一体”的防护体系。从网络层、应用层4 层Web 安全扫描与检查,网页防篡改、Web 安全扫描互动,网络层、应用层D.DoS,构建立体式防护网络。从而真正对web 防护提供一套全方面安全体系。网页防篡改软件,是安全在服务器上一套安全的防篡改插件。基于文件夹驱动级保护技术,事件触发机制,确保系统资源不被浪费。与WAF 联动:网页防篡改(端点技术)与WAF 联动,阻断Web 威胁。采用文件级驱动保护技术后,用户每次访问每个受保护网页时,Web 服务器在发送之前都进行完整性检查,保证网页的真实性,可以彻底杜绝篡改后的网页被访问的可能性。支持Windows 2000/xp/2003/2008(64位), Linux/BSD 系统的网页防篡改。
3.3 上网行为管理
上网行为管理能有效避免不良信息的扩散,提高员工的教育教学效率,保障网络资源合理使用,提高网络可管理性,便于网络管理与行政管理,最终实现安全、高效、健康的互联网环境,从而帮助用户管理、控制互联网的接入与使用,对网页访问过滤、网络应用控制、带宽流量管理、信息收发审计、用户行为分析。
通过层次化的管理, 管理员将学院不同区域的用户的不同应用分别限制在一定带宽之内,保证了不同用户、不同VLAN、不同应用在预先规定的通道内按照设定的速率、时间段各行其道。这样既可以保证每个应用的正常使用,又可以防止某些应用占用带宽过大而造成整个学院网络的拥塞。
以上,是针对下一代防火墙采取的校园网络安全解决方案,不足之处请各位同行专家批评指正。
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森林防火一直以来都是森林养护工作中的重点内容。近年来,随着城市化进程的加快,我国的森林占地面积越来越小,森林的养护工作也就显得尤为重要。外部因素和人为因素的作用都很容易导致森林火灾的发生,不仅对森林植被造成一定的危害,而且也对人们的生命财产安全造成了威胁。相关负责人要认识到预防森林火灾的重要性,将营林技术应用于森林防火过程中,以减少森林火灾的发生。以下是读文网小编为大家精心准备的:森林防火中营林技术的应用探析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:营林技术在森林防火当中扮演着重要的角色,其能够在森林培育过程中发挥着重要的功能,从而起到保护森林形成规模及其中苗木健康生长。鉴于营林技术在森林防火中的重要作用,作者结合自身多年工作与研究经验,在通过对大量文献进行阅读与总结基础上,对当前营林技术在森林防火中主要应用方式、方法展开研究,为森林保护领域研究提供数据、经验。
关键词:森林防火;营林技术;应用研究
近年来,随着我国社会主义现代化的飞速发展,环境保护、生态平衡等多种理念已经被我国政府提上日程。针对当前我国城市化进程的不断推进,城市居住面积的快速扩张,使周边绿化用地的面积不断缩减,从而致使苗木种植业的成本越来越高。城市居住用地也应当注重生态保护,通过与自然和谐的相处将能够提升住宅地区的居住质量。在这一社会环境变化的背后,森林土地用地也进而受到了牵连。城镇一体化致使大量房地产公司开始投身城市、农村郊区用地开发,使森林面积及保护收到了严重影响。而大火一旦发生,将较难扑灭,从而会在短时间内给森林资源造成大量损失。因此,针对森林资源就应当开展防火的相关研究,其不仅应当重视日常防范以降低森林火灾出现的几率,而且也应当重视火灾发生之后的应急处理。
2营林技术在林业项目建设中发挥的重要作用及其途径
营林技术能够为有效提升森林火灾的预防效果与降低森林火灾造成损失目的的实现提供重要帮助。其在林业项目建设初期开始实施,通过有效规划森林中苗木之间种植结构,促使整个森林科学化结构的形成,从而为今后森林火灾的预防与森林火灾发生后的应急措施实施提供重要的基础。其主要通过以下三个方面发挥重要作用:(1)通过全方位、科学化火灾通道的建设,能够使火灾发生之后,让消防人员顺利到达火灾一线,对火灾局势进行有效控制;(2)通过营林技术的使用,将能够有效减少对森林内灌木丛的处理,从而有效提升森林苗木成活率,使森林内的苗木发育与生长的更加快速与健康。并且,还能够灌木丛与杂草的清理,消除可供轻易引燃的火源,降低森林火灾的发生几率;(3)营林技术充分把握了因地制宜的原理。树木生长于自然当中,在适者生存的定律下,本地森林苗木更加易于培育森林区域,其拥有着天然降低火灾发生几率的特点,并且还有益于森林苗木的培育。
3.1营林技术在幼林郁闭阶段的应用
森林幼苗经过培育一定时间之后,不同棵苗木之间的枝杈就会相互接触,形成相互衔接的状态。这种现象被称为郁闭成林。对于森林的培育而言,郁闭成林预示着森林已经初具规模。因此,这一阶段对于整个森林的未来发展,森林管理区的未来运作而言都十分重要。但是,这一阶段却也成为了森林区域内火灾发生几率较高的时期。特别是处于秋季与冬季时,新长出的枝杈会由于天气的变化开始枯萎并掉落,从而在地面形成堆砌区域,致使可燃物的出现,给森林区域安全造成了大量风险。因此,基于营林技术而言,就应当将这些堆砌可燃物进行人工收集,在经过送往林区外肥料加工厂进行处理之后,再运输到森林区域给予区域回肥处理。另外,还可以针对幼苗枝杈交错的密集区域进行人工修建,主动将枯萎枝杈修剪三分之一(便于苗木生长),并将剪掉物进行上述处理。在对枯萎枝杈进行修剪过程中,还应当坚持因地制宜的重要原则,还应当把握成本效益原则。为此,可以根据当地环境与成本投入,选择全面修剪或者是修筑防护带,通过研究当地风向、雨季等因素,为其安排一定距离防火带,有效隔离林木培育区域与成林区域,以防止森林火灾由幼苗区域向成林地区波及。
3.2营林技术在成林后期的应用
在森林区域的树木进入成长期,形成林业区时候,就应当针对成林后期相关事宜进行管理。在成林的后期,营林技术要求林业管理区工作人员定期对树木的高位区域进行修枝作业。其通常能够分为以下两个部分:(1)枝条、枝干的清除。在进行上述作业过程当中,应当把握科学性原则,对不影响森林苗木正常发育与生长的枝杈进行清理,以免对苗木的生长点造成抑制。另外,需要尽量针对苗木低矮处、不易受到光照处的枝干与枝条进行修剪,从而避免苗木成长所必须光合作用的减弱;(2)灌木丛、杂草的清除。在进行上述作业过程当中,应当重视对天然成林地区的灌木丛、杂草的清除。由于自然成林会造成清理困难,应尽量利用科学探测设备规划好清理路线,以保证堆积可燃物区域能够有效的清除。通过有效清除灌木丛及杂草,将能够减少森林内可燃物数量,降低森林火灾发生几率。
在本文中,作者针对当前我国森林资源进行了现状分析,并针对营林技术在森林防火中的作用及其途径进行分析,并最终针对森林苗木成长阶段进行分类应用研究。通过使用营林技术,对森林区域中苗木初期及后期的管理,将能够大大降低森林火险发生几率,从而起到有效预防的作用,减少国家森林资源的损失。
[1] 王学猛. 营林措施在森林防火中的应用[J]. 华章,2013(22) .
[2] 杨学东. 营林技术在森林防火中的应用[J]. 科技致富向导,2012(36) .
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经济社会在不断发展过程中对林业资源的需求量也在不断提高,为了更好的保证其发展,对林业资源进行保护是非常必要的,同时在森林防火方面也要采取必要的措施。林业资源保护在相关的管理经验方面是存在着很多不足的情况的,同时要对存在的问题进行更好的分析,这样才能更好的找到解决的措施。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅析林业资源保护和森林防火的管理措施相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘 要:森林与水、土壤在人类社会发展中扮演着同等重要的地位,是人类赖以存活的基本物质条件。森林可以维持人类生态系统协调性,净化大自然空气质量,其林业资源为社会可持续发展做出卓越贡献。但是随着经济高速发展,林业资源保护面临威胁,森林失火不断发生。基于此,本文将探讨林业资源保护与森林防火管理措施相关问题。以期为林业资源保护工作贡献力量,提高人们森林防火意识。
关键词:林业资源保护;森林防火;管理措施
林业资源是城市发展建设中重要物质基础保障,源源不断的林业资源以木材的各种需要形式运送到城市建筑工地。比如,土建施工,道路桥梁施工,建筑施工都离不开林业资源的支持。但是由于人们不断追求经济利益,以至于降低林业资源保护意识,各种乱砍乱伐现象不断滋生,严重破坏生态发展与平衡。保护林业资源工作被提上日程,所以本文首先论述林业资源保护相关问题。
1.1 林业资源管理理念探究
林业资源管理成为近年来平衡城市协调发展的重要指标,成为建设节约型经济型社会的热议话题。市政有关单位要求相关林业资源管理单位大力加强林业资源保护工作,强化提高管理措施,严谨管理制度,落实管理程序。获得开采林业资源所有权的企业,一定严格按照规定进行可持续开采,做到开采度、剩余度、发展度三者兼顾。一定排除因追逐经济利益,而进行全部开采的现象。禁止企业私自出售林业资源,避免各类因人为原因而对林业资源造成不可弥补性伤害。虽然林业资源属于可再生资源,但是林业资源可再生速度缓慢,需要几年甚至几十年才可以发展成熟,所以必须大力加强林业资源管理,提高保护意识。
1.2 提高林权企业对资源进行合理支配
我国对于林业资源开发一般采取的方法是将林业所有权转让给有资质有竞争能力的企业,企业通过递交标书,市政进行招标演示与比对,在考虑经济性、合理性、可持续性基础上慎重选择企业,对其进行综合考核之后,签订承包合同。所以提高林权企业合理支配林业资源是市政单位必须监督一项重要内容。林权企业应明确林业资源具体运营措施目标,进行合理规划使用资源。在不影响企业宏观结构前提下,对资源进行微观轻处理。保证林业资源既满足社会供求量需求,又能做到开采与续种完美结合,各项工作有条不紊、张弛有度进行。为国家与社会减少经济损失,降低林业资源管理风险。
1.3 我国林业资源的探索道路十分坎坷
改革开放前,我国打着大力发展经济与工业的旗帜,全社会都投入到如何加强经济管理建设与提高工业化水平的建设队伍之中,对林业资源没有给予及时重视,造成林业资源管理缺失,林业资源管理方面存在严重漏洞。一些地方政府为了一时利益,破坏林业结构,大量过度开采木材,而后续播种工作不及时,造成当地严重污染,水土地表流失情况严重。林业管理局因缺乏正确指导,缺少监管单位监督整治,出现工作态度散漫,工作积极性不高,私自出售开采木材现象。直到经济复苏之后,林业资源管理工作才走上正轨,相关管理措施大力出台,监管单位严谨管理监督,林业管理局与企业明确各自职能、明确各自管理范围,进行正能力管理。可谓,经过一波三折,种种困境,才提高林业资源管理工作,深化林业资源使用条例。直至今天,林业资源合理开采使用工作稳步前行。
1.4 及时借鉴先进理论,加强保护资源意识
有关资料显示,借助航拍仪拍摄了俄罗斯与中国地表的绿色植被覆盖率情况,航拍画面显示,俄罗斯四分之三的地表都是被满满的绿色覆盖,而中国覆盖率严重不足,绿色地表缺失情况严重,保护林业资源,加强绿色地表覆盖率工作不容乐观。所以,有必要去借鉴俄罗斯以及绿色地表覆盖率高的国家,研究他们的先进管理理念,吸取精华管理经验,这些国家是如何提高全社会的林业保护意识,怎么保证开采与可持续发展协调进行,借鉴先进理论,结合我国林业资源实际情况,解决相关问题。同时,我国受教育程度普遍提高,个人素质显著提升,但是对于偏远地区人们保护林业资源意识薄弱,重点是林业所处位置往往都是偏远地区,所以应大力加强偏远地区保护林业资源知识,做好保护宣传工作。
森林防火是一项长期任务,因为其突发性和爆发性,一旦失火,损失将无可估计。绿色的森林是人类的母亲,人类的祖先从森林中称霸,继而走向文明。森林是人类生存充要条件。保护森林,是我们与生俱来的责任,是当今最有意义的公益事业。
2.1 加大对森林防火的宣传
为了抨击森林防火的重要性,一些激进的标语如雨后春笋般纷纷冒出。普及的本意是坚决控制火源、杜绝违规森林用火,提高广大群众的对森林防火的关注。 有一个美好的出发点,但标语只是口号,类似标语所述行为也是违法的。先从根本说起,用法律来制裁当事人,必须要依据法律相关规定有执法部门执行,事实上,个人财产有很大差距。按照现在法律法规,行政处罚或民事赔偿的多少,不是按财产的多少来决定的,不会因为当事人钱多就多罚,虽然实际执行中参考与财产。但是,只有刑罚中的没收财产附加刑才可能没收其财产,而且也可以只没收一部分财产。现实中执法机关追缴的违法物品是不能作为受法律保护的财产。然后从其原因分析。
2.2 强化对森林防火的认识
加强领导森林火灾突发性强、 爆发力更是恐怖处置起来复杂之极, 耗资巨大。各级党委政府必须把森林防火最为环境工作的重点,森林防火工作事关整个民族的命脉,事关生态安全和经济发展,要把森林防火作为一个重大的隐患来预防。
2.3 落实防火责任
加强防火控制要切实落实森林防火的责任,做到责任到人、责任到位,把森林防火工作的各项措施都实行彻底。各责任单位要把森林防火工作放在重大事件之列,建立合理谨慎的预防方案,建立健全制度、高效工作、信息灵敏、反应迅捷、 是森林防火工作做到尽善尽美,领导人必须对其行为完全承担其后果,分管领导必须亲自抓、具体工作人员时时刻刻施压。
2.4 切实改进森林防火预案和应急预案
落实与完善相应制度、时时刻刻严密监控,形成指挥统一、功能完善、反应迅捷、高效运转的的森林防火运行制度。
2.5 实行防火教育制度
在宣教过程中要做到以下几点:反复宣传与不间断宣传相结合、持续宣传与突击宣传相结合、专业化宣传与公众化宣传相结合、普及化宣传与针对性宣传相结合、基本性宣传与创新性宣传相结合、难点宣传与易懂宣传相结合等。在防火宣教上应该加强政策和刑法宣传,贯彻警示教育、普及学校教育、突出通俗易懂教育、突出人道宣传。
本文首先对林业资源管理相关问题进行叙述,重点论述了预防森林防火的一些必要基本措施,通过本文的阐释希望可以为相关文章的撰写提供一定的素材,可以有效加强林业资源保护相关知识,从而有效预防森林防火,避免给国家社会造成经济损失与浪费。
[1] 宋旭斌.林业资源保护和森林防火管理措施探讨[J].科技创新与应用,2014(04).
[2] 线锦锋,江东恒.分析林业资源保护及森林防火管理的策略[J].科技创新与应用,2013(17).
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