采集技術精選(九篇)

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第1篇：采集技術范文

關鍵字 蜜罐，交互性，入侵檢測系統，防火墻

1引言

現在網絡安全面臨的一個大問題是缺乏對入侵者的了解。即誰正在攻擊、攻擊的目的是什么、如何攻擊以及何時進行攻擊等，而蜜罐為安全專家們提供一個研究各種攻擊的平臺。它是采取主動的方式，用定制好的特征吸引和誘騙攻擊者，將攻擊從網絡中比較重要的機器上轉移開，同時在黑客攻擊蜜罐期間對其行為和過程進行深入的分析和研究，從而發現新型攻擊，檢索新型黑客工具，了解黑客和黑客團體的背景、目的、活動規律等。

2蜜罐技術基礎

2.1 蜜罐的定義

蜜罐是指受到嚴密監控的網絡誘騙系統，通過真實或模擬的網絡和服務來吸引攻擊，從而在黑客攻擊蜜罐期間對其行為和過程進行分析，以搜集信息，對新攻擊發出預警，同時蜜罐也可以延緩攻擊和轉移攻擊目標。

蜜罐在編寫新的IDS特征庫、發現系統漏洞、分析分布式拒絕服務（DDOS）攻擊等方面是很有價值的。蜜罐本身并不直接增強網絡的安全性，將蜜罐和現有的安全防衛手段如入侵檢測系統(IDS)、防火墻(Firewall)、殺毒軟件等結合使用，可以有效提高系統安全性。

2.2 蜜罐的分類

根據蜜罐的交互程度，可以將蜜罐分為3類：

蜜罐的交互程度（Level of Involvement）指攻擊者與蜜罐相互作用的程度。

⑴ 低交互蜜罐

只是運行于現有系統上的一個仿真服務，在特定的端口監聽記錄所有進入的數據包，提供少量的交互功能，黑客只能在仿真服務預設的范圍內動作。低交互蜜罐上沒有真正的操作系統和服務，結構簡單，部署容易，風險很低，所能收集的信息也是有限的。

⑵ 中交互蜜罐

也不提供真實的操作系統，而是應用腳本或小程序來模擬服務行為，提供的功能主要取決于腳本。在不同的端口進行監聽，通過更多和更復雜的互動，讓攻擊者會產生是一個真正操作系統的錯覺，能夠收集更多數據。開發中交互蜜罐，要確保在模擬服務和漏洞時并不產生新的真實漏洞，而給黑客滲透和攻擊真實系統的機會。

⑶ 高交互蜜罐

由真實的操作系統來構建，提供給黑客的是真實的系統和服務。給黑客提供一個真實的操作系統，可以學習黑客運行的全部動作，獲得大量的有用信息，包括完全不了解的新的網絡攻擊方式。正因為高交互蜜罐提供了完全開放的系統給黑客，也就帶來了更高的風險，即黑客可能通過這個開放的系統去攻擊其他的系統。

2.3蜜罐的拓撲位置

蜜罐本身作為一個標準服務器對周圍網絡環境并沒有什么特別需要。理論上可以布置在網絡的任何位置。但是不同的位置其作用和功能也是不盡相同。

如果用于內部或私有網絡，可以放置在任何一個公共數據流經的節點。如用于互聯網的連接，蜜罐可以位于防火墻前面，也可以是后面。

⑴ 防火墻之前：如見圖1中蜜罐（1），蜜罐會吸引象端口掃描等大量的攻擊，而這些攻擊不會被防火墻記錄也不讓內部IDS系統產生警告，只會由蜜罐本身來記錄。

因為位于防火墻之外，可被視為外部網絡中的任何一臺普通的機器，不用調整防火墻及其它的資源的配置，不會給內部網增加新的風險，缺點是無法定位或捕捉到內部攻擊者，防火墻限制外向交通，也限制了蜜罐的對內網信息收集。

⑵ 防火墻之后：如圖1中蜜罐（2），會給內部網帶來安全威脅，尤其是內部網沒有附加的防火墻來與蜜罐相隔離。蜜罐提供的服務，有些是互聯網的輸出服務，要求由防火墻把回饋轉給蜜罐，不可避免地調整防火墻規則，因此要謹慎設置，保證這些數據可以通過防火墻進入蜜罐而不引入更多的風險。

優點是既可以收集到已經通過防火墻的有害數據，還可以探查內部攻擊者。缺點是一旦蜜罐被外部攻擊者攻陷就會危害整個內網。

還有一種方法，把蜜罐置于隔離區DMZ內，如圖1中蜜罐（3）。隔離區只有需要的服務才被允許通過防火墻，因此風險相對較低。DMZ內的其它系統要安全地和蜜罐隔離。此方法增加了隔離區的負擔，具體實施也比較困難。

3 蜜罐的安全價值

蜜罐是增強現有安全性的強大工具，是一種了解黑客常用工具和攻擊策略的有效手段。根據P2DR動態安全模型，從防護、檢測和響應三方面分析蜜罐的安全價值。

⑴ 防護 蜜罐在防護中所做的貢獻很少，并不會將那些試圖攻擊的入侵者拒之門外。事實上蜜罐設計的初衷就是妥協，希望有人闖入系統，從而進行記錄和分析。

有些學者認為誘騙也是一種防護。因為誘騙使攻擊者花費大量的時間和資源對蜜罐進行攻擊，從而防止或減緩了對真正系統的攻擊。

⑵ 檢測 蜜罐的防護功能很弱，卻有很強的檢測功能。因為蜜罐本身沒有任何生產行為，所有與蜜罐的連接都可認為是可疑行為而被紀錄。這就大大降低誤報率和漏報率，也簡化了檢測的過程。

現在的網絡主要是使用入侵檢測系統IDS來檢測攻擊。面對大量正常通信與可疑攻擊行為相混雜的網絡，要從海量的網絡行為中檢測出攻擊是很困難的，有時并不能及時發現和處理真正的攻擊。高誤報率使IDS失去有效的報警作用，蜜罐的誤報率遠遠低于大部分IDS工具。

另外目前的IDS還不能夠有效地對新型攻擊方法進行檢測，無論是基于異常的還是基于誤用的，都有可能遺漏新型或未知的攻擊。蜜罐可以有效解決漏報問題，使用蜜罐的主要目的就是檢測新的攻擊。

⑶ 響應 蜜罐檢測到入侵后可以進行響應，包括模擬回應來引誘黑客進一步攻擊，發出報警通知系統管理員，讓管理員適時的調整入侵檢測系統和防火墻配置，來加強真實系統的保護等。

4 蜜罐的信息收集

要進行信息分析，首先要進行信息收集，下面分析蜜罐的數據捕獲和記錄機制。根據信息捕獲部件的位置，可分為基于主機的信息收集和基于網絡的信息收集。

4.1 基于主機的信息收集

基于主機的信息收集有兩種方式，一是直接記錄進出主機的數據流，二是以系統管理員身份嵌入操作系統內部來監視蜜罐的狀態信息，即所謂“Peeking”機制。

⑴ 記錄數據流

直接記錄數據流實現一般比較簡單，主要問題是在哪里存儲這些數據。

收集到的數據可以本地存放在密罐主機中，例如把日志文件用加密技術放在一個隱藏的分區中。本地存儲的缺點是系統管理員不能及時研究這些數據，同時保留的日志空間可能用盡，系統就會降低交互程度甚至變為不受監控。攻擊者也會了解日志區域并且試圖控制它，而使日志文件中的數據不再是可信數據。

因此，將攻擊者的信息存放在一個安全的、遠程的地方相對更合理。以通過串行設備、并行設備、USB或Firewire技術和網絡接口將連續數據存儲到遠程日志服務器，也可以使用專門的日志記錄硬件設備。數據傳輸時采用加密措施。

⑵ 采用“Peeking”機制

這種方式和操作系統密切相關，實現相對比較復雜。

對于微軟系列操作系統來說，系統的源代碼是很難得到，對操作系統的更改很困難，無法以透明的方式將數據收集結構與系統內核相結合，記錄功能必須與攻擊者可見的用戶空間代碼相結合。蜜罐管理 員一般只能察看運行的進程，檢查日志和應用MD-5檢查系統文件的一致性。

對于UNIX系列操作系統，幾乎所有的組件都可以以源代碼形式得到，則為數據收集提供更多的機會，可以在源代碼級上改寫記錄機制，再重新編譯加入蜜罐系統中。需要說明，盡管對于攻擊者來說二進制文件的改變是很難察覺，一個高級黑客還是可能通過如下的方法探測到：

·MD-5檢驗和檢查：如果攻擊者有一個和蜜罐對比的參照系統，就會計算所有標準的系統二進制文件的MD-5校驗和來測試蜜罐。

·庫的依賴性和進程相關性檢查：即使攻擊者不知道原始的二進制系統的確切結構，仍然能應用特定程序觀察共享庫的依賴性和進程的相關性。例如，在UNIX操作系統中，超級用戶能應用truss或strace命令來監督任何進程，當一個象grep（用來文本搜索）的命令突然開始與系統日志記錄進程通信，攻擊者就會警覺。庫的依賴性問題可以通過使用靜態聯接庫來解決。

轉貼于

另外如果黑客攻陷一臺機器，一般會安裝所謂的后門工具包，這些文件會代替機器上原有的文件，可能會使蜜罐收集數據能力降低或干脆失去。因此應直接把數據收集直接融入UNIX內核，這樣攻擊者很難探測到。修改UNIX內核不象修改UNIX系統文件那么容易，而且不是所有的UNIX版本都有源代碼形式的內核。不過一旦源代碼可用，這是布置和隱藏數據收集機制有效的方法。

4.2 基于網絡的信息收集

基于主機的信息收集定位于主機本身，這就很容易被探測并終止。基于網絡的信息收集將收集機制設置在蜜罐之外，以一種不可見的方式運行，很難被探測到，即使探測到也難被終止，比基于主機的信息收集更為安全?？梢岳梅阑饓腿肭謾z測系統從網絡上來收集進出蜜罐的信息。

⑴ 防火墻

可以配置防火墻記錄所有的出入數據，供以后仔細地檢查。用標準文件格式來記錄，如Linux系統的tcpdump兼容格式，可以有很多工具軟件來分析和解碼錄制的數據包。也可以配置防火墻針對進出蜜罐數據包觸發報警，這些警告可以被進一步提煉而提交給更復雜的報警系統，來分析哪些服務己被攻擊。例如，大部分利用漏洞的程序都會建立一個shell或打開某端口等待外來連接，防火墻可以記錄那些試圖與后門和非常規端口建立連接的企圖并且對發起源的IP告警。防火墻也是數據統計的好地方，進出數據包可被計數，研究黑客攻擊時的網絡流量是很有意義的。

⑵ 入侵檢測系統

網絡入侵檢測系統NIDS在網絡中的放置方式使得它能夠對網絡中所有機器進行監控?？梢杂肏IDS記錄進出蜜罐的所有數據包，也可以配置NIDS只去捕獲我們感興趣的數據流。

在基于主機的信息收集中，高明的入侵者會嘗試闖入遠程的日志服務器試圖刪除他們的入侵記錄，而這些嘗試也正是蜜罐想要了解和捕獲的信息。即使他們成功刪除了主機內的日志，NIDS還是在網內靜靜地被動捕獲著進出蜜罐的所有數據包和入侵者的所有活動，此時NIDS充當了第二重的遠程日志系統，進一步確保了網絡日志記錄的完整性。

當然，不論是基于誤用還是基于異常的NIDS都不會探測不到所有攻擊，對于新的攻擊方式，特征庫里將不會有任何的特征，而只要攻擊沒有反常情況，基于異常的NIDS就不會觸發任何警告，例如慢速掃描，因此要根據蜜罐的實際需要來調整IDS配置。

始終實時觀察蜜罐費用很高，因此將優秀的網絡入侵檢測系統和蜜罐結合使用是很有用的。

4.3 主動的信息收集

信息也是可以主動獲得，使用第三方的機器或服務甚至直接針對攻擊者反探測，如Whois，Portscan等。這種方式很危險，容易被攻擊者察覺并離開蜜罐，而且不是蜜罐所研究的主要范疇。

5 蜜罐的安全性分析

5.1 蜜罐的安全威脅

必須意識到運行蜜罐存在的一定的風險，有三個主要的危險是：

⑴ 未發現黑客對蜜罐的接管

蜜罐被黑客控制并接管是非常嚴重的，這樣的蜜罐已毫無意義且充滿危險。一個蜜罐被攻陷卻沒有被蜜罐管理員發現，則蜜罐的監測設計存在著缺陷。

⑵ 對蜜罐失去控制

對蜜罐失去控制也是一個嚴重的問題，一個優秀的蜜罐應該可以隨時安全地終止進出蜜罐的任何通訊，隨時備份系統狀態以備以后分析。要做到即使蜜罐被完全攻陷，也仍在控制之中。操作者不應該依靠與蜜罐本身相關的任何機器。虛擬機同樣存在危險，黑客可能突破虛擬機而進入主機操作系統，因此虛擬蜜罐系統的主機同樣是不可信的。

失去控制的另一方面是指操作者被黑客迷惑。如黑客故意制造大量的攻擊數據和未過濾的日志事件以致管理員不能實時跟蹤所有的活動，黑客就有機會攻擊真正目標。

⑶ 對第三方的損害

指攻擊者可能利用蜜罐去攻擊第三方，如把蜜罐作為跳板和中繼發起端口掃描、DDOS攻擊等。

5.2 降低蜜罐的風險

首先，要根據實際需要選擇最低安全風險的蜜罐。事實上并不總是需要高交互蜜罐，如只想發現公司內部的攻擊者及誰探查了內部網，中低交互的蜜罐就足夠了。如確實需要高交互蜜罐可嘗試利用帶防火墻的蜜網而不是單一的蜜罐。

其次，要保證攻擊蜜罐所觸發的警告應當能夠立即發送給蜜罐管理員。如探測到對root權限的嘗試攻擊就應當在記錄的同時告知管理員，以便采取行動。要保證能隨時關閉蜜罐，作為最后的手段，關閉掉失去控制的蜜罐，阻止了各種攻擊，也停止了信息收集。

相對而言保護第三方比較困難，蜜罐要與全球的網絡交互作用才具有吸引力而返回一些有用的信息，拒絕向外的網絡交通就不會引起攻擊者太大的興趣，而一個開放的蜜罐資源在黑客手里會成為有力的攻擊跳板，要在二者之間找到平衡，可以設置防火墻對外向連接做必要的限定：

⑴ 在給定時間間隔只允許定量的IP數據包通過。

⑵ 在給定時間間隔只允許定量的TCP SYN數據包。

⑶ 限定同時的TCP連接數量。

⑷ 隨機地丟掉外向IP包。

這樣既允許外向交通，又避免了蜜罐系統成為入侵者攻擊他人的跳板。如需要完全拒絕到某個端口的外向交通也是可以的。另一個限制方法是布置基于包過濾器的IDS，丟棄與指定特征相符的包，如使用Hogwash包過濾器。

6 結語

蜜罐系統是一個比較新的安全研究方向。相對于其它安全機制，蜜罐使用簡單，配置靈活，占用的資源少，可以在復雜的環境下有效地工作，而且收集的數據和信息有很好的針對性和研究價值。既能作為獨立的安全信息工具，還可以與其他的安全機制協作使用，取長補短地對入侵進行檢測，查找并發現新型攻擊和新型攻擊工具。

蜜罐也有缺點和不足，主要是收集數據面比較狹窄和給使用環境引入了新的風險。面對不斷改進的黑客技術，蜜罐技術也要不斷地完善和更新。

參考文獻

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[2] Lance Spitzner.Definitions and Value of Honeypots.[EB/OL]. spiter.net.2002.

[3]趙偉峰，曾啟銘．一種了解黑客的有效手段—蜜罐(Honeypot) [J]．計算機應用，2003，23(S1):259-261．

[4]馬曉麗，趙站生，黃軒.Honeypot—網絡陷阱．計算機工程與應用，2003.39(4):162-165．

第2篇：采集技術范文

[關鍵詞] 松花粉；采集；貯藏

馬尾松是我國南方特有的鄉土樹種，廣泛分布于秦嶺、淮河以南，云貴高原以東的 17 個省、自治區、直轄市范圍內，其面積居全國針葉林之首，蓄積居第四位，是我國南方亞熱帶地區分布最廣、資源最多的森林群落。也是貴州省分布最廣，森林面積最大的主要樹種，馬尾松松花粉資源十分豐富。

一、花粉的營養成分和保健功效

松花粉是我國醫藥寶庫中的傳統藥材，被列入《中國藥典》，自古以來被視為食療珍品。據《神農草本》、《本草綱目》等多種醫學典籍記載：松花粉具有潤心肺、益氣、祛風止血、狀顏益志、強身健體之功效。經測定，松花粉營養素全面，蛋白質含量較高，脂肪酸組成主要為不飽和脂肪酸，占脂肪酸總量的 72.5%，尼克酸（維生素BS）含量較高，這些成分對防治心血管疾病是非常有利的。松花粉的氨基酸總量為9%-12%，其中水溶性氨基酸量較高，含有人體不可缺少的精氨酸、賴氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸、組氨酸等，對增強體質、護肝和治療前列腺疾病是大有益處的。松花粉中多種營養元素對人體是必需的，鐵、磷、錳、鈣、鋅含量多，鎂更為豐富。松花粉中鎂元素含量比一般植物中鎂元素含量要高。松花粉中黃酮含量也較高，現已了解到，一定量的植物激素對人體生理功能有奇妙的調節作用，可強化人體的新陳代謝作用。

松花粉是精細胞，起著傳種接待的重要作用，又是豐富的天然營養庫，營養十分豐富。它能促使人體內元素平衡，從而強化人體新陳代謝，并能調節人體內分泌系統，使替代性排泄系統得到運動，增強人體內的自然治療能力，使人體達到健康的目的。

試驗證實，松花粉能防止細胞衰老，有減少老年斑的功能，對老年性疾病均有療效。外用松花粉可祛風止血，爽身消炎，對皮膚無刺激、無過敏等副作用。

二、松花粉利用現狀和意義

長期以來，由于技術原因，包括保鮮、儲存、破壁等世界性難題，雖然松花粉含有大量的營養物質和醫藥保健價值，卻一直未能大規模開發利用。直到20世紀 80 年代，人們才真正重視這一寶貴資源。作為藥用與食用的松花粉開發上除了科研院所單位外開發利用的企業并不多，開發利用前景極為廣闊。

松花粉的是人工采集容易，品種單一、性質穩定。在品質和營養成分上可以和蜂花粉媲美，加之松花粉的采集方式衛生環保、種源純天然無毒、資源廣泛等條件都優于蜂花粉，其經濟效益、社會效益必然高于蜂花粉。

松花粉的開發利用不但提高森林的經濟效益而且增加林農的經濟收入。林農的經濟收入增加的同時也增強他們對森林的保護意識，調動了林農參與生態建設的積極性，從而達到生態效益、社會效益和經濟效益三者共贏的和諧局面。

三、松花粉的采集與貯藏

1.采集林分的選擇

在商品林中選擇環境無污染的，樹體矮化，光照充足，松花粉產量高，質量好而且便于采集的馬尾松林。

2.工序流程

場地及物料準備成熟松花穗雄球采集陽光下晾曬粉或在通風干燥的室內散粉花粉收集過篩除雜花粉干燥簡易包裝貯存。

3.場地及物料準備

采集前，首先應選擇好晾曬場地，晾曬場地環境要求：向陽、避風、衛生。為了防此泥沙的污染最好采用大棚晾曬。物料準備：主要準備較厚的聚乙烯膜（一式兩塊，用于鋪底和遮蓋），另外還要準備除雜工具（米絲篩、細籮80-100目），食品塑料袋等物品。

4.松花穗的采集時機及方法

松花開放的時間一般在4-5月，但因緯度、海拔、氣溫、雨水等自然環境和生長情況不同而花期不一。同一株樹，從開始散粉到花粉散盡一般只有4-6d，最佳采集期往往只有1-2d。因此，采集以前必須密切注視采集地的物修期變化，作好采集前的準備工作，以免延誤最佳采集期。采集以雄球花中雄蕊開始分離還未散粉到剛開始散粉為最佳采集期（即：要勤觀察陽坡面或山脊的松花穗發育成熟狀況，當觀察到松花穗開始有少量散粉時，用手擠壓雄花球花苞，無漿液溢出，呈濕粉狀，此時正在采集松花穗的開始時間）。抓住時機，采集成熟的松花穗，是提高松花穗出粉的關鍵。采集太早花粉尚未發育成熟，營養物質積累還夠充分，采集太遲則花粉散失較多。

采集時用食品塑料袋套住新梢整簇雄球花，將整簇雄球花抹下，使之全部落入袋中，但不能損傷新枝，并須防止花粉飄出袋外。將采集到的雄球花帶回室內，攤放在室內，攤8-11cm，太厚易發霉變質。在通風干燥的室內散粉或者在陽光下曬粉。無論哪種方式，風都不能太大，以免吹走花粉。輕輕揉搓雄花球使花粉充分散出，收集的花粉要及時曬干，用塑料薄膜墊曬，厚度0.5-1cm，做到薄攤、勤翻、防潮，以加快晾干速度。要曬2-3d，含水量要達到3%-5%，否則易發霉變質。收集散出的花粉過100目的篩，取篩下部分即為純凈的松花粉。純凈的松花粉應該是色澤黃亮、質地純正、手感爽滑。

第3篇：采集技術范文

關鍵詞:識別 指紋采集 指紋傳感器 u.are.u2000 fps200

近年來,越來越多的個人、消費者、公司和政府機關都認為現有的基于智能卡、身份證號碼和密碼的身份識別系統很繁瑣而且并不十分可靠。生物識別技術為此提供了一個安全可靠的解決方案。識別技術根據人體自身的生理特征來識別個人的身份,這種技術是目前最為方便與安全的識別系統,它不需要你記住象身份證號碼和密碼,也不需隨身攜帶像智能卡之類的東西。

生物識別技術[1]包括虹膜識別技術、視網膜識別技術、面部識別技術、聲音識別技術、指紋識別技術[2]。其中指紋識別技術是目前最為成熟的、應用也最為廣泛的識別技術。每個人的包括指紋在內的皮膚紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同,也就是說,這些指紋特征是唯一的,并且終生不變。依靠這種唯一性和穩定性,我們就可以把一個人同他的指紋對應起來,通過比較他的指紋和預先保存的指紋進行比較,就可以驗證他的真實身份。

指紋識別系統[3]是通過指紋采集、分析和對比指紋特征來實現快速準確的身份認證。指紋識別系統框圖如圖1所示。

指紋采集器采集到指紋圖像后,才能被計算機進行識別、處理。指紋圖像的質量會直接影響到識別的精度以及指紋識別系統的處理速度,因此指紋采集技術是指紋識別系統的關鍵技術之一。本文著重分析比較不同的指紋采集技術及其性能。

1 指紋采集技術

指紋的表面積相對較小,日常生活中手指常常會受到磨損,所以獲得優質的指紋細節圖像是一項十分復雜的工作。當今所使用的主要指紋采集技術有光學指紋采集技術,半導體指紋采集技術和超聲波指紋采集技術。

1.1 光學指紋圖像采集技術

光學指紋采集技術是最古老也是目前應用最廣泛的指紋采集技術,光學指紋采集設備始于1971年,其原理是光的全反射(ftir)。光線照到壓有指紋的玻璃表面,反射光線由ccd去獲得,反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經玻璃照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發生全反射,光線被反射到ccd,而射向脊的光線不發生全反射,而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方,這樣就在ccd上形成了指紋的圖像。如圖2所示。

光學采集設備有著許多優勢:它經歷了長時間實際應用的考驗,能承受一定程度溫度變化,穩定性很好,成本相對較低,并能提供分辨率為500dpi的圖像。

光學采集設備也有不足之處,主要表現在圖像尺寸和潛在指印兩個方面。臺板必須足夠大才能獲得質量較好的圖像。潛在指印是手指在臺板上按完后留下的,這種潛在指印降低了指紋圖像的質量。嚴重的潛在指印會導致兩個指印的重疊。另外臺板上的涂層(膜)和ccd陣列隨著時間的推移會有損耗,精確度會降低。

隨著光學設備技術的革新,光學指紋采集設備的體積也不斷減小。現在傳感器可以裝在6x3x6英寸的盒子里,在不久的將來更小的設備是3x1x1英寸。這些進展得益于多種光學技術的發展。例如:可以利用纖維光束來獲取指紋圖像。纖維光束垂直照射到指紋的表面,他照亮指紋并探測反射光。另一個方案是把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上,當手指壓在此表面上時,由于指紋脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面,這些變化通過三棱鏡光的反射而反映出來。

美國digitaipersona[4]公司推出的u.are.u系列光學指紋采集器是目前應用比較廣泛的光學指紋采集器,主要用于用戶登錄計算機windows系統時確認身份,它集成了精密光學系統、led光源和cmos攝像頭協同工作,具有三維活體特點,能夠接受各個方向輸入的指紋,即使旋轉180度亦可接受,是目前市場上最安全的光學指紋識別系統之一。u.are.u光學指紋采集器按照人體工學設計,帶有usb接口,是用戶桌面上緊鄰鍵盤的新型智能化外設。

1.2 半導體指紋采集技術

半導體傳感器是1998年在市場上才出現的,這些含有微型晶體的平面通過多種技術來繪制指紋圖像。

(1)硅電容指紋圖像傳感器

這是最常見的半導體指紋傳感器,它通過電子度量來捕捉指紋。在半導體金屬陣列上能結合大約100,000個電容傳感器,其外面是絕緣的表面。傳感器陣列的每一點是一個金屬電極,充當電容器的一極,按在傳感面上的手指頭的對應點則作為另一極,傳感面形成兩極之間的介電層。由于指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同(紋路深淺的存在),導致硅表面電容陣列的各個電容值不同,測量并記錄各點的電容值,就可以獲得具有灰度級的指紋圖像。

(2)半導體壓感式傳感器

其表面的頂層是具有彈性的壓感介質材料,它們依照指紋的外表地形(凹凸)轉化為相應的電子信號,并進一步產生具有灰度級的指紋圖像。

(3)半導體溫度感應傳感器

它通過感應壓在設備上的脊和遠離設備的谷溫度的不同就可以獲得指紋圖像。

半導體指紋傳感器采用了自動控制技術(agc技術),能夠自動調節指紋圖像像素行以及指紋局部范圍的敏感程度,在不同的環境下結合反饋的便可產生高質量的圖像。例如,一個不清晰(對比度差)的圖像,如干燥的指紋,都能夠被感覺到,從而可以增強其靈敏度,在捕捉的瞬間產生清晰的圖像(對比度好);由于提供了局部調整的能力,圖像不清晰(對比度差)的區域也能夠被檢測到(如:手指壓得較輕的地方),并在捕捉的瞬間為這些像素提高靈敏度。

半導體指紋采集設備可以獲得相當精確的指紋圖像,分辨率可高達600dpi,并且指紋采集時不需要象光學采集設備那樣,要求有較大面積的采集頭。由于半導體芯片的體積小巧,功耗很低,可以集成到許多現有設備中,這是光學采集設備所無法比擬的,現在許多指紋識別系統研發工作都采用半導體采集設備來進行。早期半導體傳感器最主要的弱點在于:容易受到靜電的影響,使得傳感器有時會取不到圖像,甚至會被損壞,手指的汗液中的鹽分或者其他的污物,以及手指磨損都會使半導體傳感器的取像很困難。另外,它們并不象玻璃一樣耐磨損,從而影響使用壽命。隨著各種工藝技術的不斷發展,芯片的防靜電性能和耐用度得到了很大的改善。

從lucent公司中分離出來的veridicom[5]公司,從1997年開始就一直致力于半導體指紋采集技術的研發,迄今已研制出fpsll0、fps200等系列cmos指紋傳感器產品,并被一些商品化的指紋識別系統所采用。其核心技術是基于高可靠性硅傳感器芯片設計。

fps200是veridicom公司在吸收了已廣泛應用的fpsll0系列傳感器優點的基礎上,推出的新一代指紋傳感器。fps200[6]表面運用vefidicom公司專利技術而制成,堅固耐用,可防止各種物質對芯片的劃傷、腐蝕、磨損等,fps200能承受超過8kv的靜電放電(esd),因此fps200可應用在苛刻的環境下。該產品融合了指紋中不同的脊、谷及其他紋理,通過高可靠性硅傳感器芯片的圖像搜索功能,無論手指是干燥、潮濕、粗糙都可以從同一手指采集的多幅指紋圖像中選擇一幅最佳圖像保 存在內存中,指紋分辨率可達500dpi,大大降低了傳感器芯片識別過程中誤接受與誤拒絕情況的發生。

fps200是第一個內置三種通信接口的指紋設備:usb口、微處理器單元接口(mcu)、串行外設接口(sn),這使得fps200可以與各種類型的設備連接,甚至不需要外部接口設備的支持。外形封裝尺寸(24mmx24mmxl.4mm),只有普通郵票大小。由于它的高性能、低功耗、低價格、小尺寸,可以很方便地集成到各種intemet設備,如:便攜式電腦、個人數字助理(pda)、移動電話等。

1.3 超聲波指紋圖像采集技術

ultra-scan公司首開超聲波指紋圖像采集設備產品先河。超聲波指紋圖像采集技術被認為是指紋采集技術中最好的一種,但在指紋識別系統中還不多見,成本很高,而且還處于實驗室階段。超聲波指紋取像的原理是:當超聲波掃描指紋的表面,緊接著接收設備獲取的其反射信號,由于指紋的脊和谷的聲阻抗的不同,導致反射回接受器的超聲波的能量不同,測量超聲波能量大小,進而獲得指紋灰度圖像。積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波取像影響不大。所以這樣獲取的圖像是實際指紋紋路凹凸的真實反映。

總之,這幾種指紋采集技術都具有它們各自的優勢,也有各自的缺點。超聲波指紋圖像采集技術由于其成本過高,還沒有應用到指紋識別系統中。通常半導體傳感器的指紋采集區域小于1平方英寸,光學掃描的指紋采集區域等于或大于1平方英寸,可以根據實際需要來選擇采用哪種技術的指紋采集設備。

表1給出三種主要技術的比較。

表1

光學掃描技術 半導體傳感技術 超聲波掃描技術

成像能力 干手指差,汗多的和稍脹的手指成像模糊。易受皮膚上的臟物和油脂的影響。 干手指好,潮溫、粗糙手指亦可成像。易受皮膚上的臟物和油脂的影響。 非常好

成像區域 大 小 中

分辨率 低于500dpi 可高達600dpi 可高達1000dpi

設備體積 大 小 中

耐用性 非常耐用 較耐用 一般

功耗 較大 小 較大

成本 較高 低 很高

2 應用與發展前景

第4篇：采集技術范文

關鍵詞：數據采集系統；屏蔽；接地；干擾

中圖分類號：TP 309.1 文獻標識碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.020

干擾電壓的強度是與a回路至b回路的磁通密度成正比的，而這個磁通密度與a回路內的電流量成正比，并與兩回路間的距離成反比。不難看出，有效抑制磁場耦合干擾的方法，依然是采用回路間遠離同時避免平行走線的設計原則。

1.3 屏蔽線的使用

在復雜電磁環境中，為防止出現電磁干擾的出現經常會使用屏蔽線，其常見的使用方式有3種，分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1中屏蔽層是單端接地方式，i1是信號電流，從芯線流入，流過包含負載電阻RL的屏蔽線后通過屏蔽層接地。不難看出i1與i2大小相等、方向相反且為同一軸線上中心對稱的，所以它們產生的環形磁場將相互抵消，這是一個抑制磁場干擾效果很好的措施。

圖2中屏蔽層是兩端接地方式，由于屏蔽層上流過的電流i2受地環電流IG的制約，i2 < i1，所以這種方式不能完全屏蔽信號電流所產生的磁場干擾，因此，它抑制磁場耦合干擾的能力比圖1所示方法差。

圖3中屏蔽層懸浮，因此屏蔽層只具有屏蔽電場耦合干擾能力，降低導線外部電場的電勢能，而不具備抑制磁場耦合干擾能力。

1.4 雙絞線的使用

如果雙絞線的絞扭方向一致的話，兩條絞合線產生的電磁場大小相等，方向相反，因此兩絞線產生的磁場可以相互抵消[3]。但雙絞線本身存在電場耦合干擾的可能，所以需要給雙絞線加上屏蔽層，來抑制其電場干擾。為了使屏蔽層取得好的抗干擾效果，屏蔽層需做接地處理。在傳輸低頻信號時，可采用單端接地方式，如圖4所示；在傳輸高頻信號時，可采用雙端接地方式，如圖5所示。

根據雙絞線抗干擾特點而言，最好的應用是作為平衡式傳輸線路，因為兩條線的阻抗大致相等，抑制自身產生的磁場干擾或抵抗外部環境的磁場干擾效果都很好。同時，平衡式傳輸又獨具很強的抗共模干擾能力，因此成為大多數弱電信號的傳輸線來被廣泛應用。

2 接地抗干擾技術

第5篇：采集技術范文

關鍵詞：多媒體；音視頻；數據采集；非線性編輯；多媒體設施

目前，實時音視頻的數據采集和傳輸技術應用十分廣泛，例如公司里常用的視頻會議、學校中常見的遠程教育、超市里的視頻監控、大家常用的視頻通話等。因為在不同的場合對于實時音視頻數據采集和傳輸技術的要求也有所不同，所以根據實際問題選擇合適的技術設計是非常重要的。人們之前使用的采集設備雖然使用方便，但是由于硬件的相關性強，使用起來會發生運用不靈活的現象，在一些比較復雜的場合就不太適合應用?，F下使用率最高的就是WindowsMedia、VFW和DirectShow三種技術軟件，下面本文就針對這三種技術進行簡單的介紹，希望可以為人們更好地使用提供方法。

1使用VFW進行音視頻數據采集

VFW是在1992年由微軟公司推出的一項新的音視頻方面的技術手段，主要是為了解決當時存在的數學音視頻中遇到的問題。VFW的使用極大地方便了音視頻的數據采集，不僅可以對數據進行實時采集、編輯和播放的功能，還能開發其他復雜的應用。VFW的不同模塊具有不同的功能，其中最常用的就是VFW中的AVICAP模塊，它可以用來實現視頻捕捉的功能。首先，我們要在應用程序中創建一個AVICAP的窗口；其次，可以通過向這個窗口發送消息來實現對窗口的控制。AVICAP的優點是可以對數據實現全面的捕捉，并將捕捉到的數據寫入磁盤中，可以給用戶提供預覽的功能；缺點是不擅長使用非文件型的視頻、軟件等，在程序的運行過程中，不能通過改編程序對這些視頻、軟件的格式及屬性進行更改，而只能像平常一樣，在對話框里設置這些格式和屬性。在把音視頻的數據轉化為文件的時候，VFW最擅長的就是對AVI文件的轉換。VFW進行音視頻捕捉的過程可以簡單地概括成：創建需要進行捕捉的窗口、對需要回調的函數進行注冊處理、獲得需要捕捉的窗口的設置功能、設置參數等，將這些工作處理完畢后，就要斷開主機與捕獲設備的連接，以防數據的丟失。VFW還具有對音視頻數據的壓縮和解壓、對文件信息的更改、控制圖像顯示等主要功能。現如今，VFW的使用已經遠遠不能滿足人們的需求，尤其是在微軟已經放棄了對VFW的后續開發之后，它在應用方面存在的不足也越來越明顯。所以在現在的工程應用中，除非我們只有VFW這一個設備可以使用或是只是利用VFW就可以完成我們需要處理的工作之外，已經很少使用VFW了。替代它在工程中地位的是DirectShow，下面我們就對DirectShow的性能進行簡單的介紹。

2使用DirectShow進行音視頻數據采集及傳輸

很多種Filter組成的，在應用程序工作的時候就需要DirectShow中的Filter支持它的運行，不過Filter并沒有限定的條件，程序員可以根據需要編制不同的Filter。應用程序運行過程中涉及到的FilterGraph，就是由很多Filter組成的，我們可以將這些Filter根據用途進行分類，大致的分為源Filter、傳輸Filter和渲染Filter三部分。為源Filter提供數據的數據源來自于文件系統，也可以通過互聯網、采集設備等獲取，源Filter中的數據在經過傳輸Filter時會得到一些處理，處理后由渲染Filter輸出，數據在經這三方面的處理后，輸出的就不再是原來的數據，而是一些聲卡、顯卡或者是文件。隨著高科技的發展，視頻采集設備也得到了逐步的完善。目前，常用的視頻采集的設備有視頻采集卡、USB攝像頭等，無論是哪種設備，都可以使用DirectShow進行音視頻的處理工作。當視頻采集卡不具備對音頻的信息采集功能時，可以用計算機自帶的聲卡替代視頻采集卡的不足。采集到的數據可以利用上述所說的辦法進行處理，轉化原有的格式，得到想要的文件。這種辦法可以將數據處理的工作最大限度的簡單化，不過在對這些數據進行網絡傳輸時，卻因為DirectShow中沒有相應的Filter，而無法進行網絡傳輸。除了上面所說的三種常用的Filter外，還有一種Filter叫做包裝Filter，它的工作主要是在內部完成與硬件的交互工作。其中經常使用的是在實時音視頻中針對聲卡和WDM驅動的包裝Filter，而在VFW視頻采集卡只是有時會用到。DirectShow還有一個優點就是，由于它自身支持對內核模式下的數據傳輸，而減少了數據從內核到用戶，不同模式間轉換的計算量，避免了不必要的麻煩，提高了工作效率。實時采集到的音視頻數據如果在傳輸過程中有特殊的要求，比如需要在IP網絡上傳輸、對傳輸的時間有嚴格的控制等，在這時，就需要程序員靠自身的技能編寫程序，而不能運用以往的程序來完成任務。用于數據流的廣播和接收的Filter只在很少的地方能夠直接進行應用，一般情況下，使用這類的Filter時，需要首先對其中的Sample進行編譯連接，在生成DLL后，利用regsvr32的命令行狀態，對生成的DLL進行注冊，注冊完成后就可以直接投入使用了。因為實時音視頻的信息量大、涉及范圍廣，再加上它自身的實用性很強的特點，導致在TCP網絡中的通信狀態不太好，常常會遇到信號不良的狀況。為了解決這種問題，就需要在運輸層加上RTP和RTCP來保障數據傳輸的質量，這樣無疑會加大我們的工作量。在這種情況下，使用DirectShow就顯得不太合適，而WindowsMedia的優勢就凸現出來了。下文對WindowsMedia的功能及用途進行簡要的介紹。

3使用WindowsMedia進行音視頻數據采集及傳輸

WindowsMedia是微軟專門針對流媒體開發的一項應用，包括Audio、Video、Encoder、Services等主要組成部分。這些主要組成部分各有各的用途，其中WindowsMediaEncode可以直接對音視頻中的數據進行編碼、格式轉換等，除此之外，還可以利用WindowsMediaEncode實現一些特殊的功能；WindowsMediaServices主要用做流媒體信息的，常常與微軟公司內部的服務器捆綁在一起，用來獲取流媒體的內容，并將其傳播出去。這些WindowsMedia的組成部分形成了一個完整的工作系統，可以對實時音視頻的數據進行不同階段的處理工作。為了保證信息傳輸過程中的安全，微軟公司還為此專門開發了MMS協議，為網絡安全提供了很好的QOS保障，對于需要在網上進行傳輸的實時音視頻數據而言，相比于前面介紹的兩種方法，WindowsMedia相對更安全一些。WindowsMedia在構建實時音視頻數據的采集及傳播時，有一個特定的過程。我們可以將這個過程簡單地概括為：運行WindowsMediaEncoder軟件，在資源屬性中選擇相關設備的屬性，在Output中選擇目標的文件名，在Compression中選擇需要壓縮的文件的格式，在完成這些設置之后，就可以開始實施音視頻的數據采集了。數據采集成功后，在計算機中點開WindowsMediaPlayer，然后選擇File-OpenURL就可以查看已經采集到的信息。進行屏幕捕捉和進行信息采集的步驟有所不同，它是在Source中選擇Video和ScreenCapture，然后在下拉菜單中選擇需要捕捉的區域，在不做特殊選擇的情況下，捕捉到的是整個屏幕的內容，為了方便以后的查看，可以將捕捉的內容以文件的格式保存下來。4結語根據本文的論述可以知道，在實施音視頻的數據采集過程中使用VFW的情況越來越少，目前替代它的數據采集功能的是DirectShow。DirectShow不僅在非線性編輯方面的功能十分強大，而且任何一種設備和數據源都可以利用它實現數據采集的目的。不過在利用網絡將多媒體的數據進行流式傳輸方面，DirectShow還存在很多弊端，這時就需要運用WindowsMedia解決數據在網絡傳輸中遇到的難題，作為微軟專門為此設計的一項應用，WindowsMedia在數據傳輸的過程中，可以更好地保障數據的質量安全，網絡協議與網絡傳輸方面都為它的數據傳輸提供了絕對的便利，可以收到事半功倍的良好效果。

參考文獻

[1]張紅林，馬永濤，劉開華．基于LabWindows/CVI的音視頻實時采集壓縮系統[J]．電視技術，2014，（5）．

[2]范晨．基于嵌入式系統的危險區域探測機器人數字音視頻實時傳輸系統設計[D]．山東大學，2010．

第6篇：采集技術范文

關鍵詞：三分量 地震采集 發展

Abstract：The 3-component data acquisition technology is improving and getting into application as the seismic data acquisition technology is developing. This article is focused on the development of 3-component data acquisition project and guessing . The purpose is promoting the 3-component seismic data acquisition technology with managers.

Key words：3-component seismic data acquisition development

近幾年，針對川西成熟油田探區，特別是川西地區裂縫性油氣探區，都在嘗試和探索開展三分量地震勘探資料采集。作為近年來地震勘探采集技術發展的前沿技術，本人結合目前開展的三分量地震采集現狀，從觀測系統如何優化、飽和激發控制、低信噪比地區攻關嘗試以及制約三分量采集技術推廣的瓶頸等等多個方面，提出個人認識和廣大三分量地震采集技術管理者探討。

1、三分量地震采集技術簡介

根據橫波分裂理論,當橫波通過方位各向異性介質時,會分裂成兩個偏移方向正交的橫波,一個與裂縫走向平行的快橫波,另一個與裂縫方向垂直的慢橫波。三分量地震勘探就是指利用地震激發來獲取P波、PSV波、PSH轉換橫波共三個分量的勘探資料。結合目前橫波激發震源的研制以及勘探效益而言，目前主要是利用縱波激發來進行三分量采集，不需要特殊的橫波震源，就可以采集到S波的資料，施工成本低、工作效率高、操作方便。和常規三維勘探相比較而言，三分量勘探可獲得三個分量含有縱、橫波和轉換波資料，而常規三維勘探只有垂直分量，在所有采集狀態一致時三分量地震呢采集可多獲得兩倍的地下信息量，該技術在近年內成為多波地震勘探方法中的主流技術。

三分量地震勘探資料用于解決的問題已不再只限于裂隙檢測、巖性預測以及變化、油氣檢測、還可以通過三分量地震勘探判別真假亮點，甚至確定地下流體的性質、含量、陡傾角界面成像等等?；谒拇ㄌ厥獾牡卣鸬刭|條件及裂縫性氣藏的情況，三分量勘探有著更好應用性，S波對裂縫性儲層更有著P波無可比擬的優越性！因此對三分量采集技術發展的提升顯得極為重要！

2、如何優化三分量地震采集觀測系統

通過三分量三維地震勘探的實施，如何優化三分量地震采集觀測系統也必須考慮如下因素：

①根據影響CCP迭次的有關參數，翔實收集勘探區內地震資料、實際鉆井資料、VSP資料，特別是勘探主要目的層縱橫波速度（圖2-1）等構建地球物理模型，在此基礎上進行精細的參數論證。

②接收線距越小，CCP覆蓋次數的差異越小，分布更均勻。小滾動距離有利于CCP覆蓋縱、橫向分布的均勻性，并使炮檢距分布得到改善。因此選擇線距、束間滾動距離不能過大，避免影響CCP的覆蓋次數分布的均勻性。

③結合勘探目的層，選擇好炮檢距的分布。為確保CCP疊加成像效果，選擇合理的最大炮檢距（縱波勘探炮檢距的1.5-2倍）。根據轉換波傳播特點以及轉換點的規律（圖2-3、2-4），首選非正交觀測系統，結合設備的局限性，為了盡可能確保有效的最深目的層的CCP迭次，炮點盡可能布設在在排列的四周。

④觀測系統參數論證應以最深目的層為目標，以地質模型為基礎，進行射線追蹤或波場模擬來論證（圖2-2）。

⑤各方位扇區內的炮檢距分布平衡，避免導致不同方位角疊加成像效果差異大（圖2-5），影響勘探精度。

⑥結合地質任務及施工條件，做好經濟和技術的統一

對于三分量地震采集觀測系統的優化是需要從很多方面來綜合考慮的。項目部署前須結合勘探地質目標需求以及勘探投資等實際情況來綜合優化，做好了觀測系統的優化，能夠起到較好的勘探效益。

3、對“飽和激發”的理解

要想獲取信噪比較高的轉換波資料，通過針對性的試驗來進行對比是必須的。因為縱波速度大于橫波速度（與巖石物性參數有關），且縱波頻率比橫波頻率高。即S波的吸收系數比P波大。根據這種認識我們就可以通過Z分量試驗資料以及X分量資料來確定選取合理的激發藥量，以便獲取相對P波和S波均信噪比較高的地震資料。

以某地區三分量三維藥量試驗為例，采用16m的激發井深，分別進行了4kg、6kg、8kg、10kg、12kg、14kg、16kg、18kg、20kg的不同激發藥量試驗。

從Z分量原始單炮AGC顯示看，16kg-20kg藥量激發記錄有效波連續性較好，同相軸清晰，有效反射信息較為豐富，10kg-14kg次之，4kg-8kg較差（圖3-1）。

從Z分量原始單炮固定增益顯示看，隨著藥量的增加，激發能量逐漸增大，12kg以上能量變化不是很大且趨于穩定（圖3-2）。

通過Z分量試驗記錄以上定性對比可以看出12kg激發是飽和激發的界限。接下來主要是通過定量分析來對比分析飽和和過飽和激發對于P波勘探的影響。

從定量分析顯示，隨著藥量的增加，記錄能量具有逐漸增強的趨勢，12kg之后變化趨于平緩，到16kg藥量激發時，記錄的能量和信噪比較高，主頻和頻寬也具有優勢（圖3-3、3-4）。從初至波能量分析看， 12kg之后變化趨于平緩（圖3-5）。

從上述Z分量資料定性、定量分析可以得出結論：對于Z分量資料而言，12kg是P波勘探的飽和藥量的界限。因此主要對比飽和激發和過飽和激發資料，也就是重點定量對比12kg―20kg激發轉換波資料信噪比的變化來確定對轉換波勘探有利的激發藥量。

選擇X分量原始單炮、分頻掃描記錄AGC顯示看，4-12kg較差，信噪比相對較低；16-20kg藥量激發記錄的信噪比和有效反射連續性較好，能量較強，信噪比較高，針對X分量資料而言16kg激發已經達到飽和（圖3-6至圖3-7）。

從上述X分量資料定性、定量分析可以得出結論：對于X分量資料而言，16kg是飽和藥量界限。想要獲得信噪比較高的S波勘探資料，須采用16kg激發藥量。

從以上藥量試驗分析我們得出如下結論：相對三分量地震采集而言，飽和激發也是一個相對概念。因此，要想確保轉換波資料的信噪比，就需采取相對P波勘探而言適當的“過飽和激發”來選取針對轉換波勘探而采用的“飽和藥量”激發更為合理。

4、低信噪比地區能否開展三分量地震采集

針對P波勘探低信噪比地區能否通過開展三分量地震采集來獲取一定信噪比的轉換波資料呢？我個人認為在低信噪比地區還是可以通過取得的三分量地震采集技術認識來適當開展轉換波勘探嘗試的。

首先縱波速度大于橫波速度（與巖石物性參數有關，如圖4-1），且縱波頻率比橫波頻率高，即S波的吸收系數比P波大。雖然S波勘探深度不如P波，但是針對適中的勘探深度而言轉換波勘探對于構造刻劃方面是否較縱波勘探更為精細呢？因此在理論上而言對于勘探深度適中的低信噪比地區開展橫波勘探是可行的，也就是說嘗試三分量地震采集從技術上是可以進行嘗試的。

其次結合前面關于“飽和激發”的理解，針對低信噪比地區同樣可以依據飽和激發理論來尋求合理的相對轉換波勘探而言適中的激發藥量來確保轉換波資料的信噪比。根據S波在不同低信噪比構造響應以及成像精度略高于P波勘探的特點，結合國內外一些應用實例，特別是在縱波弱反射界面、高陡構造帶等等證明轉換波成像的效果對于P波勘探勘探相對而言是否更具有一定優勢呢（圖4-2至4-3）？

從上面的資料對比來看，縱波資料成像精度就明顯較轉換波資料，個人認為針對低信噪比、勘探深度適中的地區，可以嘗試結合轉換波資料來輔助解決低信噪比地區的勘探問題，因此在低信噪比地區還是可以做一些技術嘗試的。

5、多波低測采集技術的瓶頸影響三分量地震采集技術的發展

多波低測調查能夠為后續轉換波資料處理能夠提供準確的靜校正量。眾所周知，對于三分量地震采集而言ps波的靜校正問題是石特別突出的。在前期川西淺丘地區實施的三分量地震采集項目開展的多波微測井采集技術攻關已經取得了一些認識和進展，比如使用較低頻的井下井下檢波器接收、不同方向的激發試驗、橫波初至的有效判別以及拾取技術等（圖5-1），但是受川西卵石區成單深井難度極大且無法保井的現實條件限制，需要打破多波采集技術的瓶頸，開展如多波小折射采集技術攻關等。

對于多波小折射采集技術攻關主要面臨以下幾個方面的困難：①繼續改進和研制適宜的、較為穩定的多波小折射激發裝置，利用多次疊加技術，進一步增加橫波信號強度，爭取獲得容易識別的橫波初至；②借鑒多波微測井技術的成功經驗，如嘗試低主頻檢波器接收來進行采集攻關等；③加強多波小折射資料處理技術研究工作，如更加有效的橫波初至拾取技術等，獲取多波小折射解釋的可靠方法。

6、建議

通過對前期實施的三分量地震采集項目技術發展以及遇到的實際問題，個人小結了未來三分量地震采集技術發展的幾點建議：

⑴三分量地震采集觀測系統的優化是很有必要的，是項目實施的技術依據和基礎。

⑵三分量地震采集激發藥量實施，對于縱波勘探而言屬于略過飽和激發，但是對于轉換波勘探而言是飽和激發，能夠有利地確保轉換波資料的信噪比。

⑶轉換波資料本來就具有頻帶較窄，主頻較低的特點，但是結合轉換波的特點以及國外應用實例，個人認為針對勘探深度適中的低信噪比地區可以嘗試開展三分量地震采集工作。

⑷多波低測采集技術制約著轉換波資料的靜校正處理，是制約三分量地震采集技術發展的瓶頸。因此針對川西平壩卵石區開展多波低測采集技術的攻關極為迫切。

以上是個人對于未來三分量地震采集技術發展的一些看法，謹代表個人觀點，僅供與技術管理者進行交流和探討。如有不妥之處，請指正！

參考文獻：

⑴《石油物探工程監督》 沈 琛 著 2004年

⑵《多分量地震勘探技術理論與實踐》－趙邦六等著，石油工業出版社，2007年

⑶《多分量地震技術》－黃中玉等著，石油工業出版社，2007年2008年

⑷《多分量地震采集技術實踐》－劉勝著，內部培訓教材

⑸《合興場―高廟子地區三分量三維地震勘探項目技術設計》 劉 勝等著 2008年

⑹目前多分量地震勘探中的幾個關鍵問題－地球物理學報，2004年1月，第47卷第1期

第7篇：采集技術范文

關鍵詞：用電信息采集；電力企業；電網系統；關鍵技術

中圖分類號： TM93 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）35-159-2

0 引言

隨著我國社會經濟的發展，社會生產對電網系統不斷提出更高的要求。智能電網的構建是為了滿足電力用戶的更多需求，實現電力運輸以及電力控制的信息化、智能化，提高電網運行系統的安全可靠性，提升電力行業的經濟效益。更進一步地說，我國在推行智能電網這一標準方案下，全力建設用電信息采集系統，以實現及時的采集數據、準確的數據計量、高效的服務方式等，全方位地實現電網系統與用電用戶之間實時互動的電力信息業務。

1 用電信息采集系統基本概述

用電信息采集系統是電力系統營銷管理體系中的重要環節，也是該體系中關鍵的自動化系統部分，主要負責監測用電用戶的實時用電情況。其主要功能包括：電力數據的自動采集、數據計量、數據處理、數據在線監測以及電力質量的在線管控等。依據系統的構成劃分，用電信息采集系統主要由主站系統、終端設備、電能表以及通信系統構成。主站系統是集“集抄系統、負控系統、配變檢測系統”于一體的，滿足“全覆蓋、全采集、全預付費”功能需求的系統。終端設備包括負控終端、集中器、采集器。電能表包括變電站關口表、臺區表和居民用戶表[1]。

2 用電信息采集系統關鍵技術分析

2.1 通信技術

2.1.1 本地通信技術

本地通信網絡用于現場終端與電表計量的通信連接，主要包括RS485通信、低壓電力線載波、M-BUS總線和微功率無線通信四種方式。下面依次做出簡要介紹。①RS485通信。此種通信應用較為廣泛，是采用電表與多個采集的并向連接，通過兩條RS485線將計量表與終端設備直接連接在一起，實現采集設備與電表之間的通信。其優點是：傳輸速率高、抗干擾性好，可應用于多種傳輸系統。其不足之處是：如長距離布線帶來的不便、線路容易受損而很難定位故障點等。②低壓電力載波。在用電信息采集系統中，對電能表中數據的采集時依靠載波采集設備進行采集的，低壓電力載波將采集到的數據傳輸到主站系統進行數據的處理。此種通信具有投入成本低、維護成本低的優點，其缺點是受負載影響大、信號衰減大等，此種通信適用于偏遠農村或偏僻的別墅區。③M-BUS總線通信。此種通信方式較為開放，可實現電能計量表的自動抄表，與RS485較為類似，且具有通信效率高、抗干擾性強等優點。④微功率無線通信。此種通信與低壓電力載波相似，采用數字信號單片射頻收發芯片將數據信號通過調制、解調、放大、濾波等數字處理后轉換為高頻交流的電磁波進行傳輸。主要適用于農村中單戶單表的情況。

2.1.2 遠程通信技術

遠程通信網絡主要應用于集中采集器與主站系統之間的傳輸，目前較為廣泛應用的是無線公網、有線通信和光纖通信，下面做出具體介紹：首先是無線公網。無線公網即GPRS通信技術，在用電信息采集終端安裝SIM卡，便可產生通信編號與地址，來進行與主站系統之間的通信，并可快速與主站進行數據傳輸。此種通信技術具有廣闊的發展前景。其次是有線通信。有線通信即有線電話通信，是利用分頻技術將電話線分為三個獨立的通道，增加其抗干擾能力，通過調制調節器撥號有線電話，將采集到的電能數據傳送至主站系統，同時等待主站系統下達的指令。最后是光纖通信技術。此種技術是具有光波載體的信號傳輸，可有效滿足電能數據的大量傳輸以及長距離傳輸，并且具有很好的抗干擾能力，保證電能的傳輸質量。無線通信和光線通信也是智能電網發展的主流方向。

2.2 數據處理技術

2.2.1 集群技術

集群技術同樣是輸用電信息采集系統中的核心環節，通過集群技術將多立網絡中的計算機連接成整體，進行統一管控，最終實現電能數據的大運量計算，可面對大量數據的共同訪問，對數據流量進行合理分配，有效提升了信息數據的計算效率，并可保證其準確性。

2.2.2 內存數據庫技術

內存數據庫技術是提升對信息采集數據處理能力的有效途徑，內存數據庫技術即從內存中直接進行采集數據的存儲，優化了采集數據的信息讀寫能力，有效提升了數據信息的訪問性能，最終實現電能數據的實時查詢，很好地完善了用電信息采集系統的數據處理能力，尤其是對大批量數據的集中處理。在對大批量數據進行集中處理的同時，還要對數據庫的SQL語句以及數據庫的表結構進行優化處理，比如說，對每個數據表格中的數據限定在2GB的存量范圍，并將數據信息進行分類存盤保管，以方便后期的查詢等。

2.3 設備關鍵技術

在設備關鍵技術中重點介紹用電信息的安全防護技術。用電信息采集系統所面對的電力數據信息量較大、其覆蓋范圍較廣，在系統運行過程中可能會接觸到眾多的安全隱患問題，因此，針對系統各階段面臨的安全隱患，對用電信息采集系統攝入了安全防護技術。此項技術主要是由系統主站、密碼機和采集終端三部分構成。在系統主站中設置具有高速運行特點的密碼機，用來完成主站系統數據的加密、解密，具體是進行身份識別認證、核心數據的加密解密、密鑰的協商和更新以及數據信息的校驗等功能。除此之外，還要對系統的采集終端、智能電表和集中器中設置密碼加密模塊，用來完成主站、采集終端和電表之間的身份認證、核心數據的傳輸，以及系統內部數據的加密、解密等，總體來講就是保證了系統數據的安全性和保密性。這里密碼加密機和終端系統的加密塊都是由國家密碼管理局認定的密鑰加密算法和硬件加密，此外，安全防護系統使得采集終端的監控功能、數據傳輸功能以及數據交換功能等更加完善，有效起到了防御預警作用。

2.4 業務處理技術

業務處理技術主要介紹智能費控技術和移動作業技術。第一，智能費控技術。用電信息采集系統中智能費控技術的運用主要是實現用電用戶先交費后用電的管理模式，通過系統對用戶用電量的采集監控，在電費余額不足時提醒用戶充值繳費，并在余額為零時自動跳閘停止使用。智能費控技術與安全防護技術同樣，貫穿系統主站、采集終端和智能電表中，其中主站費控技術主要適用于居民用戶和各類專變用戶，采集終端費控技術適用于專變用戶，智能電表費控技術適用于居民用戶，并在用電量大的情況下減輕主站的壓力。除此之外，費控技術對本地通信的電力線載波通信的工作要求較高，載波通信工作必須具有極強的可靠性、穩定性以及實時性，才能為費控技術提供有效的技術支持。第二，移動作業技術。傳統的電表計量作業是在打印好工作單的基礎上采用人工抄表的形式進行數據登錄，其工作效率低，且不能保證準確性，而現階段廣泛應用的是移動作用支持系統，移動作業平臺可實現電表抄收、電表計量以及業務辦理等功能，有效降低人員的勞動力，提升了工作效率，實現了計量作業的精細化管理。

3 結束語

本文通過對用電信息采集系統的各環節以及各項關鍵技術的研究得出，用電信息采集系統是構建智能電網系統的必然要求，可更好地實現電力營銷業務的自動化處理，做到優化資源配置，提升電力企業的工作效率。因此，繼續加強用電信息采集系統的技術研究具有重要的現實意義。

第8篇：采集技術范文

【關鍵詞】網絡爬蟲；社交網絡；web信息抽?。籄JAX

1.引言

隨著信息技術的發展，各種新聞、論壇和博客網站為人們提供了發表評論的平臺，對相關部門掌握輿情的走向起著重要作用，使得輿情研究變得有價值。由于Ajax技術的廣泛使用，用于信息搜索的常規網絡爬蟲技術面臨嚴重挑戰，出現了針對Ajax技術的爬蟲。2007年，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Gianni Frey[1,2]通過解析網頁中的腳本，實現了Ajax動態信息的采集；隨后Cristian[3]等人提出了基于腳本函數以及參數的熱點檢測機制，減少了重復信息的采集；2008年，荷蘭理工大學的Ali[4]等人利用瀏覽器接口模擬用戶對頁面元素操作獲取動態信息。在我國，2007年浙江大學的羅兵[5]在普通爬蟲的基礎上增加了JS(JavaScript)解析和DOM(Document Object Model)操作模塊，實現了對JavaScript代碼的解析和JavaScript代碼中相關DOM操作的支持，完成了對Ajax加載內容的分析；2009年，中國科學技術大學的曾偉輝[6]采用改進動態腳本分析方法，實現了基于對象的程序切片算法達到抓取Ajax站點URL的目的；同年，袁小節[7]以采集新聞主題信息為例，采用基于協議驅動采集和事件驅動采集相結合的方法完成了聚焦信息的采集。2010年，夏天[8]對Ajax站點數據采集進行了總結，分析了采集Ajax網頁動態信息的研究重點以及發展趨勢。本文在分析研究了現有爬蟲技術后，針對微博類網站設計了支持Ajax技術的爬蟲，該爬蟲將爬取分為用戶爬取和內容爬取兩部分，采用協議驅動和事件驅動結合的采集策略以及基于模板的抽取方法，實現了對微博內容的抽取和保存，提高了信息采集的覆蓋率。

2.面向微博的Web爬蟲設計與實現

微博在網絡事件中對輿論的導向起到重要作用[9]。網絡輿情具有源數據針對性、時效性、后續更新連續性等特點。本文設計時，將要爬取的空間限制在微博網站中，考慮微博的時間、內容、評論和轉發數等，以最大限度的信息采集量為目標進行設計，保證獲取新增評論內容。

2.1 面向微博的網絡爬蟲框架

微博網站的更新是通過用戶在自己的微博上發表文章來實現。由于沒有包含所有文章的列表，在設計該類爬蟲時，必須以用戶為單位，先找到用戶，再進入其微博主頁獲取微博的內容、時間、評論和轉發數等。

根據以上思路，將基于微博的網絡爬蟲程序分為兩個模塊：獲取用戶信息模塊和獲取微博內容模塊，基本框架如圖2-1所示。

圖2-1 基于微博的網絡爬蟲框架

在獲取用戶信息模塊中，由于信息數量過大，嚴重影響信息獲取的速度，而實際運用中，大多信息是無用信息。因此，根據信息的重要程度，將用戶分為普通用戶和重點用戶。在獲取用戶信息時，先從重點用戶出發，盡可能多的獲取用戶列表；更新用戶列表時，以最近一次的用戶列表作為本次爬取的初始化用戶。為保證用戶獲取時分布均勻，在得到用戶列表后，根據已獲取的URL結構，使用隨機函數產生用戶ID, 構造出微博的訪問URL。

在獲取微博內容模塊中，采用多線程爬取策略，每個線程負責一個用戶的URL爬取，直至隊列中的所有URL都被爬取過或者遇到終止條件結束。當爬蟲進入到用戶微博后，首先判斷該用戶是否已經被爬取過，如果己經爬取過，則轉到該用戶的微博頁面爬取最新的微博；如果尚未被爬取，則從微博主頁開始爬取，依次獲取所有文章信息，并對用戶狀態進行更新。

2.2 支持Ajax的爬蟲實現

目前廣泛使用的Ajax技術使用局部刷新和異步讀取的方法，使得服務器不需要存儲大量靜態網頁數據，節約了存儲空間，提升了用戶的使用體驗[7]。但是，這種技術也導致了普通爬蟲無法得到完整的網頁信息，如異步請求動態信息、網頁中的觸發事件等等。

使用了Ajax技術的網頁，通常是從數據庫中提取相應的數據填充到指定的模板，并將其顯示在網頁上，如新浪微博的評論信息頁面，評論的內容是動態加載的，當評論內容被分成多頁顯示時，不同的評論內容頁共用同一個URL。由于這些評論網頁的結構十分相似，且在每一個動態頁面中都包含多個觸發元素，若要爬取到完整的評論信息，就需要用戶對這些元素進行操作。

基于Ajax技術的微博網頁，其首頁的用戶信息、用戶微博的各個鏈接、微博內容都能在HTML源文件中查看到。針對這一特點，本研究采用協議驅動的方法，采集用戶信息；采用事件驅動的方法，采集微博評論信息。

2.2.1 數據預處理

預處理階段的任務是通過對樣本網頁進行分析，提出采集規則，提高對評論信息的采集效率。在運行時，使用Ajax狀態表示一個動態網頁的信息，采用全探測算法[6]查找頁面中的有效觸發元素，算法如下：

初始狀態

構建關于狀態的DOM Tree

儲存狀態標識至標識庫，狀態編號及內容至內容庫

If 第一次處理 then

遍歷DOM Tree

獲取觸發事件列表

Else

查詢觸發事件列表

Endif

If 有未處理事件 then

獲取事件狀態

添加新狀態至相應庫

Else

結束

endif

上述算法中，在判斷Ajax狀態是否有效時，采用樹匹配算法[10]，即遞歸比較兩棵樹的第一層子樹，求最大的匹配節點對。若兩棵樹的根節點不同，則這兩棵樹的最大匹配為零，不再比較子樹，否則順序比較每個子節點，最后得到兩棵樹的最大匹配節點數。

對于DOM Tree為T的HTML文檔，假設其每個結點標記對應一個HTML標簽，則任意兩棵樹的相似度可按如下公式計算：

相似度 = 最大匹配節點數 / 平均節點數

兩棵樹的最大匹配節點樹越大，則兩棵樹越相似。在判斷時，若兩棵樹的DOM結構相似度大于90%，則需要重新遍歷并比較兩棵樹中各個節點的文本信息，若發生變化的節點數小于節點總數的15%，則認為新得到的Ajax狀態是重復的，該狀態無效，否則，新得到的Ajax狀態是有效的。

2.2.2 信息采集

為了能夠快速地采集主題信息，采用協議驅動和事件驅動相結合的采集方式，并將采到的信息存入數據庫中。

協議驅動采集時，根據HTTP協議獲取網頁，并對網頁中的信息進行處理，提取網頁中的鏈接。使用WinInet（Windows Internet）庫提供的方法，根據給定的URL快速獲得網頁的HTML源文件，使用正則表達式提取網頁中的超鏈接。

事件驅動采集時，根據預處理模塊得到的采集規則，完成該模塊中地址隊列的動態評論信息采集。

事件驅動采集流程如圖2-2所示。

圖2-2 事件驅動采集流程

2.2.3 信息采集數據存儲

在將Web信息存入數據庫前，必須對微博內容、微博評論信息進行格式化處理，以保證所抽取信息的一致性。鑒于模板匹配算法抽取精確、部署快速的特點，本系統采用了模板匹配的方式進行信息處理。操作時，先對所采集到的網頁進行分析，找出最佳匹配模板，使模板的數據信息與該模塊所對應的數據庫字段相對應，再將數據保存至數據庫中。配置模板的流程如圖2-3所示。

圖2-3 數據存儲流程

3.實驗結果及分析

3.1 面向微博的網絡爬蟲框架

本文以/1738289495為例，主要抽取微博內容、時間、轉發數和評論數和評論內容，原文和抽取結果如圖3-1、3-2所示。

圖3-1 微博原文

從圖中可以看出，通過結合協議驅動采集和事件驅動采集、模板匹配算法設計的網絡爬蟲，成功地抽取到了微博內容，同時刪除了引用等其他無關信息。

圖3-2 抽取結果

3.2 數據比對與分析

微博信息抽取的性能可以定義以下兩個衡量指標：微博主題內容的正確提取率（IAR）、微博評論內容的正確提取率（IDI）。

（1）

微博內容總數是指某賬戶在某時刻登錄微博首頁所能查看到的所有微博主題內容的總數；抽取到的微博主題內容總數是指爬蟲所抓取的正確的微博主題內容總數。

（2）

微博評論總數是指所有微博主題內容的評論數的總和；抽取的微博評論總數是爬蟲正確抽取的微博評論總數。

為了對算法進行性能分析比較，本實驗使用同一賬號在同一時間登錄微博，以保證起始頁面相同。實驗數據統計有460條微博和31482條評論信息，分別使用本文爬蟲和BFS（Best First Search）算法爬取的信息量作比較，如表3-1所示。

表3-1 信息爬取量對比表

微博內容總數 正確抓取微博內容 IAR(%)

BFS 460 46 10%

本文爬蟲 460 424 92.17%

微博評論總數 正確抓取

評論數 IDI(%)

BFS 31482 0 0%

本文爬蟲 31482 29543 93.84%

表3-1的數據表明，本文設計的爬蟲能夠采集動態信息，相對于普通的爬蟲提高了信息采集的覆蓋率。

表3-2 觸發次數對比表

評論

頁數 未制定觸發約束（觸發次數） 有約束條件

（觸發次數）

微博1 3 23 2

微博2 7 67 6

微博3 11 136 10

微博4 17 167 16

微博5 25 243 24

另外，針對有效觸發元素的設計，本文隨機選擇了5篇新浪微博的評論信息進行抓取，以驗證約束條件觸發的高效性，觸發次數對比如表3-2所示。

表3-2的數據表明，本文通過對觸發設定約束條件，僅針對翻頁信息觸發，減少了無效觸發，提高了采集動態信息的效率。

4.結論

Ajax技術通過異步方式向服務器發送并獲取數據，減少了時間開銷，降低了數據流量，受到國內外學術及商業領域的關注。本文通過分析Ajax技術在微博等評論頁面的應用現狀，設計了針對微博類網站的支持Ajax技術的爬取策略。

本文的主要貢獻如下：

（1）通過分析協議驅動采集和事件驅動采集的特點以及適用領域，本文提出了根據微博信息的特點，采用了協議驅動采集和事件驅動采集相結合的方法，保證了信息獲取的效率和完整性。

（2）在分析現有的Ajax信息采集技術研究之上，本文提出了對Ajax網頁觸發元素設置約束條件，根據約束條件完成規約，對網頁中得翻頁元素進行分類處理，為動態信息的快速采集提供規則。實驗結果表明該方法能顯著提高采集效率。

然而，隨著網絡開發技術的發展，網頁的DOM Tree變得越來越復雜，利用網頁的DOM Tree進行動態信息的采集將面臨挑戰，設計更加靈活的動態信息采集方法成為下一步研究的重點。

參考文獻

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[13]H Zhao,W Meng,C Yu.Mining templates from search result records of search engines[C].International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining,2007:623-632.

基金項目：湖南省教育廳科研項目（30972362）；國家自然科學基金項目（30972362，31070568）；湖南省自然科學基金重點項目（10JJ2020）。

作者簡介：

第9篇：采集技術范文

數據采集合并系統是數字化變電站中電子式互感器和二次設備之間的重要接口，針對其多任務、大流量、高可靠性和強實時性等要求，本文提出了一種基于FPGA的高速數據采集合并系統設計方案。系統利用FPGA的快速數據處理能力，實現了多任務、大流量并行處理以及多路采樣信號的實時同步，節省了通信開銷，增強了實時性。系統可并行處理最多16路數據任務，總數據吞吐率可達50Mb/s，系統平均延時低于1us，均高于國家標準。本系統已裝備某型電力設備，投入應用。

【關鍵詞】FPGA 數據采集 差值同步

隨著計算機，通信，自動化等技術在電力工業的應用，電網的智能化水平得到了極大地提升，全數字化變電站自動化系統即將得到廣泛的應用。數字化變電站是以標準的通信規約為基礎，通過電子式互感器（ECT/EVT）、智能化一次設備、網絡化二次設備分層構建，建立全站統一的數據模型和數據通信平臺，實現變電站內設備數字化通信和互操作、以及信息全網共享的現代化變電站。數字化變電站的關鍵點在于電子式互感器同步采集多路（最多12路）信號的幅值和相位數據后按照規定的格式發送給二次設備，這些數據一般都是來自不同間隔，而又必須保證這些數據是同步的。所以本文設計了一個具有多任務處理、通信流量大、高可靠性和強實時性等特點數據采集合并系統，使其滿足對電子式互感器的接口要求。

1 設計方案

各類文獻中針對數據采集合并系統的實現方法主要大致有兩種：一種是基于FPGA+DSP結構的同步采樣方法；另一種是基于FPGA+ARM結構的同步采樣方法。這兩種方法都是利用FPGA進行采樣數據的接收和處理，利用DSP或ARM芯片實現通信的功能，將采樣數據按格式打包發送給二次設備。為了保證數據的同步，兩種方法都采用了同步采樣法，即按設定的采樣速率由FPGA產生采樣脈沖發送給電子式互感器，互感器接收到采樣信號后開始進行采樣動作并將數據發送給FPGA，由FPGA將數據整理后才傳送至主控芯片。這兩種方法實現的合并單元有一定的局限性：

（1）由FPGA+DSP或FPGA+ARM組成的系統雖然資源豐富，可以滿足多任務、大流量、高可靠性的特點，但開發這樣的裝置需要兩個龐大的系統，與接口電路也會很復雜，設備開發成本高、經濟性差。

（2）由于采樣方式是同步采樣，電子式互感器和采集合并系統之間需要上行和下行兩條通信線路，增加了線路的架設成本。

（3）同步采樣的可靠性不能保證，由于線路的延時不同，即使是FPGA向多個電子式互感器同時發送了同步采樣信號，但互感器的采樣不能保證絕對的同步，為后面測量和保護數據的計算帶來了誤差。

針對上述系統的局限性，本文提出了一種基于FPGA的多路數據高速異步采集合并系統。該系統利用FPGA芯片的強大功能，以一片FPGA芯片為核心取代了上述系統的雙核結構，實現了實時接收電子式互感器采集的數字信號，并利用插值運算將采集的數據進行同步，使系統無需使用同步采用，大大提高了系統的實時性和可靠性，降低了系統的設計和運營成本。

2 系統實現

2.1 系統的硬件組成

本設計主控芯片采用altera公司的低功耗、高性能FPGA芯片EP4CE40F23C7。該芯片具有39600個邏輯單元（Logic Elements， LE）、232個M9K程序存儲模塊，4個鎖相環，1161216位片上RAM資源，最多329個用戶定義I/O，芯片資源非常豐富，完全符合設計要求。整個硬件系統以該芯片為核心，通過光纖通信，將采集來的數據分通道送入FPGA中，由FPGA對各個通道的數據進行并行處理，最后按照標準組合成數據幀通過光纖傳送給二次設備。硬件構成框圖如圖1所示：

為了給硬件生產提供方便，本文在硬件設計中加入了兼容性設計，如表1所示。表1中三種FPGA芯片其資源均可滿足本系統的要求，而且封裝皆為484腳BGA封裝。通過比對三個芯片的管腳，可以看到除了表1中所列出的21個管腳功能不一樣以外，這三個芯片其余管腳功能完全一模一樣。在PCB設計時，按照表1中兼容后管腳定義一列來設計硬件，就可以完成三個芯片的兼容性設計。這樣在生產時三個芯片皆可以使用，避免了因芯片市場波動所造成的生產中斷和成本波動，保障了生產效率。

2.2 系統的軟件設計

系統的主要工作任務是接收最多12路的采樣信號，對采樣信號進行同步處理，然后按照約定格式組幀并發送到二次設備。根據系統要求，按照自頂向下的模塊化軟件設計思路將整個系統分為兩個核心模塊：串行數據接收模塊、數據同步模塊。

2.2.1 串行數據接收模塊

本模塊實現接收遠方一次設備通過光纖傳來的串行數據幀。數據幀格式如圖2所示，1位起始位，8位數據位，1位停止位，1位空閑位，無奇偶校驗位。雙字節數據，高字節先發，低字節后發，通信波特率為2M。一個完整的數據包包含10幀數據，每幀數據11位，總計110位數據，可以一次傳輸4路采樣信號。串行數據接收模塊流程圖如圖3所示。

2.2.2 數據同步模塊

一次設備AD采樣點數是一個周波（50Hz）采200個點，而二次設備利用測量和保護數據進行計算時只需要80采樣點。而且許多二次設備需要的采樣信號來自不同設備、不同間隔的電流和電壓信息，如圖5所示，因此，必須使不同協議規則的電流和電壓信息同步到統一的時間間隔上。

本系統利用差值同步法，將不同間隔的數據同步到同一間隔上，差值同步法計算公式如圖6所示。本模塊的目的就是找到同步點的左右時標和左右通道數據，然后帶入公式計算得到同步點的差值數據。

3 實驗結果與分析

將以上兩個關鍵模塊設計好后，在頂層將這些模塊聯合起來，就組成了數據采集合并系統總模塊，如圖6所示。經過編譯，可以看到總模塊共消耗3240個邏輯單元和48個M9K程序存儲模塊。一個數據采集合并系統模塊可以并行處理4路采樣數據，而整個系統最多有12路采樣數據，需要用到3個這樣的模塊，芯片硬件資源消耗不到25%，芯片的資源完全滿足系統的要求。

我們得到了總模塊的時序仿真圖如圖7所示。從時序圖中可以看出，遠方一次設備每隔100us采樣一次，一個完整的數據包總計110位數據，按照2M波特率計算，需要55us時間來傳送，剩余45us為空閑時間。利用FPGA并行工作的特點，可以同時對12路數據進行差值同步，從而保證了在45us的時間內完成數據的同步和交互的任務，滿足了系統實時性和高可靠性的要求。

4 總結

本文設計了一個基于FPGA的高速數據采集同步系統，用FPGA作為核心處理器，實現了數據接收、數據同步和數據通信的三大功能，仿真實驗表明：基于FPGA的多路數據采集合并系統方法可行，可以滿足合并單元多任務、大流量、高可靠性的需求。此外，系統硬件簡單，通用性好，成本低廉，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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作者簡介

魏欣（1981-），男，江蘇省揚州市人。碩士學位。工程師?，F為南京信息職業技術學院講師。主主要研究方向為嵌入式系統、信號處理。

孫（1982-），女，江蘇省泰州市人。碩士學位。工程師。現為南京信息職業技術學院講師。主要研究方向為通信傳輸技術、信號處理。