动态采集范文（精选9篇）
动态采集 第1篇
脉搏信号蕴含了丰富的人体生理病理信息,且用光电脉搏传感器信号检测方便[7]。本文以TMS320VC5509DSP为核心,研制包括脉搏信号采集电路在内的动态脉搏信号实时检测与分析系统。针对动态脉搏信号的特点,设计了整系数陷波和低通滤波器,提出了包络滤波法。然后,通过优化编程方法,在DSP处理器上实现动态脉搏信号的实时滤波,对滤波后的信号进行时域和频域分析,计算脉搏信号的脉率、波形高度,并对脉搏信号进行FFT变换,实现光电脉搏信号的实时检测和简单处理。
1 整系数滤波器的设计
脉搏信号是随着心脏的搏动而产生的,一般比较微弱,特别是在不影响人体正常活动的条件下,采集的信号有许多来自外界的干扰。这些干扰主要有受呼吸和皮肤接触滑动影响产生的基线漂移,人体电位变化产生的肌电干扰,50 Hz交流电及其多次谐波引起的工频干扰等[8]。这些干扰会使得脉搏采集系统的信噪比下降,甚至会淹没有用的脉搏信号,仅靠信号采集系统硬件设计上的措施并不能完全消除这些干扰。因此,采取有效的手段消除或减少基线漂移、肌电干扰和工频干扰,是识别和处理脉搏信号的前提,在脉搏检测仪器中尤为重要。如文献[9]-[13],采用的IIR和FIR数字滤波等方法可以获得相当好的滤波效果,但这些滤波器系数一般为非整数,在实际应用中,特别是实时信号处理场合,对信号的实时滤波速度有很大的影响。本文针对脉搏信号的特征,设计了整系数陷波、低通滤波器,并结合包络法滤除动态脉搏信号中的干扰信号。
1.1 陷波器的设计
为了去除脉搏信号中的工频干扰,需要设计50Hz的陷波器,同时为保证滤波前后信号不失真和便于DSP系统的实时滤波,该滤波器还有严格的线性相位且滤波计算量不宜太大的要求。因此,采用两个具有相同传输延迟的线性相位滤波器相减得到陷波滤波,即从一个全通网络中减去一个带通网络。带通网络可以用一个整系数的梳状滤波器实现,全通网络只具有延迟作用,起到抵消梳状带通网络带来的相位延迟作用[14]。系统的采样频率为400 Hz,则50陷波滤波器的传递函数和频率响应分别为:
式(1)中第一项为全通网络,后一项为梳状带通滤波网络;l、k为正整数,决定陷波器的阻带宽度和通带波纹。通过实验,选取l=12,k=2,则式(1)变为:
显然,式(3)前后两项的纯延时为96。由MATLAB仿真可得陷波滤波器的幅频特性曲线如图1(a)所示。由式(1)可求得该陷波滤波器的输出方程为:
其中
1.2 低通滤波器的设计
由于经过陷波滤波器处理以后,脉搏信号中仍然存在较为严重肌电干扰,且其频率范围广泛,不能从原始信号中根本的消除,只能通过低通滤波器减少其对脉搏信号的干扰。为此,采用零极点对消法设计简单的整系数低通滤波器。该滤波器的传递函数及频率响应如下:
由式(7)可以看出,此低通滤波器有M个零点和极点。其中,M个零点均匀的分布在单位圆上,在z=1处有一个极点,用来抵消第一个零点,其他的极点都集中在原点处,因而具有低通特性。整个单位圆圆周角取值范围是0-2p,实际采样频率为fs,其对应的圆周频率为0~2 pfs。为了使得低通截止频率相对较小,假设幅频特性曲线第一次降为零的频率为2pf(0)/fs,所有零点的个数为M=fs/f(0)。由于DSP系统采样频率为400 Hz,且必须保证M为整数,取f(0)=66.67 Hz,得到M=6,则传递函数为:
由MATLAB仿真可得低通滤波器的幅频特性曲线如图1(b)所示。其第一次降为零点时的截至频率为66.7 Hz,在通带范围内,滤波器具有线性相位,满足滤波要求。由式(9)可求得该低通滤波器的输出差分方程为:
1.3 包络法去基线漂移
基线漂移属超低频信号,可以通过高通滤波器从原始的脉搏信号中消除。但在高频滤波过程中,或多或少会使脉搏信号中的有效成份丢失。为此,提出一种新颖的滤波方法—包络法,去除脉搏信号中的基线漂移。
如图2所示,上、下两包络线是脉搏信号的峰值和谷值经过多项式曲线拟合法拟合的曲线,中线为峰值和谷值包络曲线的均值曲线,可以近似反映脉搏信号的基线漂移。用原始的脉搏信号减去均值曲线,即可去除脉搏信号中的基线漂移。
图2所示的脉搏包络曲线是在PC机上仿真得到,在检测出脉搏信号的峰值和谷值之后,需要用多项式曲线拟合法拟合出脉搏信号的峰值和谷值包络。但由于DSP系统运行速度的限制,很难用多项式曲线拟合法实时地拟合出脉搏信号的包络曲线。我们用相邻两峰值(谷值)之间的连线近似的代替拟合曲线,作为脉搏信号的包络曲线,这样极大地降低了算法的计算量,可以在DSP系统内两采样点之间实时地实现包络曲线的估算和基线漂移的去除。
2 脉搏信号的时域和频域分析
2.1 脉搏信号的时域分析
时域分析主要是指在时域提取和分析脉搏特征,如幅值特征、时间特征等。本文主要分析脉搏信号的波高和脉率。
2.1.1 波高检测
波高是指脉搏波波峰和相邻波谷幅度的差值,要计算波高,首先要检测脉搏波波峰和波谷。因为DSP系统内设置的数据缓冲区宽度为1024点,只能存储1024点的脉搏数据,我们只需要在这1024点数据中求出脉搏波的波峰(波谷)即可。由于脉搏波波峰(波谷)为其邻域内最大值(最小值),同时为了避免潮波和重搏波的影响,通过对大量脉搏波进行反复分析,可以得到此邻域的最佳宽度为100点。于是,在数据缓冲区内,取100点宽度为一个固定窗,设为W[j],然后将此窗固定在数据缓冲区内,让数据流过此窗,求出此窗内数据的最大值(最小值),再根据脉搏信号波峰(波谷)判决条件判断此最大值(最小值)是否为波峰(波谷)。设脉搏信号数据序列为X[i],其中i∈[0,1024],由上面分析可得到在波峰邻域内波峰X[ip]的判决条件为:
式中max{W[j]}为固定窗内数据最大值,ip为波峰位置。由于最大值邻域宽度的限制,ip的取值不能小于50,不能大于1153,由此决定j的取值上限和下限。j的取值决定着固定窗在数据缓冲区内的位置,一旦j值取定,就可以在数据缓冲区内确定一个长度为100点的固定窗。而k的取值就是为了限制j的取值,使其满足要求,k可以为其定义域内的任意整数。与波峰判决条件类似,可得波谷X[il]的判决条件为:
由上面方法求得的相邻波峰与波谷幅度差便可获得波形高度,即一个周期的波形高度是由此周期内的波峰幅值减去其前面最邻近的波谷幅值。
2.1.2 脉率计算
脉率是指每分钟脉搏的次数,正常情况下与心率一致,健康成年人在安静状态下脉率为每分钟60-100次。且脉率受诸如年龄、性别、体型等因素的影响,在一定的范围内波动。而脉率的不同,其对应的脉象也不同,反映着人体不同的生理和病理特征,故在临床诊断中有必要对脉率进行实时检测。
检测脉率的思路为:先检测相邻两个脉搏波的波峰(波谷)值;然后求出两个脉搏波峰(波谷)之间的数据点数(设为n);由采样率求出这n点所对应的时间,即为脉搏信号的周期(设为T);最后用60/T便可计算出实时脉率(设为N次/分)。具体检测脉率的算法如下:
1)脉搏信号峰值检测并确定峰值位置。用式(11-1)(式(11-2))检测出两个连续周期波峰(波谷)及其位置,并求出波峰(波谷)之间的点数n。
2)确定脉搏信号的周期T,计算脉率值。采样频率fs=400 Hz,则采样周期为1/fs,故脉搏信号的周期为T=n/fs。根据定义,可求得脉率N=60/T=(60×fs)/n。
2.2 脉搏信号的频域分析
虽然用时域法研究脉搏信息比较简单直观,但用其在做脉象和脉势等方面研究已经不能完全满足要求,有一定的局限性。脉搏信号有着自身独特的频域特征,这些频域特征蕴含着丰富的脉搏信息,求出脉搏信号的幅度谱十分必要。对信号进行离散傅里叶变换(DFT),其基本变换公式为:
其中N为2的幂为输入信号序列,X(k)为DFT变换以后的输出序列。由式(12)可以看出整个DFT运算总共需要4N2次实数乘法和2N(2N-1)次加法,当N很大时,运算量是十分大的。于是本设计采用DIT-FFT的蝶形运算简化算法,简化后的变换公式为:
式(13)中,每项求和分别是原始序列的N/2个偶数点和N/2个奇数点的DFT。相比DFT,计算量极大的减少。可应用式(13)对DSP系统数据缓冲区内的128点脉搏数据进行FFT变换,求出其频谱图。
3 基于DSP的动态脉搏信号采集与处理
为了实时采集和处理动态脉搏信号,以TI公司生产的TMS320VC5509 DSP芯片为核心,设计了动态脉搏信号的实时检测系统,如图3所示。此系统主要由三个模块组成:1)光电脉搏传感器;2)脉搏信号调理电路;3)DSP实时检测与处理系统。光电脉搏传感器采集人体的生理脉搏信号,经信号调理电路,被送入DSP系统进一步做信号滤波、时域和频域分析及结果显示,实现脉搏信号的实时检测和分析。
3.1 光电脉搏传感器及脉搏信号的调理电路
光电脉搏传感器主要完成生理脉搏信号向电信号的转换。传感器内置一个近红光(940 nm)发光二极管,用来提供光源;一个光敏二极管,用来感知光信号。由于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化,光敏二极管可将变化的光信号转化为变化的电流信号,实现将指尖脉搏的波动转化为电流信号输出。
脉搏信号的调理电路实现动态脉搏信号的初步调理,先通过I/V转换电路,将光电脉搏传感器拾取的电流信号转换为电压信号;然后,通过一个截止频率为0.16 Hz二阶高通模拟滤波器,去除基线漂移;再由一个截止频率为80 Hz的二阶低通模拟滤波器滤波,降低肌电干扰。在滤波的同时,通过两级放大器,将微弱的脉搏信号放大500倍,转换为可供DSP内ADC转换器采样的电压信号。
3.2 DSP实时检测与处理系统
脉搏动态信号的检测与处理系统其核心为T M S 3 2 0 V C 5 5 0 9 D S P处理芯片,具有高处理速度(400MIPS)的定点内核DSP芯片。自带RAM(128 K×16bit),片上FLASH(4 M×16 bit),2路10bit A/D转换器,最大采样率为12.5 KHz,采集电压范围-3V-+3V。该系统主要完成脉搏信号的AD转换、整系数滤波、波高和脉率计算、频谱计算,日期、时钟和脉率显示,并对脉率进行监控。当脉率异常时,声光报警。
系统程序流程图如图4所示。设计思路为:采用DSP处理器自带的定时器通过定时中断的方式控制AD转换器采集数据,每采集一个数据,就在定时中断子程序内完成一次数据处理。图4(a)为程序主流程图,主程序主要完成系统初始化、计算脉搏信号的频谱、显示数据处理结果。图4(b)为AD转换定时中断子程序流程图。本设计采取定时中断方式控制AD转换,采样率为400 Hz。每次定时结束,定时器0便会向系统申请中断,系统响应中断以后,开始运行中断子程序。中断子程序主要完成工作为:首先启动AD转换器开始转换数据,读取并存储数据;然后对数据缓冲区的脉搏数据进行陷波、低通和包络滤波,检测脉搏信号的峰值和谷值,计算波高和脉率,并判断脉率是否异常,若脉率异常,发出声光报警;最后返回主程序。
3.2 滤波算法在DSP上的编程简化
在实际应用中,影响系统程序运行速度除硬件设备的因素外,另一主要的因素就是算法内乘法的运算次数。虽然DSP处理器自带硬件乘法器,但是采取有效的措施简化程序,减少运算过程中乘法次数和循环次数,对于实现信号的实时处理和充分利用DSP内部的硬件资源,有十分重要的意义。
如图4(b)所示,在AD转换的子流程图中,要在两个采样点之间绝对实时地实现信号的陷波滤波、低通滤波、波高计算和脉率计算等,计算量非常大。为了解决这个问题,我们对编程方法作如下改进:
1)将乘法和除法运算改为移位运算。如式(6)所示,运算中的乘法全为×2运算,可优化为左移运算。
2)采用单点滤波。在DSP处理系统中,每采集一个数据点,就要对数据缓冲区内的所有数据进行移位,进行数据的更新,然后再对数据进行滤波。若采用全数据滤波,由式(3)和式(9)可知,每次滤波都需要对系统的群时延(206个数据点)进行初始化。为了解决这个问题,每次在滤波结束时都要保留206个数据,用来进行下次滤波的初始化,于是每次参与滤波的数据为1024+206=1230个。这不仅增加了乘法和循环的次数,而且还占用了多余的存储空间。若采用单点滤波,即每采集一个数据点,只对此数据点进行滤波运算,如此所有的滤波过程只需要初始化群时延一次,同时降低了计算量和存储空间的占有量。
4结果
图5(b)为经过陷波和低通滤波以后的脉搏信号图,对比图5(a)原始脉搏信号可以看出,经过陷波器和低通滤波器后,脉搏信号中的高频干扰得到了有效的抑制。图5(c)为经包络滤波后的脉搏信号,其幅值由400 m V~750 m V降为-158 m V~158 m V,基线漂移得到了有效地去除。经过滤波处理后的脉搏信号,基本上能满足实时信号处理要求。图6为将脉搏信号进行FFT变换后的脉搏信号频谱图,由图看出脉搏信号的低频和高频干扰得到了有效地抑制,方便脉搏信号的频域特征分析。
5 结论
系统运行结果表明,所设计的整系数滤波和包络滤波算法在保存原始有用信息的前提下,有效地抑制了动态脉搏信号的噪声干扰。在此基础上,分别从时域和频域对所采集的脉搏信号进行了实时处理,计算出了脉搏信号的波形高度和脉率,以及FFT变换求得其频谱图。通过特征分析,实时显示人体状态和参数,并可实现异常状态报警。该系统在健康监护领域具有较强的实用性和应用前景。
动态采集 第2篇
一、工作内容
（一）扶贫对象动态调整和标注
标注贫困户脱贫、脱贫户返贫；录入新致贫户；录入和标注贫困户（含脱贫户）、边缘易致贫户自然增加及自然减少的人口。
（二）扶贫对象信息采集、更新和录入
采集贫困村、贫困户（人口）、边缘易致贫户（人口）的基础信息。主要针对发生变化的信息，如贫困人口在校生状况、贫困户收入情况等，在全国扶贫开发信息系统（以下简称信息系统）中对变化的信息进行更新。
（三）脱贫不稳定户和边缘易致贫户识别录入和标注工作
对新发生的脱贫不稳定户和边缘易致贫户进行识别，采集致贫（返贫）风险以及边缘易致贫户基础信息，并在信息系统中进行录入和标注（见附件4、5）。
（四）贫困户帮扶措施核查核准工作
采集并录入贫困户享受帮扶的信息；对贫困户帮扶措施进行核查核准。
（五）脱贫不稳定户和边缘易致贫户跟踪监测工作
采集并录入脱贫不稳定户和边缘易致贫户享受帮扶的信息；评估脱贫不稳定户和边缘易致贫户返贫（致贫）风险变化，标注“是否消除返贫（致贫）风险”。
（六）建档立卡问题数据整改工作
针对脱贫成效专项调查、建档立卡数据质量评估等工作中发现的问题数据，进村入户予以核实，并在信息系统中修改完善。
二、进度安排
（一）动员部署培训
9月30日前，开展动员部署，组织开展乡村两级的培训。
（二）动态调整和信息采集
10月1日至11月4日，各乡（镇、场）进村入户开展相关工作，履行贫困户脱贫退出、新识别和返贫纳入的各项程序；完成扶贫对象各类信息采集和更新工作；完成边缘易致贫户和新致贫户的信息采集工作。
（三）数据录入和系统操作
11月5日至11月20日，信息数据录入；11月21日至11月30日，数据初步审核校验工作。
（四）数据分析和问题梳理
12月1日至10日，开展数据分析。县乡同时开展数据分析，查找梳理数据质量及退出质量不高、返贫不实、边缘易致贫户识别不精准等问题。并汇总上级下发问题清单和本级自查问题清单，形成本地问题总清单。
（五）问题数据核查
12月11日至20日，各工作站根据问题总清单，组织开展实地核查工作，对查实问题进行线下整改，做好纸质档案修正和有关程序调整。
（六）完善系统数据
12月21日至31日，省扶贫办将申请开放信息系统相关功能。各乡（镇、场）要根据问题核查整改情况，在系统中对数据进行调整和完善。12月31日24时国扶办信息中心将统一关闭信息系统。
（七）工作总结
2021年1月1日至10日，对2020扶贫对象动态管理工作进行总结，并上报总结报告。
三、有关事项
（一）关于农户收入计算周期
农户家庭收入计算周期为2019年10月1日至2020年9月30日。
（二）关于贫困户脱贫校验功能
在信息系统中对“贫困户脱贫”操作设置了限制条件，凡信息系统中“两不愁三保障”未解决的贫困户，均无法进行“脱贫”操作。
（三）关于使用手机APP开展信息核实工作
为减轻基层负担，提高工作效率，各乡（镇、场）要充分利用信息系统手机APP的相关功能开展信息核实等工作。
四、工作要求
（一）提高政治站位，强化组织领导。
建档立卡动态管理信息是全面反映我县脱贫攻坚成效的重要载体，是贫困户脱贫质量的直接体现。今年是脱贫攻坚收官之年，扶贫对象动态管理和信息采集工作增加了新的工作内容，任务更重，各乡（镇、场）务必高度重视。一把手要亲自抓，切实履行好第一责任，涉及到的行业部门，数据要共同分析，重要问题要提请县扶贫开发领导小组及时研究。（二）强化工作督导，严把数据质量关。
各乡（镇、场）要坚持实事求是的原则，按照标准程序，对扶贫对象做到“应退尽退、应纳尽纳”，对监测对象做到“及时发现、及时帮扶”；杜绝虚假脱贫、数字脱贫，防止形式主义、官僚主义；要采取有效措施，紧盯脱贫成效专项调查和建档立卡数据质量评估中发现的问题数据，持续开展数据清洗，不断提高建档立卡数据的准确性、完整性和真实性；准确界定收入性质，确保真实反映贫困户的生产生活状况。特别是对生产经营性收入，要按照指标解释，对自主创业、经营小卖部、组建合作社抱团发展等经营收入要归类为生产经营性收入，确保“账账相符、账实相符”。要克服新冠肺炎疫情影响，创新工作方式，有序推进相关工作。县扶贫办将组织工作人员开展扶贫对象动态管理工作实地督查指导。（三）强化统筹协调，压茬推进信息采集录入。
各乡（镇、场）要做好工作统筹，把工作安排好，把业务骨干培训好，把握重要环节和关键时间节点，压茬推进不同阶段工作，确保在规定时间内完成各项工作任务。防止工作翻烧饼和频繁返工，防止重复进村入户和填表报数，防止增添不必要的负担。各乡（镇、场）要统一通过全国扶贫开发信息系统打印贫困户、边缘易致贫户基础信息对照表，统一通过全国扶贫开发信息系统开展扶贫对象动态管理和数据录入的系统操作工作。动态采集 第3篇
关键词：微博；聚类；负载均衡；一致HASH算法
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A文章编号：1007-9599(2012)03-0000-02
Application of Clustering-based Dynamic Load Balancing in the Data Collection
Liu Dezhi
(Faculty of Computer,Guangdong University of Technology,Guangzhou510006,China)
Abstract:To build social networks based on microblog,we need to provide large microblogging data source,however how to efficient access to the microblogging information is to build social networks of the major challenges facing.this paper presents dynamic load balancing method of data collection based on clustering,combined with clustering and dynamic load balancing is a new attempt,the tests show that it can meet the demand for microblogging data collection.
Keywords:Microblog;Clustering;Load balance;Consistency HASH algorithm
一、引言
随着web2.0技术的快速发展，微博的出现,使人们进入了网络全民媒体的生活方式[1]。面对大规模规模的数据，如何将任务均衡的分布在每台爬虫机上，是一个具有挑战性的问题。本文提出基于聚类的动态负载均衡的方法，将负载率过高的处理机进行任务转移，达到动态负载均衡的目的。
二、动态负载均衡模型
采集系统的逻辑架构结构如图1所示，任务管理节点将任务分配到任务数据节点上，然后由管理节点将任务结果的相关信息通知客户端，客户端再从相应的任务节点中提取结果。
图1 系统结构图
（一）处理机聚类
将处理机的权重定义为一组向量，公式如下：
其中：L(C)_M为CPU利用率的阀值，L(M) _M为内存利用率的阀值，L(D) _M为磁盘I/O量的阀值，L(P) _M为运行态进程数量的阀值。
根据权值向量，将具有同类性能的处理机划分为同一个类别。结合本系统的特点，采用启发式聚类算法比较适合。
（二）动态反馈调整
处理机的负载率R(i)定义如下：
其中L(Ci)、L(Mi)、L(Di)、L(Pi)分别为处理机i当前CPU的利用率，内存的利用率，磁盘I/O量，运行态进程数量。
在该系统中采用一种局部优先的原则，即优先对类的内部处理机进行动态负载调整。
三、算法描述
（一）聚类算法
处理机聚类采用经典的k-means[5]算法，分成K个类别，并将类别信息保存在任务管理节点上。为了方便算法描述，进行如下定义：
定义 1（处理机之间的距离）设处理机中集合中的Pi和Pj的权重分别为W(pi)和W(pj)，则Pi和Pj的距离为
定义 2（处理机到类的距离）设处理机类为C，聚类的中心点为Pi，Pi∈C则设备Pj到类C的距离等于Pj到Pi的距离。
得到类别集合后，将任务按照W(Cj)的比例分配到各个类别中，类内部采用一致hash布局机制。
（二）负载调整
对于每个类Dm的处理机而言，每隔时间t动态获取负载信息，设H为负载率最高的处理机，L为负载率最低的处理机。设处理节点的虚拟机节点为VP1 ,… ,VPm，RAVG 为类中处理机所有虚节点的平均负载率。具体的伪代码如下：
(1) while(RH - RL ≥R_in)
(2) Sort(VH,VL);//将虚节点按照负载率的大小进行降序排序
(3) ΔNUM=min{(RAVG –Rz), (RH –RAVG)};//需要转移的数量
(4) Δnum=0;
(5) while((Δnum<ΔNUM)&& RH > RL)
(6)int_Transmit(VHi , VLj);//类内部负载转移
(7) i++，j--;
(8) Δnum+= VHi ;
(9)R_update(H,L);//将H和L的负载率更新
(10) end while
(11) R_update(Dm);//将Dm类中的负载率更新
(12)if(RAVG≥R_out)then//启动类间负载转移算法。
(13)out_Transmit(H);// 类间负载转移。
(14)endif
(15)getR _MAX_MIN(D,H,L);//更新H、L
(16)end while
该算法采用由内向外的负载调整策略，在内部通过反复执行int_Transmit(VHi , VLj)函数同时更新H和L，将负载率之差缩小在R_in的范围内。如果Dm中负载率的平均值超过R_out，将执行out_Transmit(H)函数，将警告信号发送给任务管理节点，H的负载转移去向由ManageNode决定，通过类间负载转移后，可以使得(RH - RL)的值维持在R_in内。
（三）类内任务迁移
当增加处理机时，首先与每个类D的中心点C进行距离比较，找到最近距离的类别，找到类别之后，采用一致hash原则。删除旧的处理机比较简单，不在描述。
四、实验与结果分析
利用20台Dell R510服务器虚拟出100台不同性能的处理机。在开始进行实验时需要设置参数，配置参数如表1所示。
表1配置参数
从实验的结果来看，没有出现那台处理机的负载率过高或者过低。然而该模型的稳定性比较依赖初始参数值，由对比图2可以看出，反馈时间间隔和聚类个数k的大小对系统的负载性能都会比较大的影响。
图2不同参数的负载性能对比测试
五、结束语
本文提出一种大规模的面向微博数据的采集模型，结合传统的一致hash数据布局机制，引进k-means聚类算法，并同时对所有处理节点进行动态负载调整，从实验结果数据来看，能达到实时负载平衡。但该模型仍然存在一定的缺陷，聚类个数K以及反馈时间间隔的设定，对系统负载平衡效果有比较大的影响，如何寻找最佳的参数值是下一步研究的重点。
参考文献：
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[作者简介]
刘德志（1988-），男（汉族），湖南省衡阳市人，在读硕士研究生，主要研究方向为网络监控与智能决策
公交动态信息采集及预处理分析 第4篇
关键词：动态,定位,采集,预处理
随着城市经济的发展, 城市交通问题日趋严重。大力发展城市公共交通则是解决城市车辆拥堵、空气污染、居民出行难的一个有效途径, 快速大量运用公共汽车为主体的常规公共交通是智能交通系统中发展城市公共交通的重点[1]。但是目前公共汽车的硬件设施不完善, 信息服务水平较低, 例如信息服务系统中的可变信息标志、交通调频广播和车载导航装置等多种信息发布方式都可以提供行车和路况信息, 但这些信息主要是用于引导驾驶员的出行;出行者不仅获得交通信息的途径少, 而且信息严重不足, 尤其缺少公交动态信息, 主要包括公交车辆实时位置信息、速度信息、每辆车到达各站点的时间、每辆车离开各站点的时间、站间运行时间、站点滞留时间等数据[2,3]。在这些数据中, 公交车辆实时位置为主导信息, 其他的信息可以通过位置信息和时间信息处理而得。事实上, 公交实时动态信息对市民大众出行有更实际的作用, 对一个城市的交通效率、交通调度有着更直接的用途, 也将对城市交通产生更深远的影响。因此, 如何精确而可靠地确定公交车辆的位置, 如何快速、准确、及时、高效地获取和处理相关信息是关键问题。
1 公交车载定位数据采集通信器设计
公交车载定位数据采集通信器 (以下简称车载定位器) 是本研究自行设计的一种车载设备, 用于及时获取当前公交车辆的地理位置信息, 并将该信息及时发送到公交信息中心。车载定位器是安装在车上的设备, 能实现GPS卫星定位信息接收以及与公交信息中心通信的功能[4]。从硬件构成而言, 车载定位器由GPS接收天线、GPS接收机、微程序控制器 (MCU) 、GPRS MODEM等重要部分组成, 如图1所示。
GPS接收机接收GPS卫星发来的原始导航电文, 将本车辆的运动状态, 如:经度、纬度、时间、速度、航向等数据, 送给微处理器处理并储存, 以便随时向信息中心提供定位信息;微程序控制器则是控制和协调GPS和GPRS MODEM之间的工作;GPRS MODEM作为车载定位器的重要组成部分, 是公交车与信息中心的无线桥梁, 将GPS接收机收到的公交车辆的定位信息准确的传送给信息中心。
1.1GPS接收机
GPS接收机采用的是台湾生产的SDT11 GPS, 具有16路卫星接收通道, 接收灵敏度达-158 dBm, 精度误差2.5 m, 提供USB和UART各一个, 通讯波特率为9.6 kb/s。通过天线接收GPS卫星信号, 并进行相应处理产生定位信息, 再通过端口 (UART) 输出。GPS通讯协议较多, 应用最为广泛的为NMEA—0183协议[5]。在此协议中包括了“$GPGGA”、“$GPGLL”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和“$GPRMC”等格式。本系统主要提取的是地理坐标和时间, 即纬度、经度、方向和UTC日期、时间, 只需选取最简格式“$GPRMC”就可以得到所需要的数据。
在GPS接收机接收数据之前, 必须先进行初始化过程, 先由微程序控制器通过串口向GPS模块不停的发送设置命令, 实现控制GPS发送数据模式的配置。具体步骤:① GPS模块在上电的环境下, 出现发送过来的默认的数据;② 在不掉电的状态下和MCU进行通信, 配置所需的模式。
1.2微程序控制器 (MCU)
在车载定位器中, 要实现定位信息的提取和显示, 首先要实现定位信息的传输, 即通过相应的接口实现GPS接收机与GPRS MODEM之间的通信。微程序控制器作为中心单元主要是用来协调控制的, 对收发的数据做简单的处理。微程序控制器采用ATMEL AVR MEGA162, 该MCU为双串口, 16 k字节系统内可编程FLASH, 512字节EEPROM等[6]。MCU工作流程为:①上电复位, 初始化各输入输出端口、定时器、串口等;②初始化GPS, 输出数据仅保留RMC;③初始化GPRS, 设置服务器IP地址、端口;④MCU循环读出来自GPS的数据, 通过GPRS发送至服务器。
1.3GPRS MODEM
系统利用GPRS MODEM建立公交车辆与信息中心之间的通信。采用PIML-900/1800模块, 是由CENTEL推出的GSM/DCS双频模块, 带GPRS功能, 主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口[7]。PIML-900/1800集成了完整的射频电路和GSM的基带处理电路及充电电路 (不包括过充、过放电路) , 适合于开发一些GSM/GPRS无线应用产品, 如移动电话、PDA、USB无线MODEM、无线数据传输业务, 无线商务电话、监控、调度、车载、遥控、远程测量、定位和导航等系统和产品, 应用范围十分广泛。PIML-900/1800模块为用户提供了功能完备的系统接口, 用户只需投入少量的研发费用, 在较短的研发周期内, 就可集成自己的应用系统。本系统采用的是模块提供的标准的RS-232串口, 通过串口使用AT指令对模块操作。操作指令如下:
1) 向串口发送GPRS初始化AT指令
“AT+CSTTr”, 启动任务
“AT+CIPCSGP=1, ”CMNET“r”,
“AT+CIICRr” 激活移动场景
2) 向串口发送UDP的AT指令
“AT+CIPSTART=”UDP“, IP, PORTr”, 建立到服务器的UDP连接
“AT+CIPSENDr” 开始输入想要发送的数据
想要发送的数据 (GPS数据) ….
<ctrl+z> 开始发送
本系统应用单片机的C语言编写程序, 由MCU通过串口向GPS、GPRS发送配置命令, 设置各个模块的执行命令, 主要涉及到以下程序, 各子程序实现的功能如表1所示。
2 公交实时定位数据的预处理
网络传输中常见的协议有TCP协议、UDP协议、IP协议等[8]。其中, UDP协议又称为用户数据报协议, 是传输层中的一个重要协议, 可以将公交车辆实时位置数据流量压缩成数据报的形式进行传输。一个典型的数据报就是一个二进制的传输单位, 每一个数据报的前8个字节用来包含报头信息, 剩余的字节则用来包含具体的数据传输, 网络开销小, 实时性较高。TCP传输协议的可靠性较高, 但是网络开销大。考虑车载定位器与公交信息中心之间的通信具有数据量小、实时性要求高以及终端数量较多的特点, 本系统采用UDP协议来传输定位数据, 并利用VB6.0语言和Winsock控件就可以轻易地进行网络连接并实现通信。
工作过程如下:GPRS通信模块中装入可连接互联网络的SIM卡, 微程序控制器通过串口向GPRS通信模块发送AT指令, 应用UDP协议将车载定位器中GPS接收机采集到的公交车辆的定位数据发送到GPRS网络, 输送到Internet, 公交信息中心利用Winsock控件实现连接。首先将Winsock控件的Protocol属性设置为UDPProtocol, 利用Winsock控件的RemoteHost属性设置要连接的计算机名称或IP地址, 然后采用Bind方法指定用于连接本地计算机的端口, 端口号可以自己设定;应用Winsock控件的DataArrival事件接收车载定位器传输过来的数据信息, 为一连串的RMC数据协议, 例如:
$GPRMC, 113 859.00, A, 2 605.431 45, N, 11 914.043 67, E, 0.023, 170.36, 201 208, , , A*61,
此列为安装有车载定位器的公交车辆发送到公交信息中心的数据, 各数据段通过逗号分开, 系统根据数据的格式提取所需的参数。其中:$GPRMC为帧头, 标识后续帧内数据组成结构;113859.00为UTC标准时间, 格式为“hhmmss.sss”, 若化为北京时间, 须在UTC标准时间参数中的小时加上8, 即19:38:59;A表示数据有效, 如为V则表示数据无效;2 605.4314 5为纬度值, 格式为“ddmm.mmmm”, 度分格式 (前导位数不足则补0) ;N表示北纬, 如为S则表示南纬;11 914.043 67为经度值, 格式为“dddmm.mmmm”, 度分格式 (前导位数不足则补0) ;E表示东经, 如为W则表示西经;0.023表示速度, 单位为m/h;170.36表示方位角, 从000.00°～359.99°;201 208为UTC标准日期, 格式为“ddmmyy”, 即2008年12月20日。公交车载定位器每1 s定位一次, 系统都自动提取定位参数, 并将其连接到指定的数据库, 存储定位数据。
3 结束语
系统应用GPS接收机、GPRS MODEM、微程序控制器等硬件设计了公交车载定位器, 实现了公交车辆的实时定位及无线传输, 并利用VB程序语言实现了动态信息的接收、提取、存储功能, 最终得到公交车辆所在的经度、纬度, 车辆行驶日期、时间、速度、方位角。今后可通过与公交途经站点的经纬度相匹配, 以车辆最靠近的站点表示其所在的位置, 利用平均速度预估公交车辆到站时间等信息, 为开发公交动态信息查询系统奠定基础, 为公交乘客快捷地提供公交车辆实时位置信息, 从而达到更合理地安排时间、更准确地选择出行路线提供了前提条件, 为公交智能化的实施提供了一个基础平台。
参考文献
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动态采集 第5篇
随着社会经济的不断发展和人民生活水平的提高,私家车的数量在不断增长,城市交通拥堵现象也随之而来。城市交通拥堵给人们的生活和工作造成了严重的影响,也给交通管理部门的管理带来了极大的不便,如何缓解城市交通压力和避免交通拥堵现象,是迫切需要交通管理部门解决的问题[1]。与增加道路长度、提升道路等级等方案相比,实施交通需求管理降低路网交通需求总量更能有效提升路网的运行效率。路径诱导系统可以为出行者提供路径诱导信息,使出行者轻松地选择出行线路,避免对未知交通状态的焦虑,合理疏导整个交通路网中的交通流,从而减少城市交通拥堵现象,降低出行等待时间,提高出行效率[2]。交通枢纽路段高峰时存在相连多分支道路车辆同时汇聚的情况,容易造成交通拥塞现象,然而拥塞信息是实时变化的,存在高度的非线性和突变性[3]。现有的路径诱导策略,只是针对最短距离进行路径选取,非线性和突变性拥堵信息不能在模型中得到反应,如果多辆车同时汇聚在一条道路上容易造成拥堵现象,就降低了交通路径诱导的效率。在现今快节奏的社会环境中,人们更多地追求短时高效。动态路径诱导系统依据采集的实时路网交通流数据给司机提供出行的最优路径。因此,动态路径诱导系统中路网交通流数据的汇聚与共享是进行实时路径诱导的基础。
由于GPS(Global Positioning System)技术可以监控车辆[4],目前一些研究通过GPS模块来实现路网交通流检测[5],但是GPS模块的成本较高,后期的硬件、软件维护和扩展费用也较高,如果采用GPS技术进行路网交通流检测,则需要路网中每辆车都安装GPS系统,这显然是不切实可行的。而且城市中高层建筑越来越多,会产生盲区影响GPS模块的数据接收,导致路网交通流检测不准确,影响路径导航的正确决策。
城市公交系统具有线路多,分布面积广的特点,而且公交停靠站点一般布设在流动人员较密集区域。多条公交线路在同一主干道有交汇路段,有公共的停靠站点;公交车辆的发车间隔固定,发车频率高,行车轨迹稳定,公交站台点间的距离确定,每辆公交车每天会循环发车。城市中每条公交线路贯通了城市路网中的部分道路,各条公交线路汇聚在一起就几乎遍及了整个城市路网,因而可以采用监控公交车辆到达每个站点的时间来预估城市路网中的交通流。
根据上述对GPS系统的不足之处和公交系统的特点分析,提出基于物联网技术和公交线路进行动态路网交通信息采集,以便为动态路径导航系统提供动态的路网交通信息和降低数据采集成本。
1 物联网技术
1.1 物联网概述
物联网(Internet of Things)是指在计算机互联网的基础上,利用射频识别、传感器、无线数据通信等技术,构造一个基于物-物通信模式(M2M)[6]的短距无线自组织网络,实现物物相连的互联网络。物联网是通过射频识别装置、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,以进行信息交换与通信,从而实现智慧化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络体系[7,8]。物联网可以实现人类社会与物理系统的整合,也可以实现物体与物体互相间的连接和交互。物联网是智慧地球的有机组成部分,是智慧城市建设的核心技术之一。物联网技术可以应用于各行各业中,如电力、医疗、安防、交通、物流、环境、军事、航空和航天等。
1.2 RFID技术
射频识别(Radio Frequency Identification)技术是一种非接触的自动识别技术,它利用无线射频信号通过空间耦合来实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到目标识别和数据交换的目的,具有非接触、读取速度快、无磨损、不受环境干扰、使用寿命长和便于使用等优点。典型的RFID系统由读写器、天线、电子标签三部分组成。以电子标签来标识某个对象,电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换,读写器将主机命令传达到电子标签,再把电子标签返回的数据传达到主机,主机的数据交换与管理系统负责完成电子标签数据的存储、管理和控制[9]。RFID技术可以实时地定位、跟踪和监测任何移动对象,也可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
1.3 无线传感网
无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的静止或移动的廉价微型传感器节点,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络,以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息,并最终把这些信息发送给监控者。传感器网络用来感知客观物理世界,获取物理世界的信息量。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器,可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。
2 基于物联网和公交线路的动态路网交通信息采集系统设计
动态路网交通信息采集系统基于RFID技术实现,在各公交站台安装RFID读写器,每辆公交车粘贴RFID电子标签,通过站台子系统采集运营公交车辆到站时间,利用Zig Bee技术将站台子系统和交通管理中心连接起来,将行驶的公交车辆的实时监控信息传递给交通监控中心,交通管理中心根据公交车辆预计到站时间与实际到站时间的延误情况来估计路网交通流,将路网交通流信息发布到路径诱导系统中心,路径诱导系统中心通过交通流信息制定路径诱导方案,将路径诱导信息发布给相应的车辆司机,实现动态路径诱导功能。动态路网交通信息采集系统的拓扑结构如图1所示。
动态路网交通信息采集系统的操作流程如图2所示。
2.1 基于RFID技术的运营公交车辆信息采集
站台系统基于RFID技术自动采集公交车辆的信息及到站时间,将RFID阅读器安装在各公交站点,RFID标签贴在公交车上,当公交车运行至站点附近时,阅读器读取相应公交车的数据,在文献[10,11]中已对公交车监控数据的采集方法做了详细论述。公交车RFID标签的识别包括寻卡、防冲突机制、选择卡片、密钥验证、对数据块的操作。
(1)寻卡:设定好RFID射频标签的通信协议和通讯波特率,当有标签接近读写器的识别范围时,读写器按设定的协议与标签通讯,判断该标签是否为合法的RFID射频卡,即验证标签的类型。
(2)防冲突机制:当多张标签在读写器识别范围时,防冲突机制将从其中选择一个标签进行扫描,获取被选标签的序列号,未选的标签则处于空闲模式,等待下一次被选中。
(3)选卡:选择被选中的标签的序列号,并同时返回标签的容量代码。
(4)密钥验证:选中要处理的标签之后,确定读写器要访问的扇区号,并进行扇区密码校验,在验证密码之后通过加密流进行通信。
(5)对数据块的操作:读块和写块操作。这里主要是读标签操作。
基于RFID技术采集公交车辆的行驶状况信息,主要包括时间设置与同步和刷卡采集信息。时间设置与同步,可以设置系统时间,并将系统时间同步到站点的处理器系统,以便使系统以正确的状态运行。刷卡采集信息部分负责采集经过站点的公交车辆的相关信息和到站时间,卡中主要存储有卡号、公交车线路号、公交车车牌号。
RFID读写文件包括RFID.c文件、RFID.h头文件、Write_Time_To_RFID(void)函数。其中RFID.c文件包含初始化配置函数void Init(void)、串口发送一个字节函数void Uart_T_Byte(unsigned char T_data)、串口发送命令函数void Uart Send(unsigned char*cp BUFFER)、延时函数void delay(int time)、读写函数Write_Time_To_RFID(void)。
2.2 基于Zig Bee的无线传输模块
采用Zig Bee无线传输模块来实现公交车辆采集数据的无线传输,实现上下位机之间的通信。将公交站台RFID系统作为通信节点,协调器用来收集并转发节点数据,协调器和交通控制中心通过通用异步串口进行数据的通信,各站点的Zig Bee收发器可以发送各公交车的运营信息到交通管理中心进行分析处理,或实时地接收来自交通管理中心的路径诱导策略,从而使站点系统与交通管理中心实现信息交互,交通管理中心能实时掌握每一辆公交车的动态运营信息,为高效的动态路径诱导估算交通流。
在Qt中存在一个第三方的开源通用异步串行接口操作函数库,名为libqextserialport,完成对串口的初始化、处理串口接收到的数据、站点系统使用这个函数来完成与Zig Bee协调器之间的通信。串口初始化程序这里省略,只给出用来处理串口接收到的数据槽函数。
3 结束语
本文论述了动态路网交通信息采集系统的拓扑结构、操作流程,基于RFID技术采集运营公交车辆信息和到站时间,并基于Zig Bee无线传输模块实现站点系统与交通监控中心之间的信息传递。基于物联网和公交线路的动态路网交通流信息采集系统可以降低路网交通流采集成本,减少路网交通流数据容量,而又能准确地反映路网交通流。
参考文献
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动态采集 第6篇
关键词：ZigBee,无线传感器网络,动态数据采集,TinyOS
0 引言
数据采集是获取信息的基本手段,作为信息科学的一个重要分支,数据采集技术是包括了传感器技术、信号处理、数据通信、微型计算机等技术的一门综合应用技术[1]。在实际应用中,很多数据采集系统往往很难实现对动态目标进行实时采集和监控。对动态数据采集系统来说,有着采集范围大、采集点众多、布线空间有限、体积小、自动作业等特点,传统的以总线方式组成网络的采集系统很难满足这种应用要求。
在此探讨的动态数据采集系统由动态数据采集节点组成,以自组织方式构成的无线网络。节点软硬件设计借鉴无线传感器的节点设计思想,采用MSP430系列微处理器芯片和FLASH芯片分别作为处理和存储单元;采用USB转串口芯片FT232BM完成MSP430的BSL下载电路和MSP430与PC的串行通信接口;采用CC2420模块完成了支持802.15.4/ZigBee协议的无线通信模块设计。开发出的硬件平台既可以作为终端采集节点,又可以作为通信网关进行数据的收发。软件系统设计上,移植无线传感器专门的嵌入式操作系统TinyOS到MSP430微处理器,使用nesC语言编写应用程序。系统以温度作为采集变量,建立了一个具有采集温度数据、预处理、打包无线传输功能的动态数据采集系统终端节点的设计。并利用终端节点的PC接口实现网关的功能,完成网关应用程序设计。
1 节点设计
1.1 节点的一般结构
一个典型的无线传感器网络节点设计包括了传感器单元、数据处理单元、无线通信单元和电源管理单元,以及用户接口等一些扩展设计单元,如图1所示。
1.2 节点设计的要求
节点设计主要有3点要求。第一,动态数据采集系统的采集对象往往是目标的温度、湿度、速度等参数,整个系统需要在无人环境下长期正常工作,因此低功耗设计是动态数据采集系统的首要要素;第二,动态数据采集系统处理数率较低、数据传输量少、主要采用无线传输的形式,因此选择无须许可的、合适、低价的通信方式是保证动态数据采集系统正常工作的关键。第三,本系统采集的对象主要是针对飞禽走兽等野生动物,为了实现监控的方便,采集节点还必须要满足体积小、灵活性强等特点。
1.3 节点硬件设计
目前,2种典型的无线传感器网络节点研究平台是mica系列和telos系列节点,它们采用目前应用最广泛的TinyOS嵌入式网络操作系统[2]。
本系统的节点硬件是设计参考telos平台,是telos平台一次再设计过程。系统设计弱化传感器部分的设计,对无线通信模块选用射频模块电路,设计重点在微处理器模块地电路实现上。同时,为了增加动态数据采集系统应用性,添加了PC接口电路,使得本设计可以作为动态终端节点,亦可以作为服务器的网关。在电源管理上,当设计作为网关时选择USB供电,当作为终端可用干电池供电。
(1)通信模块采用TI公司的支持IEEE802.15.4协议的CC2420芯片,250 kb/s的数据收发速率可以使节点更快的完成事件的处理,快速休眠,节省系统能量[3]。
(2)采用TI公司的超低功耗微处理器芯片MSP430[4]。
(3) telos本身就有SHT11温湿度一体化器件,能够作为独立的传感器节点使用。
(4) telos只有1个10脚的接口,可以简化连接传感器板。
(5)使用USB-COM的桥连接,可以直接通过USB接口供电、编程和控制,进一步简化外部接口。
本系统设计的节点硬件原理框图如图2所示,与无线传感器网络节点设计相比,结构上具有一致性,同样具有采集单元、处理和控制单元、无线通信单元和电源管理单元。
节点硬件实现电路如图3所示。
1.4 节点软件
在此节点采用目前应用最广泛的TinyOS嵌入式网络操作系统。TinyOS的程序采用模块化设计,程序核心都很小,一般来说核心代码和数据在400 B左右。TinyOS的组件有4个相互关联的部分:1组命令处理程序句柄、1组事件处理程序句柄、1个经过封装的私有数据帧和一组简单任务。任务、命令和事件处理程序在帧的上下文中执行并切换帧的状态。为了易于实现模块化,每个组件还声明了自己使用的接口及其要用信号通知的事件,这些声明将用于组件的相互连接。如图4所示为一个支持多跳无线通信的组件集合与这些组件之间的关系,上层组件对下层组件发命令,下层组件对上层组件发信号通知事件的发生,最低层的组件直接和硬件打交道。
2 系统软件测试
在软件系统设计上,移植无线传感器专门的嵌入式操作系统TinyOS到MSP430微处理器,使用nesC语言编写应用程序。系统以温度作为采集变量,建立了一个具有采集温度数据、预处理、打包无线传输功能的动态数据采集系统终端节点的设计。
在验证应用程序代码时,因使用热敏电阻调试麻烦,选用精密可调电阻代替热敏电阻,如图5所示,电阻值容易控制和调整,使结果具有更大可观察性。
如上图所示,采集的模拟信号量是电阻R110两端的电压值,为了观察的方便,在测试程序中对数据进行标度变换等初步处理,使得在PC上显示的数据信息直观地表示为R110两端的电压值。由于精密电阻值最大为10 kΩ,R110=10 kΩ。VCC=3.1 V,AD参考电平为2.5 V,使得R110两端电压只能在1.5～2.5 V之间测量,选择的测量范围为1.6～2.4 V。
只要知道当前可调电阻R_adj的电阻值,如下公式所示就可以得到ADC5的电压值:
由于终端设计是采用无线模块发送的,PC必须通过网关才能得到PC显示结果(PC上可以观察范围为1.5～2.5 V)。在终端机上,同样用3个LED来表示电压量的变化,选择参考电平为1.6 V为参考零点,变化时LED显示变化一次。如表1所示,需要注意的是只有测量值在1.6～2.4 V之间LED指示值才正确。
在无线模块数据信息的发送中,设定每隔1 000 ms发送一次。因此每过1 000 ms,串口收发指示灯将指示一次,同时在PC上更新一次数据信息。
PC监听的结果如图6所示。图中“7D 04”之后的4个数字为电压值,例如FF FF 04 7D 04 16 47 01 00中的16 47表示当前R110两端电压值为1.647 V。
为了对比测量结果的正确性,同时用万用表测量R110两端电压值。如表2所示,PC监听值与万用表测量值很接近。
3结语
动态数据采集系统充分借鉴无线传感器网络的设计思想,着重探讨数据采集节点硬件的设计,完成了硬件模块的划分、芯片的选型、软件系统,并实现了ZigBee协议的无线传输,实现的动态数据采集系统具有低功耗、扩展性好、灵活性强、成本低等传统数据采集系统难以达到的特性。
参考文献
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动态采集 第7篇
肾动态显像常用于肾小球滤过率(glomerular filtration rate,GFR)和肾有效血浆容量测定,其中GFR是指单位时间内从肾小球滤过的血浆容量(m L/min), 它是评价肾脏功能的重要指标,可作为病情判断、疗效观察及判断肾移植术后有无并发症的客观指标[1]。 利用肾动态显像测定GFR具有无创、快速、简便且结果可靠的特点,已在临床上得到广泛应用。随着核医学的发展,已有多种显像剂被用来测定GFR,其中99 mTc-DTPA为目前最常用的显像剂。在进行肾动态显像时,会有许多因素影响其最终结果。本研究分析了在有无诊视床板遮挡的2种方案下进行满空针测试时40例患者肾动态显像结果的差异,以探讨该因素对GFR检查结果的影响。
1方法
1.1研究对象
针对2013年于本科室进行99mTc-DTPA肾动态显像肾小球滤过率测定的患者40例,在采集前后进行2种方案的满针、空针测定。其中男28例,女12例,年龄为(56.4±16.04)岁。40例患者中,糖尿病(未发展成糖尿病肾病)、肾功能不全(早期)、仅出现尿蛋白患者24例;肾占位、肾囊肿12例;正常成人肾脏4例。以上肾脏在勾画感兴趣区(region of interest, ROI)后,28例双肾符合正常肾图曲线,12例肾脏为抛物线型肾图曲线。
1.2肾动态显像肾小球滤过率测定
显像仪为荷兰Philips Precedence16Slice SPECT/ CT仪。测量患者身高(cm)和质量(kg),检查前30 min嘱患者饮水300~500 m L,显像前排空膀胱。
99 mTc-DTPA(上海欣科医药有限公司)296 MBq (8 m Ci),放化纯度>95%,体积<1.0 m L。注射前,当采集程序进入待机后,首先进行满针采集,在探头上30 cm(有诊视床板阻挡)、探头上30 cm(无诊视床板阻挡)2种条件下,分别将源置于探头中央采集计数1 min。患者取仰卧位,探头视野包括双肾和膀胱,经一侧肘静脉“弹丸”式注射,同时开始双时相连续动态采集后位图像共计21 min,其中进行肾动脉血流灌注相采集,2 s/帧,连续采集60 s;肾功能相采集, 15 s/帧,连续采集20 min。动态图像采集结束后,按前述方式,以相同顺序采集注射后注射器残留的放射性计数。采集图像时,矩阵为256×256。
1.3图像处理和GFR计算
分别对应2种满针、空针采集方式,应用图像自带软件,输入患者对应年龄、身高、质量,以自动方式勾画(1次)、1位技师手动勾画(5次结果取平均值) 2种方案,对采集结果进行GFR计算。分别记录2种方案的满空针总计数差值(Pre-Post)及对应总GFR。
1.4统计学处理
采用SPSS 19.0统计软件,将2种不同满空针采集的数据分别归于a、b组(a组为有床板30 cm、b组为无床板30 cm)。分别对满空针总计数差值(PrePost)、通过自动勾画的2组GFR测定值以及手动勾画的2组GFR测定值进行配对t检验,P<0.05表示差异有统计学意义。
2结果
自动勾画的2组GFR以及手动勾画的2组GFR测定值均值及标准差结果见表1,配对t检验结果见表2,2种后处理方案下的2组GFR测定值差别均具有统计学意义(t=12.718,P=0.000;t=21.303, P=0.000);满空针总计数差值(Pre-Post)均值及标准差结果见表3,配对t检验结果见表4,2组满空针差值的差别具有统计学意义(t=-47.758,P=0.000)。
注:P1 为方案 1(自动勾画);P2 为方案 2(手动勾画)
本研究中的40例患者,在方案1(自动方式勾画) 中计算出的a组GFR值为(206.530±95.863 9)m L/min, b组GFR值为 (185.265±85.983 0)m L/min,二者差异为(21.265 0±10.575 0)m L/min;方案2(手动勾画) 中计算出的a组GFR值为(79.030±23.406 3)m L/min, b组GFR值为(68.285 ±20.607 9)m L/min,二者差异为(10.745 0±3.190 0)m L/min。从影像后处理的结果可知,无论是完全排除因人为勾画ROI而产生种情况考虑进去,会直接影响到最终的GFR测定值,即没有在床板阻挡下采集的满空针计数所最终计算得出的GFR测定值将会出现假性减低。误差的a组数据,还是常规医疗工作中采用的手动勾画所产生的b组数据,二者最终取得的GFR测定值均有显著差异,并均具有统计学意义,b组数据的数值普遍比a组数据低。
3讨论
1982年,Gates[2]以99 mTc-二亚乙基三胺五乙酸 (99mTc-DTPA)清除率为基础,通过与24 h肌酐清除率的比较,获得了理想回归公式———Gate's公式[3]:
式中:Pre为注射前注射器内的放射性(满针)计数, Post为注射后注射器内的放射性(空针)计数;R为右肾放射性计数,RB为右肾本底放射性计数;L为左肾放射性计数,LB为左肾本底放射性计数;xR为右侧肾脏深度,xL为左侧肾脏深度;μ 为99mTc在软组织中的衰减系数(0.153/cm);e为常数。
从以上Gate′s公式可知,满空针计数差(PrePost)是影响GFR值的重要指标,其结果与总肾摄取率和总GFR成反比,其值越高,GFR值将会越低。本次研究表明,当通过床板阻隔采集计数时,因为有碳纤维床板的阻挡,总计数将会比没有床板阻挡时的结果低,最终,其GFR值将会比后者高。
根据《临床技术操作规范:核医学分册》[4]与《核医学》[5]对肾动态显像的操作步骤要求,在测试注射器的总计数时,需要将注射器放置于注射器测定架,注射器中心点位于探头中央,高度30 cm。步骤中并没有提及诊视床板是否应考虑进计数的采集。然而,患者在行肾动态显像时,常规取仰卧位,因此, 检查结束后产生的影像和计数均是被床板阻挡后的结果。如果在进行采集满针、空针的时候没有将这
4结语
动态采集 第8篇
图1所示电路提供一种高动态范围4通道同步采样系统, 它具有高串扰隔离度和灵活的采样速率, 所需外部器件极少, 能够轻松连接到DSP或FPGA。该电路的4个Σ-Δ型ADCAD7765采用菊花链配置, 因此到数字主机的连接数量被减至最少。AD7765完全集成差分输入/输出放大器和基准电压缓冲器, 所需的外部器件数量得以显著减少。
使用同步采样配置的AD7765可提供以下优点:
·通道间串扰隔离度优于单芯片集成多个24 bit ADC的解决方案;
·在156 kS/s时的动态范围为112 dB;
·支持更多或更少的通道数;
·支持多种SYNC控制 (彼此之间可以存在相移) ;
·双抽取速率 (128和256) 和灵活的采样时钟能够处理宽输入带宽范围。
电路描述
每个AD7765利用公共采样时钟 (MCLK) 、同步信号 (SYNC) 和复位信号 (RESET) 提供时钟, 如图1所示。ADR444提供的4.096 V公共基准电压 (使用图5所示电路) 以星形单点配置施加于每个AD7765 (各ADC内置基准电压缓冲器) 。
上电时给所有器件施加一个RESET脉冲 (脉冲的最短低电平时间为1×MCLK周期) 。RESET上升沿 (使ADC离开复位状态) 施加于各AD7765, 以便与MCLK下降沿同步。然后将一个SYNC脉冲 (最短低电平时间为4×MCLK周期) 施加于所有AD7765器件, 其作用是选通AD7765的数字滤波器 (当它为逻辑低电平时) 。在SYNC回到逻辑高电平后的第一个MCLK下降沿, AD7765的数字滤波器开始在内部处理采样。
SYNC功能起到两个作用: (1) 为各AD7765提供离散的时间点以便开始处理采样。 (2) 确保各器件SDO引脚的数据输出同步 (各ADC的FSO下降沿同步) , 如图2所示。
一旦所有器件同步, 就可以配置所有ADC。菊花链工作模式要求所有ADC使用相同的抽取率 (由引脚18控制) 和功耗模式 (通过写入控制寄存器地址0x0001进行控制) 设置, 从而确保各器件的数据同步输出。
为了写入菊花链中的所有4个器件, 需将一个公共FSI (帧同步输入) 信号施加于所有AD7765。对AD7765的写操作由32 bit组成 (16个地址位、16个寄存器位) 。FSI以帧形式将数据传输到器件。写入所有4个器件时, 菊花链的SDI输入利用单个数据写入指令进行加载, 即当FSI变为低电平时, 32 bit数据写入AD7765 (4) 的SDI (串行数据输入) 。
动态采集 第9篇
1 材料与方法
1.1 一般资料
选择2007年2月至2010年8月, 我院行子宫输卵管造影女性患者200例, 年龄20~42岁, 平均年龄 (22±7.2) 岁;不孕时间平均 (3±0.9) 年。临床表现除不孕症状外, 多少患者有阴道分泌物异常、下腹胀痛、痛经等盆腔炎病史。实验室检查雌激素、孕激素均属正常, 且男方无生育障碍。随机将200例患者分为应用组 (动态采集组) 100例, 对照组 (单幅摄片组) 100例。患者年龄、生育史差异无统计学惫义 (P>0.05) 。
1.2 检查方法
选用东芝PHILIPS数字胃肠机及数字处理系统, 思路高TCI-11注射泵, PACS网及其工作站。造影时间选择在月经干净后3~7 d内进行, 患者取截石位, 双合诊检查子宫位置、大小等情况。用窥阴器, 经子宫颈注入2.0 m L 0.9%氯化钠注射液, 插管前摄片观察盆腔有无钙化灶行。造影过程中泵入碘海醇注射液6~10 m L。应用组:透视下观察子宫输卵管腔显影情况, 对比剂进入伞部时开始采集图像, 应用3幅/秒的动态采集图像, 24 h后再次观察对比剂在盆腔内弥散情况。对照组:透视下观察对比剂进入宫腔及输卵管情况并摄片, 第一张对比剂充盈子宫及输卵管, 第二张在对比剂进入盆腔内小部分时摄片, 24 h后再次摄片观察对比剂在盆腔内弥散情况。术后常规口服抗生素1周, 预防感染。
1.3 统计学方法
应用SPSS16.0软件进行统计分析, 采用χ2检验, 相关分析采用Pearson相关系数, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
应用组和对照组采用不同的图像采集方式, 宫腔及其细微病变两组均可显示。应用组输卵管全程显示良好。应用组明显好于对照组, 差别有统计学意义, 见表1。
3 讨论
不孕症诊断方法是子宫输卵管造影。输卵管结构是细长的软组织管道, 其内侧分别与子宫左右角相连, 外端呈游离。输卵管的形态分为间质部、峡部、壶腹部及伞部, 各段直径大小的不同从而造成对比剂在其内的流速差异很大, 传统的子宫输卵管造影通常是在透视下摄片, 对摄取输卵管显示的最佳瞬间难以把握, 因此可能需要进行多次摄片, 但有时效果仍不能满足要求。本研究发现, 应用组输卵管全程充盈及细微病变的显示优于对照组 (P<0.05) ;子宫腔的充盈及其细微病变显示状况差异无统计学意义 (P>0.05) 。分析其原因, 笔者认为人从图像观察到采集有一定的延时过程, 输卵管的形态在透视下观察到输卵管充盈至采集到图像这一瞬间发生改变的可能性很大, 因此单幅摄片就想拍到满意的瞬间极为不易, 所以有必要进行多次摄片, 而连续动态采集所得的图像是一个在相对较短的时间内输卵管动态充盈变化过程, 因此, 能清晰显示输卵管的全程, 同时能够避免单幅摄片因输卵管的不全充盈所造成的误诊及漏诊。碘油造影术, 由于碘油的黏滞性大且易引起静脉逆流脂肪栓塞。另外, 有文献报道传统碘油子宫输卵管造影假阳性率较高, 其中碘油黏稠度高是造成输卵管梗阻假象的主要原因之一[2]。碘海醇的子宫输卵管造影能清晰的显示对比剂在宫腔、输卵管内流动及盆腔内弥散情况, 并能直观观察子宫大小及形态, 输卵管长度, 对输卵管粘连及梗阻部位能做出较为准确的判定。由于碘海醇造影有连续的显像记录, 因此能详细地分析出对比剂的显像过程, 从而降低其假阳性率。
数字化胃肠机动态采集碘海醇子宫输卵管造影有较高成功率, 并且能清晰显示图像, 不良反应小, 对改善和提高子宫输卵管造影的诊断阳性率有着重要价值, 值得临床推广应用。
参考文献
[l]乐杰.妇产科学[M].7版.北京:人民卫生出版社, 2008:351-353.