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關鍵詞：煤礦火災，光纖光柵，預測預報，本質安全，準分布式測溫
1.引言隨著我國煤礦采掘機械化和電氣化程度的提高，外因火災發生的比例也逐年增高。低壓電纜著火、礦用變壓器著火、架線電車電弧引燃木支護棚著火等電氣火災事故也時有發生，而且礦井中環境復雜，電氣設備眾多，一旦發生火災，后果將不堪設想，具有很大的危險性。今年以來，全國煤礦已發生4起重大以上事故，其中3起為火災事故。除“3.15”事故外，湖南省湘潭市湘潭縣立勝煤礦“1.5”特別重大火災事故，造成34人死亡和下落不明；江西省新余市廟上煤礦“1.8”重大火災事故，造成12人死亡。論文大全。這3起火災事故，都是因電纜及設備（移動空壓機）著火引燃木支護而發生的火災事故。
目前，礦井內采用的火災檢測設備還很少，而且大部分還是采用基于電信號傳感器的測溫系統。其中紅外測溫為非接觸測量，易受環境及周圍電磁場干擾，且需人工操作，無法實現在線測量，效率低下；電子溫度傳感器易受電磁干擾，機械的溫度傳感器受環境的影響也比較大，以上幾種檢測方法的測量效果都不是很理想。因此開發一種大容量分布式在線實時溫度監測系統，來監測煤礦高耗能大型機電設備和電纜運行溫度已成為當務之急。
光纖光柵溫度在線監測系統是一種全新的在線溫度監測報警系統，具有防爆、防燃、抗腐蝕、抗電磁干擾，在有害環境中使用安全，實現實時快速準分布式測溫并定位，具有程控報警電平等特點。系統本身具有自檢測、自標定和自校正功能，是光機電、計算機一體化技術。采用光纖光柵溫度檢測技術進行煤礦各種設備的溫度實時在線檢測，充分利用光纖光柵傳感系統的大容量、分布式特性將是一種十分可行的方案。
2.煤礦機電設備引起火災的原因分析煤礦機電設備引起火災的原因是多種多樣的，主要火災是電器設備引起的火災和電纜火災，原因是：過載、短路、接觸不良、電弧火花、漏電等原因。這些火災起初可能致使電氣設備中的絕緣材料燃燒，接著火焰傳到巷道的支架、煤塵、瓦斯及礦內其它可燃材料上，這就發生礦井電氣火災。 煤礦機電設備火災主要是由于設備負荷過大引起的。大量高耗能的設備在煤礦中長期使用，不可避免引起設備負荷過大，將使設備達到使自己失去絕緣性能的危險溫度，隨著溫度的不斷積累，最后就常常引起電氣設備發火。如綜掘機、采煤機、刮板輸送機、皮帶機、絞車、主扇以及各類大功率設備等是煤礦企業廣泛使用的大型高檔設備，由于長期處于滿負荷工作狀態，因軸承損壞造成設備相應部位逐漸發熱而導致設備損壞，影響正常生產的事頻繁發生。
電纜火災主要是由于電纜接觸不良，或接地不好引起的。線路中個別部分接觸電阻的增加，主要是接觸不良的結果。實踐證明，井下電纜與電纜或者電纜與設備的連接部分（接頭）做得不好，往往是礦井巷道內因電流以產生火災最常見的原因。電纜工作尤其是過流、過載時，由于導體發熱會導致電纜溫度升高，如果電纜不具備良好的阻燃性能，極易引起電纜著火，在燃燒的同時可產生大量有毒有害氣體，造成礦工中毒窒息，還可能引起瓦斯煤塵爆炸。因此，電纜的阻燃性能對煤礦安全生產具有重要影響。
通過對機電設備引起火災原因的分析，可以看出機電設備等電氣火災大部分都伴隨著設備，電纜局部溫度的逐漸升高，是一個積累的過程，完全可以通過對易發生火災部位進行溫度檢測，根據溫度上升的趨勢來預測電氣設備和電纜的運行狀態，從而在故障點及時采取措施，防止火災的發生。
3.礦用準分布式光纖光柵溫度監測系統 3.1測溫原理光纖傳感技術是上世紀70年代末興起一種先進的多學科交叉技術。經過三十多年，特別是過去十幾年的發展，目前已經研制出兩千多種基于光纖的傳感器。光纖傳感器與常規的電子類傳感器相比有許多獨特之處[7]，主要優點包括：
1）以光作為傳感信號基本不受外界電磁場干擾，長期漂移小，測量精度高，因而可用來作長期可靠的連續在線檢測；
2）由于不帶電，因而適于在電力，煤礦，石油，天然氣及其它化工行業進行安全和生產狀態參數的監測；
3）由于采用光纖傳輸，可以超遠程監測；復用能力強，可實現對一線多點、兩維點陣或空間分布的連續監測；
光纖傳感器上述獨特優點，特別是一根光纖可以對多個點做多變量測量的能力，是電子類傳感器很難實現的。在具有強電干擾、高壓、易燃易爆等惡劣環境下，傳統的電子傳感器受到很多局限性。光纖光柵溫度監測儀所用溫度傳感器采用一種叫光纖布拉格光柵（FBG）的光學無源器件，是一種反射式光纖濾波器件，通常采用紫外線干涉條紋照射一段10mm長的裸光纖，在纖芯產生折射率周期調制，光波導內傳播的前向導模會與后向反射模式進行耦合，形成布拉格反射，即產生了一個窄帶的反射峰。論文大全。窄帶反射峰的中心波長稱為布拉格波長，研究表明：光纖光柵的空間折射率調制周期和纖芯的有效折射率均可引起光柵布拉格中心波長的改變。因此，通過一定的封裝設計，使外界溫度、應力和壓力的變化導致光柵中心波長發生改變，即可使FBG達到對其敏感的目的[3]。如圖2所示，光纖光柵中心波長和溫度有著非常好的線性關系。
圖1 光纖光柵結構圖
圖2 光纖光柵中心波長隨溫度變化曲線
3.2系統組成煤礦光纖機電設備狀態檢測系統主要包括信號解調模塊、光學擴展模塊，傳輸光纜和傳感器網絡。溫度傳感器由光纖光柵和連接光纜組成，溫度傳感器安裝在現場；信號解調模塊和計算機安裝在控制室內，溫度傳感器和控制室由傳輸光纜進行信號傳輸。光纖信號解調控制器通過標準通訊接口與計算機通訊，由計算機完成溫度的監控。
圖3光纖多點溫度傳感監測系統框圖
由信號解調模塊中光源發出的高能量光束通過光纜注入光纖光是那傳感器陣列，每個光纖光柵將反射特定的波長，這些波長與各個傳感器所測溫度成線性關系；這些波峰將由光纖信號解調模塊進行波長解調，然后根據設定的參數計算出每個傳感器的測量溫度值，所測溫度值和各種相關信息通過標準的通訊接口實時上傳給監控上位機，進行信號的顯示，故障診斷、事件記錄、報警控制等。
3.3 系統技術特征和主要技術參數1.系統的技術特征
光纖傳感器感知溫度和位置信息,完全不帶電，本質安全。傳感器分辨率高，測溫精確，響應時間短。傳感器可靠耐用，使用壽命長。
陣列復用，大容量，多點分布式測溫系統；一臺解調儀可帶幾百個傳感器，大范圍覆蓋測溫現場；節省費用。論文大全。
由于全光信號傳輸，不受傳感器距離限制，最大傳感距離達10Km，是超遠程溫度檢測系統。
2.系統的主要技術參數：
測溫范圍：-10℃~+110℃；測溫精度：±1℃；溫度分辨率：0.1℃；溫度探測器響應時間：<5s；空間分辨率：根據現場情況；每通道最大傳感器點數：18個/通道；測量時間：<30s/16通道。
4.系統的應用為了解決大規模的煤礦機電設備安全監測問題，在某煤礦的地面110Kv變電所，-312水平中央變電所，地面洗煤廠配電室，井下高壓電纜中間接頭及地面110Kv變電所電纜間（電纜密集處）等位置，共安裝了近800個礦用光纖溫度傳感器。系統由一個監測儀和一個監控主機組成，所有傳感器通過一條多芯的光纜連接起來，結構非常簡潔。通過軟件我們可以方便觀測所監測位置的溫度狀態，對預防煤礦電氣火災提供了有力的技術基礎。
5.總結隨著我國煤礦采掘機械化和電氣化程度的提高，電氣火災成為煤礦火災的一個重要原因。通過對煤礦機電設備引起火災的原因的分析，認為實時檢測機電設備的溫度可以有效預測預報火災事故的發生?；诠饫w溫度傳感器建立了一套煤礦火災實時在線監測系統，通過安裝煤礦光纖機電設備狀態檢測系統，對煤礦供電設備及高壓線路接點的溫度進行了實時在線監測，有效實現了煤礦供電設備安全狀態的監控和火災的預測預報，為煤礦安全生產提供了有力保障。這種方法的研究和應用對礦井火災監測預報具有重大的實用價值。
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關鍵詞：光纖技術；創新思維；能力培養
[中圖分類號] G642.2 [文獻標識碼] A [文章編號] xxxxx-xxxx-xxxx
一、引言
自從進入二十一世紀以來，國家對先進科學技術的重視程度不斷增強?？萍际堑谝簧a力成為中國當前科技行業的重要指引。創新科技與創新教育成為了國內高校關注的重要方向。光電技術作為先進的近代科技發展行業技術，也相應受到了國內高校的特別關注，光電教育隨之蓬勃發展起來，在光電教育中的創新能力培養也不斷深入發展。光纖作為承載了當代信息傳輸交換的主要媒介，在光電教育領域則格外受到青睞。國內光電教育方向幾乎都從不同角度開展了光纖教育。光纖本身的誕生、發展、成熟、提高的歷史進程中，也充滿了令人欽佩的諸多創新節點。比如光纖之父高琨對光纖的預言、多種多樣特性的光纖的研制、光纖內的波分復用、光纖放大器等等無不蘊含著簡單而又引人深思的創新實踐。本文將以《光纖通信》《光纖傳感技術》等光纖技術類本科課程教學為平臺，努力探索分析光纖中的創新活動，實時的與課堂學生共同分享光纖發展史中的創新點；共同探討前人創新的特點與產生源泉；尤其關注引導學生的換位思考方式，努力探索當代光纖發展中的創新實踐；從而在教學過程中形成課堂教學與探討共存，學習與創新思考并進的教學模式，為專業課程教學發展改革提供一定的借鑒作用。
二、認知創新能力培養
在光纖技術類知識體系中，創新發展是光纖技術快速穩定發展壯大的重要源泉。光纖通信以及光纖傳感課程的教學過程中，光纖的發展史就是一部源泉開創、艱難發展、柳暗花明、創新加速的燦爛歷程。早在十七世紀，人們就發現了水柱導光的現象。日常現象衍生出了導光的彎曲玻璃棒。光學射線理論指引下，導光的玻璃纖維----光纖隨之問世。由此說明，創新源于生活、并青睞于有理論知識準備的人。
相應的，光纖發展過程中幾乎難以克服的困難擺在了世人面前。當時獲取的導光玻璃纖維的損耗非常之巨大，僅僅能近距離的導光傳輸。二十世紀六十年代，高琨先生發表創新性的論文，指出了光纖損耗的根源以及可行的解決思路，只要能夠提純光纖材料，理論表明一定能夠獲得長距離通信可用的光纖。此外，高琨還始終致力于游說世界各國的科技公司開展低損耗光纖的研發工作。直至1970年，康寧公司按照高琨的思想，成功研制出損耗低于20 dB/km的光纖產品。榜樣的力量是無窮的，很快，世界各國多個公司開展了一系列的光纖研發，到1975年，損耗0.16dB/km的常規光纖正式問世。光纖技術的發展也正式進入了快速發展階段。因此，創新留給有扎實理論分析能力的人，創新實踐留給有恒心有毅力的長期推廣應用研究并堅信科學理論的人。高琨先生因此獲得了2009年諾貝爾物理學獎。
光纖的發展歷史中，光纖雛形的誕生以及當代光纖的問世就是典型的創新結果。我們在光纖課程教學過程中，以歷史發展為主要脈絡，引導學生認識、了解當時的研究背景與歷程，認識創新產生的細致過程，并培養學生理解、認識前人的創新成果，為學習創新奠定基礎。
三、分析創新能力培養
光纖課程的課堂講授中，在傳授知識的同時，特別關注一些學習的知識點在當年誕生時的創新。也就是說，在課堂講授中從眾多知識點中仔細梳理出的前人的創新工作，并對這些創新工作的產生緣由進行引導性研討，通過深入的發掘分析，探究前人的創新思想產生的思維方式與知識環境基礎等，為培養學生的創新思維并養成創新思維做好充分的鋪墊。
光纖課程中，講授到了光纖通信系統中，早期常用的光探測器是PN半導體光電二極管。但是，對于PN型光電二極管，從結構分析上，介紹了它的耗盡層尺寸有限，導致接收光信號被結區以外的P或N區吸收。這時，產生的電子-空穴對因結區外的電場力很小而運動緩慢，這些電荷產生的微小電流將導致PN型光電二極管對入射光信號的響應度降低，同時還額外產生了一定的時延，導致PN型光電二極管的上升時間有點長，只能用于微秒量級一下的響應系統。面對這個問題，我們在課堂上提出了一些討論問題：“前人是如何解決的呢？”，“如果是我們面對這個問題，有沒有什么解決方案？”。然后，再陳述前人的解決方案，介紹PIN型光電二極管，通過增加一層本征半導體材料，擴大了耗盡區，使得入射光充分照射在耗盡區內，而且絕緣特性使得絕大部分二極管電壓落在這一層，因而其內部場強非常強。最終，PIN管的檢測效率與響應速度都得到的明顯的改進。這個創新的改進在于接收光結構增大改進以及絕緣材料上的壓降特性應用的成果。一方面是問題出現，牽引人們思考如何解決問題，另一方面，人們充分認識了解決問題的手段并掌握了相關技術基礎理論且進行了靈活運用。
通過課堂上的創新過程介紹分析闡述，引導學生在學習知識的同時，不斷的考慮換位思考解決問題的方法，仔細分析前人的創新思維流的前因后果，進而養成勤學多想的思維習慣，為自身的創新思維養成做好基本的準備。
三、發展探索創新能力培養
我們的課堂不僅僅是傳授知識、分析問題的課堂，也是與青年大學生共同探索新知識、創新技術的平臺。傳授知識的目的就是要學生掌握知識并學會運用知識，更為重要的是，在傳授知識的同時，我們要引導學生探索新世界、發展新世界，培養學生具有濃厚的探索興趣與基本的創新能力。如何培養發展探索創新能力，問題本身就始終是人類不斷探索發展的課題。我們對此在課堂教學中進行了一系列的嘗試性探索，著力引導學生向創新型人才的方向不斷的努力。
光纖技術類課程在近年來受到了全國眾多高校的重視，相應的課程也紛紛建設起來并逐漸走向成熟。光纖通信領域的巨大成就一方面給光纖類課程教學提供了充分的題材，另一方面也仍然存在著很多未知的、誘人的難題等待人們的破解。這為我們的教學實踐過程中努力培養學生的發展探索創新能力提供了充分的土壤。
高速光纖通信所面臨的重要問題就是如何擴容再擴容。現有光纖的色散問題、非線性問題成為限制光纖通信高速大容量的重要瓶頸之一。就此，我們在課堂上大膽進行了無限制的討論。結合非線性四波混頻問題，同學們指出了色散可以影響四波混頻的成立條件。對于高功率脈沖傳輸，同學們建議是否可以嘗試不同波長復用的脈沖在時間上交叉復用。諸如此類的問題討論，使得課堂氣氛熱烈。這里討論的問題是否能夠有效或充分達到應用需求無需探究，但是，討論的學習效果明顯大大超過了簡單的單向型知識傳授的效果?？梢姡杏懡虒W本身尤其結合著探索創新能力培養的深度目標，將大大有助于大學本科專業知識教育與學術領域引進的教育目標的高效快速達成。
四、創新能力培養教育不能是無本之木
教學與研討組成的創新能力培養的教學平臺是大學教育的追求與近年來各個高校的建設目標。本文提出了創新能力培養的認知創新、分析創新、探索創新的三步走教學實踐路線圖，對創新教學具有一定的借鑒意義。但是，我們必須清醒的認識，創新能力培養不能是口號，更不能是無本之木、無水之源。
創新能力培養本身是創新思維邏輯的養成，但創新能力培養更為重要的基石就是充分的基礎知識。只有學好、掌握好并能夠運用好人類浩瀚知識中的一粟，才能在創新思維火花閃亮的時刻，點燃積累的知識，照亮通向創新成就的大道。
光纖技術教學中，創新能力三步走培養的過程中，我們不斷強調學生做好創新必需的準備，那就是學好光纖技術基礎知識。創新成就、輝煌時刻永遠是留給99%的做好了充分準備的人以及1%的上帝的寵兒。我們是上帝的寵兒嗎？所以我們還是努力做好充分的準備吧。
五、結束語
本文綜合介紹了光纖技術課程的作用與當前大環境下的重要地位，發掘其在教學過程中培養創新思維的作用，提出了認知創新、分析創新并探索發展創新的創新思維能力培養三步走的基本思路，并特別強調了創新必然源于強大的知識背景與靈活的創新思維邏輯。希望本文初步的創新思維能力培養研討為中國大學本科專業課程教學中的創新能力培養提供一定借鑒。
參考文獻
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作者簡介
關鍵詞：光纖 通信 信息 技術
光纖通信就是利用光導纖維傳輸信號,以實現信息傳遞的一種通信方式。光導纖維通信簡稱光纖通信?？梢园压饫w通信看成是以光導纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實際上光纖通信系統使用的不是單根的光纖,而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。隨著信息科學技術的飛速發展,光纖通信技術越來越受到人們的重視,并逐步地開始普及。究竟什么是光纖通信呢？簡單地說,光纖通信就是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。和以往的通信方式不同,光纖的材料是玻璃的,因其是電氣絕緣體,不需要擔心接地回路,所以光纖之間的串繞非常小;光纖通信系統的通信載體是光波,它的頻率要比以往的電波高得多,再加上光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多,光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍,光纖的芯很細,由多芯組成光纜的直徑也很小,因此光纖通信的傳輸系統所占空間較小,很好地解決了地下管道擁擠的問題;另外,光波在光纖中傳輸,還不會因為光信號泄漏而擔心傳輸的信息被人竊聽,可謂好處多多。
1、光纖通信的發展歷程
1966年,美籍華人高錕同霍克哈姆發表了關于傳輸介質新概念的論文,這篇論文具有劃時代的意義,它奠定了利用光纖進行通信的基礎,指明了利用光纖進行通信的可能性。1970年,美國康寧公司成功了研制出了損耗20dB/km的石英光纖。促使光纖通信研究的進一步發展。1976年,NTT公司繼續將光纖損耗度降低,達到了0.47dB/km。1977年,美國首先推出了用多模光纖進行光纖通信實驗。實現了第一代光纖通信系統。1981年,實現了第二代光纖通信系統。1984年,實現了第三代光纖通信系統。80年代后期,實現了第四代光纖通信系統。而后,利用光波分復用提高速率,利用光波來增長傳輸距離的系統,即第五代光纖通信系統。
2、光纖通信技術的特點
2.1 大容量、高速度
光纖通信的第一特點就是容量大,光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,雖然現在的單波長光纖通信系統由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢,但是經過一系列的技術處理,單波長光纖通信系統的傳輸容量也在大幅增加,目前,光纖的傳輸速率一般在2.5Gbps 到10Gbps,還有很大的擴展空間。
2.2 損耗低
和以往的任何傳輸方式相比,光纖傳輸的損耗都是最低的,目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,隨著科技的進步,將來采用非石英系統極低損耗光纖,那么,它的損耗可能更低,這就意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離,這無疑就減少了中繼站數目,成本也就可以大幅降下來。
2.3 保密性好
大家都知道,電波傳輸時容易出現電磁波的泄漏,保密性差,而光波在光纖中傳輸,光信號被完善地限制在光波導結構中,泄漏的射線則被環繞光纖的不透明包皮所吸收,不會出現泄漏,因而光纖通信不會造成串音,也不會被竊聽,保密性非常好。
2.4 抗電磁干擾能力強
光纖材料由石英制成的,不僅絕緣性好,抗腐蝕,更重要的是抗電磁干擾能力強,它既不受雷電、電離層和太陽黑子的變化和活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,可以與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜,也特別適合于軍事應用。
另外,光纖還有很多其他的優點,比如光纖徑細、輕柔、易于鋪設,其原料資源豐富,成本低,其自身溫度穩定性好、壽命長等等,這些特點決定了光纖將在各個領域得到廣泛應用。
3、光纖通信技術的應用
3.1 光纖通信技術的分類
(1)光纖傳感技術。因為光纖傳感器具有耐腐蝕、寬頻帶、防爆性、體積小、耗電少的優點,所以其可分為功能型傳感器和非功能型傳感器;(2)波分復用技術。根據每一信道光波的頻率不同,利用單模光纖低損耗區帶來的巨大寬帶資源,可以將光纖的低損耗窗口劃分成為若干個信道,采用分波器來實現不同光波的耦合與分離;(3)光纖接入技術。光纖接入技術的應用十分廣泛,已經應用到千家萬戶。光纖接入技術不僅僅可以解決窄帶的業務,也可以解決多媒體圖像等業務。
3.2 光纖通信技術的現實應用
現今,我國的光纖通信產業發展十分迅速,尤其是廣播電視網、電信干線傳輸網、電力通信網等發展極其迅速,使得對于光纖光纜的需求量急劇地增加。因為廣電綜合信息網規模的擴大和系統的復雜難度的提升,讓我們在對于全網的管理和維護以及設備故障的判定等問題上存在著很大的難度。為了解決以上存在的問題,采用了ATM+或者是SDH+光纖組成寬帶數字傳輸系統。對于這個傳輸網,我們可以采用環網傳輸系統,也可以采用鏈路系統或者是用它們組成的各種不同形式滿足不同需要的符合網絡。我們可以采用寬帶傳輸系統,可以將通道設置為廣播的方式,這樣的話,可以讓人們在任何地方都可以對同樣的電視節目進行下載,也可以讓工作人員對下載的權限進行統一設置,更有利于管理。在全國各地目前已經具有基本規模的有線電視網絡的基礎上,寬帶多媒體傳輸網絡是比較容易實現的。我們可以通過數據通道或者是電信網中的語音通道來形成上行信號,也可以通過語音接入系統來完成上行信號的傳送。
4、光纖通信技術發展趨勢
4.1 向超高速、超大容量發展
目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡,在理論上,基于時分復用的高速系統的速率還有望進一步提高,例如在實驗室傳輸速率已能達到4OGbps,然而,采用電的時分復用來提高傳輸容量的作法已經接近硅和鎵砷技術的極限,電的40Gbps系統在性能價格比及在實用中是否能成功也還是個未知因素,可以說采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％,99％的資源尚待發掘。于是人們將目光轉向波分復用,采用波分復用系統可以將光纖容量迅速擴大幾倍乃至上百倍,可以大大降低成本,可以方便快捷的引入寬帶新業務,有望實現光聯網,基于此,近幾年波分復用系統發展十分迅速,預計不久實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。
4.2 實現光聯網的全面發展
盡管波分復用系統技術有諸多好處,但依舊是以點到點通信為基礎的系統,其靈活性和可靠性還不夠理想,如果在光路上也能實現類似SDH 在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路,光的分插復用器（OADM）和光的交叉連接設備（OXC）均已在實驗室研制成功,并已投入商用。實現光聯網的基本目的是:(1)實現超大容量光網絡;(2)實現網絡擴展性,允許網絡的節點數和業務量的不斷增長;(3)實現網絡可重構性,達到靈活重組網絡的目的;(4)實現網絡的透明性,允許互連任何系統和不同制式的信號;(5)實現快速網絡恢復,恢復時間可達100ms。光聯網的全面發展將對21世紀的中國產生重要的影響。
4.3 新一代的光纖
近幾年來隨著IP 業務量的爆炸式增長,傳統的單模光纖已暴露出力不從心的態勢,目前已出現了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖（G.655光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。
4.3.1 新一代的非零色散光纖
非零色散光纖（G.655光纖）的基本設計思想是在1550 窗口工作波長區具有合理的較低色散,足以支持10Gbps的長距離傳輸而無需色散補償,從而節省了色散補償器及其附加光放大器的成本;同時,其色散值又保持非零特性,具有一起碼的最小數值（如2ps/（nm.km）以上）,足以壓制四波混合和交叉相位調非線性影響,適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統,同時滿足TDM和DWDM兩種發展方向的需要。
4.3.2 全波光纖
與長途網相比,城域網面臨更加復雜多變的業務環境,要直接支持大用戶,因而需要頻繁的業務量疏導和帶寬管理能力,顯然開發具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關鍵。全波光纖就是在這種形勢下誕生的,全波沒有了水峰,光纖可以開放第5 個低損窗口,從而使可復用的波長數大大增加,使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降,從而降低了整個系統的成本;另外上述波長范圍內,光纖的色散僅為1550nm 波長區的一半,因而,容易實現高比特率長距離傳輸。
5、結語
在新世紀的信息技術發展中,光纖通信技術將成為重要的支撐平臺,光纖通信也將成為未來通信發展的主流,光纖通信有著巨大的潛力等待人們的開發。
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[關鍵詞]集輸 安全 技術
中圖分類號：TE832.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0383-01
引言：管道運輸因具有高能高壓、易燃易爆、有毒有害、連續作業、環境復雜等特點。在使用過程中易發生因腐蝕、第三方破壞或超壓等因素塑造成的泄露或管道破裂事故。導致人身傷害、設施破壞和環境污染等嚴重后果。因此加強安全管理具有重要意義。
1 油氣管道的事故分析
大慶油田油氣管道失效的主要原因為腐蝕、外部影響和材料缺陷。國外輸氣管道1000km的年事故發生率隨時間呈下降趨勢，而我國油氣管道的事故率遠高于發達國家。
管道由于投產至終結其事故率一般遵循浴盆曲線，所謂浴盆曲線是曲線呈浴盆狀在管道投產初期因設計、施工、管材、設備等諸方面的缺陷導致事故率較高，每1000km的年事故發生率為5次左右，該階段通常持續半年到2年。管道正常營運期事故少而平穩，該階段的事故多為管道受腐蝕及外力破壞所致，每1000km的年事故率約為2次左右，一般持續到15到20年，管道老化階段由于管道內磨損及內腐蝕加劇，事故明顯上升，其每1000km的年事故發生率一般在2次以上，而且事故發生有意外性，修復也困難。
2 油氣管道安全預警技術
為了有效的遏制日益猖獗的針對管道的破壞，防止非法開挖和第三方破壞，同時在來實施清理前，將管道沿線的地質災害監測起來，對管道實施有效的保護，必須采用技術監控手段進行預警，目前的人工巡線，不可避免的存在密度、頻度及人員問題，必須建立起有效的技術防御手段，保證管通實時處于受控狀態，管道管理部門可以隨時掌握管道沿線信息。
2.1 光纖預警技術
為了傳輸管道的實時運行數據，在管道建設期與管道同溝敷設了一條光纜，光纖管道預警系統利用其中冗余的三根單膜光纖構成基于mach-zehnder光纖干涉儀原理的分布式震動信號傳感器，采集管道沿途的震動信號。
光源發出的光在光纜中傳播，管道沿線管道威脅時間產生的異常震動信號被光纖感知使其中傳播的光波被調制，收到調制的光信號傳到光源及光電檢測系統。被光電探測器將光信號轉換成電信號，隨后通過放大和濾波電路隊信號進行處理，經過A/D轉換傳輸到計算機中進行進一步的信號處理和分析。計算機信息處理系統對采集到的信號進行特提取、模式識別將管道威脅事件和管道沿線的行人、車輛通過等背景噪聲分開，對打孔盜油，機械挖掘等管道威脅事件進行報警和定位。
目前該系統已經在中困石油港濟棗等多條管線投入進行，成功的發現和定位了多起第三方對于管道的破壞，對管道巡護提供了指導，切實保衛了管道安全。該技術一套設備即可實現60km左右的管道安全預警，無需在管道沿線增加任何設備。運營成本低，具有很高的推廣價值。
2.2 聲波預警技術
由于很多在役管道已經運行三十多年，在管道建設期沒有同溝敷設光纜。如果重新開挖設光纜無論從經濟和技術上都不可行，因此光纖管道預警技術只適合于近年新建的和即將修建的油氣管道的安生預警。對于在役的沒有同溝敷設光纜的管道，通過檢測管道上傳播的聲波信號實現對管道的安全預警。
油氣管道由于打孔盜油，第三方開挖等原因受到破壞時，刮除防腐層、焊接盜油卡子、安裝閥門、打孔等外力撞擊活動引起管壁震動，這一震動沿著管壁向兩側傳播。由于傳播衰減、管道結臘、管道外土層吸收、拱跨、彎頭等等的阻尼作用，只有特定頻率成分的波才能傳播較遠距離，而且不同的事件引發的管道振動模式各不相同。因此通過檢測特定成分的管道振動信號，即可實現對管道破壞事件的檢測。
目前該技術已始在中國石油秦京、鐵大等多條管道的打孔盜油、非法開挖等第三方破壞高發區的管道安全預警。該技術的投入使用已發現了多起針對管道的破壞事件，有效的保證了管道的安全，成為管道安全監測的重要工具。
2.3 地質災害預警技術
滑坡的存在時管道運行的重要安全隱患。對滑坡及其影響下的管道進行監測預警是一種有效的、低成本的管道滑坡災害防治方式。光纖光柵傳感技術具有精度高、抗干擾、抗惡劣環境影響的特點。對監測管道滑坡有良好的適用性，還沒有報道。
該技術通過在管道地質災害多發區安裝特別設計的光纖光柵傳感器陣列。實現對管道滑坡區的表部位移、深部位移、管體應變及管土界面推力的實時監測，以及常規的降雨量監測、高精度GPS位移監測，有效的實現了區域多參數，多物理量的聯合監測。同時還建立了監測數據的實時自動采集與遠程傳輸系統。將監測數據發送到遠程監控主機，利用管道土體相互作用的數據模型定量分析土體移動對管道的影響，從而確定不等危險程度下各檢測量的閾值。當某檢測量超過其閾值時，系統給出報警，提醒管道管理人員對該移動區采取減緩措施。
目前該系統已經成功的應用在蘭成渝管道滑坡區的安全監測，并在汶川大地震中成功的檢測了滑坡及管道的變形情況，為管道搶修提供了決策支持。
2.4 地震檢波器預警技術
人員、車輛等目標在地面上運動，對地面來說就是目標對地面施加以一定的激勵，對于非剛體的地球介質的變形，變形在地球介質中傳播即形成地震波。有效的檢測管道沿線相應于目標運動引起的地震波，對這一信號進行分析和處理就可以有效的將管道沿線監控起來，使用模式識別技術等現代人工智能技術，可以將人工挖掘、機械的非法開挖以及各種第三方破壞區別開來，因此對管道沿線地震波的監測和分析，可以對管道實施有效的保護和監控。
該技術通過在管道沿線埋設地震檢波器，監測管道沿線機械開挖、打孔盜油等人為、機械活動產生的地震動信號?，F場信號預處理單元對采集的震動信號進行處理并轉發。中央處理單元通過三角定位法實現對管道威脅事件的定位，并啟動智能分析系統，濾除管道沿線正常的震動信息，對管道保護區域內的機械開挖等威脅事件進行分類報警和定位?；诠╇娂巴ㄐ欧矫娴脑?，該系統適合于管道重點區段的安全監控。
目前已經在多條重要管道的重要跨越段部署地震檢波器矩陣，實現管道跨越重點河流的安全監控，有效的避免了管道遭到破壞后對河流的污染產生的次生災害。
2.5 預警技術總結
油氣管道安全預警系統的開發和實施有效的保證了管道安全出去受控狀態。通過對不同的管道應該結合管道的實際情況部署不同的管道安全預警監測系統。
對于一條具體的管道進行安全預警技術及體系的部署首先應該在對管道進行詳細調查，獲得管道與河流、各級公路、鐵路伴行或穿越的情況；管道距離村莊、學校、工廠的情況；管道沿線的土壤情況，管道沿線的地表占壓，農民耕作情況；管道沿線地質災害的情況；管道沿線是否有同溝鋪設的光纜及光纜的成纜方式。在完成管道沿線情況分析之后，根據管道需要保護的情況結合制定管道的安全預警方案。
3 油氣管道輸送技術的發展與展望
進入21世紀以來，隨著中國東部和西部地區油氣田的進一步開發和國外油氣資源的引進，我國的油氣管道輸送技術有了很大的發展，本論文對于管道輸送安全技術進行了詳細的分析與總結。對于管道的安全防護技術，我們也期待著防治技術能夠更加完善，減少人員傷亡，更好的實現油氣管道的運輸。隨著油氣管道輸送技術的發展，也有不斷涌現的新技術，其中包括多相混輸技術，高凝原油儲存技術及石油物流配送方法等，我們期待著越來越多的油氣管道技術的涌現，實現管道技術的長足發展。
【論文摘要】：機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物，是機電工業發展的必然趨勢。本文簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域，并指出其發展趨勢。
現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
一、機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：
（一）機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
（三）信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
（四）驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
（五）接口技術
為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
（六）軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
（一）數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
（二）計算機集成制造系統（CIMS）
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
（三）柔性制造系統（FMS）
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
（四）工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：
（一）智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
（二）系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
（三）微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
（五）網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
（六）綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
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（中國農業大學信息與電氣工程學院，北京100083）
摘要：農業是國民經濟的基礎，日新月異的信息化技術成為推進農業發展的重要力量。農業信息化按生產過程分為了產前、產中、產后的信息化，產中信息化是其中極其復雜重要的一個過程，從農業生產過程信息化、生長過程信息化以及產品管理信息化3 個方面出發，詳細論述了農業產中信息化的3 個主要環節及其辯證關系，對于厘清農業信息化發展進程、加快農業科技運用于農田實踐具有促進作用。
關鍵詞 ：農業產中信息化；生產過程信息化；生長過程信息化；產品管理信息化
中圖分類號：S-9 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0132
基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃——現代村鎮服務業技術集成示范(2006BAJ07B09)。
第一作者簡介：高萬林，男，1965 年出生，四川廣元人，教授，博士，研究方向：農業信息化技術。通信地址：100083 北京市海淀區清華東路17 號中國農業大學東校區信息與電氣工程學院，Tel：010-62736755，E-mail：gaowlin@cau.edu.cn。
收稿日期：2013-03-26，修回日期：2015-04-23。
Analysis and Discussion of Agriculture Informatization in Mid Production Process
Gao Wanlin, Zheng Yuan, Tao Hongyan, Li Peipei, Hu Hui(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083)Abstract: Agriculture is the foundation of the national economy. Incessant changes in information technologyare the important role of promoting agriculture development. According to the production process, agriculturalinformation is divided into pre-production, mid-production, and post-production informationization and midproductioninformationization is extremely complex and important. This article discusses the implementationprocess of agriculture informatization in mid- production process from the above three aspects and theirdialectical relationship. This study helps to clarify the process of development of agriculturalinformationization and speed up agricultural science and technology application in agricultural practices.Key words: Agriculture Mid-production Informatization; Production Process Informatization; Growth Process
Informatization; Agricultural Products Management Informatization
0 引言
中國農業的信息化水平還很低，尤其在農業信息資源的開發利用方面，與發達國家差距較大，作為農業信息化重要內容的計算機應用，在總體上處于低水平。農業數據庫總量不足，容量普遍較小，標準化程度很低，互通互聯操作的比例也很低，計算機應用系統發展不夠充分、平穩，沒有形成生產經營管理支持系統和農業宏觀調控的完整體系[1]。農業信息網絡不發達，信息交流方式落后，信息時效性差。信息人才比較缺乏，特別是缺乏既懂農業科學技術又懂現代信息技術的高級人才[2]。信息技術產品和信息服務產業化水平低，不能滿足農業生產對信息的需求。
當代世界正由工業化向信息化時代邁進，在計算機技術、多媒體技術、光纖和衛星通信技術的帶動下，信息化浪潮席卷全球。農業是生產生命物質的國民經濟的基本產業，是受自然因素與社會諸多因素制約的弱質型產業，因此這項產業格外需要信息及信息技術的支持[3-4]。農業信息化就是培育、發展以計算機為主的智能化工具為代表的新的生產力，并使之應用于農業領域的過程[5]。
現代農業是包含農業產前、產中、產后一體化經營的大農業概念。農業信息化按其生產過程可分為：產前信息化、產中信息化、產后信息化，筆者在此主要討論的是產中信息化，產中信息化就是在生產過程中應用信息技術從而提高農業的生產效率和管理效率，包括生產過程、生長過程以及產品管理的信息化（見圖1）。
1 生產過程信息化
農業生產過程信息化是指農業生產領域信息化，包括農業基礎設施信息化、農業技術操作全面自動化及農業生產管理過程的信息化，是農業信息化的重要內容之一[6-7]。生產過程的信息化包括農業生產過程中的方方面面，從耕地、播種，到采摘、包裝等農業生產的全過程進行監控管理，對種植養殖的全過程進行嚴格記錄[8]。農業信息技術對傳統農業的現代化改造和農業產業結構的調整將產生深遠的影響。信息技術包括專家系統、傳感技術、通信技術、網絡技術、衛星遙感系統、全球定位系統等[9]，農業信息技術使宏觀性農業資源環境的檢測管理更加準確、可以及時準確地進行氣象和病蟲害的預測預報、可以在網上進行農產品買賣，可以使農作物播種、施肥、灌溉、噴藥等更加科學、合理、準確，使農作物達到增產增收的效果[10-11]。
從信息化的角度對農產品的生產過程進行電子化、網絡化、數字化等形式的監控與管理，有效地將生產過程各階段的信息加以采集和，對于確保農產品的安全生產具有重要作用[12]。生產過程的信息化能夠促進農業產業結構的升級，改變勞動力就業結構[13]。
1.1 農業基礎設施信息化
農業基礎設施信息化包括農田基本建設信息化；農產品的儲存內部環境因素變化的監測、調節和控制等完全使用計算機信息系統運行；畜禽柵舍飼養環境的測控和運作完全實行自控或遙控等。經過30 年以上的發展，中國的農業基礎設施信息化建設已初見成效。截至2010 年底，電信網已基本覆蓋全國，農村電視機普及超過了100 臺/百戶，電話接通率已覆蓋全國所有行政村；數據庫建設發展迅速，已建設大型涉農數據庫100 多個，占世界涉農信息數據庫總數的10%左右，引入了世界4 個大型農業數據庫[14-15]。
1.2 農業技術操作全面信息化
農業技術操作全面信息化包括農作物栽培管理的自動化、農作物病蟲害防治信息化、畜禽飼養管理的信息化和自動化等。利用精準農業的手段[16]，根據作物生長情況和土壤肥力的空間差異，調節作物管理，實時診斷耕地和作物長勢，在充分了解大田生產力的空間變異的基礎上，以平衡地力、提高產量為目標，實施定位、定量的精準田間管理，實現高效利用各類農業資源和改善環境這一可持續發展目標；借助于農業專家系統[17-18]中相關資料的全面性和專業性，啟用系統中農作物栽培及生產管理系統、病蟲害防治系統等實現生產過程的智能化。
1.3 農業管理信息化
農業管理信息化。一是覆蓋縣、鄉、村的信息網絡，保證及時了解市場、政策信息；二是研發適合區域農業情況的計算機決策支持系統，對農業生產中的現象、過程進行模擬等；三是通過信息網絡作為渠道，獲取先進的農業科學技術，達到合理利用農業資源，降低生產成本，改善生態環境，提高農作物產品和質量的目的。
利用虛擬農業的手段模擬農產品生產組織的流程，并根據模擬的結果，對生產方案進行評價，降低生產消耗，提高生產效率。
2 生長過程信息化
生長過程的信息化是對農業生產中生物的生、老、病、死整個過程進行的信息化。生長過程涵蓋了從作物從播種發芽開始到收獲結果的過程，牲畜甚至農業微生物的從孕育到死亡的過程，對生長過程進行信息化是一個長期并且龐大的工程，同時它也與生產過程的信息化交織重疊，共同完成生產與生長過程的信息化。
2.1 植物生長過程信息化
采用地理信息技術、決策系統技術等，結合農作物生長環境，如地形地貌、土壤類型、化肥農藥使用情況等，繪制電子地圖，抽取化肥、水分等信息給專家支持系統，可以實現植物生長過程的信息化管理[19-20]。在設施農業中，利用遙感技術和作物生長模型，建立農作物生長動態監測系統，對農產品長勢進行監測[21]。在作物生長模型、遙感信息及氣象信息的主要農作物長勢綜合監測評價指標與模型的輔助下，提高農作物生長監測的精細化程度，實現農作物生長的多時效、定量化、全程性的測評與估產，提升作物生長動態監測的定量化和精細化水平[22]。
2.2 動物生長過程信息化
包括畜禽育種及養殖過程、肉蛋奶生產過程、飼料生產過程、養殖場管理、疫情監測及防治等，應用集傳感器、智能監測與控制、移動通信等于一體的設施化養殖系統，實現動物生長過程的信息化[19]。對畜禽生長過程實現信息化和自動化，通過埋置于家畜體內的微型電腦及時發出家畜新陳代謝狀況，通過計算機模擬運算，判斷家畜對于飼養條件的要求，及時自動輸送飼喂配方飼料，實現科學飼養；建立作物及牲畜的水肥營養診斷系統，保證其充足的養料[23]。
3 產品管理信息化
農產品管理的信息化，包括農產品的收獲過程的智能化管理和利用信息技術對農產品進行管理等。利用現代化手段統計農產品數量并及時跟蹤其物流情況，如利用RFID 技術進行農產品數量和信息的記錄統計，這也為下一階段產后信息化的實現做了較好的準備工作。
中國作為農業生產大國，農產品管理顯得尤為重要，但是由于當前客觀條件的制約，中國的農產品管理仍然處于嚴重滯后的水平。隨著中國經濟實力的提升及信息化建設的完善，農產品管理水平亟待提高，這就使得農產品信息化和風險管理面臨著嚴峻的挑戰[24]。建立農產品管理信息系統，對農產品分門別類，并進行數量統計和質量檢測，將所得的數據存入系統并利用網絡資源進行共享，收集和加工管理過程中有關信息，為決策提供支持，給農業管理帶來了高質量、高效率、高效益。用計算機信息技術幫助農業計劃管理可以增加產值，減少管理費用，減少消耗。同時，在財務管理、作物生產存儲管理及制定銷售計劃等方面提供了很大的幫助[25]。
4 結論與討論
產中信息化是農業信息化的關鍵一環，直接關系到農業信息化的發展水平。生產過程信息化、生長過程信息化和產品管理信息化是農業信息化的3 個主要環節，三者緊密聯系、相互作用，又相互區別。生產是農業的首要環節，生產過程決定生長過程的效果，生長過程又反過來指導農業生產過程。農業生產的最終結果就是農產品，農產品的產量和質量是農業生產過程和生長過程的效果反映，可根據農產品的產量高低、質量好壞來評價和調節農業生產過程信息化和生長過程信息化。加強農產品的管理，有利于降低損耗和浪費，促進集約型農業的發展。
農業生產過程由于其時間跨度長、不可預知的因素眾多，更需要信息化技術的輔助，也是實現農業現代化的重要保證。目前，數字技術、3S 技術、大數據、云計算、物聯網等現代信息技術已經服務于社會發展的各個領域，信息技術在農業中的應用使得農業經濟增長從依靠物質投入轉移到依靠信息勞動上來。產中信息化主要考慮如何通過信息技術科學種（養）以期達到最高產量和最佳品質的問題。開發適應不同地區和不同領域的農業專家系統、農業決策支持系統、環境智能控制系統、地理信息系統、便攜式農業信息系統等，加快農業科技運用于農田實踐。積極利用現代信息技術，充分發揮農業信息化的作用，積極推進和實現農業現代化。
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