发展原理范文（精选12篇）

发展原理 第1篇

电除尘由尘粒荷电、收尘和清除捕集尘粒等三个基本过程组成。

1.1 尘粒荷电

在空间相隔一定距离放置一块金属板 (接地, 正极) 和一根细金属导线 (带负高压) , 两者之间便形成高压静电场。提高金属导线负电压使其产生电晕放电。在此空间形成大量电荷粒子, 进入该区域的粉尘便被荷电。尘粒荷电有电场荷电和扩散荷电两种。电场荷电是电荷粒子在外加电场的作用下作有规则的移动, 与悬浮于气流中的粉尘粒子相碰撞而荷电, 一般对粒径大于0.5μm时的尘粒起主要作用。扩散荷电则是电荷粒子作不规则热运动时, 与气流中的尘粒相碰撞而荷电, 一般对粒径小于0.5μm的尘粒起主要作用。

1.2 收尘

荷电后的尘粒在电场力的作用下, 几秒钟内 (粉尘在电除尘器内的停留时间一般约为2~5s) 先后到达阳极板, 释放电荷后便沉积在极板上。

1.3 清除捕集的尘粒

沉积在极板上的尘粒要及时清除, 这就需要周期性的振打极板, 而且要有一定的振打加速度, 使粉尘层成片或成团的落入灰斗, 不致将过多的粉尘重新卷入气流之中, 出现所谓“二次飞扬”。对于一般粉尘, 如发电厂的烟气粉尘、水泥厂回转窑的粉尘等, 其振打加速度最小值约为50g (g为重力加速度) 。而粘性较大的粉尘, 如水泥磨粉, 其振动加速度最小值约为800g~1000g。

1.4 结构

电除尘器的主体结构是钢结构, 全部由型钢焊接而成, 外表面覆盖蒙皮 (薄钢板) 和保温材料, 为了设计制造和安装的方便。结构设计采用分层形式, 每片由框架式的若干根主梁组成, 片与片之间由大梁连接。为了安装蒙皮和保温层需要, 主梁之间加焊次梁, 对于如此庞大结构, 如何均按实物连接, 其工作量与单元数将十分庞大。按工程实际设计要求和电除尘器主体结构设计, 主要考察结构强度、结构稳定性及悬挂阴极板主梁的最大位移量。对于局部区域主要考察阴极板与主梁连接处在长期承受周期性打击下的疲劳损伤;阴极板上烟尘脱落的最佳频率选择;风载作用下结构表面蒙皮 (薄板) 与主、次梁连接以及它们之间刚度的最佳选择等等。

2 静电除尘器的特点和分类

静电除尘器与其他型式 (如袋式、旋风式等) 除尘器相比有以下优点:1) 除尘效率高, 二级电除尘除尘效率超过99%, 电除尘器可收集0.01~0.001μm的超细尘粒, 只是其他除尘器无法比拟的;2) 处理流量大且能处理高温 (可达500℃) 、高湿 (湿度100%) 以及腐蚀性的烟气, 而袋式除尘器仅能用于280℃以下的烟气;3) 气流速度低, 除尘的压力损失小, 因而, 电消耗小, 运行费用低;4) 维修简单, 维护费用低。

静电除尘器高压供电装置的功能是对粉粒荷电和捕集粉尘提供电场和电流。为确保性能良好, 获得高的收尘效率, 对高压供电装置的要求:1) 自动跟踪性能好, 能随除尘器工作条件的变化, 自动调整工作电压和电流, 始终处于电场临界击穿电压下工作, 为电场提供有效的平均电晕功率;2) 具有完整的保护系统, 能对火花闪络、电场短路、过电流和过电压等信号快速正确鉴别, 并作出反应, 使设备免受损坏, 达到稳定可靠操作;3) 便于操作维护, 可靠耐用。

为了使静电除尘装置以最高的除尘效率除尘, 就要以稍低于电弧放电但伴有一定的火花放电的电压下工作, 因此必须根据烟气的性质和除尘室内粉尘附着状态来自动调整施加的最高工作电压。实用的自动控制方式有定电流控制、定电压控制和火花控制。还可用通过烟囱的净化气体的不透明度作为反馈信号, 自动调节工作电压和寻找最佳振打频率。随着电子计算机技术的发展, 上述常规的自动控制系统将逐步由微机取代。静电除尘装置短路故障的发生几率比一般的高压装置高得多, 因此必须备有保护装置。

3 静电除尘技术的发展趋势

百年来, ESP已有了较大的变化和发展。但无论对ESP作了何种改进, 最终都没有脱离传统钢质收尘极的模式。这些改进从一定程度上改善了ESP的性能, 但都没有取得重大的突破。1998年美国Ohio大学的Pasic等人首次提出了“膜电除尘器 (MESP) ”的概念, 采用以先进的碳纤维材料编织成的膜作为ESP的收尘极。他们对各种纤维材料编织而成的膜的导电性、润湿性、阻燃性、抗疲劳强度、伸张弹性及编织密度等性能和清灰方法作了较为全面的研究。在此研究基础之上, 他们又在实验室模拟了真实运行状况下这种MESP的收尘效率。研究表明, 它完全适合于用来作干式电除尘器的阳极板。

相比钢质极板, 膜吸尘极具有许多优异的性能, 主要体现在9个方面:1) 质轻。十分有利于运输及安装上的方便;2) 价廉。对于膜收尘极的成本有待于进一步作出详细的评估;3) 能捕捉PM2.5级的细粉尘, 除尘效率高。4) 因为膜阳极板没有加强筋, 所以对流场的干扰较小, 大大减少了局部涡流的产生, 这就减少了二次飞扬的产生;5) 而且因为没有加强筋, 所以两极的间距就可缩小, 可使干式ESP的体积减小;6) 耐腐蚀;7) 灵活多样的清灰方式, 如:拉载荷方法、sonic horn气动喇叭清灰方法等;8) 在同样大小的外力作用状况下, 其剪切应力比钢板的大4倍以上, 所以, 若用拉载荷方法清灰, 则只要施加很小的外力便可使所积灰层产生较大的应变, 这样积灰层就以较大的块状掉下, 大大减小了二次飞扬;9) 也可用来改造原来钢质阳极板的ESP。其中耐腐蚀的优点, 对湿式ESP更具有吸引力, 因为钢质收尘极板在湿法条件下, 将被严重腐蚀, 所以很难利用脉冲电晕技术同时实现脱硫、脱硝。混合式MESP具有很高的除尘效率, 同时还能有效去除SO2、重金属等有害物质, 为在ESP中同时实现除尘、脱硫、脱硝的一体化技术开辟道路, 将是该领域研究与开发的纵深方向。

4 我们应采取的对策

云存储原理及发展趋势 第2篇

0前言

作为近几年兴起的“云计算(CloudComputing)”的一大重要组成部分，“云存储(CloudStorage)”承担着最底层以服务形式收集、存储和处理数据的任务，并在此基础上展开上层的云平台、云服务等业务。与传统的存储设备相比，云存储不仅仅是一个硬件，而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部分组成的系统。

云存储提供的是存储服务，存储服务通过网络将本地数据存放在存储服务提供商(SSP)提供的在线存储空间。需要存储服务的用户不再需要建立自己的数据中心，只需向SSP申请存储服务，从而避免了存储平台的重复建设，节约了昂贵的软硬件基础设施投资。

1云存储技术

云存储系统与传统存储系统相比，具有如下不同：第一，从功能需求来看，云存储系统面向多种类型的网络在线存储服务，而传统存储系统则面向如高性能计算、事务处理等应用;第二，从性能需求来看，云存储服务首先需要考虑的是数据的安全、可靠、效率等指标，而且由于用户规模大、服务范围广、网络环境复杂多变等特点，实现高质量的云存储服务必将面临更大的技术挑战;第三，从数据管理来看，云存储系统不仅要提供类似于POSIX的传统文件访问，还要能够支持海量数据管理并提供公共服务支撑功能，以方便云存储系统后台数据的维护。

基于上述特点，云存储平台整体架构可划分为4个层次，自底向上依次是：存储层、基础管理层、应用接口层以及访问层。云存储平台整体架构如图1所示。

图1云存储框架

(1)存储层

云存储系统对外提供多种不同的存储服务，各种服务的数据统一存放在云存储系统中，形成一个海量数据池。从大多数网络服务后台数据组织方式来看，传统基于单服务器的数据组织难以满足广域网多用户条件下的吞吐性能和存储容量需求;基于P2P架构的数据组织需要庞大的节点数量和复杂编码算法保证数据可靠性。相比而言，基于多存储服务器的数据组织方法能够更好满足在线存储服务的应用需求，在用户规模较大时，构建分布式数据中心能够为不同地理区域的用户提供更好的服务质量。

云存储的存储层将不同类型的存储设备互连起来，实现海量数据的统一管理，同时实现对存储设备的集中管理、状态监控以及容量的动态扩展，实质是一种面向服务的分布式存储系统。

(2)基础管理层

云存储系统架构中的基础管理层为上层提供不同服务间公共管理的统一视图。通过设计统一的用户管理、安全管理、副本管理及策略管理等公共数据管理功能，将底层存储与上层应用无缝衔接起来，实现多存储设备之间的协同工作，以更好的性能对外提供多种服务。

(3)应用接口层

应用接口层是云存储平台中可以灵活扩展的、直接面向用户的部分。根据用户需求，可以开发出不同的应用接口，提供相应的服务。比如数据存储服务、空间租赁服务、公共资源服务、多用户数据共享服务、数据备份服务等。

(4)访问层

通过访问层，任何一个授权用户都可以在任何地方，使用一台联网的终端设备，按照标准的公用应用接口来登录云存储平台，享受云存储服务。

2云存储技术的优势

作为新兴的存储技术，与传统的购买存储设备和部署存储软件相比，云存储方式存在以下优点：

(1)成本低、见效快

传统的购买存储设备或软件定制方式下，企业根据信息化管理的需求，一次性投入大量资金购置硬件设备、搭建平台。软件开发则经过漫长的可行性分析、需求调研、软件设计、编码、测试这一过程。往往在软件开发完成以后，业务需求发生变化，不得不对软件进行返工，不仅影响质量，提高成本，更是延误了企业信息化进程，同时造成了企业之间的低水平重复投资以及企业内部周期性、高成本的技术升级。在云存储方式下，企业除了配置必要的终端设备接收存储服务外，不需要投入额外的资金来搭建平台。企业只需按用户数分期租用服务，规避了一次性投资的风险，降低了使用成本，而且对于选定的服务，可以立即投入使用，既方便又快捷。

(2)易于管理

传统方式下，企业需要配备专业的IT人员进行系统的维护，由此带来技术和资金成本。云存储模式下，维护工作以及系统的更新升级都由云存储服务提供商完成，企业能够以最低的成本享受到最新最专业的服务。

(3)方式灵活

传统的购买和定制模式下，一旦完成资金的一次性投入，系统无法在后续使用中动态调整。随着设备的更新换代，落后的硬件平台难以处置;随着业务需求的不断变化，软件需要不断地更新升级甚至重构来与之相适应，导致维护成本高昂，很容易发展到不可控的程度。而云存储方式一般按照客户数、使用时间、服务项目进行收费。企业可以根据业务需求变化、人员增减、资金承受能力，随时调整其租用服务方式，真正做到“按需使用”。

3云存储技术趋势

随着宽带网络的发展，集群技术、网格技术和分布式文件系统的拓展，CDN内容分发、P2P、数据压缩技术的广泛运用，以及存储虚拟化技术的完善，云存储在技术上已经趋于成熟，以“用户创造内容”和“分享”为精神的Web2.0推动了全网域用户对在线服务的.认知。

从未来云存储的发展趋势来看，云存储系统主要还需从安全性、便携性及数据访问等角度进行改进。

(1)安全性

从云计算诞生，安全性一直是企业实施云计算首要考虑的问题之一。同样在云存储方面，安全仍是首要考虑的问题，对于想要进行云存储的客户来说，安全性通常是首要的商业考虑和技术考虑。但是许多用户对云存储的安全要求甚至高于它们自己的架构所能提供的安全水平。既便如此，面对如此高的不现实的安全要求，许多大型、可信赖的云存储厂商也在努力满足它们的要求，构建比多数企业数据中心安全得多的数据中心。现在用户可以发现，云存储具有更少的安全漏洞和更高的安全环节，云存储所能提供的安全性水平要比用户自己的数据中心所能提供的安全水平还要高。

(2)便携性

一些用户在托管存储的时候还要考虑数据的便携性。一般情况下这是有保证的，一些大型服务提供商所提供的解决方案承诺其数据便携性可媲美最好的传统本地存储。有的云存储结合了强大的便携功能，可以将整个数据集传送到你所选择的任何媒介，甚至是专门的存储设备。

(3)性能和可用性

过去的一些托管存储和远程存储总是存在着延迟时间过长的问题。同样地，互联网本身的特性就严重威胁服务的可用性。最新一代云存储有突破性的成就，体现在客户端或本地设备高速缓存上，将经常使用的数据保持在本地，从而有效地缓解互联网延迟问题。通过本地高速缓存，即使面临最严重的网络中断，这些设备也可以缓解延迟性问题。这些设备还可以让经常使用的数据像本地存储那样快速反应。通过一个本地NAS网关，云存储甚至可以模仿终端NAS设备的可用性、性能和可视性，同时将数据予以远程保护。随着云存储技术的不断发展，各厂商仍将继续努力实现容量优化和WAN(广域网)优化，从而尽量减少数据传输的延迟性。

(4)数据访问

现有对云存储技术的疑虑还在于，如果执行大规模数据请求或数据恢复操作，那么云存储是否可提供足够的访问性。在未来的技术条件下，此点大可不必担心，现有的厂商可以将大量数据传输到任何类型的媒介，可将数据直接传送给企业，且其速度之快相当于复制、粘贴操作。另外，云存储厂商还可以提供一套组件，在完全本地化的系统上模仿云地址，让本地NAS网关设备继续正常运行而无需重新设置。未来，如果大型厂商构建了更多的地区性设施，那么数据传输将更加迅捷。如此一来，即便是客户本地数据发生了灾难性的损失，云存储厂商也可以将数据重新快速传输给客户数据中心。

参考文献

1 Hayes B. Cloud Computing [J].Communications of the ACM, , 51(7):9-11.

2 Schmuck F B,Haskin R L.GPFS:A shared-disk file system for large computing clusters[C]//Proceedings of the Conference on File and StorageTechnologies,January 28-30,:231-244.

3 Namjoshi J,Gupte A.Service oriented architecture for cloud based travel reservation software as a service[C]//Proceedings of the IEEE International Conference on Cloud Computing(CLOUD’09),Bangalore,India,Sep 21-25,2009.Los Alamitos,CA,USA:IEEE Computer Society,2009:147-150.

4 ZHU B, LI K, PATTERSON H. Avoiding the Disk Bottleneck in the Data Domain File System [C]//Proceedings ofthe 6th USENIX Conference on File and Storage Technologies (FAST’08), Feb26-29, 2008, San Jose, CA, USA. Berkeley, CA, USA: USENIX Association,2008:269-282.

云游戏原理及发展分析 第3篇

云计算是基于互联网的服务增加、使用的交付方式，通常涉及到用互联网来提供动态易拓展且经常是虚拟化的资源。是将传统计算机和网络技术发展融合的产物，它意味着计算能力可以作为一种商品在互联网中流通。这种服务通过网络弹性的组织和提供动态可伸缩的虚拟化的资源，并按照使用量进行计费。使得网络，服务器，存储，应用软件，服务等计算资源可以被快速按需的提供，不仅安全可靠且不需要客户关注除使用以外的细节并实现了多种不同设备之间的数据应用共享。

云游戏是基于云计算技术的新型游戏模式。区别于传统的电子游戏，并不需要一部昂贵的游戏主机或者一台具有高端显卡和处理器的计算机，玩家便可以体验到逼真炫酷的游戏效果。当用户在云游戏平台上开启游戏时，云端的大型服务器便会分出部分资源对游戏数据进行计算和处理，对游戏即时画面数据进行填充和渲染，最后再将该结果压缩为视频流并通过网络传送到玩家的终端进行解压显示，完成与玩家的互动并随时同步玩家的控制数据。与此相关的，云游戏平台则是由运营商所提供运用云计算技术实现云游戏应用服务的大型服务器组以及相关的数据传输线路和显示处理终端。游戏厂商可以通过云游戏平台上架自己的游戏，相应的，玩家则可以在云游戏平台上选择，购买，运行自己喜欢的游戏。

当游戏被移植在云平台上，除了需要成熟的云计算技术及云平台运行维护技术的支持。高效可靠的远程渲染映射技术和虚拟化技术也成为云游戏能否满足用户要求的关键。

远程渲染映射技术的基本原理是用户在客户端发出各种游戏的指令和控制信号，由网络传送到云游戏的云端服务器平台，云端服务器运用其强大的处理器和显卡对游戏画面进行渲染并对游戏涉及到的数据进行运算。最后将渲染完毕的游戏画面形成视频流并压缩通过高速网络传送至客户端解压呈现在终端显示部件上。比较成功的实例是国外的OnLive，用户只需要一台接入网络的低配置计算机或者Mac机并连接OnLive服务器便可以无延迟的运行高速FPS网络对战及高3D特效的游戏。这都归功于OnLive服务器 使用了独特的高压缩比视频压缩技术和成熟高效的远程渲染映射技术。

虚拟化技术使得游戏厂商并不用将游戏进行很大的改动便可以移植到云游戏平台上同时让玩家获得原汁原味的游戏体验。虚拟化技术是云计算对实现计算资源和存储资源充分高效利用的关键。这项技术可以将对象的操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等进行虚拟化并生成一个虚拟版本，使得用户可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源。从而隐藏属性和操作之间的差异并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源，将应用程序以及数据，在不同的层次以不同的面貌加以展现，进而使不同层次的使用者、开发者及维持人员能够方便的使用，开发，维护和管理程序。

相比以往传统游戏，不论是对于玩家还是游戏厂商，云游戏具有更大的优势和更强的竞争力。

游戏如果没有相应的玩家群体，便会失去游戏的生命。是否能够获得更多的玩家并让玩家在游戏中体验到快乐进而使玩家愿意为游戏去消费一直是评判一部游戏成败的标准。运行在云游戏平台上的游戏可以为玩家提供更多的便利，相比于以往游戏主机和PC游戏模式就如去旅游是选择住酒店还是买房的问题。买房不仅费用昂贵并且需要装修后才可以入住，日后还要经常的打扫修理。住酒店就快捷方便的多。同样，云游戏并不需要昂贵的硬件设备投资，也不用安装游戏。更不用担心游戏版本的升级和维护。这一切都有云端专业的团队来完成。玩家所要做的就是选择自己喜欢的游戏。云游戏为玩家节约了游戏成本，不仅将玩家从不断升级硬件设备的噩梦中解救出来还节省了玩家大量的时间和资源。如今，先进的机顶盒GOD技术可以使我们不用去修改现在家庭普遍使用的机顶盒便可以将云游戏平台整合到广电平台上。玩家只需接入USB外部设备便可以在电视的大屏幕上获得远远优于传统游戏的游戏体验和视觉冲击。这项机顶盒技术已被我国的翼家云游戏公司实现并试营。这使得原本需要很高条件才能玩的游戏成为平台上即点即玩，即需即用的便捷资源。用户还不必考虑时间空间变换对游戏造成的影响。通过云端，只要接入网络就可以进行游戏。

如果说玩家激活了游戏的生命，那么游戏厂商便赋予游戏以灵魂，一个游戏的成败很多的取决于游戏的设计和运营。云游戏平台为游戏厂商提供了一个安全可靠地的展示空间。对于网络游戏来说，云游戏平台更好的解决了用户的游戏账号和游戏虚拟财产的安全问题，这得益于平台绑定用户游戏账户并使用先进的账号认证机制。由于在云平台上所有游戏内容的更新维护都在云端进行，用户端不用存放任何数据，防止了恶意篡进而杜绝了外挂的产生。云游戏平台通过安全维护从最大程度上限制了游戏服务器代码流出进而降低了服务器被破解的可能性也截断了私服的产生保护了游戏厂商的利益。同样的道理，对于单机游戏，云游戏平台无需客户下载游戏，而是将游戏网络化，从根本上杜绝游戏盗版可能。也使得游戏厂商减少了物流费用且不用担心商品囤积所造成的风险和损失。

虽然说云游戏具有诸多优点，但要想得到高质量的游戏体验我们还需要一个较好的网络环境。对于云游戏来说，网络一旦不稳定便会造成客户端画面延迟卡顿，玩家体验就会大打折扣。尤其对于强调即时的游戏来说，这将是致命的。所以网络环境恶劣就成为云游戏进军游戏市场的最大障碍。我国相比于美国、日本、韩国，网络环境更是复杂，不仅带宽普遍偏低且电信、网通的南北互联很差。所以要想真正的进入云游戏时代还需要长时间不懈的努力和相关部门的技术改善。

如大家所見，云游戏必将成为云计算中的杀手级应用，随着广电技术的推广和网络的改善，云游戏的时代已经接近。在未来，云游戏一定会为我们的生活创造更多的精彩！

参考文献

[1]王庆波，金涬，何乐.虚拟化与云计算[M].北京：电子工业出版社，2009（10）71-73.

[2]王栋.浅析广电基于云计算的新媒体游戏[J].北京：广播电视技术，2012（9）.

微机原理与接口技术发展实践 第4篇

微机原理与接口技术是一门以汇编语言为基础的学科,是单片机、嵌入式等学科的前置课程,以计算机实用技术为目标。内容主要包括微机系统概述、中断系统、典型接口芯片及其应用等内容。微机原理与接口技术实验在学生由课本理论知识向综合实践转型方面具有承上启下的作用。按照国家的教学标准,其课程的目标是:让学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术,建立微机系统整体概念,具有运用微机技术进行软、硬件设计开发的坚实基础,具有分析存解决实际问题的能力和创新意识[1,2,3]。

2 存在的问题

根据教育部规划方案,微机原理与接口技术这门课程为4学分64课时,就其本身而言,知识点比较繁琐,内容比较陈旧,与其他相关课程的教学脱节,跟不上新技术的发展,且理论性和实践性较强,因此,“学时少内容多”一直是一个难以解决的问题。从现如今的招生情况看,学生的总体水平不如以前,控制力不强,对不感兴趣的内容没有积极性,很多都只是为了拿学分而勉强追求一个及格的分数。另外,就教学而言,单一的教学手段和简陋的实验环境提不起学生的探知的欲望,教师授课时采用PPT和板书进行讲解,但PPT多半采用教材上的内容,制作粗糙不生动,教师讲到CPU结构、指令系统、总线时序等知识点时,这种单纯的理论分析让学生觉得枯燥乏味,因而学习缺乏积极性和主动性。通常这种“填鸭式”的方式抑制了学生的创新思维,这也为新时代选拔新型人才打下了不良的基础。实验教学中一般采用的都是国产的微机原理实验箱。这些实验箱装置主要实现芯片功能的验证性实验,学生无需编程只需照着连线图连接几根重要的连线即可得出结果,完全没有发挥学生的自主创新能力,没有做到理论知识和实践操作的结合[4],更没有发挥学生创造性。

3 理论教学改革探索

3.1 科学合理的安排教学内容,培养学生的学习兴趣

由于本课程的特点,笔者认为,改革的当务之急就是正确的对教学内容进行取舍。首先,要挑选一本内容翔实、重点突出的教材,其次,由于学时的限制,教师不能把整本书的内容全部讲完,作为教师,课前要做好备课工作,精选内容,以基本原理为主线,强调汇编语言程序设计中基本指令的用法以及流程图的作用,舍弃繁杂的计算功能,重点提高学生的逻辑思维能力和利用计算机分析问题、解决问题的能力,并在此基础上介绍一些新知识,拓宽知识面。其次,重视学生的主体地位,教学的目的不仅仅是将现有的知识全部灌输给学生,而是要为国家的发展培养出创新型、实用型的人才。另外,要注重培养学生的学习兴趣,因为兴趣是学习的最好老师,培养了浓厚的学习兴趣就等于拥有了成功的金钥匙。如何培养学生的学习兴趣,是教学改革的至关重要的一步。这里,笔者有几点经验跟大家分享。首先教师要与学生建立融洽的师生关系,学生可能因为喜欢一位老师而喜欢这位老师所教的这门课程,同样也可能因为厌烦这位老师而影响他对这门课程的学习。因此,教师要想方设法让学生喜欢自己,喜欢自己的课程。其次要创造一个健康、积极向上的育人环境。通过环境的培养,一方面可以教会学生正确地认识自己,另一方面还可以正确引导学生的世界观、人生观、价值观,让学生从小树立正确的奋斗目标。再有要关爱学生,体谅学生。学生也是一个个鲜活的生命,他们也是有感情的,如果你真心对他,他也会真心喜欢你。况且体谅学生也是我们身为人师的职责,要取得学生的尊重,首先应该懂得如何去尊重学生。最后教学方式要灵活多样,使他们会学、乐学。

3.2 积极灵活的教学方式

在教学方法上积极引进现代教育技术课堂教学采用双语标识,采用教学课件加板书的授课方式,建设课程网站,并提供一定规模的课堂教学录像和教学资料(如教学大纲、历年考试比较经典的题目、实践创新项目等),还可以实现了网上答疑、网上批改作业、在线测试等辅助教学功能[5]。成熟的计算机科学,不仅给教师授课提供了方便,也为学生学习其他重要的课程节约了时间,同时还能加强教师与学生之间的交流,形成一个良性的循环。另外,还可以开设自主课堂,就学生在本课程中比较好的学习方法、经验、心得等向其他学生介绍。还可以成立帮扶小组,让学习积极性好的同学帮助学习积极性稍微欠缺的同学。这样不仅能巩固所学的理论知识,也能增进同学之间的友谊,形成一个积极向上、团结互助的学习氛围,对学生今后的发展和学校整体水平的提高有很大的帮助。因为学生与学生之间比较容易交流,这样就可以让那些成绩稍微落后一点又比较内向的学生也能进步。

4 实践教学的改革探索

4.1 建立良好的实验开发环境

微机原理与接口技术属于计算机硬件类基础教学课程,重要的是能让学生在实验设备上进行更多的动手训练。古语有言:工欲善其事,必先利其器。要切切实实的学好微机原理与接口技术这门课,当然离不开实践环节。然而,造成现在学生动手能力不强的一个原因就是学校的硬件设备不能及时的跟上时代的发展。许多学校的设备都是几年前甚至是十几年之前的产品,而且已经有成百上千的学生使用过,即使是实践学生的操作过程全都正确,也不能保证设备经过长时间的使用全都完好无损。而且一台好的仪器对学生影响还是挺大的,有时学生的程序设计或者所设计的硬件电路正确,结果由于实验设备上一个小芯片的损坏而使正确的实验结果出不来,不仅会打击学生的积极性,而且也会严重挫伤学生的创新思想。因此,一台好的实验设备可以说是一个实验成功的关键。学校应该加大对这方面的投资,确保学生拥有良好的实验环境。

4.2 强化实践教学

实践是将已学的理论知识与现实生活中的问题相结合的产物。“纸上得来终觉浅,觉知此事要躬行”便是对实践的最好诠释。在教学问题中,笔者发现由于学生多仪器少的矛盾一直未得到解决,导致许多学生在实践课上老是做着许多与本课程不相关的事情,真正的技能没有学到,反而还浪费了不少时间。鉴于此,教师在实践环节中应加大监督的力度,现场巡视学生的实践情况,并及时帮助学生解决通过努力未能解决的问题。另外,除基础实验外,提供可选做的综合实验及创新性实验,以培养学生的实际动手能力和创新能力。

4.3 构建实验项目开放平台,并开放实验项目

除了上课安排的实验学时外,实践中心应该给学生提供更大的学习空间,开放实验项目平台,让学有余力的学生在课外的时间也能动手调试。还可以安排实验教师课后辅导学生参加科技制作、小发明和各类竞赛等,或者将一些微机或者单片机开发板仿真器或者各种芯片发放给感兴趣的学生,让学生在宿舍就能形成兴趣小组搭建自己想要的微机最小系统开发平台。为培养新时代的创新性人才提供优异的学习环境[6]。

5 建立科学的考核方式

以往的考核方式大多为“7+2+1”的方式,即期末考试占70%,实验环节占20%,平时出勤占10%。这种考核方式的缺点在于上课时部分学生有“身在曹营心在汉”现象,导致实验报告和作业抄袭情况特别严重,无法科学的检验学生掌握知识的程度。而现在我们所提倡的考核方式是重视期中考试,在理论考试的基础上,注重对实践环节的考核,每个实验项目结束后,学生都要把本次项目的原理、方法、操作步骤等向老师阐述,最后让学生自行设计一个新颖独创的作品,并现场演示和答辩。

6 结语

微机原理与接口技术是一门重要的专业基础课程,作为教育工作者,不仅肩负着传授知识的职责,更肩负着传授方法的重任。通过以上改革,本课程教学效果显著。学生的学习成绩和学校的整体水平有了大幅度的提高。然而,教育改革的道路仍然任重道远,作为一名教师,有责任和义务为国家的教育事业奉献终生。

摘要：随着计算机科学的发展和教学改革的深入,教师在微机原理与接口技术的教学中面临着新的挑战。微机原理与接口技术这门课是信息类专业的基础课,在课程建设中占有重要地位,其教学质量的好坏直接关系到学生对后续其他课程的学习。本文就目前教学方面存在的问题,从理论、实践两个方面阐述了教学改革过程中的一些方法,目的在于引导学生激发学生的学习兴趣,提高学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：微机原理与接口技术,改革,实践

参考文献

[1]王克义.非计算机专业微机原理课程的改革实践与研究[J].计算机教育,2005(11):37-39

[2]刘春玲.微机原理及应用课程教学改革探讨[J].武汉科技学院学报,2007(10):70-72

[3]白秋产,郑蓉建.《微机原理》课程教学改革与探讨.教育科普[J],2011(219):58-59

[4]张元涛.“微机原理及应用”课程的教学改革探讨.中国电力教育,2013(5):84-85

[5]胡飞虎,傅亮,张彦斌等.浅谈《微机原理与接口技术》课程教学改革.第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会,344-348

卫星定位原理及发展历史 第5篇

1、子午卫星导航系统（NNSS）

该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。

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1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。

1.1 子午卫星导航系统的组成（1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成。

在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107m；卫星高度约为H=1075km；按理论上的设计，六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为30度轨道平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。

（2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站； 1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；1个天文台（海军天文台）。

地面控制系统中设立了四个卫星跟踪站，它们分别位于加利福尼亚州的穆古角、明尼苏达州、夏威夷、缅因州。因为地面跟踪站的精确坐标是已知的，当子午卫星通过跟踪站上空时可以观测记录各卫星信号的多普勒频移，并将测到的数据传送给计算中心。计算中心设在加州的穆古角，计算中心根据各跟踪站最近36小时的观测资料计算各卫星的轨道，并外推预报16小时的卫星位置，然后按一定的编码格式写成导航电文传送到注入站。地面的2个注入站分别位于穆古角和明尼苏达州，注入站接收并存储由计算中心送来的导航电文，每12小时左右向卫星注入1次导航电文。在地面系统中美国海军天文台主要负责卫星以及地面计时系统的时间对比，求出卫星钟差改正数和钟频改正数。地面控制中心设在穆古角，主要负责协调和管理整个地面控制系统的工作。

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1.2 子午卫星导航系统的技术特点

（1）定轨精度：在卫星跟踪技术条件一定，使用相同的地球重力场模型且摄动修正精度一定的情况下，卫星定轨精度主要取决于地面跟踪站的数量及其分布，一般来说跟踪站越多、分布越广计算出的卫星轨道就越精确。

广播星历：是由美国本土的4个卫星跟踪站的观测数据解算的。因测站数量及分布范围都小，故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差±17m；径向误差±26m；法向误差±8m。

精密星历：是由美国国防制图局根据全球20个卫星跟踪站的观测资料解算的，因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较高。精密星历所预报的卫星位置精度为± 2m。

（2）卫星性能：限于早期火箭的运载能力，子午卫星的重量、体积都很小。星体直径约为50公分，卫星重量为45~73公斤。如此轻巧的卫星如何保持姿态稳定，使卫星天线始终指向地面在当时是一个技术难点（使用卫星姿态发动机无法解决燃料的长期供应，这显然是不现实的）。美国科学家巧妙地利用重力梯度稳定，使卫星的天线始终指向地面。他们在卫星天线的指向端接了一条30米长的稳定杆，杆端配有一个1.4公斤的重锤，在重力的作用下重锤始终把长杆和天线拉向下方，实现卫星的姿态稳定。卫星还装有4块太阳能电池板，给卫星提供所需的电能。

（3）卫星信号：卫星配有一台频率相当稳定的钟，由此产生一个频率为4.9996MHz基准钟频信号，该信号再经过倍频器分别倍频30和80倍后，形成两个频率为149.988MHz和399.968MHz的标准信号供卫星使用。

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（4）定位精度：多普勒定位仪利用广播星历的单机定位精度一般为10m左右,若观测100次卫星通过后的测量数据平差解算后，可获得精度为3~5m地心坐标；如果利用精密星历观测40次卫星通过的测量数据平差解算后，可获得精度为0.5~1m地心坐标；为了消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的多普勒定位仪进行联测，一般联测的定位精度为0.5m。

1.3 子午卫星导航系统的定位原理

子午卫星的定位原理是通过测定同一颗卫星不同间隔时段其信号的多普勒效应，从而确定卫星在各时段相对观察者的视向速度和视向位移，再利用卫星导航电文所给定的t1、t2、t3、t4„时刻的卫星空间坐标，结合对应的视向位移则可解算出测站空间坐标P（X，Y，Z）。多普勒定位的几何原理是：卫星在t1、t2、t3、t4„点上的坐标是已知的，而任意两个相邻已知点到待定点P的距离差（即视向位移）已通过多普勒效应测定。在数学上我们知道，一个动点P到两个定点的距离差为一定值时，该动点P则构成一个旋转双曲面，这两个定点就是该双曲面的焦点。于是以卫星所在的t1、t2、t3、t4„任意两个相邻已知定点作焦点，未知点P作动点均构成对应的特定旋转双曲面。其中两个双曲面相交为一曲线（P点必在该曲线上），曲线与第三个双曲面相交于两点（其中一点必为P点），第四个双曲面必与其中一点相交——该点就是待定的P（X、Y、Z）点。因此要解算P点的三维坐标，必须对同一颗卫星要有四个积分间隔时段的观测，得出卫星在四段时间间隔的视向位移。从而获得四个旋转双曲面，它们的公共交点就是待定点P（X、Y、Z）。

1.4 子午卫星导航系统的不足之处

（1）一次定位所需时间过长，无法满足高速用户的需要。这一缺点是由多普勒定位方法的本身决定的。因为采用距离差交会的各个旋转双曲面的焦点是由同一颗卫星在飞行的过程中逐步形成的。为了保证观测精度，这些焦点的距离不能太小。在一次测量定位的过程中，要求卫星对于测点的起、止观测角度θ必须在90°左右（参见图2）。因此一次定位一般需要连续观测一颗卫星通过的时间约为15～18分钟。这样势必带来一系列的问题：①该系统只能作为船舶等低动态用户进行辅助导航（例如惯性导航间断修正），无法用于飞机、导弹、卫星等高动态用户的实时定位。②在一次定位的过程中（15～18分钟）导航载体还在运动，其间导航载体的空间位置可能变化10公里左右。于是解算时必须根据导航载体的运动速度将观测值归算至同一时刻，显然这会影响导航定位精度。③为了减少一次定位所需时间，只能采用低轨道的短周期多普勒卫星。而低轨卫星由于受到地球不规则重力场的引力摄动和大气阻力摄动的影响很大，低轨卫星精确定轨的测算难度很大且精度不高。

（2）卫星出现时间间隔过长，无法满足连续导航的需要。由于子午卫星系统没有采用频分、码分、时分等多路接收技术，要求在同一时刻多普勒接收机只能接收一颗子午卫星的信号。但是接收机本身无法识别和屏蔽不同的子午卫星的信号，于是在同一天区如果出现两颗以上的子午卫星，就会导致定位信号的相互干扰。尤其是对于极轨卫星，为了防止在高纬度地区的视场中同时出现多颗卫星造成信号干扰的可能性，子午卫星的数量一般不宜超过6颗。因卫星数量少导致中低纬度地面出现可观测卫星的时间间隔过长，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星。而考虑到轨道进动的不规则漂移导致轨道间隔分布的不均匀性因素后，在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星，这样该系统就很难满足用户连续导航的需要。尽管如此，有时在高纬上空还是可出现多颗卫星造成信号互相干扰的现象，此时用户只能通过地面控制中心将信噪比差的卫星信号关闭以避免信号的相互干扰。限于当时的技术条件，子午卫星系统没有采用频分、码分、时分等多路接收技术，确定了该系统不能成为连续导航系统。

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（3）子午卫星导航系统的定位精度偏低。这是该系统的致命缺陷，究其原因主要有三个方面：

①卫星轨道低，受到地球不规则重力场的引力摄动和大气阻力摄动的影响很大，低轨卫星精确定轨的测算难度很大且精度不高。由于卫星引力摄动和阻力摄动计算不准导致的定位误差可达1～2米。

②卫星信号频率较低受电离层影响大，这是因为电离层是电磁波的弥散介质，对不同频率（f）的信号传播速度影响很大。在电离层延时改正公式中略去了频率的高次项（1/f2）2频率越低导致的误差就越大，在地磁赤道附近太阳活动的中等年份，由此产生的定位误差大于1米，在太阳活动大年误差就更大。

③子午卫星的卫星钟频不够稳定，由于观测时间过长而此间钟频不稳定导致的钟漂d（Δf）引起的定位误差可达0.8～１米。

由于上述种种原因，纵使子午卫星导航系统刚服役不久，就迫使美国国防部不得不着手研究第二代的卫星导航系统——全球定位系统（GPS）。

2、全球定位系统（GPS）

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该系统的全称是：卫星测时测距导航/全球定位系统（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System）。

1973年12月，美国国防部批准陆、海、空三军联合研制第二代的卫星导航系统——全球定位系统（GPS）。该系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性（陆地、海洋、航空、航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时等多种功能。能为各类静止或高速运动的用户迅速提供精密的瞬间三维空间坐标、速度矢量和精确授时等多种服务。

GPS计划经历了方案论证（1974～1978年），系统论证（1979～1987年），试验生产（1988～1993年）三个阶段，总投资300亿美元。整个系统分为卫星星座、地面监测控制系统和用户设备三大部分。论证阶段发射了11颗BlockⅠ型GPS实验卫星（设计使用寿命为5年）；在试验生产阶段发射了28颗BlockⅡ型和BlockⅡA型GPS工作卫星（第二代卫星的设计使用寿命为7.5年）；第三代改善型GPS卫星BlockⅡR和BlockⅢ型GPS工作卫星从90年代末开始发射计划发射20颗，以逐步取代第二代GPS工作卫星，改善全球定位系统。

2.1全球定位系统（GPS）的组成

（1）卫星星座：全球定位系统的空间卫星星座，由分布在六个独立轨道的24颗GPS卫星组成（其中包括3颗备用卫星），平均每个轨道上分布4颗卫星，各轨道升交点的赤经相差60°。卫星轨道倾角i =55°；卫星运行周期T=11h58m（恒星时12小时）；卫星高度H=20200km；卫星通过天顶附近时可观测时间为5小时，在地球表面任何地方任何时刻高度角15度以上的可观测卫星至少有4颗，平均有6颗，最多达11颗。

（2）地面系统：地面设有5个卫星监测跟踪站； 1个主控站；3个信息注入站。

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5个监测站分别位于夏威夷、科罗拉多、阿松森、迭哥伽西亚、卡瓦加兰，主要负责监测卫星的轨道数据、大气数据以及卫星工作状态。通过主控站的遥控指令监测站自动采集各种数据：对可见GPS卫星每6分钟进行一次伪距测量和多普勒积分观测、采集气象要素等数据，每15分钟平滑一次观测数据。所有观测资料经计算机初处理后储存和传送到主控站，用以确定卫星的精确轨道。主控站设在美国科罗拉多州的一个军事基地的山洞里。主控站主要负责协调和管理地面监控系统，根据各监测站资料，推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参数编制导航电文；对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。并将导航电文、指令传送到注入站。3个注入站分别位于阿松森、迭哥伽西亚、卡瓦加兰——赤道带附近的美国海外空军基地。注入站主要任务是：将主控站推算和编制的卫星星历、导航电文、控制指令注入相应的卫星的存储系统，并监测GPS卫星注入信息的正确性。

2.2 全球定位系统的技术特点

（1）定轨精度：目前的GPS卫星的跟踪技术条件，以及地球重力场模型的球阶函数的引力摄动修正等等精确定轨的推算技术手段，都比70年代优胜高明得多，因此卫星定轨精度也比过去高得多。

广播星历：是由美国本土以及海外军事基地上的5个卫星监测站的观测数据解算的。因测站数量少，故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差±5m；径向误差±3m；法向误差±3m。

精密星历：是由美国国防制图局根据全球20多个卫星跟踪站的观测资料解算的，因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较广播星历高一个数量级。值得指出的是，由国际GPS地球动力学服务组织（IGS）所测算预报精密星历比美国军方测定的精密星历的精度要高得多，卫星位置精度可达±3厘米。

（2）卫星性能：GPS卫星直径1.5米；重量为843.68公斤（包括310公斤燃料）；GPS卫星通过12根螺旋阵列天线发射张角约为30度的电磁波束垂直指向地面。GPS卫星采用陀螺仪与姿态发动机构成的三轴稳定系统实现姿态稳定，从而使天线始终指向地面。卫星还装有8块太阳能电池翼板（7.2 m2），三组15A的镍镉蓄电池为卫星提供所需的电能。

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（3）卫星信号：卫星配有4台频率相当稳定（量时精度为10-13秒）的原子钟（2台铯钟，2台铷钟），由此产生一个频率为: 10.23MHz的基准钟频信号。该信号经过倍频器降低10倍的频率后，成为频率为1.023MHz测距粗码（C/A码）的信号频率；基准钟频信号的频率10.23MHz，直接成为测距精码（P码）的信号频率；基准钟频信号经过倍频器降低204600倍的频率后，成为频率为50MHz数据码（卫星星历、导航电文的编码）的信号频率；基准钟频信号再经过倍频器倍频150倍和120倍频后，分别形成频率为1575.42MHz（L1）与1227.60MHz（L2）载波信号。测距用的码频信号控制着移位寄存器的触发端，从而产生与之频率一致的伪随机码（测距码），测距码与数据码模二相加后再调制到L1 L2载波信号上通过卫星天线阵列发送出去。值得指出的是：无论是测距码的波长还是载波信号的波长，都是测量GPS卫星到观测点距离的物理媒体，它们的频率越高波长越短所测量的距离精度就越高，定位精度也就越高。另外C/A码除了用于测距外，它还用于识别锁定卫星和解调导航电文以及捕获P码。

（4）定位精度：利用伪随距码（测距码）的信号单机测量，理论上按照目前测距码的对齐精度约为码波长的1/100计算，测距粗码（C/A码）的测距精度约为±3m； 而测距精码（P码）的测距精度约为±0.3m。为了消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的载波相位GPS定位仪实行联测定位，对于载波信号单频机的相对定位精度可达:±（5mm+2ppm×D）其中D为两台仪器的相对距离；对于载波信号双频机，它能有效的消除电离层延时误差，其相对定位精度可达:±(1mm+1ppm×D)；全球定位技术不但精度高，而且定位速度快，可以满足飞机、导弹、火箭、卫星等高速运动载体的导航定位的需要。

2.3 全球定位系统的定位原理

GPS定位的几何原理并不复杂，它是利用测距交会的原理确定测点位置的。如图5所示，GPS卫星任何瞬间的坐标位置都是已知的。一颗GPS卫星（Sn）信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机（P）的距离（Dn），但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS接收机的可能位置构成一个以Sn为中心以Dn为半径球面（称为定位球）；当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；当得到第三颗卫星的距离后，第三个定位球面与该圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星确定的定位球便交出接收机的准确位置。因此，如果接收机能够同时得到四颗GPS卫星的测距信号，就可以进行瞬间定位；当接收到信号的卫星数目多于四颗时，可以优选四颗卫星计算位置，或以信噪比最高的卫星数据作为平差标准与其他多颗卫星数据进行平差计算，以消除公共误差提高定位精度。如果不考虑测量距离的误差修正，整个定位过程是：测量站星几何距离Dn通过导航电文提供的卫星坐标S（Xs，Ys，Zs）利用定位球方程式：

求解4个定位球相交的公共点P（Xp，Yp，Zp）。

按GPS定位测量的技术手段分类，可分为伪随机码相位测量与载波相位测量两类。由于篇幅限制这里只讨论伪随机码相位测量原理：简而言之伪随机码相位测量时，GPS接收机利用码分多址技术与码相关锁相放大技术，同时对4颗以上卫星的测距信号进行伪距（站星真空距离）测定，再通过对伪距的多项修正后的站星几何距离解算测站坐标。

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伪码测量的具体步骤为：

①接收机将本机产生C/A码与卫星发射C/A码模二和，求自相关系数R(t)；

②当自相关系数R(t)=-1/N（有相位差码序不齐）时，延时器将本机码元相位后移，直至R(t)= 1（码序对齐）时锁定信号，并解读导航电文。

③接收机根据本机信号的延时量（Δt）计算GPS卫星到接收机伪距（D’= CΔt）。

④再对伪距（D’）经过对流层延时改正、电离层延时改正、钟差钟漂改正等多项修正后，成为近似的几何距离（D），连同导航电文的卫星坐标 S（Xs，Ys，Zs）代入定位球方程解算测点坐标P（Xp，Yp，Zp）。

按GPS定位方法分类可分：

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①绝对定位：在未知点上用GPS定位仪（单机）测定站星距离，从而独立解算测点WGS-84坐标的过程。

②相对定位：在一定距离内，用两台以上GPS定位仪同时测定站星距离，通过求差的方法解算测点间基线向量的过程。

③静态定位：在定位过程中，GPS定位接收机始终处于静止接收状态的定位方法。

④动态定位：在定位过程中，GPS定位接收机始终处于运动接收状态的定位方法。

2.4 美国对GPS用户的限制性政策

由于GPS定位技术与美国的国防现代化发展密切相关,因而美国从自身的安全利益出发,限制非特许用户利用GPS定位精度。GPS系统除在设计方面采取了许多保密性措施外，还对GPS用户实施SA与A-S限制性政策，具体做法有：

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①对不同的GPS用户提供不同的服务方式：GPS系统在信号设计方面就区分了两种精度不同的定位服务方式，即标准定位服务方式（SPS）和精密定位服务方式（PPS）。

标准定位服务方式（SPS）它通过美国军方已经公开的卫星识别码（C/A码）解调广播星历的导航电文，进行定位测量的，其单点定位精度约为20～40m。

精密定位服务方式（PPS）是美国军方或者美国同盟国的特许用户使用的，其单点定位精度约为2～4m。使用这种服务方式一定要事先知道加密码（W码）和精码（P码）的编码结构。否则便无法解调锁定P码进而解读精密星历，实施精密测距。因此W码与P码对于非特许用户是绝对保密的。

②选择性可用（SA）政策——对（SPS）服务实施干扰：为了进一步降低标准定位服务方式（SPS）的定位精度，以保障美国政府的利益与安全，对标准定位服务的卫星信号实施δ技术和ε技术的人为干扰。

w δ技术——将钟频信号加入高频抖动使C/A码波长不稳定。

w ε技术——将广播星历的卫星轨道参数加入人为误差，降低定位精度。

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在SA政策的影响下，SPS服务的垂直定位精度降为±150m，水平定位精度降为±100m。科学家利用GPS差分技术，可以明显削弱SA政策导致的系统性误差的影响。但对于使用精密定位服务（PPS）的特许用户，则可以通过密匙自动消除SA影响。

SA政策1991年7月1日实施，因印影响美国商业利益，于2000年5月2日取消SA政策。

③反电子欺骗技术（A-S）——对P码实施加密：尽管P码的码长是一个非常惊人的天文数字（码长为2.35×1014比特）至今无法破译，但是美国军方还是担心一旦P码被破译，在战时敌方会利用P码调制一个错误的导航信息，诱骗特许用户的GPS接收机错锁信号——导致错误导航。为了防止这种电子欺骗，美国军方将在必要时引入机密码（W码），并通过P码与W码的模二相加转换为Y码，即对P码实施加密保护：

P W=Y

由于W码对非特许用户是严格保密的，所以非特许用户将无法应用破密的P码进行精密定位和实施上述电子欺骗。

3、全球导航定位系统（GLONASS）

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该系统是82年底由前苏联开始承建，期间因苏联解体，几经周折最后由俄罗斯于96年建成全球导航定位系统（Global Navigation Satellite System——GLONASS）。该系统与美国的全球定位系统同属于第二代卫星定位系统。

3.1全球导航定位系统的组成（1）卫星星座：如图6所示，全球导航定位系统的空间卫星星座，由分布在三个独立椭圆轨道的24颗（GLONASS）卫星组成（另加1颗备用卫星），平均每个轨道上分布8颗卫星，各轨道升交点的赤经相差120°；轨道偏心率e=0.01；卫星轨道倾角i =64.8°；卫星运行周期T=11h15m（恒星时11.28小时）；卫星高度H=19100km；卫星设计的使用寿命为4.5年，直至1995年卫星星座布成，经过数据加载、调整和检验，已于1996年1月18日整个系统正式运转。

（2）地面系统：地面控制站组（GCS）设有1个系统控制中心（在莫斯科区的Golitsyno-2），1个指令跟踪站（CTS），整个跟踪网络分布于俄罗斯境内；CTS跟踪遥测着所有GLONASS可视卫星，对其进行测距数据的采集和处理，并向各卫星发送控制指令和导航信息。在GCS内装有激光测距设备对测距数据作周期修正，为此所有的GLONASS卫星上都装有激光反射镜。

3.2 全球导航定位系统的技术特点

（1）卫星信号： 每颗GLONASS卫星配有铯原子钟，以便为所有星载设备提供高稳定的时标信号。GLONASS卫星同样向地面发射两种载波信号，L1载波信号的频率为1602~1616MHz ；L2载波信号的频率为1246~1256MHz ；其中L1载波信号为民用，L2载波信号为军用。GLONASS卫星之间的识别方法采用频分复用制（FDMA），L1载波信号的频道间隔为0.5625 MHz，L2载波信号的频道间隔为0.4375 MHz。GLONASS卫星测距粗码（C/A码）的码频0.511MHz 码长为511比特，重复周期为1ms ；GLONASS卫星也采用类似GPS信号的P码，尽管前苏联严格保密，英国立茨大学G..R.Lennen博士还是成功地破译了P码。

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（2）定位精度：

w 水平精度：±50~70m；垂直精度：±75m；

w 测速精度：±15cm/s； 授时精度：±1μs

（3）定位原理：与GPS相同。

3.3 俄罗斯联邦政府对GLONASS系统的使用政策

早在1991年俄罗斯联邦政府就首先宣称：GLONASS系统可供国防和民间使用，不带任何限制、不引入“选择可用性（SA）”机制，也不计划对用户收费，该系统将在完全布满星座后遵照以公布的性能运行至少15年。俄罗斯空间部队的合作科学信息中心作为GLONASS系统状态信息的用户接口，正式向用户公布GLONASS系统咨询通告。1995年3月7日俄罗斯联邦政府签署了一项“有关GLONASS面向民用得行动指导”的法令，确认了由民间用户早期启用GLONASS系统的可能性。俄罗斯联邦政府对GLONASS系统的使用政策，使得美国的GPS定位仪的生产商对美国政府实施的SA政策大为不满，考虑到美国的商业利益美国政府最后不得不于2000年5月2日取消SA政策。

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4、双星导航定位系统（北斗一号）

1982年7月，美国L.A.Lvarez和C.Trophy及F.Rose三位科学家提出主动式卫星导航通信系统,并于1982年12月完成了总体设计,定名为GEOSTAR。该系统是一个局域实时导航定位系统，据1991年9月的报导,由于GEOSTAR系统缺乏竞争能力,拟投资的用户日渐减少,最后不得不中断该系统的建设。而我国类似GEOSTAR系统的双星导航定位系统（北斗一号），已于2000年底发射了两颗同步静止定位卫星，并完成了大量的测试工作。该系统的第三颗同步静止定位卫星，在2003年5月25日发射，于6月3日5时顺利定点，系统大功告成。

4.1双星导航定位系统的组成:

（1）卫星星座：由3颗同步静止卫星组成（其中1颗在轨备用）。轨道倾角i =0°；公转周期T=24h恒星时；轨道高度H=36000km。

（2）地面系统：一个中心站:负责系统测控、定位信号的发射与接收、用户坐标的解算与发布、双向授时等。

4.2双星导航定位系统的技术特点：

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（1）服务区域：70°~145°E； 5°~55°N

（2）用户设备：定位收发机的瞬间发射功率较大。

（3）定位精度：平面精度±20m；垂直精度±10m。

4.3双星导航定位系统的定位原理：

双星导航定位系统的定位原理如图7所示：地面中心站通过2颗同步静止定位卫星传送测距问询信号，如果用户需要定位则马上回复应答信号。地面中心站可根据用户的应答信号的时差计算出户星距离，这样以两颗定位卫星为中心以两个户星距离为半径可作出两个定位球。而两个定位球又和地面交出两个定位圆，用户必定位于两个定位圆相交的两个点上（这两个交点一定是以赤道为对称轴南北对称的）。地面中心站求出用户坐标后，再根据坐标在地面数字高程模型读出用户高程——进而让卫星转告用户。

双星导航定位系统的最大优点是系统简单投资少，而最大缺点是他只能实施局域定位，接收发射机功率大且笨重还会暴露用户目标，在战时这是兵家最忌讳的事情。

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5、伽俐略系统（GNSS）

从1994年欧盟已开始对伽利略（GNSS）系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽利略（GNSS）系统的L频段的频率资源。2002年3月欧盟15国交通部长一致同意伽利略（GNSS）系统的建设。该系统由欧盟各政府和私营企业共同投资（36亿欧元），是将来精度最高的全开放的新一代定位系统。

5.1系统组成：

①卫星星座：由3个独立的圆形轨道，30颗GNSS卫星组成（27颗工作卫星，3颗备用卫星）。卫星的轨道倾角i =56°；卫星的公转周期T=14h23m14S恒星时；轨道高度H=23616km。

②地面系统：在欧洲建立2个控制中心；在全球构建监控网。

③定位原理：与GPS相同。

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④定位精度：导航定位精度比目前任何系统都高。

5.2计划实施：

① 1994年开始进入方案论证阶段；

② 2003年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段；

③ 2008年整个伽利略（GNSS）系统建成并投入使用；

6、第二代卫星定位系统的应用特点与前景

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6.1第二代卫星定位系统的应用特点

第二代卫星定位系统是以其高精度、全天候、高效率、多功能、易操作、应用广等特点而著称的。

（1）定位精度高：应用实践表明，GPS静态相对定位精度在50km以内可达10-6，100～500km可达 10-7，1000km以上可达 10-9。在3000～1500m工程精密定位中，1小时以上观测解算的平面位置误差小于1mm。

（2）观测时间短：随着GPS系统的不断完善，解算软件的不断更新，目前20km以内，静态相对定位时间只需15～20分钟；15km以内快速静态相对定位时间仅需1～2分钟；动态相对定位，当模糊度确定后，流动站仅需几秒钟可确定一个厘米级的定位数据。

（3）测站间无需通视：GPS测量不要求测站之间相互通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，测量控制点位置可根据需要可稀可密，使选点工作十分灵活，也可省去经典大地网中传算点、过渡点的测量工作。

（4）一次测量即获三维坐标：在经典大地测量中平面位置与高程是采用两种不同方法分别测量的，工作量大测量过程繁琐。而GPS测量则可同时精确测定站位的三维直角坐标或三维大地坐标，这种高效率是传统测量不可比拟的。目前GPS水准测量可达到4等精度水平，当然这与解算软件选用的大地水准面模型（重力场模型）和当地水准面拟合精度有密切关系。

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（5）易操作全天候作业：随着GPS接收机的不断改进，接收机的智能化、自动化程度越来越高，接收机的体积越来越小，重量越来越轻，大大减轻测量外业工作的劳动强度。另外GPS测量不受阴天黑夜、刮风下雨、下雪雾障等恶劣天气的影响，可以在一天24小时随时进行测量。

6.2第二代卫星定位系统的应用前景广阔

发展原理 第6篇

【关键词】信息时代 CDMA技术 基本原理

在信息时代到来的当今，全球掀起通信技术创新的浪潮，其市场竞争环境日趋激烈。尤其在各国加入世界贸易组织后，CDMA技术在全球出现迅猛的增长趋势，推动了 3G、GSM、CDMA等通信技术的逐渐优化。我国的CDMA技术起步晚于发达国家，在关键技术方面存在较大差距，但通过技术人员付出艰辛努力， 用户数量逐年攀升。CDMA技术作为一种领先的数字无线通讯技术，我国通信领域研究人员对CDMA技术的开发与应用非常重视。作者认为探析CDMA技术的基本原理，对CDMA技术的发展与创新有积极地促进作用。

一、CDMA技术简介

CDMA技术是基于数字通信技术的分支扩频通信的前提下逐渐发展而来的一项技术。所说的扩频，概括地讲是指将频谱扩展。CDMA技术运用直接序列扩频形式，具体而言是用噪声特性的载波或者简单点转向复杂点通信，利用超宽频带去传输同类型的信息。扩频技术最早出现在二战时期，此种技术起初用于预防敌方对己方通信的侵袭。那时候所用的窄带的数据传输频率只有几十赫兹，仅靠一个同等发射频率与足够大功率的发射器便能实现扰乱敌方信号。鉴于不管是调幅还是调频技术均无法从恶劣的信噪比条件下恢复原始数据，因而CDMA技术对其进行了改进，通过特殊的码型处理，将信号能量转移到一个足够宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有码型完全对应才实现数据全部再现。由于信号湮没在噪声里，使得敌方难以侦测，所以这种技术大范围推广于现代军事领域。随着CDMA技术的发展，它已普遍用于日常生活，为人们生活提供了更多便捷的服务。

二、CDMA技术的基本原理

在CDMA中，任何比特时间均能划分成m个间隔单位，一般m的值為64或128，假设m的值取8来叙述其原理。CDMA的任何一个站均对应特定的m bit码片序列。若某个需要输出比特，就需要输出自身的m bit码片序列。若输出的比特为零，那么输出此码片序列就需转化二进制反码。譬如，S站执行的8 bit码片序列为00011011。若S传输比特为1，此时对应序列为00011011，若S发送比特为零，其对应的序列是11100100。为减少计算量，人为根据惯例把码片中0用-1替换，而1用+1替换。所以S站的码片序列改为（-1-1-1+1+1-1+1+1）。

CDMA系统还存在一个突出的特点，就是通过预先编码，使得每一个站分配码片序列各式各样，而且彼此间还存在正交关联。运用数学公式能直观地反映出码片序列间存在的正交关联。将向量S定义为S站的码片向量，再将T定义为其他任何站的码片向量。由于两个不同站的码片序列正交，那么向量S与向量T的规格化内积均为0。

除此以外，每一个站码片反码与S的向量内积也为0，任何一个码片向量和其本身的规格化内积均为1，任何一个码片与该码片反码的向量的规格化内积值为-1。

下面根据CDMA技术的基本原理来说明其通信过程中信息的发射和接收。将码分多址可实现随时调用各序列段的地址码，从而发射出不同类型的信号。通过上述分析可知，不同的码片序列存在彼此正交关联，而接收机就是利用信号码型间的区别筛选出有用的信号。在CDMA系统中，系统性能取决于所选这地址码的属性。若用超过语音信号速率的地址来调控信号，那么产生的数字流的比特率和地址码一样，而信号的频谱明显增加。

三、对CDMA技术未来动向的展望

（一）CDMA技术走向网络化

中国电信收购CDMA网络后，快速完成网络交接，优化各项技术提升服务质量，正筹划一场前所未有的信息技术战略。CDMA技术的发展经过多次的升级，凭借其超快速度，构建了全球最大规模的CDMA网络环境，并将建设成本控制在最低，保证了经济效益的稳定增长。CDMA网络与其他网络相比有明显的的优势，主要表现在两方面：其一，在800MHz频率环境下，IX与EV-DO可共享资源，这样能有效节省成本；其二，利用集中采购，使得无线网络主设备单价接收信息费用减少，且能保证高质量。近几年，CDMA技术进行整体化的网络建设，快速提升了网络覆盖区域及质量，切实满足客户的需求，实现了网络质量与用户满意度的双赢。CDMA技术将EV-DO覆盖重点从城市逐步转向县级，其县级居民同等也享受高速网络的服务。

（二） CDMA技术将采用分布基站

CDMA技术发展应该考虑到我国区域复杂的特点，我国城市与农村网络服务差距较大，而东西不经济发展存在较大差异，如果CDMA技术采用相同的结构架式，必然会暴漏出诸多问题，因此，CDMA技术应采用分布基站，这样有利于计划部署、减少资源损耗、降低建设成本、组灵活组建网络网灵活，保证CDMA技术对外界环境的有较强的适应性，且能有效的提高网络质量。中国电信把BBU+RRU的核心性能应用于CDMA技术的核心结构，而且不断汲取网络优化经验。在很多条件复杂的地区，运用分布基站可以将PPU设置在天线塔上，降低馈线损耗，进而使得网络覆盖面积大幅度提升。

四、结束语

在科学技术不断革新的作用下，CDMA技术必然会有更长远的发展，其应用领域将继续扩增，服务范围及质量会日趋完美，能最大程度地满足人们对其越来越高的要求。然而，我国关于CDMA技术的研究晚于发达国家，在关键技术方面有很大差距，因此，我们要虚心汲取国外的先进技术，将其合理的转化应用到国内CDMA技术研发中，从而为CDMA技术发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]孙蓓，张玉. CDMA移动通信技术[J].科技信息， 2008，（15）.

微机继电保护的原理及发展 第7篇

微机保护改变了过去继电保护中存在的无法用硬件来实现的技术问题,使得这些问题均可通过某种新的算法程序而得以解决。同时,因方便改写微机软件这一特点,使微机保护的性能得到了大幅改善[1]。

1 微机保护的特点

微机保护一般有进出线保护、母联分段保护、母联备自投保护、厂用变压器保护、高压电动机保护、高压电容电抗器保护、差动及后备保护等。

微机保护与传统保护相比,差异在于保护性能。由于布线逻辑的结构特点,传统保护的每种功能均是通过相应的硬件设备和一些连线所完成的,而在微机保护中,以上任务则是由微机系统中的各程序运行来实现的。结构上的差异造成了微机保护的优越性:(1)保护性能及可靠性大幅提高。(2)运行维护灵活、便捷,定期校验简易化。(3)各种附加功能获取更加便捷。(4)各种保护动作正确率提高。(5)经济性强。但同时微机保护也存在一定的局限性如:装置的硬件长期性更新换代和装置的软件不可移植性[2]。

2 微机保护的硬件结构

无论是何种微机保护,硬件系统均由5部分构成:数据处理单元,即微机主系统部分;数据采集单元,即模拟量输入系统;数字量输入/输出接口,即开关输入输出系统;通信接口;电源部分。微机保护硬件框图如图1所示。微机保护装置利用单片微机灵活地发挥保护作用,是一种具备继电保护功能的工业控制微机系统。

在微机的硬件结构中,数据处理单位即CPU为微机保护装置的核心,其是由单片微机和扩展芯片构成的一台小型工业控制微机系统。该系统的组成如图2所示,其中包括:微处理器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随即存储器(RAM)和时钟(CLOCK)等器件。

3 微机保护的软件系统原理

对应于微机保护硬件系统的保护和人机接口两部分,微机保护的软件也相应化分为保护软件和接口软件两部分。主程序和两个中断服务程序是保护软件的主要配置。接口软件主要针对人机的接口部分软件,其程序分为运行程序和监控程序,运行程序执行于运行方式下,监控程序执行于调式方式下。保护软件工作状态有:运行、调式和不对应3种。不同工作状态下对应的程序也各不相同[3]。

运行状态的工作方式开关在“工作”位置,定值固化开关在“禁止”位置,定值拨轮开关指在运行定值区,接口插件巡检开关在“巡检”位置,保护运行灯亮,对应的保护功能投入。运行状态下的操作分为4步:打印及显示采样报告;打印机显示故障报告;显示及修改运行时钟;打印及显示当前保护定值。

调式状态是将各保护CPU插件工作方式开关由“工作”位置拨到“调试”位置,复位该插件,此时保护插件运行OP灯熄灭,保护的数据采集和保护功能均退出。调式状态下的操作分为3步:定值输入;CRC码检验及保护版本显示;开出试验。

而不对应状态是在运行状态下,将某一保护插件上的工作方式开关由“工作”位置拨到“调试”位置,不复位该插件。此时保护插件仅运行中断服务程序的数据采集功能,其对应的保护功能退出。不对应状态主要用于对数据采集系统进行调试、检测零漂、采样精度、阻抗元件的精工电流和电压等。

与传统模拟式继电保护的最大区别在于,微机保护应用的是数字继电器,该种继电器利用软件实现其功能。所谓的算法则是微机保护装置应用程序对模/数转换器提供的各种电气量的采样数据进行统计、分析、运算以及最终判断来完成各种保护的功能。傅里叶算法和微积分算法是微机保护广泛采用算法,其中,后备保护是利用微积分算法的采样率为每周波12点此种高精度的特点实现的[4]。

微机保护软件程序分为3类:(1)主程序。主要包括初始化和自检循环两部分,完成工作中的工作状态确认,定值调用等工作。(2)采样中断程序。这部分程序主要有采样电流实变量元件和电流、电压自检3项内容。(3)故障处理程序。主要是完成相应的保护功能。装置上电或复位后,保护运行主程序,同时每隔5/3 ms,执行一次采样中断服务程序,并判断电流突变量气动元件是否动作。若不动作,则中断服务程序执行完后正常返回主程序之中;若动作,中断服务程序执行完后,立即转入故障处理程序,完成相应的保护功能,直至整租复归,返回正常运行的主控程序。该程序具体结构如图3所示。

4 微机保护装置的使用和检验

插件式结构是当前微机继电保护在实时控制装置中普遍采用的。该结构特点是将硬件网络按照电路和功能特点分为几个相关部分,再将各部分分别制作在一块电路插件板之上,对外引出的连线通过板上的插头依次引出。印制板可通过保护箱内相应的插座拔出。一般微机保护装置印制板的插件均是由CPU插件、模拟量输入变换插件、人机对话辅助插件、开关(数字)量输入输出插件、采样及A/D变换插件、出口继电器插件和电源插件等构成。微机保护屏多数选用柜式结构。

在人机界面中,微机保护与PC微机基本相同,而操作却更加简单,其界面主要由液晶显示屏、小型键盘及打印机。是将显示内容与操作菜单一同设置,使微机保护的调试和校验比以往的传统保护更加便捷。

微机保护装置的检验项目通常包括:接线方式和外观异常的检查;二次回路的介质强度和绝缘电阻检测;工作状态下装置输出电压的检验;初步通电检验;定值整定的功能校验;模拟变换系统检验;开关量输入回路检验;整组试验;开关量状态和定值检查。

5 微机保护技术的发展趋势

针对国内外微机继电保护的发展需要,其技术趋势可总结为:计算机一体化、网络共享化、保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能高效化。安全是检验一切工作的指标,提高安全便是提高生产率。

其实保护装置就是一台多功能、高性能的计算机,承担着整个电力系统网络的一个智能终端。是将从网上获取的电力设备运行的数据信息,传送至网络控制的中心。因此,微机保护装置在实现继电保护功能的同时还可完成收集、控制数据通信的功能,即实现保护、控制、测量、数据通信一体化[5]。

6 结束语

随着微机保护装置的进一步研究,微机保护算法、保护软件等各取得了显著成果。模糊集和神经网络原理的智能化保护方案是目前提高继电保护性能的方案和原理。微机保护正向着高可靠性、简便性、开放性、灵活性和智能化的方向发展[6]。

参考文献

[1]李丽娇,齐云秋.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2010.

[2]刘海涛.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2011.

[3]徐海明,王全胜.变电站直流电源设备使用与维护[M].北京:中国电力出版社,2007.

[4]景胜.我国微机保护的现状与发展[J].继电器,2001(10):1-4.

[5]郑艳明.基于双CPU的微机型继电保护测试装置的设计[J].电力系统保护与控制,2009,37(16):116-117.

遗传算法原理与发展方向综述 第8篇

目前, 遗传算法正在迅速发展, 遗传算法以其很强的解决问题能力和广泛的适应性渗透到研究与工程的各个领域, 取得了良好的效果。近年来, 在多种问题的解决方法上, 遗传算法都得到广泛应用。

2 遗传算法的基本原理

遗传算法是建立在自然选择和群众遗传学机理基础上的随机, 迭代, 进化, 具有广泛适应性的搜索方法。他最先由John Holland于1975年提出。从此以后, 它逐渐发展成为一种通过模拟自然进化过程解决最优化问题的计算模型。

遗传算法的研究主要包括三个领域:遗传算法的理论与技术;用遗传算法进行优化;用遗传算法进行分类系统的机器学习。其中, 遗传算法的理论与技术研究主要包括编码, 交叉运算, 变异运算, 选择运算以及适应度评价等问题。

2.1 基本原理

在自然界, 由于组成生物群体中各个体之间的差异, 对所处环境有不同的适应和生存能力, 遵照自然界生物进化的基本原则, 适者生存, 优胜劣汰, 将要淘汰哪些最差个体, 通过交配将父本优秀的染色体和基因遗传给子代, 通过染色体核基因的重新组合产生生命力更强的新的个体与他们组成的新群体。在特定的条件下, 基因会发生突变, 产生新基因和生命力更强的新个体;但突变是非遗传的, 随着个体不断更新, 群体不断朝着最优方向进化, 遗传算法是真实模拟自然界生物进化机制进行寻优的。

与传统搜索算法不同, 遗传算法从一组随机产生的初始解, 称为群体, 开始搜索过程。群体中的每个个体是问题的一个解, 称为染色体。这些染色体在后续迭代中不断进化, 称为遗传。遗传算法主要通过交叉, 变异, 选择运算实现。交叉或便宜运算生成下一代染色体, 称为后代。染色体的好坏用适应度来衡量。根据适应度的大小从上一代和后代中选择一定数量的个体, 作为下一代群体, 再继续进化, 这样经过若干代之后, 算法收敛于最好的染色体, 它很可能就是问题的最优解或次优解。遗传算法中使用适应度这个概念来度量群体中的各个个体的悠忽计算中有可能达到最优解的优良程度。度量个体适应度的函数称为适应度函数。适应度函数的定义一般与具体求解问题有关。

2.2 典型的算法步骤

2.2.1 初始化种群

2.2.2 计算种群上每个个体的适应度;

2.2.3 按由个体适应度值所决定的某个规则选择将进入下一代的个体;

2.2.4 按概率Pc进行交叉操作;

2.2.5 按概率Pm进行变异操作;

2.2.6 若没有满足某种停止条件, 则转入 (2. 2.2) , 否则进入下一步;

2.2.7 输出种群中适应度最优的染色体作为问题的满意解或最优解。

2.3 编码问题

编码是遗传算法要解决的首要问题。常用的编码方法有二进制编码, 格雷码编码, 实数编码, 符号编码等。针对不同的问题要采用不同的编码方法。

2.4 群体设定

遗传操作是对众多个体同时进行的, 这众多个体组成了群体。在遗传算法处理流程中, 继编码设计后的任务是初始群体的设定, 并以次为起点一代代进化知道按某种进化停止准则终止进化过程, 由此得到最后一代。关键问题是, 群体规模, 即群体中包括的个体数目如何确定。其中有两个需要考虑的因素:a.初始群体的设定;首先根据问题固有知识, 设法把握最优解所占空间在整个问题空间的分布范围, 然后在此分布范围内设定初始群体。然后先随机生成一定数目的个体, 然后从中挑出最好的个体加到初始群体中。这种过程不断迭代, 直到初始群体中个体数达到了预先确定的规模。b.进化过程周各代的规模如何维持。群体规模的确定受遗传操作中选择操作的影响很大。一般而言, 群体规模越大, 群体中个体的多样性越高, 算法陷入局部解的危险就越小。所以, 从考虑群体多样性出发, 群体规模应较大。但是, 群体规模太大会带来若干弊病。一是计算效率, 群体越大, 其适应值评估次数增加, 所以计算量也增加, 从而影响算法效能;二是群体中个体生存下来概率大多采用和适应值成比例的方法, 当群体中个体非常多时, 少量适应值很高的个体会被选择而生存下来, 但大多数个体却被淘汰, 这会影响配对库的形成, 从而影响交叉操作。另一方面, 群体规模太小, 会使遗传算法的搜索空间中分布范围有限, 因而搜索有可能停止在未成熟阶段, 引起未成熟收敛现象。

适应度函数:遗传算法在进化搜索中基本上不用外部信息, 仅用适应度函数作为依据。遗传算法的目标函数不受连续可微的约束且定义域可以为任意集合。对目标函数的唯一要求是针对输入值, 可计算出能加以比较的非负结果。这一特点使得遗传算法应用范围很广。

2.5 遗传操作

遗传操作包括3个基本遗传算子, 交叉, 变异, 选择。这3个算子有以下特点:a.这3个遗传算子的操作都是随机化操作, 因此, 个体向最优解的迁移也是随机的。b.遗传操作的效果和上述3个遗传算子所取的操作概率, 编码方法, 群体大小, 初始群体以及适应度函数的设定密切相关。c.3个基本遗传算子的操作方法或操作策略和个体的编码方式直接有关。

2.5.1 交叉运算

所谓交叉运算, 是指两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因, 从而形成两个新的个体。交叉运算是遗传算法区别于其他进化算法的重要特征, 它决定了遗传算法的全局搜索能力, 是产生新个体的主要方法。常用的交叉算子有:a.单点交叉。又称简单交叉, 它是指在个体编码串中随机设置一个交叉点, 然后在该点相互交换两个配对个体的部分基因。b.双点交叉。它的具体操作过程是1在相互配对的两个个体中编码串中设置两个交叉点;2交换两个交叉点之间的部分基因。c.均匀交叉。它是指两个配对个体的每一位基因都以相同的概率进行交换, 从而形成两个新个体。具体操作过程是1随机产生一个与个体编码长度相同的二进制屏蔽字w=w1w2..wx。2按下列规则从A, B两个父代个体中产生两个新个体X, Y;若wi=0, 则X的第i个基因继承A的对应基因, Y的第i个基因继承B的对应基因;若wi=1, 则A, B的第i个基因相互交换, 从而生成X, Y的第i个基因。

2.5.2 变异运算

所谓变异运算, 是指将个体编码串中的某些基因值用其他基因值来替换, 从而形成一个新的个体, 遗传算法中的变异运算是产生新个体的辅助方法, 但必不可少, 因为它决定了遗传算法的局部搜索能力。常用的方法有:a.基本位变异它是指对个体编码串以变异概率p随机制定某一位或某几位基因作变异运算。b.均匀变异。它是指分别用符合某一范围内均匀分布的随机数, 以某一较小的概率来替换个体中的每个基因。c.二元变异。它的操作需要两条染色体参与, 两条染色体通过二元变异操作后生成两条新个体, 新个体中的各个基因分别取原染色体对应基因值的同或/异或。

2.5.3 选择运算

选择运算就是对群体中的个体进行优胜劣汰操作:适应度高的个体被遗传到下一代群体中的概率大;适应度低的个体, 被遗传到下一代群体中的概率小。它的任务就是按某种方法从父代群体中选取一些个体, 遗传到下一代群体。

3 遗传算法的发展过程与现状

遗传算法研究的兴起是在20世纪80年代末和90年代初期, 但它的历史起源可追溯至20世纪60年代初期。早期的研究大多以对自然系统的计算机模拟为主。如Fraser的模拟研究, 他提出了和现在的遗传算法十分相似的概念和思想。Holland和De Jong的创造性研究成果改变了早期遗传算法研究的无目标性和理论指导的缺乏。其中, Holland于1975年出版的著名著作《自然系统和人工系统的适配》系统地阐述了遗传算法的基本理论和方法, 并提出了对遗传算法的理论研究和发展极为重要的模式理论。这一理论首次确认了结构重组遗传操作对于获得隐并行性的重要性。同年, De Jong的重要论文《遗传自适应系统到的行为分析》将Holland的模式理论与他的计算实验结合起来, 并提出了诸如代沟等新的遗传操作技术。可以认为, De Jong所作的研究工作是遗传算法发展过程中的一个里程碑。进入20世纪80年代, 遗传算法迎来了兴盛发展时期, 无论是理论研究还是应用研究都成了十分热门的课题。尤其是遗传算法的应用领域也不断扩大。目前遗传算法所涉及的主要领域有自动控制、规划设计、组合优化、图象处理、信号处理、人工生命等。可见, 遗传算法的应用研究已从初期的组合优化求解拓展到了许多更新、更工程化的应用方面。

4 遗传算法的应用

遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架, 它不依赖于问题的具体领域, 对问题的种类有很强的鲁棒性, 所以广泛应用于很多学科。目前主要应用的领域有函数优化、生产调度问题、自动控制、机器学习、图像处理、人工生命、遗传编程, 机器学习、数据挖掘等等。

5 遗传算法的发展方向

5.1 遗传算法自身的优化

自从遗传算法在各种问题中得到广泛的应用以来, 遗传算法的优化问题就成了人们研究的焦点。专家学者们从各个方面, 在各种细节上采用各种方法试图来改进遗传算法。从编码方法, 控制种群, 控制交叉, 控制变异等来改进遗传算法。根据不同问题的需要来选择编码方案, 是改进遗传算法最初的手段。随着编码方案的不断完善, 现在从编码方案上来改进遗传算法的意义已经很小。目前对遗传算法的优化主要有两大手段。一是利用对种群的控制, 在选取种群的时候, 在种群的规模, 种群的多样性上下功夫。有的是利用加入种间竞争的手段。另一种是通过控制交叉方法和变异的概率, 根据问题的实际情况来设定一个线性或非线性的函数来控制变异的概率, 使得遗传算法在执行的时候能够在加快收敛效率的时候同时保持个体的多样性, 有利于找出全局最优解。这两种优化算法在不同问题的应用中都成功的优化了遗传算法的效率。

5.2 遗传算法与其他计算智能方法的相互渗透和结合

遗传算法是一种通用而有效的求解最优化问题的方法, 然而, 单用简单的遗传算法在许多情况下不是十分有效, 容易产生早熟现象以及局部寻优能力较差等问题, 于是提出了多种混合算法。遗传算法在日益和神经网络、模糊推理以及混沌理论等其他智能计算方法相互渗透和结合, 必能达到取长补短的作用, 近年来在这方面已取得了不少研究成果, 并形成了“计算智能”的研究领域, 这对开拓21世纪新的智能计算技术具有重要的意义。例如Ackley推荐的遗传爬山法;Mathefoud提出的遗传模拟退火算法;Miller等提出的对于NP难问题的优化问题, 采用遗传算法中增加局部改善运算等等。混合遗传算法的基本思想是:对于每个新产生的后代在其进入下一代群体之前应用局部优化技术, 使之移动到最近的局部最优点。在混合遗传操作中, 运用启发式方法作局部优化, 采用遗传算法作全局最优点的探索。由于遗传算法与传统优化方法的互补性, 混合遗传算法通常比单一算法优越。

5.3 并行处理遗传算法

并行处理的遗传算法的研究不仅是遗传算法本身的发展, 而且对于新一代智能计算机体系结构的研究都是十分重要的, 遗传算法在操作上具有高度的并行性, 许多研究人员都在搜索在并行机上搞笑执行遗传算法的策略。并行遗传算法分为两点, 一粗粒度并行遗传算法, 它主要开发群体间的并行性;另一类是细粒度并行遗传算法, 它主要开发一个群体中的并行性。

遗传算法在解决一些实际问题时, 由于它一般具有较大的群体规模, 需要对较多的个体进行大量的遗传和进化操作, 特别是要对大量的个体进行适应度计算或评价, 从而使得算法的进化运算过程进展缓慢, 难以达到计算速度的要求, 因而遗传算法的并行计算问题受到重视。人们认识到对遗传算法进行并行处理的可能性, 于是提出了多种基于各种并行计算机或局域网的并行遗传算法。这些并行遗传算法主要从下列四个方面对其进行改进和发展。

a.个体适应度评价的并行性

个体适应度的评价或计算在遗传算法的运行过程中所占的运行时间比较长。通过对个体适应度并行计算方法的研究可找到并行评价个体适应度的算法。

b.整个群体中各个个体的适应度评价的并行性

群体中各个个体适应度之间无相互依赖关系, 这样各个个体的适应度计算过程就可以相互独立、并行的进行。即不同个体的适应度计算可以再不同的处理机上同时进行。

c.群体产生过程的并行性

在父代群体产生下一代群体过程中, 选择只与个体的适应度有关, 而交叉和变异操作只与参加运算的个体编码有关。这样, 产生群体过程中的选择、交叉、变异操作就可以相互独立的并行进行。

d.基于群体分组的并行性

可以对群体按一定得方式进行分组, 分组后各组的个体遗传进化过程可以再不同的处理机上相互独立的进行, 在适当的时候, 各处理机之间相互交换信息。

遗传算法用于优化的研究成果目前已经发表了较多的论文。这些成果有的是对此算法进行改进, 如李通化等给出了一种动态的遗传算法, 详细讨论了变异函数对优化进程的影响, 并用红外光谱数据和二极管阵列检测液想色谱数据进行了验证。杨立民等运用双极性压缩适应度定标和基于排挤方法的选择算子改进标准遗传算法, 使其成为简单通用、快速收敛的并行全局搜索算法;利用该算法优化误差反响传播网络, 克服了BPN收敛慢和不具有全局收敛性的缺陷, 并在此基础上, 建立大气环境质量评价模型。张昆等为了使金属切削加工中切削参数能实现实时优化以保证产品质量和设备效率, 提出采用遗传算法, 结合现场实际工况的反馈信息实现了实时优化, 在任一不同的生产条件下均能达到最优值。也有应用遗传算法去解决某一实际问题, 如宋仁国等将人工神经网络用于建立7175铝合金的性能预测模型, 在此基础上, 采用遗传算法对其工艺进行优化;王举等将间歇化工过程的最优设计问题, 分解为只包含离散变量的主导问题和只含连续变量的子问题, 把遗传算法和现行规划法结合起来对其进行求解, 并在算法和线性规划法结合起来进行求解, 并在算法中引入了一些新的算子, 显著的提高了收敛效率。蔡煜东等将遗传算法用于化学校正, 运用改进的遗传算法拟合离子选择电极工作曲线, 并以半对数线性函数模型和二阶幂函数模型尝试了该算法的效果, 结果表明, 改进的遗传算法性能较好, 优于一般遗传算法和直线回归法。他还提出非线性多元函数拟合的遗传算法, 为分析化学中非线性函数拟合、曲线校正提供了一种性能较好的方法。

6 结论

遗传算法作为一种非确定性的拟自然算法, 为复杂系统的优化提供了一种解决方法, 并且经过实践证明效果显著。遗传算法是一种全局最优化方法, 在优化过程中, 它无需体系的先验只是, 能在许多局部较优中找到全局最优点, 能有效的处理复杂的非线性问题。遗传算法的理论研究需要进一步深入, 应用领域有待进一步开拓。但可以相信, 遗传算法必将在以后得到更为广泛的应用。

参考文献

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[2]李华昌, 谢淑兰, 易忠胜.遗传算法的原理与应用[J].矿冶, 2005, 3.

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[7]张丽萍, 柴跃进.遗传算法的现状及发展动向[J].信息与控制, 2001, 30.

胰岛素泵的原理和发展 第9篇

一型糖尿病又叫青年发病型糖尿病, 这是因为它常常在35岁以前发病, 一型糖尿病占全部糖尿病例的10%以下。一型糖尿病病友体内胰腺产生胰岛素的细胞几乎完全损坏, 只能依赖外源性胰岛素实现血糖的调节功能。胰岛素缺乏会引起血糖升高, 出现糖尿病及并发症, 而病友一次输入胰岛素过多, 会出现低血糖症状甚至发生意外休克或死亡。病友每天要坚持服用1-2次中长效胰岛素药物, 饭前还要增服短效或超短效胰岛素药物。因此病友的生活质量由于限制饮食和忙于不停的吃药或打针而大大下降。一旦漏服或多服药, 带来的后果是很严重的。于是出现了自动提醒服药的电子装置, 自动提醒不如自动注输给药, 胰岛素泵是一种理想的胰岛素给药器具。近几十年来的到飞速的发展。

从体积上讲:最早的胰岛素泵是一台背包大的仪器, 问世于1960年。70年代的胰岛素泵像一块砖, 价格仍然很昂贵。现代的胰岛素泵大小如BP机, 价格逐步降低, 许多国家已列入医保范围之内。

从功能上讲:早期的胰岛素泵只是一种方便的连续输注胰岛素的医疗器具, 现在的胰岛素泵不但外形小巧美观, 内在功能也日趋完善, 是智能的胰岛素给药器具, 未来的胰岛素泵能够结合传感器高度智能化, 根据当时患者的血糖水平即刻调整胰岛素输注器所输出的胰岛素的量, 其效果与真正的人体胰腺几乎一样。

目前国内外医疗市场上的胰岛素泵通过人机对话控制的输注量。人正常胰腺分泌有晨峰和黄昏峰, 每当吃饭时会大量分泌胰腺, 运动时血糖消耗多就分泌减少, 夜间就分泌较少。胰岛素泵芯片程序中首先有一个24小时输注基础量, 这个基础量因人而异因时间而变化, 所以要有医生指导下预置。每日三餐前要由病友人工饭前设置, 在基础量上多输注一些, 参加运动则临时将基础量调低。一个胰岛素泵的储药器内含200～300国际单位的胰岛素, 3-7天更换一次注射器, 导管和针头等。

胰岛素泵按时通过肌肉注射给病友微量的胰岛素药物 (往往在留针在腹部皮下, 通过输注导管注入, 每次少到0.04国际单位) , 每3到15分钟自动输注, 晚上也不例外。饭前只要拿下别在腰带上的装置, 简单的输入几个按键来输入指令, 甚至可以体面的通过按动遥控器按键, 就可以实现饭前增注的目的。增注的量可以根据吃饭的情况而定, 饮食不再受限。胰岛素泵内储药器药量不足, 电池不足, 导管受阻等故障能通过声音和显示发出报警提醒病友。未来的胰岛素泵如果能完全实现闭环自动设置输注量, 连这一项工作也由电脑自动实现。病友的生活质量大大提高, 和正常人没有两样。

二、胰岛素泵设计难度和解决方案

1. 安全要求高

根据美国食品和药物管理 (FDA) 规定:胰岛素泵的开发设计和制造, 必须有严格的文档报备, 该设备也必须包含全面的自我测试和故障显示功能, 要确保长期供应系统各种配件, 不能中断供货。因此, 胰岛素泵的研制周期很长。

2. 体小量轻耗电省

胰岛素泵是可佩戴的设备, 因此, 必须非常小, 重量轻。它们通常约5cm7.5cm2cm, 他们的重量在55克到110克范围内。设计时选择元器件优先考虑大小和功耗。为了节省空间, 芯片要求高度集成化, 采用微型无引线封装或裸片封装。集成电路要低功耗品种, 只有在任何特定时间开启工作, 平时不使用立即关闭。电池和一次性储药器分别机壳的两侧。见图1示。

3. 马达动作精细

典型的储药器含药量为200至300个单位, 设溶液浓度为每m L含药100单位, 储药器也就2-3ml的容量。计算可得每个单位药量的体积为10μL, 如果最少要推进0.04单位药, 最小注射量只有0.4μL (百万分之0.4升) , 设储药器内径1cm, 活塞推进1cm容积减少1mL (即cc, 立方厘米) , 推进1μm (万分之一厘米) , 容积减少0.1μL, 由此可以算出, 最小推进4μm, 动作非常精细。注射用马达要有钟表那样的减速机制, 加上传动螺杆, 实现推进器微动。并不是推进器永远是微动的, 有时也要快速运转, 如在新泵安装及每次换储药器时, 马达要连续快速运转, 使活塞回到初始位置并排空导管中的气体。高效马达的制造难度很大, 大多数主要的胰岛素泵制造商使用带有光学编码器的直流马达或步进马达, 主要产自瑞士。

4. 安全措施及报警

突然停注或增注是很危险的, 包括阻塞、外界电磁干扰、病友乘坐飞机等。图2中, 压力传感器是用来确保正常运行和检测阻塞故障。其原理基于硅应变计, 桥式配置, 共模电压约电源电压的一半, 差分信号达毫伏级。通过差分放大经过多路开关经ADC送达微控制器。实际上仅仅需要一个数字范围, 精密压力测量是没有必要, 因为只要判断正常还是阻塞。不需定量测试给药量, 图中画了两个传感器, 安装在导管一前一后, 更容易判断是导管阻塞还是针头阻塞。多路开关还将温度信号, 马达电流信号传输至ADC。有否马达负载和是否被卡停转问题, 在负载电流上是可以反映出来的。马达失效的报警级别为最优先级。一般用陶瓷蜂鸣器报警, 也可以用喇叭。后者在体积和功耗上都会带来问题。

5. 电源供应器问题

胰岛素泵常用单节高能碱性干电池供电, 标称电压为1.5V, 也有用3.6V二次电池的。设计中通常使用升压型开关电源、升压/降压型开关电源、低压差线性稳压器等产生多种电压分别供应不同器件如图2示。一节5号或7号干电池情况, 设计要求最低在0.7V甚至低至0.6V的输入电压能提升到马达和微控制器所需的电压。最大限度延长电池使用寿命。往往每3至10个星期需要更换干电池或充电。因为二次电池比干电池容量较低, 二次电池的充电周期会比更换干电池时间短。许多胰岛素泵安装时不提供电池充电器。电池电量的测量往往不用ADC, 而只用比较器分级比较以格数显示, 当显示到最后一格时, 胰岛素泵会发出警告。有的设计将电池电压也通过多路开关接ADC检测。

6. 显示问题

通常显示屏是带背光的单色液晶屏, 显示胰岛素的剂量, 剩余电池寿命, 时间和日期, 提醒和报警等项目 (例如, 堵塞或储药器药量不足) 。虽然有些泵使用彩色屏幕, 显示项目没有太多增加, 而彩色屏和供电系统的造价会大大提高。

三、开环和闭环设计

目前国内外市场上的胰岛素泵都属于开环设计, 需要医生和病友通过键盘设置, 输注量完全有人预定的。病友有高糖/低糖情况, 胰岛素泵不能自动调整输注量。

目前所谓的闭环实际上是“半闭环”设计, 是通过一个皮肤下传感器提供实时葡萄糖级监视。传感器可留在体内数天的时间, 从而解决了对多次对患者单独采集血液样本的问题。一台连续的血糖显示器提供高血糖和低血糖的警告, 通过无线传输到胰岛素泵, 显示出来。有的产品还能显示血糖变化趋势图形, 和历史输注量的图形, 根据规律, 由人工输入指令调整胰岛素输注量。因为输注肌肉后有一定的吸收时间, 不能立即进血液中调整血糖, 从输注到调整的反应时间约40分钟, 而从吃饭到人的胰腺分泌的反应是迅速的, 目前完全闭环胰岛素泵设计的芯片还做不到预测未来的血糖变化而提前40分钟调整输注相应的胰岛素剂量。

四、盼望价低质高的国产胰岛素泵早点问世

由于价格问题, 我国胰岛素病友配带胰岛素泵的比例远远低于发达国家, 病友为每天打针吃药而困扰。要普及就要克服价格问题。同时要解决对国产泵信任度问题。

发展原理 第10篇

一、等价交换原理视角的城市公交补贴

等价交换是市场经济条件下所有商品 (包括服务产品) 生产、销售的基本原理。它要求商品的生产供应者和购买消费者之间是公平、自愿的交易关系。城市公交服务的生产、供给和消费, 也应当遵循等价交换的原理。

1.公交服务等价交换的特殊性

由于公交客运的公共服务属性, 公交服务实行低票价制, 由政府定价, 并对公交企业产生的亏损给予补贴。因此, 公交票价往往不能直接反映出买卖双方等价交换的真实意愿, 使得公交服务的等价交换具有其特殊性。

一是公交服务价格的特殊性。在燃油价格上涨、人员工资和生产成本刚性增加的情况下, 公交企业生产经营的成本普遍高于票价。公交服务的真实价格构成如下:

公交服务价格=公交票价+低票价补贴

其中, 低票价补贴由政府部门通过对公交企业生产经营成本的审计, 确定合理的补贴标准, 使公交服务价格能够接近市场价格或买卖双方认为相对公平合理的价格, 尽可能实现公交服务的等价交换。

二是公交服务付款方式的特殊性。公交付款分为2个阶段:乘客上车时按照票价付款, 享受客运服务;政府代表全体乘客第二次付款低票价补贴。

三是公交服务等价交换中买方的特殊性。在一般的商品消费中, 买方往往只有一个主体, 而在公交服务的消费中, 买方有2个主体:乘客既按票价付费, 又消费公交服务;政府代表乘客支付低票价补贴, 不消费公交服务。

2. 公交服务等价交换中的问题

城市公交服务的生产、供给和消费的过程, 就是公交服务的买卖过程。这个本应当是公平合理的等价交换过程, 却存在着一定程度的“强买强卖”现象。“强卖”现象主要表现为国有公交企业在垄断经营的情况下, 经营水平低下、服务质量不高, 由此造成超过正常水平的亏损, 通过政府财政补贴扭亏, 从而形成企业吃财政“大锅饭”的现象。“强买”现象主要表现为有的城市政府不按照国家规定执行票价补贴政策, 或者票价补贴不到位, 一般有以下3种现象。

一是低票价补贴不到位。一些城市甚至就没有低票价补贴。在十多年前开始的城市公交民营化改革中, 不少城市将国有公交公司改制为民营企业, 使得不少民营公交企业的经营困难重重, 造成公交服务质量的下降。

二是优惠乘车补贴不到位。学生月票、职工月票以及空调车执行普通车票价, 都属于优惠乘车。但是有的城市政府或者补贴不到位, 只是象征性地补一些;或者没有补贴, 让公交企业自己消化。

三是免费乘车补贴不到位。许多城市老年人、残疾人和军人免费乘公交。按照政策规定, 政府应当对免费乘车按票价标准予以补贴, 但不少城市的免费乘车补贴不到位。

3. 公交服务等价交换的改进

等价交换是市场经济条件下产品 (包括服务产品) 生产和再生产顺利进行的基础。推进公交事业的健康发展, 需要公交服务的买卖双方共同建立良好的等价交换关系。对公交企业来讲, 当政府给以票价补贴后, 应当提供优质的公交服务, 而不应当吃财政“大锅饭”。对政府来讲, 应当执行票价补贴政策并保证补贴标准的合理性, 发挥政府在建立良好的等价交换关系中的作为。

一是成为诚信的买方。当公交企业执行低票价后, 政府就应当主动地执行低票价补贴政策, 保证补贴的到位, 而不应当借口财政困难打折扣, 更不应借企业改制之机甩掉财政补贴的“包袱”。

二是成为平等的买方。在交易主体上平等对待国有公交企业和民营公交企业, 不能“公私分明”;在交易过程中应当正视企业的经营成本, 遵循价值规律, 与公交企业进行平等的沟通, 确定合情合理的补贴标准。

三是成为精明的买方。市场经济讲究诚信、平等, 并不是要给对方奉送利益, 也不是要做无原则让步, 而是让双方都成为精明的买方或卖方, 在市场经济中维护自己的合法利益, 实现双方的共赢。政府在向企业购买公交服务后, 应建立对公交服务质量的“检查验收”制度, 将公交企业提供的服务数量和质量与票价补贴兑现挂钩, 代表广大乘客维护消费者的合法权益, 而不是像行政拨款一样一拨了之。

二、熵经济原理视角的公共交通发展

1. 熵和熵经济原理

熵, 本是物理学中关于热力学的一个概念, 是热力学第二定律的状态函数, 也被称为熵原理。熵原理被引用到管理学后, 被专家学者赋予了新的内涵和概念, 成为一种普适原理。在管理学中, 熵成为自然界所有系统内部无序化混乱程度的度量, 是系统微观状态总概率的函数, 任何孤立或开放系统内部微观状态的概率总和就等于熵。熵原理引入经济学之后, 便产生了熵经济原理。熵经济原理强调:在相对稳定的市场经济条件下, 国民收入的增长总是向着微观无序化方向发展, 这个变化过程是不可逆的。

在熵经济原理中, 还包含了熵变原理, 是指一个系统会趋于微观的无序状态, 这一变化趋势是不可逆的。依据这一原理, 有助于我们认识城市交通问题及其发展趋势, 同时对于化解交通拥堵和发展公共交通有着积极的指导意义。

2. 熵变原理与城市拥堵

城市交通显然是一个巨大的系统, 包括道路、车辆等相关元素, 而机动车则是城市交通系统中最为凸显的微观元素。目前, 城市交通的首要问题是拥堵, 主要体现在机动车通行的拥堵。无论是拥堵的现象、演变的过程, 还是发展的趋势, 都符合熵变原理的阐述, 并得到较为充分的印证。根据熵变原理, 我们可以将城市交通拥堵描述为以下2种现象。

一是城市交通的微观无序状态。面对大量的公务车、私家车, 城市管理者既无法知道它们的流动去向, 也无法安排它们的行驶线路, 更无法让众多的机动车按照道路的畅通状况在时间上和空间上有计划地行驶。这也就是说大量的机动车流动总体上是无序的, 由此造成了城市交通系统中微观的无序状态。

二是交通拥堵的不可逆发展。由于城市车辆流动中的无序状态, 导致了交通拥堵, 并且拥堵将日益严重。这一不可逆的趋势已经毫不留情地呈现在广大市民的生活中。为了化解城市交通拥堵, 城市政府不断地拓宽道路, 建设立交桥、地下通道, 可交通拥堵在短暂的缓解之后, 又进一步加剧。靠扩建道路来解决拥堵问题, 已被公认为不可持续的措施。

3. 化解交通拥堵的有序化措施

要化解交通拥堵, 就需要改变微观的无序状态, 建立微观层面的有序化。而且, 有序化程度越高, 解决拥堵的效果就越好, 相关措施在城市交通管理中已经得到印证和取得一定成效。

一是交通规则化解拥堵的成效。交通规则是最一般的化解交通拥堵的措施, 在一定程度上使拥堵得到缓解。

二是公共交通化解拥堵的作用。交通规则只能使车辆在浅层次上有序化流动, 而深层次的有序化则是对所有车辆的行驶线路和目的地进行统一计划和有序安排。由于各种车辆用途上的无计划性, 使得城市管理者不可能对所有车辆的流动实行深层次的有序化管理, 但可以对部分车辆实行深层次的有序化管理设立公共交通系统。公共交通车辆不仅按照管理者指定的线路行驶, 而且按照管理者指定的时间发车, 到达指定的目的地。这也就是说, 公共交通系统是城市交通系统中有序的微观组成, 能够进一步化解交通拥堵。

三是公共交通化解拥堵的成效。在城市交通系统的微观层面, 公共交通的客运量越大, 城市交通的有序化程度就越高, 无序化程度就越低, 拥堵的程度也越低。因此, 提高城市公共交通出行的分担率, 不仅减少了人们选择其他机动车出行的数量, 也降低了城市交通的微观无序化, 提高了城市交通的有序化。

三、资源配置原理视角的公共交通发展

1. 城市交通问题与资源稀缺

当前, 城市交通最突出的两大问题是交通拥堵和公共交通发展滞后, 而发展公共交通又是化解交通拥堵的有效路径。交通拥堵在本质上反映为资源的稀缺, 尤其是城市道路资源的稀缺。

为了解决道路资源稀缺, 常用措施是加大资源的生产和供应修路。不断地拆迁、扩路, 使道路又宽又大;同时又建造立交桥、地下隧道, 向空间要道路资源。然而, 资源的增加是有限的, 稀缺是永恒的, 合理配置资源才是上策。

2. 资源配置倾斜公共交通

一是财政资源向公共交通倾斜。发展城市公共交通, 需要公共财政的大力扶持, 特别是轨道交通、BRT系统, 不仅工程建设资金投入大, 而且运营管理费用也较大, 需要稳定的财政政策扶持。此外, 公交汽电车的运行也需要财政扶持, 保证生产和再生产的顺利进行。

二是道路资源向城市公交倾斜。主要体现在路权优先政策的落实上。建设BRT系统, 实现公交服务向快速、大容量提升;设立公交专用道, 提升公交服务的运营效率;在有信号灯的交叉路口或交通拥堵的节点路段, 划定公交专用等候道, 赋予公交车优先通过权;设立弹性公交专用道, 即划定部分路段的行车道在交通高峰时期为公交专用道, 灵活落实公交路权优先。

浅谈经济学原理的发展与应用 第11篇

[关键词]经济学原理；发展；应用

经济学原理的主要内容由十大原理，消费思想和决策思想等结合而来的，具有很强的现实意义。研究发现，经济学原理的发展实质上是社会经济体制的发展，经济学原理的应用除了在市场经济相关领域发挥作用外，对个人的生活观点也有不小的引领作用。

一、西方经济学理论发展的轨迹概要

庞巴维克的活动时期，正是自由资本主义过渡到垄断资本主义——帝国主义时代，马克思主义的学说在尖锐的阶级斗争中，越来越受到欢迎。19世纪70年代巴黎公社失败以后，马克思主义逐步战胜了其他社会主义派别而占有了压倒的优势，所有的反对社会主义的矛头都指向马克思主义，成为19世纪70年代以后经济思想领域阶级斗争的主要内容。

19世纪德国兴起的、代表德国新兴资产阶级对抗英国、法国资本主义利益的、以批判和反对空想社会主义为目标的“历史学派”，70年代以后转变成了主要反对马克思主义的所谓“新历史学派”。几乎与此同时，在英国、美国、法国、奥国等主要资本主义国家同时出现了代表当时日益膨胀的“食利者”集团和后起的美国工业垄断集团反对马克思主义的边际效用学派。

边际效用学派是以边际效用价值论为核心的几个学派的统称，包括奥地利学派（或称维也纳学派、心理学派）、洛桑学派（或称数理学派）、美国学派（或称邊际生产力学派）。奥国学派是以门格尔、维塞尔、庞巴维克为主要代表的。庞巴维克全部著作的中心内容是边际效用价值论及时差利息说。

庞巴维克认为社会是各个孤立的个人集合而成的，因此，作为研究国民经济规律的政治经济学，必须先从研究个人经济开始。但边际效用学派所谓的“个人”是只务消费不务生产的“个人”。他们把经济人还原为自然的个人（而不是社会中人），把经济规律变成自然规律，把经济现象说成是自然的心理现象，从而得出“资本”、“利息”亿万年也取消不了的结论。

庞巴维克分析了主观价值和客观价值的区别，并以此代替向来习用的使用价值与交换价值的区别。尤为重要的是他关于客观价值或购买力的阐述，把门格尔与维塞尔未能分析清楚的主观价值与客观价值的关系调和起来，使奥国学派的价值理论成为完整的体系。

他进一步把主观价值划分为两类：主观的使用价值与主观的交换价值，它与一向所说的使用价值的差别远不如它与客观价值的差别之大。简单地说，是指“一种财货被人用来求得别的财货以获致福利的能力之重要程度”，其数量与由交换而得到别的财货的使用价值相一致。在通常情况下，主观使用价值和主观交换价值的高低彼此是有区别的，此时二者中较高的那一种决定价值。

接着，庞巴维克分析了许多买者单方面的竞争，类似分析同样适用卖者间单方竞争。在此基础上，他又扩展到许多买者和卖者间的双边竞争，形成“边际对偶”的概念。成交价格的上下限决定于最后一对达成交易的买者和卖者，以及最先一对达不成交易的买者卖者。总之价格决定于边际对偶的主观估价所设定的界限内。

阿·马歇尔是资产阶级英国新古典学派或剑桥学派的创始者和代表人，在英美早期与当代资产阶级庸俗经济学之间，起着承先启后的作用。达尔文的《物种起源》和斯宾塞的《第一原理》相继出版，给马歇尔很大的影响。他从事经济学的研究，就是为了要理解社会和现状，研究贫困的原因。它的主要著作《经济学原理》1890年出版，被资产阶级经济学界看成是划时代的著作。马歇尔《经济学原理》出现的时候，正是西方资本主义向帝国主义过渡阶段，是国际工人运动迅速发展和资本主义各国无产阶级政党相继创立时期。为适应这种要求，在19世纪70年代，在资产阶级经济学中就出现了新历史学派和以威廉·斯丹列、杰文斯、里昂·瓦尔拉和奥地利学派等为代表的边际效用学派。到19世纪末，马歇尔便吸收各种新旧庸俗经济学的学说，写成了《经济学原理》一书，建立以折中主义为特点的经济学体系。

二、经济学原理在个人爱情观上的妙用

经济学研究的本质就是理性地权衡利弊，主要用来解决两类矛盾：一是资源稀缺，如何合理地分配，比方说只有一个美女，嫁给甲男还是乙男呢？二是纵使资源稀缺程度本身不固定，比方说A 女与B女一块共享帅哥C，此时A与B之间仍面临？如何减少摩擦（交易费用）的问题。婚姻与爱情同样迫切需要经济理性分析，因为它们也存在着上述两类矛盾，比方说如何在老妈与老婆之间分配情感？比如，如何降低与女朋友、妻子交往的交易费用？等等。涉及到经济学在恋爱问题上的应用，经济学的两大假设之一就是：人具有完全理性，人是自利的。这种自利指的是你会想尽办法实现目标，这样的目标包括泡妞、维持婚姻，甚至让自己的爱人更快乐从而自己也快乐。由于人是自利的，所以有助于你理解人性的自私，从而更为宽容。经济学的另一大假设是：完全信息，即力争掌握最大的信息，知道更多的事实。比方说，你得努力去了解你的爱情对象、对手、你妻子的父母等，强调充分交流。另外，经济学强调理性，而爱情是感性的，能相容么？人们都说爱情是盲目的、感性的，而婚姻是现实的、理性的，所以后者很可能是前者的坟墓。经济学可以帮助你超越坟墓，提供一种系统的分析方法。此外，隐藏在爱情背后的东西，比方说需求（欲望）、供给（爱与付出）、交换（交流）其实是更为本质的元素，而它们恰恰是经济学的研究对象。当你不知缘由、狂热地爱上一个人后，随之而来的往往是理性考虑——如何追求、如何维持、如何让对方快乐。

三、结语

经济学原理是一本思想与现实相结合的著作。在市场经济体制下，变化因素太大，但经济学原理作为一种思想决策类的理论指导，给很多企业管理者带来了不错的参考建议。面对经济学原理的发展和应用，我们还需要更多的时间和精力去挖掘，去发现。

参考文献：

[1] 魏杰主编.社会主义市场经济通论[M]. 中国人民大学出版社， 1993

[2] 李郁.经济学原理课程案例教学模式的探讨[J]. 石油化工管理干部学院学报. 2006（02）

发展原理 第12篇

1.1 移动闭塞原理

移动闭塞是基于区间闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术。它根据实际运行速度、制动曲线和进路上列车的位置, 动态计算相邻列车之间的安全距离。根据当前的运行速度, 后续列车可以安全地接近前一列车尾部最后一次被证实的位置, 直至两者之间的距离不小于安全制动距离。由此可见, 它与固定闭塞相比, 最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间, 列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定, 所以闭塞区间随着列车的行驶, 不断地向前移动和调整。在移动闭塞技术中, 闭塞区间仅仅是保证列车安全运行的逻辑间隔, 与实际线路并无物理上的对应关系。因此, 移动闭塞在设计和实现上与固定闭塞有比较大的区别。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。

移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分, 而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元, 每个单元长度为几米到十几米之间, 移动闭塞分区即由一定数量的单元组成, 单元的数目可随着列车的速度和位置而变化, 分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量表示, 线路拓扑结构的示意图2所示:

线路拓扑的结构由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线路的尽头等位置均由节点 (Node) 表示, 任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示, 称为偏移。因此所有线路上的位置均可由【边线, 偏移】矢量来定义, 且标识是唯一的。

移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度, 轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔, 并将相关信息 (如先行列车位置, 移动授权等) 传递给列车, 控制列车运行。

1.2 移动闭塞与固定闭塞的区别

从闭塞制式的角度来看, 装备列车运行控制自动的自动闭塞可分为三类:固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。

传统信号系统的主要设计方法是:列车定位基于轨道电路, 通过线路旁信号机显示、车站停车和司机告警等来确保后续列车不能进入被前一列车所占用的闭塞区间, 从而保证了一定的列车安全间隔;与此不同, 移动闭塞系统独立于轨道电路, 通过列车的精确定位来提高安全性和列车运行密度, 通过车载和地面安全设备之间的快速连续双向数据通信实现对列车的控制。一套移动闭塞系统可安全地允许多列车同时占用同一闭塞分区, 此区间对于固定闭塞而言只能被一列车安全占用, 从而能提高发车间隔, 增加旅客运能。传统的固定闭塞制式下, 系统无法知道列车在分区内的具体位置, 因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全, 必须在两列车间增加一个防护区段, 这使得列车间的安全间隔较大, 影响了线路的使用效率。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息, 信息量大;可以告知后续列车继续前行的距离, 后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动, 列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点, 从而可改善列车速度控制, 缩小列车安全间隔, 提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方, 并没有完全突破轨道电路的限制。

移动闭塞是基于区间闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术。它与固定闭塞相比, 最显著的特点在于消除以信号机分隔的固定闭塞区间, 列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定, 所以闭塞区间随着列车的行驶, 不断地向前移动和调整。在移动闭塞技术中, 闭塞区间仅仅是保证列车安全运行的逻辑间隔, 与实际线路并无物理上的对应关系。

2 典型的移动闭塞系统结构

2.1 Siemens公司准移动闭塞

2.1.1 Siemens公司基于数字轨道电路的准移动闭塞

实现对列车连续的自动控制, 包括了整个列车控制系统所需的技术设备。广州地铁信号系统采用此制式。这种制式具有较高的可靠性, 合理的性价比, 其列车运行间隔 (100-150秒) 。它由以下四个功能单元组成:

ATP系统:自动列车保护系统;

AT0系统:自动列车驾驶系统;

ATS系统:自动列车监督系统;

SICAS系统:微机联锁系统。

车辆段信号采用6502大站电气集中设备, 轨道电路采用50周相敏轨道电路, 都为国产设备。

随着轨道交通的发展, 这类制式的弊病也已日益凸显:

(1) 由于目前世界上各种准移动闭塞的信息传输频率, 调制方式, 通信协议等均不一致, 导致了在一个城市或一个地区的轨道交通网中各条线路的列车不能实现联通联运。此外, 由于系统的组成及所用的器材都不统一, 所以给维修和备品备件带来很大的困难;

(2) 大多数基于数字轨道电路的准移动闭塞, 为了实现轨道电路的调谐和电平调整, 不得不在钢轨旁侧设置“轨旁设备”, 而这对于轨道交通的日常维护工作是非常不利的;

(3) 由于以钢轨作为信息传输通道, 因此传输频率受到很大的限制 (限制在音频范围内) , 导致车-地之间数据传输的数码率及信息量较低。此外, 其传输性能受钢轨中的牵引回流, 钢轨之间的道床漏泄以及钢轨下面的防迷流网的影响很大, 从而导致传输性能不够稳定;

(4) “准移动闭塞”距真正意义上的“移动闭塞”还有差距, 因此, 列车运行间隔的进一步缩短和列车运行速度的提高都将受到限制。

2.1.2 Trainguard MT ATC系统

西门子Trainguard MT系统包括支持移动闭塞的连续式通信, 和后备运营的点式通信。为了保证连续可靠的运行, SICAS联锁、TRAINGUARD MT、VICOS OC 501和通信等子系统都是冗余的。

SICAS®型故障-安全、高可用性的微机联锁

具备集中和本地操作能力的ATS系统 (VICOS®OC501和VICOS®OC101)

TRAINGUARD®MT ATP/ATO系统-连续式移动闭塞列车控制系统, 包括点式ATP后备级别

SICAS/ TRAINGUARD MT/ VICOS这三个子系统被分到四个层级, 以便分级实现北京地铁二号线指定的功能。

ATS系统的集中控制层包括控制中心和一个后备控制中心。VICOS OC 501实现线路集中控制功能及其备用功能。在车站一级, VICOS OC 101系统为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站 (LOW) 和列车进路计算机 (TRC) 。

轨旁层沿着线路分布, 它由SICAS微机联锁 (放置在2个车站) 、TRAINGUARD MT系统、及信号部件、计轴和应答器部件等组成, 它们共同执行所有的联锁和轨旁ATP功能。

通信层在轨旁和车载设备之间提供连续式和/或点式的通信。

车载层包括TRAINGUARD MT的车载ATP和ATO功能, 及连续式和/或点式通信功能。

2.2 阿尔卡特公司移动闭塞信号控制技术

2.2.1SELTRAC系统

SELTRAC系统是阿尔卡特公司的列车控制信号系统, 它使用移动闭塞原理, 根据实际运行速度、制动曲线和进路上列车的位置, 动态计算相邻列车之间的安全距离。由于定位报告分辨率很高, 根据当前的运行速度, 后续列车可以安全地接近前一列车尾部最后一次被确认的位置, 直至两者之间的距离不小于安全制动距离。在应用中, 与固定闭塞相比, 移动闭塞能大大缩短发车间隔, 因为后一受控列车无需停在前一受控列车所占闭塞分区的入口处。

完整的SELTRAC移动闭塞运营结构由三个层次组成, 即管理层、操作层、执行层来定义整个系统的安全性 (见表1) 。

其结构如图5所示:

感应环线通信设备位于设备室和轨旁, 感应环数据通信系统通过车辆控制中心和车载设备控制器之间交换信息的方法来实现。线路道岔由自动道岔转辙机来驱动, 道岔转辙机由来自车辆控制中心指令的车站控制器来驱动。车站控制器监控道岔的状态和位置, 同时向车辆控制中心报告道岔的状态。车辆控制中心基于来自系统管理中心的进路指令来动作道岔。

车站控制器与车辆控制中心 (VCC) 关联工作, 以补充自动列车保护 (ATP) 和自动列车运营 (ATO) 功能。车站控制器中的轨旁控制功能通过正常运营中车辆控制中心 (VCC) 的报文指令驱动来完成, 所有在车站控制器控制下的设备状态信息以响应报文的格式传送给车辆控制中心。在正常运营情况下, 所有联锁功能将由车辆控制中心来实现。但是, 在局控模式中, 道岔的扳动将由车站控制器来控制, 局控 (本地) 模式由车站控制器所在的本地维护人员来选择。

系统控制中心SMC是一套对整个地铁运营全面管理的设备, 提供ATS层的列车自动控制和监测功能。它的基本功能是向中央调度员提供信息, 追踪列车的实时状态、位置和现场设备状态。列车和线路控制命令由SMC工作站输入。

在移动闭塞中, 车辆控制中心 (VCC) 系统主要负责控制列车安全间隔和列车的运行。根据最后证实的前一列车尾部位置或其他任何障碍 (如不正确的道岔位置或封锁线路等的位置的安全制动距离) , 系统保持列车间有一个最小安全间隔。

2.2.2 降级模式的Seltrac MB移动闭塞系统

Seltrac MB移动闭塞系统具有列车自动防护 (ATP) 、列车自动运行 (ATO) 和列车自动监控 (ATS) 功能。该系统设备按照安装位置可分为中心设备、轨旁设备和车载设备。系统结构框图见图6:

中心设备主要有系统管理中心 (SMC) 设备及车辆控制中心设备 (VCC) 。

轨旁设备主要有SMC车站级工作站或服务器 (LSMC) 、车站控制器 (STC) 、道岔、感应通信环线、信号机及计轴器等。

车载设备主要有车载控制器 (VOBC) 、测速计及各种天线等。

主要设备功能如下,

(1) SMC 位于运营控制中心, 对列车自动控制系统进行全面的协调管理.并完成系统全部列车的自动监控功能。

(2) 各站设SMC车站级工作站或服务器 (LSMC) , 它们由冗余的快速交换式以太网相连接。

(3) VCC:三取二计算机系统, 负责信号系统的安全运行, 保证整个系统中列车的安全间隔, 完成信号系统的集中联锁及排列进路功能。

(4) 感应环线敷设于系统控制范围内的轨道上, 是VCC和VOBC之间的信息交换媒介, 各环线的边界及极性交叉点又是列车初步定位的依据。VCC通过感应环线与VOBC通信, 能自动控制列车运行, 而无需司机或中央调度员的干预。

(5) STC 主要完成控制区域内道岔、信号机、计轴器的监控及站台停车按钮的监督等, 且具有简单的联锁功能。

(6) STC设备分别设置在有岔 (可实现区域控制的) 站。

(7) VOBC:实现列车自动控制系统 (CBTC基于通信的列车控制系统) 与车辆系统之间的接口, 每列车前后各设一套, 且互为热备。VOBC设备负责完成列车的自动运行及自动保护功能, 负责列车在系统自动控制的范围内安全自动地运行。

(8) 信号机、计轴器:系统运行在全自动模式下, 不参与控制。只有当系统运行在局部降级或全局降级模式下时, 相应的信号机和计轴器才参与联锁, 它们与LSMC (或SMC) 、STC一起完成对列车信号的控制。

3 国内外应用现状

早期的移动闭塞系统大部分采用基于感应环线技术, 据不完全统计, 目前全球已有11 个城市约217 km 此类线路投入运营。而近年新建的移动闭塞项目 (如汉城地铁) 及旧系统改造项目 (如纽约卡纳西线和巴黎地铁13 号线) 绝大多数采用基于无线通信的技术。据资料, 全世界目前有近10 个城市约220 km 线路正在进行无线CBTC 的设计或安装。在中国, 2002 年6 月和2003 年5 月, 武汉轻轨一期和广州地铁3 号线也相继决定采用基于环线的移动闭塞技术, 以实现列车安全、高效运行。

目前, 世界上诸多信号供应商如阿尔卡特、阿尔斯通、西门子、庞巴迪和西屋等, 均开发出了各自的移动闭塞技术并已在全球广泛应用。其中包括阿尔卡特 (ALCATEL) 的SELTRAC系统 ;阿尔斯通 (ALSTOM) 的URBALIS ;西门子 (SIEMENS) 的TRAINGUARD系统 ;GE的AATC系统;庞巴迪 (Bombardier) 的Flexiblok系统。

3.1 ALCATEL的基于感应环线应用情况

美国肯黎迪机场JFK - Airport Light Rail System;美国底特律Detroit, Michigan;加拿大范库弗峰Vancouver, BC, SkyTrain New Millennium Line;

中国武汉轻轨、广州地铁3号线、香港KCRC “West Rail“、中国香港Ma On Shan线、KCRC” east Rail”的延伸线;

土耳其安卡拉Ankara, Turkey Ankara Rapid Transit System (ARTS) ;

马来西亚Kuala Lumpur, Malaysia, Putra Light Rail ;

英国伦敦珠碧丽和北方线Jubilee and Northern Lines;英国伦敦道克兰轻轨DLR Docklands Light Rail ;

3.2 ALCATEL的基于无线的移动闭塞系统应用情况

美国拉斯维加斯Las Vegas Monorail线, 采用Alcatel的RF-CBTC系统。该线于2004年7月15日投入运营 , 该线采用的RF技术是基于国际标准IEEE Std. 802.11的第一条投入运营的RF-CBTC系统。

法国巴黎Paris RATP Line13 采用Alcatel的RF-CBTC系统SELtrac-S30, 2002年6月中标, 该线主要目的是将运行间隔从105秒降到90秒。

韩国汉城Seoul, Korea, BUNDANG COMMUTER LINE 2003年5月中标, 采用Alcatel的RF-CBTC系统。2006年全部完成。

中国香港Penny's Bay 线, 采用Alcatel的RF-CBTC系统。2002年9月Alcatel宣布中标Penny's Bay Line (PBL) .PBL将是香港第一条完全无人驾驶的线路, 他采用与Las Vegas Monorail一样的RF技术, 预计2005年投入运营。

3.3 SIEMENS的基于环线应用情况

法国里昂Lyon, 采用Siemens (前身是Matra公司) 的环线CBTC系统, 1992年投入运营。

西班牙巴塞罗那Barcelona Line 9, 采用Siemens的Meteor技术的CBTC系统, 该技术同NYC Transit的技术, 2003年3月中标。

法国巴黎RATP Line14 采用采用Siemens (前身是Matra公司) 的环线CBTC系统, 该系统采用了METEOR列车控制技术, 目前该线已经投入运营。

广州地铁4号线, TRAINGUARD-MT系统, 基于环线或RF方式。

3.4 GE的基于无线的移动闭塞应用情况

美国旧金山BART线, SF-BART线的AATC系统采用GE公司的RF-CBTC系统。GE公司采用先进的EPLRS数据无线网络作为地车信息传输和列车定位的手段, 它采用直序DSSS扩频技术。

4 发展趋势

移动闭塞技术结合了当今信号控制领域及行车指挥自动化等方面的理念, 使地铁运营公司有条件实现“小编组, 高密度”的新型行车组织模式, 从而快速、高效地实现最大化的客流周转量, 并可以轻松地实现低于60s的行车间隔。从初期投资的角度来看, 移动闭塞与传统的固定闭塞有较强的可比性。移动闭塞的核心技术采用软件来实现, 使其在硬件设备数量方面大大低于传统的固定闭塞系统。因此, 选用移动闭塞能在建设初期以最大的性能价格比得到当今世界最先进的技术, 综合造价低。此外, 由于系统多由软件构成, 易于扩展, 还能为以后的扩容、改造及设备升级节省大量的资金。由于整个移动闭塞系统可以做到在室外除感应环线电缆外没有任何室外硬件设备, 因此其日常维护费用和工作量都显著减少。由此说明应当发挥移动闭塞信号系统在中国地铁和轻轨建设及中国高速铁路建设中的重要作用。

参考文献

[1]周洁, 陈衡, Mircea Geo rgscu.移动闭塞的原理系统结构及功能.城市轨道交通研究, 2004.1

[2]诸蓉萍, 吴汶麒.移动闭塞技术及其应用.城市轨道交通研究, 2004.2

[3]黄悦.移动闭塞新概念.铁道知识, 2005.6