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關(guān)鍵詞:管線綜合規(guī)劃,規(guī)劃與敷設(shè),涵洞,弱電管溝,管線間距
一、怎樣進行地下管線與道路施工同步敷設(shè)
根據(jù)齊市的實際情況,為了使今后的城市道路避免出現(xiàn)重復(fù)開挖現(xiàn)象,對于今后新建道路,在管理中應(yīng)本著先地下后地上的原則,將各地下管線鋪設(shè)完后再修路,才能保證道路長久使用,路面不遭破壞開挖,這是道路最理想的狀態(tài)。應(yīng)該做好如下工作:
一是政府部門在道路開工建設(shè)前做好管線綜合,召開各地下管線單位協(xié)調(diào)會,通報道路建設(shè)計劃安排,要求各管線單位根據(jù)道路建設(shè)情況提報管線建設(shè)計劃,保證在建設(shè)的管線在道路開工前完成,對于那些沒有條件建設(shè)的管線,要求其按規(guī)劃在沿路主要部位(如道路交叉口、小區(qū)入口等處)預(yù)埋過路管,以減少日后反復(fù)開挖路面的現(xiàn)象。
二是如果各管線要完成所有過路管道需要很長時間,因此各部門要相互之間不斷協(xié)調(diào)、溝通,才能順利完成,如果道路工期十分緊,而且該道路等級較高,就應(yīng)該采取相應(yīng)的措施,才能保證道路不遭反復(fù)開挖。
三是凡是涉及該工程的管線相關(guān)單位必須遵守工期,遵守地下管線管理和道路管理規(guī)定,不得隨意開挖道路和地下管線。
四是綜合規(guī)劃管溝的設(shè)置對城市各管線的長期建設(shè)、分步擴容。這種做法對交通特別繁忙、不允許隨時開挖路面及地下空間特別狹小路段尤其有利,可使管道布置更加合理緊湊,節(jié)約利用地下空間,減少建設(shè)投資總額,避免對城市基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)破壞。
五是規(guī)劃在道路交叉口及路上每隔一段距離建設(shè)一座“涵洞”,這個“涵洞”不是為排水用的,而只是為了防止各管線在鋪設(shè)過路管道時二次開挖道路,穿越管線之用,如電信、電力、給水、煤氣、有線電視等管線需要穿越道路的,就可以利用這些涵洞,而不用破路?,F(xiàn)在我國其他一些城市在一些新建道路上已經(jīng)采用了這種做法。
二、怎樣同溝敷設(shè)地下管線合理利用地下空間
目前,地下管線種類較多,許多管線性質(zhì)相同而主管部門不同,這就給管線的綜合規(guī)劃、管理帶來許多不便,如通訊電(光)纜、有線電視電(光)纜同屬弱電管線,但主管部門不同,分別屬于網(wǎng)通、電信、聯(lián)通、鐵通、移動通信、廣電局等單位,還有部分軍用光纜,倘若按照主管單位不同分別布置管線的話,將占用大量地下空間,而且也不便于規(guī)劃管理,既然上述管線均為傳輸信號之用,埋深均較淺,而且所用管道材料基本相同(¢100pvc管或6孔混凝土塊),所以建議可以通過弱電管溝的形式來解決這一問題。
一是各管線單位提報管線建設(shè)計劃。各管線單位根據(jù)各自的需要,結(jié)合道路建設(shè)情況,提報管線建設(shè)計劃,其中包括所需管孔數(shù)目、技術(shù)要求等。
二是由規(guī)劃部門根據(jù)城市發(fā)展需要確定管孔總數(shù),請專業(yè)設(shè)計單位進行設(shè)計,并組織施工;根據(jù)預(yù)算及各單位申請的管孔數(shù)協(xié)調(diào)好各主管部門資金、管理等有關(guān)事項。
三是弱電管溝的一些參數(shù)可以做以下控制使用:一般將管溝寬度控制在1.5m以內(nèi)(含基礎(chǔ)寬度)以便控制管位,管溝厚度控制在0.60m以內(nèi)(含基礎(chǔ)厚度),管溝覆土按規(guī)范取0.70m,這樣弱電管溝埋深小于1.30m??紤]到弱電管溝的檢查井一般較大及施工時與其他管線的相互影響,弱電管溝與其他管線水平凈距離至少為2.0m。
三、怎樣采取措施嚴格控制規(guī)劃管線間距
管線間的水平間距比較容易控制,一般情況下都能滿足要求,垂直間距問題就比較多。一般來說,從上至下管線順序依次為電力管(溝)、電訊管(溝)、煤氣管、給水管、熱力管、雨水管、污水管,電力管(溝)一般深為1.2m左右,弱電管溝深為1.3m,因此將煤氣管、給水管覆土控制在1.4m左右,而將雨、污水管覆土控制在1.6m左右,這樣雖然可在高程上使各管線基本相互錯開,但對于那些管徑較大的管線來說,還是有可能互相影響的。若管線在高程上相碰,則遵守“壓力管讓重力管、小管徑讓大管徑、支管讓干管”的原則。
規(guī)范要求一般市政管線之間的最小垂直凈距為0.15m,個別管線如電力管溝與其他管線最小垂直凈距為0.50m,但這在實際工程操作時很難做到。一般管線垂直凈距大于0.1m時即可施工,但特殊情況應(yīng)采取相應(yīng)措施,如對于排水管道之間凈距大于0.1m且小于管道基礎(chǔ)厚度的情況下可采用管道加固措施。因此在市政管線綜合規(guī)劃時,除電力管線同熱力及燃氣管交叉時最小垂直凈距爭取控制在0.5m外,其他管線綜合規(guī)劃時的管線最小垂直凈距大于0.1m即可。
在實際工程設(shè)計或施工時有些管線很難避開,如雨、污管線因受各種因素制約而無法相互錯開時,則做成交叉井形式,將污水管線直接穿過交叉井,而雨水管線在井中斷開,交叉井的尺寸應(yīng)盡量大些,且宜做成沉底井,以防止淤積,并利于日后疏通養(yǎng)護。若壓力管道與排水管道交叉無法避開時,可采用4個彎頭繞開,從排水管道上方走,但當(dāng)給水管道與排水管道交叉,給水管從重力管上方走而覆土不夠時,可從排水管下方走,但應(yīng)盡量避開在污水管道接口正下方穿,且給水管需做鋼套管,套管伸出交叉管的長度每邊不少于3m,套管兩端應(yīng)采用防水材料封閉,以免水質(zhì)污染。
四、認真做好地下管線檔案歸檔
地下管線工程檔案及時歸檔,并達到完整、齊全、安全、準確的要求。要根據(jù)建設(shè)部《城市地下管線工程檔案管理辦法》,結(jié)合我市實際,制定地方性的《城市地下管線工程檔案管理辦法》。同時要運用先進科技技術(shù),建立地下管線信息管理系統(tǒng),對城市地下管線工程檔案實行動態(tài)管理。
五、結(jié)束語
>> 自助服務(wù)終端可視化監(jiān)控平臺研究 基于海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)平臺的研究 基于SNS的高校圖書館微博知識推薦可視化研究 微粒群算法的可視化平臺開發(fā)研究 基于可視化技術(shù)的知識提取研究 知識可視化的視覺表征研究綜述 高??紕?wù)管理可視化研究 論信息學(xué)科平臺課程群立體可視化教育資源體系的構(gòu)建 高校圖書館面向用戶的學(xué)科化知識服務(wù) 基于CNKI的學(xué)科知識服務(wù)平臺構(gòu)建與學(xué)科化服務(wù)研究 面向電力系統(tǒng)的可視化信息系統(tǒng)技術(shù)研究 面向?qū)ο蟮某鞘芯C合管線三維可視化方法研究 面向可視化管理的煤炭企業(yè)經(jīng)濟管控研究 面向滇王國青銅器的3D可視化研究 構(gòu)建面向網(wǎng)格的可視化系統(tǒng) 面向大數(shù)據(jù)的可視化數(shù)據(jù)方法探究 VisDAMS:面向科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化管理系統(tǒng) 基于Android的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺可視化建模 基于知識圖譜的國內(nèi)知識管理領(lǐng)域可視化研究 知識視覺表征:知識可視化的實踐途徑 常見問題解答 當(dāng)前所在位置:,2013-03-07.
[3]王強.學(xué)科館員與大學(xué)圖書館知識服務(wù)研究[D/OL]./KCMS/detail/detail.aspx?QueryID=0&CurRec=1&recid=&filename=2011013721.nh
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wRWJQSVI4ZVgxTHU=,2010-12-01.
[4]吳蔚群.基于用戶需求的高校圖書館信息服務(wù)模式[J].圖書館學(xué)刊,2010(1).
隨著計算機技術(shù)發(fā)展和信息管理水平提升,水電工程數(shù)字化已成為中國水電科技新的戰(zhàn)略發(fā)展方向,數(shù)字流域已成為水電行業(yè)研究熱點。數(shù)字流域以數(shù)字可視化集成平臺為基礎(chǔ),達到提升流域水電開發(fā)建設(shè)管理與決策水平、保障工程建設(shè)質(zhì)量和進度、降低流域開發(fā)綜合成本的目的。在對大型數(shù)字流域可視化集成平臺特點分析和開發(fā)管理特點探討基礎(chǔ)上,依托數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理實踐,探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺研發(fā)管理,推動實現(xiàn)國內(nèi)首個數(shù)字流域示范,促進數(shù)字工程核心競爭力、雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率和中國水電工程建設(shè)管理水平的提升。
關(guān)鍵詞:
項目管理;數(shù)字流域;可視化集成平臺;軟件開發(fā)
0前言
大型流域的水電開發(fā)建設(shè)往往以梯級滾動方式進行。從單個工程來看,其勘測設(shè)計、施工建設(shè)與運行維護期常達上百年,在時間維度上需從工程全生命周期角度對分散在各個階段和各參與單位的信息進行有效集中管理;而從整個流域來看,在同一時刻存在不同開發(fā)建設(shè)階段的工程,在空間維度上也需要從全流域協(xié)同角度對分散在各個工程不同階段的信息進行有效集中管理。隨著計算機技術(shù)發(fā)展和信息管理水平提升,水電工程數(shù)字化已成為中國水電科技新的戰(zhàn)略發(fā)展方向,催生了數(shù)字電站、數(shù)字水電工程、數(shù)字流域等新興概念[1]。所謂數(shù)字流域,以數(shù)字可視化集成平臺為基礎(chǔ),通過工程三維地理信息、地質(zhì)地震、水文氣象等建設(shè)環(huán)境數(shù)字化,精細化三維樞紐、機電工程模型數(shù)字化,工程建造、安裝過程仿真數(shù)字化,以及工程施工過程的主要信息采集與管控的數(shù)字化,將流域范圍所有水電工程全生命周期中的主要設(shè)計、建設(shè)、采購、安裝等信息以模型為核心進行綜合集成,實現(xiàn)以工程計量數(shù)字化為核心的工程投資精細化管控,以質(zhì)量信息數(shù)字化為核心的工程施工質(zhì)量的精細化管控;以進度跟蹤、仿真和優(yōu)化為核心的工程施工進度管控和施工資源的優(yōu)化配置,達到提升流域水電開發(fā)建設(shè)管理與決策水平、保障工程建設(shè)質(zhì)量和進度、降低流域開發(fā)綜合成本的目的。當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于數(shù)字流域的研究與實施剛剛起步,是水電行業(yè)研究熱點。雅礱江流域水電開發(fā)有限公司率先啟動數(shù)字雅礱江平臺的規(guī)劃研究,目前已處于建設(shè)實施階段;國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司正開展大渡河流域數(shù)字化項目“智慧大渡河”規(guī)劃研究;瀾滄江等流域開發(fā)建設(shè)者也在籌劃數(shù)字流域相關(guān)工作。筆者所在團隊承擔(dān)了雅礱江流域數(shù)字化平臺建設(shè)I標(三維可視化信息集成展示與會商平臺)項目,在此基礎(chǔ)上探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺研發(fā)管理,實現(xiàn)國內(nèi)首個數(shù)字流域示范,對提升數(shù)字工程核心競爭力、提升雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率、提升中國水電工程建設(shè)管理水平均具有重要意義。
1大型數(shù)字流域可視化集成平臺簡介
1.1大型數(shù)字流域可視化集成平臺技術(shù)架構(gòu)
大型數(shù)字流域可視化集成平臺,在專業(yè)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對空間管理對象及其數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的編碼和配置管理,實現(xiàn)平臺中模型、空間對象與專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源相互關(guān)聯(lián),同時融合應(yīng)用三維地理信息系統(tǒng)(3D-GIS)和建筑信息模型(BIM)技術(shù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源在三維環(huán)境下的集成和使用。大型數(shù)字流域可視化集成平臺的體系結(jié)構(gòu)采用四層架構(gòu),包含數(shù)據(jù)層、組件服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層。其中數(shù)據(jù)層分為本地數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫:本地數(shù)據(jù)庫主要包含平臺所需的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的主題數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫來源于流域開發(fā)公司數(shù)據(jù)中心采集與整編的各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
1.2大型數(shù)字流域可視化集成平臺技術(shù)難點
大型數(shù)字流域可視化集成平臺,需要基于成熟穩(wěn)定的圖形平臺,以及GIS與BIM的無縫融合技術(shù)體系,通過場景維護、參數(shù)驅(qū)動演示、多終端應(yīng)用、多模式交互實現(xiàn)對流域開發(fā)涉及的空間對象與管理信息進行集成展示、分析應(yīng)用。平臺的技術(shù)開發(fā)主要有以下難點:
(1)流域TB級海量數(shù)據(jù)的并行計算與實時繪制。平臺需要承載的數(shù)據(jù)有空間地理信息數(shù)據(jù)、工程三維模型數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、流域開發(fā)與工程建設(shè)過程中來源于各參建單位與機構(gòu)的圖紙、報告、音頻、視頻、圖像、報表等信息。數(shù)據(jù)種類多量大,數(shù)據(jù)有序有效管理以及直觀展示,對平臺的承載能力、場景管理能力及動態(tài)繪制能力提出了極大的挑戰(zhàn)。
(2)GIS與BIM無縫融合。平臺涉及流域上千公里范圍內(nèi)高精度地形及遙感影像數(shù)據(jù),以及各工程BIM數(shù)據(jù)的有效集成與可視化展示。GIS與BIM無縫融合的技術(shù)是解決不同尺度模型展示的關(guān)鍵技術(shù)點,當(dāng)前國內(nèi)外還未有成熟技術(shù)解決方案。
(3)高山峽谷地區(qū)地形地質(zhì)、地下廠房與機電系統(tǒng)的動態(tài)可視化表現(xiàn)。水電工程通常地處高山峽谷地區(qū),其模型數(shù)據(jù)特點在空間分布上極不均勻,在重點工程部位呈現(xiàn)高密度集中的特點,種類包含地形、地質(zhì)、動態(tài)施工模型、地面建筑物、地下廠房系統(tǒng)等,部分模型精度需要滿足工程測量管理要求,與數(shù)字城市、交通等行業(yè)采用概化模型有著本質(zhì)區(qū)別。目前為止國內(nèi)外市場上未見有成熟的水電行業(yè)的GIS應(yīng)用平臺以及成功的應(yīng)用案例,也無相關(guān)行業(yè)可供借鑒的成功案例。
(4)底層定制接口與特效支持。水電工程的場景復(fù)雜性要求圖形平臺能表現(xiàn)天氣變換、景觀植被、水流、機械施工、虛擬儀表、動態(tài)貼圖、工程管理指標對比分析等需求。從宏觀概況到微觀特效,從概化表達到精確測量,對平臺的可視化表達效果有極高的要求。
(5)多終端與集群大屏應(yīng)用。要求平臺支持iOS、android移動終端,以及離在線應(yīng)用,并支持集群式大屏拼接,以適應(yīng)數(shù)字化平臺可能的多平臺終端以及大屏?xí)绦枨蟆?/p>
(6)面向數(shù)據(jù)中心建設(shè)的信息集成與展現(xiàn)。平臺采用的框架結(jié)構(gòu),要求對數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)共享、工程建設(shè)數(shù)據(jù)管理等有深入的理解和認識,并需具備面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)以與數(shù)據(jù)中心核心技術(shù)路線一致。
2大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理特點
大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理的基本目的是,讓項目在整個平臺軟件生命周期中(從需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼調(diào)試和測試驗收、維護的所有過程中)都能在項目管理者的可監(jiān)控之下進行,以滿足預(yù)訂的成本、按照預(yù)訂的日程且保證質(zhì)量的前提下,生產(chǎn)出滿足客戶需求的平臺軟件并交付給客戶[2]。大型信息系統(tǒng)集成項目管理容易出現(xiàn)以下問題和特點[3]:欠缺項目范圍管理、疏于項目團隊的管理和項目風(fēng)險的管理比較落后。大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理除了上述大型信息系統(tǒng)集成項目管理的特點外,還具有以下特點:
(1)技術(shù)風(fēng)險管控復(fù)雜。如上節(jié)所示,作為開創(chuàng)性的大型數(shù)字流域可視化集成平臺,需要重點攻關(guān)解決的技術(shù)難點眾多。在技術(shù)攻關(guān)過程的技術(shù)風(fēng)險管控尤其復(fù)雜。
(2)干系方多,需求確認難。大型數(shù)字流域可視化集成平臺,其用戶涉及流域開發(fā)管理各總部部門、各工程項目管理局及電廠、各工程參建單位、各信息系統(tǒng)實施單位等機構(gòu)人員,包含專業(yè)技術(shù)人員和管理人員。如此眾多的干系方,各自的應(yīng)用需要與意見不一致,將用戶的全部意見收集起來進行分析以確認需求困難。
(3)源系統(tǒng)多,協(xié)同難度大。大型數(shù)字流域可視化集成平臺,其數(shù)據(jù)來源于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)及生產(chǎn)管理活動中,內(nèi)容涉及流域建設(shè)全生命周期、不同參建單位,類型包含實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)集成協(xié)同難度大;平臺涉及的工程信息產(chǎn)生于流域建設(shè)、運營過程業(yè)務(wù),信息之間涉及復(fù)雜的邏輯關(guān)系,需要對流域規(guī)劃、工程建設(shè)、電力生產(chǎn)、梯級調(diào)度、水保環(huán)保、征地移民等流域全生命周期、各專業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)內(nèi)容和流程有全局考慮和深入認識,協(xié)同組織難度大。
3數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理實踐
雅礱江流域三維可視化信息集成展示與會商平臺(簡稱:數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺)是雅礱江流域水電開發(fā)有限公司規(guī)劃的雅礱江流域數(shù)字化平臺建設(shè)和應(yīng)用的示范項目。該平臺是基于流域基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)和建筑信息模型,通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)全流域真實管理和決策環(huán)境并集成表達決策所需的各種數(shù)據(jù)及分析結(jié)果,監(jiān)控流域環(huán)境要素和人工過程的變化,實現(xiàn)流域水電開發(fā)的可視化管理,目的是為雅礱江公司實施流域開發(fā)管理提供輔助工具和決策支持服務(wù)。在數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理工程中逐步研究并實踐,確保了數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目順利開展,實現(xiàn)了國內(nèi)首個數(shù)字流域示范。
3.1技術(shù)風(fēng)險管理
針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺需要重點攻關(guān)解決的眾多技術(shù)難點,為有效管控技術(shù)風(fēng)險,通過項目啟動前進行三維可視化基礎(chǔ)平臺選型、開發(fā)過程中跟蹤管控技術(shù)研發(fā)的方式進行有效管理。經(jīng)過多年來水電工程數(shù)字流域和水電工程三維模型數(shù)據(jù)融合的研究,結(jié)合雅礱江流域真實基礎(chǔ)地理信息和工程信息模型數(shù)據(jù)進行了大量驗證,結(jié)合本項目對可視化平臺的需求,按照實踐指導(dǎo)選型的原則,對國內(nèi)外行業(yè)內(nèi)多家主流三維可視化基礎(chǔ)平臺進行驗證與考察。從三維平臺在GIS與BIM混合模型可視化表現(xiàn)效果、底層開發(fā)能力、二三維一體化技術(shù)架構(gòu)體系,以及技術(shù)支持、接口開放、底層按需開發(fā)、云端一體化移動平臺等多方面綜合分析,選擇超圖公司SuperMapGIS作為雅礱江流域三維可視化基礎(chǔ)平臺。在項目開發(fā)過程中跟蹤管控技術(shù)研發(fā),有效管控技術(shù)風(fēng)險。以GIS與BIM融合技術(shù)為例,采用項目實際基礎(chǔ)地理信息和示范工程三維數(shù)字移交模型,在項目前期即進行GIS與BIM融合技術(shù)驗證,并根據(jù)技術(shù)驗證結(jié)果反饋超圖基礎(chǔ)平臺底層研發(fā)人員,快速響應(yīng)技術(shù)開發(fā)需求,順利實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)接入GIS平臺。
3.2需求管理
針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺干系方多,需求確認難的情況,通過項目啟動前對標書需求深入理解、項目啟動后與雅礱江公司總部主管部門交流需求、再至二級單位(如錦屏電廠、兩河口管理局等)進行需求調(diào)研、匯總編寫需求分析文檔并請雅礱江公司總部主管部門和相關(guān)二級單位共同進行評審,以此確認開發(fā)工作需求基線。在此基礎(chǔ)上,對需求變更進行控制,確定需求變更控制過程,進行需求變更影響分析,評估每項選擇的需求變更,以確定它對項目計劃安排和其它需求的影響。在需求交流和調(diào)研過程中,做好交流記錄和需求分析文檔確認,做到需求來源和需求變更有據(jù)可依。
3.3溝通管理
針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺源系統(tǒng)多、協(xié)同難度大的情況,在項目啟動前梳理項目涉及到的各管理信息系統(tǒng)和涉及的各組織機構(gòu),結(jié)合項目研發(fā)進度計劃形成項目進展線,有效的對項目各階段的溝通內(nèi)容進行梳理,如圖3所示;在項目建設(shè)進行過程中,按照項目進展線的計劃,與工程建設(shè)管理信息系統(tǒng)、兩河口大壩施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)、電站電力二次系統(tǒng)、電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、大壩安全信息管理系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、流域梯級水庫風(fēng)險調(diào)度決策支持信息系統(tǒng)、流域征地移民信息管理決策支持信息系統(tǒng)、流域環(huán)保水保信息管理決策支持信息系統(tǒng)以及流域公共安全信息管理決策支持信息系統(tǒng)實施方交流數(shù)據(jù)情況,確認數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺表現(xiàn)的專業(yè)數(shù)據(jù)來源,并通過高效的溝通實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口的內(nèi)容和方式確認。
3.4研發(fā)管理
結(jié)合項目實施的特點,在數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺項目實施中引入敏捷開發(fā)模式,提高產(chǎn)品研發(fā)和項目實施的質(zhì)量和效率,實現(xiàn)研發(fā)過程的進度和質(zhì)量管理。敏捷開發(fā)操作流程如圖4所示。敏捷開發(fā)管理應(yīng)用的主要流程為:在項目(產(chǎn)品)啟動階段,應(yīng)制定總體計劃并明確里程碑節(jié)點,并作為整個敏捷開發(fā)的總控階段;根據(jù)產(chǎn)品化思路,將類似項目納入到同一個產(chǎn)品線進行開發(fā),一個產(chǎn)品線有且只有一個敏捷開發(fā)團隊;項目經(jīng)理作為產(chǎn)品和用戶之間的唯一接口人,負責(zé)收集用戶需求和迭布版本的現(xiàn)場部署;不同項目收集的需求進入到統(tǒng)一的產(chǎn)品backlog,由產(chǎn)品經(jīng)理(PO)根據(jù)實際情況確定優(yōu)先級;在一個迭代周期內(nèi),PO接收到的新的需求放入backlog但不影響團隊正常的迭代工作,項目經(jīng)理接收到的用戶需求變更后以月為單位反饋給產(chǎn)品負責(zé)人,新需求可納入下一個迭代周期;迭代版本后,對《需求規(guī)格說明書》和《總體設(shè)計報告》進行更新。
4結(jié)論
在數(shù)字流域已成為水電行業(yè)研究熱點的時代背景下,通過對大型數(shù)字流域可視化集成平臺特點分析和開發(fā)管理特點探討,并依托數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺展開研發(fā)項目管理實踐,從技術(shù)風(fēng)險管理、需求管理、溝通管理和研發(fā)管理等幾方面探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺建設(shè)項目管理,確保了數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目順利開展,促進了數(shù)字工程核心競爭力、雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率的提升。本文研究的大型數(shù)字流域可視化集成平臺建設(shè)項目管理,解決了數(shù)字工程和數(shù)字流域項目高效建設(shè)的管理難題,將推動中國水電工程建設(shè)管理水平的提升。
作者:鐘桂良 邱向東 尹習(xí)雙 單位:中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司
參考文獻:
[1]倪維東,葛來龍,朱桂權(quán).淺談數(shù)字化水電站及其實現(xiàn)方案[J].裝備制造技術(shù),2010(11):92-93,96.
[關(guān)鍵詞]配送中心 可視化 物流實驗
一、《配送中心規(guī)劃與管理》課程實驗的特點
《配送中心規(guī)劃與管理》課程是物流管理專業(yè)的核心課程之一,該課程的實驗要求學(xué)生能夠了解物流與配送管理的基本原理,了解配送中心的種類和功能,掌握物流配送方案的設(shè)計方法及其操作要點,重點掌握配送中心的規(guī)劃、業(yè)務(wù)操作流程、庫存量控制、運輸途徑的選擇、車輛的調(diào)度、物流成本的控制等。
可見《配送中心規(guī)劃與管理》課程是一門和物流實踐聯(lián)系相當(dāng)密切的課程,因此該課程實驗教學(xué)部分一定要和企業(yè)緊密結(jié)合起來,最好能和企業(yè)共建實習(xí)基地,把企業(yè)的真實業(yè)務(wù)反映到實驗教學(xué)過程中。
為達到此目的,和企業(yè)共建,建立可視化物流實驗室是一項切實可行的方案。
二、可視化物流實驗室的特點
基于GPS/GIS/RFID/PDA等技術(shù)為主的物流可視化管理平臺,以物流過程,即倉儲管理、流通加工、調(diào)度配載、裝卸搬運、運輸配送等為核心,在計算機軟硬件的支持下,以移動數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊技術(shù)為基礎(chǔ),對物流業(yè)務(wù)過程進行全面的計算機管理,并以基于平臺化的方式為用戶提供查詢、統(tǒng)計、分析、圖形顯示和輸出,實時、準確、動態(tài)地管理物流業(yè)務(wù)過程,從而實現(xiàn)物流業(yè)務(wù)過程管理的可視化。
可視化物流實驗室由倉儲設(shè)備、運輸配送設(shè)備、信息化設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、物流信息系 統(tǒng)共同搭建而成,實現(xiàn)倉儲配送的可視化管理,從而達到提高作業(yè)效率,優(yōu)化物流系統(tǒng)的目的。
可視化物流實驗室的特點主要有:
1.該方案應(yīng)用的前沿技術(shù):基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、條碼技術(shù)、無線通信技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、傳感技術(shù)等,這些都是物流行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的最新技術(shù);
2.平臺系統(tǒng)是基于企業(yè)的真實業(yè)務(wù)流程,能夠反映當(dāng)前物流企業(yè)的最新的管理理念;
3.智能倉儲軟件和條碼、RFID、電子標簽、自動化立體庫等硬件集成,可以實時采集信息、通訊;
4.運輸配送軟件和信信平臺以及其他信息設(shè)備無縫對接,可模擬運輸配送的在途跟蹤和路徑優(yōu)化;
5.組態(tài)軟件可以把實訓(xùn)室配送中心的儲位、分揀線等管理圖形化,直觀的查看每一步操作;
6.條碼或RFID的全程管理、物流信息透明化。
三、建設(shè)可視化物流實驗室的意義
1.行業(yè)的需要
可視化物流是目前物流行業(yè)最新的管理技術(shù)和管理方法,我們把物流最前沿的技術(shù)引入到教學(xué)實驗中,可以培養(yǎng)出掌握現(xiàn)代核心技術(shù)的專業(yè)人才,這是整個物流行業(yè)的期待。
2.教學(xué)手段的創(chuàng)新
可視化物流體驗教學(xué)強調(diào)傳統(tǒng)手段與現(xiàn)代手段相結(jié)合,手工手段與電子技術(shù)手段相結(jié)合,模擬仿真手段與實操手段相結(jié)合。
可視化物流體驗教學(xué)從物流企業(yè)實際運營管理出發(fā),幫助學(xué)生站在企業(yè)整體運營的宏觀角度上來統(tǒng)籌規(guī)劃。通過整個課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練,學(xué)生可以更好的認識企業(yè)是如何運作的,了解企業(yè)的基本運作機制,認識企業(yè)的組織架構(gòu)、分工合作,認識物流企業(yè)各環(huán)節(jié)的運行與協(xié)作。
3.提高學(xué)生綜合素質(zhì),保證高素質(zhì)人才輸出
可視化模擬教學(xué)平臺除了一些具體的財務(wù)數(shù)據(jù)和分析指標外,平臺中的許多決策沒有固定的或標準的答案,需要學(xué)生充分利用學(xué)過的物流相關(guān)知識、發(fā)揮團隊的力量、認真分析經(jīng)營環(huán)境、深入研究競爭對手,考驗的是學(xué)生的實際動手能力,鍛煉的是學(xué)生的綜合素質(zhì)。
4.培養(yǎng)了學(xué)生統(tǒng)觀全局的能力和系統(tǒng)思考的能力
可視化模擬教學(xué)將整個訓(xùn)練放在企業(yè)運營的大環(huán)境下,并涉及多企業(yè)、多部門、多崗位,需要多人配合才能共同完成,對訓(xùn)練學(xué)生培養(yǎng)站在企業(yè)運營的全局上統(tǒng)籌規(guī)劃能力、系統(tǒng)思考能力都有著更高的要求與訓(xùn)練提升。
四、可視化物流實驗室建設(shè)的內(nèi)容
(一)可視化物流平臺流程設(shè)計
可視化物流平臺應(yīng)用流程如圖1所示。
圖1:可視化物流平臺的應(yīng)用
(二)完善可視化物流平臺的功能
可視化物流平臺的功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.配送中心管理監(jiān)控
對配送中心設(shè)施使用情況、運作情況、運作人員工作效率進行監(jiān)控,并對配送中心效益進行分析。
2.倉庫管理監(jiān)控
可視化倉儲管理:是對計劃存儲、流通的有關(guān)物品進行相應(yīng)的可視化監(jiān)控管理,主要包括對存儲的物品進行接收、發(fā)放、存儲、保管等一系列管理活動。如圖2所示。
圖2:倉庫可視化管理
3.配送運輸監(jiān)控
應(yīng)用3S技術(shù)(GPS、GIS、RS),實現(xiàn)對運輸過程中車輛和貨物的有效管理與監(jiān)控。主要包括對運輸車輛路線優(yōu)化和物資的跟蹤、管理、查詢等一系列活動。如圖3所示。
圖3:配送運輸可視化管理
4.貨物追溯監(jiān)控
通過對貨物的圖像及與之相對應(yīng)的訂單信息進行采集,并將貨物信息以圖標或圖像的方式在地圖上展示,實現(xiàn)對貨物的跟蹤、查詢和監(jiān)控。
具體要求包括結(jié)合GIS查詢分析,輔助決策支持,提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。完成對貨物流動、車輛的調(diào)度、定位與監(jiān)控、智能鎖狀態(tài)監(jiān)控、報警管理、軌跡回放、地圖的操作管理等功能。如圖4所示。
圖4:貨物追溯管理
5.數(shù)據(jù)交換接口
根據(jù)客戶要求提供報表、圖片、視頻等貨物流轉(zhuǎn)信息,根據(jù)客戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和定制要求提供數(shù)據(jù)交換接口。
6.計算機輔助決策
通過GPS/GIS/RFID的信息處理、數(shù)據(jù)庫管理等功能,能實現(xiàn)貨物在儲存、加工、運輸、配送過程中的應(yīng)急處理、實時調(diào)度和輔助決策,使得中心可以快速、準確、及時、可靠、系統(tǒng)化地進行指揮和調(diào)度。
(三)構(gòu)建可視化平臺的軟件系統(tǒng)
1.GPS/GIS系統(tǒng)
主要以GPS和GIS系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)為主,針對物流運輸及在途跟蹤情況實時向指揮中心反饋,向其反映出運輸車輛所處的地理位置和車輛的即時速度、運行情況等信息??刂浦笓]中心亦可通過GSM或者GPRS通信網(wǎng)絡(luò)把指令傳輸給司機,及時地向車輛傳達指令,使其能夠準確地按照公司的既定安排行車,提高運營效率。
2.RFID電子標簽及組態(tài)監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)
以RFID電子標簽為內(nèi)核的相關(guān)監(jiān)控設(shè)備則是“可視化物流監(jiān)控平臺”的移動數(shù)據(jù)傳輸載體。在“可視化物流監(jiān)控平臺”建設(shè)上,可采用的RFID技術(shù)包括有源RFID標簽、RFID電子封條以及基于GPRS的跟蹤模式等。
3.智能倉儲管理軟件
包括商品電子標簽入庫維護,電子標簽出庫維護,電子標簽盤點維護,電子標簽揀貨維護,商品分類維護,商品查詢統(tǒng)計維護,結(jié)算維護等倉儲基本功能。包括商品存貨的ABC分類、經(jīng)濟訂貨批量,安全庫存量設(shè)計,收發(fā)貨站臺數(shù)量的設(shè)計,貨架區(qū)域面積的設(shè)計,倉儲設(shè)備布局設(shè)計等倉儲管理功能。
4.運輸配送管理軟件
包括GIS配送路徑優(yōu)化系統(tǒng)、短信平臺支持系統(tǒng)、RFID中間件、組態(tài)監(jiān)控軟件包括訂單系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、配送系統(tǒng)、客戶查詢系統(tǒng)等。
5.決策系統(tǒng)
根據(jù)可視化物流平臺掌握的資訊,進行決策模型設(shè)計、選擇合理的決策方案。
五、結(jié)論
物流可視化管理以物流過程監(jiān)控為基礎(chǔ),通過監(jiān)控系統(tǒng)收集物流業(yè)務(wù)過程狀態(tài)信息和貨運物品信息,為企業(yè)物流管理提供更為實時準確的數(shù)據(jù)來源。可視化管理使物流系統(tǒng)的管理者以直觀的可視化方式,方便、簡捷、清楚地把握物流業(yè)務(wù)運作過程,實時調(diào)整物流業(yè)務(wù)的管理。
可視化物流實驗以真實的物流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為原型,展開物流運營管理分析??膳c學(xué)生市場調(diào)查、行業(yè)分析、配送中心設(shè)計等課程內(nèi)容進行結(jié)合,并圍繞真實物流企業(yè)的業(yè)務(wù)管理需求或現(xiàn)狀進行分析規(guī)劃??梢暬锪鹘虒W(xué)系統(tǒng)包括多種圖形化分析模式,簡單直觀、主次分明,從而可以幫助學(xué)生抓住業(yè)務(wù)重點、提升業(yè)務(wù)管理能力。
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[關(guān)鍵詞]京津冀;科技資源;數(shù)字地圖平臺;CIS
DOI:10.3969/j.issn.1008―0821.2017.06.028
[中圖分類號]G255.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1008―0821(2017)06―0172―06
科技資源是創(chuàng)造科技成果,推動整個經(jīng)濟和社會發(fā)展的要素集合。廣義的科技資源包括科技財力資源、科技人力資源、科技物力資源、科技信息資源4個方面,狹義的科技資源則限定在科技人力資源和科技財力資源上。科技資源是科技發(fā)展的基礎(chǔ),其共建共享直接影響區(qū)域科技創(chuàng)新和科技成果的有效利用。目前,京津冀區(qū)域科技資源分布不均,共享程度低,存在諸多科技資源信息孤島和信息壁壘,這直接影響京津冀地區(qū)科技資源的使用效率和科技發(fā)展速度。尤其是北京和天津更是中國科技資源最密集的地區(qū)之一,坐落有上百所大學(xué)和一大批高水平科研院所,聚集了成千上萬的高科技公司。高效配置這些科技資源,對整個京津冀區(qū)域乃至整個國家的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展將會產(chǎn)生巨大影響。因此,整合京津冀三地科技資源,搭建京津冀科技資源信息綜合服務(wù)平臺,發(fā)揮北京在推動京津冀協(xié)同創(chuàng)新中的帶頭引領(lǐng)作用,對北京全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)和京津冀協(xié)同創(chuàng)新具有重要意義。從基于GIS的服務(wù)平臺構(gòu)建情況來看,GIS技術(shù)已在資源、環(huán)境、交通、教育、經(jīng)濟等各行各業(yè)中得到重視和應(yīng)用?;趨^(qū)域性或全國性的數(shù)字地圖及各種各樣的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)大量涌現(xiàn),但科技領(lǐng)域的應(yīng)用還不多,全國各地基于GIS的科技資源服務(wù)平臺十分欠缺。本文基于GIS可視化系統(tǒng),構(gòu)建京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺,為摸清京津冀科技資源現(xiàn)狀,開展空間關(guān)聯(lián)挖掘、布局優(yōu)化與規(guī)劃、發(fā)展路徑選擇、決策分析與服務(wù)等提供基礎(chǔ)平臺。
1平_的構(gòu)建目標與建設(shè)原則
京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺的建設(shè)將實現(xiàn)兩方面的戰(zhàn)略目標:一是不斷完善數(shù)據(jù)共享交換機制,使三地科技情報服務(wù)機構(gòu)協(xié)作并共享京津冀科技資源信息,有效開展面向政府、企業(yè)等不同用戶的集成化情報信息服務(wù);二是能夠滿足用戶全方位科技信息需求,使用戶享用“一站式”的信息情報服務(wù)。
京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺需要遵循以下幾個原則。
1)統(tǒng)一性。平臺應(yīng)遵循相關(guān)通用格式或標準,以統(tǒng)一的方式整合資源,以節(jié)省人力、物力,提高時效。
2)開放性。在技術(shù)上,京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺應(yīng)該是一個開放的系統(tǒng),一方面應(yīng)充分利用國內(nèi)外已有資源、技術(shù);另一方面在集成化過程中實現(xiàn)不同系統(tǒng)和工具間接口和協(xié)議的標準化,確保它們之間的互操作性。
3)用戶導(dǎo)向。需求決定服務(wù)。要確立用戶導(dǎo)向在科技資源信息集成服務(wù)過程中的核心地位,充分保障用戶參與建設(shè)過程,從多個角度、多個層次出發(fā)來考慮用戶需求。
4)經(jīng)濟性。平臺的建設(shè)應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的資源和技術(shù),不做無謂的、重復(fù)的資源建設(shè)與技術(shù)開發(fā),以免浪費時間、人力和物力。
2平臺建設(shè)總體思路
在整合京津冀科技資源信息的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建“京津冀科技資源數(shù)據(jù)+專業(yè)情報工具+數(shù)字地圖系統(tǒng)”組合構(gòu)成的情報綜合服務(wù)平臺,搭建創(chuàng)新主體、創(chuàng)新載體、政府、公眾等多方共享的京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺,為京津冀區(qū)域科技協(xié)同發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)移、企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新等提供便捷、專業(yè)、集中的一站式情報信息服務(wù)。其核心是將京津冀三地科技資源信息集成管理,打破三地信息壁壘,促進三地數(shù)據(jù)共享,為北京全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)和京津冀協(xié)同發(fā)展建設(shè)戰(zhàn)略決策提供快速響應(yīng)的信息服務(wù)體系。
該平臺的總體思路如下。
1)對科技資源信息數(shù)據(jù)進行整合與分類,綜合考慮用戶信息需求、數(shù)據(jù)可獲取性、可分析性以及數(shù)據(jù)特點等,完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、字段設(shè)計以及標準制定,構(gòu)建京津冀科技資源數(shù)據(jù)庫。
2)根據(jù)科研機構(gòu)的地址和名稱字段進行地理位置匹配,將科研機構(gòu)匹配到數(shù)字地圖上對應(yīng)的坐標位置,實現(xiàn)科研機構(gòu)數(shù)據(jù)的空間化。并根據(jù)科研機構(gòu)主表的主鍵與其他的副表進行關(guān)鍵字關(guān)聯(lián),實現(xiàn)所有的信息子庫相互貫通。
3)對科研機構(gòu)、科技專家、科技項目、科技成果、科技基礎(chǔ)設(shè)施等數(shù)據(jù)及科技統(tǒng)計指標數(shù)據(jù)進行深度挖掘分析,并構(gòu)建決策分析模型、方法,在此基礎(chǔ)上借助GIS強大的地圖可視化表達,形象的展現(xiàn)京津冀地區(qū)科技資源的時空分布、相關(guān)指標數(shù)據(jù)信息和綜合決策研究成果。
4)通過京津冀科技資源綜合服務(wù)門戶建設(shè),集成各類工具與系統(tǒng),對系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理,實現(xiàn)科技資源查詢、可視化、空間統(tǒng)計分析、綜合信息決策支撐、數(shù)據(jù)共享服務(wù)、集中管理等功能,實現(xiàn)數(shù)據(jù)、成果和系統(tǒng)的集成化。
3平臺總體框架
平臺總體設(shè)計采用基于服務(wù)式GIS系統(tǒng)架構(gòu),整體結(jié)構(gòu)松耦合。不僅能支持第三方的數(shù)據(jù)采集或分析統(tǒng)計工具集成,基于組件開發(fā)框架,擴展數(shù)據(jù)服務(wù)接口,對接第三方服務(wù),還能對外提供標準的服務(wù)接口格式。應(yīng)用軟件的設(shè)計考慮擴展性,技術(shù)體系上采用.Net平臺,基于SOA架構(gòu)提高業(yè)務(wù)擴展性。功能設(shè)計上預(yù)留與其他科技資源共享平臺的接口,提供良好的功能擴展性。
平臺系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用服務(wù)層、價值實現(xiàn)層。數(shù)據(jù)采集層主要是實現(xiàn)對各類科技資源數(shù)據(jù)的收集、整理、分類,借助數(shù)據(jù)采集處理工具,按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準規(guī)范進行入庫。同時,建立規(guī)范的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),實現(xiàn)不同子庫之間的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)管理層主要實現(xiàn)對科技資源數(shù)據(jù)的管理功能,對科技資源數(shù)據(jù)進行有效的收集、存儲、處理和應(yīng)用等。應(yīng)用服務(wù)層要實現(xiàn)各類的應(yīng)用服務(wù),包括科技資源信息查詢、科技資源地圖可視化、科技資源決策分析、科技資源綜合服務(wù)門戶及相應(yīng)的系統(tǒng)管理功能等。應(yīng)用服務(wù)層是整個項目的核心內(nèi)容,由于項目的功能模塊較多,所以借助一個統(tǒng)一的服務(wù)平臺進行功能集成和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一共享。價值實現(xiàn)層基于項目的研究成果基礎(chǔ),為科研、政府、企業(yè)和公眾提供不同的服務(wù)內(nèi)容,實現(xiàn)科技資源的創(chuàng)新價值(圖1)。
4平臺建設(shè)主要內(nèi)容
京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺建設(shè)內(nèi)容可概括為“一庫三系統(tǒng)一門戶”,一庫是指京津冀科技資源數(shù)據(jù)庫(基礎(chǔ));三系統(tǒng)是指科技資源查詢系統(tǒng)、科技資源可視化系統(tǒng)、科技資源決策分析系統(tǒng)(業(yè)務(wù));一門戶是指科技資源綜合服務(wù)門戶。
4.1京津冀科技資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)
4.1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及內(nèi)容框架
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是整個平臺的基礎(chǔ)和重要支撐,它能夠?qū)崿F(xiàn)對科技資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲、查詢和利用,為科技決策和服務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流和存放運行結(jié)果。根據(jù)科技資源的整合共享、高效利用的需求,從科學(xué)管理各類數(shù)據(jù)的存儲與管理要求出發(fā),綜合考慮空間可視化表達、數(shù)據(jù)可獲取性、可分析性,將京津冀科技資源信息歸納為:科技機構(gòu)資源、科技專家資源、科技項目資源、科技成果資源、科技基礎(chǔ)設(shè)施資源、科技統(tǒng)計數(shù)據(jù)、其他數(shù)據(jù)(圖2)。
科技人員隸屬于科研機構(gòu),科技項目和科技成果隸屬于科研機構(gòu)和科技人員,科技基礎(chǔ)設(shè)施隸屬于機構(gòu),科技統(tǒng)計數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是對整個數(shù)據(jù)庫的補充和完善,為分析、專題研究和決策方案制定等提供數(shù)據(jù)支撐。
4.1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及標準制定
根據(jù)科技資源信息結(jié)構(gòu)和檢索便利,完成數(shù)據(jù)表庫和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、字段O計和標準制定。字段設(shè)計時綜合考慮檢索便利、用戶需求、可視化效果以及可分析性,盡可能地細分字段,除了常規(guī)的地區(qū)、類型/類別、級別、年份等之外,增設(shè)了研究領(lǐng)域等特色字段。由于科技活動依托在機構(gòu)進行的,通過地址匹配空間化工具,把這些科研機構(gòu)數(shù)據(jù)進行空間位置可視化。同時,設(shè)計了信息模塊之間的相互關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)調(diào)用,如機構(gòu)和專家?guī)熘械膶@?、獲獎、論文等可從項目庫和成果庫中調(diào)用數(shù)據(jù),實現(xiàn)信息互補。這些數(shù)據(jù)分為兩個層次,即機構(gòu)數(shù)據(jù)(微觀)和區(qū)域數(shù)據(jù)(宏觀),區(qū)域?qū)用娴臄?shù)據(jù)部分由機構(gòu)層面數(shù)據(jù)得來,部分從統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)獲得補充。
4.2京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺系統(tǒng)建設(shè)
4.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)為標準B/S架構(gòu)(Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器),表現(xiàn)層為瀏覽器或具備Html頁面解析功能的其他軟件;業(yè)務(wù)層為C#開發(fā),版本為.net 4.0運行在Windows Server上,使用IIS;持久層為SqlServer 2008R2;表現(xiàn)層使用AJAX從業(yè)務(wù)層獲取記錄內(nèi)容,包括詳細的經(jīng)緯度。使用JS以及REST,從Baidu LBS獲得的地圖圖層數(shù)據(jù)以及經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換后的屏幕坐標點,用于在屏幕上顯示用戶所選擇需要展示的內(nèi)容。編程語言為C#,軟件環(huán)境為Window Server 2012 Data Center、Oracle 11g、Super Map iServer 8。
平臺功能結(jié)構(gòu)包括數(shù)字地圖信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)維護系統(tǒng),具體功能如圖3所示。
4.2.2系統(tǒng)組成
京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺由數(shù)據(jù)采集分析與管理工具集,科技資源信息查詢系統(tǒng)、科技資源可視化系統(tǒng)、科技資源決策分析系統(tǒng)3個系統(tǒng),以及能夠?qū)⑸鲜鲎酉到y(tǒng)進行統(tǒng)一接入集中管理的科技資源綜合服務(wù)門戶。所有子系統(tǒng)之間的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
1)科技資源查詢系統(tǒng)
科技資源查詢服務(wù)。在京津冀科技資源數(shù)字地圖查詢界面上,分類了京津冀科技資源類別,用戶可以快捷的查找類別中找到自己所要訪問的資源。按照科技資源的定義和分類,綜合考慮數(shù)據(jù)可獲取性、可操作性、可分析性等,從科技機構(gòu)資源數(shù)據(jù)、科技專家資源、科技項目、科技成果、科技基礎(chǔ)設(shè)施(科學(xué)儀器設(shè)備)、科技統(tǒng)計數(shù)據(jù)、科技政策、專題數(shù)據(jù)等方面選取和建設(shè)數(shù)據(jù)資源。查詢方式包括初級查詢、高級查詢、空間查詢、關(guān)鍵詞綜合查詢等。查詢結(jié)果包括科技資源的空間分布展示、數(shù)據(jù)列表展示、空間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)列表聯(lián)動等。
2)科技資源可視化系統(tǒng)
科技資源可視化系統(tǒng)借助GIS可視化平臺實現(xiàn)各類科技資源的地圖可視化、科技資源時空一體化、空間分析及專題圖展示等。
科技資源的地圖可視化由查詢結(jié)果地圖可視化、指標統(tǒng)計分析與地圖可視化、科技資源決策分析結(jié)果地圖可視化3個模塊組成??萍假Y源查詢結(jié)果可視化模塊包括各類科技資源的分布地圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果展示;科技資源指標統(tǒng)計分析與地圖可視化模塊可提供多種科技資源專題地圖模版,進行宏觀指標和微觀指標的分析和專題圖制作;科技資源決策分析結(jié)果地圖可視化模塊則調(diào)用地圖服務(wù)和模板,生成決策分析專題圖并展示。
空間分析工具與專題圖可提供緩沖區(qū)、泰森多邊形、疊加分析、插值分析等空間分析方法,其分析結(jié)果以專題圖的形式展示,為科技資源的時空數(shù)據(jù)挖掘和分析提供輔助。
科技資源時空一體化展示通過建立時間軸將科技資源與地圖空間位置結(jié)合在一起,進行時空信息一體化展示。
3)科技資源決策分析系統(tǒng)
科技資源決策分析系統(tǒng)通過對科技資源數(shù)據(jù)挖掘、模型方法構(gòu)建,為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環(huán)境,調(diào)用各種信息資源和分析工具,幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量??萍假Y源決策分析模型可包括科技資源現(xiàn)狀評價、科技資源潛力評價、科技資源協(xié)同布局評價、區(qū)域創(chuàng)新能力評價、科技資源配置效率、資源間空間關(guān)聯(lián)分析、影響分析等,其結(jié)果以專題圖的形式在數(shù)字地圖服務(wù)平臺中展示。例如,科技資源配置模型包括科技資源需求轉(zhuǎn)換、資源快速配置、參數(shù)化設(shè)計及資源結(jié)構(gòu)分解等子系統(tǒng),能夠快速進行需求對接、科技資源優(yōu)化配置、資源間關(guān)聯(lián)性等。
4.3京津冀科技資源綜合服務(wù)門戶建設(shè)
科技資源綜合服務(wù)門戶為上述所有系統(tǒng)提供統(tǒng)一的入口和管理平臺,將各個系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來,形成一個有機整體,為用戶提供一站式數(shù)據(jù)服務(wù)。從共享角度,科技資源綜合服務(wù)門戶是對外提供數(shù)據(jù)和服務(wù)的惟一出口,也是各類用戶訪問平臺的惟一入口,為成果數(shù)據(jù)綜合檢索、成果圖表可視化、分析研究成果等提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享、、目錄服務(wù)的平臺。整個平臺的門戶采用簡潔設(shè)計,顯示各個系統(tǒng)以及平臺本身自帶的一些功能模塊。具體功能模塊包括科技資源成果中心、科技資源目錄服務(wù)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)、用戶中心、系統(tǒng)運行管理等。
4.4京津冀科技資源數(shù)據(jù)共享機制構(gòu)建
建立三地科技資源信息交換與共享機制,實現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)開放共享是京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺建設(shè)的長期任務(wù)。為了加快三地合作和數(shù)據(jù)共享,2015年三地科技情報研究C構(gòu)簽訂了《京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,形成了戰(zhàn)略合作意向,并就京津冀科技資源數(shù)字地圖服務(wù)平臺建設(shè)達成了數(shù)據(jù)交換與共享意向。具體措施有遵守“平等自愿、交換對等、分級共享、安全使用”原則,通過制定信息資源共享交換目錄、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口服務(wù)標準等,規(guī)范數(shù)據(jù)交換方式,滿足不同部門之間的數(shù)據(jù)共享交換需求;構(gòu)建用戶權(quán)限分級管理機制,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分級開放;定期更新機制,保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的及時更新和共享;完善統(tǒng)一管理機制、定期溝通機制等,確保信息共享順暢。
5總結(jié)
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代機械;可視化;優(yōu)化設(shè)計
可視化(Visual)程序設(shè)計是一種全新的程序設(shè)計方法,避免許多繁瑣的代碼語句。它主要是讓程序設(shè)計人員利用軟件本身所提供的各種控件,像搭積木式地構(gòu)造應(yīng)用程序的各種界面。它涉及到計算機圖形學(xué)、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域,成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)??茖W(xué)計算可視化能夠把科學(xué)數(shù)據(jù),包括測量獲得的數(shù)值、圖像或是計算中涉及、產(chǎn)生的數(shù)字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在研究者面前,使他們能夠觀察、模擬和計算。
1、視優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容
對機械產(chǎn)品進行可視優(yōu)化設(shè)計,通常包括以下3個方面,即加工裝配過程可視化、運動學(xué)設(shè)計可視化、控制過程可視化??梢晝?yōu)化設(shè)計法從研究內(nèi)容上主要體現(xiàn)兩方面:一是“檢驗”;二是“優(yōu)化”?!皺z驗”是指應(yīng)用可視優(yōu)化設(shè)計法,在設(shè)計階段就能完成對可加工性、可裝配性、運動形態(tài)、動態(tài)性能、工作狀況、控制方案的全面檢驗?!皟?yōu)化”是指在可視優(yōu)化設(shè)計中,可以通過優(yōu)化理論尋優(yōu)或方案對比尋優(yōu),達到在設(shè)計階段優(yōu)化加工工藝、裝配工藝、運動參數(shù)、動態(tài)特性、工作參數(shù)、控制策略的目的。
2、機械可視優(yōu)化設(shè)計平臺設(shè)計
搭建設(shè)計平臺是一種將設(shè)計系統(tǒng)化與集成化的思想,設(shè)計平臺可以很好地將設(shè)計理念實施到具體的產(chǎn)品設(shè)計中去。因此,國內(nèi)外在進行與可視優(yōu)化相關(guān)研究時通常創(chuàng)建相應(yīng)的應(yīng)用平臺。機械實施可視優(yōu)化設(shè)計法也有必要搭建設(shè)計平臺來實現(xiàn),搭建振動機械可視優(yōu)化設(shè)計平臺可從其功能要求、功能模塊組成、軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各模塊的具體實現(xiàn)方法等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。
2.1平臺功能模塊
振動機械不同于普通機械,其動態(tài)性能是影響其最終質(zhì)量的關(guān)鍵因素,在振動機械的方案設(shè)計和詳細設(shè)計階段一般都要對其進行運動學(xué)和動力學(xué)計算、分析、仿真實驗等操作。此外,作為一種機械設(shè)備,設(shè)計過程中自然也要考慮各零件間的可裝配性問題、具體的設(shè)計計算等問題。
2.2平臺軟件系統(tǒng)
可視優(yōu)化設(shè)計平臺必須具有功能強大的軟件系統(tǒng)支持方能實現(xiàn)預(yù)定的功能目標,可喜的是目前已有眾多的商業(yè)性軟件可用于機械產(chǎn)品的可視優(yōu)化設(shè)計,這些軟件按其主要功能可分為三維建模類、工程模擬類、控制仿真類、有限元計算類、軟件開發(fā)編程類等。產(chǎn)品研發(fā)部門應(yīng)該考慮平臺的功能模塊結(jié)構(gòu)、軟件的功能與價格、本單位人員的基本素質(zhì)等多方面因素,選擇合適的軟件搭建軟件集成平臺,搭建振動機械可視優(yōu)化設(shè)計平臺選擇的軟件系統(tǒng)包括:三維建模類,常見的有So1idworks、Pro/E、UG等;工程模擬類ADAMS、DADS、SIMPACK等;有限元計算類ANSYS,NASTRAN,MARC等;軟件開發(fā)與編程類VB、VC++、Delphi、Visual Fortran等。
3、功能模塊實現(xiàn)技術(shù)
3.1裝配過程的模塊實現(xiàn)方法
裝配質(zhì)量對振動機械工作性能的影響很大,在設(shè)計中必須給予重點考慮,對振動機械進行裝配過程可視化研究的目標是考慮設(shè)計的零件能否實現(xiàn)預(yù)期的裝配,以及確定合理的裝配順序。此外,裝配過程可視化模塊也負責(zé)向其他模塊提供零部件及整機的實體模型。因此如何快速實現(xiàn)模型的創(chuàng)建也是此模塊重點考慮的問題,在實現(xiàn)方法上可考慮用編程軟件對三維建模軟件進行二次開發(fā)創(chuàng)建某類振動機械的快速建模及裝配系統(tǒng)。一般的編程類軟件都可以編制上述可視化計算程序,因為對振動的求解涉及大量的矩陣運算,因此考慮用可視化編程能力強的VB軟件與矩陣計算能力強的Matrix VB結(jié)合可快速實現(xiàn)該模塊的研發(fā)。振動機械工作過程可視優(yōu)化研究目標就是通過創(chuàng)建的振動機械數(shù)字樣機模型進行各種試驗,從而確保機械設(shè)備各方面性能滿足要求,各運行參數(shù)得到相應(yīng)的優(yōu)化。其實現(xiàn)方法上與運動可視化研究相似,可采用三維建模軟件與工程模擬軟件結(jié)合起來進行研究。
3.2動態(tài)性能模塊實現(xiàn)方法
振動機械動態(tài)性能直接影響著機器的最終質(zhì)量性能和運轉(zhuǎn)的可靠性,因此設(shè)計中必須給予重點考慮。對振動機械進行動力學(xué)可視化研究,目標是通過三維實體模型,判斷振動機械的精確模態(tài)特性和在特定激勵作用下的響應(yīng)情況。此外,動力學(xué)可視化研究還用于求解振動機械正常運轉(zhuǎn)及停機時應(yīng)力、應(yīng)變變化情況。在實現(xiàn)方法上可考慮用三維建模軟件創(chuàng)建實體模型,接著導(dǎo)入到有限元分析軟件進行動態(tài)性能可視化仿真研究。振動機械的運動形態(tài)直接影響著該類機械設(shè)備的工藝效果,因此在設(shè)計過程要保證其運動形式符合相關(guān)設(shè)計要求。對振動機械進行運動可視化研究,目標就是檢驗振動機的主運動參數(shù)是否滿足要求,運動是否發(fā)生干涉等問題。在實現(xiàn)方法上可考慮用三維建模軟件創(chuàng)建實體模型,接著導(dǎo)入到工程模擬類軟件進行運動狀態(tài)可視化仿真研究。
3.3數(shù)據(jù)存儲模塊實現(xiàn)方法
振動機械可視優(yōu)化設(shè)計平臺研究環(huán)節(jié)眾多,且很多情況下需要反復(fù)運行,相關(guān)的數(shù)據(jù)量較大。另外,平臺涉及的數(shù)據(jù)類型也很多,常見的有文字信息、數(shù)據(jù)、二維或三維圖形、結(jié)果報表、音頻及視頻多媒體數(shù)據(jù)等。因此,有效的管理和利用這些數(shù)據(jù)同樣是成功實施可視優(yōu)化設(shè)計法的關(guān)鍵,該模塊的實現(xiàn)方法可考慮創(chuàng)建功能相對齊全的中心數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效管理。
4、結(jié)束語
可視優(yōu)化設(shè)計相關(guān)方法在生產(chǎn)振動機械企業(yè)中的應(yīng)用還處于起步階段,相關(guān)的理論方法,如平臺的搭建策略、設(shè)計的協(xié)同性、試驗驗證方法等問題還有待進一步研究。
參考文獻:
Endsley最早提出態(tài)勢感知定義,認為態(tài)勢感知是在特定時間和空間下,操作者基于對當(dāng)前設(shè)備和環(huán)境的動態(tài)變化察覺(perception)和綜合(comprehension),運用基于分析(短時工作記憶)、聯(lián)想(長時記憶)、規(guī)則的預(yù)測方式(projection),實現(xiàn)任務(wù)連續(xù)情境的模式識別與匹配并采取相應(yīng)的對策,進而達到圓滿完成任務(wù)的目的。Endsley也提出了適用于自動化及人機接口系統(tǒng)的態(tài)勢感知過程。態(tài)勢管理(situationmanagement,SM)是一個有目的的協(xié)同過程,包含搜集感官和信息、感知和識別態(tài)勢、分析過去和未來的態(tài)勢,以及論證、策劃和實施行動。信息可視化是最重要的視覺感知手段,能充分調(diào)動決策者的認知能力,強化對信息的感知和理解;可視化與態(tài)勢可視化,既存在共性和相互聯(lián)系,也存在著明顯的差異。態(tài)勢可視化是可視化的高級發(fā)展階段,尤其是指面向態(tài)勢感知的高級階段。態(tài)勢可視化被認為是以用戶為中心的強調(diào)態(tài)勢感知優(yōu)化的顯示(可視化),以有利于操作人員對當(dāng)前態(tài)勢有“強健理解(arobustunderstanding)”。態(tài)勢可視化屬于可視化分析學(xué)范疇,關(guān)注的重點是意會和推理,其相關(guān)的可視化分析工具從海量、多維、多源、動態(tài)、時滯、異構(gòu)、含糊不清、甚至矛盾的數(shù)據(jù)中綜合出信息并獲得深刻的見解,能發(fā)現(xiàn)期望看到的信息并覺察出沒有想到的信息,能提供及時的、可理解的評價,在實際行動中能有效溝通。在戰(zhàn)場指揮中,態(tài)勢感知的可視化技術(shù)可幫助快速對復(fù)雜的戰(zhàn)場進行綜合認為,態(tài)勢感知連續(xù)萃取環(huán)境信息,集成了以前的知識以形成一個連貫的畫面,并使用該畫面預(yù)測未來事件。本文認為,有助于態(tài)勢感知的信息可視化,均可稱為態(tài)勢可視化,或按照態(tài)勢感知基本理論,它應(yīng)有助于:①反演歷史態(tài)勢;②分析當(dāng)前態(tài)勢;③預(yù)測未來趨勢。態(tài)勢建模主要方法包括事件驅(qū)動的態(tài)勢描述和感知識別方法,以及基于本體的態(tài)勢建模方法。態(tài)勢可視化在電力系統(tǒng)的應(yīng)用研究幾乎與態(tài)勢理論出現(xiàn)同步。
Overbye及以他為核心組建的PowerWorld公司是美國電力系統(tǒng)可視化的先驅(qū)。2008年美國能源部西北太平洋國家實驗室(PNNL)提出電力系統(tǒng)有意義態(tài)勢感知(sensemaking)的概態(tài),認為對模糊態(tài)勢提出其含義的能力是至關(guān)重要的,應(yīng)支持不確定條件下的決策,并理解人、地方和事件之間的關(guān)系,能夠預(yù)測它們的運動軌跡,以利于采用有效的行動。認為,以前的可視化基本上是設(shè)計者驅(qū)動的,能量管理系統(tǒng)(EMS)廠家提供的可視化界面人工維護工作量非常巨大,用戶自主性太弱,限制了用戶自主發(fā)現(xiàn)態(tài)勢的能力,因此,提出了“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的可視化技術(shù),主要內(nèi)容包括基于公共信息模型(CIM)的數(shù)據(jù)進行單線圖的自動生成,以及提供可視化加工的專門服務(wù)系統(tǒng)。討論了電力系統(tǒng)運行狀態(tài)可視化,可分為數(shù)據(jù)顯示、運行安全狀態(tài)顯示和運行趨勢顯示3類。其中,數(shù)據(jù)顯示可歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點數(shù)據(jù)和線路數(shù)據(jù)等3類基本顯示。認為電力系統(tǒng)信息可視化可分為2D與3D兩種方式,探索了3D空間可視化不同坐標軸物理量分配時的不同效果。研究了現(xiàn)代EMS常見的可視化主題設(shè)計,并對3D曲面差值算法進行了優(yōu)化改進。較為全面地論述了智能電網(wǎng)條件下的態(tài)勢感知與態(tài)勢可視化的關(guān)鍵問題,是本領(lǐng)域一個十分有價值的參考文獻。該文提出以調(diào)度員思維模式為框架,以可視化界面為功能模塊,以互動計算為系統(tǒng)核心的智能電網(wǎng)架構(gòu),認為電力系統(tǒng)的可視化將逐步向2D/3D圖形化、動畫發(fā)展;提出所謂電網(wǎng)態(tài)勢是指由各種電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)以及用戶行為等因素所構(gòu)成的整個電網(wǎng)當(dāng)前狀態(tài)和變化趨勢,電網(wǎng)態(tài)勢感知是指在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,對能夠引起電網(wǎng)態(tài)勢發(fā)生變化的安全要素進行獲取、理解、顯示以及預(yù)測未來的發(fā)展趨勢,態(tài)勢感知包括當(dāng)前態(tài)勢元素提取、態(tài)勢評估、電網(wǎng)的能力態(tài)、可控態(tài)、未來發(fā)展趨勢預(yù)測幾個部分。該文提出當(dāng)前態(tài)、發(fā)展態(tài)、能力態(tài)、可控態(tài)、評估態(tài)作為電網(wǎng)狀態(tài)特性。本文認為,其評估態(tài)可納入當(dāng)前態(tài),能力態(tài)、可控態(tài)可納入未來態(tài),而要獲取十分優(yōu)秀的當(dāng)前態(tài)、未來態(tài)的感知,對歷史態(tài)的研究尤其是其反演歸納能力至關(guān)重要,因此,本文仍以歷史態(tài)、當(dāng)前態(tài)、未來態(tài)來提出對智能電網(wǎng)的態(tài)勢感知的基本要求。該文認為,態(tài)勢感知的結(jié)果是形成態(tài)勢分析報告和綜合電網(wǎng)態(tài)勢圖,但本文認為,它是態(tài)勢感知實踐的理想目標,現(xiàn)階段難以在工程中完全實現(xiàn);正如該文指出的,作為信息融合的過程,電網(wǎng)態(tài)勢感知的可視化是一個從底層數(shù)據(jù)到抽象信息,再到獲取高層知識的過程,因此加強、加速該過程,是值得學(xué)術(shù)界、工程界高度關(guān)注的。目前,國內(nèi)外電力系統(tǒng)可視化研究的主要領(lǐng)域在于EMS,通過對可視化的細節(jié)設(shè)計以及圖形的動態(tài)過程來研究其功效,并沒有建立起很好的理論體系;工程實踐主要也是從已有的可視化實踐案例進行模仿、改進。隨著智能電網(wǎng)時代到來,可視化應(yīng)用將覆蓋智能電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、運行、控制、調(diào)度、營銷等各領(lǐng)域,更需要不斷實踐來進行歸納、總結(jié)和發(fā)展。
對以往的實踐大致可總結(jié)如下。1)單一元件或系統(tǒng)單一特征靜態(tài)與動態(tài)可視化靜態(tài)可視化,主要用于展示實物的二維圖紙或三維立體,揭示其結(jié)構(gòu)參數(shù)或技術(shù)參數(shù);而動態(tài)可視化,主要是元件的電氣、電能量或特性參數(shù)、特性曲線隨時間的變化。變化分為時間顯式或隱式,后者主要是特性曲線,如變壓器的絕緣特性曲線、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定域等。2)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)可視化這里的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包括電力網(wǎng)絡(luò),也應(yīng)包括通信網(wǎng)絡(luò)以及信息流的虛擬網(wǎng)絡(luò)。目前電力網(wǎng)絡(luò)可視化得到了較高的應(yīng)用。對于電力網(wǎng)絡(luò)而言,靜態(tài)可視化主要是基于某一個時間斷面各類量測的感應(yīng)、感知的展示,主要對象是電網(wǎng)接線圖上2類抽象元件(即節(jié)點和線路)。而動態(tài)可視化,是指隨著時間變化的感應(yīng)與感知的變化趨勢的可視化。3)指標的靜態(tài)與動態(tài)可視化指標可視化是智能電網(wǎng)可視化最高目標。指標靜態(tài)可視化是指某一時間斷面的指標可視化;而指標動態(tài)可視化是指其隨時間變化的指標變化??梢暬?個原則,可以歸納為如下2類。1)基于主題的可視化自動化、信息化覆蓋了依靠傳感、測量、傳輸、信息處理的全自動化過程,也覆蓋了人工參與的數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)處理,且可視化的使用場景與目的均有不同,可視化的形態(tài)形式也不盡相同,因此基于主題就成為可視化的一個原則。2)基于不同技術(shù)形態(tài)的可視化可視化技術(shù)一般可分為:①數(shù)據(jù)可視化,即將多維數(shù)據(jù)在2D或3D空間進行顯示的技術(shù);②科學(xué)計算可視化,指利用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù),將工程測量數(shù)據(jù)、科學(xué)計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形圖像;③信息可視化,是指將非空間數(shù)據(jù)的信息對象的特征值抽取、轉(zhuǎn)換、映射、高度抽象與整合,用圖形圖像等方式表現(xiàn);④知識可視化,是通過提供更豐富的表達人類所指導(dǎo)內(nèi)容的方式,采用知識圖表、視覺隱喻等可視化技術(shù),以促進群體知識的傳播。從目前全球的發(fā)展現(xiàn)狀看,智能電網(wǎng)態(tài)勢感知已逐漸成為未來研究的一個重點。
電網(wǎng)的可視化,可分為4個階段:①靜態(tài)可視;②動態(tài)可視;③動態(tài)可視的深度理解與可解釋;④動態(tài)知識發(fā)現(xiàn)與動態(tài)態(tài)勢可控。其后3個階段均屬于電網(wǎng)態(tài)勢可視化階段,是電網(wǎng)可視化發(fā)展的未來階段。態(tài)勢可視化和一般可視化一樣,都是基于物理智能電網(wǎng)(一次電網(wǎng)與二次、三次的信息通信網(wǎng)),其中反映物理電網(wǎng)的點元件、線元件等結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)參數(shù)、背景參數(shù)(如地理位置等),以及點線元件之間的連接關(guān)系,是態(tài)勢感知的宿主,其構(gòu)成的圖形在本文中稱為態(tài)勢底圖,而在其上的任意動態(tài)參數(shù)或面向主題的目標參數(shù),將作為態(tài)勢的表現(xiàn)層,在本文中被稱為態(tài)勢表現(xiàn)圖?;谶@樣的分析,有可能形成態(tài)勢可視化工程的有序?qū)崿F(xiàn)的軌道。另外基于態(tài)勢感知基本理論,態(tài)勢感應(yīng)和態(tài)勢感知雖然存在著相互聯(lián)系,但也存在著明顯的差異。態(tài)勢感應(yīng),主要是指動態(tài)變化察覺,或基于量測和基于量測對物理系統(tǒng)的擴展計算(電力系統(tǒng)主要是指潮流計算)后的察覺;態(tài)勢感知,就重在對察覺后的基本數(shù)據(jù)進行綜合、解釋和基于不同主題的態(tài)勢評估。
2智能電網(wǎng)態(tài)勢管理概念模型
本文在Endsley的模型上對智能電網(wǎng)態(tài)勢管理進行了細化。智能電網(wǎng)態(tài)勢管理存在2個控制回路,即確定性控制回路和審慎控制回路,前者可采用閉環(huán)的全自動控制系統(tǒng);而后者需要人類智慧與機器智慧結(jié)合才能決策。態(tài)勢感知與態(tài)勢可視化,是可視化的高級階段,主要用于審慎控制回路。
2.1態(tài)勢主題定義與態(tài)勢底圖、態(tài)勢感應(yīng)源管理
態(tài)勢主題是指從智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求出發(fā),需要建立的態(tài)勢分析或態(tài)勢決策的主題;態(tài)勢主題獲取,主要由人為設(shè)定,或由機器智能通過大量數(shù)據(jù)挖掘所獲取的一些現(xiàn)象并加以分析歸納而確定的主題。態(tài)勢主題包括如下方面。1)態(tài)勢分析的對象:以態(tài)勢底圖的圖形化方式描述,而態(tài)勢底圖是指研究對象的物理特征或物理特征加載地理空間信息的圖形,包括對象的靜態(tài)圖形及靜態(tài)參數(shù),如電網(wǎng)電氣設(shè)備及連接、智能設(shè)備及連接等。2)態(tài)勢分析目標:一般選擇為研究對象的某一個或一組性能特征或控制目標。3)態(tài)勢感應(yīng)源管理:與研究對象態(tài)勢分析目標相關(guān)的感應(yīng)數(shù)據(jù)或語義的來源、篩選原則、顆粒度選擇等。4)選擇的目標與其來源的基本關(guān)系、參數(shù)、識別的基本方法等,比如電網(wǎng)潮流計算模型,短路計算模型及參數(shù),電網(wǎng)各類能力態(tài)、可控態(tài)、評估態(tài)等分析模型及參數(shù)等。
2.2態(tài)勢感應(yīng)與可視化管理
研究對象的感應(yīng)包括物理對象運動的全部表象量,如電網(wǎng)各節(jié)點和支路的電氣量、電能量等。目前的態(tài)勢感知源,以物理對象狀態(tài)可觀測為配置依據(jù),也可能存在冗余配置,因此需要經(jīng)過狀態(tài)估計、潮流計算等,才能獲取整個物理系統(tǒng)的全部感應(yīng)。態(tài)勢感應(yīng)的可視化,主要是對這些表象量的可視化,比如電壓等高線及著色圖等。
2.3態(tài)勢感知與可視化管理
態(tài)勢感知,主要基于整個物理系統(tǒng)感應(yīng)信息之上進行信息挖掘形成與主題密切相關(guān)的感知數(shù)據(jù),以探索解析這些感應(yīng)的內(nèi)在原因,比如電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度等。
2.4態(tài)勢歷史與可視化管理
對歷史感應(yīng)、感知進行記錄,并可以進行可視化回顧播放。
2.5態(tài)勢預(yù)測與可視化管理
對未來態(tài)勢進行預(yù)測并可視化播放。
2.6態(tài)勢決策與可視化管理
與態(tài)勢預(yù)測結(jié)合,對未來增加改變態(tài)勢的決策選擇,并可視化播放。
2.7態(tài)勢記憶、態(tài)勢學(xué)習(xí)與挖掘管理
態(tài)勢感應(yīng)、感知是態(tài)勢記憶與學(xué)習(xí)的主要樣本。如果對態(tài)勢預(yù)測也進行歷史記錄,則可從中進行態(tài)勢預(yù)測誤差分析,并進行知識萃取和學(xué)習(xí)等挖掘管理,以提煉、修正、校正態(tài)勢預(yù)測模型,從而提高態(tài)勢預(yù)測的精度。
2.8數(shù)據(jù)庫
用于存放數(shù)據(jù)、圖形、算法等數(shù)據(jù)和規(guī)則。
3態(tài)勢感知可視化對象建模及核心算法
3.1態(tài)勢模型
態(tài)勢模型由態(tài)勢感應(yīng)、態(tài)勢感知、態(tài)勢歷史、態(tài)勢預(yù)測、態(tài)勢決策等子模型組成。態(tài)勢感知可視化有實時態(tài)、歷史態(tài)、未來態(tài)。實時態(tài)由感應(yīng)可視化和感知可視化組成。歷史態(tài)可視化主要對歷史記錄的感應(yīng)、感知圖序列按時間進行回放,以解析歷史事件與態(tài)勢。而未來態(tài),基于預(yù)測的感應(yīng)圖、感知圖序列,進行按時間地播放,以對未來的態(tài)勢進行分析和評估。
3.2態(tài)勢圖模型
所謂態(tài)勢圖,就是針對研究對象某一個局部或全部物體的特性或特征進行其時間或空間發(fā)展演變的圖形方式。態(tài)勢圖由態(tài)勢底圖和態(tài)勢表現(xiàn)圖構(gòu)成。舉一個簡單例子:以電網(wǎng)架空線路為研究對象,其特性之一的電氣特性如線路電流,其長期帶負載的熱穩(wěn)定性是其特征;長期大電流通過,導(dǎo)線由于熱效應(yīng)產(chǎn)生變形,下垂加大的趨勢一般不能直接測量,但需要感知。因此,電網(wǎng)架空線路將作為底圖,態(tài)勢感應(yīng)圖就是基于電網(wǎng)系統(tǒng)對其線路通過的電流值隨時間的圖形描述,如采用電流—時間動態(tài)曲線,為感應(yīng)態(tài)勢圖;而導(dǎo)線的下垂過程,如最低點到地面的高度隨時間的動態(tài)曲線,即是感知態(tài)勢圖??梢姡瑧B(tài)勢感應(yīng)圖為態(tài)勢底圖疊加感應(yīng)圖。實時感應(yīng)、感知態(tài)勢圖由態(tài)勢底圖和感應(yīng)圖、感知圖組成。歷史感應(yīng)、感知態(tài)勢圖由歷史態(tài)勢底圖和歷史感應(yīng)圖、歷史感知圖組成。預(yù)測感應(yīng)、感知態(tài)勢圖由預(yù)測態(tài)勢底圖和預(yù)測感應(yīng)圖、預(yù)測感知圖組成。
3.3態(tài)勢底圖分類
態(tài)勢底圖可分為如下幾類。1)研究對象及資源圖,主要繪制研究對象的功能特性、靜態(tài)特性、資源特性等。所謂功能特性,一般采用標準圖形標識,如電力系統(tǒng)圖里的變壓器、斷路器等。靜態(tài)特性,即設(shè)備的設(shè)計參數(shù)(額定值)、開關(guān)的設(shè)備態(tài)位置、電氣參數(shù)的上下限等。資源特性,主要是設(shè)備成組,表現(xiàn)為間隔、電壓等級、變電站等,可以以虛框或顏色以示區(qū)別。2)地理信息圖,如果底圖引入地理信息,則所有研究對象的位置坐標均需引入地理坐標,以與地理圖對應(yīng)。3)參數(shù)空間:有一些研究對象是某一對象或系統(tǒng)的參數(shù)運動軌跡,此時其態(tài)勢底圖主要以參數(shù)空間形式出現(xiàn),不同維度的參數(shù)空間可以引入二維、三維乃至多維的羅盤圖等。態(tài)勢底圖的屬性包括如下方面。1)電網(wǎng)的靜態(tài)模型,其屬性包括電網(wǎng)設(shè)備的功能、種類、技術(shù)參數(shù)等,對應(yīng)的是電網(wǎng)單線圖;當(dāng)某些屬性發(fā)生變化,需要重新繪制單線圖時,應(yīng)啟動態(tài)勢底圖的重新生成。2)對應(yīng)的地理背景特性,如道路、河流等;如果當(dāng)某些屬性發(fā)生變化,而要重新繪制地理背景時,應(yīng)啟動態(tài)勢底圖的自動生成。歷史態(tài)勢底層應(yīng)有版本號,版本號可以是其自動生成的時間戳。在智能電網(wǎng)中,研究對象及資源圖至少可以分為6類:①電氣設(shè)備及連接層,即電氣設(shè)備及連接圖,是最關(guān)鍵的研究對象;②感知設(shè)備及通信連接圖,主要是指獨立存在的智能終端(智能電子設(shè)備)以及它們之間存在的通信網(wǎng)絡(luò);③人力及作業(yè)資源圖,主要包括各種人力資源能力及位置、作業(yè)資源能及位置等;④其他設(shè)備資源圖,比如從電網(wǎng)設(shè)計角度出發(fā),可開發(fā)利用的可再生能源資源分布等;⑤設(shè)備及系統(tǒng)特性,該圖相對于設(shè)備與系統(tǒng)的參數(shù)空間而言,描述設(shè)備的參數(shù)空間限制;⑥客戶資源圖,主要描述客戶的特性,如用戶類型、用電特征類型等,主要用于電網(wǎng)特性與客戶特性的匹配分析等。對于態(tài)勢底圖,可以是圖2所示的分層態(tài)勢圖的某一類圖,或某幾類圖的組合,其組合形式可以表現(xiàn)為帶地理信息的地理延布圖或帶地理相對位置的均勻圖等,也可以表現(xiàn)為不帶地理信息的系統(tǒng)單線圖等。這些組合往往需要根據(jù)主題的需求進行選擇,如帶精確地理信息的底圖,即由地理位置如經(jīng)緯度的地理信息底圖與設(shè)備及接線地理延布圖所構(gòu)成;此類底圖只適用于與檢修、派工相關(guān)的專題。
3.4態(tài)勢表現(xiàn)圖
所有態(tài)勢感應(yīng)、感知、態(tài)勢預(yù)測圖均是在研究對象的分布面即態(tài)勢底圖的基礎(chǔ)上,對某一時刻、某一參數(shù)或指標的形勢進行其圖形繪制的,分別稱為感應(yīng)圖、感知圖、預(yù)測圖,統(tǒng)稱為態(tài)勢表現(xiàn)圖。態(tài)勢圖由態(tài)勢底圖疊加態(tài)勢感應(yīng)、感知或預(yù)測圖形構(gòu)成。這些態(tài)勢表現(xiàn)圖又可分類為如下幾種。1)點線態(tài)勢圖:主要是態(tài)勢底圖的研究對象的點(如電網(wǎng)節(jié)點)、線(如電網(wǎng)支線)為態(tài)勢渲染目標,點渲染包括在節(jié)點上展示該節(jié)點的顏色、越限點閃絡(luò)或增設(shè)柱形標志、圓餅標志等方式,線渲染包括在線的中部位置加載動畫箭頭、線顏色、線粗細方式或增設(shè)柱形、圓餅等標志展示。如果對所有態(tài)勢底圖上的點、線都做渲染,可能使得識別率降低,因此一般點線需做篩選。要注意的是,點線渲染方式也存在一定的遮掩問題,需要在態(tài)勢底圖制作或渲染選擇時進行優(yōu)化選擇和設(shè)計。2)二維面等高線圖、二維管道等高線圖:前者在整個態(tài)勢底圖上進行等高線繪制和著色,后者僅在線路兩側(cè)形成一定寬度的區(qū)域進行等高線繪制和著色。3)三維地貌圖:三維地貌圖與等高線圖類似,但二維等高線圖沒有三維地貌圖的遮擋問題,為解決三維地貌圖的遮擋問題,必須引入圖形旋轉(zhuǎn),因此,三維地貌圖盡管可立體和直觀化,但制作成本更為巨大,因此應(yīng)用比較少;同時,二維等高線圖可以結(jié)合點線態(tài)勢渲染,因此應(yīng)用效果更好。在許多場合,態(tài)勢感應(yīng)與態(tài)勢感知必須同時展示,比如點線渲染時,常以點限制值、線限制值,或以實際感應(yīng)值與目標值的對比,來感知目前形勢與理想形勢或危險形勢的距離。
3.5感應(yīng)圖、感知圖和底圖的嚴重依賴關(guān)系
需要強調(diào)指出的是,對于大部分感應(yīng)圖,如電壓等高線圖等,嚴重依賴于其電壓節(jié)點的坐標位置,或底圖的布局布線,因此感應(yīng)圖嚴重依賴于底圖;同樣,感知圖不僅嚴重依賴于底圖,也依賴于感應(yīng)圖,因為許多感知基于對感應(yīng)圖的挖掘和分析的結(jié)果。舉一個簡單的例子,一段架空線路以直線圖形作為其態(tài)勢底圖和以實際彎曲線作為其態(tài)勢底圖的電壓與線路長度的感應(yīng)或感知圖形態(tài)勢。
3.6態(tài)勢感知可視化對象建模
態(tài)勢感知可視化的統(tǒng)一建模語言(UML)建模。
3.7態(tài)勢計算及預(yù)測算法
1)態(tài)勢感應(yīng)算法。由于量測需要投資和運行成本,因此,一般采用基于物理系統(tǒng)可觀察原則配置量測設(shè)備,并按物理系統(tǒng)本身物理規(guī)律,獲取其全貌的其他量;對于電力系統(tǒng)而言,潮流計算、狀態(tài)估計、短路計算、熱動穩(wěn)定校驗計算等都是態(tài)勢感應(yīng)的主要算法。2)態(tài)勢感知算法,其輸入除了量測數(shù)據(jù)以及按照量測數(shù)據(jù)計算獲取的計算量等整個感應(yīng)數(shù)據(jù)外,也包括從感應(yīng)圖形提煉的信息;而后者可能挖掘出更多表明態(tài)勢規(guī)律的信息。3)態(tài)勢感應(yīng)預(yù)測算法。該算法與態(tài)勢感應(yīng)算法類似,即對所有的量測量采用預(yù)測方式或計劃運行方式等獲取。例如:預(yù)測期是未來的一天,則日前一般能較為準確地預(yù)測第2天的負荷過程,開關(guān)過程可能按照日前的電網(wǎng)計劃運行方式獲取;如果第2天存在涉及態(tài)勢底圖的計劃變更,也應(yīng)該考慮在內(nèi),詳細內(nèi)容在第5節(jié)還有描述。4)態(tài)勢感知預(yù)測算法。該算法與態(tài)勢感知算法類似,基于預(yù)測的態(tài)勢感應(yīng)以及預(yù)測態(tài)勢感應(yīng)圖,進行態(tài)勢感知預(yù)測。
4態(tài)勢圖生成、動畫播放、存儲機制
4.1態(tài)勢圖的靜態(tài)與動態(tài)展示方式
所謂靜態(tài)態(tài)勢圖,是指實時態(tài)勢圖在某一時刻的快照或圖片展示。如果這些靜態(tài)態(tài)勢圖按照時間滾動連續(xù)地展現(xiàn)其隨時間的變化過程,就具備動畫片播放功能,則會觀察到態(tài)勢隨時間的變化,即動態(tài)態(tài)勢圖的動畫展示方式。
4.2圖形自動生成算法
給出了態(tài)勢圖的生成、存儲時序。有如下4種圖形自動生成核心算法。1)態(tài)勢底圖自動生成:主要是按照態(tài)勢主題設(shè)計的研究對象生成一個能清晰表明研究物體的圖形。2)感應(yīng)圖自動生成:根據(jù)量測量及計算獲取的感應(yīng)量測數(shù)據(jù),生成清晰的感應(yīng)圖。同時,該算法也用于預(yù)測感應(yīng)圖的自動生成。3)感知圖自動生成:根據(jù)計算的態(tài)勢感知信息,生成清晰的感知圖。同時,該算法也用于預(yù)測感知圖的自動生成。4)預(yù)測底圖自動生成:在未來預(yù)測時段內(nèi),如果存在態(tài)勢底圖的計劃變更,則底圖應(yīng)該做相應(yīng)地自動變更,即預(yù)測底圖的自動生成。
4.3實時態(tài)勢圖
實時態(tài)勢圖由實時態(tài)勢表現(xiàn)圖與最新版本的態(tài)勢底圖合成。
4.4歷史態(tài)勢圖及觸發(fā)存儲機制
歷史態(tài)勢圖,由觸發(fā)機制對實時態(tài)勢圖進行存儲自動形成。設(shè)計如下3種態(tài)勢圖觸發(fā)存儲機制。1)當(dāng)電網(wǎng)拓撲發(fā)生變化時,態(tài)勢底圖應(yīng)該重新生成;同時將實時態(tài)勢感應(yīng)圖、感知圖命名加時間戳作為圖形文件擴展名存儲,形成歷史態(tài)勢底圖庫,其中的圖形文件稱為歷史底圖圖片。2)當(dāng)有事件發(fā)生或開關(guān)發(fā)生變位時,將實時態(tài)勢感應(yīng)圖、感知圖命名加時間戳作為圖形文件擴展名存儲。3)定時存儲,當(dāng)定時計數(shù)器翻轉(zhuǎn)時,將實時態(tài)勢感應(yīng)圖、感知圖命名加時間戳作為圖形文件擴展名存儲。后2項存儲的圖形形成歷史態(tài)勢感應(yīng)圖庫及歷史態(tài)勢感知圖庫,其中的圖片稱為歷史感應(yīng)圖片、歷史感知圖片。
4.5未來給定時段的態(tài)勢預(yù)測圖生成和刷新
假設(shè)未來態(tài)勢分析為一天,且未來一天:①可能發(fā)生的開關(guān)變位計劃已知;②定時時段的負荷已知;③可能發(fā)生靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化或設(shè)備參數(shù)變化的時間已知;則對未來的定時時刻、每個開關(guān)變位時刻,以及每個靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化或設(shè)備參數(shù)變化時刻,均進行潮流計算,同時對這些時刻的態(tài)勢感知、感應(yīng)圖進行計算并自動成圖,并以感應(yīng)、感知圖命名加時間戳作為圖形文件擴展名存儲。對網(wǎng)絡(luò)拓撲變化的態(tài)勢底圖進行計算并自動成圖,同時以態(tài)勢底圖命名加時間戳作為圖形文件擴展名存儲。以上形成的圖片將存放在專門的預(yù)測感應(yīng)圖庫和預(yù)測感知圖庫,其中的圖片稱為預(yù)測感應(yīng)圖片、預(yù)測感知圖片。對于這些預(yù)測感應(yīng)圖片、預(yù)測感知圖片,除其本身所帶預(yù)測的時刻時間戳外,還需要增加一個生成圖片的時間戳,以記錄其進行預(yù)測的當(dāng)時時刻,從而便于未來進行預(yù)測誤差分析。采用滾動預(yù)測的機制:在下一個周期中,如果環(huán)境沒有發(fā)生變化,即影響預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷、開關(guān)位置等均沒有變化,則其預(yù)測圖片將沿用上一周期生成的預(yù)測圖片,且只需生成本周期新增一個定時周期的預(yù)測圖片即可,這樣可節(jié)省時間和存儲空間。如果下一個周期的預(yù)測環(huán)境發(fā)生變化,則需要進行全周期的預(yù)測計算,并重新制作預(yù)測感應(yīng)圖片、預(yù)測感知圖片,存儲的圖片的擴展名為對象編號+圖片性質(zhì)+預(yù)測時間戳+修正序號+制作時間戳,這樣可導(dǎo)入:①基于態(tài)勢預(yù)測誤差分析;②基于誤差分析的態(tài)勢預(yù)測改進算法。
4.63個可視化插件或播放器
1)實時態(tài)勢播放器。最新版本的態(tài)勢底圖疊加實時感應(yīng)圖,形成態(tài)勢感應(yīng)圖形界面;最新版本的態(tài)勢底圖疊加實時感知圖,形成態(tài)勢感知圖形界面。2)歷史態(tài)勢播放器。對于給定的歷史時間段,對歷史底圖圖片、歷史感應(yīng)圖片、歷史感知圖片進行檢索、拼接,形成該歷史時段的連續(xù)圖片,通過歷史態(tài)勢播放器以動畫播放形式進行播放。3)預(yù)測態(tài)勢播放器。對于給定的未來預(yù)測時間段,對歷史底圖圖片、歷史感應(yīng)圖片、歷史感知圖片進行檢索、拼接,形成該歷史時段的連續(xù)圖片,通過歷史態(tài)勢播放器以動畫播放形式進行播放。
4.7態(tài)勢數(shù)據(jù)與圖片存儲結(jié)構(gòu)
采用底圖、感應(yīng)圖、感知圖分離的圖片存儲方式最節(jié)省空間,且具有檢索快速、組裝及調(diào)用方便等優(yōu)點。圖片格式可采用可擴展矢量圖形(SVG)格式。
5態(tài)勢圖形設(shè)計的幾個關(guān)鍵評價指標
給出了針對可視化圖形的一些評估方法。本文從態(tài)勢圖形角度,提出新的評估算法。
5.1態(tài)勢底圖的可識別度
以電網(wǎng)各類單線圖為例,其識別的指標有:①線路交叉數(shù)量;②節(jié)點布局均勻度;③單線路的最長距離。
5.2態(tài)勢表現(xiàn)層的察覺度
等高線圖是山貌圖形的等高線在平面上的投影,因此是一一對應(yīng)的,可統(tǒng)一采用等高線的察覺度指標:①二維等高線的峰、谷個數(shù);②等高線數(shù)量;③閉合等高線的彎曲度。若三值數(shù)字較小,表現(xiàn)層的察覺度比較高。
5.3態(tài)勢表現(xiàn)層的遮掩度
無論是采用3D展示,或在2D平面上加載柱形或約束墻等標識,由于還是平面顯示,要考慮遮掩問題,或采用圖形可旋轉(zhuǎn)方式;這些均增加了圖形生成和展示的難度。另外,除了圖形的清晰度、態(tài)勢可察覺度外,算法的快速性也是最重要的指標。
6結(jié)語
GIS可視化技術(shù)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一項技術(shù),實現(xiàn)了文本、圖形圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式,信息表達形象化、直觀化,操作簡便等特點,把GIS技術(shù)可視化引入統(tǒng)計數(shù)據(jù)領(lǐng)域,有助于綜合管理和分析復(fù)雜的信息數(shù)據(jù),給統(tǒng)計領(lǐng)域數(shù)據(jù)的管理和利用提供更有效的技術(shù)手段。
【關(guān)鍵詞】GIS 統(tǒng)計數(shù)據(jù) 可視化
1 統(tǒng)計可視化技術(shù)的發(fā)展
1.1 傳統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化
統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化是指用圖形、報表等方式將數(shù)據(jù)的分布、趨勢直觀地展現(xiàn)出來,這樣就需要一種有效的可視化方法。傳統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化方法主要有兩種:報表和統(tǒng)計圖形。
報表是將要統(tǒng)計分析的事物或指標以表格的形式列出來,以代替煩瑣文字描述的一種表現(xiàn)形式,由行和列單元格組成,可以在單元格中填寫文字和插入圖片。通過報表可以看到詳細的統(tǒng)計數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)準確但是具有可視化結(jié)果不夠直觀等缺點。
統(tǒng)計圖形是用點、線、面的位置、升降或大小來表達統(tǒng)計資料數(shù)量關(guān)系的一種陳列形式,并以各種圖形方式(如柱形圖、條形圖、折線圖、餅圖等)直觀的顯示出來。從統(tǒng)計圖中可以明顯地看出統(tǒng)計數(shù)據(jù)的變化趨勢,具有直觀、明確、易于接受等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛采用,但是統(tǒng)計圖表的動態(tài)生成在網(wǎng)頁中實現(xiàn)比較麻煩,需要借助組件以及一些相關(guān)技術(shù)進行編程才能實現(xiàn)。
1.2 基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化
GIS可視化技術(shù)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一項技術(shù)。它具有人性化設(shè)計界面風(fēng)格,實現(xiàn)了文本、圖形圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式,信息表達形象化、直觀化,操作簡便等特點。
基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)就是把已經(jīng)獲取的各種地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計數(shù)據(jù),經(jīng)過空間可視化模型的計算分析,轉(zhuǎn)化成可以被人們視覺感知的計算機圖形或圖像,實現(xiàn)對統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫內(nèi)容以及與之相關(guān)的圖、表進行形象化、直觀化的表達,其表達形式可以是統(tǒng)計圖形或者專題圖。
1.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)與GIS的可視化技術(shù)結(jié)合
隨著國家信息化的發(fā)展,由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的龐大,分散,復(fù)雜,多維等特征,對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析和利用帶來很大的難度。而把GIS可視化技術(shù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)相結(jié)合,把統(tǒng)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成形象化,直觀化的表達方式,能讓不同的層次的用戶更加容易的閱讀和理解數(shù)據(jù)。本文在GIS的可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上,探索適合統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可視化系統(tǒng)構(gòu)建和實現(xiàn),為研制統(tǒng)計領(lǐng)域數(shù)據(jù)可視化提供參考范例。
2 基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化處理步驟
如圖1,基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)由三部分組成:可視化預(yù)處理,可視化圖形生成,可視化展現(xiàn)。
2.1 可視化預(yù)處理
可視化預(yù)處理模塊主要包含兩個部分:一個是各省市區(qū)劃空間數(shù)據(jù)庫,用于提供地理信息;另一個是統(tǒng)計數(shù)據(jù)規(guī)整以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化處理模塊,用于提供與地理信息關(guān)聯(lián)后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化首先需對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,根據(jù)行政區(qū)劃來收集統(tǒng)計型數(shù)據(jù),每個指標都有一個地理統(tǒng)計單元與之對應(yīng),不同的年份統(tǒng)計指標有所變化而且統(tǒng)計指標的值也會發(fā)生變化,即統(tǒng)計數(shù)據(jù)有統(tǒng)計指標(體系)、時間、空間等屬性,可以概括為統(tǒng)計數(shù)據(jù)的時間維度、指標維度、空間維度3個維度。以溫室氣體統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例,如圖2溫室氣體統(tǒng)計數(shù)據(jù)的維度劃分。統(tǒng)計數(shù)據(jù)的時間維度體現(xiàn)在指標所反映的時間跨度上,通常我們采用的時間尺度包括:年、季度和月、旬、日等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)的指標維度主要是指標的分類,每個指標類中包含各種各樣的指標。在這個維度,可以指定為溫室氣體排放類型,如工業(yè)排放、建造業(yè)、日常生活、機動車和其他各個方面,也可以把指標為度定為溫室氣體的組成,包括:二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(CH4)、氫氟氯碳化物(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)。在空間維度上,可以把不同的行政級別區(qū)域作為度量單位,也可以把同一行政級別的不同區(qū)域作為度量單位,如省級可分為江蘇省,浙江省等。在統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可視化中,推薦以時間、地區(qū)、指標作為統(tǒng)計的3個維度,進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理。
2.2 可視化圖形生成
基于GIS 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化生成主要包含兩種類型,一是生成單元素的可視化圖形,指僅選擇一個統(tǒng)計指標,在GIS地圖上對各地區(qū)統(tǒng)計指標在某個時間點的數(shù)值進行可視化表達,同時支持對該指標的歷史數(shù)據(jù)形成動態(tài)可視圖形。二是生成多元素的可視化圖形,指以統(tǒng)計指標和時間點的組合作為查詢要素,在GIS地圖上以圖表的方式展示出各地區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)情況。兩種不同類型的可視化生成流程如圖3所示。
2.3 可視化展現(xiàn)
可視化展現(xiàn)分為兩種,一種是統(tǒng)計圖表,如各省份原煤消費量的餅狀圖等;另一種是GIS專題圖,如各省份在地圖原煤消費量的展現(xiàn)。根據(jù)用戶的選擇,可視化表達可以使用其中一種或者二者結(jié)合的方式展示內(nèi)容。
對于常見的統(tǒng)計圖形不再贅述。對于 GIS專題圖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)展現(xiàn),通過集成GIS組件,對各種數(shù)據(jù)源進行空間統(tǒng)計分析,采用GIS顏色渲染方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化功能。
對各種專題圖類型,GIS組件通常會提供一套顏色方案,可以為專題圖的所有專題圖子項的顏色渲染提供一個配色方案,同時會根據(jù)專題圖子項的個數(shù)來合理分配每一個子項一個渲染顏色。一般支持三種類型的顏色方案,分別是一種顏色的深淺的漸變,兩種顏色之間的漸變和多種顏色之間的漸變。推薦采用兩種漸變方式的結(jié)合,即一種顏色的由淺變深,然后顏色深度達到某種程度即進行顏色之間的漸變。如首先確定整體色調(diào)分為兩個等級即藍色和紅色,區(qū)間范圍分別是0到1和1到2,再對區(qū)間內(nèi)進行局部的色彩設(shè)計,如顏色深度隨統(tǒng)計數(shù)據(jù)的變大而變大,在標準單位1內(nèi)從藍色由淺變深,超過標準1則顏色從紅由淺變深,這樣即可通過直觀的通過顏色變化分辨出數(shù)值變化的趨勢。
3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用
3.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布
系統(tǒng)提供不同等級的統(tǒng)計對象信息的空間定位, 從而可以詳細地展示滿足條件的某統(tǒng)計現(xiàn)象的空間分布狀態(tài)與規(guī)律。依托GIS直觀的地理信息展示方式,使用地圖的形式展現(xiàn)各類指標的數(shù)值分布。在用戶選定指標和時間后,用地圖展現(xiàn)該指標在全國各地區(qū)的分布情況,并使用不同的顏色進行區(qū)分,同時用戶可調(diào)整色值的區(qū)間調(diào)整區(qū)域的數(shù)據(jù)顯示范圍。當(dāng)用戶選中某地區(qū)時,可查閱選中指標在選中地區(qū)的歷史數(shù)據(jù)趨勢,若為省級或地市級地區(qū),則可下鉆到下一行政級別的區(qū)域進行數(shù)據(jù)的顯示。
3.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)變遷
通過在地圖上用不同深淺的顏色表示數(shù)值的大小,隨著時間變動展示不同地區(qū)的指標數(shù)據(jù)變遷軌跡。用戶也可以自定義時間區(qū)間,以某個固定的時間單位如年、月、周等進行數(shù)據(jù)遷移圖層的自動播放。在播放時,用戶可以選擇在某時間上暫停,查閱該年份的各地區(qū)指標具體數(shù)據(jù)。
3.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比
通過在地圖上選擇多個地區(qū),指定某項指標后可在地圖上進行可視化的數(shù)據(jù)對比分析。數(shù)值的大小可通過顏色的深淺來判斷,同時在地圖旁生成圖表用來對比數(shù)據(jù),如用戶可以選擇折線圖、餅圖、柱狀圖等。
3.4 統(tǒng)計數(shù)據(jù)Top N分析
首先選定需分析的指標和時間,然后在地圖上可對不同行政級別的地區(qū)如省、市等進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計排序,根據(jù)匯總計算后的結(jié)果顯示數(shù)值最大的N個地區(qū)或者數(shù)值最小的N各地區(qū)。每個地區(qū)以一個點在地圖上顯示,用顏色深淺和形狀大小代表數(shù)值大小,排名越靠前點的形狀越大顏色越深。
4 基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用前景
研究表明,人類獲得的關(guān)于外在世界的信息80%以上是通過視覺通道獲得的,因此統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查詢就是要提供象人眼一樣的直覺的、交互的和反應(yīng)靈敏的可視化環(huán)境??梢?,發(fā)展基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化技術(shù)具有重要的意義。
4.1 在企業(yè)管理領(lǐng)域的應(yīng)用
基于GIS的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使企業(yè)管理領(lǐng)域有了新的手段。一些可視化軟件相繼出現(xiàn),如GIS與企業(yè)ERP系統(tǒng)的應(yīng)用,把統(tǒng)計數(shù)據(jù)、地圖和思維完美地結(jié)合起來,把傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)帶入到可視化空間,可以彌補統(tǒng)計工作中數(shù)據(jù)分析的局限性,使管理人員置身于自然和社會環(huán)境中.從而使企業(yè)管理走上一個新臺階。用戶在系統(tǒng)投入后認為,系統(tǒng)為數(shù)據(jù)分析和輔助決策提供了有效支撐,大大降低了人為主觀因素的影響,大幅度地提高了工作效率。
4.2 GIS統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用構(gòu)件
為了推廣和促進基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化,可以把統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用封裝成構(gòu)件,其功能包括基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢,在地圖上顯示數(shù)據(jù)分布和歷史數(shù)據(jù)變遷軌跡,對比不同地區(qū)的統(tǒng)計指標數(shù)據(jù),按TOP N展示滿足條件的地區(qū)等。以這種構(gòu)件復(fù)用的方式,來縮減開發(fā)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用的成本,進一步推動基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用。
4.3 國產(chǎn)化的應(yīng)用解決方案
由于GIS系統(tǒng)涉及大量國家地理等敏感信息,而且國外軟硬件系統(tǒng)存在嚴重的安全隱患,所以設(shè)計國產(chǎn)化的GIS應(yīng)用解決方案也是一項緊迫的任務(wù)。可以在基于國產(chǎn)的基礎(chǔ)軟硬件對開源的GIS系統(tǒng)進行二次開發(fā),解決國產(chǎn)GIS應(yīng)用的安全性和適配性問題,形成了國產(chǎn)化的應(yīng)用解決方案,為GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用進一步奠定基礎(chǔ)。
5 總結(jié)
基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化技術(shù)正在快速發(fā)展,它與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字地球、經(jīng)濟趨勢等前沿學(xué)科領(lǐng)域都有著緊密的聯(lián)系。如何有效處理和解釋這些包含大量信息的統(tǒng)計數(shù)據(jù)將是一個巨大挑戰(zhàn),同時這也是基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化技術(shù)潛在的巨大機會。
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關(guān)鍵詞:勘探開發(fā) 遠程應(yīng)用 可視化 三維顯示
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2012)07-0066-01
1、引言
遠程顯示技術(shù)主要有Client/Server模式和Browser/Server模式,將應(yīng)用軟件安裝在服務(wù)器端,客戶端通過輕量級軟件或者瀏覽器,即可實現(xiàn)隨時隨地調(diào)用服務(wù)器端的應(yīng)用[1]。這種支持“瘦客戶端”、“胖應(yīng)用”模式的遠程軟件有很多,比如:VNC、XenDesktop、XenApp、SGD等,目前主要有兩種模式:遠程桌面和遠程應(yīng)用。在油氣勘探開發(fā)云中心的遠程技術(shù)部署中,不但需要專業(yè)軟件的遠程二維、三維顯示,而且對傳輸后的圖像質(zhì)量要求非常高,同時還需要滿足應(yīng)用的大規(guī)模并發(fā),因此需要更加先進的技術(shù)手段和優(yōu)化的解決方案。
2、解決的問題
雖然目前石油勘探開發(fā)信息化建設(shè)步伐不斷加快,但是各海外項目的發(fā)展?fàn)顩r卻不盡相同,尤其是勘探開發(fā)業(yè)務(wù)存在著較多急需解決的信息化問題,歸納起來有以下幾點:
(1)海外作業(yè)中心由于地點分散、設(shè)備規(guī)模有限等種種原因,造成各中心之間數(shù)據(jù)缺少統(tǒng)一管理,軟件無法共享,不但存在重復(fù)投資現(xiàn)象,而且無法達到規(guī)模化效應(yīng),不能滿足高密度采集的高性能計算以及海量存儲的需求;
(2)海外作業(yè)中心缺少專業(yè)的海外作業(yè)信息化支持管理平臺以及技術(shù)支持團隊;
(3)缺少與各類勘探開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)高度整合的協(xié)同、決策環(huán)境。
通過勘探開發(fā)專業(yè)軟件遠程顯示技術(shù)研究,在勘探開發(fā)云中心部署遠程調(diào)度系統(tǒng),從而實現(xiàn)專業(yè)軟件的云中心總部級部署,滿足海外業(yè)務(wù)擴展對專業(yè)信息化的需求。
3、技術(shù)架構(gòu)分析
勘探開發(fā)專業(yè)軟件遠程共享技術(shù)面臨的難題是:如何實現(xiàn)遠程三維可視化顯示,以及如何處理大規(guī)模并發(fā)顯示的問題。表1是需要遠程使用的部分主流專業(yè)應(yīng)用軟件,涉及地震資料處理、綜合解釋、油藏建模和數(shù)值模擬,顯示內(nèi)容包括二維和三維,操作系統(tǒng)平臺有Windows和Linux,軟件基于OpenGL專業(yè)圖形庫。
圖1是勘探開發(fā)云計算中心遠程顯示技術(shù)架構(gòu)圖,方案由LiveQuest和XenAPP兩大系統(tǒng)組成。LiveQuest系統(tǒng)通過門戶入口,實現(xiàn)專業(yè)軟件的三維可視化遠程使用,并提供異地遠程協(xié)作功能。Citrix的XenApp可以在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集中管理應(yīng)用,在客戶端安裝ICA[2](Independent Computing Architecture)客戶端,通過IE瀏覽器可訪問服務(wù)器端應(yīng)用程序。
用戶入口采用統(tǒng)一的門戶系統(tǒng),實現(xiàn)用戶統(tǒng)一管理,應(yīng)用統(tǒng)一。無論是內(nèi)網(wǎng)用戶或者互聯(lián)網(wǎng)遠程用戶只要安裝相應(yīng)客戶端程序[3],都可以實現(xiàn)按需使用二維、三維專業(yè)軟件(如圖1)。
可視化服務(wù)器組成資源池實現(xiàn)負載均衡功能,系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前可視化服務(wù)器的實際負載情況,將用戶請求優(yōu)先分配到較空閑的服務(wù)器上,IIPServer為專業(yè)應(yīng)用提供三維圖像加速和壓縮。
應(yīng)用服務(wù)器與可視化服務(wù)器之間通過系統(tǒng)指令,建立通信通道,應(yīng)用服務(wù)器將圖像渲染指令發(fā)送給可視化服務(wù)器,其本身不參與圖像計算的過程。部署相同專業(yè)應(yīng)用的應(yīng)用服務(wù)器,也可以進行資源池化設(shè)計實現(xiàn)應(yīng)用級的負載均衡,這種設(shè)計的前提是資源池內(nèi)的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境相同,并且后臺調(diào)用相同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),比如:Omega、DeoDepth、OpenWorks等。無論用戶啟動的是哪臺應(yīng)用服務(wù)器,他使用的軟件以及工區(qū)數(shù)據(jù)都是一樣的。
門戶系統(tǒng)實現(xiàn)了Livequest和XenApp系統(tǒng)的統(tǒng)一整合,在門戶中就可實現(xiàn)各類應(yīng)用的后臺,管理員無需再到Farm服務(wù)器中單獨應(yīng)用系統(tǒng),同時Livequest通過插件可實現(xiàn)通過Citrx ICA協(xié)議的三維圖像顯示[4]。
4、結(jié)語
本文綜合概述了勘探開發(fā)云計算中心遠程顯示的架構(gòu)設(shè)計,通過創(chuàng)新性的整合目前主流的兩款專業(yè)遠程顯示系統(tǒng),可視化服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器的負載均衡設(shè)計,較好地解決了勘探開發(fā)領(lǐng)域大規(guī)模并發(fā)二維、三維遠程顯示問題,指出了下一步優(yōu)化和研究的方向。
參考文獻
[1]鄭羽.Provisioning Services與XenApp聯(lián)合組建局域網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的研究.計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2010,(19):262-263.
[2]董慧,基于Citrix的異地軟件共享系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).計算機工程,2009,(1):49-51,54.
[3]宣華.依托信息技術(shù)的高校現(xiàn)代化教學(xué)支撐平臺.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,(8):1245-1248.
[4]Thinanywhere,/pro3dcit.php4.