導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計(jì)算機(jī)仿真論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

研究團(tuán)隊(duì)、制藥產(chǎn)業(yè)及醫(yī)療服務(wù)業(yè)已經(jīng)認(rèn)可生命科學(xué)仿真系統(tǒng)的作用。在化學(xué)工程師和計(jì)算機(jī)輔助過程工程專家的幫助下，生物工程師可以運(yùn)用這些手段解決諸多生理學(xué)和醫(yī)學(xué)問題。

2仿真技術(shù)的研究進(jìn)展

系統(tǒng)生物學(xué)要使用定量分析來研究生命系統(tǒng)。起因于處理大量數(shù)據(jù)的需要。學(xué)者通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用定量分析來處理臨床問題，產(chǎn)生了名叫系統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)的新學(xué)科?；瘜W(xué)工程師長期參與生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的定量分析。Peppas和Langer認(rèn)為在20世紀(jì)60年代早期化學(xué)工程師就參與生物醫(yī)藥工程。Bailey和同事研究出一種控制新陳代謝的手段，這種手段不僅可用于生物制造技術(shù)，也可用于其他生物問題。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了納米級(jí)的系統(tǒng)工程需要解決的問題。2006年，Doyle和Stelling回顧了用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)去分析代謝網(wǎng)絡(luò)的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型來分析細(xì)胞死亡。近年來，有許多論文概述了計(jì)算機(jī)工程師和化學(xué)工程師在醫(yī)療系統(tǒng)中的作用。對(duì)化學(xué)工程師，尤其是工藝系統(tǒng)工程師來說，免疫系統(tǒng)是一個(gè)采用仿真技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，化學(xué)工程師能夠研究免疫系統(tǒng)和病毒之間的相互作用。2004-2005年，Deem開發(fā)了一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究了病毒和疫苗造成的免疫反應(yīng)的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技術(shù)研究了免疫系統(tǒng)的細(xì)胞間的通信，以及免疫反應(yīng)。2006年，Joly和Pinto認(rèn)為HIV-1發(fā)病機(jī)理的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化了藥物治療的方法。這種方法會(huì)導(dǎo)致藥物設(shè)計(jì)和配方設(shè)計(jì)的改進(jìn)。Yin在2007年提議把病毒當(dāng)作一種產(chǎn)品，研究病毒生長和傳播時(shí)需要考慮時(shí)空的影響?？梢灶A(yù)見，將來人們會(huì)用生理學(xué)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出最佳藥物配方。為了有效地進(jìn)行仿真，需要根據(jù)生物具體的特性建立多種生理學(xué)計(jì)算模型。幾年前，學(xué)者啟動(dòng)生理組計(jì)劃（PhysiomeProject），旨在尋找人和其他真核生物的計(jì)算模型。迄今為止，該計(jì)劃主要關(guān)注使用CellML標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞電生理學(xué)的數(shù)學(xué)模型。CellML標(biāo)準(zhǔn)是一種使用細(xì)胞進(jìn)程模型的生物物理學(xué)模型標(biāo)準(zhǔn)。另外SBML標(biāo)準(zhǔn)是一種能夠辨識(shí)生物進(jìn)程的計(jì)算機(jī)可讀標(biāo)準(zhǔn)。最近，一個(gè)名為虛擬生理人的項(xiàng)目進(jìn)一步促進(jìn)了歐洲學(xué)者研究生物醫(yī)學(xué)的建模和仿真。學(xué)者開發(fā)了一些數(shù)據(jù)庫去存儲(chǔ)生物模型。細(xì)胞模型系統(tǒng)和生物模型數(shù)據(jù)庫是其中兩個(gè)重要的數(shù)據(jù)庫，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫都建議使用CellML標(biāo)準(zhǔn)和SBML標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)者可使用這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫來探索復(fù)雜的生命系統(tǒng)。生物模型在藥物的使用方面有重要作用，這不僅是一個(gè)通用手段，而且對(duì)癌癥治療和眼病治療也有特殊的貢獻(xiàn)。2002年，Cstete和Doyle提出一種生物反饋系統(tǒng)的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顧一些生物控制模塊的設(shè)計(jì)原則。

3簡(jiǎn)單系統(tǒng)的建模

2001年，Hangos和Cameron強(qiáng)調(diào)明確建立模型的目的，模型是在對(duì)現(xiàn)象總結(jié)的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)能夠接受的方式反映規(guī)律，建模是下一步仿真計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)來說建模十分必要。復(fù)雜系統(tǒng)不可能設(shè)計(jì)出含所有現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)椴糠至坎豢蓽y(cè)量，并且?guī)讉€(gè)現(xiàn)象間很難找到相互關(guān)系。盡管學(xué)者已經(jīng)在測(cè)量基因與代謝領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展，但仍有許多生物量無法測(cè)量，即便能夠測(cè)量出一些，測(cè)量的準(zhǔn)確性也不夠高。下面的例子是倫敦大學(xué)研究得到的一種模型，該模型模擬了血流改變時(shí)動(dòng)脈壁內(nèi)皮細(xì)胞的反應(yīng)。血流改變刺激細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)信號(hào)，而這些化學(xué)信號(hào)拉長了內(nèi)皮細(xì)胞，在某些條件下，巨噬細(xì)胞在動(dòng)脈壁上增加了，最后導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化。動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的位置與血流改變的區(qū)域息息相關(guān)。并造成影響。學(xué)者研究出兩個(gè)模型來探索這種影響。模型一是細(xì)胞表面的血液模型，首先把細(xì)胞表面分解成許多不同的小三角形區(qū)域（0.4um），這個(gè)模型可以看成一個(gè)斯托克斯公式的邊界積分表達(dá)式，通過該模型可以研究在血流作用下細(xì)胞的受力情況。模型二研究了力對(duì)細(xì)胞骨架的影響，細(xì)胞骨架保持細(xì)胞形狀，可以使用開爾文體模型研究這個(gè)問題，它是由1個(gè)緩沖器和2個(gè)平行的彈簧構(gòu)成的黏性彈性系統(tǒng)，開爾文體代表一種將機(jī)械力轉(zhuǎn)化成生化信號(hào)的細(xì)胞成分，這種生化信號(hào)會(huì)導(dǎo)致Src激酶的活化，Src激酶會(huì)調(diào)節(jié)Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制細(xì)胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)。簡(jiǎn)單的展示了該過程。此模型可以解釋很多現(xiàn)象，但仍然有一些問題解釋不了，例如當(dāng)涉及體內(nèi)細(xì)胞間的通信時(shí)，該模型不適用。研究人員建立復(fù)雜的仿真模型，這些模型涉及化學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域，可以使用這些模型來進(jìn)一步研究各種生理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)現(xiàn)象。

4復(fù)雜系統(tǒng)的建模

生命系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性，生命系統(tǒng)和多反饋的魯棒性系統(tǒng)相似。建模時(shí)要識(shí)別模型中的薄弱區(qū)域，在該薄弱區(qū)域模型可能不夠準(zhǔn)確，需要用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，這要求修改模型。在復(fù)雜模型中，特別要注意內(nèi)部參數(shù)不能測(cè)量的區(qū)域，當(dāng)處理涉及復(fù)雜生理問題時(shí)，這些區(qū)域變得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反應(yīng)器。在該反應(yīng)器上，一些原料反應(yīng)生成副產(chǎn)物B。在這個(gè)過程中，在一定范圍內(nèi)控制成分A的數(shù)量很重要。在反應(yīng)器上，A在催化劑C的催化下生成B，B在催化劑D的催化下生成A。A的數(shù)量決定CSTR產(chǎn)生C或者D的數(shù)量。如果A加入很多，將會(huì)產(chǎn)生C催化正反應(yīng)。如果A加入的很少，將產(chǎn)生D催化逆反應(yīng)。與此同時(shí)，膜反應(yīng)器過濾掉廢物。這個(gè)簡(jiǎn)單的工藝流程初步反映了血液中葡萄糖調(diào)節(jié)機(jī)制。葡萄糖由腸道進(jìn)入血液，并供給其它所有的器官。葡萄糖維持在一定濃度很重要，因?yàn)榫S持在一定濃度可以確保人類各種機(jī)能的良好反應(yīng)，這種調(diào)節(jié)過程稱為葡萄糖穩(wěn)態(tài)。如果葡萄糖糖濃度高，胰腺產(chǎn)生胰島素，指示肝臟把葡萄糖轉(zhuǎn)化成糖原，如果血液中的葡萄糖濃度低，胰腺產(chǎn)生胰高血糖素，將糖原轉(zhuǎn)化回葡萄糖。肝細(xì)胞還將血液中廢品送入膽汁，并通過膽管過濾并排泄。這是一個(gè)涉及多個(gè)器官的復(fù)雜系統(tǒng)，探索該系統(tǒng)需要考慮許多器官間的聯(lián)系，葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)可以用7個(gè)模型表示。

1）.胰高血糖素受體模型

通過胰高血糖素模擬肝細(xì)胞表面受體的活化，受體活化產(chǎn)生三磷酸肌醇。該模型由5個(gè)微分方程構(gòu)成，分別描述受體的各種狀態(tài)、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的產(chǎn)生。

2）.鈣模型

模擬由三磷酸肌醇活化產(chǎn)生的鈣信號(hào)通路。該模型由2個(gè)微分方程構(gòu)成，分別涉及細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣濃度。鈣模型的前提是Hill方程。

3）.環(huán)磷酸腺苷模型

模擬受體的活化和環(huán)磷酸腺苷的產(chǎn)生。該模型由5個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于環(huán)磷酸腺苷的濃度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的濃度、受體的比例、不活動(dòng)的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。

4）.胰島素模型

模擬肝臟對(duì)于胰島素的反應(yīng)，該模型由1個(gè)描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程構(gòu)成。

5）.血液模型

模擬葡萄糖在血液、肝臟和胰腺之間的運(yùn)輸，該模型由1個(gè)描述血液中葡萄糖濃度的微分方程構(gòu)成。

6）.糖原分解模型

模擬控制糖原分解與合成的4個(gè)因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、鈣離子的控制、環(huán)磷酸腺苷的控制、胰島素的控制。該模型是一個(gè)模糊邏輯模型，該模型描述糖原合成酶（Sta，控制糖原合成速率）及糖原磷酸化酶（Pho，控制糖原分解速率）的活性水平。該模型由4個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖。

7）.胰腺模型

模擬胰高血糖素或胰島素的釋放。該模型由2個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于胰島素和胰高血糖素的血液濃度。每一個(gè)微分方程都要遵循Hill方程。上述7個(gè)模型共同構(gòu)成葡萄糖的調(diào)控模型，需要軟件管理系統(tǒng)來協(xié)調(diào)它們。Saffrey等人在2007年描述一種模型管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)用來存儲(chǔ)模型和數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中，上述的7個(gè)模型互相聯(lián)系，共同模擬出葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。Hetherington等人詳細(xì)描述這個(gè)葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的模型。

5完善和應(yīng)用模型

建立模型以后，需要進(jìn)一步完善?？梢赃x擇各種不同的實(shí)驗(yàn)者，將實(shí)驗(yàn)者分成多個(gè)小組，分別觀察和記錄他們的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)完善和調(diào)整模型，甚至改變模型，最終確定適合不同人的具體的模型。通過這些具體的模型可以預(yù)測(cè)未來的變化情況，為了達(dá)到某些目的也可以設(shè)計(jì)一些干預(yù)措施。在其他領(lǐng)域中，學(xué)者已經(jīng)充分研究了基于模型工程的設(shè)計(jì)方法，利用這些設(shè)計(jì)方法可以達(dá)到一些想要的結(jié)果，雖然這些設(shè)計(jì)方法還不成熟，需要進(jìn)一步完善，但值得借鑒。在生命科學(xué)中，要特別注意干預(yù)措施也可能會(huì)導(dǎo)致一些危害。這些干預(yù)措施包括環(huán)境干預(yù)、藥理學(xué)干預(yù)或基因干預(yù)。環(huán)境干預(yù)通過物理或化學(xué)因素，藥理學(xué)干預(yù)主要通過臨床干預(yù)。在上一部分描述的復(fù)合模型中，廣泛的使用了計(jì)算機(jī)輔助過程工程技術(shù)，和優(yōu)化技術(shù)尋找最佳解決方案，如糖尿病患者的最佳胰島素劑量；使用隨機(jī)技術(shù)尋找高敏感度模型的解決方案；使用區(qū)間方法確定能夠接受的最壞情況。上述方法和模型已經(jīng)被用來預(yù)防一些疾病。如糖尿病患者很可能患非酒精性脂肪肝（NAFLD），利用上述方法可以提出一些措施，有效地避免Ⅱ型糖尿病患者患非酒精性脂肪肝（NAFLD）?；谀Ｐ偷姆椒ǎɡ鐑?yōu)化、隨機(jī)分析、間隔方法）將促進(jìn)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，并且隨著生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，這些方法將更完善。要在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中很好地使用這些方法和模型，必須要掌握生命科學(xué)的知識(shí)和計(jì)算機(jī)的知識(shí)，單個(gè)的研究者常常不具有這兩個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，因此合作很重要。那些希望從事相關(guān)研究工作的學(xué)者必須合作，例如通過短期或長期項(xiàng)目，建立一個(gè)促進(jìn)合作的機(jī)制。

6結(jié)論

篇2

現(xiàn)代控制理論近年來發(fā)展迅速，使得我們對(duì)各類控制對(duì)象有了更好的理解，能夠很好地刻畫實(shí)際對(duì)象中事件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程，提出了離散事件系統(tǒng)，它的動(dòng)態(tài)行為是由一系列隨機(jī)出現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)的，而且控制理論界已經(jīng)給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動(dòng)機(jī)和Petri網(wǎng)[2,3]。而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真內(nèi)容主要是面向連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，雖然也涉及離散事件系統(tǒng)，但是對(duì)離散事件系統(tǒng)建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統(tǒng)的模型大部分來自計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域，現(xiàn)代控制理論和控制工程都離不開計(jì)算機(jī)，對(duì)此類建模工具的了解可以拓寬自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升他們思考和解決計(jì)算機(jī)控制工程問題的能力。為此，在計(jì)算機(jī)仿真課程內(nèi)容中，我們?cè)黾恿俗詣?dòng)機(jī)和Petri網(wǎng)的基本概念。考慮到學(xué)生缺乏離散數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，我們擬根據(jù)實(shí)際對(duì)象建模需要，結(jié)合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統(tǒng)的建模和仿真方法。具體內(nèi)容包括：

(1)離散事件系統(tǒng)概念；

(2)自動(dòng)機(jī)模型；

(3)Petri網(wǎng)模型；

(4)離散事件系統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)模型的建模方法；

(5)離散事件系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的建模方法；

(6)自動(dòng)機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；

(7)Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。

另外，現(xiàn)實(shí)工程領(lǐng)域大多數(shù)系統(tǒng)是混雜系統(tǒng)[4]，既有連續(xù)變化的特征，又有事件驅(qū)動(dòng)的特征，而且連續(xù)變量子系統(tǒng)與事件系統(tǒng)之間相互作用相互影響。從20世紀(jì)60年代，學(xué)界就開始了混雜系統(tǒng)的研究，目前已經(jīng)取得了豐富的成果，涉及混雜系統(tǒng)的建模、分析、控制、調(diào)度和優(yōu)化等問題。其中，建模和分析方法對(duì)自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建非常重要，事件驅(qū)動(dòng)的思想能夠讓學(xué)生將控制理論與實(shí)際過程更好地建立聯(lián)系，因此在計(jì)算機(jī)仿真課程中，我們?cè)黾恿藢?duì)混合自動(dòng)機(jī)和混合Petri網(wǎng)的介紹，并結(jié)合實(shí)例闡述如何給出混雜系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及仿真模型和仿真程序的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容包括：

(1)混雜系統(tǒng)概念；

(2)混合自動(dòng)機(jī)；

(3)混合Petri網(wǎng)；

(4)混雜系統(tǒng)的混合自動(dòng)機(jī)建模方法；

(5)混雜系統(tǒng)的混合Petri網(wǎng)建模方法；

(6)混合自動(dòng)機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；

(7)混合Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。

二、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

計(jì)算機(jī)仿真是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，利用代碼將實(shí)際對(duì)象虛擬到計(jì)算機(jī)中，這就要求自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握知識(shí)概念，還要能夠編寫代碼用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)抽象的概念。如果實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)計(jì)合理，可以很好地鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。鑒于自動(dòng)控制原理大量?jī)?nèi)容屬于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的分析方法，而仿真是分析系統(tǒng)不可或缺的手段，仿真實(shí)踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識(shí)。如何設(shè)計(jì)仿真課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真課程非常重要，圍繞自動(dòng)化專業(yè)課程體系，我們擬設(shè)定如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

(1)二階電路的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(2)單容水箱的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(3)電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(4)一階倒立擺的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(5)立體倉庫系統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)模型仿真實(shí)驗(yàn)；

(6)立體倉庫系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型仿真實(shí)驗(yàn)；

(7)Bang-bang控制液位系統(tǒng)的混雜自動(dòng)機(jī)、Petri網(wǎng)模型的仿真實(shí)驗(yàn)；

(8)反應(yīng)釜復(fù)雜控制系統(tǒng)的Matlab仿真。

三、結(jié)束語

篇3

1．1信息一體化平臺(tái)

信息一體化平臺(tái)采用一體化模式，集監(jiān)控和五防功能于一體。一方面作為后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，模擬數(shù)據(jù)采集處理、運(yùn)行監(jiān)控、正常操作、事件和報(bào)警處理等，實(shí)現(xiàn)常規(guī)站監(jiān)控系統(tǒng)功能，同時(shí)新增加智能變電站特有的高級(jí)應(yīng)用功能:一鍵順序控制、告警信息分類、智能告警等;另一方面作為五防系統(tǒng)軟件，嵌入到信息一體化平臺(tái)中，不僅保留就地間隔內(nèi)電氣設(shè)備的電氣聯(lián)鎖，同時(shí)還通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互通信，交換設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能變電站站控層、間隔層、過程層3級(jí)防誤閉鎖功能。

1．2智能化保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)

智能化保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)按照保護(hù)測(cè)控裝置的物理原理建立數(shù)學(xué)模型，采用定值驅(qū)動(dòng)法，當(dāng)故障發(fā)生后計(jì)算的故障電流結(jié)果到達(dá)定值要求時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)測(cè)控裝置，按照其工作原理進(jìn)行判別，相關(guān)保護(hù)動(dòng)作，報(bào)出故障信息報(bào)文，有關(guān)指示燈點(diǎn)亮，與變電站真實(shí)設(shè)備保持一致。

2系統(tǒng)功能

智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能的仿真是以智能變電站仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將智能站高級(jí)應(yīng)用集成于信息一體化平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了智能變電站特有的一鍵順序控制、智能告警信息分類、故障綜合分析決策功能的仿真。該系統(tǒng)從其功能上可以作為培訓(xùn)和測(cè)試的平臺(tái)。

1)培訓(xùn)功能。智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能是智能站特有的新應(yīng)用，對(duì)運(yùn)行人員來說是全新的知識(shí)，需要進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)真實(shí)再現(xiàn)了智能變電站場(chǎng)景，可以為運(yùn)行人員提供一種有效的培訓(xùn)手段，使運(yùn)行人員能夠?qū)W習(xí)智能變電站中的新知識(shí)、新技術(shù)，提升專業(yè)素質(zhì)。該系統(tǒng)已經(jīng)投入培訓(xùn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，培訓(xùn)功能完善，培訓(xùn)效果逼真。

2)測(cè)試平臺(tái)功能。智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能的仿真還可以為高級(jí)應(yīng)用功能的研究提供測(cè)試平臺(tái)。由于電力系統(tǒng)的特殊性，不能在真實(shí)運(yùn)行設(shè)備上進(jìn)行任意操作，而該仿真系統(tǒng)通過為其他系統(tǒng)或軟件提供開放的數(shù)據(jù)接口，可以反復(fù)進(jìn)行操作和設(shè)置故障，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)或軟件運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，通過與某公司合作，能夠正確地實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，為研究智能站高級(jí)應(yīng)用功能提供了一種有效的測(cè)試平臺(tái)。

3智能告警信息分類的仿真

通過建立故障信息的邏輯推理模型，對(duì)故障告警信息分類過濾，并對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析推理，能夠?qū)崿F(xiàn)智能告警功能，可以自動(dòng)報(bào)告站內(nèi)異常狀態(tài)，并根據(jù)需求提供分層分類的故障告警信息。智能變電站各種運(yùn)行告警信息量非常大，包括3類:

1)提示性信息。這類信息不需要特別關(guān)注;

2)告警信號(hào)。這類信息雖然沒有直接引發(fā)事故跳閘，但實(shí)際隱含著可能的故障，若不進(jìn)行綜合分析，消除異常，持續(xù)發(fā)展會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生，需要給予重點(diǎn)關(guān)注;

3)事故信息。事故信號(hào)產(chǎn)生一般都會(huì)有保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)跳閘，要求在盡可能短的時(shí)間判斷故障原因，以便上報(bào)，并依據(jù)調(diào)度指導(dǎo)進(jìn)行故障隔離和恢復(fù)操作。因此，需要對(duì)故障告警信息進(jìn)行過濾，提供分層分類的告警信息，以方便運(yùn)行人員工作。智能告警信息分類的仿真包括以下幾個(gè)方面:

1)圖形界面仿真。智能告警信息分類通過信息一體化平臺(tái)進(jìn)行展示，信息告警圖形界面是信息分類結(jié)果的直觀展現(xiàn)。在進(jìn)行仿真開發(fā)時(shí)，按照智能變電站信息分類的原則，根據(jù)告警信號(hào)重要性，告警實(shí)時(shí)顯示窗口由多個(gè)頁面組成，包括:全部告警、嚴(yán)重保護(hù)事件、一般保護(hù)事件、SOE、開關(guān)刀閘動(dòng)作和智能告警6類，所示同時(shí)還會(huì)根據(jù)告警信息的級(jí)別，通過聲音的方式發(fā)出告警。

2)數(shù)據(jù)庫仿真。智能告警信息量非常大，其仿真時(shí)所需的數(shù)據(jù)量也很多。仿真時(shí)全站采集信息采用統(tǒng)一的命名格式。變量命名格式包括:變量名、變量描述、變量單位、變量標(biāo)識(shí)、變量數(shù)據(jù)指向。變量名是信息的代表，當(dāng)變量為1時(shí)，其變量描述才有意義，該描述會(huì)在智能告警圖形界面中顯示出來;變量單位的作用是區(qū)分告警信息變量的間隔，是實(shí)現(xiàn)變量篩選分類的基礎(chǔ);變量標(biāo)識(shí)的作用是區(qū)分告警信息變量的重要程度，以便于告警信息的分類;變量數(shù)據(jù)指向主要用于數(shù)據(jù)通信。

3)告警信息篩選分類功能。由于告警信息總量很大，為滿足不同的關(guān)注需求，在告警顯示窗口設(shè)置信息篩選的功能，在窗口中選擇某一設(shè)備間隔，根據(jù)告警信息變量的標(biāo)識(shí)，可以在告警窗口各頁面中自動(dòng)顯示出有關(guān)該間隔的所有信息，將不關(guān)注的信息屏蔽。可以通過左上角下拉列表選擇變電站間隔來顯示不同間隔的告警信息，使運(yùn)行人員更有針對(duì)性地查看所需的信息。

4故障綜合分析決策的仿真

故障綜合分析決策是指在故障情況下對(duì)事件順序記錄、保護(hù)裝置動(dòng)作及信號(hào)、故障錄波數(shù)據(jù)等進(jìn)行深入挖掘，通過多專業(yè)綜合分析，并將變電站故障分析結(jié)果以簡(jiǎn)潔明了的可視化界面綜合展示。通常當(dāng)變電站發(fā)生異?；蚴鹿蕰r(shí)，其處理過程是運(yùn)行人員按照現(xiàn)場(chǎng)情況、規(guī)程及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷處理，這種方式不僅要求值班員非常熟悉變電運(yùn)行規(guī)程、規(guī)范及設(shè)備運(yùn)行要求，而且需要較長的分析判斷時(shí)間。故障綜合分析決策功能可自動(dòng)為運(yùn)行人員提供一個(gè)或多個(gè)可能的事故分析報(bào)告，便于迅速確定事故原因和應(yīng)采取的措施。

4．1故障仿真

故障仿真是進(jìn)行故障綜合分析決策仿真的基礎(chǔ)，該仿真系統(tǒng)中對(duì)真實(shí)系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障類型進(jìn)行了分析總結(jié)，可實(shí)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)中常見故障的仿真。在仿真中故障類型，分為4類，一百多個(gè)故障:

1)一次設(shè)備故障及異常，包括線路、母線、主變壓器、電容器、所用變、斷路器操作機(jī)構(gòu)、SF6泄露等;

2)保護(hù)與測(cè)控裝置故障;

3)智能組件故障，包括智能終端、合并單元、網(wǎng)絡(luò)故障;

4)低壓交直流故障。其中，一次故障可以進(jìn)行故障相別、故障距離、故障性質(zhì)(瞬時(shí)/永久)進(jìn)行分別設(shè)置。在仿真中既可以單獨(dú)設(shè)置一次、二次故障或網(wǎng)絡(luò)故障，也可組合一次、二次故障和網(wǎng)絡(luò)故障。故障仿真范圍全面，效果逼真。通過仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)中的應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠在故障和異常發(fā)生時(shí)，能夠真實(shí)反應(yīng)故障現(xiàn)象和保護(hù)動(dòng)作情況，故障信息詳細(xì)，為故障綜合分析決策提供分析依據(jù)。

4．2故障綜合分析決策仿真的基本結(jié)構(gòu)

故障綜合分析決策仿真的基本結(jié)構(gòu)，以仿真支撐系統(tǒng)為服務(wù)器，進(jìn)行故障模擬、采集信息、建立推理知識(shí)庫、故障綜合分析推理，并將分析結(jié)果以可視化的形式在信息一體化平臺(tái)中展示出來。信息采集是對(duì)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)信息和故障信息的采集，在仿真時(shí)通過支撐系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的采集;推理知識(shí)庫存放專家提供的告警及故障分析知識(shí)，推理機(jī)完成故障信息的綜合分析，給出推理結(jié)果，推理知識(shí)庫和推理機(jī)以數(shù)學(xué)模型的形式存放于支撐系統(tǒng)中;推理結(jié)果展示是將推理結(jié)果以一條條報(bào)文的形式展示在信息一體化平臺(tái)的告警窗口中。

4．3建立推理知識(shí)庫

推理知識(shí)庫的知識(shí)源自變電運(yùn)行規(guī)程、規(guī)范及運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過分類歸納總結(jié)，形成一定的知識(shí)規(guī)則，在仿真過程中其規(guī)則內(nèi)容包括設(shè)備名稱、事件、原因、推理相關(guān)信息等。它采用統(tǒng)一建模方式，可以通過修改、完善知識(shí)庫中的推理邏輯來提高綜合分析決策的功能。

4．4推理機(jī)

推理機(jī)是利用類似專家解決問題的思維方式，通過推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫的價(jià)值。在故障發(fā)生后，推理機(jī)將采集到的告警信息、設(shè)備狀態(tài)信息與知識(shí)庫中的推理建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用正向推理策略，按照推理規(guī)則進(jìn)行反復(fù)匹配和判斷，最終給出一個(gè)或多個(gè)合理的推理結(jié)果以供參考。

4．5推理結(jié)果展示

推理結(jié)果展示既是將推理結(jié)果以報(bào)文的形式展示在信息一體化平臺(tái)的告警窗口中，告警窗口“推理信息”頁面提供簡(jiǎn)單的故障分析結(jié)果報(bào)文信息，包括故障發(fā)生時(shí)間、設(shè)備名稱及簡(jiǎn)單推理結(jié)論，通過雙擊該報(bào)文信息調(diào)用具體故障分析報(bào)告的展示窗口，分析報(bào)告顯示的內(nèi)容包括故障發(fā)生的時(shí)間和間隔、動(dòng)作事件、故障原因、故障相關(guān)信息分析的結(jié)果。通過推理結(jié)果展示，可以直觀的看到故障綜合分析決策的結(jié)果。

5結(jié)束語

篇4

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；教學(xué)改革；合作創(chuàng)新

作者簡(jiǎn)介：華民剛（1980-），男，江蘇無錫人，河海大學(xué)常州校區(qū)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，講師；陳俊風(fēng)（1979-），女，江蘇句容人，河海大學(xué)常州校區(qū)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，講師。（江蘇　常州　213022）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）31-0082-02

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。最近幾年高校紛紛開設(shè)計(jì)算機(jī)仿真類課程，由于此類課程開設(shè)的時(shí)間尚短，名稱和內(nèi)容也不統(tǒng)一，如“計(jì)算機(jī)仿真”，“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”，“建模與仿真”等，一般大類歸屬于電子信息類，小類歸屬于不同專業(yè)，如自動(dòng)化專業(yè)、電子信息專業(yè)、測(cè)控專業(yè)和通信專業(yè)等。[1-4]因此針對(duì)不同的專業(yè)，“計(jì)算機(jī)仿真”課程的內(nèi)容需有所側(cè)重，要突出專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)知識(shí)的連貫性。該課程課時(shí)短，理論性強(qiáng)，且需一定前續(xù)的專業(yè)課程和高級(jí)編程語言的基礎(chǔ)知識(shí)，在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)入門難，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，且現(xiàn)行的課堂教學(xué)模式制約了“計(jì)算機(jī)仿真”課程的發(fā)展。由此認(rèn)識(shí)到，要適應(yīng)時(shí)展的需要，從根本上提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生仿真設(shè)計(jì)的能力，做到學(xué)以致用，所以有必要在“計(jì)算機(jī)仿真”教學(xué)中引入合作創(chuàng)新。

一、現(xiàn)行教學(xué)模式存在的問題

“計(jì)算機(jī)仿真”課程教學(xué)的主要目標(biāo)使學(xué)生了解仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，能建立系統(tǒng)的仿真模型，學(xué)會(huì)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)仿真，對(duì)相關(guān)學(xué)科有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)或拓寬知識(shí)面，為從事電類不同專業(yè)技術(shù)的分析與設(shè)計(jì)和后續(xù)課程提供必要的仿真實(shí)驗(yàn)技能。

1.教學(xué)模式與仿真課程獨(dú)特性之間的矛盾

（1）要想學(xué)好“計(jì)算機(jī)仿真”課程，學(xué)生必須具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)?！坝?jì)算機(jī)仿真”課程內(nèi)容包括：仿真的基本概念和基本流程；仿真模型的建立以及相互之間的轉(zhuǎn)換；連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)仿真的基本算法與方法；建模與仿真的常用計(jì)算機(jī)軟件，并能聯(lián)系專業(yè)特色，解決具體問題。這其中涉及應(yīng)用數(shù)學(xué)、仿真高級(jí)語言（典型如C++，MATLAB）和要仿真的對(duì)象的相關(guān)專業(yè)知識(shí)等多門交叉課程。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)離開這些基礎(chǔ)知識(shí)，就成了無源之水，無本之木。目前學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，普遍存在偏科和厭學(xué)的現(xiàn)象，因此在學(xué)生一無所知的情形下，講解“計(jì)算機(jī)仿真”課程就更是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且效果差。

（2）學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)仿真”課程需要充分發(fā)揮出計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)踐性。計(jì)算機(jī)仿真的學(xué)習(xí)過程也是應(yīng)用程序使用的訓(xùn)練過程。僅僅以課堂講解為主，輔以較少的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，理論生澀枯燥，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更無法充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性。課堂講解教學(xué)無法訓(xùn)練學(xué)生的操作動(dòng)手能力，也無法使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用課本中的理論知識(shí)來解決實(shí)際操作問題。

（3）現(xiàn)在的考核方式難以考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。現(xiàn)在的考試方法偏重基本知識(shí)的測(cè)試，而忽視能力的考核，單純以期末考試分?jǐn)?shù)作為學(xué)生水平高低的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不但嚴(yán)重扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且不能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2.理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)難以協(xié)調(diào)[5，6]

目前“計(jì)算機(jī)仿真”課程基本上采用課堂教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐分開進(jìn)行的模式。以課堂講解為主，輔以較少的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師會(huì)根據(jù)自身的具體情況先進(jìn)行理論知識(shí)的講授，而一般上機(jī)實(shí)踐的機(jī)會(huì)比較少。與此同時(shí)，由于授課與上機(jī)是分開進(jìn)行的，學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)不能馬上在上機(jī)時(shí)加以應(yīng)用；此外，上機(jī)實(shí)踐中一般學(xué)生多教師少，學(xué)生在上機(jī)過程中所遇到的問題，教師無法一一解答，很難保證每個(gè)學(xué)生都認(rèn)真獨(dú)立地完成上機(jī)任務(wù)。

因此“計(jì)算機(jī)仿真”僅通過課堂講授是不能達(dá)到教學(xué)效果的，這樣既吸引不了學(xué)生的興趣，也無法讓學(xué)生真正理解知識(shí)、掌握相關(guān)技能。“上機(jī)實(shí)踐是學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)仿真”課程的重要環(huán)節(jié)，如何做好兩者之間的銜接，是目前急需解決的問題。

3.專業(yè)特色不突出，工程背景不足

“計(jì)算機(jī)仿真”與不同專業(yè)的典型課程都有聯(lián)系，如“現(xiàn)代控制理論”、“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“通信原理”、“信號(hào)分析與處理”、“過程控制系統(tǒng)”、“電力系統(tǒng)分析”、“自動(dòng)控制原理”，結(jié)合專業(yè)課程進(jìn)行仿真訓(xùn)練，選擇上述課程的一些內(nèi)容作為教學(xué)例題。然而目前在講解“計(jì)算機(jī)仿真”課程時(shí)，未能結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，沒有體現(xiàn)出專業(yè)特色。

此外“計(jì)算機(jī)仿真”課程的實(shí)踐題目絕大多數(shù)都是工程背景不是很明確，題目數(shù)量也比較少，對(duì)象多為通用的數(shù)學(xué)模型。因此，要想讓學(xué)生學(xué)會(huì)用MATLAB分析和解決實(shí)際工程問題，很難實(shí)現(xiàn)。

二、“計(jì)算機(jī)仿真”教學(xué)改革方案

1.理論與實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)方式

（1）在“計(jì)算機(jī)仿真”課程里選用MATLAB語言。該語言簡(jiǎn)單易用，有友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力和出色的圖形處理功能。更值得一提的是，MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣泛，應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等各個(gè)領(lǐng)域。

（2）將“計(jì)算機(jī)仿真”課程移至機(jī)房，每個(gè)學(xué)生一臺(tái)計(jì)算機(jī)，邊講邊練。這不但方便學(xué)生消化新知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)練習(xí)，也便于教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。通過對(duì)課程內(nèi)容和授課地點(diǎn)的調(diào)整，學(xué)生更能快速地掌握計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)的基本思想，并加深對(duì)電類學(xué)科專業(yè)知識(shí)的理解，對(duì)提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，具有很好的效果。

篇5

論文摘要：針對(duì)電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合實(shí)際的教學(xué)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了改革，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)體系中，避免了實(shí)驗(yàn)條件的空間和時(shí)間限制，充分發(fā)揮了學(xué)生能動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)是電子信息類專業(yè)學(xué)生課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充和深化，其開設(shè)方式關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用，直接影響著學(xué)生的操作技能、主觀能動(dòng)性和實(shí)際動(dòng)手能力的提高，也決定著理論和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。因此，在教學(xué)過程中一定要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)這個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用實(shí)驗(yàn)資源來培養(yǎng)和提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠更加快速地適應(yīng)于將來的工作。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，最大限度地利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，對(duì)提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式和問題

在我國高校工科教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件普遍不足，或者是硬件實(shí)驗(yàn)條件的發(fā)展跟不上技術(shù)的要求，同時(shí)各高校大幅度擴(kuò)大招生，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件更顯不足。加大對(duì)實(shí)踐教學(xué)條件的投入，加強(qiáng)培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)科技人才，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和條件的改革與建設(shè)，在當(dāng)前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進(jìn)行著推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改革與建設(shè)。例如：在全國高校本科教學(xué)水平評(píng)估中，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基地和建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革就是一項(xiàng)重要的指標(biāo)內(nèi)容。越來越多的高校開始響應(yīng)教育部的號(hào)召，實(shí)行了“雙基”實(shí)驗(yàn)室，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。

目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)有：

1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我唬?/p>

2）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)分量大，與設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)之間的比例失調(diào)；

3）先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引入還不夠；等。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革勢(shì)在必行

隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，在教學(xué)中也越來越多地借助計(jì)算機(jī)來輔助設(shè)計(jì)方法，同樣，在實(shí)驗(yàn)中借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有很大優(yōu)點(diǎn)：減少實(shí)驗(yàn)中所需的耗材、降低對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的破壞性、完成更復(fù)雜更高難度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、更加全面地分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及結(jié)果的性能指標(biāo)等，具有高效、快速、直觀、完整的優(yōu)勢(shì)。開展仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)新型軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，大大提高了學(xué)生對(duì)本專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力。因此，在當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，仿真實(shí)驗(yàn)的引入勢(shì)在必行。

對(duì)當(dāng)今高校來說，學(xué)生人數(shù)不斷增加，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和資金滿足不了大學(xué)中學(xué)生的試驗(yàn)要求，為了不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，又進(jìn)一步解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備少、不好維護(hù)、建設(shè)費(fèi)用高等問題。將仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，學(xué)生一方面可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，又可以直觀地驗(yàn)證仿真過程和結(jié)果，不受實(shí)驗(yàn)室條件和空間的限制，可將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶入到課余生活中來進(jìn)行，大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作興趣。利用仿真實(shí)驗(yàn)由于方法的靈活性可以充分發(fā)揮學(xué)生的想像力和創(chuàng)造力，比起傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更利于培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才，且有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，能夠使得實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)中。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

3.1 實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，一方面，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，老師可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，采集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更好地跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生，先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)手段有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高教師的教學(xué)水平。而計(jì)算機(jī)的引入可把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、理論教學(xué)、教師指導(dǎo)和學(xué)生的思考、操作有機(jī)地融合為一體，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中受到課堂、課時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等的限制，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步靈活化，在時(shí)間和空間上得到延伸，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。

在實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以使得學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)為學(xué)生提供了更加開放靈活的實(shí)驗(yàn)條件。對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教材來說，采用仿真技術(shù)把將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合起來，充實(shí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的能動(dòng)性和趣味性，有利于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和探索創(chuàng)新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行了規(guī)劃，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)新的發(fā)展方向。在高校實(shí)驗(yàn)室中引入計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件技術(shù)不僅可改善實(shí)驗(yàn)條件、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還可大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低實(shí)驗(yàn)成本，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[3]。

以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在實(shí)驗(yàn)過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機(jī)硬件系統(tǒng)。由于軟件的靈活性，可以克服實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難于改動(dòng)等局限。整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的，除了計(jì)算機(jī)外不再需要任何硬件即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣有利于促成課程和教學(xué)改革，更有利于人才的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一應(yīng)用表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，比如目前的電子設(shè)計(jì)大賽，挑戰(zhàn)杯等，學(xué)生完全可以利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真，先用計(jì)算機(jī)仿真出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬調(diào)試，最后用硬件實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)過程中，學(xué)生可充分發(fā)揮自己的才能，通過大量仿真對(duì)比，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，學(xué)生也可以大膽地反復(fù)調(diào)試，避免了損壞器件。在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用proteus開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。 轉(zhuǎn)貼于

另外，開展仿真教學(xué)對(duì)于我國的遠(yuǎn)程教學(xué)也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。

3.2 重新安排各類性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，適量增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)中最基本的，可以使學(xué)生鞏固理論知識(shí)，它的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的基本操作、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算技能，驗(yàn)證和加深對(duì)課本知識(shí)的掌握和理解。綜合性實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生必須具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能，能夠運(yùn)用某一課程或多門課程的綜合知識(shí)，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。目前工科高校中越來越多地提出課程設(shè)計(jì)也是為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的運(yùn)用。為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也必不可少。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，由學(xué)生自己負(fù)責(zé)計(jì)劃和執(zhí)行，充分提高了學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、分析和解決工程實(shí)際問題的能力[3]，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的完成可以充分借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來完成。

驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，同時(shí)又促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，打破了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的模式，建立與理論教學(xué)并行的，既相對(duì)獨(dú)立、又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在某些應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例至少要達(dá)到60%以上，同時(shí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最好要跟得上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。一方面保證基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，另一方面，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實(shí)驗(yàn)器材的投入，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，開設(shè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展；另一方面，要充分利用現(xiàn)有的條件，引進(jìn)先進(jìn)的仿真技術(shù)，使得實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步升華，充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力。

3.3 硬件軟件都要抓，都要硬

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)雖然可以準(zhǔn)確地反映整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程， 是一種新型的應(yīng)用技術(shù)，十分有效，但是仿真技術(shù)不是萬能的，它畢竟不是真正的實(shí)驗(yàn)，在許多場(chǎng)合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實(shí)驗(yàn)來全部代替硬件電路實(shí)驗(yàn)，而是將仿真試驗(yàn)和傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)的情況靈活運(yùn)用，虛擬實(shí)驗(yàn)不是萬能的，如果所有的實(shí)驗(yàn)都用虛擬實(shí)驗(yàn)替代的話，學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生或多或少的不踏實(shí)的虛擬感，實(shí)踐能力也不可能得到真正的提高。

3.4 加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課教師的培訓(xùn)，通過培訓(xùn)交流更多地了解新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的同時(shí)，必然對(duì)教師提出更高的要求：一是教師也應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，來提高自己的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，另外，不斷更新專業(yè)知識(shí)的結(jié)構(gòu)，了解前沿技術(shù)的發(fā)展也是必需的；二是高校中要大力創(chuàng)造條件促進(jìn)教師經(jīng)常參加基礎(chǔ)理論知識(shí)的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)的培訓(xùn)以及學(xué)術(shù)研討會(huì)，從而擴(kuò)大視野，更新教學(xué)觀念，及時(shí)了解嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)，促進(jìn)電子類實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展；三是要大力組織專業(yè)教師去積極申報(bào)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目，提倡以科研資金來促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，用科研成果去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。

4 結(jié)論

隨著社會(huì)對(duì)人才要求的提高，大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須能夠跟得上時(shí)代的腳步，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，加快學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力，同時(shí)學(xué)習(xí)了先進(jìn)的新技術(shù)。

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篇6

論文闡述了針對(duì)TDOA窄帶信號(hào)時(shí)延估計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和背景，并分析了噪聲對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果的影響。在互相關(guān)算法的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于窄帶時(shí)延估計(jì)的新方法。該算法通過對(duì)互相關(guān)波形進(jìn)行帶閾值的平方加權(quán)重心計(jì)算，有效避免了波峰處噪聲的影響，具有較好的抗擾性能。通過理論分析和計(jì)算機(jī)仿真表明了該算法的有效性，并通過與其他算法比較，驗(yàn)證了本文算法在達(dá)到同等計(jì)算精度的情況下，具有極少的計(jì)算量，適合工程應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】時(shí)延估計(jì) 窄帶信號(hào) 信號(hào)重心 閾值確定

針對(duì)TDOA時(shí)延估計(jì)方法，已經(jīng)由簡(jiǎn)單的互相關(guān)算法發(fā)展到廣義互相關(guān)算法，從時(shí)域估計(jì)也發(fā)展到了頻率估計(jì)，由非參數(shù)估計(jì)發(fā)展到參數(shù)估計(jì)[1]。其中互相關(guān)方法依舊是工程上廣泛應(yīng)用的方法，常用的方法有二次互相關(guān)法[2]、廣義互相關(guān)法、循環(huán)相關(guān)法、譜相關(guān)法和波形比較法[3]以及Music算法[4]。在很多情況下，由于無線電系統(tǒng)接收到的信號(hào)多為窄帶信號(hào)，系統(tǒng)的采樣頻率也很高 ，這就導(dǎo)致采集到的信號(hào)歸一化帶寬（即絕對(duì)帶寬與采樣頻率之比）很窄[5]。

本文在研究多種相關(guān)時(shí)延估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，將互相關(guān)算法與信號(hào)重心計(jì)算相結(jié)合，提出了一種新的時(shí)延估計(jì)。該方法利用對(duì)主瓣波峰處的計(jì)算，有效避免的峰值點(diǎn)不夠準(zhǔn)確的問題，提高了時(shí)延估計(jì)的精度。并與快速M(fèi)usic算法等多種算法進(jìn)行比較，具有較好的抗擾性能。本文對(duì)新算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析，并通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。

1 相關(guān)時(shí)延估計(jì)方法

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

論文將信號(hào)重心計(jì)算推廣應(yīng)用于TDOA窄帶信號(hào)時(shí)延估計(jì)中，利用重心計(jì)算的穩(wěn)定性有效避免了錯(cuò)誤波峰對(duì)時(shí)延結(jié)果的影響，并且計(jì)算量大大減少。實(shí)驗(yàn)表明，使用該算法同樣可以在低信噪比、窄帶寬的情況下使用，在與Music算法、波形比較法等其他算法相比，其具有更好的工程應(yīng)用價(jià)值，更利于工程實(shí)現(xiàn)，

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作者簡(jiǎn)介

鄧可為（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向：無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)控制與管理。

龔曉峰（1963-），男，博士，副教授，主要研究方向：無線電信號(hào)監(jiān)控，計(jì)算機(jī)控制與管理。

篇7

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篇8

關(guān)鍵詞三維建模技術(shù)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；模型優(yōu)化；層次模型

中圖分類號(hào)TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1000-2537（2014）02-0090-05

為了在計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境中生動(dòng)形象地模擬自然環(huán)境之中人的視覺、聽覺、嗅覺以及運(yùn)動(dòng)等行為，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1].經(jīng)過近幾年的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)新型研究方向，獲得國內(nèi)外學(xué)者以及企業(yè)的廣泛關(guān)注并引起濃厚的研究興趣[2-3].在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，三維建模是該技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵步驟和核心技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)[4].由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要較高的實(shí)時(shí)性，而三維建模的優(yōu)劣直接影響整個(gè)這類系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性[5]，這使得三維建模成為了此項(xiàng)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，而三維建模流程的優(yōu)化又成為了重中之重.

目前，關(guān)于三維建模流程的優(yōu)化研究主要集中在模型階段，其中部分研究取得了較好的實(shí)際應(yīng)用效果[6-7].然而，如果在三維建模之前各模型分塊不合理的話，就會(huì)導(dǎo)致建模過程耗時(shí)較大，從而大大降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性.針對(duì)這種情況，論文基于過程的思想，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模型優(yōu)化兩方面對(duì)整個(gè)三維建模流程進(jìn)行優(yōu)化.同時(shí)，論文還提出了一個(gè)新型層次模型簡(jiǎn)化算法以進(jìn)一步縮減三維建模流程中模型間優(yōu)化的時(shí)間間隔.

6結(jié)束語

論文對(duì)三維建模進(jìn)行研究，基于過程優(yōu)化思想，提出了一個(gè)新的三維建模流程優(yōu)化方法.同時(shí)，針對(duì)其中的模型簡(jiǎn)化也進(jìn)行了研究，提出了一個(gè)層次性模型簡(jiǎn)化算法.通過模擬聯(lián)合站系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，所提三維建模流程優(yōu)化方法在建模總體效果和實(shí)時(shí)性兩個(gè)方面，都具有一定的優(yōu)越性.

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篇9

【關(guān)鍵詞】 突發(fā)危機(jī)事件 人員疏散仿真 Swarm 元胞自動(dòng)機(jī) 多智能體

現(xiàn)今世界上主流的人員疏散的計(jì)算機(jī)仿真模型分為宏觀仿真模型和微觀仿真模型。前者相對(duì)后者模型簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，但是由于忽略了個(gè)體的特性和個(gè)體與周圍環(huán)境、其他個(gè)體的作用，所以仿真精度不高。元胞自動(dòng)機(jī)具有時(shí)間、空間和狀態(tài)上的離散性，并按照一定局部規(guī)則在離散的時(shí)間維上演化，很容易動(dòng)態(tài)演化出復(fù)雜的現(xiàn)象；但是缺乏智能性和自治性。然而多智能體體系統(tǒng)研究多主體之間智能行為的協(xié)作、競(jìng)爭(zhēng)等相互作用，系統(tǒng)中的每個(gè)主體代表了現(xiàn)實(shí)世界中一個(gè)自治的實(shí)體或個(gè)體。因此本文將多智能體的自治性與智能性融入到元胞自動(dòng)機(jī)中，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行突發(fā)危機(jī)事件下人員疏散的模型仿真研究[1]。

1 理論描述

1.1 元胞自動(dòng)機(jī)

1.1.1 起源

元胞自動(dòng)機(jī)（CA）的基本思想源于著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Von Neumann。隨著偉大科學(xué)家wolfram的名著《一種新科學(xué)》的出版，元胞自動(dòng)機(jī)作為一門新的科學(xué)逐漸被認(rèn)可和接受，并得到了快速發(fā)展，并被廣泛地應(yīng)用于物理、生物、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域研究。

1.1.2 定義及基本組成部分

元胞自動(dòng)機(jī)是定義在具有離散和有限狀態(tài)的元胞組成的一定的局部規(guī)則，在離散的時(shí)間緯度上演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。通過系統(tǒng)內(nèi)局部元胞的微觀行為特征之間的相互作用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體宏觀行為特征涌現(xiàn)的演化模型。元胞、元胞空間、鄰居、規(guī)則是組成元胞自動(dòng)機(jī)的最基本的四個(gè)組成單位。元胞分布在離散的一維、二維或多維空間的格點(diǎn)上或者格子中央，在演化的每一時(shí)刻，每個(gè)元胞都具有各自的狀態(tài)，狀態(tài)集一般是整數(shù)形式的離散集。元胞空間實(shí)際上是一個(gè)包含空間上所有元胞的集合。任意元胞A于某一時(shí)刻的狀態(tài)只與本身及其鄰近元胞的前一時(shí)刻的狀態(tài)有關(guān)。這些鄰近元胞被稱為元胞A的鄰居。鄰居與本身的當(dāng)前狀態(tài)對(duì)自身下一時(shí)刻狀態(tài)的決定就是規(guī)則。元胞自動(dòng)機(jī)的鄰居也具有多樣性，其中典型的有Von Neumann型、Moore型和擴(kuò)展的Moore型[2]。

1.1.3 主要特征

（1）同質(zhì)性：元胞空間內(nèi)所有元胞按照同一演化規(guī)則變化；（2）并行性：元胞自動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)演化是并行的；（3）局限性：任意一個(gè)元胞下一時(shí)刻的狀態(tài)只取決于本身及其鄰居當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)；（4）離散型：大小形狀相同的元胞按照同一規(guī)則整齊劃分在離散空間內(nèi)，按照離散的時(shí)間步演化，且元胞狀態(tài)只能在有限的離散空間內(nèi)取值。

1.2 多智能體系統(tǒng)

1.2.1 定義

多智能體系統(tǒng)是分布式人工智能的一個(gè)重要分支。它由多個(gè)智能體組成，涉及智能體的知識(shí)、目標(biāo)、技能、規(guī)劃以及如何使智能體采取協(xié)調(diào)行動(dòng)解決問題等，研究目的在于解決大型、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題建成小的、彼此互相通信和協(xié)調(diào)的，易于管理的系統(tǒng)。

1.2.2 優(yōu)點(diǎn)

多智能體系統(tǒng)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，具有較高的問題求解效率。主要有以下幾點(diǎn)：

（1）獨(dú)立自主性；（2）支持分布式應(yīng)用；（3）異質(zhì)和分布性：由于各智能體是自治的，每個(gè)智能體都有自己的進(jìn)程，可以按照自己的運(yùn)行方式異步地進(jìn)行；作為開發(fā)人員可以采用不同的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)語言開發(fā)[1]。

除此之外，多智能體技術(shù)打破了人工智能領(lǐng)域僅僅使用一個(gè)專家系統(tǒng)的限制，各領(lǐng)域的不同專家可能協(xié)作求解某一個(gè)專家無法解決或無法很好解決的問題，提高了系統(tǒng)解決問題的能力[5]。

2 仿真模型建立

2.1 工具介紹

本文使用Eclipse下的Swarm庫編寫。Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE），主要用Java語言開發(fā)，其本身只是一個(gè)框架平臺(tái)，但是擴(kuò)充性極好，在插件的支持下，Eclipse擁有上佳的靈活性。Swarm由Chris Langton于1994年在新墨西哥州的圣塔菲研究所啟動(dòng)，目的是為基于多主體仿真模型的開發(fā)提供一系列標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)工具[3]。

2.2 疏散場(chǎng)景的設(shè)定

根據(jù)過往學(xué)者的研究，人的平均肩寬為0.4m[4]，所以本文將疏散場(chǎng)景設(shè)定在一個(gè)長20m，寬20m的圖書館內(nèi)，圖書館有6個(gè)長12m、寬1.2m的書架，1個(gè)長2.4m、寬1.2m的借書臺(tái)，一個(gè)寬度為2.4m的出口。設(shè)定單元格為0.4m*0.4m，平均劃分成2500個(gè)單元格。每個(gè)單元格就是一個(gè)元胞，用坐標(biāo)表示，如第i行、第j列的元胞的坐標(biāo)為（i，j）。每個(gè)元胞具有兩種狀態(tài)：空和被占據(jù)（被其他個(gè)體占據(jù)或者被障礙物占據(jù)）。元胞的狀態(tài)用布爾函數(shù)表示，當(dāng)元胞為空時(shí)，其值為true；反之，其值為false。

2.3 行人模型的設(shè)定

（1）行人初始化；利用隨機(jī)函數(shù)math.random（）定義區(qū)域內(nèi)人口密度dens，隨機(jī)分布區(qū)域內(nèi)個(gè)體的數(shù)量。依據(jù)模型，設(shè)定個(gè)體的初始速度[3]，感應(yīng)半徑r=3m。（2）通過距離函數(shù)判斷行人是否逃出危險(xiǎn)區(qū)（當(dāng)行人距離出口為0時(shí)視為逃出），程序中的體現(xiàn)則利用remove（）函數(shù)在space中消除該個(gè)體。

2.4 行人行為規(guī)則

（1）最短距離。即個(gè)體每一步行為的決策首先考慮的因素是候選元胞到達(dá)目的地的距離，其中距離最短的元胞為“最佳元胞”。（2）道路通暢。當(dāng)執(zhí)行規(guī)則（1）后，如果出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上“最佳元胞”時(shí)，定義其中感應(yīng)半徑內(nèi)包含個(gè)體最少的元胞為“最佳元胞”。（3）優(yōu)先“向前”。當(dāng)執(zhí)行規(guī)則（2）后，若仍存在多個(gè)“最佳元胞”時(shí)，我們定義“向前”為最佳決策。

2.5 危險(xiǎn)源（火災(zāi)）的設(shè)定

利用鼠標(biāo)單擊事件由人決定火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。這樣的設(shè)計(jì)便于多次仿真消除計(jì)算機(jī)本身計(jì)算帶來的誤差，更加靈活、有效。

3 仿真結(jié)果與分析

3.1 恐慌情緒與疏散時(shí)間的關(guān)系

一般而言，危急時(shí)刻，人會(huì)不由自主的產(chǎn)生恐慌，恐慌致使我們不能夠冷靜看待周圍環(huán)境，做出不理智的行為，有礙安全疏散。本組實(shí)驗(yàn)研究恐慌情緒對(duì)疏散時(shí)間的影響。設(shè)定待疏散人員為200人，一個(gè)出口，出口寬度為1.6m本次實(shí)驗(yàn)中每種恐慌情緒實(shí)驗(yàn)5次，取5次平均值作為實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖1。

由圖1可知，隨著恐慌情緒的增加，疏散需要的時(shí)間也不斷增加?？梢?，心理狀態(tài)對(duì)群體行為有著重要的影響作用。

3.2 專業(yè)素質(zhì)與疏散時(shí)間的關(guān)系

在群體行為中，個(gè)體的自作用力也發(fā)揮著顯著的作用。問卷調(diào)查的結(jié)果顯示個(gè)體在具備相關(guān)專業(yè)素質(zhì)的情形下，其行為表現(xiàn)更多的自作用的結(jié)果。本組實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整群體中具備疏散相關(guān)專業(yè)知識(shí)的人員比例，來研究專業(yè)素質(zhì)與疏散時(shí)間的關(guān)系。設(shè)定待疏散的人數(shù)為200人，一個(gè)出口，出口寬度為1.6m。實(shí)驗(yàn)中不同比例實(shí)驗(yàn)5次，取5次平均值作為實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖2。

由圖2可知，疏散時(shí)間隨著群體中具備專業(yè)素質(zhì)的人員比例的增加而下降，看來，具備一定的專業(yè)素質(zhì)有助于疏散，專業(yè)素質(zhì)在一定程度上影響群體行為。

4 展望

由于時(shí)間和精力有限，本論文還有些許不足，有待進(jìn)一步的研究。

（1）本論文研究了影響群體行為的一些因素，如情緒、專業(yè)素質(zhì)和客觀環(huán)境等，總結(jié)出消極情緒對(duì)群體行為有負(fù)作用，專業(yè)素質(zhì)對(duì)群體行為有積極的影響，通過改善客觀環(huán)境可以引導(dǎo)群體行為向最大效益的方向發(fā)展。但是沒能驗(yàn)證本論文的數(shù)學(xué)模型是否具有唯一性和通用價(jià)值，以及該數(shù)學(xué)模型是否還能通過某種修正方法，得到更完善的模型，這將是今后的研究方向。（2）本論文只針對(duì)圖書館進(jìn)行了應(yīng)急疏散的仿真，這只是群體行為的一種。要研究群體行為，應(yīng)當(dāng)仿真多種場(chǎng)景下的多種群體行為，這樣得出的結(jié)論更具說服力。

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篇10

論文摘要:本文闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征，以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展情況，并對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景做了展望。

0．引 言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是2O世紀(jì)末興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，作為一項(xiàng)尖端科技．虛擬現(xiàn)實(shí)集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。它的實(shí)時(shí)三維空間表現(xiàn)能力、自然的人機(jī)交互式操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境感受，將從根本上改變?nèi)伺c計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的現(xiàn)狀，為人機(jī)交互技術(shù)開創(chuàng)一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來，已經(jīng)在航空航天、船舶建造與設(shè)計(jì)、軍事模擬、機(jī)械工程、先進(jìn)制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域中顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)并稱為2l世紀(jì)最具應(yīng)用前景的三大技術(shù)。

1．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種先進(jìn)的、數(shù)字化的人機(jī)接口技術(shù)，其特點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，生成一個(gè)以視覺感受為主，包括聽覺、觸覺的綜合感知的人工環(huán)境，系統(tǒng)可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化 ．操作者能夠真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，并能與之發(fā)生“交互”作用，進(jìn)行交流。通過參與者與仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下三個(gè)基本特征：

1．1沉浸性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類視覺、聽覺的生理心理特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員，有一種身臨其境的感覺。

1．2交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互可通過鍵盤、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備進(jìn)行交互。使用者通過自身的語言、身體運(yùn)動(dòng)或 動(dòng)作等自然技能，對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行觸摸或操作。

1．3多感知性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得多種感知，親身體驗(yàn)交互操作的反應(yīng)與感受。

2．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在船舶建造與設(shè)計(jì)、企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)、人力資源 網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)、房產(chǎn) 開發(fā)與展示、城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、文物古跡仿真、軍事模擬等方面有廣闊的應(yīng)用前景。分析如下：

2．1企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)．特別是一些勞動(dòng)密集型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，在減少重復(fù)設(shè)計(jì)、開模損失、廢品率等方面有著非常明顯的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品能夠在產(chǎn)品投入制造前先看到產(chǎn)品，在運(yùn)行前先感受過程或親歷過程，在設(shè)計(jì)與開發(fā)過程無須代價(jià)可不斷修改產(chǎn)品直到滿意，這是一種完全的低投入、嶄新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造理念；可利用虛擬三維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)同一設(shè)計(jì)產(chǎn)品，在不同設(shè)計(jì)部門進(jìn)行分布式設(shè)計(jì)，快速、方便地融合各方技術(shù)優(yōu)勢(shì)．減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間與設(shè)計(jì)周期：采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為許多科研項(xiàng)目、提供虛擬實(shí)驗(yàn)，減少真實(shí)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)和付出，增加真實(shí) 實(shí)驗(yàn)的可靠性。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究能為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、制造提供相當(dāng)優(yōu)秀的開發(fā)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)與測(cè)試環(huán)境。減少產(chǎn)品的測(cè)試成本，縮短投放市場(chǎng)的時(shí)間，這對(duì)于促進(jìn)高科技產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)的快速發(fā)展有著極大的作用。

2．2通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的三維虛擬裝置及沒施．操縱者可以身臨其境地融入到整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)環(huán)境與運(yùn)動(dòng)過程．可以對(duì)三維虛擬設(shè)備進(jìn)行仿真操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實(shí)驗(yàn)與測(cè)試過程 、施工過程、供應(yīng)過程、物流生產(chǎn)過程等活動(dòng)的過程中各種技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)值．從而確認(rèn)現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)是否有能力完成預(yù)定的任務(wù)和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程的缺陷和問題，予以改進(jìn)。在低成本的條件下，發(fā)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)品或設(shè)施的缺陷與不足，為產(chǎn)品投入生產(chǎn)提供時(shí)間和質(zhì)量上的保證。

2.3隨著物流的遠(yuǎn)程化和國際化，物流的流程跨越若干國家、若干種運(yùn)輸工具，客戶根本不可能對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地考查，客戶在進(jìn)行業(yè)務(wù)外包時(shí)．又不能只聽一些情況介紹或者錄像演示的過程做 出最后的判斷，在這種情況下，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，客戶可以直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬的世界，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行操縱、演示、觀察和分析有關(guān)過程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以判定此項(xiàng)業(yè)務(wù)是否可以外包給這個(gè)系統(tǒng)；另一方面，第三方物流公司，也需要借助于模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，來分析物流時(shí)間、物流成本等，以對(duì)是否可以接受客戶的要求做出決策。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流行業(yè)的應(yīng)用將拓展該行業(yè)的國際合作空間，節(jié)約成本，做大做強(qiáng)物流業(yè)，促進(jìn)海西經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

2．4在數(shù)字化城市建設(shè)與研究方面，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合傳感器技術(shù)、多媒體技術(shù)，綜合應(yīng)用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)、GIS技術(shù)、仿真技術(shù)等，在提供相關(guān)城市數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可構(gòu)建虛擬數(shù)字化城市。在此基礎(chǔ)上建立虛擬城 市的仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)城市 的真實(shí)環(huán)境的再現(xiàn) 以及對(duì)規(guī)劃環(huán)境的預(yù)見，從而建立可交互操作、集成化和人機(jī)和諧的虛擬城市系統(tǒng)。

2．5制造業(yè)方面，從制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展過程來看，我國在21世紀(jì)將長期把信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融人 AMT的理念中，大規(guī)模地采用集成制造、并行工程、計(jì)算機(jī)仿真、虛擬制造、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟和電子商務(wù)等舉措，用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段和制造階段融為一體，在設(shè)計(jì)中就能發(fā)現(xiàn)制造中的問題。此外，這一階段的另一個(gè)特點(diǎn)就是可聚集全世界的制造資源來進(jìn)行全世界范圍的合作生產(chǎn)．縮短上市時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2．6人力資源培訓(xùn)方面，隨著勞務(wù)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大．大量的人員需要進(jìn)行培訓(xùn)方能上崗工作，由于培訓(xùn)地點(diǎn)、培訓(xùn)設(shè)備的限制，加之培訓(xùn)人員的爆滿，培訓(xùn)質(zhì)量受到很大的影響。推動(dòng)和加強(qiáng)人力資源的培訓(xùn)，可提升各工種人員的個(gè)人素質(zhì)．保證企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的又好又快的發(fā)展。采用三維虛擬仿真平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)各種人員取得上崗資格必須的培訓(xùn)，同時(shí)，也可對(duì)企事業(yè)單位在職人員進(jìn)行本專業(yè)模擬真實(shí)環(huán)境的知識(shí)更新培訓(xùn)，也方便對(duì)新聘人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，這些培訓(xùn)的最大特色是模擬真實(shí)培訓(xùn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無需場(chǎng)地、無限次數(shù)、無限時(shí)問的培訓(xùn)，在提高人員素質(zhì)的同時(shí)，最大化地節(jié)約成本。具有非常高的性價(jià)比。虛擬 現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為多媒體技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段，在組織學(xué)習(xí)中的應(yīng)用將促使目前組織管理過程中的領(lǐng)導(dǎo)者、員工、媒體之間的關(guān)系與地位發(fā)生重大變化。在對(duì)組織成員進(jìn)行知識(shí)傳播、技能訓(xùn)練等方面會(huì)得到顯著的教學(xué)效果。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程．虛擬網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這一新的學(xué)習(xí)媒體將在個(gè)別化教學(xué)、企業(yè)教學(xué)、學(xué)校教學(xué)、遠(yuǎn)距離教學(xué)及終身教育中展示巨大的應(yīng)用前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其應(yīng)用場(chǎng)合非常廣泛．特別在工程和人員培訓(xùn)領(lǐng)域中的應(yīng)用所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、所節(jié)約資源是非常大的。

3．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用展望

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有了很大的發(fā)展，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AugmentedReality1，將真實(shí)環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)的景象結(jié)合起來，既便于生成復(fù)雜環(huán)境，又便于對(duì)實(shí)際物體的操作；大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，將分布于多個(gè)地點(diǎn)的 VR系統(tǒng)或仿真器通過 局域 網(wǎng)或廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來．采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫形成一個(gè)在時(shí)間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進(jìn)行交互作用；多通道人機(jī)交互技術(shù)，即采用人體多種自然交互手段向系統(tǒng)輸入．如手勢(shì)、語音、頭部或身體動(dòng)作等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊，人類在許多領(lǐng)域面臨著越來 越多前所未有 或前所難為而 又必 須解決 和突破 的問題，例如，載人航天、核試驗(yàn)、核反應(yīng)堆維護(hù)，包括新武器系統(tǒng)在內(nèi)的大型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究、氣象及自然災(zāi)害預(yù)報(bào)、醫(yī)療手術(shù)的模擬與訓(xùn)練以及多兵種軍事聯(lián)合訓(xùn)練與演練等。將 vR技術(shù)應(yīng)用于教育可以使學(xué)生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城饅，甚至深入原予內(nèi)部觀察電子的運(yùn)動(dòng)軌跡和體驗(yàn)愛 因斯坦的相對(duì)論世界，從而更形象地獲取知識(shí)，激發(fā)思維。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的價(jià)格還過于昂貴，虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用主要處在科學(xué)研究和某些商業(yè)領(lǐng)域。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技 術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，成本的降低，虛擬技術(shù)必定會(huì)走向?qū)嵱没⑵矫窕?/p>

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