科学可视化（共5篇）
科学可视化 篇1
早在20世纪80年代, 科学计算产生了大量的数据, 但限于技术的发展, 很多数据得不到有效的处理, 严重影响了科学技术的交流与发展。1987年2月, 美国国家科学基金会在华盛顿召开的图形图像专题研讨会上, 首次提出了ViSC (VisualizationinScientificComputing) , 研究者们在分析计算机生成的数据的同时, 还能了解在计算处理过程中数据的变化趋势。
1 ViSC的意义
ViSC是指将科学计算过程中产生的信息 (包括数据及计算结果) 转化为图形或图像的形式, 并进行交互处理的理论、方法和技术。ViSC将大量看似没多大联系的离散数据以图形图像的形式直观地显示出来, 亦即将人无法直接观察的数据转变为人可以接受的视觉信息, 使观察者能够准确快速地发现隐藏在数据背后的一些规律, ViSC已成为科学家或者研究人员手中极为有效的工具。
2 ViSC的技术特点
可视化的研究主要分为两大部分, 一是可视化工具, 二是可视化应用。
2.1 Vi SC的过程
在分析从自然现象到模型的建立过程, 可视化是一种十分重要的辅助手段。可视化过程的步骤可分为四个部分, 即为“过滤—映射—绘制—反馈”。
2.2 Vi SC处理方式
ViSC分为三个方面:三维数据场的可视化、工程设计可视化和虚拟环境。这三个方面分别对应三种处理方式:跟踪 (Tracking) 、事后处理 (Postprocessing) 和驾驭 (Steering) 。
3 ViSC常用方法
ViSC实现从复杂的多维数据中产生图像, 主要研究将离散的数据转换为图形信息的理论、方法以及应用系统的构成, 目前比较流行的技术有等值线、面绘制、体绘制和流场显示。下面主要对等值线方法和体绘制方法进行研究讨论。
3.1 等值线法
等值线法是二维平面数据场的可视化方法, 其绘制步骤可分成以下三点:首先对每个网格单元与等值线的交点进行计算;然后用线段连接该单元内等值线的交点;最后由上述线段集合构成该网格中的等值线。
网格单元与等值线的交点计算主要计算每个单元边与等值线的交点, 可用顶点判定法, 还有边上插值的方法计算。设定等值线的值为Ft, 如果Fi
3.2 体绘制法
体绘制法是遍历整个数据场, 对数据场进行重新采样和对采样结果进行合成。体绘制算法分成两大类:光线追踪法 (Ray-Tracking) 和投影成像法 (Project-Imaging) 。
光线追踪法是一种真实地显示物体的方法, 该方法由Appel在1968年提出。它沿着到达视点的光线的反方向跟踪, 经过屏幕上每一个象素, 找出与视线相交的物体表面点P0, 并继续跟踪, 找出影响P0点光强的所有光源, 从而算出P0点上精确的光线强度。绘制流程图如图3-2所示。投影成像法是将物体的所有体素的影响投影到成像面上, 然后根据体素影响在各个像素上的迭加顺序, 通过一定的合成方法, 实现各像素的颜色。
主要绘制步骤如下可分成“体元遍历—体元分解—投影与合成”三个步骤。
通过对等值线法和体绘制法的深入研究, 可以得出图像的绘制速度只要是在于算法设计的选择和机子的硬性要求。
4 展望
总的来说, ViSC是一门新的研究学科, 它的应用领域广泛, 包括能源勘测、自然科学、金融和商业等。但作为一个全新的学科, 还需在基于虚拟现实环境的科学计算可视化技术的应用等方面做进一步的研究。
参考文献
[1]辛凤凡, 郭雯雯.基于网格的科学计算可视化[J].科技与生活, 2010.
[2]应用基础研究园地.科学计算[J].安徽科技, 2000.
科学实验中可视化效果的优化 篇2
一、优化组合效果明显
教科版小学科学五年级下册《热》单元第5课《金属热胀冷缩吗》有一个实验活动:观察金属的热胀冷缩。课文中的实验(见图1)是用酒精灯加热铁棒的一端,观察铁棒受热后会不会变长,停止加热后会不会缩短,从而证明以铁棒为代表的大部分金属有热胀冷缩的性质。这个实验准备材料简单,操作也不复杂,可多次实验下来,总觉得学生在观察过程中的吸引点不多,描述现象也不理想。
找问题:这个实验设计达到了既定目标,学生完成起来也没什么难度,总觉得有些地方不够理想。例如,铁棒放在木板上,没有固定装置,轻微的移动都会影响到最终的实验效果,而且铁棒初始放置的位置也直接决定着结果,看似简单的操作其实也不简单。针对学生在实验中遇到的问题,我课后尝试了初步改进,我预先量出没加热前铁棒的长度,加热一段时间后再量长度,最后冷却一段时间(也可水冷)量出长度,通过3个数据的对比,得出结论。虽然数据能有效地说明问题,但实验中的可视化效果却打了折扣,再说学生很难掌控加热的时间,加热不到位,变长的程度不明显,多次拿取铁棒,也有烫伤的不安全因素。
改进:如何进一步优化这个实验,达到良好的实验可视化效果,使得实验的趣味性和可操作化提升,成为了我思考的重点。在教学四年级电路单元时,让我找到了优化的依据,经过一番尝试,我完成了最终的实验装置(见图2)。我的设计思路是,把2根同样的金属棒连接在一个简单电路中,两端留有一定的缝隙(不接触)形成一个开关装置(断路),当分别加热金属棒的一端,金属棒受热体积变大,相互接触接通电路,风扇转动,同时风扇转动时产生的风力吹灭了蜡烛火焰,起到冷却作用,金属棒体积缩小,电路断开,风扇停止转动。经过几次实践应用,该装置实用性强,实验可视化非常直观,把金属热胀冷缩微妙的变化,通过风扇的转动来放大实现。
二、简单替换一目了然
现在的时代里,我们总是奉行着效果的最大化,不断地追求更直接的结果,当传统的教学设备受到局限时,新设备的出现成为了理想选择。教科版小学科学五年级上册《光》单元第6课《怎样得到更多的光和热》一课中有这么一个实验设计(见图3)。这个实验操作起来很简单,但实际操作起来,效果非常不理想,没有数据的说服力,得出结论时学生总是很牵强。
找问题:实验中用的是传统的玻璃温度计,对于温度变化的敏感程度不高,不能实时体现温度细微的变化,再者,学生读数时也不方便,可视化程度不高。从一定程度上影响了整个实验的效果。
改进:这个实验需要灵敏度更高的温度计,通过万能的淘宝网搜索,一种价格便宜的传感器式的数显温度计成为了最佳选择(见图4)。数显温度计替代传统的温度计,既解决了灵敏度的问题,又提升了可视化效果,学生在采集数据时,方便快捷。经过实际应用,效果明显提高。
又如湖北版小学科学五年级下册《地球缓慢变化》单元第1课《山脉的变化》一课中,要求把一块玻璃在酒精灯上加热来模拟岩石热胀冷缩后的变化。在这个实验中,加热的是块状玻璃(见图5),玻璃在受热的过程中会出现爆裂现象,引起玻璃碎渣飞溅,扎到学生。
找问题:该实验存在着较大的缺陷:一是玻璃受热不均可能会爆裂,影响实验效果,影响学生上课情绪。二是无法再现模拟岩石由于热胀冷缩的原因造成的内部变化。
改进:记得小时候经常玩玻璃弹珠的游戏,好奇时还会把玻璃弹珠放在火上烧,如果火候控制的恰当,加速冷却后能看到玻璃弹珠从内部开始通体产生裂纹,还是保持完整,非常好看。这个不是这堂课想要达到的目的吗?我就改用玻璃弹珠进行了实验,又还原了小时候的场景。我发现,这一简单的替换,可视化效果截然不同。
科学可视化 篇3
一、设置问题情境,让判断思维可视化
设置问题情境,是小学科学探究中常见的做法,通常是老师做一个实验,引发出一种“出乎意料”的科学现象,让学生做出初步的解释或判断。为了彰显学生的思维动态,问题情境都是基于学生的一定经验,这样,学生的判断就有了自己的认 知 “根据”。老师在了解了学生“可视化”思维动向的基础上,进行教学策略的调整和改进,以便更好地服务于学生的探究。
比如《浮力》一课,老师设置的问题情境是:将木块、塑料板、 泡沫、石块、铁块、苹果等物体逐一放到水里,让学生一个个看它们或沉或浮。然后,老师问: “为什么这些物体有的上浮,有的下沉呢?”学生的回答多是“木块、泡沫等轻,所以上浮”;“石块、苹果等重,所以下沉”。 (暂且不探讨比重问题) 老师再问: “这轻和重是谁跟谁比较的呀?” 学生答:“木块跟石块比,木块轻,泡沫跟苹果比,泡沫轻……” 可见,学生思维的关注点是这些材料之间轻重的比较,却不曾想到这些材料与水比较轻重。或者说,学生只对这些材料感兴趣, 他们只想在这些材料本身求解沉浮的秘密,并不曾想到与所处环境 (水) 进行对比和思考。由此可见,学生判断性思维的局限和不足主要表现在思维的孤立性, 即只会在问题或现象本身求解, 不能结合情境中相互作用的因素进行分析研究。
面对学生的这种思维倾向, 老师需要跟进设置的问题情境表现在两个方面:一是出示一块大木块和一块小石子,很明显大木块比小石子要重得多,把它们依次放入水里,大木块依然上浮, 小石子还是下沉。从而把学生的思维引到“相同体积物体的轻重进行比较”,也就是“比重”。这样的比较才是科学的。另一个需要跟进的问题情境是:将水里放入并溶解一些盐,然后再将原先的苹果放进盐水里,苹果上浮。 “为什么水里的苹果下沉,盐水里的苹果上浮?”两相对比,学生自然会将思维聚焦在“液体”上, 于是很容易想到这些物体与液体比较,重的下沉,轻的上浮。从而将学生原先只进行材料之间轻重的对比转化为每一种材料与水的比较,而且是相同体积的材料与水比较轻重。这才是揭示沉浮秘密的核心问题所在。
二、设置材料情境,让联想思维可视化
思考一个问题,学生通常会由此及彼想到一些相关联的事物, 并在此基础上进行有机的梳理和整合,形成对这一问题的观点和认识。这种思维就是联想思维。 科学教学中的联想思维,通常是基于学生的已有认知,也就是充分利用学生已有认知经验的基础上,进行新的探索和研究。这种探究性学习,由于有了一定的经验积累,当学生面对新领域的探索时,会自然联想到已有的学习认知和经验,于是就会依据已有的知识经验进行思维的判断、分析和信息处理,从而一次次展开对未知领域的求知和探索。
比如苏教版《简单电路》一课, 由于学生在生活中有了一些粗浅的认识和经验,老师只要将导线、 小灯泡、电池等材料分发到每个小组,学生联想到曾经的记忆和生活场景,就会想到连亮小灯泡。 至于怎么连,学生以前并未做过, 也不明白其中的道理。他们只会结合生活中的经验和认识,不断尝试各种连接方法。这期间,老师要做的就是指导学生随时画出每一次尝试的连接方法。待学生终于连亮小灯泡后,要求学生将自己尝试连接的各种电路图 (画图) 进行比较,分析并归纳出连亮小灯泡的正确方法。由于有了一定的经验和认识,学生就有了尝试的种种可能和动力。这一情境的设置,使学生能够充分利用生活经验,大胆尝试,积极探索, 试用的方法和途径很多,思维也很活跃,完全打开了思路,激活了思维。但问题是学生虽然最后连亮了小灯泡,但却不知小灯泡为什么亮?即使老师作了一定的讲解和描述,但电流怎么流经小灯泡的,学生还是一头雾水。这时老师可以将电池和小灯泡剖开, 让学生看到里面的结构,这时不需要老师讲解,学生就会理出个头绪,很容易明白电流的流动过程,从而弄清楚电路连接的本质和规律。由此可见,对于学生的联想思维,老师要注意的是,不仅要关注联想得来的“做”,更要从“做”中抽出事物的内在规律和要求。这是学习的归结点,也是学习的本质所在。
三、设置话题情境,让逻辑思维可视化
所谓话题情境,就是在教学中老师针对教材中的核心问题, 抛出一个主题,然后引导学生就这个话题展开探讨。这个话题的相关内容是学生略有知晓的,或者说有一定的生活经验和浅显认识,学生面对这个话题会有所谈论和认识。设置这样的情境,要注意认知的逻辑性和层次性,也就是说,话题不能太大,以免学生谈及此话题时会信马由缰不着边际,而应扣住问题的本质和核心点去确定话题,以使得学生的探讨沿着一根主线向问题本质深入。
比如《摩擦力》一课,关于 “摩擦力”应当呈现给学生什么样的话题?为了引发学生积极的探究心理,通常老师会以“什么叫摩擦力?”“关于摩擦力,你想了解哪些知识?”等作为学生研讨的话题。这样一来,前一个问题, 学生无从入手,或者说依靠自己原有的认知和经验,学生根本总结不出摩擦力的概念。于是,话题一出就直接把学生的思路堵死了。第二个话题太过空泛,对这个问题的想法学生有很大的随意性,想说的东西也太多,学生想弄明白的诸多问题不光凌乱无序, 而且很难切入“摩擦力”的根本问题。这样的思维活动是没有多少效果的。我们需要调整的是, 将抽象的“摩擦力概念”转化成具体的生活和实验,让学生通过具体的物象去感知和体验,再来理解和认识概念就容易多了。同时,对于一个过于宽泛的问题, 学生很难抓住要领和核心问题, 使学生对问题的设想缺乏缜密的结构、层次性和逻辑性。对此, 需要注意的是,在设置话题情境时,最关键的是选准问题的切入点,这点上的问题解决了,相关话题的知识都会迎刃而解。所以, 对于“摩擦力”这一课,可以引出“生活中哪些地方有摩擦力?” “这些摩擦力有什么不同?”这一话题。这个话题的好处在于:一是学生依照经验可以说出很多摩擦力存在的地方,可以在实践和生活中回顾并巩固自己的认知。 另外,对于“比较不同地方摩擦力的不同”,可以引发学生聚焦并探讨“有的摩擦力大,有的摩擦力小”“为什么会有摩擦力大小? 摩擦力大小与哪些因素有关呢?” 等一连串的问题追问。回过头来看看这些问题,它们不光在指向摩擦力的内涵和本质,更是以一组层层深入的逻辑关系出现的, 形成了探究摩擦力的一条逻辑主线。这才是需要我们关注的话题情境。循着这条路径展开的问题探讨才是有效的。
四、设置分析情境,让推理思维可视化
科学探究是一个手脑并用的学习过程,既有寻求“事实”真相的动手实验,也有做什么实验以及怎样实验的考量和分析。而且,从某种程度上说,“分析”是探究活动中最重要的手段和方法, 它全面融入探究活动,并为探究活动提供有力的铺垫和支撑。对问题的分析,学生惯常的思维方式是推理。设置分析情境,就是引发学生不断的推理思维,提高学生自我探究的深度和准确性。
比如 《电磁铁》一课,“影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些?” 学生会根据实验中电磁铁磁性强弱变化的场景,很容易推导出与 “电流强度”和“线圈匝数”这两个因素有关。依据是:电磁铁具有磁性是因为通上了电,断了电就失去磁性,所以电磁铁具有磁性的关键是要有电。按照现象从无到有、从少到多、从弱到强的思路,学生自然会想到电流强磁性强。另外,一根平常的导线接上电池后是没有磁性的 (以前学生做过“简单电路”实验,通电的导线并没有磁性),只有绕成了线圈才有磁性,所以磁性肯定与线圈有关。进而推导出一根导线弯成一个线圈有磁性,弯成多个线圈磁性就会更大。由此可见, 推理是探究中的主要思维方式, 也是通向正确结论的重要保证。 但是,一般老师在上这一课时, 也就到此为止,因为教材上也只是认为电磁铁磁性强弱只与上述两个因素有关。其实,影响磁性强弱的因素远不止这两个,还有很多。学生也能想到其它可能的因素 (很多课上,学生只要有其他想法,就会被老师否定或规避掉),如若引导学生研究这些因素,无疑对训练学生深层次的推理思维是大有裨益的。比如,当老师放开让学生思考“影响电磁铁磁性强弱的因素还可能有哪些?”时,学生会以“变”的视角说出可能的影响因素。比如“与缠绕导线的粗细有关”。实验结果是:导线越粗磁性越强。那为什么会是这样呢?也就是说当线圈数和电池不变的情况下,为什么磁性变强了呢?学生就会依据 “线圈数不变,磁性增强”推导出 “流过线圈的电流增强了”。至于为什么电流增强了 (初中才学习粗导线电阻变小),不必解释,但却可以留给学生继续研究的期待, 也为中学物理学习作了一定的铺垫。还有同学认为 “与线圈里有无铁芯有关”。问其原因,学生推导的理由是“线圈里有铁芯时, 除了线圈有磁性,里面的铁芯同时被磁化也带上了磁性,所以有铁芯时磁性更强”……当然,还有“与铁芯粗细有关”“与线圈的松紧有关”等等。学生都会依据推理思维,归结出较为合理的原因和结果。这种推理性思维很合乎学生的认知需求和能力发展, 应当时时留意创造这样的思维机会,提高学生的思维品质。
科学可视化 篇4
关键词：危险行为,知识,图谱
危险行为又称危害健康行为, 是健康相关行为的重要组成部分, 是个体或群体在偏离个人、他人和社会的健康期望方向上表现出的一组不利于健康的行为, 通常包括不良生活方式与习惯、致病行为模式、不良疾病行为及违反社会法律、道德行为, 如吸烟、酗酒、吸毒、网络成瘾等[1,2,3]。危险行为是影响健康的重要因素, 对其开展有针对性的研究, 有利于从多角度揭示人群健康相关行为取向, 为制定人群健康行为管理策略提供科学依据。
1 资料来源与方法
1. 1资料来源选用“中国知网”与“万方数据知识平台”为文献数据来源, 检索式: “主题 = 危险行为”, 年限设定: “不限———2013年”, 文献类型: “期刊论文”。数据检索及下载结束时间为2013年12月16日。从“中国知网”获取2 647条数据, “万方”获取1 837条数据, 共计4 484条。首先剔除数据中报纸、会议论文、硕博士论文等非学术论文类信息, 然后对双数据库数据进行融合、去重, 最后通过人工筛选逐条剔除与危险行为概念不一致的学术论文, 最终获得有效数据2 345条。
1. 2方法将有效数据转化并录入软件后, 设置分析时间为1986—2013年, 时间分割为1 a, 形成27个时间片段, 其中1987年的文献内容与研究主题不符, 不列入分析。根据具体分析内容选用相应的网络节点, 分别对作者、关键词、机构进行相关分析, 设定阈值为 ( 2, 2, 20) , ( 4, 3, 20) , ( 4, 3, 20) , Top N per slice = 50。1. 3统计学处理可视化工具选用由Chen等[4,5,6,7,8,9]开发的新型可视化软件CiteSpace, 该软件在信息、医学等领域均有成功运用。数据整理和分析使用SPSS13. 0和Excel软件。
2 结果
2. 1发文量分析从危险行为领域的年度发文量来看, 总载文量呈稳步增长趋势。如图1所示, 该领域年度发文量的演进可分为3个阶段[10]。第一阶段:1986—2004年, 年发文量均在百篇以下, 增速较缓, 可以看作危险行为研究的起步阶段; 第二阶段: 2005—2007年, 该阶段年发文量自2005年突破百篇后快速上升, 可以看作危险行为研究的快速发展阶段; 第三阶段: 2008—2013年, 本阶段危险行为相关文献量呈稳步增长趋势, 年均维持在200篇以上 ( 因2013年为该年度的不完全统计值, 发文量略有下滑) , 可视为危险行为研究的成熟阶段。
2. 2高产作者及合作情况选择作者为网络节点进行分析, 共得出800个节点, 523条连线。因数据量大, 图中仅显示发文量≥5篇的作者。在所有作者中合作密切且发文量较多的有季成叶、宋逸、陶芳标, 刘伟、张孔来, 吴尊友、柔克明, 罗春燕、高根娣, 陈琳、潘晓红, 林鹏、王晔等。从整体来看, 危险行为领域研究的学者之间合作交流较为密切, 形成了复杂的合作关系网络。见图2。圆环直径大小代表该作者累计发文量的高低, 外环颜色表示文章发表所涉及的年份, 圆环之间连线粗细及颜色表示合作强度及首次合作的时间[11,12]。
由表1可知, 1986—2013年危险行为相关研究发文量排名前10的12位高产作者的发文量为14 ~25篇, 平均发文量为17.6篇; 平均初始发文年份为2002年, 其中季成叶、刘伟、吴尊友的发文量居于前三, 均超过20篇。
2. 3高频关键词及研究热点关键词是文章的精髓与核心, 为更加客观准确, 本文对部分关键词进行了归类合并, 如将HIV、获得性免疫缺陷综合征等统一归为艾滋病, 将性传播疾病归为性病等。选择关键词为网络节点进行分析, 共得出623个节点, 916条连线。如表2所示, 出现频率≥25的关键词中, “艾滋病”“学生”“青少年”“健康教育”“健康危险行为”位居前5位。这5个关键词所表征的研究领域属于危险行为相关研究的研究热点。因关键词“危险行为”为危险行为领域研究的基础词汇, 所以不纳入分析。
因数据量大, 图3中仅显示了出现频率≥25的关键词。圆环直径大小表示该关键词出现频率的高低, 外环颜色表示关键词出现的年份, 圆环之间连线的颜色为首次共现时间[13]。图中右上角最大的节点为“危险行为”, 其他高频关键词可大致分为5类[14], 第1类: 研究人群, 如“学生”“青少年”“中学生”“大学生”等; 第2类: 危险因素, 如“艾滋病”“性行为”“吸烟”“饮酒”等; 第3类: 研究方法及学科领域, 如“调查”“对比研究”“因素分析”“统计学”“流行病学”等; 第4类: 干预方式及预防措施, 如“健康教育”“行为干预”“自愿咨询检测”等; 第5类: 概念及扩展, 如“健康危险行为”“共同危险行为”等。
2. 4机构合作为深入了解各科研机构对危险行为研究的贡献程度, 选择机构为节点进行相关分析。对题录中的机构信息进行了整合, 即对高等院校及其附属机构统一按校名进行统计, 如北京大学的主要科研机构分别为北京大学公共卫生学院、北京大学法学院、北京大学中国药物依赖性研究所、北京大学医学部等; 安徽医科大学主要科研机构为安徽医科大学公共卫生学院、安徽医科大学学生处等。除高校外的科研机构, 如佛山市疾病预防控制中心、佛山市禅城区疾病预防控制中心等均未进行归并。如表3所示, 出现频次≥5的机构共27个。其中北京大学的发文量最高, 达63篇, 其次是中国疾病预防控制中心 ( 性病艾滋病预防控制中心) 27篇, 第三是安徽医科大学18篇。
为清晰呈现不同机构的贡献度及其之间的科研关系, 在各机构间科研合作的科学知识图谱中, 将高校及机构名称延伸至二级院系。由于数据量大, 图4仅显示了出现频率≥5的机构, 共计510个, 机构之间的连线66条。北京大学儿童青少年卫生研究所发文量最大, 其次是中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心。从各机构之间的连线看, 机构间合作交流较为欠缺, 跨地域、跨区域合作十分有限。
3 讨论
随着健康管理与健康促进的深入人心, 有关健康相关行为的研究越发受到社会各界的广泛关注。危险行为作为健康相关行为的重要组成部分, 其学术研究也有了显著发展。《中国学校卫生》《中国公共卫生》等核心期刊为危险行为领域的研究提供了信息交流及成果发布的良好平台, 诸多知名学者如季成叶、吴尊友、刘伟等均发表大量相关文献, 一定程度上也推动了危险行为领域的研究进程。
本研究显示, 2005年是危险行为领域研究的转折点, 发文量增速明显。此年正值中国疾病预防控制中心儿少/学校卫生中心组织全国18个省、自治区、直辖市的相关部门开展“中国城市青少年健康相关/危险行为调查”[15], 此项调查研究大大推动了国内有关危险行为领域的研究, 为该领域的发展做出了重要贡献。近3年, 该领域发文量稳步提升, 更多学者及机构逐渐加入危险行为研究行列, 研究团队及热点也更加成熟、清晰。
以陈泽霖、吴尊友、刘伟、陶芳标、张孔来、孙江平等为代表的国内专家、学者, 较早便涉足危险行为领域的相关研究, 其中最早可追溯至陈泽霖关于幼儿危险行为的研究, 为该领域的起步做出了重要贡献。随着危险行为相关研究的不断发展, 更多学者将目光转移到此领域, 如季成叶、林鹏、罗春燕等。他们与陈琳、钟慧彦、朱晓艳等为代表的科研团体纷纷加入到危险行为领域的相关研究中, 形成了广泛的合作网络, 并共同推动了危险行为领域研究的快速发展。
同时, 随着时间的迁移, 各位专家、学者间的交流与合作也越发密切。吴尊友、刘伟等[16]通过合著《社区多资源参与的减少吸毒人群HIV感染危险行为干预模式及效果研究》, 共同形成以研究艾滋病为主题的合作团队, 并促成了所属两大团队的融合。以季成叶、吴尊友为核心的科研团队又联合陶芳标等学者直接或间接形成了更为庞大和复杂的合作网络, 共同成为危险行为领域研究的主力军。
通过对关键词共现进行图谱分析, 可找到该领域的研究热点与发展趋势。继基础词汇“危险行为”后, “艾滋病”作为一种严重威胁人类健康的危险因素出现频次最高, 不仅说明在危险行为领域诸多研究以此为研究方向, 同时也说明该疾病的发生与个体行为密切相关。“学生”及“青少年”在研究人群中出现频次最高, 成为最受关注的研究人群, 这也再次体现了国家、社会及各类科研机构对该群体的高度关注与重视。在干预方案中, 以“健康教育”出现频次最高, 表明针对危险行为的干预手段仍集中在传统的“健康教育”类方法上, 而如今比较流行的干预方式如健康管理等应用较少[17]。此外, “调查”、“对比研究”等作为危险行为的主要研究方法与途径, 出现频次也相对较高, 表明此类研究仍是该领域的常规研究方式。
值得注意的是, 与艾滋病关系紧密的主要研究人群主要为吸毒人员及青少年等社会群体, 而与在校学生密切相关的危险行为研究则主要集中在吸烟、饮酒、创伤和损伤等方面, 这也体现了危险行为的研究需与研究人群的属性划分相适应。
通过对机构合作进行分析, 进一步了解了危险行为领域的研究机构组成与分布情况。高文献产出机构多为高等院校及各地疾病预防控制中心, 说明此类机构为危险行为研究的核心机构。从地域分布来看, 北京地区发文量最高, 安徽、广东、江苏、福建、浙江、上海等东部沿海地区发文量紧随其后, 而中西部省份的文献产出则十分有限。北京等地拥有良好的经济基础和雄厚的科研实力, 反之中西部地域受经济条件等影响, 研究相对较少, 存在明显的地域差异。从合作角度来看, 机构间的合作程度显著低于作者间的合作, 各机构之间的合作十分有限且关系简单, 缺乏跨机构、跨区域的科研合作。该领域的领跑者应充分利用自身的优势, 发挥好带头作用, 扩大交流合作区域, 带动周边地区共同发展, 中西部地区学者团体应积极参与到该领域的研究中来, 从而使危险行为的研究结果惠及各地人民, 提高整体健康水平。
科学可视化 篇5
目前,国家电网公司正在推行变电站无人值守或少人值守,变电站实现无人值守后,即使变电站内有1～2名值班人员,他们的职责在这个大形势下一般也仅限于变电站内的安全值守,更多的变电站则完全没有人[1]。在这种背景下,开展变电修试二次设备可视化工程是一项势在必行的工作。另外,在日常管理工作中,在进行对二次设备的管理和统计工作上,用该工程也能够大大节省时间,起到事半功倍的效果。
1 工程的背景和概述
由于电网中运行的部分变电站运行时间较长,大多数变电站都进行了多次技改和大修工程,使各站的二次设备的基础数据不是很完善,部分二次设备的信息也不是十分准确。为确保能够比较系统、全面、准确的掌握二次设备的基本信息,锦州分部结合春、秋检作业,将所维护500 kV变电站的二次设备进行一次全面、系统的整理和统计,掌握准确的现场设备的第一手资料。本次对二次设备的整理和统计工作,在以往的使用常规文档或表格统计的基础上,增加了更加直观和形象化的图片元素,并通过超链接等技术手段,实现了二次设备科学规范的统计,达到了图文并茂效果,使二次设备的相关信息和资料等实现了“可视化”。
2 工程的目标
按照现行的运维体制,二次专业人员在变电站内没有作业任务时,不需要每天去变电站进行值守。在变电站,特别是无人值守的变电站发生二次设备异常时,由于现场不能及时反馈二次设备的型号和版本等相关信息,需要二次专业人员到现场再进行查看,可能会延误二次设备异常处理的时间。有效利用二次设备可视化工程,对于现场二次设备的情况,工作人员可以“足不出户”,及时调阅装置的相关信息,可以在第一时间对装置的异常进行初步判断,制定相应的处理预案和措施,能够大大节省异常处理的时间。
同时,对于二次设备相关信息的统计和整理工作,工作人员无需到各个现场去实际勘察设备,利用该工程就可以轻松调阅所有二次设备的资料,大大提高了工作效率,节省了大量的人力和物力。此外,随着状态检修在电力系统一次设备中的广泛应用,二次设备状态检修工作的也引起了业界的高度重视[2],二次设备可视化工程是实现状态检修的必要基础。
3 工程的实施
变电修试二次设备可视化工程共分为三个阶段。第一阶段是在对现场二次设备进行详细调查的基础上,以现场二次设备的实际位置为依据,绘制二次设备平面布置图,图中详细标注二次设备的名称和屏位编号。第二阶段是对所有二次设备进行高清拍照,每个二次设备的高清照片包括屏眉、装置型号、压板和空开等,有条件的设备还包括控保装置的版本号和出场校验码等,将装置的一切能够以照片反映的信息全部进行拍照。第三阶段是将每个装置的高清照片与二次设备的平面布置图进行超链接,使整个二次设备能够实现宏观和微观的有机结合和统一。
3.1 绘制二次设备平面布置图
目前,各个变电站都绘制了一次系统接线图,在图中对一次设备的安装位置、线路名称等一次设备信息进行了详细汇总。但是,图中对于二次设备的描述几乎很少或没有涉及。锦州分部二次专业在开展此项工程之初,先进行了二次设备平面布置图的绘制工作。在绘制之前,该分部人员对各站现场运行的二次设备进行了详细的调查,并严格以现场二次设备的实际位置为依据,绘制了各站的二次设备平面布置图。图1所示为沙河营变电站500 kV2号保护小室。沙河营变电站500 kV2号保护小室。
如图1所示,每张二次设备平面布置图上详细绘制了的二次设备的实际位置、设备名称和设备型号等信息,并人性化地增添了方向指示标、屏位标号和各保护设备所用CT二次卷等内容,为二次专业办理工作票、查找二次设备的准确位置等工作提供了可靠的数据支撑。二次设备平面布置图是对变电站一次系统接线图的补充和拓展,也为二次设备可视化工程第二阶段拍摄的高清照片的宏观归类,提供了数据平台。
3.2拍摄二次设备多组高清照片
此工程的重点和难点工作是给二次设备拍摄高清照片。二次设备的型号各异,数量较多,分别安装在主控室、保护小室和自动化室等多个地点;同时,需要拍摄的内容也较多,包括屏眉、装置型号、压板和空开等,有条件的设备还包括控保装置的版本号和出场校验码等。要想能够清楚的发映出装置的各类信息,包括装置压板上、装置面板上等各类文字信息,除了需要使用较好照相机外,在拍摄手法和拍摄内容上也需要下很多功夫。
3.2.1 拍摄设备
拍摄高清照片需要使用专业的单反高像素照相机。使用普通的卡片照相机所拍摄的照片,无论是从像素上还是拍摄效果上,都不能达到所需的要求。以保护屏的压板信息为例,使用高清晰度的照片将该保护装置的所有压板名称及状态全部拍摄下来。当需要了解某个压板的详细名称及状态时,只需将照片相应位置不断放大,即可清楚、直观地查看到所需的信息。
3.2.2 拍摄内容
若想真正做到“足不出户”就能够“身临其境”的了解二次设备的全部信息,必须从二次设备拍摄内容上下功夫。关于二次设备的拍摄内容,大到保护装置的屏眉、空开和装置类型等,小到装置的压板信息、版本号、程序校验码和出场合格证等,但凡是装置的一切能够以照片反映的信息全部在拍摄范围之内。
下面,以500 kV燕南变电站220 kV燕建1号线2252第二套纵联保护屏为例,简要说明一下此工程中进行的二次设备拍摄的相关内容,从整体到局部共需要6张以上高清照片。1)保护屏的正面整体宏观图,反映保护屏中各装置的整体布局,以及保护装置的屏眉名称;2)保护屏中各装置的正面分解图,可以详细查看各装置的型号和面板布局,以及各装置配套的把手和按钮等相关部件;3)保护屏的相关信息,包括保护屏的生产合格证、产品型号、产品规格和合同号等相关资料;4)保护装置的压板信息图,可以轻松查看任何压板的位置、名称和状态等;5)为保护屏中各装置的背面分解图,在图中可以详细查看各装置的背板布局和接线,以及各装置中所用插件的位置和型号等信息;6)保护屏背面图,包括装置背面屏眉以及各空开的名称和状态等。综上所述,通过一组二次设备的高清照片,可以真实展现出二次设备几乎所有的相关信息,真正达到了“足不出户”而“身临其境”。当二次设备发生异常,或需要统计相关资料时,利用这些高清照片,就可以及时、准确地调阅装置的相关信息,极大地提高了工作效率。
3.3 二次设备照片的科学归类
在工程的第二阶段中,对每个二次设备都进行了拍摄高清照片工作。对于大量照片如何进行科学、规范的归类,是本工程的一个亮点和创新。
本工程中,对于照片的归类采取了将每个装置的高清照片与二次设备平面布置图进行超链接的方式,将大量杂乱无章的高清照片进行科学、规范的归类,即便于管理和调阅,同时真正实现了二次设备宏观和微观在形式和内容上的完美结合和统一。
4 工程的成果
实施变电修试二次设备可视化工程,虽然需要花费大量的时间和精力,但是该工程的实用性和可操作性却是无可比拟的。有效利用该工程,可以极大地提高管理效率和管理精度,为二次设备的查找、统计,以及二次设备的异常处理和事故分析等各项工作,提供了一种更加方便、快捷和高效的管理手段。
下面,简要演示一下该工程具体应用过程。
假设500 kV燕南变电站220 kV燕建1号线2252第二套纵联保护屏管理版发生异常,需要更换装置的管理版。
在进行该装置的异常处理工作之前,需要先了解该装置管理版的软件版本和硬件型号,以便准备相应的备品备件。这时,可以利用变电修试二次设备可视化工程的成果,在去现场之前,及时调阅该装置的相关信息。
首先,打开变电修试二次设备可视化工程相关资料,找到该设备所在的变电站的二次设备平面布置图。
然后,进入燕南变电站二次设备平面布置图,找到该设备所在保护小室的二次设备平面布置图。如图2所示。
接下来,利用超链接,打开相关设备高清图片所在的文件夹。通过查找相关图片找到所需信息。在查找的过程中,也可以将图片相应放大,以便达到较清晰的效果。如图3、4所示。
通过上述演示过程可以看出,有效利用变电修试二次设备可视化工程的成果,工作人员可以“足不出户”,及时调阅装置的相关信息,能够在第一时间了解和掌握装置的基本情况,可以及时准备异常处理所需的备品备件,并制定相应的处理预案和措施等;同时,取消了工作人员到现场查看设备的工作流程,大大节省了时间,也减少了去现场行车的安全风险和费用,在取得较好经济效益的同时,还有效提高了工作效率。
5 推广应用价值
目前,变电修试二次设备可视化工程的成果,在锦州分部二次专业刚刚开始使用,已经取得了较好的应用效果。从使用的效果来看,该工程值得在其他单位二次专业进行推广。虽然笔者没有从事过变电修试一次专业的相关工作,但是该工程的相关作法,在一次专业可能也存在推广和应用的价值。
6 结语
变电修试二次设备可视化工程的实用性等问题,在本文前面已经进行了详细阐述,在此不再累述。下面主要说明一下目前此工程存在的问题和需要改进的方向。
6.1 二次设备的高清照片需要不断更新
变电修试二次设备可视化工程是一项动态管理的工作,并非一劳永逸、一成不变的。二次设备更换或保护装置程序升级后,需要重新对新的二次设备或保护程序版本进行拍摄高清照片。只有不断完善和更新,才能够保证该工程中二次设备信息的准确性,才能够真正的发挥该工程的作用。
6.2 装置端子排接线
由于设计院为每个二次设备都绘制了原理图、端子排接线图等,本工程中没有对二次设备的端子排接线进行拍摄。对于二次设备的原理图、端子排接线图等,建议开展图纸微机化工程,与此工程结合应用、相互补充,以达到更好的效果。
摘要：辽宁省电力有限公司检修分公司锦州运维分部二次专业开展的变电修试二次设备可视化工程,是对二次设备管理上的一次大胆创新和有益尝试。该工程中的绘制二次设备平面布置图工作,为二次专业办理工作票、查找二次设备的准确位置等工作提供了可靠的数据支撑。
关键词：变电修试,二次设备,管理
参考文献
[1]陈志军.国内外变电站无人值守的比较与思考[J].广东电力,2006,19,(1):35-38.