研究及应用

研究及应用（共12篇）

研究及应用 篇1

摘要：在进行定量分析时, 最小二乘法已经成为一种可信赖的工具。但是运用最小二乘法的条件比较高, 在实际问题中, 完全满足条件的情况并不多见, 那么在应用时就难以得到无偏的、有效的参数估计量。针对上述问题, 以OILPLUS公司取暖用燃油消耗的分布为主要研究对象, 在进行参数估计时, 应用百分位数回归方法, 既可以看到采用百分位数回归方法与采用最小二乘法得到的模型显著不同, 又可以得到比最小二乘法更为丰富的信息。

关键词：百分位数回归方法,最小二乘法,取暖用燃油消耗的分布

一、问题的提出

通常的线性回归模型用于描述自变量对因变量均值的影响。但是在许多时候, 仅仅描述自变量对均值的影响是不够的。更一般的理想模型应该能够描述给定自变量下, 因变量的条件分布。因为有了条件分布, 我们就能够全面了解因变量对自变量的依赖关系。正是基于这一思想, 引入百分位数回归, 该方法被公认为是统计研究领域的一个重要突破。

二、百分位数回归方法

假设因变量为Y, k个解释变量为X1, X2…, Xk则τ分位数回归模型:

参数β0 (τ) , β1 (τ) , …, βk (τ) 依赖于参数τ, 表示参数可以随着分位数不同而变化。若记X= (X1, X2…, Xk) ′, β (τ) = (β0 (τ) , β1 (τ) , …, βk (τ) ) ′, 样本为 (Yi, Xi) , i=1, 2, …n。那么模型 (1) 中的参数可以通过下面的式子得到:

τ可以取0～1之间的任何值。实际上, 最小绝对偏差法估计的值就是回归分位数在τ=0.5时的一个特例。因此, 我们又称最小绝对值法为中位数回归法 (Median Regression) 。最小绝对值法适用于各类残差的分布类型, 特别适合于具有重尾分布或是在中位数附近有较大密度的分布 (如Cauchy分布, Laplace分布) , 是一种较最小二乘法更稳健, 有效的回归分析方法。

三、实证研究

下面通过OILPLUS公司取暖用燃油消耗的数据集, 揭示除平均值以外的更多信息, 以展示分位数回归的魅力。从1989年8月至1994年2月的数据可以看出OILPLUS公司的客户连续55个月的取暖用燃油消耗和平均月温度。基于这些数据, 图1取暖用燃油消耗和平均月温度的散点图。正如一般的认识所揭示的那样, 这个散点图表明了取暖用燃油消耗和平均月温度之间的关系。其中x代表平均月温度, y代表取暖用燃油消耗。

在统计软件stata上, 对数据集进行统计分析, 可选择输出许多结果 (见下页图2) 。在下页图2中, 按从上到下的顺序算起, 第5条直线表示的是最小二乘法得到的回归直线, 其余直线, 从上到下, 它们的值τ依次是:0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1。

下页图2说明了平均月温度对取暖用燃油消耗的影响程度, 揭示了取暖用燃油消耗和平均月温度之间的相关关系:取暖用燃油消耗随平均月温度升高而降低。众所周知, 当气温回升时, 人们对取暖的需求降低, 取暖用燃油消耗就相应减少;当气温降低时, 人们对取暖的需求升高, 取暖用燃油消耗就相应增加。

从下页图2中可以看到随着分位数变化, 各回归系数产生显著变化, 与常用的普通最小二乘法回归的系数形成鲜明的对比, 这表明, 取暖用燃油消耗与平均月温度之间的关系并不像普通最小二乘法揭示的那么简单, 而是在不同的平均月温度下具有不同的依赖形式。

不同τ值的分位数回归直线之间的间隙先宽后窄, 说明了平均月温度低时的取暖用燃油消耗分布比平均月温度高时更分散, 也就是说平均月温度高时对取暖用燃油消耗的分布影响不大, 平均月温度低时对取暖用燃油消耗的分布影响显著。随着分位数增加, 回归系数减少, 表明取暖用燃油消耗与平均月温度的负相关关系更强。

中位数回归直线一直位于最小二乘法所得到的回归直线之下, 说明了取暖用燃油消耗是右偏的:分位数回归直线左侧之间间隙较宽, 寓示了数据点比较稀疏且拖尾;而分位数回归直线右侧之间间隙较窄, 寓示了数据点密集。从图2还可以清楚地看出, 中位数回归直线的位置和由最小二乘法得到的线性回归直线的位置显著不同, 这说明了条件密度的不对称性, 也说明了此时最小二乘法显然受到异常点的影响较大, 它的这种不稳健性的后果, 常常高估了取暖用燃油消耗。

四、结论

从这个实例可以看出, 分位数分解方法有以下几个优点:首先, 分位数分解克服了传统OLS回归的缺陷, 允许解释变量的系数随着分位数的变化而变化, 不再是一个常数。均值只是分布的一个方面, 使用QR可以提炼出更多的信息。QR实际上是估计取暖用燃油消耗分布的逆函数, 通过QR可以得到任何一个分位点的取暖用燃油消耗数值的方程, 如取暖用燃油消耗的中位数、10分位数、90分位数等。其次, QR分解不仅可以研究方程中系数变化对取暖用的燃油消耗的影响, 还可以解释变量分布的变化对取暖用的燃油消耗的影响。传统的OLS方法只能研究解释变量平均值对取暖用的燃油消耗的影响。

分位数回归的理论从提出至今已有三十年, 分位数回归是最小二乘法的有益补充, 并已逐渐成为一种估计条件分位数函数的标准的统计方法。

参考文献

[1]王震.基于分位数回归分解农民工性别工资差异研究[J].世界经济文汇, 2010, (3) :35-38.

[2]齐晓丽, 金善女.基于面板数据的分位数回归及实证研究[J].河北工业大学学报, 2010, (3) :98-101.

[3]蔡超.基于分位数回归的中国保险需求分析[J].山东工商学院学报, 2012, (26) :102-105.

[4]苏瑜, 万宇艳.分位数回归的思想与简单应用[J].统计教育, 2009, (10) :58-61.

[5]陈建宝, 丁军军.分位数回归技术综述[J].统计与信息论坛, 2008, (3) :89-96.

研究及应用 篇2

摘要 本文主要介绍了遗传算法的基本概念和基本原理，分析说明了遗传算法应用领域，指出了遗传算法在应用中的几个关键问题，同时简要介绍了遗传算法研究新动向及存在的问题。

关键词 遗传算法；编码机制；遗传算子；适应度函数

一、遗传算法的基本原理

遗传算法类似于自然进化，通过作用于染色体上基因寻找最好的染色体来求解问题。与自然界相似，遗传算法对求解问题的本身一无所知，它所需要的仅是对遗传算法所产生的染色体有更多的繁殖机会。在遗传算法中，通过随机方式产生若干个所求解问题的数字编码，即染色体，形成初始种群；通过适应度函数给每个个体一个数值评价，淘汰低适应度的个体，选择高适应度的个体参加遗传操作，经过遗传操作后的个体集合成下一代新的种群，对这个新种群进行下一轮进化[1]。

二、遗传算法的应用

遗传算法在应用中最关键的问题有如下3 个[2-3]。

（1）串的编码方式。本质是问题编码。一般把问题的各种参数用二进制编码，构成子串；然后把子串拼接构成“染色体”串。串长度及编码形式对算法收敛影响极大。

（2）适应函数的确定。适应函数（fitness function）也称对象函数（object function），这是问题求解品质的测量函数；往往也称为问题的“环境”。一般可以把问题的模型函数作为对象函数；但有时需要另行构造。

（3）遗传算法自身参数设定。遗传算法自身参数有3 个，即群体大小n、交叉概率Pc 和变异概率Pm。群体大小n 太小时难以求出最优解，太大则增长收敛时间。一般n＝30-160。交叉概率Pc 太小时难以向前搜索，太大则容易破坏高适应值的结构。一般取Pc=0.25-0.75。变异概率Pm太小时难以产生新的基因结构，太大使遗传算法成了单纯的随机搜索。一般取Pm＝0．01-0．2。

遗传算法的主要应用领域[4-5]在于函数优化（非线性、多模型、多目标等），机器人学（移动机器人路径规划、关节机器人运动轨迹规划、细胞机器人的结构优化等），控制（瓦斯管道控制、防避导弹控制、机器人控制等），规划（生产规划、并行机任务分配等），设计（VLSI 布局、通信网络设计、喷气发动机设计等），组合优化（TSP 问题、背包问题、图分划问题等），图像处理（模式识别、特征提取、图像恢复等），信号处理（滤波器设计等），人工生命（生命的遗传进化等）。

三、遗传算法的研究新动向（1）基于遗传算法的机器学习

这一新的研究方向把遗传算法从历史离散的搜索空间的优化搜索算法扩展到具有独特的规则生成功能崭新的机器学习算法。这一新的学习机制对于解决人工智能中知识获取和知识优化精炼的瓶颈难题带来了希望。遗传算法作为一种搜索算法从一开始就与机器学习有着密切联系。分类器系统CS-1 是GA 的创立Holland 教授等实现的第一个基于遗传算法的机器学习系统。分类器系统在很多领域都得到了应用。例如，分类器系统在学习式多机器人路径规划系统中得到了成功应用；Goldberg 研究了用分类器系统来学习控制一个煤气管道仿真系统；Wilson 研究了一种用于协调可移动式视频摄像机的感知运动的分类器系统等。（2）遗传算法与其他计算智能方法的相互渗透和结合

遗传算法正日益和神经网络、模糊推理以及混沌理论等其它智能计算方法相互渗透和结合，以达到取长补短的作用。近年来在这方面已经取得了不少研究成果，并形成了“计算智能”的研究领域，这对开拓21 世纪中新的智能计算技术具有重要意义。GA 的出现使神经网络的训练（包括连接权系数的优化、网络空间结构的优化和网络的学习规划优化）有了一个崭新的面貌，目标函数既不要求连续，也不要求可微，仅要求该问题可计算，而且搜索始终遍及整个解空间，因此容易得到全局最优解。（3）并行处理的遗传算法

并行处理的遗传算法的研究不仅是遗传算法本身的发展，而且对于新一代智能计算机体系结构的研究都是十分重要的。GA 在操作上具有高度的并行性，许多研究人员都在探索在并行机上高效执行GA 的策略。研究表明，只要通过保持多个群体和恰当地控制群体间的相互作用来模拟并执行过程，即使不使用并行计算机，我们也能提高算法的执行效率。在并GA 的研究方面，一些并GA 模型已经被人们在具体的并行机上执行了；并行GA 可分为两类：一类是粗粒度并行GA，主要开发群体间的并行性；另一类是细粒GA，主要开发一个群体中的并行性。（4）遗传算法与人工生命的渗透

人工生命是用计算机、机械等人工媒体模拟或构造出的具有自然生物系统特有行为的人造系统，人工生命与遗传算法有着密切的关系，基于遗传算法的进化模型是研究人工生命现象的重要理论基础。虽然人工生命的研究尚处于启蒙阶段，但遗传算法已在其进化模型、学习模型、行为模型、自组织模型等方面显示出了初步的应用能力，并且必将得到更为深入的应用和发展。人工生命与遗传算法相辅相成，遗传算法为人工生命的研究提供了一个有效的工具，人工生命的研究也必将促进遗传算法的进一步发展。（5）遗传算法与进化规则及进化策略的结合

遗传算法、进化规则及进化策略是演化计算的3 个主要分支，这3 种典型的进化算法都以自然界中生物的进化过程为自适应全局优化搜索过程的借鉴对象，所以三者之间有较大的相似性；另一方面，这3 种算法又是从不完全相同的角度出发来模拟生物进化过程，分别是依据不同的生物进化背景、不同的生物进化机制而开发出来的，所以三者之间也有一些差异。随着各种进化计算方法之间相互交流深入，以及对各种进化算法机理研究的进展，要严格地区分它们既不可能、也没有必要。在进化计算领域内更重要的工作是生物进化机制，构造性能更加优良、适应面更加广泛的进化算法。

参考文献

研究及应用 篇3

关键词：中部槽；超高强耐磨钢；应用研究

在当今社会，煤炭行业的发展日新月异，相应的煤机制造业所面临的竞争也愈发激烈。回顾上世纪六七十年代我国煤矿机械工业方面的发展水平，整体呈现出较为低迷的状态，中部槽的最大槽宽也只有630mm，其槽帮还是轧制成型的。在二十一世纪以后，我国的发展水平逐渐可以与国际上同行的水平相媲美，但在实际的使用过程当中部分中部槽还存在着许多焊接失效的问题，而这些问题的存在大大影响了设备的整体质量，严重降低了中部槽的使用寿命。是以，我们需要对如今的生产工艺进行充分的改进和完善。

一、中部槽焊接工艺技术的研究意义

通过对相关行业发展趋势的研究我们可以发现，大型煤炭井下综合采煤设备的出现是煤机行业发展的必由之路。然而，有一点值得注意的是煤炭工业的有效建设必须以煤矿机械强有力的制造能力作为支撑，由此观之，结构件焊接工艺技术的研究与改进就具有相当的必要性。一直以来，作为刮板输送机的重要部件，中部槽位于输送机的中部，据统计，几乎每一台输送机设备都含有超过100节的中部槽，因此按产量来说，其应该归纳入批量生产的行列，总数已占到了整台输送机的80%之多。毫不夸张地说，中部槽是整套设备的脊梁，因此，对于整套设备而言，中部槽的可靠性与耐磨性能具有十分重要的作用。从中我们可以看到，唯有提高槽帮与中板及封底板间的焊缝质量才能够有效提高整个采煤系统的使用寿命。

二、中部槽常见焊接缺陷简述

（一）中部槽常见焊接缺陷

在实际的焊接过程当中，作为一个合格的焊接接头是不应该有缺陷的，但实际上，由于焊接过程中各种操作上的失误或者不可避免的因素，往往会出现种类繁多的焊接缺陷，例如夹渣、气孔、裂纹、未焊透等。归结起来，导致以上缺陷产生的主要原因是焊接技术的落后以及焊接参数的不合理。是以，在实际的焊接过程中应额外注意，尽量避免此类现象的出现。

（二）常见焊接缺陷的分类

通常意义上，我们将焊接裂纹视为机械工程结构中危害最大的缺陷，因此，凡是能被探测出来的裂纹都应该想办法进行消灭。而今，随着工业的发展，断裂力学在焊接产品当中也得到了广泛的应用，因此，在某些特定的条件下，某些尺寸的裂纹是可以被允许存在的，但是对于其在焊件当中造成的问题还是没有得到实际的解决，由此我们不难看出预防焊接构件当中所产生的焊接裂纹具有一定的必要性。

按照裂纹产生的本质，焊接裂纹可以主要分为以下几类：再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。热裂纹产生于高温环境之下，主要沿奥氏体晶界开裂；而冷裂纹则是指在相当低的温度范围内，在相关应力、淬硬组织及氢的作用下在焊接接头所产生的裂纹；此外，层状撕裂的产生是由于轧制钢材内部的夹杂分层物在焊接的过程中会产生与轧制方向相垂直的应力，在这样的情况下所产生的焊接热使得相关区域产生台阶状的撕裂。

（三）中部槽常见裂纹的有效预防措施

为了防止裂纹的产生，预防槽体裂纹的生产就需要采取正确的焊接工艺，其具体的有效预防措施可以主要归纳为以下几点：其一，在满足基本前提的情况之下，应该使用韧性较强的焊接材料，对焊丝、钢板坡口的铁锈等污渍要进行彻底的清洗；其次，要控制热量的输入，基于焊接接头韧性足够的前提之下，可以适当提高热输入，增大冷却时间，提高氢气的逸出率，从而在一定程度上预防裂纹的产生；此外，合理的预热可以增大热循环的发生范围，而较低的温度参数能够便于氢气的扩散逸出；最后，相关管理人员应该加强对于施工工艺的管理措施，施工人员也应该按照相关施工工艺严格执行每一项施工步骤。

三、中部槽焊接变形分析

（一）中部槽焊接变形所带来的实际问题

在实际的生产过程中，在对中部槽进行焊接后常常会出现许多焊接变形的情况，究其原因，主要是因为中板上拱与槽口上下尺寸不匹配。前面已经提到，中部槽构件焊接工艺的质量水平会对整项工艺流程造成直接影响，导致构件的外形尺寸与所要求的尺寸精度相差甚远，使得其批量生产的构件对接口出错率高，整体运转将产生很大的噪音。此外，对于焊接变形后续的矫正焊接还会在一定程度上增加生产成本，对于机械加工以及装配等工序的难度也有有所增加。而变形后的焊接产品会降低中部槽的承载能力，使得产品的稳定性受到不同程度的影响。

（二）中部槽焊接变形的实际产生原因

中部槽焊接变形的实际产生原因可以归咎为：产品结构因素、应力变形以及外力变形等。产品结构因素主要是指产品自身的结构与尺寸而使得焊接变形现象的出现。而应力变形则是指对于整个结构件而言的非均匀的加热过程，热源集中于中间部位，使周围受热不均匀，而产生了压缩塑性变形。

四、结束语

综上所述，本文主要对刮板输送机中部槽的焊接工艺技术进行的分析与论述，并就其成因、所产生的缺陷以及有效的预防措施进行了相关阐述，希望能对其焊接工艺技术的提升有所帮助。此外，通过对中部槽焊接工艺技术的具体研究我们发现其中还存在着许多的问题，针对其具体的实际问题，相关工作人员应给予一定的重视并提高自身的焊接技术以使焊接工艺得到不断的提升，从而有效提高焊接生产的工作效率以及经济效益。

參考文献：

茶油加工及综合应用研究 篇4

关键词：茶油,营养,加工工艺,开发应用

油茶(Camellia oleifera Abel)系山茶科山茶属植物,起源于中国,具有悠久的栽培历史,与油棕、橄榄、椰子并称为世界四大木本食用油源树种之一,是我国重要的木本油料树种[1],广泛分布于我国南方的15个省的丘陵地区,尤以广西、湖南、江西、云南等地最多。其生长远离化肥和农药等的污染,故从其种子中提取的油脂是绿色食用植物油。由于其脂肪酸组成与世界著名的优质食用油———橄榄油的脂肪酸组成十分相似,而且不含有强致癌物质黄曲霉毒素,以及芥酸、皂素和棉酚等对人体有害的物质,有预防和治疗高血压、冠心病、动脉粥样硬化等心血管疾病的功效,茶油因此又有“东方橄榄油”的美誉[2]。目前全国茶油年产量约10万t,约有2亿人口食用茶油。

1 茶油的理化特征

油茶籽含油量高达35%,茶油中不饱和脂肪酸(主要是油酸和亚油酸)含量超过80%,具有很高的营养价值。茶油的物理化学性质及油脂特性与高级食用油橄榄油极为相似。由表1可以看出,其烟点高,油烟污染少;耐高温,加热到150℃也不会产生苯并笓等有害物质;凝固点低;碘值较低,在空气中不易氧化,保质期长[3]。

人们日常食用的油脂中,茶油亚油酸含量比例最为合适,非常适用于心脏病、血管硬化和高血压患者食用。茶油有其特有的清香,生育酚的含量低于其他植物油,又不含难以被人体消化吸收和对人体有害的成分。

2 茶油的制取与加工

榨油技术水平的高低,直接关系到茶籽的出油率,影响茶籽油的质量。为此,下面将压榨法制备茶油的工艺介绍如下[4,5,6]。

2.1 烘干

将油茶籽烘干,使其水分不<5%,以免籽壳疲软不易破碎,压榨易泻料,对出油率产生影响。

2.2 除壳

烘干后的茶籽要先清理杂物、皮壳,否则种皮和仁壳中的有色物质会混入油中使之呈深色,且使油品质量下降。由于茶壳重量占茶仁的1/3,如带壳榨油,其将吸去一部分油,为此,要将壳仁分离,去掉茶籽壳的80%左右,否则会增加油饼残油率[7,8,9,10]。

2.3 轧坯

将粗种仁轧成小颗粒,使茶籽大小均匀,便于油分子流出。

2.4 蒸炒

蒸炒是压榨前一道关键性的工序。首先用大火蒸1.0~1.5h,其有利于减少油分子间引力,使油分子表面张力降低,粘度下降,细胞膜破裂,料坯的可塑性增加,手捏成团,料坯处于最适宜油分流出的状态。

2.5 做饼、压榨

料坯蒸好后,将种仁制成豆饼,将热种仁上机压榨然后装进榨笼进行压榨,这样一次性装榨法能保持饼块的湿度,有利于提高出油率。压榨时可分为3个阶段,一是轻压,二是采用勤压、轻压的方法,三是采用高压方法在合理的压力和时间下将茶油榨出[6]。

3 茶油的应用

3.1 营养保健用油

茶油是一种优质食用油,对人体有营养保健之功效,如孕妇食用茶油对胎儿的正常发育十分有益,婴幼儿及儿童食用茶油可利气、通便、清火、助消化,对促进骨骼等生长发育很有帮助。老年人食用茶油可以去火、养颜、明目、乌发、延缓衰老,健康长寿。

茶油含有较多的不饱和脂肪酸,具有降低血液中胆固醇、预防心血管疾病与抑制肿瘤的作用,茶油是高血压、心脏病、动脉粥样硬化、高血脂患者的理想保健营养油脂[11]。茶油中亚油酸、亚麻酸的比例是人体所需要的比例。此外,茶油中含有较多的油酸,既容易被人体吸收,又不易氧化沉积于体内,比多不饱和脂肪酸更安全,称为安全脂肪酸[12],为健康之首选。

3.2 茶油的药用作用

《本草纲目》记载:“茶油性偏凉,有凉血、止血、清热、解毒、驱虫、益肠胃、明目之功效,主治肝血亏损”。民间用茶油治疗烫伤、烧伤以及防治辍裂、疥疮、皮炎和湿疹等。江西茶油产区的婴幼儿刚生下来,就要用茶油涂全身以防湿疹。老年人浴后也常用茶油擦身,可预防冬季皮肤疹痒[9]。医学研究证明,茶油很多特性使它在医药行业应用极为广泛,如预防血管硬化和脆化、具有较强的抗氧化性能、清除自由基、保护免疫系统等[3]。

3.3 化妆品

茶油是化妆品常用的植物油之一。在我国民间茶油更是妇女最佳的养颜美容品。由于茶油对310nm波长处的中波紫外线(UVB)有很强的吸收,可作为一种优质的天然高级美容护肤品。因此,茶油在功能性化妆品中扮演着重要角色。

3.4 化工行业的应用

茶油中含油酸脂约80%,在工业上可用酶促水解制取油酸及其脂类。同时,精炼茶油时,其中脂肪酸等游离酸类达15%左右,可以分离出来生产相关的产品。

4 茶油的发展前景

茶油符合现代饮食追求的“天然、营养、安全、保健”的新时尚,具有广阔的市场前景。长期食用不仅可以预防心血管疾病,而且对其他疾病也有一定的治疗作用。在美国,心血管疾病的死亡率占首位,在我国居第二,所以茶油日益受消费者青睐。随着对茶油营养保健价值、经济价值的进一步认识和茶油系列产品的深度开发,茶油及油茶产业将成为推动我国茶油产地地方经济发展的又一支柱产业,同时发展油茶生产还可以绿化荒山,起到水土保持的作用。相信随着进一步开发,我国茶油生产一定会得到长足发展,同时也会带来巨大的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]马力,陈永忠.茶油的功能特性分析[J].中国农学通报,2009,25(8):82-84.

[2]孟维,李湘洲,吴志平.茶油的精制方法研究进展[J].食品科技,2009,34(12):196-201.

[3]周金沙,刘红梅.油茶籽的综合利用现状及前景分析[J].农产品加工(学刊),2006(7):58-61.

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[6]毕先江.浅谈油茶籽的加工[J].中国油脂,2003,28(9):59-60.

[7]赵谋明.植物油脂理化特性及调和油加工技术研究[J].华南理工大学学报(自然科学版),1996(8):121-126.

[8]王丽霞,庞杰,陆蒸.茶油的加工和利用[J].粮油食品科技,2004,12(3):33-36.

[9]刘东风,陈木赠.茶籽油的开发与加工[J].福州大学学报(自然科学版),2002(11):732-732.

[10]邓小莲,谢光盛.漫话茶油[J].中国民间疗法,2005,13(10):6-7.

[11]NYMAN M E.In vivo effects of phytic acid and polyphenols on bioavailability of polysaccharides and othe nutritents[J].Food science,1989,54(5):133.

石墨烯研究现状及应用前景 篇5

崔志强

（重庆文理学院材料与化工学院，重庆

永川

402160）

摘要：近几年来, 石墨烯材料以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了轰动。本文引用大量最新的参考文献,阐述了石墨烯的制备方法如机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法、石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法等，分析了各种制备方法的优缺点。论述了石墨烯材料在透明电极、传感器、超级电容器、能源储存、复合材料等方面的应用，同时简要分析了石墨烯材料研究的现实意义，展望了其未来的发展前景。

关键词：石墨烯材料；制备方法；现实意义；发展现状；应用前景 中图分类号: TQ323

文献标识码:A

文章编号:

Research status and application prospect of graphene materials

Cui Zhiqiang(Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160)Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties.Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods.This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development.Keywords: graphene materials;preparation methods;practical significance;development status;application prospect

0 引言

1985 年英美科学家发现富勒烯和1991 年日本物理学家Iijima 发现碳纳米管，加之英国曼彻斯特大学科学家于2004 年成功制备石墨烯之后，金刚石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳系材料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪”出不同形状的薄片，进一步就可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆叠成三维的石墨，如图1 所示。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科学领域的研究热点之一。2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5-6]

[4]

[3]

[1]

[2]之后，人们对石墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现。在不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料方面有着很高[7]的应用价值；由于它很低的电阻率和极大的载流子迁移率，人们很快发现了石墨烯在光电探测领域的潜能，并且认为将会是很具发展前途的材料之一。石墨烯材料的制备方法

1.1 石墨烯制备方法

目前，石墨烯的制备手段通常可以分为两种类型，化学方法和物理方法。物理方法，是从具有高晶格完备性的石墨或者类似的材料来获得，获得的石墨烯尺度都在80 nm 以上。而化学方法是通过小分子的合成或溶液分离的方法制备的，得到石墨烯尺度在10 nm 以下。物理方法包括：机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法；化学方法包括石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法。

这些制备方法有着各自的优缺点，如机械剥离法简单，可获得高品质的石墨烯，但重复性差、产量和产率很低;溶液液相剥离法制备过程简单且未破坏石墨烯面内原子结构，但该法效率低，而且单片层和多层石墨烯共存，很难将单片层石墨烯分离出来;外延生长法可制备得到大面积的单层石墨烯，但是该方法制备条件苛刻，需要高温和高真空，且石墨烯难从衬底上转移出来;化学气相沉积法制备的石墨烯具有较完整的晶体结构，石墨烯面积大，在透明电极和电子设备等领域表现出很明显的应用优势，但存在产量较低，成本偏高，石墨烯难转移等缺点。

对比上述方法，还原氧化石墨烯法是指先将石墨在强酸和强氧化剂作用下进行氧化，制备氧化石墨烯(GO)，然后再还原除去含氧官能团制备石墨烯

［8］

尽管还原氧化石墨烯法制备的石墨烯不能完全消除含氧官能团，制备的石墨烯存在缺陷和导电性差等缺点，但是其宏量和廉价制备为其在聚合物复合材料等宏量应用研究中提供了机会。1.2 石墨烯基复合材料的制备

由于薄层石墨烯片合成方法的潜力巨大、成本低廉，所以石墨烯片作为新兴填料在石墨烯复合材料上会有广泛的应用。将石墨烯与无机物、聚合物等复合可以形成石墨烯复合材料。因为石墨烯具有独特的优异性能，能够展示良好性能的石墨烯复合材料令人期待。Ｓ．Ｈ．Ｙｕ等

［9］

证实：在还原态石墨烯片上，通过在聚合醇中高温分解前驱体乙酰丙酮铁就可以成功合成磁性化还原态石墨烯。通过有效控制石墨烯片上的表面电荷密度和磁性纳米颗粒的尺寸就可以调节复合材料的磁性，其独特的性质使其在磁共振成像或蛋白质分离方面具有一定的应用潜力。目前，石墨烯基复合材料的制备方法主要有化学耦合法、原位还原－萃取分散技术、共沉淀法、催化还原反应

［10］

等。氧化石墨烯是结晶性高的石墨强力氧化后加水分解得到的化合物，与氟化石墨一样可以归类为有共价键的石墨层间化合物。氧化石墨烯片表面带有大量亲水性酸性官能团，具有良好的润湿性能和表面活性，从而使其能在稀碱水和纯水中分散，形成稳定的胶状悬浮液，这使得石墨烯与其他材料的复合形式多样化。如Graeme等［11］将TiO2吸附在氧化石墨烯上通过紫外线辅助的催化还原合成了TiO2－石墨烯纳米复合材［12］料；Nethravathi等通过氧化石墨烯与活性阴离子的复合，经还原制备了石墨烯－无机物纳米复合材料，说明氧化石墨烯的特殊结构使得石墨烯基复合材料的制备更容易以多样化的过程实现。

石墨烯复合材料的制备是目前石墨烯研究中的一大热点，因为虽然石墨烯本身的性能很好，但是与实际应用还有较大的距离，许多研究者希望通过石墨烯的复合达到在电学、电化学等领域实际应用的目的。石墨烯材料的应用研究

2.1 透明电极

工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡(ITO), 由于铟元素在地球上的含量有限, 价格昂贵,尤其是毒性很大, 使它的应用受到限制。作为炭质材料的新星, 石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料, 石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen 研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯, 薄膜电阻为900 , 透光率为70% , 薄膜被做成了染料太阳能电池的正极, 太阳能电池的能量转化效率为0.26%。2009 年, 该研究组采用乙炔做还原气和碳源, 采用高温还原方法制备了高电导率(1425S/ cm)的石墨烯,为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。

2.2 传感器

电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术, 涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现以后, 研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移, 这使它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen 等采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料, 在室温下可以检测到低浓度NO2 , 作者认为如果进一步提高石墨烯的质量, 则会提高传感器对气体检测的灵敏度。石墨烯在传感器方面表现出不同于其它材料的潜能, 使越来越多的医学家关注它, 目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。2.3 超级电容器

超级电容器是一个高效储存和传递能量的体系, 它具有功率密度大, 容量大, 使用寿命长, 经济环保等优点, 被广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯拥有高的比表面积和高的电导率, 不像多孔碳材料电极要依赖孔的分布, 这使它成为最有潜力的电极材料。Chen 等

[ 13]

以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率密度为10kW/ kg , 能量密度为28.5Wh/ kg , 最大比电容为205F/ g, 而且经过1200次循环充放电测试后还保留90% 的比电容, 拥有较长的循环寿命。石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受到更多的研究者关注。2.4 能源存储

众所周知, 材料吸附氢气量和其比表面积成正比, 石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点, 使其成为储氢材料的最佳候选者。希腊大学Fro udakis 等设计了新型3D 碳材料, 孔径尺寸可调, 他们将其称为石墨烯柱。当这种新型碳材料掺杂了锂原子时, 石墨烯柱的储氢量可达到6.1%(w t)。Ataca 等用钙原子(Ca)掺杂石墨烯, 利用第一性原理和从头算起的方法得到石墨烯被Ca 原子掺杂后储氢量约为8.4%(w t);他们还发现氢分子的键能适合在室温下吸/ 放氢, Ca 会留在石墨烯表面, 有利于循环使用。Ataca 的研究结果又一次推动石墨烯储氢向前迈进一步。2.5 复合材料

石墨烯独特的物理、化学和机械性能为复合材料的开发提供了原动力, 可望开辟诸多新颖的应用领域, 诸如新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷材料等。Fan 等

[14]

利用石墨烯的高比表面积和高的电子迁移率, 制备了以石墨烯为支撑材料的聚苯胺石墨烯复合物, 该复合物拥有高的比电容(1046F/ g)远远大于纯聚苯胺的比电容115F/ g。石墨烯的加入提高了复合材料的多功能性和复合材料的加工性能等, 为复合材料提供了更广阔的应用领域。图3 对比了几种纳米填料对橡胶增强效率，可以看到石墨烯具有更显著的增强效果

[15]

。展望

石墨烯自2004年以稳定的形态出现以来，因其独特的性能和二维纳米结构受到科学界的普遍关注。无论在理论还是实验研究方面，石墨烯都展示出重大的科学意义和应用价值。近年来，石墨烯的研究不断取得重要进展，在石墨烯透明导电薄膜的结构、性能、制备等方面也已经取得了很多的研究成果，但也存在不少问题。由于制作大面积石墨烯薄膜时会混入杂质，产生缺陷，因此大多数以石墨烯薄膜为器件的导电性及透明性都未达到ITO的水平。为了使石墨烯透明导电薄膜达到实际应用水平，还需要继续探索透明导电薄膜的制备方法以实现大面积化及量产化；开发有效的掺杂技术以使石墨烯薄膜具有理想的载流子密度；研究更有效的还原与结构修复方法以制备不含缺陷及杂质的高品质石墨烯薄膜。

理论上看，石墨烯是一种理想的太阳电池透明电极材料。然而，目前以石墨烯作透明电极的太阳电池光电转化效率都低于ITO/FTO基太阳电池。这是由于采用各种方法制备的石墨烯电阻较大，影响了电池的光电转化效率。所以石墨烯作透明电极的研究重点主要集中在如何采用合适的制备方法，获得电性能、透光性、力学性能等综合性能好的石墨烯。对石墨烯内部的位错、晶界、应变等缺陷进行理论模拟计算，并用来指导实验研究，最终通过控制位错、晶界等缺陷的运动，使其性能得到有效控制，实现理论指导实验、实验验证理论、理论与实验紧密结合。这是获得大面积、高性能石墨烯的新的着眼点。另外，石墨烯作透明电极时，也会与太阳电池其它部分直接接触。在未来的研究中，制备高性能石墨烯的同时，也应该关注太阳电池中石墨烯与其它部分的界面情况。

目前，关于石墨烯材料的制备和其在电化学领域的应用研究仍在如火如荼地进行。人们的研究主要集中于３个方面：一是石墨烯的低成本大规模制备的基础研究，二是石墨烯基复合材料的制备与性能研究，三是石墨烯材料在相关领域的应用研究。随着人们对石墨烯及其复合材料研究的深入以及制备方法的改进，石墨烯及其复合材料在电化学中的应用将会得到更为广泛的关注。以下几方面研究较少，值得关注：(1)石墨烯在锂离子电池正极材料研究方面（如石墨烯／磷酸亚铁锂）；(2)含氮或硼石墨烯在电化学中的应用；(3)氧化石墨烯复合材料在燃料电池中的应用；(4)氧化石墨烯复合材料在电化学传感器中的应用。与碳纳米管的发现与研究应用过程类似，在今后的若干年里石墨烯的研究会越来越深入，其最终进入实际应用阶段是必然的。石墨烯材料是当今世界新材料科技发展的又一制高点，对其深入研究与开发将给许多领域的发展带来巨大机会。

参考文献

物流成本分析模型及应用研究 篇6

[关键词] 物流成本 作业成本法 作业管理

一、问题提出

随着企业竞争战略的变化和物流管理运作方式的发展，物流成本已经成为企业应对市场竞争和维护客户关系的重要战略性资源。但是，目前我国企业物流成本的构成模式尚未建立，物流成本的各个项目分散在企业成本核算的不同会计账户中。在现行的企业会计制度下，难以按照物流成本的内涵完整地计算出物流成本，而且按照当前成本法分摊出来的物流成本，也不能反映物流成本的全貌。所以，探讨能够全面反映物流成本构成的方法就十分必要。

二、物流成本的构成

由于物流是一个系统的概念，企业所有的物流活动都有紧密的联系，许多作业很难确定应该归属于哪项物流活动。但是如果使用会计的方法对物流成本进行核算，就必须确定成本项目，设置物流成本科目。那么，具体哪些费用支出应该纳入物流成本进行核算，目前不同的学术观点在这个问题上还是存在一些差异。本文认为应该严格按照物流的定义来确定物流成本项目，不可过滥。比如有观点认为在接受订单时发生的和单据凭证的输入、发送、发布相关的支出应记入物流成本，而本文认为这些只是企业必须的管理活动，和其他的管理活动并没有本质的区别，因此不主张将其记入物流成本。

通过总结分析现今物流成本核算领域的研究，设计出如下物流成本核算会计成本科目表（表1）。该表涵盖了大部分物流成本项目。

对表1需要做以下说明：

1.处的辅助费用主要指采购人员的差旅费、补助费以及其他相关支出。

2.处利息费主要指为构建仓储固定资产而贷款所应承担的利息。

3.处的修理费包括了修理工料费、修理旧件费用、大修费用和车辆改装费用。

4.处的相关税费指养路费、运输业务税、车辆保险费、运营费用和发生运输事故的损失。

5.处的事故损失主要指发生事故所造成的货物毁坏损失、设备修理费用、赔偿支出等。

6.处的包装设计技术费主要指设计人员工资、设计用材料或产品以及其他相关支出。

7.处包装机械费包括包装设备折旧和修理费用。

8.处技术费主要指自主开发物流管理软件或外购软件的支出。

三、使用作业成本法核算物流成本的方法和步骤

作业成本法较传统的会计核算的创新之处在于:对间接费用的处理一改以往以单一工时或机时作为分配标准的方法，转而将着眼点放在产品对作业的消耗上。使间接费用的分配更为科学合理，在产品生产过程越来越复杂，间接费用所占比重越来越大的经济实质下，采用作业成本法能提供更为准确科学的成本信息，更有利于企业管理者做出正确决策。

对物流成本采用作业成本法进行核算，总体的思路如图1所示。下面具体介绍采用作业成本法核算物流成本的方法和步骤:

1.确认和计量各类资源的耗费，将资源耗费价值归集到各资源库。

2.划分物流作业。在作业成本法下，作业的划分应该粗细得当，本文的观点是，按表1所列示的六个一级科目将物流活动划分为六个物流作业是比较恰当的。

3.确定资源动因，将第一步归集好的资源库向各个作业分配。

4.确定作业动因，以作业分配依据将第三步归集的作业成本库向各类产品的成本分配。作业动因的确定对成本信息的确定性非常重要，要综合各方面的意见合理选择作业动因，若发现所选作业动因不合适或情况发生变化，要及时做出修正。

下面以某生产企业为例，说明采用作业成本法进行物流成本核算的方法和过程。

甲公司是一家食品生产企业，其主要产品是P和Q，主要原材料是A、B、C三种粮食。甲公司原材料委托乙公司进行仓储管理。甲公司所购原材料需自行运至仓库，由乙公司负责卸车、入库保存以及按甲公司的需求向其场区配送。甲公司在生产过程中需大量的装卸搬运作业、由叉车进行，公司没有专门的叉车队。本会计期间甲公司发生的物流方面的指出主要如下:

(1)分别采购A、B、C100吨，150吨、300吨。支付采购人员工资3000元，支付运费12000元，支付采购合同违约罚款2000元。

(2)生产P的车间领用A50吨、B60吨、C40吨;生产Q的车间领用A40吨、B90吨、C100吨。所领用的原材料全部用于产品生产，且期末没有在产品。

(3)共支付乙公司35000元。

(4)叉车队共发生工资支出18000元，燃油支出6000元，车辆折旧5000元，事故赔偿支出10000元。

(5)包装车间发生工资支出23000元，机器折旧7000元，包装材料费10000元。

(6)本期摊销以前所购物流管理软件费用12000元。

采用作业成本法对以上物流支出进行核算。计算的方法和步骤如下：

①归集各项物流作业的总成本，如表2所示:

②将各项物流作业成本分配记入P、Q两种产品的成本。此处选用P、Q两种产品所领用的原材料数量作为作业动因。首先应该计算作业动因分配率，如表3所示：

③再计算P、Q两种产品消耗的作业成本，如表4所示，可得，生产P、Q两种产品所消耗的物流成本分别为:52161元和80020.8元。

四、结束语

我国引入作业成本法不过十几年的时间，以作业为基础的物流成本控制研究更是处于起步阶段，物流作業成本在物流作业成本控制体系在理论上和方法上都尚不成熟。希望本文的工作对于我国企业在运用作业成本法进行物流成本核算时能提供一些有益的帮助和启示。

参考文献:

[1]（日）诊断师物流研究会.宋华,曹莉译.物流成本的分析与控制[M].北京:电子工业出版社.2005

[2]杜敏:以作业为基础的物流成本控制体系研究[D].武汉:武汉理工大学.2004.10

[3]王立彦刘志远:成本管理会计[M].北京:经济科学出版社.2000.10

[4]于富生王俊生黎文珠:成本会计学[M].北京:中国人民大学出版社.2002.6

[5]连桂兰:如何进行物流成本管理[M].北京:北京大学出版社.2004.4

网络大数据研究及应用 篇7

关键词：大数据,网络大数据,大数据感知,存储管理,大数据挖掘

0 引言

近年来,互联网技术、物联网技术、云计算的迅猛发展,加上人、机、物在网络空间的高度融合,引发了数据的爆炸式增长,给许多行业带来了新的挑战和机遇,人类已经进入大数据时代。大数据正在改变着人们的生活工作方式,改变着企业的运行模式,并正在引起科学研究方式的变革。

大数据指无法在可容忍的时间内使用常规工具和软硬件环境对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合[1]。网络大数据指人、机、物三元世界在网络空间中相互交互融合产生的可以通过互联网获取的大数据[2]。与传统的数据规模相比,大数据特别是网络大数据具有3V特征:①大量化(Volume):网络空间中数据的规模不断扩大,计数单位从GB、TB到PB,甚至已经增长到EB和ZB,具有空前的规模性。IDC的研究报告称,未来十年,大数据数量还将增加50倍,而管理数据存储的服务器数量将增加10倍以便满足大数据50倍的增长;②多样化(Variety):网络大数据类型繁多,包括结构化数据、非结构化数据和半结构化数据。非结构化数据在互联网世界中呈现大幅增长的趋势,目前,非结构化数据占互联网数据总量的比例已达75%以上;③快速化(Velocity):数据产生速度快,要求极高的处理能力。Facebook每天有超过1 000万张照片上传,YouTube平均1秒就有一个时间长度1小时以上的视频在上传。数据是快速动态演化的,具有很强的时效性,因此处理效率就是企业的生命,只有在有效时间内对数据流进行处理,才能很好地利用这些数据。

1 网络大数据研究意义

当前全球已经全面进入信息时代,互联网、物联网、云计算以及网络空间中层出不穷的各种应用,使网络数据以前所未有的速度激增,数据类型越来越复杂,对网络数据的深度挖掘和利用可以帮人们很好地感知现在、预测未来。对网络大数据研究的意义主要体现在以下3个方面:

(1)大数据资源是一个国家继海、陆、空、天之后另一个博弈的空间,是数字主权的象征。一个国家在数据资源方面的落后,意味着其在产业战略制高点的失守,意味着国家安全在网络空间可能会出现漏洞,大数据直接影响着国家安全、社会稳定。2012年3月,美国政府制定了《大数据研究和发展计划》,投资2亿美元用于改进和提高从海量数据中获取知识的能力,这是美国继1993年制定“信息高速公路”计划后又一重大科技战略部署。同年5月,英国建立了世界上第一个大数据研究所。西方国家正在通过国家顶层推动对大数据的研究,加强对大数据的研究及应用对提高国家竞争力具有战略意义。

(2)网络大数据的研究利用已经成为产业升级和新产业产生的重要推动力。通过挖掘网络大数据,从中发现其蕴含的信息、知识甚至智慧。网络大数据已不仅仅是产业所产生的副产品,而是联系产业生产各环节的关键。2011年“双十一”,淘宝网站当天的销售总额达到191亿元人民币,淘宝之所以能够创造如此巨大交易量的商业神话,得益于其对用户消费习惯、浏览习惯和搜索习惯等大数据的分析挖掘。网络大数据正在成为信息产业持续高速增长的新引擎,成为提高企业竞争力的新动力。

(3)大数据引起科学界重新审视科学研究方法论,引发了一种新的科学研究模式。科学研究最初是实验科学,后来出现理论科学,研究各种定理定律。但是在许多问题上,理论研究方法太复杂而难以解决问题。而大数据的出现使科研人员可以直接从数据中挖掘所需的信息、知识和智慧,而无需直接接触需要研究的对象。2007年,已故图灵奖得主吉姆格雷将数据密集型科学从计算科学中分离出来,描绘了数据密集型科学研究的“第四范式”[3],他认为要解决某些全球最棘手的挑战,第四范式可能是具有系统性的唯一方法。PB级数据使人们没有假设和模型,就可以通过分析挖掘发现过去科学方法发现不了的新知识和新规律。

2 网络大数据应用

网络大数据特别是来自社交网络的数据蕴含着丰富的信息,是对真实社会的网络映射。分析挖掘网络大数据发现其蕴含的线索和规律,可以帮助人们更好地感知现在,并预测未来事物发展趋势。一个很好的例子是2009年H1N1流感病毒传播的预测。美国卫生部官员使用传统跟踪方式跟不上流感的传播,但是谷歌工程师们使用网络搜索主题成功预测了流感传播区域,这为卫生系统提供了相当有价值的实时数据。

通过分析海量网络大数据可以帮助人们作出更好的决策。奥巴马的竞选团队通过对网络大数据的挖掘成功帮助奥巴马在竞选总统中获得连任。奥巴马团队在竞选前两年,通过收集、存储海量数据,利用数字化策略寻找和锁定倾向自己的选民,并拉拢中立派选民,这帮助奥巴马在某些地区获得更多的选票,数据分析团队在奥巴马竞选中发挥了至关重要的作用。华尔街一家证券公司通过分析3.4亿微博用户的留言,判断民众的情绪,根据人们高兴时买股票,焦虑时抛售股票的规律,决定买卖股票的时机,从而为公司取得了巨大利润。

3 网络大数据面临的挑战

3.1 网络大数据感知与表示

一方面,根据网络空间中数据隐藏的深度,可以将数据分为表层数据和深层数据[4]。表层数据是指可以通过传统网页爬虫直接爬取的数据,而深层数据由网页在线访问的数据库组成,只有通过提交页面的查询接口才能获取。与表层数据相比,深层数据蕴含的信息更丰富,同时更具规模化、实时动态化和异构化等特点,传统方法无法对深层数据进行采样。为了有效利用网络数据,针对异构、实时动态数据,需要研究有效的方法通过数据获取、数据抽取、数据整合3个环节将数据转化为结构统一的高质量数据。

另一方面,网络大数据的建模和表达还面临着许多新挑战,传统方法不一定能直接表达大数据本身的意义。在大数据表示方面,需要解决数据稀疏性所带来的问题,对快速动态演化的大数据进行建模,需要对图片和多媒体数据进行建模和表示等。研究简单有效的数据表示方法是处理网络大数据的首要难题。

3.2 网络大数据存储与管理

网络大数据的规模已经从TB级增长到PB级、EB级,网络大数据的存储管理不仅影响其分析处理效率,也影响其存储成本。因此,如何提高存储效率降低存储成本成为有效利用网络大数据面临的又一个难题。针对网络大数据的存储,谷歌公司提出了分布式数据处理技术,但是其仍然存在局限性,面临着数据总量规模超大、处理速度要求高、数据类型繁多等多个难题。需要研究优化分布式数据存储结构,以提高网络大数据的存储效率、节约成本,从而实现高效、高可用的数据存储系统。

3.3 网络大数据挖掘和社会计算

利用计算技术分析挖掘网络大数据,发现其蕴含的知识,是实现网络大数据深层价值和实现行为可计算的主要途径。随着社会媒体的涌现,用户规模和数据复杂性都呈现出指数式增长,传统的数据挖掘方法在性能和效率上已经无法满足需求。目前,网络大数据挖掘的主要研究热点是基于内容信息的数据挖掘和基于结构信息的社会计算方法。

4 结语

互联网、物联网、云计算的快速发展以及层出不穷的网络应用,引发了网络数据规模的爆炸式增长,从而产生了网络大数据。网络大数据的研究主要是通过分析挖掘历史数据,发现新的模式,再结合源源不断的流数据,感知现在,并预测未来。网络大数据的研究是经济发展和国家安全的战略需要,网络大数据的涌现为人们提供了前所未有的机遇,但也对人们提出了重大挑战。网络大数据的研究尚处于初级阶段,还有很多问题亟待解决。

参考文献

[1]李国杰,程学旗.大数据研究:未来科技及经济社会发展的重要战略领域[J].中国科学院院刊,2012,27(6):647-657.

[2]王元卓,靳小龙,程学旗.网络大数据:现状与挑战[J].计算机学报,2013,36(6):1-15.

[3]ANTHONY J G HEY.The fourth paradigm:data-intensive scientific discovery[J].Proceedings of the IEEE,2011,99(9):1344-1377.

POTN技术及应用研究 篇8

信息产业的快速变革, 促使了云计算、物联网、三网融合、LTE等技术的不断发展和业务融合。多业务发展带来了爆炸式的数据流量增长, 当今社会迎来了大数据时代, 使得城域传送网面临巨大的挑战。

传统“PTN+OTN”多层网络架构虽然可以解决带宽问题, 但在实际建设过程中面临着高投资、机房空间不足和资源消耗大、业务调度困难的问题。“PTN+OTN”的网络架构在运维管理方面也存在诸多问题。通过将PTN、OTN技术的优势结合, 简化网络层次, 发展融合型产品不仅能够有效解决两者的技术弊端, 还可以提高信息网络的利用率, 极大地降低了利用成本。

POTN技术应用可以满足运营商大容量、高效率、低成本的运营需求及4G时代移动回传、大客户专线等高品质业务的综合承载需求, 城域传送网可以实现从传统的电路交换型传送网向新一代分组化承载网络全面演进。

二、POTN技术内涵及其优势

POTN技术不是PTN、OTN和SDH物理上的简单叠加, 也不是包罗万象的复杂实现;POTN有机融合了分组传送和光传送技术, 对波分功能进行了集成, 对多层网络进行了优化, 网络更加高效、可靠。POTN不仅具有接口丰富, 可靠性强的优点, 而且还能根据业务的需求, 提供弹性管道或者刚性管道来承载业务。POTN是PTN的下一代, 是PTN网络的演进方向, 将在城域层面进一步提升设备线路侧带宽、增强业务接入和调度能力。

目前现有移动回传和专线承载的解决方案为PTN+OTN联合组网, POTN引入现网具有以下优势:

1、投资成本、机房空间、设备功耗等方面, 都有所下降;

2、POTN系统开通、运维等方面都更加简单、便捷;

3、简化网络层次, 一张网络实现移动回传、集客和家客业务的统一承载;通过OTN物理层时隙实现移动回传、集客和家客业务的完全隔离, 彼此不影响, 保证业务的服务质量;

4、目前现网大量部署的新型PTN设备具备平滑升级的条件, 仅需升级软件、更换线路板卡就能轻松升级至POTN。

三、POTN应用场景

3.1 基站回传业务

4G基站的峰值带宽达到320Mbps, 平均带宽达到80Mbps, 基站采用GE光接口上联。传送网需要10GE以上的接入环来承载, 汇聚层需要40GE或100GE的汇聚环来承载。除了带宽较3G业务有了爆发式的增长, 网络也趋于扁平化发展, 在传送网核心层需要引入L3 VPN, 实现分组业务灵活转发。POTN设备除了具备GE以上的高速率接口外, 还有E1/STM-1 类低速接口, 兼容2G/3G业务。针对基站2G/3G/4G回传业务, 采用MPLS-TP弹性管道, 可享受弹性的带宽和高效的统计复用, 支持L2/L3VPN, 实现业务灵活转发。

3.2 集团客户业务

集团客户业务利润较高, 发展快, 其分组化、高带宽化的趋势明显。POTN网络可同时提供刚性管道和弹性管道。刚性管道具有带宽独享、低时延和高安全性的特点, 业务直接封装到ODUk的管道调度和传送, 真正实现物理层隔离;弹性管道具有弹性的带宽和高效的统计复用的特点, 并支持L2/L3 VPN, 能够实现业务灵活转发。对于普通集客业务, 提供点到多点和多点到多点的业务灵活转发, 需要提供弹性的业务接入能力, 可采用弹性管道传递。对于高价值集客业务, 需要大带宽、低时延、高安全性, 可采用刚性管道传递。

3.3 家庭客户业务

家庭客户业务经过几次提速, 普遍采用20M光纤到户, 部分热点发达区域已经实现了100M光纤到户, PON网络广泛部署;目前OLT基本采用GE接口上联, 部分热点业务量大的区域, 在逐步替换成10GE接口上联。因为区域的不均衡性, 我们对OLT上联也应采用不同的承载方式。对于热点业务量大的区域, OLT上联实际带宽大、无汇聚需求的业务, 可以采用刚性管道ODUk透传, 减少端到端时延;对于非热点业务量小的区域, OLT上联实际带宽小、有汇聚需求的业务, 可以采用弹性管道传递, 实现业务高效汇聚和转发。

总之, POTN是融合型网络, 不仅可以提供丰富的接口、还具有刚性、弹性管道和完善的多层传送功能, 实现资源的虚拟化, 实现基站回传、家客和集客业务的统一高效承载。

四、POTN引入策略

根据业务发展情况, 考虑投资及网络扩展性, POTN在网络中的部署建议分为三步。

第一步:在汇聚层、接入层部署POTN, 解决网络带宽瓶颈问题, 节省投资;汇聚层带宽压力大、大部分汇聚机房面临空间及电源受限问题, 新建机房投资高, 建设周期长, 且选址困难, 因此在汇聚层迫切需要POTN多技术融合的设备来改变现状。在接入层, 随着LTE业务、家客、集客业务宽带化的迅猛发展, 现有的10GE接入环带宽已经无法满足日益增长的带宽需求, 需要线路侧提供更大的带宽。POTN设备具有分组和光传送功能, 不仅可以减少设备体积、简化网络层次、节约投资, 还有利于网络的快速部署。

第二步:在干线层和核心层部署POTN, 满足集团客户大颗粒业务端到端传送需求;在核心层, 还未建设OTN的区域, 可采用POTN来解决带宽问题;部分OLT业务通过接入和汇聚层POTN上联后, 为实现业务端到端部署, 核心层、干线层需要部署POTN设备作为落地节点, 为高价值集团客户提供了大颗粒业务的电路级传送管道, 满足业务低延时、高安全性的需求。

第三步:部署控制器, 优化网络控制, 实现跨域业务快速开通和网络虚拟化。

通过部署SDN控制器, POTN提供了智能、虚拟化的解决方案, 基站回传、家客、集客业务既能在同一物理网络上承载, 又能虚拟多张业务网络、独立发展和运营, 互不干扰。基于SDN的开放网络, 还可以实现跨域 (多厂商、不同区域) 业务的快速开通和调整, 简化网络运维管理。

五、结束语

POTN建网初期, PTN/OTN/POTN肯定会有一个共存期, 对现网分配使用建议如下:

1、核心层:采用大容量PTN系统, 核心层大颗粒业务的承载采用OTN系统;

2、汇聚层:业务流量偏小的区域继续采用现网的PTN系统, 业务流量大的区域逐步调整为POTN系统, 长距离的大颗粒业务承载采用OTN系统;

3、接入层:流量小于4G的接入环, 继续采用现网的PTN接入环承载;流量大于4G的接入环采用POTN接入, 统一承载2G/3G/LTE业务、家宽、集客、室分业务。

随着LTE业务、家客集客业务数量的爆发性增长, 对传统网络结构造成了严峻的考验, 新一代传输技术POTN应运而生, 并逐渐受到同行认可和重视。POTN能极大简化网络层次和网络复杂度, 并能实现大颗粒业务的长距离传输, 具有十分广阔的应用前景。POTN技术相比传统传输网中分组传送网和OTN网独立组网模式有着较明显的优势, 且能够从现网平滑升级到POTN网, 应用场景十分丰富, 能满足现网的各种需求。

摘要：文章讲述了POTN技术内涵及其优势, 以及基站回传、集团客户、家庭客户等三种业务应用场景;分析了POTN技术在城域传送网中引入的策略;在POTN建网初期, PTN/OTN/POTN肯定会有一个共存期, 对现网业务分配使用的建议。

关键词：POTN技术,优势,应用场景,引入策略

参考文献

[1]贾旭峰.浅析POTN技术及其融合之道[J].信息通信, 2014年第2期。

[2]班超, 赵同刚.POTN技术及组网应用[J].软件, 2012年第33卷第12期。

动画创意应用及发展研究 篇9

一、动画创意的理解与应用

(一) 什么是创意

所谓创意就是推陈出新, 营造新颖的意境和独特的新意。汉代的王充曾在《论衡·超奇》一书中提到孔子在写作的时候将创意的思想贯穿于史书《春秋》的写作之中:“孔子得史记以作《春秋》, 及其立义创意, 褒贬赏诛, 不复因史记者, 眇思自出於胸中也。”而学者郭沫若在《鼎》一书中也提到创意对于文学写作的重要性:“文学家在自己作品的创意和风格上, 应该充分地表现出自己的个性。”创意的意思就是要创立出新的立意, 这种创立需要打破传统思维和常规准则, 需要勇气和智慧, 是文化底蕴的积累, 是思想的升华, 是思维的闪光点。简单来说, 一个立意是不是具备创新意义主要看新颖性和初试性两个方面。不能从前人的基础上退出新的、有用的东西就不算是创意, 不仅要新颖, 还要具备一定的价值。

(二) 什么是动画创意

(1) 动画创意的含义。动画创意是一个思维活动的过程或创造性的构想过程, 是根据相应的科学手段和程序, 通过制作动画镜头语言和角度进行视觉表达, 继而实现的创作题材和观影者之间沟通的过程。动画创意都是源于生活又高于生活的。

(2) 动画创意的具体表现。1) 题材的创意。动画题材的创意需要编创人员具备良好的想象能力, 这里所指的想象力不是天马行空无所根据的想象力, 而是基于原有素材之上创立出来的新型元素题材, 通过特有的视角给原有的素材添入新的故事内涵, 让观影者有新的观赏视野。例如, 美国动画片《功夫熊猫》, 其素材我国的国家一级保护动物大熊猫, 经过加工处理后的题材, 熊猫不再是懒惰的动物, 而是一个面对强敌入侵和平谷, 从一个无名之辈成长为一个武林高手带领大家抗击外敌, 保卫家园。让可爱的熊猫变得更加具有人文情怀, 而且剧中添加的中国功夫元素更是对中国文化的传播和推广, 恰到好处。2) 表现风格创意。我国动画作品的题材是源于我国古代的传说以及文学作品, 环境的渲染和人物是塑造都具有中国风, 这是和外国动画作品的最大区别。想《西游记》和《葫芦娃》等动画片主要就的表现形式是水墨、剪纸风格的, 获得了很好的艺术效果。美国的《功夫熊猫》和《花木兰》都有意识地借鉴了这种动画风格。3) 故事情节创意。情节是动画影片的框架, 一个精彩的影片一定要有引人入胜的故事情节, 让人在观影的过程中获得乐趣, 观影完了之后能够获得启发。故事情节创意可以是建立在传统的事物、理念、艺术形式和表达方式等方方面面的, 但是要对这些传统的、旧的东西进行改造和创新才能让这些方面焕发生机。创意的可贵之处就在于其独特的审美视角, 这种别具一格的视角将会让动画故事的演绎得更加形象和动人。美国动画片《驯龙高手1》就是以中国的图腾, 龙, 作为故事的主角, 讲述一个小男孩如何带领自己一起成长, 讲述温情的成长故事。按照西方文化的思维来讲, 龙是被妖魔化了的动物, 属于邪恶的化身, 但是在这部影片中, 编创者就没有按照常规的套路来拍, 而是精巧的细节刻画一条断了尾巴的小龙如何成长可爱形象, 备受观众喜爱。

(3) 动画创意的方法。动画创意的方法很多, 主要的方法有这样几种:首先是独特的主题事件, 表达的主题不能老生常谈, 要翻陈出新, 让观影者有兴趣去看。其次是多向的思维方式, 这里的多向主要是指反向思维和逆向思维, 就是看事物的角度从相反方向或者观察角度来建立故事挂架, 但是无论哪种思维方式, 都得要摆脱传统思维的束缚才能实现;新颖的表现手法是决定动画艺术质量的高低重要因素。例如, 《驯龙高手》中编创者就围绕着龙这个艺术形象, 站在于西方思维不同的视角来讲故事, 用别样的表现方式打动观影者。最后则是多种镜头语言的灵活运用, 强化动画的特性和观影者的视觉感受。例如, 现在的3D影片就是从这方面出发, 给观众比较立体逼真的视觉感受, 在丰富影片内涵的同时给观众带来观影的震撼。

(4) 动画创意的原则。动画创意的原则主要有独创性原则和实效性原则:独创性是动画创意的基本原则。独创就是强调影片的创新性;实效性原则。主要是指动画创意能否实现促销的目的, 要实现这个目的就得从受众范围入手, 让影片体现出来的主题思想能够满足更多观影者的心理需要, 并且与其传达方式找到最佳契合点。例如, 宫崎骏系列的动画, 其唯美清新的动画风格这种传达方式就和其童真童趣等影片主题交相辉映, 从而实现编创者和观影者互惠共赢。

(5) 动画创意的作用。创意就是创新立意, 动画创意是文化创意的一部分。创新是一个民族发展的灵魂, 经济文化的发展伴随着各种事物的更新换代, 动画产业发展到今天, 我们已经不能以过去的标准来衡量如何满足目前人们的审美需要, 目前我国动画创意的受众比较狭窄, 如何满足成年人对动画艺术欣赏的需求还是一个短板。

二、我国动画电影创意发展策略

(一) 改革创意观念, 培育动画明星

推动我国动画产业的发展需要从动画系列以及规模方面入手, 培养动画明星并推动其相关衍生产品和链条的发展, 动画电影实现经济效益之后才能有更多资金和空间进行发展。中国动画电影创作过程中, 编创人员应该重视策划阶段, 提前分析电影的受众群体而且还需要研究动画市场细分。其次, 要在题材元素的创作中涉入不同年龄、性别和层次的观众对于本电影的心理需求, 从而塑造具有个性的动画品牌以及动画形象。最后, 编创人员要为故事增强创造性和故事性。例如, 今年上映的《冰雪奇缘》就值得我们借鉴, 该影片是好莱坞典型的各种公主嫁王子的动画片, 但是在老旧的题材上依然出现了这样经典的影片不得不归功于编创人员的创意, 该动画片的“公主”的魔法很新奇, 是能够速冻冰雪的公主, 而且还为这位公主新增了一个姐妹, 有了姐妹情谊的故事情节, 如此一来, 故事不仅新颖有趣, 而且故事性强。

(二) 培养高水平人才, 建立动画硅谷

创新的关键在于人才, 中国动画创意的发展也离不开人才, 特别是动画编创业务能力过硬的技术型人才, 就现在我国的动画电影人才来源来看, 多数还是源于各个大专院校, 动画电影制作公司当然也不能仅仅从来高校招聘人才, 还要放眼世界, 从国外聘用一些优秀的动画创作人才;除此之外, 动画电影制作公司还应该做好动画电影资源的整合, 包括创意、信息、人才、资金等资源, 加强对于动画电影商业化、配套化以及产业化建设, 对于一些大城市, 可以将其建立为本公司的动画产业硅谷, 这样可以为中国动画电影产业的发展奠定源头基础。

(三) 健全动画产业链, 改变市场营销

健全动画产业链, 这也是中国动画电影创意发展的重要措施。只有建立了广阔的产业链条, 培育出完善的市场环境, 才可以为中国动画电影创意发展提供条件。中国动画电影产业有着两个发展阶段:一个是动画电影的播出市场;另一个则是动画电影的营销市场。在动画电影的营销市场的开发就是对动画衍生产品的开发, 主要是依据动画片生产的各种音像制品、服装玩具等。举例来讲, 喜洋洋与灰太狼动画片播出之后, 市场上相继推出了一系列的该形象为主的产品并取得了良好的经济效益。另外, 动画电音制作公司还应该以资本为主线, 采用联合、合资或者采购、上市的方式, 形成强硬的动画电影产业链, 这样可以提高动画电影的核心竞争力, 不断地通过创新与国际动画市场相接轨。除此之外, 动画电影制作公司还需要加强运营机制建设, 实行薪酬入股制度, 不断地推动中国动画电影制片人制度, 从而提高动画电影的抗风险能力。

三、结束语

一部好的动画作品是能够让观众在理解的基础上深思的。因此, 不仅需要有立意鲜明的创意, 为了吸引观众的眼球, 还需在结构上匠心独运, 在故事情节上牢牢把握观众的心理。所以, 在进行动画创作时, 应牢牢把握主创意和结构的设置。

参考文献

[1]彭玲.动画创作与创意[M].复旦大学出版社, 2008.

[2]王慧.动漫创意设计[M].北京邮电学院出版社, 2009.

物联网技术及应用研究 篇10

1 物联网的体系结构

物联网的体系结构被国际电信联盟分为三层, 分别是感知层、网络层和应用层。感知层负责最底层数据的采集, 可以是传感器、条形码或者摄像头, 它是物联网的基础部分。网络层用来传输感知层采集的数据, 数据可以通过互联网、无线、光纤、蓝牙等技术进行传输。应用层为用户提供需求服务, 用于处理网络层传输来的数据, 它根据各行业的需求, 进行专门的处理。

2 物联网的关键技术

2.1 射频识别技术

射频识别技术是物联网核心技术之一, 是兴起于20世纪90年代的一种非接触式的自动识别技术, 它可利用射频信号自动识别目标并获取数据。射频识别系统由电子标签和阅读器组成。

电子标签一般被安装在物体上对目标对象进行识别, 每个电子标签都拥有独一无二的电子编码。它的芯片具有记忆的能力, 保存一定格式标识物体信息的电子数据。电子标签拥有依据应用环境和频率设计而成的天线。

阅读器也可称为电子标签读写器, 主要用来识别电子标签以及对电子标签进行读取和写入操作。它可以通过天线以无线的方式和电子标签进行信息交换。

射频识别技术通常被用于前端数据采集系统中, 后台控制系统采用计算机, 通过和阅读器连接获取电子标签的数据信息, 并进行处理和控制。

2.2 传感网技术

物联网的精髓是感知, 感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网和信息服务。传感网络是由大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络, 它是一种信息获取平台, 可以实现感知、采集和处理覆盖网络中被感知对象的信息, 并将信息传递给管理节点, 以便对目标对象进行跟踪监测。传感网络由传感器节点、汇集节点和管理节点组成。

传感网络利用传感器节点对本地的信息进行采集和处理, 通过无线或多跳路由将采集的信息传递到汇集节点, 并由汇集节点将信息发送到管理节点, 从而实现了对覆盖网络内目标对象的监测。传感网络和传统网络不同, 它不只是单一地传送数据, 它的主要目的是采集设备信息, 中间节点要根据具体应用对这些信息进行采集、融合、存储后完成转发的任务。

2.3 网络通信技术

物联网的目的是实现大规模的物与物的互联, 这除了需要依靠底层的传感器技术、射频识别技术、智能设备等技术, 要实现大规模物与物的相连, 还需要网络通信技术实现物联网数据信息和控制信息的双向传输与控制。其中, 蜂窝移动通信增强技术和无线网络技术将起到关键作用。

物联网背景下连接的非智能物体存在速率低、计算能力差、通信半径小的问题, 低速的无线网络协议适合这类设备的通信。红外通信技术利用红外线传输数据, 通信距离一般为一米左右, 具有体积小、成本低、功耗低、不需要频率申请等优势。蓝牙技术是一种采用调频技术的短距离低功耗传输协议, 通信距离通常为几米左右。Zig Bee是一种适于近距离无线网络连接的新技术, 它具有低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点。

无线宽带技术覆盖范围大、传输速率高, 可为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的网络互联技术。无线宽带技术主要分为无线局域网和无线城域网。无线局域网以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质, 不仅能满足移动和特殊应用领域的需求, 还能覆盖有线网络难以覆盖的地方。无线城域网为用户提供高速无线数据传输业务, 视线覆盖范围可达112.6千米, 非视线覆盖范围可达40千米, 带宽70Mbps。

移动通信网络为物联网节点进行远距离数据传输提供了灵活的方式。它的可移动性和灵活性方便了节点与服务器进行远距离数据传输, 可利用移动通信网络进行物联网中数据的接入和传输, 将物联网和移动通信网络融合在一起, 将会推进物联网的普及进程, 促进物联网应用。

3 物联网技术的应用

物联网技术引发了新的信息产业的变革, 受到世界众多国家的关注, 广泛应用于社会生产、管理和日常生活中。

3.1 智能交通

智能交通系统可控制车辆的行驶状态以确保安全, 建立车辆、道路及驾驶员之间的通信联系, 及时提供道路信息, 可提供交通信息的查询, 实现智能收费, 实现大范围内车辆行驶和载运状况的监管。

3.2 物流管理

物流是物联网的一个重要应用领域, 利用物联网技术对物流中的车辆和物品统一编码, 贴上电子标签, 以便进行实时监控, 及时发现问题, 还可通过阅读器将信息和物理位置通过卫星传至信息中心, 供用户查询。

3.3 智能家居

智能家居体现在对家电控制和家庭安防两个方面。家电控制包括对家电系统的集中控制, 实现家电设备的自动启动和停止控制, 以及家电设备间的协同工作。家庭安防系统可实现家中出现非法进入、火灾、煤气泄漏等异常状况时, 可进行报警、通知主人、向周围发出求救信号等。

3.4 农业生产

在农业生产中利用物联网技术可对农产品的整个生产过程进行监测, 对农产品生长过程中的温度、湿度等进行远程控制, 自动开启或关闭设备来调整温度和湿度。还可采集光照、土壤温度、土壤有机质及重金属等的含量等, 对科学施肥、浇灌等管理有很重要的意义。

3.5 其它应用

物联网已经涉及到了生活的方方面面, 如应用到发电、输电、配电、用电等环境的智能电网;利用物联网传感网络进行的生态环境、洪水、火灾、气象等的环境检测;在医疗领域进行药品安全监控、医疗设备管理、病患身体检测及监护;在矿山开采中检测作业环境, 感知设备及矿山的安全程度, 减少危害的发生;在城市管理中将各分散、独立的监控点联网, 实现实时的监控和管理等。可以说物联网正进入我们生活的各个角落, 它必将改变我们的生活方式。

4 结束语

物联网应用研究是世界进步和经济发展长期关注的技术领域之一, 目前正处于起步阶段, 它的发展空间非常巨大, 我国物联网技术与一些发达国家相比尚有一定差距, 但已具备了技术和应用的基础。但形成规模化的物联网产业, 全面进入物联网时代, 还需要一定时间的技术和应用积累。物联网技术的发展与成熟必将带来工作和生活方式的改变, 促进经济的又一次腾飞。

参考文献

[1]康东, 石喜勤, 李勇鹏, 等.RFID核心技术与典型应W幵发案例[M].人民邮电出版社.2008.

[2]朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势[J].微型电脑应用.2010, 26 (1) .

[3]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报.2009, 12, 23 (12) .

研究及应用 篇11

关键词：HTML5；移动互联网；技术；模式

中图分类号：TP312.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01

HTML5，全称为Hyper Text Markup Lanugauge，Edition Five.是一种超文本的语言的一种最新版本，是构建下一代网络应用程序的基准性规范。通过HTML5的应用，能够显著的增加终端浏览器功能，并且使其能够在跨平台的状况下运行web的交互能力，而且也能更好的适应设备要求。HTML5由于良好以及高效的图形方面的处理能力等优点，已经被广泛的使用于互联网的开发以及云计算方面，并成为应用的极为理想平台。本文就HTML5的应用技术以及应用模式进行研究和探讨。

一、HTML5的新特性以及安全性探析

（一）HTML5新特性

1.本地存储。所谓本地存储，就是WedStorage，它是HTML5的终端存储的机制。以往，想要在客户端进行一些配置以及相关登陆信息的存储时只能够通过cookie等方式来进行，但这种方式具有允许容量小、需要包含额外库才能有效进行的缺点。通过HTML5的WedStorage功能，能让更多的应用在客户端进行存储，并且最大的存储容量达到5M，读写也极为方便。在这特性上，HTML5适应了客户端应用运行方面的需求，也增强了本地计算机环境的存储能力，极大的减轻服务器的负担，也整体的提升了web应用程序的表现。

2.双工通信。在HTML4里，浏览器仅可以进行单项通信，所以开发人员设计了轮询、comet以及长轮询等技术，从而创建事件驱动的应用，方便在服务器端口能够及时将所要推送的信息发送到客户端。但HTML5，具有双工通信功能，在借鉴反向AJAX技术的基础上出现的一种全新双工通信功能。这个技术只要在建立起连接之后就能够在两端口之间通过双攻模式来传输WEBSOCKET的协议数据帧。同时，该特性具有双向、强大以及低延迟的特性，尤其是对于事件驱动、实时的WEB应用程序能有效降低网络流量以及延迟状况。

3.WEBWORKERS功能。WEBWORKERS是一种多线程的解决方案，有以下特征：啟动性能理想、长时间运行并持续相应和内寸消耗理想。该特性的原理是在页面脚本的主要线程中开辟出一个或多个新线程进行交换数据的接口以及回调函数的提供，进而起到相互之间不阻塞执行的效果，有效杜绝在负载比较高的时候页面意外冻结或假死情况，保证安全性。

（二）安全性分析

HTML5所拥有的这些新特性，在推进WEB应用功能丰富的同时，架构由于不成熟而容易包含一些漏洞会被黑客所利用，形成一定的安全威胁。通常HTML5的风险大概可分为四种：首先是终端存储的风险，其次是跨域通信的风险，第三是可用性以及隐私的风险，最后是可视化及操作风险。由于相关标准还在不断完善中，HTML5相关信息技术的构成版本也在不断变化。目前，黑客针对HTML5风险所发动的恶意利用攻击是很容易的，假如HTML5的网站没有经过测试就上线的话，这些漏洞就会给程序使用者以及运营商带来安全方面的隐患，这也是目前HTML5应用技术以及应用模式研究的热点和重点。

二、HTML5应用技术以及应用模式探究

随着我国移动互联网方面的快速发展，HTML5技术以及标准的出现，在很大程度上对目前WEB应用中出现的短板起到了很好的弥补作用，使得这些应用能够实现本地应用的功能属性。目前来讲，HTML5的应用模式基本有以下三种：

（一）Web App模式

Web App是基于Web的一种技术，需要依赖于浏览器进行解析。但与传统相比，操作方式以及界面更适合手机屏幕。并借助HTML5的一些新特性，能够给予用户与本地应用极为吻合的一致性使用体验。Web App模式的产生，不仅为程序应用开发商提供一种全新的应用模式，还能改变移动设备浏览器以及移动智能平台的呈现和设计。最为成功的比如UC、腾讯Mobile等，均在浏览器上通过应用图标的模式来展现Web应用程序，从而在感官上使得浏览器更加类似于电脑系统操作桌面。现在，通过一些操作系统，能够直接将Web App与本地应用进行集成，从而在桌面上生产快捷的操作图标。

（二）Web应用商店

由于HTML5技术不断的成熟，这在很大程度上使得应用商店出现，并成为一种新的网页应用形式。和传统应用商店比较，Web应用商店具有明显优势：首先是覆盖更多平台而且也拥有了更加广泛的发布载体；其次是够轻松实现应用的试用，从而避免试用开发者试用的版本；第三应用程序无须安装的情况下，就保持了使用最新版本，并且应用商店的后台不必考虑历史版本进行管理所带来的操作复杂化；第四更加简单的广告植入模式，能加入在线广告，利用交互技术根据用户需求针对性的提供所需服务。

（三）Hybrid App模式

尽管Web App能减少与本地应用的使用体验，但这两种仍然存在一定区别：首先分发的渠道不同。Native App 与Web App拥有不同的分发渠道，安卓与苹果的供应商主要通过App Store 以及App Market来控制分发，但HTML5通过开放状态下的连接分发来进行；其次盈利模式不同，Native App主要通过移动平台的付费模式获得收益，虽然需要将一部分的收入分给供应商，但这种付费方式还是很方便，而Web App更多的通过广告来获得利润，并且支付方式对于用户来讲缺乏友好性；第三是功能，Web App具备一定本地的应用功能特征，但目前仍然不能与Native App同日而语；第四是发布的自由度，Web是一个相对较为开放的载体，能让各种应用自由发布，但App Store相对封闭一些，缺乏自由性。在这些差异的存在下，出现了一种混合应用即Hybrid App模式，该种模式是以本地应用出现的，内部通过大量的Web逻辑来实现，并且这种模式具备一定的跨平台特征，目前一些通用框架开发采取了该种模式。

参考文献：

[1]任金波.HTML5在移动互联网中的应用[J].电脑与电信，2012，12.

[2]马新强，孙兆，袁哲.Web标准与HTML5核心技术研究[J].重庆文理学院学报，2010，12.

虚拟制造技术及应用研究 篇12

随着当今制造业不断向自动化、复杂化和规模化方向发展,在实际产品生产过程实施之前,需要对实际生产系统进行准确详实的仿真和预测。从而按照TQCSE[1~3]现代企业的要求,即以最快的上市速度(T-time to market)、最好的质量(Q-quality)、最低的成本(C-cost)、最优的服务(S-service)和最佳的生产环境(Environment)来满足不同顾客的需求,使产品的实现具有快速和柔性的特征。又由于近年来计算机技术、网络技术、数据库技术,Agent技术和系统仿真技术的迅速发展,20世纪80年代首先由美国提出了虚拟制造技术这个全新的理念。因此说虚拟制造是现代科学技术和生产技术发展的必然结果,是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。主要能够有效地解决以下问题:

1)在无法投入大量的人力物力的情况下,在制造系统正式建立和运营之前,对其进行有效的评估和预测,从而降低制造系统的投资成本和风险。

2)在新产品开发的各个阶段,把握从开发设计、加工制造、市场运营、再回收等各阶段实际情况,及时有效地协调各方面的关系,以达到全体最优效益。

3)能够实现信息集成、技术集成、资源集成、智能集成、企业内部的各个工作机制的集成,实现分布式智能协同求解,达到全局最优的目的。

1 虚拟制造的内涵

虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游——设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成,将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段,通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。

虚拟制造是利用信息技术、仿真技术和计算机技术对现实制造活动中的人物、信息及制造过程进行全面的仿真,以预先发现制造过程中的问题,在产品实际生产前就预防措施,从而达到产品一次性制造成功,来达到降低成本、缩短产品开发周期和增强产品竞争力的目的。

虚拟制造是基于虚拟现实技术[4]来实现的。它是在一个统一的模型之下对设计和制造等过程集成,将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上,其目的是在产品设计阶段,借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期中各种对产品设计的影响、预测、检测、评价产品性能和产品可制造性等,从而更有效的、经济的、柔性的来进行生产,使得生产周期和成本最低、产品设计质量最优,生产效率最高。

它是多学科、多领域知识的综合,其产生的虚拟产品和虚拟制造系统,要在计算机上以直觉、生动精确的方式体现出来,它拥有产品和相关制造过程的全部信息,包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、相关知识和模型信息。虚拟制造系统按照功能归结为三种不同类型的子环境,共同构成中心三元耦合的、互相关联的系统模式。它们分别是:

1)虚拟制造设计中心:给设计者提供各种工具以便虚拟设计、虚拟制造,设计出符合设计准则的产品模型。

2)虚拟制造加工中心:研究开发产品制造过程模型和环境模型及分析各种可行的生产计划和工艺规化。

3)虚拟制造控制中心:评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等。

2 虚拟制造技术的关键技术

虚拟制造技术是多学科技术的系统集成。其关键技术[5]主要包括建模技术、仿真技术、智能设计技术、可制造评价等。虚拟制造依靠建模与仿真技术来模拟制造、生产和装配过程,使设计者在计算机上模拟出产品的整个过程。建模与仿真是虚拟制造的基础,虚拟制造是建模与仿真的应用,它拓展了传统的建模与仿真。

2.1 建模技术

虚拟制造系统VMS是现实制造系统RMS在虚拟环境下的映射,是RMS的模型化、形式化的抽象的描述和表示。VMS的建模是生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系。

生产模型归纳为静态描述和动态描述两方面,静态描述是指系统生产能力和生产特征的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特征的基础上预测产品生产的全过程。

生产模型是在加工过程中,各类实体对象模型的集合。产品模型包括毛坯、中期产品模型、目标产品模型。对于一个VMS来说,只有具备完备的产品模型,才能使产品实施过程中的全部活动集成。

将工艺参数与影响制造的产品设计属性联系起来,反应生产模型与产品模型之间的交互作用,工艺模型必须具备以下功能:计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

2.2 仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型,然后在分析的基础上运行此模型,从而得到系统一系列的统计信息。仿真的基本步骤是:研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果并分析。

产品制造过程仿真,可归结为制造系统仿真和加工过程仿真。产品仿真的基本思想是:通过对设计和产品加工过程等的仿真,在产品设计和生产的上游,对设计结果进行反馈和评估,实现产品的优化设计。加工过程仿真包括切削过程仿真、装配过程仿真及检验过程仿真等。

2.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术[6]是一种由计算机生成的动态虚拟环境,人通过适当的接口置身其中,可以参与和操纵虚拟环境中的仿真物理模型,并且可以和过去的、现在的或虚拟的人物进行交互,它通过各种虚拟设备如立体显示系统、听觉系统、触觉系统与力反馈设备等刺激人体的各个感知器官,使人能与系统交互(interaction),产生沉浸感(immersion),对系统进行构想(imagination)。交互、沉浸感和构想是虚拟现实技术的基本特征。在生产过程中通过虚拟现实技术对产品及其制造过程的仿真,可以实现在实际生产活动开始之前完成产品生产的可行性分析,使人从主观上产生虚拟产品及制造过程的存在感,在虚拟制造环境中通过对“产品生命全程的预演”加深人们对制造过程的正确理解和直观感受。

虚拟制造是多学科、多领域的综合,虚拟产品及整体虚拟制造系统需要在计算机上以直观、生动的精确方式显现出来。因此,虚拟现实技术是虚拟制造的重要组成部分。

3 虚拟制造的应用

美国波音公司运用虚拟制造技术研制波音777喷气式客机,投资40亿美元,从1990年10月开始到1994年6月仅用了3年零8个月的时间就完成了研制。一次试飞成功,投入运营,其开发周期由原来的8年减至5年。

1993年初,日本大阪大学的岩田一明[7](kazuaki Iwata)博士及其领导的研究小组应用面向对象程序设计的方法与计算机三维建模技术开发了名为Virtual Works的软件工具。

1994年,日本Matsushita公司成功开发了基于虚拟空间支持工具的快速响应用户和市场需求的厨房设备生产系统[8]。该系统允许消费者在购买商品之前,在虚拟厨房环境中体验不同设备的功能,可以按照自己的喜好评价、选择和重组这些设备。用户的这些操作信息将被存储并通过网络发送到生产部门。

德国宝马汽车公司为车门装配设计的虚拟装配系统能识别语音输入完成相应操作,并能对干涉碰撞发声报警。

美国开发的虚拟原型制作系统,它允许设计者对这一原型进行评价,如对汽车的虚拟原型设计,设计者可以走入这一原型,测试汽车在虚拟公路上的行驶性能,体验驾驶者驾驶时的感觉,感受视野是否开阔等等。

世界最大的挖土机和建筑设备制造业企业Caterpillar Inc[9]将虚拟制造技术用于反铲装载机的开发,在虚拟环境下,技术人员推翻了原构想可行的三个方案中的两个不合理的设计方案,不仅确立了正确的设计方案,节约了研究其他两种机型所用的时间和费用,而且缩短了开发周期,降低了生产成本。

我国三一重机公司CAE工程师采用虚拟样机技术平台建立了单斗反铲液压挖掘机整机模型,得用机械、液压及控制系统模型进行联合仿真,在计算机上模拟挖掘、提升、转向、卸土等作业工况,对液压缸的摩擦力、油缸的动作速度、结构件的强度等级指标进行了仿真。通过调整液压元件各个参数,对液压系统进行了优化,进而提升了作业效率。该公司利用虚拟样机技术,结合Craig2Bampton模态综合法,对挖掘机的斗杆进行刚耦合分析及结构优化设计,解决了20吨级挖掘机斗杆开裂问题,成功研发了SY235型新产品。图1是20吨级新结构斗杆薄弱处的Mises应力的分析结果。

4 结束语

本文论述了虚拟制造的产生背景、虚拟制造的内涵及基本思想。指出虚拟制造的关键技术及虚拟制造技术在实际生产中的应用。它是未来制造业发展的趋势,采用虚拟制造系统来完成产品的整个生命周期的设计、生产、评价、检验等,达到缩短开发周期节约生产成本之目的。

通俗地说,虚拟制造就是在计算机上实现产品、生产系统的设计、开发、制造和质检的全过程。也就是说它是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题的技术。它为工程师们提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境,使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地,发展到了全方位预报的新阶段。应用各种计算机技术、信息技术等实现面对产品全生命周期的开发设计及评价的系统过程。包括虚拟现实技术、智能化设计和仿真建模技术等。其中,建模、仿真技术是虚拟制造的核心技术。

随着计算机技术、信息技术及各种智能化技术的迅猛发展,必将使虚拟制造技术得到更为广泛的应用,从而推动与此项技术紧密相关的制造业及其它行业的飞速发展。

参考文献

[1]肖田元.虚拟制造及其在轿车数字化工程中的应用[J].系统仿真学报,2002,14(3):342-347.

[2]宋天虎.积极发展适合我国国情的虚拟制造技术[J].中国机械工程,1998,9(11):56-59.

[3]李志辉,查建中,鄂明成,等.虚拟制造开放式层次化体系结构的研究[J].北方交通大学学报,2003,27(1):6-11.

[4]Kimura F.Product and Process Modeling as a Kernel forVirtual Manufacturing Environment[J].Annual of theCIRP,1993,42(1):85-93.

[5]邵立,钟廷修.虚拟制造及其应用[J].上海交通大学学报,1999,33(7):906-911.

[6]陈定方,罗亚波.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7]Iwata K,Onosato M,Teramoto K,et al.A Modelingand Simulation Architecture for Virtual ManufacturingSystems[J].Annals of the CIRP,1995,44(1):399-402.

[8]Weyrich M,Drews P.An Interactive Environment for VirtualManufacturing:the Virtual Workbench[J].Computers inIndustry,1999,38(1):5-15.

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