超系统思维

超系统思维（通用7篇）

超系统思维 篇1

1 引言

现代生态城市思想来源于英国人霍华德的“田园城市”理论, 该理论为我们展示了城市与自然平衡的生态魅力。生态城市这一概念最早是在20世纪70年代联合国教科文组织发起的“人与生物圈 (MAB) ”计划研究过程中提出的[1]。这一城市概念和发展模式一经提出, 就受到全球的广泛关注。随着可持续发展思想在世界范围内的广泛传播, 使生态城市理论得到了进一步的丰富。有关专家认为, 21世纪是“生态世纪”, 即人类社会将从工业化社会逐步迈向生态化社会。那么, 如何实现生态城市的可持续发展, 以及寻找如何实现生态城市可持续发展的路径, 将成为国内外学者重点研究的课题之一。

目前, 国外对生态城市的研究主要集中在生态城市建设的原则和生态城市的实践等方面, 如城市生态组织分别在1990年和1996年提出了生态城市建设的10条计划和10条原则[2];Dominski T提出了生态城市分“三步走”的模式[3], 介绍了美国的伯克利和巴西的库里蒂巴[4,5]等生态城市的建立情况。国内的研究主要集中在生态城市评价体系方面, 如宋永昌、郭秀锐、顾传辉、石永林等[6,7,8,9,10]分别从生态城市发展的各个方面和不同目标提出了生态城市的评价指标体系。由于缺乏对生态城市发展演化机理与内在机制的研究, 生态城市建立的指标差异性较大。此外, 刘建国、马世骏等从生态学角度出发对城市生态值的概念、生态库的概念和城市生态系统方面进行了详细研究[11]。但是, 以上这些研究都未涉及到生态城市在发展过程中的生态承载力的限制问题, 这样对生态城市理论进行的研究将无法实现“可持续发展”这一生态城市发展的根本目标。

本文将通过对超系统思维的分析, 并以任何生态城市的生态承载力都是有限的为前提, 对生态城市的构建模式进行研究。

2 超系统思维

超系统这一新的系统思维范式是由我国学者胡皓在其2002年所著的《自组织理论与社会发展研究》一书中提出的。他认为, 由于环境容量有限的绝对性, 任何系统发展与稳定的完全相容, 进而发展的绝对可持续是不可企求的。但是, 由于环境容量的某种相对无限, 发展与稳定的相对相容, 进而发展的相对可持续又是完全有可能实现的。超系统的超越性便是实现这种可能性的途径之一。

“超”系统思维的“超越性”具有两层含义:一是力图在某种更高层次上实现对系统发展与稳定不相容性的某种超越, 对系统生命相对有限即发展不可持续性的某种超越;二是对单个系统结构与功能的有限性超越, 对单个系统各自部分和暂时利益的超越, 以及对系统之间自利竞争关系的超越。

胡皓提出超系统思维所要集中解决的问题就是由于环境容量有限性所导致的系统发展与稳定的不相容, 进而表现为发展的不可持续。为解决上述问题, 超系统思维的最核心思路是超出各单个系统, 在与其他系统的互利合作、协同进化中, 耦合成某种更高层次上的超系统, 从而在该超系统的进化中, 寻求作为其组成系统的可持续发展[12]。

3 基于超系统思维的生态城市构成

由于生态城市系统内部信息量增长与结构功能优化存在极限, 以及其外部环境中生态承载力存在极限的双重限制, 生态城市的发展在绝对意义上是不可能永远持续的。但是, 追求相对意义上的可持续发展确实有其合理性, 也有必要性。虽然单个生态城市系统可通过与其他生态城市系统的相互竞争来提高开发外部资源的效率, 并暂时延长其可持续发展周期, 但是单纯依赖相互之间的竞争来实现可持续发展有其致命的局限性:第一, 生态城市之间的过度竞争必然导致各系统之间两败俱伤的结局;第二, 任何一个生态城市系统都不可能独立存在, 更不可能实现长期独立存在, 如果通过竞争将其他生态城市系统置之死地, 很有可能就是将自己置于死地。因此, 生态城市实现可持续发展的根本途径就是通过建立与其他生态城市系统之间互利合作的超系统, 组成超系统来实现系统的发展, 达到生态城市的可持续发展。

生态城市系统之间或生态城市系统与其环境之间主要通过以下两方面的机制耦合成为一个超系统:一是不同生态城市系统之间实现分工, 分别开发不同的外部资源。通过分工合作, 避免对有限的同一外部资源的过度竞争;二是不同生态城市系统之间实现合作, 为其他生态城市系统的发展提供补充和保障。不同生态城市系统分别开发不同的外部资源, 各自的产物部分或全部不同, 可通过交叉输入、互相补充来实现相互之间的合作。

作为能够耦合成保证生态城市系统可持续发展所需要的超系统的各个子系统, 必须是它们中的每一方在功能上都同时具有以下的双重属性:单个生态城市通过产物自返循环来实现自利性, 生态城市之间通过产物交互循环来实现互利性。因此, 单个生态城市只有当其生态承载力不仅尚属相对宽裕, 或者即使已经开始趋向于相对紧缺时依然能够经受住压力, 适应其所处环境, 这样的优势生态城市系统才有可能获得并保持其作为超系统的资格。那么, 生态城市系统必须在可能的竞争中不断从其外部环境中获取足够的物质和能量, 并将其相当一部分用于维持自我复制的自返循环过程。此外, 单个生态城市系统不能仅与其他生态城市系统形成单纯的竞争关系, 还必须进一步耦合成更高层次上的超系统。为此, 每一生态城市系统的产物不仅能通过自返循环推动自身的自我复制, 还需通过不同产物之间的交互循环进行强化, 对其他生态城市系统的复制提供它们各自不可能具有的某种有利作用, 达到互利合作的目的, 才能耦合成更高层次的超系统。

通过以上分析, 本文认为要实现生态城市的可持续发展就必须构建一个多生态城市互利耦合的超系统, 通过子系统之间的竞争与协同、互利与耦合来保证生态城市的相对可持续发展。

4 生态网络城市模式构建

生态城市的发展是依赖其所处的大环境, 而所处的大环境又是由很多个城市所构成的。生态城市的发展建设不只是对一个城市的生态进行建设, 而是对区域内所有城市以至于全球范围内所有城市的生态进行共同建设。只有当区域内所有城市都建成了生态城市, 生态城市的目标才能真正实现。但是在生态城市的建设过程中, 城市与城市之间既存在相互限制、相互制约, 又存在相互促进、共同发展的关系, 这样就构成了一个更为广义的复杂生态城市系统。同时, 生态城市系统又是一个开放系统, 城市之间彼此进行物质、能量、信息、要素的交流, 在经济、社会、资源、环境等各个方面存在着广泛的竞争与合作。

基于结合生态城市的概念与超系统思维, 本文提出了生态网络城市建设模式。生态网络城市是指在外部资源有限的前提条件下, 由多个能相互提供城市外部生态承载力的生态城市组成相互依存、相互制约又相互协调发展的城市集合体。这个生态网络城市由多个在结构上具有相似性, 功能上具有产物自返循环和交互循环的生态城市组成。核心生态城市可以是一个, 也可以是多个, 但其中每一个生态城市都是一个开放的复杂巨系统。它们之间除了要不断地进行能量、物质、信息和人口的流动外, 还要互相提供城市外部承载力, 包括城市环境承载力、城市资源承载力、城市经济承载力和城市科技承载力等。通过这样不断自返循环和交互循环, 既可避免城市之间对外部资源的过度竞争, 又可以使各个生态城市得到发展, 最终实现整个生态网络城市的发展。

4.1 生态网络城市结构模型

图1为一种简化的生态网络城市结构模型图。它由三部分构成, 每一部分为一个生态城市, 而每一个生态城市表现为一个“金字塔”结构, 由三个截面组成。“金字塔”三个截面的底层是将“资源与生态环境”作为生态城市的依托, 中间层是将“科技与管理”作为生态城市的催化剂, 上层是将“经济与社会”作为生态城市的表现形式, 塔尖为“生态城市建设与发展”的目标, 即城市的可持续发展。在图1中, 每两个生态城市之间有一个双向箭头, 代表这两个城市之间的生态引力, 说明在这个生态网络城市系统内部城市之间还要进行不断的物质、能量、信息和人口的交流, 每个城市都要为其他城市进行生态建设提供不同方面的承载力支持。生态网络城市作为一个整体, 还与其外部环境存在物质、能量、信息等交换, 最终实现整个生态网络城市的可持续发展。

4.2 生态网络城市特点

基于开放式复杂巨系统的生态网络城市建设模式, 它既解决了目前进行生态城市建设所面临的瓶颈问题, 又体现了生态城市这个复杂巨系统的特点。这些特点主要表现在:①生态网络城市系统结构具有相互紧密联系的层次和系列。每个生态城市系统内部各子系统之间既有统一性又有非均质性和各向异性, 如经济系统、生活系统等。整体的生态网络城市系统内部各子系统又构成一个层次, 每个子系统之间都是密切联系的。②生态网络城市系统整体的作用大于各生态城市的简单总和。生态网络城市系统将体现出整体优势, 整体作用十分明显, 这就是所谓的“聚集”效应。③在生态网络城市的巨系统中, 总是上一层次的大系统决定性地影响下一层次的小系统。在对生态网络城市进行规划时, 必须从全局出发, 由上一层次的大系统决定下一层次小系统的发展方向和发展策略, 且每个生态城市系统都将会反过来影响大系统。④生态网络城市系统内部各生态城市相互之间, 或与更大的系统、旁系统进行种种交换。生态网络城市内部系统日益复杂, 外部系统影响就日益增强, 城市人口、城市经济、城市建设、城市生态与外界的关系也日益密切。进行生态网络城市建设, 可实现系统内部各子系统间不断地进行物质、能力、信息等交换。而且, 当生态网络城市作为一个整体时, 会不断与其他生态城市系统进行种种交换。⑤生态网络城市系统的自组织和自适应性。生态网络城市系统本身具有一定的学习功能, 系统也具有一定的自适应性和自组织性。通过自适应、自组织作用, 往往反过来取得经验, 最终获得接近优化的解决方案。而且, 整个生态网络城市系统作为整体面向全球开放, 在全球范围内可与其他区域展开竞争与合作, 参与全球资源的优化配置。通过生态城市这样的优化组合, 发挥各自的优势资源, 以实现生态网络城市的整体优势, 最终实现整体生态网络城市的可持续发展。

总之, 在外部资源有限的条件下, 要实现生态城市的可持续发展, 必须构建互利耦合和可持续发展的生态网络城市, 这样才能实现生态城市的可持续发展。

摘要：生态城市的可持续发展在一定程度上受其内部资源与外部环境中生态承载力的双重限制。从超系统思维的角度出发, 提出了生态城市实现可持续发展的根本途径, 并对生态城市超系统的构成及其耦合机制进行了分析。在此基础上, 提出了一个在外部资源有限的条件下能够实现互利耦合和可持续发展的生态网络城市建设模式。

关键词：生态城市,超系统思维,可持续发展

参考文献

[1]高吉喜.可持续发展理论探索——生态承载力理论、方法与应用[M].北京:环境科学出版社, 2002.

[2]Register R.The Eco-city Movement-deep History, Movement of Opportuni-ty[C].Village Wisdom/Future Cities:The Third International Eco-city andEco-village Conference.Oakland:Eco-city Builders, 1996∶26-29.

[3]Dominski T.The Evolution of Eco-cities[R].Context Institute.Designing ASustainable Future (IC#35) , Spring, 1993∶53.

[4]Register R.Eco-city Berkeley:Building Cities for a Healthier Future[M].CA:North Atlantic Books, 1987∶13-43.

[5]尹洪妍.国外生态城市的开发模式[J].外国城市, 2008, (12) ∶90-92.

[6]宋永昌, 等.生态城市的指标体系与评价方法[J].城市环境与城市生态, 1999, 12 (5) ∶16-19.

[7]郭秀锐.城市生态系统健康评价——以广州为例[D].北京师范大学博士学位论文, 2003.

[8]顾传辉, 陈桂珠.生态城市评价指标体系研究[J].环境保护, 2001, (11) ∶24-25, 38.

[9]石永林.基于可持续发展的生态城市建设研究[D].哈尔滨工业大学博士学位论文.2006.

[10]王飞儿.生态城市理论及其可持续发展研究[D].浙江大学博士学位论文, 2004.

[11]刘建国, 马世骏.扩展的生态位理论——现化生态学透视[M].北京:科学出版社, 1990∶72-89.

[12]胡皓, 楼慧心.自组织理论与社会发展研究[M].上海:上海科技教育出版社, 2002∶63-88.

超媒体时代摄影教学的新思维 篇2

一、摄影教学注重对学生文化素质的培养

在超媒体时代, 媒体媒介的不断发展和融合使媒体的传播速度更快, 而媒体的发展水平也达到了空前的高度, 因此在媒体快速发展和融合的背景下, 文化趋同也将成为一种趋势。所以, 在摄影技术不断发展的同时, 提高学生的文化素养十分重要。摄影教学过程中, 需要培养摄影人才, 而在新时代条件下, 注重培养学生的文化素质教育, 这能够使学生专业知识和技能水平都得到充分的发挥。摄影教学过程中要想培养学生具备较高的文化素质, 需要从学校的课程设置以及教学方式方面着手。

首先, 在课程设置方面应遵循“厚基础, 宽口径”的原则。在摄影教学过程中, 在强化摄影专业学生的摄影能力的同时, 应积极拓宽学生学习的知识面, 提高学生的文化素养。目前, 我国的摄影专业教学更加注重于对学生摄影专业知识的教学, 而学生在成长过程中, 不仅仅需要专业知识, 还需要具备社会学、心理学、文学等多种文化知识。所以, 我国在课程设置方面, 摄影专业应积极开设其他学科领域的课程, 促使学生具备更多的文化知识。只有这样, 才能使学生拥有更丰富的知识, 从而提高专业技能[1]。

其次, 教师在教学方式方面应注重运用启发式教学方法, 积极开拓学生的创新思维。针对摄影教学活动, 可以通过三步完成启发式教学。第一, 了解摄影的概念, 这一步骤的主要目的是为了培养学生的形象意识, 使学生通过对客观物象的自然认知和观察, 从而在头脑中形成初步的概念, 并对其有一定的理解。第二, 想象摄影, 这一步骤的主要目的是使学生从客观物象中解放出来, 从而与社会进行对话, 利用思维理论将客观物象转化为摄影的主角。第三, 通过自由观念对摄影做出评价。

二、摄影教学注重对学生综合能力的培养

超媒体时代的不断发展将是多种媒体进行不断整合的过程, 集文字、图像、声音、动画等于一体, 充分显示了超媒体的强大功能。正是因为在超媒体时代下, 多种信息相互叠加、融合和转换, 所以传媒行业更需要综合能力较强的人才, 而摄影专业属于传媒业的一个类别, 因此摄影专业对综合能力人才也有较大地需求, 摄影教学应注重对学生综合能力的培养, 从而培养出更多的复合型人才。

首先, 摄影教学过程中, 教师要注重培养学生积累专业知识的能力, 学生具备稳固的摄影知识根基才能将摄影水平发挥得淋漓尽致;其次, 培养学生积累经验的能力, 摄影主要是通过静态视觉观察来实现的, 所以学生积累经验有利于学生对摄影角度、时间的掌握;最后, 应具备掌握动态影像技术的能力, 把握动态视觉规律, 从而更好地进行摄影[2]。

三、摄影教学注重对学生创新思维的培养

随着超媒体时代的发展, 媒介间的竞争是一种必然趋势, 而面对媒介间激烈的竞争, 需要媒体积极开拓创新思维, 以在竞争中求得更好地发展出路。所以摄影教学活动中, 教师一定要注重对学生创新思维的培养, 使学生不断开拓创新, 提高自身的摄影水平, 这样, 才能在竞争的环境中创造出一流的影像。

在摄影教学中, 对学生创新思维的培养, 主要包括视觉思维的创新和语言的创新。首先, 开设有关中外摄影史的研究课程, 学生通过对摄影的研究史发展脉络的了解, 可以更准确地把握摄影发展的规律, 学生对摄影本质规律地把握, 有利于使学生的摄影创新更加有章可循。其次, 我国在摄影教学活动中, 主要以单向传授为主, 这种教学方式过于机械化, 不能更好地启发学生进行创新。所以, 教师在授课过程中, 应努力调动学生学习的积极性, 从而使学生尽可能地参与课堂互动;最后, 开设有关优秀摄影视觉文本的分析课程, 学生通过对优秀摄影的理解, 获得更广阔的摄影视野, 有利于学生结合自身实际最大限度地开启创新思维和创造新颖作品的能力[3]。

总之, 超媒体时代是媒体发展的必然趋势, 是媒体的变革和融合, 所以摄影教学只有做到与时俱进, 才能发挥更大的作用。在超媒体条件下, 教师要善于运用新思维对学生进行培养, 而学生也应在新思维的指导下更好的发展。

摘要：超媒体时代的来临, 给摄影教学提出了更高地挑战, 要想充分发挥摄影教学的效果, 需要运用新思维进行教学, 这有利于培养摄影方面的专业型人才。摄影是一门比较讲究的艺术, 而学生真正掌握更多的摄影技巧与教师的教学是不可分离的。在超媒体时代, 教师应该用新思维而不应该运用传统的思想观念进行摄影教学, 只有这样, 才能使摄影教学达到更好的效果。本文主要论述了运用新思维进行摄影教学应注重对学生文化素质、综合能力、创新思维三个方面的培养。

关键词：超媒体时代,摄影教学,新思维

参考文献

[1]张省会.多媒体信息时代艺术专业《摄影》课程教学模式探究[D].西安:陕西师范大学, 2011.

超系统思维 篇3

我国的能源结构决定了在未来很长一段时间内燃煤火力发电厂会占据电力行业中的较大份额。火力发电需要消耗大量的水资源, 而我国又是一个贫水国家, 人均占有水量仅有世界人均水平的1/4, 是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国家之一。近年来, 日益凸显的缺水问题限制了部分地区火力发电厂建设和发展。所以空冷机组在水资源缺乏的地区得到了广泛应用, 并具有广阔的发展潜力。

国内先后引进投产了200MW、300MW、600MW和1000WM等级的空冷机组, 这些大型空冷机组的投运, 提升了国内空冷机组的应用水平。尤其是世界上首台1000WM超超临界直接空冷机组2010年在灵武电厂的成功引进投产, 标志着我国在直接空冷机组应用技术方面走在了世界前列。由于1000MW超超临界机组在发电煤耗、减少污染物排放、节约水资源等方面具有明显的优势, 将是我国未来空冷机组建设的优选。直接空冷机组的整体性能体现在设计和运行两个方面, 针对直接空冷系统的运行特点, 在直接空冷机组设计和运行必须考虑空冷凝汽器的背压、散热面积、风机电耗、环境因素等方面的相互关系, 以期使直接空冷机组的安全性、经济性得到保证和优化。

本文着眼于1000MW超超临界直接空冷机组空冷系统主要参数关系模型建立, 其研究成果对发展我国超 (超) 临界直接空冷机组自主设计与生产技术具有重要意义。

2 研究内容

直接空冷系统又称空气冷凝凝汽器 (ACC) 系统, 是指汽轮机的排汽直接用环境空气通过散热器蒸汽冷凝成凝结水。直接空冷系统凝汽器由散热器组成, 根据散热器管束内部蒸汽和凝结水的相对流动方向, 又分顺流空冷和逆流空冷。其中顺流空冷冷却大部分 (约75%~80%) 的汽轮机排汽, 未凝结的蒸汽进入到逆流空冷系统中凝结, 最后由逆流凝汽器上部的真空抽吸设备抽出不凝结气体, 避免在运行过程中空冷系统内部的形成死区, 导致换热恶化。

研究直接空冷系统的变工况特性就是要确定空冷凝汽器压力的影响因素, 找出各因素对空冷凝汽器压力的影响规律。通过对空冷凝汽器全工况运行性能研究, 分析汽轮机背压在各个不同工况下随初始温差等因素的变化规律, 为优化运行直接空冷系统和提高空冷系统的经济性提供了理论依据。

3 直接空冷系统数学模型

3.1 空冷凝汽器传热计算

(1) 管内蒸汽凝结放热量:Qs=Gs (hs-hc)

式中, Qs为管内蒸汽凝结放热量, kJ;Gs为汽轮机排汽量, kg/s;hs为汽轮机排汽焓, kJ/kg;hc为凝结水焓, kJ/kg。

(2) 管外空气的吸热量:Qa=vFAFρaca (ta2-ta1)

式中, Qa为管外空气吸热量, J;vF-空冷凝汽器迎面风速, m/s;ta1为空气进口温度, ℃;ta2为空气出口温度, ℃;AF为空冷凝汽器迎风面积, m2;ρa为空冷凝汽器入口空气密度, kg/m3;ca为空气比热, J/ (kg·K) 。

(3) 空冷凝汽器总换热量

不考虑空冷凝汽器的散热损失, 根据热平衡原理有:

式中, Q为空冷凝汽器总换热量, J;A为空冷凝汽器总换热表面积, m2;k为空冷凝汽器总换热系数, W/ (m2·K) ;△tm为对数换热温差, ℃。

(4) 空冷凝汽器的传热单元数NTU及效率η

由于管内侧是相变换热, 所以:式中, AF为散热器的迎风面积, m2;AG为散热器光管外表面积, m2;kG为光管换热系数, W/ (m2·K) ;Z为光管面积与迎风面积之比Z=AG/AF。

因为发电厂空冷凝汽器多采用单管程错流散热器且汽侧有相变, 所以空冷凝汽器的效率η等于空气温升率, 即

(5) 空气通过散热器温升△ta

由可得:△ta=ta2-ta1=η (ts-ta1)

(6) 空冷凝汽器蒸汽的凝结温度ts及排汽温度

通过对空冷凝汽器传热方程、能量平衡方程、空冷凝汽器效能、传热单元数的推导, 可计算出空冷凝汽器内凝结温度:

考虑排汽管道的温降△t, 可得汽轮机排气口的排汽温度:

排汽管道的散热损失, 一般惯例都是采用对温度取温降的方法处理。温降的取值由管道直径、保温厚度、管道走向、长度决定, 通常数值基本相同, 为2℃~3℃。

空冷凝汽器压力查水蒸气性质表可得。

3.2 汽轮机末级排汽压力

汽轮机末级排汽压力 (汽轮机背压) 或者凝汽器压力一般被理解为冷端压力, 如果严格一点来说, 二者却是两个完全不同的压力。一般来说低压缸末级动叶片出口截面处的静压力是汽轮机背压, 以pk表示。而空冷凝汽器内部静压力称为凝汽器排汽压力, 以pc表示。

由于空冷机组的凝汽器压力和背压在数值上是有很大差别的, 考虑压损, 存在以下计算模型:

式中, pk为汽轮机末级排汽压力, kPa;pc为空冷凝汽器的压力, kPa;△p1为排汽管道中的压力损失, kPa;△p2为水蒸汽柱引起的压差, kPa。

△p为排汽压力损失, 主要指排汽在主排汽管中、支管中上升以及顺流、逆流的管束中的压降, 排汽压力损失按照下式近似计算为:

式中, D0表示末级排汽流量;下角标od代表变工况。

电站直接空冷系统是在额定工况下设计的 (简称设计工况) , 各设计参数如设计背压、冷却面积、设计汽温是通过多种经济技术方案的比较优化得到的, 直接空冷系统在设计工况下运行, 理论上应该能达到最佳运行状态。

排汽压损与空冷系统的结构有关, 目前没有统一的数值和计算方法, 如给定空冷系统的结构尺寸, 可以通过理论计算和数值模拟方法进行计算, 作为设计参考依据。目前通常采用如下方法, 初设时采用经验数值设计, 待设计院提供管道设计结果后, 对管道内流动通过数值软件进行核算, 根据计算结果修订取值。

3.3 ITD的优化

直接空冷系统初始温差 (ITD) , 即汽轮机排汽饱和温度与进入空冷凝汽器的空气温度之差。当确定了环境温度和ITD值后, 汽轮机的排汽的相关参数 (饱和温度、压力、出力和排放的热量) 也随之确定。因此, ITD值的高低影响到机组发电量和空冷凝汽器面积。ITD值直接反映了空冷系统初投资和运行费用的关系。ITD值高, 空冷凝汽器可利用的传热温差就大, 根据传热学公式, 那么所需散热面积相对就小, 那么空冷系统初投资就少, 但汽轮机热效率降低, 机组煤耗上升, 运行费用上升;ITD值低, 则反之。所以, 需要综合考虑多种因素确定ITD值。

直接空冷系统的优化最常用的方法就是年费用最小法, 即计算某工程多种可能实施方案的一次性投资, 以及在经济服务年限内逐年支付的运行费用;然后按动态经济规律将投资与运行费用换算到指定年, 再在经济服务年内等额均摊, 最后比较各方案的年总费用, 最佳方案为年最少费用的方案。所以选取空冷系统的年总费用作为寻优过程的目标函数。计算过程:首先假设一系列ITD值, 根据假设值计算出的各个ITD对应的年总费用, 其中最小的年总费用对应的ITD值为最佳ITD。

4 模型建立及应用实例

本模型使用Excel表结合VB程序实现, 输入界面如图1。分别以某电厂1000MW空冷机组为例验证模型计算的准确性。

(1) 散热面积设计结果

电厂所处环境夏季温度为29.3℃, 排汽压力为33kPa, 考核工况设计结果1971780m2小于设计工况结果2132278.225m2, 最终结果取值为设计工况设计结果80个散热单元, 2132278.225m2, 结果输出见表1、表2。

注:受夏季考核工况的限制, 为满足机组夏季运行背压要求, 设计散热面积应大于1971780m2;设计ITD应小于43.7℃

电力设计院设计结果为2133220m2, 数值差别为 (2133220-2132278.225) /2133220=0.04%。散热单元数相同。

(2) 设计背压计算

散热面积为2133220m2 (电力设计院结果) , 散热器迎面风速2.1m/s, 环境温度为14.00℃时机组背压为12.8kPa (设计工况) 。环境温度33.00℃时机组背压为25.75kPa (考核工况) 。

(3) ITD优化结果

受上网电价、煤价、水价、空冷凝汽器单价、风机单价等数据限制, 本设计实例ITD优化结果为估算。ITD优化结果前5名为38、37、39、36、40。受夏季考核工况的限制, 为满足机组夏季运行背压要求, 设计ITD应小于:43.7℃。不同ITD值输出结果见表3。

5 结论

针对直接空冷系统的运行特点, 在直接空冷机组设计和运行必须考虑空冷凝汽器的背压、散热面积、风机电耗、环境因素等方面的相互关系, 通过建立空冷系统主要参数相互关系的模型, 根据模型的计算结果选择ITD最佳值, 分析直接空冷机组的运行的安全性、经济性, 从而为直接空冷系统的优化运行和提高经济性提供理论依据。

摘要：百万空冷机组在发电煤耗、减少污染物排放、节约水资源等方面具有明显的优势, 将是我国未来空冷机组建设的优选。通过研究分析空冷凝汽器全工况运行变化规律, 建立不同环境温度下汽轮机排汽压力、凝汽器散热面积、迎面风速 (风机入口风速) 之间关系的研究模型, 并优化ITD值。通过某电厂1000MW空冷机组数据验证了模型的准确性, 根据模型计算出最优ITD值, 为直接空冷系统的优化运行和经济运行提供理论依据。

关键词：直接空冷系统,数学模型,百万机组

参考文献

[1]高玉忠.电站直接空冷凝汽器变工况计算与特性分析[J].上海汽轮机, 2001 (3) :5-8.

[2]杨立军, 杜小泽, 等.火电站直接空冷凝汽器设计及校核计算和性能分析[J].现代电力, 2006, 23 (6) :50-53.

[3]胡鹏飞, 谢诞梅, 等.超超临界空冷机组冷端优化技术探讨[J].热力发电, 2011 (6) :25-28.

超高清节目制作系统建设 篇4

目前国内制作网建设过程中主要有两种形态“FC+以太”双网的成熟架构, 以及当前在部分电视台开始使用的纯“IP单网”制作系统, 这两种制作系统在标清、高清时代均有众多的试用案例, 但是在超高清制作出现兴起的今日, 我们该如何积极应对其挑战呢, 在新疆生产建设兵团电视台建设了台内第一个20个站点的超高清制作系统, 取得的良好的效果, 为类似超高清系统建设提供了一个成功案例。

1系统简介

由于新疆自然人文资源丰富, 采用4K进行节目拍摄、制作、交换和长期保存更有利于发挥媒体资源的潜在价值。本系统主要用于新疆兵团电视台专题片、晚会、节目后期包装节目制作, 该系统将会由多个档栏目共同使用。而另一方面则是预设了从前期的节目编辑到媒体资料管理的整体结合, 实现了素材、节目成片与资料媒资库的网络连接和管理。

整个系统具有以下特点:

1.从全面支持高清制作向到支持超高清制播的方向发展, 针对重要有地方特色的节目资源在拍摄、采集、素材存储、内容交换等均可采用高清或4K码率保存, 针对节目播出则输出高清成片。

2.技术系统从终端、网络、存储等各个环节均可满足超高清节目制作的基本技术要求, 以保障系统在4K时代, 依然可以实现节目的共享制作。

3.由于栏目制作的周期性和4K素材对存储系统的巨大消耗, 因此业务系统和底层存储系统需要形成一个“动态”的资源池的概念, 可以灵活的给不同栏目进行策略性的存储空间调配。

4.系统中包含制作、包含、配音、包装、打包等环节, 因此需要充分考虑到系统的处理能力, 切实做到合理配置, 并充分利用

5.由于4K资源具有较强的交换和二次利用价值, 因此如果采用传统的成片入库方式, 将会造成较大的资源损失, 因此在业务流程中采用了先入库, 再筛选的策略。

2系统设计要求及规模

在系统设计中, 需要实现的主要功能要求有:新建的高清节目制作网络系统应能充分利用各种多媒体技术、存储技术和网络技术, 建立一个先进、高效、快捷的数字化高清制作网络, 主要用于纪录片、大型综艺晚会及栏目的制作包装。具备网络系统管理功能, 网络管理系统具有将节目的制作、存储等业务处理流程串连为一体, 以提高后期节目制作生产的质量和效率。网络管理系统包括工作流管理, 节目管理, 用户管理、权限管理、素材管理、存储管理、资源管理、日志管理等内容。具备与本系统外的交互能力, 制作系统与必须能够通过全台主干数据交换平台实现与现有的节目生产管理系统、媒资管理等系统之间实现数据交换。新建系统能够最大限度地满足我台对高清和超高清节目制作、包装等业务发展的需要。

1.新建系统中的技术架构和设备性能要求需要满足:

1) 本系统采用“FC+以太”双网架构。

2) 存储设备有效容量90TB, 24个8Gb/s光纤端口。存储系统读、写性能要求以SPC-2测试报告中LFP给定值为标准, 达到8100MB/s和5600MB/s左右, VOD (Video on Demand) 指标达到10000 MB/s左右。

3) 制作网络支持上载、配音、制作共计24个站点。

4) 网络支持异构平台互连。提供苹果网络与Windows平台的互连功能, 实现磁盘阵列的共享和跨平台的使用, 实现节目的文件级交换和成品节目、节目素材的共享。

5) 系统提供后台转码功能, 可实现多种格式的输出。

2.系统内主要硬件设备配置如下:

1) 中央存储:Hitachi Unifi ed Storage VM。

2) 光纤交换机:Brocade 6505。

3) 服务器:Dell Power Edge 12G R720, Apple Mac Pro。

4) 光纤转换器:Promise SANLink2。

5) 光纤卡:QLogic QLE2560 8Gb PCI-E。

6) 外置接口箱:Blackmagic Design Decklink ULtra Studio4K。

3.系统软件配置:

1) 编辑站点部分:

(1) 操作系统:Apple OS X Mavericks 10.9.3。

(2) 编辑软件:Final Cut Pro X 10.1.2。

2) 网络、存储及流程管理部分:

(1) 服务器操作系统:Microsoft Windows Server。

(2) MDC/LDAP服务器:Apple OS X Mavericks 10.9.3。

(3) 存储管理软件:Quantum Stor Next FX和Apple Xsan。

(4) 数据库:Microsoft SQL server 2012。

(5) 数据库集群备份:Rose Mirror HA。

(6) 流程管理软件:JDVN数字视频管理系统.供包括系统内的工作流管理, 节目管理, 用户管理、权限管理、素材管理、存储管理、资源管理、日志管理等内容。

全网系统网络拓扑图如图1所示。

3超高清系统设计的关键技术

由于超高清视频对于IT资源的消耗量巨大, 因此原有的制作系统架构及其业务流程也应进行有针对性的设计和设备选型, 以保障系统的技术前瞻性和业务运行的稳定性。

3.1针对系统流程的设计

传统的制作系统业务流程往往以“采”+“制”+“播”+“存”为主体业务流程, 这种业务流程一般都是以存储成片为主, 但是在当前播出依然是以“高标清”混播为主的时代, 4K的拍摄范围和细节展现的优势尚不能得到展现, 因此应充分考虑对于珍贵素材的保留和再加工, 也就是将“媒资管理”前置, 资源入库即纳入管理范围, 业务流程变为“采”+“存”+“制”+“播”的业务流程。

同时由于制作格式的增大也会给打包合成和重新制作带来业务压力, 因此详细的制作流程也应进行重新的设计。

超高清的初期由于网络、存储均处于技术的过渡阶段, 因此我们设计了两套业务流程 (图2) 。

1.当节目有4K制作和4K交换的业务需求时, 可采用素材先入媒资库进行存档, 再由非编系统进行4K编辑, 编辑通过后进行技术和内容的审核, 审核通过后完成节目合成, 最终提交存储。

2.当节目需要高清播出时, 则在节目入库后转码出一路高清信号进行编辑, 在技术和内容审核通过后, 一方面合成用于播出的高清版本, 另一方面套出一版4K版的成片完成节目存档工作。

3.考虑到4K资源所占素材量较大, 应在资料媒资系统内进行阶段性的整理工作, 以减小长期的存储成本。

3.2针对存储网络的选择

在非编制作网内, 通过存储的共享多用户可以实现协同工作, 完成节目的制作配音渲染等一整套流程。因此制作系统需要一个全局存储空间, 可以满足多台非编站点同时的同时访问需求。

在节目生产制作过程中, 需要有足够的存储带宽、链路和交换机处理性能来保障非编的稳定性。例如, 使用HD制式的视频, 一个标准视频流包含25f/s的数据, 而每个数据片而每一帧的传输延时不应多于40ms。在考虑到制作站点上的编解码时间开销, 以及多个工作站的并行工作需求, 对于存储网络的延时应控制在20ms左右。

如果是超高清视频往往还具有高帧率30P或60P 3D双路视频等需求, 尤其是在精编或包装网内, 往往需要同时处理3层到5层的视频编辑和特技叠加, 单个站点的多层编辑加剧了终端对网络带宽和延时的需求。

选择适宜的存储网络架构是非常重要的, 对于一个存储网络其是否适用于广电系统, 主要包含四个维度:终端接入带宽、链路带宽、承载媒体数据的交换机处理能力、存储体处理能力。

3.2.1采用双网架构

“FC+以太”架构是一种较为成熟的制作系统存储解决方案, 其有效的解决了访问的低延时, 低误码, 高带宽的要求。

在光纤存储网络架构下, 终端通过数据块的方式进行视音频资源的存储访问, 其光纤链路的访问延迟最低可达毫秒级。SAN存储网络的实时传输性能远远高于其他存储架构。SAN存储网络结合先进的文件系统软件可以有效的保障存储访问的稳定性, 高效的利用带宽资源, 同时在大型网络中系统需要配置相应的元数据管理服务器对存储网络进行管理 (图3) 。

3.2.2存储网络选择

目前全画幅的无压缩4K素材存储量约3TB/h, 而采用4:4:4量化的Pro Res约为570GB/h, 如果采用4:2:2量化则需要240GB/h, 无论采用哪种存储方式, 实际上对整个存储网络都会造成较大的压力。

当前我台设计采用4:2:2的Pro Res格式, 但随着超高清技术的成熟未来考虑升级到4:4:4的量化水平。因此在存储网络的选择上, 需要满足如下标准:单链路带宽可达到约为1.8GB/s, 总带宽最大可达到10000MB/s的水准。FC (8GB/s或16GB/s) +SAN网络可满足我方需求。

我台在实际生产环境中针对延时、传输效率等因素进行测试, 8GB FC的协议效率相对10GE以太网的效率略高, 同时由于当前万兆以太网卡和集成化万兆以太网交换机的普及程度较高, 因此我台依然采用两点FC+以太的传统网络架构, 但在未来40GE以太网逐步推广的情况下, “单网架构”可以较低成本实现4K编辑。

3.3全新的存储技术在超高清制作系统中的应用

由于4K时代紧跟高清时代的脚步, 因此对于IT系统的建设造成了较大的压力, 其主要体现在以下四个方面:单流I/O带宽、数据恢复、资源管理、存储利旧。目前, 解决上述问题的IT技术方案有下述几种。

3.3.1分布式文件系统

分布式文件系统, 主要包括是指在Isilon、Mediagrid、ISIS等集群存储厂商上部署的文件系统。

前端客户端I/O访问到某一节点, 该节点立刻启动针对数据的切片, 按照当前存储系统的节点数量、文件大小和相应的保护策略 (例如多副本或N+M的冗余策略) , 将数据片通过后端交换矩阵, 写入到各个存储节点完成落盘的流程, 而读取的时候也是根据数据的存储位置, 存储当前的忙闲程度选择合适的数据节点内的数据进行读取, 再由某个几点进行拼合后对外进行输出, 当分布式文件系统的节点较多时, 可以达到从较多的硬盘上同时读取数据的目的, 因此提高了对单流的读写带宽。

同时分布式文件系统可以提供基于纠删码的资源保护策略 (多副本的方式存储空间浪费较为严重, 因此不在此处进行讨论) 。对于文件的保护分布式文件系统可以提供N+M/b的级别以上的保护, 其中要求N>M且M>=b, 其中N为数据块, M为校验数据块, b为节点, 例如一个采用4+2/1的存储系统则允许存储于N+M (4+2=6) 个数据节点上的数据有2个损坏, 或者有1个存储节点损坏的情况下数据不丢失。此种存储方式使得分布式文件系统获得了较高的安全性同时付出了较多的冗余代价。

3.3.2 RAID 2.0

RAID 2.0 (独立磁盘冗余数组2.0, Redundant Array of Independent Disks Version 2.0) , 作为一种增强型RAID技术, 在近些年逐渐在广电市场中被接受, RAID2.0有效解决了机械硬盘容量增大, 硬盘重构时间增长的问题。其基本思想就是将原先以盘位单位的RAID组, 先按照固定的容量分割成更小的固定大型的数据块Chunk, RAID组基于数据块而非某些硬盘上建立。我们可以认为是基于更多的小“硬盘”实现了RAID, 或者将磁盘空间进行了二次条带化。

因此存储系统将所有RAID组进行整合条带, 数据分布存储在所有磁盘上, 从而使I/O在读写时获得更高的稳定带宽, 同时获得更短的重构时间, 而热备盘也变为一个虚拟概念, 实际上是散布于盘阵中的“热备块”。

无论是分布式文件系统还是RAID都是一种碎片化的数据处理方式, 这样的数据存储方式对于大容量高I/O的4K视频文件都是非常实用的, 而备份的本质都是用冗余度换取安全性和可靠性, 我们在实际选择中也应以实际使用需求出发, 实现备份安全性与备份成本的平衡。

3.3.3虚拟资源池

在目前的高端存储中有提供虚拟资源池或动态资源池的软件功能。

其资源池的动态供给有如下特点:

1.管理员可根据实际栏目的使用状况, 动态调节不同分区大大小, 以满足不同栏目不同时期的不同业务需要。

2.动态供给使得管理员可以将存储空间分配给应用系统, 而这些存储空间在被使用前是没有真正的物理映射的。这种“按需”分配的方法意味着可分配的存储的空间可以超过实际的存储物理空间。当存储容量达到警戒阀值时, 提醒管理员进行存储容量的扩容, 而整个存储的扩容不会影响到前端业务。

3.3.4存储虚拟化技术

当前电视台内往往存储部分中端光纤存储, 如何在系统升级扩容的过程中充分利用原有设备也是一个较为重要的话题, 当前高端存储系统提供了存储虚拟化的技术。

HDS公司的可通过高端存储平台通过存储虚拟化的技术, 可以实现将不同厂商的存储系统集合到同一个存储池中。存储平台内部的资源为内部存储资源, 与之相连的其它存储设备上的资源是外部资源。通过该功能, 可以使用统一的管理平台实现对内部和外部存储资源的统一管理, 统一分配, 可以按照应用系统的性能要求分配相应的存储资源。从主机的角度看, 内部存储资源和外部存储资源功能完全相同, 而内部和外部存储资源之间的数据交换可以通过存储系统本身的数据复制和数据迁移软件来完成。

3.4存储系统的选型和调优

3.4.1存储选型

通过对目前Mac平台组网常用存储系统的比较, 我们认为日立HUS VM存储系统具有较高的性价比。在性能相近的情况下, HUS VM成本低于EMC, 在I/O接口选择方面优于Net App E5500。从已经查到的PROMISE系列存储资料看, 其性能不能满足高清节目制作网使用的需要。HUS VM的性能参数请参考它的SPC-2测试报告 (见参考文献) 。

3.4.2测试及调优

1.在针对存储系统的调优过程中我们主要关注一下几个点:

1) 存储系统能否保证高I/O单流的读写稳定性。

2) 极限读写带宽以及混合读写带宽能否满足我们预计的使用场景。

3) 混合读写下的带宽读写比例, 是否有写I/O抢占读I/O的现象。

2.在存储测试过程中做好以下几个方面的工作, 可获得较为理想的测试效果:

1) 存储分配规则

(1) 每台存储需预留20%的空间, 满足存储内系统扩容和变更的要求。

(2) 对于重要系统和性能压力大的系统为确保磁盘性能存储底层RAID组尽量分散。

(3) 同一RAID组的LUN为避免相互干扰不能分配给两个繁忙的系统。

(4) 同一RAID组内靠前的LUN比靠后的LUN性能好, 重要系统应靠前的LUN。

(5) 对于数据量大的应用尽量独占RAID组。

(6) 分配时尽量按4个RAID组为1个单位成片分配, 不够4块盘的分配2个RAID组, 尽量避免奇数RAID组出现。 (7) 根据存储性能数据优化后端磁盘, 减少热点盘的出现。

2) 存储前端端口

(1) I/O负载高的应用, 使用专有的存储前端口。对于高端存储IOPS≥4000应分配1对独立存储前端端口, IOPS≥8000应分配2对独立存储前端端口。

(2) 数据流量高的应用, 分配在不同存储前端板卡上, 避免存储前端板卡到后端交换机的带宽成为瓶颈。

(3) 服务器HBA卡和存储前端口是可以1对1或多对1, 避免1对多。

(4) I/O压力小的业务系统可共享存储前端口, 每个存储前端口最多为3个HBA共享。

(5) 服务器端访问每个LUN的多路径≤4条, 如果4条仍无法满足性能要求, 应将LUN进行分组, 不同的组对应不同的前端口。

3) 存储参数设计

(1) 调整读写队列深度QDeep, 使存储性能更偏向于高I/O而非高IOPS

(2) 在读写优先设置是设置为读优先

(3) 在SNFS文件系统设置时一方面考虑文件系统的文件块大小, 另一方面调整每个客户端的缓存大小, 提高存储系统最终输出带宽。

3.5系统性能测试

制作网搭建完毕试运行期间, 为验证系统编辑制作高清和4K节目的性能, 着重对存储系统的读写性能的进行了测试。系统中编辑站点采用了Mac Pro十二核2.7GHz机型 (配备1TB闪、64GB RAM和AMD Fire Pro D700图形处理器的配置, 厂商已经给出测试一层4K (3840×2160p23.98 Pro Res422) 节目运行比较满意的结论。

3.5.1测试方法和内容

测试主要过程如下:

1.在网络环境下, 使用测试软件Frametest v4.23对存储性能进行测试。通过多台Mac客户端向存储读取及写入大容量文件, 以确定存储在MAC OS平台下的读写性能。

2.在网络环境下, 使用测试软件Quick Bench v4.0对存储性能进行测试。通过多台Mac客户端向存储读取及写入大容量文件, 以确定存储在MAC OS平台下的读写性能。

3.在网络和Final Cut Pro X软件环境下, 通过多台Apple客户端, 采用Final Cut Pro X非编软件, 测试存储的稳定读写带宽。

3.5.2测试环境

实际使用的系统中, 存储系统配置了24个8Gbps的光纤端口, 端口的总带宽为192Gbps。在进行项目性能测试时, 由于设备配置的原因, 仅使用了存储系统的16个光纤端口 (未使用到全部24个端口) 。两台光交换机每台有8个端口与存储系统连接, 每台光交换机接入11台Mac工作站, 另有MDC、合成、转码打包、迁移7台服务器也接入了光交换机。测试时主要设备连接见图4测试拓扑图。系统内主要软硬件配置情况见表1。

3.5.3测试结果

测试时, 网络中10台Mac Pro客户工作站同时运行测试软件对存储系统读或写入数据, 以测试带宽值。

1.Frameteast测试结果

软件版本Frame Test 4.23 for Mac OSX, 测试结果见表2。

2.Quick Bench测试结果

软件版本Quick Bench (TM) 4.0, Custom Test测试文件大小为300MB。测试结果见表3 Quick Bench测试结果摘要。其中列出了10个站点同时运行软件结果, 也列出了单个Mac Pro运行测试软件的结果, 供参考。

3.Final Cut Pro X软件环境下的测试

使用9台Mac Pro客户端同时共播放27轨10bit高清无压缩格式视频 (每轨1136Mb/s, 142MB/s) , 在Mac Pro系统活动监视器上观察读写情况, 9台站点网络存储读或写速度合计分别达到3800MB/s左右。

3.5.4测试数据分析小结

上述测试结果数据是在使用16个HUS VM存储系统光端口下测试得到的数据值, 它与使用全部24个端口相比, 仅达到了存储最高性能值的三分之二左右。从HUS VM存储系统的SPC-2测试报告看, 其大文件处理 (LFP) 读、写速度值分别为8148MB/s、5600MB/s。所以在使用16个端口的情况下, 上述三个值应为5432 MB/s、3733 MB/s左右。

在实际测试结果中Frameteast的Fastest frame的读、写速度分别为7151MB/s和7640MB/s, Averaged Overall读、写3919MB/s和4331MB/s, 该数据高于或接近SPC-2测试给出的值。在Quick Bench的测试结果中, 其Large Ave Read和Write为6785MB/s、6561MB/s, 明显高于SPC-2测试给出的值。

从测试结果和使用效果上看, HUS VM存储与MAC平台兼容性良好、读写性能稳定。

由测试数据的结果, 在当前系统配置情况下, 至少具备支持24台编辑站点同时编辑6层高清节目的能力。基本上能达到在20台机器上编辑“4K”50i 25p格式2层视频的要求。相关的计算如下:

1.高清节目 (1920×1080 50i 25p) 编辑

1) Pro Res422 (HQ) , 1920×1080 50i25p编码质量单个节目流占用带宽184Mbps。

2) 单机6层读写占用带宽184×6=1104 Mbps, 约为138MB/s。

3) 24台机6层同时工作读写占用带宽1104×24=26496Mbps, 约为3312 MB/s。

2.4K高清 (3840×2160 50i25p) 编辑

1) Pro Res422 (HQ) 3840×2160 50i25p编码质量单层读写速度737Mb/s。

2) 单机2层读写速度737×2=1474 Mbps, 约185MB/s。

3) 20台机2层同时工作最大读写速度185×20=3700MB/s。

目前已经实现的系统留有进一步提高性能的余地。可以增加一台光纤交换机把未用的8个存储光纤端口使用起来, 充分发挥存储系统的读写性能, 可以为Mac Pro工作站配置双显卡, 从而使系统制作4K节目的能力进一步提高, 以达到更好的使用效果。

4结束语

随着IT技术的不断深入发展, 以4K为代表的超高清节目制作技术将会逐步得到应用和推广。顺应技术发展的大趋势下, 在该项目的建设中, 我们从自身技术水平出发, 整体考虑系统的建设成本, 合理选择新型IT技术以为己用, 提升了节目生产能力, 促进了业务的发展。在此分享我们的经验, 也希望得到大家的宝贵意见。

参考文献

[1]Apple Inc.Apple Pro Res White Paper[R], Octobe r2012.

[2]王纪奎.成就存储专家之路——存储从入门到精通[M].北京:清华大学出版社.2009.

浅谈超千米井筒的排水系统 篇5

1设备选型

根据周边水文地质资料, 该地区涌水量为60～100 m3, 为了满足井下排水需要, 安装3台型号为MD80-133×11的大泵, 流量80 m3/h, 总扬程1 463 m, η=62.5%。该泵属于煤矿耐磨离心泵, 叶轮、密封环、导叶套等采用MTG高合金耐磨铸铁, 导叶、末级导叶采用MTD低合金耐磨铸铁, 适用于煤矿输送固体颗粒含量不大于1.5%、粒度小于0.5 mm的矿井水, 具有抗汽蚀性能好、振动小、运行平稳可靠、寿命长等优点, 符合建井污水水质的特点。选用P=710 kW、电压6 kV、转速n=2 980 r/min电机。

(1) 排水管的选择。

根据《煤矿选型设备》一书查找选用Ø159 mm的无缝钢管, 最大排水能力154 m3/h, 已满足排水需要。

(2) 排水管管壁壁厚的计算。

排水管为通径159 mm的无缝钢管, 材质为20#优质碳素结构钢, 其抗拉强度为410 MPa。许用应力Rk=164 MPa。

undefined

其中, Dp为标准管内径, cm;Rk取钢材抗拉强度的40%;Pg为井深压力 (水100 m为1 MPa) ;a为管路受腐蚀及管路制造误差, 无缝钢管取0.1～0.2 cm。

将上述参数代入公式, 计算得δ=6 mm。

考虑安全问题, 排水管选用Ø159 mm×8 mm的无缝钢管。凸凹面对焊钢法兰选择:200 m以上, 选用公称压力Pg=1.6 MPa的法兰盘;200～840 m, 选用公称压力Pg=6.4 MPa的法兰盘;840 m至临时水泵房, 选用公称压力Pg=10 MPa的法兰盘;凸凹面对焊钢法兰密封平垫选用缠绕垫片 (金属铝) 。

2设备保护数据整定

(1) 电流速断保护。

该电机属于异步电动机, 属于 (3～10 kV) 电动机保护范围内, 速断保护应躲过启动电流, 保护装置动作电流为:Iaq=IrelKcIst/Ki=23.8 A。其中, Irel为可靠系数, 采用GL型继电器, 取1.6～1.8;Kc 为接线系数, 接在相上为1;Ki为电流互感器变比;Ist为电动机启动电流, 按启动电流的7倍考虑。

(2) 过载保护。

过载保护动作电流 Iaoi=Irel×Kc×IN / (Kret×Ki) 。其中, Irel为可靠系数, 一般取1.2～1.4, 取1.3;Kret为返回系数, 0.85;Kc为接线系数, 接在相上为1;IN为电动机额定电流。故 Iaoi=3.5 A。动作时间应躲过启动时间, 故取T=10 s。

3设备安装

3.1排水管

根据施工的需要, 在井壁上每隔6 m用树脂锚杆固定1道月牙梁, 每20 m埋入1道悬臂梁。排水管和风管、供风管、铁质风筒一起在月牙梁上进行多管悬吊, 吊钩上端固定在月牙梁上, 下端和卡在管壁上的抱箍用螺栓紧固连在一起, 悬臂梁上用U型管卡和压板紧固排水管。安装吊钩和抱箍是为了缓冲水的冲击力和承担排水管质量, 安装U型管卡和压板是为了固定排水管的垂直度和承担排水管所受重力, 在临时水仓马头门井壁上的下端安装2道I45的钢梁, 用于托管座, 托住上面的闸板阀、逆止阀和排水管, 承担水的冲击力。

排水管法兰处密封程度的要求。缠绕密封平垫螺栓受力F″=πDnby=880 N。其中, F″为安装时压紧垫片需建立的预紧螺栓力;y为垫片压紧比压;Pa;b为垫片有效密封宽度, m;Dn为密封位置处直径, m。

当b>0.64 cm时, Dn为垫片接触面平均直径;在确保法兰处密封质量时, 仅需2个人工作即可。

3.2水泵和电机

(1) 基础的混凝土浇灌。

在临时泵房内进行混凝土基础浇灌, 预留处基础孔混凝土高度最低不能低于1 m, 埋好基础螺栓进行第2次灌浆 (为了避免大泵在启动时产生强烈震动) , 每台水泵安装单向阀、闸板阀用三通并联在一起, 3台都可以独立运行, 互不影响。

(2) 水泵和电机的找正。

①垂直平衡度的找正:用钢尺测量对轮的上下平衡度和对轮间隙的均匀程度。②水平平衡度的找正:用钢尺测量对轮的左右平衡度和对轮间隙的均匀程度。将厚1～2 mm的铁皮用剪刀剪成小块, 垫在泵座与水泵之间用于找正平衡度, 平衡度误差不超过0.2 mm。

4组织管理

根据施工的需要, 安装排水管需要同时进行排水管等其他工程的改装。为了确保施工的质量, 项目部制定了奖罚制度和干部带班制度;根据人力资源分析, 每班井下安排8名矿建人员配合4名机电人员进行改装, 下达一定的工程量, 对每个班的改装工程量和质量进行统计, 如出现排水管法兰处漏水问题, 则追查个人和跟班领导责任。通过合理的制度制定和人员分配, 该工程历时50多d, 通过试验, 一次就排水成功。

5结语

从超千米深井排水系统近几个月的安全运行情况和水泵、电机的日常维护来看, 运行状况良好, 没有出现排水管漏水、水泵噪音大、震动大的状况, 这次排水系统安装并一次试排水成功, 确保了四矿井下巷道掘进安全施工, 对超千米排水系统的选型、安装具有借鉴意义。

参考文献

[1]顾永辉.煤矿电工手册 (第二分册) 矿井供电 (上) [M].北京:煤炭工业出版社, 1997.

[2]第一机械工业部合肥通用机械研究所.机械工程手册 (密封) [M].北京:机械工业出版社, 1980.

超混沌系统的反同步研究 篇6

笔者针对超混沌liu系统,采用基于状态观测器法和反馈法设计合适的观测器和控制器,从理论分析和数值计算两个角度出发,研究超混沌系统在不同初始值条件下的反同步问题。同时,通过同步曲线和误差曲线,比较两种方法的不同之处。

1基于状态观测器法实现反同步1

超混沌系统具有两个正的李雅普诺夫指数, 与三维混沌系统相比具有更加复杂的拓扑结构, 所以其动力学性质也更为复杂。笔者选取一个超混沌liu系统[11],其系统方程为:

其中,a = 35,b = 35,m = 2,c = 2,d = 10。

首先,采用基于状态观测器的方法来实现liu系统自身的反同步。把系统( 1) 作为驱动系统并化为f( x) = Ax + Bg( x) + G的形式。驱动系统为:

其中,A、B、G、D为定常矩阵:

根据状态观测器理论,响应系统可表示为:

响应系统中的 α 为投影同步中的比例系数,为了使A - BD的特征值为负实部,取特征值为( -0.5, - 1,- 1. 5,- 2) ,运用极点配置法得到矩阵D:

此时的响应系统为:

所谓反同步就是指混沌系统运动轨道的振幅大小相等、方向相反。因此,令比例系数 α = - 1, 系统( 1) 的初始值为( 2,20,35,- 2) ,系统( 3) 的初始值为( 12,30,50,40) ,利用Matlab进行数值仿真得到结果,此时驱动系统( 1) 和响应系统( 3) 实现了反同步,其系统的反同步曲线和反同步误差如图1、2所示。由图2可知,系统的误差e1、 e2、e3、e4随着时间的增加逐渐趋于零点,也就是驱动系统和响应系统达到了反同步。

2反馈法实现反同步

同样选取系统( 1) 作为驱动系统,那么,其同结构加了控制器后的响应系统为:

其实U = ( u1,u2,u3,u4)T即将要设计的控制器。

将系统( 1) 和系统( 5) 相加,得到误差动态系统为:

其中e1= x1+ x2,e2= y1+ y2,e3= z1+ z2,e4= w1+ w2,设计合适的控制器U = ( u1,u2,u3,u4)T, 将驱动系统( 1) 和响应系统( 5) 实现反同步。

以非线性控制理论为依据,设计控制器U为:

由式( 6) 、( 7) 可将误差系统转化为如下形式:

取李雅普诺夫函数为:

对式( 9) 取导数为:

要使得取:

则可得:

因为系统的参数a、c均为正数,所以,满足V( e) 是负定函数,所以超混沌系统( 1 ) 和系统( 5) 达到反同步。

令驱动系统( 1) 的初始值为( 2,20,35,- 2) , 响应系统( 5) 的初始值为( 12,30,50,40) ,运用四阶Runge-Kutta法在Matlab中进行数值仿真,从而得到系统的反同步曲线和反同步误差曲线如图3、4所示。

由图2可知,当t = 12. 8s时,基于状态观测器法得到的同步误差曲线趋于零点。由图4可知, 当t = 3. 0s时,反馈法得到的误差曲线趋于零点, 由此可知,对于一般系统而言,采用反馈法来实现系统的同步,虽然控制器设计复杂,但是同步速度较快。

3结束语

根据状态观测器理论和李雅普诺夫定理,采用基于状态观测器法和反馈法分别设计了观测器和控制器,对liu系统的反同步进行了理论论证,同时,利用Matlab对该系统进行数值模拟得到了系统的反同步曲线和反同步误差曲线,验证了两种方法的可行性和有效性。基于状态观测器的方法具有算法简单、计算量小的优点,与其相比,通过反馈法实现的系统同步,虽然控制器的设计较为复杂,但其同步速度相对较快,更适用于保密通信。

参考文献

[1]李瑞红,陈为胜,李爽.超混沌Lorenz系统的投影同步及其在保密通信中的应用[J].电路与系统学报,2011,16(2):41~45.

[2]李贤丽,王升,张秀龙,等.四翼混沌吸引子系统控制[J].大庆石油学院学报,2011,35(4):117~122,14.

[3]李贤丽,张笑宇,王升,等.Lorenz超混沌系统的周期扰动与激励控制[J].大庆石油学院学报,2010,34(4):105~109,131.

[4]Chen J Y,Wong K W,Cheng L M,et al.A Secure Communication Scheme Based on the Phase Synchronization of Chaotic Systems[J].CHAOS,2003,13(2):508~514.

[5]王兴元.混沌系统的同步及在保密通信中的应用[M].北京:科学出版社,2012.

[6]Tam W M,Lau F C M,Tse C K.Analysis of Bit Error rates for Multiple Access CSK and DCSK Communication Systems[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Fundamental Theory and Applications,2003,50(5):702~707.

[7]单梁,刘光杰,李军,等.Liu混沌系统的线性反馈和状态观测器同步[J].系统仿真学报,2007,19(6):1335~1338.

[8]Hu M F,Xu Z Y,Zhang R,et al.Adaptive Full State Hybrid Projective Synchronization of Chaotic Systems with the Same and Different Order[J].Physics Letters A,2007,365(4):315~327.

[9]Zhang G,Liu Z R,Ma Z J.Generalized Synchronization of Different Dimensional Chaotic Dynamical Systems[J].Chaos,Solitons and Fractals,2007,32(2):773~779.

[10]马铁东,江伟波,浮洁.基于比较系统方法的分数阶混沌系统脉冲同步控制[J].物理学报,2012,61(9):39~44.

超系统思维 篇7

“农超对接”指的是农民和商家签订意向性协议书, 由农民向超市、菜市场和便民店直供农产品的新型流通方式, 主要是为优质农产品进入超市搭建平台。“农超对接”的本质是将现代流通方式引向广阔农村, 将千家万户的小生产与千变万化的大市场对接起来, 构建市场经济条件下的产销一体化链条, 实现农民、商家、消费者共赢。农超对接的经营理念是“减环节, 降成本”[1]。本着这种理念, 它有效地将生产和销售两个主要环节对接起来, 充分实现了市场引导作用, 使得生产直接面向市场, 并通过采购、运输、加工、储藏等方法, 在短时间、大空间、多品种等方面有效调整了农产品的状态, 使之更适应市场需求, 实现了农产品增值、农民增收, 从而稳定了国内经济大局。农超对接的提出为我国农产品的流通体系提供了有效的示范和发展路线。其他行业同时也可以效仿农超对接的经营理念改变传统的经营方式, 这将使得我国经济建设日趋完善, 更加接近国际水平。

尽管农超对接为我国的农产品生产、销售做出了巨大的贡献, 但是目前农超对接的信息化发展还是非常缓慢的, 其中最重要的一个环节———网上交易, 也相当不成熟。农超对接其核心在于对接, 基地 (或农专社) 直接与连锁超市沟通交流, 而网上交易系统就是这个沟通交流并发布信息的承载体, 记录和推送双方的消息流, 实现双方实时无障碍交流。所以本文的重点就是构建一个农超对接的网上交易系统, 并且详细分析在该活动中信息流是如何流动和工作的。

1“农超对接”现状

在美国、西班牙、法国等一些国家, “农超对接”已经有了几十年的历史。在这些国家中超市里70%～80%的农产品是直接从农民地里采摘的[1]。在我国, “农超对接”是随着大型连锁超市的兴起和农民专业合作社发展而从国外学来的流通形式。2008年12月, 商务部、农业部决定开始开展“农超对接”试点工作, 并确定山东家家悦超市有限公司等9家企业为第一批国家“农超对接”试点企业。2009年, 商务部、财政部、农业部联合开展“农超对接”, 中央财政安排4亿元资金在17个省 (区市) 开展试点, 鼓励连锁超市与农产品生产基地建立长期、稳定的购销关系。2010年, 中央财政安排6.8亿元资金支持农产品现代流通综合试点, 在8省市31个市县继续推进“农超对接”等农产品市场体系建设。据专家调查, 通过推动“农超对接”, 目前我国农产品经超市销售的比重由“十一五”初期的15%提高到20%, 大中型超市生鲜农产品直供直销比重达30%。目前, 全国有28个省市开展农超对接, 涉及十余种农产品, 并且农超对接试点工作取得了良好的阶段性成果[3]。

在农超对接取得一定成绩的同时我们也要清楚地看到, 这项工作才刚刚开始。当前我国所处的发展阶段以及公共财力有限, 广大农村经济文化水平还较落后, 农超对接覆盖面还不宽、发展程度还不平衡, 超市农产品经营水平还比较低, 农业生产组织化也有待提高, 农产品增值税抵扣等贸易便利化措施、政策没有得到完全落实;另外, 我国农村信息化建设虽然发展很快, 但距离农民的需要还有很大的距离, 以至于“卖菜难”、“菜贱伤农”的“老大难”问题屡屡发生。目前的状况是:农民观念守旧、商品意识淡薄;公共基础设施不完备, 农产品销售渠道单一;大部分地区IT技术应用程度低;农村缺乏组织化、专业化、规模化的配套的物流服务系统[5], 这些原因导致我国在开展农超对接时信息化程度严重不足。当前制约农超对接的因素主要有四方面[3]专业

当前制约“农超对接”的因素主要有四方面[3]: (1) 专业合作社发展滞后; (2) 供应链各方地位不对称; (3) 其它成本增加, 导致终端价格升高; (4) 缺乏完善的流通链。

2农超对接中网上交易系统构建

2.1功能需求

农超对接网上交易系统的核心业务是搭建大型连锁超市与农产品生产基地、农民之间的桥梁, 在该平台下形成一个沟通机制及安全交易机制。

功能需求包括以下几个方面:

(1) 及时发布交易动态及农产品信息, 进行广告和促销活动, 让客户及时了解交易状况, 树立合作的信心。

(2) 对网上目标顾客进行针对性很强的各种调查, 及时了解客户需求, 发现新的市场和商机, 并通过网络上的宣传, 启发消费者新的需求和改变其消费习惯, 从而挖掘更多的新顾客, 增加企业的收入, 壮大企业的实力。

(3) 实现网上交易, 配合传统的送货、结算方式完成交易的过程, 加速农产品流通的速度, 减少农产品在流通中的不必要损失, 实现农户和企业利益最大化。

(4) 农产品交易的电子化消除了传统交易活动中信息传递与交流的时空障碍, 使供求双方直接在网上见面, 减少农产品流通环节, 降低交易成本。要摆脱区域性市场的限制, 使交易双方的选择范围最大化。

(5) 提供在线支付系统, 并完善安全保护, 提供交易保障系统。提供信息查看以及业务交易管理功能。

(6) 对静态和动态信息提供具有权限控制的信息发布功能, 且信息发布功能具有严格的操作流程控制, 如编辑、校对、审核与发布等流程, 由具有系统管理员身份的用户对该操作流程进行自定义。

2.2性能需求

(1) 实用性。系统应具有友好的用户界面, 减少用户前台的操作环节和应用系统的复杂性, 操作一定要简单, 这样会利于客户的使用和维护。

这样会利于客户的使用和维护。 (2) 高效性。营销的原则之一即效率原则, 系统应使营销活动能以最少的人力、物力, 收到最大的企业效益。客户能随时随地地查阅产品信息, 签订购销合同, 并查看合同进展。管理员能及时了解客户需求、相关农产品的经营状况。

(3) 安全性。要求系统稳定可靠, 具有用户身份识别、权限控制、系统容错排错、防止非法入侵、系统备份恢复的能力等。在系统设计时, 应从硬件和软件等多方面考虑。在信息处理与传输的各个环节控制和区分用户的权限, 防止越权使用数据信息, 对用户信息进行加密以防止客户信息的泄漏, 避免客户遭受重大损失。

(4) 先进性。系统应体现计算机及网络发展的最新技术和应用成果, 具有开放性、标准性、高速性、远距离数据传输等, 实现数据库共享、大容量数据远程传输、可靠的支持环境等优点。

(5) 可扩充性。可扩充性是当今任何一个应用系统适应未来功能演变所必备的, 关系到用户未来功能的扩展和系统升级的费用。

2.3系统构建

农超对接网上交易系统平台中包括网上协商交易系统、网上拍卖系统、招投标交易系统、支付与结算系统、会员管理系统、订单管理系统、合同管理系统和供求发布系统等八大子系统。如图1为农超对接网上交易系统平台方案。

图2为农超对接网上交易系统功能框架。

图3为农超对接网上交易系统流程。

2.4系统信息流分析

农超对接中的参与主体广义上主要包括两类:农产品生产基地 (以下简称基地) 和大型连锁超市 (以下简称超市) 。

基地主要提供各种农产品的生产和加工 (依据某种标准) , 然后将产品提供给超市。超市直接从基地购入农产品, 然后在卖场里直接销售。交易过程中会产生许多信息, 我们称之为信息流。搞清楚这些信息流的流程对于理解农超对接中网上交易实施过程具有重要意义。

经过市场调研, 超市购入农产品的模式主要分为三种:

(1) 信用基地模式。该模式主要是在超市缺货的情况下, 直接产生订单发送给长期合作的、可信赖的基地, 基地在接到超市订单后, 在较短的时间内将农产品准备好并运送到超市。

(2) 竞拍基地模式。该模式主要是超市在缺货的情况下, 某种农产品需求量比较大, 并且目前市场价格不稳定, 超市通过发布竞拍信息后, 多家基地通过网上交易平台进行竞拍, 最符合超市需求的基地将会拿到超市的订单。同样该基地要在短时间内将农产品运送至超市。

(3) 招标基地模式。该模式是超市在评估一个季度或是半年时间内某种农产品的需求量, 然后在网上交易系统平台的招投标系统中发布招标信息, 基地在线竞标, 中标的基地会与超市签订供货合同, 该基地将会在一段时间内向超市供应某种农产品。

下面我们来详细分析一下这3种模式的信息流。

(1) 信用基地模式。

在这种模式下, 超市和基地是一个长期合作关系, 他们之间是互惠互利并且互相信任的。超市在统计出某些种类的农产品出现库存警告, 当即在网上交易系统平台订单系统中自动产生需求订单, 并通过安全的网络环境传输给信赖的基地。基地收到订单后, 按照超市规定的标准对这些农产品进行包装。并将该批农产品信息录入到另外一个系统———农产品可追溯系统的农产品信息库中 (方便农产品的安全追溯) 。基地通过自有物流系统或第三方物流公司将农产品直接送达超市。超市通过RFID系统验收货物, 并将农产品放入到超市内部物流中心, 以便向门店及时补充新鲜的农产品。

(2) 竞拍基地模式。

5在这种模式下, 超市和基地的关系是一种不稳定、随机的形式。当超市某类农产品库存不足时, 超市方在网上交易系统竞拍系统发布竞拍信息, 多家基地通过竞拍系统, 通过既定限制最后筛选出最优的一家基地进行交易。当确定了交易基地后, 通过网上交易系统生成订单, 并发送给中拍的基地。基地按照超市制定的标准对农产品进行包装, 并通过自有物流系统或是第三方物流公司负责将农产品运送到超市, 超市实施验收, 并存入物流中心。

(3) 招标基地模式。

在这种模式下, 超市和基地的关系也是不稳定的。本模式下是通过招投标形式来采购农产品, 超市通过网上交易系统平台招投标系统发布招标信息, 多家基地也是在招投标系统中竞标, 最后由层层规则筛选出一家最优的基地, 并订立合同。基地按照合同规定对农产品进行包装, 并通过自有物流或是第三方物流公司将农产品运送到超市。超市验收后将农产品存入物流配送中心。通过在线招标的形式, 一般双方不仅仅是合作一次, 而是合作一段时间, 可能是3个月、6个月甚至是1年。在这段时间内基地按照和超市签订的合同来供应农产品, 如果双方有任何异议可以在线下商议。

前两种模式主要是及时交货形式, 即当超市缺货后向基地发送订单 (第一种模式是直接向基地发送订单, 此时基地对象是单一明确的;第二种是在众多基地竞拍后, 中拍的基地获得订单, 此时基地对象是随机的) 。基地在短时间内按订单中的品种和数量进行包装, 最后直接运送到超市。最后一种模式其实是向第一种信用基地模式过渡的模式, 超市预估某种农产品1个季度或半年的销售量, 超市方在网上进行招标, 将这种农产品提前找到基地并签订合同, 保证超市方的利润值。基地方也可以通过竞标的方式提前将农产品销售出去, 不会出现卖菜难、贱卖菜。基地可以在一段时间内一直向超市供货。当市场上出现价格波动, 双方可以进行协商, 确保互利共赢。基地通过这种模式可以与超市慢慢建立一种信任关系, 最终超市会与基地按照第一种模式进行农产品交易。

3结语

农超对接有利于提高农产品流通效率, 降低农产品运输消耗;有利于农民获取流通环节的增加值, 提高农民的组织化水平;有利于解决农产品难卖问题, 促进农产品的市场供需平衡。农超对接的信息化更加促进了以上优势的发挥, 并且加速和保证了农产品的流通, 减少了农产品的损耗[4]。本文设计的网上交易系统基本能满足我国目前农超对接的交易需要, 当然, 一些其他的网上交易辅助功能也可以加入进来, 这样可以使得本系统功能更加强大。对网上交易系统中基地和超市之间信息流的深入研究将使得各方更加熟悉农超对接的运作流程。随着国家对农超对接政策扶持力度的进一步加大、基础信息设施进一步的完善以及计算机技术日新月异的发展, 农超对接信息化发展必定会日趋成熟。

参考文献

[1]何仲平.“农超对接”的魅力在哪里?[J].中华合作时报, 2010 (1) .

[2]马凤棋.“农超对接”模式对超市的影响及对策探讨[J].安徽农业科学, 2010 (9) .

[3]刘阳.“农超对接”流通模式的影响因素及政策探析[J].中州学刊, 2011 (4) .

[4]李圣军.“农超对接”:农产品进城新模式[J].农村经营管理, 2009 (8) .