非标准定位（精选7篇）
非标准定位 篇1
1 引言
客运专线正线18#道岔接触网布置多采用在理论岔心前15m与理论岔心后25m分别设置定位点的无交叉线岔定位方式。对于大型车站, 咽喉区道岔接触网布置受站场等条件限制, 部分道岔布置难以实现“15+25m”的标准定位方式。因此, 需要对18#道岔接触网非标准定位进一步研究以满足设计、施工要求。
2 道岔定位方式
目前, 接触网道岔定位主要分为交叉线岔定位、无交分线岔定位以及三线关节式道岔定位三种方式。交叉线岔定位在速度低于160km/h线路上采用。对于速度200km/h及300km/h等级线路上采用无交分线岔定位, 对于侧线通过速度120km/h及以上的道岔采用三线关节式道岔定位方式。
3 客运专线正线18#道岔接触网布置
客运专线正线18#道岔接触网一般采用无交分线岔定位方式。如图1。
无交分线岔定位方式布置应满足以下基本要求: (1) 道岔及锚段关节处受电弓始触区范围应为距受电弓中心600~1050mm及抬升150mm (300km/h及以上为200mm) 构成的空间区域。在始触区范围内不得安装除吊弦线夹外的其他线夹或设备零件。 (2) 不考虑接触线水平晃动对弓网始触区范围的影响。 (3) 正线受电弓高速通过时, 动态范围内始终不与侧线接触网发生关系。 (4) 受电弓通过道岔区域过程, 应保证受电弓连续取流, 防止产生电弧。 (5) 非工作支接触导线接触受电弓弓角进入受电弓工作区瞬间, 应保证非工作接触导线高度高于工作支接触导线。 (6) 拉出值选用应满足风力作用下接触线在正线和侧线上的位置处于允许的限界之内。
如图2。以道岔理论岔心岔前15m、岔后25m设定位柱为例, 为保证正线受电弓高速通过时, 动态范围内始终不与侧线接触网发生关系, 侧线接触线对正线线路中心拉出值应大于1050mm。因此研究道岔布置主要是研究两组接触悬挂对侧线受电弓的影响, 确保侧线列车顺利通过道岔。
侧线列车由岔前驶向岔后方向时, 侧线接触线在距离侧线线路中心1050mm-600mm (始触区AB段) 范围内与受电弓开始接触并进入受电弓工作区域, 正线接触线在距离侧线线路中心600mm-1050mm (始触区CD段) 范围内脱离受电弓。
侧线列车由岔后驶向岔前方向时, 正线接触线在距离侧线线路中心1050mm-600mm (始触区DC段) 范围内与受电弓开始接触并进入受电弓工作区域, 侧线接触线在距离侧线线路中心600mm-1050mm (始触区BA段) 范围内脱离受电弓。
机车通过侧线时, 为保证受电弓连续取流, 正线 (侧线) 接触导线脱离受电弓前, 侧线 (正线) 接触导线必须与受电弓可靠接触, 即始触区AB段与CD段不宜相交。
非工作支接触线接触受电弓并进入受电弓工作区瞬间, 应保证非工作支接触导线高度高于工作支接触导线。AB段内, 侧线接触线高度应高于正线接触线;CD段内, 正线接触线高度应高于侧线接触线;交叉吊弦以及两支接触线等高点应设置在BC段内。
4 接触网无交分线岔非标准定位方式性能分析
图3给出了定位柱分别位于道岔理论岔心岔前20m岔后30m以及岔前30m岔后20m的布置方式。此种布置方式, 侧线接触导线始终不与正线通过的机车受电弓接触, 保证了正线高速过车的弓网安全, 但同时也损失了侧线过车的弓网性能。
(1) 始触区长度过长。侧线接触导线相对侧线通过机车受电弓所形成的始触区长度达到16m以上, 吊弦布置无法避开始触区, 使得始触区范围内出现吊弦线夹。为了减少接触线吊弦线夹与受电弓的磨损, 需要对接触线吊弦线夹进行优化, 使其更轻便更小巧。 (2) 始触区范围内两支接触导线分别位于受电弓中心两侧, 不满足传统道岔定位同侧性的要求。因此, 始触区内, 非工作支接触导线必须高于工作支接触导线。
5 接触网无交分线岔定位方式设计与施工
接触网无交分线岔定位可以按照以下步骤进行设计。
(1) 依据平面布置等因素, 在距离道岔理论岔心岔前5m-30m以及岔后20m-30m范围内分别设置定位柱。 (2) 合理选用拉出值, 确定接触导线与机车受电弓所形成始触区AB与CD的范围, 使得AB与CD段的长度尽可能短, BC段的长度尽可能长。 (3) 按照线路允许最大坡度确定侧线接触线在定位柱处的导高, 保证正线、侧线接触导线等高点出现在BC段内的同时, 尽可能增加两支导线在悬挂点处的高差。 (4) 确定吊弦分布, 其中, 交叉吊弦宜安装在BC段内。
对于现场已安装的道岔定位可以按照以下步骤检验是否调整到位。 (1) 利用激光测量仪沿侧线线路分别测量出两支接触导线距离线路中心600mm和1050mm的点, 即始触区的A、B、C、D四点。 (2) 按照两个始触区不能相交、等高点应在BC段内、岔前悬挂点处侧线接触导线应高于正线接触导线、岔后悬挂点处侧线接触导线应低于正线接触导线等原则判断道岔定位是否调整到位。
6 结束语
本文对客运专线正线18#道岔接触网无交分线岔定位方式做了进一步的研究, 并给出了用于设计与施工的方法。该方法已应用于石武客专郑州东站的无交分线岔定位安装。
道岔定位使用交叉吊弦, 保证受电弓通过任一条线时正线和侧线能同时被抬升。客运专线正线18#道岔接触网无交分线岔定位通过调整始触区内两支接触导线的相对高差已有效的防止钻弓事故, 是否可以取消交叉吊弦, 需要进一步研究。
摘要：本文主要研究了客运专线正线18#道岔接触网非标准定位方式, 并给出了用于指导18#道岔接触网定位设计与施工的方法。
关键词：无交分线岔定位,正线,18#道岔,非标准定位
参考文献
[1]吴德昌.客运专线道岔接触网布置关键技术研究.中国铁道学会电气化委员会2006年学术会议论文集, 2006.
[2]中铁电气化局集团有限公司.电气化铁道接触网.中国电力出版社, 2004.
无线传感器网络非视距定位技术 篇2
计算机、通信、自动控制、微电子机械系统和人工智能等学科的飞速发展, 使无线传感器网络应运而生, 成为目前众多领域中的研究热点之一。无线传感器网络对现代人类生活产生了极大的影响。如今, 因特网为人们提供了快捷的通信平台, 人与人之间沟通交流的方式有了很大改变。无线传感器网络的出现引起各国工业界和学术界以及军事部门的极大关注, 这种无基础设施的无线网络的节点通过无线通信形成多跳的自组织网络系统, 具有通信和计算能力的微型传感器布置在监测区域内大量, 并且非常廉价。对在网络覆盖区域中各种环境或感知对象信息进行协作地感知、采集和处理。优点是具有快速部署、自组、廉价、低功耗、可扩展性强以及能在恶劣和特殊的环境下正常工作等, 在工农业控制、城市管理、环境监测、国防军事、生物医疗、危险区域远程控制、反恐救灾等众多领域具有极为广阔的应用前景。
节点定位问题是传感器网络应用的基础, 近几年对节点定位问题的研究也很广泛。节点定位技术是无线传感网络的一个主要支撑技术, 无线传感器网络在计算机软硬件所组成计算世界与实际物理世界之间建立了更为密切的联系, 极大地提高了信息的真实程度。例如, 在入侵检测、目标跟踪、环境监控等应用中, 在什么位置或区域发生了特定事件是用户最关心的问题。实现对外部目标的定位、跟踪等是通过传感器网络节点位置有效地说明被检测物体的位置。在网络层, 可以设计基于节点位置信息的路由算法, 提高路由效率, 减少路由发现等开销, 实现网络的负载均衡;在应用层, 系统可以智能地根据节点位置, 选择一些特定的节点来完成任务, 提高系统的存活时间, 降低整个系统的能耗。
由于传感器网络规模比较大, 通常随机部署在人类无法或不宜接近的区域, 不需要干预, 多用于较为恶劣的环境, 如火山口附近。由于节点受到体积、重量以及制造成本等条件限制, 单个节点不易得到补充, 并且所能承载的能量非常有限。所以, 在部署时不可能人工确定节点位置, 若在每个节点上都装备GPS定位系统, 却因其造价昂贵而不适合用于廉价的传感器网络节点, 针对无线传感器网络的特点, 必须设计独特的节点定位机制和算法。
2 无线传感器网络
传感器将物理世界中的一个物理量映射到一个定量的测量值, 是数据采集、信息处理的关键部件, 它使人们对物理世界形成量化认识。随着微电子、计算机和网络技术的发展, 传感器技术已经向着智能化、网络化、微型化、集成化的方向发展。
无线传感器网络是由具有通信与计算能力的、大量无处不在的微小传感器节点, 在无人职守的监控区域密集部署, 构成的根据环境能够自主完成指定任务的智能测控网络系统无线传感器网络其发展可划分为4个阶段。第一代传感器网络是具有简单点到点信号传输功能的传统传感器。随着相关学科的不断发展和进步, 通过与传感控制器的相联, 第二代传感器网络组成了有信息综合和处理能力的传感器网络, 现场控制站间是采用数字化通信。第三代传感器网络是通过开放式的、全数字双向网络现场总线连接智能化的现场设备和控制室, 它是基于现场总线的智能传感器网络, 使得将多种传感器集成为一体, 成本低廉, 但测量精度低、覆盖范围小, 通过低功耗的无线电通信技术连成网络才能发挥其整体的综合作用。第四代传感器网是无线传感器网络, 多种无线通信技术的发展, 如无线电、红外、声波等为微传感器间通信提供了多种选择, 以IEEE802.15.4为代表的短距离无线电通信标准奠定了无线传感器网络坚实的基础。
无线传感器网络特点如下:
通信能力有限, 无线传感器网络为多跳通信模式。随着距离的增加, 通常情况下, 节点的通信能耗将急剧增加。在满足网络连通度的情况下, 应尽可能的减小单跳通信距离。
传感器节点电源能量有限, 不能通过更换电池的方式补充能量。节点体积微小, 通常电池供电十分有限, 传感器分布区域广, 节点个数多, 网络部署环境复杂, 电源能量值决定网络寿命, 无线传感器网络的一个突出问题就是如何高效使用能量, 使网络生命周期最大化。
计算和存储能力有限, 传感器节点的功能比一般计算机弱。传感器网络节点要求必须满足功耗小、价格低, 导致其携带的存储器容量比较小、处理器能力比较弱。
自组织网络。在传感器网络的应用中, 传感器节点随机部署, 节点之间的相互邻居关心不可预知。节点以自组织方式构成网络。与此同时, 部分节点在通信过程中, 会随时因为各种因素而失效, 为了弥补失效节点, 网络中的节点个数动态变化, 拓扑结构也会随之一起变化, 它要求传感器网络还要具有网络自动配制和管理功能。
大规模、高可靠性网络。节点的部署相当密集, 为了保证能够完成任务, 在目标区域通常部署大量传感器节点。节点可通过不同空间视角获得信息, 通过分布式处理, 大量采集的信息监测的精确度得到提高, 减少监测盲区, 除此之外, 系统具有很强的抗毁性和容错性。
以数据为中心的网络, 面向应用的网络。传感器网络是任务型网络, 网络节点采用节点编号标识, 但节点位置跟节点编号不存在必然联系。传感器网络具有非常广阔的应用领域, 但只能针对具体的应用来研究传感器网络技术。
3 基于距离几何的非视距定位算法
无线传感器网络具有非常广阔的应用前景, 无线传感器网络应用的前提是传感器节点能够自身定位。针对无线传感器网络的定位问题, 国内外学者提出了许多定位算法。测距定位算法在较少锚节点的应用或要求较高定位精度或, 非基于测距的定位算法需要大量的锚节点, 定位精度不高。理论上, 使用测距技术能提高定位精度, 但节点间的距离测量容易受非视距传输、多径、多址干扰影响, 是测距定位中误差的主要来源, 从而损害定位精度。
在相互感知范围内节点间距离可以直接测量, 不然需使用一些近似的方法估计距离值, 由于测量躁声和NLOS误差的存在, 距离测量值不精确, 节点间存在的距离几何。其算法利用节点间的距离几何关系, 构造距离误差优化约束函数, 提高定位精度, 能够有效地减少NLOS误差。在实际中, 信号的非视距传播非常多, 表现在信号延迟的增大、信号强度的衰落和到达角度的改变, 导致定位误差。完全消除NLOS误差对定位精度的影响是不可能的, NLOS定位误差取决于物理传播环境, 节点的距离测量值中就包含了NLOS误差和测量随机误差, 但可能通过一些方法尽量减少它的危害。
非视距定位技术的分类:
NLOS传播模型定位法。其定位性能依赖于模型的准确程度。
NLOS鉴别和消除定位法。通常用于LOS传播路径和NLOS传播路径并存的情况。
约束优化定位法。经常用于没有任何关于NLOS误差先验知识的情况下。
指纹定位法。定位分为离线、定位两个阶段, 适用于室内、园区空间有限应用环境。
针对NLos误差的定位算法大致分为两类:一类是建立在未知节点与锚节点及测量距离之间的几何关系基础上, 称为几何法, ;一类是称为非几何定位, 它基于信号本身的统计特性或NLOS误差。
三边测量法是基于测距的定位算法中计算坐标的基本途径。常用的测距技术有TDOA AO, RSSI和TOA。无线传感器网络节点定位在计算模式上可分为分布式和集中式。分布式定位是把定位过程分布到各个节点上, 直接进行自身位置估计。分布式定位中每个节点能耗相对均匀, 适用于大规模网络环境, 网络的连通性得到保证。算法的可扩展性好;集中式定位从全局的角度出发, 收集信息到中心节点统筹规划。其主要优点是普通节点计算负担小, 可以获得相对精确的位置估计。但通信开销比较大, 容易导致网络的不连通性, 当部分节点能量失效时, 需要进行新节点的补充, 集中式定位算法需要重新收集节点信息, 使得网络的拓扑结构发生变化, 造成通信开销的浪费, 可扩展性差。
无线传感器网络的节点定位按照节点定位的先后次序不同, 又可分为递增式和并发式定位。递增式定位从锚节点附近的节点开始, 各个节点依次向外延伸定位, 它存在着误差累积的问题, 并且随机抛洒的节点间拓扑结构不好控制, 网络中节点定位覆盖率不高。并发式定位主要应用在小型的传感器网络中, 所有节点要求参考节点具有较大的通信范围, 同时进行位置计算, 当网络规模比较大时, 较多采用递增式定位方法。
总之, 目前的定位算法仍需要较高的锚节点密度、存在定位精度不高、高通信负载和计算过于复杂等问题。为适用大规模无线传感器网络, 节点的分布式定位算法具有较少的通信代价和计算代价, 能有效利用多跳锚节点的位置信息。
摘要：无线传感器网络具有广阔的应用前景, 是集微机电技术、传感器技术、无线通信技术与现代网络为一体的综合智能信息处理平台, 对人类各个领域带来深远的影响。无线传感器网络众多应用的基础是节点定位, 关键性能是定位精度。节点间的距离测量容易受多址干扰、多径、非视距传输等因素的影响。本文围绕无线传感器网络节点定位, 克服在无线传感器网络定位过程的传播累积和非视距环境下的定位误差
关键词：无线传感器,非视距定位,网络
参考文献
[1]D.Cullar, D.Estrin, M.StrVastava.Overview of sensornetwork.ComPuter, 2004, 37.
[2]于海斌, 曾鹏, 等.智能无线传感器网络.科学出版社, 2006.
非标准定位 篇3
故障1:在待机状态下踩住透视脚闸, 可听到设备工作的声, 监视器上的影像时好时坏, 开机透视5~7s后显示器上出现雪花, 看不到任何透视图像。关机重新启动设备跟上述同样的故障现象。
故障分析处理:根据电路图分析, 监视器上的影像时好时坏的原因有以下几种: (1) 图像处理器工作不稳定; (2) 摄影机工作不稳定; (3) 影像增强器的工作不稳定。找出一个CCD摄影机直接连在图像处理器上观察, 未发现监视器和电脑显示器上图像的失贞或雪花现象, 这就说明图像处理器是正常。拆卸影响增强器后面的摄影机, 踩住透视踏板在影像增强器输出窗口上能观察到透视图像, 用手把摄影机左右上下移动时发现了监视器上出现的雪花现象。仔细观察发现了摄影机输出视频信号端口有松动, 拆卸端口发现屏蔽线虚焊。重新焊上输出视频信号端口之后, 长时间透视未显示雪花现象。故障原因是机架反复旋转使视频线受力而产生了接触不良。
故障2:模拟定位机架转到30°~120°时增强器不能移动, 也没有碰撞的提示。只要一到这角度范围内就出现增强器移动故障。
故障分析处理:首先增强器只在某一角度上失去动力的现象, 可以判断增强器的电机没有问题。根据电路图分析, 检查增强器电机供电的线路, 特别是通机架旋转中心通道的线路, 经测量, 在增强器不管是否可以运动的情况下, 所有电路均是通路, 只是在增强器运动时, 发现通过机加中心的电源在接受增强器运动指令后有压降从24V降到22V, 而增强器失去动力时没此现象, 但是电源线外表无破损, 反复检查发现一个现象, 反馈电压电路是双线并联通过机架, 考虑会不会是此线路反馈有问题, 机架在一定角度导致其部分电线丝断裂, 而负载不够?基于此, 我们找来电源线将负载电路短接, 故障排除。说明预批是正确的, 反馈电路部会电线断裂导致负载不够, 此类故障相当不容易发现。
故障3:模拟定位机开机, 电脑主机开机自检, 接着就出现报错DIIVER NOT FOUND-SYSTEM HALTED, 重新启动主机, 故障依然。
故障分析处理:重新启动主机, 进入CMOS设置, 提示找不到硬盘。怀疑硬盘损坏。卸下硬盘, 接在其它工作正常的电脑主机上, 故障依旧, 确定是硬盘损坏, 软件数据在硬盘里面, 软件无法启动, 设备停机。通过市场上专门恢复硬盘数据的公司进行数据恢复, 经相关技术人员通过专业设备检测, 发现硬盘有坏扇区, 但数据未损坏。将数据备份 (GHOST) 重新还原到新购买的同型号的硬盘中。还原过程中出现了错误, 重启主机, 系统无法引导, 软件依然无法使用。尝试制作引导盘、紧急修复盘、系统修复等方法, 但都无效。后经研究, 考虑去其他使用同型号设备、同版本软件的兄弟医院进行数据拷贝。因为该院设备还没有过保修期, 需要在不拆主机的情况下, 将硬盘里的数据拷贝到外置存储器中 (主机没有装刻录机) 。第一, 准备一个容量较大的U盘 (2GB, 硬盘数据约为1GB) ;第二, 由于主机使用的是WIN-DOWS NT4.0平台, 硬盘分区是NTFS格式。故需要制做一个带USB驱动和支持NTFS格式的DOS启动盘。一切准备就绪。接入U盘, 用启动盘引导进入DOS, 了解清楚各个盘符。将系统盘与数据盘的数据分别做备份 (GHOST) , 拷贝工作完成。将备份回来的数据还原到新购的硬盘中重启, 系统引导进入, 软件正常启动。打开控制台电脑电源, 主机与机器通讯正常, 机器正常动起来。重新对数据进行整理、软件调试、机械校准 (如:GANTRY ANGULAR、COLLIMTOR ANGULAR、SAD、SFD等) 一系列工作, 设备恢复正常。
非标准定位 篇4
关键词：手机定位,空间邻近关系,聚类算法,ArcEngine
0 引 言
目前,交通流数据通常是通过2种交通检测方式采集获得:①定点检测器,主要是通过在需要采集的重要路段下面埋环形线圈的方式进行;②通过GPS浮动车辆的数据采集方式,这需要在浮动车辆(FC)上加装GPS车载设备。
相比于定点检测器和GPS技术,基于手机蜂窝网的移动定位技术其基本原理是利用移动通信网络的蜂窝结构,无需额外的安装与维护费用,不需要对手机终端进行升级和改造;另外,该技术采集的交通信息遍及整个路网,而不是仅限于预定的地点,越来越多的手机移动用户,为基于手机定位的交通数据采集提供了基础[1,2,3,4,5]。总之,通过手机定位数据来提取城市道路的交通信息其投资小、覆盖范围广、海量数据等特点,这对于像我国这样的发展中国家来说具有重要的研究价值。
基于GSM无线蜂窝网的手机定位技术所提供的相关位置信息不但可用于定位、导航以及提供一些基于位置的服务,也可用于表达用户在地理空间的历史行为。将一个用户孤立的位置点按照时间顺序连成线路,便可表达该用户过去的历史轨迹。多条历史轨迹的累积便可用来反映用户的生活规律和行为特征。而从大量用户的数据集合中可分析出一个区域内人们的生活模式和社会规律,如热点地区、经典旅行线路和交通状况等。
从手机定位数据中包含了大量的“噪声”。本文所处理的“噪音”主要包括2个方面:一方面是乒乓切换数据,即手机在服务小区和相邻小区来回进行切换的现象;另一方面是在一段较长的时间内不运动的数据。这些数据不利于对手机用户运动轨迹的标定,需要进行聚类处理。目前,传统的基于距离的聚类算法都只是单纯依据距离的邻近关系来进行聚类的,但是在处理手机定位数据的聚类问题时,不仅需要考虑距离的关系,还需要考虑时间因素等非空间位置属性对聚类结果的影响,传统的聚类方法已不能满足此类数据聚类的要求。因此,需要设计一种聚类方法对手机定位数据进行处理。本文即针对此问题,提出了一种考虑时间属性的空间邻近关系聚类算法,该方法可以有效地剔除了手机定位数据中的非运动数据,并根据聚类所得的定位点依次连线标定了手机用户的运动轨迹。
1 基站数据的处理
1.1 创建基站数据的点图层文件
结合ArcEngine 2次开发,将基站数据中的经纬度按照要求进行坐标转换,得出每一个基站的平面直角坐标值。根据所求得的基站数据的平面直角坐标值,在ArcGIS系列的应用程序中创建基站的Shape类型的点图层文件。点数据的属性字段主要包括:基站ID号、所在城市、所在辖区、经度、纬度、平面直角坐标值等。
1.2 创建基站数据的面图层文件
通过基站的Shape类型的点图层文件,在ArcGIS应用程序中创建Shape类型的泰森多边形面图层文件,其中的每一个面要素都惟一对应于一个基站点要素,用于表示每一个基站大致的GSM网络信号的覆盖范围,如图1所示。
利用泰森多边形可以较方便地表达空间邻近关系,因此将泰森多边形应用于空间邻近关系的聚类分析中。
2 手机定位数据的处理
2.1 数据的筛选
利用Microsoft Office Excel 2003的数据高级筛选功能,对采集到的手机定位数据进行初次筛选,主要包括:剔除CellID字段为0或为空值的手机定位数据行,这些是有缺陷的数据;剔除定位时刻、用户ID号和定位小区ID号都相同的重复数据行,这些是冗余的定位数据;并对手机定位数据按时间升序的方式进行排列。
提取出每1 d每一个手机用户所对应的定位数据,用于移动手机用户运动轨迹的标定。所提取出的部分手机定位数据如表1,其字段包括:定位时刻、用户ID号、定位小区ID号。
2.2 待处理的“噪声”数据及其产生原因分析
待处理的“噪声”数据主要包括以下2类:
1) 定位小区ID号在同一时刻或者在很短的时间内频繁地进行乒乓切换的数据,需要将它们聚为一类。
产生原因是手机用户在邻近的蜂窝小区之间时,由于GSM网络的基站系统对该手机用户的功率信号的变化进行切换判断的误差产生的切换扰动引起的,这种扰动的数据是普遍存在的[7]。
2) 在一段较长的时间内地理空间位置邻近的定位数据,需要将它们聚为一类。
产生原因是由于移动手机用户在一段较长的时间内处于某一个固定的场所,因此而产生的大量的冗余定位数据不利于对其运动轨迹的标定,需要聚类处理。
2.3 聚类算法
由于现有的聚类算法大多都是仅仅考虑位置的关系来进行聚类处理,而本文针对手机定位数据的聚类算法不仅需要考虑到空间位置的邻近关系,还需要结合手机定位数据的时间属性进行聚类。因此,本文所提出的算法首先将1 d内的定位数据按时间来排序,然后依次取出3个基站点的定位数据,两两比较这3个基站点所对应的面要素之间的空间邻近关系,按照计算出来的面要素之间的几何距离,对面要素进行聚类处理。
算法的具体流程如下:选择第n个基站点所对应的面要素作为初始聚类中心,比较n与n+1的邻近关系、 n与n+2的邻近关系、n+1与n+2的邻近关系;考虑到乒乓切换对手机定位数据产生的影响,对于每一种可能产生的空间邻近关系,采用表2所示的聚类方式进行聚类;接下来,以第n+2个基站点所对应的面要素为聚类中心,比较n+2与n+3的邻近关系、n+2与n+4的邻近关系、n+3与n+4的邻近关系,并按照表2的聚类方式进行聚类;依此类推,直至所有的定位数据都聚类完毕。
编程实现时,首先以第1个基站点所对应的面要素作为初始聚类中心,即n=1,每次取出时间上连续的3个定位基站点所对应的面要素,两两比较它们之间的空间邻近关系。
空间邻近关系阈值的选取:两个面要素之间的几何距离d,满足d=0则聚为一类,即2个面要素为邻近的共边关系。
在聚类的过程中,使用一个ClusterID字段保存聚类中心号,存储到每个定位数据行中,初始化时将聚类中心号设置为1,即ClusterID=1,以后出现了与其前一个聚类不同的聚类中心时,则将其对应的聚类中心号ClusterID增加1之后,保存到对应的定位数据行中。
最后,要排除在同一时刻,3条以上的乒乓切换定位数据对聚类效果的影响,需要对聚类后的聚类中心号ClusterID字段遍历一次,将聚类结果中定位时刻Time字段相同的定位数据,赋值为相同的聚类中心号。
3 实验及其结果分析
3.1 部分乒乓切换数据的聚类效果
如图2所示,UserID为029的手机用户在2009年11月26日,时间为12:40:52.506的同一时刻,在64、249、256、509、843和2311这6个小区之间切换,对运动轨迹的标记产生影响。将这6个小区聚类处理,并合并这6个小区为一个临时的面要素,将这个临时面要素的重心作为新的定位点,时间Time字段保持不变,创建一条新的定位数据行,代替原有的6条定位数据行。
3.2部分较长时间内空间位置邻近数据的聚类效果
如图3所示,UserID为029的手机用户在2009年11月25日,时间在01:32:51.802至12:25:41.634之间的一段较长时间内,有25条定位数据行,其定位小区号CellID在3494、1003、2164、439这4个邻近小区,围绕着3494小区进行邻近切换,其中3494定位小区出现了17次,对运动路径的标定产生了影响。将这4个小区聚为一类,合并为一个临时的面要素,并取这个临时面要素的重心作为新的定位点,获取这个聚类中首尾的定位时间Time字段,创建2条新的定位数据行,代替原有的25条定位数据行。
3.3 创建手机用户的运动轨迹
依据上述方法所得到的聚类结果,取出所有不同的聚类中心号,并计算聚类中心的个数,用于创建标记点图层文件时循环次数的设定。
对于一个聚类中只含有一个定位小区ID号的情况,只需要求出该定位小区ID号所对应面要素的重心,作为新的定位点,定位时刻保持不变,创建一条定位数据行。
而对于一个聚类中含有2个或2个以上的定位小区ID号的情况,则需要先将它们所对应的面要素都合并为一个临时的面要素,求出该临时面要素所对应重心,作为新的定位点,并获取该聚类的首尾定位时刻,创建2条定位数据行。
根据所得到的重心的XY坐标值,使用C#语言结合ArcEngine9.3 2次开发,创建Shape类型的标记点图层文件,并赋予定位时刻Time、聚类中心号ClusterID和用户ID号等相关的属性信息,再依次连接这些新的定位点,生成Shape类型手机用户运动轨迹的线图层文件。
实验结果表明,通过本文所述的考虑时间属性的空间邻近关系聚类方法,可以有效地剔除手机定位数据的非运动数据,有利于手机用户运动轨迹的标定。
4 结束语
从手机定位数据中获取道路交通信息是近几年交通信息工程领域的一个研究热点,其技术实现简单,费用低廉,已成为交通信息采集与信息处理的重要手段。然而目前国内外利用手机定位数据来提取交通信息的研究大多都处于实验阶段,距离规模性的普及与应用还有较多的困难亟待解决。本文所提出的聚类算法是按照时间的顺序依次对3个定位数据行进行两两比较,每次比较完成之后向下移动一个定位行,在面对大量样本的情况下,运用本算法所求得聚类结果的差错率较小,可以为后续进一步地研究和分析提供数据基础,但是算法执行的效率尚有待进一步地提高和完善。
本文重点对基站数据的处理和手机定位数据的处理进行了讨论,并进行了相关的试验和结果分析。其主要思路是:首先由GSM基站的点图层,创建对应泰森多边形的面图层,来大致表示GSM网络中基站信号的覆盖范围。然后利用某区域的手机定位数据,设计了一种考虑时间属性的空间邻近关系聚类方法,对手机定位数据中的“噪音”数据进行了有效的处理。并在.NET开发平台上,使用C#语言编程,结合ArcEngine 9.3 2次开发,根据聚类所得到的定位点,依次连线来标定移动手机用户的运动轨迹,为进一步分析手机用户行为和实时道路交通信息的提取奠定了基础。
参考文献
[1]杨飞,裘炜毅.基于手机定位的实时交通数据采集技术[J].城市交通,2005(4):63-68.
[2]杨飞,惠英,杨东援.基于手机切换定位的交通路网标定方法[J].同济大学学报:自然科学版,2009(1):67-72.
[3]孙棣华,马丽,陈伟霞.基于手机定位及聚类分析的实时交通参数估计[J].交通运输系统工程与信息,2005(6):18-23.
[4]朱鲤,孙亚,胡小文.基于手机定位的动态行程时间探测[J].计算机工程与应用,2007(10):244-248.
[5]杨飞.基于手机定位的交通OD数据获取技术[J].系统工程,2007(1):42-48.
[6]施培蓓.数据挖掘技术中聚类算法的研究[D].无锡:江南大学,2008.
[7]陈若石.基于GSM网络的移动台的定位技术的研究[D].成都:四川大学,2005.
[8]薛安荣,姚林.离群点挖掘方法综述[J].计算机科学,2008(11):13-18.
[9]薛安荣,何伟华.基于时序离群检测的新的分段方法[J].计算机工程与设计,2007(10):4875-4877.
非标准定位 篇5
关键词：标准,管理模式,管理职能,标准版权保护
除企业标准外, 我国国家标准、行业标准、地方标准的版权保护问题倍受争议, 而在国外却鲜有争议, 主要在于国外标准通常是由不具有公权力的民间组织制定。
一、标准行政管理部门的双重职责
我国国家标准化管理委员会 (简称国家标准委) 是国家质检总局下属的根据国务院授权履行行政管理职能的事业单位, 统一管理全国标准化工作, 负责制定国家标准和对国家标准统一立项、审查、编号和批准发布。在我国, 国家标准由国务院标准化行政主管部门制定, 行业标准由国务院有关行政主管部门制定, 地方标准由省、自治区、直辖市标准化行政主管部门制定。
标准行政主管部门具有双重职能:不仅组织制定标准, 而且管理标准, 对标准违反行为进行处罚, 以国家标准委为例。因《中华人民共和国标准化法》颁布于1988年, 后为入世, 组建了国家标准委, 实践中标准委的职能主要是原国务院标准化行政主管部门的职能: (1) 组织贯彻国家有关标准化工作的法律、法规、方针、政策; (2) 组织制定全国标准化工作规划、计划; (3) 组织制定国家标准; (4) 指导行业主管部门和地方标准化行政主管部门的标准化工作, 协调和处理有关标准化工作; (5) 组织实施标准; (6) 对标准的实施情况进行监督检查; (7) 统一管理全国产品质量认证工作; (8) 统一负责参与国际标准化活动。
二、标准行政主管部门的双重职能与标准版权保护的困境
标准行政主管部门的双重职能是其制定的标准受版权保护的主要障碍:一方面, 双重职能导致有人认为标准属于行政性质的文件, 从而否定标准是版权的客体;另一方面, 双重职能导致有人认为标准管理行政部门不属于法人作品中的法人, 从而否认标准行政主管部门享有版权。
(一) 标准成为著作权客体的困境
关于标准是否受版权保护主要有三种观点:一是强制性标准和推荐性标准都不受版权保护;二是强制性标准属于法规不应受版权保护, 推荐性标准因不具有强制性应受版权保护;三是强制性标准和推荐性标准都应受版权保护。主张标准不应受版权保护的原因总结如下:
第一, 标准虽具有独创性, 属于作品, 但因是行政性质的文件, 属于《著作权法》第五条的排除范围, 不应受著作权的保护。标准是由享有行政权力的标准行政主管部门制定, 调整不特定主体的行为, 并可以反复适用, 体现国家意志, 完全符合行政文件的特征, 推荐性标准虽不具有强制性, 但也属于指导性其他行政规范性文件, 都不应受版权的保护。
第二, 标准版权保护与版权的立法理念相违背。一方面, 标准本质上是公共资源, 需要推广, 国家鼓励标准的复制和传播。另一方面, 版权的保护具有独占性、垄断性和排他性, 未经著作权人的许可他人不得复制或者以其他方式利用作品。标准作为公共产品与著作权的私权性质存在冲突。但持有此论据的部分人认为标准行政管理部门制定的标准不应受保护, 企业标准应受版权保护, 这就形成自我矛盾, 企业标准版权保护也会造成垄断。
上述否定者的论据可归结为一点:标准行政主管部门的双重职能导致标准不能成为著作权的客体。笔者认为, 这种观点混淆了标准的性质和作用, 并主张不论是推荐性标准还是强制性标准都应受版权保护。理由如下:第一, 所有标准本身都不具有国家强制力, 强制性标准也不例外, 所谓标准的强制性来源于法律法规。根据《标准化法》的规定, 强制性标准必须执行。推荐性标准国家鼓励企业自愿采用, 一旦申请产品质量认证就必须执行, 否则被责令停止销售、罚款、撤销其认证证书等。第二, 在标准违法经营行为处罚中, 标准本身只是事实判断的参照和证据, 法院判决的依据是《标准化法》等相关的法律法规, 而非标准。第三, 标准不同于法律, 法律条文的规则结构是“行为模式和法律后果”, 而标准的结构只包括“行为模式”。第四, 版权的保护方式不同于专利, 版权的核心是复制权和发行权, 而不是实施权, 标准的价值在于其广泛的实施, 而不是简单的复制, 标准的版权保护对经济发展不会产生不利的影响。
(二) 标准行政管理部门成为著作权主体的困境
《著作权法》第十一条规定, 由法人或者其他组织主持, 代表法人或者其他组织意志创作, 并由法人或者其他组织承担责任的作品, 法人或者其他组织视为作者, 这就是法人作品。规定法人可以取得著作权最重要的原因是由法人承担责任, 主要是财产责任。而标准行政主管部门代表纳税人投资, 拿纳税人的钱承担责任, 即使适用“谁投资谁受益”的原则也应该是归全民所有, 所以笔者认为法人作品中的法人不包括机关法人, 标准行政管理部门的双重职能成为其成为著作权主体的障碍。同时我国现行法也未规定国家机关可以原始取得著作权的情形, 国家也只有在有限的条件下可以继受取得著作权。再则著作权本质上是私权, 国家行政管理部门具有公权力, 不符合《著作权法》所要求的私主体性质。
三、域外标准化组织的职责与标准版权保护
(一) 国际标准化组织的职责
国际标准化组织 (ISO) 和国际电工委员会 (IEC) 是世界上影响最大的两个国际标准化组织。ISO和IEC历来重视其制定标准的版权保护, 目前ISO的标准版权保护政策主要包括《ISO知识产权保护政策》和《ISO关于出版物版权、版权使用权和销售的政策和程序》等, IEC关于版权保护政策主要有《IEC销售政策》。ISO和IEC认为标准属于职务作品, 由标准化组织享有版权, 成员承担保护标准版权的责任。在进行标准起草时, 将标准的版权属于ISO和IEC的文字印在技术委员会TC会议的签到纸上, 签字同意的可参加标准起草, 不同意的则不能参加TC工作。
(二) 欧盟标准化组织的管理模式
欧洲标准化委员会 (CEN) 、欧洲电工标准化委员会 (CENELEC) 、欧洲电信标准学会 (ETSI) 是欧盟最典型的三大政府间标准化组织。尽管这三个组织制定的标准需作为国家标准发布和实施, 本身不具有独立自治的地位, 但对其所制定的技术委员会草案、处于征询阶段的标准草案和正式生效的标准等享有版权。
三大标准化组织通过权利转移方式获得版权:CEN通过类似简单的签到方式转移;CENELEC根据各国家标准团体的章程实现权利转移;ETSI规定ETSI成员提交的建议一旦被纳入标准文献中并用于出版, 其版权就转移给ETSI。三大标准化组织的标准再通过各国家委员会作为国家标准发布, 从而将标准使用权转移给各国标准化团体。
(三) 典型国家标准化组织的两种管理模式
外国标准体系由自愿性标准体系和技术法规体系组成。根据政府和民间机构在标准制定管理中的角色分工, 典型国家标准化组织主要分两种管理模式:
一是采用“政府授权民间机构管理, 政府部门参与标准化活动”的模式, 标准化活动完全由民间机构开展的, 政府中不设专门的标准化管理机构, 以美国为例。
在美国, 国家标准是由政府委托私营的非盈利民间组织—美国国家标准学会 (ANSI) 组织协调, 由其认可的标准制定组织 (行业协会) 和委员会按照公正的程序制定。ANSI在标准制定、管理中的主要职责是: (1) 进行组织协调国家标准制修订工作; (2) 批准国家标准; (3) 建立国家标准体系; (4) 组织合格评定体系; (5) 协助有关政府部门制定技术法规和建立技术法规体系; (6) 代表美国组织协调参与国际标准化活动。政府负责标准化研究工作, 不直接管理国家标准及行业标准, 可以参加ANSI董事会, 参加制定标准的技术委员会, 但不进行行政干预。ANSI作为国家标准管理和协调机构, 还负责国家标准及其他出版物的销售和服务, 拥有国家标准的版权。
二是采用“政府组织管理国家标准化工作, 实行政府引导, 行业协会主导”的模式。在政府机构中设有专门的标准化主管部门, 但具体国家标准化管理工作仍由标准化机构负责, 以日本为例。
日本政府在标准化工作中起主导作用:一方面直接组织技术委员会制定标准, 另一方面委托民间标准化组织组织制定。日本工业标准调查会 (JISC) 是日本国家标准化机构, 在标准化活动中起核心作用, 其的任务主要是: (1) 负责组织制定和维护日本工业标准; (2) 从事合格评定工作; (3) 答复各主管省大臣关于工业标准化方面的质询, 提供建议; (4) 参与国际标准化活动, 制定计量标准。经济产业省下设的产业技术环境局具体制定日本工业标准化方针, 其下设的标准处负责JIS标准的制定。
(四) 我国标准管理部门双重职能的分离
负责国家标准化工作的在我国是国家标准委事业单位, 在国外是社会团体, 但标准的管理体制形似而神不似, 我国仍然是政府主导型的管理模式。具体表现在: (1) 政府和标准化组织的关系不同, 国外是平等的合作关系, 我国则是管理与被管理的关系; (2) 政府在标准事业中的角色不同, 国外政府部门积极参与标准化工作, 但我国则是政府完全的主导; (3) 国家标准化管理机构的组成和职能上不同, 国外是由有兴趣的专家、学者、消费者和政府代表等组成, 不享有对标准违法的处罚权, 我国是参照公务员待遇的事业单位人员组成, 管理机构享有对标准违法的处罚权。
标准行政主管部门的双重职能不仅导致标准版权保护受到质疑, 而且导致标准立项与市场脱节, 标准化工作落后, 一定程度上阻碍了企业的技术进步和创新, 不利于我国在激烈的国际竞争中占据有利地位, 也分散了政府在维护公共利益和市场安全上的注意力。随着我国加入世界贸易组织, 我国在标准的版权保护方面也要逐渐与国际接轨, 力争在国际标准制定上掌握一定的话语权。而且我国整体处于变革之中, 这就为我国标准的行政管理体制改革提供条件。
我国应结合自身国情, 借鉴日本的标准管理模式。将标准行政管理部门双重职能分离, 政府主要负责对标准违反行为的监督处罚, 行业协会和企业成为标准制定的主力军, 我国的标准版权保护问题也就尘埃落定。
参考文献
[1]中国标准化研究院编著.国内外标准化现状及发展趋势研究[M].中国标准出版社, 2007.
[2]王清.标准出版若干法律问题探析[J].出版科学, 2008 (03) .
[3]中华人民共和国著作权法[S].2010.
[4]刘春青, 黄夏.解读ISO标准版权保护政策[J].中国标准化, 2006 (07) .
[5]刘春青.浅析欧洲标准版权保护政策[J].世界标准化与质量管理, 2006 (06) .
[5]郭济环.标准与专利的融合、冲突与协调——基于国家标准化战略之考察[D].中国政法大学, 2011.
[6]刘春青.技术法规与自愿性标准的融合——标准美国政府高度重视利用标准化成果的启示[J].世界标准化与质量管理, 2008 (10) .
[7]中国标准化研究院.国内外标准化现状及发展趋势研究[M].中国标准出版社, 2007.
[8]中国标准化研究院.国内外标准化现状及发展趋势研究[M].中国标准出版社, 2007.
非标准总线测试接口设计 篇6
数字总线技术作为数据共享的主要手段之一, 在现代飞机机载设备中被广泛采用。针对使用条件的不同, 机载设备的传输总线主要有RS232总线、RS422总线、RS485总线、ARINC429总线和1553B总线, 以及未来面对的1394总线、FC光纤通道总线等。通常情况下, 这些类型总线应该严格按照总线协议的标准进行设计以保证机载设备之间的数据的交联与共享。但是由于机载环境的特殊要求, 在某些情况下, 这些数据传输总线在设计时可能采用一些非标准的设计思路。例如在传输速率上采用的是非标准数值的波特率等。如何采集这些非标准的总线数据是测试系统面临的主要问题。
一、非标准的RS485总线
RS485总线采用的是半双工的平衡传输模式, 传输速率一般为1.2K、2.4K、4.8K、9.6K、19.2K、38.4K位/秒等。逻辑1以两线间的电压差为+ (2~6) V表示, 逻辑0以两线间的电压差为- (2~6) V表示, 接口信号电平相对RS232接口电平降低了, 不易损坏接口电路的芯片。RS-485总线接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗共模干能力增强, 即抗噪声干扰性好。最大传输距离标准值为1200米, 实际上可达3000米。另外RS232接口在总线上只允许连接1个收发器, 即只具有单站能力。而RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器, 即具有多站能力, 这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
基于以上优点, 某型机载设备采用的就是RS485串行总线接口, 其数据是按照数据块发送的, 其中每个数据块由4个数据字组成, 包括1个命令字, 2个数据字和1个故障字。每隔50ms发送一个数据块, 数据块中的数据字的发送间隔大约是4ms。数据字格式如下表1所示。
每个数据字都是11位, 包括1位起始位、8位数据位、1位校验位和1位停止位。校验位采用偶校验, 在传输速率上其波特率为3.125K位/秒, 与常用的标准波特率有异, 是非标准的接口速率。
目前标准的测试系统中的串行数据采集模块可以接收8个通道的串行数据, 信号类型 (RS-232或RS-422、RS-485) 、波特率、每个字的位数以及奇偶校验可以隧道编程。但是每个通道波特率的定义为0.3K、0.6K、1.2K、2.4K、4.8K、9.6K、19.2K、38.4K位/秒, 无法满足机载设备的RS485总线接口波特率为3.125K位/秒的测试需求。因此, 需要设计一个RS485接口波特率调节装置, 将机载设备输出非标准波特率为3.125K位/秒的RS485信号转换成标准波特率的RS485信号。
二、总体方案设计
在嵌入式测控系统中, 集成化混合信号系统级芯片 (S O C) 的8位单片机占有重要的一席。它在一个芯片内集成了构成一个数据采集或控制系统所需的几乎所有的模拟和数字外设, 为设计小体积、高可靠性和高性能的系统提供了方便。
在8位单片机中, C8051F系列单片机对于以往的80C51单片机来讲, 废除了机器周期的概念, 指令以时钟周期为运行单位, 单指令运行速度为原来的1 2倍;采用数字交叉开关以硬件方式实现I/O端口的灵活配置;通过可编程的时钟振荡器提供若干种时钟设定, 当程序运行时, 可实现内外时钟的动态切换;提供上电复位、软件复位、掉电复位和比较器复位等多种复位方式。
综合以上因素, 以及根据此次测试工作的需求, 在方案设计中主处理器采用Cygnal公司的C8051F020系列的单片机。
2.1系统的硬件总体方案
C8051F020单片机内部集成了两个硬件实现的通用异步收发器U A R T 0和U A R T 1, 这样就可以将它们分别和两个485接口芯片连接实现以不同位速率接收 (3.125K位/秒) 和发送 (4.8K位/秒) 485信号, 并且它是高速单片机, 执行指令的速度快 (25MIPS) , 可以满足系统实时性的要求。系统的原理框图如图所示。
C8051F020单片机的通用异步收发器U A R T 0和U A R T 1是增强型U A R T, 它除了具有标准串行口的功能外, 还具有帧错误检测和抵制识别硬件的功能。UART可以工作在一种同步方式和3种异步工作方式。
通过设置串口控制寄存器中的配置位选择。在所有方式下, 接收数据被放入一个保持寄存器, 这就允许系统在未读取前一个数据字节的前提下, 开始接受第二个输入数据字节。
根据前面描述的关于某型机载设备输出的R S 4 8 5信号的数据格式, 可知在U R A T应该采用工作方式3, 即数据字共使用11位:一个起始位、8位数据位、一个可编程的第九位和一个停止位。波特率由对应的定时器确定, 通过将T C L K 1或RCLK1设置为逻辑1来选择定时器为波特率时钟源。计算公式如式 (1) 。
通过以上的设定, 就可以将U R A T 0设置成以3.1 2 5 K位/秒接收数据, 将URAT1设置成4.8K位/秒发送数据了。
2.2系统的软件总体方案
根据功能设计的要求, 程序设计的流程图如图2所示。
转换程序的流程中, 首先通过“定义特殊功能寄存器”将一些8位特殊功能寄存器合并为1 6位的特殊功能寄存器, 便于以后的程序使用。初始化进程主要包括系统时钟的初始化、U A R T串口的初始化和数字交叉开关的设置等。根据实现目的将UART按照要求初始化为不同的波特率以发送和接收数据。如果接收标志位R I为1, 表明已经接收到有效数据, 则将此数据保存并将标志位RI清0以便接收下一个数据。如果发送标志位T I为1, 表明系统已经准备好可以发送数据, 则将标志位TI清0并将接收到的数据以标准的波特率发送出去, 如此循环进行, 以实现将非标准波特率的RS485数据转换为标准波特率的RS485数据, 以便用K A M 5 0 0测试系统进行采集和处理。
三、系统软硬件设计
根据图1系统总体框图所示, 系统主要分为电源模块、单片机模块、R S 4 8 5接口模块和隔离四个部分。这四部分中电源和RS485接口是主要部分。
3.1电源模块
由于飞机上使用的是统一的28V直流电源, 而系统的各个模块所需的供电电压为3.3V, 因此电源模块的主要功能就是将飞机上的28V直流电源转换成3.3V直流电源, 并且考虑到输入输出的压差比较大, 而飞机上能源有限, 要尽量减小各设备的能耗, 因此要求此电源模块的转换效率不能太低。此外还应该考虑到在电源正负极接反的情况下会对损坏电路, 因此设计的电源模块还应该具有正负极防接反功能。
根据以上需求, 设计的系统电源模块电路图如图3所示。
3.2 RS485接口模块
RS485接口模块的数据发送部分如图4所示。
电路中的隔离芯片是基于A D公司iCoupler技术的双通道数字隔离芯片。它采用的是磁电式隔离技术, 与传统的光耦隔离器相比, 由于没有采用光电耦合器件, 因而避免了传统光电隔离技术所带来的传输速率不确定, 传输函数非线性, 以及温度和使用寿命所带来的影响。因而它体积更小, 工作更稳定, 传输速率更高 (最高可以达到25Mbps) 。还有就是由于没有光耦器件, 在相同的传输速率下, 其功耗是传统隔离器件的十分之一到六分之一。
RS485驱动芯片本身集成了有效的保护措施。但为了更加可靠地保护RS485系统, 确保系统安全, 需要额外增加一些保护电路。图4中, 钳位于6.8V的TVS管D7、D8和D9都是用来保护RS485系统的, 避免系统在受到外界干扰 (雷击、浪涌) 产生的高压损坏R S 4 8 5收发器。另外, 电路中的L 3、L 4、C 1 3和C 1 4可以用于提高电路的E M I性能。
3.3系统软件设计
根据图2所示的系统程序流程图可知, 系统的软件部分主要包括系统初始化, 数据接收和发送函数以及看门狗定时器设置3个部分。其中系统初始化主要包括系统时钟初始化、端口初始化和UART初始化3个部分。本系统选用频率为22.1184MHz的外部晶振作为系统的时钟源。端口初始化时, 通过配置相应的交叉开关控制寄存器, 将U A R T 0和U A R T 1分配给相应的端口, 其它未使用的端口一律设置成推挽方式, 以提高系统的抗干扰能力。
根据某型机载设备输出的数据格式以及实际的使用需求, 选择U A R T工作在方式3下, 每个数据字节共使用1 1位:一个起始位、8个数据位、一个可编程的第9位和一个停止位。在发送时, 第9位数据由TB8中的值决定, 它可以被赋值为P S W中的奇偶校验位P。在接收时, 第9位数据位进入RB8, 停止位被忽略。当执行一条向SBUF寄存器写入一个字节的命令时, 开始发送数据。在发送结束时 (停止位开始) , 发送中断标志T I置位。在接收允许位R E N被设置位逻辑1时, 开始接收数据。
程序中的数据发送函数如下。
四、实验结果及时间延迟性分析
时间延迟对分析参数时间相关性十分重要。因此作为数据转换接口设备, 在数据转换过程中产生的时间延迟大小是衡量设备是否满足要求的重要指标。为了便于进行转换前后数据延迟大小的分析, 设输入数据为3.125K位/秒, 经过RS485总线变换器将位速率转换后以4.8K位/秒发送出去。
为了验证前面的设计, 在系统制造完成后, 进行了实验。图5为将输入和输出系统的R S 4 8 5信号波形进行的对比图。图中B通道为输入系统的波特率为3.125K位/s非标准波特率的RS485信号波形, A通道为经过系统转换的波特率为4.8K位/s标准波特率的RS485信号波形。
由图5可以看出输出信号相对于输入信号有延迟, 从输入信号接收完毕到输出信号开始发送, 中间大约有4 m s的延时, 因此此系统不会因为延时过长而产生丢失数据的现象。实验结果表明此次设计的系统能够满足对于非标准波特率R S 4 8 5信号采集的要求。
五、结论
非标准建筑形态的技术制约 篇7
1.设计技术的制约
基于数字设计技术的非标准建筑设计,当前所取得的成果并非一蹴而就,而是经历了一个持续发展和变化的过程。观察近20年来非标准建筑的发展,由于不同阶段技术发展引起的设计结果的差异已清晰可见。数字设计技术的发展,由初期基于实物模型的半数字化方式,逐步发展为从设计到加工全过程的数字化操作。对于非标准形态的设计,也由基本的三维曲面建模,发展为利用多种数字设计手段,有效地提升了设计效率以及对设计对象的控制能力,获得了更为优化的设计结果。
设计技术所带来的制约如何影响建筑设计,以同一位建筑师的作品演变为例加以说明。美国建筑师弗兰克·盖里,是非标准建筑领域一位具有代表性的建筑师。笔者选取其不同时期设计的三个作品加以对比。盖里早期的白色系作品(图1左),多始于手工制作的实物模型,采用三维扫描等方法将三维形态信息加以数字化录入电脑。这一时期的作品各表面之间在几何特性、拓扑关系等方面呈现出非连续性的特征,反映出手工操作的特点。同时,由于数字化设计平台的建设还不完善,结构等其它系统并未在设计的早期纳入设计过程,导致结构逻辑与形式逻辑的关系较弱。结构仅仅被动地受制于形式,大量混乱甚至并不合理的结构系统只得隐藏于建筑表皮之下。表面覆盖以白色抹灰正是为了掩盖脱节的内部秩序,以及避免无法对曲面进行划分的尴尬。
随着三维设计软件的引入,曲面得以直接在电脑的虚拟环境中设计。这一时期盖里事务所的技术水平,能够将建筑曲面表皮的多层构造反映在三维电脑模型当中。因此,金属幕墙这种构造更为复杂的表皮系统得以应用于作品当中(图1中)。幕墙金属板背后的支撑结构处于隐藏状态,其分布仅需满足构造的要求即可,并不需要考虑美学的需要,从而降低了对当时尚处于初期发展阶段的数字设计平台的要求。
随着编程等技术手段用于建筑设计,对自由曲面等复杂几何体的解析能力大为提升。曲面可以按照多种方式进行准确地划分,获得有序的,满足审美要求的曲面细分形式。此时玻璃幕墙这种同时展现了表皮与支撑系统的结构出现在盖里的设计当中。分析盖里在捷克布拉格的作品“跳舞的房子”,其玻璃幕墙的表面划分及支撑结构分布规律,反映出曲面的二维UV坐标的分布特点。(图1右)
同一位建筑师不同时期的作品在材料、形态方面表现出的差异,不仅反映了不同时期设计理念的变化,更反映出设计者当时所掌握的技术水平以及同时期社会的技术发展状况。这一实例也说明新的设计技术获得之后,必然能够得到突破旧有的建筑形式,推动建筑设计更新和发展。
2.几何特性的影响
非标准建筑与以往建筑形式的差异,首先在于其所应用的几何元素的不同。非标准建筑以外的建筑,可以粗略地分为采用立方体、圆柱体、锥体或球体等欧几里德几何元素的一类,以及采用手工塑造的自由形态的一类,如西班牙建筑师高迪的建筑。非标准建筑的特征,一方面在于设计过程当中计算机的应用,另一方面则是所采用的几何系统。来自非欧几里德几何的参数化曲面是典型代表。随之而来的参数化曲面的特性,将影响操作过程以及设计结果。
参数化曲面的特性所带来的影响,以曲面的划分与重构问题为例。为降低光滑自由曲面的建造难度,通常将光滑的自由曲面转化为一系列非连续的细分面,这一步骤的起始,是对曲面按进行划分。划分所需要的基础信息,正是来自曲面本身。以NURBS曲面为代表的参数化曲面,可以看作矩形平面的变形。尽管曲面在三维空间当中表现出多样的自由形态,但内部的二维UV坐标实为正交网格坐标系的变形。如果利用曲面的UV坐标对曲面进行划分(这一方法具有简便有效的特点),结果将反映出这种变形网格的特点(图2右)。某些情况下,可能获得满意的结果;另一些情况下,例如当曲面曲率变化显著时,该方法将使得该部分区域细分面尺寸过小,构件过于集中。设计结果的优化,可调整控制参数。若结果仍然不能满足设计要求,则需要从产生问题的根本原因着手加以改进。图2右所示的结果,既是笔者放弃采用曲面的二维UV坐标,改以三维空间坐标,用等距搜索的方法对曲面进行划分与重构,避免了构件分布不均匀的问题,并将大部分杆件统一为相同的长度,减少加工成本。这一技术思路的来源,正是源于对曲面特性带来的限制条件的分析和思考。
前一实例表明了几何特性带来的影响和制约。主动地利用几何限制条件,则能化被动为主动,在解决设计问题的同时创造出新的形式。图3是笔者曲面重构研究当中另一实例。利用圆锥可展开面的特性,构造出的自由形体每一单元均能展开为平面。圆锥可展开面的原理要求各重构面的交线汇集于顶点,该特性带来另一问题:如何控制这一顶点的方向,保证各相邻单元不相交。经过一系列的限定条件的设定,尽可能地避免了这种不利情况的发生(具体的解决方法限于篇幅并不详述)。最终得到的结果:自由曲面转化为加工方便的一系列平面的组合,这一特性也符合了下文将讨论的另一制约因素,即材料和加工手段的要求。
3.材料与加工手段的限制
建筑设计的实现,离不开真实的材料与适宜的加工方式的支持。目前的技术水平虽然已具备三维自由形态的加工能力,但加工耗时与造价因素,极大地限制了应用于大批量的实际建造。将其转化为平面构件是一种有效的妥协。利用加工难度相对较低的两轴数控机床,激光切割机等设备,加工二维平面化构件。较早采用这一方式加工建造的自由形态建筑,如代尔伏特理工大学的实验室i-web(图4左),该建筑的主体材料为钢材,使用激光切割机加工。
与钢材、玻璃等适于平面切割加工的材料不同,复合材料以塑形灵活,适应度高的特性,近年来已开始应用于建筑领域。扎哈·哈迪德建筑事务所的设计作品“莲花”(图4右),使用了玻璃纤维加强的塑料及聚亚氨酯,表面采用高光漆喷涂,局部也采用了泡沫、木头、经喷涂的纤维和合成橡胶等材料[2]。具有流动感的三维形体,不仅基于曲面建模技术,更得益于复合材料的特性。
4.结论
有关于形式的探讨,是建筑设计永恒的话题。如何让形式的创造具有持久的活力,不断涌现出新的创新点,从形式的制约条件入手是一种可行的思路。本文分析了来自设计技术的制约,几何特性,以及一定社会条件下加工手段和材料的限制三个方面的影响与可能性。
设计技术这一概念对于建筑设计的意义经常被忽略。更常被提及的“灵感”,往往仅能带来偶然的创新点的出现,而对设计技术的深入挖掘则能为形式的持续出新带来保证。本文所列举的实例正说明了设计技术在形式背后的重要影响力。
几何,由于与形式语言天然的联系,是建筑师日常工作的重要部分。非标准建筑设计所涉及的几何复杂性大为增加。仅依靠对几何问题的直观理解和手动操作方法,已无法适应非标准形态设计的发展要求。围绕几何问题的研究,是一项需要持续进行的工作。
材料与加工方式的限制,对于任何类型的建筑设计均适用。如何发展与非标准形态相适应的材料和加工方式,虽然通常意义上不属于建筑师的工作范围,但由于对设计结果的显著影响,需要建筑师对这一领域的最新发展加以关注。
形式的产生,是主客观两方面因素的共同结果。客观因素的影响机制更易于运用逻辑分析加以探讨。其结果不仅为设计判断和决策提供帮助,也不断地诱发了设计当中的创新点。笔者本文强调和实践的正是这一方法和思路。后续研究将更多地集中于操作层面,探索非标准建筑在技术制约下的形式生成规律。
摘要：随着北京奥运会及上海世博会场馆的成功建设,以曲面及非正交系统的自由形态为标志的非标准建筑在中国崭露头角,引起了社会及业界对于非标准建筑的关注。对于非标准建筑的研究,也已开始由初期概念层面的探讨发展到具体的操作层面。非标准建筑看似随意的形态背后,存在着诸多隐性的限制条件,制约和影响了形式发展的方向与结果。了解这些限制和制约,是深入探索非标准建筑设计的前提。本文从设计技术、几何特性、材料与加工手段三个方面分析技术限制如何影响非标准建筑设计。
关键词：非标准建筑形态,技术制约,设计技术,几何特性,材料与加工手段
参考文献
[1].Francesco Dal Co,Kurt W.Forster.1998.Frank O.Gehry-The Complete Works.Monacelli Press,Italy.
[2].Helmut Pottmann,Andreas Asperl,Michael Hofer,Axel Kilian.2007.Aarchitectural Geometry.Bently Institute Press,U.S.A.
[3].Meghan,etc.(Eds.).2001.Frank Gehry Aarchitect.Solomon R.Guggenheim Foundation,New York.
[4].Kas Oosterhuis&Ilona Lenard.2008.ONLogic:speed and vision.The Images Publishing Group Pty Ltd,Australia.