反规范设计（共7篇）
反规范设计 篇1
数据库设计包括数据库的逻辑设计和物理设计，在数据库的逻辑设计中，数据的规范化不仅会带来空间上的效率，而且还有助于保证数据的正确性和一致性，在现在的各类教材中，主要是讲解数据库的规范化问题，但数据库的规范化使得查询越来越复杂，对数据的查询性能有较大的影响，如何设计一个合理的数据，其设计的原则是什么，必须根据实际应用进行具体的系统分析，权衡各方面的因素后，选择最优设计方案。
（一）数据库的规范化设计
规范化理论是研究如何将一个不好的关系模式转化为好的关系模式的理论，关系数据库中的关系要满足一定的要求即规范 (约束条件) ，满足不同程度要求的为不同范式，规范化理论把关系应满足的规范要求分为几级，分别是：第一范式 (1NF) ，第二范式 (2NF) ，第三范式 (3NF) ，BCNF范式，4NF, 5NF。范式的等级越高，应满足的约束集条件也越严格，规范的每一级别都依赖于它的前一级别。
数据库中的数据规范化的优点是减少了数据冗余，节约了存储空间，相应逻辑和物理的I/O次数减少，同时加快了增、删、改的速度，从关系模型的角度来看，数据表最好满足3NF最符合标准，这样的设计容易维护。
（二）数据库的反规范
未经规范化的数据库一般都有下述缺点：较大的数据冗余，数据一致性差，数据修改复杂，对表进行插入删除时会产生异常。规范化的作用就在于尽量去除冗余，使数据保持一致，使数据修改简单，除去在表中进行插入删除时产生的异常现象，有时故意保留成非规范化的数据结构，或者规范化以后又反规范了，这样做通常是为了改进性能。
1. 反规范化的必要性
数据库的规范化提高了系统性能，但不是单纯为了规范化而规范化，一个完全规范化的设计并不总能生成最优的性能，特别高范式等级的数据库在网络中不一定有高性能，因为使数据库规范化的方法是把表拆分成相关列最少的表，在进行数据库查询时，通常需要更多的复杂的联结操作，这样查询时就需要用占用较多的CPU资源和输入输出操作，才能查到客户端所需的数据，这会导致复杂度的增加和性能的下降，从而影响查询的速度，因此，有时为了提高某些查询或应用的性能而破坏规范规则，特别在网络环境中，有必要对规范化进行必要的平衡，使系统有最优的性能，提高数据库的网络性能，即反规范。例如：学生收费系统中，有两个表：
收费标准={学号, 收费标准，已收费，收费项目，收费年度}
收费收据={收据序列号，学号，收费日期，摘要信息，收款人}
收据明细={收据序列号，收费项目，缴费金额，费用年度}
从理论上讲，我们可以根据收费收据，无需收费标准中的“已收费”列，统计学生某年度nd的已缴费用通过如下的SQL语句即可得到，即：
SELECT学号, sum (缴费金额)
FROM收费收据, 收据明细
WHERE收费收据.收据序列号=收费收据.收据序列号AND费用年度=@nd
GROUP BY学号
但是，由于学生并非一次性缴清，可能分多次缴款，所以要查询指定学生的欠款情况就复杂，利用这样的数据库模式实现比较困难。若在表“收费标准”中增加”已收费”列，每次收款时对指定学生指定项目指定年度的“已收款”进行累加，这样就十分方便的统计学生的应缴款、已缴款、欠款。用如下的SQL语句即可轻松的完成
Select学号，收费标准, 已收费，Sum (收费标准-已收费)
From收费标准
Group BY学号
另一种情况，在收据表“收费收据”、“收据明细”中，没有学生“姓名”列，只有“学号”列，要查询交费情况学生的姓名，必须与“学生表”连接才能完成。一种特殊情况，如果学生在缴款后，学生改名，此时查询输出的收据信息就和原始的收据信息有差异，这种情况在实际应用中是不允许的。所以，在“收费收据”表中增加一列“姓名”, 这样，保证了收据的原始信息的正确性。
2. 有选择地实现模型的反规范化技术
进行反规范操作，要充分考虑数据的存取需求、表的大小、一些特殊的计算 (例如合计) 、数据的物理存储位置、应用需求特征等。常用的反规范技术是有意识的增加数据的冗余度，特别在网络数据库中适当增加数据的冗余是有好处的。增加冗余分两个层次：一是数据库层，二是表层。
数据库层数据冗余：系统建模无论采用何种体系结构，冗余数据可以数据副本的方式出现，副本的存在使许多应用可以“本地性”，大大减少了网络通信，提高了系统的性能。再有当某一结点出现故障时，由于拷贝副本的存在，系统仍可对此副本操作，而不至于因一处故障而使系统无法使用。
表层数据冗余：一是建立临时表或定义视图以减少频繁出现的多表联结，二是在数据库的设计时仅采用恰当的范式等级，增加冗余列。
(1）增加冗余列
是指在多个表中具有相同的列，它常用来在查询时避免连接操作。例如在“教务管理系统中”中，按照规范化的要求，一般有建立如下表
课程={课程号, 课程名称}
教师={教师编号, 教师姓名, }
教学={课程编号, 教师编号, 课时}
在实际应用中，经常检索一门课为“数据库原理”的任课教师姓名、课时等信息，则需要将“课程”表、“教师”和“任课”表的连接查询：采用如下的SQL语句：
Select教师.教师姓名, 教学.课时
from课程, 教师，教学
where教学.教师编号=教师.教师编号and
教学.课程编号=课程.课程号and
课程.课程名称=“C1”
如果在“教学”表中增加一列“教师姓名”就可以减少连接操作了。增加冗余列可以在查询时避免连接操作，但它需要更多的磁盘空间，同时增加了对表维护的工作量。确定是否增加列要视系统的具体情况，要根据查询的频度、表维护的工作量、数据量的大小来确定。
(2）增加派生列
指增加的列来自其它表中的数据，由它们计算生成。它的作用是在查询时减少连接操作，避免使用集函数。
例如在“销售管理系统”中，有三个表：
销售定单={定单编号, 定单日期}
定单明细={定单编号, 产品编号, 数量}
价格表={产品编号, 价格开始执行时间, 价格结束执行时间, 单价}
为了要求计算出一个定单的全部金额，需要做以下的工作：
●找出定单中的所有产品项，每一项对应为产品编号以及该的订购数量。
●对每一个订购产品，使用订购单中的订购日期来找到该产品在下订购单时的价格。
●合计所有计算出的价格。
用户每次查看其定单信息时，都需要涉及这三个表，对该数据模型做如下的修改。增加一派生列“定单金额“。
销售定单={定单编号, 定单日期，定单金额}
采用此方法后，查询一个定单的金额就容易得多，但对“定单”的修改都必须对”定单金额”进行更新，它只适合与不经常对“定单”进行修改的情况下。派生列也具有与冗余列、数据一致性等缺点，在实际应用中，对于具有比较复杂的运算的时候可以采用此方法。
(3）复制副本
在分布式网络数据库中，可以在本地建立相关数据库副本，对于一些常用的数据检索，直接从本地数据库获取。例如“学生成绩登陆与查询系统”中，在教师进行成绩进行登记时，可以先将学生的相关信息在本地建立副本，当教师确认成绩完成登记时，再将数据传输到网络数据库，若传输中有误，可以重新连接网络传输。这样，可以保证数据传输的正确性，以及数据检索的速度。现在许多的“证券分析系统”都采用此方法，将股票相关信息在连接网络时在本地建立副本，以提高数据检索和统计分析的速度。
(4）将过程数据的计算保存在一个本地表中
对于有些查询，可能要经过大量的对不同表格的运算，才能得到结果，这种查询的实际运用中要多次出现，我们可以建立一个副本，将运算的结果存入到副本中，查询时只在副本中查询即可。如在“收费系统中”，要查询“某班各年度的应交款、已交款、欠款情况”，需要做以下的工作：
●确定学生所在的班级
●学生交款情况
●按年度分班统计
如果设置一临时表专门来存放该信息、则完成此查询就方便多了。
班级交款表={班级, 年度, 收费标准, 已缴款}
(5）增加标识列
当一个表需要多个列的组合才能组成主键时，可以在表中合理的增加一列作为主键，唯一标识此表中的记录，一般这一列用的值是一个编号或是时间戳 (timestamp) 。在这种情况下增加列虽然多占了存贮空间，但是在索引中以此列代替大的组合键，从而获得了性能的提高。另外，为了应用程序设计的方便，也常在表中增加标识列，如“在学生收费系统”中，对于“收据表”
收费收据={收据序列号, 学号, 收费日期, 摘要信息，收款人}
可以增加标识列“状态”, 根据不同数据处理的不同业务流程，确定“状态”的值，如状态可以设为“未结帐、结帐、作废”等。这样就方便的表达了收据的状况，对数据的统计分析，也很方便。
（三）结束语
规范化后的表一般都较小，小的表意味着一个数据页中可以包含较多的记录，这样客户端用户就可在同样的时间内获得所需的更多数据记录，从而减少客户端与服务器端的物理输入与输出，减轻网络的负担。数据库的反规范设计可以提高查询性能, 降低连接操作的需求，降低外码和索引的数目，还可能减少表的数目。但相应带来的问题是可能出现数据的完整性问题。因此在做反规范时，一定要权衡利弊，仔细分析应用的数据存取需求和实际的性能特点。
参考文献
[1]萨师煊.数据库系统概论 (第三版) [M].高等教育出版社, 200.2.
[2]Greg Barish.J2ee WEB应用高级编程[M].林琪, 英宇译.清华大学出版社, 2002.
反规范设计 篇2
默顿很早就注意到规范冲突的问题, 指出了科学的规范与其他领域如政治、宗教领域的规范的相容与不相容。他说, 对科学产生敌意的根源在于, “包含在科学的精神特质中的情感与存在于其他制度中的情感是不相容的”[1]。后来他又发现在科学的规范系统的内部也存在着规范的冲突。默顿认为:“我们必须考虑, 首先, 在一个社会制度中具有潜在的冲突性的规范是如何发展的;其次, 科学制度中的冲突的规范是如何在科学家的生活中产生显著的矛盾心理的;最后, 这种矛盾心理又是如何影响科学家之间的实际的 (不是假设的) 关系的。”[2]
在《科学发现的优先权》一文中, 默顿强调了原创性的价值, “在这种科学制度中原创性非常受重视。因为正是通过原创性, 知识才会以较小或较大的幅度得以发展”[3]。同时他又补充了“谦逊” (humility) 这一规范。“这种价值观 (指原创性——引者) 并不是孤立的, 它只不过是构成科学的精神特质的一整套复杂体系的一个组成部分, 这个体系还包括:非谋私性、普遍主义、有组织的怀疑、精神财产的公有性, 以及谦逊”[3]。
然而, 在默顿看来, 原创性的价值观与谦逊的价值观有着潜在的冲突。“像其他制度一样, 科学制度似乎糅合了潜在不相容的价值观:其中既有原创性的价值观, 它驱使科学家要求人们承认他们的优先权;也有谦逊的价值观, 它使得科学家坚持认为他们能够取得的成就是相当小的。”[3]默顿注意到, 这两种价值观并非真的是矛盾的, 但它们提倡的确实是相反的行为。默顿认为, 要把这两种潜在不相容的东西融入一个单一的取向中, 并在实践中协调一致, 显然不是一件容易的事。他指出:“这两种价值观是同族的, 就像该隐和亚伯是亲兄弟一样, 而它们之间的紧张关系在那些内化了这两种价值观的科学家中间造成内在的冲突, 并对优先权的主张产生一个明显的矛盾心理。”[3]这种矛盾心理在一些伟大科学家的身上也体现出来, 例如, 为人谦恭、美名于世的达尔文, 当得知华莱士会抢先发表其进化论时, 他曾多次给赖尔写信, 表达了自己对于可能失去优先权的担心和矛盾心理。
默顿阐述了社会学意义上的“矛盾意向”的概念:“在最严格的意义上说, 社会学的矛盾意向[7]默顿认为, “这种矛盾意向是基于角色和地位的社会性规定, 而不是这类或那类人物的情感状态。确实如我们所期待和将会看到的, 社会学的矛盾意向是心理学的矛盾心理 (psychological ambivalence) 的一个主要根源”[7]。以医生为例, 作为治疗者这一角色, 他们被要求对待病人既要“感情中立” (affective neutrality or detachment) 又要“同情关怀” (compassionate concern) 。显然, 这两种规范和期望之间存在着矛盾, 导致了医生的心理矛盾 (矛盾情感、矛盾态度) 。科学规范系统中的互相冲突的规范和期待也会导致科学家的矛盾心理。例如, 在默顿看来, 强调原创性的价值观与有组织的怀疑主义规范也有类似的矛盾状况:有组织的怀疑主义要求“科学家不应该使自己成为学术时尚的牺牲品, 那种时髦的观念虽一时流行, 但注定会消失得无影无踪”, 但原创性的价值又要求“他必须对有希望的新观念持灵活的、乐于接纳的态度, 避免在维持学术传统的伪装下变得思想僵硬”[9]。
默顿进而从社会学的矛盾意向的观点出发, 提出了规范和反规范 (norms and counter-norms) 的概念。默顿“视一个社会角色为一个体现规范和反规范的动力学结构”, 指出:“主要的规范和次要的反规范交替地支配着角色行为, 产生了矛盾意向的核心类型”。[7]至于“主要的”和“次要的”的含义是什么, 默顿没有作出进一步的说明。但他强调, “只有通过这样的规范与反规范的结构, 一个角色的各种职能才能被有效地履行 (原文为斜体——引者) ”[7]。
二 米特洛夫对科学中“规范和反规范”的经验性研究
受默顿的启发, 美国匹兹堡大学的米特洛夫 (Ian I.Mitroff) 教授把社会学的矛盾意向的概念用于科学的规范结构之中, 并提出了一组与“默顿-巴伯规范”相对立的“反规范”。米特洛夫对研究月球岩石构成的42位科学精英进行了长达近4年的经验性研究, 1974年他发表了题为《一个由阿波罗登月科学家组成的选择群体中的规范和反规范:科学家矛盾心理的个案研究》的长篇论文。该文的出发点是默顿早期和后来关于科学规范的论述, 以及他关于“社会学的矛盾心理”的思想, 关注的焦点是与默顿和巴伯所强调的科学的非个人性相对立的“科学的个人性”。米特罗夫主要采用深度谈访和内容分析的方法。第一轮是由作者引导的自由讨论, 了解与登月使命有关的问题并与科学家们建立互信、友好关系。第二轮是问卷调查, 作者设计了一些跟前一轮讨论有关的问题, 让科学家表明自己的态度和看法。此外, 作者还对上述科学家在一些科学会议上的公开言行作了追踪“监控”。“所得出的结果是基于观察和对科学家反复出现的态度和行为而作的推理以及近4年的交叉检查。”[12]至于为何选择有关阿波罗登月工程的科学家作为研究对象, 米特罗夫认为, 科学家对其所偏爱的但又面临许多不利证据的假说往往表现出高度的信奉, 阿波罗项目对于研究这一现象的本质和功能, 提供了一个不可多得的机会。米特罗夫认为他得到一个令人吃惊的发现, 即他所调查的大部分科学家认为在科学活动中“信奉”或“承诺” (commitment) 的作用是广泛的。在此, “信奉”或“承诺”有三种不同而又相关的含义:一是认知上的信奉, 即科学观察负载着理论。为了检验一个科学假说, 人们必须采纳某种理论甚至对它专心致志, 从而使现象能够被观察到;二是感情上的承诺。科学家对其思想观念、假说是有感情涉入的, 他们舍不得抛弃自己的思想观念、假说, 且会尽力去证实它们;三是在整个科学活动的过程中, 需要坚定的个人信奉。这种信奉不仅仅限于科学思想的产生阶段, 也发生在思想的检验过程。调查表明, 不少科学家被同行认为他们对自己所宠爱的假说是高度信奉的, 其中有三位尤为突出。这三位科学家也被认为是“最富创造力”和“最能抵制改变”的人。所谓“最富创造力”是指他们可不断地提出“大胆的、挑战性的、刺激性的、启发性的、推测性的”假说, 而“最能抵制改变”是指他们具有突出的能力坚持自己的观念, 捍卫它们直到他本人或对手的去世。
以上述三位科学家为代表的行为, 若按照默顿、巴伯的看法, 可算是违反了普遍主义和感情中立的规范, 会引起同行的批评。米特罗夫的调查也证实了这种反应的存在。但另一方面, 他发现科学家又不是完全否定, 有的甚至完全肯定这种对自己所宠爱的假说的高度信奉。他指出:“每个被采访的科学家都表示, 客观的不受感情影响的科学家的观念是天真的”, [12]更令人吃惊的是, 科学家拒绝把“不为个人感情所影响的科学家”的观念作为一个先定的理想或标准。
米特罗夫引用了大量科学家的陈叙。例如:科学家A:信奉, 乃至极端的信奉如偏见, 在科学中充当一定角色, 并有积极的作用……科学家B:没有感情投入的科学家, 就像毁灭地球的疯狂的科学家, 只能在科幻小说中才会出现……科学家C: (感情上) 无偏见的科学家只是一个神话……科学家D:如果你做的是一个中立的陈述, 没有人听你的……科学家E:……如果你有了一个观念, 你必须竭力去继续挖掘它。你不得不走到路的尽头。科学家F:公正无私的科学家的观念只是一个应放入另一个世界的神话……科学家G:你不能根据一些杂志上的天真的文章来理解科学。科学是高度个人化的事业, 每个科学的新观念需要个人化的代表人物将其捍卫和培育, 使它不至于遭到夭折……还有一些科学家表达了他们对于那些强烈信奉自己的假说的同行的赞赏, 并指出了科学家对他们的观念应该有感情投入的各种理由。
在长篇引用了科学家们的评述后, 米特罗夫指出:“以上评述清楚地表明了相信科学家对他们的观念应该有感情投入的各种理由。最重要的是, 他们揭示了渗透于科学结构中的心理学和社会学要素。从心理学上来说, 这些评述表示, 信奉是科学家的个性特征。这些评述强烈地支持了默顿关于科学家的观念总会有感情涉入的思想。[12]
“总之, 这部分已对如下主张提供了一个理论上的和经验上的支持:如果有理由应该把感情中立和普遍主义作为科学的规范的话, 那么也有同样的理由把‘感情信奉’和‘特殊主义’作为相反的、对立的规范。”[12]而且, “类似地, 可以认为, 默顿和巴伯所提出的每一个规范都对应着一个与之相对立的规范。”[12]这可用下表显示:
米特罗夫认为对于上述的规范与反规范, “科学家们的反应表明了一个深深的矛盾心理。他们不是在完全的无偏见与完全的偏见之间简单取舍, 而是在同时起作用的两种相反的规范之间进行一场难分胜负的拔河赛”[12]。就是说科学家不时地在规范和反规范之间振荡摇摆, 时而遵循规范, 时而遵循反规范。在米特罗夫看来, 这些反规范不是对默顿规范的违背, 也不是默顿规范的取代品, 而是科学家所信奉的辩证的规范系统的一个组成部分。无论是规范还是“反规范”都是有助于科学发展的实质性规范。例如, 他认为, 保密作为与公有性相对立的规范, 在科学中具有积极的功能。他说:“没有保护性的保密措施, 科学的社会系统内部就会继续地受到各种公开的频繁的优先权之争的折磨。没有保密, 科学就会退化到一种频繁交战的状态。一定程度的保密是合理的, 因为科学家不一定能够鸣谢其思想的来源。”[12]因此, 保密就成了一个科学的规范。在他那里, 偷盗和窃取也差一点成为了一个反规范。他指出:“虽然偷盗也许比保密更难成为一种反规范……但是偷盗和窃取也许是一种重要的方式, 它使一个科学家及同行知道他的工作是有意义的。”[12][12]。他认为, 科学所包含的规范和反规范这两套规范在不同的情况下起着不同的作用。具体来说, “对于定义明确的问题 (如月球岩石的化学构成问题) , 科学的传统规范起着主导作用, 而对于欠明了的问题 (如月球的起源问题) , 这里提出的反规范似乎起主导作用”[12]。
三 学界对科学中的“规范和反规范”问题的反响
默顿描述的科学的规范结构是高度简化和理想化的, 为了使之更加贴近现实, 他提出“社会学的矛盾意向”、“规范与反规范”的概念。在此基础上, 米特罗夫通过经验性研究, 大胆地提出了一组与“默顿-巴伯规范”相对立的“反规范”, 且认为规范和反规范没有主次之分, 交替影响着科学家的行为, 都发挥着促进科学知识增长的功能。从表面上看, 米特罗夫把默顿的思想推进了一大步, 但实际上是, 反规范的主张相对化、弱化了默顿的规范。因此, 米特罗夫的做法也受到了默顿及其学派的批评。例如, 默顿就批评米特罗夫夸大了科学知识生产中的主观属性如感情涉入而损害了其客观方面, 且忽视了主观属性与客观属性的相互作用, 从而导致了科学研究的“故事书版本”。[24]这也可视为默顿对米特罗夫夸大反规范的作用的批评。
在很长一段时间里, 默顿和米特罗夫关于社会学的矛盾意向、科学家的矛盾心理、科学中规范和反规范的思想被广泛地关注和引用。但是, 包括他们本人在内, 很少有人做出进一步阐述。一般认为, “科学家的矛盾心理”这个问题仍是科学哲学、科学史、科学心理学、科学社会学中尚未解决的一个问题。至于科学中有一套反规范的观点, 没有得到更多的有说服力的支持。本·戴维曾指出:“最近有几个学者 (指米特罗夫等人, 引者) 把这种相对失范的行为, 视为和一种已确立的社会学观点相矛盾, 这种社会学观点认为科学是一种由规范调节的制度。他们通过自己的研究揭示科学家的规范性变异行为 (即遵循反规范行为, 引者) , 认为这种行为可以由负载着价值的承诺来决定, 而不是由研究的逻辑和科学行为的规范来决定。这是否是一个富有成果的假设还有待于观察。”[25]上个世纪80年代, 美国南加利福尼亚大学商学院的Jansen博士和Glinow副教授, 在默顿和米特罗夫等人对社会学的矛盾意向、规范和反规范的研究的基础上, 发表了《伦理学的矛盾心态和组织的奖励系统》一文。文中认为, 伦理学的矛盾心态是社会学的矛盾意向的一种形式, 在该形式中, 由社会组织的奖励系统塑造和维持的行为、态度、规范与组织的利益相关人 (如消费者、公民、股票持有人、政府) 的伦理价值判断所认同的行为、态度、规范相冲突。例如, 利益相关人要求诚实公开报表, 但弄虚作假可能获得奖励。[26]他们还提出了一般组织中存在的11对规范和反规范的例子 (其中有3对是米特罗夫阐述过的与科学密切相关的“公开与保密”、“情感中立与情感涉入”、“有组织的怀疑主义与有组织的教条主义”) 。[26]我们认为对科学中的规范和反规范 (乃至一般的规范和反规范) 的讨论是很有意义的, 它涉及到科学规范的相对性、科学规范的适用条件和范围、科学规范的解释等问题。对于这些问题的研究还很薄弱, 需要我们做出努力。
参考文献
[1]默顿.科学社会学[M].鲁旭东, 林聚任译.北京:商务印书馆, 2004.345.
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[25]Joseph.Ben-David.Scientific Growth:Essays on The So-cial Organization and Ethos of Science[M].Edited andwith An Introduction by Gad Freudenthal.the Regents ofthe University of California.1991.341.
反规范设计 篇3
逆扫描、反量化与反变换模块在AVS视频解码过程中占有很重要的位置,其算法与架构实现优劣对AVS解码器的性能有很大的影响,国内外学者对这3个模块进行了研究。本文为了提高AVS解码器的处理速度,综合了国内外学者的设计思想提出了一种逆扫描、反量化与反变换模块结构,在消耗逻辑资源允许的情况下提高了处理速度,做到速度和面积的平衡。
本文将逆扫描、反量化和反变换模块结合在一起进行设计,在实现了块内部优化的同时采用了乒乓缓存寄存器组来实现块之间流水线,提高了速度;采用寄存器组复用技术实现逆块扫描中寄存器组与反变换中的转置寄存器组的复用,节省了寄存器资源。
1 硬件结构
根据AVS解码标准,本文提出了一种高效简洁的逆扫描、反量化与反变换系统结构,该结构主要由四部分组成。反量化模块完成量化系数向变换系数的转变;逆扫描与寄存器组选择模块根据逆扫描表完成变换系数的存储;寄存器组用来存储变换系数及反变换中的转置数据;反变换模块将变换系数转换成残差样值,为后续的重构做好准备。硬件结构及数据流程如图1所示。
其中输入为VLD模块解析出的(run,level)对、块结束标志及一些模式判别的信息。反量化模块对Level数据进行反量化,逆扫描与寄存器组选择模块采用依据轮流使用的规则产生寄存器组选择信号,同时对Run进行累加,并根据累加结果查表得到需要存储的寄存器,等所有量化后的Level值存储完毕后,由It_start信号连续读取8次寄存器进入反变换模块,反变换模块采用内部流水线结构经过22个时钟周期处理完一个块。反变换模块中的转置寄存器复用了前端的寄存器组。
本设计通过乒乓结构实现了块与块之间的流水。图2是本设计的总体时序安排,图中考虑到变换编码后一个块内的有效系数一般小于25。其中以一个块数据输入反量化模块作为起始时刻,当反变化模块读取一个寄存器组并将其作为转置寄存器使用时,另一个寄存器组用于存储下一个块的反量化结果。如图2,寄存器组1用来存储当前块反量化后的变换系数值,而寄存器2被用于上一个块的反变换中。另外,读取转置后的数据时,通过对移位最初的寄存器赋零对寄存器2清零,从而用于下一个块的变换系数的存储。
1.1 逆扫描与寄存器组选择模块
该模块先对Run值进行累加,并根据扫描方式查表,得到当前Level值所对应的寄存器号,控制将反量化后的变换系数存入相应寄存器中,重复以上工作直到读到块结束标志。当前块不为零的所有变换系数均根据逆扫描表存储在相应的位置,因为每次从寄存器中读取转置数据时都会对寄存器清零,为下次使用做好准备,所以对于变换系数为零的情况就不用单独存储,从而提高了设计的处理速度。
1.2 反变换模块
反变换模块是将当前块的变换系数矩阵转换为残差样值矩阵的一个过程,为了节约硬件成本,此设计采用一维变换和转置矩阵实现二维变换,参考文献[2]中提出了一种快速有效的方法,本文对其方法进行了优化,节约了不必要的硬件资源和时钟。
下面主要介绍一维变换过程。
设AVS的一维反变换的输入输出变量分别为:
根据Y=T8×X,把8个输出元素展开成以下组合,其中T8为8×8的反变换矩阵。
其中所有的乘法均可化为移位操作,再定义8个中间变量N0~N7:
重新整理后得到的输出:
由以上算法可以看出,一维反变换模块只需要移位和加法操作,既方便硬件实现还节省了硬件资源。经计算此一维反变化模块共需要40个加法器。
反变换模块的时序见图2,第1时钟周期进行并行读取数据,2个时钟周期进行一维反变换,第4个时钟周期开始向转置矩阵中存入一维反变换后的数据,第12周期开始读取转置矩阵中的数据,第15个时钟周期开始输出数据,第22个时钟周期结果输出完毕。
1.3 寄存器组复用
在逆块扫描顺序中,一些后续的系数可能需要在一开始时就准备好,而一些在前面次序的系数则可能在后续的时间使用,所以只有一个块的所有数据都存储完成后,才能进行后续的反变换,故至少要对一个块的变换系数进行存储。为了提高处理速度,后续的反变换模块中将采用并行流水线输入,因此存储模块此时不能采用有时序限制的RAM,本文采用了寄存器组实现。同时为了消除块数据的准备延时,还采用了乒乓结构,即在设计中用了两个寄存器组,这样就可在处理当前一个块系数的同时,用另一个寄存器组来存储下一个块反量化后的数据。
在反变换中也需要用到转置存储。为了节省资源,本设计采用了寄存器复用技术,即反变换中用到的转置矩阵与逆扫描后用于存储变换系数的矩阵复用,具体复用方法如图3所示。
以上为一个寄存器组,包含64个13 bit的寄存器。最后一列为反变换模块输入,即当一个块变换系数根据逆扫描顺序存储完后,连续8个时钟周期读取寄存器组最后一列,在每个时钟周期向反变换模块并行输入8个13 bit的数据。第一列为转置数据输入端。考虑到反变换流水线及复用的问题,在连续2个时钟周期读取寄存器组最后一列输入到反变换模块后,转置数据开始从第一列输入,这样可以满足反变换内部的流水线问题,也可以达到寄存器复用的目的。第一行为转置数据的输出,最后一行在转置数据输出时赋值为零,这样可以使转置输出和寄存器赋零同时进行,从而可以减少不必要的时钟周期和资源。
2 仿真结果及分析
根据上述思想,采用Verilog HDL语言对算法进行了RTL级电路描述,并采用Altera公司的软件Quartus II 8.0对此算法进行了实现和仿真验证,并将仿真结果与rm52j软件的输出结果进行了比较。Quartus II仿真结果如图4所示,波形图给出了一个块的反量化和反变换输出结果。rm52j的输出结果如图5所示,比较可见输出结果相同。
本设计采用的是自顶向下和自下而上的混合设计方法,逆扫描、反量化和反变换过程是AVS系统中的一个模块,局部的测试很难判断出该模块是否可以应用到整个解码系统中去,所以此模块亦在自己搭建的基于So PC的AVS验证平台上进行了验证。加入此模块前,软件处理一帧码流时间与用此硬件模块代替软件模块后的解码时间如图6所示,通过计算可知解码速度提高约15%。
变换编码后一个块内的有效系数一般小于25,所以逆扫描、反量化的时钟一般小于25个时钟周期,而反变换的时钟周期为22个,所以处理一个块的时钟周期大约为25个,大大提高了速度。由于寄存器的复用及设计的优化,节省了硬件资源,本设计采用的FPGA为EP2C35F672C6,资源使用情况如图7所示,可见使用的总的LE为3 059个。
本文对AVS逆扫描、反量化和反变换算法进行了研究,并对目前其他学者在这方面取得的成果进行分析验证,实际考虑了AVS解码器整体设计的可行性,提出了一种速度更快、资源占用更少的方法。本设计为了解决RAM读写时序限制的影响,采用了两组寄存器阵列代替RAM实现乒乓操作,同时为了减少硬件资源,采用寄存器组复用技术,即反变换中的转置矩阵与逆扫描后存储寄存器组复用。最后给出了波形仿真结果,并与rm52的输出结果比较,验证了结果的正确性。通过在基于Nios II的So PC系统上进行测试,证明该设计能够正确快速实现逆扫描、反量化及反变换功能。
参考文献
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[2]张璐,刘佩林.基于FPGA的AVS反变换的设计与实现[J].电视技术,2006(7):20-23.
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[5]黄友文,陈咏恩.AVS反扫描、反量化和反变换模块的一种优化设计[J].计算机工程与应用,2008,44(19):93.
大坝反滤料碾压试验的施工设计 篇4
1.1 料的来源:
反滤Ⅰ料来源于白莫箐石料场开挖的弱分化及微新花岗岩、角砾石通过专门建成用于大坝反滤料加工系统生产所得的反滤料。
1.2 设计标准:
压实度按相对密度Dr>0.80, 压实参考干密度平均1.80g/cm3, 渗透系数 (5~10) ×10-3cm/s。
1.3
颗粒级配要求, 级配连续, 最大粒径不大于20mm, D60特征粒径0.7mm~3.4mm, D15特征粒径0.13mm~0.7mm, 小于0.1mm颗粒含量不超过5%。
1.4 参考碾压施工参数:
铺料厚度60mm~70mm, 与心墙土料匹配, 19t自行式平板碾, 静碾4遍。
2 试验地点
试验场地选在左岸地面开关站平台。
3 试验的主要依据
《糯扎渡水电站大坝、围堰、土建及金属结构安装工程招标文件》技术条款
《土工试验规程》SL237-1999
《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001
《工程测量规范》50026-93
4 试验目的
4.1
核实反滤Ⅰ料设计填筑标准的合理性及可行性;
4.2
研究达到设计填筑标准的压实方法, 通过试验和比较确定合适的碾压施工参数, 包括压实机械类型、机械参数、铺料厚度、碾压遍数等;
4.3 研究土料压实质量控制措施及质量检测的有效方法。
5 试验人员要求 (表1)
6 试验所用机械设备、仪器和材料
6.1 试验所用机械设备见表2
6.2 试验所用的仪器设备见表3
7 碾压试验前期工作
在碾压试验前, 对试验用大坝反滤Ⅰ料进行相关的室内物理、力学性能试验, 包括颗分、含泥量、渗透试验、三轴试验、压缩试验、最优含水率等。
8 反滤Ⅰ料碾压试验
反滤Ⅰ料碾压试验计划进行三场次, 基于我们的工程经验, 这种级配的反滤料, 因细料含量较大, 其压实效果和含水率关系明显, 试验中将含水率作为一项重要指标纳入。
8.1 第一场试验
8.1.1 试验场地布置
(1) 根据工地现场实际情况, 在左岸地面开关站平台选取试验场地, 场地平坦, 场地地基要求坚实。为减少误差, 在正式的碾压试验前应先在选好的碾压试验场地地基上铺筑一层60cm厚的试验用反滤Ⅰ料, 用振动平碾碾压密实 (碾压6~8遍至不再发生沉降为止) , 全站仪控制平整度, 人工配合, 用振动碾将表面碾压整平, 平整度偏差控制为±3cm。
(2) 场地面积要求, 以每一试验单元 (一种碾压机械、一个铺料厚度、一个碾压遍数为1试验单元) 按6m×10m计算, 一场次所需场地面积约为32m×45m (包括回车调正区, 周边预留尺寸等) 。含水率为体积比的3%, 6%;铺料厚度60cm, 70cm;碾压遍数为2遍, 4遍, 6遍。
(3) 在已平整好的场地上用全站仪将试验区各试验点标示于试验场地, 用白灰线将各试验块标出, 对边界线部位, 应用白灰线引出场外, 并打桩标示。
8.1.2 现场试验方法和内容
(1) 在碾压整平后达到试验要求的场地上, 用全站仪将每场的沉降观测点按要求, 放点于试验场地上, 并记录各取样试验点的高程、位置等。
(2) 在大坝反滤Ⅰ料加工生产点, 用4m3正铲挖掘机取料, 32t自卸车拉运进试验场地, 按指定地点进占法卸料, 220HP推土机推平, 铺料时用全站仪控制铺料厚度, 人工配合精平。铺料分别为60cm、70cm两个铺料厚度, 铺料厚度偏差控制为±2cm。
(3) 测量人员用全站仪在已放试验取样点处测松铺高程, 计算松铺厚度。
(4) 用19t自行式平碾平行铺土厚度方向行进, 前进后退法静碾 (行驶速度1.5~2.0km/h, 1档中油门, 高幅低频运行) , 一来一回计两遍;在碾压过程中应保持行驶速度的稳定, 错车时搭接10~20cm。在两个铺料厚度上分别碾压2、4、6遍后, 用全站仪在已放的沉降测试点上测高程, 计算压实厚度。用挖坑灌水法 (或灌砂法) 取样测密实度, 烘干法测含水率, 试坑直径不少于30cm, 试坑深度为该碾压层层厚, 在挖坑取样时应对每个试坑情况进行描述, 以便试验数据的分析, 每一试验单元取样不少于10个。
8.1.3 碾压试验过程描述
(1) 试验用料在装运过程中应注意取料的均匀性, 避免装料时发生料的分离;推土机在平料过程中应注意尽量一次推平, 避免在已铺料层上过多来回走动, 以免影响试验效果。
(2) 碾压时要求碾子行走顺直, 不在试验区内错位倒车等。
(3) 在碾压试验过程中注意观察运输设备运输、卸料方法, 铺料方式等对碾压试验的压实质量等的影响。
(4) 在碾压试验场, 检查有无粗细颗粒分离现象。
8.1.4 第一场试验成果整理
根据8.1.2现场试验方法和内容所取试样试验结果及8.1.3碾压试验过程描述情况, 整理以下试验成果:
(1) 整理出碾压前后土料的物理性能试验成果汇总表;
(2) 整理出碾压试验中各种相关参数的关系曲线;
(3) 整理出碾压前后沉降量汇总表;
(4) 整理出碾压试验的其它成果汇总表。
8.2 第二场试验
在第一场试验初步了解的反滤Ⅰ料压实性能和确定最优含水率的基础上, 根据所整理的沉降量汇总表结果, 在上一场试验的基础上选取最优含水率, 两个铺料厚度;根据上一场试验中碾压遍数与干密度关系曲线等试验结果等的分析, 选取三个碾压遍数;进行两种铺料厚度, 三个碾压遍数共计分6个试验单元进行试验。目的:为选定最佳铺土厚度和最佳碾压遍数。
8.2.1 试验场地布置、现场试验方法及内容、碾压试验过程描述
试验场地布置、现场试验方法及内容、碾压试验过程描述均同第一场, 场地尺寸为18m×29m。
8.2.2 第二场试验成果整理
根据现场试验方法和内容所取试样试验结果及碾压试验过程描述情况等, 整理以下试验成果。
(1) 整理出碾压前后土料的物理性能试验成果汇总表;
(2) 整理出碾压试验中各种相关参数的关系曲线;
(3) 整理出碾压前后沉降量汇总表;
(4) 整理出碾压试验的其它成果汇总表。
8.3 第三场试验为复核试验
根据第二场碾压试验所得的试验成果的总结分析, 确定出反滤Ⅰ料的最佳碾压遍数、最佳铺料厚度, 最优含水率, 进行反滤Ⅰ料的最佳碾压遍数、最佳铺料厚度等的复核试验。目的:在于确定选定的最佳施工碾压参数情况下的合格率。
8.3.1 试验场地布置
试验场地布置基本同8.1.1要求, 场地尺寸为按16m×24m计算。
8.3.2 现场试验方法和内容、碾压试验过程描述
现场试验方法和内容、碾压试验过程描述同8.1.2和8.1.3要求。
8.3.3 第二场试验成果整理
根据现场试验方法和内容所取试样试验结果及碾压试验过程描述情况等, 整理以下试验成果。
(1) 整理出碾压前后土料的物理性能试验成果汇总表;
(2) 整理出碾压试验中各种相关参数的关系曲线;
(3) 整理出碾压前后沉降量汇总表;
(4) 整理出碾压试验的其它成果汇总表。
9 试验资料的整理
9.1 整理出碾压试验的成果分析和汇总表
9.1 论证反滤Ⅰ料设计填筑标准的合理性及可行性
9.3 提出反滤Ⅰ料的建议碾压施工参数
9.4 根据试验情况提出实际施工现场的质量控制措施及质量控制方法和施工中的注意事项等
10
试验工程量汇总
11 束语
通过糯扎渡水电站工程大坝反滤料碾压试验, 核实反滤料设计填筑标准的合理性及可行性, 研究达到设计填筑标准的压实方法。通过试验和比较, 确定合适的碾压施工参数, 包括压实机械类型、机械参数、铺料厚度、碾压遍数等, 研究土料压实质量控制措施及质量检测的有效方法。通过碾压试验分析, 为大坝反滤料碾压提供科学依据, 进而达到降低施工成本, 提高施工进度。
摘要：本文结合糯扎渡水电站工程大坝反滤料碾压试验, 核实反滤料设计填筑标准的合理性及可行性, 研究达到设计填筑标准的压实方法。通过试验和比较, 确定合适的碾压施工参数, 包括压实机械类型、机械参数、铺料厚度、碾压遍数等, 研究土料压实质量控制措施及质量检测的有效方法。
设计文化中“反传统”的新旧辨证 篇5
笔者认为, “反传统”可以看成是人类文化的一条必经之路。人类的发展是通过对旧的制度、社会、文化背景的不断更新逐渐形成人类社会文明的。任何人都可以看到, 每当人类文化发展到某个特殊的阶段时, 都有一种无形的力量致使新的改变乃至革命的发生。其实任何意识形态在一段时期内都有它存在的价值, 只是过渡到另一时期时, 由于新时代的发展, 旧的文化形态的保守性逐渐形成和被暴露, 使其处于必须变革的状态。这时候, 另一种新的意识形态开始从其内部萌芽、生长, 最后由小到大由弱至强, 逐渐处于主导地位。这种新形态形成之后, 这个新旧更替的过程又重新开始, 直到它被更新的形态所取代。然而这并非由新代旧的绝对过程, 而是新中有旧, 旧中孕新的辨证演进过程。人类社会的文化形态也就是如此新陈代谢生生不息。正因为人类社会不断的在发展, 人们也因此而有喜新厌旧之习:即有对旧的、不变的东西的叛逆变革之心。可见人总是在“旧”与“新”中作选择, 在“传统”与“现代”中探索前进。
人类社会发展总是成螺旋紧缩式向上延伸的, 是为了达到更高度的文明, 人们不断的努力。然而在设计史上, 设计师们也总是在探索一种比以前的设计观念、设计材料和形式更好的东西, 使其更能适应现实社会, 从而就会摒弃一些旧时的, 与时代精神相悖的糟粕, 将一些能与时代同步并能被时代所接受的精华保留下来。确实他们反的是“传统”但无疑就在他们反“传统”的同时, 在不知觉的情况下从“传统”中学到东西, 找到借鉴, 再有所创新。他们不会轻易丢掉一切传统的。因为“传统的设计思维是一种有益的启示, 正是反璞归真的精神向往。而传统的文明博大精深, 是无数哲人的智慧荟萃的精华, 不会因为时光的流逝而失去光芒。”[1]而设计也是不能建筑在一个没有历史、没有社会文化背景的基础上的。如果将一切传统的东西实行虚无主义, 再去达到所谓的创新, 这样的新文化将不被称之为文化, 它只能是无源之水无本之木, 会因为没有基础实体随时面临坍塌的边缘。
在这里有很多关于从“传统”中找到借鉴, 再去创新的例证:比如1860年到1890年左右在英国和美国产生的工艺美术运动是由于当时的一些艺术工作者们感到根本无法解决产品的工业化批量生产带来的外型粗糙简陋的问题。“在工业化的残酷现实面前, 他们感到无能为力, 他们憧憬着中世纪的浪漫, 或者幻想中世纪的浪漫情怀, 因此, 企望通过艺术与设计来逃避现实, 退隐到他们理想中的桃花源-中世纪的浪漫之中去, 逃逸到他们理想化的中世纪, 歌德时期去。所以从意识形态来看, 这场运动是消极的, 也绝不会可能有出路的, 但是由于它的产生, 却给后来的设计家们提供了新的设计风格参考, 对于精致、合理的设计, 对于手工业的完好保存迄今还有相当强的作用”。[2]然而在19世纪末、20世纪初在欧洲和美国产生并发展的新艺术运动。从它的产生背景来看, 与工艺美术运动有许多相似的地方:它们都强烈反对矫饰的维多利亚风格和过分的装饰风格, 反对工业化风格, 都热衷于传统手工艺, 都放弃对装饰风格的参照而转向对自然纹样的运用, 主张从东方艺术当中吸收创作营养。而工艺美术运动比较重视中世纪的歌德风格, 把歌德风格作为一个重要的参考与借鉴来源, 新艺术运动则完全放弃任何一种装饰风格, 完全的走向自然风格, 强调自然中不存在直线, 强调自然中没有完全的平面, 在装饰上突出表现曲线、有机形态, 而装饰的动机基本来源于自然形态。在版式上, 工艺美术运动排版比较满实和对称, 而新艺术运动则进行了字的大小与版式上的有机探索及插图的排版, 不对称感出现。而后来的装饰艺术运动, 它采用手工业和工业化的双重特点, 采取设计上的折衷主义立场, 设法把豪华的、奢侈的手工艺制作和代表未来的工业化特征合二为一, 产生一种可以发展的新风格来。这场运动与世界的现代主义设计运动几乎是同时发生。而在现代主义运动这一块, “反传统”的风格更是突现。追求一种速度感, 追求一种游戏的态度, 无序的、机械的美、抽象的形式等等。都在表达一种不满于传统中的设计刻板的一面, 而希望艺术与设计呈现一个“流动的, 创新的不同的面的继续”。通过这场运动, 设计才能真正成为大众的, 大批量生产的现代的设计。而国际主义运动则厌烦了所有做作的装饰和设计中的感性, 反而以“无装饰”“功能主义”占了上峰。而后现代主义的折中主义则是看到了国际主义运动那种强烈的理性主义, 认为设计中既应注重理性, 但也不可抹杀“感性”, 在理性与感性中去找一种平衡。
在现代设计史上, 设计师们在“反传统”的同时我们能够感受得到这种承上启下的联系:任何一个设计运动或思潮必定建立在前一段设计史上, 从来没有脱离开历史而独立存在的设计。“反传统”并不是为了“反”而反, 而是为了创新, 它必须建立在对传统了解的基础上, 为了创新我们必定要去继承已有的“传统”。
当各种设计思潮在欧洲和各国迅速发展时, “在中国, 西方列强的侵略打破了闭关自守的大门, 一个半殖民地半封建社会的结构, 自然不能不成为西方产品的被动市场, 中国民族工业的艰难困苦决定了中国民族设计风格的发展困难重重, 不得不沦为西方设计风格的附庸, 个别有识之士的提倡, 使民族设计风格的思想火花, 在古老中国的大地上时时闪灼, 为后来的发展做着准备”[3]“事实上, 在中国古代, 设计的发生和应用, 是中华民族曾经辉煌灿烂的证明。在漫长的文明发展中, 规范于中国艺术设计的现象亦从来没有中断和消亡。即如中国古代的设计文化有时融进了美术的、经济的、科技的范围之中, 但今天剥茧抽丝, 设计现象和观念任然历历在目。如仰韶文化中半坡彩陶的尖底瓶的设计思想, 首先是功能实用的必然, 然后才是器物外形的装饰。如西汉的长信宫灯, 功能意义远远大于装饰的存在。如游牧民族的容器中的扁壶造型, 既是一种生活的便利, 又融进了民族的特征。再如明式家具的演化, 已成为中国设计文化的结晶。”[4]至于中国古代的兵器、钱币、农具、服饰、饮食器具、文具、乐器以至建筑等等。这些都需要我们加强对自己民族的文艺、地理、地方文脉、民间生活等等的了解, 去学习中华民族的“传统”。要从传统中找到精髓, 加以吸收利用, 并用于对发达国家的设计思路的推敲上, 再总结经验结合自身的民族特色, 善学善用, 使其民族特色得以淋漓尽致的发挥。从中国拥有七千年的文化底蕴来看, "发扬中华传统"我觉得仍然是最好的中国设计之路。但我们要注意的是, 所有设计师“反传统”的一个基点, 那就是为今天的人服务, 凡是不以这一基点出发的“反传统”运动都是没有生命力的, 如同昙花一现一般, 也是没有意义的。“如果作者与使用者对某件作品不能引起共鸣, 那么, 哪怕把他说成天堂里的神品, 事实上也不过是十分无聊的东西”。[5]可以说“为人服务”是设计领域永不改变的真理。
笔者认为, 在设计领域内不一定要要“反”什么才能推动整个进程, 不管哪个时代的艺术, 它所能代表的应该是这个时代的特征。也许“反传统”这种说法不过是叫我们把眼光放得更长远一些, 看到我们走过的和将要走的路。重视“传统”, 站在巨人
试论手绘壁画的人性化设计
张露周菲菲 (中国矿业大学艺术与设计学院江苏徐州221000)
摘要:我们应当从各个方面来认识到手绘壁画, 做到真正的人性化设计。现代人整天生活在不同的建筑空间里, 他们都希望在生活所处环境中可以够感到便捷舒适。壁画的功能也随之改变, 壁画设计必须要研究建筑, 研究自然环境, 研究人文环境, 要适合公共环境或者是人生活所处的环境。对墙绘形态空间之研究不能够仅局限于墙绘形态本身, 还应该研究人和形态之间的关系。
关键词:手绘壁画;人性化设计;功能;形态
一、前言
随着社会经济的进步和发展, 人们对生存环境的质量要求越来越高。如何使壁画艺术成为公共艺术, 成为人们生活环境的诗意部分?如何使壁画艺术融入大众生活?作为壁画设计师, 我们应当探索壁画与人之间的和谐关系和壁画被人的接受状况, 使壁画艺术真正成为人们生活的一部分。
二、“人性化设计”概念
壁画的人性化设计使壁画与人的心理、生理等方面的因素相协调, 以获得得人-壁画-环境的和谐, 使观赏人“介入”其间, 从而获得舒适、亲切、愉悦、轻松、尊严等意味深长的心理活动。设计其最高目标是能够使得人与壁画的和谐转向人类与人类之间的和谐。
三、手绘壁画人性化设计之原因
1. 壁画作为设计本质要求
古代壁画均是以宗教信仰内容为主题, 是宗教宣传的工具。极大丰富物质的现代人更加注重生存环境、价值与发展空间。壁画创作的功能随之而改变。如此说来, 壁画强调人性化, 完全就是设计本质的要求。
2.“人文关怀”思潮的必然结果
以平均生活水平来看, 壁画设计伴随着社会生产力的发展而渐渐提高。当下, 社会经济水平发展到比较高的程度时, 宣传人文关怀精神成为现代所有科目门类都要涉及的问题。壁画的人性化设计就是必然结果。
四、墙绘形态之人性化设计的表现——人文关照的体现
1. 墙绘首先与环境功能、受众的心理需求相统一
在设计需中充分考虑人们的需求, 本质上就是树立人的主导地位。阿恩-海姆曾说:“一个人在某一时刻的观察, 总要受到他在过去看到的、想到的或学习到的东西的影响 (积极的或是消极的影响) 。”“某个空间的状况如果与进入这个空间的人们积极肯定的心理定势相吻合, 那么它就会使人产生积极的情感反应, 人们就会感到它是令人可亲近的和愉悦的;如果与这种心理定势相违逆或格格不入, 那么它就会引起人们消极的情感反应, 人们就会感到它是令人讨厌的或压抑的。”所以设计师在设计之前要经历一个感受预测——感受空间的过程。
2. 固定环境中群众的审美趣味与墙绘相协调
“人类的审美活动过程包括了客体和主体两方面, 美首先来源于作为客体的自然界或事物 (墙绘) , 但它又与主体 (人) 的审美需要、审美心境相联系, 是两者结合统一的产物, 是客体的属性与主体的审美需求和审美心境之间的一种关系。”不同的文化背景、不同知识结构的人群, 在审美上都有差异。不论这些审美在感觉上有多少差异, 在深层总是有着一种共同性。人的审美习惯不是凭空产生的, 它常常会反映出这个时代的精神特征, 反的肩上才能看得更远。
映一代人的价值观、道德观。
3. 墙绘与受众的时代观念相协调
随着时代的变迁, 人们的审美与社会意识的提升以及群众心理变化的需要等, 都直接对墙绘的形态有着一些影响。现代墙面手绘设计, 以其时代文化特征与其民族审美方式相结合, 艺术效果与科学功能交互融合的特点, 在继承优秀民族墙绘精髓以及深厚文化底蕴的同时, 借助现代高科技, 向多元和多样的方向发展。
4. 墙面手绘与固定环境中受众的心理感应相协调, 做到繁简协调
人们内心是喜欢变化的, 单一无变化的环境会造成一定的心理压力, 如果周围环境的变化太过杂乱繁复, 同样会破坏人们的心理、生理感受。所以墙面手绘的设计必须注重环境及其使用者所创立的序列关系, 使手绘墙的形态变化有规律, 繁简得当。格式塔心理学家发现, 被组织最规则、最协调、最简洁的形态, 带给人们的心理感受最好、最为愉悦。墙面手绘合适于趣味性、装饰性、表现轻松的内容, 其表现形式为相应艺术性的夸张造型, 主题应当简洁明了, 这样才能与环境和所处环境中人的心理相协调。
5. 墙面手绘应与环境中观众相协调
(1) 动态观赏
动态观赏, 时间较短, 如地铁站广告。人在前行中观赏墙绘, 大多来去亦匆匆, 此时墙面手绘就需要从任何角度观赏都能给人以美的感受。而且墙绘要求在瞬间给人以清晰的印象, 使人们在一瞥之间就能了然于心, 获得欣赏的美感。心理学实验证明, 人们瞬息间看东西不可能看完整个对象, 有一定的顺序, 这种顺序就是视觉流程。视觉流程对于动态观赏的墙面手绘设计来说, 有着诸多方面的作用。流动中被观看的墙绘, 其形态应是结构紧凑、简洁流畅而不能是长篇叙事。
(2) 静态观赏
墙绘静态观赏, 是指人们在环境中驻足浏览, 呈现相对静止的状态去观赏景物。这类墙绘多适用于宾馆大堂、展览厅、校园等场所, 多数为静态构图。这一类墙面手绘的设计要符合观众的尺度。掌握好墙面手绘设计构图, 墙绘的构图多数体现于表现空间的序列性上。其次, 各种要素应该按照一定层次去做安排, 以造成韵律感、秩序感和连续感。
小结
人类社会发展到如今, 人的需求越来越高, 范围越来越广。墙面手绘以各样形式出现于城市的角角落落, 填补着人深层的精神需求。墙面手绘设计是随着人们生活水平一起发展的, 墙绘设计理论的发展必须要与人类生活相适应。研究墙面手绘的元素与受众的互动乃至用人性化思想来表征其发展趋势, 是需要重点研究和关注的趋势。人性化为墙绘设计的人文关怀提供了新的发展线路, 使得墙面手绘更容易被广大受众接受并且喜爱, 近而也提高了最终人文关怀的层次。墙绘设计师除了研究墙面手绘本身之外, 笔者觉得更深的应当是探索人类与墙面手绘之间的和谐关系以及人们的接受情况, 这有待于我们在实践中进行深一步的探索。
参考文献:
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[2]尚廓.《壁画与建筑的构图关系》.http://www.artnews.com.cn/.[3]林华.《设计艺术形态学》[M].河北美术出版社:1997年版.
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[4]赵农.《中国艺术设计史》.陕西人民美术出版社.2004年1月版第2-3页.
反冲洗自动控制要求和总体设计 篇6
(1) 冲洗水应均匀分布在整个滤层面积上, 反冲洗水中应正常进气泡。
(2) 反冲洗水必须保证有足够的上升流速 (即有足够的反冲洗强度) , 使滤层达到一定的膨胀高度。
(3) 有一定的反冲洗时间。
(4) 冲洗水排除要迅速, 不得在池内产生壅水现象。开始冲洗时, 速度要缓慢, 达到设计冲洗强度时的过程时间至少要30s否则会扰动承托层, 甚至会由于水锤作用而损坏配水系统。
(5) 冲洗完毕后, 滤料仍应保持在滤池正常过滤的位置上。
以上要求表明, 设计一套反冲洗自动控制系统, 最基本的要求是使滤池进行反冲洗后重新投入运行时, 过滤水头和周期能保持原来状态, 不发生异常。
由此可见, 要想达到工艺要求, 我们需要对生产过程的各个参数加以严格控制逐一进行解决, 对每一个问题, 需要设计一个方案加以控制, 从而在总体上对系统的品质进行改善, 满足控制要求。
2 反冲洗自动系统的选择
反冲洗自动控制系统由过滤滤池、反冲洗水库、源水阀门、净水阀门、洗涤阀门、废水阀门、排气阀、超声波液位计等组成, 下面我们就逐一选择。
滤池。
水厂供水规模为2万m3/d, 滤池采用普通快滤池, 五个为一组, 共两组十个滤池的形式, 每个滤池面积为20m2, 滤速6~8m/h, 过滤周期为72h。
反冲洗水库。
反冲洗库容积为400m3, 采用一用一备, 2台潜水机组, 每台潜水机组电机功率为8 0k W, 水泵流量为6 25 L/s, (约合2 43 0t/h) , 扬程为25m。
源水阀门、净水阀门、洗涤阀门、废水阀门。
随着工业技术的进步发展, 对电动阀门的应用与普及提出了更高的要求, 对电动阀门的整体性能要求更高, 尤其是在电动自动调节型的阀门控制中提出控制精度高、工作可靠、性能稳定的电动执行器和相应的伺服电路。
反冲进水阀门采用功率为0.75k W的电动蝶阀。反冲输水管径为DN400。
源水阀门采用功率为0.37k W电动蝶阀, 管径为DN200。
净水阀门采用功率为0.37k W电动蝶阀, 管径为DN200。
废水阀门采用功率为0.75k W电动蝶阀, 管径为DN600。
排气阀采用电磁阀, 是用来控制流体的自动化基础元件, 属于执行器。通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。电磁阀分为常闭和常开二种, 由于反冲洗时要开启排气阀门30s后再关闭, 我们选用常闭型 (通电打开, 断电关闭) 并且选取直动式。
控制系统是由控制柜及检测、显示、报警仪表组成。可见, 控制系统是由就地仪表、集中控制仪表、强电控制于一体, 运行时能对整个供热系统的压力、温度、液位、设备工作状态等进行检测、显示和控制, 并能进行从反冲运行及按设定的工艺要求进行全自动调节控制。可见, 需要选择一个合适的控制器和合适的显示器, 下面进行详细分析。
3 控制器的选择
随着科学技术的发展, 在控制器方面主要有以下几大类。
模拟调节器:以单片机为核心的模拟仪表出现在20世纪60年代, 相对与气动调节器而言, 显示了强大的生命力, 以其操作方便, 指示直观, 准确度高, 施工方便, 性能可靠等优点, 很快得到了广泛应用。调节器接受来自变送器的4m A~20m A型号, 与设定值进行比较, 经过内部单片机程序进行PID计算输出信号, 可实现自动和手动无扰动转换。而且随着技术的发展, 很多模拟调节器内部也采用了自适应, 模糊, 参数自整定等功能, 为控制带来了很大方便, 性能也有了很大的提高。这种仪表一般安装在控制柜内, 便于接线和操作。
D C S是分布式控制系统的英文缩写 (Distributed Control System) , 在国内自控行业又称之为集散控制系统。是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物, 可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能, 是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
集散控制系统主要的特性是它的集中管理和分散控制。DCS控制系统基本的过程单元由过程控制单元, 人及接口单元, 通信网络, 历史单元, 计算单元构成, 与模拟调节器相比较具有以下优点。
(1) 高可靠性。 (2) 开放性。 (3) 灵活性。 (4) 易于维护。功能单一的小型或微型专用计算机, 具有维护简单、方便的特点。 (5) 协调性。
显示器的选择。
I n T o u c h一种工业自动化组态软件, Wonderware公司产品。Wonderware公司成立于1987年, 是在制造运营系统率先推出Microsoft Windows平台的人机界面 (HMI) 自动化软件的先锋。世界第一家推出组态软件的公司.W o n d e r w a r e;I n T o u c h;Factory Suite;为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工具。这些制造信息系统集成了操作人员所必需的各种信息, 可以在工厂内部和各工厂之间共享。In Touch HMI软件用于可视化和控制工业生产过程。它为工程师提供了一种易用的开发环境和广泛的功能, 使工程师能够快速地建立、测试和部署强大的连接和传递实时信息的自动化应用。In Touch软件是一个开放的、可扩展的人机界面, 为定制应用程序设计提供了灵活性, 同时为工业中的各种自动化设备提供了连接能力。In Touch软件是一个内容丰富、使用灵活的数据采集及控制的应用环境, 它支持Windows 3.x和Windows2000、XP系统下开发自动化应用的所有功能和软件组态王提供基于图标、鼠标操作进行实时的自动控制策略设计、系统监控和动态操作显示功能。该软件包使用灵活方便。在策略编辑器中提供了图标模块库, 分别代替数据采集及监控、工业控制标准数学、控制函数。用户只需在策略编辑器中排出图标模块并联好, 在显示模块中列出动态显示模块以及用户的日报表。显示编辑器提供了很多作图工具以便设计显示和控制画面。In Touch软件的各方面特性都适合本系统, 所以选择In Touch作为显示器。
4 结语
反规范设计 篇7
关键词：电力负荷,管理系统,反窃电功能
0 引言
在供电企业的用电管理中其节能降损是一项最为重要的内容, 而且国内的一些供电企业在最近几年里也颁布了一些有关线损管理技术的标准。而窃电这一行为一直是供电部门所困扰的问题, 这一行为的发生使得供电企业的利益被严重的损害。在打击违法窃电这一行为上, 供电企业投入了大量的资源对其加强监督。而且还在电能计量器上设计了反窃电装置, 最大限度的减少窃电行为的发生。不过反窃电的技术还不够成熟, 用户窃电的手段也是多种多样的。近几年推出了一种电力负荷管理系统, 这个系统对于电力的部分客户以及公用的变压器在用电的数据上能够做到对其计量回路进行实时监测以及计量装置, 有效地为供电企业提供了一种较为完善的对于用电数据以及在用电方面存在的异常分析工具, 对于反窃电在工作道路上提供了强有力的技术支撑。文中对于负荷管理系统在反窃电方面的功能设计进行了以下探讨。
1 计量回路在窃电上的主要方法
对电能计量的操作中, 电能表往往不能够准确的将用电量所导致的电量错误这一情况及时的反映出来, 我们把这个现象叫作电能表计量的异常情况。在这种异常的情况内包含了用户窃电和在计量回路元件上所发生的故障, 基于以上两种情况该如何区分, 怎样准确的判断窃电行为, 都体现在反窃电的技术中。而常见的窃电的方法主要有: (1) 欠压法的窃电, 主要的表现为电压回路上的开路, 在计量回路中产生的接触不良、串入电阻以及对电路接法的改变。 (2) 欠流法的窃电, 主要的表现是电流在回路的时候的开路、短路以及旁路, 并对电路的接法进行改变。 (3) 移相法的窃电, 主要的表现在于改变了电压回路, 电流回路的接线方法。并且利用变压器、变流器来对电流进行附加的过程, 还有通过外接入的电源来使得电表回走等。 (4) 极性错接线, 就是通过对降电流互感器的进出线极性进行改变, 来将电压和电流的角度进行反相操作, 通过这一操作产生了反向的功率。 (5) 扩差法窃电, 先将电表进行拆除把内部的结构进行修改, 然后再破坏电能表的计量功能的操作。
除了以上的窃电方法, 还有对电注互感器的偷换、松动电流互感器的二次端子和大 (小) 的负荷的窃电及增加电流回路的遥控开关等。对于多功能型电能表被广泛使用时, 有的还会对正在运行的电能表参数的程序进行改编等一系列的高技术窃电手段。
从表面的数据显示, 窃电所反映的最终值为计量电量与实际用电量值差。部分供电公司所采用的是双计量型回路 (模拟回路的比较) 来对窃电进行判断, 比较它们之间的值差存在与否。再对是否存在窃电行进行判断这样的方法原则上是有效的, 但是如果要准确的判断是以哪种手法、哪个时候进行窃电, 以及对窃电过程中的监控和取证这些还是比较难以实现。反窃电技术在窃电的方法上和窃电时间以及窃电前后的变化过程, 能及时、准确的进行记录。
2 反窃电功能的设计思路
在电力系统的应用和计算机技术发展中, 通用分组无线服务和码分多址以及通信的技术被广泛的使用到, 就现代用电系统而言, 在对反窃电功能的设计上都比较青睐于从系统的角度出发。还包括了从用电现场计量监测到主站的实时监控以及对事后进行回溯分析的过程, 对于现代的电力负荷管理系统, 是由负荷管理终端的通道和主站系统来构建的。由主站的系统来对用电现场进行实时的监控, 将内容上传到系统相应的用电数据中再进行分析判断。当计量装置发生了异常时就会自动报警, 并根据用户的历史用电数据进行分析判断。用电负荷管理还具备了交流采样的功能和用户的计量回路以及计量设备运行的参数等异常的现象, 以及对计量柜的开关情况进行实时的监测, 在监测过程中一旦发现了异常的情况就会主动反映给主站系统。终端停 (送) 报警、计量柜 (门) 开关报警、电能表示度下降等功能为终端的主要异常记录。
想要更好的开展反窃电的工作, 在负荷管理的终端上就得有记录电能、电压和电流等功能, 然后再进行一小时一次的用电数据统计, 统计的数据及时上传到终端。这样才可以快速的为用电系统中的异常问题提供可靠的数据。
对于后台运行中的用电异常的管理, 最重要的一项内容就是防止误报的现象发生。利用网络服务的接口将这些异常自动上传到电力系统中去, 进行工作单的流转。将检查人员在现场所检查到的结果进行分析了过后上传到用电系统上, 通过网络服务的接口将处理过后的结果反馈到负荷管理系统里。如图1所示:
经过电力负荷管理系统自动处理的用电异常事件的结果可信度是比较高, 其原则为: (1) 在缺相、断相、三相电流不平衡以及电流反极性等重要的用电异常事件进行自动报警。 (2) 利用负荷管理终端计量的电量和电能表的计量把其电量进行比较, 把其中差率≥5%的用户筛选出来, 完成对电量差率的统计。 (3) 在自定义的时段, 把某两相或单相电压、电流的数据为零的且其持续的时间>12h的用户, 进行失压失流的检查。
3 系统功能里的应用
在某供电局建立了负荷管理系统的系统以后, 在进行用电检查工作的过程中更为方便快捷了。主要是通过负荷管理的终端将上报的用电异常情况进行了第一轮的筛选, 过后最筛选下来的用户进行时实监控。这个系统的使用能够有效的提高检查人员的工作效率并及时的掌握用户在用电上的情况, 大大的减少了在用电普查上的盲目操作。在提高检查质量和效率的同时又节约了其检查成本。对计量方面的故障进行检查时, 可以通过系统里的负荷曲线与历史数据来对发生计量故障的时间进行审核, 最大限度的为异常事件提供了有效数据避免了与用电用户发生纠纷事件。对于没有进行电力负荷管理系统之前, 在进行用电检查的时候都存在着不能掌控的局面。在用电检查的过程都是难以发现的并不能进行及时的处理用户发生违法用户和窃电的行为。而且在用电检查过程里, 供电局对于用电用户在用电数据上掌握的信息不是很准确。对于电力负荷管理系统中的实时监测, 能够有效的推动用电检查工作的常态化。
4 结束语
对于供电企业中电力负荷管理系统的建成, 能够大幅度的提升其管理水平, 全面实现在线监测与用电状态的分析判断, 从而减少管理上的漏洞。
参考文献
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