有效信息获取方法

有效信息获取方法（精选11篇）

有效信息获取方法 篇1

关键词：中学地理,题干,图形,选项,数据

提供大量新素材、新信息,设置新情景, 考查考生获取和解读地理信息、分析解决问题的地理思维能力, 已经成为当今地理能力测试的显著特色。获取和解读信息的过程, 是个体的思维能力的凸显过程。包含信息的发现、信息的判断、有效信息的提取等思维过程。因此教师在授课解题时根据地理信息载体的不同,采取不同的方法和手段获取和解读地理信息, 不失时机地培养学生获取和解读地理信息的能力,才能取得较好的学习效果。

一、 解读文字材料获取有效信息

无论是选择题还是综合题,文字表述承载着解答试题的重要信息, 是考生获取答题信息的重要途径, 审题时要特别关注文字中的时间信息和空间信息。

从文字背景材料中获取和解读地理信息,特别是综合题,在命题时往往提供了很多资料, 并且往往每一个材料都设有一个问题或多个问题, 这些问题的答案有的直接来自材料, 有的通过对材料的分析结合已掌握的地理知识来获取。解题时要认真、细致地阅读材料,注意从中提取关键词语,在材料中找到其可能包含的信息, 然后把这些信息与图示及设问相结合。

在文字材料中获取和解读信息时因遵循的基本步骤:审题干、解题意、读材料、提信息、调原理、找关键。解题的关键是提取题干中的有用信息。

二、 细研试题题干获取设问信息

从试题题干和设问中获取和解读地理信息, 题干是地理问题设置的关键, 要明确题干中提供的关键信息并对信息加以整合归纳。设问是试题的重要组成部分,也是明确试题要求和命题者考查意图的重要依据, 设问的作用主要体现在其“指向性”,即问的问题是什么, 为解答问题提供具有限制性的词语,如时间、地点、过程、原因等限制性要求,这是设问信息最重要的表现, 切不可掉以轻心。解题时一定要认真阅读题干和设问, 从题干设问中获取对解题有用的地理信息。例如,比较岛屿东西两侧甲、乙两地气候类型的相同点和差异性, 并分别说明原因。首先题干要求明确该岛地理位置的基础上明确甲、乙两地的气候类型, 进而分析两种气候的相同点、不同点。最后,运用地理原理解释相同、不同的原因。看似简单的一句话, 仔细研究,其实包含三个问题,而且设问具有层次性。

三、 明辨地理图形获取有用信息

地理图形信息是地理的“第二语言”。包括区域图、经纬网图、等值线图、光照图、地球公转、太阳直射点回归示意图等各种图形, 这些图形蕴含了丰富的地理知识, 这为考查获取和解读图像信息,调动和运用知识,描述和阐释事物, 论证和探讨问题提供了广阔的空间。近几年地理试题已经逐渐形成了“无图不地理”的命题风格。

由于地理图表承载着非常丰的信息。如经纬度、大陆轮廓、国界线和省界线、等值线、特殊地名、特殊地理景观、特殊符号等。然后再按设问的要求进行分析,与设问无关的图形要素就可以不管,排除干扰,提高解题的速度和准确度。在地理图形中获取和解读信息时因遵循的基本步骤:审题干(知设问)、看图名(知道表示什么)、看图例、观图形、析本质(为什么)、调原理(解答问题)。

四、 推敲试题答案或选项获取准确信息

地理信息的获取是多种多样的,在组合型选择题或综合题中,前一题的答案也往往是下一题的设问, 可以为下一题的解答提供依据。选择题的四个选项也往往能为我们的正确选择提供信息。因此在答题过程中, 一是要做到前题设问结论的正确, 在明确下题设问基础上, 构建两者的内在联系;二是要结合上题要求,能充分调用与此相关的地理知识为解答问题提供条件。

五、 分析表格数据获取地理信息

表格式地理信息资料的分类展示形式。解读表格资料时,要能解释和说明地理表格中地理事物的形成与变化的原因, 要能总结或类比表格中不同地理事物的特征和差异。数据种类较多,大致有以下几类:

时间型: 即展示某一地理事象的时间变化(如气候资料、人口增长、城市化进程等数据),它主要反映出某地理事象的时间变化规律。

结构型: 即展示某一地理事象内部的结构数据, 如农业产值结构构成,三大产业结构构成等。

区域型: 即对不同地区的地理数据进行对比等等。可通过表格的横向类比和纵向类比获取信息, 类比分析地理事物的相同点、相异点,可以更清楚地认识地理事物的特征, 更深刻地认识地理事物。

有效信息获取方法 篇2

第二章 2.1 获取信息的方法

【教学目的】

1.知识、技能目标

1）知道信息来源的多样性 2）熟悉获取信息的多种途径

3）初步了解利用搜索引擎在网上获取信息的方法

2.过程与方法

能运用网上获取信息的方法，解决实际问题，辅助其他学科学习。

3.情感态度与价值观

1）激发并保持学生利用信息技术不断学习的热情，形成积极主动的学习和使用信息技术的态度。

2）在信息获取过程中，积极健康的使用信息技术，形成与信息社会相适应的价值观。【教材分析】

1.教学背景

通过上一章的学习，学生已经掌握了信息的特征及重要性。信息无所不在，但是如何通过有效的途径获取需要的有用信息，已经成为现在人的迫切需要。高效准确地获取信息，是学生必备的信息能力，也是完成教材后续学习任务的保证。本节是对学生生活经验和以前学习内容的部分概况与提高，是本章学习的基本内容。

2.教学内容

本节是第二章第1节，分为2部分：第一部分信息来源的多样性；第二部分信息获取方法的多样性。

第一部分通过案例引领，让学生在已有生活和学习经验的基础上，通过讨论和交流，加深对信息来源多样性的认识。在教学过程中注意学习方法的传授。

第二部分在第一部分的基础上分析出信息获取方法的多样性，让学生利用身边的条件获取需要的信息。由于环境的限制，网上获取信息的方法显得很重要。通过设计一个任务引领，注意与生活实际及其它学科的联系，利用学生的兴趣，旨在帮助学生总结利用搜索引擎获取信息的方法，让学生初步了解搜索引擎的用法，为后续的学习打下基础，同时提升学生的信息素养。活动完成后，交流总结，同时讨论总结出各个不同的历史时期的信息获取方法及途径。

3.重点和难点

重点：了解信息来源的多样性，信息获取方法的多样性。难点：利用搜索引擎查找相关信息。【学情分析】

搜索引擎的使用，贯穿了整个高中的学习过程，但多数学生往往知道使用，却并不能系统掌握搜索引擎的使用技巧。学生缺乏总结所学知识，形成能力与方法的过程。在这一节让学生先熟悉搜索引擎的使用，及时总结使用技巧，为后续的学习打下良好基础。

此节内容在设计上充分考虑了学生的兴趣所在，足以激发学生的学习欲望。【教学策略】

活动引领、任务驱动，以小组合作交流和自主探究为主要方式。采用异质分组，在分组过程中强调优势互补。由于学生的生活经验和信息技术水平参差不齐，为了完成本节内容，在组织教学时采用强弱结合的异质分组方式，保证每位学生都能得到成功的体验和能力的提升。

本节教学思路是：首先，由学生讨论“天气预报”案例中获取信息的方法，并根据生活经验交流总结获取信息的常规方法，经过拓展延伸总结出信息技术来源及获取的多样性；其次，在此基础上通过 “烽火台”引出利用网络获取信息的学习任务，引导学生自主完成任务，参与抢答比赛，并总结利用搜索引擎获取网络信息的技巧；然后，通过巩固强化讨论交流总结各个时期不同的信息获取方法；最后，课堂小结梳理知识。

【教学过程】

一、激趣导课

视频导入天气预报。从现实中寻找切入点，容易引起学生的兴趣。通过小组讨论如何获取天气预报的信息，从简单的竞争（获取天气预报的方法多少）中引入课题。

获取天气预报信息

以天气预报为例，引申出信息的来源多样性，同时也列出获取信息的途径多样性。

二、新知探究

1、以天气预报为例讨论获取信息的方法

（看哪个小组总结的方法最多）回答最多的组给“生活智慧星” 举一反三，从实例中总结出信息来源的多样性，以及获取方法的多样性。2.实战练习，网上获取信息的方法

从古代烽火台引入“烽火戏诸侯”的故事。利用因特网查找“烽火戏诸侯”这个故事。详细了解这个典故的方法及途径。根据所得到得信息了解故事，同时总结现代生活中如何利用搜索引擎获取信息。小组总结使用搜索的方法。教师提前给出搜索引擎的网站

百度：http:// 新浪：http:// 网易：http:// 雅虎：http:// 想一想：小组成员之间交流搜索信息的体会，想一想如何才能准确、快捷地找到自己需要的信息，师生共同总结出搜索引擎的使用技巧。强调关键字。“探索智慧星”

3、小组对抗赛：“团队智慧星” 比赛规则

在规定的时间内看哪一个组完成的最快最多？

教师首先选好能充分体现搜索引擎使用技巧的题目。

过程中注意指导学生合作学习的方法。

三、讨论交流

各个不同历史时期获得信息的方法途径？

四、课堂小结

地理答题如何获取和解读有效信息 篇3

一、获取和解读地理信息的主要途径

高考试题中地理信息的载体是各不相同的，地图信息有的蕴藏在地理试题的题干文字中，有的蕴藏在各种地理图形的表述语言中，有的蕴藏在各种地理统计图表的文字和数字中，还有的蕴藏在地理试题的问题设计、各种地理图形的主图和附图、各种地理图形的组合和整合的分析中。因此在解题时要注意试题的方方面面。根据地理信息载体的不同，获取和解读地理信息的途径就必然存在差异。获取地理信息的途径主要有：

1.从文字背景材料中获取和解读地理信息。

2.从试题的设问中获取和解读地理信息。

3.从地理图形的表述语中获取和解读地理信息。

4.从地理图形中获取和解读地理信息。

5.从地图和表格的组合中获取和解读地理信息。

6.从试题的答案中获取和解读地理信息。

二、提高获取和解读地理信息能力的策略

1.注重平时学习过程，具备扎实全面的地理知识。平时学习时要参照考纲，结合教材和作业，对考纲要求的地理概念、原理、规律，以及地理现象的形成过程作深刻、全面的理解。欲达到这一目标，要熟看教材、笔记，看做过的作业和做必要的基础训练。

2.训练对地理信息的敏感性。一方面是平时作业训练时要有举一反三的意识，另一方面要明白地理环境具有整体性和地域差异性，在分析任何地理问题时都要放在一定的地理背景上去思考。另外做同一问题下的不同小题时要注意前后的关联性。

3.养成良好的审题、审图习惯。审题时重点词、关键词要做着重号，以便提醒自己注意，抽象的图表尽量转化为直观示意图，以帮助自己思考。审图一定要按老师的要求做，养成良好的习惯，对每类图的判读技巧要熟练。

4.细节决定成败，该重审的要重审。如果你知识较扎实，但仍找不到某个题的突破口，那么你可能在审题中忽略了某些细节，需要重审；如果碰到“熟题”，此时也是你最易轻视而走神、最易犯低级错误的时候，也应当重审。

三、如何提炼信息的有效内容和价值及其应用

1.调动和运用地理知识

高考常考查的知识系统有：地理基本数据、地理基本概念、地理事物的主要特征和分布、地理原理与规律(自然地理)、地理观念(人文地理)、地理区域特征(区域地理)、自主学习中获得的地理信息(与所学知识有关联性的知识)。

自然地理部分需要掌握的基本的地理规律：地球运动规律(自转、公转)、大气运动规律(三圈环流、季风环流等)、地壳运动规律(能量来源、运动形式、结果等)、水体运动规律(水循环、洋流等)、地理环境分异规律(纬度地带性、经度地带性、垂直地带性、非地带性等)。

区域地理部分重点掌握的区位理论一优越区位的选择：农业区位理论(如何使土地得到最合理的利用)、工业区位理论(如何实现最佳经济效益、环境效益)、城市区位理论(如何体现城市合理的功能分区和地域结构)、交通区位理论(如何合理布局交通运输网)。

2.调动和运用基本技能

高考解题所需的基本技能有：选择和运用相关学科的基本技能解答地理问题、语言的组织能力(对问答题尤为重要)、绘图能力(如绘制剖面图)、计算能力(如太阳高度的计算、时间的计算等)、实验能力等。

运用地理学科的专项技能包括：地理坐标的判断和识别，不同类型图表的判读和转换等。

自主学习中获得的知识与技能举例：①社会热点方面的知识。如德班气候大会、俄罗斯冬运会、朝鲜、伊朗核问题(结合时区和日界线、区域地理、自然地理知识)、日全食、月全食、钱塘江大潮、航天基地建设(结合宇宙知识、我国四大航天基地的地理区位、自然环境等内容)、经济区(长三角、环渤海、珠三角、中部崛起、东北重工业基地等)及新特区建设、重大建设工程(西气东输、西电东送、南水北调、三峡工程、青藏铁路、跨海大桥等)、十二五规划等。②自主学习中通过归纳、总结得到的知识与技能。③等值线图的判读。④图上距离的判断方法。

[典题例析]

[例1]读世界某区域图，完成(1)、(2)题。

(1)图中甲处(虚线内)的常见地形类型是(　)

A.山地　B.盆地

C.高原　D.丘陵

(2)有关图示区域农业生产的叙述正确的是(　)

A.有世界上最发达的混合农业

B.大牧场放牧业盛行

C.乳肉畜牧業规模较大

D.生产方式比较落后，迁移农业盛行

[解析]解答本组题时需要先进行区域定位。然后结合等值线图的判读及区域环境的特征进行有针对性的答题。第(1)题，根据经纬线及等高线、水系特征可以判断甲为刚果盆地。第(2)题，图示区域热带迁移农业比较盛行，生产方式比较落后。

[参考答案](1)B(2)D

[例2]中原经济区是指以河南省为主体，包含山西、河北、安徽、山东省部分地区的综合性经济区。2011年正式被写进《全国主体功能区规划》和国家“十二五”规划纲要。

材料一　我国部分地区图(图2)

材料二　中部六省经济结构比较表(表1)

(1)中原经济区是我国最重要的农业生产基地，更是国家粮食安全重点区域，试分析其粮食生产有利的自然条件。

(2)试分析中原经济区发展的优势。

(3)分析材料二，说明中部地区在三次产业结构和生产效率方面存在哪些问题。

(4)中部崛起首先要实现中部城市经济群的崛起。中部地区在“十一五”期间加快了中原城市群等城镇化建设，分析材料就工业化率、城市化率说明这样做的理由。

[解析]本题图表内容丰富，信息含量巨大，答题时需甄别和有效利用。

[参考答案]

(1)主要位于华北平原(黄淮海平原)，地势平坦；土壤肥沃；位于季风气候区(以温带季风气候为主)，雨热同期(水热充足)；河流流经。灌溉便利。

(2)①地处中部经济地带(地处我国东部沿海与西北内陆、南方与北方的交汇处)，为我国东、西、南、北交流的结合部，位置优越；②区内有丰富的煤、石油、铝土等矿产资源；③区内农业和工业(能源、机械、纺织等)发达，产业基础雄厚；④有我国重要的京广、陇海等铁路经过，交通便利；⑤人口多，劳动力资源丰富；⑥国家政策支持。

(3)三次产业结构第一产业比重高于全国平均水平和东部，第三产业比重低于全国平均水平和东部；第一产业生产效率太低。

有效信息获取方法 篇4

一、要素提取法

考查主干知识一 直是高考 历史试题 的命制主 题。情景式选择题虽然提供了新材料、新情景、新问题,但并不脱离考生的知 识和能力 储备,即“题在课 外,理在书中”。事件和人物是历史主干知识的主体,不外乎由时间、地点、人物、原因、经 过、结果、影响等 要素构成。因此,抓住材料中的关键要素,就可以确定题目所考查的知识点,运用所学知识逐项分析,就可以顺利解题。如:

[例1](2014福建文综22)1952年到1964年,苏联政府收购谷物的平均价格指数提高了7.48倍,收购畜产品的价格指数提高了15.69倍。这是

A.推行农业集体化导致的变化B.适应“加速发展战略”的需要C.应对世界农产品价格波动的措施D.调整农业政策的结果

解读:材料中的 关键信息 是时间“1952年到1964年”、主体“苏联政府”、事件“收购谷物的平均价格指数提高了7.48倍,收购畜产 品的价格 指数提高 了15.69倍”。1952—1964年是赫鲁晓夫当政时期,提高农副产品收购价格是赫鲁晓夫改革的内容之一,故选D。A项是斯大林时期,B项是戈尔巴乔夫提出的,均与材料时间不符,C项材料未体现。

二、层次划分法

有些情景式选择题并不只是考查考生调取和运 用知识的能力,而是跳出教材,提供一则或几则内涵丰富、层次较多的材料,要求考生对材料进行解读,以考查考生描述和阐述事物、论证和探讨问题的能力。这 时,有效信息的获取就要本着论从史出的原则,从材料的整体去把握中心思想。通常可以对材料内容进行层次划分,归纳每一层的大意,进而准确把握材料的中心内涵。一般来说,能从整体上概括题干材料意思的选项是正确答案,仅从一个角度 认识材料 的选项往 往不是正 确答案(组合式选择题除外)。如:

[例2](2014福建文综18)雅典城邦任何公职人员,无论地位多高,皆不能离开公民大会而擅自决定政务大事。他们都处于公民大会和五百人会议的经常性督察监视之下,若公民大 会认为他 有失职守,皆依法惩 处。这反映了古代雅典

A.最高权力机关由直接选举产生B.公民大会负责审理大部分案件C.各权力机构之间相互制约平衡D.从制度上防止专制以维护民主

解读:本题提供了两句并列关系的 文字材料,用分层法把该段材料分为两层。前一句体现了雅典公职人员的职权受公民大会的制约,后一句体现了雅典公职人员的职责受公民大会和五百人会议的监督,整体核心信息是雅典的公职人员受到监督,从而有利于防止专制,故D符合题意。A、B项材料未体现,C项不符合史实。此外,有些表格 类情景式 选择题也 可以用这 一方法。如:

[例3](2014福建文综24)表1是1980年、1996年世界不同类型国家进出口依存度表。据此正确答案是

A.国际贸易总体发展缓慢B.经济全球化趋势加强C.区域经济集团化削弱D.各类国家经济发展水平差距缩小

解读:本题材料将 国家类型 划分为“高 收入国家”“中等收入国家”“中低收入国家”和“低收入国家”四类。比较材料中1980年、1996年的数字,可以看出这四类国家进出口依存程度都呈上升趋势,因此该材料的核心是反映世界经济联系日益紧密,故B项符合题意。1995年WTO成立后,国际贸易总体发展加快,排除A项;C项说法错误;全球化时代各类国家经济发展水平差距是扩大的,排除D。

三、重心判断法

实际上,有些情景式选择题所提供的材料的核心信息不是单一的,包含着复杂的因果、总分、递进、转折 等关系,以体现材料所强调的侧重点。考生只有判断出这个侧重点,才能准确地获取信息并解题。我们可以采用语文学科的句式分析法来判断材料侧重点。一般来讲,如果材料有转折关系,那么转折部分是重心;如果是总分关系,那么总的部分是重心;如果材料有递进关系,则后半部分是重心。

如何获取考研调剂信息方法 篇5

2023考研调剂信息最新公布

安徽医科大学：生物化学与分子生物，缺有名额，数量待定。

山东科技大学，矿业工程，缺有6个名额。

南京航空航天大学，机械，缺有8个名额。

广西大学，化学、化学工程与技术缺有名额，数量待定。

大连海洋大学，水产、生物学缺有名额，数量待定。

南方科技大学，电子科学与技术，缺有2个名额。

东北林业大学，机械工程，缺有10个名额。环境保护与修复、农业水土工程、计算机科学与技术均有名额可调剂。

中国科学院大学，化学空有名额。

太原科技大学，材料科学与工程、材料工程均有名额。

湖南大学，化学空有名额。

华中科技大学，光学工程空有名额。

齐鲁工业大学，轻工技术与工程，空有10个名额。

武汉理工大学，船舶与海洋工程，空有2个名额。

太原理工大学，物理学20个名额、光学工程空有20个名额、电子科学与技术空有20个名额。

河海大学，机械工程，空有6个名额。

调剂不是专业随便调

一，国家政策就规定了法硕、会计硕士、MBA之类是不能跨专业调剂的;也就是这些是一点希望也没有的。

二，一般学校都不允许跨门类调剂，比如从08工学调剂到07理学。

但这个不是定死的，只要你足够优秀/调剂单位不看重，完全还是有戏的。

比如0703化学类的学硕调到085216化学工程的专硕，在一些学校的化学化工学院经常这样调。

三，同门类调剂，一般比较可行，但实际操作你通过复试的可能很小。

比如从0703的化学类调剂到0710生物类下面的生物化学，你得从四大化学改背生物化学。

从0817化工、0805材料调剂到0831生医工的材料方向，往往也要考生物，你能背下来就去试试吧。

但是你要从什么化学、土木转成通信、电子，就还是省省吧。

有效信息获取方法 篇6

关键词：化学信息素养；全面发展；化学问题

通过教学让学生充分感受到化学在生活中无处不在，它与我们的生活有着密切的关系，结合初中化学教学，创设化学生活化课堂，培养学生从生活中获取化学信息素养的方法，这样使化学与生活的联系更密切，进一步使学生的生活经验和社会体验变得丰富，同时激发了学生的学习兴趣，使学习积极性得以调动，使学生的社会责任感和科学探究能力提高。

一、捕捉生活现象，为初中学生引入化学问题

化学中好多反应和化学原理都与生产和生活有着密切的关系。所以，在对教学内容进行设计时，教师要有创意地将教材知识和我们的生活实际相联系，并捕捉恰当的生活现象引出新问题，从而对其中的化学问题进行提炼。

比如用新买的鋁锅烧自来水以后，出现了黑色斑点；在雷雨交加天气出现较多的地方，禾苗长得更旺。对于这种奇妙的现象容易激起学生的好奇心，这会进一步激发学生去学习并掌握铝与氮气的性质。因为在导入新课时，可以和学生的生活实际紧密联系，学生在学习新知识时的积极性有所提高，兴趣也会更高。

二、创设生活情境，使初中学生提高获取化学信息素养的能力

从化学对人类的日常生活的影响进行考虑，我们的日常生活中处处有化学。为了提高学生们获取化学信息素养的能力，教师要在日常生活中对以下几方面得以重视。

1.生活中的粮食与化学的关系

众所周知“民以食为天”，教师要积极引导学生分析，我们所吃的粮食与化肥、农药这些化学制品有密切的关系。在1909年，哈伯发明了合成氨技术以后，世界粮食产量剧增，如果没这一化学技术，则世界上约有50%的人会吃不饱，世界上约有50%的人的生命会出现危机。

对食品进行加工制造，使其色香味俱全，这更需要食品添加剂，比如芳香味剂、味精、防腐剂、色素等东西，它们是用化学合成方法或者是化学分离方法做出的。

2.生活中的合成纤维与化学的关系

与学生一起进行分析，如果没有合成纤维这一化学技术，则世界上大部分人就穿不暖，更谈不上打扮得漂亮。仅有的天然纤维是不够用的，中国在1995年的化学纤维产量大约为330万吨，约有90%为合成纤维。另外纯棉纯毛类的天然纤维由棉花、羊毛在进行化学处理以后所制成的。另外还有合成橡胶，没有合成橡胶，世界上60亿人口中，有很多人要穿草鞋过冬。正是合成染料的问世，使世界有了多彩缤纷的亮丽风景线。所以说化学使人们“丰衣足食”，没有了化学，一切都得不到保障。

3.生活住房与化学的关系

以生活住房为例，引导学生对石灰、水泥、钢筋，窗户上的铝合金、玻璃、塑料等材料引起注意，通过分析哪些不是化学制品，哪些可以不用，师生一起进行总结，人类的生活离得了铝合金，用木制的窗户，但是离不开化学制品油漆；如果我们不用玻璃，像一些贫穷人家用的尼龙布甚或用的报纸，这些还是化学制品，另外，我们的日常生活用品中，比如牙刷、洗发用品、香皂、护肤用品、清洁用品等都与化学有一定的联系，这些都是化学制剂。

三、参与生活实践，使初中学生认识化学问题

实践是学生进行学习的关键，对知识的理解加深了，知识才能够延伸与升华。教师更不能束缚学生手脚，只让他们死记硬背，通过教学引导学生积极观察。只有让学生在生活中进行充分实践，才可以使学生在真正意义上明白所学知识具有的价值。

比如，教师结合空气、水、酸、碱、盐等内容的学习，利用课外时间组织学生对当地的环境状况（生活用水、空气、土壤等）、空气受污染的程度、污水处理厂的处理过程与原理、周围农村所施化肥与农药的全部情况等做好调查与分析，进一步对生活中的化学信息进行深入的提取。与无锡“太湖蓝藻事件”和“白色污染”相结合等，让学生对新闻加强关注，并通过网络查询并分析出原因。

在这些实验和调查活动中，利用化学原理积极思考，从而进一步提高学生分析问题与解决问题的能力。学生通过亲自体验，学生在生活实践中就理解了知识，掌握了知识。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学课程标准.人民教育出版社.

［2］中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准.人民教育出版社.

（作者单位 江苏省泰州市渔行实验学校）

高频天地波雷达目标信息获取方法 篇7

高频电波通过电离层折射或地波绕射都可以传播到视距以外的距离。这两种传播模式已经被广泛的研究并在军事和民用领域得到了广泛的应用。天地波是指高频电波经过电离层折射和地波绕射的组合传播模式, 这种传播模式具有潜在的探测能力。高频发射系统通过天波发射模式将电磁波发射到目标海域, 经散射后, 被设置在目标海域附近的岸基或舰载接收设备所接收。接收信号中除包含强烈的海杂波信号外, 还包括硬目标回波, 并受到电离层信道的调制。利用这种机制, 可以构成天地波雷达系统。

2 天地波雷达目标信息获取方法

天地波雷达与传统高频超视距雷达一样, 需要对回波信号进行充分的积累, 以克服强烈的外部噪声。雷达采用脉冲压缩和相干积累的信号处理方法。其目标信息获取依靠距离多普勒图上的检测算法。考虑到波束信息, 检测算法是在距离-多普勒-方位所构成的3维空间中进行的幅度检测。受限于天线阵的面积, 地波接收站波束相对于微波雷达过宽, 且往往存在旁瓣, 因此, 在方位域往往仅进行峰值检测, 检测算法的重点在距离-多普勒域。典型的天地波探测距离多普勒图如图1所示。

从图中可以看到, 天地波探测数据图的结构与地波雷达十分相似, 包含了背景噪声、杂波及目标信息。与地波雷达不同, 天地波信号包含强烈的直达波信号。上述各类信号构成了天地波雷达目标信息获取需要应对的复杂背景。

恒虚警检测技术是应对变化背景的目标信息获取手段。在2维背景上实现恒虚警检测, 通常有2种方式。一种是在2维平面提取噪声样本, 计算获得检测门限。另一种是分别在2个维度进行1维的恒虚警检测, 通过级联实现2维检测。第一种方式提取块状区域背景噪声作为样本, 其样本量往往较第二种大, 在均匀背景下性能更优。在2个维度噪声分布不同时。第二种方式则更加适合。对天地波雷达而言, 距离维和多普勒维的噪声分布特点并不完全相同, 因此采用级联式的2维检测更加合理。在距离维, 通过合理控制相干积累时间, 目标信号在距离上展宽不大。同时, 由于多普勒分辨率较高, 邻域出现目标点的情况也不多见。所以, 距离维的噪声电平起伏平坦, 适合使用最大似然恒虚警检测器。在多普勒维, 则经常面对各类杂波干扰。为了应对噪声边缘, 常采用排序类恒虚警检测器。检测算法的总流程如图2所示。

恒虚警检测算法的性能取决于噪声背景和目标信号的统计特性。对天地波雷达而言, 通常飞机和舰船所处的噪声背景不同, 其检测性能也有所差异。

3 飞机目标信息获取

3.1 飞机目标的噪声背景

由于飞机目标运动速度快, 可以具有较大的径向速度, 因此经常处于背景噪声下。理论上, 背景噪声服从高斯分布, 其幅度服从瑞利分布。实验数据与理论完全吻合。图3为天地波雷达实验数据中背景噪声实部、虚部以及幅度的分布拟合曲线。可以看到, 实部和虚部服从高斯分布, 幅度服从瑞利分布。

3.2 高斯检测器的构造

假设参考单元数为K, 则样本均值和样本方差为:

m̂和σ̂2分别是m0和σ02的无偏估计, 可设计如图4结构的CFAR检测器。

构造统计变量, 则z服从自由度为K-1的t分布, 可得到恒虚警概率的表达式为:

其中, T_Cdf为t分布的概率分布函数, 这里门限T=αK/ (K-1) 。

根据 (3) 式, 可以得到恒虚警门限因子的计算公式:

假设目标回波信号幅度为常数A, 则包含目标回波的单元概率密度分布为:

其中, 定义为信噪比。可以得到恒虚警检测的检测概率:

3.3 实验数据分析

这里采用如第2节所述的3级检测方法提取飞机目标信息。由于检测过程复杂, 其虚警率和检测概率难以准确的定性分析。工程上通常认为:峰值检测对虚警率和检测概率影响不大;虚警率和检测概率大致等于2级之积, 可以在2级间进行分配。

取样本量为12, 在实际噪声背景中运行检测算法, 得到2级检测算法的实际虚警率如图5所示。随着门限因子增加, 实际虚警较理论值下降更快, 因此, 根据理论计算可有效实现虚警控制。

设计单级虚警率为10-3, 可计算得到检测门限因子为4.4。在实际背景噪声中加入模拟目标, 运行检测算法, 可以得到其检测概率的仿真结果, 如图6所示。由于实际噪声分布的拖尾, 造成信噪比较小时检测结果比理论值要大。

将算法应用于实验数据, 可成功提取到疑似目标信息。示例如图7所示。示例中的所有疑似目标均可被检测算法检测到, 但是否为真实目标有待进一步验证, 这里不做进一步分析。杂波以及信号旁瓣等的影响也有待更加深入的研究。

4 舰船目标信息获取

4.1 舰船目标的噪声背景

舰船目标经常处于杂波环境下, 情况较为复杂。通常认为可以用Weibull分布描述海杂波的统计特征。通常我们认为, 海杂波一阶峰通常远强于目标回波;在其造成的速度盲区内提取目标信息十分困难。因此, 可用于舰船检测的噪声背景不包括一阶峰区域。对于天地波雷达而言, 直达波及其扩展同样会在距离多普勒图上带来检测盲区。在对目标检测的噪声背景进行统计时, 应避免将这些区域包含在内。可以认为, 舰船检测的噪声背景为背景噪声和高阶海杂波的叠加结果;由于包含海杂波信息, 其分布偏离高斯分布。实验数据表明, 300km和2倍Bragg速度范围内的噪声背景 (盲区除外) 符合Weibull分布。图8是实验数据杂波背景下的噪声幅度分布曲线, 左边为对瑞利分布的拟合图, 右边为对Weibull分布的拟合图。从图中可以看出, 由于海杂波的存在, 噪声的大值偏大, 明显偏离瑞利分布, 接近于Weibull分布。这个结论与地波雷达的杂波分布研究是相吻合的。也有文献认为, 地波舰船检测的杂波背景服从对数正态分布, 天地波的实验数据表明其更接近于Weibull分布。

4.2 Weibull检测器的构造

Weibull分布的概率密度函数和分布函数分别为:

其中, b为尺度因子, c为形状因子。

利用最大似然方法从背景采样X1, X2, ..., XN中估计Weibull分布的刻度因子b和形状因子c, 然后根据估计的参数确定自适应门限的一种方法, 实现框图如图9。

假定c形状因子已知, 可以近似计算出恒虚警检测器的虚警率:

根据 (9) 式, 可以得到门限因子的计算公式:

假设目标单元服从瑞利分布, 目标回波的信噪比可表示为:

其中, bt和bc分别表示目标和噪声分布的尺度因子。那么, 检测概率可表示为:

其中, y=Kb̂c bcc。可见, 在形状因子c一定的情况下, 瑞利分布的目标检测概率是虚警率Pfa和样本量K的函数。c对检测概率的影响较大, 也就是说杂波本身的分布特点会极大影响目标检测。当c趋近于2时, 噪声趋近于瑞利分布, 也就是背景噪声;偏离2时, 则表明杂波影响加大, 杂波功率趋优。

4.3 实验数据分析

舰船信息获取同样采用如第2章所述的3级检测方法实现。与飞机信号不同, 舰船信号处于复杂的杂波背景中。一般而言, 距离维噪声分布平缓, 适合于采用最大似然恒虚警检测。而多普勒维, 由于各种杂波存在, 目标信号经常处于各类杂波边缘, 需要采取相应的对抗措施。实际应用中一般采用有序统计恒虚警检测和单边检测的方法处理这类情况。

在距离多普勒图中, 认为实际目标信号出现在较近距离, 取150km外、杂波附近噪声作为试验噪声背景。在实际噪声背景中运行检测算法, 即得到2级检测算法的实际虚警率。检测器性能与噪声的具体分布, 即形状因子c有关。我们利用样本整体获得c的估计, 然后分别计算2级检测的理论虚警率, 将其乘积作为级联检测虚警率的近似理论值。将理论值与实际值对比, 即可验证算法的有效性。参考单元数K取24, 排序算法门限序号k取18。典型的试验结果如图10所示。从图中我们可以看到理论分析结果与实际应用结果相近。受样本量的制约, 试验的虚警率曲线截止在10-4量级上。

设计2级检测的虚警率分别为10-3, 级联检测概率大于90%, 构建级联检测器。在实际噪声背景中加入模拟目标, 运行检测器, 获得检测器检测概率的仿真值, 如图11所示。可见仿真值与理论值十分接近。

将算法应用于实验数据, 可成功提取疑似目标信息。示例如图12所示。由于舰船检测区域杂波较多, 算法比较简单, 未考虑应对各类杂波, 因此产生了大量虚警。这是舰船信息获取较飞机信息获取更加复杂的一面。减少这些虚警, 一方面需要研究杂波信号特征, 在检测算法中剔除明显的杂波点;另一方面对后续关联算法提出了更高要求。

参考文献

[1]雷志勇, 基于恒虚警的高频地波雷达低速目标检测研究[J].电波科学学报, 2007 (5) .

[2]童健, 强海杂波背景下的舰船目标检测[J].武汉大学学报:理学版, 2005 (3) .

有效信息获取方法 篇8

近年来,伴随着Internet的不断发展,客户对高性能系统的需求也在不断增多,不仅在科学计算领域,在高性能服务器、并行数据库和渲染农场等其他领域也出现了对高性能计算的需求。客户对并行系统的需求不再只偏重于高性能,对于系统的安全性、用户的可用性和系统的可管理性的要求越来越高。在众多并行系统的模式中,集群已成为高性能计算机体系结构的发展趋势之一,它以其良好的可扩展性和性能价格比,迅速成为高性能计算领域的主流体系结构[1]。所谓集群系统就是利用网络(通用网络如Ethernet,专用网络如Myrinet)将一组工作站和PC机,按某种结构连接起来,在管理软件的统一调度下,实现高效并行处理的系统。

集群系统天生就是个松散的体系结构[2],只有通过管理层才能有机地整合到一起,提供高性能的服务,集群系统的结构如图1所示。管理层就显得至关重要,而管理的依据来自于各计算节点的工作状态,所以集群节点的信息收集是整个集群系统生存基础。

2 集群节点信息获取方法

在Linux操作系统下,获取信息最常用的方法是利用proc文件系统[3]。Linux的proc文件系统是一个伪文件系统,它只存在内存当中,而不占用外存空间。它以文件系统的方式,为访问系统内核数据的操作提供接口。用户和应用程序可以通过proc得到系统的信息。它不但提供静态的信息,也提供动态的系统的信息,如进程、CPU利用率等。用户或应用程序读取proc文件时,proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。

Proc文件系统给用户提供的所有信息都是以文本方式展现的,非常便于人的阅读和理解,但是不利于应用程序的理解和使用。另外,应用程序在解析字符串时,需要花费大量的系统开销,不适用于频繁使用的过程。

由于Linux系统是开源的操作系统,没有统一的维护单位,不同的内核和发行版本存在差异,使得proc文件系统输出的字符串内容格式不统一,给分析字符串含义带来了困难,使系统的兼容性大幅下降。另外,proc文件系统提供的信息多少还取决于你的内核配置和装载的模块。针对上述原因,本文提出一种利用SMBIOS规范获取集群节点信息的方法。

3 SMBIOS规范[4]

SMBIOS (System Management BIOS,SMBIOS)是主板或系统制造者以标准格式显示产品管理信息所需遵循的统一规范。访问的方法根据SMBIOS版本的不同有两种:SMBIOS2.0标准是通过即插即用功能接口访问;SMBIOS2.1以后的标准是基于表结构的访问。目前市场上计算机已经均支持SMBIOS2.3标准,本文参考SMBIOS2.3标准的表结构。

基于表结构访问SMBIOS的过程是先找到Entry Point Structure (EPS)表,然后通过EPS表的数据找到SMBIOS数据表。EPS表的结构如表1所示。

通过EPS表结构中的16H以及18H处,得出数据表长度和数据表地址,即可通过地址访问结构表。从EPS表中的1CH处可得知结构表结构的总数,其中TYPE 0结构就是BIOS信息,TYPE 1结构就是系统信息等。每个结构的头部是相同的,格式如表2所示。

每个结构都分为格式区域和字符串区域,格式区域就是一些文本结构的信息,字符串区域是紧随在格式区域后的一个区域。结构01H处标识的结构长度仅是格式区域的长度,字符串区域的长度是不固定的。每个字符串以‘’结束。下面以TYPE 0(BIOS信息)为例说明格式区域和字符串区域的关系,TYPE 0格式区域如表3所示。

紧随TYPE 0格式区之后就是TYPE 0字符串区域,如下所示:

Db ‘System BIOS Venfer Name’,0 //表示BIOS厂商名 Db ‘4.04’,0 //表示BIOS版本 Db‘月/日/年’,0 //表示发布日期 ……

以‘’为整个字符串区域的结尾,所以要找下一个TYPE,只要在字符区域找到连续2个0即可。

4 获取Linux节点信息的具体方法

4.1 开发语言和编译器的选择

Linux是用C语言编写的,所以C语言自然而然的就成为了Linux的标准编程语言。大部分人都把汇编给忽略了,实际上汇编语言可以表达非常底层的操作。读取信息的操作需要频繁调用,针对汇编语言编码精确和执行效率高的特点[5],我们选择汇编语言做为此模块开发的语言。

DOS下常用的工具MASM和TASM,到Linux下就用不起来了,Linux有自己的汇编工具,而且种类非常的多。其中GAS[6]可以算是标准配置,每一种Linux中都包括有GAS,但是GAS采用的不是我们通常在DOS下采用的汇编语法,它采用的是AT&T的语法格式,与Intel语法格式有很大的不同。

如果要采用与DOS接近的语法格式,就必须用另一种汇编工具NASM。从语言格式上看,NASM与MASM基本相同,但涉及到操作系统时,两者的访问模式却有着很大的差别。但是NASM对64位的机器支持不好,经常出现编译错误。

Yasm 是根据NASM重写的编译器,而功能比NASM 强大了许多,并且可支持 GUN Assembler 的语法,同时对于64位的操作系统支持很好,所以集群节点信息获取模块的开发,选择Yasm做为汇编语言的编译器。

4.2 算法实现

程序可以通过在内存中查找EPS表的关键字‘_SM_’,来定位EPS表的起始地址。然后从EPS表中得到SMBIOS表在内存中的位置,按照SMBIOS表的结构查找我们需要的信息。程序实现的流程如图2所示。

5 总结

利用SMBIOS规范,可以获取集群节点的所有静态信息和部分动态信息,尤其是它支持即插即用的设备。由于SMBIOS表的格式统一,便于查找,程序读取简单快速,利用汇编语言开发的信息获取模块能够高效的执行,从而大大减少了集群管理软件所占用的系统资源,提高了集群系统的整体性能。

参考文献

[1]都志辉.高性能计算之并行编程技术-MPI并行程序设计[M].北京:清华大学出版社.2001.

[2]Kai Hwang.Advanced Computer Architecture:Parallelism,Scalability,Programmability[M].北京:机械工业出版社,1999.

[3]RedHat Guide:The/proc File System:http://www.redhat.com/docs/manuals/Linux/RHL-7.3-Manual/ref-guide/ch-proc.html.

[4]System Management BIOS Reference Specification Version2.42004.7.21.

[5]沈美明,温冬婵.汇编语言程序设计[M].清华大学出版社,2000.3.

有效信息获取方法 篇9

下肢运动信息的采集对于智能下肢假肢和生物医学工程等研究具有重要的意义,其中以膝关节的角度和角速度最为重要[1]。目前测量膝关节角度与角速度所用到的传感器主要有微型加速度计[2,3,4]、陀螺仪、光纤角度传感器等。Dejnabadi等人结合加速度计和陀螺仪实现了膝关节角度的精确测量,达到了良好的效果。

基于ADI加速度计的诸多优点[5],本研究提出一种新的膝关节角度测量方法,采用2片ADXL203加速计,具有成本低、体积小、安装简便、鲁棒性好等优点。

1 ADXL203简介

1.1 结构及特点

美国模拟器件公司(简称ADI)凭借其独特的集成微电子机械系统(iMEMS)技术能使传感器单元和信号调理电路集成在一颗芯片上,其推出的ADXL203是一种iMEMS型IC芯片双轴加速计,具有信号可调的电压输出。ADXL203具有如下特点:

(1) 5 mm×5 mm×2 mm的LCC封装;

(2) 60 Hz带宽时分辨率为1 mg(g为重力加速度);

(3) 低功耗:Vs=5 V时,电流只有700 μA;

(4) 零加速度时输出稳定;

(5) 输出量为一个与加速度成比例的模拟电压信号,灵敏度达到1 000 mV/g;

(6) -40℃～125℃的温度范围,输出受温度影响很小;

(7) 带宽可以通过滤波电容来进行调节;

(8) 可以承受3 500 g的冲击。

ADXL203既可测量动态加速度,又可以用来实现诸如重力加速度的静态测量,此时可以替代倾斜角传感器进行倾斜度测量。

1.2 工作原理

ADXL加速度计的传感原理是基于差动电容来感知加速度。传感器输出幅值与所测加速度成正比的方波信号,经过信号交流放大、相敏检波、低通滤波,得到与加速度成正比的电压信号。

传感器主要是由一个利用表面微机械加工的多晶硅结构和一个差动电容器组成。多晶硅结构由多晶硅弹簧支撑,处于晶片的顶部,并与差动电容活动的中心极板相连。分别在差动电容固定的上下极板上加两路幅度相等、相位差为180°的方波。在加速度的作用下,多晶硅结构会产生偏移,拉动差动电容的中心极板滑动,使两个电容值不同,便在中心极板产生电压变化,传感器输出方波。输出方波的幅值与测量的加速度成正比。

传感器带宽的选择最终会决定测量精度。ADXL203的带宽是通过ADXL203的XOUT和YOUT脚连接的电容CX、CY来设置的。其噪声属于高斯白噪声,与带宽的选择有关。

噪声(rms)的计算公式为:

rmsundefined

2 ADXL203用于下肢姿态识别

对于人体下肢来说,大腿、小腿的倾角以及膝关节的角度和角速度是表征下肢运动姿态的重要信息,利用这些信息不仅可以获得步频信息,对下肢运动的模式识别也很重要。利用ADXL203可以方便地进行倾斜度测量,采用两个传感器分别感知大小腿的倾斜度,进而则可以推算出膝关节的角度和角速度。

2.1 倾斜度的测量

进行倾斜度测量是ADXL203最常见的应用之一。加速度传感器以检测重力矢量来感知检测对象的倾斜度状况[6,7]。当加速计的感应轴与重力方向垂直(即与感应轴水平)时,它对倾斜度的变化是最敏感的,倾斜度每变化1°,输出g值变化17.5 mg;当感应轴与水平成45°角时,倾斜度每变化1°,输出g值变化只有12.2 mg;而当感应轴与重力方向接近平行时(所感应到的加速度接近+g或-g),倾斜度每变化1°,加速计输出几乎没有什么变化。随着测量倾斜角度的增大,测量精度下降。

倾斜度变化和传感器输出对应的关系如图1所示。

传感器水平放置时,即其X轴和Y轴都平行于水平方向,这样可以用来测量双轴倾斜度。不考虑干扰,ADXL203测量的加速度会在-1 g和+1 g之间变化,如图2所示,通过测得的加速度可以推测出X、Y轴的倾斜角度俯仰角(pitch)和倾斜角(roll)。

角度的大小范围为-90°～90°。

pitch=arcsin (AX/1g) (2)

roll=arcsin (AY/1g) (3)

式中 AX、AY—传感器X、Y轴测得的加速度。

2.2 下肢姿态的测量

在大小腿分别放置两个加速度传感器S1和S2,分别感应出二者倾斜度,如图3所示。

2个ADXL203的放置分别与大小腿的轴线垂直,S1和S2的X轴正方向朝向人体的前方,Y轴正方向朝向人体外侧。按这样的放置规则,在下肢垂直于水平面的情况下,传感器输出g值为0,大小腿前倾或后倾则可以通过输出g值的正负来判断。

首先对下肢的前后倾斜度进行分析,可以得到:

pitch1=90°-arcsin (AX1/1g) (4)

pitch2=90°-arcsin (AX2/1g) (5)

考虑到人体下肢运动过程中的姿态一般不会使大小腿向上倾斜,两个倾斜角度范围定为0°～180°(0°对应下肢向前伸至水平,180°对应下肢向后伸至水平)。

同样也可以得到下肢的左右倾斜度,相对前后的倾斜度其重要性要低很多,在下肢的运动信息中仅作为参考信息。

2.3 膝关节角度、角速度的测量

膝关节的角度可以很好描述下肢的运动步态信息。准确获取该角度信息,就可以研究其在步态周期内变化规律,为下肢运动的信息获取和模式识别提供重要信息。

膝关节的角度可以由得到的下肢大小腿的倾斜度的简单运算得到,如图3所示。根据人体生理状况,可得膝关节角度θ范围为0°～180°。

θ=pitch2-pitch1

=arcsin (AX1/1g)-arcsin (AX2/1g) (6)

行走时的膝关节角速度w是描述下肢运动快慢的量,能够反映出一个步态周期的大小。膝关节角速度w可以通过求θ对时间的导数得到:

undefined

3 试验结果

在受试者一侧的大小腿分别放置2个ADXL203传感器S1和S2,保持其X、Y轴分别垂直于大小腿的轴线。试验过程中,选取滤波电容CX、CY的值为0.1 μF,则ADXL203对应的带宽为50 Hz;选取传感器电源电压为标准的5 V,则对应0 g输出为2.5 V,灵敏度为1 000 mV/g,仅考虑重力加速度的影响,传感器的电压输出为2.5±1 V,加速度输出则为:

A=(V-2.5 V)/(1 000 mV/g) (8)

输出信号采用NI公司的PCI-6221数据采集卡采集到PC。首先进行膝关节静态角度的测量试验,让受试者的膝关节角度保持一定的固定角度,部分数据和试验结果如表1所示。

通过表1可以看出,测定的结果和膝关节固定的角度之间存在一定的偏差。由于下肢运动信息注重的是整个步态过程,所以这样的偏差是在可以接受的范围内的。

4 结束语

通过试验结果可以看出,采用两个加速度传感器可以很好地测量下肢运动姿态,相对于其他角度测量的方法,具有体积小、安装简便等优点,可以满足智能下肢假肢中的需要。

造成测定角度和给定角度存在偏差的主要因素有:

(1) ADXL203本身测量误差;

(2) 安装传感器时造成的偏差角;

(3) 下肢的运动时的惯性带来的加速度干扰。

其中,ADXL203本身的测量误差不可避免,安装时的误差角则可以通过标定误差角来予以消除。但是测量过程中,下肢运动的惯性给加速度的测量带来的误差却很难消除,一般地,下肢运动加速度可以达到0.1g左右,这对测量精度会有很大的影响,尤其在动态测量时会更加明显。采用两种方式可以减小这种误差,一种是将ADXL203的放置尽量靠近关节轴,减少引入的惯性;另一种是采用算法来估计干扰并予以消除。

两种方式结合才可以使测量系统在膝关节角度的动态测量中达到更好的效果,这在以后的工作中是可以加以改进的地方。

参考文献

[1]VANITCHATCHAVAN P.Patterns of Joint Angles DuringTermination of Human Gait[C]//Systems,Man,and Cy-bernetics,2000 IEEE International Conference.Nashville:[s.n.],2000:1226-1230.

[2]DEJNABADI H,JOLLES B M,AMINNIAN K.A new ap-proach to accurate measurement of uniaxial joint anglesbased on a combination of accelerometers and gyroscopes[J].IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2005,52(8):1478-1484.

[3]NIELSEN I,POPOVIC S,POPOVIC M B.Estimation ofJoint Angles with Capacitive Accelerometers[C]//2008 An-nual IEEE Conference.Aalborg Univ:[s.n.],2008:1-4.

[4]GHASSEMI F,TAFAZOL S,LAWRENCE P D,et al.AnAccelerometer-based Joint Angle Sensor for Heavy-duty Ma-nipulators[C]//International Conference on Robotics&Au-tomation.Washington,DC:[s.n.],2002:1771-1776.

[5]刘妤,温志渝,杨红韵.多轴微加速度传感器的进展[J].传感器与微系统,2007,26(4):4-6.

[6]汤琳宝,毛洋林,潘志浩.数字水平仪的设计与应用[J].微计算机信息,2004.20(8):72-74.

有效信息获取方法 篇10

电子秤作弊黑盒检测系统设计的出发点是能够使该系统取代人工重复执行穷举测试。

系统检测部分基于C/S构架,分为数据库服务器端、测试机端和单片机采集端。服务器端运行SQLSERVER数据库,作为系统的存储数据库;测试机端运行上位机程序,进行作弊检测系统的控制部分;单片机采集端用来获取电子秤屏幕显示信息、执行电子秤按键闭合、模拟电子秤传感器输出数据等。

上位机程序根据作弊码规则自动生成作弊码序列,将该序列传入单片机,单片机控制电子开关执行键盘按钮闭合操作模拟物理按键按下,并给出模拟重量传感器信号,再由电子秤显示信息获取模块抓取电子秤屏幕数据进行比较来判断电子秤是否作弊,循环执行以下流程即可实现穷举测试。

系统执行流程:

(1)清零、去皮操作;(2)给定模拟载荷,获取该载荷下重量屏幕显示值,并记做W0;(3)输入待测按键序列;(4)获取当前屏幕显示值W1,并与W0作比较,判断该按键序列是否为作弊码。

2屏幕显示信息获取模块

台式电子秤的显示一般分为“重量”、“单价”、“总价” 三个显示屏。常见的台式电子秤为LED数码管或LCD液晶屏,其中LED数码管驱动原理较为简单,本文主要对LCD液晶屏的显示信息获取进行讨论。

显示信息的获取可以通过:1,通过抓取主控芯片发送给驱动芯片的命令进行破译;2,直接抓取LCD液晶屏管脚信息进行破译实现。第一种方法仅需少量接线便可以抓取三个屏幕的信息,方便快捷,但需针对不同驱动芯片进行编程适配;第二种方法需要较多的接线,但是直接根据LCD显示原理进行获取,无需针对不同驱动芯片做适配,通用性强。综合实际情况,本文采用第二种获取方法。

■ 2.1模块原理

ACS-30型台式电子秤LCD液晶屏一般采用段式LCD显示屏, 通常有六块显示屏:“重量”、“单价”、“总价”各两块,其中“重量” 与“单价”显示屏为5位LCD,“总价”显示屏为6位LCD,其外观如图1所示。

段式LCD液晶屏管脚分为 段电极(SEG) 与背电极(COM),不同于LED数码管驱动, LCD液晶屏的驱动必须使用交流电压驱动才能保持稳定的显示。 背电极(COM)电平一直处于交流变换状态,当某个背电极(COM) 和 某个段电极(SEG)之间加了足够的交流电压之后,就会将对应的段点亮。常见的台式电子秤LCD驱动芯片有HT1621、 TM7711等。

重量LCD显示屏引 脚如图2所示:1~4管脚分别 为COM1~COM4管脚 ,5~14管脚分别为SEG1~SEG10管脚。若要使某一段显示时,需要在对应的段电极(SEG)和背电极(COM) 之间加上足够的交流电压,即:相应背电极(COM)为最高电压值同时对应段电极(SEG)为最低电压值;或背电极(COM)为最低电压值同时对应段电极(SEG)为最高电压值。结合表1,便可以得到各个数字点亮的规则。

用示波器对LCD显示屏背电极(COM)管脚进行分析,如图3所示:COM1口电平周期变化,共有4种电平(电平的个数取决于偏置设置:bias):最高,最低,次高,次低,每种电平持续时间2ms左右,最高电平对最低电平约3.3v,COM1~COM4按顺序逐个扫描。

通过上述分析可以得出LCD显示屏信息获取算法:依次扫描4个背电极(COM)为最低电压时,判断各段电极(SEG)是否为最高电平,若是,则对应表1中的段点亮;若否,则该段不显示。 扫描完所有的位,再结合图2与表1的对应规则就可获得显示屏的显示信息。

■ 2.2模块实现

基于上述LCD显示屏信息获取算法,可设计显示信息采集模块:采用ARM单片机作为主控芯片,采集LCD显示屏各管脚模拟值信息,按照上述算法分析处理后得到显示屏信息,再通过串口传给上位机进行处理。

具体编程实施抓取时按照逐位抓取的方式进行,分别得到每一位的数字,然后再组合成重量显示示数:每一位显示值均需2位段电极(SEG)和全部4个背电极(COM) 共同确定,故每一位显示值对应的段电极分别为:左起第一位对应SEG1、SEG2,第二位对应SEG3、SEG4,第三位对应SEG5、SEG6,第四位对应SEG7、SEG8,第五位对应SEG9、SEG10。设定在每个背电极为最低电压时,读取对应位的2个段电极(SEG)的模拟值,设置阈值函数,读取段电极模拟信号值超过该阈值时返回1,否则返回0。读取该位完毕后,返回的数值组成一个8位的字节, 和0~9数字的目标字节进行匹配,便可得到该位的显示数值, 若返回字节不能和0~9数字的目标字节匹配则返回Error。

整个LCD显示信息获取需要读完所有位,其程序流程图如图4所示。

测试时,将该模块连接线钩挂在LCD显示屏的引脚上, 并统一好接地,便可以方便的读取LCD屏幕显示信息。

3系统运行

有效信息获取方法 篇11

智能电网必将成为国内外电力行业不可逆转的发展趋势,其对故障检测的可靠性、准确性以及快速性提出了更高的要求[1,2,3]。我国中压配电网中,小电流接地故障是最主要的故障形式,发生故障后很难查找故障点,为避免事故扩大,现场迫切需要一种有效的故障检测技术,而故障信号的有效获取则是实现故障检测需要解决的关键问题之一。

目前小电流接地故障检测方法大多利用零模电流信号[4,5,6,7,8]。对于电缆线路,可以通过安装零序电流互感器获取零模电流信号;对于架空线路,需要安装三相电流互感器来合成零模电流信号,该方法不仅价格昂贵,装置体积庞大,而且需要停电安装,还会给系统带来安全隐患,不利于大面积推广。因此,研究新的架空线路零模电流获取方法具有重要的理论和实际意义。

本文提出一种新的架空线路小电流接地故障零模电流信号获取方法,通过霍尔传感器感应线路下方磁场获取零模电流信号,利用该信号可实现故障选线与定位。

1 基于磁场感应的非接触式暂态零模电流获取方法

小电流接地故障暂态信号与稳态信号相比具有诸多优点,因此被越来越多的专家学者应用于小电流接地故障检测中。暂态信号的频率一般在几百到几千赫兹,此频率下的磁场均可看作准静态场。

在“三角形”和“水平”两种排列方式为主的配电架空线路中,设三相导线无限长且平行于地面,三相导线A、B、C中的瞬时电流分别为ia、ib、ic。在与三相导线垂直的平面内建立如图1所示的坐标系统。三相导线坐标为(Xk,Yk),k=a,b,c,检测点坐标P为坐标为(x,y)。

导线k在测量点P处产生的磁感应强度为[9]

式中:μ0为空气的磁导率;r为检测点与导线的距离;Bkx为水平磁场,Bky为垂直磁场。

水平磁场Bkx可表示为

垂直磁场Bky可表示为

对于三相系统,检测点P处的磁场为三相电流共同作用产生的合成磁场,根据叠加原理可得P点处的合成水平磁场为[10]

合成垂直磁场为[11]

当检测点P水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时,即检测点在线路正下方附近,有x≈Xk,此时Vk很小,水平磁场远大于垂直磁场,垂直磁场分量可忽略,则P点的合成磁场强度约为[9]

根据Karrenbauer变换,变换矩阵为

线路下方磁场为

式中:H0=Ha+Hb+Hc;H1=Ha-2Hb+Hc;H2= Ha+ Hb- 2Hc。

当检测点水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时有:

在“水平”排列的架空线路中有Ya=Yb=Yc,则:Ha≈Hb≈Hc,可得:

三相线路成“水平”排列结构下,式(8)简化为:

在“三角”排列的线路中,如图1所示,有Ya=Yc,则Ha≈Hc,可得:

在配电架空线路中,三相导线之间的距离为几十厘米;导线与大地距离8~10 m,远大于导线间的距离。当检测点离线路距离较远时,可以忽略三相线路位置的不同,有:

Ha ≈Hb

架空线路成“三角形”排列结构下,式(8)仍可简化为:

综合式(11)、(13)可以看出,线路下方磁场与零模电流基本成比例。通过感应线路下方的暂态磁场可以获取小电流接地故障暂态零模电流信号。

2 非接触式暂态信号获取方法在故障检测中的应用

2.1 利用霍尔传感器感应磁场信号

利用霍尔传感器可以感应磁场获取零模电流信号。霍尔传感器由半导体材料制成,当存在垂直极板的磁场B,在薄片两端加直流电,则有相应的电流流过,半导体的载流子将沿着与电流相反的方向流动,在外磁场的作用下,受洛伦兹力的作用,电子向垂直于磁场和自由电子运动的方向移动,并在端面上产生电荷积累。由于电荷积累而产生了电场,电场对电子产生作用力。随着电荷积累的增多,电场增强,电场力增大,当电场力与洛伦兹力对电子的作用达到平衡时,在半导体表面上就形成了霍尔电势[12,13],霍尔电动势可表示为

式中:KH为灵敏度系数,与材料的物理性质和几何尺寸有关。

对于给定的霍尔元件,KH为定值,霍尔电动势的大小仅与施加的控制电流和垂直于薄片的磁场强度有关。当控制电流一定时,霍尔电动势仅与磁场强度有关。通过测量霍尔电动势可以检测磁场信号,传感器结构示意图如图2所示[14]。

2.2 基于非接触式信号获取方法的故障选线和定位

目前我国配电网中,大多中压配电所的出线以电缆转架空线形式,也有许多变电站以架空出线为主。在架空出线中一般只装设两相电流互感器,无法获取零模电流信号。在架空线路出口处、三相线路下方安装磁场传感器获取馈线出口处的暂态零模电流信号,利用幅值、极性、流向等故障特征可以选择故障线路。

在架空线路沿线支撑线路的杆塔上安装磁场传感器,感应线路下方磁场获取零模电流信号,通过有效的故障判据,提取故障特征,根据故障点两侧故障特征的不同可以定位故障区段。

该方法可以兼顾成本和实用性,与高压线路存在较大的电气安全距离,安装维护时不需要停电,提高了安全性。

3 关键技术问题的解决

(1)传感器的安装

水平方向:当检测点在水平方向靠近线路时,磁场强度最大,因此,传感器安装位置应在水平方向上尽量靠近线路正下方,即三角形或者水平排列线路的中间相正下方。

垂直方向:由于检测点较低时,线路下方磁场主要为磁场水平分量,传感器安装时应使水平磁场垂直于半导体表面。因此,综合考虑信号的强度、精度以及工程应用的安全距离,安装高度在线路高度的1/2附近较为合适,也可根据实际情况确定安装位置,总之在安装高度上有较大的安装区间。

由于利用电磁感应原理,传感器应远离导磁物质,尽量选取周围没有其他电磁干扰的位置作为安装点。

(2)恒流源供电

根据霍尔效应的原理,当输入电流一定时,霍尔传感器输出的霍尔电动势仅由外部磁场强度唯一确定,输入电流对磁场测量的准确性起到至关重要的作用。因此需要使用恒流源为霍尔元件提供恒定的电流,以减小测量误差。

(3)传感器的温度补偿

传感器一般安装在户外,温度变化较大,霍尔元件是半导体,因其迁移率、浓度与温度变化明显,所以霍尔元件对温度很敏感。KH会随温度的变化而变化,UH有明显的温度特性,所以必须对温度进行补偿。可以使用恒流源补偿、利用输出回路负载进行补偿、利用输入回路的串联电阻进行补偿、利用热敏电阻及电阻丝等方法进行补偿。

(4)抗干扰性能的提高

空间广播、电视、通信等辐射较强的电磁波,这些高频电磁波信号都在1 MHz以上,与使用的暂态信号频率相差很大,可以通过硬件和软件滤波的方法滤除影响。可采用小波及小波包等方法滤除干扰,提取有效信号,提高装置的抗干扰性能。

4 仿真验证

4.1 仿真模型

一典型10 k V配电系统,线路正序阻抗为Z1=0.17+j0.38Ω/km,正序对地导纳为b1=j3.045μs/km,零序阻抗为Z0=0.23+j1.72Ω/km,零序对地导纳为0b=j1.884μs/km,各条线路等效负荷阻抗统一选用lZ=400+j20Ω。线路长度详见图3所示。三相线路成“正三角形”排列,底边离地面高度10m,导线两两间距0.8 m,导体截面半径0.003 3 m。

为验证波形的相似性,根据式(15)求取两波形的相关系数。

式中:i01、i02分别为相邻两检测点的暂态零模电流;采样起始点n=1为故障发生时刻,n为采样序列;N为数据长度;相关系数ρ反映了两个固定波形i01(n)和i02(n)的相似程度,当两个信号波形完全相似(成比例关系)时,ρ取得最大值1,完全不相似(无关)时,则为0。

4.2 仿真1——不同检测点高度

接地电阻5Ω,故障发生在相电压峰值时,检测点离地高度分别为2 m、4 m、5 m、6 m、7 m的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表1所示。检测点离地高度5 m时的暂态水平磁场与暂态零模电流波形如图4所示。

4.3 仿真2——不同接地时刻

接地电阻5Ω,检测点离地高度5 m,电压初相角为30º、45º、60º、90º时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表2所示。

4.4 仿真3——不同接地电阻

检测点离地高度5 m,电压初相角为90º,接地电阻5Ω、50Ω、500Ω、1 000Ω、2 000Ω时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表3所示。

通过仿真可以看出,在不同的情况下,线路下方暂态磁场与暂态零模电流信号相似程度很高,接近1,基本成比例关系。

5 实验验证

由于现场试验条件限制,作者在实验室进行了试验验证。用隔离变压器代替系统电源部分,模拟中性点不接地系统,系统为5条出线。用集中电容代替各线路对地分布电容,各条出线的对地电容分别为:C1=30μF,C2=40μF,C3=15μF,C4=10μF,C5=20μF。变压器原边电压为380 V,副边电压为115 V。各出线三相线路成“水平”排列,导线间距0.5 m,传感器安装在各出线正下方1 m处检测线路下方磁场。出线5发生小电流接地故障时,利用高速数据采集装置获取的各传感器的输出示意图如图5所示。

通过实验可以看出,故障线路下方的磁场传感器输出信号幅值最大,极性与健全线路相反,可以利用其实现故障选线。

6 结论

通过上述分析,可得到如下结论:

(1)架空线路下方水平磁场与小电流接地故障零模电流信号近似成比例。

(2)利用霍尔传感器可以感应线路下方磁场获取小电流接地故障零模电流信号,利用该信号可实现小电流接地故障选线与区段定位。