应用与分析

应用与分析（精选12篇）

应用与分析 篇1

一、引言

过去几年中, 用户在应用上进行了大规模的投资, 但随着应用的不断深化, 如何保障应用系统能够稳定、高效率地运行, 越来越受到用户的重视。

IDC的统计数据显示, 40%的性能问题可归因于应用或应用相关的原因, 所以对应用进行优化是提高应用稳定性和应用服务持续运行能力的有效途径。

二、应用性能面临的挑战

根据应用对业务的重要程度, 一般可把应用分为关键应用和一般应用。关键应用指对业务运行起决定作用的应用部分, 比如大型的SAP、商业银行Core Banking、电信BOSS系统等。关键应用对性能有较高要求, 性能下降往往对业务造成巨大损失。目前很多大型关键应用面临如下几个挑战, 这些都可能导致应用性能问题。

(一) 处理能力不匹配

大型应用系统结构复杂, 各功能模块分布在相对独立的子系统, 通过多个子系统再组合成多环节、长交易链条的完整的应用, 很容易出现某个环节与其他环节的处理能力不匹配导致性能瓶颈, 此类应用性能问题经常发生且难于发现和定位。

(二) 新产品程序缺陷或测试不充分

业务快速发展和创新导致业务需求的多变性, 业务需求的不断变化导致应用系统需要不断进行功能迭代升级, 新开发投产的功能往往由于程序缺陷和测试不充分而存在性能问题。

(三) 变更中配套工作无法顺利衔接

业务的高速发展导致需要经常对基础软硬件平台进行升级、扩容和迁移, 对应用进行大规模的基础设施变更往往会由于评估不充分、配套工作衔接不好导致性能问题。

三、应用性能管理模型

(一) 应用性能管理功能

应用性能管理 (APM) 主要指对关键业务应用进行监测、优化, 提高应用可靠性和质量, 保证用户得到良好的服务。企业的关键业务应用的性能强大, 可以提高企业竞争力, 因此应用性能管理的重要性日益得到企业认可。应用性能管理主要功能如下。

1. 监测关键应用性能

通过业务处理过程监测、模拟等手段真实测量用户响应时间、业务的使用频率以及用户所进行的业务处理过程是否成功完成。

2. 快速定位应用系统性能故障

通过对应用系统各种组件 (数据库、中间件) 的监测, 迅速定位系统故障, 如发生数据库死锁和中间件线程池满等问题。

3. 优化系统性能

分析业务处理过程中的瓶颈点和应用系统各组件占用资源情况, 中间件、数据库执行效率, 根据业务对应用系统性能要求分析优化, 确保应用系统提供好的服务质量。

(二) 应用性能管理模型

为推动应用性能管理的发展, Gartner从5个维度定义了应用性能管理模型, 包括最终用户体验监控、交易事务追踪、应用组件发现和建模、应用组件深入监控、应用性能数据库功能 (如图1所示) 。前4个维度记录端到端应用行为的具体而又全面的视图, 最后一个维度则涉及与前4个维度相关的极大数据集的实时和历史关联, 以及对这些数据集的分析。

1. 最终用户体验监控

采用非入侵的方式 (低性能损耗) 在异构环境中跟踪最终用户真实体验, 让运维人员在不直接访问应用程序的情况下, 准确了解应用程序运行状态和从最终用户的角度来看关键交易路径性能, 把真实的数据反馈给应用软件研发测试团队。

此维度的所采用的技术方案的关键点是如何采集用户使用的功能和执行这些功能时的体验情况 (成功率、响应时间等) 。目前主要有4类技术: (1) 基于综合事务的软件机器人; (2) 基于装置的网络连接式数据包捕获与分析系统; (3) 基于代理的端点测试系统; (4) 针对Vo IP和其他基于IP的复杂服务的专用系统。

2. 交易事务追踪

通过跟踪分析关键交易的逻辑执行顺序, 在物理、虚拟或云环境中的复合IT应用中进行阻断与隔离, 快速识别和隔离应用系统可用性和性能问题。

此维度采用的技术方案在用户自定义事务处理穿越应用堆栈和一些支持该应用的基础架构元素时, 对事务开展跟踪, 实现自动的业务交易映射和7×24的全面覆盖。交易事务追踪支持交易追踪代理和无代理技术, 无代理的追踪可快速部署到整个IT基础设施和IT应用服务上, 实现每笔交易的追踪功能;交易追踪代理, 当需要更深入的信息, 可以选择性地部署交易追踪代理提供更多的数据采集与可视化。

3. 应用组件发现和建模

快速识别复杂IT应用组件和自动映射交易路径显示交易拓扑结构, 加速故障定位与修复。在执行用户自定义事务处理的时候, 应用组件发现与建模能发现哪些软件和硬件组件被使用, 以及在支持用户自定义事务执行路径时组件的彼此调用关系。

此维度采用的技术方案是3种不同技术的混合:IT服务依赖度映射工具, 用于发现不同类型通信数据如何在不同类型的物理和虚拟基础架构元素之间流动;事务概况快照分析, 根据交易事物追踪技术生成的结果来进行构建;SOA拓扑图。

4. 应用组件深入监控

用于诊断和修复应用程序的性能问题, 帮助确定性能问题的根本原因, 加速修复过程, 尽量减少对业务的影响。

此维度采用的技术方案是通过对一些关键组件 (包括数据库管理系统、应用中间件、消息中间件、应用堆栈框架、网络基础架构等) 的深入检查, 以及线程状态、资源等待、线程堆栈内容和代码的分析, 确定交易缓慢或失败的原因。

5. 应用性能数据库功能

基于性能管理数据库 (PMDB) , 实现积极主动的应用性能管理, 支持性能预测、趋势和容量的分析, 帮助运维人员及早进行性能分析预测, 在应用性能出现瓶颈之前发现并提前作出响应, 解决问题, 提高性能和优化利用资源。

此维度采用的技术方案是通过大数据技术对前4个维度积累的大量历史数据加工分析, 对客户感知、业务运行和应用组件等进行性能预测, 找出应用性能的运行规律和变化趋势, 为应用系统的扩容优化提供科学依据。

四、应用性能管理目标

五维度应用性能管理模型对应用性能管理的要点和方向给出了完备的定义和指导, 基于这些定义, 结合银行业应用系统运维需求, 可设定以下应用性能管理方案的目标。

从用户的角度感知应用的性能, 实时观测用户对应用的真实感受, 重点关注业务响应时间、业务成功率两方面。

从业务 (交易) 的角度感知应用的性能, 实时对业务处理逻辑的各环节实时监测, 及时发现各处理环节出现的性能问题, 重点关注各业务环节的处理效率、处理处理量、堆积量。

对应用组件深入监控, 包含网络、存储系统、操作系统、数据库系统、中间件层、应用层、Web层等, 并对各层应用组件的监控结果建立关联关系, 重点关注各应用组件的异常运行和性能表现。

自动发现应用拓扑发现应用组件以及应用组件之间的依赖关系, 将应用拓扑、应用组件的事件、性能数据统一集成为一个整体管理。

面向实际的运行环境, 根据一定频率采集的用户实际体验、业务交易与应用组件的性能数据, 预测应用问题发生, 实现主动式管理, 并能够为管理人员提供短期和长期应用运行报告, 进行趋势分析和容量规划。

在统一的视图中展现业务、应用组件的性能, 可以直观、快速从监控检测出应用性能问题。

在7×24安全运行的生产环境, 及时发现可能引起应用性能问题的各类事件, 并应用组件的映射关系, 用于快速判断问题的影响程度和问题的根源分析定位。

五、应用性能管理方案

基于上述目标和各APM厂商的一些产品, 我们提出如下技术方案。在该技术方案中, 整体分为4层, 每一层的功能定位和实现方式各不相同, 后续逐一给出描述。系统技术架构图如图2所示。

(一) 被管应用对象层

这一对象层包括组成应用硬件、基础软件、应用软件以及业务和客户体验等部分, 是应用性能管理的对象。

(二) 应用对象管理平台层

针对各种被管理应用对象的监控管理平台, 对于不同的被管理对象, 需要选择特定的管理工具。结合需求以及各厂商产品情况, 方案设计中给出的建议如下。

1. 客户体验监测平台

实现从最终用户的角度感知应用性能, 及时发现应用性能问题。目前应用最为广泛的解决方案主要有Oracle公司RUEI (Real User Experience Insight) 和Compuware公司的EUEM (End-User Experience Monitoring) 。

2. 业务与应用监测平台

实现应用软件、业务和交易级别的监控, 从业务和交易路径的各环节的处理效率分析应用性能问题, 找到业务路径中的瓶颈。目前应用较为广泛的解决方案主要有IBM公司的ITCAM、Compuware公司dyna Trace、天旦公司的Cross Flow BPC、华青融天公司的EZSona、融信易安公司的IT应用监测分析平台等。

3. 应用组件监测平台

实现主要基础应用组件的监测和分析, 从存储、操作系统、数据库、中间件的角度去发现观察, 找出可能影响影响应用性能的各种潜在问题。目前应用较为广泛的解决方案主要有IBM公司TIVOLI和BMC公司Patrol等。

4. 应用组件依赖关系管理平台

实现应用组件的自动发现, 互相调用关系管理, 交易路径及交易拓扑识别与映射。目前应用较为广泛的解决方案主要有IBM公司TADDM和BMC公司的ADDM以及HP公司的UD。

(三) 数据汇聚层

将应用对象管理平台层捕获的应用性能数据、配置数据、事件数据标准化, 并分类统一存储管理, 作为数据分析与展现层的数据来源。目前一般使用数据库技术、数据库仓库技术等实现数据的存储。

(四) 数据分析与展现层

对可能影响应用性能的各种数据通过特定的数据模型进行加工分析, 形成经过量化的用于展现的应用运行状况的各种图表、仪表盘、应用拓扑等, 提供给应用的管理和维护人员。具体包括以下3部分。

1. 应用事件管理平台

管理应用对象所发生的可能影响应用性能的事件, 并进行关联分析, 作为7×24运行监控的重要平台之一, 用于快速定位产生事件的应用对象。

2. 应用展示平台

在应用拓扑上以可视化的方式统一展示性能数据、事件数据, 作为7×24运行监控的展示平台, 辅助运维人员定位应用性能问题根源和评估影响度。

3. 应用性能平台

通过数据模型分析性能数据, 对客户体验、业务交易、应用组件的性能进行预测, 用于应用性能评估和规划。

六、总结

本文通过分析应用性能面临的挑战, 深入理解应用性能管理的五维度管理模型, 并结合实际运维需求设定实用的应用性能管理目标, 设计出应用性能管理技术方案, 并对技术方案的框架和功能进行了详细介绍。

应用与分析 篇2

数学与应用数学毕业去方向一般有两个

一、就业就业的方向有金融类企业、软件公司、教师

二、考研

考研的选择有两种，即本专业考研，跨专业考研。

下面就两个行业为例分析

1、商业性质的银行，其中包括中国工商、建设、农业银行等四大行和招商等股份制商 行、城市商业银行、外资银行驻国内分支机构；

2、保险公司、保险经纪公司，如中国人寿、平安、太平洋保险等；

3、中央人民银行、银行业监督管理委员会、证券业监督管理委员会、保险业监督管理委员会；

4、金融控股集团、四大资产管理公司、金融租赁、担保公司；

5、证券公司，含基金管理公司；上交所、深交所、期交所；

6、信托投资公司，金融投资控股公司，投资咨询顾问公司.大型企业财务公司；

7、国家公务员系列的政府行政机构，如财政、审计、海关部门等；

8、社保基金管理中心或社保局；

9、一些政策性银行，比如国家开发银行、中国农业发展银行等；

10、上市（或欲上市）股份公司证券部、财务部等；

11、高等院校金融财政专业教师，研究机构研究人员，出版传播机构等。

中国工商银行股份有限公司

中国工商银行是中国五大银行之首，世界五百强企业之一，拥有中国最大的客户群，是中国最大的商业银行。中国工商银行是中国最大的国有独资商业银行，基本任务是依据国家的法律和法规，通过国内外开展融资活动筹集社会资金，加强信贷资金管理，支持企业生产和技术改造，为我国经济建设服务。

一、招聘机构

中国工商银行浙江分行

二、招聘条件

（一）具备良好的道德品质、较好的适岗能力或潜力。

（二）境内院校应届毕业生须具有全日制普通高等院校大学本科（含）以上学历、学位，在2014年8月前毕业，报到时须获得国家认可的就业报到证、毕 1

业证和学位证；境外院校应届毕业生须为初次就业的留学归国人员，具有大学本科（含）以上学历、学位，在2013年1月至2014年8月毕业，报到时须取得国家教育部出具的学历（学位）认证。

（三）具有良好的英语能力，相关条件如下：

1、大学本科毕业生，须通过国家大学英语四级（CET4）考试（成绩在425分及以上），或托业（TOEIC）听读公开考试630分及以上，或新托福（TOEFL-IBT）考试75分及以上，或雅思（IELTS）考试5.5分及以上。

2、硕士研究生及以上毕业生，须通过国家大学英语六级（CET6）考试（成绩在425分及以上），或托业（TOEIC）听读公开考试715分及以上，或新托福（TOEFL-IBT）考试85分及以上，或雅思（IELTS）考试6.5分及以上。

3、英语专业毕业生应至少达到专业英语四级（含）以上水平。

4、主修语种为其他外语的，应通过该语种相应的外语水平考试（如专业四级、八级等）。

5、以上外语考试成绩及证书报到时须在有效期内。

（四）熟练使用计算机办公系统软件，具有较强的学习与沟通能力及良好的团队协作精神。

（五）具体专业要求

以经济、金融、管理、计算机、法学等相关专业为主，适当招收理学、工学等专业学生。

（六）除上述条件外，应聘浙江分行本部应届毕业生须具有硕士研究生（含）以上学历、学位。

三、招聘岗位

本次招聘主要用于充实市场营销、产品支持、财务会计、国际业务、法律事务等银行业务类岗位以及软件开发、硬件维护等信息科技类岗位。新入行员工一般需经过柜面岗位锻炼。

四、工作地点

各地城区、县域，省分行营业部、各二级分行将根据行内需求统一调配。

分析：

高学历、高能力是进入大银行的必要条件。

浙大网新集团有限公司

浙大网新集团有限公司（简称“网新集团”）创建于2001年，原名浙江浙大网新控股有限公司，2006年初更名。中国工程院院士、浙江大学校长潘云鹤2001

2年－2005年亲任网新集团董事长。浙江大学为网新集团第一大股东。2005年，网新集团实现签约合同额近100亿元，实现销售收入逾60亿元。历年累计上缴税收超过7亿元，拥有近5000名员工。作为一家高校背景的高科技集团企业，网新集团采用战略控制型的集团管控模式。经过5年多的发展，初步形成了包括IT服务、机电总包、创新地产等三大业务单元的多元化经营格局。网新集团在财务管理、投融资管理、人力资源管理、国际合作和产学研管理、品牌和平台服务与管理等五大方面，为所属业务单元提供有力支持，推动相关公司成为所在行业的领先企业。同时，网新集团秉持“着眼国际化、整合高科技、服务大客户”的发展战略，紧紧抓住发展机遇，不断拓展集团的发展空间。

依托浙江大学雄厚的教学科研力量，构建产学研一体化的自主创新平台，网新集团实现了企业发展目标与国家意志的高度吻合。在国家重点发展的两大技术应用领域：环保和新能源技术，装备制造业和信息产业核心技术，网新集团已经成为相关行业应用的领导者之一。网新集团持续成功引进国外战略投资者，各项事业正全面走上快速健康的发展轨道。

软件工程师（银行方向)

1、计算机或相关专业本科以上学历；

2、熟练掌握JAVA或.net及Web应用开发等技术；

3、一年以上金融行业Java（必备）开发经验；有参与大型项目经历优先；

4、掌握oracle、DB2、SQL SERVER等关系型数据库的安装应用；

5、善于学习、思考、归纳总结，有较强的分析问题、解决问题的能力；

6、有较好的英语阅读、写作能力及较好的语言文字表达能力。

系统工程师

1、计算机或相关专业本科以上学历；

2、熟悉UNIX操作系统（AIX/HP-UX）及安装维护，熟悉小型机硬件维护；

3、熟悉掌握中间件（CICS、MQ、）的管理与维护，有使用中间件的相关开发经验；

4、熟悉COBOL/JAVA的基本应用开发技术，有一定编程功底；有较强的应用调试、故障分析能力；

5、熟悉嵌入式、u-boot开发，并能对嵌入式系统作出优化调整；

6、有IBM/HP操作系统（AIX/HP-UX）、中间件（CICS、MQ、）、数据库（DB2、Oracle）认证证书者优先。

Java工程师（银行方向)

1、计算机或相关专业本科以上学历；

2、熟练掌握JAVA、应用服务器及Web应用开发等技术；

3、一年以上金融行业Java（必备）开发经验；有参与大型项目经历优先；

4、掌握oracle、DB2、SQL SERVER等关系型数据库的安装应用；

5、善于学习、思考、归纳总结，有较强的分析问题、解决问题的能力；

6、有较好的英语阅读、写作能力及较好的语言文字表达能力。

COBOL软件工程师

1、计算机或相关专业本科以上学历；

2、具备一年以上Cobol项目开发经验，熟悉程序开发、测试的方法和技能；

3、熟悉Oracle或DB2数据库应用，了解MVS、UNIX系列操作系统及开发环境；

34、具备主机平台CICS、DB2、JCL应用开发经验者优先；

5、良好的学习能力、沟通能力及团队协作精神，能够承受一定工作压力。软件测试工程师

1、计算机或相关专业本科或以上学历

2、有一年以上的软件测试经验，热爱测试岗位；

3、熟悉软件测试流程和规范；

4、熟悉WEB的应用系统测试，参与过大型项目并承担其中某模块测试；

5、有一定的脚本开发能力；

6、优秀的学习能力与发现、分析并解决问题的能力；良好的团队合作精神与沟通能力。

总结

应用与分析 篇3

一个世纪以来，包括我国学者在内，世界各国学者分别从不同角度对纳西文化进行研究分析。然而，不论是国内还是国外，其研究角度大都局限于文化、宗教等方面，少有从视觉艺术角度与产品开发角度来分析的。文章将从纳西最具民族特色的的文字元素和色彩元素两个方面着手，分析纳西民族元素的视觉艺术价值与产品开发价值。

纳西象形文字的视觉意义

1.纳西象形文字的分类：

纳西族是一个很古老的民族，为古代羌人的一支。大部分聚居的丽江，处在藏文化圈的东南缘，纳西族创造出目前世界上仅存的仍在使用的象形文字，在纳西语中称为“丝究鲁究”，意为“写或画在木石上的符号”，最初象形文字的载体是以木或石头。纳西象形文字是纳西文化的精髓，主要分为分为两种：东巴文和哥巴文。

（1）东巴文

纳西象形文字最早是作为一种辅助记录宗教仪式的记忆符号而存在的，它来源于人们对现实生活意识形态的感悟。这种象形文字因为掌握在纳西族东巴教的祭司手中，故称为“东巴文”。主要被用于在东巴纸上书写经文，被认为是一种比甲骨文还要原始的文字形式。

（2）哥巴文

东巴文是世界上唯一的仍在使用的象形文字，兼备表意和表音两种成分；而哥巴文是一种音节文字，创制于东巴文之后。大多数哥巴字可以任意用于不同的声调，因而常常必须依赖上下文才能读出正确的字音。

纳西象形文字的图画性和轮廓性

纳西象形文字来源于生活，它所描述的就是人们生活中的动态情景，纳西先民们将某一情境下的动态记录下来，再将相似场景的动态进行特征的夸大与细节的简化的合并，使文字具有强烈的图案感和动态感。此外，纳西的象形文字具有一种形式之美。它运用了对称、对比、重复、均衡和运动的审美法则，使人在视觉上有种即视的美感。

由此可见，纳西象形文字这种具备强烈的图像性与轮廓新的视觉符号，作为一种能识别纳西民族特色的视觉象征，是作为产品设计再创作和开发是很理想的艺术载体。

纳西族色彩的象征意义

色彩在纳西族的民族文化中占有极为重要的一部分，是纳西民族文化的载体。并在纳西族民俗生活中表达着四方面的功能意义：图腾的功能、巫术的功能、区别的功能、审美的功能。

1.黑色与白色

在纳西语中，“纳西”就是“黑”的意思，在历史上，纳西族曾被称为“乌蛮别种”。他们崇尚黑色，在纳西语中，“黑”可以被引申为“高大、辽阔、壮、深、广”等积极意义，尚黑信仰源自古羌人的游牧文化。在对山水的命名习惯、族称、服饰等各方面仍保留着这一民族习惯。

又受到本教及藏传佛教中白教派的影响，纳西族也崇尚白色，这种黑白崇拜，在纳西人的服饰上有着深刻体现——纳西人的服饰虽不乏其它色彩，但是仍以黑白两色为主。

2.红色

在众多色彩中，红色作为一种具有驱邪功能的颜色在纳西巫术中使用得最多。他们认为鬼、邪魔等害怕红色，所以主持各种道场的祭司都要身穿红色法衣，以增强法力，保护自身不受鬼魔之害；他们还将牦牛尾染红挂在屋内，用以驱邪避魔。除了驱邪避魔外，红色还代表着喜庆吉祥。

3.灰色

灰色在纳西语中是指草木燃烧后的颜色，与火相关，所以也具有一定的驱邪功能。但是纳西族使用灰色并不是用颜色，而是和使用灰联系在一起的。比如为防蛇虫在家周围撒上灶灰等。

4.五色

受到汉族五行相生相克理论的影响，纳西人认为所使用的色彩不能与自身属相及所在方位发生冲突。在纳西族，五色是指黑、白、黄、红、绿（蓝、青）五种颜色，它们往往作为一个色群在巫术中使用多，代表着金、木、水、火、土五行，多用于民俗仪式。纳西族人认为五行是人的根本，人死后又将还原为五行。所以，五色作为五行的代表色，拥有着比红色更为强烈的驱魔辟邪的力量。从视觉艺术的角度来看，纳西的五色的冷暖对比和所呈现的视觉效果是产品设计理想的创作素材。

具有纳西元素生活产品开发现状

随着丽江市旅游业的发展，纳西族传统文化进入快速消退的现状。特别是从生活用具来看，千百年来的具有纳西民族特征的传统生活用具由于制作工序复杂逐渐被大量的现代化产品取代，作为纳西民族生活的一部分，也是纳西精神文化的载体，这种现状将最终导致纳西民族文化的残缺，因此挖掘纳西族文化作为创作元素，开发具有民族特色的生活产品对传承纳西文化来说显得尤为重要。

根据前期调研情况来看，以梳妆用具为例，目前市面销售的梳妆用具主要以模仿牛角骨为主，造型延续牛角骨肌理与自然造型，整体呈现造型形式千篇一律的现状，忽视了旅游产品开发地域性特征，本课题延伸纳西民族元素的当代视觉意义，从梳妆用具的功能与审美的角度，开发一套具有纳西民族风情的新型梳妆用具。并思考纳西民族元素对旅游产品的开发的影响，研究纳西视觉元素转化为梳妆用具造型要素的设计方法，从而拓展纳西民族视觉元素的实用价值，发扬纳西民族文化的社会意义。

（作者单位：大理大学艺术学院）

指导教师：肖振萍，讲师，大理大学艺术学院。

文件加密与解密算法的分析与应用 篇4

1.1 文件加密与解密算法应用的意义

随着因特网、全球贸易和其它活动的增长, 密码技术越来越多地用于个人的标识和认证等, 它是取得信息安全性最有效的一种方法, 是信息安全的核心技术。通过数据加密, 人们可以有效地保证通信线路上的内容不被泄露, 而且还可以检验传送信息的完整性。

对称密码算法主要用于保证数据的机密性, 通信双方在加密解密过程中使用它们共享的单一密钥。最常用的是数据加密标准 (DES) 算法, 但由于DES的密钥长度较短, 不适合于数据加密安全性的要求。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构, 在该循环中重复置换和替换输入数据。

本文在研究分析了AES加密原理的基础上着重说明了A E S算法实现的具体步骤:扩展密钥的异或运算、列变换、行变换、S盒变换等, 以及各步骤的轮换顺序、密钥扩展程序Key Expansion、优化等。

2 加密/解密算法的原理分析[1]

2.1 原理

对于AES算法, 输入分组、输出分组、状态长度均为128比特。Nb=4, 该值反应了状态中32位字的列数。对于AES算法, 密钥K的长度是128、192或256 bits。密钥长度表示为Nk=4、6或8, 反应了密钥中32位字的个数。对于AES算法, 算法的轮数依赖于密钥长度。将轮数表示为Nr, 当Nk=4时Nr=10;当Nk=6时Nr=12;当Nk=8时Nr=14。对于加密和解密变换, AES算法使用的轮函数由4个不同的以字节为基本单位的变换复合而成。

(1) 字节替代, 利用一个替代表。 (2) 将状态矩阵的每一行循环移位不同的位移量。 (3) 将状态矩阵中每一列的数据进行混合。 (4) 将轮密钥加到状态上。

2.1.1 S盒变换:对输入矩阵的任一个元素A做如下变换S[A]

(1) 一个元素A从存储角度看都是一个8位的二进制数。算出前4位所代表的十六进制数x和后4位所代表的十六进制数y。 (2) 从AES算法给定的S-Box中找出S[A]=S[x, y]的值。

2.1.2 行变换:Shift Rows () 是一个置换操作, 它将State矩阵中的字节向左旋转

2.1.3 列变换:列变换是对中间状态矩阵State逐列进行变换

3 算法的具体应用与实现

3.1 加密算法

加密算法是一个循环的过程, 过程如下:128位数据分组→与扩展密钥的异或运算→S盒变换→行变换→列变换→与扩展密钥的异或→S盒变换→行变换→与扩展密钥的异或→输出128位数据。

(1) 使用Sub Byte () 函数依据S置换表对状态矩阵State[4][4]中的数字进行置换。 (2) 使用Shift Row () 数对状态矩阵State[4][4]中的各行数据进行循环移位运算。加密时, 要结合密钥扩展所得的数据对文件进行加密。加密过程简要如以下几点。

(1) 第0轮加密。本轮加密是将状态矩阵State[4][4]中的16字节数字与密钥扩展数组中的w[O]~w[3]这16字节数字进行异或运算。得到16字节新的数字, 这些数字存放于状态矩阵State[4][4]中取代原来的数据。 (2) 第l~9轮加密。设轮数为k。程序执行当中首先对状态矩阵State[4][4]使用Sub Byte () 函数将矩阵中的数字进行置换。再次对置换后的状态矩阵使用Shift Row () 函数将矩阵中相应行中的数字进行移位。再次对移位后的状态矩阵使用Mix Colunms () 函数, 利用上述的列混合运算公式对状态矩阵中的数字进行运算, 得到一个新的状态矩阵。最后将经过列混合运算之后的状态矩阵与密钥扩展数组中w[4k]~w[4k+4]的数字进行异或运算, 将所得结果存入状态矩阵中, 至此一轮加密完成。 (3) 第10轮加密。第10轮加密不进行列混合运算, 其他部分与第l~9轮加密相同。经过第0~10轮加密后所得到的状态矩阵State[4][4]便是实验所需要的密文。

3.2 解密算法

解密算法是加密算法的逆过程, 具体解密过程如下:128位数据分组→与扩展密钥的异或运算→反行变换→反S盒变换→与扩展密钥的异或→反列变换→反行变换→反列变换→与扩展密钥的异或→输出128位数据。得到的解密算法中, 各个变换的操作顺序与加密算法不同, 但密钥编排形式相同。

3.5 实现方面的问题

(1) 密钥长度要求。AES算法的实现至少需要支持第3节中描述的3种密钥长度:128, 192或256 bits。实现可以选择支持两种或三种密钥长度, 这将促进算法执行的互用性。 (2) 密钥限制。对于AES算法没有发现弱密钥或半弱密钥, 所以对密钥选取没有限制。 (3) 密钥长度, 分组大小和轮数的参数化。该标准明确地定义了密钥长度 (Nk) , 分组大小 (Nb) 和轮数 (Nr) 允许的取值。然而, 该标准的未来版本可能包括对这些参数允许取值的改变或增加。因此, 当实现者设计AES的实现时可以选择将未来的变化考虑在内。 (4) 针对不同平台的实现建议。很多情况下, 实现的可变性可能会提供更好的性能或其它优势。当给定相同的输入密钥和数据时, 任意与该标准说明的算法得到相同输出的实现都是可以接受的AES实现。

4 结语

新的AES将无疑成为加密所有形式电子信息的事实上的标准, 其在某种意义上是牢不可破的, 因为没有已知的密码分析攻击可以解密AES密文, 除非强行遍历搜索所有可能的256位密钥。随着科学技术的高速发展, 文件加密与解密技术的重要性日益突出, 本文中主要将AES加密算法进行了研究和应用。Rijndael作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、等优点。AES将会更加广泛地应用于其它行业, 不久的将来它也会被新的加密算法代替。

摘要：随着信息社会的到来, 人们在享受信息资源所带来的巨大的利益的同时, 也面临着信息安全的严峻考验。信息安全已经成为世界性的现实问题, 已威胁到国家的政治、经济、军事、文化、意识形态等领域, 同时, 信息安全问题也是人们能否保护自己的个人隐私的关键。信息安全是社会稳定安全的必要前提条件。解决信息安全的方法是加密, 所以加密解密就显得日益重要。本课题重点研究常用文件加密解密算法的基本思想及实现过程中所用到的方法、技术。同时对公钥密码体制和私钥密码体制进行了分析和研究, 并对公钥密码体制和私钥密码体制的代表AES算法和DES算法进行了研究和比较, 最后结合常用算法设计实现了简易加密解密应用软件。

关键词：解密,文件加密,密码体制,DES,AES

参考文献

[1]陈运.信息加密原理[M].成都:电子科技大学出版社, 1990.

[2]加密解密技能百练丛书[M].中国铁道出版社, 书号 (71130585) .

行道树的应用与养护分析 篇5

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摘要：城市绿化是一门新兴的环境产业，是提高环境质量，提升地区的物业价值，改善居住条件，造福人民。行道树已融为城市形象的一部分，从实用、景观及生态等角度考虑，一座城市的行道树应是将“实用、景观、生态”三者有机结合，而不是行道树单一或太过复杂。选择行道树时，一般都考虑有较强的抗性和适应性, 生长力强、修剪量小、养护管理粗放的树种,同时有一定的抗有毒气体的能力。

关键词：行道树悬铃木女贞新行道树种养护管理

城市道路绿化对改善道路生态环境，保证行车安全，美化道路景观，有着重要的作用。而道路环境的特殊性又影响着道路绿化苗木的成活、生长、成型以及保存，本文提出一些针对道路绿化养护管理的方法和措施,以期通过总结经验,能够对以后的城市道路养护管理工作起到指导的作用。

一、行道树的作用

（一）、行道树是沿道路两旁栽植的成行的树木。行道树的主要栽培场所为人行道绿带，分车线绿岛，市民广场游径，河滨林荫道及城乡公路两侧等。理想的行道树种选择标准，从养护管理要求出发，应该是适应性强、病虫害少，从景观效果要求出发，应该是干挺枝秀、景观持久。行道树的定干高度，在同一条干道上应相对保持一致，在路面较窄或有大型车辆通过的地段，以3至

3.5m以上为宜。在较宽的路面或步行商业街上，可降至2.5至3.0m，分枝角度小的树种可适当低些，但也不能低于2m。树体大小尽可能整齐、划一，避免因高低错落不等、大小粗细各异而影响审美效果和带来管理上的不便。某种程度上，行道树已融为城市形象的一部分，从实用、景观及生态等角度考虑，一座城市的行道

树应是将“实用、景观、生态”三者有机结合，而不是行道树单一或太过复杂。

（二）、选择行道树时，一般都考虑有较强的抗性和适应性,树干高直、冠大、荫浓、姿态匀称、生长力强、修剪量小、养护管理粗放的树种,同时有一定的抗有毒气体的能力，具有滞尘抗烟的功能，能吸收二氧化硫。

二、城市道路绿化环境的特殊性

（一）、城市道路绿化苗木的种植环境主要是中央分割带和行道树,其特点是：土质坚硬、杂质多、土壤污染严重、种植面积相对较小等特点;行道树的种植成排成行，树种较为单一，易受气温和湿度的影响,易发生病虫害。

（二）、融雪剂对城市道路绿化的影响问题：

每年冬季的融雪剂是造成行道树大量死亡的一大杀手。通过对融雪剂对行道树影响的调查，每年至少几千株植物失去生命。每年都进行大量的补植，浪费了大量的人力、物力、财力，对国家造成了重大的经济损失,并造成土质的恶化。

三、郑州市的行道树

（一）、行道树现状

郑州市的市树是悬铃木。悬铃木在郑州已经“生活”５０多年，成为主要的行道树种。悬铃木树干高大，枝叶茂盛，生长迅速，易成活，耐修剪，所以广泛栽植作行道绿化树种，也为速生材用树种；对二氧化琉、氯气等有毒气体有较强的抗性。危害悬铃木的主要有星天牛、光肩星天牛、六星黑点蠹蛾、美国白蛾、褐边绿剌蛾等害虫。悬铃木树形雄伟，枝叶茂密，是世界著名的优良庭荫树和行道树,有“行道树之王”之称。但作为行道树不应品种单一，所以在以后的绿化中不要将悬铃木作为行道树的唯一选择。

（二）、新树种的应用

秋冬季节，百花凋零，放眼望去没有一点绿色，在道路两旁往日枝叶繁茂的行道树此时也是光秃秃的，没有一点生机。但对于常绿

树种来说却不存在这种情况。所以在行道树种的选择应用上应优先考虑常绿树种的应用。目前在郑州地区运用比较稳定的常绿树种是女贞。所以在以后的城市绿化中，女贞应作为新的行道树树种加以运用。促进郑州地区行道树树种的多样性，同时开辟新的绿化途径。

（三）、女贞的生态习性

女贞，木犀科女贞属，耐寒性好，耐水湿，喜温暖湿润气候，喜光耐荫。为深根性树种，须根发达，生长快，萌芽力强，耐修剪，但不耐瘠薄。对大气污染的抗性较强，对二氧化硫、氯气、氟化氢及铅蒸气均有较强抗性，也能忍受较高的粉尘、烟尘污染。对土壤要求不严，以砂质壤土或粘质壤土栽培为宜。所以，女贞很适合作为行道树。

（四）、为了解决行道树种单一的情况，要尽可能的运用生长较稳定的适合作为行道树的树种，女贞作为行道树有很大的应用空间，所以女贞应作为新行道树种最佳选择。

四、城市道路绿化树木养护的措施

(一)冬季养护管理

1、缠树干的措施:例如行道树对法桐落叶乔木冬季防寒处理用所料布缠裹树干，把树干包严，再用草绳缠上，即保湿又防寒，再用地膜把树根部保温防寒，使次年的法桐成活率达到99%。

3、对根颈培土，盖地膜：在绿带内的河南桧、玉兰等苗木，灌完冻水后在树木整个树坑内覆盖地膜，然后根颈培土20—30cm的土堆。利用细土将四周培实。这样既能防止冻伤植株根系，同时又能减少水分蒸发。

4、覆土封垄：对当年新栽植月季，在灌完冻水后覆盖30—40cm的土堆，一般不做修剪，过早的修剪会导致“烧条”现象，一般待来年开春后再进行修剪。

5、树干涂白防冻：这是行道树冬季防寒、防病的一项重要工作，特别是新植落叶乔木，涂白时间一般在10月下旬至11月中旬。涂白的配比度为：水：生石灰：硫磺粉：盐=40：10：1：0.5。高度一

般1.2m。同一路段区域高度一致，可以达到整齐美观的效果。

(二)、春季养护管理

1、在春季苗木管理，防寒材料不可突然式过早拆除，要采用逐渐过渡的办法，防止苗木的不适应。保温棚拆除根据天气，为了以免使树体遭受风害，提前在保温棚东南侧打孔放风，待树木适应后在全部拆除。

2、浇水、施肥：春季管理以增加地温，适时浇足春水和增施有机肥为主。通过树木的浇水、施肥，能使树木增加抵抗病害的能力，还利于生根。实际中，行道树施肥可采用棒肥，是在树池四周用钉子打孔，埋入棒肥，可起到追肥的作用。

(三)夏季养护管理

1、夏季的养护管理，注意水肥管理，同时道路中心隔离带和绿化带中色块的造型修剪，一般结合一年两次的养护大检查及五一、十一来进行修剪整理。

2、夏季的养护主要以病虫害的防治为主，由于行道树受小气候多样性、人口密集的影响，病虫害的发生时间不齐，不易防止。同时防治过程中还得考虑对人对环境的影响，以及对植物天敌的保护。近几年来，一直在推广使用生物防治，如：采用新性引诱剂防治叶柄小蛾、苏云金杆菌防止天蛾，灭幼尿防止尺蠖等都取得了很好的效果。

(四)秋季养护管理

秋季的养护管理工作，主要是合理浇冻水和施肥。合理的冻水即能保证植物的地上部分吸收充足的水分又能保护地下根系抵抗干燥多风的冬季，有利于植物安全越冬和来年萌芽。浇冬水要根据天气变化不可过早浇灌，导致新芽徒长。在十月份减少浇水的次数，增加抗旱性。最后一遍冻水浇到结冰封冻为最佳。同时，秋季合理进行施肥，有利于促进植物的生长和树木的木质化，同样有利于植物的安全越冬和来年的生长，这就要选择好施肥的时间、种类和施肥量。

五、行道树的修剪问题

行道树主要以美化市容，改善城区的小气候、夏季降低温度、滞沉、遮荫为主要功能。行道树修剪需扩大树冠，优美了树形，调整纸条的伸展方向，调节营养物质的合理分配，抑制徒长等为目的，同时也是老树复壮，增加了保温遮荫的效果，防治病虫害的发生，增加通风透光主要手段之一。行道树的主要修剪时间一般在冬季。冬季修剪的方法主要有：截、疏、除蘖。行道树修剪是要设有专人维护现场，防止大枝砸伤行人和过往车辆。高压线附近作业要注意安全，必要时要请供电部门配合。行道树国槐既有典型的：三叉、六股、十二枝的冠型。分布均匀，夹角的枝条作主枝，其余分期剥芽、或疏枝。冬季对主枝留40—80cm。剪口芽留在侧面，经三到五年反复修剪即可形成杯壮树冠。如国槐大树对树木的内膛枝和过密的枝进行疏剪，达到通风透光，防止病虫害调整整个树形，并能阶梯式。保留上树枝，方便修剪作业，也使树形美观。在日常的养护生产中，树木与高压线的距离、和路口的交通设施的配合直接关系到行人和车辆的安全。每年的春季都将配合供电、交通、通讯进行安全排查。对高压线15米范围内的高大树木进行修剪,同时得对妨碍司机视线的交通标志信号灯位置的树木进行修剪。修剪过程中要保证安全信号清楚显现,保护行人和车辆的安全。

六、结束语

优美的城市环境，宜人的城市道路绿化是人对一个地区、一个城市的第一印象的重要组成部分，是人工艺术环境和自然生态相结合的再创造。养护管理好大面积的城市道路绿化环境，是我们每一个园林工作者的责任，但是面临的问题，需要我们在工作中不断的总结和摸索，寻找适合的措施和方法，为郑州的城市绿化作出自己的贡献。

参考文献：

①马晓：《郑州市银杏发展现状调查与分析》

②王永：《郑州市市树法桐浅议》

③王振超：《城市行道树绿化探讨——以郑州市为例》

智能视频分析系统设计与应用 篇6

关键词 智能化 视频分析 系统设计 监控

中图分类号： TP37 文献标识码：A

1 引言

进入21世纪以来，经济和社会的发展促使着人们不断提高安防意识，对于安防监控的业务需求不断增大，如何通过经济的、高效的、智能的和可行的技术手段来提高安防监控，保障公众安全和财产安全，成为了智能监控领域内普遍关注的热点问题。

传统的利用摄像头和录像监视设备组成的监控系统存在着诸多问题：例如需求操作人员进行查看和管理维护，只能作为事后取证的工具，无法解决快速报警、目标跟踪及定位等问题。智能视频分析技术是一种新的技术，是在视频监控系统发展到一定程度时市场自然提出的要求。

2 智能视频分析技术

智能视频分析技术属于模式识别技术的一种，就是指采用智能化的视频分析算法，利用计算机对视野范围内的目标的特定行为进行分析和提取，让计算机判断出这些个体进行了一些什么行为，进而可以判断这些行为是否符合某些规则，是否属于“某一类型”的行为，而这些类型的行为是应该提醒监控人员注意的“可疑行为”。当发现存在符合某种规则的行为（如定向运动、越界、游荡、遗留等）发生时，自动向监控系统发出提示信号，采取某种对应措施（如声光报警器报警）或通知监控人员进行人工干预等。智能视频分析技术实现用计算机“代替”人进行分析，也即实现了“自动分析”或是“智能分析”。

智能视频主要技术包括以下几个方面：

（1）目标检测

在视频监控系统中，目标检测处于智能分析的低层，包括动目标以及静目标检测，是各种后续处理的基础。

（2）目标跟踪

目标跟踪即对监控区域内的运动目标的轨迹进行跟踪，是目标监控的最基本的应用，也是其他事件监测的基础，处于智能视频分析的中层。

（3）目标分类和识别

属于智能视频分析的中高层。目标分类指根据检测到目标的形状、外观、轮廓等特征进行分类（如行人、车辆、动物等），目标识别指对目标的身份进行甄别，实际应用中，如人脸识别，步态识别，车牌识别等。

（4）视频内容分析和理解

属于高级智能视频分析，是真正实现监控智能化的关键。在上述低级处理的基础上，进一步对场景中的行为，复杂事件等进行分析和识别，并用自然语言等加以描述。其中最典型的是对场景中的运动目标特别是人的行为的理解和描述。

（5）系统设计

智能视频分析系统是以基于图像处理、模式识别技术的计算机视觉技术为核心，结合多媒体技术、计算机网络技术的一种主动监控分析系统。

本文中基于ARM Cortex的智能视频分析系统，旨在打造基于智能视频分析技术的成套安防报警管理系统解决方案。本系统借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，以数字化、网络化视频监控为基础，采用ARM Cortex嵌入式多任务系统技术、数字图像压缩/处理技术、智能视频分析等技术，提供了入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、烟火检测以及防尾随、人流统计和智能监控异常检测等功能。该系统中所做的智能视频分析能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。

本文中所设计的智能视频分析系统可以划分为几个子模块：

（1）ARM Cortex处理平台

实际应用环境中越来越复杂的算法带来了巨大的计算量，目前广泛应用在智能分析设备中DSP芯片计算能力有限，已经不能满足某些复杂算法的需要。并且无法植入嵌入式操作系统，无法成为一个独立的嵌入式终端。本系统采用TI公司的以ARM Cortex-A9为核心的OMAP4430处理器，该处理器具有双核对称处理器、1GHZ的运算速度。ARM NEON技术将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。本系统充分利用其对于图像处理的优化支持和开发工具，完成视频分析算法的移植和运行工作。基于ARM Cortex的硬件平台使用的关键技术包括核心芯片技术和ARM Cortex嵌入式实时多任务处理系统技术，以实现网路升级、许可证管理等各项功能，节约在更新换代时购置新设备成本。

（2）算法分析模块

运用数字视频处理技术与智能分析技术，对已有的算法进行改进，开发具有自主知识产权的智能视频分析算法，并使用VC6.0实现，完成入侵检測、围栏入侵检测、区域入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、车牌自动识别、人流（车流）统计、烟火检测、智能监控防尾随、智能分析之异常检测。

（3）视频传输与控制信号的架设

关键技术包括MPEG-4编码与解码；媒体数据传输和控制协议；SIP协议开发。RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输服务。在视频数据前插入包含有载荷标识、序号、时间戳和同步源标识符的RTP包头，然后利用数据报套接字（UDP）在IP网络上传输RTP包。RTCP负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。SIP服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP/RTCP可视为应用程序，集成于嵌入式终端的应用程序中。SIP协议开发是在摄像头所级联的嵌入式终端中，基于ARM实现SIP协议编程。

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（4）手持終端设备无线视频通信

在基于ARM Cortex的智能视频分析系统中，网络通讯是非常重要的一部分，无线视频通信技术，采用了基于IEEE 802.11b标准的无线局域网络，提供了宽带图像传输环境。采用了MPEG-4压缩技术，在高图像质量的前提下，可实现高压缩效率。本无线视频通信方案可有效地权衡视频通信中有效性和可靠性的矛盾，保证图像高质量和实时性强地传输。

3 应用前景

智能视频分析系统还属于新兴领域，根据权威的IDC报告称：智能视频分析系统在中国的市场普及率还未达到5%。目前国内智能视频分析系统已经应用于高速公路、地铁、商场、银行和住宅小区等场所，服务于安全防卫、交通管理或者行为分析等应用。随着安防发展的不断加快，人们的安全防范意识不断增强，将会对智能视频分析提出更高的要求。不同行业对于智能视频分析的要求是不同的，不同行业间检测行为类型与异常事件的特殊性也是智能视频分析技术研究中不得不面临的问题。智能视频分析技术只要结合行业实际应用，针对不同行业具体要求，满足用户需求，必然会在各行业中逐步显现威力。虽然目前智能视频分析技术对环境适应性有一定限制，但随着图像处理、图像分析以及计算机视觉等学科的发展，众多优秀算法的提出将使得智能视频分析更加智能。智能视频分析是监控领域最新的、最具发展潜力的方向，随着投入力量的不断增加，智能视频监控产品必定会有更加广阔的前景。

参考文献

[1] 蔡立公，浅析智能视频分析系统的设计[J]， 黑龙江科技信息，2011（30）.

[2] 陈冬冬，张曼琳，贾平，汪永强，智能视频分析技术在综合安防系统中的应用[J]，计算机系统应用，2011（5）.

[3] Gantz JF， Reinsel D， Chute C， et al. The expanding digital universe： A forecast of worldwide information growth through 2010. An Internet Data Center （IDC） White Paper，sponsored by EMC， 2010.

[4] 余莉琪，基于IVS智能视频分析在平安校园中的应用研究[J]，科技信息，2012年第33期.

[5] 肖沁雨，智能视频监控关键技术分析[J]，制造业自动化，2012（12）.

应用与分析 篇7

尽管近年来电力系统监测方式、控制手段不断升级,输电能力逐步增强,大停电的阴霾却始终未曾散去:1993年至2003年,仅美国就出现7 GW以上规模停电事故10次[1];在2003年北美“8.14”大停电到美国南加州、智利、韩国等大停电短短八年时间中,世界范围内出现类似事件数十起[2];我国近年也发生了数起由连锁故障引发进而引起局部地区停电的重大事件,如2006年“7.1”华中电网停电事故[3],此外,极端气候条件下的大面积元件停运也成为了无法回避的风险要素[4]。在物理现象上看,连锁故障往往是导致大停电逐步形成的元凶,这类由一系列事故连锁反应导致的大停电虽然属于极小概率事件,但对断电地区损害极大,经济损失动辄以亿元计。当前理论研究成果表明,大停电风险在机理上已被判定为无法绝对避免,并总是以一定概率存在于电力系统中[5],一旦满足触发条件,系统将进入难以挽回的临界状态[6]。从历次大停电事故形成过程来看,各类关联事件的相继诱发是其主要表现形式,故障由此得以快速扩散,并最终达到调度员无法进行有效控制的状态。连锁故障过程中众多关联事件的关键演变特征决定了系统最终的发展态势,也决定了事故最终影响程度[7]。而当前对电力系统连锁故障的分析并没有统一有效的理论框架,各种理论的基本原理与目的也不尽相同,已有的理论综述与技术展望或侧重阐述各方法细节流程,或未对算法的适用性作更多分析,或未曾考虑实际大停电事件对连锁故障分析方法研究的启示。因此,结合实际大停电案例,深入分析当前各类连锁故障模型优缺点及其对不同事故扩散形态的适用性十分必要。

本文系统性地研究了当前已有的连锁故障分析模型及其适用性。全文共分为两个部分,第一部分综述各类理论分析方法的主要特点,对其计算目标、理论缺陷、适用场景进行总结,对当前方法仍然缺少的功能进行梳理;第二部分以国内外若干实际发生的连锁故障为例,分析大停电事件的关键特征,并从中获取一些有助于规划决策、运方制定、调度防御领域的启示。所得结论有望为大型电网连锁故障理论分析方法提供较为清晰的发展脉络展望。

1 连锁故障的过程特点

1.1 连锁故障现象的物理特点

连锁故障往往起源于系统运行资源紧张(如重负荷、重要发/输电设备停运)情况下的某一个或一系列源发性故障(Initial Events),即N-k,进而引发具有时序特征的相继事件(Consequential Events),形式上形成N-k-1-1…-1,这些事件在因果上一般具有较强关联性,是一个伴随着低压、过载、保护频繁动作、解列、失稳、频率波动等系统响应的复杂交叠过程[8]。引发连锁效应的源发故障形式多样,如过载、保护误动、断路器内部故障、直流闭锁等,值得注意的是某些源发故障本身可能对系统冲击很小,甚至并不属于常规预想故障集,但随着各级助推因素最后演变成了难以控制的系统灾难。

结合连锁故障引发大停电的一般过程描述,本节进一步融入该过程的时间与防御控制特点,如图1和图2所示。

图1中,阶段1为源发阶段,出现难以预测的如机组意外脱网、线路跳闸与短路等源发性故障,导致系统偏离计划运行方式,在系统运行状态趋向恶劣时,采用必要、足量的控制措施以保证可靠的安全裕度是防御连锁故障发生的最有效方法。阶段2是连锁故障传播的主要发展阶段,体现为不同现象引发的快慢交替的相继开断,整体持续时间较长(通常为数十分钟),前期仍具有一定可观性与可控性。阶段3连锁故障末期,此时系统已严重偏离各类整定方式,调度员难以根据经验做出准确判断,仅能依靠第三道防线对电网进行自动控制,并极有可能出现大规模停电,也可能存在因控制策略得当,在损失一定负荷后系统被重新拉回稳定同步的乐观现象。图2则以具有代表性的2003年北美大停电为例(图中竖棒代表事件发生时间间隔),很好地描述了连锁故障起始、传播、崩溃的时序过程。由图可知,阶段1发生至阶段2出现历时22 min,阶段2前期也相对缓慢,是进行干预、缓解危机的最佳时机。进入阶段2后则难以组织有效控制。

1.2 连锁故障形成的内外因素

各种难以预计的内外因素共同交织作用,形成了事故扩散的驱动力。外部因素可以积极应对,但通常无法准确预测,主要包括:极端恶劣气候、异常负荷状态、严重故障、人为误操作等,这些因素的本质是直接或间接地增加了源发故障概率与形式[9];内部因素包括:设备运行可靠性不高、网架薄弱与结构不佳、保护整定错误或不正确动作、安全校核计算失准、元件过载未获及时疏导、安控策略设定不合理、预防或紧急控制措施不及时等。此外,随着电网互联程度加深,与大系统互联相关的控制参数设置欠妥或应急预案缺乏,也可能对故障扩大起到推波助澜的作用。例如,若区域电网的区域控制偏差ACE设置与网内重要机组AGC协调性较差,则易引发紧急情况下关键机组AGC无法有效调节甚至暂停控制,从而失去控制事态发展的最佳手段或时机。

值得关注的是,在连锁故障形成过程中,部分推动因素能提前知晓,如在慢过程中预判大致的潮流转移方向及程度、保护正确动作范围、重要断面安控逻辑等,但关键的意外推动因素如控制失灵、继保隐型故障、多次动作后的功率振荡等却无法准确判断,这些常规安全校核难以涉及的现象以其高度不确定性为连锁故障分析造成了极大的困难。

1.3 关键信息

电力系统连锁故障是一类涉及一、二次系统的复杂动态过程,不同研究主体对其的关注重点有较大差异。按电网运行环节的不同职能可将连锁故障分析目标划分为系统规划决策、运行方式校核、调度防御策略、事故反演分析,前三者也对应了连锁故障的长中短期风险。各环节关键信息需求与分析工具所需具有的特点以表1简列。

由历次大停电可知,大部分连锁故障缺乏与之对应的运行方式分析,N-k计算理论支撑薄弱,且在运行方式分析中甚少考虑站内接线拓扑、保护不正确动作、故障后负荷增长等实际工况,这直接导致了事故发生时的调度员经验误判、调度预案不到位、保守控制策略不及时等现象。

2 连锁故障理论模型及其适用性分析

2.1 电力系统连锁故障分析计算的主要难点

电力系统具有高维、线性和非线性,定长和时变,连续和离散,集中参数和分布参数,确定性和随机性等复杂混合特性,这导致电力系统连锁故障分析难以准确囊括所有可能的事故场景,所得结论也难免“挂一漏万”。因此,连锁故障至今仍是电力系统工程与科研领域的理论研究重点[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。作为主要分析工具,基于事故调查后的事件序列反演仿真一般能重现大停电演化过程。然而对于正常运行工况下的电网连锁故障计算与风险分析则相对困难,这也是EMS相关领域高级应用难以推广的原因,其主要难点与现有正在发展的应对方法列于表2。

表2中现有应对方法均正在发展中,相关成果也不断涌现,在一定程度上提出了解决电力系统连锁故障分析难点的途径,提供了一些应用工具,但这些方法或多或少存在假设性强(如最短路径假设)、计算参数难以获取(如隐性故障参数)、启发式经验缺乏测算依据(如概率密度分布函数)等不足,仍难以全面解释连锁故障产生的机理。

2.2 已有连锁故障理论体系及其特点

包括表2所列连锁故障分析方法在内,经过十余年研究,学术界已形成了若干电力系统连锁故障机理研究相关理论体系:从数学方法划分,已有电力系统连锁故障理论模型可分为确定性方法、概率方法、复杂系统方法与推理学习方法四类;在方法论上主要分为两种思路:(1)以潮流/稳定计算等传统电力系统仿真分析算法为核心的模型,包括OPA、CASCADE(级联失效过程)、隐性故障、分支过程模型等,(2)将电力系统抽象为复杂系统,利用复杂网络、复杂系统的思想进行分析,如小世界、无标度网络模型等,还包括部分基于人工智能算法的模式搜索与识别方法。文献[20-21]对这些方法进行了较好的综述,其中文献[21]还以图形框架形式系统地梳理了各类算法的理论发展脉络,但已有文献均未对相关方法的要点、目标、不足进行分类概括及对比分析。本节着重归纳和总结各类主要理论研究模型的技术要点、实现目标与不足之处,列于表3。

通过表3分析可知,连锁故障理论分析方法各具特色,其优点与缺陷均较为明确,研究侧重点也并不相同,很难用一种方法全面描述电力系统动态演变概貌。从表中特点可看出,现有理论工具对理解电力系统连锁故障本质特征(如概率性、自组织临界性、结构脆弱性)具有较好效果,可用于指导系统规划、发展与薄弱环节挖掘,但在调度运行,尤其是在线防御策略方面支撑仍然较弱。此外,上述方法普遍以线路过载和简单保护逻辑为事件演变驱动,没有实现对连锁故障动态特征的分析,使得实时运行条件下大量有用数据因无理论支撑而无法为连锁故障预警、预防提供关键信息。目前,很多方法已经在众多学者的共同努力下进一步得到了改进,例如考虑电网规划和暂态过程的OPA模型已见报道,各类隐性故障模型、二次系统模型也逐渐丰富。但总体而言,电力系统连锁故障理论仍然有很长的路要走,使之能考虑更多实际因素,对不同主导因素和演变模式下电网分析提供有力工具。

2.3 其他理论方法

表3所列各类方法已有相对较为完整的理论基础与技术体系,近年来又出现了从不同角度分析电力系统连锁故障的理论方法。例如,文献[9]在事故链模型基础上,提出基于自组织临界理论的计及恶劣气候因素的连锁故障仿真模型,可用于甄别恶劣天气特殊运行方式下潜在的薄弱环节,但所建元件故障率是关于气候变量的连续函数,当前工程条件下仍难以实现广泛应用。文献[16,32]提出以多目标决策方法AHP和灰色关联度作为线路切除判据算法,可分析过载、隐型故障、灾害天气三类不同主导因素下最易开断线路及负荷损失期望值,从而快速计算给定运行状态下各连锁故障序列的风险水平与关键线路,但此类方法对多目标决策中相关参数设置的主观性依赖较大。线路保护的相继动作跳闸是具有一定时序关系的大概率非独立事件序列,文献[8,13,33-34]定义基于线路-断路器模型的元件功能组以体现站内接线拓扑关系,避免传统节点模型对元件失效过程模拟的过于简化,为精确分析N-下的系统行为提供了有力工具。此外,对电网灾难性事故及其评估方法的研究也逐步兴起[35,36]。

3 国外连锁故障分析工具的应用实践

第2.2节与2.3节所列方法多为连锁故障理论分析工具,要达到真正的实用化,还需进行一系列细致的、考虑周全的改进。在吸收历次大停电的经验教训基础上,国外电力部门与科研机构已研发出各具特色的面向EMS高层在线应用或离线计算的连锁故障分析与防御决策工具。

3.1 ASSESS系统

由法国输电公司组织开发,以比利时Liege大学准稳态仿真程序和Eurostag时域仿真为计算核心,整体理论框架采用了带蒙特卡洛抽样的Manchester模型[37],目前已应用于2 000节点左右系统。该连锁故障分析软件通过初始状态下既定概率分布的随机采样描述系统不确定性,以准稳态仿真(AC/DC潮流)、SC-OPF程序(模拟事故后的系统调整)和时域动态仿真驱动连锁故障计算以形成连锁故障场景(cascading scenarios),最后在大量场景样本基础上,通过统计与决策树功能模块挖掘系统安全规则和风险评估项规则用以在线匹配系统状态,为电网规划与运行人员提供监视和防御连锁故障的辅助决策信息。

该软件目前在法国和英国电网均得到了实际应用,其主要问题在于对用户要求较高,除全系统静、动态参数外,还需设置大量概率模型及其参数,然而这些参数在实际运行中的准确获取并非易事,且对该类参数的维护、更新也缺乏理论与实践依据。

3.2 CAT系统

CAT(Cascade Analysis Tool)由Commonwealth Associates公司开发,其目标是以北美可靠性委员会NERC事故划分标准发掘电力系统出现故障传播的潜在脆弱性[38]。该软件以交流潮流为计算核心,暂无时域仿真功能,可分析64 000节点规模系统,技术框架与Manchester模型类似。输入为人工设定的事故集,以过载元件识别与切除、低压节点减载结合AC潮流计算循环驱动连锁故障仿真,直至系统无元件越限发生、切除负荷量超过阈值、潮流无法收敛等判据出现,计算停止,以整个事件序列造成的损失指标评判既定初始事件的连锁故障风险。该系统已在美国南部电网ISO得到应用。

3.3 POM-PCM系统

该系统由美国V&R Energy Systems Research公司开发,PCM(Potential Cascading Models)是POM软件(Physical and Operational Margins)的连锁故障分析模块[39],以交流潮流和动态仿真为计算内核,无节点规模限制,该系统目前已在北美得到了较广泛运用。PCM用以下判据作为连锁故障仿真终止条件:(1)潮流无法收敛及电压失稳;(2)甩负荷量或切机量超过阈值;(3)解列后孤岛不平衡度超过阈值;(4)无任何新的越限指标产生。从功能来看,PCM具有以下特点:

(1)能从稳态和暂态两个方面对连锁故障事件进行仿真分析,从而更逼近电力系统物理实际;

(2)通过快速识别初始故障引发的事故链,进行连锁故障预测和故障演变中的脆弱性分析,并包含较为完整的保护模型与定值逻辑判断;

(3)针对每一故障层次(Tier),依据系统可用调度资源计算平抑故障传播的控制策略,如低频低压减载、切负荷、发电再调度等;

(4)依据事态发展,具有解列策略计算功能;

(5)可依据所搜索到的事故链场景,进行针对不同电气属性的脆弱性指标评估,并对大停电发生风险进行排序[40];

(6)对源发事件、故障传播、防御措施及效果进行设置可视化展示方案,以提高处理效率。

由于POM系统中内嵌了专门分析针对系统响应的防御策略应用模块OPM(Optimal Mitigation Measures),内部包含了有功无功调度、变压器抽头调整、移相器调整、电容器投切、甩负荷等常规调度员控制手段,因此,利用PCM软件进行仿真时能更加真实地模拟连锁故障中的控制因素与调度功能所起的作用。

3.4 TRELSS系统

TRELSS(Transmission Reliability Evaluation of Large Scale System)是美国电力研究院EPRI研发的大型商用电力系统可靠性分析软件,内含连锁故障分析功能[41]。该软件目前能处理25 000节点规模系统,已在北美若干ISO得到应用。TRELSS以离线人工设定的大量故障集为分析对象,搜索当前系统状态下可能出现的连锁故障路径及其影响评估,核心计算模式与POM-PCM系统非常相似(不含时域仿真),不同的是前者在系统响应的动作优先级上设置了明确的逻辑界定,如同时满足线路越限和端电压偏低,优先切除低压点一定比例负荷。

此外,对继保影响的相对精细化建模是TRELSS的重要特点。在继保动作影响范围方面,该系统摒弃常规连锁故障仿真中一对断路器作用于单个元件的方法,提出了保护控制组件PCG(Protection and Control Group)概念与仿真模型,在PCG逻辑模型中,一套一次元件由一套保护装置与断路器共同作用,各套保护依据一次接线方式考虑一定的配合逻辑,这种功能也使得连锁故障中对系统保护响应仿真更加逼近实际工程情况。可见,对保护模型的实用化改进也是连锁故障仿真的发展方向之一。这一点在文献[13,15]中也得到了详细论述。

4 结束语

电力系统连锁故障是现代互联电网安全稳定性的重要研究方向,经过多年发展已出现了很多兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法。本文从连锁故障过程特点入手,细致分析其物理特征、内外因素与关键信息,在归纳主要技术难点基础上,针对连锁故障理论体系及其适用性进行比对研究,为后续连锁故障研究提供了详细的理论背景分析,同时介绍了国外电力系统使用的若干连锁故障计算分析软件及其主要算法的技术要点。在我国,能很好地计及诸多动、静态因素的连锁故障分析高级应用软件还未见报道,主要原因仍是缺乏N-k和连锁故障计算标准。

连锁故障成因复杂,其模型关联因素构成范围很大,同时具有不确定、不精确和时变特点,难以用一套精确数学方法完整描述,尤其是当考虑更多元件模型与实际的电力系统控制规则后[42],仿真计算和定量分析更为困难。根据当前文献,国外学者更关注如何利用数学工具揭示电力系统连锁故障所具有的内在机理,如自组织临界性、故障规模及其概率分布等,而国内学者更倾向于搜索故障演变路径与规则。然而无论国内外研究,对某些关键性问题仍缺乏突破(如表2所列难点),这一点将在后续文章中结合实际的大停电案例加以详细分析。

摘要：电网互联规模的扩大在提升供电能力与经济效益的同时也一定程度上增加了连锁故障风险,近年因故障扩散导致的大规模停电时有发生,详细整理电力系统连锁故障分析理论及其功能特点与适用场景,是一项十分有意义的工作。经过多年发展,在此研究领域已出现了一系列兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法。从连锁故障过程的普遍特点入手,深入分析其物理特征、内外因素与关键信息,并在归纳主要技术难点基础上,针对电力系统连锁故障现有分析方法的理论要点及其适用性进行完整的比对性研究,以期为后续研究提供详细的理论背景分析。进一步介绍了国外电力系统已实用化的若干连锁故障计算分析软件及其算法要点,为开发符合我国电网运行特点的相关高级应用提供启示。

应用与分析 篇8

HAZOP分析(危险与可操作性分析,即Hazard and Operability Study/Analysis)在欧美等国过程工业风险分析已是一种广泛应用的安全分析评价方法[1]。我国近年HAZOP分析工作开展迅速,2010年,国家安全监管总局和工业和信息化部联合下发“关于危险化学品企业贯彻落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》实施意见中对企业开展HAZOP分析提出了建议和指导性要求[2]。中国石油天然气集团公司专门下发了《危险与可操作性分析工作管理规定》等管理文件对中石油企业HAZOP实施提出技术要求,并于2011年颁发了中石油企业标准《危险与可操作性分析技术指南》,其中定义的HAZOP概念为[3]:“在开展工艺危害分析工作中所运用到的,通过使用‘引导词’分析工艺过程中偏离正常工况的各种情形,从而发现危害源和操作问题的一种系统性方法”,这主要是由于我国处于HAZOP应用起步阶段[4],大部分HAZOP应用和研究主要以工艺过程风险分析为主[5,6]。实际上,结合引导词开展头脑风暴式的HAZOP分析形式,还可有效应用于各种操作规程、场地布置、管理程序应用、事故调查[7]等领域的风险分析,如IEC 61882中提出HAZOP可识别操作问题,并特指那些可能引起生产紊乱和事故的操作偏差[8]。

另外,笔者通过HAZOP分析和研究发现,国外工艺包如果在设计阶段已经完成过系统的HAZOP分析,风险控制措施考虑比较完善,其工艺过程的风险水平可能大都处于可接受状态,作为HAZOP研究成果的“建议”相对较少。相关研究结果显示[9],绝大部分伤害事故是由于不安全行为造成的,仅少量是由不安全的环境和生产条件造成的(如杜邦公司的不安全行为造成伤害的比例为96%)。而操作规程是企业进行各种工艺、维修、特殊作业时必须遵循的人工程序或步骤,其正确与否直接影响人员操作行为安全[10]。因此,企业开展针对操作规程的头脑风暴式风险分析十分必要,本文结合HAZOP分析和研究经验,期望能较系统说明和论述开展操作规程HAZOP分析的技术原理和注意问题,以期深化HAZOP分析技术的推广和应用。

1 结合实例进行HAZOP分析

为能清晰说明本文所述内容,结合某压气站发球操作规程HAZOP为例进行说明。该站由于综合采用本质安全技术、基本过程工艺控制系统和安全联锁系统,并在操作方面有较丰富的操作经验,绝大部分压气站过程风险水平处于基本可以接受状态,少部分处于需要整改状态,站场整体安全水平较高。在针对工艺过程HAZOP部分提出建议23项(约占总分析时间的80%),而在仅做的两个操作规程HAZOP分析中(过滤器GF201在线排污操作、发球筒发球操作)分析建议相对比较集中达到了18项(约占总分析时间的20%)。篇幅所限,表1仅列出了操作规程HAZOP分析中涉及到建议的一部分内容。

如图1所示,压气站发球筒工艺原理较简单,发球筒设于压气站压缩机组出口线和旁路线下游、天然气出站前。压气站发球筒F101发球操作规程为:

步骤1:如发球筒内有一定压力的天然气,控制打开1306阀,按一定的压降速度将发球筒降压至表压为零,关闭1306阀;

步骤2:确认1301、1303阀处于关闭状态,1302阀处于全开状态;

步骤3:打开发球快开盲板;

步骤4:将清管器送至发球筒偏心大小头处塞实;

步骤5:对发球筒快开盲板进行维护、保养后关闭快开盲板;

步骤6:打开发球筒平衡阀1307;

步骤7:打开1303阀(在20%左右时),手动控制打开1315阀,按一定的升压速度对发球筒充压;

步骤8:待阀1301上下游压力平衡后,解除1303、1301阀门锁定,全开1303、1301阀;

步骤9:缓慢关闭1302(此时,1303、1315处于全开位置);

步骤10:发球前派专人在出站管线弯头处人工监听清管器是否发出;

步骤11:关闭阀1302(如压缩机组运行,要适当调整压缩机转速,当以利于发球,防止清管器出站速度过快),将清管器发出;

步骤12:确认清管器发出10分钟后,打开阀1302,关闭阀1301、1303、1315;

步骤13:控制打开阀1306,按一定的压降速度对发球筒降压至表压为零,关闭阀1306;

步骤14:打开发球筒快开盲板,检查清管器是否发出,对发球筒快开盲板进行维护、保养;

步骤15:关闭快开盲板;

步骤16:如果清管器没有发出,重复以上操作将清管器发出。

开始分析之前,来自于现场的工程师认为操作规程由经验丰富的老操作工编写,即使进行严格的安全审计也应该没有大的问题。但是最后分析出结果却让他们十分吃惊,部分结果如表1所示。

3操作规程与工艺过程HAZOP分析节点、参数的关系

操作规程HAZOP分析引导词通常取三个:“未完成”、“部分完成”,“顺序错误(早,晚,先,后等)”,与操作规程组成的偏差含义分别为:“某操作步骤未完成”、“某操作步骤部分完成”、“某操作步骤顺序错误”。操作规程HAZOP分析的记录方式目前有两种方式比较适合:一是将操作步骤视为“节点”,将节点内的各个具体操作动作分解拆分为“动作要素”,如表2所示。当操作步骤比较单一时,可以等同于工艺过程HAZOP分析中的“参数”,“操作步骤+引导词”可以得到较容易理解的偏差,如“开阀1306”这样一个操作动作,可以与引导词组合成“未开该阀门”、“误开其他阀门”、“开阀门过快/开度过高”等偏差。但是,很多生产操作规程并不是单一的简单操作动作,表2分析的形式和内容与实际往往差别较大。实际工作中为完成某一目的的操作规程步骤(比如发球操作规程中需要对发球筒进行泄压,以安全装设发球器)由多个动作组合,各动作要素间往往有明确的影响和逻辑关系。此时,如本文的发球操作规程中规定的发球过程各步骤,其地位不能简单等同于工艺过程HAZOP分析中的“参数”,否则将面临“偏差”很难理解的问题。而且这种的拆分会导致工作量的额外增加,当操作较复杂、动作较多时,需要正式分析之前先拆分操作动作要素,从而忽略动作间的影响和逻辑关系,导致分析陷入混乱。

通过实践和应用,提出“综合引导词”概念。将“操作步奏+引导词”统一为一个“偏差”,即“某操作步骤偏差”,如表1所示,在偏差原因上结合引导词和工艺过程、操作条件等开展联想,是比较通顺的做法。这样,既能使分析小组从分析步骤,系统地对该步骤进行分析,也能够与工艺过程HAZOP分析记录形式一致,容易理解。如表1“发球步骤1(如发球筒内有一定压力的天然气,控制打开1306阀,按一定的压降速度将发球筒降压至表压为零,关闭1306阀)”与引导词组成的所谓偏差很难让人理解其具体含义。而分析工作的重点是对该步骤出现“偏离正常工艺条件/安全条件”的原因和后果进行头脑风暴式分析,结合引导词和操作与过程条件,分析可知,该步骤操作偏差由三个原因照成:1.未进行检查,发球筒带压;2.压力指示故障;3.阀1306未有效打开,这些原因都可能使该步骤无法有效完成,其分析是基于设备功能、现场操作习惯和可能的事故与故障形式,这种分析结果并不是通过简单的动作要素拆分就能得到的。

这种完整操作规程HAZOP分析要求分析小组对操作人员安全行为有充分的认知,能够猜想到人员在该操作过程中可能出现的省能心理导致的程序简化、疲劳心理导致的完成质量变差等情形。例如发球步骤8(待阀1301上下游压力平衡后,解除1303、1301阀门锁定,全开1303、1301阀)偏差中,操作者可能由于经验的原因、或疲劳等原因使该操作发生顺序错误:先全开阀1301,后全开阀1303,导致清管器被顶回,无法发球,严重时撞击盲板,因此建议建议在第8步中明确先开阀1303,再开阀1301,并辅以确认程序。

可见开展操作规程HAZOP分析对HAZOP组长和成员对操作过程偏差原因和后果的想象能力提出了更高的要求。

4 操作规程HAZOP分析参与成员

开展操作规程HAZOP分析的最大目的就是发挥HAZOP分析技术本质优势——各专业专家集体智慧的头脑风暴式审查,充分分析操作规程潜在的隐患。分析参与成员与工艺过程HAZOP分析在角色上存在着一些较明显的区别。

HAZOP组长(主席):与工艺过程HAZOP分析类似,组长必须具备一定的工作经验和工作能力,并需掌握操作规程的原理和基本安全要求。组长责任是组织和指导专家小组高质量的完成HAZOP分析研究工作。主要任务有:① 将操作规程进行有效“分解”,这种分解必须符合操作目的、便于成员理解,有助于对操作步骤中存在的人员失误、工艺问题进行分析;② 做好HAZOP分析会议的准备和组织工作,调动各专业人员积极提出意见;③ 做好会后工作,保证秘书整理出准确、恰当、全面的记录,签署最终的HAZOP报告并对其负责。

操作规程编写者:工艺过程HAZOP分析通常要求设计人员参与,以能帮助分析小组正确解释和理解工艺过程,在操作规程HAZOP中这一类似的位置则换成操作规程编写者,其责任为向成员介绍和解释操作规程规定的步骤实现的目的、要求等内容,操作规程编写者也可以作为HAZOP分析的工艺工程师、或现场操作工程师角色参与分析。

现场操作人员:回答现场是如何进行操作的,是否遵守按操作规程,提出操作规程中的出现的各种问题和疑问,并能介绍操作人员常见的违规行为。

设备工程师:能解释设备的原理,回答操作人员操作设备的正确方法、步骤。如发球步骤5(对发球筒快开盲板进行维护、保养后关闭快开盲板)偏差,其保护措施虽然仅为“现场确认盲板是否有效关闭”一条,但设备工程师提出盲板加装的卡位开关完全能保证:人员只要确认开关位置正确就能保证该措施充分有效。

工艺工程师:能回答操作人员操作过程中工艺系统的变化特征,定义操作的工艺安全条件等,能回答需要诸如不同操作下控制室如何观察和响应配合等问题。

安全工程师:能回答操作条件下(包括起停车、维修等)和操作失效后的风险发生形式和后果,有一定的安全行为学分析经验,对人员可能的不安全操作行为进行预测和分析。

其他的如仪表工程师、分析秘书等也是操作规程HAZOP分析中的重要成员,对分析都有重要的支持。

5 其他重要问题

5.1 偏差风险等级频率等级确定

通常情况下,很多HAZOP分析小组会结合保护层分析(LOPA)等技术,提供各偏差相对应的事故频率等级、后果等级和风险等级。对于设备失效概率可借鉴相关经验或实验数据,而人员操作失误/错误频率等级数据则直接依赖员工安全行为观察数据,相关经验数据只能作为参考,偏差较大。例如,发球步骤13(控制打开阀1306,按一定的压降速度对发球筒降压至表压为零,关闭阀1306)有的压气站能严格遵守,并有详细的指标。有的压气站则可能完全没有此概念,凭感觉进行降压,也就是说对于有的组织某操作原因的发生率可能仅有0.1%,而对于某些组织却是100%。为此,笔者建议组织应在完成有效的行为观察程序后,再根据观察数据确定人员操作失误/错误频率,否则得出风险等级偏差较大。

5.2 分析的重心

操作规程HAZOP分析的重心是对各操作步骤进行安全审核,识别操作偏差发生的原因、后果、保护措施,并提出小组认为可行的建议,当想不出好的建议时,也应该将其进行标注,以后再进行专门研究。例如发球步骤14(打开发球筒快开盲板,检查清管器是否发出,对发球筒快开盲板进行维护、保养)偏差,通过分析可知之前步骤可保证清管器有效发出,该打开盲板反而会增加作业的风险,研究仅建议删除或修改该步骤,并没有就如何重新设计提出建议,因为这将花费大量时间,并使HAZOP分析任务无法按计划完成。操作规程HAZOP分析的任务并不是进行操作规程的设计,而是对已有规程进行安全审查,若试图利用该方法进行完整的操作规程设计,应对其时间和人力成本有所估计。

6 结论

(1) 操作规程HAZOP分析技术可对操作过程开展系统的头脑风暴式风险识别,是目前针对过程工业操作规程开展高水平安全审查的最好形式之一,对于切实提升安全操作水平,开展员工安全操作过程培训等都有重要意义;

(2)与工艺过程HAZOP分析技术相比,操作规程HAZOP分析在分析过程、引导词使用与分析成员角色等方面存在着显著的技术差别,在成员角色、操作步骤分解,偏差联想等方面需要对分析小组进行专门培训,以能取得良好效果;

(3)尽管我国目前处于HAZOP技术的应用起步阶段,但建议未来在制定HAZOP分析指南和技术标准时,详细规定操作规程HAZOP分析技术要求,并使其具备良好可行性。

摘要：目前国内外危险与可操作(HAZOP)分析方法主要用于工艺过程风险分析,而很多伤害事故是由于人员操作过程出现偏差引起的,采用头脑风暴式的HAZOP分析可对操作规程安全性进行系统全面的系统化的审查。结合实例对比分析了操作规程HAZOP分析与工艺过程HAZOP分析的差异,对操作步骤与引导词的关系、分析成员差别、操作规程HAZOP分析风险等级确定和分析重心等问题等进行了研究分析。

关键词：危险与可操作性研究,HAZOP,操作规程,操作步骤

参考文献

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[9]Terry E.McSween.Values-based safety process:impro-ving your safety culture with behavior-based safety[M].New Jersey:John Wiley&Sons,Inc.2003:6-8

“两段”运动模型的分析与应用 篇9

模型:物体从静止开始先以加速度a1做匀加速运动,运动时间、位移分别为t1、x1,后以加速度大小a2做匀减速运动直到静止,运动时间、位移分别为t2、x2。两段联系点是B点,通常设B点的速度vB,利用vB将两段的参量建立联系,用如下简图表示该运动过程:

模型的特点:

(5)全程合力的冲量为零;

(6)全程合力做功为零。

说明:(5)、(6)结论也适于解决变力作用下运动问题做或曲线运动问题.

推广:

模型应用:

1.质量分别为2m和m的A、B两物体分别在水平恒力F1和F2的作用下沿水平面运动,撤去F1、F2后受摩擦力的作用减速到停止,其V-t图像如图所示,则下列说法正确的是()

A.F1和F2大小相等

B.F1和F2对A、B做功之比为2∶1

C.A、B所受摩擦力大小相等

D.全过程中摩擦力对A、B做功之比为1∶2

分析:根据速度与时间的图像可知,这是一道典型的先速后减速的两段型问题;

解:由速度与时间图像可知,两个匀减速运动的加速度之比为1∶2;由牛顿第二定律可知:A、B的质量关系是2∶1,则A、B受摩擦力大小1∶1,故C正确;

由速度与时间图像可知,A、B两物体加速与减速的位移相等,且匀加速运动位移之比1∶2,匀减速运动的位移之比2∶1,由动能定理全程分析可得:A物体的拉力与摩擦力的关系,F1·X-f1·3X=0-0;B物体的拉力与摩擦力的关系,F2·2X-f2·3X=0-0,因此可得:F1=3f1,F2=f2,f1=f2,所以F1=2F2。全过程中摩擦力对A、B做功相等;F1、F2对A、B做功之大小相等。故A、B、D错误。故选C。

点评:解决本题的关键是通过图像得出匀加速运动和匀减速运动的加速度,根据牛顿第二定律,得出两个力的大小之比,以及知道速度-时间图线与时间轴所围成的面积表示位移,并运用动能定理。

2.倾斜雪道的长为25m,顶端高为15m,下端经过一小段圆弧过渡后与很长的水平雪道相接,如图所示。一滑雪运动员在倾斜雪道的顶端以水平速度v0=8m/s飞出,在落到倾斜雪道上时,运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不弹起。除缓冲外运动员可视为质点,过渡轨道光滑,其长度可忽略。设滑雪板与雪道的动摩擦因数μ=0.2,求运动员在水平雪道上滑行的距离(取g=10m/s2)。

分析:将看似复杂物理情景可简化为两个物理过程:平抛运动和典型的两段运动,第二个过程可利用推广(2)迅速求解。

解析:如图选坐标,斜面的方程为:

运动员飞出后做平抛运动

联立①②③式,得飞行时间

t=1.2s

落点的x坐标:x1=v0t=9.6m

落点距地面的高度:h1=(L-s1)sinθ=7.8m

接触斜面前的x分速度:vx=8m/s

y分速度:vy=gt=12m/s

沿斜面的速度大小为:vB=vxcosθ+vysinθ=13.6m/s

设运动员在水平雪道上运动的距离为s2,由功能关系得:

解得:s2=74.8m

跳频同步的分析与应用 篇10

跳频通信作为一种大量应用于军事通信的通信体制,具有抗干扰能力强、截获率低、保密性好等优点,是通信领域的一个重要发展方向。正是由于这些优点,跳频通信在军事上受到了极大重视。跳频同步系统设计、跳频图案设计以及跳频综合器的设计是跳频通信系统中的关键技术。跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键,同步系统设计的好坏直接影响到跳频系统是否能正常工作并发挥应有的作用。

跳频同步的含义是:跳频图案相同,跳变的频率序列(也称频率表)相同,跳变的起止时刻(也称相位)相同。因此,为了实现收、发双方的跳频同步,收端首先必须获得有关发端的跳频同步的信息,在实际应用中,跳频频率表和跳频图案是由通信双方预先约定好的,需要解决的主要问题就是使频率跳变的起止时刻保证严格同步。

1 跳频通信系统的同步

跳频通信是指传输信号的载波频率按预定规律进行离散变化的通信方式。跳频通信系统的构成框图如图1所示。发送端天线发出的信号载频在不断跳变,接收端的本振频率在跳频同步系统的控制下随外来频率同步地跳变,收发双方的本振频率是完全同步跳变的,这样通信双方就可达成正常的通信联络。

跳频通信系统的载频伪随机地变化,存在着频率和时间的不确定性。为了实现跳频通信系统收发双方之间的正常通信,它们必须在同一时间同步地跳变到同一频隙。其中,频率的不确定性可通过收发双方使用同一跳变规律来解决,而时间的不确定性则通过同步系统来消除。因此对同步有以下一些要求:

① 同步建立的时间要快;

② 同步系统自身要要有较强的抗干扰能力;

③ 同步信号要有较强的隐蔽性和抗侦察假冒能力;

④ 同步系统要具有再同步的能力。

对于跳频系统一个同步过程包括初始同步、迟入网同步和勤务同步。初始同步指的是双方通信前迅速准确地将同步信号捕获住,从同步信号中获得时钟相位信息,使双方的时钟同步,同时获得当前时间信息,使双方的PN码同步。其他一些信息例如网号、地址码等信息也应在初始同步中完成,从而迅速准确地建立正常通信。迟入网同步指的是有组网能力的系统单元,在丢掉了初始同步机会后,能够利用网内的信号进入到网中。勤务同步指的是同步保持及快速同步。由于系统时钟的漂移以及通信中的无线电寂静,都会造成同步了的系统再失步,这时就需要进行同步保持和快速再同步。

2 跳频同步基本方法

跳频通信发展至今,其同步技术大体上有精确时钟法、同步字头法及自同步法。

2.1 精确时钟法

精确时钟法是用高精度时钟实时控制收发双方的跳频图案,即实时控制收发双方的频率合成器的频率跳变。由于产生跳变频率的方法是相同的,唯一不知道的是时间。若收发双方都保持时间一致,且通信距离已知,则可保证跳频图案的同步。使用精确时钟法,跳频同步主要是受到时钟稳定性及移动距离变化引起的不确定性的影响。采用这种方法进行跳频同步,需要事先约定好所采用的跳频图案和频率表,或者需通过其他方式将跳频图案信息通知网内用户。

目前的全球定位系统(GPS)时统就满足该要求,其对所有的GPS用户一致,且其时间精度非常高,因此用GPS时生成网时来实现跳频同步是一种很好的同步方法。用该方法可以避免其他同步方法在提高跳速和增加跳频周期时所遇到的许多困难,从而能极快地实现跳频同步,同时也可以实现长跳频周期。

这种方法使用精确的时钟减少了收发双方伪随机相位的不确定性,同步速度快、准确、保密性好,是跳频通信中常用的一种同步方法。

2.2 同步字头法

使用同步字头法的跳频设备,将带有同步信息(如定时等)的同步字头置于跳频信号的最前面,或在信息传输过程中,离散地插人这种同步字头。接收端根据同步字头的特点,可以从接收到的跳频信号中将它们识别出来,作为调整本地时钟或伪随机码发生器之用,从而使收发双方同步。与这种方法相配合,接收机可处于等待状态,即在某一固定频率上等待同步头的到来,或对同步频率进行扫描搜索。这种方法同步搜索快、容易实现、比较可靠,所以很多的战术跳频电台都采用这种同步方法。不过在使用此种方法时,需要设法提高同步字头的抗干扰性与隐蔽性能。通常采用自相关特性好的序列作为同步码码字,并对它进行前向纠错编码。同步头信号可用所占频段的任一频道传输,这可由基本密钥控制。同步信号是按周期传送的,但在时间间隔上是不规则的。同步信息数据帧格式如图2所示。

为了使同步信息隐蔽,应采用尽量短的同步字头,但是同步字头太短又影响传送的同步信息量的多少,需折衷考虑。采用同步字头法的跳频系统为了能保持系统的长时间同步,还需在通信过程中,插入一定的同步信息码字。

这种方法的主要弱点是一旦同步字头受到干扰,整个系统将无法工作。

2.3 自同步法

自同步法是依靠从接收到的跳频信号中提取有关同步信息来实现跳频同步的。此法不需要专门的信道和发送专门的同步码字,所以具有节省信道、节省信号功率和同步信息隐蔽等优点。自同步法在节省频率资源和信号功率方面具有优点。但由于发端发送的数字信息序列中所能隐含的同步信息是非常有限的,所以在接收端所能提取的同步信息就更少。此法只适用于简单跳频图案的跳频系统,并且系统同步建立的时间较长。

依据提取同步信息的手段不同,又可分为几种具体的实施方法:等待自同步法、扫描法和频率估值法等。

衡量跳频同步系统性能的优劣主要应考虑2个方面:跳频系统同步的可靠性和同步系统的抗干扰性。

同步系统的可靠性包括:系统同步的建立时间、正确同步概率和假同步的概率、系统同步保持时间等项指标。一般说来,跳频同步系统的同步建立时间越短越好,同步保持时间越长越好;正确同步的概率要大,假同步的概率要小。这样才能称为一个快速、稳定而可靠的同步系统。

3 工程应用

在某工程中,根据系统的设计要求,跳频通信时采用了上述的精确时钟法。系统同步时钟来源于GPS模块,该模块位于设备主控计算机中,GPS模块输出跳频同步启动脉冲和GPS秒脉冲,系统时钟锁定于GPS秒脉冲。在主控计算机上通过操作界面可以设置通信双方事先约定好的跳频同步启动时间,在预定时刻到来时,收发双方的GPS模块同时发出跳频启动脉冲,该脉冲控制跳频综合器按预定的跳频图案开始跳变,使收发双方在同一时刻跳变到同一频率,完成跳频通信。

4 结束语

介绍了跳频同步技术的几种方法,对每种方法的优缺点进行了比较分析,在理论分析的基础上根据工程实际情况采用精确时钟法实现了跳频同步,在某工程实际应用中,跳频通信同步系统工作稳定可靠。

参考文献

[1]梅文华,王淑波,邱永红,等.跳频通信[M].北京.国防工业出版社,2005.

[2]查光明,熊贤祚.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,1990.

[3]李雪华.微波通信设备的跳频图案设计[J].无线电工程,2004,34(4):58-60.

[4]FLIKKEMA P G.Spread-spectrum Techniques for Wireless Communication[J].IEEE Signal Processing Magazine,1997,7(3):13-17.

智能视频分析技术的应用与未来 篇11

中国工程院院士、国家自然科学基金委副主任、北京大学教授 高文

对话嘉宾（排名不分先后）

中国科学院院士、中国工程院院士、国际欧亚科学院院士 李德仁

中国工程院院士、总参谋部第六十一研究所 李德毅

中国工程院院士 蔡鹤皋

北京航空航天大学教授、中国科协副主席 赵沁平

上海交通大学副校长 张文军

北京航空航天大学教授、863数字媒体技术专家组专家 李波

国家自然基金委信息学部常务副主任 秦玉文

清华大学计算机系副主任 胡事民

微软亚洲研究副院长、首席研究员 李世鹏

随着视频监控技术由军用向规模民用的转变，以及人们对视频监控在安全和服务管理领域应用需求的增加，逐渐促使视频监控从相对独立、封闭的市场向融合、大联网的智能高清化的变革。其中，在各地平安城市的驱动下，城市智能视觉监控、视频分析及视频辅助刑事侦察等安防技术和设备，已较为普遍地应用于城市安全管理和服务中。

在“十二五”期间，以“智慧城市”为代表的中国城市化进程的加快，网络高清智能化的视频监控非常火爆，在智能视频分析技术发展动力倍增的同时，各种问题也随之突显出来。

2013年3月24日，由物联网·智慧城市传媒协办的“智慧城市中的视频分析与评测”论坛中，来自国内各高校和研究机构的专家分别就各自研究的领域进行阐述，并与在场的专家、学者、在校大学生，就智能视频分析技术的人才培养、技术研究、产业发展等领域进行了互动讨论，《物联网·智慧城市》杂志对其进行整理报道。

主持人（高文）：在“智慧城市中的视频分析与评测”论坛探讨内容的背景下，邀请演讲嘉宾、台下的专家、学者及学子们一同进行互动讨论。

专业观众：视频分析实际上是计算机处理数据的一个软肋。计算机处理数据在文字系统中已经越来越成熟，但在视频系统，如图象处理，至今一直还处于表面。

从大家探讨的问题就可看出，一是数据量太大，二是有用的数据太少，这说明我们视频处理和图象处理，还处于处理数据阶段。在高文院士《智慧城市中的视频编码、分析与评测》的专题报告中，他们已经把背景和前景的内容分开，把背景作为知识巩固型进行使用，这是一个非常成功的例子。视频要处理成功，就要发挥知识的作用。如何发挥知识的作用，有两条路：中国科技大学信息学院院长李卫平教授提到了一条路，就是希望把人的图像和视频感觉提取，与计算机的感觉加以比较，这条路可能是理想的道路。但据我的经验要实现应用距离甚远，因为人脑对图形和视频的处理方式，与计算机看到的图形和图像的方式完全不一样。人脑是形象思维，形象是一个常识加语义的结构化分析，如果这两个比较，肯定有巨大的分歧，但这是一条可供长期研究的道路。

另外一个给我们启发的是计算机分析的方式，在大数据时代计算机把中文和英文，或者中文和德文之间互译，是因为建立了一个强大的词库。会议现场有很多研究视频的院士和专家，我认为视频的认知中间，能否建立一个视频的原料库，这样可以进行很好的分析。

我国现在这么多城市都装了大量的摄像头，借助本次会议第一次听到了一个信息，北京和重庆都装了50万个摄像头，这么多摄像头仅仅用于安全就太可惜。虽然在识别车牌和识别人等方面有非常重要的作用，但是我们一个城市一两千万人口，就安装了50万个摄像头，我们是否可以把它用来处理其它的内容，进行更加丰富的处理？

如北京市究竟一天有多少人在街道上活动，多少汽车是从哪里开到哪里，有多少汽车是开了多长的路，沿着什么道路前进……如果没有这些数据，很多研究都是不清楚、不科学的。目前，北京的城市规划研究的就是以上的问题，如道路设计方面就不仅北京，而且全国城市的道路都存在巨大的问题。如果能把这些摄像头用于城市规划，那么智能城市建设的基础建设就会更扎实、更有用，城市化也就能够做到更好。

中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授蔡鹤皋：请问李德毅院士，智能驾驶可以解决我们操作的安全和驾驶的安全性。但现在城市的交通面临的最大问题就是堵车，要减少堵车的严重情况，您有何建议？

李德毅：智能驾驶不能从根本上解决交通拥堵问题。假如驾驶员都是智能的，也并不见得城市交通就不拥堵。智能驾驶并不能从根本上解决城市交通拥堵问题，这是目前的基本认知。

此次会议的主题是“智慧城市中的视频分析与评测”，其中“评测”两字很刺眼，一个视频如何评测？其实这是对图像的认知，在国家自然科学基金委员会重大研究计划里叫视听觉信息的认知计算。其中，听觉很重要，在此次会议之前也请相关专家召开了一个“智慧城市中的音频分析与评测”的会议，但与本次视频分析与评测的会议的形式不太一样。

目前，安徽科大讯飞信息科技股份有限公司研发了一个非常特殊的音频处理软件，把短信变成声音，把声音变成短信，让我们减轻了很大的劳动力。然而它的音频分析、评测比视频的分析、评测好在哪里，有没有相关性？音频是一维的流数据，视频本质上是二维的流数据。现在从像素图一层一层弄上去，有没有值得质疑的地方？稍微大胆的猜想，如在驾车时，跟随前车一段时间，通过对前车驾驶员的灯语和笛语的认知，可大概知道该驾驶员的技术，是菜鸟还是飙车手。灯语和笛语真的人如其人，开车时有人爱用喇叭，也有人不用喇叭，把视音频结合起来将对我们判断会更有效。作为一个外行，把视音频的评测与分析进行结合是一个值得研究的命题，扩展思路把这些结合起来考虑。

中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授蔡鹤皋：请问高文院士，在视觉信息处理上能不能从视觉仿生学方面得到一些提示和借鉴？如在信息处理上，人看到物体、发现目标或注视目标时，我们的视觉会将目标的背景进行忽略和模糊。人的眼睛具有这样的特性，那从仿生学角度，是否可借鉴生物视觉上的优越性，指导和改进我们的视频技术？

主持人（高文）：实际上人的视觉系统，确实有一些功能是可以在计算机的视觉系统里去采用的，现在已经有人在做尝试和探索。其实有很多线索可以用，至少有两个比较成功的线索目前已经在使用。一是注意力的问题，人的眼睛看东西时，眼睛会不停跳动，如果盯着一个东西死看，眼珠不跳动，实际上什么也看不清，也就是说目标信息往脑子刷新的路已经被阻断了。因此为了防止阻断，人的眼睛必须不停地动，从这个眼动可知道眼睛所注视的目标和中心，而且通常注意中心传导到大脑的清晰度或是详细程度是比较详细的。而在眼离开注意的中心的区域，通常都是比较模糊的。这实际上和现在的计算机视觉不同，计算机视觉都是一样的，不管你是中心、注意点，还是边缘，完全是一样的，这肯定是不应该这样的，所以现在已经有人在做参考人的眼动原理，探索这种基于注意的一些算法。

另一个是稀疏，就是计算机现在处理，尽管我们也在说稀疏，实际上它不是稀疏的，它还是穷绝的，把所有的情况都考虑进去了。但是人眼看东西，我们是经过从小开始训练、学习，等到成人的时候，视神经网络已经变得对某些东西传导起来比较有效，其它的没有用的东西，它已经不进行传导了，但是计算机是所有东西都从最底层递进上推的，所以现在也有人在做稀疏计算，这个也发现是很有效的。通过一些数学的矩阵处理，就可以使得用比较小的信息量得到比较好的结果，这也是一个参考点。当然还有其它的一些研究。现在可能随着脑科学和对视觉认知的理解，以后借鉴的东西将会越来越多。

北京大学信息工程学院人机交互实验室的博士研究生：请问李德毅老师，如何从很多的方法中提炼出自己的思路，创造出属于自己的方法，而不是单单的在已有的方法上进行稍稍的改进，或者是将已有的方法相互结合起来？

李德毅：我的几个博士学生在做图象分析、图象处理，以及提取目标视频分类的工作中，他们做了很多，当然总是要学习一些基本的知识，如做影像融合。一个学生把小目标拿出来，利用黑白可见光的几何可见度，最后进行测算，这在国际上也得到了认可。这些都是小的创新。当然我们也希望有大概念性的创新，或是推翻性的，那样的就比较少。只要你认真做学问，认真尊重客观事物发展的规律，还是会有一些创新。

当然有些也需要有机会。我曾经跟我的老师们说，要把研究生带到学科前沿去冲锋，不要太保守，或认为年轻人不如我们。如果一个老师要培养好研究生，就要敢于把年轻人拿到科研最前沿去。例如我们过去总把吃下来的骨头让给年轻人啃，看看还有没有什么油水，那年轻人就吃亏了，如果一个新的项目出来，让年轻人先上，那就会有大的突破。老师要敢于把年轻人送到前线去。我们现在有这样一些新概念出现，让学生去做，他就可能会取得大成绩，老师培养学生要给学生机会，让学生争取更好的机会，去做创新性的研究。

北京大学信息工程学院的人机交互实验室的博士研究生：在视频监控当中我们可以提取基于单独帧的静态特征和基于序列带的动态的特征，但是在很多的文献中，动态特征并没有发挥出明显的优势。让人迷惑的是，静态特征还是占据了大部分的应用，请问高文老师怎么看待动态特征和静态特征。

主持人（高文）：针对视频图像序列可以提出一些静态特征，也可提出一些动态特征，按说应该动态特征更重要，但发现常常是静态特征更好用，怎么看待这个问题，或者是静态特征、动态特征怎么组合，李世鹏老师回答更合适。

李世鹏：大家之所以觉得静态的信息好用，是因为一开始在这方面的研究最多。实际上动态特征最重要的就是运动信息，但很少被充分利用。今天的会议实际上是在前面几位专家和院士的讲座中提到的，就是怎么用运动性去提取。

其次，还与要解决什么样的问题很有关系。如要做运动物体的检测项目。正如李波老师所讲，运动流的信息很重要。当然这还与具体项目的目的有关，如做人脸检测，使用二维的人脸图像就能满足使用；但如果要做人的一些形态追踪，比如说我们有些时候，可能这个人蒙着面，穿着很大众的衣服，这时要知道这个人跟下面一个摄像头里的人是不是同一个人，就得借助形态追踪。虽然人物没有其它明显的特征，但是从人运动的体态上，可能会提取到他的一些特有的特征，这个运动的信息就非常重要。因为有了这个信息，才可以做更多的工作。

清华大学深圳研究生院计算机应用技术实验室负责人袁春：请问胡事民老师，对视频分析与评测的静态特征有何看法？

胡事民：其实对不同的问题来讲，有些问题可能静态特征就能够满足需求，有些时候可能有些问题必须用动态特征，如要捕捉人脸的表情，或者更细微的东西。所以针对不同的问题，有不同的解决方法。针对今天的论坛，我觉得智慧城市有广阔空间，但是要把智慧城市这件事情做好的话，很重要的就是要深入应用，一定要深入地了解实际应用的本质。最近参与国家重点基础研究发展计划（973计划），他们提出一个认知模型叫PMJ模型，把这个认知看成有感知、记忆、判断的三个环节。我们要做好智慧城市，需要多学科交叉。这几年一直在提一个概念，叫可视媒体，为什么说这个概念呢？李德毅院士提到要音频结合，我认为除了大学科交叉以外，在学科内部，如图形方面怎么找到共同的东西，把我们的事情解决得更好，也是值得大家积极研究和探索的。

学生：视频分析的前提是你的视频信息能否得到，在城市里，从政府的角度或从管理的角度，个人、居民的角度来讲，对视频分析的目的和得到的结果是有不同的看法。如从政府的角度来讲，它希望掌握所有的城市里的信息，但从一个老百姓来讲，他不希望自己有些信息在不知情的情况下被别人获取。视频分析与评测在智慧城市的建设中，怎么样保证它对政府、对个人是安全的？其次，如今城市中布置了大量的摄像头，有人会采取烟雾伪装等手段进行犯罪活动，这样问题在应用中该怎么解决？

李波：刚才你所说的欺骗、伪装等方面，有的时候连人处理这个信息都是很困难的，要靠技术本身也不一定能解决。实际上视频是一个辅助的手段，技术都是为人的工作服务的，所以有些东西即使在某一段视频没有，但是在一个大范围内与其它的信息资料和数据结合起来进行推断，就能查找到目标对象。

张文军：一个关于隐私性的问题。隐私性在社会服务里面是永远存在的，这里面有两条线，一条线是信息技术本身，他有很多手段去更好地掩盖这个隐私信息，也可以做到暴露隐私性，根据需要也可以做到，这个隐私性更多的是立法的问题，这个总归是要结合在一起考虑的，总的判断是不会对技术的推动形成很大的制约性。但是会牵扯到真实的技术的最后应用，会有一定的影响。

学生：如今都在提智慧城市，但城市中的空气污染情况比较厉害，摄像头获取的图片都是很模糊的，智慧城市怎么处理这些压力？目前每个城市有这么多的摄像头，对这些摄像头的信息进行网络传输和处理是需要很大计算量的，您觉得是分布式的计算方式好，还是用一个超大规模的计算比较好？因为超大规模的计算会节省比较多的能源，但是它的网络传输会有问题，所以这两个之间如何做一个选择？

赵沁平：对于这个视频摄像头看不清楚的问题，在天气恶劣的条件下，都会有这种情况。北京航空航天大学李波教授在《基于状态感知的视频目标检测与跟踪》主题演讲里，很好地诠释了在特殊环境下，基于场景区域感知的运动目标检测算法，对图像进行清晰化处理。当然还有其它的一些非技术的因素，需要多方面的解决。

而关于分布计算与集中计算，目前集中计算也是多CPU的，由一个企业的数据中心或机房来提供计算资源；过去的网格计算即分布式计算，就有点协助计算的意思，把闲置的计算能力应用起来。到底是集中计算好，还是分布计算好，这可与实际应用中的问题有关。如气象计算，它可能就是集中计算好。而我们的虚拟建设的图象处理，它就是用GPU的集群系统比较好，可能有些计算对时间的要求不太一样，他就用一些分布式计算比较好。

李德仁：我的观点就是，你要算它的成本和代价，比如说我做遥感的，那个数据量很大，我可能就分布式计算，我用网络把它传过去，它的结果再传过来，环节太多，不划算。如果我传送信息，我传一个很小的小包进去，大量的信息在那里，进行大量的计算，再传回来，这就用集中式的计算。这是一个需要考虑的方面。最后我再说一点，数字地球、智慧城市有一个要求，就是关于通信的问题，这个网络太重要了。我们的通信网要做到又快又好，价钱又便宜。在用户不均衡，爆炸式的情况下，有限的资源能不能保证通信的质量好、效率高，价钱又便宜。用得好，用得起这个网，是我们数字城市、智慧城市的基础，也是我们视频图象处理的基础，如果那个没有做好，咱们都做不好，所以这一点，我觉得同学们也要注意这个问题。这需要多个相关的部门、行业系统攻关，才能解决问题。

主持人（高文）：请问秦玉文主任您觉得通过各类比赛促进技术研究，在国内是否可行？

秦玉文：中国工程院、北京大学深圳就研究生院以及香港大学在组织“智慧城市中的视频分析与评测”论坛之前，应该也有所考虑。要组织全国性的智能视频分析技术评测与竞赛，必须要有一个裁判组，裁判组首先就要征集大家的意见和智慧，企业和研究机构要参加，就得提出相关的标准。

就拿举办无人驾驶的比赛来说，每一项评估标准都要进行细分。在我们第二次测试中是定点停车，那里有一个停车位，你把车停进去了，不压线就得满分，压了线就不过关。学生说在实验室成天停，没有问题，百分之百停准。但是到了比赛时，车就找不着位置。因为测试的环境变了，和实验室有所不同。无人驾驶车比赛专门有一个裁判组，有裁判车，大家共同商量，制定出标准，这样制订的标准大家才能信服，如果说单独一两个人制定的标准，最后大家都不一定信服。

微网技术应用与分析 篇12

新能源及可再生能源发电——分布式发电/分布式电源(distributed generation, DG/distributed resource,DR)已成为当前研究热点[1,2,3,4,5,6]。但大量分布式电源并网将有可能造成电力系统对其不可控制和难以管理的局面,并引发相应的电能质量、电网安全性和稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式电源间的矛盾,充分发挥分布式电源为电力系统和用户所带来的技术经济效益,进一步提高电力系统运行的灵活性、可控性和经济性,以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求,微网(microgrid)概念应运而生,并很快成为国内外电气工程研究领域的最新前沿课题之一。与常规的分布式电源直接并网相比,微网灵活、系统地将分布式电源与本地负荷组为一个整体,通过柔性控制可以大大降低分布式电源并网运行对电力系统的影响。大量关于微网的理论技术研究工作正在积极展开,美国、欧盟、日本等发达国家(地区)已率先建立了一些微网示范工程及实验测试系统。微网理论技术研究及示范工程建设在中国也已得到高度重视,国家科技部863计划、973计划等已将微网研发项目列入重点资助范围。

本文重点对微网的概念与结构、运行与控制进行阐述,并在分析国外不同特点示范工程与试验测试系统以及国内微网研究现状与动态的基础上,对中国微网技术的发展进行分析探讨,并给出微网技术中有待研究的重要课题。

1 微网的概念与结构

2001年美国著名的威斯康星大学麦迪逊校部的Lasseter教授首先提出了微网的概念[7,8],并在威斯康星大学建立了一个微网试验系统,系统容量200 kW,电压等级为208 V/480 V,该系统内的主要分布式电源为微燃机和燃料电池等。在此基础上,威斯康星大学又开展了更大规模的微网工程项目的研发。美国电气可靠性技术解决方案联合会(CERTS)和欧盟微网项目组也相继对微网给出了定义。微网是一种由负荷和微电源(microsources,即微网中的分布式电源)及储能装置共同组成的有机系统。微电源主要通过电力电子技术实现能量的转换及控制。相对于电力系统(主电网),微网是系统中的一个可控单元,它可以在短时间内作出响应以满足外部主电网的需要;而对于用户,微网可以满足本地负荷的特定电能质量要求,并可提高供电可靠性、降低线损等。

利用微网技术可整合多种形式的分布式电源,并考虑当地配电网的特点,在一个局部区域内直接将分布式电源、电力网络和本地用户有机地组合在一起。微网可以方便地实现(冷)热电联供[9,10,11,12,13,14],并可以结合电蓄冷(热)技术,缓解电网高峰用电压力,实现用电的移峰填谷,优化和提高能源利用效率,减轻能源动力系统对环境的影响,实现能源的梯级利用,为将来智能电网(smart grid)的实现提供必备的技术基础[15]。

微网结构中的馈线多为放射状,微网与主电网相连接的点为公共耦合点(point of coupling,PoC),在PoC处有一个主接口(connection interface,CI),通常是由微网并网专用控制开关——固态断路器(solid state breaker,SSB)或背靠背式的AC/DC/AC电力电子换流器构成。微网中的某些馈线上连接有重要敏感负荷,因此这些馈线上应就近安装微电源,必要时应配备电能质量调节装置,以更好地满足重要负荷对供电可靠性及电能质量的高要求。这些馈线上也装有SSB,当主电网故障或者主电网的电能质量不能满足重要负荷需求时,微网可以在小于1个工频周期的时间内与主电网快速分离,进而更好地保障重要电力用户的用电要求。在没有重要负荷的馈线上可以不安装微电源,而是通过公共母线对其进行供电。微网的基本结构如图1所示。需要指出的是,并不是图中所有元件都是必需的,如何确定可能的组合主要取决于微网的容量及本地负荷对微网性能的具体要求[16]。

图1中的DG可以是不同类型的分布式电源,例如光伏电源、风力发电、微型燃气轮机、燃料电池等;储能单元可以是蓄电池、超级电容器、超导储能、飞轮等;负荷也可以是各种类型的,包括阻抗性负荷、电动机负荷及热负荷等。各单元都通过电力电子接口(PEI)接入微网。一般说来,向一个单元增加一个PEI意味着增加了一个控制装置,进而可以提高该单元的响应速度及整个微网的鲁棒性。将从各单元的PEI输出端及CI两侧采集到的电压电流信号送到控制中心,可实现对整个微网的协调控制和优化运行管理。

2 微网的运行与控制方式

微网有2种基本的运行方式,即并网运行和独立运行。大多数情况下微网与主电网并网运行,此时微网中的负荷可以从微网或者主电网得到电力供应。当主电网发生各种故障、扰动及电能质量不满足负荷要求时,微网将快速与主电网断开并且平滑过渡到独立运行,以确保重要负荷不受影响[17,18,19]。在这2种基本的运行方式中,包括4种运行阶段:即①微网并网运行的暂态阶段(并网的过渡过程);②微网并网运行的稳态阶段;③微网独立运行的暂态阶段(离网的过渡过程);④微网独立运行的稳态阶段。微网必须确保在这4种运行阶段下都稳定可靠,且必须满足相应的入网要求。IEEE标准委员会近几年来一直在进行微网标准的制定和完善工作。该标准涵盖微网及含有分布式电源的孤立系统。该标准为微网的规划设计、运行管理及微网与主电网的并网和离网运行控制提供了技术依据。

微网的控制系统需要满足以下几个要求:

1)并网运行方式中微网控制系统能够快速检测主电网的扰动及电能质量变化并作出迅速响应;

2)微网可以实现快速无冲击地并入主电网或者与主电网分离;

3)有功和无功可以实现解耦控制;

4)各种微电源的输出功率通过相互协调可以与负荷需求动态匹配,并可动态实现微网与主电网之间潮流的定向、定量调整。

在微网中,光伏发电系统、风力发电系统等微电源受自然气候影响,输出功率具有波动性、随机性、间歇性。对此,可结合微网中的燃料电池发电系统、微燃机、储能装置等,实现微网中的功率平衡调节,大大降低间歇式分布式电源对电网的随机影响,增强功率调节的可控性[20]。要想可靠实现微网中的各个组成单元(具有各种特性的微电源、储能装置等)作为一个有机整体正常运行,必须要对其进行某种程度上的集中控制或者分散协调控制[21,22,23,24,25]。在集中控制模式下,控制中心对微网的运行状态进行采样,并通过专门的快速通信网络向各个微电源或者是那些起主导作用的微电源发出控制信号。这意味着各个微电源都服从统一调度、集中分配。图1所示的微网结构正是采用了这种控制模式。在分散协调控制模式下,微网中每个单元都根据就地运行情况各自进行响应。各个微电源及储能装置的响应速度必须能够确保微网的稳定性要求。

3 世界主要发达国家微网研究现状及典型示范工程

美国、欧盟、日本等发达国家(地区)对微网率先进行了深入研究,在微网的运行、控制、保护、能量管理以及对电力系统的影响等方面进行了大量研究工作,建立了一些可实际应用的微网示范工程及微网测试系统[16,26,27,28,29,30,31,32,33]。美国能源部与美国通用电气公司就微网技术项目展开合作,为微网的实际应用开发先进的控制技术、能量管理系统及保护策略等。2008年美国国家自然科学基金(NSF)在电气、通信、计算机系统(electrical, communications and cyber systems,ECCS)研究领域的重大研究项目之一为可重构的微网测试系统研究。2009年美国电力系统工程研究中心(PSERC)在原研究基础上继续把微网技术作为重点研究方向之一。日本新能源工业技术发展组织(NEDO)在“利用可再生能源的地区性电网工程”项目中启动了3个微网示范工程,分别设在日本的八户、爱知、京都。德国、希腊、西班牙、荷兰等欧盟国家也纷纷建立了典型微网示范工程及测试系统。“欧盟第五框架计划”用于微网技术专项研究的资金为450万欧元,该项目由雅典国立技术大学领衔负责,众多高校和国家的电力公司及著名电力设备制造厂商参与,取得了包括分布式电源的稳态和暂态分析、独立和互联运行理论及控制算法、当地黑启动技术、分布式电源接口响应的定义和功能要求、接地和保护方案、可靠性的量化分析方法等多项研究成果[34]。“欧盟第六框架计划”继续加大力度支持微网的深入研究,投资金额为800万欧元,主要解决如何进一步提高微网运行效率、实现多个微网之间的整合及制定标准化协议、多微网对电力系统的影响等问题。“欧盟第七框架计划”在原有微网研究基础上又提出发展智能电网的构想。

CERTS AEP微网是美国早期的典型微网示范工程。CERTS由美国电力公司(AEP)、TECOGEN公司、美国北方电力系统、S&C电气公司、桑迪亚国家实验室和威斯康星大学联合组成。CERTS AEP微网结构如图2所示。该微网内的馈线为放射状结构,主电网与微网连接线路长160 m,通过一个变比为13.2 kV/480 V、容量为1.5 MVA的变压器相连。由3个容量为60 kW的热电联供(combined heat and power,CHP)作为微源。微源通过逆变器接口与微网线路相连,结合P-f,V-Q下垂特性控制及PI控制将终端电压及输出的有功作为控制变量对其进行控制[16]。该微网内有4组波动性阻抗负荷,各自所需的峰值功率为95 kW,第4组负荷还包括一个感应电动机,以用来进行独立的电动机启动测试。储能装置通过DC/DC斩波,再经过逆变器接口与微网线路相连。

2006年,日本电信巨头NTT公司的子公司NTT设备公司在仙台市的东北福祉大学建立了一个微网示范工程[35]。具体结构如图3所示。该微网内的电源主要包括1个容量为250 kW的燃料电池(MCFC)、2个容量为350 kW的燃气机、1个50 kW的光伏电源及蓄电池组。该微网向大学内的5幢建筑提供电力供应和热能供应,并且通过一根5 km长的独立传输线向仙台市的一些居民、高中及一个水处理厂供能。该微网内采用了动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR),为一些用户处的电压暂降或中断提供动态电压补偿。

仙台微网工程的最大特点就是在实现多种分布式电源并网发电的同时,实现了多种电能质量及多种电能形式的电力供应,即实现了用户电力技术(custom power)和灵活、可靠和智能的配电系统(flexible,reliable and intelligent electrical energy delivery system,FRIENDS)的功能。仙台微网中的多种电能质量的供应包括优质供电、高质供电及常质供电;多种电能形式的供应包括交流供电和直流供电,这些均通过不同的换流技术来实现[36]。

西班牙Labein研究所建立了一个分布式发电和微网的综合测试系统,其具体结构如图4所示。通过2个容量为1 250 kVA的变压器与主电网相连,该测试系统还包含一个110 kW的电网仿真系统。微电源主要是光伏电源、风力发电、柴油发电机及微型燃气轮机;储能装置包括蓄电池、超级电容器及飞轮等;负荷包括电阻性负荷和感性负荷。该测试系统的特点是设计了集中控制方式和分散控制方式2种控制模式,可以对各种情况进行测试并且能够实现整个微网的重构。网络重构有利于微网在故障情况下的快速恢复,保障电压质量和供电可靠性;通过网络重构,可以优化微网结构,使微网发挥最大效率,有利于微网的安全稳定运行。

4 中国的微网建设现状

微网在新能源及可再生能源发电规模化并网应用上的独特作用及可行性已得到了国内专家学者的高度重视和充分认可[37,38,39]。国内相关科研院所对微网的各项研究工作、研究计划正积极展开。

2007年度安徽省国际科技合作计划项目“分布式多能互补能源微网供电系统集成与控制技术研究”由合肥工业大学与加拿大New Brunswick大学共同合作研究,合肥工业大学光伏工程研究中心作为中方执行单位。合肥工业大学在校园内建立了一个示范型的独立“微网”系统,即利用太阳能和风能发电建成了一个小型电网,发电200 kW,市电停电时可以供应该校一幢楼照明。

2008年10月,由中日双方共同实施的“先进稳定并网光伏发电微网系统”,在杭州电子科技大学正式投入测试使用。该项目是中日两国政府可再生能源科技合作项目,总投资5亿日元,这是目前国际上唯一的光伏发电比例达50%的实验微型电网,并成功供应2幢教学楼的用电。在阳光充足的日子里,2幢教学楼的供电基本依赖于太阳能,但在阴天或者晚上,就要依靠120 kW柴油发电机组和蓄电池组供电。这个系统的太阳光年发电量预期在120(MW·h)/a,基本满足2幢教学楼的用电需求,经济效益、社会效益显著。

三菱电气在中国的新疆地区也建立了一个小型微网,其中包括2个光伏电源,容量分别为10 kW和60 kW,1个容量为80 kW的蓄电池储能系统,及1个容量为100 kW的发电机。它们通过就地控制器实现功率的调整。负荷为40户民宅及3个商铺。其具体结构如图5所示。

2008年11月,由南方电网公司承担的国家863计划项目“MW级燃气轮机分布式冷电联供技术集成与示范研究”课题与“兆瓦级冷热电联供分布式能源微网系统并网关键技术研究与工程示范”课题示范工程技术方案通过专家评审。该示范工程实现:①并网条件下,以系统优化配置技术为指导的系统优化匹配设计及运行控制;②形成模块化的典型冷电联供系统,为分布式供能系统的推广应用提供支撑;③燃气余热的制冷与除湿、蓄能等电冷联供高效技术的集成。

5 对中国微网发展的分析与建议

中国正处在社会经济发展的重要转型期,随着城镇化、工业化进程加快,农村能源需求数量和结构将发生明显改变。目前,国内农村能源基础设施落后,依靠传统的能源很难满足农村经济社会发展的需求,农村能源紧缺的矛盾还将进一步显现。新农村能源建设不能延续过去资源耗竭型的发展模式,而是要充分发挥农村尤其是西部农村地区资源优势,因地制宜地利用本地小水电、太阳能、沼气能、垃圾发电等分布式供能系统,建立本地特色的微网结构,进而增加电力供应,提高供电可靠性,提高电力及可再生能源在农村能源消费中的比重,这是解决能源供需矛盾、缓解环境压力的关键出路。

针对中国一次电网与发达国家一次电网相比相对薄弱的现状,微网可以作为一次电网的有力补充,显著提高供电的安全可靠性。美国和欧洲一些发达国家的天然气资源非常丰富,且天然气管道布局均匀。而中国天然气供应有一定局限,只够民用,不够发电,还要解决长管线问题,需要大量经费。因此无法像国外微网工程那样大量使用微型燃气轮机发电。另外,中国能源基地与工业基地发展不平衡,宽广的荒漠地区集中在西部与北部,有大片未利用的土地、丰富的太阳能与风能资源,是未来综合能源基地的首选对象[40]。新疆、内蒙古、甘肃、青海等4省区面积占全国40%、人口占全国6%,经济欠发达,当地丰富的太阳能发电和风力发电必须解决规模化并网问题。微网技术是解决这一问题的有效途径,从而实现能源的优化配置,缓解东部、南部等发达地区能源紧张问题。而东部、南部等沿海发达地区也需充分利用自身优势,大力发展海上风电、波浪能发电、潮汐能发电、光伏发电等分布式发电技术,并与扬水储能、压缩空气储能等大容量储能方式相结合,削峰填谷。微网可以有效整合这些分布式发电技术和储能技术,提高能源利用效率,应用前景广阔。

需要说明的是,中国微网的发展模式不必受国外已有文献和示范工程束缚,而应依据国内不同地区新能源及可再生能源发电的实际条件和需求,结合中国光电建筑一体化(BIPV)和“金太阳示范工程”的相关政策,广泛应用在光伏并网、风光互补、水光互补发电项目中,因地制宜,以实现新能源及可再生能源并网发电的综合技术经济效益最大化为目标,建设具有中国特色的微网工程。

同时,建议在以下几个方面开展微网技术的研究:①微网的数学建模及仿真方法;②微网与主电网的相互作用机理;③微网与主电网并网、离网的切换控制技术;④微网的优化经济运行;⑤微网中的电能质量分析与控制方法;⑥微网对主电网潮流的影响与作用;⑦微网的静态稳定、暂态稳定问题;⑧微网的监测与保护;⑨微网中关键设备的研制;⑩微网的技术经济指标评估体系;(11)微网的规划设计方法;(12)微网的运行规范及相关标准的制定;(13)微网集成技术;(14)中国特色的微网问题研究;(15)微网实验平台与示范工程建设等。

摘要：微网(microgrid)技术可以有效整合新能源及可再生能源发电——分布式发电的优势,同时为新能源及可再生能源并网发电规模化应用提供了新的技术途径。微网不仅能够有效提高能源的梯级综合利用效率,而且可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量,是国内外电气工程研究领域的最新前沿课题之一。文中对微网的概念、基本结构及其工作原理进行了详细阐述,并分析了微网的基本运行方式和控制策略。同时对国外不同特点的典型微网示范工程及实验测试系统进行了分析。最后,详细阐述了中国微网技术研究现状与动态,结合中国实际情况论述了中国特色微网的建设,给出了微网技术中有待研究的重要课题。