有效性和实时性

有效性和实时性（精选8篇）

有效性和实时性 第1篇

可见, 随着知识经济时代的来临, 我国社会的现代化进程日益加快。科技传播作为大众传播的重要组成部分, 具有促进国家科技和经济发展以及国民的科技素质教育的重要功能, 是提高全民科学文化素质和促进社会和谐发展的主要手段和途径。科技传播的教育功能和科技普及功能的发挥刻不容缓, 加强科技传播在构建和谐社会中的作用非常必要。本文拟就科技传播的社会价值, 即有效性;科技传播的及时性, 即时新性作一些初步的分析和讨论。

1 科技传播是实现科学技术是第一生产力的基础环节或条件

1.1 科技信息的传播是科学技术生存和发展的必要条件

科技的发展必然要有科技知识的不断积累, 并在新知识源源不断地添加到知识宝库的过程中实现创新。可以肯定地说, 任何科学理论和技术的形成、发展乃至突破, 都是建立在前人的经验、知识等科技信息积累的基础上, 通过信息的传播, 最终由量变到质变的过程。

1.2 科技信息的传播是科学技术转化为现实生产力的必经之路

科学技术是第一生产力, 科技传播所报道的新技术、新工艺、新成果被人们用于生产后, 可以获得明显的经济效益, 可以有效地提高劳动效率和社会生产力, 推动经济的发展。这便是人们常说的科技传播的经济价值。

科学技术总是最先被少数的科技工作者所拥有、掌握, 而科技的发展要靠全社会的力量, 科技对社会的作用也必须借助于社会的力量。这就要求科学技术必须变少数人掌握为多数人掌握。而要达到这一转变, 必须通过科技传播。通过科技传播, 科学技术与生产力三要素相结合, 转变为现实生产力。马克思关于“劳动生产力是随着科学和技术的不断进步而不断发展的”著名论断, 深刻地反映了这一本性。然而, 从隐性生产力的科学知识到显性的现实生产力需要一个过程, 这不是一个一蹴而就的过程, 许多科研成果由于得不到有效传播往往被束之高阁。科技信息不断传播的过程, 本身就是科学技术不断转化为生产力的过程。

1.3 科技信息传播是提高全民素质的主要手段和途径

科技传播可分成三个层次:即科技交流、科技教育和科技普及。他们在不同层面上促进了国家的科技和经济的发展以及国民的科技素质教育。世界上许多国家和地区都非常重视通过科学技术传播工作, 将科学技术普及, 进而提高社会成员的科技意识, 形成全社会理想的科技氛围, 如在英国的许多会议厅、甚至餐厅墙上悬挂的更多的是科学家的画像;我国特别行政区香港仅科技传播的专门机构就有10几个

科技传播可通过自我传播、人际传播、组织传播、大众传播。在当代, 又可由信息高速公路和多媒体技术带来的网络传播, 向不同的目标受众传播科技信息。通过科技传播, 会使全社会自觉意识到科学技术的巨大社会价值, 增强对科学技术的理解, 形成尊重科学技术劳动和科技劳动者, 支持科技事业的社会环境, 从而影响、吸引更多优秀的社会成员投身科技。可以说, 科技意识在推进科技进步和发展中确实具有不可或缺的极其重要的作用, 而全民科技意识的提高必然要得力于科学技术的传播, 这是不言而喻的。

1.4 科技传播可以推介先进的生活理念和生活方式, 促进人们社会生活方式的现代化

所谓社会生活方式, 是在一定的历史时期, 人们以自身的活动维持生命体存在和种族延伸的过程中, 所形成的全部社会活动和社会关系的内容、形式、结构的典型模式、总体特征及规律。“社会生活方式是社会综合水平的直接反映, 是社会进步程度的标尺。”社会生活方式主要由经济基础来决定, 但是也受到人们的精神、思想和社会舆论的影响。科技传播对人们社会生活方式的影响是明显的。科技报道通过对人们的衣、食、住、行、卫生保健、娱乐闲暇、精神与物质消费方面进行多侧面的报道, 介绍先进的、合理的方式与方法, 对人民的社会生活方式往往能产生深刻的影响。

总之, 科学使人进步, 愚昧使人落后。当今世界, 发达国家必然是科技领先、科学普及的国家。加强科技传播有助于提高人们的认识水平。科技传播不仅只是传播了简单的一条科技报道, 更重要的是它能促使人们自觉地以科学的理念和态度认识世界, 从而掌握客观规律, 少走或不走弯路。只有靠科学的观念深入人心, 社会才能进步, 各项事业才有能发展、创新。只有用科学的发展观指导工作才能解决好现阶段经济建设等领域出现的问题。

2 科技传播如何讲求有效及时

有效及时, 是是新闻报道的基本要求。科技新闻作为众多新闻类别中的一种, 也必然有着有效性及时性方面的要求。在求新求快的同时, 科技传播如何做到有效正确?

2.1 科技传播也应注重及时性要求

有人认为, 科技新闻是“以报道科技战线新近动态和成果为主的新闻”, 鉴于其报道对象的特殊性, 在时效性方面可以不像社会新闻、体育新闻那样作严格要求, 慢一点没关系, 这种想法看似有理, 实则不然。

及时性是新闻的基本属性之一, 任何新闻报道都应该严格要求, 对于科技新闻来讲尤其如此。一项已获得成功的科技成果, 媒体只有在第一时间将其传达给读者, 才能满足受众的求新心理, 充分发挥科技新闻的新闻价值。在2003年非典肆虐的时候, 报纸媒体在时刻关注各地病情发展的同时, 还不断发布有关防治非典药物的最新研制情况, 这个时候任何有关治疗非典新药出现的消息对于战胜非典病毒, 稳定百姓的恐惧心理都具有重大的意义。因此, 媒体的及时报道就显得尤为重要。

在当下各种媒体竞争激烈, 尤其是新媒体拥有信息量大、传播速度快的优势。它的出现, 更为科技传播的及时性提高, 注入了新的活力。其独有的大容量、全方位、多角度的特点可以使受众在明确科学概念、知悉科学方法、查阅资料等方面得到很大收获;互动性强的特点又拉近科技报道和科技传播对象的距离, 使得公众能够真正地走近科学, 了解科学, 关注科学。

2.2 科技传播在注重及时性的同时更强调有效性, 即“技术含量”

科技报道是新闻的一种, 除了一般的新闻根据以外, 还应当具备科学根据, 强调科技传播的“技术含量”。所谓“技术含量”, 不仅包括新闻报道本身所应具有的专业主义思想, 同时还应包括渗透于内容层面及操作层面的技术因素及科学原理等。在新闻报道中, 新闻专业主义的核心理念体现为客观性原则, 包括五项准则即平衡、公正、不存偏见、准确、中立。科技传播“技术含量”的提高, 需要传媒主动加强与专家系统的联系与互动。传媒作为符号系统的最主要掌控者, 其传播的信息要在最大程度上准确、客观、如实地反映专家的结论。

2.3 科技传播讲求有效及时应注意的技巧1) 不盲目抢时新, 应保持科学严谨性

惊恐全球的SARS、禽流感、海啸、汶川地震、甲型H1N1流感近年来, 这些对人类社会来讲是灾害性的突发事件, 对媒体来讲, 却孕育着机会。当年那场突如其来的“非典”疫情, 对全社会是一场巨大的考验, 对新闻界也是一场巨大的挑战。作为科技类媒体, 如何充分发挥传播的作用, 从普及科学知识、宣传科学精神角度促进突发事件科学、有效地解决, 是我们的社会责任之一, 也是新闻界的重要使命。“非典”疫情爆发之初, 社会上一度出现人云亦云、“病急乱投医”的现象。上海各大媒体专业版面或上海科技报等专业媒体纷纷注重运用科学知识和现代科技手段, 发挥现代传媒的信息优势, 从消息、访谈、通讯、特写、科普副刊等不同角度, 全方位报道疫情, 帮助群众科学认识疫情, 逐步坚定了群众“非典疾病可防可治”的信心和决心。各报道用科学知识充实教育内容, 用大量科学实验、科学数据、科学经验, 取代单纯说教和肤浅解释, 用科学的力量战胜迷信, 用知识的力量战胜愚昧。再看今年甲型H1N1流感爆发后, 正是由于SARS的经验教训, 我们已经能够做到及时充分地报道流感疫情、政府的措施、国外的疫情和经验、预防的基本知识等, 取得了良好的社会效果, 避免制造社会恐慌。

从这些例子中可以看出, 世界上的任何事物都是以多层次、立体的状态呈现在世间的。在公众面临突发事件威胁, 如饥似渴找寻相关科学基本知识的时候, 正是科技传播的绝佳时机。

2) 抢新求快的同时, 要保证新闻真实性

新闻媒体对公众的科学引导, 不仅是媒体应主动承担的社会职责, 也是公众想要知道事件真相和正确看待与理解事件的心理需要。一个科学的、负责任的新闻媒体该从受众利益的角度考虑, 提高公众对各种信息的鉴别和判断能力, 用正确的、健康的观念去强化受众头脑中原有的那些积极认识, 同时驱除和驳斥那些错误的、模糊的、落后的认识。这就要求新闻媒体加强新闻敏感性, 把握报道内容的科学性, 注重信息的分析和甄别。

科技传播要善于审时度势、动察先机、抓住苗头, 以高度的敏感性主动出击;要让权威信息尽快公开, 让真情大白于天下, 科技传播应及时而强有力地传事喻理, 以确凿的事实和雄辩的论理把尽可能多的客观信息及时地传递给受众并进行合理的分析, 力求向舆论主体传递真实、全面、客观、公正的信息。这样, 才会提高科技传播的影响力。只有及时地报道, 才能有效地引导舆论, 避免和减少猜测性及歪曲性报道, 争取主动权, 使政府、媒体和公众站在同一“战线”上。

摘要：科技传播作为大众传播的重要组成部分, 具有促进国家科技和经济发展以及国民的科技素质教育的重要功能, 是提高全民科学文化素质和促进社会和谐发展的主要手段和途径。与此同时, 从传播心理学的角度看, “先入为主”是受众接受信息的普遍规律, 是新闻时新性的追求, 科技传播的舆论引导同样要追求时新性, 做到先入为主。本文拟从科技传播的有效性和及时性角度出发, 阐述了新时期如何提高科技传播的影响力, 指出加强科技传播在构建和谐社会中的作用非常必要。

有效性和实时性 第2篇

课堂教学是在师生相互对话和交流中进行和完成的。只要有师生之间的交流，自然就存在着评价。即时性评价能对于学生的行为表现给予即时鼓励从而调控及引导的评价活动。它贯穿于教学过程的始终。通过即时性评价，往往能缩短师生之间的心理距离，营造民主、和谐、安全的课堂氛围，激发学生思维的火花，使学生获得积极的情感体验，愉悦身心发展。

品德与生活课程是以儿童的生活为基础，以培养品德良好，乐于探究，热爱生活的儿童为目标的活动型综合课程。作为一门活动型综合课程，它是对我们小学低年级原有思想道德，自然现象，生活与劳动等等课程进行高度整和的基础上生成的新的课程。作为一种新生成的课程，需要形成一种全新的教学评价来与之相适应。即时性评价对激励学生进步、调节教学导向，起着很大作用。学生能从教师的即时评价中受到启发，明确下一步的努力方向。教师对学生课堂参与情况进行积极的评价，给予鼓励，可以使学生产生积极向上的情感和不断前进的动力。教学目标的完成，不仅要靠教师精心设计教学过程，同时，还要注意把握学生课堂学习中的生成性问题。教师借助即时性评价，指导学生参与课堂教学，提高学习能力，完成教学目标。所以说，即时评价是教学过程中不可缺少的一部分,它直接影响着课堂教学的进展和学生的发展。

以实时反馈提高历史教学有效性 第3篇

一、解读表情,察言观色

在日常教学过程中,我非常注重观察学生的面部表情。对知识领会时的点头微笑,产生疑惑时的紧锁双眉,思索一番仍无法理解时的摇头叹气,顿悟时的喜出望外等,这些都是学生内心世界的最真实反映。因此,教师在上课时,应有意识地关注每一个学生的面部表情,最大限度地与学生保持目光接触,捕捉学生细微的表情变化。这不仅能够有效地传递教师对学生的信任和鼓励,还能在第一时间让教师获知当下授课内容的教学效果,从而决定是否需要随机应变地调整教学方法。

二、由点及面,提问反馈

课堂提问是一种即时的、现场评价与反馈的方式。但是如果提问的对象只局限于一两个学生,那未必具有普遍的代表性。因此,当教师在讲解了某个重点和难点的时候,有必要马上通过课堂上多人次的提问,以要求学生复述知识点的内容,或者对知识点进行比较、归纳、整理等方式,来了解各个层次的学生对问题理解的清晰度,以及理解的深度和广度。这不仅能引导学生积极开展思维,让学生认识到自身的理解能力、表达能力和听课的效率,更有助于教师及时了解学生对知识掌握的情况,发现教学中存在的问题,为改进教学提供反馈信息。

三、落笔成文,情境反馈

除了表情观察与口头反馈,书面的反馈也非常重要。无论是会考还是高考,都要求学生在规定时间内,用整洁的字体,规范、清晰的表述方式,根据题目要求组织语句,表达想法。因此,我在每一单元的教学任务完成后,会要求学生在15分钟内做一道与他们的水平相当的材料题。根据学生完成的情况,了解他们对已学知识点的掌握情况、对材料的基本分析能力以及语句组织能力的情况。再选取一些具有代表性的答卷扫描到电脑上,在讲评的过程中向全体学生展示,或指出书写的不工整会造成视觉上的误差或情感上的不适,或就表述的准确性、组织问题的条理性、答题格式的规范化等问题引导学生在讨论中进行修正。由于定期采用了这种反馈方式,不仅可以锻炼学生应试的能力,帮助学生正确认识在答题过程中存在的各种问题,及时纠正错误,更能够使教师的讲评真正帮助学生提高能力和方法,从而在重大考试中避免犯下重复类似的错误。

四、个体调研,专题反馈

一个班级中的学生接受能力通常参差不齐,经常会发生一部分学生已经理解,一部分学生却一知半解,还有一部分学生根本没有理解的情况。即使对同一个学生而言,面对不同的知识点,他的接受程度也会有所不同。因此,在某一专题教学结束后,教师应选取各个层面多个对象进行随机调研,根据反馈的实际情况来决定应该如何开展下一步的教学工作。这样的反馈方式通过个体推广到整体,不仅使学生明确了自己需要改进的地方,也使教师明确了在专题复习时需要继续注意强化培训的地方,有助于教与学的有序开展。

一种快速有效的实时线损计算方法 第4篇

线损率是电力系统的综合性技术经济指标,也是国家考核电力部门的一项重要经济指标。特别是在电力工业市场化改革和及节能减排的背景下,线损管理的重要性则更加突出。

线损通常分为技术线损和管理线损。技术线损包括变压器的铁损、铜损,输、配电线路中的损耗,电容器介质损耗和电晕损耗等,这部分损失与网络的构成、网络运行的技术状态、运行方式、电气设备的质量等有关,又称为理论线损。管理线损电是与网络维护管理水平有直接关系的一种电量损失,其中包括各种计量电能表的综合误差,钟表不同期、漏抄、错抄、错算所产生的误差,电气设备绝缘不良所引起的漏电、无表用电和窃电所引起的损失电量。其可以通过用电管理予以降低。理论线损的获得为技术降损提供了分析基础,同时可以从总的线损统计中分离出管理线损,为加强管理提供了依据。准确的线损计算是进行线损管理的基础。

文献[1]给出了我国电力网线损计算的基本方法。其关键是给出了在数据获得比较困难的情况下,估计线损的方法。

随着电力网各种计算机检测系统的建立,例如SCADA系统,电能量计费系统等,电力系统的运行状态的数据采集条件得到了明显的改善,已经基本具备了进行实时线损计算的条件。文献[2,3]利用状态估计的方法解决系统运行时少量数据采集不足的问题。文献[4]以区段为单位,对回路电流法和电流电压法进行了比较。本文讨论了实时线损计算的基本思路,给出了一种基于实际测量的理论线损计算方法,并实用一个数值例子验证了算法的正确性。

1 实时线损的计算问题

在具有实时测量的条件下,线损的计算分成两类:统计线损和理论线损。所谓统计线损就是完全由测量得到的线损统计。而理论线损则是以测量为基础按照电网模型计算出来的能量损失。

如图1所示,是一个110 kV的电网,如能测量得到母线1,2,4的注入有功和无功,例如测量得到$\tilde{S}$G1=0.478+j0.144,$\tilde{S}$L1=0.15+j0.1,$\tilde{S}$G1=0.2+j0.197,$\tilde{S}$L4=0.5+j0.3。就可以得到这个电路的总的功率损失就是所有注入的功率减去输出的功率,也即

$\tilde{S}{}_l=\tilde{S}{}_{G1}-\tilde{S}{}_{L1}+\tilde{S}{}_{G2}-\tilde{S}{}_{L4}=0.0280-\text{j}0.0890$

这个网络的测量线损有功功率是0.028 0。而如果测量周期是t,则统计线损就是0.028 0t。

对于线损管理而言,仅仅得到上述的统计线损是不够的,还需要进一步明确线损的分布,也就是明确元件上的线损,这样才能够提供有效的降低能量的损失,而且,统计线损没有区分管理线损和技术线损。所以有必要进一步通过进行理论线损的计算得到理论线损。

按照文献[1]确定的原则,线损的理论计算以元件为主体,电网中所有元件的线损累加为全网总线损。理论线损的计算需要通过电网潮流计算得到。且全年和月的线损以典型日的计算为基础。其中线路的在代表日的线损按照均方根电流法可写成

$\Delta A=3{\rm I}{}_{jf}Rt10{}^3(\text{k}\text{W}\cdot \text{h})(1)$

其中:R元件的电阻(Ω);t运行时间;Ijf均方根电流(A)。

而变压器的损耗则分成铁损和绕组损耗。

$\begin{array}{l}\Delta A=\Delta A{}_r+A{}_R=\\ \underset{\Delta A{}_r}{{\displaystyle \Delta {\rm P}\left(\frac{U{}_{p1}}{U{}_f}\right){}^{2}t}}+\underset{A{}_R}{{\displaystyle \Delta {\rm P}{}_{{\rm K}}\left(\frac{{\rm I}{}_{lf}}{{\rm I}{}_e}\right){}^2}}(\text{k}\text{W}\cdot \text{h})(2)\end{array}$

(2)式中:ΔAT铁芯的损耗电量;ΔP变压器空载损耗功率;t变压器运行小时数;Uf变压器的分接头电压;ΔAR绕组的损耗电量;ΔPK变压器的短路损耗电量Ie变压器的额定电流,应该取与负荷电流同一电压侧的数值。

理论线损计算的基本方法就是根据电网运行的状态,例如节点注入功率,利用了等值模型计算潮流,再利用等值阻抗来求线损。在传统的测量条件下,电网运行数据不能够实时测量得到,通常是组织人力测量代表日的整点时刻的数据进行离线计算。因此其计算误差比较大。

对于实时线损来说,其计算的方法和条件与传统的计算有明显的不同。首先,由于电网运行状态可以实际得到,年、月的线损不需要利用典型日的数据进行变换,可以实际计算。其次由于以SCADA为代表的电网实时检测提供了大量的数据,使得电网的潮流计算不再是以一般的传统的潮流计算方法为基础,而可以利用冗余数据进行更为简单的潮流计算。本文将在第二部分给出一种简单的基于线性代数方程的方法。

2 实时线损理论计算方法

实时线损的计算要依据可以测量得到的电网数据,并利用电网等值模型求得。图2给出了图1电路的等值模型。对于绝大多数的情况,节点的注入有功,无功以及电压、电流幅值是可以测量得到的。在这些信息已知的条件下,根据潮流方程可以通过求解代数方程得到需要的线路两端的复数功率,从而得到元件上的损失能量。

对于一个n+1个节点的系统,选择一个平衡节点,其他n个节点可以列写其节点电压方程为:

${\displaystyle \sum _{j=1}^{n}Y}{}_{ij}\dot{U}{}_j=\dot{{\rm I}}{}_i(3)$

(3)式中:$\dot{U}{}_i=U{}_i\text{e}{}^{j\theta {}_i}$为节点电压,Ui为电压幅值,θi为节点电压与平衡节点的电压相角;$\dot{{\rm I}}{}_i={\rm I}{}_i\text{e}{}^{j(\theta {}_i+\phi {}_i)}$为节点电流,Ii为电流幅值,φi为节点的电压电流相位差。

节点电压电流相位差可以表示为

$\text{e}{}^{j\phi {}_i}=\cos \phi {}_i+\text{j}\text{s}\text{i}\text{n}\phi {}_i=\frac{{\rm P}{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}+\text{j}\frac{Q{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}(4)$

将式(4)代入式(3)得到

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}Y}{}_{ij}U{}_i\text{e}{}^{j\theta {}_i}={\rm I}{}_i\text{e}{}^{\text{j}(\theta {}_j+\phi {}_i)}=\\ {\rm I}{}_i\left(\frac{{\rm P}{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}+\text{j}\frac{Q{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}\right)\text{e}{}^{\text{j}\theta {}_i}(5)\end{array}$

整理可得:

$\begin{array}{l}\left[{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}Y}{}_{ij}U{}_i-{\rm I}{}_i\left(\frac{{\rm P}{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}+\text{j}\frac{Q{}_i}{\sqrt{{\rm P}{}_i^2+Q{}_i^2}}\right)\right]\text{e}{}^{\text{j}\theta {}_i}=\\ 0,i=1,2,...n(6)\end{array}$

当Pi,Qi,Ui,Ii,i=1,2,...n为测量值,令xi=ejθi,则式(6)构成了一个未知量为的代数方程组,可以求解得到xi,进而得到电压相角θi。

当节点上的电压幅值及其相角已知,则其相连线路的损失可以求得,其公式为:

$\begin{array}{l}\widetilde{{\displaystyle S{}_{ij}}}=\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_i}}\stackrel{*}{{\displaystyle U{}_i}}\stackrel{*}{{\displaystyle y{}_{ij0}}}+\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_i}}\left(\stackrel{*}{{\displaystyle U}}{}_i-\stackrel{*}{{\displaystyle U}}{}_j\right)\stackrel{*}{{\displaystyle y}}{}_{ij}\\ \widetilde{{\displaystyle S{}_{ji}}}=\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_j}}\stackrel{*}{{\displaystyle U{}_j}}\stackrel{*}{{\displaystyle y{}_{ji0}}}+\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_j}}\left(\stackrel{*}{{\displaystyle U}}{}_j-\stackrel{*}{{\displaystyle U}}{}_i\right)\stackrel{*}{{\displaystyle y}}{}_{ij}\end{array}\}(7)$

(7)式中:$\widetilde{{\displaystyle S{}_{ij}}}$为与节点i相连的支路ij在i端的流入复功率,$\widetilde{{\displaystyle S{}_{ji}}}$为与节点j相连的支路ij在j端的流入复功率。yij0为节点i接地导纳。

线路上的损失功率为:

$\Delta \widetilde{{\displaystyle S{}_{ij}}}=\widetilde{{\displaystyle S{}_{ij}}}+\widetilde{{\displaystyle S{}_{ji}}}(8)$

线损为:

$\Delta A=R(\Delta \widetilde{{\displaystyle S{}_{ij}}})t(9)$

总结上述的实时潮流的计算步骤为:

step1 : 获得实时测量的电压和电流幅值,以及有功及无功功率;

step2: 按照式(3)组成代数方程组,求ejθj,进而求得电压相角;

step3: 按照式(7)求得个元件两端的流入功率

step4:按照式(8)和(9)求得元件的损失能量。

显然这个计算的最重要的特点就是将求解一个非线性方程组的一般潮流计算由于利用冗余的测量数据而变成了线性方程求解,使得计算时间短,满足实时性能。

3 算例

以图1所示的系统的为例,其等值电路及其参数如图2所示。表1给出了节点注入的功率而表2给出了按照正常的潮流计算得到的线路损失以及按照本文给出的计算方法得到的线路损失估计。

从表2可以看出传统的计算结果与本文提出方法的计算结果比较其最大误差为0.000 037,相对误差小于1%。比较可以看出,两个方法结果一致,说明本文给出的方法计算结果正确。

4 结论

本文讨论了实时测量条件下理论线损计算问题。给出了一种简单有效的利用求解代数方程计算理论线损的方法。该方法由于避免了传统的潮流计算求解非线性方程的问题,提供了一种快速有效的计算理论线损的途径。

参考文献

[1]电力网电能损耗计算导则.《新编线损知识问答》附录,北京:北京科技出版社(DL/T686-1999)

[2]于尔铿.电力系统状态估计.北京:水利电力出版社,1985

[3]孙健,张锋,江道灼.中压配电网分段状态估计法.电力系统及其自动化学报,2003;15(3):66—69

有效性和实时性 第5篇

在智能监控领域中运动目标检测是一个重要的研究课题。在运动物体的后续处理中检测的质量好坏对目标识别、跟踪等影响很大。运动目标检测有很多方法,其中常见方法有三种: 光流法、帧差法、背景差法。

光流法[1]利用光线变化来检测运动物体运动,这些光线变化包括相机运动、场景目标运动或者有这两者的相对运动引起。光流法适用于摄像机运动的情形,具有一定的鲁棒性。但是光流计算相对复杂,对于实时性要求较高的状况很难满足。

帧差法[2]只涉及简单的运算处理速度相对较快,并且对场景光线的变化不是很敏感具有抗干扰能力。但这种方法易产生“空洞”和“双影”现象,对后续的处理( 识别、追踪等) 造成很大的影响,这也是现在需要解决的问题。

背景差法[3]是基于当前帧与背景帧之间的差异,因此背景模型建立的好坏直接关系着背景差法对运动物体检测的质量。质量比较高的背景模型可以将运动目标较完整地提取出来。但背景是随着时间不断改变的,因此需要建立动态的背景更新模型。如今比较好的背景更新模型有自适应背景更新模型、自适应混合高斯背景模型等,这些背景更新模型在一定程度上适应了场景的变化,但对于光照突变和相机抖动的情况还是很难解决的。

运动物体实时性和鲁棒性是判定运动目标检测好坏的重要指标。本文针对二帧差分法和背景差法单独应用时存在的缺陷,综合利用了二帧差分法对动态环境的适应性和背景差法能够获取目标完整信息的优点,并且利用二帧差分法和背景差法处理速度较快可满足实时性要求的特点,提出了基于这两种方法的改进算法。

1 运动目标检测的两种方法

1. 1 帧差法

帧差法是根据相邻帧间的差异得出相邻帧的图像亮度差绝对值,然后与设定的阈值进行比较来区分运动区域和非运动区域。本文针对二帧差分法进行分析。

二帧差分图像表示为:

其中,Ik( i,j) 表示第k帧图像在点( i,j) 的像素值。当Dk≤T时,相邻两帧间变化不大,则判定为无运动目标。当Dk> T时,相邻两帧的变化足够大时,则认为有运动目标。

表述为公式:

其中,T为检测阈值。

通过二帧差分法可以粗提取运动区域,但是由于“双影”现象[4]和使用形态学膨胀处理[5]使得运动区域增大,需要对粗提取出的运动区域进行细化。

1. 2 背景差法

1) 背景差法基本原理

背景差法是将视频序列中当前帧与背景图像相减的绝对值与设定的阈值进行比较来进行目标检测。

背景差分图像表示为:

式中,D'k是差分图像,Bk为背景,Ik为当前帧图像。首先将第k帧图像与背景图像做差,得到差分图像D'k,然后对差分图像D'k进行二值化处理,对所得结果R'k进行区域性分析,当某一区域的面积大于给定的阈值,则认定为有运动目标。

表述为公式:

其中,T'为检测阈值。

2) 背景更新模型

由于随着时间的推移,场景在不断的改变,所以背景模型也需要进行不断的更新。背景更新方法有混合高斯背景模型[6]、自适应背景更新模型等。混合高斯模型和自适应背景更新模型[7]都可以实现在线更新,但是混合高斯模型需要的公式复杂,计算较为困难,很难满足系统的实时性要求。本文针对自适应背景更新模型进行研究。

背景差法虽然可以对运动物体进行完整的提取,但是对光线变化特别的敏感,稳定性比较差,需要进一步改进。

2 基于帧差法和背景差法的改进算法

帧差分法容易受到某些噪声的干扰,特别是当运动物体被遮挡的背景出现时,会将新出现的背景错误地检测为运动的物体,而导致“双影”现象。背景差法对场景的变化特别敏感,抗噪能力差,在动态场景中( 如光照和相机抖动) 很难把运动目标完整的检测出来。本文提出了基于二帧差法和背景差法的改进算法,该算法很好地克服以上问题,提高了鲁棒性。另外,二帧差法与背景差法计算简单,使系统具有很好的实时性。

2. 1 改进算法基本步骤

Step1进行第一阶段 ( 二帧差法阶段) 处理,利用二帧差法求出当前帧与前一帧的差值,然后对差值图像进行二值化处理;

Step2把经过Step1处理过的图像进行运动区域面积比求值( 即像素值为1的像素数占总的像素数的比例) ;

Step3将上一步计算出来的运动面积比与设定的阈值进行比较;

Step3. 1当没有超过设定的阈值,则说明该目标中没有感兴趣运动物体,不必进行二阶段( 背景差分阶段) 处理,然后转到Step5执行;

Step3. 2当超过设定的阈值,则说明存在感兴趣运动物体,然后对该帧进行形态学膨胀处理并转到Step4执行;

Step4进行第二阶段 ( 背景差分阶段) 处理,此阶段只对二帧差分阶段分割出的运动区域进行处理。利用背景差法求出当前帧与背景帧之间的差值,并对差值图像进行二值化处理,然后进行Step3、Step4. 1、Step4. 2和接下来的处理;

Step4. 1当没有超过设定的阈值,则说明该目标中没有感兴趣运动物体,背景更新,转到Step5执行;

Step4. 2当超过设定的阈值,背景更新,并提取运动目标,转到Step5执行;

Step5结束。

改进算法流程如图1所示。

2. 2 改进算法中的细分割

经过二帧差法和形态学膨胀处理后,虽然能够检测出运动区域,但是运动区域范围扩大,为了更进一步检测出运动目标,提高检测的精度。本文采用背景差法进行运动区域细化。

算法表示为:

在户外光照条件下背景本身容易被检测为运动目标,使用像素邻域的背景差分可以在一定程度上避免这种现象。

其中l1和l2为邻域半径,通常取1或2。二值化Rzkbn( i,j) 得到最终的运动目标。

算法最终表示为:

其中,T″为二值化阈值。

2. 3 改进算法中的背景更新

本文针对自适应背景更新模型不能够满足对小物体( 非感兴趣运动物体) 的突然闯入和光照、摄像机抖动使得运动区域大幅度增加等现象的适应性,提出了自适应背景更新模型的改进模型,该模型改进后的背景更新算法如下:

其中: ARZ、ARB分别表示在二帧差分阶段和背景差分阶段运动物体面积比[8],TLZ、TLB表示在二帧差分阶段和背景差分阶段判定运动物体是否感兴趣目标的运动物体面积比阈值,THB表示背景差分阶段判定运动物体是否出现异常现象( 光照、摄像机抖动等) 的阈值,α为更新权值,α越大背景更新速度越慢。α是个常量,可以设置在[0. 003,0. 15]范围内。当ARB< TLZ时,表明有非感兴趣运动物体闯入,此时背景不需要更新; 当ARZ>THBand ARB< TLZ时,表明出现异常现象( 光照、摄像机抖动等)并且没有感兴趣运动物体( 即此时认为是静止图像) ,把此帧作为背景帧,进行背景更新; 当TLB≤ARB≤THB时,有感兴趣运动物体,此时用自适应背景更新模型进行背景更新。

3 实验结果与分析

本文的仿真实验环境为CPU i3-2130 /3. 40GHz,内存为4GB的PC机,使用VC + + 编程实现[9]。为验证算法的有效性,本文使用在复杂车流路况下的监控视频序列进行测试( 测试. avi) 。测试视频分辨率: 240×320,视频流速度: 25帧 / s。

参数设置为:

图2,图3,图4分别表示第50,750,1200帧图像,其中,各图中的( a) 、( b) 、( c) 、( d) 分别表示原始帧和经过二帧差法、背景差法、本文算法处理的结果图。

图2是发生在正常路况下。虽然经过帧差法使得运动区域增加,但是经过背景帧差法细化处理得到的图像( d) 显然与( a)中的运动目标是吻合的,满足运动物体检测的需求。图3是发生在光照强度突然改变的情况下。所以使用背景帧差法产生了极差的效果( c) ,使用本文提出的算法得到的运动检测图( d) 显然克服了背景差法的不足并且对二帧差法进行了细化,满足背景发生突变时的需求。图4是发生在光照强度改变幅度较小或者摄像头轻微抖动的情况下。经过本文算法得到的图像( d) 与原始图( a) 进行对比,显然完成了运动目标检测的任务。说明改进算法可以满足系统的鲁棒性需求。

从表1中五种方法处理时间对比可知,二帧差法和背景差法相对于光流法和混合高斯法处理速度较快,本文方法虽然比二帧差法和背景差分法处理时间略长,但是相对于光流法和混合高斯法却有很高的处理效率,可以满足系统的实时性要求。

4 结 语

有效性和实时性 第6篇

1即时性评价对小学体育课堂教学有效性的作用

即时性评价对小学体育课堂教学的作用显著, 表现在多个方面。下面自烘托课堂氛围以及树立自信两个方面入手, 并分别运用案例描述。

1.1烘托课堂氛围

教师的语言评价需要充分发挥出艺术性价值, 有助于营造良好的体育课堂教学环境。基于课堂教学的实际环境来看, 课堂教学气氛大体分为3种, 即积极型、消极型以及一般型。显然, 积极型所能够发挥出的价值显著。和谐的课堂氛围有助于增强学生积极型, 发挥教学有效性。

案例一:小学教育阶段, 接近期末的体育课堂教学很难组织并发挥教学实效。同学在这一特殊时期上课通常拿着考试提纲以及其他学科内容复习, 这种课堂氛围环境下体育课程难以开展。教师应该针对性的改变传统教学方式。传达一种肯定的语言, 如:同学们最近是不是每天都在准备复试考试, 是不是下午又要考试呢?学生异口同声回答:“是的”。这时体育教师则需要通过引导, 鼓励学生完成新体育动作并进行测试之后, 进入到自由复习时间。这一过程, 体育教师可以给予一个肯定的眼神、一次热情的击掌、竖起一个大拇指、一次点头评价等等, 保证课堂氛围的营造[1]。小学体育课堂教学方法的艺术性实践, 有助于转变课堂教学氛围, 做到评价与教学过程的完美融合。

1.2树立自信

课堂教学时效性的发挥, 想要满足教学有效性则需要注重师生交流、互动的过程。教师营造一个民主、平等、和谐的课堂氛围, 在此基础之上满足与学生“零”距离沟通新课程标准要求, 让学生敢于表现自己, 充分发挥出个性化特点。即时性评价运用使得学生信心倍增。

案例二:小明同学性格内向, 体育成绩也并不理想, 并且在体育课堂开展中的积极性不高。但一次篮球教学上篮技巧中, 小明同学则每一次都能够取得较高的得分率, 并且上篮动作优美。教师极进行及时评价:“同学们, 大家快看, 谁能够比小明同学的上篮动作漂亮并且命中率高?”结果大家都为小明鼓掌, 使其充分感受到成功的喜悦, 树立对体育学习的自信[2]。

2以教学有效性为目标的小学体育课堂教学即时性评价策略

教学有效性是教学实效充分体现的基础, 即时性评价有助于小学体育教学目标的实现。当然, 其发展策略需要保持适龄、适时以及适量原则。

2.1即时性评价适龄运用

小学体育课堂教学受到学生生理以及心理等两方面影响, 在学习过程中对周围事物充满好奇, 并且尝试心理较强。但由于神经系统处于初期成长阶段, 并不十分稳定与成熟, 导致注意力不够集中。即时性评价在小学体育教学当中的应用, 则需要适龄运用。

例如, 小学体育教学开展中当学生完成一个体育动作时, 教师可以通过语言鼓励、动作鼓励等方式让学生感受到表扬价值, 增强对体育学习的积极性与养成良好的体育学习习惯。当个别同学胆小、逃避体育教学时, 教师则需要给予关切的眼光询问, 使其树立充足的自信, 正如上文所说, 即时性评价具备这一作用;学生积极完成体育动作时, 教师予以真诚微笑。结合小学体育教学动作双脚跳时, 对于良好落地的学生及时表扬:“同学们看, 这位同学的落地为完美, 轻巧。”既能够鼓励该同学更积极的练习, 也能够吸引注意力, 进而对该工作进行重新诠释, 以便于学生对体育动作的掌握与理解。抓住小学生的年龄特点, 有助于展现出即时性评价在小学体育课堂教学中的价值[3]。

2.2即时性评价适时运用

学习目标是学习的核心, 引导学习目标的实现有助于诱发兴趣。作为教师, 需要抓住小学体育学科的教学特点, 综合运用多种手段开展即时性评价。教学评价方法的适时运用, 需要在开展体育教学过程中教师把握这一度量空间, 在恰当的时刻给予评价, 以便于发挥出体育课堂教学实效性。

例如, 组织小学生排队时, 由于该阶段学生自身特点影响, 通常处于我行我素的状态, 不听从教师管束。这时教师则可以将即时性评价适时运用, 表扬某同学, “某某同学最聪明, 老师奖励一颗星”, 并在完成评价之后将星贴在该学生胸前。这种方式则能够更好的发挥出组织效果, 学生排队更自觉。又如, 篮球拍球训练时, 教师可以依据学生的练习状态适时进行评价。对于逐渐失去兴趣并且不积极的同学, 教师运用语言评价激励:“篮球喜欢认真对待它的同学, 老师相信你肯定行”, 当学生取得进步并积极参与这一训练时, 教师可以采取语言与手势结合的方式进行鼓励[4]。即时性评价在小学体育教学课堂中的适时运用, 有助于增强学生学习兴趣, 发挥出事半功倍的激励效果。

2.3即时性评价适量运用

即时性评价适量运用, 目的是加强小学体育教学针对性。通过适量评价的方式有效推动学生的进步与发展, 发挥出针对性的价值, 使得学生明白在体育教学中应该如何做, 怎样做。例如, 集合排队时, 教师通过鼓励某同学并给予奖励的方式, 使得学生自发遵守规则;前滚翻教学, 则以某同学为标准, 结合鼓励的基础之上渗透前滚翻的技巧, 发挥评价效果的同时展现教学价值。明确的体育教学指导, 适量的即时性评价, 有助于学生在具体实践中找准自身问题, 加深对体育动作的理解[5]。

3结语

综上所述, 小学体育课堂教学即时性评价的运用, 需要以教学有效性作为目标。在保证适龄、适时以及适量运用的基础之上, 发挥出即时性评价的成效。具体成效表现在以下几个方面:第一, 优化学生体育学习态度, 课堂成效显著;第二, 师生交流与沟通渠道被拓展, 拉近两者距离;第三, 学生对体育教学内容的掌握, 有助于完成体育改革, 增强学生体能。种种优势表明, 即时性评价实效性显著。当然, 实施过程也应该注意相应问题, 即学生个体差异, 需要因材施教;满足情感教育, 因势利导;确定评价意义, 持之以恒。虽然即时性评价在教学中的价值显著, 并且实效性较强, 但仍然需要关注相关问题, 将其作为衡量与实践探索的基础标准, 为小学体育课堂教学即时性评价应用有效性提供保障, 推动小学体育教学实现可持续发展。

参考文献

[1]鲁斌, 诸海明.即时评价在体育课堂教学中的有效运用[J].运动, 2011 (3) :37, 116.

[2]徐晓芳.关于小学低年级体育课堂即时评价运用的探究[J].中国校外教育, 2011 (1) :127-128.

[3]刘宗霞, 尹玉华.小学体育课堂教学中学生合作学习行为表现的评价研究[J].四川体育科学, 2013 (3) :69-72.

[4]胡群英.小学体育课堂教学评价的实施策略[J].青少年体育, 2013 (3) :108-109.

有效性和实时性 第7篇

智能变电站将数据信息的采集、传输和应用分离,实现了网络化传输与信息共享,构建了智能电网的统一数据信息平台。 信息网络化传输使得网络信息流成为了继电保护、监控等应用系统实现的载体,其实时性、可靠性[1-2]直接决定了电力系统保护控制决策的有效性。 由于对通信网络的可依赖性存在不确定因素,目前智能变电站保护控制系统在很大程度上仍沿用传统的设计思路,如继电保护仍采用“直采直跳”模式,以保证电网第一道防线的安全可靠。 因此,通信网络信息流的实时性、可靠性已成为智能变电站提升保护控制系统性能的瓶颈。

交换机作为通信网络的核心是信息流处理与转发的枢纽,是影响信息流实时性与可靠性的关键因素[3]。 目前,智能变电站中采用的是从通信领域中引入的通用交换技术,采用优先级排队机制、VLAN以及最短路径消耗的生成树协议等分配传输路径,其基本原理是各类业务信息流的“公平竞争”、交换过程的“尽力而为”[4-6]。 然而,智能变电站各类业务的信息流具有其明显的特征,其实时性、可靠性的要求也有很大差异,在这种“尽力而为”的通用交换技术原理下,对于继电保护等业务信息流的实时性和可靠性的较高要求是否能得到充分响应是个值得关注的问题。

本文结合智能变电站各类业务信息流的特点,提出了面向其信息流实时性与可靠性特定要求的定质交换(Custom Switching)[7-9]概念。 所谓定质交换,是指通过多协议标签交换MPLS(Multiple Protocol Label Switching)[10]技术实现信息流的类型识别,通过确定队列调度和动态缓存分配实现信息流的传输资源配置,通过多路选择的传输路径实现信息流最优路径选择,从而保证智能变电站各类业务信息流实时性、可靠性的差异化需求,提升智能变电站保护控制系统的性能与可靠性。

本文分析了智能变电站不同类型信息流的实时性、可靠性要求,揭示了当前通用交换技术存在的问题,并从智能变电站信息流的实时性和可靠性出发,从基于多级子队列的确定性队列调度、动态缓存分配以及多路报文传输路径[11- 13]3 个方面给出了定质交换技术的实现方法, 并通过在OPNET中构建定质交换模型,结合实际智能变电站算例,定量分析了定质交换的可行性及其对提升智能变电站通信网络的实时性、可靠性的作用。

1 智能变电站信息流性能要求分析

在信息网络化传输环境下,智能变电站各项业务功能的实现以信息流为载体,电压、电流采样值(SV)体现为SV信息流,开关位置信息、 跳闸信号、闭锁信号等体现为GOOSE信息流,继电保护定值召唤、修改等体现为MMS信息流等。 因此,信息流的实时性、可靠性直接影响着各业务功能的实现。 根据信息流实现的功能不同、性能要求不同,可以将其分为7 类,如表1 所示。 表中,P1指应用于配电线间隔或其他要求较低间隔的信息流;P2指应用于输电线间隔或用户未另外规定地方的信息流;P3指用于输电线间隔,应具备满足同步和断路器分合时间差最好性能的信息流。

可见,不同类型的信息流在性能要求方面有着很大的区别,但是目前应用于智能变电站的通用交换技术并没有充分地将不同类型的信息流进行区分,可能因网络拥塞而造成关键信息流超时或丢失。

2 智能变电站通用交换技术存在的问题

信息流的实时性和可靠性体现为传输延时应保证在所要求的时间范围内,且不发生丢包或发生丢包时重传。 目前,智能变电站普遍采用的通用交换技术对不同类型信息流提供的服务差异性不强,难以在网络拥塞、广播风暴等恶劣情况下保证关键信息流的实时性和可靠性,造成传输延时抖动和丢包等问题[14-15],这也是继电保护等应用系统对数据信息网络化传输缺乏信赖的根本原因。

本文基于OPNET仿真平台,建立了智能变电站信息流网络传输全过程的仿真模型,包括信息流通信规约IEC61850、交换设备及其调度策略、保护监控设备IED等,并以实际智能变电站为背景,分析了通用交换技术及其对智能变电站通信网络实时性、可靠性的影响。

2.1 队列资源竞争引发时延抖动

若报文k的传输路径由m个交换机和n条链路构成,则传输时延t为:

其中,ηj为光纤链路j的传输时延,信息流在光纤中的传输速度为光速的2 / 3,因此光纤传输时延由光纤长度决定;γi为交换机i的交换时延,即协议解析、地址表查找等消耗的时间,与交换芯片处理能力相关,一般不超过10 μs;βi为交换机i的报文转发时延,数值上等于帧长与交换机存储转发速率的比值;αi为交换机i的排队时延,指报文在交换机队列内排队等候处理的时间。 对于 αi,有:

其中,lk为队列中位于报文k前等候处理的报文长度;v为报文转发速率。

可见,对于一个确定的网络,除了交换机排队时延受网络信息流实时流量影响之外,其他3 类时延均相对固定。 则报文k的传输时延抖动 Δt为:

其中,l′k和l″k分别为交换机i前、后2 次传输报文k时在队列中优先于报文k等待处理的其他报文长度。

通用交换技术采用基于优先级的端口服务单队列调度策略,即通过识别报文优先级并为高优先级报文提供优先服务的方式,尽可能保证其服务质量。 由式(3)可知,若某时刻某端口中优先级与关键报文k相同或更高的扰动报文h由于某种原因流量增加,占用了更多的队列资源,则关键报文k的时延也会相应增加,从而产生时延抖动。

下面根据扰动报文h流量增加的方式不同,设置了3 种排队时延抖动仿真场景。 基于OPNET的仿真拓扑如图1 所示。 图1 中,设备D1发送报文k,D2发送报文h,D3为报文接收装置,仿真结果如图2 所示,图中只显示了排队时延抖动情况。

场景1:由于某种原因端口中增加了一路优先级与关键报文k ( 长度为200 Byte, 发送频率为4 000 p / s,即每秒4 000 个数据包)相同的扰动报文h ( 长度为200 Byte, 发送频率为8 000 p / s),呈周期性且幅度不大。 由图2(b)可见,报文k的排队时延从16 μs增加到最高为32 μs,增加幅度较小,对报文的实时性影响不大。

场景2:通信网络中出现间歇性扰动源(如错误报文、网络攻击的伪装报文等)突发与关键报文k优先级相同的报文h,长度为2 000 Byte,短时间内突发100 帧。 如图2(c)所示,关键报文k的排队时延由原来的0.016 ms剧增至2.016 ms。 若以时延小于3 ms作为实时性要求,则仅排队时延就占用了时延裕度的70% 左右,对实时性的影响较大。

场景3:网络故障(如广播风暴等)引发大量无用报文在端口队列中不断积压。 如图2(d)所示,报文k的时延线性增长,约在8 ms时,仅排队时延就已超过3 ms的实时性要求。

通过以上3 个场景的仿真可知,通用交换技术无法在报文h流量突然剧增的情况下仍能保证报文k的实时性,原因主要有以下3 点:

a. 端口识别报文优先级,却无法区分报文的类型(SV、GOOSE或MMS)和业务内涵(保护或测控);

b. 由于报文分类(SV / GOOSE / MMS) 粒度过粗和缺乏对报文的识别能力,只能根据优先级高低调度报文,无法根据实时性能要求对各类报文精细调配传输资源,对报文进行分层调度;

c. 对流经端口的报文欠缺解析能力,无法识别、排除和控制错误报文、突发报文等扰动报文。

因此,关键报文k的传输时延难以确保。

2.2 缓存不足引发丢包

设交换机的缓存大小为L,被端口队列报文占用的缓存大小为Lused,则可用的缓存大小为:

其中,lg为端口g的队列缓存区中的报文长度;N为端口数量。

采用通用交换技术情况下,关键报文k进入端口队列和其他端口队列报文共享交换机缓存。 在网络出现拥塞、故障或者扰动源时,缓存区被其他报文占用,报文k将因缓存不足而被丢弃。

智能变电站交换机缓存区被占用而发生丢包的典型场景如图3 所示。 IED通过间隔交换机switch1 的级联端口与本间隔IED交互信息,经中心交换机switch0 的汇聚端口与跨间隔IED互通。 若switch1 某一级联端口出现扰动报文d,则报文d通过占用公共缓存区造成级联端口和汇聚端口报文的丢失。

利用OPNET仿真由于交换机缓存不足引发的丢包场景。 设交换机处理速率为10 Mbit / s,内存大小为2 Mbit;报文k长度为300 Byte,发送频率为4 000 p / s。 如图4 所示,在50 s时刻,所设扰动源开始发送长度为1 000 Byte、发送频率为330 p / s的高优先级报文h,可见,报文k丢包数为100 p / s;在150 s时刻,报文h的发送频率增加为1 500 p / s,导致报文k全部丢失。

报文k丢失的原因如下:

a. 共享缓存区的划分方式存在 “ 一荣俱荣, 一损俱损”的弊端,级联端口的扰动报文将影响范围扩大到汇聚端口;

b. 由于缺乏报文识别能力,端口无法控制和排除扰动报文,扰动报文会造成缓存占用,导致继电保护等重要应用的报文因为缓存被挤占而丢失。

2.3 单一路径引发的时延与丢包

在通用交换技术下,智能变电站通信网络一般采用星形结构配合简单生成树协议(STP),选择最短路径消耗的路径为唯一传输路径,如图5 所示。

但是,单一传输路径的可靠性存在不足:若中心交换机A故障或者交换机A和B间链路断开,线路保护发出的跳闸报文将无法顺利传输到操作箱,造成断路器的拒动;若交换机A、B间因流量突增出现扰动,造成时延增加或丢包,严重时也会使得断路器无法及时跳开,进而造成故障范围扩大。

3 定质交换的实现方法与建模

定质交换技术能够从智能变电站信息流的实时性和可靠性需求出发,为各类信息流合理分配有限的队列资源,制定最佳的传输路径,确保重要信息流的及时性且不丢失,进而保证智能变电站各类业务功能的有效性。

3.1 基于MPLS标签的多级子队列分层调度

本文通过基于信息流分类标记以及多级子队列映射与资源分配来实现交换机对于报文的分层调度。

首先,根据信息流的类型不同引入MPLS,在每条报文中增加32 bit的信息流标签对其进行标记以实现信息流的分类识别;然后,建立多级子队列的映射与资源分配。 具体如下:

a. 将交换机端口一级队列分裂成具有不等深度和发送速率等资源的子队列;

b. 根据信息流类型将报文映射至不同子队列,1 个子队列存放1 类或者以上的报文;

c. 采用多核处理器的虚拟分配或者单核的时间片轮询等方法设置各个子队列发送单元的处理速率;

d. 为每个子队列设置队列深度,设置方法详见3.2节。

基于MPLS标签的多级子队列分层调度模型如图6 所示,其中,第1 层调度区分队列,第2 层调度区分报文类型,第3 层调度区分业务类型,第4 层调度区分报文源头。

以2.2 节中网络传输时延抖动为例,验证模型的有效性。 针对同级报文引起的排队时延情况,分别标记报文h和k标签值为1 和2,相应地,设置2 个子队列,规定优先转发子队列2 的报文,子队列2为空才转发子队列1 的报文,优先确保报文k的实时性。 采用确定性队列调度方案后,各场景的帧排队时延重新恢复为如图2(a)所示的水平曲线。 可见,通过检测报文标签值,分配子队列,能够达到消除时延抖动的效果。

3.2 基于区域划分的动态缓存分配

动态缓存分配能够在交换机缓存不足时,压缩次要报文的带宽和缓存,提升重要报文的带宽和缓存,同时检测和排除异常流量,确保重要报文不会因缓存不足而引起丢包。

基于缓存区划分的动态资源分配模型如图7所示。

缓存区的划分和资源分配规则如下。

a. 缓存区分为独占区和共享区:独占区只允许通过端口的重要报文使用,而共享区允许重要报文和次要报文共同使用。

b. 独占区容量整定原则:根据通过端口的重要报文所需容量计算独占区容量,如式(6)所示。

其中,C为独占区容量;fi为某一时间断面通过端口的重要报文流量。

c. 缓存区调度原则: 当发生错误帧、 网络故障等异常情况时,若独占区缓存不足,则重要报文溢出独占区,与次要报文竞争共享区,这时共享区需要优先满足重要报文。 动态缓存分配的仿真场景如表2 所示,拓扑如图1 所示,其中设备D1、D2和D3分别发送关键SV报文、关键GOOSE报文和次要报文。

仿真结果如图8 所示。 当未采用动态缓存分配时,重要报文丢包率为986 p / s,次要报文丢包率为1 233 p / s; 采用动态缓存分配后, 设置独占区大小为3 MByte,共享区大小为2 MByte,则重要报文丢包率为0,次要报文丢包率为3 600 p / s,有效防止了重要报文的丢失。

3.3 基于路径消耗的多路选择

多路选择的报文传输路径的作用在于为报文提供多种路径选择,缓解异常流量对报文传输时延抖动的影响;在链路中断等网络故障发生时,为报文传输提供后备路径。

多传输路径通过生成树协议实现,步骤如下。

a.生成可能的路径集合。

b. 为每条链路设定权值pj。

c. 根据信息流特征(如负载和信息流类型),设定每条链路的负载系数dj、SV / GOOSE信息流比例 λj。

d. 计算路径集合中每一条路径Wi的路径消耗CWj(其中求和符号表示将每条报文的djpj相加):

e. 为报文分配传输路径: 若有指定路径, 则分配该路径;若无指定路径,则选择最小路径消耗的路径为最优路径。

在OPNET上按照以上步骤编写交换机的报文传输路径协议,进行方案的有效性验证,仿真拓扑如图9 所示。

通过仿真验证模型有效性,仿真初始化场景如表3 所示(交换机转发速率为100 Mbit / s,Switch0 / 3表示Switch0 的3 号端口,其他类似)。

实现多路选择后,检测到Switch0 的2 号端口与Switch 2 的2 号端口之间的负载过重,为保证SV报文发送过程保持不阻塞和不丢包,35 s以后,交换机进行路径转换,报文1 路径变为Node0Switch0 / 3Switch0 / 1Switch1 / 1Switch1 / 2Switch2 / 1 Switch2 / 3 Node1,仿真结果如图10 所示。 由图10 可见,通过选择路径可达到平衡负载、降低传输时延的目的。

3.4 定质交换技术的实现方案

通用交换机具备了实现定质交换技术的队列、缓存区、交换矩阵、地址解析、路径选择等硬件结构和技术原型。 本文在此基础上,提出的定质交换实现方案如图11 所示。

a. 增加MPLS标签解析模块。 通过解析报文标签确定报文类型、内务内涵和所属端口,为分层调度和动态缓存奠定基础;

b. 将通用交换机的单队列模块变为多级子队列分层调度模块,实现图6 的层次化调度方案;

c. 按照3.2 节的基于区域划分的动态缓存分配设置动态缓存区,并完成缓存区与队列之间的映射;

d. 导入交换机管理后台解析的变电站配置描述SCD(Substation Configuration Description)文件订阅关系,结合3.3 节的基于路径消耗的路径分配算法,选择传输路径。

本文基于OPNET仿真平台,采用自定义建模方法,实现了以上定质交换机仿真模型。

4 算例分析

本文算例以某实际220 k V智能变电站220 k V侧通信网络为背景。 为突出SV / GOOSE / MMS信息流竞争资源最严重的场景,同时又体现智能变电站通信网络发展的趋势,本文算例采用共网传输方式。在OPNET平台上构建了共网传输场景下的定质交换模型,通过分析继电保护在采用定质交换技术前后的动作响应情况,研究定质交换对信息流的实时性、可靠性的提升,网络拓扑如图12 所示。

南琴线路间隔、琴拱线路间隔、主变1 间隔、主变2 间隔的合并单元将电流采样值分别经中心交换机端口2、3、4、5 传输到连接在中心交换机端口1上的母线保护,而母线保护沿同一路径发送控制命令到各间隔。 本文以母线保护为例,分析定质交换对信息流性能的影响。

以中心交换机端口1 为例,设置如下定质交换方案。

a. 为各类信息流设置1 8 的标签值,见表4。

b. 设置子队列:根据表4 所示的信息流类型将缓存区动态划分成5 个子队列,队列调度采用加权轮循算法[12]为子队列15 配置权值。

c. 设置交换机的缓存区划分,参数如表5 所示。

仿真场景设置如下:南琴线路间隔合并单元出现扰动源,多发一路SV报文(报文长度为300 Byte,频率为4 000 p / s,标签值为3),经中心交换机端口1 到母线间隔保护装置;此时,母线故障,母差保护启动,向该母线上所有支路发送跳闸GOOSE报文;仿真时间为5 s。

采用定质交换技术前后的信息流性能仿真如表6 所示,表中“ ”表示上升。

a. 在使用通用交换技术的情况下,母线保护的跳闸GOOSE信息流在扰动源的作用下,传输时延由1.602 ms上升至5.326 ms,不满足小于3 ms的时延要求;而采用定质交换技术优化后,跳闸GOOSE信息流的传输时延在扰动情况下仍然能够维持在1.537 ms,保证了保护的可靠动作。

b. 在使用通用交换技术情况下,保护SV信息流和开关量GOOSE信息流的实时性均不满足要求,而定质交换技术保证了2 类信息流的实时性。

c. 在采用定质交换技术的情况下,MMS报文的实时性有所降低,但仍能性能满足要求,这是因为保证GOOSE和SV信息流的实时性是靠牺牲MMS报文带宽来实现的。

可见,定质交换技术能够根据各类信息流的性能要求合理分配交换资源,从而可保证各类信息流性能均满足其实时性、可靠性的要求。

5 结论

a. “尽力而为”的通用交换技术以信息流 “公平竞争”为准则,存在传输时延抖动、缓存不足引起的丢包、单一传输路径不可靠的问题,无法满足信息流差异性需求,对智能变电站信息流实时性、可靠性造成冲击;

b. 提出了定质交换技术的实现思路,包括基于多级子队列的确定性调度、基于区域划分的动态缓存分配以及基于路径消耗的多路选择,并分别在OPNET中进行了建模,模型的仿真结果表明定质交换机技术能够有效克服通用交换技术的不足,提升信息流的实时性与可靠性;

基于粒子系统和雾化的实时降雪模拟 第8篇

实时的降雪模拟在虚拟环境中是不可少的,真实地模拟降雪过程能够增强虚拟环境的沉浸感和深度感。与规则的几何体不同,雪花具有丰富的表面纹理细节和随机变化的几何结构,同时在虚拟环境中又具有一定的“生命”特征,因此很难用传统的欧式几何来描述。1983年Reeves[1]提出的粒子系统较好的解决了不规则模糊物体的模拟问题。在雪模拟方面,研究者们基于粒子系统已经做了一定量的研究工作。谢剑斌[3]和王润杰[4]等人运用粒子系统模拟了实时雨雪过程,但并没有对雪粒子的所受到的风力影响进行分析;徐利明[5]提出了基于OpenGL的多视口与色彩融合技术的雨雪模拟方法;陈蕾[6]等人从空气动力学的角度建立了单一的风场模型,并在雪粒子之间加入了碰撞检测。本文基于粒子系统理论,通过纹理映射来绘制雪花形状,对有风和无风时雪花运动进行模拟,并将风场分为阵风和稳定风。针对降雪过程中产生的雪尘以及雪花落地产生的积雪现象,本文提出将雾化效果应用到降雪的虚拟环境中的方法来模拟虚拟环境的模糊效果,从而真实的模拟实时降雪过程。

2 粒子系统

粒子系统的基本思想是把不规则模糊物体看作是由众多粒子组成的粒子团,粒子团中的每个粒子都具有大小、形状、颜色、质量、生命周期等静态属性和速度、位置等动态属性,随着时间的推移,粒子的属性发生改变,从而影响整个粒子系统的变化[2]。粒子系统主要用来解决由大量按一定规则运动的微小物质组成的大物质在计算机上的生成与显示的问题,这种采用形状简单但赋予生命的微小粒子作为基本图元来表示不规则模糊物体的方法能充分体现不规则物体的动态性和随机性。

3 基于粒子系统的实时降雪模型

3.1 雪景描述

(1)雪花的形状有很多种,如雪粒、雪片、雪团等,每一种形状之间也有微小差别;雪花的大小不均匀,有时大,有时小,分布区域也不均匀;

(2)雪花由于各种原因在空中并不是做直线运动,而是不规则地在空中漂浮,在降雪过程中,阵风或稳定风会使雪花在风的方向上产生漂移;

(3)降雪过程中会产生雪尘,同时雪花落地会产生积雪,整个降雪的环境会呈现出雾蒙蒙的状态。

3.2 雪粒子的基本属性

从计算机仿真模拟的角度,对真实的降雪过程进行分析,抽象出雪粒子的静态属性和动态属性如下。

3.2.1 静态属性

(1)形状:

本文对雪花的形状进行统一处理,采用公认的六角形雪花作为雪粒子的基本形状。

(2)颜色:

由于自然界中的雪是白色的,所以雪粒子的颜色取为白色。

(3)尺寸:

雪粒子的大小不均匀,并体现出随机特征,为了表达粒子系统的随机性,可引入“随机处理过程”,首先对粒子尺寸参数确定其变化范围,然后在该范围内随机地确定它的值,而其变化范围则由尺寸的平均期望和最大方差来确定,第i个粒子的尺寸描述如下:

其中SizeSnow表示雪粒子尺寸的均值,SizeDelta表示雪粒子尺寸的方差,rand()是[-1,1]上均匀分布的随机函数。本文设定SizeSnow=

综上,本文采用白色的,尺寸不均匀的六角形雪花作为雪粒子的基本形状,通过OpenGL提供的绘制函数可以绘制出这一形状,但为了尽可能减少系统所绘制的多边形数目,可将粒子简化为一个矩形面片,然后采用OpenGL的透明纹理融合绘制技术,将提前绘制好的雪花纹理映射到矩形面片上。融合函数选择:

glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA),映射结果如图1所示。

3.2.2 动态属性

通过位置属性和速度属性来表示雪粒子的运动,雪花下落时水平方向的飘动则通过随机处理过程来体现。雪花落地会消失,粒子消失条件有两种,一个是生存期,另一个是绘制范围,取其中一个条件就可以结束粒子的绘制,本文采用绘制范围的方法,即当粒子运动到可视范围之外时,则认为该粒子的生命结束,系统停止对其的计算和绘制。

3.2.3 雪粒子的数据结构

雪粒子所具有的上述属性可以通过一个结构体来表示。

3.3 雪粒子的运动模型

本文对两种情况下的雪花运动进行分析,一种是无风时的雪花运动,另一种是有风时的雪花飘动。

3.3.1 无风时的运动描述

理论上,雪粒子在重力作用下,应该做匀加速运动,但由于雪粒子比较轻,受到的空气阻力相对比较大,因此雪粒子在下降的过程中并不是做匀加速运动,本文将无风时的雪粒子运动简化为匀速下落。速度计算公式如下:

第i个粒子的位移和速度描述如下:

其中VSnow为粒子速度的平均值,VDelta为粒子速度的方差,本文选取VSnow= (0.0f, -1.0f, 0.0f);VDelta= (0.25f, -0.2f, 0.25f);

3.3.2 有风时的运动描述

雪粒子在空中除了受到重力的影响外,水平面还受到风力的影响[6]。本文给出两种简化的风力模型:阵风和稳定风。阵风是指风力从零开始逐渐增大,达到顶峰后逐渐衰减至零。稳定风是指风力增加至一定程度后保持该强度并存在微小的变化,最后衰减至零。

两种风力模型(阵风和稳定风)的风力随时间变化的分段函数表达式如式3和式4所示:

有风时第i个粒子的位移和速度描述如下:

其中WindSpeed为风速,FallSpeed为垂直方向上的下落速度。

4 雾化效果

降雪过程中产生的雪尘会模糊虚拟环境,同时雪花落地又会产生积雪现象。本文提出将雾化效果应用于降雪的虚拟环境的方法来模拟模糊效果。

雾化是指在虚拟环境中随着景物远离视线的程度而进行的淡化处理[6],环境中加入雾化效果后,距离视点较近的景物相对清晰,而远处的景物会随着距离的增加变得越来越模糊。雾化处理的实质是根据雾方程混合因子把雾颜色与物体颜色混合处理的过程。雾化后屏幕象素点的颜色C是物体的颜色Ci和雾颜色Cf加入混合因子f的叠加。叠加方程如式6所示。

其中Ci为输入像素段的RGBA值,Cf为雾颜色值,f为雾方程的混合因子,也称雾化因子,它的计算式如式7所示。

其中density为雾的浓度,z为视觉坐标中当前计算点与观察点的距离,f为雾化因子。式7中雾化因子f为自然数负指数幂(自变量为z)的函数,它具有单调下降的性质,即随着自变量z的增大,f减小。由式6,雾化后屏幕像素点颜色C随着f的减小,而使雾颜色变为叠加过程的主导,由此得出与雾化原理相一致的结论:远处的景物随着距离的增加而变得越来越模糊。

为使雾化因子可控,在雾化因子计算式中加入了雾浓度因子,即density。当density的值为0时,f的值等于1,雾方程为:C=Ci;即物体雾化后的最终颜色就是物体没有加入雾化效果时的颜色。density的值越大,雾浓度就越大,当雾浓度大到使f值趋近于0时,雾方程为:C=Cf;即物体雾化后的最终颜色就是雾的颜色,雾完全覆盖了物体。

densityz雾化因子的计算并不是固定的,根据虚拟环境模糊效果要求的不同可进行相应的变化。例如如果虚拟环境的雾呈线性变化,则可使用线性计算公式计算f的数值。如果雾浓度不均匀且变化较大时,可将式7中的指数部分做平方处理,这样可使f单调下降的更快。

5 实验与分析

5.1 几组实验

(1)本文以六角形作为雪粒子的基本形状,具体绘制方法有两种:一是采用OpenGL提供的点、线、面和体绘制函数直接绘制真实图形;二是采用透明纹理融合技术进行绘制。对这两种方法进行实验,不同粒子数下两种方法的渲染帧速如表1所示。渲染效果图如图2所示。

(2)传统雪花模拟方法只是给出了雪粒子在垂直方向上的模拟算法,水平方向只是加入了随机扰动函数来近似模拟雪花飞舞的情景。本文给出了两种风力模型,真实地模拟出风中的雪花。运动示意图如图3所示。

(3)加入雾化后的场景渲染效果对比如图4所示。

5.2 实验结果分析

在降雪方面,采用透明纹理融合技术绘制雪花的基本形状,实验结果及数据表明该方法在保证渲染效果的前提下,提高实时渲染帧速。

在对雪粒子的运动模拟中加入了对阵风和稳定风这两种风场模型的模拟。

在模糊效果模拟方面,提出将雾化效果应用于降雪的虚拟环境中的新方法,该方法通过雾化因子将雾颜色和景物颜色进行叠加,来模拟降雪虚拟环境的模糊效果和近似模拟雪花落地的积雪现象。

6 结束语

本文结合降雪的特征,抽象出雪粒子的静态属性和动态属性。对无风和有风两种情况下的雪粒子运动进行了模拟,并给出了阵风和稳定风这两种风力模型。提出将雾化应用到降雪的虚拟环境中方法来解决虚拟环境的模糊问题。实验表明,本文提出模拟方法简单,模拟效果真实,且实时性较好,适合用于实时渲染的虚拟环境中。

参考文献

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