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数字技术及双向性技术在电视新闻传播领域的应用将新闻信息中的文字、声音、视频、图像等元素进行有机整合,强调电视新闻传播的开放性,使电视新闻节目表现出更加明显的多媒体特征。电视新闻传播中最重要的信息通道是画面素材,小巧轻便的数字摄像设备可以使新闻采访记者在第一时间到达新闻现场并及时记录现场画面素材,夜视技术的发展使夜间画面素材,甚至夜间空袭和突袭的画面也能有效采集。字幕作为电视新闻节目必要的附属物,对画面、声音等素材起到解释和说明的作用。在某些特别报道的新闻节目中,字幕的往往具有更加重要的作用,成为新闻传播的第二主体。
电子技术的发展扩宽了电视新闻传播的接受渠道,实现了新闻信息的海量化和多样化。在网络和手机等新媒体以丰富的报道形式和广阔的传播渠道等优势日益受到人们关注的新闻传播环境下,电视新闻传播面对发展迅速的竞争媒体,应结合前沿的电子技术,提升自身竞争水平,找到适合自身生存的新闻制作和发展模式,在电视新闻制作过程中运用动画、特技、文字等精良的后期制作技术,使电视新闻传播的视听语言达到最佳效果。
电视新闻制作只有与不断发展的电子技术相融合,并转化为切实有效的应用才能产生效益和价值。对于电视新闻工作者而言,应善于将电视新闻业务的实际需求正确理解为对应用系统和技术的功能要求,形成先进适用的技术方案,在新闻制作和电子技术之间建立起有效的互动。在电视新闻传播过程中,相关工作人员熟练、准确的把握新闻制作和传播的业务需求,是找准电子技术应用切入点的关键所在,也是成功开发先进适用应用系统的重要基础,从这个角度来说,熟悉新闻制作和传播的各项业务是做好电视新闻传播工作的首要条件。电视新闻媒体的每一项技术应用系统,都需要通过受众和客户的综合服务中体现其技术价值,先进的电子技术和优质的电视新闻节目可以增强新闻媒体的经济和社会收益。因此,电视新闻节目在应用电子技术进行制作和传播的同时,也应注意及时反馈受众的意见和要求,以促进电视新闻传播的良性发展。
在电视新闻的画面语言中,抽象的视听语言符号已经成为不可缺少的元素,只要运用合理,两种语言都能够构成电视新闻节目的细节语言体系。电视新闻节目的制作,在尊重客观事实的基础上,运用电视的表现技术,通过多媒体后期制作技术将动画、特技等细节融入新闻节目的画面语言,能够更好的反应新闻素材。这在某种意义上不仅是电视新闻传播形式的创新,也可以在电视新闻主题意义上有所发掘,体现电视新闻节目内容和深刻性。
结束语
高职教育中课程的开发要体现职业性、开放性和实践性,培养学生的职业能力,满足职业岗位的需求,因此课程的开发可依据工作过程进行。以工作过程为导向的课程开发,课程的定位、教学目标、教学过程与评价等都围绕在职业能力培养。以工作过程为导向的课程开发首先要调研、系统地分析工作过程,清晰了解工作过程或者职业活动涉及的要素。然后要帅选课程内容,目的是课程内容必须直接以与职业活动紧密联系,向学生传授知识的过程中,培养学生的职业能力。第三要使课程内容序化。依据工作过程或职业活动整合知识和技能,开发教学项目,使课程内容序化。
二、基于工作过程开发课程
《卫星数字电视技术》课程是一门骨干课程,在人才培养方案中处于重要的位置。本课程主要培养目标是熟悉卫星上行系统的基本架构,上行系统相关设备的使用与调试,卫星接收系统的安装与调试,最终使学生能够独立安装调试卫星数字电视,掌握设备的基本原理,熟练使用相关设备及仪器。对本课程的开发本着由简单到复杂,由单一到综合的基本原则。
1.调研分析工作过程。
在明了人才培养方案的基础上,按照专业培养目标,明确职业岗位人才需求的培养目标与规格,这是基于工作过程课程开发与建设的基础。同时要了解市场需求和岗位需求,明确人才定位与规格;了解相应的行业标准、职业资格标准和职业资格证书等级与要求;了解从业人员的学历结构、专业结构以及培训现状,分析问题,提出课程开发的建议,讨论后实施。本课程当前的岗位(群)需求主要有:传媒类公司设备销售、技术支持与用户培训;上星站或者广播电视传输网络的前端机房值机;卫星数字电视的个体接收———设备安装、调试与维护。
2.帅选课程内容。
根据调研结果,主要依据典型工作岗位,整合重构课程内容,课程内容必须与职业活动紧密联系。本课程的主要内容有:相关的行业标准和安全操作规范;数字卫星传输标准(DVB-S,ABS-S);天馈线系统设备的基本原理及应用;编码器、调制器、复用器等设备使用以及与网管之间的设置与链接;同步卫星的基础知识:广播卫星的电参数、日凌与卫星蚀;上行、下行链路的计算等。
3.序化课程内容,开发课程项目。
依据工作过程或职业活动整合理论知识和职业技能,开发教学项目,使课程内容序化。开发的项目具有典型性,由简单到复杂,由单一到综合。以工作过程为导向,按照职业教育人才成长规律,实现工学结合,理论实训一体化,培养学生的综合素养。本课程开发五个项目:视频音频连接线接头的制作;天馈线系统的安装与调试;接收机的连接与调试;卫星上行系统的连接与调试(去掉高功放、发射天线部分);卫星数字电视节目的接收。在完成这些项目的过程中,使学生达成职业岗位所需的知识目标、能力目标和素质目标。
4.制定配套的项目评价标准,对完成的教学项目情况
进行评估。实施项目教学的同时要改革评价的标准,由结果评价改为过程评价,这样才能正确评价项目教学的教学效果和教学质量。评价标准主要有几部分:前期准备,项目实施过程,成果展现。评价由老师评价,自评和学生互评三部分,三方评价的标准一样。通过质量评价,使教学质量真正得到提高,使培养的人才真正实现与岗位的对接。
三、结束语
完整VI项目设计书
一、视觉基本要素设计
二、视觉应用要素设计的准备工作
三、具体应用设计项目的展开
四、编制VI视觉识别手册
一、视觉基本要素设计
企业标志
企业标志,可分为企业自身的标志和商品标志。
企业标志特点:
其一,识别性。
其二,系统性。
其三,统一性。
其四,形象性。
其五,时代性。
企业标志设计作业流程:
调查企业经营实态、分析企业视觉设计现状,其具体包括如下现状:
其一,企业的理念精神内涵与企业的总体发展规划。
其二,企业的营运范围、商品特性、服务性质等。
其三,企业的行销现状与市场占有率。
其四,企业的知名度与美誉度。
其五,企业经营者对整个形象战略及视觉识别风格的期望。
其六,企业相关竞争者和本行业特点的现状等。
1、确立明确的概念。
2、具体设计表现。
3、标志作业的缜密化:
其一,标志细部的缜密化。
其二,标志形态的数值化:
一是方格化,
二是比例尺寸标志法,
三是圆弧角度标志法。
其三,标志形态的多样化:
线条粗细的变化;
正负形的变化;
彩色与黑白的变化;
各种点、线、面的变化(如空心体、网纹、点成面、线成面等);
对应不同媒体的形态变更;
缩小或放大形态的变化。
企业标准字
企业标准字是将企业名称、企业商标名称略称、活动主题、广告语等进行整体组合而成的字体。
企业标准字特征:
其一,识别性。
基二,可读性。
其三,设计性。
其四,系统性。
企业标准字种类:
其一,企业名称标准字。
其二,产品或商标名称标准字。
其三,标志字体。
其四,广告性活动标准字。
企业命名或更名:
企业更名方案有以下几种情况:
其一,全面变更公司名称,包括现有标准字、标准色等基本视觉要素。
其二,部分变更或简化企业名称,同时推出新的标准字、标准色。
其三,阶段性变更。
其四,统一企业名称和商标品牌名称。
其五,在企业名称的标准字和标准色不变的前提下,根据不同的使用场合,开发出适应不同场合的变化形式,以求达到形式变化的感觉。
标准字制图法:
标准字制图法常用两种方法:
其一,方格表示法。
其二,直接标志法。
企业标准色
企业标准色,是指企业通过色彩的视知觉传达,设定反映企业独特的精神理念、组织机构、营运内容、市场营销与风格面貌的状态的色彩。
标准色的开发设定:
调查分析阶段:
其一,企业现有标准色的使用情况分析。
其二,公众对企业现有色的认识形象分析。
其三,竞争企业标准色的使用情况分析。
其四,公众对竞争企业标准色的认识形象分析。
其五,企业性质与标准色的关系分析。
其六,市场对企业标准色期望分析。
其七,宗教、民族、区域习惯等忌讳色彩分析。
概念设定阶段:
积极的、健康的、温暖的等(如红色);
和谐的、温情的、任性的等(如橙色);
明快的、希望的、轻薄的等(如黄色);
成长的、和平的、清新的等(如绿色);
诚信的、理智的、消极的等(如蓝色);
高贵的、细腻的、神秘的等(如紫色);
厚重的、古典的、恐怖的等(如黑色);
洁净的、神圣的、苍白的等(如白色);
平凡的、谦和的、中性的等(如灰色)。
色彩形象阶段:
通过对企业形象概念及相对应的色彩概念和关键语的设定,进一步确立相应的色彩形象表现系统。
模拟测试阶段:
其一,色彩具体物的联想、抽象感情的联想及嗜好等心理性调查。
其二,色彩视知觉、记忆度、注目性等生理性的效果测试。
其三,色彩在实施制作中,技术、材质、经济等到物理因素的分析评估。
色彩管理阶段:
本阶段主要是对企业标准色的使用,作出数值化的规范,如表色符号、印刷色数值。
实施监督阶段:
对不同材质制作的标准色进行审定;
对印刷品打样进行色彩校正;
对商品色彩进行评估;
其他使用情况的资料收集与整理等。
辅助图形
辅助图形是企业识别系统中的辅视觉要素,它包括企业造型、象征图案和版面编排等三个方面的设计。
1、企业造型(又称之为商业角色或吉祥物、商业标识画)的设计与应用:
企业造型是为了强化突出企业或产品的性格特征,而设计的漫画式人物、动物、植物、风景或其他非生命物等,作为企业的具体象征。
企业造型的应用:
其一,二维媒体,如印刷品等。
其二,三维媒体,如影视媒体。
其三,户外广告和POP广告等,如路牌、车体。
其四,企业公关物品和商品包装,如赠品等到。
2、企业象征图形的设计构成:
象征图形不是纯装饰的图书馆案,是企业基本视觉要素的拓展联系。
企业象征图形的设计题材:
其一,以企业标志的造型为开发母体。
其二,以企业标志或企业理念的意义为开发母体。
3、版面编排设计:
一般的版面包括天头、版心、地脚三大部分,编排的内容要素包括视觉识别系统中的基本要素组合、正文(文字和图)、企业造型等,它们处于版面的不同位置。
版面编排常用两种方式表示其结构:
其一,直接标示法。
其二,符号标志法。
企业视觉识别基本要素的组合方式
根据具体媒体的规格与排列方向,而设计的横排、竖排、大小、方向等不同形式的组合方式。基本要素组合的内容:
其一,使目标从其背景或周围要素中脱离出来,而设定的空间最小规定值。
其二,企业标志同其他要素之间的比例尺寸、间距方向、位置关系等。
标志同其他要素的组合方式,常有以下形式:
一是标志同企业中文名称或略称的组合;
二是标志同品牌名称的组合;
三是标志同企业英文名称全称或略称的组合;
四是标志同企业名称或品牌名称及企业选型的组合;
五是标志同企业名称或品牌名称及企业宣传口号、广告语等的组合;
六是标志同企业名称及地址、电话号码等资讯的组合。
禁止组合规范:
其一,在规范的组合上增加其他造型符号。
其二,规范组合中的基本要素的大小、广告、色彩、位置等发生变换。
其三,基本要素被进行规范以外的外理,如标志加框、立体化、网线化等。
其四,规范组合被进行字距、字体变形、压扁、斜向等改变。
专用字体
专用字体包括现有标准字体和指定字体。
标准字体:
多用于企业名称、商品名称、商标名称等。
指定字体:
常用于部门名称、设施名称、分支机构名称及其地址、广告内容、正式文书等。
设计选择专用字体应注意事项:
其一,调查整理专用字体的使用范围、使用目的、使用状况等。
其二,选用指定字体,应考虑同标志和标准字体等基本要素的风格相协调。
其三,所选字体的种类及文字的组合形态、方法应有一定的规律,并形成具有可读性的、再现性的、识别性的文字系统。
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二、视觉应用要素设计的准备工作
应用要素项目的现状调查
现状项目的收集分类:
对现有应用要素的项目收集的,主要集中于以下项目内容:
其一,事务用品类,如名片、各式文书等。
其二,广告促销类,如小手册、电视广告、公告资料等。
其三,标识招牌类,如旗帜、各类导引标识等。
其四,运输工具类,如运输卡车、拖车等。
其五,商品包装类,如商标、包装纸等。
其六,员工制服类,如徽章、工作服等。
其七,建筑环境类,如外观、办公室等。
其八,展示典礼等,如纪念活动、展示环境、专卖店等。
应用要素设计开发策略的确定:
对于某个企业形象中的具体应用要素设计项目而言,在开发设计之前,应对其客观的限制条件和依据作出必要的确定,避免设计项目虽然很美,但不能使用的问题:
其一,项目的功能需要。
主要是指完成设计项目成品所必需的基本条件,如形状、尺寸规格、材质、色彩、制作方式和用途等。其二,项目使用的法律性限制。
如信封的规格、招牌指示等环境要素的法规条例。
其三,行业性质的需要。
主要是指企业所在行业中,一些约定俗成的规定或需要,如事务性用品中的单据、包装类的规定等。
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三、具体应用设计项目的展开
目录:
1、事务用品类;
2、包装产品类;
3、旗帜规划类;
4、员工制服类;
5、媒体标志风格类;
6、广告招牌类;
7、室内外指示类;
8、环境风格类;
9、交通运输类;
10、展示风格类;
11、专卖店风格类;
12、其他。
事务用品类
其项目细则包括:
1、名片
2、信纸
3、信封
4、便笺
5、各型公文袋
6、资料袋
7、薪金袋
8、卷宗袋
9、合用书
10、报价单
11、各类表单和账票
12、各类证卡(如邀请卡、生日卡、圣诞卡、贺卡)
13、年历、月历、日历
14、工商日记
15、奖状、奖牌
16、茶具
17、办公设施等用具(如纸镇、笔架、圆珠笔、铅笔、雨具架、订书机、传真机等)
主要设计要素:
事务用品类的主要设计要素一般包括:
企业标志
企业名称(全称或略称)
标志字
标准字
标准色彩
企业造型
象征图形
企业署名
地址、电话、电报、电传、电子邮件信箱、邮政编码
企业标语口号
营运内容
事务用品名称(如“请柬”、“合同书”)
图形、文字、构图
肌理、制作工艺等
包装产品类
包装产品类项目细则:
1、外包装箱(大、中、小),
2、包装盒(大、中、小),
3、包装纸(单色、双色、特别色),
4、包装袋(纸、塑料、布、皮等材料),
5、专用包装(指特定的礼品用、活动事件用、宣传用的包装),
6、容器包装(如瓶、罐、塑料、金属、树脂等材质),
7、手提袋(大、中、小),
8、封口胶带(宽、窄),
9、包装贴纸(大、中、小),
10、包装封缄(大、中、小),
11、包装用绳,
12、产品外观,
13、产品商标表示,
14、产品吊牌,
15、产品铭牌等。
主要设计要素:
包装形式:
单件设计、成套设计、组合设计、组装设计等。
构成要素:
企业署名(标志、标准字体、标准色、企业造型、象征图形等),
图形(摄影、插图等),
文字(使用说明、质量保证等),
材质(纸、塑料、金属、布、皮等),
结构,
制作工艺等。
旗帜规划类
主要项目细则:
1、公司旗帜(标志旗帜、名称旗帜、企业造型旗帜)
2、纪念旗帜
3、横式挂旗
4、奖励旗
5、促销用旗
6、庆典旗帜
7、主题式旗帜等。
8、其中各类吊挂式旗帜多用于渲染环境气氛,并与不同内容的公司旗帜,形成具有强烈形象识别的效果。
基本设计要素:
企业标志
企业名称略称
标准色
企业造型
广告语
品牌名称
商标
图形
材质(纸、布、金属等)
员工制服类
主要项目细则
1、男女主管职员制服(二季)
2、男女行政职员制服(二季)
3、男女服务职员制服(二季)
4、男女生产职员制服(二季)
5、男女店面职员制服(二季)
6、男女展示职员制服(二季)
7、男女工务职员制服(二季)
8、男女警卫职员制服(二季)
9、男女清洁职员制服(二季)
10、男女后勤职员制服(二季)
11、男女运动服(二季)
12、男女运动夹克(二季)
13、运动帽、鞋、袜、手套;
14、领带、领带夹、领巾、皮带、衣扣;
15、安全帽、工作帽、毛巾、雨具。
主要设计要素:
企业基本视觉要素的运用,如企业标志、企业名称、标准色、广告语等
制服的内外造型(外观形态、内部款式等)
质料(如朴素自然的棉麻布料,庄重挺拔的毛料,华丽高雅的丝绸缎料等)
不同岗位性质的制服色彩
专制的衣扣、领带、领带夹、拉链、皮带等服饰配件
媒体标志风格类
主要项目细则:
1、电视广告商标标志风格;
2、报纸广告商标标志风格;
3、杂志广告商标标志风格;
4、人事招告商标标志风格;
5、企业简介商标标志风格;
6、广告简介、说明书商标标志风格;
7、促销POP、DM广告商标标志风格;
8、海报商标标志风格;
9、营业用卡(回函)商标标志风格。
媒体广告类
主要项目细则:
1、导入CI各阶级对内对外广告;
2、企业简介、产品目录样本;
3、电视CF、报纸、海报、杂志广告;
4、直邮DM广告、POP促销广告;
5、通知单、征订单、明信片、优惠券等印刷物;
6、对内对外新闻稿;
7、年度报告、报表;
8、企业出版物(对内宣传杂质、宣传报)。
主要设计要素:
企业标志、名称略称、象征图形等企业署名
企业色彩系统的运用
媒体比例尺寸、篇幅、材质(如纸、霓虹灯等)
文字、图形图象、声音、镜头、光影及其结构格式
室内外标识类
项目细则:
1、招牌类:
2、室内外直式、模式、立地招牌;
3、大楼屋顶、楼层招牌;
4、骑楼下、骑楼柱面招牌;
5、悬挂式招牌;
6、柜台后招牌;
7、企业位置看板(路牌);
8、工地大门、工务所、围篱、行道树围篱、牌坊。
指示类:
室内外指示系统;
1、符号指示系统(含表示禁止的指示、公共环境指示);
2、机构、部门标示牌;
3、总区域看板;
4、分区域看板;
5、标识性建筑物壁画、雕塑造型。
环境风格类
项目细则:
1、主要建筑物外观风格;
2、建筑内部空间装饰风格;
3、大门入口设计风格;
4、室内形象墙面;
5、厂区外观色带;
6、玻璃门色带风格;
7、柜台后墙面设计;
8、公布栏、室内精神标语墙;
9、环境色彩标志;
10、踏垫;
11、烟灰缸、垃圾桶;
12、员工储物柜;
13、室内装饰植物风格。
交通运输工具类
1、营业用工具,如服务用的轿车、吉普车、客货两用车、展销车、移动店铺、汽船等。
2、运输用工具,如大巴、中巴、大小型货车、厢式货柜车、工具车、平板车、脚踏车、货运船、客运船、游艇、飞机等。
3、作业用工具,如起重机车、推土车、升降机、曳拉车、拖车头,公共用清扫车、垃圾车、救护车、消防车、电视转播车等。
主要设计要素:
企业标志
品牌标志
标准字体
企业造形
象征图案及其组合方式,位置比例尺寸、制作工艺等
展示风格类
项目细则:
1、展示会场设计;
2、橱窗设计;
3、展板造型;
4、商品展示架、展示架、展示台;
5、展示参观指示;
6、舞台设计;
7、照明规划;
8、色彩规划;
9、商标、商标名称表示风格;
10、椅子、桌子、沙发等风格。
主要设计要素:
企业标志
标准字体
标准色
文字
图形
企业造型
空间结构
灯光
材料
展品
影音等
专卖店识别风格
专卖店识别企划:
其一,准备阶段。
提出整个识别设计的进度表,并列出有关应知事宜,创意设计方案和简单说明,收集各项资料,制定专卖店识别所需的计划等。
其二,设计阶段。
根据上阶段所准备的资料,制定平面配置图及各部分的立面图、透明图;制定家具风格、色彩规划及材料计划表。
其三,编制规范手册。
制作详细的平面图、立体图、剖视图和局部大样图;
灯光配置规划和说明;
家具配置计划图;
施工规范图;
施工规范说明。
项目细则:
1、各空间区域的平面图和立体图、施工图;
2、各类材质规划;
3、各空间区域色彩风格;
4、功能设备规划(如水电、照明等);
5、环境设施规划(如柜台、桌椅等家具,盆栽、垃圾桶、烟灰缸等环境风格,各类橱柜);
6、店员服饰风格、店内外广告招牌造型;
7、店内外标识类;
8、商品展示类(如商品陈列台、促销台、价目牌、分类牌、店卡、目录架、品牌灯箱等)。
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四、编制VI视觉识别手册
设计手册结构体系
其一,概念的诠释。
如CI概念、设计概念、设计系统的构成及内容说明。
其二,基本设计项目的规定。
主要包括各设计项目的概念说明和使用规范说明等。如企业标志的意义、定位、单色或色彩的表示规定、使用说明和注意事项,标志变化的开发目的和使用范围,具体禁止使用例子等。
其三,应用设计项目的规定。
主要包括各设计项目的设计展开标准,使用规范和样式、施工要求和规范详图等。如事务用品类的用字体、色彩及制作工艺等。
设计手册编制形式
其一,将基本设计项目规定和应用设计项目规定,按一定的规律编制装订成一册,多采用活页形式,以便于增补。
其二,将基本设计项目规定和应用设计项目规定,分开编制,各自装订成册,多采用活页和目录形式。
其三,根据企业不同机构(如分公司)或媒体的不同类别,将应用设计项目分册编制,以便使用。设计手册具体内容
其一,引言部分。
如领导致词,企业理念体系说明和形象概念阐述,导入CI的目的和背景,手册的使用方法和要求。
其二,基本设计项目及其组合系统部分。
如基本要素的表示法、变体设计等。
其三,应用设计项目部分。
关键词:科技计划项目;电子文件;归档;技术;研究
0 引言
科技计划项目研究是指在国家科技计划中实施安排,由单位或个人承担,并在一定时间周期内进行的科学技术研究开发活动。电子文件是以代码形式记录于磁带、磁盘、光盘等载体,依赖计算机系统存取并可在网络上传输的文件。本世纪初我国开始改革科技计划项目管理模式。从2003年起国家科技计划项目全部通过网络在科技计划项目管理系统申报、受理。据统计,2013年福建省通过科技计划项目管理系统申报立项的省级以上科技计划项目共计2922项,安排年度经费17.92亿元。这样仅2013年一年就将产生2900多项的科技计划项目档案, 这些项目档案不仅有纸质档案,同时又有电子档案。实现科技计划项目电子文件归档,完善科技计划项目档案双套制管理,成为当今科技管理、科技研究和档案管理人员共同面对的问题。
1 福建省科技计划项目电子文件归档管理系统的研究与分析
1.1 福建省科技计划项目管理系统
福建省科技计划项目管理系统前台和后台业务模块全部采用B/S结构体系,通过先进的平台技术和设计构架,紧密集成办公自动化系统,建立福建省科技厅与各科研单位和专家之间网上项目申报管理的通道,实现项目网上申报、查询、申请、审批、验收等业务功能。
1.1.1 系统软硬件环境及配置
软件环境及配置:Windows 98、Windows XP、Win2000、Windows NT或Windows2003操作系统。Microsoft Internet Explorer 6.0及以上浏览器。office 2000、office XP,office 2003办公软件套件,完整的功能支持最好使用office 2000以上版本。
硬件环境及配置:Intel PIII450中央处理器(CPU),128MB内存。10GB硬盘,10M/100M自适应以太网卡。与Internet网络连通。
1.1.2 系统用户功能
主要用户功能包括:用户注册、专家注册、、单位管理、申报管理、立项管理、合同管理、历史项目、执行与验收、系统管理等。
1.2 福建省科技档案馆档案管理系统
福建省科技档案馆是接收、整理、保管和利用福建省省级科技计划项目档案的专门机构。目前科技档案馆使用的是科易档案信息管理系统,该系统是遵循国家档案局制定的规范标准,结合科技档案馆实际需求进行定制的一套综合档案管理系统。
1.2.1 科易档案信息管理系统主要特点
文档一体化。把档案收集整理组卷阶段延伸到文件管理阶段,实现与办公自动化的无缝衔接,做到电子文件即办即归。综合管理。不仅实现了文书档案的管理,还根据实际需求,扩展了科研、会计、照片、基建等档案的目录级管理。馆室衔接。系统可以实现与省档案局(馆)系统之间的数据结构的统一,在内容上设置移交进馆模块,可将目录数据直接上报给省档案局(馆)。
1.2.2 系统软硬件运行环境和功能模块
系统硬件环境:PC166以上,32MRAM;软件环境:操作系统为Windows95/98/2000/NT/XP。具备档案管理系统常用的功能模块,如文件管理、档案管理、检索、档案利用、档案统计、档案保管、鉴定销毁、移交进馆、档案编研以及系统管理等。
1.3 在两个管理系统中实现科技计划项目电子文件归档的工作流程
福建省科技计划项目管理信息系统融合J2EE技术与数据库技术,实现科技项目网上申报、推荐、受理、评审,任务书签定,执行情况跟踪和验收等功能。可以在内网(局域网)实现立项、经费计划、经费结转等功能。而福建省科技计划项目档案管理系统现在使用的是科易档案管理系统,该系统于2003年建立,为C/S结构,无法实现科技计划项目电子文件归档的技术要求,应进行改造升级,才能适应以下工作流程:
1.3.1 电子文件采集接收
通过Web Service技术,在科技计划项目系统和档案管理系统中建立对接通道,实现数据的交互对接。根据《福建省科技厅科技计划项目档案整理方法》规定的归档范围,收集科技计划项目信息系统中的科技计划电子文件,同时自动捕获或手动捕获文件元数据。文件和元数据自动进入中间库(预归档库)。
1.3.2 电子文件格式转换
科技计划项目管理系统中电子文件进入中间库(预归档库)之前要先进行统一的格式转换。
1.3.3 电子文件封装
对同一项目的科技计划项目应归档的电子文件自动封装成XML封装包,即每个项目自动封装成XML文件,并通过Web Service客户端向Web Service服务端进行发送。
1.3.4 电子数据检验
包括准确性检验:检验档案的内容、范围的正确性,鉴定文件是否需要归档;完整性检验:检验档案数据(包括文件和元数据)的完整性;可用性检验:检验电子文件的可读性等。
1.3.5电子数据迁移
将Web Service接收到的已通过检验的XML封装包自动解包迁入至档案管理系统中。
1.3.6 电子档案著录
排列电子文件顺序,编制档号,著录文件级和案卷级目录数据。
1.3.7 电子档案格式转换
系统将接收的电子文件统一按照格式转换的标准要求自动进行格式转换。
1.3.8 电子档案的封装
整理规范的电子档案数据将按照元数据封装规范要求自动封装成AIP封装包(档案信息包),提供长期保存的需求。
1.3.9 电子档案的长期保存和备份。
1.4 对现有科易档案管理系统进行改造升级
要顺利实现以上科技计划项目电子文件归档的工作流程,应对现有科易档案管理系统功能进行改造与升级。系统改造与升级要基于OAIS(即开放档案信息系统)模型,OAIS模型作为信息资源长期保存的国际标准。在系统设计中,应充分考虑到现有实际情况,可基于OAIS模型,采用统一标准封装档案信息数据,进而保证档案信息的真实性、有效性、可读性。
1.4.1 系统结构方面
现有的科易档案管理系统采用的是VB技术开发的,已不能满足现有的技术结构需求。科技计划项目管理系统采用的是J2EE的技术架构,为了能更好的实现数据的无缝对接,档案管理系统也应升级为J2EE技术架构。可以采用基于J2EE多层架构体系,使前端的表现与应用逻辑、数据存储相分离,通过组件式的开发与部署策略,使整个系统的架构清晰灵活,方便部署和扩展。
1.4.2 标准规范方面
科易档案管理系统主要是基于目录管理标准规范,无法满足对元数据的标准规范需求。科技计划项目管理系统要对科技计划项目电子文件元数据进行格式转换和数据封装,档案管理系统要达到科技计划项目电子文件元数据标准、格式转换标准和封装标准要求。
1.4.3 档案管理方面
科易档案管理系统现在是采用辅助的鉴定方式,并且不能实现对库房的综合管理。将来的档案鉴定需要采用网络化、流程化的鉴定方式,系统要增加流程化的鉴定方式,提高网络化管理要求。为了提高对实体库房的管理,系统还应增加“模拟库房”功能,实现对库房档案的排列定位、管理、统计等功能。
1.4.4 数据存储方面
为了能实现对电子数据的长期保存,科易档案管理系统要增加数据存储功能,包含电子档案原文存储管理、封装包存储管理、备份恢复、存储日志等功能。
1.4.5 档案利用方面
科易档案管理系统利用方式比较单一,只提供了简单检索、组合检索两种方式进行利用,并且也不能对利用的电子档案全文进行防扩散控制等。为了能够提供更高效的档案利用功能,系统增加“档案全文检索”、“档案跨类检索”、“档案跨库检索”功能,实现对档案数据库的高效检索。在查询档案全文时,系统要增加“数字水印”和“防拷屏、防打印、防下载”功能,提高利用档案原文的安全性。同时,要增加“光盘”功能,可对需要脱离系统使用的档案及原文至光盘等移动介质上,方便使用。
2 福建省科技计划项目电子文件归档需要解决的技术性问题
实现福建省科技计划项目电子文件归档的技术要求应基于“保证电子文件的真实性、完整性,保持电子文件的长期可读性”的基本原则。在技术功能上应达到:
一要适时捕获应归档的电子文件;
二要确定科技计划项目电子档案的元数据,并适时捕获元数据;
三要能将各种文件自动转换为标准文件格式;
四要采用符合标准的封装包格式,并能添加数字签名锁定;
五要基于元数据的建立,实现主要著录数据的自动著录和项目名称、项目责任者、项目代号等多角度检索,乃至全文检索;
六要采用简便而安全的技术方法进行数据备份。所以,要实现基于项目管理系统和档案管理系统无缝对接的科技计划项目电子文件的归档还需要解决好电子文件的元数据设置、电子文件格式转换、电子文件的封装、系统的对接、电子文件的备份以及电子档案检索和防扩散等一系列关键技术性问题。
2.1 电子文件元数据
2.1.1 科技计划项目电子文件元数据
在科技计划项目电子文件归档过程中,会有大量的电子文件生成,为了系统有效地记录电子文件的内容特征、形式特征、背景和管理过程信息,结合福建省科技计划项目电子文件归档的需求,福建省科技档案馆参照中华人民共和国档案行业标准《文书电子文件元数据方案》(DA/T 46-2009)制定了《福建省科技厅科技计划项目电子文件元数据规范》。对福建省科技计划项目电子文件元数据共设置了269个元数据项,通过这些元数据项信息在科技计划项目电子文件归档的时候能够很好地维护科技计划项目电子档案的真实面貌。
2.1.2 科技计划项目电子文件主要元数据的设置
科技计划项目电子文件元数据除按照《福建省科技厅科技计划项目电子文件元数据规范》进行规范设置外,还要制定《科技项目系统和档案管理系统元数据项目及字段对照表》,即要设置科技计划项目电子文件的主要元数据,作为科技计划项目电子档案的主要著录项,使科技项目系统和档案管理系统的字段统一对应,以便科技文件材料数据快速导入。目前科技计划项目电子档案管理采用二级制管理模式,分别为项目级和文件级。在项目级设置的主要元数据项有项目名称、项目编号、承担单位、项目负责人、年度等。在文件级设置的主要元数据项比较复杂,因为每个项目包括项目申请书、评审材料等材料,每份材料中分别包含相关的数据项,如项目申请书包含项目名称、项目申请单位、申请日期、计划类别等。
2.2 电子文件格式
2.2.1 电子文件格式转换的必要性
目前,电子文件格式种类繁多,办公自动化、档案管理软件所用的开发语言、数据,难以进行及时接收、规范管理和有效利用。同时,计算机操作系统、数据库系统也是多种多样,这些都造成了电子文件格式的五花八门,同时各种管理软件又互不兼容,甚至软件相同、版本不同的文件彼此也不能通用,这就严重阻碍了电子文件接收和电子档案管理工作的开展。
2.2.2 科技计划项目电子文件归档的转换格式
《版式电子文件长期保存格式需求》(DA/T 47-2009)中要求对保存格式要可转换:
一是要支持其它格式与版式电子文件长期保存格式相互转换;
二是要支持过时的版式电子文件长期保存格式转换为新的版式电子文件长期保存格式。
目前福建省科技计划项目管理系统中的材料报送格式一般采用DOC格式进行报送,其中一些材料如附件等,也有采用PDF、DOC、EXCEL或JPG格式申报。按照《电子文件归档与管理规范》(GB/T18894-2002)要求,围绕系统中电子文件格式转换要求,对几种常用的文件格式进行系统比较研究,研究发现PDF在格式功能对比中是目前比较适合的文件转换格式。科技计划项目电子档案的信息采集可以通过科技计划项目归档时把电子文件转换成PDF格式通过系统接口归入档案数据库中。
2.3 电子文件封装
2.3.1 电子文件封装格式标准
封装格式主要依照档案行业标准《基于XML的电子文件封装规范》(DA/T 48―2009)。国家档案局在2009年了《基于XML的电子文件封装规范》(DA/T 48-2009),国家档案局推荐使用EEP(Electronic Records Encapsulation Package)作为电子文件封装方式。EEP是“封装电子文件全部数据及其元数据的数据单元”,是目前文书类电子文件(档案)长期保存的目标封装方式。科技计划项目电子文件的封装方法还应当根据科技计划项目档案的成套性的特点确定。
2.3.2 科技计划项目档案的封装
科技计划项目电子文件封装包中的电子文件元数据包括《文书类电子文件元数据方案》DA/T46-2009 规定的元数据、封装新增的元数据,同时还应包含《福建省科技厅科研档案整理方法》所列归档范围的文件、文件元数据等信息。具体的封装流程为:先在科技计划项目系统内将相关电子文件转化为PDF文件格式,连同文件的元数据一起存放到一个固定的工作目录下进行打包,进行数字签名以及签名锁定,形成包括文件型封装包和案卷型封装包的原始型电子文件封装包。然后发送到档案管理系统的中间库,根据归档要求进行验证和必要的修改,随后做第二次打包、数字签名以及签名锁定,形成修改型电子文件封装包并存储至档案管理系统中。
2.4 系统的对接
2.4.1 对接采用的技术
Web Service技术是利用标准的Web协议和可编程访问的Web组件,目标是提供跨平台的互操作性,让分布在地理上不同区域的计算机和设备协同工作。Web Service将应用功能封装成若干Web组件,并将其在网上,供需要获得这些功能的应用系统访问,而且各种应用系统间都能够通过这种方式进行互联互通。按照Web Service架构设计的系统将具有很好的跨平台性和兼容性。同时,Web Service技术是一种松散耦合型的计算技术。因此,在跨系统的资源整合和一站式应用服务系统的构建方面具有独特的优势。
2.4.2 实现两个系统的对接
福建省科技计划项目管理系统和科易档案管理系统是基于省科技厅的局域网将办理完毕的科技项目电子文件自动归档至科技档案管理系统中。考虑到跨平台性、松耦合、标准的协议和发展趋势,可采用Web Service技术方式实现科技项目管理系统与科易档案管理系统的数据交换和对接。
2.5 电子文件防扩散技术
2.5.1 电子文件的防扩散技术的种类
目前电子文件的防扩散技术主要有数字水印技术(Digital Watermarking)、复制打印控制技术和利用电子文件审批技术等。福建省科技计划项目电子文件目前采用的防扩散技术主要包括数字水印技术和复制打印控制技术。
2.5.2 科技计划项目电子文件可采用的防扩散技术
第一种防扩散技术是数字水印技术。数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中(包括多媒体、文档、软件等)或是间接表示(修改特定区域的结构),且不影响原载体的使用价值,也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息,可以达到确认内容传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。第二种防扩散技术是复制打印控制技术。防止电子文件的复制粘贴、打印下载等电子文件的扩散。未经授权的文件,无论创建者还是使用者都不能打印。只有经过申请,并得到管理员审核批准后,才能打印所指定的文件。
2.6 电子档案备份
2.6.1 电子档案备份制度
国家档案局6号令《电子公文归档管理暂行办法》要求:“归档的电子公文,应按本单位档案分类方案进行分类、整理,并拷贝至耐久性好的载体上,一式3套,一套封存保管,一套异地保管,一套提供利用。”国家标准《CAD电子文件光盘存储、归档与档案管理要求》也明确指出:“归档的电子文件至少要一式二套,一套封存保管,一套供查阅利用。必要时,复制第三套,异地保存。”
2.6.2 科技计划项目电子档案备份方式
目前科技计划项目电子档案备份主要采取异质备份和异地备份两种方式。
第一种异质备份方式。福建省对科技计划项目电子档案已建立制度,在增加、修改数据结束时要对系统的全部数据库文件进行移动硬盘脱机备份。将来在档案管理系统升级时要有自动备份功能,将数据库备份工作列为一项周期执行任务,由档案管理系统进行自动备份。同时,重要文书档案已经实现纸质档案和扫描件、电子档案双套制。
第二种异地备份方式。通过与省外科技档案馆建立互为异地磁盘备份的关系,形成比较可靠的防灾备份体系。
2.7 电子档案全文检索
2.7.1 全文检索与目录检索的区别
目录检索是对目录数据库中的内容进行检索,检索到的信息一般是文件的题名或者是档案工作者对该篇文档的高度概括。全文检索不仅能对数据库中的目录进行检索而且可以对目录所挂接的原文内容进行直接的检索。全文信息检索可以使用户在短时间内获取与需求紧密相关的信息,使用户有更多的时间去完成更重要的工作,从而大大提高了工作效率,同时,有利于用户获取所需的全部内容,用户所需的内容可能在多份文档的原文中出现,通过全文检索工作,一次就可查获用户所需要的全部信息。
2.7.2 科技计划项目电子档案全文检索
要创建全文索引库,就是要将科技计划项目档案的条目信息和相关联的电子文件一起通过识别转化成txt文本信息,然后通过系统的算法对所创建的文本信息进行分词,最后把关键词存入数据库的过程。创建全文索引库所支持的电子文件格式应该包括:DOC、PDF、TXT、HTML/HTM;如果文件的格式是TIF/TIFF、JPEG/JPG等图像格式则需要采用OCR识别技术先把图像识别为TXT格式的文本文件才可创建全文索引库。
3 结束语
科技计划项目电子文件归档管理工作是一项系统工程,我们的研究工作才刚刚开始, 从技术理论研究到指导实践还要有一个过程。现代科技发展很快,加快实现科技计划项目电子文件归档工作不单在福建省,在全国范围也是迫在眉睫的事情,所以要组织档案、信息、管理等领域的各方力量,集思广益,不断研究实践,积极进取。同时,配以相关的制度、技术和人才等方面保障措施,使科技计划项目电子文件归档目标得以顺利实现。
参考文献:
[1]洪源清,朱文,等.福建省科技计划项目电子文件归档管理研究[R].研究报告,2013.
[2]陈永成,黄建峰.分布式档案基础数据库建设理论与实践[M].档案出版社,2006.
[3]李硕.运用人工智能技术对企业档案进行管理[J].城建档案,2010(12).
关键词:电力调度;自动化系统;发展趋势
中图分类号:F470.6 文献标识码:A
前言
电力调度自动化系统是指直接为电网运行服务的数据采集与监控系统,包括在此系统运行的应用软件,是在线为各级电力调度机构生产运行人员提供电力系统运行信息,分析决策工具和控制手段的数据处理系统,电力调度自动化系统是保证电网安全和经济可靠运行的重要支柱手段之一,随着电网的发展,电网的运行和管理需求在不断地变化。
我国电网现状简介
电力系统是由发电,输电,变电,配电和用电设备以及控制,保护和通信设备组成的一个整体,目前我国电网进入了大电网,大电厂,大机组,超高压输电,高度自动控制的新。现代电网的主要特征:坚强的超高压等级系统构成主网架的大系统,各个电网之间具有较强的联系,具有足够的调峰容量,能够实现AGC,具有较高的供电可靠性,具有高度自动化的控制系统,具有高度自动化的管理系统,具有高素质的职工队伍,现代电网实行统一调度,分级管理,分层控制。
电力系统调度自动化的必要性
现在电力系统的发展趋势是电网日益庞大,运行操作日益复杂,所以当电网发生故障后其影响也越来越大,另一方面,用户对供电可靠性和供电质量的要求日趋严重,这就对电力系统运行调度人员和电力系统调度的自动化水平提出了更高的要求。电网调度自动化具有较大的经济效益中,可以提高电网的安全运行水平,当发生事故时调度员能及进掌握情况,迅速进行处置,防止事故扩大,减少停电损失,地调采用自动化调度系统能减少停电率,当装备有直接监护用户的自动装置以后,可压低尖峰负荷。若采用分时和交换电价自动计量等经济办法管理电网,经济效益更大。
电力系统调度的任务
电力系统的调度就是对电力系统中所有的设备及其运行状态进行监控和调节,是一个指挥者,目前电力调度涵盖的范围较大,有自动化系统,继电保护等等,电力系统调度的任务主要是:尽设备最大能力满足负荷需要,使整个电网安全可靠连续供电,保证电能质量,经济合理利用能源,保证发电,供电,用电各方合法利益。
四、电力系统调度自动化的功能
(一)电力系统监视与控制
通过电力系统监视与控制为自动发电控制、经济调度、安全分析等高层次功能提供实时数据。其中监视主要是对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印,以及对电力系统异常或事故的自动识别,向调度员反映电力系统实时运行状态和电气参数。而控制主要是指通过人机联系设备执行对断路器、隔离开关、静电电容器组、变压器分接头等设备进行远方操作的开环控制。
(二)电力系统安全分析
电力系统安全分析主要内容是利用实时数据对电力系统发生一条线路、或一台发电机、变压器跳闸的假想事故进行在线模拟计算,以便随时发现每一种假想事故是否可以造成设备过负荷、以及频率和电压超出允许范围等不安全情况,是一系列以单一设备故障为目标而进行的在线潮流计算。
(三)电力系统经济调度
电力系统经济调度是在满足安全、电能质量和备用容量要求的前提下,基于系统有功功率平衡的约束条件和考虑网络损失的影响,以最低的发电(运行)成本或燃料费用,达到机组间发电负荷经济分配且保证对用户可靠供电的一种调度方法。在调度过程中按照电力系统安全可靠运行的约束条件,在给定的电力系统运行方式中,在保证系统频率质量的条件下,以全系统的运行成本最低为原则,将系统的有功负荷分配到各可控的发电机组。经济调度一般只按静态优化来考虑,不计算其动态过程。
五、电力调度自动化系统应用现状
CC-2000系统。采用开放式系统结构设计及面向对象的技术,利用事件驱动和封闭的思想为应用软件提供透明的接口,采用面向对象技术,并引进了一个大对象的概念,以适应封装性,继承性以及事件驱动的要求,支持系统专用性和通用性的有机结合,既适应电力系统的需要,又兼顾其他行业实时应用的要求,按照软件工程的规律进行开发,实现软件工程产品化,技术鉴定认为,按照开放式系统设计和采用面向对象等技术,都属于国际先进或领先范畴。
SD-6000系统。该系统特点是:具有开放式和分布式的支撑系统平台,具有面向对象的人机界面管理系统。
OPEN-2000系统。适用于网,省调和大中型地调的新一代能量管理系统,是国内外发展速度快,适用面广,性能完善,成熟性好,可靠性高的能量管理系统。
六、电力系统调度自动化技术的基本特征
电力系统调度自动化技术应具有以下基本特征:
(一)该技术应该能够及时并准确地采集、检测和处理电,网中各元件、局部或整个系统运行的实时信息;
(二)能根据电网的实际运行状态和系统各元件的技术、经济等指标要求,为调度人员做出准确的调节和控制的决策提供依据;
(三)能实现整个电力系统的综合协调,使电力系统安全、可靠、经济地运行,并提供优质的供电;
(四)电力系统自动化技术能提高工作效率,降低电力系统事故发生概率,延长设备使用寿命,能够保障电力系统的安全、可靠、经济地运行,尤其是能避免整个电力系统的崩溃和大面积停电等连锁性事故发生。
七、电力系统调度自动化技术的发展趋势
随着计算机技术、通信技术、数据库技术等技术的快速发展,电 力系统调动自动化技术应朝着模块化、面向对象、开放化、只能化合可视化等方面发展。
(一)模块化与分布式。电力系统调度自动化系统软件设计的重要思想就是模块化和分布式。组件技术是一种标准实施的基础,能够实现真正的分布式体系结构,基于平台层解决数据交换的异构问题,是一种重要的电力系统调度自动化技术。
(二)面向对象技术。电力系统调度自动化的目的就是为了能够及时准确地获得电力系统运行的实时信息。面向对象技术是一种能很好的解决这个问题的技术先进且能很好地遵循ClM的技术,但它的实现有一定的难度。
(三)电力系统调度综合自动化。全面建立调度数据库系统,提高电力系统调度自动化的综合管理水平,使电力系统运行达到最优化,避免电力系统崩溃或大面积停电事故,提高电力系统的安全性和可靠性;建立并完善电气事故处理体系,使事故停电时间降到最短,降低各种不必要的影响。
(四)无人化值守管理模式。建立无人值班综合监控系统,能够对电力系统的运行状态进行实时监控、安全性分析、状态估计、负荷预测及远程调控等,当系统出现故障时自动报警,以便调度人员及时处理事故,从而保证电力系统安全、可靠、经济运行,实现无人值守调度管理方式,减少值守人员,提高工作效率。
(五)智能化。智能化调度是未来电力系统发展的必然趋势。智能调度技术采用调度数据集成技术,能够及时、有效地获取电力系统运行的实时信息,实现电网正常运行的实时监测和优化、预警和预防智能化控制、故障的智能判辨、故障的智能分析、故障的智能恢复等,最大限度实现全面、精细、及时、最优的电力系统运行与管理,以达到电力系统的调度、运行和管理的智能化。
结束语
电力作为现代社会一种特殊的产品已成为社会发展和人们生活一种必不可少的重要元素,电力在社会经济发展的过程中起到越来越重要的作用。依靠科技进步、依靠健全安全管理制度、依靠电力人的努力为社会经济的发展保驾护航。
参考文献
[1] 陈翘.浅析电力自动化系统及其发展趋势[J].科技风,2010(19).
[2] 朱大新.电力系统自动化与计算机技术[J].工业控制计算机,2005.11:4-5。
关键词:电视台 数字化 硬盘 技术维护
一、利用硬盘实现自动播出的优越性
硬盘自动播出系统(HardDisk AutoPLAY System),简称自动播出,其工作原理是:首先将模拟信号采集到计算机硬盘中,或者将DVD,VCD光碟中的内容直接拷贝到硬盘中,然后用自动播出软件编排节目播出表,最终由专业播出卡输出音视频信号。自动播出系统具有效果好、成本低等优点,业界人士一致认为:硬盘播出是大势所趋,是电视播出的最佳方式,也是最终方式。
利用硬盘实现视频播出是建立在上述数字硬盘录像机的高可靠性以及它的广播级技术指标和质量要求之上的。随着一些关键技术如压缩编码、RAID技术、宽带光纤网等的日益成熟,硬盘播出进入视频领域的自动播出系统已成为可能,并有取代传统设备的发展前景。硬盘自动播出从根本上改变了电视台传统的播出方式,与后者相比具有毫无疑问的明显优势,其特点如下:
1.网络强大:可通过局域网和互联网组建播控系统,可组成1+1、N+1、N+N多种形式的多频道主备播方案。具有多级用户权限管理,有操作权限的用户可以通过网络中任何一台工作站完成编排和播控工作。
2技术成熟:采用国际流行的MPEG2格式,支持标准MPEG-I/II CD/DVD和MPG/MPA/M2V/M2P/DAT OB等各种文件无缝播出,各格式间可相互转换和精帧编辑。
3兼容性好:我们采用WindowsXP等主流操作系统,具有复合、Y/C、YUV等多种输入输出接口,可混合播放PAL制和NTSC制节目。支持一机多卡,可实现多频道节目播出和多通道广告截播。
4.编排快捷:播出表可以任意复制、分离和合并,能在一个播出表中编排多天节目。可打印播出表,智能推算播出时间,准确统计广告时段节目总长度,还可对不同节目或不同广告时段进行分类标注。
5功能齐全: 可自动播、定时播、依次播、剧中插播、多级套播、断点续播、循环垫播,也可在播出过程中实时增减节目、修改素材,随改随播。能控制切换台、录像机、光盘机,实现盘带碟混合播出。
6.图文字幕: 播出软件内嵌图文字幕,可实现台标、时钟、挂角、栏标、左飞的同屏显示,字幕层数不受限制、互不影响,字幕可以在播出表的任何位置叠加和消除,挂角字幕可与节目锁定同步播出。支持广告倒计时功能,使你的播出更具人性化。
7.安全稳定: 采用双机热备份,主备机自动切换,对坏碟烂片有超强纠错能力。服务器有详细的操作日志和播出记录,每个用户的操作,每条节目的播出都记录在案,以备检查。
二、硬盘自动播出系统的维护问题
1.维护简单
单机模式只需一台机器即可完成全部播出工作,全中文菜单界面,几分钟就能掌握。无磁带消耗,无磁鼓磨损,无机器维护,无值班支出,播出效率高,维护成本低。
(一)它采用了数字的处理和存储方式,信道传输特性甚优,多次重播的图像质量一致性好;
(二)由于采用了硬盘作为存储媒体,磨损极低,数据可以长期保存和播放而基本不影响质量;
(三)图像和声音作为数码信号存储于硬盘,由于硬盘的存取手段适应于多进程实时访问,多个输入、输出通道可以同时存取同一或不同数据,实现了资源共享,利用率大大提高;
(四)节目录入、播出节目单设置完成后,一般无需人为干预,自动化程度高,节省人力,减轻了劳动强度,并且播出的精度大大提高;
(五)硬盘播出的实现平台为服务器,其通用性较好,可以在开放底层接口的条件下灵活地实现各种应用;
(六)系统的内部扩展能力以及外部扩展能力较好,能够很好地与未来的全数字、网络化、资源共享的节目编播体系相衔接。
2、硬盘播出系统的技术维护
(一)硬件系统的维护。(1)保持机房环境清洁、干燥。工作台必须经常清洁,机房应禁止吸烟;(2)保证设备接地可靠。局域网中传输的都是一些弱信号,接地不好会出现干扰信息,从而在联网的过程中产生各种莫名其妙的故障现象;(3)定期打开机箱进行维护。切断电源,将主机与其他外设连线拔掉,拆开机箱,查看里面的设备是否有异常痕迹,及时用柔软的刷子擦除机箱内的灰尘(主板、显卡、声卡、电源风扇等);(4)经常使用专用仪器设备测试视频指标,如黑电平、载噪比等。如指标不符合要求,必须通过软件设置调整播出或采集卡的参数;(5)经常测试设备的安全可靠性。对于主要设备如视频服务器、数据库服务器和播出控制机一般都采用热备份,必须在检修时手动测试实验,确保自动切换,否则会出现多频道停播的严重事故。
(二)软件系统的维护。(1)经常对系统进行升级,查毒、杀毒。应经常升级补丁包,安装病毒防火墙,并及时升级杀毒软件、更新病毒库;(2)经常检测“设备管理器”,检查电脑的硬件设备是否有冲突、设备驱动有无问题;(3)定期利用磁盘清理工具软件如Diskeeper等对磁盘进行清理、维护和碎片整理,彻底删除一些无效文件、垃圾文件和临时文件,使得磁盘空间及时释放;(4)为了防止操作系统遭破坏和预防病毒,用Ghost软件将系统盘的所在分区制作成镜像文件,并制作成自动恢复光盘,一旦操作系统出现问题,可利用镜像文件在几分钟内将系统恢复。
(三)网络传输系统的维护。(1)合理设置网卡、交换机。网卡速率、双工等参数和交换机应保持一致(一般要求100 M,全双工),设置交换机的MAC地址表,使每一台服务器与交换机端口绑定,不用的端口禁止使用,并做详细记录,防止非法计算机接入;(2)详细记录网络日志。网络日志记录了网络日常运营的状态信息,这些信息显示了网络的动态情况。当网络出现故障时,可以通过查看网络日志,了解故障发生前的一些网络情况,从而推测出故障的原因所在。
(四)存储系统的维护。由于电视播出的数据量大,对安全性要求很高,计算机硬盘播出系统数据存储一般都采用磁盘阵列(RAID)。磁盘阵列分为DAS(直接附加存储)和NAS(网络附加存储)磁盘阵列。以NAS磁盘阵列为例,其维护应做好以下几点:(1)及时备份系统配置参数。及时记录磁盘阵列的逻辑配置、物理配置、状态配置等参数,具体包括使用的每个逻辑盘大小、RAID类型、条带容量、数据写入磁盘方式、由哪些物理磁盘组成,每个物理磁盘的通道号、目标序列号、生产厂家、型号、容量、阵列控制器的型号、固件(Firmware)版本,处于后备待机状态(Hot Spare)还是在线状态(On Line)等。;(2)定期检查数据一致性。数据冗余是磁盘阵列的主要技术之一,一致性检查一般以每周1~2次为宜;(3)建立热备用磁盘。热备用磁盘也是RAID技术的一项安全技术,当磁盘阵列中一个正在使用的物理磁盘发生故障后,一个待机的磁盘会立刻上线,代替此故障盘,阵列控制器根据逻辑驱动器上的冗余数据,通过校验算法把原来存储在故障盘上的数据重建到热备用磁盘上。;(4)定时备份重要数据。配备了磁盘阵列并不意味着可以高枕无忧,对于重要数据一定要备份。
三、结语
与传统的自动播出系统相比,硬盘播出系统具有录像机不参与实时播出、同一个节目可重复在不同频道同时或非同时播出、可对播出节目作非线形编辑、无需格式转换、任意插播等优点,因此大大提高了电视节目播出的可靠性和稳定性。由于数字化硬盘播出系统构建经济、安全、可靠且易于维护,便于升级扩容,满足了县级电视台日常播出的实际需求,有较高的性价比。从而为县级电视台今后的发展提供了广阔的空间。
参考文献:
[1]董安州.浅谈电视台数字硬盘自动播出系统.
在目标跟踪过程中,摄像机载体的随机振动和姿态变化产生的不平稳运动会导致视频图像序列的不稳定甚至模糊,这种不平稳运动不仅影响系统的成像质量、造成观测者的视觉疲劳,还会给运动目标检测带来困难。电子稳像(ElectronicImageStabilization,EIS)是指利用图像处理手段从输入的视频图像序列中去除由摄像机的随机运动造成的图像扰动,使输出图像序列保持稳定的技术手段。帧间运动估计是实现电子稳像的关键环节,目前应用于稳像的运动估计方法有很多,灰度投影法[1-5]是其中的一种重要方法。它能充分利用图像灰度总体分布的变化规律,较准确地估计图像的运动矢量,具有计算量小、精度高的特点[1]。美国ARL研究实验室采用此方法在Demo1号自控目标跟踪系统中实现了图像的实时稳定。但是投影算法有一定的应用条件,图像的灰度变化应较丰富,具有一定的对比度,否则灰度投影曲线变化不明显,难以精确地求出运动矢量,容易造成误差。通过对图像进行直方图均衡化处理,能在一定程度上处理对比度较差的图像,增强算法的鲁棒性,但是不能从根本上解决此问题[2]。为此,本文提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。
2灰度投影法
灰度投影法是一种基于投影算法的稳像方法,利用图像灰度分布变化的特点求取图像帧间运动向量,分为灰度映射和相关计算2个步骤。
2.1灰度映射
对输入的二维图像进行预处理后,将其灰度信息映射成2个独立的一维投影序列。设(,)kGij为第k帧图像点(i,j)处的像素灰度值,M、N分别为图像投影区域的行、列数。图像第i行的灰度投影值为:()(,)NkkisGrayYiGij(1)图像第j列的灰度投影值为:()(,)MkkisGrayXjGij(2)投影曲线反映了图像灰度分布的特点,为方便描述,将图像行方向的投影曲线记为水平投影曲线,将图像列方向的投影曲线记为垂直投影曲线。
2.2投影滤波处理
当图像的位移量大时,由于每一幅图像的边缘信息是唯一的,因此会导致投影的波形在边缘处的差异性。传统灰度投影通常采用全投影,即将投影区域每行(列)进行映射,行(列)内的每个像素都参与投影。在进行相关计算时,会对互相关峰值产生影响而降低精度。解决此问题可通过余弦平方滤波器进行滤波,以降低边界信息的幅值而保留中心区域的波形,从而降低边界对互相关的峰值的影响,提高运动矢量的检测精度。
2.3互相关计算
将当前帧k的水平、垂直投影曲线与参考帧r的水平、垂直投影曲线做互相关运算,根据2条相关曲线的唯一谷值即可确定当前帧相对于参考帧的行、列位移矢量值。设m为位移矢量相对于参考帧的搜索宽度,以水平相关运算为例,计算公式如下:同理,得到垂直投影相关运算()krCw。水平、垂直相关运算的谷值y、x即当前帧对应参考帧的移动位移。当x为正时表明当前帧相对于参考帧向右移移动了x像素,为负时表明当前帧相对于参考帧向左移动了x像素;当y为正时表明当前帧相对于参考帧向下移移动了y像素,为负时表明当前帧相对于参考帧向上移动了y像素。2.4灰度投影法的优缺点灰度投影法优点是灰度曲线匹配速度快,有较高的稳像速度。然而该算法也存在如下缺点:(1)对灰度值单一的图像处理效果不佳,当图像灰度值单一、对比度很差时,会造成投影曲线很平,相关以后波谷不够明显,导致运动估计不精确。(2)只能够估计出行、列的平移运动矢量,不能匹配出图像旋转的角度矢量。(3)灰度投影法是基于整幅图像的投影,对于内部物体的运动,不能反映出来。内部运动物体会对投影的匹配造成一定的影响。
3基于梯度投影法的电子稳像算法
基于上述分析,本文提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。该算法实现的基本思路与灰度投影法相同,不同的是利用的是图像的梯度分布情况进行运动估计。具体实现步骤如下:
(1)由于梯度运算对噪声敏感,为了提高算法的准确度,需要对图像进行平滑处理,本文选择使用Wiener函数对图像进行预处理。
(2)使用Prewitt梯度算子计算参考帧和当前帧的梯度值,得到2幅图像的水平、垂直梯度投影曲线。
(3)对2幅图像的行、列梯度投影分别进行相关运算,通过谷值检测,得到图像的偏移量y、x。得到水平、垂直方向位移矢量后,把当前图像向位移矢量的反方向运动相应大小的像素距离,即可实现输出图像序列的稳定。为了减少边界的影响,一般对梯度投影曲线进行截断,取中心部位的区域进行相关计算。
4实验结果与分析
微光图像利用的是微弱的夜天光辐射光谱区域,由于目标与背景对光线的反差比较小,灰度级有限,因此成像对比度差、图像平淡,难以分辨细节。为了测试GPA法在灰度值单一、对比度差的图像下的运动估计效果,选取微光图像序列的连续2帧图像,如图1所示,当前帧相对于参考帧发生了抖动,且存在缓慢运动的车辆,图像大小为300×400像素,帧速为24帧/s。(a)参考帧(b)当前帧图1微光图像序列计算2帧图像的灰度直方图,可以观察到图像灰度值集中在140~230的区域间,对比度较差。参考帧的灰度直方图如图2所示。
4.1计算结果比较
图3、图4分别为利用灰度投影法和本文算法得到的水平、垂直投影曲线和相关曲线。搜索宽度m设为20,根据相关曲线谷值检测得到:(1)灰度投影法:x14、y7,说明当前帧相对于参考帧向右、向上各移动了14个和7个像素;(2)本文算法:x13、y6,说明当前帧相对于参考帧向右、向上各移动了13个和6个像素。可以观察到,灰度投影曲线起伏平稳、变化缓慢,相关曲线在谷值附近较平缓,因此定位不精准、容易产生误差;而梯度投影曲线起伏明显,变化剧烈,相关曲线谷值明显,定位精确。
4.2稳像效果评估
图5为灰度投影法和本文算法进行帧间全局运动参数估计后,对当前帧进行运动补偿后的稳像效果。本文采用差影法和光流法对2种算法进行评估,对比2种算法的估计精度。
(1)差影法差值图像提供了图像间的差异信息,可以利用差影法比较稳像算法的准确性和精度,2种算法稳像帧和参考帧之间的差分图像如图6所示。(a)灰度投影法(b)本文算法图62种算法稳像后的差分结果灰度投影法由于运动估计不精确造成了差值不为0的亮区域;本文算法稳像后的差分图像背景部分像素差很小,接近于0,而亮区域是由运动目标造成的,有利于进一步对运动目标进行识别。
(2)光流法利用LK光流法[6]进行参考帧和稳像帧间的光流场估计,计算结果如图7所示。(a)灰度投影法(b)本文算法图72种算法稳像后的光流场灰度投影法由于帧间运动估计产生了误差,导致光流场中包含了误差造成的全局运动光流;而本文算法由于稳像精准,得到的光流场是由图像内运动目标造成的,因此可以很好地检测到运动目标检测区域,为下一步的目标检测和自动跟踪的实现提供条件。利用上述方法对40组样本进行了评估,采用本文算法进行运动估计的正确率达到了97.5%,而灰度投影法估计的正确率仅为80%,进一步说明了本文算法的有效性和精确性。同时,由于本文算法相比灰度投影法仅增加了梯度运算的环节,因此运算量方面没有明显的增加,依然可以满足稳像的实时性要求。
尽管K1/K1A1主战坦克已经足够强大,但是,韩国军方并不满足现状,又马不停蹄地研制新世纪的新型主战坦克,这就是K2主战坦克的由来。
研制期间的代号为XK2主战坦克,于2003年开始研制,牵头的仍然是罗特姆公司。现已制成一号样车和二号样车,并在韩国东南部的庆尚南道开始了行驶试验和射击试验。原计划全部研制工作于2008年底完成,并计划于2011年开始批量生产。定型后将改称为K2主战坦克。正式生产后的零部件的国产化率将达到98%左右,成为名副其实的“钢铁太极虎”。
我们先来看一看K2主战坦克采用了那些先进的技术吧!三人乘员组、自动装弹机、55倍口径的120毫米滑膛炮、新型钨芯尾翼稳定脱壳穿甲弹、炮射导弹、紧凑的柴油机、半自动液气悬挂装置、驾驶员用热像仪、模块式复合装甲、主动防护系统、车际信息系统和旅级战斗指挥系统等,可以说,K2将当代世界各国的先进坦克技术几乎一网打尽,成为超越M1A2SEP、“豹”2A6、90式、“勒克莱尔”,T-90S等当代世界上最先进主战坦克的“超级坦克”。当然,其前提是这些先进的装置都能很好地发挥作用,有足够高的可靠性。
XK2主战坦克还处于研制和定型的后期阶段,尽管最终的性能数据还会有若干变化,但大体上共性能数据已经八九不离十。XK2主战坦克的战斗全重为55吨,乘员3人,自动装弹机的弹舱位于炮塔尾舱,这一点有别于苏俄的T系列主战坦克,而和法国的“勒克莱尔”坦克相似;也成为区分XK2坦克和K1系列坦克的最主要的外部特征。不难看出,这种外部特征也和当今的东西方主战坦克有一定的区别。
火力和火控系统 先说说采用Rh120/L55型120毫米滑膛炮这一点吧!这种大口径、长身管的滑膛炮,堪称是120毫米级滑膛炮的极品,发射DM53型尾翼稳定脱壳穿甲弹时,可在2000米的射击距离上击穿800毫米厚的均质钢装甲。韩国人是否会购买DM53弹的技术尚不得而知,但韩国人正在研制性能接近DM53弹的K276型尾翼稳定脱壳穿甲弹,已不是什么秘密。这种K276弹同样是钨合金穿甲弹;再加上同时研制的K277多用途弹,可以说,在120毫米滑膛炮配套的弹药方面,已不存在技术瓶颈。
更值得称道的是,XK2坦克上的坦克炮还可以发射炮射导弹,提高了远程攻击能力和命中精度。其实,早在若干年前,韩国军队就装备了相当数量的俄罗斯T-80U主战坦克,对新型T系列坦克上的炮射导弹技术并不陌生。不过,这一回韩国人选中的却是以色列IAI公司提供的“拉哈特”型半主动激光制导炮射导弹。和T-80U坦克上发射的“眼镜蛇”炮射导弹相比,“拉哈特”炮射导弹的最大射程可达8000米,而“眼镜蛇”炮射导弹的最大射程仅为4000-5000米,两者相差近一倍。最近有消息称,K2坦克上也可能不采用炮射导弹。到底结果如何,过一段时间才能清楚。
在XK2主战坦克的火控系统设计和选型上,韩国人更是下足了功夫。这种火控系统是带有“猎-歼”功能的稳像式火控系统,是K1A1坦克火控系统的发展型,系统包括:火控计算机、炮长用双稳式三合一瞄准镜、车长用双稳式周视三合一热瞄镜、昼夜“猎-歼”装置、目标自动跟踪系统、火炮和炮塔的电驱动系统、自动装弹机、先进的弹道解算和动态炮口基准系统、各种传感器等。不难看出,这些技术若全能实现,这种坦克应当是当代先进坦克火控系统技术的集大成者。
推进系统 XK2坦克的样车上采用的是德国MTU公司的883V12型1500马力柴油机。正式生产时将采用国产的1500马力柴油机。与之配套的还是德国伦克公司的自动变速箱,有5个前进档和1个倒档。XK2坦克的推进系统的“亮点”在行动装置上,包括:半自动液气悬挂装置、履带张紧度动态调节系统、定位导航系统、驾驶员热像仪、深水潜渡装置等。由于其单位功率高达27.27马力/吨,使XK2坦克的最大速度高达70千米/小时。至于XK2坦克的潜渡性能,本刊在2007年第5期《韩国XK2主战坦克真的是世界上第一种水下坦克吗?》一文中已经作过较详细的介绍,这里不再赘述。
防护系统XK2坦克的防护系统也很有特色,防护的主体是模块式复合装甲,特别是提高了对动能弹的防护能力。此外,还引入多种防护手段,包括:增强顶部防护的爆炸反应装甲、激光报警系统和探测来袭导弹的雷达、对抗来袭导弹的自激式软杀伤手段、集体式三防装置、防中子衬层、乘员舱环境控制系统、敌我识别系统等。可以认为,XK2坦克的综合防护性能比起K1系列主战坦克又有大幅度提高。
战场管理系统和车辆电子学 先要解释一下,一些西方国家的坦克专家认为,现代的主战坦克除了火力、机动和防护三大性能外,还要引入“坦克C3I系统”或“战场管理系统和车辆电子学(Vetronics)”。具体原因在这里不作更多解释。
这里面包括:车长和炮长用的彩色战术显示器、自动化的目标判读和优先攻击排队、音频和数据通信网络系统、动力系统的电子控制和管理系统、车载故障诊断系统、嵌入式训练和战斗任务模拟系统等。无疑,这些玩意儿还是挺先进的。它使车长的指挥像玩电子游戏一样简单,运筹帷幄于“铁乌龟壳”之中。
XK2主战坦克还处于研制和定型的最后阶段。尽管最终的性能数据还会有若干变化,但大体上已经八九不离十,让我们等待“钢铁太极虎”出山的那一天吧。
变型车种种
K1主战坦克的变型车主要有K1装甲抢救车和K1装甲架桥车两种,分别介绍如下。
K1装甲抢救车战斗全重51.1吨,乘员4人,发动机最大功率1200马力,最大速度65千米/小时,坦克抢救用的家什一应俱全,包括:大吊车、主绞盘、辅助绞盘、刚性牵引杆、推土铲等。其中,吊车的起吊能力为25吨,可以轻而易举地吊起整个K1坦克的炮塔总成或动力一传动装置总成,吊臂的最大仰角可达70度,旋转角度达270度;主绞盘的牵引力达343千牛(35吨力),使用动滑轮时,可增大到686千牛,牵引钢丝绳长150米;辅助绞盘的牵引力达7千牛(约0.7吨力),牵引钢丝绳260米长;推土铲的作业率为170立方米/小时。有12.7毫米高平两用机枪1挺用于自卫。据称,韩国军队共装备200辆K1装甲抢救车。
K1装甲架桥车战斗全重53.7吨,乘员2人,为60吨级的剪式桥,桥的跨度22米,可通过60吨级的主战坦克,桥体的收放为液压驱动,架桥时间3分钟,收桥时间10分钟。桥体的寿命高达8000架设次以上。据
称,韩国军队装备了56辆K1装甲架桥车。
这里需要说明的是,架桥车不仅能用于“逢河架桥”,更重要的是用于沟壑间的架设。
K1训练模拟器
和“勒克莱尔”主战坦克一样,K1主战坦克在设计之初就配套设计了训练模拟器,包括坦克射击训练模拟器和坦克驾驶训练模拟器。
坦克射击训练模拟器K1坦克射击模拟器室包括四个部分:模拟器主体和乘员站;场景图像生成站;报告厅;教官操作间。模拟器主体全重1413千克,相当于一个炮塔总成,炮长和车长坐在里面与坐在真正的K1坦克炮塔里一样,搜索目标,转动炮塔和火炮,精确瞄准并射击,观察目标毁伤情况,教官给出打分……这一切就与网吧里玩电子游戏一样……当然,战争是残酷的、血腥的,但模拟器里的实践,却可以使乘员迅速掌握射击要领,减少大量的实弹消耗。模拟器主体为六自由度(俯仰、纵摇、横摇)的,可以和坐在真的炮塔里一样摇晃。乘员完成的科目包括各种按钮操作、昼夜射击训练、故障排除训练等。
坦克驾驶模拟器 K1坦克驾驶模拟器室同样包括了四个部分,但模拟器主体和乘员站换成为驾驶模拟器主体。驾驶模拟器主体重1380千克,仅能乘坐驾驶员一人。这个驾驶模拟器同样是六自由度(俯仰、纵摇、横摇)的,可完成各种地形和气候条件下的驾驶训练。形象一点说,模拟驾驶跟电脑游戏中的赛车游戏十分相像,但不是操作鼠标和键盘,而是像实车驾驶员操纵方向盘和油门一样逼真。
“半岛二虎”大PK
令人感兴趣的是,朝鲜半岛对立双方的铁家伙都是属“虎”的,北边的是“天马虎”,南边的是“太极虎”(当然是外人给的绰号)。让我们看一看究竟是“天马虎”厉害,还是“太极虎”更凶。
需要说明的是,这次“铁甲擂台”出场的两只“虎”,一个是“天马虎”基本型,一个是“太极虎”系列中的当家猛士,即K1A1主战坦克。这是朝鲜半岛北南双方军队现装备中最先进的主战坦克。“天马虎”B型和K2主战坦克都还未装备部队,它们可能的对决将是今后的事。
“天马虎”坦克,有人说它是“山寨版的T-72坦克”;而K1A1坦克,有人说它是M1A1坦克的“克隆产品”。看来“半岛二虎”的PK,很有点T系列新型主战坦克和M系列新型主战坦克对决的味道。
在这里,我们不想对两种坦克的火力、机动、防护三大性能单个逐项加以比较,而是综合对比两种坦克对抗的高下,这样做可能更好些。
两只“钢铁猛虎”相遇大PK,谁的威力大,谁更抗打击,谁能先发制人、远程攻击,谁就将占得先机。论火炮的威力,一个是120炮,一个是125炮,口径差不多,但更细致地还要比较二者的身管长径比、炮弹威力、火控系统的优劣等。“天马虎”的主炮为2A46型125毫米滑膛炮,身管长为48倍口径;而K1A1坦克的主炮为Rh120型120毫米滑膛炮,身管长为44倍口径。表面上看,似乎“天马虎”的主炮威力稍占优,但实际上,同样发射尾翼稳定脱壳穿甲弹时,“天马虎”可贯穿2000米处的380毫米厚的均质钢装甲,或者可贯穿1000米射击距离上的400毫米厚的均质钢装甲;而K1A1可贯穿1300米处的510毫米厚的均质钢装甲。尽管二者比较的射击距离不同,但K1A1的“120炮+弹”要优于“天马虎”的“125炮+弹”,似乎不成问题。从有效射程上看,同样发射尾翼稳定脱壳穿甲弹,“天马虎”为2100米,而K1A1为3000~3500米,也是K1A1坦克要占优。从海湾战争的实战经历看来,美军的M1A1坦克往往在3500米的距离上攻击伊军的T-72坦克,而伊军的T-72坦克根本没有还手之力。这也从一个侧面验证了K1A1坦克的远战能力要优于“天马虎”坦克。
从火控系统的先进水平看,“天马虎”坦克的火控系统基本上还是简易型火控系统,而K1A1坦克的火控系统为具有“猎-歼”功能的稳像式火控系统,两者显然不是一个档次上的。这意味着K1A1坦克的火炮可以先敌开火,打得更准,而在对抗中“天马虎”坦克的火炮要吃些亏。
单从火力的比较上,“天马虎”坦克要处于下风,但二者之间的差距并不大。尽管这两种主战坦克的装甲厚度都未公布,但两者首上装甲和炮塔正面装甲的折算厚度都应在500毫米以上,也就是说,双方硬碰硬地以120毫米炮弹或125毫米炮弹攻击对方坦克的首上装甲或炮塔正面装甲,都会有点困难。不过,以“天马虎”坦克上的125炮攻击K1A1坦克的侧面装甲或后面装甲,是足以能击穿的,仗还是有得打。
【关键词】光子学;光子计算机;光子元件;集成光路
Talking about the photonic computer
YANG Yan-ni LIU Peng LI Chuan-jiang
(Xinjiang Institute of Engineering, Urumqi Xinjiang 830091, China)
【Abstract】The speed of the computer industry for more than expected rapid development, at present has been used in all stages of human society. This article discuss the computer operation speed is restricted by various factors, this paper introduces the overview of the photonic computer, research situation and the light of the photonic computer devices and optical path, the characteristics of the photonic computer.
【Key words】Photonic; Photonic computer; Photonic components; Integrated optic
0 引言
目前,世界上技术先进的国家正在大力开发第五代计算机,其中一个重要的动向是加紧研制光子计算机。科学家认为,第五代计算机要求具有高得多的运算速度和更加丰富的逻辑处理系统,而光子计算机可以较好地满足这些要求[1-2]。
20世纪40年代,美国宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)第一台电子计算机产生以后,此后几十年间,计算机制造工艺在不断的变革中高速发展。计算机系统的历史主要有以下发展阶段电子管时期、晶体管时期、集成电路时期和超大规模集成电路时期。
1 电子计算机受到的制约
随着信息技术的不断发展,计算机已经在人类社会的各行各业不断应用着,在计算机技术的不断前进的进程中,计算机产业的发展速度超出了人们预料。在人类社会各行各业的不断应用中,对计算机性能提出了越来越高的要求,例如复杂系统模拟、海量数据挖掘、人工智能、精确制导系统等,其对运算速度的要求达到1012次以上,对数据量的要求非常大[3-4]。电子计算机的以下这些特点,限制了电子计算机的运算速度:
(1)冯・诺依曼(John von Neumann)的串行“瓶颈”问题,造成数据输入与处理需要耗费大量的时间,使电子计算机的计算处理速度不能进一步提升,就像一个小口瓶里面的水,只能从瓶口慢慢地流出。
(2)带宽有限问题,对信息传输系统来说载波频率和信号频率带宽之比为100:1,微波频段内,电信号的频率范围在103兆赫兹-104兆赫兹,因而,传输信息时它的频率带宽是10兆赫兹-102兆赫兹。为了改善电子计算机的处理速度,我们让信号脉冲的间隔尽可能小,需要把每个脉冲脉宽变窄,才不致于使信号相互重合而分不开。由于脉宽越窄,频率带宽会变宽,电子计算机的频带宽度不是无限的,要求信号的脉宽不能过窄,同时在传输过程中脉冲将会展宽,使得电子计算机的运算速度提高是困难的。
(3)时钟歪斜问题,这是由于超大规模集成电路的元器件数量大,各部件同步时钟到各元件的距离差异比较大,到达的信号需要等候未到达的信号,联接距离一大,时间就变得很长。
(4)电阻电容电路问题,由于电阻电容电路的响应时间τ-RC,通常为10-9秒,这就阻碍了我们的核心元件―双稳态触发器的转换速度,使传输速度和处理速度不能提高。
由于电子计算机以上这些阻碍运算速度的缺点,这些年,研究新的结构的计算机――光子计算机的专家不断涌现。
2 光子计算机
2.1 光子计算机概述
光子计算机是靠光而不是靠电来运行的,而光子运动的速度要比电子快得多。光子计算机速度非常快,要比已制造的高速电子计算机(每秒13亿次)快上千倍。从理论上说,电子运动的速度可以接近光子,即每秒30万公里,但在硅芯片上电子的实际速度还不到光速的1%。光子计算机是一种通过光信号来进行信息存储、处理、运算、操作的新型计算机。1969年,研究光子计算机这一伟大征程由美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的研究者拉开了序幕,第一台光子计算机在1984年6月制造出来,这是由国际商用机器公司研发的,是一台能够正常工作的光子计算机,只是它必须工作在接近绝对零度的环境下。贝尔实验室在1990年制造了一台光子计算机,它由棱镜、透镜和激光器等元器件完成,贝尔实验室走出了光子计算机的关键步伐。由欧盟的几个高校合作,已开发完成的光子计算机,处理速度是电子计算机的1000倍。光子计算机主要有三大类:光模拟信号计算机(也叫光模拟机)、全光数字信号计算机(也叫光数字机)、光智能形式计算机,光子计算机起始于模拟机,模拟机具有并行快速计算和大信息容量的特点,在光学信息领域(如光编码测距)获得应用[6]。1990年至今,我们设计的全光子计算机,结构基本都是按照电子的传统的计算机来设计的,它用光控制器、光存储器和光运算器组合而成,相互之间和各自内部以光互连这种方式来通信。现在全光数字计算机处在研究过程中,要用到的相关技术难题已经有了答案,主要问题是如何开发更高利用率的光学元器件。光神经网络计算机处理研究中,它具有人工智能的系列优点,带给研究人员极大兴趣,光神经网络计算机的研究同时取得了非常好的进展[7]。但是理论模型还需要进一步细化,要研制出利用率更高的空间调制器和性能更好的光开关列阵,其实真正实用的光子计算机还有很多路要走。当前全光数字计算机与光电混合计算机正在不断发展,数字光计算的研究将成为所需要的光电器件的重要支撑。
2.2 光子计算机的研究状况
光学器件是通过光子的运动进行工作的器件,通过调整光的参数,比如,相位、偏振、振幅、强度或波长,来制造出光子晶体管、光逻辑元件、光子存储器件、光子探测器件、光空间调制器件等功能元器件,如光存储器件―光学双稳器件发展也很迅速,有一种半导体量子阱制成的双稳器件,这是很有可能成为光逻辑和光存储器件的,已经制造了光逻辑运算和存储阵列,它在将有望实现光高速运算。1970年以后,使用非线性阔值特性器件来作逻辑门,使用光双稳器件作存储器,美国南加州大学(University of Southern California)研制的液晶光阀构建了具有组合逻辑结构功能的系统,能够实现各种逻辑运算。通过多国的研究者们的努力,一种能够将光放大和具有光开关功能的光晶体管,先后在赫罗特-瓦特大学(Heriot-Watt University)、京都大学(Kyoto University)还有贝尔实验室制造出来。
2.3 光子计算机中的光器件与光路
电子是电子计算机中信息的传输的媒介,计算机的部件相互通信利用内部或外部连线作为信号传输媒介,快信息流在传输时就会产生瓶颈阻塞效应。改用光子来传输信息,就不用考虑瓶颈阻塞效应。光子计算机有可能改变目前电子计算机的两进位制的计算和处理方式,创造出更加丰富的逻辑系统。在光子计算机中,通过光子元件的激光亮度不断增加而又有间隔,形成光脉冲串,在此基础上可以创造出更加丰富的逻辑处理系统。科学家预言,将从光学中产生全能的计算方式,光子互连具有高速度、大的时间带宽和空间带宽等众多优势,光路能够相互交叉通过但互相不受干扰,光互连的方式有自由空间的光互连、光纤和波导互连。根据集成电路的思想,科学家设想将多种光电元器件集中做到在一块芯片上,制造集成光路[7]。随着集成光路的发展,从1970年开始,在光学范畴产生了一个叫做集成光学的新兴学科[8]。这几年通过光通信、光交换、光信息处理技术的发展,已经成功开发了各种各样的光子集成器件。实现了把光存储器、光开关、光源、光波导制做在一块芯片上的整体系统。研究者把偏振器、滤光片、光放大器、光调制器、透镜、棱镜、光栅、光衰减器等这些光学元件组成薄膜造在一块母板上,大大缩小了光路所占据的空间,制成了微集成光路,用来进行光信号高速传输与处理,实现了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。
2.4 光子计算机的特点
把光子作为媒介的光子计算机有这些优势[12]:
(1)非常快的运算处理速度,因为光子的速度是3×108米/秒,电子的速度远远低于光子速度,光子计算机的运算处理速度将会比电子计算机快1000倍。
(2)光子器件具有非常宽的时间域带,光波频率大约是电信号频率的104-105倍,以光波为载波,信号带宽就会展宽,可以达到106兆赫兹-107兆赫兹,将拥有非常多的通道数量,而且光脉冲极窄,这样就通过增大数据传输率实现了大量的高速传输。
(3)光子计算机在空间上的域带宽是非常宽的,信息传输与处理能力非常强;一个光波导中并行传输许多波长各异或偏振态有差的光波,彼此可以不受干扰,功能不同的元器件能够在一个光波导中完成,同时传输多种信息。
(4)光子计算机的抗干扰效果非常好,因为光路可以交叉互连。
(5)直接使用光信号进行运算处理,避免了电子计算机将光信号转换成电信号处理然后转换为光信号可能的错误,能够智能识别文字、图像、手势和声音。
(6)信息容量大,没有时钟歪斜现象,处理精度高,由于光子速度是3×108米/秒,多种互连长度带来的延时差极小,不会引起时钟歪斜。
(7)具有较强的容错性,光子计算机中单个元件失零,不会影响最后的运算处理。
(8)能够采用不同进制,运算速度成倍提高。利用光学双稳态元件进行二进制的光计算,利用多稳态光学元件可以进行四进制计算和三进制计算。
3 光子计算机的未来
毫无疑问,光子计算机一旦研制成功,将对当前的新技术革命产生不可低估的影响[13]。美国科学家认为光子计算机是未来的总趋势,他们预言五年之内就可以制造出光子计算机。光子计算机的很多工作现在还处于实验室之中,但是我们相信通过研究者们的不断进取,这个伟大梦想必然能够实现[14-15]。伴随着电子计算机的瓶颈,光子时代即将到来,科学家已经断言了的。由于光学相关理论的研究和光子元器件制造等重点技术的进展,光子计算机一定会走向世界的舞台,就像美国著名的科学家比尔・沃尔什(Walsh Bill)所说:“光子计算机必将逐步替代电子计算机。”
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