時(shí)間：2023-06-08 11:18:57
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇方案優(yōu)化步驟，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】VoLTE IP多媒體子系統(tǒng) GSM 國際漫出
doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.14.003 中圖分類號(hào)：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）14-0013-06
引用格式：馬金蘭，楊征，林俐. VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫出方案研究[J]. 移動(dòng)通信， 2016，40（14）： 13-18.
Research on VoLTE Roaming Solutions via GSM
MA Jin-lan1， YANG Zheng2， LIN Li3
（1.Guangdong Research Institute of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China；
2. China Telecom Co.， Ltd.， Technology Management Department， Beijing 100033， China；
3. China Telecom Co.， Ltd.， Guangdong Branch， Guangzhou 510081， China）
[Abstract] To solve the roaming problem of VoLTE terminals via GSM， roaming solutions for VoLTE terminals of CDMA operators via GSM network was researched， and the technical realization procedures as well as the specific signaling procedures were analyzed.
[Key words]VoLTE IP multimedia subsystem GSM roaming
1 引言
為了擺脫CDMA產(chǎn)業(yè)鏈的束縛，CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商傾向于選擇不含CDMA模式的VoLTE終端，采用跟GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商相同的VoLTE終端。VoLTE用戶國際漫出至無VoLTE網(wǎng)絡(luò)國家時(shí)，將通過VoLTE終端包含的GSM模式，由GSM網(wǎng)絡(luò)提供國際漫出服務(wù)。因此，很有必要對(duì)VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫出方案進(jìn)行研究，尤其是要研究CDMA運(yùn)營商VoLTE用戶如何通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行國際漫出的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案與具體的信令流程。
2 CDMA用戶GSM國際漫出現(xiàn)狀
當(dāng)CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）/AUC，GSM SMSC以及CDMA MSC/VLR功能實(shí)體，對(duì)注冊(cè)鑒權(quán)、語音、短信等CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的信令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)使用語音和短信業(yè)務(wù)。
圖1是CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)流程，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM HLR/AUC和CDMA MSC/VLR功能實(shí)體，對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)被叫業(yè)務(wù)信令流程進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
圖1 CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)
具體流程說明如下：
（1）CDMA用戶漫游至GSM網(wǎng)絡(luò)，CDMA用戶呼叫該用戶，主叫所在CDMA MSC/VLR向該用戶歸屬CDMA HLR發(fā)送被叫用戶的路由請(qǐng)求消息LOCREQ。
（2）CDMA HLR發(fā)現(xiàn)被叫CDMA用戶此時(shí)在GC網(wǎng)關(guān)中登記，向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送ROUTREQ消息，請(qǐng)求被叫用戶的漫游號(hào)碼。
（3）GC網(wǎng)關(guān)根據(jù)被叫用戶MIN所對(duì)應(yīng)的IMSI，查找該用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置信息，向用戶所登記的GSM MSC/VLR發(fā)送被叫用戶的路由請(qǐng)求消息PROVIDE_ROAMING_NO。
（4）GSM MSC/VLR分配用戶漫游號(hào)碼MSRN，在PROVIDE_ROAMING_NO響應(yīng)消息中返回給GC網(wǎng)關(guān)。
（5）GC網(wǎng)關(guān)向CDMA HLR返回響應(yīng)消息routreq（TLDN）。
（6）CDMA HLR收到響應(yīng)消息routreq（TLDN）后，向主叫用戶所拜訪的CDMA MSC/VLR發(fā)送響應(yīng)消息locreq（TLDN）。
（7）CDMA MSC/VLR收到locreq（TLDN）消息后，根據(jù)TLDN號(hào)碼，建立到GSM MSC/VLR的話音通路。
圖2是CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)流程，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM SMSC、CDMA MSC/VLR功能實(shí)體，對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)短信終發(fā)業(yè)務(wù)流程相關(guān)信令消息進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
圖2 CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)
具體流程說明如下：
（1）CDMA MC收到投遞給該用戶的短消息，向用戶歸屬的CDMA HLR發(fā)送用戶的路由信息請(qǐng)求消息SMSREQ。
（2）CDMA HLR返回響應(yīng)消息smsreq。
（3）CDMA MC向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送SMDPP消息。
（4）GC網(wǎng)關(guān)將SMDPP消息轉(zhuǎn)換成ForwardShort-MessageReq消息，并將短消息內(nèi)容的編碼格式由CDMA MAP轉(zhuǎn)換成GSM MAP，發(fā)送給用戶拜訪地的GSM MSC/VLR。
（5）GSM MSC/VLR向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送響應(yīng)消息ForwardShortMessageAck，指示短消息投遞成功。
（6）GC網(wǎng)關(guān)向CDMA MC發(fā)送響應(yīng)消息smdpp，指示短消息投遞成功。
3 VoLTE用戶GSM國際漫出實(shí)現(xiàn)方案
3.1 總體技術(shù)實(shí)現(xiàn)
當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，VoLTE終端將通過GSM模塊接入GSM網(wǎng)絡(luò)，利用現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)的GSM HLR/AUC、GSM SMSC以及CDMA MSC/VLR功能實(shí)體，通過GC網(wǎng)關(guān)接入CDMA網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶需在CDMA網(wǎng)絡(luò)HLR放號(hào)，VoLTE用戶在CDMA網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)鑒權(quán)，注冊(cè)鑒權(quán)流程同CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)。用戶短信業(yè)務(wù)由CDMA網(wǎng)絡(luò)短信中心提供，VoLTE用戶終發(fā)短信將被發(fā)送至用戶歸屬短信中心，由短信中心通過CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至GC網(wǎng)關(guān)，GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送至用戶。因此，該業(yè)務(wù)流程與CDMA用戶國際漫出業(yè)務(wù)流程并無差異，具體業(yè)務(wù)流程參見圖2。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為主叫，由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)完成接續(xù)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為被叫，呼叫將會(huì)由CDMA網(wǎng)絡(luò)錨定至VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)需啟動(dòng)域選擇功能，將呼叫路由至MGCF，由MGCF通過GC網(wǎng)關(guān)獲取用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的漫游號(hào)碼，MGCF根據(jù)漫游號(hào)碼將呼叫送至漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)接續(xù)被叫用戶。
3.2 國際漫出語音終呼業(yè)務(wù)流程
為了簡化業(yè)務(wù)流程，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求，SCC AS功能可由MMTEL AS實(shí)現(xiàn)，由MMTEL AS實(shí)現(xiàn)簡單的域選擇功能。采用簡單域選擇功能后，VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)流程如圖3所示：
圖3 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)
具體流程說明如下：
（1）步驟1～4：I-CSCF接收到呼叫請(qǐng)求，查詢HSS，獲取到用戶能力集，根據(jù)能力集將呼叫請(qǐng)求發(fā)送至S-CSCF。
（2）步驟5：S-CSCF根據(jù)iFC觸發(fā)完其他業(yè)務(wù)AS后觸發(fā)MMTEL AS。
（3）步驟6：MMTEL AS判斷用戶未注冊(cè)，或者用戶注冊(cè)但是在一定時(shí)間內(nèi)用戶不可及，將在被叫號(hào)碼前增加前綴，將呼叫送回至S-CSCF。
（4）步驟7：S-CSCF根據(jù)前綴將呼叫送至MGCF。
（5）步驟8：MGCF根據(jù)被叫字冠中的特定接入碼觸發(fā)至HLR的位置查詢，刪除特定接入碼后獲得被叫號(hào)碼，向HLR發(fā)送LOCREQ查詢位置信息。
（6）步驟9：HLR根據(jù)用戶注冊(cè)信息向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送ROUTREQ查詢漫游碼。
（7）步驟10～13：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)MSC/VLR獲取用戶漫游號(hào)碼，并通過locreq返回至MGCF。
（8）步驟14：MGCF根據(jù)用戶漫游號(hào)碼，經(jīng)過國際網(wǎng)關(guān)局將呼叫送至GSM網(wǎng)絡(luò)MSC接續(xù)被叫用戶。
4 VoLTE用戶GSM國際漫出優(yōu)化方案
4.1 總體思路
上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，VoLTE終端采用GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫游時(shí)，需要在CDMA HLR放號(hào)，語音呼叫需要GMSC（Gateway Mobile Switching Center，網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心）進(jìn)行路由，短信業(yè)務(wù)需經(jīng)CDMA信令網(wǎng)，導(dǎo)致國際漫游對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，不利于實(shí)現(xiàn)擺脫CDMA網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略目標(biāo)。同時(shí)，需要在VoLTE網(wǎng)絡(luò)部署域選擇服務(wù)器或者在MMTEL AS中實(shí)現(xiàn)域選擇功能，實(shí)現(xiàn)VoLTE終端通過GSM進(jìn)行國際漫游時(shí)的被叫路由，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜且浪費(fèi)投資。因此，很有必要對(duì)現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)國際漫出方案進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)國際漫出方案的優(yōu)化總體思路是：在GC網(wǎng)關(guān)中增加VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP功能，由GC網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)GSM與VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)信令協(xié)議轉(zhuǎn)換，注冊(cè)鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)流程不再經(jīng)CDMA網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)提供注冊(cè)鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)。
4.2 國際漫出注冊(cè)鑒權(quán)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程
當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)起鑒權(quán)注冊(cè)時(shí)，由GC網(wǎng)關(guān)VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP發(fā)起在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)注冊(cè)，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)將該用戶作為VoLTE用戶提供注冊(cè)管理與語音、短信業(yè)務(wù)。圖4為VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化注冊(cè)流程，當(dāng)用戶進(jìn)行重注冊(cè)或者注銷時(shí)，GC網(wǎng)關(guān)VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP同樣要發(fā)起在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)的重注冊(cè)、注銷，業(yè)務(wù)流程類似注冊(cè)流程，本文不再描述。
圖4 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化注冊(cè)流程
具體流程說明如下：
（1）步驟1：GC網(wǎng)關(guān)接收到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的鑒權(quán)請(qǐng)求SEND_AUTHENTICATION_INFO，完成GSM網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)請(qǐng)求。
（2）步驟2：通過SIP模塊向IMS網(wǎng)絡(luò)I-CSCF發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求消息Register。
（3）步驟3：I-CSCF根據(jù)現(xiàn)有機(jī)制獲取用戶服務(wù)S-CSCF，并將注冊(cè)情況發(fā)送至該S-CSCF。
（4）步驟4：S-CSCF按現(xiàn)有機(jī)制向I-CSCF發(fā)送401響應(yīng)，要求攜帶鑒權(quán)信息。
（5）步驟5：I-CSCF將該響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。
（6）步驟6：GC網(wǎng)關(guān)重新發(fā)起Register，攜帶用戶鑒權(quán)消息。
（7）步驟7：I-CSCF將該Register消息轉(zhuǎn)發(fā)至S-CSCF。
（8）步驟8：S-CSCF完成用戶鑒權(quán)與注冊(cè)登記，向I-CSCF發(fā)送200 OK響應(yīng)，S-CSCF發(fā)起到MMTEL AS以及融合短信中心的第三方注冊(cè)。
（9）步驟9：I-CSCF將該響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。
（10）步驟10：GC網(wǎng)關(guān)接收到IMS網(wǎng)絡(luò)成功注冊(cè)登記響應(yīng)后，向GSM網(wǎng)絡(luò)的MSC/VLR 21返回鑒權(quán)請(qǐng)求成功響應(yīng)SEND_AUTHENTICATION_INFO_Ack。
（11）步驟11：GC網(wǎng)關(guān)接收到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的更新位置請(qǐng)求UPDATE_LOCATION。
（12）步驟12：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送插入用戶數(shù)據(jù)請(qǐng)求INSERT_SUB_DATA。
（13）步驟13：GSM網(wǎng)絡(luò)返回響應(yīng)INSERT_SUB_DATA_Ack。
（14）步驟14：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)返回更新位置請(qǐng)求響應(yīng)UPDATE_LOCATION_Ack，GC網(wǎng)關(guān)生成用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)相關(guān)動(dòng)態(tài)信息的映射表，包含用戶IMSI、MDN、GSM位置信息、用戶服務(wù)S-CSCF IP地址。
4.3 國際漫出語音終呼優(yōu)化業(yè)務(wù)流程
當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)起主叫業(yè)務(wù)，仍然由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)完成接續(xù)，無需經(jīng)過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為被叫，呼叫將會(huì)由CDMA網(wǎng)絡(luò)錨定至VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)，由于該用戶已經(jīng)在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，因此，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)將按VoLTE用戶正常接續(xù)，無需啟動(dòng)域選擇功能。將呼叫路由至GC網(wǎng)關(guān)，GC網(wǎng)關(guān)獲取到用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的漫游號(hào)碼，根據(jù)漫游號(hào)碼將呼叫送至漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)接續(xù)被叫用戶，并且INVITE消息的Record-Route頭域不包含本節(jié)點(diǎn)，后續(xù)業(yè)務(wù)信令不再經(jīng)過GC網(wǎng)關(guān)。具體業(yè)務(wù)流程如圖5所示：
圖5 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化被叫流程
具體流程說明如下：
（1）步驟1：GC網(wǎng)關(guān)接收到S-CSCF發(fā)送的被叫請(qǐng)求INVITE，根據(jù)MDN在映射表中查詢用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置。
（2）步驟2：向用戶注冊(cè)登記的GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送獲取漫游號(hào)碼請(qǐng)求消息PROVIDE_ROAMING_NO。
（3）步驟3：GSM網(wǎng)絡(luò)返回響應(yīng)PROVIDE_ROAMING_NO_Ack，攜帶GSM網(wǎng)絡(luò)漫游號(hào)碼（MSRN，Mobile Station Roaming Number）。
（4）步驟4：GC網(wǎng)關(guān)獲取到GSM漫游號(hào)碼（MSRN）后，SIP模塊根據(jù)漫游號(hào)將呼叫路由至MGCF，將INVITE消息發(fā)送至MGCF。
（5）步驟5：MGCF根據(jù)漫游號(hào)碼將呼叫路由至GSM網(wǎng)絡(luò)，GSM網(wǎng)絡(luò)按現(xiàn)有機(jī)制將呼叫路由至被叫用戶。GC網(wǎng)關(guān)收到被叫成功接續(xù)或者失敗的響應(yīng)，直接轉(zhuǎn)發(fā)至S-CSCF。
4.4 國際漫出短信終發(fā)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程
VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的短信始發(fā)業(yè)務(wù)仍然由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)提供，無需經(jīng)過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)，短信將會(huì)被送至用戶歸屬短信中心。由于該用戶已經(jīng)通過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)在短信中心進(jìn)行了第三方注冊(cè)，因此，短信中心將通過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)按VoLTE用戶正常進(jìn)行短信終發(fā)，將短信發(fā)送至GC網(wǎng)關(guān)，由GC網(wǎng)關(guān)通過GSM網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至用戶。具體業(yè)務(wù)流程如圖6所示：
圖6 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化短信終發(fā)流程
具體流程說明如下：
（1）步驟1：VoLTE終端通過GSM國際漫出，融合短信中心eSMSC需要向VoLTE終端發(fā)送短信，融合短信中心eSMSC向S-CSCF發(fā)送短消息請(qǐng)求MESSAGE（RP-DATA），Message Type為RP-DATA（Network to MS）。
（2）步驟2：S-CSCF將短消息請(qǐng)求MESSAGE （RP-DATA）轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。
（3）步驟3：GC網(wǎng)關(guān)接收到MESSAGE（RP-DATA），根據(jù)用戶MDN在映射表中查詢用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置信息，向GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信發(fā)送請(qǐng)求ForwardShortMessageReq。
（4）步驟4：GSM網(wǎng)絡(luò)按現(xiàn)有機(jī)制進(jìn)行短信下發(fā)，完成后向GC網(wǎng)關(guān)返回短信發(fā)送成功響應(yīng)ForwardShortMessageAck。
（5）步驟5：GC網(wǎng)關(guān)接收GSM網(wǎng)絡(luò)短信成功發(fā)送響應(yīng)ForwardShortMessageAck。
（6）GC網(wǎng)關(guān)向S-CSCF返回200 OK。
（7）步驟6：S-CSCF向融合短信中心eSMSC返回200 OK。
（8）步驟7：GC網(wǎng)關(guān)向S-CSCF發(fā)送MESSAGE（RP-ACK）。
（9）步驟8：S-CSCF將MESSAGE（RP-ACK）轉(zhuǎn)發(fā)至eSMSC。
（10）步驟9：eSMSC接收到MESSAGE（RP-ACK）返回202 Accepted。
（11）步驟10：S-CSCF將202 Accepted轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。
5 結(jié)束語
本文在對(duì)CDMA用戶GSM國際漫出現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，對(duì)采用GC網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商VoLTE用戶GSM國際漫出方案進(jìn)行研究，提出了VoLTE用戶GSM國際漫游實(shí)現(xiàn)方案及其優(yōu)化方案，特別是分析并提出了具體的業(yè)務(wù)信令流程，解決了VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行國際漫出的需求，具有很強(qiáng)的可操作性。
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【關(guān)鍵詞】超超臨界；汽輪機(jī)；安裝步驟；地腳螺栓
江蘇某發(fā)電廠一期工程4×660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，采用的是超超臨界、單軸、三缸四排汽，一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。型號(hào)：CCLN660-25/600/600。高中壓部分采用與日本三菱公司合作制造機(jī)組的成熟設(shè)計(jì)，低壓部分采用哈汽自主設(shè)計(jì)的600MW等級(jí)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
1、正常安裝步驟
對(duì)于該類型汽輪機(jī)正常安裝的基本步驟如圖1所示：
圖1
從流程圖中可以看出要進(jìn)行到A步驟條件是，高壓轉(zhuǎn)子、Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子、Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子都要放入到軸承上初找中心，待到中心調(diào)整合格后，高壓缸、Ⅰ低壓缸、Ⅱ低壓缸方可進(jìn)行內(nèi)部的調(diào)整工作。
2、優(yōu)化后的施工方案
該工程#1機(jī)組設(shè)備供貨的實(shí)際情況：汽輪機(jī)設(shè)備除了三根汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以外，其他設(shè)備均較早的到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子的供貨順序：Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，間隔4個(gè)月后高中壓轉(zhuǎn)子，再間隔1個(gè)月后Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨。根據(jù)轉(zhuǎn)子到貨的情況，如果仍然采用這種安裝方案，勢(shì)必會(huì)造成一方面只有等到Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，才能進(jìn)行的A步驟，造成嚴(yán)重的窩工現(xiàn)象；另一方面等到Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨，在A步驟完成后，同時(shí)分三個(gè)組進(jìn)行缸內(nèi)部部套的安裝，必然會(huì)帶來勞動(dòng)力資源的緊張，在行車使用上也會(huì)存在嚴(yán)重沖突。考慮到這些困難，并結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)，決定對(duì)安裝步驟進(jìn)行調(diào)整。如圖2所示：
圖2
3、優(yōu)化方案的條件
通過優(yōu)化的安裝方案不難看出，我們是把三個(gè)汽缸分別看做三個(gè)模塊，模塊之間的聯(lián)系就是對(duì)輪中心，所以當(dāng)Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子先到貨的情況下，可以直接進(jìn)行Ⅰ低壓缸內(nèi)部部套的調(diào)整安裝工作；之后高中壓轉(zhuǎn)子到貨，進(jìn)行高中壓缸內(nèi)部的調(diào)整安裝工作；Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子最后到，接著進(jìn)行Ⅱ低壓缸內(nèi)部調(diào)整工作。將圖1中的A-B步驟減少至圖2中C-D步驟。
但是在理論上我們可以將三個(gè)汽缸分別看做三個(gè)模塊；但嚴(yán)格意義上都不能稱之為模塊，因?yàn)檫@三個(gè)缸整體可調(diào)性非常差，如果對(duì)輪中心相差很大，就會(huì)造成由于調(diào)整量過大，導(dǎo)致最終汽缸無法調(diào)整到位。所以必須在無真轉(zhuǎn)子的情況下，盡最大可能控制對(duì)輪中心的偏差。我們的做法是：（1）首先將拉鋼絲，確保高中壓缸、Ⅰ低壓外缸、Ⅱ低壓外缸在左右方向上同心。（2）由于拉鋼絲本身精度較低，左右誤差在0.05mm左右；而且鋼絲在長跨距的情況下，鋼絲垂弧對(duì)精度的影響更大。為提高精度，我們采用激光準(zhǔn)直儀再次精調(diào)，由于激光準(zhǔn)直儀的分度值為0.01mm，而且激光沒有垂弧，這樣就大幅度的提高了對(duì)中的準(zhǔn)確性。在內(nèi)部部套的對(duì)中過程中，也采用激光準(zhǔn)直儀，從而保證內(nèi)部部套找中的精度。（3）為了驗(yàn)證內(nèi)部找中的準(zhǔn)確性了，我們又使用假軸對(duì)汽缸內(nèi)部部套同心度進(jìn)行復(fù)測(cè)。
采取以上措施，目的就是為了盡量減小對(duì)輪中心的調(diào)整量。
在Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，根據(jù)理論計(jì)算揚(yáng)度，調(diào)整Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子揚(yáng)度，落真轉(zhuǎn)子進(jìn)行各內(nèi)部部套找中工作，進(jìn)行軸向、徑向通流間隙調(diào)整，后面工作做到除了連接凝汽器及抽汽管道外，Ⅰ低壓缸具備扣蓋條件。
在高中壓轉(zhuǎn)子到貨后，以Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子為基準(zhǔn)，調(diào)整高中壓轉(zhuǎn)子，并依次調(diào)整高中外缸、內(nèi)部部套，高中壓缸的工作向后一直做到除了與抽汽管道連接外，高中壓缸具備扣蓋條件。
在Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，立即根據(jù)軸系找中圖的要求，調(diào)整Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子揚(yáng)度；之后一方面，低低對(duì)輪初找中心，并整體調(diào)整Ⅰ低壓缸（高低通過墊鐵，左右通過千斤頂調(diào)整），是中心符合要求，并通過同樣的方式調(diào)整高中壓缸。另一方面，Ⅱ低壓缸在落真轉(zhuǎn)子進(jìn)行各內(nèi)部部套找中工作，進(jìn)行軸向、徑向通流間隙調(diào)整。
4、優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)
從實(shí)際安裝中的效果來看，采用優(yōu)化方案可以帶來好處有兩點(diǎn)：（1）汽輪機(jī)設(shè)備安裝過程，設(shè)備缺陷在所難免。而在這些缺陷當(dāng)中，有的是可以在現(xiàn)場(chǎng)通過手工處理，有的需要外送加工甚至返廠。如需返廠加工，設(shè)備缺陷處理起來周期較長。從實(shí)際情況來看，高中壓缸部分的設(shè)備缺陷比較多，往返制造廠路途至少需要超過1周的時(shí)間，而這些缺陷都可以在Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨前全部消除；由于三個(gè)缸的內(nèi)部調(diào)整工作都可以分別開展，這樣在中低、低低對(duì)輪找中完成后，三個(gè)缸僅需整體調(diào)整，汽缸內(nèi)部工作量較小，節(jié)約了工期。（2）資源的合理配置：通過方案的優(yōu)化，將人力資源，機(jī)具（行車）資源得以充分利用，節(jié)約了原方案中Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后趕工而產(chǎn)生的額外投入。
但作為非常規(guī)方法，也存在不足：低壓外缸剛性差，整體調(diào)整還是比較困難的。因此，在汽缸找正過程中要盡量精確，尤其要減少左右方向的調(diào)整量；另外，在墊鐵布置階段要留有調(diào)整的余地，防止上下方向沒有調(diào)整余量。在整體調(diào)整時(shí)，會(huì)存在不同程度的墊鐵受力不均的現(xiàn)象，尤其在兩個(gè)軸承座臺(tái)板下的墊鐵，由于位置尷尬，調(diào)整起來非常困難，必須仔細(xì)檢查，保證墊鐵與臺(tái)板密實(shí)接觸，否則會(huì)給軸系振動(dòng)帶來不利影響
5、汽輪機(jī)安裝過程中出現(xiàn)的問題及解決方法
在本工程1號(hào)機(jī)組低壓缸的安裝工作未發(fā)現(xiàn)異常，但在前軸承箱就位時(shí)，發(fā)現(xiàn)若按軸系找中圖的軸承標(biāo)高定位時(shí)，地腳螺栓偏短7-8mm，導(dǎo)致螺栓無法露牙。
隨后對(duì)各地腳螺栓的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，結(jié)果均比圖紙要求高2-3mm，符合要求。在以往工程中，并未發(fā)現(xiàn)同類型問題。咨詢制造廠得到的答復(fù)，由于是同類型首臺(tái)機(jī)組，還未接到其它電廠有類似情況的反饋。通過對(duì)比分析幾種類型機(jī)組的軸系找中圖，發(fā)現(xiàn)了問題的癥結(jié)所在。
圖3：軸系找中圖
從表1和表2中可以看出，由于該型機(jī)組是以Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子揚(yáng)度為基準(zhǔn)（即Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子軸頸揚(yáng)度大小一致，方向相反），再加上中低、低低對(duì)輪中心均要求為下張口，導(dǎo)致前軸承箱需要抬高近12mm。如表3所示
從表3中可以看出，由于軸系中心的需要造成前軸承箱需要抬高；而相應(yīng)的地腳螺栓未做相應(yīng)的抬高，最終造成前軸承箱地腳螺栓偏短。
針對(duì)這種情況，我們現(xiàn)場(chǎng)的處理方法：由于前軸承箱螺栓的標(biāo)高已無法抬高，只能采用整體降低標(biāo)高的方法，即保證前軸承箱螺栓露牙長度的情況下，降低低壓缸標(biāo)高的辦法進(jìn)行調(diào)整。由于Ⅰ低壓缸外缸找正工作已完成，所以進(jìn)行調(diào)整的工作量較大。
關(guān)鍵詞：城鄉(xiāng)電網(wǎng)；電網(wǎng)規(guī)劃；電網(wǎng)改造
中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0120-02
電網(wǎng)規(guī)劃成功與否關(guān)系著電網(wǎng)能否安全可靠運(yùn)營，利于長遠(yuǎn)發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)劃和改造首先要做到規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，方便運(yùn)行后的維護(hù)和擴(kuò)展，其次要符合城鄉(xiāng)地區(qū)實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，盡量降低規(guī)劃和運(yùn)營成本，節(jié)約土地資源和線路走廊資源，還要考慮地區(qū)的地形特征，優(yōu)化線路的同時(shí)有效預(yù)防各種災(zāi)害。本文通過分析電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮的因素，從而明確規(guī)劃的指導(dǎo)原則，接著提出電網(wǎng)規(guī)劃的具體步驟，著重描述前期的準(zhǔn)備工作，最后一部分針對(duì)電網(wǎng)改造，提出一些需要注意的問題，進(jìn)而為整個(gè)電網(wǎng)規(guī)劃提供參考。
1 電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮的因素
1.1 地區(qū)現(xiàn)狀
電網(wǎng)規(guī)劃首要是分析規(guī)劃地區(qū)的具體狀況，諸如經(jīng)濟(jì)、電力需求、地形特征、發(fā)展?fàn)顩r等，從而確定電網(wǎng)的規(guī)模大小、可靠性等級(jí)、供電站位置、線路布局以及考慮長遠(yuǎn)發(fā)展的因素，有效的現(xiàn)狀分析是規(guī)劃成功的基礎(chǔ)，能有效地減少規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)和缺陷。
1.2 供電可靠性
電網(wǎng)可靠性旨在保證供電不間斷性，主要是保證主接線路的穩(wěn)定性，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)一定要嚴(yán)格按照我國現(xiàn)行的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，很好地控制故障率，電網(wǎng)的可靠性是整個(gè)系統(tǒng)和各個(gè)設(shè)備可靠性的綜合，對(duì)于各個(gè)模塊和設(shè)備的可靠性不能忽視，減少各個(gè)環(huán)節(jié)的故障率就能有效提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。
1.3 擴(kuò)展與可操作性
擴(kuò)展性主要是要降低電網(wǎng)內(nèi)部各系統(tǒng)的耦合性，一是調(diào)度上，可以視情況靈活添加和卸除某些設(shè)備和線路，實(shí)時(shí)調(diào)配線路和負(fù)載；二是在對(duì)線路和保護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢修時(shí)，可以暫時(shí)實(shí)現(xiàn)局部點(diǎn)斷電；三是考慮未來擴(kuò)建，要盡量減少設(shè)備成本和原系統(tǒng)改造量，且能很好滿足改造
需求。
1.4 成本與低耗
成本是電網(wǎng)規(guī)劃最重要的一個(gè)因素，主要體現(xiàn)在，盡量節(jié)省土地資源，合理規(guī)劃線路布局；主線路架構(gòu)簡單，控制和保護(hù)設(shè)備功能不冗余，減少一次設(shè)備投資，二次設(shè)備也要最大效率使用，適當(dāng)選用設(shè)備，不盲目追求品牌和一些不必要的功能，設(shè)備按需選用而不是按統(tǒng)一性使用；減少多次變壓電能損耗，設(shè)備冗余損耗，合理選用變壓器等耗能設(shè)備。
2 規(guī)劃的步驟方案和前期準(zhǔn)備工作
2.1 電網(wǎng)規(guī)劃的步驟
電網(wǎng)規(guī)劃大概分為項(xiàng)目前期、建設(shè)施工、電網(wǎng)投運(yùn)三個(gè)階段，針對(duì)三個(gè)階段的特征，電網(wǎng)規(guī)劃的步驟是：（1）前期調(diào)查和數(shù)據(jù)計(jì)算：分析歷史電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)、上戶調(diào)研收集新的需求和一些故障問題，計(jì)算電網(wǎng)供電量、變壓器等設(shè)備具體參數(shù)；（2）立項(xiàng)審批，選址征地，進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，衡量各種標(biāo)準(zhǔn)生成多份規(guī)劃設(shè)計(jì)書，專家討論決定最終實(shí)施方案；（3）項(xiàng)目建設(shè)籌備，包括設(shè)備、資金、人力、用地等因素，開始施工建設(shè)；（4）項(xiàng)目建設(shè)結(jié)束進(jìn)行驗(yàn)收，確保各項(xiàng)能正常安全運(yùn)行，最后項(xiàng)目投運(yùn)。
上述僅是一個(gè)簡單的過程描述，事實(shí)上電網(wǎng)的規(guī)劃到完成可能需要經(jīng)歷數(shù)年的時(shí)間，尤其是前期準(zhǔn)備工作更不是一蹴而就，周期比施工建設(shè)周期更長。
2.2 電網(wǎng)規(guī)劃前期準(zhǔn)備工作
圖1 電網(wǎng)規(guī)劃流程
電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目前期主要有：立項(xiàng)、選址、審批、核準(zhǔn)、征地幾個(gè)階段，具有周期最長、內(nèi)容最多、協(xié)調(diào)工作量最大的特點(diǎn)。圖1為電網(wǎng)規(guī)劃流程。
其中周期長指前期工作量大，涉及多個(gè)部門，方案論證和審批文件時(shí)間久，例如，110kV電網(wǎng)規(guī)劃從前期準(zhǔn)備到施工跨度達(dá)到兩年，而220kV需要兩年半，甚至達(dá)到五年以上，是整個(gè)建設(shè)周期的2～3倍；內(nèi)容上前期分三個(gè)階段約十余項(xiàng)工作，整個(gè)電網(wǎng)建設(shè)七成的協(xié)調(diào)量發(fā)生在這個(gè)階段；協(xié)調(diào)范圍廣：從市縣政府到鄉(xiāng)鎮(zhèn)再到鄉(xiāng)村，牽扯數(shù)十個(gè)部門和眾多人員。
電網(wǎng)建設(shè)前期工作指從項(xiàng)目立項(xiàng)規(guī)劃開始，逐步啟動(dòng)各項(xiàng)工作到進(jìn)行具體建設(shè)所要進(jìn)行的全部工作；首先由上級(jí)電網(wǎng)公司和屬地發(fā)改委立項(xiàng)，進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃；接著進(jìn)行設(shè)計(jì)招標(biāo)、項(xiàng)目選址和可行性研究、支持性文件審批、站址和線路走廊的批復(fù)意見、項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)和項(xiàng)目核準(zhǔn)；然后是征地包括用地報(bào)批、土地登記、供地、征地協(xié)商等工作；最后完成可行性研究、初級(jí)設(shè)計(jì)、評(píng)估報(bào)告、核準(zhǔn)報(bào)告的編制，取得政府部門支持性文件的批復(fù)，協(xié)調(diào)完成電網(wǎng)規(guī)劃涉及的多部門的溝通審批工作等。
通過分析電網(wǎng)規(guī)劃前期工作的特性，總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們得出了一些加快推進(jìn)前期工作的方法，即盡可能早規(guī)劃立項(xiàng)，審批征地；深入調(diào)研和分析計(jì)算參數(shù)；準(zhǔn)確合理地確定實(shí)施方案；爭取地方、政府和上級(jí)部門的支持；從而縮短某些關(guān)鍵階段實(shí)施時(shí)間，加快前期準(zhǔn)備工作進(jìn)行。
2.3 電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施方案
電網(wǎng)規(guī)劃方法分為啟發(fā)式方法和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法兩類。
啟發(fā)式方法：通過直觀分析，依照系統(tǒng)某性能指標(biāo)對(duì)線路參數(shù)的靈敏度原則，對(duì)線路進(jìn)行逐步迭代選擇，直到滿足方案要求為止。這種方法簡單、有效，使得人工直接參與決策，但得到的是實(shí)際允許參數(shù)，并非最優(yōu)值。
數(shù)學(xué)優(yōu)化方法：就是將電網(wǎng)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)學(xué)參數(shù)模型，再通過數(shù)學(xué)優(yōu)化算法得出方案實(shí)際參數(shù)，從而使規(guī)劃方案參數(shù)上最符合系統(tǒng)要求，該方法可以從理論上得到最優(yōu)解，但計(jì)算量過大。
表1 電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施方案
步驟 主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)方案 確定送電距離和容量；擬定多個(gè)規(guī)劃方案
方案分析 技術(shù)比較：應(yīng)進(jìn)行潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流計(jì)算；對(duì)比各個(gè)方案的技術(shù)差異
經(jīng)濟(jì)比較：進(jìn)行近期與遠(yuǎn)期投資、運(yùn)維成本
綜合分析 綜合分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和擴(kuò)展性，提出推薦方案。
3 電網(wǎng)改造需要注意的問題
3.1 淘舊換新，提高可靠性
分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)缺陷故障較多和開放性差的產(chǎn)品進(jìn)行更換，調(diào)換新電網(wǎng)運(yùn)行后不能滿足新要求的設(shè)備；完善電網(wǎng)架構(gòu)，降低電能損耗，減小電網(wǎng)供電半徑，實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)供，此外增加電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力，加強(qiáng)電力設(shè)備防破壞，防偷盜，防電擊危害的改造，采用節(jié)能和新技術(shù)設(shè)備，保護(hù)環(huán)境。
3.2 突破瓶頸，提升供電能力
優(yōu)化供電線路布局，進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容，應(yīng)用低耗設(shè)備，提高節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)備輸電儲(chǔ)電能力，進(jìn)而解決供電網(wǎng)瓶頸，提高全網(wǎng)貫通能力，確保電網(wǎng)輸出量足、輸送耗低、用電不間斷。
3.3 改造代價(jià)和運(yùn)維成本低
響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召，淘汰高耗設(shè)備，改造高耗環(huán)節(jié)，合理發(fā)展無功補(bǔ)償系統(tǒng)，制定嚴(yán)格的節(jié)能減排機(jī)制，落實(shí)責(zé)任；配備檢修維護(hù)設(shè)備器具，儀器儀表，交通設(shè)施，培訓(xùn)專業(yè)維護(hù)人員，實(shí)行分段分層管理，提高維護(hù)水平和效率，降低維護(hù)成本。
4 結(jié)語
城鄉(xiāng)電網(wǎng)的規(guī)劃是一項(xiàng)綜合性的工程，無論從前期調(diào)研、設(shè)計(jì)規(guī)劃、審批，還是后面施工實(shí)施，再到運(yùn)營維護(hù)，都應(yīng)按照計(jì)劃進(jìn)行，些許的偏差就可能造成工程成本、工期、風(fēng)險(xiǎn)的提升，甚至造成無法挽回的損失，項(xiàng)目方案應(yīng)該從多個(gè)備選方案中選出最合適的，具體實(shí)施過程應(yīng)該考慮本地特色，也不能盲目套搬模板，本文列出了電網(wǎng)規(guī)劃的步驟和實(shí)施概要以及改造要注意的一些事項(xiàng)，希望能給大家?guī)硪恍椭?/p>
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：STEM；項(xiàng)目學(xué)習(xí)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；圖像比色法
文章編號(hào)：1005C6629（2016）11C0043C05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)概述
STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱。它將四門學(xué)科內(nèi)容組合成為有機(jī)整體，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，以培養(yǎng)學(xué)生在掌握知識(shí)和技能的同時(shí)，能夠?qū)⑵溥w移應(yīng)用到解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神。STEM最核心的特征是跨學(xué)科性，此外還包括趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等特征。
STEM有兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程模式和廣域課程模式[1]，前者在課程形式上依然屬于分科教育，但在各學(xué)科內(nèi)容編排上注重相互之間的聯(lián)系；后者是通過活動(dòng)項(xiàng)目將各學(xué)科整合為有組織的課程結(jié)構(gòu)。基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)是STEM和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-based learning：PBL）模式相結(jié)合的產(chǎn)物，是進(jìn)行跨學(xué)科整合的一種基本取向[2]。PBL利用學(xué)生自主探究的過程來獲得與現(xiàn)實(shí)生活有關(guān)聯(lián)并且能付諸應(yīng)用的學(xué)習(xí)結(jié)果[3]，基本要素為內(nèi)容、活動(dòng)、情境和結(jié)果[4，5]。因此，基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)可以理解為以PBL的基本要素為框架整合STEM內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，是利用科學(xué)、數(shù)學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過工程設(shè)計(jì)活動(dòng)解決工程問題的學(xué)習(xí)過程，其基本要素如表1所示。
2 基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的STEM項(xiàng)目開發(fā)
2.1項(xiàng)目的開發(fā)過程
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究活動(dòng)的主要載體，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)具有基于問題和基于探究的屬性，因此將化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合工程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)是可行的。對(duì)于化學(xué)分科課程的教師來說，開發(fā)STEM項(xiàng)目更具操作性，開發(fā)過程如圖1所示。
本文選取高中化學(xué)教科書《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》（人教版）中比色法這一內(nèi)容。經(jīng)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，基于手機(jī)攝像頭的圖像比色法在健康診斷與環(huán)境、醫(yī)藥、食品檢測(cè)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[6]。在分析了圖像比色法中蘊(yùn)含的跨學(xué)科知識(shí)和技術(shù)后，最終開發(fā)了“設(shè)計(jì)檢測(cè)Co2+濃度的技術(shù)方案”這一項(xiàng)目。
2.2 項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
該項(xiàng)目活動(dòng)的技術(shù)核心為圖像比色法這一融合了信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，該方法較為新興，原理與目視比色法相同，即物質(zhì)顯色的實(shí)質(zhì)是對(duì)不同波長光的選擇性吸收，顯出的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色，溶液顏色的深淺取決于吸光物質(zhì)濃度的高低[7]。但圖像比色法以手機(jī)等拍照設(shè)備作為圖像采集器，以計(jì)算機(jī)代替人眼，將顏色深淺轉(zhuǎn)化為RGB分量值，從而將色溶質(zhì)的濃度與RGB分量值之間建立關(guān)聯(lián)，能夠更精確地檢測(cè)有色溶質(zhì)溶液的濃度，且所需的器材便利、步驟簡單，具體步驟如圖2所示。
實(shí)驗(yàn)涵蓋了化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)知識(shí)和信息技術(shù)，結(jié)合工程設(shè)計(jì)后轉(zhuǎn)化為“設(shè)計(jì)檢測(cè)Co2+濃度的技術(shù)方案”的STEM項(xiàng)目也必然涵蓋這些跨學(xué)科知識(shí)，體現(xiàn)了STEM的跨學(xué)科性，如表2所示。
3 活動(dòng)的實(shí)施過程設(shè)計(jì)
STEM項(xiàng)目的實(shí)施主要是通過工程設(shè)計(jì)過程和探究學(xué)習(xí)的5E教學(xué)模型的整合來實(shí)現(xiàn)的，如ITEEA開發(fā)的基于設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì)EbDTM項(xiàng)目、波士頓科學(xué)博物館創(chuàng)立的工程是基礎(chǔ)EiE項(xiàng)目、世界在運(yùn)動(dòng)AWIM項(xiàng)目[8]。工程設(shè)計(jì)過程包括“識(shí)別問題和制約因素”、“調(diào)查研究”、“形成概念”、“分析觀點(diǎn)”、“建立模型”、“測(cè)試和優(yōu)化”、“溝通和反思”七個(gè)步驟。其中，“識(shí)別問題和制約因素”是指明晰問題和任務(wù)，知道制約因素和標(biāo)準(zhǔn)，比如時(shí)間、資源、經(jīng)費(fèi)、預(yù)期任務(wù)成品的特征；“調(diào)查研究”是指了解與主題相關(guān)的信息，如已有的解決方案，以防止做重復(fù)勞動(dòng)；“形成概念”是指運(yùn)用頭腦風(fēng)暴想出多種解決方案，并識(shí)別每個(gè)方案的風(fēng)險(xiǎn)和利益；“分析觀點(diǎn)”是指依據(jù)數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)原理和項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)以及限制篩選和精細(xì)化出前一步驟的方案；“建立模型”是指學(xué)生在分析觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立一個(gè)工作模型或原型；“測(cè)試和優(yōu)化”是指測(cè)試模型是否滿足要求，根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計(jì)；“溝通和反思”是指進(jìn)行人際互動(dòng)、口頭、視覺、書面方式的溝通，既適應(yīng)于團(tuán)隊(duì)工作環(huán)境，又用于對(duì)方案和產(chǎn)品的開發(fā)過程記錄和解釋[9]。
本項(xiàng)目的活動(dòng)實(shí)施過程兼顧了工程設(shè)計(jì)和探究學(xué)習(xí)兩大實(shí)踐系統(tǒng)，結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特性，以“問題聚焦和明確”、“思考和探究”、“解釋和方案確立”、“構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)”、“測(cè)試和優(yōu)化”、“溝通和評(píng)價(jià)”六個(gè)過程構(gòu)成。“問題聚焦和明確”包含了“識(shí)別問題和制約因素”的工程內(nèi)涵，且強(qiáng)調(diào)從社會(huì)、環(huán)境、生活等問題聚焦到化學(xué)問題，將化學(xué)問題明確為具有制約因素和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的工程問題；“思考和探究”的目的與“調(diào)查研究”相一致，同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行思考和實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)；“解釋和方案確立”包含“形成概念”和“分析觀點(diǎn)”的過程，同時(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)新方案原理性知識(shí)的解釋；“構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)”是“建立模型”中的一種工作模型，是STEM項(xiàng)目中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)主體部分；“測(cè)試和優(yōu)化”與工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過程相同；“溝通和評(píng)價(jià)”融合了“溝通和反思”與科學(xué)探究中的“反思與評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)。
3.1 問題聚焦和明確：觀看圖文資料引發(fā)工程問題
[教師]演示有關(guān)工廠排放含Co2+廢水、大量Co2+對(duì)生命體健康造成危害、Co2+廢水處理方法的圖文資料，提出問題：要確定Co2+處理達(dá)標(biāo)與否需要環(huán)境檢測(cè)工程師做些什么？
[學(xué)生]檢測(cè)處理前后的廢水中Co2+的濃度。
[教師]某廠排放的含鈷污水只有Co2+有顏色，濃度范圍不超過0.1M。那么，如果你是一位環(huán)境監(jiān)測(cè)工程師，如何設(shè)計(jì)一個(gè)檢測(cè)工業(yè)廢水中重金屬離子Co2+濃度的技術(shù)方案？制約因素是什么？什么樣的技術(shù)方案是好的？發(fā)放可用材料的清單：LED燈泡、液晶屏、拍照手機(jī)、白色A4紙、白色紙板、7mL離心管、25mL容量瓶、10mL量筒、燒杯、分析天平、藥匙、玻璃棒、蒸餾水、CoCl2?6H2O固體。
[學(xué)生]交流討論，歸納：制約因素是含鈷污水只有Co2+有顏色，濃度范圍不超過0.1M。
評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：要求檢測(cè)的相對(duì)誤差不超過10%，且誤差越小越好；需要自己設(shè)計(jì)和組裝裝置，裝置要滿足簡易、便宜的要求；制作方案文本，并進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的匯報(bào)。
設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)調(diào)STEM學(xué)習(xí)中的工程思想，創(chuàng)設(shè)工程問題情境，幫助學(xué)生識(shí)別工程問題；通過提問促使學(xué)生對(duì)制約因素和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交流討論，進(jìn)一步明確任務(wù)。
3.2 思考和探究：學(xué)習(xí)比色法和比色分析的化學(xué)史
[教師]發(fā)給每組學(xué)生3種不同濃度的CoCl2溶液，提出問題：通過觀察現(xiàn)象能夠得出什么結(jié)論？
[學(xué)生]不同濃度的有色溶液，顏色深淺與溶液的濃度有關(guān)，顏色越深，濃度越高。
[教師]告訴學(xué)生3種CoCl2溶液中顏色最淺和最深的溶液的濃度，提出問題：如何知道待測(cè)溶液的大致濃度？
[學(xué)生]思考得出：大致濃度是另兩種溶液濃度的平均值。
[教師]講解比色法的原理：物質(zhì)顯色的實(shí)質(zhì)就是對(duì)不同波長光的選擇性吸收，顯出的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色，CoCl2溶液顯粉紅色就是因?yàn)樗x擇性吸收青色光。溶液顏色的深淺決定于溶液吸收光的量的多少，即取決于吸光物質(zhì)濃度的高低[10]。CoCl2溶液的濃度越高，對(duì)青色光的吸收就越多，透過的紅色光越強(qiáng)，顏色就越深，在一定濃度范圍內(nèi)，其顏色深淺與濃度成正比。講述目視比色法的操作步驟和誤差的計(jì)算方法。提出問題：誤差大小的范圍是多少，如何進(jìn)一步確定待測(cè)溶液濃度？引導(dǎo)并輔助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
[學(xué)生]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：配制中間濃度的溶液，再次對(duì)比待測(cè)溶液的顏色，通過顏色的不斷漸進(jìn)，最終確定待測(cè)溶液濃度。
[教師]告訴學(xué)生待測(cè)溶液的實(shí)際濃度，組織學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[學(xué)生]交流各自測(cè)得的濃度和誤差，得出目視比色法受到人眼識(shí)別顏色能力限制和半定量分析的特點(diǎn)。
[教師]進(jìn)一步講述比色分析發(fā)展的化學(xué)史，提出問題：目視比色法、分光光度法的特點(diǎn)和利弊分別是什么？
[學(xué)生]比較目視比色法、分光光度法的特點(diǎn)和利弊。
設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)行STEM項(xiàng)目中科學(xué)知識(shí)的教學(xué)，通過問題串刺激學(xué)生思考和探究，發(fā)現(xiàn)目視比色的實(shí)驗(yàn)方法，引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)了解比色法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而傳授比色法和比色分析發(fā)展的化學(xué)史的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從各方面綜合考慮使用不同方法和儀器檢測(cè)有色物質(zhì)的利弊，為工程設(shè)計(jì)過程中方案的確立做鋪墊。
3.3 解釋和方案確立：學(xué)習(xí)圖像的數(shù)字化，“發(fā)明”并采納圖像比色法
[教師]講解：由于不同人識(shí)別顏色的能力不同，故剛才同學(xué)們測(cè)得待測(cè)溶液的濃度不盡相同，但計(jì)算機(jī)能夠高精度地識(shí)別顏色，是通過圖像的數(shù)字化處理實(shí)現(xiàn)的，它是指將一幅圖像從其原來的形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理過程[11]。對(duì)于彩色圖像，量化步驟能夠獲得RGB三原色的分量值[12]。
提出問題：如何讓計(jì)算機(jī)代替我們的眼睛讀出且量化有色溶液的顏色深淺？
[學(xué)生]理解計(jì)算機(jī)識(shí)別顏色的原理：圖像的數(shù)字化。結(jié)合目視比色法和圖像數(shù)字化技術(shù)，“發(fā)明”圖像比色法。
[教師]總結(jié)性地講述圖像比色法的原理和步驟（圖2所示）。引導(dǎo)學(xué)生再次綜合比較各濃度檢測(cè)方法，確立問題解決方案。
[學(xué)生]圖像比色法綜合了目視比色法和分光光度法的優(yōu)點(diǎn)，故采納圖像比色法作為項(xiàng)目問題的解決方案。
設(shè)計(jì)意圖：繼續(xù)講解STEM項(xiàng)目中的跨學(xué)科知識(shí)：圖像的數(shù)字化，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方法和技術(shù)的聯(lián)用，從而“發(fā)明”圖像比色法；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM項(xiàng)目中工程設(shè)計(jì)原則，結(jié)合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)綜合對(duì)比各個(gè)方法的利弊，使得學(xué)生關(guān)注到圖像比色法的應(yīng)用。
3.4 構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建圖像比色法的檢測(cè)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
[教師]確定了圖像比色法作為解決方案后，就要構(gòu)建圖像比色法的檢測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。提出問題：根據(jù)Co2+濃度范圍不超過0.1M的制約因素，如何配制一定濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液？濃度范圍應(yīng)如何？
[學(xué)生]交流討論：用容量瓶配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再通過稀釋的方法配制其他濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。濃度范圍可以是0M到0.1M之間。
[教師]提出問題：影響圖像比色法可靠性的重要條件是什么？
[學(xué)生]交流討論：圖像清晰與否、顏色是否失真、RGB分量值提取時(shí)注意圖像范圍的選取等。
[教師]講述：重要條件之一是獲取樣品溶液顏色的真實(shí)信息，照片圖像顏色能真實(shí)地體現(xiàn)溶液顏色。因此，在構(gòu)建圖像比色法檢測(cè)Co2+濃度的裝置時(shí)，要注意選擇白光作為光源，且光源均勻穩(wěn)定；所有溶液樣品的前景和背景都應(yīng)是白色；拍攝的像素不能過低；手機(jī)攝像頭或相機(jī)攝像頭應(yīng)與桌面垂直，高度與樣品高度一致，置于中央的樣品前方至少30cm處[13]。其次，用專業(yè)的生物圖像處理軟件ImageJ提取RGB分量值，使用矩形選框工具，點(diǎn)擊菜單欄中的Analyze?Histogram，即可讀出矩形選框中的灰度值和RGB分量值。應(yīng)采用移動(dòng)矩形選框的方式讀取各溶液樣品中心區(qū)域的RGB分量值。
[學(xué)生]按小組合作構(gòu)建裝置、配制溶液、進(jìn)行圖像比色法的實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)調(diào)STEM項(xiàng)目中的技術(shù)學(xué)習(xí)，講述使用圖像比色法的操作注意事項(xiàng)和ImageJ軟件的操作要領(lǐng)，為學(xué)生自主構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)提供必要的腳手架支持。
3.5 測(cè)試和優(yōu)化：測(cè)試檢測(cè)方案的檢測(cè)誤差，采用控制變量法優(yōu)化解決方案
[教師]提出問題：如何測(cè)試基于圖像比色法所構(gòu)建的裝置能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)Co2+濃度？
[學(xué)生]交流討論：用某已知濃度的CoCl2溶液作為待測(cè)樣品，與空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)樣品一起進(jìn)行圖像采集，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定檢測(cè)誤差。
[教師]提出問題：如果對(duì)檢測(cè)結(jié)果不滿意，如何優(yōu)化解決方案？
[學(xué)生]交流討論：采用控制變量法，可以優(yōu)化的條件包括光源的選擇、RGB分量值的選擇、加顯色劑與否等。
[教師]請(qǐng)根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化解決方案，最后設(shè)計(jì)出條件明確的檢測(cè)Co2+濃度的技術(shù)方案，制作方案文本。
設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)STEM項(xiàng)目中的工程設(shè)計(jì)原則，以測(cè)試結(jié)果為導(dǎo)向優(yōu)化目前的解決方案，以呈現(xiàn)方案結(jié)果為導(dǎo)向體驗(yàn)工程思想解決問題的過程。
3.6 溝通和評(píng)價(jià)：展示方案設(shè)計(jì)成果，多角度評(píng)價(jià)活動(dòng)表現(xiàn)
[教師]要求學(xué)生匯報(bào)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化過程，展示技術(shù)方案文本，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生交流方案設(shè)計(jì)構(gòu)成中所遇到的挫折，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作態(tài)度、計(jì)劃安排、結(jié)果表達(dá)、方案制作、跨學(xué)科知識(shí)和工程設(shè)計(jì)原理掌握方面的自評(píng)和互評(píng)。
[學(xué)生]各小組匯報(bào)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化過程，展示最終的技術(shù)方案，并用數(shù)據(jù)、圖表展示方案的檢測(cè)誤差、成本大小等預(yù)期結(jié)果，最后進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，其他學(xué)生對(duì)其技術(shù)方案的設(shè)計(jì)過程、小組分工合作和計(jì)劃安排、方案制作等方面提出質(zhì)疑、意見或積極評(píng)價(jià)，小組成員對(duì)這些評(píng)價(jià)進(jìn)行反思和溝通。
[教師]總結(jié)各小組在方案設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)和技術(shù)方案的合理性，鞏固本STEM項(xiàng)目中涉及的跨學(xué)科知識(shí)，強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計(jì)需要識(shí)別問題和制約因素、調(diào)查研究、形成概念、分析觀點(diǎn)、建立模型、測(cè)試和優(yōu)化、溝通和反思的過程。
設(shè)計(jì)意圖：促進(jìn)學(xué)生的合作意識(shí)，體會(huì)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的跨學(xué)科性。
4 結(jié)語
“設(shè)計(jì)檢測(cè)Co2+濃度的技術(shù)方案”項(xiàng)目基于圖像比色法，涵蓋了化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)技能和定量思想、信息的數(shù)字化技術(shù)及Excel軟件操作、函數(shù)模型的建立、工程設(shè)計(jì)思想，融合性高，思維性強(qiáng)，切實(shí)地指向了信息時(shí)代背景下中學(xué)生STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)。
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[關(guān)鍵詞] 遺傳算法； 頻率分配； 優(yōu)先級(jí)
1 引言
在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，劃分了若干小區(qū)，每個(gè)小區(qū)需要分配若干固定的頻率來滿足話務(wù)量的需求。隨著用戶數(shù)量的不斷增長，有限的頻率資源與不斷增長的頻率分配要求之間的矛盾日益突出。但是，由于無線電波在空間傳播的開放特性，造成多個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在工作時(shí)間、地點(diǎn)和頻率上如果相同或相近，會(huì)造成不同程度的干擾，影響通話質(zhì)量和用戶感受。所以，采用一種好的頻率分配策略來生成頻率分配方案就成為了一種行之有效的方法。
頻率分配問題，本質(zhì)上屬于算法的NP-Complete問題。求取最優(yōu)解的過程可能需要花費(fèi)大量時(shí)間，所以，許多文獻(xiàn)提出了基于啟發(fā)式規(guī)則的求取近似解的算法，比如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模擬退火算法和粒子群算法等等。但是這些算法都存在著收斂速度慢，容易陷入局部最優(yōu)解的缺陷。遺傳算法雖然已經(jīng)有了相應(yīng)的解決方案，但是遺傳算法本身運(yùn)作機(jī)理的可靠性不足，又影響到其結(jié)論的可信賴程度。基于以上原因，本文提出一種增強(qiáng)遺傳算法。該算法根據(jù)頻率分配模型出發(fā)，從優(yōu)先級(jí)權(quán)重的角度自適應(yīng)地選擇進(jìn)化路徑，保證群體收斂性與個(gè)體多樣性之間的動(dòng)態(tài)平衡，快速推進(jìn)搜索過程，得到最終解。仿真結(jié)果表明，該算法比起普通的遺傳算法而言，具有更高的收斂速度和更優(yōu)的求解結(jié)果，能夠更好地解決頻率分配問題。
2 頻率分配模型
某地圖區(qū)域范圍內(nèi)，有n個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)根據(jù)客戶的需要，分配m各不同的固定頻率，計(jì)作Fk=（fk1，fk2，…，fkm）。為了便于計(jì)算機(jī)描述，將該區(qū)域地圖描述成如下形式：
Aera =
其中：
V表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)的集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)小區(qū)，記為V1，V2，…，Vn；
E表示小區(qū)與小區(qū)之間邊的結(jié)合，每條邊的權(quán)重，代表著由于頻率干擾所產(chǎn)生的“違約值”；
定義：違約值（Default Value）是指同一個(gè)小區(qū)內(nèi)部，或是不同小區(qū)之間，由于頻率分配相同或相近造成的頻率干擾影響量化單位值，記做D[i][j]，例如D[2][3]表示小區(qū)2與小區(qū)3之間頻率干擾的違約值。
有了以上的設(shè)定，求取固定頻率最優(yōu)分配方案的問題就可以建立如下數(shù)學(xué)模型：
固定頻率分配問題，本質(zhì)上可以看做根據(jù)不同的區(qū)域鄰接矩陣Aera=，考慮不同的頻率分配方案Fk=（fk1，fk2，…，fkm），并基于這種分配方案計(jì)算出：
（公式1）
從中尋找至少一個(gè)方案Fmin，使得該方案的DArea 具有最小值。
顯然，這個(gè)問題是一個(gè)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的NP-Complete問題。為了使得這個(gè)模型利于簡化處理，不失一般性，可以做如下設(shè)定：
（1）同頻限制（co-channel constrain，CCC）：同一個(gè)小區(qū)的頻率不能相同或相似，否則會(huì)產(chǎn)生極大的違約值，既D[i][i] = +∞；直接相鄰小區(qū)的頻率也不能相同，否則會(huì)產(chǎn)生較大的違約值，且該違約值會(huì)因?yàn)橄噜徯^(qū)的物理距離遠(yuǎn)近，產(chǎn)生不同的違約值，既D[i][i+1] = F（distance（i，i+1））；
（2）鄰頻限制（adjacent-channel constrain，ACC）：直接相鄰小區(qū)的頻率也不能相似，否則會(huì)產(chǎn)生較小的違約值，且該違約值會(huì)因?yàn)橄嗨瞥潭群臀锢砭嚯x遠(yuǎn)近，產(chǎn)生不同的違約值，既D[i][i+1] = G（similar（i，i+1））；間接相鄰小區(qū)的頻率相似也可能造成違約值，但是由于這種情況的違約值與前面3種情況相比小很多，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)，既如果|i-j| >= 2，那么D[i][j] = 0；
3 增強(qiáng)的遺傳算法
對(duì)于NP-Complete問題，目前還沒有找到多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜程度的求解算法。所以退一步，尋找次優(yōu)解的方案就變得可以接受。經(jīng)典遺傳算法（Standard Genetic Algorithm， SGA）利用染色池中隨機(jī)選擇染色體，使得染色體不斷地提高適應(yīng)度，最終得到一個(gè)“最優(yōu)”的方案。
SGA的算法步驟可以一般化為如下步驟：
步驟1：初始化一個(gè)L維的向量（稱作染色體），以及一個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)f（x），用以評(píng)價(jià)某個(gè)染色體的適應(yīng)度。
步驟2：定義一系列的復(fù)制、雜交和突變操作，用以更新染色池中的染色體。
步驟3：取某染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變操作，生成新的染色體。并計(jì)算這些染色體的適應(yīng)度，保留那些適應(yīng)度高的染色體。
步驟4：如果該染色體適應(yīng)度達(dá)到求解精度，那么輸出該染色體所代表的求解結(jié)果，算法結(jié)束。否則進(jìn)入步驟5。
步驟5：如果染色池已滿，那么刪去適應(yīng)度最低的染色體，然后將步驟4求得的染色體加入到染色池中。如果染色池未滿，那么直接將染色體加入染色池。
步驟6：返回步驟4，重復(fù)執(zhí)行。
容易發(fā)現(xiàn)，SGA算法的本質(zhì)是一種定向隨機(jī)搜索算法，這樣的隨機(jī)搜索沒有考慮到每個(gè)染色體個(gè)體的多樣性與搜索的群體收斂性之間的動(dòng)態(tài)平衡問題，容易陷入局部搜索，且可能引起收斂速度慢的問題，針對(duì)固定頻率問題就可能得不到一個(gè)較優(yōu)的解，需要加入調(diào)節(jié)機(jī)制。
針對(duì)這一特點(diǎn)，有意識(shí)地篩選步驟3中產(chǎn)生的“優(yōu)秀基因”，會(huì)對(duì)整個(gè)搜索的迭代次數(shù)產(chǎn)生重要影響，同時(shí)，也更能夠求得更好的結(jié)果。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須為隨機(jī)生成的染色體進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)它們的基因是否優(yōu)秀。這個(gè)評(píng)價(jià)既要考慮到染色體的適應(yīng)度問題，也要考慮到收斂速度，設(shè)定該評(píng)價(jià)指標(biāo)為“進(jìn)化優(yōu)先級(jí)”。
增強(qiáng)遺傳算法（EGA）與經(jīng)典遺傳算法（SGA）的區(qū)別，就體現(xiàn)在對(duì)步驟3改進(jìn)為如下形式：
（新的）步驟3：取某染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變操作，生成新的染色體。并計(jì)算這些染色體的適應(yīng)度，保留那些“進(jìn)化優(yōu)先級(jí)”高的染色體。
4 頻率分配算法描述
將上面描述的EGA算法應(yīng)用到固定頻率分配的仿真測(cè)試中，設(shè)定程序按如下流程檢驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果。
（1）初始化一個(gè)50行，50列的鄰接矩陣，模擬巨大的小區(qū)范圍進(jìn)行頻率分配。
（2）隨機(jī)生成每個(gè)小區(qū)內(nèi)客戶所需要的頻率數(shù)量。
（3）任意設(shè)定一個(gè)染色體作為祖先基因，作為頻率分配的最初方案。
（4）以EGA算法的描述，對(duì)染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變。產(chǎn)生優(yōu)先級(jí)更高的染色體，構(gòu)建染色池。
（5）計(jì)算染色池中的染色體違約值，如果違約值無法再降低（說明分配方案已經(jīng)難以繼續(xù)優(yōu)化），則輸出該染色體作為計(jì)算結(jié)果，程序退出。否則，返回第（4）步循環(huán)進(jìn)行。
5 仿真測(cè)試
本文設(shè)計(jì)仿真軟件進(jìn)行測(cè)試。假定可用的固定頻率范圍非常狹窄（用1到100的自然數(shù)表示），假定服務(wù)的小區(qū)范圍非常巨大（設(shè)定值為50×50的鄰接矩陣）。之所以選擇如此嚴(yán)格的測(cè)試環(huán)境，就是要使得仿真環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下固定頻率分配的可用資源，使得算法在更加寬泛的實(shí)際環(huán)境中切實(shí)可用。測(cè)試軟件運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
上圖：
（1）頂部居中的紅色框線內(nèi)的數(shù)字代表每次仿真測(cè)試運(yùn)行所需花費(fèi)的時(shí)間。
（2）中間的工作表區(qū)域代表的仿真的小區(qū)范圍，其中每個(gè)單元格表示一個(gè)小區(qū)，單元格內(nèi)的數(shù)字代表分配到的頻率，數(shù)字的個(gè)數(shù)，是隨機(jī)生成的客戶頻率需求數(shù)。
（3）左下角的紅色框線內(nèi)的數(shù)字，代表了算法運(yùn)行時(shí)迭代的次數(shù)。
（4）右下角的紅色框線內(nèi)的數(shù)字，表示仿真運(yùn)行得到分配方案的違約值結(jié)果（按照公式1的設(shè)定計(jì)算得出）。
本文隨機(jī)測(cè)試了10次頻率分配要求，得到結(jié)果如下圖：
從仿真測(cè)試的圖2可以看出：算法的迭代次數(shù)和運(yùn)行時(shí)長之間基本成正比例關(guān)系，且迭代的次數(shù)比預(yù)計(jì)的結(jié)果好，都在6、7次迭代之后就求得了系統(tǒng)近似最優(yōu)解。從圖3可以看出：EGA算法在仿真測(cè)試過程中得到的近似最優(yōu)解都在45000左右，符合預(yù)期，且運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)局部最優(yōu)解造成的最終結(jié)果突變。
6 結(jié)論
增強(qiáng)遺傳算法（EGA）通過對(duì)染色體的優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)，動(dòng)態(tài)平衡染色體個(gè)體選擇與群體收斂性之間的關(guān)系，在固定頻率的實(shí)際應(yīng)用來仿真應(yīng)用。避免經(jīng)典遺傳算法（SGA）的隨機(jī)搜索可能出現(xiàn)的搜索速度慢，陷入局部最優(yōu)解的問題，使得算法的性能得以提升，仿真測(cè)試表明，該方法有著更快的收斂速度，以及較好的求解結(jié)果，說明改進(jìn)方案是有效的。
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關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)技術(shù)；方案；選擇；
近些年來，我國的公路、橋梁、高層建筑與地下建筑的發(fā)展速度非常快，從而導(dǎo)致了大量深基坑支護(hù)工程的出現(xiàn)。深基坑支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)踐性要求非常高的新技術(shù)，主要研究的是巖土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以及兩者之間共同作用機(jī)理等問題。因此在深基坑支護(hù)工程施工過程中，對(duì)其的技術(shù)要求是非常嚴(yán)格的。在工程施工過程中不僅要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安全，還要保證周圍環(huán)境與建筑物的安全。而在開展深基坑支護(hù)工程前的首要任務(wù)就是進(jìn)行深基坑支護(hù)技術(shù)方案的選擇。因?yàn)橥粋€(gè)基坑選擇不同支護(hù)技術(shù)方案，其受到造價(jià)也是不同的，并且如果在深基坑施工過程中采用不適合的支護(hù)技術(shù)方案，可能會(huì)造成危險(xiǎn)。所以在深基坑工程中，其支護(hù)技術(shù)方案的選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常重要的。
1深基坑支護(hù)技術(shù)方的類型
在進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的選擇，然后在通過計(jì)算分析，從而確定好深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。在施工過程中，合理選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型是非常重要的，因此要求在選擇支護(hù)類型時(shí)，不僅要考慮其結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與空間效應(yīng)，還要考慮周邊的環(huán)境、工程的地質(zhì)與水文地質(zhì)等等。常見的深基坑支護(hù)技術(shù)方案的類型要以下幾種類型，分別為放坡開挖和簡易支護(hù)、重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘式支護(hù)結(jié)構(gòu)、排樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁錨組合式支護(hù)。
2深基坑支護(hù)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容
按照深基坑支護(hù)方案優(yōu)化階段的區(qū)別，可以把方案的優(yōu)化分為三級(jí)。第一級(jí)是采用定性的方法，根據(jù)基坑周圍的環(huán)境、土質(zhì)與水質(zhì)，然后在結(jié)和各種支護(hù)類型的特點(diǎn)，對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)選。第二級(jí)是在選擇深基坑支護(hù)技術(shù)方案后，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，如對(duì)支撐點(diǎn)的位置、支護(hù)樁的樁距、直徑、插入深度等進(jìn)行優(yōu)化。第三級(jí)，根據(jù)工程的施工信息對(duì)支護(hù)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。可以用圖來表示，如：
3深基坑支護(hù)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性
深基坑支護(hù)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)具有以下的重要性，分別為：從眾多方案中選擇出最優(yōu)的支護(hù)方案，有助于保證基坑的穩(wěn)定與安全；可以節(jié)省成本，合理分配投資資金；降低工程施工事故的發(fā)生概率，即保證了經(jīng)濟(jì)效益，也保證了社會(huì)效益；對(duì)周圍的環(huán)境起到一定的保護(hù)作用，從而達(dá)到了環(huán)境效益。
4深基坑支護(hù)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則與方法
深基坑支護(hù)方案的優(yōu)化選擇就是在分析該工程的土質(zhì)與水質(zhì)等環(huán)境上，結(jié)合該地區(qū)基坑工程的經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)，確定好工程的設(shè)計(jì)條件，然后擬定支護(hù)技術(shù)方案，對(duì)所擬定的支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，最后得出最優(yōu)支護(hù)方案。然而通常會(huì)很難判斷哪個(gè)方案才是最優(yōu)方案，因?yàn)槊恳环N方案都有各自的特點(diǎn)，有造價(jià)低的、施工速度快的、對(duì)環(huán)境影響最小的、安全性相對(duì)比較高的等等，很難對(duì)這些問題進(jìn)行量化的比較，必須要采用優(yōu)化的方法對(duì)其進(jìn)行比較。
4.1方案優(yōu)選的步驟
4.1.1建立深基坑支護(hù)技術(shù)方案評(píng)價(jià)的目標(biāo)特值的矩陣
如果有n個(gè)可以選擇的支護(hù)方案，而在對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)用m個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)，如可靠性、成本、安全性等，那么該目標(biāo)特值的矩陣可以設(shè)為
上式中的xij是第j個(gè)支護(hù)方案的第i個(gè)個(gè)指標(biāo)值，除此之外，我們還可以指標(biāo)值分量化用數(shù)字來表示，而定性指標(biāo)則可以通過打分的方式來表達(dá)。
4.1.2對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理
為了能夠?qū)Ω鞣N方案進(jìn)行比較與計(jì)算，必須要把上述中各個(gè)目標(biāo)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理。進(jìn)行歸一化處理后得到的指標(biāo)或者目標(biāo)優(yōu)屬度的矩陣如下：
同樣上式中的rij（i=1....m；j=1....n）是方案j中i的相對(duì)優(yōu)屬度，因此其的計(jì)算分效益模型與成本型指標(biāo)時(shí)，可以分別用r1ij與r2ij來表示。
效益型指標(biāo)，也就是越大越優(yōu)指標(biāo)，例如可靠性，可以按照下面的公式求其的值：
而成本型指標(biāo)，也就是越小越優(yōu)指標(biāo)，例如造價(jià)，可以按照以下的公式求其的值：
4.1.3多目標(biāo)模糊綜合評(píng)判確定最優(yōu)方案
可以根據(jù)支護(hù)方案最優(yōu)隸屬度uj來判斷最優(yōu)方案。uj的目標(biāo)模糊綜合評(píng)判的計(jì)算公式為：
上述公式中p為距離參數(shù)，當(dāng)p取1或者2時(shí)，分別代表海明距離與歐式距離；qi是目標(biāo)i的權(quán)重，并且滿足
4.2采用層次分析方法來確定權(quán)重uj值的步驟
4.2.1層次結(jié)構(gòu)模型的建立
根據(jù)工程施工過程中的特點(diǎn)，分別從安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)環(huán)境、施工方便這四個(gè)方面來構(gòu)建評(píng)價(jià)支護(hù)方案的層次結(jié)構(gòu)模型。
4.2.2層次單排序與一致性檢驗(yàn)
層次單排序是指采用方根法來計(jì)算同一層次各因素相對(duì)于上一層次某元素相對(duì)重要性的排序權(quán)重，并且求出判斷矩陣的特征向量解的解。如果設(shè)判斷矩陣階數(shù)為N，而平均隨機(jī)一致性為RI，則一致性指標(biāo)CL與一致性比率CR的計(jì)算方法如下：
，
如果CR小于0.1時(shí)，就可以認(rèn)為層次單排序一致性具是良好的，否則就要對(duì)判斷矩陣元素取值矩形調(diào)整。
結(jié)束語
深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇與優(yōu)化，不僅關(guān)符著工程經(jīng)濟(jì)效益，還關(guān)符著社會(huì)效益，因此必須要對(duì)其給予極大的重視。在進(jìn)行支護(hù)方案選擇時(shí)，必須要因地制宜，從具體情況出發(fā)，使選擇的支護(hù)方案達(dá)到最優(yōu)化。
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關(guān)鍵詞：查詢優(yōu)化；代數(shù)優(yōu)化；查詢樹
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）26-0008-02
1 引言
關(guān)系數(shù)據(jù)庫是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常單一，現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示，在用戶看來，關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是二維表。常用的關(guān)系操作包括查詢操作和插入、刪除、修改操作兩大部分，其中查詢操作的表達(dá)能力最重要。數(shù)據(jù)查詢是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中非常重要的組成部分，數(shù)據(jù)查詢是否具備較高的執(zhí)行效率和反應(yīng)速度受到數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者和用戶的極大關(guān)注。
2 不同查詢方案代價(jià)對(duì)比
關(guān)系模型中的查詢語言早期通常是用代數(shù)方法或邏輯方法來表示，分別稱為關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算，隨后出現(xiàn)一種介于關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的語言稱為結(jié)構(gòu)化查詢語言，簡稱SQL。SQL語言作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言向用戶提供了易于掌握、高度非過程化得查詢語言。大多數(shù)商用數(shù)據(jù)庫都支持SQL語言，用戶只需指明“干什么？”不需指出“怎么干。”對(duì)同一個(gè)查詢要求有不同的查詢解決方案，查詢優(yōu)化就是盡量在不同的解決方案中找到效率高、代價(jià)小的方案。
為了提升數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能對(duì)數(shù)據(jù)查詢進(jìn)行優(yōu)化成了必須解決的問題，查詢優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，也助推了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣與普及。
下面我們通過一個(gè)實(shí)例對(duì)比不同查詢方案所花費(fèi)的代價(jià)。
商品銷售管理數(shù)據(jù)庫
銷售點(diǎn)信息表（銷售點(diǎn)編號(hào)，城市、地址，聯(lián)系電話，開設(shè)時(shí)間）
產(chǎn)品信息表（產(chǎn)品編號(hào)，產(chǎn)品名，類型，規(guī)格，生產(chǎn)廠家，進(jìn)貨價(jià)格）
銷售情況表（銷售點(diǎn)編號(hào)，產(chǎn)品編號(hào)，銷售量，銷售單價(jià)）
求銷售產(chǎn)品編號(hào)為’JD051’這種產(chǎn)品的銷售點(diǎn)信息？
用SQL語言表達(dá)該查詢：
Select 銷售點(diǎn)信息表.*
From 銷售點(diǎn)信息表 ， 銷售情況表
Where 銷售點(diǎn)信息表.銷售點(diǎn)編號(hào)=銷售情況表.銷售點(diǎn)編號(hào) and 產(chǎn)品編號(hào)=’JD051’
SQL語言是高度的非過程化語言，同一個(gè)查詢要求可以有不同的執(zhí)行方式。下面針對(duì)上述查詢要求運(yùn)用關(guān)系代數(shù)表達(dá)式來表示不同的執(zhí)行方式。
方案1
Π銷售點(diǎn)信息表.*（σ銷售點(diǎn)信息表.銷售點(diǎn)編號(hào)=銷售情況表.銷售點(diǎn)編號(hào)∧銷售情況表.產(chǎn)品編號(hào)=’JD051’（銷售點(diǎn)信息表×銷售情況表））
第一種方式需要占用內(nèi)存空間保留廣義笛卡爾積的中間結(jié)果，讀取數(shù)據(jù)量過多及耗時(shí)較長；
方案2
Π銷售點(diǎn)信息表.*（σ產(chǎn)品編號(hào)=’JD051’（銷售點(diǎn)信息表∞銷售情況表））
第二種方案相比第一種方式減少了中間結(jié)果，使用自然連接相比笛卡爾積大大減少了中間結(jié)果；
方案3
Π銷售點(diǎn)編號(hào)（σ產(chǎn)品編號(hào)=’JD051’ （銷售情況表））∞銷售點(diǎn)信息表
第三種方式減少了數(shù)據(jù)讀取量，中間結(jié)果相比第二種情況更少。總的查詢時(shí)間最短、查詢代價(jià)最少。
以上三種表達(dá)式雖然等價(jià)，但其執(zhí)行的查詢策略不同，數(shù)據(jù)規(guī)模越大，查詢所花費(fèi)的代價(jià)差別就越大。通過三種不同查詢方式的對(duì)比，說明查詢優(yōu)化的必要性，選擇合適的查詢策略將大大減少查詢時(shí)間、降低查詢代價(jià)，因此查詢優(yōu)化問題一直是數(shù)據(jù)庫研究的重點(diǎn)。
3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢處理過程
當(dāng)用戶發(fā)出查詢請(qǐng)求，要采用不同的處理步驟對(duì)原始查詢進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)換工作必須在系統(tǒng)處理查詢請(qǐng)求和返回查詢結(jié)果前完成。關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢處理過程如圖1所示。
圖1
主要步驟：語法分析與翻譯處理，查詢優(yōu)化處理，執(zhí)行。
4 查詢優(yōu)化技術(shù)分類
查詢優(yōu)化技術(shù)一般分為代數(shù)優(yōu)化和非代數(shù)優(yōu)化（物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化）。
1）代數(shù)優(yōu)化，通過對(duì)查詢語句進(jìn)行變換，改變基本操作的次序，使查詢語句執(zhí)行起來更有效，這種查詢優(yōu)化僅涉及查詢語句本身，而不涉及實(shí)際存取路徑，稱為獨(dú)立于存取路徑的優(yōu)化，或代數(shù)優(yōu)化。
查詢是由高級(jí)查詢語言表示的對(duì)數(shù)據(jù)庫的一個(gè)或一組操作的集合，通常由投影、選擇、連接、笛卡爾積等操作符組成。通過語法分析功能分析查詢語句的正確性、完整性、有效性，并將其轉(zhuǎn)換為等價(jià)關(guān)系代數(shù)查詢樹，如圖2。
根據(jù)關(guān)系代數(shù)等價(jià)變換規(guī)則，查詢樹可以按以下方法進(jìn)行變換：
方法1：下移選擇和投影運(yùn)算，以減少中間結(jié)果的元組數(shù)和參與運(yùn)算的關(guān)系的規(guī)模；
方法2：將某些選擇運(yùn)算與笛卡爾積運(yùn)算相結(jié)合；
方法3：同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)關(guān)系上的選擇、投影運(yùn)算，減少對(duì)關(guān)系的掃描次數(shù)；
方法4：將連接運(yùn)算與投影運(yùn)算結(jié)合起來執(zhí)行。
圖2可變換為圖3。
對(duì)比圖2和圖3選擇運(yùn)算和投影運(yùn)算優(yōu)先執(zhí)行，減少了查詢中間結(jié)果的元組數(shù)，大大降低了參與連接運(yùn)算的關(guān)系規(guī)模。
在制定具體的查詢策略時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)數(shù)據(jù)表的訪問，減少對(duì)磁盤的訪問次數(shù)，訪問磁盤所需的時(shí)間大大長于對(duì)內(nèi)存的訪問時(shí)間，減少對(duì)磁盤的訪問次數(shù)將大大降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。選擇運(yùn)算盡可能提前做，往往可以使執(zhí)行時(shí)間降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，通過選擇運(yùn)算減少中間結(jié)果。在執(zhí)行連接操作前，對(duì)關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，在連接的字段上建立索引以及對(duì)關(guān)系進(jìn)行排序，加快查詢速度。
關(guān)系代數(shù)優(yōu)化的一般步驟：[3]
（a）把查詢轉(zhuǎn)換成語法樹；（b）優(yōu)化語法樹；（c）選擇低層次的存取路徑；（d）選擇代價(jià)較小的查詢方案。
2）非代數(shù)優(yōu)化，也稱物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成的，應(yīng)確保數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和訪問或操作數(shù)據(jù)表具有較高的執(zhí)行效率。物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)推薦合適的物理存儲(chǔ)位置或存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及為查詢推薦合適的存取路徑，進(jìn)而提升系統(tǒng)的整體性能。
5 小結(jié)
查詢優(yōu)化技術(shù)是數(shù)據(jù)庫中一項(xiàng)重要的技術(shù)。對(duì)于的查詢要求，我們應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)模大小，具體的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行分析，選擇合適的查詢策略。具體的SQL查詢語句應(yīng)根據(jù)代數(shù)優(yōu)化的相關(guān)原則進(jìn)行變換，提高查詢效率。查詢優(yōu)化目的是為了提升系統(tǒng)的性能，如果進(jìn)行優(yōu)化本身需要花費(fèi)的代價(jià)過大，反而會(huì)降低系統(tǒng)的性能。所以只有兼顧了查詢效率、控制系統(tǒng)開銷、保障數(shù)據(jù)庫安全等諸多方面才能真正地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)專業(yè)；人才培養(yǎng)方案；優(yōu)化
中圖分類號(hào)： TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品的加工制造水平越來越高，社會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才需求量與日俱增，同時(shí)也對(duì)高校人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求。各高職院校都加強(qiáng)了數(shù)控技術(shù)專業(yè)的建設(shè)，加快了教學(xué)改革步伐，但仍存在很多問題。其中最根本的問題是人才培養(yǎng)系統(tǒng)性的偏差，集中體現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的效果與市場(chǎng)需求之間的距離，而導(dǎo)致這一偏差的最直接原因在于人才培養(yǎng)方案的制定，需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。文章以廣州城建職業(yè)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)為例，探討高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案優(yōu)化的主要依據(jù)、基本準(zhǔn)則、優(yōu)化步驟以及有效途徑。
人才培養(yǎng)方案優(yōu)化的必要性
高職教育要順應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，要取得更快的發(fā)展，必須重視人才培養(yǎng)方案制定過程中的問題與矛盾，對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行必要的優(yōu)化，具體原因有：
1.職業(yè)教育實(shí)踐性的特點(diǎn)決定了其培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置應(yīng)該和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展同步。經(jīng)濟(jì)體制的變革，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給高職院校課程設(shè)置帶來了新的挑戰(zhàn)。此外，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變遷和科技發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，這就要求高職課程設(shè)置不能一勞永逸。
2.高職理念的不斷更新對(duì)高職人才培養(yǎng)產(chǎn)生重大影響。高職教育發(fā)展至今，其高職教育改革理念已經(jīng)歷了幾次較大的調(diào)整。
3.我國的高職人才培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)還相當(dāng)嚴(yán)峻，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，消除人才培養(yǎng)方案中的種種障礙和問題，進(jìn)行人才培養(yǎng)方案的優(yōu)化研究，既能最大限度地節(jié)省開支、避免教育資源浪費(fèi)，又能分步到位、由點(diǎn)帶面地促進(jìn)高職教育的發(fā)展和完善。
結(jié)合以上原因，必須對(duì)高職人才培養(yǎng)方案進(jìn)行改革，而人才培養(yǎng)方案的優(yōu)化正是高職教育改革的核心組成部分。
二、人才培養(yǎng)方案優(yōu)化依據(jù)及原則
針對(duì)現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案存在的問題，從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合高職教育的觀念、相關(guān)理論基礎(chǔ)，明確人才培養(yǎng)方案優(yōu)化的依據(jù)和原則。
1.人才培養(yǎng)方案優(yōu)化的依據(jù)
根據(jù)學(xué)院《貫徹落實(shí)教育部“關(guān)于推進(jìn)高等職業(yè)教育改革創(chuàng)新引領(lǐng)職業(yè)教育科學(xué)發(fā)展的若干意見（教育部教職成[2011]12號(hào)文）”的實(shí)施方案》的要求，貫徹落實(shí)國家和廣東省中長期教育改革發(fā)展規(guī)劃綱要精神，以《高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》及《廣州城建職業(yè)學(xué)院2011-2015年發(fā)展規(guī)劃綱要》（廣州城建〔2010〕79號(hào)）、《廣州城建職業(yè)學(xué)院2011-2015年專業(yè)和課程建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》為指導(dǎo)，按照廣東省示范性高職院校標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人才培養(yǎng)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施，著力提高學(xué)生的實(shí)踐能力、就業(yè)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
2.人才培養(yǎng)方案優(yōu)化原則
結(jié)合課程設(shè)置優(yōu)化依據(jù)，課程設(shè)置優(yōu)化應(yīng)以人才培養(yǎng)目標(biāo)為基本原則，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，充分顧及學(xué)生知識(shí)和能力兩個(gè)方面的培養(yǎng)，處理好穩(wěn)定與更新的關(guān)系、通才和專才的關(guān)系，滿足學(xué)生就業(yè)需要；符合高職教學(xué)規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律；反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成就。
三、優(yōu)化整合具體步驟
1.人才培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)
高等職業(yè)教育作為高等教育發(fā)展中的一個(gè)類型，肩負(fù)著培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理第一線需要的高技能人才的使命。以就業(yè)為導(dǎo)向的職業(yè)教育要將學(xué)生培養(yǎng)成為社會(huì)需要的“崗位人才”、“職業(yè)人”和能生存能發(fā)展的“社會(huì)人”，甚至是經(jīng)濟(jì)全球化要求的“國際人”，必須樹立能力本位的教育教學(xué)觀。學(xué)習(xí)目標(biāo)與職業(yè)教育不符，學(xué)習(xí)的應(yīng)用性不強(qiáng)，學(xué)校里學(xué)的東西很多在工作中用不上，而且學(xué)生也不感興趣。因此制定新的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，必須源于企業(yè)，源于需求，以就業(yè)為導(dǎo)向，制定人才培養(yǎng)方案。
2.基于工作過程構(gòu)建課程體系
形成高技能人才完成職業(yè)任務(wù)所需的技術(shù)實(shí)踐能力，必須與整體化的實(shí)際工作過程相聯(lián)系，必須針對(duì)“解決綜合性實(shí)際問題”進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，高等職業(yè)教育的課程必須打破傳統(tǒng)學(xué)科系統(tǒng)化的束縛，將學(xué)習(xí)過程、工作過程與學(xué)生的能力和個(gè)性發(fā)展聯(lián)系起來，開發(fā)工作過程系統(tǒng)化的課程體系。
3. 合理整合課程，優(yōu)化課程體系
根據(jù)各專業(yè)的特點(diǎn)和社會(huì)需求，按照“職業(yè)素質(zhì)與專業(yè)能力模塊”、“基本素質(zhì)與通用能力模塊”及“公共基礎(chǔ)學(xué)習(xí)領(lǐng)域、專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)領(lǐng)域、專業(yè)能力學(xué)習(xí)領(lǐng)域、專業(yè)拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域”的課程結(jié)構(gòu)，貫穿培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力主線，合理整合課程，優(yōu)化“兩塊四層一貫穿”的課程體系。同時(shí)，在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中明確列入相關(guān)職業(yè)資格考證項(xiàng)目及 “課、證、賽”融合的課程群，提高職業(yè)資格證獲取率和職業(yè)技能比賽競(jìng)爭力。
4.第一課堂與第二課堂結(jié)合，注重職業(yè)能力培養(yǎng)
在人才培養(yǎng)方案中采用第一課堂與第二課堂結(jié)合的方法。在第二課堂中，完成社會(huì)實(shí)踐、文化素質(zhì)教育、專業(yè)拓展技能培訓(xùn)、專業(yè)素質(zhì)教育、就業(yè)指導(dǎo)等教育內(nèi)容。雖然教學(xué)時(shí)數(shù)不計(jì)入教學(xué)計(jì)劃，但有第二課堂學(xué)習(xí)的學(xué)分要求，取不到相應(yīng)學(xué)分不能畢業(yè)，給學(xué)生創(chuàng)造更多的社會(huì)能力、方法能力的鍛煉機(jī)會(huì)，促進(jìn)全面發(fā)展。
5.改進(jìn)評(píng)價(jià)方法，推行全面素質(zhì)評(píng)價(jià)
建立能激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力發(fā)展的多方位考察、多元化評(píng)價(jià)的考核評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)要有利于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力和健康人格的發(fā)展；促進(jìn)教師不斷提高教育教學(xué)水平。改變過去重結(jié)果、輕過程的評(píng)價(jià)方法。每門課程實(shí)施態(tài)度、知識(shí)、技能、素養(yǎng)多維度綜合評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生全方位發(fā)展。
四、結(jié)束語
經(jīng)過學(xué)院評(píng)估階段的建設(shè)，我們已基本整合理順了數(shù)控技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，提出了優(yōu)化人才培養(yǎng)方案的原則和相關(guān)的措施，制訂了科學(xué)的教學(xué)計(jì)劃，改革了課程體系內(nèi)容，應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段及教學(xué)方法，促進(jìn)發(fā)展型、復(fù)合型、創(chuàng)新型數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)：
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本介紹的主要內(nèi)容就是運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的原理建立起排桿定位的數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)程序來優(yōu)化排位，使排桿定位的各項(xiàng)工作量化、數(shù)字化，能夠在成萬上億種方案中優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性最好的方案來。
1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃的原理
研究多段（多步）決策過程最優(yōu)化問題的一種數(shù)學(xué)方法，英文縮寫DP，是最優(yōu)控制和運(yùn)籌學(xué)的重要數(shù)學(xué)工具。它將多階段決策問題轉(zhuǎn)化成一系列比較簡單的最優(yōu)化問題。為了尋找系統(tǒng)最優(yōu)決策，可將系統(tǒng)運(yùn)行過程劃分為若干相繼的階段（或若干步），并在每個(gè)階段（或每一步）都作出決策。這種決策過程就稱為多段（多步）決策過程。多段決策過程的每一階段的輸出狀態(tài)就是下一階段的輸入狀態(tài)。某一階段所作出的最優(yōu)決策，對(duì)于下一階段未必是最有利的。多段決策過程的最優(yōu)化問題必須從系統(tǒng)整體出發(fā)，要求各階段選定的決策序列所構(gòu)成的策略最終能使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到極值。 20世紀(jì)40年代，人們開始研究水力資源的多級(jí)分配和庫存的多級(jí)存儲(chǔ)問題。50年代初,美國數(shù)學(xué)家R.貝爾曼首先提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃的概念，1957年發(fā)表《動(dòng)態(tài)規(guī)劃》一書。在1961、1962年相繼出版的第二版和第三版中，又進(jìn)一步闡明了動(dòng)態(tài)規(guī)劃的理論和方法。
現(xiàn)在，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法已廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)，軍事及經(jīng)濟(jì)管理等各個(gè)部門，并取得了顯著效果，近年來又廣泛應(yīng)用到最優(yōu)控制方面，許多復(fù)雜問題，特別是離散系統(tǒng)的優(yōu)化問題，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法比其它方法要更有效，成為解決這類問題的一個(gè)非常有用的工具：將一個(gè)實(shí)際復(fù)雜問題分成順序相關(guān)的若干階段，利用一種遞推的關(guān)系式，分段進(jìn)行優(yōu)化（做出最優(yōu)決策），使整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是解決某些優(yōu)化問題的有效方法，而不是一種特殊算法，實(shí)際上它所要做的，正是把解n維變量問題，轉(zhuǎn)化為解n個(gè)單變量問題，從而僅需很小的計(jì)算量。動(dòng)態(tài)規(guī)劃處理優(yōu)化問題時(shí)，把所有因素分成多階段、多步驟進(jìn)行優(yōu)化，在每個(gè)分步驟優(yōu)化過程中，絕大多數(shù)非優(yōu)化的因素被舍棄，不再參與方案的排列組合以及后面的優(yōu)化過程。所以動(dòng)態(tài)規(guī)劃與窮舉法一樣，考慮了影響最優(yōu)結(jié)果的各因素，兩者的優(yōu)化結(jié)果是一致的，但由于動(dòng)態(tài)規(guī)劃把一個(gè)n維最優(yōu)化問題簡化為n個(gè)1維最優(yōu)化問題，因此動(dòng)態(tài)規(guī)劃的計(jì)算量成幾何級(jí)數(shù)地減小。
2 建立動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的步驟
1）劃分階段
劃分階段是運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解多階段決策問題的第一步，在確定多階段特性后，按時(shí)間或空間先后順序，將過程劃分為若干相互聯(lián)系的階段。對(duì)于靜態(tài)問題要人為地賦予“時(shí)間”概念，以便劃分階段。
2）正確選擇狀態(tài)變量
選擇變量既要能確切描述過程演變又要滿足無后效性，而且各階段狀態(tài)變量的取值能夠確定。一般地，狀態(tài)變量的選擇是從過程演變的特點(diǎn)中尋找。
3）確定決策變量及允許決策集合
通常選擇所求解問題的關(guān)鍵變量作為決策變量，同時(shí)要給出決策變量的取值范圍，即確定允許決策集合。
4）確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程
根據(jù)k 階段狀態(tài)變量和決策變量，寫出k+1階段狀態(tài)變量，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程應(yīng)當(dāng)具有遞推關(guān)系。
5）確定階段指標(biāo)函數(shù)和最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)，建立動(dòng)態(tài)規(guī)劃基本方程
3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理在優(yōu)化排位中的運(yùn)用
3.1 優(yōu)化排桿定位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
主要包括：斷面數(shù)據(jù)文件、設(shè)計(jì)和優(yōu)化計(jì)算參數(shù)、導(dǎo)線特性參數(shù)、桿塔特性參數(shù)、桿塔優(yōu)化參數(shù)、材料價(jià)格參數(shù)等。
1）斷面數(shù)據(jù)文件是利用現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)量數(shù)據(jù)生成，主要包括線路里程、地面高程、跨越物高程、風(fēng)偏斷面、地質(zhì)類別、水文情況、禁止立塔區(qū)等。對(duì)有關(guān)的鐵路、高速公路、河流、湖泊、溝渠、魚塘設(shè)立了禁止立塔區(qū)、不宜立塔區(qū)。
2）設(shè)計(jì)和優(yōu)化計(jì)算參數(shù)主要是規(guī)程中規(guī)定的，輸電線路必須滿足的有關(guān)技術(shù)條件。主要包括導(dǎo)線對(duì)地及對(duì)各種跨越物的距離、平均基礎(chǔ)寬度和深度、平均邊線寬度、最大和最小檔距、最小基降、倒桿塔距、桅桿高以及對(duì)地及對(duì)跨越裕度等。
3）導(dǎo)線特性參數(shù)指導(dǎo)線的有關(guān)特性參數(shù)，它主要用來在優(yōu)化排桿定位中計(jì)算各種條件下導(dǎo)線的K值曲線，確定導(dǎo)線的對(duì)地距離。
4）桿塔特性參數(shù)主要包括各種桿塔的使用條件，具體有：桿塔型號(hào)、最大檔距、水平檔距、垂直檔距、允許最大風(fēng)偏角、起始桿高、桿高級(jí)差、桿高總數(shù)、導(dǎo)線間距以及轉(zhuǎn)角度數(shù)等。桿塔特性參數(shù)是指桿塔的各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)，是優(yōu)化排桿定位中最重要的參數(shù)文件之一，主要包括桿塔型號(hào)（包括各種呼高）、桿塔鋼材、基礎(chǔ)鋼材、基礎(chǔ)混凝土、金具絕緣子指標(biāo)等。
5）材料價(jià)格參數(shù)是指各種材料的單位價(jià)格，主要用來計(jì)算各種排桿方案下的工程造價(jià)，并從中找出最經(jīng)濟(jì)的一種。
關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
1農(nóng)網(wǎng)高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
相對(duì)于城區(qū)電網(wǎng)來說，農(nóng)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要簡單、清晰，但由于負(fù)荷對(duì)電能可靠性要求等其他原因，一般都會(huì)有小型發(fā)電廠，且通常均為小容量機(jī)組，即系統(tǒng)除了通過若干220kV、110kV變電所接受區(qū)域大電網(wǎng)電力以外，往往包括多個(gè)110kV及以下并網(wǎng)發(fā)電的若干電源點(diǎn)，從而使得電網(wǎng)不是單純的放射型單方向模型，需要通過建立數(shù)學(xué)模型來確立電源點(diǎn)的建設(shè)和系統(tǒng)接線方式。
2農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇
2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一般方法
負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)，在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上一般應(yīng)結(jié)合區(qū)域規(guī)劃進(jìn)行負(fù)荷分布分析，進(jìn)而確定負(fù)荷平衡結(jié)果，即確定變電所的分布和容量規(guī)劃，在負(fù)荷預(yù)測(cè)和變電所布點(diǎn)確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃。一般來說，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)是滿足系統(tǒng)有功負(fù)荷的最優(yōu)網(wǎng)架設(shè)計(jì)，有靜態(tài)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃之分。靜態(tài)規(guī)劃考慮的是針對(duì)某一負(fù)荷水平進(jìn)行網(wǎng)架規(guī)劃，一般從基準(zhǔn)年開始按年度進(jìn)行，需考慮現(xiàn)有的網(wǎng)架，同時(shí)后一年的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃需將前一年的網(wǎng)架設(shè)定為已有網(wǎng)架，因此，每規(guī)劃目標(biāo)年的網(wǎng)架規(guī)劃既要瞻前也要顧后，做到從時(shí)間序列上的前后協(xié)調(diào)相互呼應(yīng)，從而節(jié)約建設(shè)投資。但規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)一般考慮整個(gè)規(guī)劃期的總的性能指標(biāo)最優(yōu)來評(píng)價(jià)方案，而且往往加入投資分析，甚至列入資金的時(shí)間價(jià)值，因而稱為動(dòng)態(tài)規(guī)劃。網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法常用的有兩類，即啟發(fā)式方法和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法。數(shù)學(xué)最優(yōu)方法是通過將電網(wǎng)規(guī)劃問題用數(shù)學(xué)化模型進(jìn)行描述，然后采用一定的算法求解，從而獲得滿足系統(tǒng)要求的最優(yōu)規(guī)劃方案。該類方法從理論上將可以保障方案的最優(yōu)性，但一般要求得最優(yōu)解需要很大的計(jì)算量。啟發(fā)式方法則是通過定義方案運(yùn)行性能以及投資需求等綜合指標(biāo)，根據(jù)一定規(guī)則對(duì)線路進(jìn)行逐步迭代選擇直至得到滿意的最優(yōu)解。該類方法難以保證方法的最優(yōu)性，但計(jì)算量較數(shù)學(xué)優(yōu)化方法要小，計(jì)算較為方便且便于與規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的檢驗(yàn)相結(jié)合，因而是一種更為經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的方法。
2.1.1啟發(fā)式網(wǎng)架優(yōu)化方法
根據(jù)所確定的衡量安全性指標(biāo)的不同，啟發(fā)式方法分為基于支路性能的啟發(fā)式方法和基于系統(tǒng)性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法。基于支路性能指標(biāo)的啟發(fā)式分析方法中，線路的選擇是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)線路功率傳輸情況來實(shí)現(xiàn)的，常選用的有線路是否能滿足負(fù)荷要求或者線路過負(fù)荷程度等指標(biāo)；而基于系統(tǒng)性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法中，線路的選擇是根據(jù)線路對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)特定運(yùn)行性能指標(biāo)的影響程度來實(shí)現(xiàn)的，常選用的指標(biāo)有系統(tǒng)缺負(fù)荷大小指標(biāo)等對(duì)線路的逐步選擇。
基于線路指標(biāo)的啟發(fā)式網(wǎng)架規(guī)劃方法分為逐步倒退法和逐步擴(kuò)展法兩種。逐步倒退法是根據(jù)目標(biāo)年數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)除了已有線路以外，包括所有待選的線路，這樣，構(gòu)成的就是一個(gè)冗余度很高但不經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)，然后采用潮流模型對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，比較各待選線路在系統(tǒng)中的作用和有效性，逐步去掉有效性低的線路，直到網(wǎng)絡(luò)沒有冗余線路為止。而采用逐步擴(kuò)展法是根據(jù)各待選線路對(duì)過負(fù)荷線路的過負(fù)荷量的消除的有效度，選擇適當(dāng)?shù)木€路到現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)上，直至網(wǎng)絡(luò)無過負(fù)荷為止。為計(jì)算各待選線路的有效度，需要進(jìn)行變結(jié)構(gòu)時(shí)的潮流計(jì)算。
基于支路性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法有計(jì)算簡單靈活等優(yōu)點(diǎn)，但由于通常是獨(dú)立地考慮各待選線路的作用，無法直接體現(xiàn)系統(tǒng)充裕的大小等性能指標(biāo)，而基于系統(tǒng)性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法則能體現(xiàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)，從而可以從整體上識(shí)別薄弱環(huán)節(jié)并充分考慮各待選線路對(duì)系統(tǒng)的整體影響來選擇最佳擴(kuò)建線路。
2.1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法
網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的數(shù)學(xué)化方法可以分為確定性和不確定性兩種優(yōu)化方法。傳統(tǒng)上采用的常常是確定的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，即將規(guī)劃問題表達(dá)成確定性的優(yōu)化問題來進(jìn)行求解。但隨著規(guī)劃的環(huán)境以及相關(guān)要求日益復(fù)雜，且負(fù)荷、設(shè)備費(fèi)用、線路路徑等因素均具有不確定性，這些不確定性對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃有較為顯著的影響，因而在規(guī)劃中考慮不確定性因素是必要的。按照考慮不確定性因素特征的不同，不確定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有分為隨機(jī)優(yōu)化法和模糊優(yōu)化法。隨機(jī)優(yōu)化法常常用于事件是否發(fā)生以及發(fā)生的時(shí)刻存在不確定性的情形，而模糊優(yōu)化法則常常用來處理有關(guān)事情表達(dá)不清晰的這種不確定性的情況。在通常情況下，在滿足對(duì)保障負(fù)荷電能供應(yīng)的前提下，可能有多種架線方法和導(dǎo)線截面的選擇，要對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較選擇，則需要選擇目標(biāo)函數(shù)，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中常用到的目標(biāo)函數(shù)有網(wǎng)架建設(shè)總投資、電能損失、維修運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)。由于電能的特殊性，需要考慮各種約束條件，如電壓范圍、線路的長期極限傳輸容量限制等。因此，網(wǎng)架優(yōu)化過程實(shí)際上是目標(biāo)函數(shù)與約束條件、狀態(tài)參數(shù)之間的協(xié)調(diào)處理過程。
網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃法是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦运岢鰜淼囊环N數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，也是在線形規(guī)劃中專門處理網(wǎng)絡(luò)問題的一種特殊算法。數(shù)學(xué)上把圖看作節(jié)點(diǎn)和弧的集合，弧是連接在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的有向線段。在電力系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)就是接受電力或者發(fā)送功率的發(fā)電廠、變電所或者負(fù)荷點(diǎn)，弧就是線路。這種優(yōu)化網(wǎng)架方法在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中常用的數(shù)學(xué)模型有最少費(fèi)用法、最短路徑法、費(fèi)用最小最大流法等方法。
2.2農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇
結(jié)合農(nóng)網(wǎng)高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用支路交換法來進(jìn)行這種輻射式結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算較為適用。采用該方法是從一個(gè)既定的輻射式電網(wǎng)開始，增加一條閉合聯(lián)絡(luò)支路后使輻射型網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)閉合回路，然后將某一條支路斷開，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的輻射型結(jié)構(gòu)，并按照給定的目標(biāo)函數(shù)對(duì)新構(gòu)成的輻射型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算。重復(fù)上述計(jì)算過程，直到目標(biāo)函數(shù)值最好為止，對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)即為所選用網(wǎng)絡(luò)接線。采用這種方法簡單實(shí)用，但只能達(dá)到局部最優(yōu)解，對(duì)于農(nóng)網(wǎng)來說，一般規(guī)劃年需要新建的高壓（110kV及以上）線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。一般地對(duì)于既定的系統(tǒng)接線，考慮到節(jié)約投資，其改建項(xiàng)目的實(shí)施相對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)損等指標(biāo)來說往往是不經(jīng)濟(jì)的，且由于受電壓、可靠性等電網(wǎng)分析計(jì)算的約束性條件的影響。在工程實(shí)際中，其高壓配電網(wǎng)往往是通過對(duì)新增支路，以及由于負(fù)荷的增長需要改建的線路的多個(gè)建設(shè)方案的比較，來確定規(guī)劃年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。在分析中，我認(rèn)為需引入動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)比較的概念，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來說，結(jié)合個(gè)人設(shè)計(jì)方案比較的經(jīng)驗(yàn)來看，最適用的經(jīng)濟(jì)方案比較以年費(fèi)用比較法較為適合。
3計(jì)算框圖設(shè)計(jì)
計(jì)算步驟一：目標(biāo)函數(shù)的確定。
當(dāng)新建或者改建線路對(duì)支路潮流僅是局部影響時(shí)，只需對(duì)所需考察的支路進(jìn)行網(wǎng)損最小分析。采用最小網(wǎng)損作為目標(biāo)函數(shù)，即函數(shù)為：
計(jì)算步驟二：先計(jì)算電網(wǎng)的潮流分布，再找出與本次計(jì)算相關(guān)的支路，即列出目標(biāo)支路集合，交換支路前輻射型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損計(jì)算。
計(jì)算步驟三：第一次支路交換后，重新進(jìn)行潮流計(jì)算后，在潮流計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行支路交換后的輻射型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損計(jì)算。
重復(fù)以上支路交換計(jì)算，直至得出最優(yōu)結(jié)論為止。
4經(jīng)濟(jì)比較方法引入網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中，單純采用以上支路交換法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)接線是不夠的，應(yīng)該結(jié)合經(jīng)濟(jì)比較，即在對(duì)方案進(jìn)行投資分析計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，從而得出經(jīng)濟(jì)的方案。常用的方案比較方法有最小費(fèi)用法、凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法、折返年限法，每種方法又可以演化成不同的表達(dá)式。最小費(fèi)用法是電力系統(tǒng)規(guī)劃中較為普遍的方法，適用于比較效益相同或者效益基本相同，但難以具體估算的方案。最小費(fèi)用法通常有以下三種不同的方案：費(fèi)用現(xiàn)值比較法、計(jì)算期不同的現(xiàn)值費(fèi)用比較法和年費(fèi)用比較法。費(fèi)用現(xiàn)值比較法是將各個(gè)方案基本建設(shè)期和生產(chǎn)運(yùn)行期的全部支出費(fèi)用均折算到計(jì)算期的第一年，現(xiàn)值低的方案是可取方案。對(duì)于不同建設(shè)期的方案則一般按照方案中計(jì)算期最短的進(jìn)行計(jì)算，及計(jì)算期不同的現(xiàn)值費(fèi)用比較法。
年費(fèi)用比較法是將參加比較的諸方案計(jì)算期的全部支出折算成年費(fèi)用后進(jìn)行比較，費(fèi)用低的方案為經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越方案。其表達(dá)式為：
在比較方案部分費(fèi)用相同的情況下，可以采用只考慮有差別的費(fèi)用的年費(fèi)用比較法，即只考慮差別部分的費(fèi)用的比較，這種方法將初始投資差額以及末期殘值差額折合為年費(fèi)用或者年值，再綜合運(yùn)行維護(hù)、改造等運(yùn)行年需要投入的差別費(fèi)用，比較即可以得出經(jīng)濟(jì)最優(yōu)方案。對(duì)于農(nóng)網(wǎng)電力建設(shè)項(xiàng)目，筆者推薦使用這種簡化了的年費(fèi)用比較法。
5總結(jié)
結(jié)合農(nóng)網(wǎng)作為輻射型受端電網(wǎng)的特點(diǎn)，用支路交換法來進(jìn)行這種輻射式結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算，雖只能達(dá)到局部最優(yōu)解。對(duì)于農(nóng)網(wǎng)來說，一般規(guī)劃年需要新建的高壓線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。在工程實(shí)際中，其高壓配電網(wǎng)往往是通過對(duì)新增支路，以及由于負(fù)荷的增長需要改建的線路的多個(gè)建設(shè)方案的比較，來確定規(guī)劃年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。在分析中，文中引入了動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)比較，并提出對(duì)于農(nóng)網(wǎng)采用有差別的年費(fèi)用比較法最為適用。
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關(guān)鍵詞：煉鋼；層次分析法；優(yōu)化
中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000－8136（2012）09－0011－02
1基于層次分析法的調(diào)度優(yōu)化方法
AHP方法是在多目標(biāo)、多規(guī)則的條件下，對(duì)多種對(duì)象（目標(biāo)、方案等）進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種簡潔而有力的工具。其實(shí)施的流程如圖1所示。
一方面，AHP方法能汲取決策者個(gè)人或集體的閱歷、智慧、判斷能力；另一方面，AHP豐富的數(shù)學(xué)原理為該方法的準(zhǔn)確性提供了可靠的基礎(chǔ)。
層次分析法是20世紀(jì)70年代由美國學(xué)者A.L.薩坦（A.L. Saaty）提出的一種多目標(biāo)評(píng)價(jià)決策方法，他將決策人復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)的思維過程數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化，以便決策依據(jù)易于被人接受。同時(shí)，應(yīng)用AHP方法所需要的定量信息要求不多，但決策人對(duì)決策問題的本質(zhì)、所包含的系統(tǒng)要素以及相互之間的邏輯關(guān)系必須掌握的十分透徹。另外，AHP方法對(duì)無結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)的評(píng)價(jià)決策以及多目標(biāo)的決策問題更為適用。
應(yīng)用層次分析法的基本步驟是：①對(duì)構(gòu)成決策問題的各種要素建立多級(jí)（多層次）遞階結(jié)構(gòu)模型；對(duì)同一層次（等級(jí)）上的要素與上一級(jí)要素為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較，并根據(jù)結(jié)果評(píng)定尺度；②確定其重要程度，最后依此建立判斷矩陣；③通過一定計(jì)算，確定各要素的相對(duì)重要程度；④通過綜合重要度的計(jì)算，對(duì)所有的替代方法進(jìn)行優(yōu)先排序，從而為決策人選擇最優(yōu)方案提供科學(xué)的決策依據(jù)。
2基于層次分析法的調(diào)度優(yōu)化步驟
（1）建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。對(duì)于基于仿真的煉鋼生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)而言，可以把系統(tǒng)分為3個(gè)層次：①最高層（目標(biāo)層）：這一層次只有一個(gè)元素，即經(jīng)過多次仿真得到最優(yōu)調(diào)度方案（EH）。②中間層（決策準(zhǔn)則）：根據(jù)前文提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以目標(biāo)層的元素為導(dǎo)向，可得到五項(xiàng)決策準(zhǔn)則（見表1）。對(duì)于一個(gè)較優(yōu)的調(diào)度方案來說，連澆實(shí)現(xiàn)率、設(shè)備平均利用率越大越好；而計(jì)劃完成時(shí)間（makespan）、系統(tǒng)平均等待隊(duì)列、系統(tǒng)平均等待時(shí)間越小越好，因此取它們的倒數(shù)作為決策準(zhǔn)則。③最低層（方案層）：這一層次包括了由計(jì)算機(jī)仿真出的各種調(diào)度結(jié)果（Fi）。
基于仿真的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是一種完全相關(guān)性多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。其中上一層次的每一要素與下一層次的所有要素完全相關(guān)，見圖1、圖2。為了得到一個(gè)較優(yōu)的調(diào)度方案（EH），調(diào)度員在進(jìn)行n次仿真之后，對(duì)任一仿真結(jié)果Fi（第三層），均需要以第二層的五項(xiàng)決策準(zhǔn)則（見表1）來進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。也就是說，各層次間的要素都兩兩有關(guān)。
（2）構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣是層次分析法的基本信息，也是進(jìn)行各要素優(yōu)先權(quán)重計(jì)算的重要依據(jù)。
（3）對(duì)系統(tǒng)相容性和誤差分析各要素的重要程度進(jìn)行比較和判斷。
表1調(diào)度系統(tǒng)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先級(jí)
要素代號(hào) 評(píng)價(jià)指標(biāo) 優(yōu)先級(jí)排列 考核角度 備注
A1 連澆實(shí)現(xiàn)率 1 成本 取倒數(shù)
A2 1/計(jì)劃完成時(shí)間 2 效率
A3 設(shè)備平均利用率 3 效率
A4 1/系統(tǒng)平均等待隊(duì)列 4 來源于排隊(duì)率，效果等同，屬于統(tǒng)一優(yōu)先級(jí)。 取倒數(shù)
A5 1/系統(tǒng)平均等待時(shí)間 4 取倒數(shù)
（4）綜合重要度的計(jì)算。在計(jì)算了各層次判斷矩陣有關(guān)要素對(duì)上一級(jí)EH的重要度之后，即可從最上層開始，自上而下地求出各層次要素關(guān)于下一層要素的綜合重要度（綜合權(quán)重）。在m次仿真后，假設(shè)調(diào)度方案的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要度為An×1，即可求得m次仿真結(jié)果的綜合重要度，其中，綜合重要度最大的即可作為最佳調(diào)度方案。
3結(jié)束語
根據(jù)煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度多、目標(biāo)優(yōu)化的特點(diǎn)，借鑒制造行業(yè)的績效評(píng)價(jià)手段，在完成計(jì)劃調(diào)度仿真之后，使用層次分析法對(duì)多個(gè)仿真的調(diào)度方案進(jìn)行決策精選得到調(diào)度優(yōu)化方案。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；變電站 ；倒閘操作
1 引言
隨著中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電能的消耗也不斷增加，城市用電緊張的問題日益凸顯，因此，增建變電站、擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模勢(shì)在必行。但是另一方面，城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快也造成了人口的遷移，越來越多的人涌向城市，這就造成了原本就稀缺的城市土地資源越來越匱乏。這兩個(gè)同樣尖銳卻又存在不可調(diào)和矛盾的問題導(dǎo)致了目前大型城市電網(wǎng)的建設(shè)越來越集約化，一個(gè)500kV中心變電站可能同時(shí)存在十回甚至更多的出線。牽一發(fā)而動(dòng)全身，一旦發(fā)生故障，可能會(huì)造成城市中心區(qū)大面積停電，社會(huì)影響極其嚴(yán)重。比如2012年發(fā)生的深圳市“4.10”停電事件、2013年上海市“6.3”停電事件[1]以及2014年發(fā)生的東莞“4.11”停電事件，每一次大停電事件對(duì)這些超級(jí)城市的經(jīng)濟(jì)損失都無法估量，引起的社會(huì)反響更是成為全國關(guān)注的焦點(diǎn)。而造成這些大停電的原因除了設(shè)備折舊、母線短路故障之外，敏感時(shí)段（早上7：00-夜間23：00）的人為操作也是主要原因之一。相較于前兩個(gè)因素的不確定性，敏感時(shí)間段的人為操作是更應(yīng)該也更可控的一個(gè)基本要素。因此，對(duì)于大中型城市，減少在城市正常工作時(shí)間段的電力倒閘操作顯得尤為必要。
本文通過一個(gè)具體的計(jì)劃工作倒閘操作案例，分析了初始倒閘操作方案中存在的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合該風(fēng)險(xiǎn)分析提出了一種減少倒閘操作步驟的新方案，進(jìn)而得出優(yōu)化后的操作方案。
2 案例分析
某市供電局計(jì)劃對(duì)220kV變電站A內(nèi)設(shè)備開展月度檢修工作，圖1所示是當(dāng)日該變電站A的電氣主接線圖。220kV側(cè)是雙母線結(jié)構(gòu)、分別為220kV1M和2M，母聯(lián)2012開關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)；110kV側(cè)是雙母單分段結(jié)構(gòu)、分別是110kV1M和2M、6M，母聯(lián)1012及分段1026開關(guān)均在運(yùn)行狀態(tài)。
圖1 220kV變電站A電氣接線圖
現(xiàn)變電檢修人員計(jì)劃對(duì)110kV分段1026開關(guān)進(jìn)行防水防潮改造及一次設(shè)備檢修維護(hù)工作，申請(qǐng)將110kV分段1026開關(guān)由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)。為了確保電網(wǎng)的供電可靠性以及高壓側(cè)、中壓側(cè)零序網(wǎng)絡(luò)的一致，在停電前，調(diào)度給出如下停電意見：
（1）將220kV變電站A的#3主變變高2203開關(guān)由掛220kV1M倒至220kV2M運(yùn)行；
（2）變電站A的#2主變變高2202開關(guān)由掛220kV2M倒至220kV1M運(yùn)行；
（3）變電站A的#3主變變中1103開關(guān)由由掛110kV1M倒至110kV6M運(yùn)行；
（4）變電站A的#1主變變高和變中中性點(diǎn)接地運(yùn)行；
（5）變電站A斷開110kV分段1026開關(guān)，斷開220kV母聯(lián)2012開關(guān)
我們發(fā)現(xiàn)，該意見需要對(duì)220kV變電站A進(jìn)行兩次220kV的倒母線操作以及一次110kV倒母線操作，涉及的操作步驟較為復(fù)雜，很容易在倒母線的過程中出現(xiàn)雙母跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，從而引起大面積停電，造成不利的社會(huì)反響。
進(jìn)一步分析操作方案可以發(fā)現(xiàn)，之所以要進(jìn)行如此多地倒閘操作，一方面是為了保證供電的可靠性，采取步驟（3）；另一方面是因?yàn)榱阈螂娏鞯奶厥庑裕驗(yàn)榱阈螂娏魅嘞辔灰恢拢挥型ㄟ^中性點(diǎn)才能可靠流通。為了能保證零序電流的流通，于是操作方案中進(jìn)行了步驟（1）、（2）以及（4）的操作。
3 新倒閘操作方案
通過節(jié)2中的案例分析，我們明確了倒閘操作方案的目的是為了降低電網(wǎng)操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也保證零序電流可以可靠流通。因此，我們可以采用另一種倒閘操作方案。以下我們稱節(jié)2中的方案為方案1，新方案為方案2。
方案2：
（1）變電站A的#3主變變中1103開關(guān)由由掛110kV 1M倒至110kV 6M運(yùn)行；
（2）變電站A的#1主變中中性點(diǎn)接地運(yùn)行；
（3）變電站A斷開110kV分段1026開關(guān)。
在該方案中，倒閘操作步驟被精簡，而且不再涉及關(guān)鍵的220kV的倒母線操作，基本杜絕了220kV發(fā)生雙母跳閘導(dǎo)致大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電網(wǎng)的可靠性。但是，是否這種方式安排就滿足方案操作完畢后，110kV1M和2M上有兩臺(tái)主變，110kV 6M也有兩臺(tái)主變，保證了電網(wǎng)供電的可靠性。
4 新倒閘操作方案結(jié)論與分析
對(duì)于同一個(gè)變電站內(nèi)的變壓器，我們可以認(rèn)為各臺(tái)變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)以及低壓側(cè)的阻抗分別相等；另外，降壓三繞組變壓器的中壓側(cè)阻抗一般為一個(gè)較小的負(fù)值，變高和變低阻抗絕對(duì)值要比變中的阻抗絕對(duì)值大，變高側(cè)阻抗最大[2]，在方案1中，則當(dāng)110kV 1M、2M側(cè)的110kV線路發(fā)生短路故障時(shí)，當(dāng)高壓側(cè)阻抗比低壓側(cè)阻抗大較多時(shí)，兩種方案得出的零序電流相差不大。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)阻抗較小時(shí)，也會(huì)進(jìn)一步減小，從而和也會(huì)更加接近。
因此，當(dāng)變壓器低壓側(cè)的阻抗較小時(shí)，我們可以采用方案2替代方案1進(jìn)行倒母線操作，所產(chǎn)生的零序電流偏差很小，對(duì)零序保護(hù)影響很小，而且方案2同樣保證了電網(wǎng)的供電可靠性。
另外值得注意的是，當(dāng)采用方案2進(jìn)行倒母線操作后，若110kV 側(cè)的110kV線路發(fā)生短路故障，會(huì)較大一些，此時(shí)的零序短路電流會(huì)略偏小，因此不存在零序保護(hù)的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。考慮到目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)冗余度的提高，從這個(gè)方面一定程度上提高了方案2的可靠性。
參考文獻(xiàn)：
