系统改进方法范文

系统改进方法范文（精选11篇）

系统改进方法 第1篇

计算机仿真技术和可视化技术的应用[1,2] 在模拟仿真培训系统中可以带来巨大的社会效益和经济效益。随着计算机的发展和图形技术的进步, 模拟仿真培训系统要求仿真可视化更加直观、逼真和具有良好的人机交互能力。本文尝试以基于视频的模拟仿真培训系统为研究对象, 通过挖掘其视频结构中语法模式和语义规则, 合理优化培训系统视频单元结构, 为提升培训质量提供理论指导。

原始视频是一种非结构化时基媒体, 通过视频的结构化可以实现计算机的有效管理、访问和检索。传统基于视频的模拟仿真培训系统采用常规的视频结构化方法, 即仅采用视频的基本结构, 而缺乏视频的结构语义描述, 这种视频结构化存在高层信息处理方面的缺点, 难以提升此类系统的人机交互智能化水平。

通过视频挖掘方法发现, 原始视频所蕴含的基本结构、镜头语法、场景语法表征视频的语法模式;通过抽取的视频特征类关联规则和与时间相关的事件关联规则表示视频包含的结构语义。这些视频结构知识可以用于视频数据库的组织与管理、基于内容的个性视频推荐、基于语法和语义的视频摘要等视频数据的处理当中, 因盯以可有效解决人机交互的智能化问题。

1视频结构挖掘的概念框架[1,2]

视频的基本结构 (如图1所示) 是由帧、镜头、场景、视频组成的基本层次结构, 在基本层次结构之上, 还有视频语法结构 (如视频编辑语法、视频单元之间的关联语法等) 和视频语义结构 (如视频中的精彩镜头、事件、户内/户外场景等) , 以及视频中的主要对象。结合视频语法和语义, 视频结构一方面是由帧、镜头、场景、视频组成的层次关系, 同时更重要的是隐藏在基本结构之中的语法结构知识和语义结构知识 (系统总体框架如图1所示) 。

2基于视频结构挖掘技术的培训系统框架

2.1 培训系统视频基本结构挖掘

对于模拟仿真培训系统, 结合需求及功能, 考虑定义其视频基本结构 (如图2所示) 如下:

(1) 视频V。定义为一个完整的培训系统, 由n个场景组成, 具有表征整个视频V的m个属性特征;

(2) 场景C。定义为培训系统 (即视频V) 中包含的培训项目, 每个场景C针对不同培训类型的培训人员;

(3) 镜头S。定义培训项目 (即场景C) 中包含的培训操作内容, 每个镜头S针对相同培训类型的培训人员。

(4) 关键帧F。定义培训操作内容 (即镜头S) 中包含的操作步骤所对应的特征帧F。

2.2 培训系统视频语法挖掘[1,2,3,4,5]

视频语法挖掘方法是根据前面视频基本结构的相关定义, 从视频基本结构中挖掘出视频结构构造模式的过程, 探索视频结构和特征 (指表征视频V的m个属性特征) 的关系, 主要有镜头S (即培训操作内容) 的构造模式、场景C (即培训项目) 的构造模式和整个视频V (即培训系统) 的构造模式。挖掘过程主要包括:

(1) 根据需求制定的培训方案进行视频镜头分割;

(2) 根据分割的镜头挖掘并抽取特征;

(3) 根据特征进行镜头聚类;

(4) 根据镜头聚类结果进一步挖掘视频结构语法模式。

具体的语法模式挖掘方法可以采用关联规则挖掘算法对视频字符串序列进行关联规则挖掘, 挖掘视频镜头中的频繁关联模式, 得到视频的结构语法, 并对视频结构语法进行识别和分析。图3给出了视频结构语法挖掘框架。

视频语法结构根据视频表达信息内容和视频目的运用多种视频镜头的组合方式, 即通过将各种镜头以特定的方式组合在一起, 表达一定的语义含义。而这种镜头组合方式会重复地出现, 从而形成视频中的“结构语法模式”。

对于模拟仿真培训系统来说, 视频语法挖掘方法既可以用于实现仿真模块的智能化提取, 又可以用于个性化培训方案的指定。针对模拟仿真培训系统的视频特性, 对一些相对简单的模式、组合的镜头可以用几个字符串来表达, 语法模式匹配简化为字符串匹配, 通过比较输入字符串与模式字符串, 判断其属于哪一类模式。对一些相对复杂的问题, 目标是确定镜头字符串所匹配一个或更多的语法结构模式。

2.3 培训系统视频语义挖掘[1,2,5,6]

视频语义挖掘是根据前面视频基本结构的定义, 从视频基本结构中挖掘出包含的含义和事件模式的过程, 探索视频结构特征之间的关系 (语义挖掘框架如图4所示) 。分析视频中的语义事件, 需要事先知道视频中各个镜头的类型, 而对于培训系统来说这是可以实现的。

语义概念生成和事件推理都是以镜头为基本单位的, 镜头语义概念是对事件进行推理的要素, 它是低层特征与高层事件之间的中间层次。具体应用如下:

(1) 在将原始视频数据分割为镜头后, 从各个镜头中抽取若干与培训事件密切相关的语义概念, 构造各培训事件模型, 用于融合概念和进行事件推理。

(2) 将培训过程中生成的视频流分割为镜头序列, 然后从每个镜头中根据语义挖掘结果生成各种线索, 最后根据视频序列进行事件推理, 得到高层语义事件。

将视频语义挖掘应用于模拟仿真培训系统可以用于发现并分析判断被培训人员的操作问题、心理状态, 以及培训过程的实时跟踪分析等培训功能扩展。

2.4 培训系统视频结构模式 (知识) 挖掘[1,2,5,6]

通过关联规则、图形界面等形式表现视频结构挖掘结果, 便于用户对挖掘结果加以解释和说明。结构模式包含视频基本结构、语法结构、语义结构模式。具体实现如下:

(1) 首先对视频进行镜头分割, 得到视频镜头层结构。包含所有镜头、镜头关键帧及相关特征。

(2) 根据这些特征采用时间约束的聚类算法, 对镜头进行聚类得到场景, 从而获得视频层次结构, 这样有利于存储。

(3) 对语义和语法知识大部分以关联规则的形式表示。

对培训系统挖掘结果的合理解释及挖掘知识的不断存储, 有助于进一步完善和优化培训方案, 提高培训质量。

3结语

通过视频结构挖掘方法改进的模拟仿真培训系统可以实现用户培训内容的随机提取, 而且可以是视频、场景、镜头、关键帧各个层次的随机提取。由此可以有针对性地制定智能化培训方案。视频结构挖掘中发现的高层结构知识, 又可以用来组建培训摘要系统及指导培训方案的制定。创新点将视频结构挖掘思想方法引入基于视频的模拟仿真培训的开发中, 提出了针对此类系统的视频结构挖掘框架。通过挖掘高层语义知识, 合理优化系统结构, 提升培训系统的智能化, 对培训方案的制定具有指导意义。

摘要：不同类型的视频具有不同的内容和不同的内容组织结构。针对视频类模拟仿真培训系统的开发现状及存在的问题, 提出通过引入视频结构挖掘思想方法, 对培训系统的视频数据进行进一步挖掘, 以解决培训系统中人机交互智能化问题。首先对培训系统的视频结构进行规范化定义, 结合视频结构挖掘的概念框架, 提出改进模拟仿真培训系统的视频结构框架, 最后阐述了应用该结构框架进一步对培训系统的视频数据进行挖掘的基本方法。改进方案的分析过程表明, 该改进方法应用于培训系统可以优化此类系统的视频单元结构, 进一步挖掘其高层语义信息, 提升培训系统的智能化, 对此类系统培训方案的制定和培训质量的改善具有理论指导意义。

关键词：视频数据,视频结构挖掘,模拟仿真,培训系统

参考文献

[1]付畅俭, 李国辉, 代科学.视频结构挖掘的概念及应用[J].计算机应用研究, 2007, 24 (2) :20-23.

[2]付畅俭.基于内容的视频结构挖掘方法研究[D].长沙:国防科学技术大学, 2008.

[3]原野, 沈钧毅, 宋擒豹.自动视频分类中的数据预处理[J].计算机工程, 2004, 30 (4) :129-131.

[4]代科学, 武德峰, 付畅俭, 等.视频挖掘技术综述[J].中国图像图形学报, 2006, 11 (4) :451-457.

[5]雷夏.基于特征的视频挖掘技术研究与应用[D].大连:大连理工大学, 2007.

[6]胡军涛.视频高层结构分析和挖掘[D].长沙:国防科学技术大学, 2002.

[7]刘宇驰, 栾悉道, 谢毓湘, 等.新闻视频中非新闻段的去除[J].小型微型计算机系统, 2007, 10 (10) :1837-1841.

[8]韩冰.基于智能软计算的视频镜头分割算法研究[D].西安:西安电子科技大学, 2006.

[9]柳伟, 代科学, 卢鑫, 等.监控视频聚簇模式挖掘及其应用[J].数据采集与处理, 2008, 23 (4) :459-466.

系统改进方法 第2篇

一种提高北斗系统中低纬度无源定位精度的改进方法

本文提出一种提高北斗系统中低纬度无源定位精度的方法,利用星际间单差及高程约束来提高定位精度.与传统方法相比,新方法具有更高的`精度及较好的稳定性,仿真结果表明,在中低纬度地区定位精度可达50～200 M.

作 者：王磊 翟国君 刘雁春 黄谟涛 孟婵媛 WANG Lei ZHAI Guo-jun LIU Yan-chun HUANG Mo-tao MENG Chan-yuan  作者单位：王磊,刘雁春,WANG Lei,LIU Yan-chun(海军大连舰艇学院,海洋测绘系,辽宁,大连,116018)

翟国君,黄谟涛,孟婵媛,ZHAI Guo-jun,HUANG Mo-tao,MENG Chan-yuan(海军海洋测绘研究所,天津,300061)

刊 名：测绘科学  ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)： 32(3) 分类号：P228 关键词：北斗   无源定位   星际间差分  

系统改进方法 第3篇

【关键词】信息化改革；简化步骤；一站式管理

一、我国民办高校请假系统中存在的缺陷

（一）制度上权职不清，请假流程混乱

权职不清。一部分学校将学生课程请假审批的权限交由任课教师，辅导员并不能第一时间掌握本专业学生的请假情况，而有的学校正相反，将权限直接下发给辅导员，任课教师根本不知道自己课上有多少学生请假，也不知道他们的具体请假时间、姓名和所在专业。因为教务课程平台与学生管理平台并没有实现资源共享，辅导员在网上可以查询学生请假情况并审批而任课教师依旧看不到。

学生请假流程的混乱。因为无法实现平台间的资源共享，学生在网上申请课程假之后还必须通过请假条或者其他方式将请假信息交于任课教师，否则即使在上网批准通过，其申请的假期依然不能核准，也就是说学生要申请两次，既在网上向辅导员或任课教师申请一次，然后再通过其他方式向另一方申请一次。这其中一旦有一个环节出错，不但学生无法正常请假，还会造成任课教师与专业辅导员之间工作上的冲突。

（二）缺乏专业人员参与管理

民办高校普遍缺少信息管理人才，即使拥有网络技术部门，所能处理的问题也只是停留在简单的技术层面，很多人员无法胜任信息管理工作。有的学校根据自身条件成立了以高级领导为核心的专门工作组，但是其中拥有专业知识的领导却是少之又少，这就使得一旦学生请假系统出现问题只能求助于校外方的帮助，若是问题处理不及时还会出现业务瘫痪。

（三）信息数据孤岛问题严重

在高校信息化建设中数据孤岛问题突出，不同部门间的数据信息不能共享，设计、管理、生产的数据不能进行交流，数据出现脱节。数据孤岛迫使信息需要重复多次的输入，大量的冗长、垃圾信息导致信息交流的一致性无法保证，从而降低了产品的工作效率，增加了错误量。现在由于请假流程中没有明确规定教学、社区公寓和学生管理之间相互联系的权责，在功能设置上自然也不会去特意实现请假信息数据共享，因此数据孤岛问题是请假流程混乱的必然结果。

二、请假系统的改进方法

若想针对请假系统中的现有缺陷进行改进必须从管理制度和系统功能两个方面入手。

（一）管理制度上的改进措施

管理制度方面的改进可分为两部分：

第一，认清权责，保证流程的准确性和时效性。通过制度一系列的规章制度，完善学校的请假制度，简化、优化原有的课程假和外出阶段假的流程。[1]具体流程优化方法如下：

1.课程假的优化。

学生申请课程假可登陆手机微信系统或学工系统自助请假。不再需要任课教师或辅导员审批，但申请课程假的时间和申请原因会被自动编辑为微信推送给该课程的任课教师和辅导员且每申请一节课程假会自动扣除该生本门课程相应的分数。若扣满全部平日成绩分数则本门课程不再有平日成绩且该生本门课程不可再申请请假。

2.外出阶段假的优化。

外出阶段假细化为一般阶段假和特殊阶段假两种。

学生申请一般阶段假，需要先通过手机微信平台或学工系统填写请假信息并提出申请。辅导员通过计算机终端或手机平台接收请假申请并进行审批。辅导员拥有的特定的给假权限，超过特定给假权限天数的申请，系统自动生成为辅导员与学院领导共同核准，既辅导员审批通过后，还需学院领导审批请假才可生效。

普通阶段假生效期间产生的课程一律按课程假计算。每节课扣除相应的平日成绩。

超过三天的普通阶段假系统会自动将请假信息推送给请假学生家长，方便家长监督。

特殊阶段假是指因为特殊重大疾病、家中发生变故、自然灾害或因为其他不可抗力而必须请假且不涉及休学的情况。特殊阶段假的申请和审批流程需要注意以下几点：

（1）申请特殊阶段假的学生同申请一般阶段假的学生相同，需要先通过手机微信平台或学工系统填写请假信息并提出申请。

（2）申请特殊阶段假的学生在进入微信平台或学工系统填写请假信息时要注意必须点选特殊阶段假选项才能够申请特殊阶段假。

（3）特殊阶段假请假原因模块不可随意填写，只能从备选的选项中点选。包括：重大疾病、家庭变故、自然灾害、其他四个选项。

（4）当申请结束后，请假信息会自动推送给辅导员，由其审批。

（5）特殊阶段假审批通过后，请假信息自动推送给任课教师和家长。

（6）若在请假中或事后返校提交材料时发现请假内容不实，辅导员可实时操作取消其特殊阶段假。

（7）学生返校后需到辅导员处销假。

第二，在权责清晰的前提下安排专人负责学生请假的管理工作。这里的专人指的是系统专业技术人员和管理人员两种。系统技术人员负责系统的开发、升级、测试工作。管理人员负责系统平日维护，功能操作和数据管理工作。两种专业人才可以重合，但不能有其他部门的人员兼职，以免造成权责混乱。

（二）系统功能上的改进措施

首先是实现移动端实时请假功能。在学生管理系统下建立一个微信公众平台并申请一个服务号，作为后台管理辅导员和教师的微信帐号，只要学生和家长只要关注教师的微信账号就使用本系统。[2]

在微信公众平台内建立子系统，子系统主要用于管理、发布和统计用户的相关信息以及请假信息。该子系统的具体功能如下：

1.用户管理。

主要是针对学生和家长，学生和家长要使用本系统必须先关注本系统的服务号。后台管理子系统根据学生和家长的信息进行配对和管理，一个学生最多配对两个家长，同时用于统计学生请假次数、理由和管理学生外出位置、路线等并生成图表以供教师和家长查询。

2.教师管理。

主要用于教师管理和监督学生的请假要求、监督学生的所在位置和外出路线、查询统计的学生请假的相关信息。

3.学生请假子系统。

系统主要用于学生的请假申请、到校销假功能。

4.家长监督系统。

主要用于家长对请假学生外出位置、路线的监督。学生到家后家长可通过系统确认学生到家以及查询学生请假历史记录等。

5.学生干部协助子系统。

主要用于教师指定的学生干部确认学生到校情况。

随着智能手机和通信网络的迅速发展，我们可以通过移动端和PC的联网避免学生乱请假、假请假、请假后缺少监管、外出没有跟踪定位、学校与家长沟通不足等情况的发生。[3]

其次是建立更加细致的分类请假功能。通过分析可发现高校在校生请假的主要类型一般可分为三种：

1、学生在家中因为某种原因需要请假，一般表现为推迟回校时间；

2、学生在校中因为某种原因需要请假外出，但是不回家，一般会当天回学校。

3、学生在校中因为某种原因需要请假回家。

我们根据请假类型可以设计出不同的流程方案并按照方案逐个实现相应的功能。

针对第一种类型可得出的系统设计流程方案是：

1、家长通过系统提交请假要求，并填写请假的理由以及开始和结束日期、时间。

2、辅导员通过手机平台或者学工系统平台收到请假申请信息，然后根据实际状况对申请进行核准。（辅导员权限只有7天，超过7天的假期不予批准。）

3、当辅导员核准结束后，任课老师、家长和学生都会收到一份信息推送。推送内容包括该生的请假开始和结束时间、请假理由。

4、学生回到学校后，经过宿舍门禁系统确认，才可以通过系统销假。

5、辅导员收到销假请求后并通过门禁系统确认请假学生是否在校，若在校则为学生销假。

6、系统自动将学生销假成功的信息发送给任课教师和家长。

针对第二种类型可得出的系统设计流程方案是：

1、学生通过系统提出请假要求，并填写请假的理由以及开始和结束日期、时间。

2、辅导员收到学生申请并作出核准。

3、任课老师和家长接收到请假请求推送（包括请假的理由和时间开始结束时间。）

4、学生回校时间结束前一小时收到信息提示，提醒学生回学校。

5、学生到学校后，经过宿舍门禁系统确认，才可以通过系统销假。

6、辅导员收到销假请求后并确认请假学生是否在校，若在校则为学生销假。

7、系统自动将学生销假成功的信息发送给任课教师和家长。

针对第三种类型可得出的系统设计流程方案是：

1、学生通过系统提出请假要求，并填写请假的理由以及开始和结束日期、时间。

2、辅导员收到学生申请并作出核准。（只能审核权限范围内的申请，若超过权限范围内的天数系统自动生成需两级审批状态，并将请假信息发送给院领导，由院领导和辅导员同时审批方可生效。）

3、审批通过后请假信息自动给任课老师和家长。

4、家长确定学生到家后通过系统确认学生已到家。并预报学生什么时候回校。

5、系统发送信息给辅导员告知学生已到家和学生回校时间。

6、学生返校后，经过宿舍门禁系统确认，才可以通过系统销假。

7、辅导员收到销假请求后并通过系统确认请假学生是否在校，若在校则为学生销假。

8、系统自动将学生销假成功的信息发送给任课教师和家长。

再次是建立跨平台、跨部门联网功能，防止信息孤岛。将学生请假系统中的信息与其他平台，既学生管理平台、教务系统平台、公寓管理平台和微信服务平台共享。让请假系统不再是某个系统下的次级功能而成为与其他平台拥有交互功能的平行系统。平台与平台之间可实现互相信息传送，实时数据更替。

参考文献：

[1]陈炜，王玮.学生事务与管理服务中的流程优化---以北京大学“三大典礼”的组织与服务为例[J]. 高校辅导员，2012，（12）

[2]王靖娜.Android的学生考勤管理系统设计与开发[J].现代电子技术，2014，（4）

教务管理系统身份认证改进方法 第4篇

高等学校现已基本实现教务工作信息化管理, 系统现已成为学校管理工作的重中之重。教务管理系统包含大量重要数据, 这些数据具有较高级别的机密性和完整性要求, 一旦网络遭受攻击或被控制, 管理数据被泄漏或修改, 后果则无法挽回。身份认证是教务管理系统安全的第一道屏障, 如何设计一个科学、安全的身份认证方法是保障教务管理系统顺利运行需要解决的首要问题。

一、身份认证

网络环境下的身份鉴别是验证某个通信参与方的身份是否与他所声称的身份一致的过程, 一般通过某种复杂的身份认证协议来实现[1]。身份鉴别有两个目的;其一是对试图执行一个功能的每个人的身份进行标识;其二是验证这些人声称的身份。身份鉴别是建立安全通信的前提条件, 只有通信双方相互确认对方身份后才能通过加密等手段建立安全信道, 同时它也是授权访问和审计记录等服务的基础, 因此身份鉴别在网络安全中占据十分重要的位置。

身份鉴别可使用以下任何一种或其组合的方法实现:1.知识因子, 即你知道什么, 如口令或PIN (个人身份标识号) ;2.拥有因子, 如智能卡或标记;3.生物因子, 如指纹, 视网膜等[2]。每一种方法都有其弱点, 口令易于被猜测, 智能卡容易被盗, 生物因子身份鉴别难以伪造, 但一定要将其指纹放在指印扫描器中。双因子身份鉴别的安全性很高, 采用双因子鉴别可相互取长补短。

二、高校教务管理系统身份认证的现状

高校教务管理系统一般包含十一个子模块, 即教学计划、教学资源、网上选课、课表编排、学生学籍、学生成绩、实践教学、考试事务、教学考评、教材管理、系统管理。系统采用C/S和B/S结合的模式, 有的采用Microsoft Windows Server2003作为服务器操作系统, 许多数据库管理系统采用Microsoft SQL Server。

教务管理系统的用户包括学生、教师教辅人员以及教务管理人员。目前, 高校教务管理系统采用用户名/密码的身份认证方式, 这是一种最原始, 最简单的方式。大部分教师和学生设置的密码过于简单, 容易破解, 例如有的教师为了防止忘记密码, 经常采用诸如生日、电话号码等容易被猜测的字符串作为密码, 有的教师甚至不修改密码直接采用如123的原始密码, 这样很容易造成密码泄漏。即使用户密码较长不被泄漏, 但由于密码是静态数据, 很容易被驻留在计算机内存中的木马程序或网络中的监听设备截获, 从而导致诸如学生学籍、成绩、教师考评结果等重要信息被人为修改。因此, 用户名/密码方式是一种极不安全的身份认证方式。

智能卡是一种较安全的鉴别方法, 可减少猜测口令的风险。但智能卡有易丢失的缺点, 如果智能卡被盗, 小偷可以伪装成系统的合法用户, 对系统安全造成威胁。同时学生要查成绩或选课必须随时携带智能卡, 这在实施过程中极不方便。对有漏洞的系统, 智能卡也不能防止攻击, 因为智能卡的正确鉴别依赖于用户确实使用正确的系统进入路径。安全级别较高的身份认证方式是生物识别技术, 它是通过可测量的身体或行为等生物特征进行身份认证的一种技术。要采用生物识别技术, 学校必须投入大量的资金给所有的用户终端安装生物特征采集的硬件设备, 这在实施过程中具有较大的难度。

三、改进的方法

首先, 针对用户安全意识较差设置过于简单的秘密的状况, 系统设置专门的口令控制, 限定口令的最短长度, 并使用数字和字符的组合密码。其次系统还可以规定密码使用的期限, 到期后系统自动提示用户更改, 并把使用过的密码记录下来, 防止用户使用重复密码。最后, 系统应及时注销毕业或离校的用户帐号及无用帐户。

在用户登录系统时采用用户名称、密码、附加验证码的形式对用户身份进行认证, 如果系统的数据库中保存了该用户的记录, 并且该用户具有合法的访问权限, 用户才可以登录系统, 同时颁发一个数字证书给用户, 并记录于系统的数据库中, 在用户登录完成后, 访问系统各功能模块时, 首先对用户持有的数字证书进行认证, 以确保只有合法持有有效数字证书的用户才能访问系统的各功能模块。

在用户登录系统时, 首先判断当前用户提交错误信息的次数 (队几S字段) 是否大于三, 若大于三次, 则判断用户最后一次输入错误登录信息的时间与系统当前时间之差是否大于5个小时, 若小于5个小时则将该用户帐户保持锁定, 否则将“错误登陆”字段清零, 同时随机产生一个验证码, 以图片格式传递给用户, 用户则需输入正确的用户名、密码、验证码, 并将这些信息通过加密发送给应用程序服务器, 服务器对用户提交的信息进行解密并判断, 若输入信息正确则向该用户颁发一个合法的数字证书, 同时记录用户名, 数字证书、用户机器IP地址等信息于表中, 允许用户登录系统;若用户输入的是错误登录信息, 则将用户名、用户机器IP地址等信息记录的同时, 将“错误登陆”字段加一, 并记录时间于登陆时间字段中。由此, 在用户访问系统的时候, 首先判断该用户拥有的数字证书是否原记录的一致, 若记录是一致的则允许访问, 否则将提示用户重新登录系统。

与此同时, 基于USB Key的身份认证方式是近年发展起来的一种方便、安全的身份认证技术。USB Key是一种USB接口的硬件设备, 可以存储用户的密钥或数字证书, 利用USB Key内置的密码学算法可以实现对用户的身份认证[3]。它采用软硬件相结合、一次一密的强双因子认证模式, 每一个USB Key都具有硬件PIN码保护, PIN码和硬件构成了用户使用USB Key的两个必要因素。如果用户的PIN码被泄漏, 只要用户持有的USB Key不被盗取, 合法用户的身份就不会被仿冒;如果用户的USB Key遗失, 拾到者由于不知道用户PIN码, 也无法仿冒合法用户的身份。由此, USB Key具有安全可靠, 便于携带、使用方便、成本低廉的优点。随着硬件设备成本的降低, 高校使用USB Key身份认证方法将会成为一种趋势。

摘要：身份认证是教务管理系统安全的第一道屏障, 如何设计一个科学合理的身份认证方案是实施教务工作信息化管理需考虑的关键问题。本文分析了目前身份认证存在的问题, 并提出了解决办法, 从而提高系统的安全性。

关键词：教务管理系统,身份认证,网络安全

参考文献

[1]胡道元, 闵京华.网络安全.北京:清华大学出版社.2006

[2]周明全等.网络信息安全技术.西安:西安电子科技大学出版社.2007

改进方法，深度互动 第5篇

关键词：小学数学；互动教学；信息技术

随着新课程改革的不断深入，信息技术的出现为小学数学教学模式带来了巨大的变化，其中值得一提的便是交互式一体机的运用。将之运用于小学数学课堂教学过程中，对提升小学数课堂教学质量具有良好的促进作用。

一、采用视图导入，诱发学生好奇心

教师可以将互动式一体机引进小学数学课堂，并充分发挥其优势，以便学生能够快速引进有趣的数学课堂教学内容中。

例如，在进行“认识角”的相关内容教学时，教师便采用一体机的电脑与聚光灯设备，向学生展示学生在日常生活中能够接触到的角形事物，如，剪刀、三脚架等，并向学生提出如下问题：同学们，这些东西你们都认识吗？他们有多少角呢？这些角分别都是什么角？然后，教师再鼓励学生踊跃发言，以刺激学生的多种感官，从而促使学生能够更加全面地掌握相关的数学知识。此外，教师还可以鼓励学生上台，利用电子笔画出自己所见过的与角有关的事物，充分突出学生在数学课堂学习中的主体地位，以便最大限度地激发学生的主观能动性。

二、发挥影音图文优势，丰富数学课堂教学素材

随着社会的不断发展，现代社会已全面步入信息化时代。在此时代背景下，在实际的课堂教学过程中，教师不仅应该为学生传授相关的数学知识点，还需要引导学生更加全面地认识数学知识在现实生活中的应用。因此，教师在小学数学课堂教学过程中，应重视交互式一体机的运用，充分利用其大量的学习资源以及高效的功能，从而有效增加课堂教学的信息量，开阔学生视野，以便为教学的发展奠定良好的基础。此外，在教学过程中，教师还可以充分利用交互式一体机中音频、视频、动画等技术，将之与教材内容相结合，以改变传统“填鸭式”的教学模式，使其逐步向着互动教学方向转变，从而加强师生之间的沟通与交流，以构建富有创造性的动态课堂，实现教学相长。

比如，在进行“图形旋转”的相关内容教学时，教师便可以将交互式一体机引进课堂开展互动式教学。首先，教师可以借助现代化的多媒体设备为学生播放小熊过旋转门的动画短片，并向学生提问：“小熊走进了旋转门却怎么也出不来，请问这是为什么呢？这便是我们今天将要学习的内容。”通过选择提问的方式引入新课，这样不仅能营造轻松、和谐的学习氛围，更能拉近学生与数学知识之间的距离；然后教师再让学生自主举出生活中运用图形旋转这一知识的事物，学生很快举出了大量的例子，如，电风扇的扇叶、汽车方向盘等。待学生举例后，教师再在学生学习的基础上进行补充，如，游乐场中的旋转木马、收费站中的转杆等。通过这样的教学方式，加深学生对“旋转”相关知识的感性认知；其次，教师还可以通过一体机的画面定格技术，将画面定格在旋转杆上，并通过Flash动画让学生详细观察转杆的开启与关闭过程，刺激学生多种感官，使学生能更深入地掌握旋转的意思；最后，教师还可以鼓励学生自主总结旋转的三要素，从而帮助学生逐步构建起完整统一的数学知识体系，深化学生的学习理解程度。

三、巧用交互式一体机，提升数学教学的有效性

实践才能出真知，对于小学数学课程的学习也是如此。因此，小学数学教师在数学课堂的实际教学过程中，应巧妙地将教学内容与学生的实际生活有效结合起来，紧密围绕学生的实际生活开展实践教学，促使学生能够真正感受到学习数学对实际生活的帮助，从而全面提高小学数学课堂教学的有效性。

例如，在进行“统计与可能性”的相关内容教学时，教师便可以通过使用交互式一体机为学生创设良好的教学情境，如：“在超市中有一台用于抽奖的机器，在该机器中有黄球与白球，若抽中黄球则奖励一种学习用品，抽到白球则没有奖励，今天，老师也想与同学们一起玩玩摸球游戏。”以情境创设的方式引进新课，不仅能有效吸引学生的注意力，还能提升学生的学习兴趣。然后，教师利用事先在交互式一体机中准备好的装有黄、白、蓝三种颜色小球，总计6个小球的“演示袋”，并在其中放入类似于夹子之类的物品，通过点击鼠标便可以在演示袋中随意摸球和夹子。之后，教师再为学生提出如下问题：“同学们，若将摸到的小球再放回，如此反复10次，那么摸到三种颜色小球的可能性各占多少，摸到夹子的概率又为多少？”提问之后，教师便可以引导学生进行思考，并要求学生写下自己的想法，最后再让学生摸球进行验证。通过采取这样的教学方式，不仅能有效提升学生的探究能力，还能够有效保证小学数学课堂的教学效率。

总之，将交互式一体机应用于小学数学课堂教学过程中，其不仅便于教师教学，也便于学生学习，对提升小学数学课堂教学的效率与质量具有非常重要的作用。

参考文献：

[1]唐玉华.基于交互式一体机的小学数學互动教学研究[J]. 考试周刊，2016（32）：74.

系统改进方法 第6篇

1962 年,Gallager首次提出了LDPC码(Low Density Parity Check,LDPC)的概念[1],但由于受当时技术水平的限制,并未受到重视。直到1996 年,Mac Kay等人研究发现LDPC码性能和Turbo码纠错性能类似,接近香农极限[2]。Chung等研究发现码率为1 2,码长为107的非规则LDPC码在误码率为10-6时距离香农极限仅为0.004 5 d B,进一步验证了LDPC码的优异性能[3]。

中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcasting,CMMB)标准于2006 年发布,其信道传输核心技术Sti Mi中采用了LDPC编码,提高了通信系统的抗干扰能力[4]。由于CMMB系统中采用的LDPC码的码长较长,传统的编码方式计算量太大,为降低编码复杂度,Wang等将LU分解用于CMMB系统中的LDPC编码,有效降低了编码复杂度[5]。谭太秋等提出了一种基于贪心策略的LU分解算法,进一步降低了LDPC编码复杂度,节省了存储空间[6]。刘宴华等将三种不同的LU分解方法进行对比分析,给出了复杂度更低,更为节省存储空间的最小行重乘列重法[7]。Qin提出了一种改进的LU分解算法,分别与最小行重法和最小列重法进行了比较分析,表明改进的LU分解算法能更有效地降低编码复杂度[8]。

本文主要介绍CMMB系统中LDPC码常用编码方法,并在此基础上对编码算法进行改进,通过仿真和对比分析,证明改进算法能够有效降低编码复杂度,节省存储空间,提高编码速率。

1 CMMB系统中LDPC码校验矩阵生成

LDPC码的传统编码方法与线性分组码类似[9],但并不适用于CMMB系统。在CMMB系统中,定义的LDPC码长为9 216 b,根据信息比特长度不同分为1 2 和3 4两种码率。文献[4]给出了CMMB系统中LDPC码的映射向量为:

其中:COL_ORDER(i) 表示码字比特映射向量;k表示信息比特长度。 对应的编码后输出码字为C = {c0,c1,…,c9 215},输入信息比特和校验比特分别表示为s = {s0,s1,…,sk - 1},p = {p0,p1,…,p9 215 - k}。

这时的输出码字C是码字向量映射后得到的非系统码。对于非系统码C,其信息比特和校验比特是混在一起的。但此时的非系统码C仍满足:

以1 2 码率为例,对应的校验矩阵H中1 的分布如图1 所示。

为了使信息比特和校验比特分离,在编码时,首先要将原始校验矩阵H按照COL_ORDER(i) 向量进行映射,即将H矩阵的第i列交换到第COL_ORDER(i) 列,令得到的新校验矩阵为H′。新校验矩阵对应的码字为系统码,用CTsystem= [p,s] 表示[10],两者满足关系式:

图2 给出了调整后的新校验矩阵H′ 中1 的分布情况。

2 LDPC编码的LU分解算法

令新校验矩阵H′= [Hp,Hs],其中Hp为校验比特对应的H′ 矩阵部分,Hs为信息比特对应的H′ 矩阵部分。根据式(3)可得:

因为矩阵H′ 在GF(2)域上,因此满足:

从H′ 矩阵中分离出来的矩阵Hp仍满足稀疏矩阵,因此可通过对Hp进行LU分解简化编码过程。

常用的LU分解方法有三种:最小行重法、最小行重中最小列重法和最小行重乘列重法。由于最小行重法和后两种方法相比计算量仍然较大,因此本文主要讨论后两种LU分解算法。

2.1 最小行重中最小列重法

最小行重中最小列重法是寻找行重最小的一行,完成行交换后确定为主行。接着在主行中寻找列重最小的元,进行列交换确定为主元,随后进行分解和高斯消元。算法具体步骤可描述为:

(1)初始化。令L= I,U = Hp,其中I为单位矩阵,定义和Hp维数相同的矩阵P和Q,分别用来记录行变换和列变换。

(2)寻找主行。假设当前需确定第i行为主行,对矩阵U从第i行到最后一行计算行重,选出行重最小的行,设为j 。当i ≠ j时交换U中第i行和第j行的值,同时交换矩阵P中的第i行和第j行。

(3)寻找主元。统计第i行为1 的列中每列的列重,选出列重最小的列,设为t 。当i ≠ t时交换U中的第i列和第t列,同时交换矩阵Q的第i列和第t列。

(4)高斯消元。从i+ 1 行到最后一行,满足矩阵U的第i列为1 时,则矩阵L对应位置赋1。将矩阵U中第i列中i行下面的1 通过和第i行进行模二运算消去。

(5)循环。 i值加1,判断是否到最后一行,如果等于则循环结束,否则跳至步骤(2)。

2.2 最小行重乘列重法

最小行重乘列重法每次统计每行和每列的重量,寻找行重和列重乘积最小的1 确定为主元,然后进行行列变换和高斯消元,算法具体步骤可描述为:

(1)初始化。令L= I,U = Hp,其中I为单位矩阵,定义和Hp维数相同的矩阵P和Q,分别用来记录行变换和列变换。

(2)统计行重和列重。统计矩阵U中所有行的行重和所有列的列重。

(3)寻找主元。假设当前需确定第i行为主行,计算矩阵中所有1 所在位置的行重和列重乘积,选出乘积最小的1 为主元,设其行为j ,列为t 。当i≠ j时交换U中第i行和第j行的值,同时交换矩阵P中的第i行和第j行。当i ≠ t时交换U中的第i列和第t列,同时交换矩阵Q的第i列和第t列。

(4)高斯消元。从i+ 1 行到最后一行,满足矩阵U的第i列为1 时,则矩阵L对应位置赋1。将矩阵U第i列中i行下面的1 通过和第i行进行模二运算消去。

(5)循环。 i值加1,判断是否到最后一行,如果等于则循环结束,否则跳至步骤(2)。

上述两种分解算法中均包含行变换和列变换,因此满足:

将式(6)代入式(5)中得到:

令Hsnew= P × Hs,则:

令r = Q-1× p,则:

令y=U×r,z=Hsnew×s,具体编码过程如下:

(1)计算z=Hsnew×s得到z。

(2)根据式(9)可知L×y=z,用前向迭代方法计算y。

(3)根据U×r=y,用后项迭代计算r。

(4)根据Q-1× p = r,得到校验比特p = Q × r。

计算出校验比特p后,和信息位合并即得到了系统码CTsystem= [p,s],再按照COL_ORDER(i) 向量进行映射即可得到编码后的码字C 。

2.3 对两种LU分解算法的改进

在最小行重中最小列重算法中,确定主行后,在寻找主元的过程中是对矩阵的整列进行统计的,改进算法将列重统计改为统计第i行为1 的列中i行以下的列重,即统计剩余矩阵的列重。

在最小行重乘列重算法中,将统计所有行的行重和列重改为统计剩余矩阵的行重和列重。假设当前需确定第i行为主行,只统计第i行以下所有1 对应的行重。统计列重时,只统计i行以下所有1 对应的从i行到最后一行的列重。

改进算法只统计剩余矩阵的行重和列重,是因为已经计算完成的步骤对应量不会发生改变,对后续的消元不会产生任何影响。

3 仿真分析

3.1 两种LU分解算法结果对比

按照上述两种分解方法对Hp矩阵进行LU分解,得到的三角矩阵中非零元素的分布如图3 和图4 所示。从图中可以看出进行LU分解后,L和U均为三角矩阵,矩阵中非零元素的数目大幅减少,降低了LDPC编码的复杂度。

3.2 LU分解算法改进前后对比

统计图3 和图4 中LU分解后得到的三角矩阵中1的个数,为方便描述分别用算法1 和算法2 来表示两种分解算法。统计图5 和图6 中LU分解后得到的三角矩阵中1 的个数,为方便描述分别用改进算法1 和改进算法2 来表示两种分解算法,统计结果如表1 所示。

进行LU分解的目的是为了得到稀疏矩阵,一方面编码时可以大幅降低计算量;另一方面,考虑硬件实现时可以节省大量存储空间。因此LU分解后1 的数目成为评价算法性能的重要指标。

将表1 中算法1 和算法2 比较可以看出,算法2 分解后1 的数目更少。虽然算法2 需要统计矩阵中所有行重和列重,计算较耗时,但LU分解可以离线完成后存储起来直接用,因此对实时编码而言,算法2 更节省存储且编码速率更高。

将算法1,2 分别和改进后的算法1,2 相比,可以看出改进算法LU分解后得到的1 的数目更少,能够进一步降低编码复杂度。

4 结语

本文介绍了CMMB系统中LDPC编码的两种常用LU分解算法,对算法性能进行了对比分析。在此基础上,对LU分解算法进行改进,仿真分析表明,改进后算法所需的存储量更少,编码复杂度更低,能更有效地满足系统实时性要求,对降低CMMB系统中LDPC编码的硬件实现复杂度有一定意义。

参考文献

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[2]MACKAY D C J,NEAL R M.Near Shannon limit performance of low-density parity check codes[J].Electronic Letter,1996,32(18):456-458.

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[7]刘宴华,雷菁,文磊.CMMB标准中LDPC码编码方法研究[J].通信技术,2010,43(10):8-10.

[8]QIN G C,YAN M,HU G R.An efficient LDPC encoding scheme for CMMB based on improved LU decomposition[C]//Proceedings of 2013 IET International Conference on Information and Communication Technologies Science.Beijing,China:IET,2013:440-445.

[9]郭永富,周傲松.LDPC编译码方法综述[J].航天器工程,2008,17(3):118-122.

系统改进方法 第7篇

卷烟加料加香控制精度,对稳定或提高卷烟品质,尤其对卷烟风格特征稳定性有重要影响。目前卷烟生产企业加香加料流程(如图1所示):根据电子皮带秤延时后的瞬时流量乘以加香加料比例即可得到设定的加香加料量,通过质量流量计检测出实际加香加料的瞬时量和累计量,从而形成一个前馈控制,应用PID运算调节加香加料泵的频率,使实际值跟踪设定值。针对目前卷烟企业制丝线加香加料系统较普遍存在的设备选型很先进但总体性能不适用、精度控制形式准确但实际不准确、总量准确但过程不准确等问题,从设备选型、控制算法进行分析,提出改进方法。

1 存在问题

(1)不能体现出所选器件的先进性。质量流量计采用的控制方法不合理,比如瞬时流量采用传统的4~20m A信号、累计重量采用累计量脉冲信号累加等,使质量流量计达不到精度要求;在管路中虽然使用了进口齿轮泵、自动球阀等器件,但在生产的初始阶段存在较大波动,不能满足工艺要求。

(2)实际控制精度不够准确。一般情况下加香加料的控制流量Q(y)=k Q(x),Q(y)为理论加香加料量,kg/h;k为加香加料的比例;Q(x)为来料量,kg/h。k是理想含水率下的设定值,实际生产中来料含水率会在工艺要求范围内变化。如含水率的工艺要求为18%±1%,当含水率达到上限19%时,相当于来料减少了122%,其结果是香精或糖料多加了1.22%。

(3)精度控制过程不够准确。加香加料工艺过程中精度检测使用的是总量检测方法,即对于一个班或一批物料生产,生产结束后采用累积加香量或累积物料量的方法计算精度。该检测方法不能反映出生产过程中的加香加料是否准确。有些设备采用累积误差补偿的方法提高检测精度,这种只考虑结果不考虑过程的方法是不符合工艺要求的。

2 改进方法

2.1 设备选型

关键部分应选用带有Profi Net、Profibus、Device Net、HART等现场总线的智能仪表;对于控制精度要求严格的地方应选择合适的仪表,在传统4~20m A的信号体系中,变送器部分包括D/A转换器,控制系统部分包括A/D转换器,而这两种器件都会产生偏差和漂移。本控制系统中流量计选用带Profibus接口的质量流量计。

2.2 控制思想

控制算法的改进:

(1)含水率的影响。来料含水率会影响加香加料的精度,在实际应用过程中应根据来料含水率实时修正加料比例,因此:

式中,S1为实时检测的来料含水率;S0为工艺要求含水率。

(2)物料在筒内的流动方式。烟丝或叶片进入加香加料筒后,筒内物料有一个从无到有、从少到多,最后达到动态平衡的过程,筒内物料的存量可表示为:

式中,m为物料在筒内向前移动的步数;n为生产中任意一个移动步数的序列。

(3)采用动态存量而不是电子秤的流量。把生产中物料连续的向前流动分成平均的断续的向前爬行,并截取这一个爬行序列中连续的一段。综合筒内的情况来考虑,它是一个物料动态存量,而不是简单的电子秤的流量,所以按动态存量Qn(x)进行加料比按流量Q(x)更准确,因此,对加香加料的理论公式进行修正:

式中,Q(y)为理论加香加料量,kg/h;k为加香、料比例;Q(x)为来料流量,kg/h;S1为实时检测的来料水分;S0为工艺要求水分;m为物料在筒内向前移动的步数;n为生产中任意一个移动步数的序列。

整个加香加料过程的控制流程如图2所示。

3 改进效果

改进后加香加料装置的主要控制器件为容积泵(ITT公司齿轮泵)、质量流量计、PLC控制系统、变频器、喷嘴及不锈钢管件、阀件。由于采用随动系统控制理论及模糊控制原理,系统控制精度较高,累积精度在0.3%以内(如表1所示),完全满足工艺要求。

对烟支进行编号暗评,改进前综合得分的标准偏差为1.2429,改进后综合得分的标准偏差为0.6083,卷烟感官质量稳定性得到改善。

参考文献

[1]钟庆辉.浅谈卷烟加香加料技术的应用[J].烟草科技,1996,(4)

[2]李跃锋,李华杰,姜焕元,等.加料加香系统管路的改进[J].烟草科技,2008,(6)

[3]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京:中央文献出版社,2003

[4]同济大学应用数学系.高等数学[M].北京:高等教育出版社,2004

系统改进方法 第8篇

现代电动伺服系统发展突飞猛进,尤其是在机械制造行业中发挥着不可替代的作用,各种机床运动部分的速度控制、运动轨迹控制、位置控制等,大量采用了电动伺服系统[1]。在伺服等高性能电机控制系统中,速度检测环节至关重要,速度检测的快速性和精确度直接决定了整个控制系统性能[2]。而测量转速的常用传感器一般是码盘,码盘的成本和其线数成正比,如何用低线数的码盘更快更准地测量出电机当前的转速一直是伺服测量的一个热点和难点。利用码盘作为测量元件计算电机速度的4种方法主要有M法、T法、M/T法以及变M/T法[3]。这几种方法都是基于码盘的脉冲计时和计数进行转速计算,各有其适应的测速范围和特点。本文首先对码盘的脉冲信号进行了仿真模拟,可以生成任意线数的编码器脉冲信号,对常规数字测速方法进行了理论分析和仿真研究,结果表明,电机处于低速情况下,上述数字测速方法难以同时满足速度的精度和动态响应,在电机处于超低速时,电机很长一段时间内检测不到编码器的脉冲信号。

为了在所有速度下(包括零速)都能获得精确的转子位置信息,一些学者提出了转子凸极追踪法[4,5]。这种方法都是基于电机的数学模型,虽然减少了码盘的成本,但是这种方法要在同步电机定子绕组注入旋转的高频信号或者是脉动的高频信号,在伺服电机系统的应用中是不适用的。同时另一些学者提出了速度观测器的模型,但是相比较于有码盘的测速精度,速度观测器得到的转速精度低得多。为此,本文中将码盘信号和电机的数学模型相结合,采取插值估算的方法对电机的转速进行实时估算可以提高系统的动态响应和转速精度,同时在每次估算的基础上对电机的转速进行修正,对改进的算法进行了仿真和实验,结果表明改进算法明显提高了系统的测量精度,加快了测速的动态响应。

2 基于码盘测速方法分析对比

M法、T法、M/T法以及变M/T法测速都是基于码盘信号的处理,而码盘的线数决定码盘的价格,在实验和工程设计过程中,根据不同的电机控制系统如果要选用码盘测量转速数据可能会选择不同的码盘,高线数码盘价格昂贵,而低线数码盘无法满足精度,所以码盘线数的选择给实物电机码盘的购买和安装带来一定麻烦,本文基于Matlab中的Simulink模块模拟了码盘的脉冲信号,码盘信号处理流程图如图1所示,从电机系统的转速信号输入到信号的离散化,这时的离散量由电机的线数决定,然后由离散的脉冲进行正负脉冲计数后数据处理输出正交的脉冲信号,方便后面基于码盘信号处理算法的实现。

仿真过程中,实际转速见图2a,生成的码盘信号见图2b,当电机转速为负方向时,码盘信号的B相脉冲领先于A相脉冲,并且相差90°,当电机转速为正方向时,码盘信号的A相脉冲领先于B相脉冲,并且相差90°,很好地实现了AB脉冲信号的正交,同时可以实时修改码盘的线数,仿真操作简单,为真实的码盘测速提供了理论指导。

M法测速分辨率与转速无关,只与码盘的线数值和检测时间有关。欲提高M法测速分辨率,就需要改用较大线数值的光电编码器或增加检测时间。M法仿真见图3a所示,仿真速度与实际速度的误差见图3b。从图3b可以看出电机转速接近零时转速误差最大,误差随着转速的升高而减小,这是由于在一段时间内测量到的脉冲信号极可能不是一个整数,这时系统的测量误差就是±1个脉冲,而在低速时测量的脉冲比高速时少,故这±1个脉冲在低速时计算出的误差更大,理论分析和仿真分析说明M法适合电机的高速测量,在电机处于低速时无法满足测速精度的要求。

T法仿真见图4a所示,其与实际速度的误差见图4b,电机转速接近零时转速误差最小,虽然误差随着转速的升高而增大,但在零速附近转速的动态响应最慢,这是由于在相邻2个脉冲信号之间的时间脉冲个数可能不是一个整数,这时系统的测量误差就是±1个时间脉冲,而在低速时测量的脉冲比高速时多,故这±1个脉冲在低速时计算出的误差更小,但是相邻2个脉冲之间需要更多的时间导致系统的动态响应更慢,理论和仿真说明T法适合电机的低速测量,但是T法过长的延时滞后是系统不能容忍的。

M/T法的测速波形见图5a,M/T法兼有M法和T法的优点,在高速和低速段均可获得较高的精度,但是M/T法的检测时间不能过长,否则容易引起系统的滞后。

变M/T法的仿真是当电机处于低速时采用T法,即测量一个脉冲的时间来计算速度,而电机处于高速时取多个脉冲来计算,其优点是不必象M/T法那样费力地测取△T。变M/T法的测速波形见图5b,无论在高速或低速,其检测性能都等于或超过M法或T法。从图5中还可以看出,电机处于低速时电机的动态响应太慢。

4种测速方法的仿真对比分析表明,对分辨率而言,T法测低速时较高,随着速度的增大,分辨率变差;M法则相反,高速时较高,随着速度的降低,分辨率变差;M/T法的测速分辨率是常数,与速度无关,因此M/T法比前面两种方法都好。从测速精度上看,也以M/T法为佳。至于检测时间,在标准的M法中,检测时间与速度无关;在T法中,因为取光电脉冲的间隔时间作为检测时间,因而,随着速度的增大而减小;M/T法检测时间相对前两种方法是较长的,但是若稍微牺牲一点分辨率,可使检测时间几乎与M法相同。通过上面的说明,可知M/T法在3种测速方法中的测速精度和测速分辨率是最好的,而变M/T法是M/T法的改进。在电机处于高速时,变M/T法的极限测速方法实际等效于M法测速,在电机处于低速时,变M/T法的极限测速方法实际等效于T法测速,故电机处于低速时最好的测速方法其实还是T法测速,但是T法测速的动态响应太慢,是高精度电机控制系统无法容忍的。

3 低速区测速方法的改进

当电机处于低速状态,那么从码盘信号检测到的脉冲信号时间间隔就会很长,而电机在这个脉冲间隔之间就不能获得有效的速度信息,从而使这段间隔成为反馈的盲区,电机便处于失控状态[6,7,8],这在低速的高性能电机控制系统是不允许的。为了解决这个问题,可以通过在相邻2个脉冲信号间隔之间,隔一定的时间插入估算的速度,同时在脉冲信号到来时对估算的速度值进行修正,以提高测速系统的性能,如图6所示。

本文以永磁同步电机(PMSM)为例,其他的电机控制系统与此类似,只是电机的数学模型不同,PMSM的机械方程如下[9,10]:

式中:为电机的位置信号;ω为电机转速;Te为电机的电磁转矩;Tl为电机的负载转矩;J为转子转动惯量;B为摩擦系数,在系统低速时可以忽略不计。

对公式进行进一步推导:

对式(2)进行离散化处理如下:

对上式进行进一步推导:

电机磁链方程如下:

电机转矩方程:

根据式(4)可以实时地插入估算的速度值,其他的变量可以实时测量得出。

这种以码盘信号和估算速度相结合的方法可以克服低速时的脉冲盲区,同时也加快了系统的动态响应,对电机的速度稳态和动态指标都有了明显的改善。

如图7a所示,假设在新的码盘信号到来时,如果前一段时间内得估计速度有一定的偏差,那么一定会反映在估计的位置信号上。

假设在很短时间内,电机的加速状态稳定,即

假设在上一次修正结果和实际值已经有一定的偏差,见图7b,则式(8)可以进一步修正如下式:

其中,k是一个参数,它来自图中上下底的和与下底的比值,故是一个介于1和2之间的参数,可在实验中进行调试,其中k与后面的乘积就是速度的修正值。

4 仿真与实验分析

4.1 仿真验证及分析

转速仿真框图见图8,从电机输出的转速信号首先进行码盘信号处理,码盘信号处理流程图见图1,然后从这个模块输出的脉冲信号输入到转速计算,转速计算模块需要检测到电流值和电压值作为参数输入来实时进行插值,本文仿真和实验中取修正参数k=1.2。

图9是电机的插值估算速度测量仿真曲线和T法的测速曲线对比,在电机处于低速时,尤其在零速附近时,T法的动态响应慢,其原因是因为在很长一段时间内检测不到码盘的脉冲,而此时插值估算法在脉冲之间对电机的转速进行了插值,提高了测速系统的动态响应,并且插入的计算值比较接近真实的速度值,对变T法在低速情况下的速度测量有一定的改进。

如图10a是插值修正测速仿真曲线,可以看出在k取1.2不变的情况下插值修正法很接近真实的曲线,几乎和实际转速重合,它可以在系统的每个周期进行插值和修正,比起插值估算测速法对转速性能的测量有了进一步的提升。从图10b的误差曲线也可以看出比没有改进的误差小得多,而且在系统的每个周期都比较小,不会存在低速时检测不到脉冲的盲区。

4.2 实验验证及分析

在基于TMS320F28335 DSP的全数字化永磁同步电机伺服控制系统上,对本文提出的测速算法进行实验研究。用于实验的永磁同步电机参数如下:额定功率=550 W,额定电流=2 066 A,最大转速=1 200 r/min,定子电阻=9.79Ω,定子q轴电感=36.36 m H,额定转矩=5.25 N·m,额定转速=1 000 r/min,极对数=4,定子d轴电感=36.36 m H,转动惯量=0.000 92kg·m2。

在给定转速为30 rad/s的空载情况下,实验波形如图11所示,在电机空载实验时不能忽略摩擦因子带来的影响,转矩应取考虑摩擦因子的转矩数据。

如图12带独立修正的波形明显比T法测得的波形更加平滑,也更加接近真实值,尤其是在低速情况下,T法的动态响应较慢,所以此时的转速完全是平均速度,而插值修正可以在更短的周期内插入估算的真实值,对转速的测量已经有较好的改善。

5 结论

本文对基于码盘的4种数字测速方法进行了系统的比较和评估,其中M法适合高速测速,T法适合低速测速,M/T法和变M/T法虽然都能满足高速和低速场合,但是在超高速场合M法的精度最高,低速场合T法的精度最高,然而T法在进行超低速测速时的动态响应太慢是系统不能容忍的。结果表明上述数字测速方法,难以同时满足电机处于低速情况下速度测量的精度和动态响应。为此提出了基于T法的插值估算速度测量方法,从仿真和实验可以看出,基于T法的插值估算法对电机处于低速时的动态响应有了明显的提升,同时实时的插入瞬时值也比T法测量的平均速度在精度上有了改善。插值修正法可进一步提高转速测量的精度和动态响应。

摘要：建立了测速用码盘的Matlab仿真模型,对基于码盘测速的4种数字测速方法的精度和适应范围进行了系统的比较和评估,结果表明在电机控制系统低速运行情况下这4种数字测速方法难以同时满足测速精度和动态响应的要求。为此在T法测速的基础上提出了当电机处于低速运行情况下的插值估算速度测量方法,在插值估算法的基础上又提出了一种速度修正算法,仿真和实验结果表明插值估算法在电机处于低速时提高了系统的测速精度,加快了电机控制系统的动态响应,速度修正算法可进一步提高测速性能。

关键词：码盘,低速,测速,插值,修正算法

参考文献

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系统改进方法 第9篇

对于电力系统这样一个典型的大系统,随着S C A D A、管理信息系统、地理信息系统以及电网运行的实时信息系统等的广泛应用,各种实时数据已经呈爆炸性增长态势,传统的统计手段已变得难以满足要求,需要运用新方法来挖掘更深层次的规律,并保证运行的经济性、安全性和可靠性,以便提高更快、更有效的决策支持。数据挖掘的出现引起了电力工作者的广泛关注[1]。

数据挖掘是从大量的、已有数据(数据库或数据仓库)中发现未知的、具有潜在应用价值的信息或模式,被广泛地应用于金融、市场营销、过程优化控制、电力系统等各个领域[2]。在数据挖掘的分类过程中所使用的一些方法有贝叶斯分类器[3],神经网络分类方法,K-最临近方法,遗传算法,模糊集合还有粗糙集等方法。他们都有各自的特点,将各个方法相融合,取长补短,有机高效得整合在一起是当前探索的一个热点。

在以往的研究中,采用粗糙集进行电力系统数据挖掘的方法尤为广泛[4],但当实时故障数据不完整或过于庞大时,单独使用粗糙集并不能得到正确的结论且耗时长。本文从粗糙集和朴素贝叶斯两种方法具有的优势互补性出发,针对电力系统故障数据中通常存在信息不完整或错误等问题,提出了一种基于粗糙集和朴素贝叶斯的数据挖掘方法,用基于互信息的属性约简算法提取出最小属性约简集,最后根据约简的决策表建立朴素贝叶斯模型,计算区域故障概率,得出诊断结果。

2 基本原理

2.1 粗糙集及属性信息约简

粗糙集理论的主要思想是在保持分类能力不变的前提下,通过知识约简,导出问题的决策或分类规则[5]。本文应用到粗糙集理论中的属性约简。主要目的是,在保持条件属性相对于决策属性的分类能力不变的条件下,删除其中不必要的或不重要的属性。因为约简得到的约简集要用于朴素贝叶斯分类,考虑到朴素贝叶斯的约束条件,本文采用基于互信息的属性约简算法,利用决策表条件属性和决策属性之间的互信息进行约简。

粗糙集把客观世界抽象为一个信息系统S=(U,A,V,f),其中U为对象的非空有限集,称为论域;A为属性的非空有限集,V为属性A的值域;f:U×A→V是信息函数,即∀a∈A,x∈U,f(x,a)∈Va。若A可由条件属性G(为了与贝叶斯分类中的类节点C区分,本文条件属性用G表示)和决策属性D表示,即A=G∩D,G∩D=φ,则称该知识表达系统为决策表。

根据信息论可以定义知识的熵与条件熵的概念:知识(属性集合)P的熵H(p)定义为:

知识(属性集合)Q(U IND(Q)={Y1,Y 2,L,Ym})相对于知识(属性集合)P(U IND(P)={X1,X2,L,Xm})的条件熵H(Q P)定义为:

其中:

则知识P、H之间的互信息可定义为:

式中p表示求概率。

基于互信息的属性约简算法具体步骤如下:

步骤1计算决策表T中条件属性G和决策属性D的互信息I(G,D)=H(D)-H(D|G)

步骤2计算G相对于D的核属性CORED(G);

步骤3令B=CORED(G),对条件属性集GB重复:

Ⅰ对GB中的每个属性p,计算条件互信息I(p,D|B);

Ⅱ选择使条件互信息I(p,D|B)最大的属性,记为p(若同时存在多个属性达到最大值,则从中选取一个与B的互信息最小的属性作为p);并且B=B∪{p};

Ⅲ若I(B,D)=I(G,D),则终止;否则,转Ⅰ;

步骤4最后得到的B就是G相对于D的一个相对约简。

2.2 朴素贝叶斯分类原理

朴素贝叶斯方法就是以概率密度函数为基础,描述分类系统中条件属性和分类属性之间的映射关系,相比于其它算法,具有出错率最小的特点。

朴素贝叶斯分类器假定属性变量间相互类条件独立,每个属性节点Xi只与类节点C相关联。令U={X1,X2,…,Xn,C}是离散随机变量的有限集,其中X1,X2,…,Xn是属性变量,类变量C的取值范围为{c1,c2,…,cm},хi是属性Xi的取值。假设给定一个故障样本X={x1,x2,…,xn},此样本属于故障类ck的概率由贝叶斯定理表示为:

式中P(ck)为类ck的先验概率,即根据以往的数据分析得到的类ck发生的概率;P(x1,x2,…,xn|ck)为类ck的后验概率,即得到某些信息后重新修正的类ck发生的概率,后验概率反映了样本数据对类ck的影响。

由于P(X)对于所有故障类均为常数,因此只需P(X|c k)P(c k)最大即可。其中先验概率可通过式(5)求得:

上式中k=1,2,…,m;N为训练样本总数;Nck为训练样本中故障区域类ck出现的样本个数。朴素贝叶斯算法假定各个属性x1,x2,…,xn之间互相独立,只与故障类C相关,则后验概率可由化简公式(6)求得:

其中概率P(x i|c k)可由训练样本计算,即

上式中:Nxcki为训练样本中故障区域类kc和条件属性值xi同时出现的样本个数;若Nxcki为0,则用式(8)计算:

通过以上公式可求得故障样本属于类变量C中某个故障类ci的概率P(ck|X),若属于某个故障类的此概率值最大,则该故障样本就属于此故障类。

3 基于粗糙集和朴素贝叶斯的电力系统数据挖掘

粗糙集理论的主要优势之一在于它不需要任何预备的或额外的有关数据信息,完全依据数据驱动进行知识发现。但其局限在于当把实时故障信息与规则库中的规则进行匹配得出诊断结果时,若故障信息不完备,诊断结果极易出错,且诊断耗时长。朴素贝叶斯可以利用概率理论处理故障信息与规则库(训练样本)之间的这种不确定性,同时当规则库较大时,概率的计算要比规则匹配搜索速度快。但是贝叶斯方法在使用过程中主要存在两个方面的限制:一是先验概率定义困难;二是条件属性的独立假设问题。本文提出结合粗糙集与朴素贝叶斯的汽机振动故障诊断方法。该方法通过粗糙集约简参与分类的属性个数,得到相互独立的核心属性,然后基于最小属性约简集进行朴素贝叶斯方法的分类知识挖掘,使贝叶斯方法可以适用于更大的范围。

算法流程如下图所示:

下面以电力系统参数值为例说明数据挖掘过程,其中条件属性与决策属性的定义如下所示:

条件属性C=a:电流,b:电压,c:绝缘程度,d:湿度,e:温度。决策属性D:故障状态。其中:

Va={0:过高,1:高,2:正常,3:低}。

Vb={0:过高,1:高,2:正常,3:低}。

Vc={0:低,1:中,2:高}。

Vd={0:一般,1:湿润,2:干燥}。

Ve={0:低,1:平均,2:高}。

VD={0:短路,1:虚短,2:断路,3:虚断,4:正常}。

根据上文定义的条件与决策属性,建立电力系统运行参数的诊断决策表,如表1所示。

对决策表采用本文介绍的属性约简算法进行约简,最终取得决策表的最小属性约简集{a,b,c},约简决策表如表2所示,其中{b,c}为决策表的核属性。

因为约简时选择的是互信息最小的条件属性,则约简后的属性是相互独立的,满足朴素贝叶斯算法的约束条件。对于预先设定的故障位置及引起此故障的故障信息,离散化为最小属性集的模式,利用朴素贝叶斯分类算法进行诊断,具体步骤如下:

1)利用式(5)计算各故障类的先验概率,利用式(7)(8)计算最小属性集中各条件属性的条件概率。

2)对于给定的实时故障信息X={x1,x2,…,xn},利用式(4)(6)计算其可能故障区域的概率。

3)将得到的可能故障区域的概率按大小排序。

4)取概率大小排在前三位且概率值超过规定阈值的故障区域ck作为最后的诊断结果输出。

4 测试结果

为了验证基于粗糙集与朴素贝叶斯算法进行汽机振动故障诊断的有效性,预先设定故障位置,并将给定的引起此故障的实时故障信息输入到编写的故障诊断程序中,将得到的结果与设定值进行比较,本文列出部分比较结果如表3所示。

表3中,样本1、2、5表示故障信息完整且准确时,可得到正确的诊断结果,故障位置的诊断概率接近于1;样本3、4、6、7表示故障信息丢失或出错的不是核属性时,可得到正确的诊断结果,故障位置的诊断概率较高;样本9表示故障信息核属性部分丢失或出错时,也能得到正确的诊断结果,故障位置概率也很高;样本10表示故障信息的核属性全部丢失时,仍能得到正确的诊断结果,故障位置诊断概率较高;也有些诊断概率最大的故障区域不是设定的故障区域,如样本8,但设定的故障区域都排在前三位以内。

与仅使用粗糙集进行故障诊断相比,本方法提高了系统在丢失核属性时的容错性;当粗糙集约简得到的规则库过于庞大时,通过匹配规则进行诊断推理,就需要多次搜寻规则库,则速度受到限制且得出的结论准确率不高,采用本方法可大大提高诊断速度,更好地满足诊断的实时性要求。

5 结束语

本文提出一种基于粗糙集和朴素贝叶斯的电力系统数据挖掘方法,结合了两种算法的优势,利用粗糙集约简冗余的属性,建立朴素贝叶斯模型提高诊断效率,对已知的电力系统运行参数的故障测试结果表明,该方法能在缺失关键信息的情况下得到较好结果,提高了系统诊断的容错性,且性能优于单独使用粗糙集的方法。

摘要：电力系统数据的海量与复杂性,决定了其数据具有多层次性,随机性,同时还存在故障信息不完整等特点。针对此问题,以往多采用粗糙集进行约简,并提取相关规则,而当关键信息丢失时,以往的方法并不能导出正确结论,且耗时长。本文提出一种将粗糙集理论与朴素贝叶斯相结合的数据挖掘方法,通过粗糙集求取最小属性约简集,并在此基础上利用朴素贝叶斯诊断出故障概率最大的区,最后针对具体的故障设定值对该方法进行了验证。算例结果表明,该方法能在故障信息不完整甚至丢失核属性的情况下得到较好的诊断结果,提高了系统的容错性。

关键词：电力系统,粗糙集,朴素贝叶斯,属性约简,故障概率,容错性

参考文献

[1]陈星莺,张晓花,翟峰等.数据挖掘在电力系统中的应用综述[J].电力科学与技术学报,2007,22(3):51-56

[2]何友全,肖建,黄碧霞等.用于铁道牵引供电系统故障诊断的数据仓库挖掘技术[J].计算机工程,2004,30(20):169-170

[3]邓维斌,黄蜀江,周玉敏.基于条件信息熵的自主式朴素贝叶斯分类算法[J].2007,27(4):888-891

[4]束洪春,孙向飞,司大军等.粗糙集理论在电力系统中的应用[J].电力系统自动化,2004,28(3):90-95

改进阅读教学方法 第10篇

学生只要有了兴趣,就有了学习的积极性和创造性,学习对他们来说就不是负担,而是执着地追求。从小培养兴趣,将使学生终身受益不尽。小学语文教材里,记叙文和文学作品占了大部分,这些课文写人、记事、绘景、状物,内容具体,形象生动。在学习课文时,教师要引导学生欣赏文章中精炼的语言,体会作者的思想感情,使他们对文章里生动的记叙和描写产生强烈的感受,在脑子里唤起相应的形象,在情感上引起共鸣。这时,他们就会被形象的画面所吸引,进入文章所描绘的境界;他们就越读越想读,越读越爱读,阅读当中得到乐趣。如:讲《海底世界》一课时,板书课题后,我先让同学们说一说,海底将是怎样的景象呢?同学们有的说,海底漆黑没有一点光亮;有的说,海底很静,没有声音。老师不急于纠正,启发学生从课文里得到正确认识。这样做的目的是激发学生的学习兴趣。他们会迫不及待地将课文读下去。

阅读教学当中教师导入新课这一环节也是十分重要的。如果一开头就生动鲜明、引人入胜,就可以激发学生的求知欲望,引起学习兴趣,从而调动学生学习的主动性和积极性。语文课本里有很多题目新颖且吸引人。所以在阅读教学中要十分尊重、爱护和善于发现学生学习的积极性,把启发和培养学生的学习兴趣当做提高阅读教学质量的重要一环来抓。

二、着力培养自学的能力

培养学生的自学能力,关键在于教师教学思想的转变,如果教师认为教学是以教师为中心,老师怎么讲,学生就怎么听,学生只要能把老师讲的知识记住就行,这样学生就会处于被动地位,学得死,知识面窄,更谈不上独立掌握知识的能力。实践告诉我们,学生要想真正学到知识,只有自己动脑、动手、动口,老师是代替不了的。老师的主导作用只是外因,只有用外因去激发学生的内因,让内因起作用,才能引起质的变化,一旦学习真正成了学生主观上的需要,那他们就会有强烈的求知欲望,成为学习的主人。当今是“知识爆炸”的时代,科学技术日新月异,知识总量迅速增长,但学生在校学习的时间是有限的,学生只有掌握了科学的学习方法,具备了较强的自学能力,将来才能独立地探究新的领域,索取新的知识。因此,在阅读教学中,既要改进教法,又要交给学生阅读的方法。如:《我爱故乡的杨梅》是一篇习作例文。习作例文担负着指导阅读和指导写作的双重任务。也就是说不但要求学生能在老师的辅导下读懂课文,而且要求学生掌握本课的写作方法,即抓住事物的本质和特点,按照其发展的先后顺序来说明事物。因此,在指导阅读后向学生布置一篇作文。《我赞美××》《我爱故乡的××》《我爱学校的××》等。《鹅》讲完后,要求学生观察一种小动物,启发学生用学到的抓住事物特点介绍小动物的方法,写出自己熟悉的小动物。这样做体现了读写结合、学以致用,对学生阅读能力和写作能力都有锻炼。

三、要渗透政治思想教育

我们小学教育的根本任务就是塑造一代新人,培养一代新人,去建设两个文明的新世界,这是当前极为重要的战略任务。阅读教材每一篇课文都有鲜明的思想性,就要指导学生学习这篇文章的字、词、句、篇,通过这些语言形式来理解其所表达的内容和思想,在语言文字的教学过程中进行思想教育。这就说明语言文字训练是语文教学的任务,思想品德教育也是语文教学的任务,二者都重要。还说明,进行思想品德教育不能孤立地进行,而要在语言文字教学中相机渗透,二者是有机结合、相辅相成的。当然,我们反对不顾思想内容的纯语言文字的教学,也反对脱离课文,架空的分析思想内容。总之,语文课的思想品德教育要从教材实际出发,要根据课文中固有的思想内容在阅读教学中进行。

四、树立教学的整体观念

语文教学是一个多因素的整体。就小学语文来说,是由识字、写字、听话和说话、阅读和作文诸因素构成的,诸因素之间又有各自的体系。通过科学的排列组合,纵横联系,构成语文学科的整体。有些教师在教学课文时忽视了课文的整体,一篇课文,只注意其中某些词句,或是只注意开头结尾,或者只偏重认识一些生字,或者只讲求思想教育……凡此种种,都是忽视了整体。在阅读教学中,一定要注意课文的整体观念。在接触任务一篇文章时,教师首先要了解这篇课文在本单元的地位、作用,重点读写训练项目是什么。

在教学过程中,就要将其训练重点贯穿始终。对于学生来讲,首先要让学生了解本课的内容大意,知道主要讲些什么,而后再一部分一部分地深入理解,最后再总起来阅读,体会得才会更深刻。另外深钻教材是树立整体观念的前提,钻研教材不仅要掌握每节课所教内容的训练重点,还要把握所教内容与前后知识的关系,从知识结构的整体出发,处理好今天与明天,上学年与本学年的知识内容上的关系,只要做到心中有数,就不会把课文分析得支离破碎,就会将传授知识与培养能力有机地结合起来,有目的地进行序列训练。只要胸中有全局,分段把好关,层层打好基础,处处围绕主线训练,就能促进学生语文能力的整体发展。

系统改进方法 第11篇

一地理信息系统专业课程教学特点

1交叉与综合兼容,涉及领域宽泛

地理信息系统专业既包含地理学、地图学等理论基础知识,又包括计算机编程、数据库建立、软件开发等计算机科学理论操作知识,集合了基础地理学、遥感科学、计算机科学、测绘学等理论与技术,既是交叉学科又是边缘学科,研究领域广泛,跨度较大。这大大增加了学生的学习难度,也对课程安排提出了较高的要求。在课程教学中,既要注重学生对基础知识的学习,又要适当安排中高级课程,合理安排课程先后顺序。例如地理学、地图学、计算机基础教程等是基础课程,夯实基础才能有利于学生更好地理解和掌握所学知识。在GIS课程教学中,既要考虑学生对学科基础知识的学习和应用,还要充分涉及各学科的最新动态和发展趋势,注意学生对基础的理解和应用以及实践操作能力,并运用所学知识解决实际问题。作为地理信息科学专业学生,对基础知识的掌握是基础,对计算机知识的应用是能力,还需要具有自主设计和开发能力,比如计算机编程语言,并利用掌握的计算机编程语言进行系统开发与研究。因此,地理信息科学专业不仅综合性强,涉及的学科知识较多,还需要具有自主学习意识,拓展知识面。

2理论与应用并重,实验与实践综合运用

地理信息系统专业牵涉学科广泛,因此也决定了其另一个特点,既注重理论知识教学,又要重视对学生实践能力的培养,强化实践教学,培养学生的应用能力和操作能力。地理信息系统专业课堂教学中不仅要讲授基本的理论知识,让学生掌握地理、地图、测绘、计算机基本理论,掌握计算机软件、空间数据分析等理论知识,还要熟练掌握相关软件的操作,将实验操作与实践实习结合起来,通过实验教学,由学生亲自动手操作学习并运用数据模型,通过社会实践进行GIS软件、测绘、遥感等方面的学习,通过实践辅助教学达到教学效果。

3基础与前沿结合,知识更新迅速

地理信息系统专业作为高等教育的一门学科,在国外已经发展了50多年,现在已经具备了完整的理论体系和科学的软件操作系统,地理信息技术已经成为了解自然、解决社会问题的重要手段,在规划建设、地图测绘、环境监测等领域得到了广泛利用。同时,随着地理信息技术在经济社会中的实践和信息技术的发展,GIS理论和技术的更新迅速,获得了快速发展。因此,在课堂教学中,要求教师不仅要掌握本课程基础知识,还要对理论与技术前沿具有深刻的了解,结合学科发展趋势和热点问题,丰富教学内容,拓宽学生专业视角,培养学生广阔的学术思路和专业敏感度。这有利于提高学生运用所学知识解决实际问题能力的提高。

二传统教学模式特点

地理信息系统专业跨度大,交叉性强。由于各学科有自身的特点,因此教学方法和教学模式有很大的不同。根据地理信息系统的实践应用领域,各学科教学目前存在不同的教学模式,但是基本上与现行教学模式类似。当前教学模式主要存在以下几个特点。

1在大学教学课堂上

当前最主要的上课方式还是以教师为主,虽然学生与教师同为教学参与主体,但是学生在课堂上参与度不高,教师在教学上也仍然主要以讲授为主。虽然随着信息技术的发展,教学手段有了多样化,但是多媒体只是教学的辅助手段,填鸭式教学的性质没有变。

2在教学内容安排上

由于地理信息系统专业交叉性强,教学内容总体繁杂,各学科只是都需要有所学习并掌握。因此,教师在课堂内容上往往安排紧簇,使得在知识跨度和深度上有失均衡,这就造成学生在学习过程中压力过大,对知识的掌握和理解有困难,容易丧失学习兴趣,教学效果大打折扣。当然,造成这种结果的原因与学科跨度大有关,但同时也与教师为主学生为辅的教学方式有很大关系,教师总认为尽可能地多讲就达到了教学目的,其实学生掌握知识了解知识才是目的。

3对学生实践操作能力方面的培养途径欠缺

地理信息系统专业比较抽象,同时数理性比较强,因此对学生的基础能力要求较高,特别是对空间想象力、逻辑能力和动手能力等方面需要同时具备。如果学生在某一个方面能力不足,那么会直接影响学生对空间数据、图标等的理解,并导致学生用专业知识表达的困难。因此,当前主流教学模式侧重对知识的讲授固然重要,同时也需要拓宽培养途径,注重对学生理论应用能力和实践操作能力的侧重培养,实际应用中的实践指导也同样重要,让学生学会思考问题解决问题也同样重要。

三对地理信息系统专业教学方法改革的建议

根据以上分析,在地理信息系统专业教学方法上,应该综合专业特点,借鉴其他专业创新性的教学模式,充分利用教学辅助手段和多样化教学方式,因此,建议从以下几个方面进行改进。

1教师转变教学理念,注重启发性和参与性教学

通常在实践教学中比较注重对学生的引导,通过学生的讨论分析指导学生在理解基本知识和概念的同时,进行真实的操作,在操作中掌握和理解基本的应用。但是在理论课堂教学中,教师往往忽视对学生的启发,也忽视学生的参与感对学习效果的影响。因此,教师应该转变教学理念,在理论课堂教学中借鉴这种教学方式。由于地理信息系统专业交叉性强,基础知识庞杂,单纯依靠教师讲授是不可能的,学生的接受能力也有限。鉴于启发式教学是在基本知识和内容中发现问题,并以问题为导向,在解决问题的过程中来掌握知识。因此,教师要有意识地降低自己在课堂教学中的角色,让学生参与课堂知识的讨论,通过讨论让学生了解知识的来龙去脉,让学生更好地掌握知识。同时在教师一步一步地启发下,让学生学会思考,在思考中学习知识、应用知识,用思维方式的改变来达到提高教学效果的目的,同时也教给学生如何解决问题。

2注重知识的综合学习,调整专业教学内容体系

从地理信息系统专业课程体系上来看,主要以地理学、地图学等基础学科为基础,通过对计算机软件的应用,形成不同应用方向的图层之间的相关关系,以准确表达地理因素与要解决问题之间的关系,从而解决问题。因此,地理信息系统专业基础知识是必须掌握的,不论是基本的地理信息分析还是地理信息软件设计等方面,这都是必须的理论与实践基础。因此,在教学内容体系中,所有知识的讲解都要围绕地理对象的地图形成为基础,从教学内容设计上也要以图层对象基础扩展。既要建立完整的地理信息系统理论知识体系,包括空间数据、遥感等理论及方法构成,也要包括对地理信息系统的实际应用,包括数据积累、数据分析及决策依据,软件分析结果输出等等。但是,鉴于本专业将来实际应用前景和学生就业方向来看,培养综合性地理信息科学通才固然重要,但是根据就业方向划分研究方向,加强专业人才教育也同样重要。在综合知识学习的基础上,对专业教学方向进行调整,教学内容主次分明。

3实践教学手段多样化,提高学生的实践操作能力

在实践教学中,对地理信息系统应用软件的教学往往遵循先理论后实践的方式,通常对软件进行理论讲解,然后再安排实践教学进行使用。由于地理信息系统软件功能强大,多种操作多种方法,在实践操作上学生往往模糊混淆,不同方法的功能命令等混合操作,这样学生即使参与了实践操作,但达不到掌握实践教学软件操作并解决实际问题的目的。因此在教学中可以通过建立不同的地理信息系统,让学生在解决问题中了解地理信息系统操作。比如建立一个简单的城市规划地理信息系统,系统从简单到复杂,操作也从简单到复杂,通过解决问题来完成各种命令和操作,让学生带着任务探索软件不同的操作来解决问题,并比较软件由于不同操作得出的不同结果,促使学生思考,教会学生自主查阅资料,改变学生思考问题和解决问题的方式,激发学生自主性学习和探索性学习的动力,从而既培养了学生的实践操作能力,快速掌握相关地理信息系统软件,也提高了学生的思维水平,提高了学生理论应用于实践、实践应用于解决工作和生活中问题的能力。

摘要：在社会经济与科学技术高速发展时期,对人才的需求越来越趋向高素质综合型人才。地理信息系统专业在高等教育改革大潮下,需要对人才培养方式进行改革,课程教学作为人才培养的重要方式,必须做出相应的改进创新。地理信息系统不仅要培养学生的理论知识,更要注重学生对系统软件的开发和应用,特别是利用地理信息系统解决实际问题的综合能力培养。因此,传统教学中以教师为主,单纯以课程教授和软件讲解操作的教学方法已经不适应当前社会对地理信息系统专业人才培养的需求,需要针对学生学习特点和专业要求进行教学方法改进,从教学内容、教学环节组织、教学方法选择和应用等方面进行研究,创新教学模式,从而提高教学效果,培养学生综合素质。

关键词：地理信息系统,教学改革,教学方法

参考文献