时间：2023-07-13 17:22:34
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇简述云计算的关键技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词： 云计算； 结构； 虚拟化； Web服务
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）12?0067?04
0 引 言
自计算机问世之日起，人们对计算机资源日益增长的需求促进了计算机技术的发展。20世纪中叶起，对于在科学计算、系统仿真等领域需要处理大规模、海量数据的问题，往往通过增加投入来提升计算机系统性能的解决方案，相应出现了分布式系统、并行计算等。在90年代互联网背景下，通过网络从外部获取计算能力、存储等资源已成为学术界和产业界所共识的解决途径，出现了网格计算技术。近年来在全球化浪潮下，随着计算机系统在工业设计、生产制造、商业物流等领域更进一步的应用，云计算成为当前信息技术领域的热点话题之一[1]，它体现了“网络即计算机”的思想，以便利、经济、高可扩展性等优势成为学术界、产业界和政府机构等各界关注的焦点，被认为是互联网经济后又一个重要的IT产业增长点，具有巨大的市场增长前景，IDC预测在2015年云计算产业规模将达到729亿美元[2]。
1 云计算简介
1.1 云计算的定义
从不同的应用角度出发，业界对云计算的定义有不同的认识，目前普遍接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）对云计算的定义[3]：云计算是一种模式，能以便利的、按需方式通过网络访问的可配置计算资源池（如网络、服务器、存储器、应用和服务），这些资源只需要极少的管理成本或干预，就可以快速部署与。
虽然用户都是通过终端使用计算机资源，但云计算通过更灵活的方式为用户提供服务，如云终端除计算机设备之外，也可以是PDA、智能手机等智能终端；整个网络虚拟为一个大型计算机，网络上的服务器、数据库、应用服务、仪器设备组成资源云；云终端与资源云的通信链路可以是计算机网络，也可以是移动数字通信链路。
私有云为特定组织内的用户提供服务，数据与程序都在组织内部管理。私有云可以大大提高系统的安全性，而且服务提供商可以更好地掌控基础设备的架构，但所能使用的用户也受到一定限制。
在混合部署模式中，用户往往是将关键数据或信息放置于私有云中，将非关键的服务外包给公共云服务提供商，放置在公共云上处理，这种方式是目前情况下较好的解决方案。
2 云计算的层次体系与特征
2.1 云计算的层次体系
2.2 云计算系统的特征
从作用角度看，云计算系统具有以下几个外部特征：
随时随地任何网络接入。即云终端设备不只局限于工作站、便携电脑等计算机终端，也可以是智能手机、手持设备等。只要用户设备可以连接网络都可以获得云计算服务。
随需定制自助服务。用户可以根据自身的需求获得云计算中的资源，且在服务定制过程不需要与服务提供商进行人工交互。
共享资源池。云计算系统中所有资源都被整合成一个动态资源池，以多租户模式提供给所有客户。客户一般不需要了解资源的物理位置，但需要时也可以指定特定资源。
快速弹性部署。云计算服务可以快速、弹性地提供服务，即可以快速扩展也可以快速释放，对于用户而言可以在任何时间购买任何数量的资源。
可监测与计量的服务。通过服务监测可以优化资源的使用，通过对资源使用情况的计量可以进行服务定价与收费。
3 云计算的关键技术及发展现状
3.1 虚拟化技术
“虚拟化”是IBM提出的应用于计算机领域的概念，其目的是通过虚拟机让更多的操作人员借助终端设备使用计算系统，以充分利用相对昂贵的硬件资源，在实际发展过程中虚拟化技术有很多种定义。虚拟化技术使得共享底层结构下的分布式虚拟环境成为可能。目前，虚拟化技术实现了资源的逻辑抽象和统一表示，是实现云计算的关键。虚拟化技术不仅消除了大规模异构服务器的差异化，而且借助虚拟化技术的伸缩性和灵活性，可大大降低云计算系统管理的复杂度，提高资源利用率，从而有效地控制成本，提高运营效率。IBM采用“蓝云”计算平台硬件级别虚拟化和开源软件虚拟化两个级别的虚拟化[5]。
目前虚拟化技术的研究主要是针对小规模少量请求服务系统展开，结合SOA服务和大规模并发服务情况的研究还需要加强，同时虚拟化技术也会相应地引入一系列安全性问题。
3.2 面向服务的体系结构
SOA是为了解决信孤岛和遗留系统问题，满足Internet环境下业务集成的需求，通过连接能完成特定任务的独立功能实体的软件系统架构[6]。对于SOA与云计算是竞争还是互补融合的关系，业界也有不同的看法，但从本质上看，SOA和云计算都是围绕服务而展开，只是二者对于服务的定义及范畴有所不同。SOA将应用程序的不同功能单元通过定义良好的接口联系起来。接口采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样系统中的服务可以以统一和通用的方式进行交互，云计算服务的快速弹性部署离不开SOA的支撑。
但目前SOA的服务基本是以软件领域为主，将所提供的服务进行包装、组合，按一定流程运转产生新的功能。而云计算认为所有的资源都是服务，除软件服务之外，还有硬件、平台服务等，SOA还需要更好地结合到云计算的应用模式中。
3.3 数据存储和管理技术
云计算中的数据具有海量、异构、非确定性等特征[7]，同时云计算系统往往需要同时满足大批量用户的服务需求。因此，云计算系统需要采用有效的数据管理系统对海量数据进行分析和处理，其数据存储系统必须具有高吞吐率、高传输率、高可扩展性、高可靠性等特点。同时还需要考虑数据快速定位、数据安全性以及底层存储设备的存储量均衡等。
目前云计算的数据存储和管理技术主要有Google的GFS（Google File System）[8]，Amazon的Dynamo[9]，HDFS（Hadoop Distributed File System）[10]和BigTable[11]。包括Intel，Yahoo等大部分IT厂商的云计划项目中都采用HDFS数据存储技术。
以上这些技术从数据组织、数据集成、数据管理、数据的分布式并行处理、数据分析等方面进行了研究，但随着新的应用场景不断出现，使得云计算系统的数据管理和存储方面不断面临新的挑战。
3.4 编程模型
为了实现服务的快速弹性部署，云计算平台上的编程模型必须简单，以保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。目前云计算系统流行的编程模式有MapReduce[12] ，Dryad等。MapReduce的思想是通过“Map”函数将任务进行分解并分配，通过“Reduce”函数将结果归约汇总输出。Hadoop是MapReduce的开源实现，目前已得到Yahoo，Facebook和IBM等公司的支持。Dryad是Microsoft于2010年底的分布式并行处理编程系统。它将一个应用程序表示成一个有向无环图（GAG），顶点表示计算，顶点之间的边表示用来传输数据的通道，可以采用文件、共享内存的FIFO或TCP管道等传输机制。Dryad可以使开发人员在Windows或.NET平台上编写大规模的并行应用程序，也可将单机上完成的程序移植到并行计算系统上。
4 云计算面临的问题
云计算作为新兴的计算模型正方兴未艾，但云计算并不是对现有技术的简单重组，要真正实现NIST所定义的云计算系统还需要解决诸多问题。
首先是云计算的内涵问题。SaaS，PaaS，IaaS等3个层次的划分只是对云计算的初步认识，云计算的内涵组成和外延发展等还存在多种解读，给云计算的具体实现和未来发展带来不确定性。
在云计算系统的管理方面，必须考虑云系统之间的互操作性，为实现云系统之间的自动交互，必须能够提供跨云的管理策略。
安全性是云计算系统面临的另一重要问题。用户存储在云中的数据安全和隐私问题必须得到保证，虚拟化虽然可以使云计算更易于管理，但也使得系统的安全问题变得更为复杂。另外，服务质量（QoS）是云计算绕不开的另一问题，如大量远程用户使用数据密集型或交互式服务时服务延迟，服务失效时的重新部署或动态迁移等，只有QoS得到保证，云计算才存在需求和发展空间。服务定价机制也是云计算系统面临的另一个挑战，也是云计算系统实现商业化的前提，合理的定价机制才可以促使用户合理地使用资源，提高系统的利用率。
5 结 语
云计算具有广阔的应用空间和发展前景，相关的各项关键技术也在迅速发展中。本文介绍了云计算的概念，分析了层次体系，对实现云计算的关键技术进行阐述，对主流技术的特点进行分析。但云计算在系统安全性、服务质量、定价机制等方面还存在诸多问题，需要进一步深入研究。
参考文献
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[12] DEAN J， CHEMAWAT S. MapReduce： simplied data processing on large cluster [C]// Proceedings of the 6th Symposium on Operation System Design and Implementation. New York： ACM Press， 2004： 137?150.
[13] 李瑛，胡新炜.云计算关键技术分析研究[J].现代电子技术，2011，34（14）：65?67.
关键词：云服务 军事信息系统
现代战争是信息化条件下的高技术战争，信息化条件下作战是基于信息系统的体系作战。因此，构建能够支撑体系作战的信息系统成为军队信息化建设的一项关键性课题。
2007年，云计算开始兴起，在经历了2008年金融危机洗礼之后，发展更为迅速。Amazon、Dell、Sun、IBM、Google、Yahoo和Microsoft等公司纷纷宣布了自己的云计算计划，并将其视为推动下一场技术革命的关键技术。虽然各大互联网公司、IT公司的发展战略，以及电信产业的转型仍有待实践检验，但这种主动求变以适应新形势的思想是积极的。他们高度重视发展云计算，推动云服务的做法值得我们探讨，值得军队从中获得启迪与借鉴。
一、云服务简述
云计算是在分布式处理、并行计算和网格计算的基础上发展起来的一种新型计算，它作为下一代计算平台的核心技术，能够实现动态资源池，虚拟化和高可用性，它以用户为中心，提供了可靠安全的数据存储、方便快捷的互联网服务和强大高效的计算能力。云服务是基于网络、通过云计算提供的公共服务。它是一种服务方式的创新，它构建了统一的底层IT基础，将原本分散在各企业私有的IT资源整合为服务，由云服务提供者通过网络提供给各个企业来共享使用。
从目前云服务模式的发展情况来看，云服务大致可以分为三类：基础设施云服务（IaaS）、平台云服务（PaaS）和软件云服务（SaaS）。
基础设施云服务（IaaS）。服务提供商把最基本的IT资源（如计算资源、存储资源、I/O设备、内存、网络资源等）打包成类似于公共设施的可计量的服务，向用户提供底层的、接近于直接操作硬件资源的服务接口。用户可以通过调用这些接口，灵活地使用这些存储和计算能力。
平台云服务（PaaS）。服务提供商把开发、部署环境作为服务，为用户提供开放的API（应用程序编程接口）或开发平台。通常包括数据库、中间件、开发工具等。用户可以在服务提供商的基础构架上创建并部署运行自己的应用软件，并通过网络传输给第三方用户使用。使用平台云服务进行应用软件的开发和部署必须遵守该平台特定的规则和限制，如编程语言、框架、数据存储模型等。
软件云服务（SaaS）。软件云服务包括工具型和管理型。工具型SaaS主要面向个人或组织，但不需要建立专门数据库，主要提供类似在线翻译、在线杀毒、在线教育（在线训练）、网络搜索、在线办公软件服务等。管理型SaaS主要面向个人或组织，与经营管理相关并需要建立专门数据库，主要提供类似企业资源规划（ERP）、客户关系管理（CRM）、人力资源管理、投资理财和文字处理等服务。
在云服务出现以前，企业或部门通常立足自身，建立专有IT资源，建设成本高昂，不能灵活部署，信息共享性差，资源利用率低下。而云服务可以提高企业IT资源的利用率，满足IT对安全性、可靠性方面的要求，并且能够实现对各种IT资源进行动态管理和灵活配置。
二、构筑云服务平台，推动军队信息化建设
（一）搭建作为信息系统基础的云服务平台
通过提供基础设施云服务，军兵种和部门可以获取诸如计算资源、存储资源、网络资源等最基本的IT资源，能够以最低的成本便捷地使用这些资源，而把资金和精力投入到他们所擅长的信息应用系统的开发维护上。统一的平台云服务，向其他军兵种和部门提供具有一定灵活性的统一开发、部署环境。由于使用平台云服务进行应用软件的开发和部署必须遵守该平台特定的规则和限制（如编程语言、框架、数据存储模型等），这种软件开发方式有利于标准的制定与推广，有利于解决不同软件之间难以互联互通互操作的难题。
通过提供软件云服务，能够有效组织军队内部软件资源、在线服务资源的管理和使用。具体做法：对进入军网的各种软件（含各种插件、补丁、应用程序）进行严格准入审查；提供权威资源下载地址；推广使用国产软件；加强管理，严格控制未经审查的软件在军网上运行传播。推广使用军网在线服务，避免军队信息的外泄。
（二）各军兵种、部门在平台基础上各自研制相应的信息系统
各军兵种、部门开发的专用信息系统属于各自专业领域，同时也属于各自的职责利益范围。只在底层通信实现、共享数据格式，对外接口上进行统一规范，由各方自行开发或合作开发包括指挥信息系统、信息作战系统、政治工作信息系统，以及其他保障信息系统在内的各种信息系统。这就分清了各方的"责"与"权"，有利于充分调动各方信息化建设的积极性，激发创造力。
（三）整合各种信息资源，为各级机构、指战员提供一站式接口
最后，将各种信息系统与用户联结起来，成为沟通海量信息和巨大用户群体之间的桥梁。用户面对网络上巨量的信息不会感到无从下手，他只需通过类似于互联网门户的一站式接口，根据需要及权限迅速定制、获取到所需的服务。服务提供者负责审核、开放用户权限并提供相应服务，不再需要亲自为用户的每一种服务建立一条独立链接，而是提供从服务提供者到用户的最可靠，最便捷，可重用的路径，因此开通、变更或取消一项服务就变得更灵活。
三、结束语。这种基于云服务的军事信息系统使得信息生产过程更加有序、更加高效。各种信息能够在系统内无障碍地有序流动，并将大大降低系统运维的成本，提高系统管理的效率。这种整体功能大于部分之和是系统的整体涌现性所决定的。
参考文献：
[1]Michael Miller 著.姜进磊,孙瑞志,向勇,史美林译. 云计算. 北京:机械工业出版社,2009
关键词：智能化技术；机械工程；应用
目前我国正处于转变经济发展方式、调整产业结构的关键时期，国内机械工程领域的各大企业对智能化技术的应用十分重视，通过科学合理地将智能化技术与机械工程相结合，不仅提高了企业的生产效率也提高了产品的质量。
1简述智能化机械工程及其特点
（1）随着计算机技术的不断发展，智能化技术在我国各行各业中等到了十分广泛的应用，所涉及到的领域包括工业、农业、教育、医疗、军事、金融等。机械智能化是未来我国工业的一个发展趋势，机械自动化是机械智能化的来源，二者并不自替代与被替代的关系，机械智能化是机械自动化技术与智能化技术相结合的产物。智能化机械设备的运用大大提高了生产效率和产品质量，对于工作企业的健康发展来说意义重大。（2）机械工程智能化与机械工程自动化。我国目前已经成为世界级的工业大国，但并不是工业强国，大而不强主要表现在技术水平比较落后，无论是在机械自动化领域还是在机械智能化领域都与文章发达国家有着十分巨大的差距。机械工程自动化是指在机械生产过程中依赖于自动化设备进行生产或所生产出和产品具有一定的自动化特征。机械自动化可以有效提高特定产品的生产效率和产品质量。然而，确存在着生产方式一定成形就很难改变，无法满足现代消费市场多样化的需求，而且机械自动化技术仍然无法摆脱对人工劳动的依赖，这种依赖主要体现在生产计划方面、产品推广方面以及设备控制方面。智能化机械工作技术克服了以上缺点，将自动化技术与智能化技术相结合，不仅降低了一线劳动人员数量，也大大降低了人工作业的工作强度。智能化操作系统可以对机械运行作业过程中生成的相关数据进行收集和处理，计算机根据计算得出的结合来灵活地指导机械设备下一步的动作，大大提高的机械设备生产的灵活性，在保证生产效率的同时也实现的产品种类的多样化生产。通过软件、硬件、机械、人工相互集成与交流可以进一步提高机械设备的智能性与高效性，对于一定范围内的修改化服务需要也可以就会自如，使得机械设备不再只是冷冰冰的工厂流水线，而是可以更大程度上服从人的命令，接受人的改造的智能化机械设备。（3）智能化机械工作中的特点。智能化机械工程具有四流集成、四流交汇、高效率、高品质等优点。智能化系统是智能化机械工作中的核心，它可以对机械作用进行现场操作，根据实际情况来调整设备运行方式，提高产品良品率。
2智能化技术的应用
（1）机械工程生产设备智能化。自动化技术在机械工程领域应用的最为广泛，以往的工业企业都是以流水线的形式来对机械设备进行设计与组合的，这种流水线生产方式与传统的手工作坊相比有着十分巨大的效率优势和质量优势。然而随着我国科技水平的提高，城市居民对消费产品的要求越来越高，工厂流水线生产出来的严重同质化的产品逐渐受到了市场的冷漠。尤其是我国消费者对科技类产品的消费快速增长，流水线机械列阵生产出来的产品几乎没有多大程度的科技含量。在这种市场需求背景下，我国工业企业开始利用计算机技术、软件工程技术以及无线通信技术等手段来增加自动化生产设备的灵活性，利用软件操作和数据指导的方式来对机械设备进行调整，从而代替了大量的人工劳动，降低了企业成本，更重要的是其生产过程中的精确性得到了质的提高。另外智能化机械设备还大大提高了工业生产过程的安全性和稳定性，降低了生产事故发生的可能性，当机械设备出现故障时，智能化操作系统可以第一时间发出警报，同时准确显示故障发生的位置以及发生故障的具体原因，帮助维修人员对机械设备进行维修，最大程度上减少因意外生产事故造成的损失。（2）机械工程生产管理智能化。智能化技术为企业生产带来的使得还不仅仅体现在机械操作方面，还体现在企业管理方面，管理工作向来是市场经济环境下所有企业的基础性工作，管理对企业的重要性丝毫不亚于技术，良好的企业管理工作可以大大提高企业的生产效率以及市场竞争力。
3智能化技术在机械工程中的具体应用
（1）履带式凿岩台车。隧道施工中需要经常用到履带式凿岩车，作为一门专业性极强的重要施工机械，结合智能化技术，可以实现对冲击次数、回转速度以及钻进速度的智能化控制，还可以依照岩石的质地来自动测量钻入的深度的转矩。（2）自卸车。自卸车是一种无人驾驶的机械工具，在矿山开采方面得到了广泛的使用。利用推测航法来指导运行方向，利用反射板和激光传感器来对误差进行控制。结合GPS技术来为处于运行状态的自卸车进行现场控制。（3）轮式装载机。智能化技术与装载机相结合可以形成V字形自控移动、自动铲控系统、以及防侧滑系统。结合轮式装载机铰接转身方式的特点，采用特殊的控制模式。（4）旋转式扫雪机。为了降低人工作业的劳动强度，提高路面除雪的工作效率。传统的路面除雪方式利用车载传感器对路面进行检测，对道路上事先设置的标记进行识别，对车辆运行路线进行引导。而经过智能化技术改造之后的旋转式扫雪机已经实现利用GISDUI/GPS来对车辆进行定位并控制其运行方向。（5）自动化盾构。利用PLC单片机结合控制杆相结合，对盾构的切割轮进行自动化控制，现实盾构作业控制的自动化。（6）挖掘机。利用车载计算机可对铲斗的位置进行定位+使铲斗沿预定的作业轨迹动作，并对铲斗的挖掘阻力进行分析，对发动机功率进行调节。（7）钢索式挖掘机。由于铲斗由钢丝吊控，所以当吊臂回转时铲斗的摆动控制是自动化的关键。可利用视觉传感器来检测铲斗的摆动，通过改变吊臂的移动速度来控制铲斗的摆动。
4对控制系统的自动化建设
机械智能化运行效率的关键在于控制系统的智能化程度，一个好的智能化控制系统可以大大降低机械设备运行过程的开支，提高机械设备创造经济效益的能力，提高机械工程企业的盈利能力。在优化资源配置方面，引入智能化系统，利用智能化系统对机械运行的相关数据进行收集，不仅大大提高了研究机械与改造机械的工作效率，也大大提高了企业对重要机械的了解程度，进一步加强技术人员对机械设备的控制能力，节约人力资源的同时也提高了机械工程企业的经济效益。
5结束语
随着我国经济的快速发展，市场经济的日益完善，企业在自由市场的生存压力日益增加，这就需要国内企业充分利用科学技术来实现产品的差异化，在自动擅长的专业领域来谋求生存，这就离不开智能技化技术的辅助。不仅要在机械设备运行方面实现智能化，也要在企业管理方面实现智能化，提高企业整体的运行效率。
参考文献
[1]张立莲，刘传新.简述智能化技术在电气机械工程中的应用[J].科技创新导报，2015，01（11）：12-13.
[2]马铸，李锁云，张文明，等.机群智能化工程机械体系结构和关键技术[J].农业机械学报，2003，09（25）：4-5.
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关键词：数字矿山
中图分类号：TD67 文献标识码：A
在信息技术飞速发展的21世纪，矿山信息化的建设也在不断加速，为实现矿山生产过程的可视、可控、可调和高效率、高安全，数字矿山应运而生。
1 数字矿山概述
1.1 数字矿山定义
数字矿山是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个“硅质矿山”，是数字矿区和数字中国的一个重要组成部分。数字矿山的核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。数字矿山的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。
1.2 数字矿山建设意义
数字矿山的建成将解决矿山建设施工中组织管理难度大的问题。随着建设工程的进行，矿山采矿、选矿、机电、采暖、通讯、地面土建、管道输送等工程将全面展开。从井下到地面，从地面到高空，将出现多水平立体交叉作业和多工种多工序平行交叉作业，加上地质条件复杂，施工中难以预测的不利因素随时可能出现等，组织管理的难度非常巨大。数字矿山可将矿山建设、生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理，使矿山企业建设和生产呈现安全、高效、低耗的局面。
2 数字矿山建设的主要内容
数字矿山系统是一个复杂的、动态的、开放的巨大系统，各个部分之间相互影响、相互制约。矿山系统主要包括以下几方面的内容：
（1）基础网络平台。基础网络平台通过覆盖矿山井上井下的高速网络将以及矿山传感网将矿山环境、设备及人员实时联接起来，并传输到计算机、互联网实现信息的采集、传输、存储、分析、决策、控制、和查询，不仅保证信息的互联互通，更保证了信息的可靠性、安全性和及时性。
（2）数据仓库。数据仓库是实现“数字矿山”的根基。主要用于实时采集和更新矿井建设期和生产期的地理信息、进尺、水文、人员位置、设备状态等基础数据信息，并通过数字建模实现整个建设过程的可视化。
（3）四维地理信息系统与可视化集成平台。以数据仓库为基础，基于统一的空间和时间四维坐标将矿山中所有信息可视化并配置完整的属性信息，建成完整的四维时态地理信息系统，实现地上地下所有对象的透明管理和虚拟现实系统仿真。实现矿井开拓设计对比，实现矿山机械、总图运输、通风系统、给排水系统的模拟运转，实现建设过程的控制与调度等，还可以对矿工进行虚拟的井下条件培训，提高他们的安全意识和工作效率。
（4）矿山安全生产监控与预警、救援系统。按照国家对矿山企业安全避险六大系统的建设要求，必须建立矿山监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和矿井通信联络系统 。建成后可以实现矿山的井上和井下的语音通讯、人员、设备跟踪定位、井下关键设备的远程监控、井下关键位置的图像视频监测监控、以及各种环境参数的监测监控等。在此基础上实现统一生产指挥调度。
（5）矿山ERP系统。要实现真正的“数字矿山”，建立一套完整的、符合采矿行业的矿山资源优化（ERP）系统是很有必要的。矿山资源优化（ERP）系统主要包括人力资源系统、项目管理系统（包括项目前期、进度管理、投资成本、招标管理、文档管理、系统管理等）和办公OA系统等。
3 基建期数字矿山建设优势
数字矿山的建设是一个渐进的过程，是一项复杂的系统工程。作为基建矿山，存在很多建设优势：
（1）国内外已有不少成功案例可以借鉴。尽管各个矿山的地质环境、采选设计不同，但是服务于数字矿山建设的技术、软件、平台是统一的，计算机软件系统、无线通讯技术、传感器网络技术、生产管理与控制系统等都已比较成熟，基建矿山可以借鉴成型矿山的建设经验，少走弯路，实现建设优化。
（2）基础数据循序渐进录入。作为数字矿山根基的基础数据录入工作量是相当繁重的，而基建矿山数据从零开始，基建数据实时录入，大大减少了录入工作量，保证了数据准确性。
（3）基建期数字矿山的建成为日后安全高效开采作业打下坚实的基础。矿山实体与基建期数字矿山将同步建成，决策者可以根据已有数字矿山迅速准确地掌握动态业务中的一切信息，以做出有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，从而使企业能够适应瞬息万变的市场经济竞争环境，求得最大的经济效益。
结语
数字矿山的建设是一个长期的过程，从科学概念到具体实施的关键在于人，我们要转变观念，充分利用现有技术，提高矿山各项管理水平。矿产资源正面临资源短缺、供应乏力的严峻形势，数字矿山的建成将实现矿区资源的高效、安全、绿色开发开采，以确保中国矿业可持续发展。
参考文献
[1]赵力强.浅谈煤矿企业信息化及数字矿山建设[J]. 机械工程与自动化.
[2]吴立新，汪云甲.三论数字矿山-借力物联网保障，矿山安全与智能采矿[J] .煤炭学报.
[3]张馨方，黄敏儿. 数字矿山建设及其现状简介[J].科技向导.
关键词：数据交换；水利信息化建设；黄河
信息化系统是业务功能和数据的有机结合。在信息化系统建设过程中，数据交换技术在丰富数据方面发挥着重要作用。
1数据交换技术类型目前，信息化系统建设中涉及的数据交换技术主要有4类。
1.1基于底层数据库的数据交换技术
无论是甲骨文公司的Oracle还是微软公司的SQLServer数据库，都有类似存储过程或者触发器的应用功能［1］，该功能是通过PL/SQL语法获取需要数据交换的表对象，并进行相关表的字段匹配，然后用SQL语言编程封装成数据库程序包，根据触发条件或者定时条件进行数据的交换。这种数据交换技术在业务流程较简单的信息化系统中应用较多，优点是相对经济，能满足一般的数据交换业务需求；缺点是对数据库系统的资源消耗较大，只适合规模不大的数据交换业务，并且数据交换双方的数据库系统需要保持一致，否则异构数据库之间很容易出现兼容性问题。
1.2基于Web应用开发的数据交换技术
基于Web应用开发的数据交换技术主要运用具有跨平台特性的Java语言，通过配置JDBC驱动访问数据库，在Java程序中完成数据的匹配、抽取、转换及传输等工作，再配置定时触发条件实现数据的交换功能［2］。这种数据交换技术一般适用于业务规模较大的信息化系统。优点是可以设计出相对复杂的数据交换技术架构，能够对需要交换的数据进行字符及语义转换，并通过使用标准PL/SQL语句在异构数据库之间完成数据交换；缺点是数据交换的业务需求相对复杂，不同数据库之间需要做大量的匹配，实现难度较高，需要大量的开发人员。
1.3基于开源数据交换软件的数据交换技术
基于开源的数据交换软件，目前主要是类似Kettle的ETL工具［3］，它是基于Java的免费开源软件，可以在Win⁃dows、Linux及Unix上运行，面向当前主流的各类数据库，并且具备数据转换、定时作业等功能。它具备友好的图形开发界面，可通过简单的图形化操作完成数据交换功能配置。当配置生效后，软件会在后台自动转译成相关代码并定时执行，从而实现数据的交换功能［4］。这种数据交换技术适用于中小规模且对编程依赖性较弱的信息化系统。它的优点非常明显，以图形设计界面进行数据交换配置，可节省大量的开发工作量，而且编程能力较弱的技术人员也能很快上手；缺点是有些特定的数据交换功能无法实现。
1.4基于商业ETL软件的数据交换技术
这类软件在实现原理上和开源免费的数据交换软件类似，也是将所需交换的数据从数据源进行抽取、转换并加载到目标端，适合对数据交换的时效性和稳定性要求都比较高的信息化系统。优点是这类软件是商业化的数据交换软件，背后的技术支撑能力强，软件稳定性高，所支持的数据库种类比较全面，并且可以根据客户的特殊需求进行定制开发；缺点是有特殊需求的应用系统需要投入较多的人力资源，所需费用也较高。
2黄河水利信息化建设的发展
2001年，黄河水利委员会（简称黄委会）提出了《“数字黄河”工程规划》，它是中国水利部批复的第一个流域水利信息化规划。“数字黄河”是借助数据采集、数据传输及数据交换等手段，将黄河流域及其相关地区的各种要素进行汇集，构建一体化的数字集成平台和虚拟环境。以功能强大的系统软件和数字模型对黄河治理、开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持。经过5年的建设，到2006年，基本建成以防汛减灾、水量调度、水资源保护、水土保持、工程建设与管理、电子政务六大系统为主的“数字黄河”框架。基础设施也初具规模，基本建成国家水文数据库和黄河基本河情、实时水雨情、黄河下游工情险情、黄河水土保持、水量调度、防洪工程等数据库。在“数字黄河”的整体框架下，黄委会建成全国水利行业最大的防汛通信专网，黄河下游防汛SDH数字微波通信干线总长达681km，支线总长达940km。组成的四级通信网络，将黄委会与省局、市局、县局直至堤防、涵闸贯穿起来，实现语音、数据、图像等综合业务信息传输的全覆盖。依托防汛通信专网，黄委会建设全国水利行业最大的计算机广域网，形成由黄河水利委员会网络管理中心、各委直属单位、市局和县局组成的四级广域网络。黄河防汛通信专网和计算机广域网的建立为数据的采集、传输、交换、汇集提供高速稳定的信息通道。2004年6月，黄委会建设全国水利行业第一个“数据中心”——黄河数据中心，经过近些年不断的技术更新和架构升级，现在已形成以云计算为基础设施架构的黄河云数据中心。同时，该数据中心也是水利部的北方灾备中心。黄河数据中心的建设为数据的安全存储提供基本保障。随着“数字黄河”工程建设的不断深入，按照“大平台、大数据、大系统”的总体要求，2019年，黄委会建立以应用为核心的信息资源整合共享框架，得到水利部和业界专家的高度评价。黄委信息资源整合共享框架如图1所示。信息资源整合共享框架搭建以应用为牵引、统一的地理信息公共服务平台，聚集和展示海量信息，为管理提供多视角、一站式的地理信息服务；实现基础地理、遥感、水利工程、水资源、水文气象和流域经济等10余大类重要数据资源的统一集中存储管理；紧紧围绕治黄业务，建设上下联动、左右联通的综合信息门户系统，实现防汛抗旱、水资源管理、水量调度、工程建设与管理、水土保持和政务系统的单点登录及多类信息的聚合展现。信息资源整合共享框架通过数据交换技术，对各类治黄业务数据源进行抽取整合，形成较丰富的治黄数据资源体系。
3数据交换技术在水资源项目中的应用
在黄河水利信息化的建设过程中，国家水资源监控能力建设项目所采用的数据交换技术非常典型。国家水资源监控能力建设项目对全国的取用水及取用水在线监测点实现监测总用水量50%的建设目标；对国家重要饮用水地表水水源地水质实现在线监测全覆盖；对重要省际河流省界断面实现水量在线监测。通过两期项目建设，水资源监控能力显著加强，提高了数据的真实性、完备性和有效性；水资源管理信息化水平大幅提升，提高了业务的统一性、规范性和时效性；水资源管理支撑有效增强，提高了水资源决策的综合性、科学性和合理性［5］。在国家水资源监控能力建设项目实施过程中，黄委会采用的数据交换技术主要有基于底层数据库的数据交换技术、基于Web应用开发的数据交换技术及基于商业ETL数据交换软件的数据交换技术。对于同一类型数据库范围内的数据交换，通过采用基于底层数据库的数据交换技术，将各业务系统的数据表直接进行匹配，将数据交换算法通过数据库的存储过程实现并进行封装，再配置定时执行作业，从而实现数据的交换功能。由于不存在异构数据库的兼容性问题，采用这种数据交换技术不仅匹配度很高，执行效率也很高。对于跨单位跨地域的数据交换，主要是通过基于Web应用开发的数据交换技术来实现。在模块化Web应用基础上，通过分析不同管理层级单位的需求进行定制性开发，满足不同管理层级单位之间的数据交换业务需求。比如，黄委到水利部之间、黄委到流域省区单位之间，这种纵向管理层级间和横向业务协同间的数据交换需求多样，数据库类型较多，而且对关键字段匹配的要求较高。这种基于Web应用开发的数据交换技术很好地解决了跨单位跨地域之间进行数据交换的复杂问题。对于内部单位间的数据交换，主要是基于商业ETL数据交换软件，按照明确的数据交换需求，设计出符合业务流程的数据交换模型，并使用图形化的界面进行配置，从而完成数据交换功能。商业ETL软件可解决内部单位的开发能力参差不齐且数据交换任务要求紧急的问题。黄河水资源数据交换流程框架如图2所示。
4结语
数据正在成为现代社会提高核心竞争力的关键因素，各行各业的决策正在从“业务驱动”向“数据驱动”转变。随着“智慧水利”规划的提出，云计算、大数据、物联网、人工智能、虚拟现实等新技术在治黄领域逐步应用，对数据交换技术提出了新的要求。超大规模分布式存储、弹性计算、边缘计算及大数据等技术创新都将促进数据交换技术更快地升级迭代，未来要时刻关注数据交换技术的新发展及新动态，为实现更高的水利信息化建设目标而努力。
参考文献：
［1］何明.OraclePL/SQL从入门到精通［M］.北京：中国水利水电出版社，2017：346-381.
［2］马晓轩.Web服务与数据交换关键技术研究［M］.北京：中国环境出版社，2017：54-69.
［3］王雪迎.Kettle构建HadoopETL系统实践［M］.北京：清华大学出版社，2021：10-30.
［4］戴剑伟.跨领域信息交换方法与技术［M］.北京：电子工业出版社，2020：112-127.
一、移动通信网与物联网简述
随着移动通信技术的迅速发展，其用户群体不断增长，移动通信不仅实现清晰的话音功能，加之方便人们携带，其方便的网络化功能也受到用户的喜爱，正成为人们生活和工作不可缺少的一部分。随着移动通信网网络化的发展，移动网络带宽的增加，不仅可以为物联网应用提供的网络支撑更强大，也使得物联网普及的广度和深度拓展到一个新的层面，更好的促进了物联网运用和发展。可以说移动通信网已经成为物联网技术应用的重要伙伴，其不受时间、空间的限制，可以更好的为用户提供个性化的服务。
物联网做为一个新兴网络化技术，其主要是通过相关的信息传输设备，如射频识别（RFID），激光扫描器、红外感应器等组成信息化全球定位系统，通过自身传感设备按一定的协议和标准，实现物品与互联网的互联互通。从而达到通过信息通信，实现双向或多向的信息交换，达到对物品的智慧化识别、管理、跟踪、定位、监控的功能。随着物联网技术的不喾⒄梗其应用也会更加丰富。如现在已经实现的将感应器嵌入和装备嵌入到铁路系统、供水系统、大型建筑、电网、隧道、桥梁、公路、油气管线、大坝等重要设施中，通过物联网与互联网的整合，可以更方便的对相关数据进行采集，对其设施的操作实现远程化、智能化的。
而作为物联网服务实现的重要载体之一，移动通信网与物联网的融合就显得至关重要，也是移动通信应用面临前所未有发展机遇。在未来一段时期，随着我国社会信息化的全面推进，也必将给移动通信提供更加广阔的空间。同时，我们也看到了移动通信网络已经渗透社会生活的各个领域，随着通信技术的不断发展和网络的演进，基于物联网的新型移动通信网络应用将应运而生，将移动通信网与物联网的相互融合，我们将逐步迈进一个网络和应用智能化的移动物联网信息社会。
二、物联网的重要组成
物联网的核心和基础仍是互联网，作为互联网的延伸，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网主要通过智能感知、识别技术与普适计算等先进技术，广泛应用于网络的融合中。物联网主要由五大部分组成：
（一）信息的获取部分
信息的获取部分，主要是通过采用大量的传感设备对相关的信息进行识别和获取，并将采集的信息进行数字信号的转换。传感技术是物联网最前端的感觉细胞，也是相关信息收集的主要来源，通过传感设备将信息传输到大脑进行分析和反馈处理。
（二）信息的控制
信息控制部分是将获取的信息依据相关传输网络的指令要求做进一步处理，从而达到相关信息传输的要求的状态，为下一步传输做准备。
（三）信息传输
因为物体相关信息分布在不同的区域，有的物体还是处于不断的移动过程中，因此，信息的传输需要一个非常灵活的传输网络将获取的物体信息接收和传递出去，就目前而言，移动通信网络是物联网非常便捷的传输通道，信息传输部分也是物联网十分重要的一个环节，对物联网的安全运行有着至关重的作用。
（四）信息的处理
信息的处理，包括对收集到的信息进行重新组合，将收集的数据进行分析整理，从而使得数据更清晰更可靠。信息的处理一直是物联网发展的一个难点，面对海量信息的分析和甄别涉及到众多行业技术，如模糊识别、云计算等。
（五）信息的应用
信息的应用是指对对接受的相关数据和信息处理应用。这部分主要是依据不同用户的需求，设计不同的控制管理系统或应用程序，然后通过这些系统和程序来识别物体的身份、获取物体的位置、对物体进行管理和监控等，从而达到物联网应用目标。
三、移动通信网络与物联网的融合实践
由于物体的位移具有较强的随意的，其的位置也是不断移动变化的。因此，物联网中海量数据的传输和处理需要一种机动性和灵活性都比较强的网络来支持。而目前，发展迅速的移动通信网是其最好的选择。在近些年来，移动通信网络的不断发展和进步，尤其是第四代移动通信技术的广泛应用，为海量数据的传输和处理提供了基本的网络通信支持，随着第五代移动互联网络的发展，移动通信网络是物联网最好的网络伙伴。移动通信网与物联网的融合主要体现以下几个方面：
移动互联网与物联网的融合。我们都知道，移动通信网络由移动的终端设备、移动传输网络以及网络的维护管理三个部分组成的，而物联网与移动通信网络的融合在这三个部分都具有共同点，从而为二者的融合提供了很大的便利。
移动终端设备与物联网的融合。我们都知道，移动终端设备的机动性和灵活性都比较强，具有其他通信网络无法比拟的优势。具体到手持移动终端设备，可以更便利的获取物联网的相关信息，并具有相关信息的识别功能。针对物联网需要对不同节点进行跟踪，而移动终端设备可以很方便的获取相关的物品信息，并对物品信息进行采集。
移动传输网络与物联网的融合。移动通信网络主要的功能是对网络中各节点之间建立信息传输。而物联网发展所需要通信传输功能与移动通信网功能十分接近。而建立动通信网不仅是一个快速、方便、稳定的无线网络，也可以很方便使物联网不同的识别设备接入网络中，并在移动通信网络中进行海量化的数据传输。第4代移动通信技术的应用，以及第5代移动通信的不断发展与成熟，通过移动通信网与物联网的融合，也为物联网的发展和应用起到了很好的促进作用。
移动网络维护管理与物联网的融合。为了保证移动通信网的正常使用和运行，需要定期或不定期的对移动通信传输设备及其性能维护和管理。对物联网而言，其维护和管理的范围更为广泛，因为物联网不仅包含了物品与物品、人与物品、人与人之间的信息和数据的传输，也需要人与人之间语间、视频的通信传输。但二者之间网络管理和基本维护基本相同，如果移动通信网与物联网相融合，只要进行一些改进就可以完全适用。
四、移动通信与物联网融合展望
在通信业人口红利释放殆尽，主流移动通信市场的终端渗透率趋于饱和，运营商急需通过寻找新的服务，挖掘网络服务价值。在这样的大背景下，蜂窝物联网被公认为移动通信业务的新蓝海。移动通信网与物联网融合，可以满足物联网发展对大容量、低成本满足物联网海量连接和低吞吐量需求；其中移动通信网可以实时弹性、无损升级满足物联网业务多变、发展变化快的特性，分布式容灾、精确故障定位满足物联网网络可靠性和安全性要求；架构开放，兼容5G，满足未来网络的演进。移动通信网通过专业的运维手段，包括业务的自动部署、网络的数据分析、自动弹性伸缩，形成一整套闭环的运维系统，降低物联网运营商的运维成本。
关键词：变压器；故障模拟；智能实训装置
作者简介：徐光举（1961-），男，江苏连云港人，江苏省电力公司职业技能训练基地，工程师；张长营（1968-），男，江苏宿迁人，江苏省电力公司职业技能训练基地，高级工程师。（江苏 连云港 222069）
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电力变压器是一个重要的电气设备，不同电压等级的电力线路要依靠不同型式的电力变压器将其连接起来，组成一个强大的电力系统，而处于电力系统末端的配电网中大量的配电变压器更是发挥着重要的作用，它直接为电力用户提供电能，一旦配电变压器出现故障将会影响电力用户的生产和生活用电，因此能否准确、快速地判别配电变压器故障进而排除故障，在尽可能短的时间内恢复配电变压器运行不仅事关电力优质服务质量，而且考验着电力运行和检修人员的技能水平。因此，对电力变压器运行和检修人员进行变压器基础知识和相关技能培训，使他们掌握相应的变压器运行和检修知识、技能尤为重要。
基于配电变压器故障模拟的智能实训装置研究与开发，将通过模拟配电变压器在运行中常见的故障现象，让学员在实训中通过故障现象准确地对故障类型进行判别，同时通过相应的仪器仪表测量对故障点进行确定，进而提出排除故障的方法，对于提高配电变压器运行与检修人员的技能水平将起到事半功倍的效果。
一、国内外研究水平综述
经查证，国内外对变压器相关技能的教学与培训方法，目前仅限于对变压器原理的讲解和对某一类型变压器进行解剖观察，还不能对变压器运行中可能发生的故障现象进行再现，同时由于培训用的变压器一旦选定，在变压器相关性能测试和试验中，只要变压器本身电气特性没有变化，测试数据具有唯一性，无法实现对多位学员进行个性化测试考核，这种培训方式不利于学员的理解和学习，在教学实践中诟病颇多。因此，提高员工实际操作技能以及维护、检修和测试技术水平，进行配电变压器智能仿真实训装置的研发和设计，改进现有教学与培训方式势在必行。
据了解，现阶段国内外研究机构尚未出现类似的理论研究和产品研发，本实训装置的研发结合变压器实际运行环境，模拟变压器发生故障时的参数变化，揭示不同故障时变压器参数变化的规律性，属国内外技术首创。
二、装置研发的理论和实践依据
1.原理简述
配电变压器在出厂试验和正常运行以及故障发生时的电气参数检测中需要进行绝缘耐压试验、绝缘电阻试验、直流电阻测试、容量测试、变比及连接组别等测试试验，该类试验如耐压试验在实际进行时危险性较大，技术要求也较高，一般在实验室环境下均不进行该类试验；绝缘电阻试验在实际试验中，无法模拟多种绝缘特性，使用真实变压器作为试验对象，测试数据单一，变压器故障发生时的参数变化无法模拟；直流电阻和变压器容量参数在不同变压器上体现不同的测试电阻值，电阻值从mΩ到几十Ω不易模拟；变比及连接组别无法加载实际电压实现变比测试。针对以上变压器试验存在的问题，对现有变压器进行模拟实训具有一定的现实必要性。
现场教学中，通常是将实际应用的某一型号配电变压器搬到实训室，让学员进行测试实训，实训变压器到位后，各类参数均恒定不变，学员很难从变压器参数的变化中判别故障状态和故障类型，非常不利于教学及考核。因此，为了便于教学与考核，减少操作时的危险性，需要对现有变压器实训装置进行改进。基于配电变压器故障模拟的实训装置将应用模拟技术通过改进10kV油浸电力变压器内部的原理结构，将原配电变压器内部铁心及线圈去掉，在变压器内部安装直流电阻模拟部件、容量测量模拟部件、绝缘耐压部件、变比设定模拟部件等需要进行变压器模拟实训的部件，同时保持实训装置外观、实训用的测试设备与真实测试设备完全一致，并通过软件控制设定实现变压器不同容量参数的设定和模拟，测试变压器通过无线方式与计算机控制主机通讯，实现数据传输无线化、参数设定智能化、数据模拟多样化的设计，实训人员操作测试设备和使用真实测试设备的方法和步骤一样，实现各类配电变压器的电气参数的测试和分析，从而解决了配电变压器电气参数检测实训中试验安全性和试验多样性的技术难题，同时也为模拟配电变压器不同状态下的电气参数量提供了可能。
2.研发依据
通过对现有变压器技术规范及技术标准的研究，总结现有变压器需要进行的试验及检定项目，根据GB-50150-2006《电气装置安装工程-电气设备交接试验标准》的技术要求，结合现场实际运行环境，油浸电力变压器需要进行的交接试验及满足标准如下：
（1）测量绕组连同套管的直流电阻，应符合下列规定：
1）测量应在各分接头的所有位置上进行。
2）1600kVA及以下电压等级三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的4%，线间测得值的相互差值应小于平均值的2%；1600kVA以上三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的2%；线间测得值的相互差值应小于平均值的1%。
3）变压器的直流电阻与同温下产品出厂的实测数值进行比较，相应变化不应大于2%；不同温度下电阻值按照下式换算：
R2=R1（T+t2）/（T+t1）
式中R1、R2分别为温度在t1、t2时的电阻值；T为计算用常数，铜导线取235，铝导线取225。
（2）检查所有分接头的电压比，与制造厂铭牌数据相比应无明显差别，且应符合电压比的规律。
（3）检查变压器的三相接线组别和单相变压器引出线的极性；必须与设计要求及铭牌上的标记和外壳上的符号相符。
（4）测量与铁芯绝缘的各紧固件（连片可拆开者）及铁芯（有外引接地线的）绝缘电阻，应符合下列规定：
1）进行器身检查的变压器，应测量可接触到的穿心螺栓、轭铁夹件及绑扎钢带对铁轭、铁心、油箱及绕组压环的绝缘电阻。当轭铁梁及穿心螺栓一端与铁心连接时，应将连接片断开后进行试验。
2）不进行器身检查的变压器或进行器身检查的变压器，所有安装工作结束后应进行铁心和夹件（有外引接地线的）的绝缘电阻测量。
3）铁心必须为一点接地；对变压器上专用的铁心接地线引出套管时，应在注油前测量其对外壳的绝缘电阻。
4）采用2500V兆欧表测量，持续时间为1min，应无闪络及击穿现象。
（5）测量绕组连同套管的绝缘电阻、吸收比或极化指数，应符合下列规定：
1）绝缘电阻值不低于产品出厂试验值的70%。
2）当测量温度与产品出厂试验时的温度不符合时，可按表1换算到同一温度时的数值进行比较。
注：表中K为实测温度减去20℃的绝对值；测量温度以上层油温为准。
当测量绝缘电阻的温度差不是表1中所列数值时，其换算系数A可用线性插入法确定，也可按下述公式计算：
A=1.5K/10
校正到20℃时的绝缘电阻值可用下述公式计算：
当实测温度为20℃以上时：
R20=ARt
当实测温度为20℃以下时：
R20=Rt/A
式中R20为校正到20℃时的绝缘电阻值（MΩ）；Rt是在测量温度下的绝缘电阻值（MΩ）。
（6）绕组连同套管的交流耐压试验，应符合表2规定。
针对以上变压器交接试验标准要求，根据实际应用环境进行的试验项目，特设计模拟变压器及模拟测试设备进行要求的试验项目，试验项目测试满足以上技术标准要求。
3.关键技术及难点
装置研发的主要内容是对配电变压器的模拟，根据实际应用测试设备的步骤及方法，装置根据设定项目制定的相应测试分析项。
（1）本项目的关键技术一是解决了实际耐压试验危险性较高的问题。二是解决了直流电阻按照变压器容量的不同从毫欧级到欧姆级线性变化等多种量级模拟的问题。三是解决了变比测试无法加载真实电压的问题。四是解决了多状态变压器特性的模拟。
（2）技术难点：配电变压器内部的改进以及变压器参数设定智能化、多样化的实现路径是装置研发与设计的主要技术难点。
三、装置研究内容和实施方案
1.研究内容
（1）需求研究。主要研究配电变压器检修、试验培训的现状和发展趋势，国家和行业相关标准，现有装置的技术与性能特点，以确定装置研发的差异化方向，最后编制需求分析报告和装置功能性能规格书。
（2）硬件平台方案研究。根据需求分析报告和装置功能性能规格书的要求，设计满足上述报告和功能性能要求的硬件平台技术方案，包括技术方案、机械结构、主要器件选择等。
（3）软件平台方案研究。根据需求分析报告和装置功能、性能规格书的要求，设计满足上述报告和功能性能要求的软件平台技术方案，包括软件架构、操作系统选择、编程工具选择、功能模块划分等。
（4）模拟变压器测试仪器配置和测量算法方案研究。研究我国配电变压器交接试验的应用需求，并根据该需求确定装置设计的测试应用方案，以及对应的模拟变压器的技术参数和测试数据标准，设计模拟变压器测试项目功能模块，制定各个测试项目的技术参数要求。在上述工作的基础上，设计整体软件实现方案，包括逻辑图与流程图。
2.技术实施方案
（1）总体方案。通过对配电变压器交接试验项目需求和技术条件研究，确定装置的总体方案及原则如下：
1）变压器外形设计方案。采用标准10kV配电变压器外壳，去掉铁芯及线圈，保留高低压接线柱、调压分接开关、油位指示器等变压器部件，在变压器一侧对变压器外壳进行改进，改进后的外壳采用开门式设计，方便测试部件的安装及维护工作。
2）测试仪器外观设计方案。根据配电变压器交接试验项目需要用到的测试项目对变压器装置进行改进，在配电变压器内部增加各测试功能模块，配置必要的测试电路，以实现原测试仪器应实现的测量功能。
3）采用高速工业CPU设计。为提高性能和可靠性，所有测试仪器及模拟变压器装置均需采用高速CPU设计。模拟变压器各功能部件采用高可靠性通用元器件设计，以提高管理性能以及兼容性与扩展性。
4）装置抗干扰设计。装置结构采用全密封设计；印刷电路板设计选用静电放电保护（ESD）的芯片以及快速瞬变电压抑制器件，采用表面安装技术（SMT）及多层印制板，全部选用工业级芯片，以满足装置体积、可靠性以及电磁兼容能力等要求。
（2）硬件方案。组成系统装置的主要设备有：模拟变压器装置、摇表、直流电阻测试仪、容量测试仪、耐压仪、变比测试仪等设备。
模拟变压器设计：模拟变压器采用真实10kV配电变压器外壳，内部去掉变压器铁芯及线圈，针对变压器测试试验项目设计不同模拟功能部件，如安装绝缘耐压模拟部件、吸收比及极化指数模拟部件、直流电阻模拟部件、容量测试模拟部件等，模拟部件输入信号分别接到变压器A、B、C三相高压接线端子和a、b、c、n低压接线端子及地线上，各模拟部件间通过继电器控制断开和接入到各接线端子。
1）绝缘耐压模拟部件。配电变压器故障模拟智能实训装置绝缘模拟部件，通过软件设定改进变压器高低压接线端子之间以及与变压器接地线之间的电阻值，实现配电变压器绝缘电阻故障的设定和模拟，模拟绝缘电阻在0Ω到500MΩ之间，模拟绝缘电阻设定细度为20MΩ，并能模拟变压器断线功能，即变压器接线端子间绝缘电阻为∞。
配电变压器耐压模拟：通过改进耐压测试仪器及模拟变压器实现，模拟耐压仪可以按照正常方式进行接线、升压，但是加载到变压器上的电压并不是实际输出的几千伏高压，而是30V低压，同时通过计算机设定实现变压器放电声音模拟，以达到真实的试验效果。
2）吸收比及极化指数模拟部件。根据电容具备充放电的特性，在绝缘实验电阻回路中串入耐压及容量大的电容器，通过电容器充放电的曲线特性，模拟不同时间点的绝缘电阻值，即实现吸收比及极化指数的模拟功能。
3）直流电阻模拟部件。直流电阻模拟通过在变压器一次侧接入0～30Ω不同组合形式的电阻值，模拟一次侧直流电阻，在变压器低压侧（二次侧）接入0～0.021Ω不同组合方式的电阻值，模拟二次侧直流电阻，各电阻档位设定及控制通过计算机控制实现，并能模拟故障状态下组合电阻值。
4）容量测试模拟部件。配电变压器容量测试模拟部件通过计算机控制在一次侧接入7～80Ω不同组合电阻值，并能模拟不平衡条件下的各项电阻值。
5）变比测试模拟部件。配电变压器变比模拟根据变比测试仪的特性，模拟部件通过测试一次侧接入的电压值及相位过零点，在二次侧产生设定比例的电压及相位角，模拟变比功能，模拟部件通过检测励磁调节开关的接入点位置，产生不同变比条件下的二次电压值。
（3）软件方案。系统软件设计采用模块化设计，主控制计算机实现总体控制和设定，主控制计算机通过无线通讯方式实现与模拟变压器的数据交换。
模拟变压器各模拟功能模块需根据接收到的计算机设定命令，做出判断，确定工作模块内容及设定项目，供学员通过测试仪器进行实际测量。
通过主控制计算机可以实现各模拟模块项目的设定，可以根据测试的需要设定不同的变压器故障。
（4）通信方案。根据方案设计的可靠性及现场运行环境的需要，同时由于真实现场接线只有电源线和测试线，没有独立的变压器与模拟模块的通讯线，为了和真实现场保持一致，特选择无线通讯方式，为了实现多设备间的互通，需采用无线组网方式实现。
3.装置研究步骤及开发方法
装置的研究与开发需要进行计算机程序设计、硬件电路设计和单片机控制程序设计，同时装置研发需采用理论分析和试验验证法进行设计：
（1）前期先进行市场调研与分析，论证项目设计的可行性和必要性。
（2）与相关电力培训机构专家和电力生产一线技术人员进行沟通，进行实训内容及可行性研究，确定装置研发实施方案，重点解决技术难点问题。
（3）对设计功能模块进行相应试验验证，对各模拟模块方案进行设计验证。
（4）设计产品软硬件；并试制样机。
（5）对设计产品进行功能调试，确定测试指标。
（6）进行指标检定和功能检定。
装置研发技术路线框图如图1所示。
四、预期目标和成果形式及创新点
通过装置的研究与开发工作，系统分析了实现配电变压器预防性和特性试验的模拟测试以及对应的技能培训，创新性地引入了多型号配电变压器电气特性和电气参数的模拟技术，研究了现有试验条件下根据不同型号配电变压器及测试试验设备的操作，加强对相关配电变压器运行和检修人员的技术技能培训。装置的主要技术创新点为配电变压器试验数据传输无线化、参数设定智能化、数据模拟多样化的设计。
参考文献：
[1]国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2]职业技能鉴定指导书——变压器检修[M].北京：中国电力出版社，
路基路面在大气之中，其稳定性在很大程度上受当地自然条件的影响。必须在深入调查公路沿线的自然条件的基础上，从总体到局部，从大区域到局部路段对自然情况进行分析研究，掌握其规律及对路基路面稳定性的影响程度，因地制宜地采取有效的工程措施。
一、影响路基稳定性的因素
1、地理条件。公路沿线的地形、地貌和海拔高度不仅影响路线的选定，也影响到路基与路
面的设计。平原、丘陵、山岭各区地势不同，路基的水文状况也不同。平原区地势平坦，排水田难，地表易积水，地下水位相应较高，因而路基需要保持一定的最小填土高度；丘陵区和山岭区地势起伏较大，路基排水设计至关重要，否则会导致稳定性下降，出现破坏现象，影响路基的稳定性。
2、 地质条件。沿线的地质条件，如岩石的种类、成因、节理、风化程度和裂隙情况，岩石走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度有无夹层或遇水软化的夹层，以及有无断层或其他不良地质现象（岩溶、冰川、泥石流、地震等）都对路基的稳定性有一定的影响。
3、气候条件。气候条件如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、蒸发量、风向、风力等都会影响公路沿线地面水利地下水的状况，并且影响到路基的水温情况。在一年之中，气候有季节性的变化，因此路基的水温状况也随之变化。气候还受地形的影响，例如，山顶与山脚、山南坡与山北坡气候有很大的差别，这些因素都会严重影响路基路面的稳定性。
4、水文条件和水文地质条件。水文条件如公路沿线地表水的排泄、河流洪水位、常水位、有无地表积水和积水时间的长短，河岸的淤积情况等。水文地质条件如地下水位、地下水移动的规律，有无层间水、裂隙水、泉水等。所有这些地面水及地下水都会影响路基路面的稳定性，如果处理不当，常会引起各种病害。
5、土的类别。土是建筑路基的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质，因而将直接影
响路基的强度与稳定性。不同的土类含有不同粒径的土颗粒，砂粒成分多的土，强度构成以内摩擦力为主，强度高，受水的影响小，但施工时不易压实。较细的砂，在渗流情况下，容易流动，形成流砂。粘粒成分多的土，强度形成以粘聚力为主，其强度随密实程度的不同变化较大，并随湿度的增大而降低。粉质类土毛细现象强烈，路基路面的强度和承载力随着毛细水上升湿度增大而下降。在负温度坡差作用下，水分通过毛细作用移动并积聚，位局部土层湿度大幅度增加，造成路基陈服、最后导致路基翻浆等各种破坏。
二、路基稳定性施工方法分析
1.路基填土与压实
公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。从现有条件出发, 改进填土要求和压实条件是保证路基质量最有效和最经济的方法。
1.1 路基填料规范规定了对路基填料应有条件的选用。对路基填料的最小强度和最大粒径给了量化的标准, 当路基填料达不到规定的最小强度时, 应采取掺合粗粒料、或换填、或用石灰等稳定材料处理。
1.2 路基压实当前路基施工, 普遍采用了大吨位的压路机, 碾压效果有了明显的改善。对于提高路基土的压实度起了很好的作用。规范规定高速公路和一级公路路面底面以下80- 150cm 部分的上路堤其压实度必须≥95%, 对其它等级公路当铺筑高级路面时, 其压实度亦应按高速公路和一级公路的标准采用。
1.3 特殊潮湿地区路基土的压实在特殊潮湿地区, 路基上的压实是相当困难的, 规范对此作出了若干调整: 一是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降低2―3 个百分点; 二是对于天然稠度小于1.1, 液限大于40, 塑性指数大于18 的粘质土, 当用于下路床及其下的
路堤填料时, 可采用规定的轻型压实标准; 三是改善填料的性质, 在土中掺加生石灰, 通常可以获得预期的效果, 也可采用新型吸水材料加固。
1.4 黄土路基填筑及压实
1.4.1 黄土路堤施工时, 应做好填挖界面的结合(纵向), 清除坡面杂草, 挖好向内倾斜的台阶。如结合面陡立, 无法挖成台阶时, 可采用土工钉加强结合。若地基土层具有强湿陷性或较高的压缩性, 且容许承载力低于路堤自重压力时, 可考虑采用重锤夯实, 石灰桩挤密加固。
1.4.2 黄土含水量过小, 应均匀加水再行碾压; 如含水量过大, 可翻松晾晒至需要含水量再进行碾压, 也可掺入适量石灰处理, 降低含水量。掺灰后应将土、灰拌匀, 其最大干密度应通过击实试验确定。
1.4.3 老黄土透水性差, 干湿难以调节, 大块土料不易粉碎, 使用前应通过试验决定措施。路床填料不得使用老黄土。新黄土为良好填料,可用于填筑路床。黄土路堤应分层填筑, 分层压实, 大于10cm 的块料,必须打碎, 并应在接近上的压实最佳含水量时碾压密实。
2.路基路面排水
水是影响路基强度和稳定性的另一重要因素, 许多路基病害是由水的侵蚀造成的, 另外, 从保护环境、不损害当地农田水利设施考虑, 也必须做好路基排水, 形成排水系统, 并与地区排水规划相协调。在路基施工中, 应重视施工排水, 防止因各种原因造成的水患, 给路基、路面施工造成不必要的损失。
2.1 地面排水最通常采用的地面排水设施是边沟、截水沟、跌水、急流槽以及地表的排水管。对于高速公路和一级公路上的排水沟渠, 一般都要求铺砌防护。普遍采用浆砌片石加固、而水泥混凝土预制板块也开始广泛应用。高速公路和一级公路通过水网地段的路基, 过去逢沟设涵的做法在一些地方有了改进, 对路线两侧的灌溉沟渠重新系统布置,免去了穿越路线的排灌涵洞, 从而提高了路基的工程质量。
2.2 路面排水雨水排出路面有二种方式。第一种是集中排水, 在硬路肩外侧设置水泥混凝土预制块或现浇沥青混凝土的拦水带, 以其与硬路肩路面构成三角形的集水槽流水, 每隔20―50m 间距设一泄水口与路堤边坡急流槽衔接将雨水排到坡脚排水沟中。设超高路段的排
水通过设在中央带的园形开口排水沟或雨水井进行排除。第二种是分散排水, 多用于西北地区地势平坦, 路线纵坡小于0.3%的长路段。
2.3 地下排水路基地下排水仍多用暗沟、盲沟、渗沟、渗井等, 其特点是以渗透力式排水, 当水流量较大, 多采用带渗水管的渗沟。传统的砂砾料反滤层多改用有反滤功能的土工织物, 研制的带有钢圈、滤布和加强合成纤维组成的加劲软式透水管直径很适用于地下排水。
3.路基防护
3.1 坡面防护石砌圬工防护仍较普遍使用, 混凝土预制块护坡多用在路堤边坡, 连片的及带窗孔的护面墙; 用于路堑边坡。破裂的或易于风化破碎的岩石路堑边坡采用锚杆挂铁丝网或高强塑料网格喷浆或喷射混凝土以及喷射纤维混凝上防护也有较好的效果。但由于石砌圬工及混凝土防护造价高、易破损等诸多问题, 从保护环境的角度出发,建议大力推广既能改善生态环境, 美化景观, 又一劳永逸的种草防护。
3.2 冲刷防护防护沿河路基边坡免受冲刷仍多采用直接防护。传统的砌石、抛石、铁丝石笼、挡土墙等有所改进, 用高强土工格栅代替铁丝做石笼, 用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲浪击的边坡, 很能适应土体不均匀沉降。
3.3 支挡防护挡土墙用于支挡防护目前仍占主要。石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙高较低、地基较好的场合; 钢筋混凝土结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙其受力比较合理, 墙身圬工体积小, 也已广泛应用于公路路基的防护。
4.软土地基处理
近年来, 随着高速公路和一级公路的建设的迅速发展, 针对软土地基, 在防止路堤失稳定、沉降观测控制、软土地基处理技术等方面取得了显著成果。对处理的软土地基用沉降速率作为铺筑路面时间的沉降控制方法控制, 使得在软土地基上一次建成高级路面(而不是前期铺筑过渡路面)的关键技术问题得到了解决。
4.1 灰土挤密桩当软土地层含水量过大或过小时, 采取灰土挤密桩。含水率过大可往孔内填干土粉或石灰粉, 以吸去部分水分, 或快速成孔浇灌或边成孔边下套管, 或成孔后下套管; 含水率过小, 应预先浸湿加固范围内土层, 成孔顺序应先外圈, 后里圈并间隔进行; 对已成孔,应防止受水浸湿, 且应当天回填夯实; 为避免夯打造成缩颈堵寒, 应打一孔, 填一孔; 当桩孔较密, 土质松软, 应采取间隔跳打夯实。孔填料前应先夯打孔底3- 4 锤; 根据试验测定的密实度要求, 随填随夯, 严格控制下料速度和夯击次数; 回填料应拌合均匀, 并控制其含水量; 每个孔填料用量应与计算用量基本符合; 夯锤重不宜小于100Kg; 锤型以梨型或枣核型较合适。有利于夯实边缘土, 不宜采用平头夯锤, 落距一般应大于2m; 如地下水位较高, 应降低水位后再回填夯实。已出现疏松、断裂或夹层, 应用洛阳铲全部取出来, 按规定重新填夯灰上, 达到设计要求。
4.2 轻质路堤用轻质材料填筑路堤可减轻对地基承载力的要求。目前国内已有应用粉煤灰填筑路堤的成功经验, 可使路堤自重减轻25%左右。用重型击实试验法测定最大干容重为9- 12KN/m3。硅钻型粉煤灰粘性小, 不具塑性, 但液限在64%左右, 最佳含水量37- 41%, 有良
好的压实性能。粉煤灰路堤边坡表层1- 2m用粘质土包覆, 以稳定边坡和利于长草, 路床顶面用粗粒上封闭厚0.3- 0.5m。
4.3 土工合成材料加固浅层(一般小于3m 厚)的软土地基可采用先在地表铺筑上工布, 再填筑路堤, 土工布起分隔、过滤、排水和加速固结等作用, 从而取代常规的置换方法。
5.黄土陷穴处理
黄土陷穴是黄土地区路基施工常见的病害。黄土陷穴处理范围, 应视具体情况而定, 宜在路基填方或挖方边坡外, 上侧50m, 下侧10-20m。若陷穴倾向路基, 虽在50m以外, 仍应作适当处理。对串珠状陷穴应彻底进行处治。处理时, 采用灌砂、灌浆、开挖回填等措施, 开挖的方法可以采用导洞、竖井和明挖等。
处理好的陷穴, 其上层表面均应用石灰与土比例为三比七的石灰土填筑夯实或铺填老黄土等不透水材料加以改善。石灰土厚度应按设计严格执行。如原设计未要求时, 其厚度不宜小于30cm。并将流向陷穴的附近地面水引离, 防止形成地表积水或水流集中产生冲刷。
参考文献：