时间：2023-09-05 16:59:47
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篇数字化仿真技术概念，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： 虚拟仿真 家畜解剖学 三维模型
1.引言
家畜解剖学是农业类高等学校动物医学专业的专业基础课，本课程主要讲授正常家畜、家禽的形态、结构、器官的位置关系和发生发展规律。本课程的特点是名词众多、结构复杂，对于首次接触动物医学专业的学生来说学习起来比较困难，不知道应该怎样学习。传统课堂讲授方式难以满足现代化教学发展需要，虚拟仿真技术正逐渐应用到各专业教学课程中，对教育行业产生了巨大影响。
2.虚拟仿真技术的优势及其在医学教育中的应用
虚拟仿真技术是用计算机虚拟场景逼真地模拟现实世界事物的技术，涉及计算机图形学、人工交互、人工智能和传感技术等。具有真实性、交互性和沉浸性的特点，逐渐成为现代教育技术领域的热点，应用于不同专业教学过程中。随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术在人类医学上得到了广泛应用。虚拟仿真技术打破了传统实验空间和经费的限制，在充分保证教学效果的基础上，不仅节约了实验成本，而且大大提高了学生的学习兴趣。使学生通过虚拟场景的人机交互，由视觉、听觉、触觉等手段获取场景的反应，通过学生自我组织，制订并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。很多高校、科研院开发了人体解剖虚拟仿真实训平台、虚拟动画、三维网络课程等应用于理论和实践教学，充分发挥了现代教育技术的优势，提高了教学水平。
1989年美国首先开展了“可视虚拟人”的计划，并于1994年完成世界第一例男性“虚拟人”数据采集，1998年完成女性虚拟人数据采集，共采集到56GB的数据。随后，韩国“可视韩国人”项目于2000年完成第一例韩国人标本的数据采集；2003年，钟世镇主持的“虚拟中国人”项目完成中国人体数据的采集工作。以这些虚拟人数据集为基础，对人体器官进行了三维重建，精细逼真的三维结构为人体解剖学提供了大量素材。基于虚拟人体数据集产生了很多人体解剖三维虚拟仿真实验平台用于人体解剖学教学。在仿真平台上可以对人体结构进行任意角度旋转、缩放、标注等操作。便于教师教学及学生学习和课后复习。2010年10月在上海世博会期间，瑞典首次向公众展示了代表先进医学虚拟仿真技术的“虚拟解剖台”。此虚拟解剖台数据来源于人体的磁共振（MRI）和CT成像数据，利用计算机处理将这些数据从二维平面图变成真实感极强的三维模型，将人体内部的精细结构完整地展示出来。这款虚拟解剖台可用于人体解剖学教学，学生用手指通过触摸屏进行人体器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形态，还可以移除或添加内脏器官、血管、神经等结构，从而理解各器官的形态结构和相互位置关系。
3.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用现状
家畜解剖学是一门实践性很强的学科，家畜的器官标本、模型等教学材料在本课学习中有重要作用。但是近些年随着招生规模扩大，一般理论授课时学生人数较多，不能发挥标本、模型的作用，学生只能在实验课上观察标本、模型。虚拟仿真技术在家畜解剖学中的报道较少，由于数字人的数据采集方法投资巨大，过程复杂，需要多领域专业人员合作完成，目前还没有完整的大家畜（牛、马等）虚拟解剖系统。很多科研机构利用数字人的数据采集方法对猪、兔、小鼠、大鼠等动物进行了数据采集和虚拟仿真工作。Maierl等在1999年报道了第一例“可视化狗”，但其数据不完整，没有四肢部分的结构，而且图像不精细。2005年9月，重庆理工大学、第三军医大学和重庆市畜牧科学研究院共同完成了世界第一例“数字可视化猪”数据集的采集工作，图像质量比较高，能够清晰显示内部结构[1]。2014年，连国云[2]采集完成了“数字化新西兰兔”的数据集。但是对于家畜解剖学重点讲授的牛、马等大家畜，还没有虚拟解剖数据集的报道。主要原因是牛、马的体型比较庞大，采用数字人运用的冷冻铣削设备无法完成铣削，牛、马等动物只能采用其他方法建立三维模型，虽然这些模型不如冰铣削得到的数据精确，但是仍然能够在家畜解剖学教学中发挥巨大作用。苏杨生[3]等报道了通过3D Max软件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，学生可随时随地进入程序观察解剖标本。张蕾[4]等采用Photoscan软件对动物头骨进行了三维重建。付大鹏等[5]采用三维激光扫描仪获得了动物股骨的三维点云数据，进行三维重建，得到了股骨的三维模型。以上研究成果为虚拟仿真技术在家畜解剖学中的应用提供了思路和教学资源。
4.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用前景
虚拟仿真技术在家畜解剖学及相关专业有着非常广阔的应用前景。三维模型能够形象清晰地展示动物的解剖结构和器官的相互位置关系。虚拟仿真技术的应用能够将理论授课中教师采用图片、照片等素材难以描述清楚的概念、结构给学生以感性认识，能够加深学生的理解程度，帮助学生学习和记忆。虚拟仿真技术的应用能够将抽象的结构变具体，使枯燥的概念形象生动，提高学生的学习兴趣和主动性，突破传统解剖学实验空间和时间的限制，学生可以通过网络自由地学习，方便自学。综上所述，虚拟仿真技术能够将家畜解剖学的抽象教学内容形象地展示出来，提高学生的学习积极性，使学生由被动接受转变为主动学习，极大增强家畜解剖学教学效果。
参考文献：
[1]张建勋，徐凯，邱宗国.世界首个三维可视化的数字猪.重庆理工大学学报（自然科学版），2011，（03）：69-73.
[2]连国云.数字化新西兰家兔的三维结构重建研究.计算机光盘软件与应用，2014，（12）：24-26.
[3]苏杨生，宋斯伟，李颖，等.牛骨骼模型三维数字化重建.黑龙江畜牧兽医，2015，（09）：249-250.
[4]张蕾.动物骨骼三维重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.
1建筑工程施工数字化管理的实施
建筑工程施工数字化管理的可实现性非常高。它可以有效的提高施工过程的管理水平，减少不必要的经济损失，使建筑施工过程更加具体化，具有很大的发展空间。首先，我们要准确了解建筑工程施工数字化管理的概念和具体的实行步骤。
1.1建筑工程施工数字化管理的概念
建设工程施工数字化管理是一种先进的管理手段。它利用计算机网络将建筑施工过程进行量化，从而实现系统化的管理。在施工过程中，要分析好出现的各种信息，并以报表的形式汇报。这样可以使数据简洁清晰。然后，管理者应将数据的结果进行分析，对每个环节进行评估，以控制施工过程。应该注意的是，数字化管理与信息化管理是两个不同的概念。数字化管理比信息化管理要更具有全面性。因此，建筑工程施工数字化管理是信息化管理的基石。另外，数字化管理对于施工的质量、成本、施工进度等也有较为全面的掌握，是优于信息化管理的一种管理模式。
1.2建筑工程施工数字化管理的步骤
建筑工程施工数字化管理大致上分为五个步骤。第一个步骤为建筑工程的结构分解。首先要分解建筑工程施工中工程量清单等相关性内容。其次要分解建筑工程施工中分布分项划分的规定。在分解后，要将得到的各个模块进行编码。如果出现矛盾，需要在清单编码的自编码中添加分位数。第二个步骤为分解模块特征目标的确定。主要的目标是造价、工期与质量。其中造价中包含成本、产值与利润等部分。工期又分为绝对工期和相对工期两个部分。而质量指的是标准质量数值。另外，如果数字不足以将内容准确表达时，可以使用文字进行补充说明。接下来的步骤是建筑工程施工过程的管理与检查，即建筑工程的施工管理阶段。在这个阶段里，要对数据进行收集，然后将收集得到的数据进行整理分类，再与目标值对比，找出数据差值，从而进行判断。但应注意，造价、质量和工期之间有着对立与统一的双重关系，切不可只通过一个方面就下结论。第四个步骤为对建筑工程施工的处置。处置的方法要根据具体的影响因素进行改变，但离不开以下两个方面。一是对结论的分析，即对通过数据分析来发现施工过程中存在的问题。二是措施的选择与实施。管理者应针对分析结选择有效的处理措施，使控制更具主动性。最后一个步骤是对建筑工程的持续管理。这一个步骤是不可或缺的。
2建筑工程施工数字化管理的运用
在明确了建筑工程施工数字化管理的概念与具体实施步骤之后，管理者应该深入了解管理的内容及建筑施工数字化管理的优势与现状，并在此基础上对存在的问题进行分析和解决，使管理者能够能高效的运用建筑工程施工数字化管理模式。
2.1建筑工程施工数字化管理的内容
建筑工程施工数字化管理的主要内容为：空间信息技术、可视化与虚拟现实、系统仿真技术和多智能体施工等。空间信息技术是利用遥感技术RS，地理信息系统GIS等一些新型的技术对于工程施工的地形、地质情况、地貌、建筑物等所有的空间信息进行搜集和处理。由于这些数据都是科学管理与分析的，因此可以成为建筑工程施工数字化的依据和决策前提。例如地理信息系统就可以准确反应建筑工程施工的具体情况，这是人工所做不到的。另外，三维甚至四维技术的不断发展，可以将新兴技术与系统仿真技术相结合，做到建筑工程施工过程可视化，这种逼真的视图有利于管理者对于施工情况的整体把握。在出现问题时，管理者能够及时改变建筑工程施工的具体计划和安排，对于增进施工各部门的协调程度具有重大意义。可视化与虚拟现实的应用也具有很大的作用。可视化就是指利用图像处理信息，将数据和信息转化为可直观观测到的图像和图形，使之在屏幕上显现出来。而虚拟现实则是利用计算机网络的强大技术形成集视觉、触觉、听觉等各种感官为一体的虚拟环境。用户可以在传感设备的辅助下形成身临其境之感。传感设备包括立体眼镜和头盔显示器等。这种技术可以避免一些高风险的操作，保证操作人员的生命安全，减少伤亡。系统仿真技术则是以相似性远离为核心，以计算机网络为主要设备，利用系统模型研究动态系统的一门综合性较强的技术。现代仿真技术可以使设计蓝图更加具体形象，是不可或缺的一项现代化技术，也是研究复杂的建筑工程的重要手段。
2.2建筑工程施工数字化管理的优势及现状
如今，建筑工程施工数字化管理在计算机网络的帮助下愈加成熟。其主要优势有以下几点。首先，建筑工程施工数字化管理的科学性很强。减少人为因素的影响。其智能化的整合分析取代了传统的经验论，使工程施工更加精准。其次，建筑工程施工数字化管理的反馈灵敏度很高。数据即时处理的这一大特点能够使运转模式动态化，即依据计划、实施、检验和处理的四个步骤处理信息，将数据及时反馈给管理者。再次，建筑施工数字化管理的效率远远高于传统的管理模式，因为其利用计算机网络，将人工处理转变为智能处理，而且数据库的建立也大大提高了工作效率。最后，建筑工程施工数字化管理分析的目的性很强。它对于目标的控制性十分强，并具有控制流程。但是，当今的建筑工程施工数字化管理依旧存在很多问题。首先，建筑工程施工数字化还缺少普遍性和创新意识，大多还处在摸索状态，并没有拥有科学的管理手段，而只是单纯的模仿。其次，建筑工程施工数字化的框架还不够完善，各个模块的联系不强，没有形成一个统一的整理，缺少统一的管理与指挥，从而降低了这种新型管理模式的高效性。这是十分可惜的。再次，建筑工程施工数字化管理的相关法律还不够完善。企业也缺少相关的自我保护意识和法律维权意识。这种忽视会导致数据被盗用，从而给企业带来祸患。因此，为解决这些问题，企业应做到以下几点：第一，大力培养建筑工程施工数字化管理人才，使管理系统更具系统化和专业化。第二，建立完善的建筑工程施工数字化管理平台。第三，加强管理者的数字化意识，采用先进的管理技术，推动数字化管理的进程。
3结语
关键词：船舶建造；数字化；信息技术
中图分类号：U673 文献标识码：A
1.什么是船舶建造数字化
船舶建造数字化是以数据处理、图形图像、虚拟现实、数据库、网络通信、数字控制等数字化技术为基础，将数字化技术全面应用于船舶的产品开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，使船舶产品的设计和生产向着自动化、精细化、柔性化、智能化的方向发展。通过数字化技术与现代管理思想和先进工程方法的融合，形成船舶制造业信息化的完整体系，实现对造船业的信息化改造，使得造船企业全面提升产品的研发、生产能力，降低生产成本，缩短设计、生产周期，提高产品质量。
2.船舶建造数字化技术的内涵
船舶建造数字化技术主要体现在如下3个方面：
2.1 CAX（计算机辅助技术）
CAX（计算机辅助技术）是CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）和CAPP（计算机辅助工艺计划）的统称。
（1）CAD（计算机辅助设计）指在计算机及可视化设备为基础的专业化计算机系统的支持下，帮助设计人员进行设计工作。可以在CAD系统的辅助下完成从合同设计开始的一系列设计工作，建立产品数字模型，进行工程计算和分析，生成和绘制工程图，生成物料清单等。
（2）CAE（计算机辅助工程）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。
（3）CAM（计算机辅助制造）是将计算机应用于生产制造的过程或系统，其核心是计算机数值控制（简称数控NC）。有狭义和广义两个概念。CAM的狭义概念指的是数控，包括数控机床、数控加工中心、数控生产流水线、数控火焰或等离子切割、激光束加工、自动绘图仪、焊机、机器人等；广义概念还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。
（4）CAPP（计算机辅助工艺计划）是通过计算机进行产品加工的工艺路线制定、工序设计、加工方法选择、工时定额计算，包括工装、夹具设计、刀具和切削用量选择等，生成必要的工艺卡和工艺文件等。CAPP是连接产品设计CAD信息和加工制造CAM信息之间工艺信息的桥梁，是生成各种加工制造，管理信息的重要环节。
2.2 企业业务技术过程与信息管理
通常包括PDM/PLM/ERP/MES/CIMS等。即产品数据管理PDM、产品生命周期管理PLM、企业资源计划ERP、制造执行系统MES、计算机集成制造系统CIMS等。它们通过信息技术与现代管理理念的融合，使人、资源、技术、管理等要素有机地结合起来，从而实现设计及生产过程管理的精细化和企业资源利用的优化。
2.3 数字化装备
软硬件相结合的数字化装备，如NC（数控设备）、FMS（柔性制造系统）、Robot（机器人）等通过数字控制形成的生产自动化装备。这些设备通过离散的数字信息控制设备或传动装置的运行，实现生产加工的自动化。
3.船舶建造数字化技术的发展历程
3.1 单项技术的企业部门级应用阶段
该阶段主要是单项技术，如数值计算技术、CAD/CAE/CAM技术、数控技术以及各种部门级的管理信息系统，如财务、人事、OA、物资等管理系统在企业部门的局部范围内的应用。部门级数字化技术的应用作为一种技术手段对提高设计和生产效率、提高产品质量发挥着重要作用。
3.2 企业内综合应用集成阶段
这一阶段是由企业内的信息集成、过程集成到应用集成。通过信息集成保证了系统间信息的一致性，通过应用集成使企业内部的各种信息系统组成了一个有机的整体，大幅提高了数字化技术应用的整体效益，使得企业设计、生产、经营、管理的各种业务活动得以协调运行，大大提高了企业的生产能力。
3.3 企业间的应用集成阶段
由于互联网技术的快速发展，促使电子商务、供应链管理、协同设计、敏捷制造等一些基于互联网技术的新型管理思想和管理方法得以实施，使得船舶这种具有大量配套设施的高度复杂产品的制造能够实现跨地域的专业化企业间的协同运作，使产品能够快速地、柔性地应对用户的需求。
自20世纪60年代末将计算机用于船舶线型放样开始，我国船舶行业信息化已历经40多年，国内造船业经过不懈的努力，使得造船数字化技术已逐步渗透到造船业价值链的每一个环节，引进或自主开发了各种各样的信息系统，已广泛应用于船舶设计、建造和管理过程中。国内一些骨干造船企业和研究院所已开始引进虚拟仿真技术，开展船舶和海洋工程的产品虚拟设计和建造过程模拟等研究。
4.船舶建造数字化技术体系
制造业数字化技术是以现代设计制造的工程方法和先进制造理论为依据，以数字化技术为手段，面向产品全生命周期，理论方法与应用技术相结合的一个复杂的技术体系。
4.1 现代制造理论与数字化技术基础
主要有计算机集成制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、大批量定制等现代制造理论，以及建模技术、仿真技术、优化技术、集成技术等数字化技术紧密结合，形成了其技术理论基础。
4.2 数字化基础环境
主要包括计算机系统及系统软件、数据库管理系统及相关技术、网络系统及相关技术、信息安全体系、信息标准化体系等。
4.3 数字化产品开发设计技术
主要包括产品需求分析、设计开发、生产制造等各个阶段中，为分析和解决产品设计和制造过程中的各种问题而提供的数字化的技术方法和应用工具，如单项应用技术CAD、CAE、CAM、VR等，过程管理和集成平台PDM、仿真及优化应用等。
4.4 数字化制造技术
主要有数字化生产计划与制造执行控制、数字化工艺过程、数字化装备、数字化制造单元、基于数字化的生产系统综合集成等。
4.5 数字化管理技术
主要包括现代企业管理模式、集成化管理与决策信息系统、企业资源计划与管理系统、企业生产项目管理系统、企业间协作的供应链管理与电子商务技术、企业质量管理的相关技术及企业管理系统的应用实施过程及方法等。
船舶建造数字化技术是制造业数字化技术针对船舶制造的特点和具体要求的实际应用。船舶建造数字化技术体系包括现代制造与数字化技术基础、船舶产品的数字化设计技术、数字化制造技术、数字化管理技术和一体化集成技术，此外，还有数字化基础支撑环境与相关技术等。
（1）船舶产品数字化设计技术以三维建模技术、数值计算技术、CAD、PDM、并行协同技术等数字化技术为基础，按照船舶设计不同阶段及不同专业的规范和技术要求，形成船舶各设计阶段的数字化技术。
（2）船舶产品数字化制造技术以MES、CAPP、NC、过程仿真等数字化技术为基础，根据现代造船模式的要求，形成制造执行层面的船舶数字化制造技术。
（3）船舶产品数字化管理技术则是将制造业先进的管理理念和方法与数字化技术相融合，按照船舶生产管理特点，形成船舶制造数字化管理技术。
（4）一体化集成技术则是进一步在设计、制造、管理等数字化技术应用的基础上，实现信息的集成和应用的集成，达到工程的并行和协同。
上述数字化技术的研究、开发和应用需具备相应的基础环境，需要解决一些相关的关键技术，如信息标准化、编码体系、产品数据库、企业资源数据库、集成平台、信息安全体系等。
5.船舶建造集成系统
船舶建造集成系统涵盖船舶建造企业的设计、制造、管理的主要业务过程：
（1）设计方面主要包含船、机、电、舾装、涂装等专业门类的设计CAD系统、船舶设计虚拟仿真系统，以及结合生产工艺要求的各个专业的生产设计系统。设计系统生成的设计数据通过PDM（船舶产品数据管理系统）存放并管理，以PDM作为平台，为船舶制造系统和管理系统提供有关产品信息的共享。
（2）船舶建造和管理系统通常包含工程计划管理、物资与物流管理、成本管理、财务管理、质量管理、企业资源（设备与人力资源）管理，以及MES（制造执行系统）等。
（3）制造执行系统控制车间级的生产制造执行过程，如造船精度管理、资源日程计划、作业安排与执行实绩反馈等。制造和管理系统根据企业经管计划和产品生产设计的要求制订工程计划、采购计划、生产计划和其他生产准备工作，通过制造执行系统贯彻实施生产作业过程。
结语
随着信息技术的飞速发展，制造业的新思想、新方法、新技术层出不穷、日新月异，船舶建造业应该紧跟现代科技潮流，不断创新，以实现船舶建造技术的跨越式发展。
参考文献
[1]姜波.船舶制造企业项目成本管理问题及优化研究[J].现代商业，2009（26）：178-178.
关键词：变电站；数字物理混合；仿真培训系统；电网运行
中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0015-04
变电站作为电力系统的一个重要部分，其运行状况好坏直接影响到整个电网运行的安全，变电站事故中有相当一部分是由人为操作不当造成的。这其中既有由于电网调度员误发调度令、对异常处理措施不当造成的事故，也有由于变电运行人员走错间隔导致的误操作事故、安全措施不到位误入带电间隔的人身伤亡事故、带电误合接地刀闸、带接地刀闸误合开关、带负荷拉合刀闸、设备缺陷和异常未能及时发现造成的事故。对事故判断不准和向调度汇报不清楚而延误故障处理时间、事故发生后处理不当使事故范围扩大化、对二次设备误操作而引发的事故等情况较多，造成了人身伤亡、设备损坏，甚至发生电网解列、电网崩溃等大面积停电事故。
因此，为保证电网安全、可靠、经济地运行，就必须提高电网调度员、变电站运行人员的技术素质和技能水平，加强变电站运行人员和电网调度员的培训。近年来，随着电力行业培训仿真技术的发展，各类培训仿真系统在电力行业应用越来越广，在提高生产运行人员的生产技能方面发挥了重要的作用。
一、变电站培训系统仿真的发展现状
近十几年来，我国变电站培训仿真系统获得了很大的发展。仿真范围逐步扩大、仿真的逼真度逐步提高。现存的变电站培训仿真系统，根据变电站一次部分控制操作以及保护屏柜实现方式，主要可分为三类：有硬件屏盘模式、软仿真模式、混合仿真模式。
（一）带盘台模式
带盘台模式是指用外观与实际变电站1：1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室，主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。该系统的硬件配置主要有模拟控制盘、模拟继电器保护盘、变电站配电装置、变电站主接线操作模拟盘、计算机控制仿真系统。其中计算机控制仿真系统是变电站培训仿真系统的核心，它担负模拟变电站的仿真，复现变电站主控室现象的任务。接收模拟盘的信息，控制模拟盘的动作和信号。这种带有硬件盘台的变电站仿真培训系统是最早应用的培训系统模式。带硬件盘台的仿真培训系统需要配备大量的硬件装置、设备，扩展性差，升级改造困难，同时硬件盘台并没有包括变电站中保护、测控柜等实际装置，与现场相比逼真度存在差距，培训效果不够理想。
（二）纯软件仿真培训模式
纯软件仿真培训模式是指变电站内的开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等所有设备全都用软件仿真，除计算机外没有任何硬件，该系统采用多媒体仿真模式，仿真变电站的有关电气设备，包括一次设备、控制系统、中央信号系统以及继电保护和自动装置的面板均可在计算机屏幕上动态显示。软件模式的仿真培训系统很快便以其便捷、经济等优点受到电力部门的青睐，目前应用较广。在这种模式中传统控制室中的保护屏、控制屏、中央信号屏等物理设备均被计算机监控平台所代替，所有监控功能都通过人机交互界面实现与培训人员的互动。省去了大量硬件设备，大大提高了可靠性，并且有利于系统更新升级。但是软仿真模式的培训仿真系统由于所有的操作和显示都是在微机屏幕上进行，与实际现场环境差距大，真实感较差，培训效果也不太理想。
（三）混合仿真培训模式
混合仿真培训模式将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备（包括监控系统、保护柜、测控柜、音响、灯光等）有机结合成为的混合仿真培训系统。目前，该类系统主要采用将数字化电网仿真与部分真实设备相结合的仿真模式，将数字化电网仿真结果通过数字模拟量转换卡转换为-3.53~3.53V的弱电交流量，再输出到经过改造的保护装置的内部采样插件上，并通过开关量输入卡采集模拟断路器的位置，从而实现断路器的动作的仿真，这种仿真方式只采用部分真实设备，并且需要对实际的保护柜进行改造才能以适应该仿真系统，并且可扩展性较差，新增加的保护设备无法直接接入（必须经过改造）培训仿真系统，该类系统的仿真效果与现场的一致性仍存在差距。
二、变电站数字物理混合仿真培训系统概述
变电站数字物理混合仿真培训系统是将数字化的电网一次设备仿真与实际变电站二次设备相结合的数字物理混合仿真技术。即监控系统、保护及测控装置、五防系统、灯光、音响等采用现场真实物理设备，而该变电站一次设备、邻近电网及其一次设备、二次设备等采用数字仿真。其中数字仿真部分采用变电站实时仿真与全动态电网混合仿真技术，即详细仿真的变电站采用实时仿真技术，变电站所在电网采用暂态、中期、长过程一体化仿真计算技术，实现电网的全动态仿真，从而既能详细而真实再现变电站一次设备的行为，也能逼真地再现大电网的各类动态过程对变电站的影响。数字仿真电网再通过高速的通信系统，高速的开关量采集、输出系统，高速、高精度的数字模拟量转换系统和仿真功率放大器与真实的变电站二次设备有机结合，实现了变电站软仿真子系统、数字电网仿真的一次、真实的二次设备仿真放置于同一个仿真系统中，有机连接、灵活配置，营造了十分逼真的变电站运行环境。从而实现对现场各类运行人员的培训需求：如变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员等，同时能完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作。
三、变电站数字物理混合仿真培训系统架构
图1给出了变电站数字物理混合仿真系统的总体架构。其中电网及变电站的数字仿真部分通过接口系统实现变电站电磁暂态仿真与电网全动态仿真的有机结合，其他变电站软仿真也是基于同一个的电网仿真，从而可以实现变电站软仿真、混合仿真的一体化。数字电网仿真结果的瞬时值通过高速通信系统传送到高速、高精度同步数字模拟转换器形成0～10V的模拟交流量，该模拟量通过电流或电压功率放大器得到放大的电流或电压电气量驱动变电站的实际二次设备。数字仿真系统通过高速开关量采集系统实时检测到变电站开关和刀闸的状态，从而将数字仿真和实际二次设备有机结合起来，实现了数字仿真与变电站实际二次设备的无缝闭环连接。仿真培训系统通过开关量输出系统驱动非电气量保护动作模拟硬接点、变压器有载调压模拟硬接点、风冷控制模拟硬接点等，实现变压器的非电气量保护动作的模拟。
四、变电站数字物理混合仿真培训系统功能
变电站数字物理混合仿真培训系统是将电网仿真、变电站实时仿真、变电站综合自动化系统仿真和教员与学员系统有机结合为一体化的系统，不但实现了地区电网生产运行过程的全仿真，也可以正确反映变电站、变电站综合自动化系统和电网的相互作用、相互影响，可以对运行人员进行全方位的仿真培训。系统的主要应用功能如下：
（一）培训运行人员和相关管理人员
培训基本的运行技能。对新员工进行上岗培训，对老员工的基本运行能力进行培训及考核，使其熟悉变电站一二次设备、变电站综合自动化系统、集控站监控系统、电网结构、运行方式、电网潮流，掌握基本运行操作及运行规程，熟练使用实时监控系统（变电站综合自动化系统和电网调度自动化系统）及其他应用软件。
事故分析及处理。可进行开关、刀闸、变压器、母线、线路、发电机组、电容器等各种设备及其相关的故障处理培训，训练变电站运行人员发现事故、异常，依据仿真的电网环境判断故障和处理故障，并在训练结束后对事故进行分析，重放事故发生和处理的全过程。通过仿真训练可以使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程，总结积累处理经验，增强他们事故处理时的自信心。
变电站一次设备正常和特殊巡视训练。通过变电站一次设备三维交互式漫游巡视系统，实现变电站一次设备的三维重现和虚拟操作，受训人员感到富有直观性、形象性，有助于其熟悉了解现场情况，更好地将理论知识与实践经验相结合。
对于管理人员进行电网及变电站运行的概念性培训。管理人员通过仿真培训可以了解电网及变电站的现状、运行方式、操作规程及电网和变电站运行的特性。
（二）联合反事故演习
本系统可用于研究电网、变电站特点，对薄弱环节做好事故预想工作，完善各种事故应对方案，从而提高事故情况下的应对能力，克服以往反事故演习纸上谈兵的局限性。仿真电网设置的常见事故及复杂事故发生后，将引起继电保护的连锁动作和电网潮流的变化，并显示越限设备的报警提示，对此研究后可以总结事故处理经验，制订出合理的事故处理预案。做到事前有分析，事后有反馈，切实提高电网安全运行能力。
五、硬件系统
变电站数字物理混合仿真培训系统的硬件系统由以下几部分组成：教员台，学员台，仿真主机，变电站实际二次设备，电流、电压功率放大器，高速、高精度同步输出数字模拟转换器，高速通信及开关量输入输出系统，混合仿真集成支撑平台。
（一）教员台
可以用仿真主机，运行教员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台。
（二）学员台
使用与现场完全一致的监控系统工程画面，保留所有现场监控系统功能，并与仿真模型建立通信连接。使学员在监控系统仿真界面上获得在现场监控系统上相同的操作。
（三）仿真主机
运行全动态电网仿真子系统，是仿真系统的核心和中枢。仿真系统模型包括：邻近电网的全动态电网计算模型、包括一次、二次设备模型、故障模型和异常模型。
（四）变电站实际二次设备
保护、测控、音响、灯光等装置采用与现场完全相同的硬件设备，可以为受训者提供真实的操作、监视手段，使得仿真机不仅可以培训变电站运行人员的常规操作和监视，同时还能使他们熟悉和了解变电站重要二次保护装置和屏面设备。
（五）电压、电流功率放大器
功率放大器接收DA输出的弱电模拟信号，进行功率放大使电流信号放大至0～20A、使电压信号放大至0～100V，以驱动实际二次设备。放大器在与仿真信号连接是采用高阻差分方式，无公共连接点，这样可保证仿真系统的安全工作，又可长线连接抗干扰，提高系统的小信号精度。仿真培训专用的功率放大器多路的电流或电压输出，从而能保证更好的同步输出精度，同时降低电流功率放大器的最大输出电流。
（六）高速、高精度同步输出数字模拟转换器
将变电站实时仿真计算出的电压和电流的数字量转化为模拟量，是决定仿真精度的重要环节，其关键技术是实现各路数字模拟转化（DA）的同步输出，同时为了保证输出波形的质量，每工频周波的输出点数大于60点，DA向功率放大器输入模拟弱电信号。为了保证混合仿真系统的可扩展性，更好地适应变电站规模的变化，采用分布式同步实时仿真技术，即根据变电站电气量需要严格同步的程度对各电气量进行分组，每组电气量在同一块DA转换器进行输出保持严格的同步，多组DA转换器通过高速PCI总线分布式工作，因此降低了以前依赖专用的DA转换器的程度，这样既可以保证仿真培训的效果，又可以保证系统的高可扩展性和系统造价。
（七）高速通信及开关量输入输出系统
通过开关量输入系统采集开关、刀闸动作情况、有载调压接点，实现开关、刀闸状态及变压器抽头位置的高速采集，将实际设备的状态实时发送给变电站实时仿真计算。通过开关量输出和继电器模拟非电量保护动作、变压器风冷控制硬接点等。
（八）混合仿真集成支撑平台
混合仿真集成支撑平台采用PCI总线技术将高速、高精度同步输出数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统紧密集成。变电站实时仿真子系统和实时操作系统均运行在混合仿真集成支撑平台，实时操作系统通过硬件系统驱动软件驱动数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统（即用于对DA转换器、开关量输出和开关量输入板卡的控制）是实现数字一次设备与二次物理设备有机联系的接口系统，将变电站实时仿真计算结果实时刷新DA卡、将接口系统的自身状态定时刷新DA转换器的某个通道、通过开关量输入系统采集开关、刀闸
的状态、通过开关量输出系统向实际设备发送指令。
六、软件系统
混合仿真培训系统的软件系统主要由以下几部分组成：交互式、分布式仿真软件支撑平台，全动态电网仿真子系统，教员与学员子系统，变电站实时仿真子系统，实时操作系统，硬件系统驱动子系统。
全动态电网仿真子系统、变电站软仿真子系统、变电站实时仿真子系统、教员与学员系统软件通过交互式、分布式仿真软件支撑平台的运行管理系统有机结合在一起组成整个数字仿真培训系统，变电站实时仿真子系统通过实时操作系统的内核级调用与硬件系统驱动软件集成，与物理设备完成无缝连接。
交互式、分布式仿真软件支撑平台是混合仿真培训系统基础，包括数据库管理系统、仿真运行管理系统、人机界面系统、变电站一二次设备人机界面系统和仿真建模系统。数据库管理系统采用商用数据库与实时数据库相结合的方式，实时数据库是常驻内存数据库，用来支持数据的快速访问、处理。实时数据库与商用数据库有机结合的方式保证了数据库的实时性和高效性，商用数据库作为实时数据库的持久存储，较好地解决了分布式系统中数据库系统的开放性、实时性和一致性问题，从而充分发挥了实时数据库和商用数据库各自的优势。仿真运行管理系统，作为分布式仿真的运行支撑系统，实现了各个仿真应用之间的交互操作，是联系各仿真子系统（软仿真、电网仿真、混合仿真）各部分的纽带，是分布式仿真系统的核心，为各个仿真应用软件提供了位置透明、高效的虚拟运行环境，向子系统提供交互对象管理服务、时间管理服务、数据分发管理服务和应用程序接口。人机界面系统是全图形人机接口，为教员和学员提供交互式操作媒介。变电站一二次设备人机界面系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和虚拟现实技术，可以构建各种电压等级的虚拟变电站，包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、中央信号屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备，分为变电站一二次设备人机界面编辑系统、在线系统及变电站一次设备三维交互式虚拟场景系统。仿真建模系统通过图形、模型和数据库一体化建模技术，在画面编辑时能够提供特定电气元件的计算模型，在生成画面同时，能够自动地生成或人为输入电气元件计算模型的参数，并插入到数据库相关表格中，为电网仿真、变电站实时仿真等子系统提供拓扑数据和运行数据。
全动态电网仿真子系统采用暂态、中期、长过程一体化计算再现真实的电力系统的动态响应过程，采用了固定结构的稀疏矩阵、微分方程隐式梯形差分方程与网络代数方程的联立求解、强鲁棒性牛顿―拉夫逊法非线性方程求解、自动变步长等技术保证电网仿真计算的快速性和稳定性。
教员与学员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台，功能由四部分组成，即：系统管理功能、培训前运行方式和教案准备、培训中的操作和进度控制、培训后分析和评估。系统管理功能包括时间管理、用户管理、运行方式管理等；培训前运行方式和教案准备包括选择运行方式数据、整定初始方式、预设故障和事件；培训中的操作和进度控制是指教员对培训进程的控制、对电力系统模型的操作、设置故障和事件、管理和监视学员的操作；培训后分析和评估包括使用事件记录、曲线、报表等工具分析学员操作的效果，利用事故追忆再现学员的处理过程和系统的变化过程，利用评价工具对学员的操作进行评价。
变电站实时仿真子系统在变电站中一次设备的三相暂态模型及外网动态等值模型基础上，采用电磁暂态计算理论实现变电站的详细仿真计算。通过接口算法实现变电站实时仿真与全动态仿真的在线交互，保证变电站的动态响应的准确性。变电站实时仿真子系统运行在实时操作系统基础上，实时操作系统可配置成单任务模型，保证实时仿真子系统的最高优先级的运行级别，实时操作系统运行于混合仿真集成支撑平台，并通过硬件系统驱动软件驱动硬件系统。
七、结论
本文研究开发的变电站数字物理混合仿真培训系统是在软仿真模式的变电站仿真技术基础上，结合电力系统的实时仿真技术，将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备有机结合成为的物理与数字混合仿真培训系统，使受训的变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员在完全真实的变电站环境内接受训练，同时能够完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作，能有效地提高现场运行人员素质水平。该系统已在石家庄电力培训学校220kV教学变电站培训仿真系统中，取得了很好的培训效果。
参考文献
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[关键词]数字化模型；继电保护；计算机仿真；系统性校验
中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0039-01
0 引言
电网规模的不断扩大和一次系统接线方式的日益复杂对电力系统的安全稳定运行提出了更高的要求。继电保护设备作为维护电网安全稳定运行的第二道防线，已越来越受到人们的重视。
由于电力系统本身是一个动态的系统，电网故障的发生也具有突发性、瞬时性、不可预见性等特点，电网二次系统作为电网安全稳定运行的主要控制手段，有必要在设备投运前对二次系统全面的测试和校验。
目前的继电保护校验只能对二次系统中的继电器（保护装置）的功能与动作特性进行校验，对于在系统故障时能否正确切除故障起决定作用的继电保护定值及二次系统其它参数无法进行验证。
因此本项目提出了在建立电网一次精确模型的基础上，进一步建立二次系统的主要构成元件――各种保护继电器的数字化模型（即虚拟继电器），从而搭建整个电网系统的数字化模型，利用计算机仿真这一先进的技术手段对电网的第二道防线进行模拟，从根本上解决目前难以对电网中的二次系统配置的合理性、准确性、以及各项控制功能的有效性进行全面验证的问题。
1 国内外研究水平综述
目前，对电网中继电保护系统的校验仍然处于装置级水平，即仅仅对单台（套）继电保护设备进行硬件性能、逻辑功能、动作特性等方面的检验，而对于关系到继电保护设备能否正确动作的保护定值的合理性及准确性无法进行检验。
电网本身是由众多元件连接成的统一的系统，对电网中继电保护设备的要求不仅仅局限于逻辑功能正确、动作可靠，更重要的是强调各级电网的继电保护设备的动作特性必须严格配合，在一次设备发生故障时，保护装置必须做到该动必动，不能误动。继电保护定值作为保护设备能否动作的直接依据，各级继电保护装置动作特性的配合实际上就是保护定值的配合。如果对保护定值的正确性进行校验就必须考虑到各级保护定值的逐级配合，联系各级电网对定值进行系统的校验。
由于电力系统故障的瞬时性、突发性、破坏性以及故障过程的不可逆转性，现有的技术手段尚不能对电网各级保护定值进行系统的检验。本文在现已成熟的电网一次设备电磁暂态仿真技术的基础上，提出了建立电网中各种继电保护设备的数字化模型――虚拟继电器，将电网中各级保护定值置入虚拟继电器，通过对电网进行各种电磁暂态仿真过程，观察各虚拟继电器的动作情况，从而检验电网中各级继电保护定值的正确性。
2 理论和实践依据
（1）虚拟继电器模型的建立
实现本文的关键在于建立各种继电保护装置的数字化模型，即虚拟继电器。利用先进的数字建模技术，根据常见继电保护装置的基本原理及动作逻辑，编制程序完成各种继电保护装置的基本功能，并进行测试完善，使之具有与实际继电器相同的动作特性，并预留同外部程序的接口。
（2）虚拟电网的继电保护系统的建立
根据电网的实际情况，实现对电网的电磁暂态仿真模型（一次系统）的保护配置，主要实现虚拟继电器对一次系统模型中相应断路器的控制功能。
（3）对电网一、二次系统模型的仿真研究
利用现已成熟的电网的电磁暂态仿真模型，通过模拟一次系统的各种异常及事故运行状况，分析电网中各种继电保护设备及断路器的动作行为，在此基础上进一步分析继电保护设备的配置与参数整定是否合理。
（4）本文的创新点
本文提出建立电网二次系统的数字化模型，对电网的二次系统进行全面的仿真研究，克服了以前的电网仿真只研究一次模型，忽略二次模型的弊端，只有对电网的一、二次设备进行全面的仿真研究，才能真正实现对电力系统的全方位、全过程的动态仿真。
继电器作为构成电网二次系统的基本元素，本文提出了虚拟继电器的概念，建立虚拟继电器是本文的关键部分，在国内外尚未看到有关虚拟继电器的有关报道。
3 研究内容和实施方案
本文利用计算机建模技术建立虚拟继电器，使之具有与实际继电器相同的故障分析、逻辑判断、动作出口等功能，并具有良好的人机界面，可方便的实现对虚拟继电器进行各种参数及定值设置，从而实现与实际继电器完全相同的功能。
设想电网系统的数字化模型开发及仿真系统由三部分构成，分别为基于微机保护的电网实时仿真装置，通讯和信号转接口以通用自动化二次设备，如图1。
图1 电力系统仿真系统构成图
电力系统是一个庞大而复杂的系统，按照其内在的物理规律、相互关系及实际功用，可将电力系统纷繁复杂、形态各异的设备归纳为若干种类。依其内在机理确定算法，算法面向一类设备，代表其共性。
然后根据实际系统，将通用性的算法应用到特定的设备，对各输入、输出、系数进行配置以反映其特性。并依据物质流向、控制信息流向将它们一一连接起来，即构成模型。建模工程师无须专门的计算机软件知识，只要熟悉仿真对象的工艺流程，具备相应的专业知识，即可从事模型开发和维护工作。
具体到继电保护设备，可根据每种保护的输入、输出量及工作原理建立数学模型，正确反映保护的启动、动作、复归、时间等特性。
所有设备算法均依据物理机理建立，算法涵盖了仿真对象的全工况动、静态特性，既反映了正常运行的规律，又模拟了异常、故障情况下的特性。
在原有电网一次系统仿真模型上，根据实际电网保护配置情况，实现电网二次系统的配置，从而形成完整的电力系统。然后利用现已成熟的电网电磁暂态仿真技术，模拟电网的各种故障及异常运行方式，观察电网中一、二次设备的动作情况，从而判断电网中的各种继电保护设备的配置情况及参数整定是否合理、正确。
4 预期目标和成果形式
本文利用计算机建模技术建立虚拟继电器，使之具有与实际继电器相同的故障分析、逻辑判断、动作出口等功能，并具有良好的人机界面，可方便的实现对虚拟继电器进行各种参数及定值设置，从而实现与实际继电器完全相同的功能。
在原有电网一次系统仿真模型上，根据实际电网保护配置情况，实现电网二次系统的配置，从而形成完整的电力系统。然后利用现已成熟的电网电磁暂态仿真技术，模拟电网的各种故障及异常运行方式，观察电网中一、二次设备的动作情况，从而判断电网中的各种继电保护设备的配置情况及参数整定是否合理、正确。图2为系统进行单相重合闸的仿真结果，图1中给出了一次系统故障电压、电流的曲线以及二次系统虚拟继电器的动作情况，为设计人员及继电保护整定计算人员提供直观的分析依据。
图2 系统进行单相重合闸的仿真
参考文献
[1] 杨乐平，李海涛.LabVIEW程序设计与应用.北京：电子工 业出版社，2005：1～32.
关键词：数字城市规划、3S技术、技术结合、应用
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
1、数字城市规划的涵义
数字城市规划是随着数字地球、数字城市等概念提出来的的一种基于3S为主要支撑技术的技术系统，它是新近发展起来的一种多种技术相融合的系统,是通过运用3S、网络、多媒体及虚拟仿真等技术,对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。它具有使城市地理资源、生态环境、人口、经济、社会等系统数字化、网络化,虚拟仿真,优化决策和实现可视化表现等强大功能。依赖城市规划理论和技术方法的发展,它的实施将彻底改变以往单目标静态的城市规划模式,使城市规划向多目标、动态、智能化的模式发展。
2、3S集成技术在城市规划中的应用
“3S”技术作为建立“数字城市”的三大支撑技术各有其特色,但在单独使用时难免有其局限性:GPS可瞬间定位但却不能表达地理属性;遥感技术可快速获取信息但信息的处理分析必须结合其他技术;GIS具有较好的检索、分析、结合处理能力,但数据来源和录入始终是难题。而“3S”集成技术是将这3种对地观测新技术有机地结合在一起，在线的连接、实时的处理和系统的整体性。目前,这种结合性技术手段的理论应用在我国近几年才刚刚兴起,但由于它对“数字城市”建设具有强大的支撑作用而引起国家科委、自然科学基金委及广大科学工作者的极大兴趣,并取得了较快发展。它的应用目前主要集中在以下几个方面。第一应用GIS数据库中的电子地图和GPS接收机相结合的车载、船载导航系统,为城市交通设施建设与交通管理提供信息保障和便利。第二利用机载GPS接收机进行数字化航空摄影测量,RS技术提供的数字化影像图获取信息,并与GIS实现无缝嵌接,获取数字城市建设中必要的信息和数据,建立城市地理信息系统下的各级子系统(如房产、交通、管线、环境),从而为政府部门规划与决策提供及时详尽的资料。第三利用GPS与GIS的集成,可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程相当于用数字化仪录入数据,采集多边形边界或路径的顶点坐标,并将数据通过GIS进行记录,计算相关面积或长度,这种技术应用于城市规划、土地管理中,能大大地提高工作效率。
3、数字城市规划的作用
3.1数字城市规划丰富了信息的处理分析方法和手段
城市规划需要获取包括与城市相关的经济社会等各项基础资料、历次规划成果、规划实施与管理等复杂的数据和信息。其数据和信息具有多尺度〔比例变化大〕多类型(如图像、图形、各类文档等)、多层次及多时相等特点。数字城市以其各类信息的数字化和大容量的数据存储设备、高速宽带的信息传输系统及高效智能的处理系统，为城市规划设计现代化提供了丰富的信息。同时，数字城市采用分布式数据库和数据仓库技术，对数据进行自动更新和动态管理，保持数据的实效性和实时性。此外，数字城市还提供丰富的数据类型，其中包括二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据、属性表格数据、城市三维图形及纹理数据等，满足城市规划与管理的不同需求。由此可见，数字城市改变了过去城市规划需要花费大量的时间和精力进行现场勘察的状况，而且提高了信息的准确性、现势性、信息量和工作效率，为提高方案的科学性和可操作性打下了坚实的基础。
3.2数字城市规划提供了一种可视化的工作平台
利用数字城市中的多种数学模型与分析手段，更多地进行定量分析。以往的城市规划对所收集到的资料和信息需要花费大量的时间和精力进行分类整理，然后采用“定量分析为辅，定性分析与定量分析相结合”的传统分析方法，分析、预测城市未来的发展潜力和发展方向。由于受到信息的准确性、时效性、来源等各方面因素的影响，规划分析和决策过程中的失误在所难免。数字城市的建立可以使规划人员在获得所需的诸如社会、经济、环境及城市建设等各类信息基础上，利用空间叠置、数学建模等多种方法，对数据进行定性、定量、定位综合分析和动态分析处理，多维和多形式地显示分析处理结果。如进行城市经济和产业结构分析、人口等的空间分析和定量分析，结合信息的时间维，直观地展现城市发展和演变的历史过程等。此外，数字城市可以强化对城市空间的智能分析。空间分析技术方法的应用，可以分析和研究城市空间实体之间的相互作用关系和城市空间的发展模式，进一步提高城市规划对于各类规划基础数据的分析处理能力，以及对于未来城市发展的预测、模拟和优化能力，使规划能够在理性的综合分析基础上做出科学合理的判断和决策。如城市人口分布估算、居住区环境质量分析评定、大型公建布局与人口空间关系分析、城市区位条件分析及城市土地级差地租分析评定等。计算机仿真与虚拟现实技术为多种真实世界的规划项目创建了虚拟环境，仿真数据库在多方面极大地帮助了城市的改建、更新和开发过程。虚拟现实采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及味觉等感观世界。它可以应用于城市景观数字虚拟城市的仿真、城市地下管线的可视化、城市发展历史演变过程的再现、城市人流和车流的动态模拟、城市生态建设或改造的虚拟实验以及城市灾害事故的动态模拟等诸多方面。用户不仅可以观察数据，而且可以与数据交互，虚拟现实是一种多技术、多学科相互渗透和集成的技术，它应用于城市规划与设计，规划师可以直观、研究实际系统之目的的一种真实地体验设计效果，进行多方案比较，使仿真技术成为规划决策的辅助手段;应用于规划管理，可以作为展现城市发展蓝图的手段，吸引更多的公众参与城市设计与管理。
3.3数字城市规划真正实现了公众参与
公众参与是决策民主化的一个重要体现。如果规划结果对公众影响大的话，需要实行方案公示，听取公众意见。由于公众数量的庞大，传统的方案公示和意见收集往往进展艰难、花费大量的人力物力。空间信息技术的发展使得方案能够在网络上进行规划方案的信息、网上公示、意见征集和动态查询，通过信息交换平台和用户反馈机制收集公众意见，提高规划设计的透明度，避免了传统方式的成本大而导致的闭门造车的缺陷，通过多方参与、重在过程的开放模式来提高城市规划的法律基础和群众基础，真正做到从市民群众的角度看问题，从大众的角度去建设城市。
参考文献：
[1]丁烈云、孙峻.数字城市——城市规划面临的变革.规划师，2000
在美国汽车X Prize大奖赛中，汽车企业家奥利弗・库特纳（Oliver Kuttner）在美国弗吉尼亚州成立了Edison2公司。随后他还组建了一只汽车“梦之队”，并希望通过设计一款重量轻、速度快且环保的概念车赢得美国汽车X Prize大赛。
而这款Edison2概念车（图1）就是采用Siemens PLM SoftWare的Solid Edge进行设计：为最大限度地降低车辆重量，Edison2的设计人员借助Solid Edge完善的功能确定车辆模型数字化部件和组件的重量。最后，该概念车凭借830磅的重量和较低的温室气体排放量赢得X Prize大奖赛主流级别的500万美元大奖。
当前，Edison2正借助概念设计中所汲取的经验创造一款油耗极低车辆并最终实现量产。与竞赛车辆不同，该车重量非常轻，更省油并配备较大的车门、车轮和更强大的制动系统。由于具备概念车的设计基础，Edison2开始将Solid Edge软件的同步技术引入车辆设计中，使该车型的相关修改更为迅速。Edison2研发主管Brad Jaeger说：“我们计划在下一代的车辆开发中采用更多的同步技术，从而缩短原型车的生产时间”。
Solid Edge设计主要采用自上而下的顺序建模方式，并可直接将原有的模型导入带有同步技术的Solid Edge内，从而实现快速设计更改并在极短的时间内将Edison2的设计概念引入安全且舒适的车辆设计中。
制造业正面临多重压力：产品上市周期越来越短、客户定制方案越来越普遍以及产品成本越来越低，这些都意味着工业企业将想法和概念转换为实际制造需要更高的效率。虽然我们可以通过采用当前的数字化设计软件以提高部分效率，但是由于大多数企业仅采用单点解决方案，因此收效非常有限。
Solid Edge是否可作为一项帮助制造业企业应对新挑战的解决方案，而不仅仅是一款简单的集成软件？
设想一下，一款产品是如何按照客户需求，并通过概念化设计进入生产加工的？数据的重复利用是大部分业界领先企业的制胜法宝。
一个很简单的事实就是：对部分项目进行重复利用不仅可节省时间和精力，而且可以使知识得到最大程度发挥。同时，外部数据的重复使用也是各企业必须面临的一个问题――采用供应商或客户所提供的数据，高效运作并通过协作和智能模式采用适宜的几何模型，也可有效地节省时间。
事实上，Solid Edge所采用的同步技术可实现企业的按需设计和数据的重复使用。不仅如此，Solid Edge还可帮助用户实现产品在整个生命周期内的无缝衔接：在概念设计阶段，Solid Edge自带一套完善的2D/3D建模软件，可协助进行程序化，机加部件和组件的创建（图2）。在详细设计阶段，采用历史建模设计或采用同步技术的几何外形变更，Solid Edge是唯一一款融合上述两种方式的软件（图3）。在设计验证阶段，借助Solid Edge的仿真技术（包含基础线性静力学分析和模态分析），并采用Femap可进行多项复杂性仿真验证（图4）……Solid Edge能够为用户提供所需要的一切功能；在文档管理方面，设计图样仍是设计工作室和加工车间之间的通用语言，Solid Edge可重新绘制或由3D模型进行2D设计图纸的绘制（图5）；在加工方面，CAM Express采用先进的Siemens PLM SoftWare经验，因此可利用Solid Edge的刀具加工路径编程处理前使用（图6）；在设计管理方面，Solid Edge SP借助微软（Microsoft） Sharepoint平台，可对复杂的设计数据进行可视化管理（图7）（Siemens PLM SoftWare官方网站提供免费下载试用）。
仿真：降低成本和产品优化
随着加工材料成本的攀升和客户对高效解决方案和更坚固产品的需求，仿真在产品开发环节中的作用显得越来越重要。Solid Edge通过何种方式实现产品优化？
数字化设计软件可提供一种令人眼花缭乱的方式进行产品开发、完善和优化。几乎每一件产品都可进行诸如碰撞和干涉检测在内的单一零件结构性能仿真和成套复杂多体仿真。
各企业在寻求独立解决方案执行上述各步骤时，相关问题接踵而至：有效降低数据的重复使用率并引入蠕变误差概念；重复执行目标且耗费资源（例如建模）；当设计团队内不同成员之间所创建的几何外形或结果存在差异时，设计数据则不能进入各阶段间的正常流程……
Solid Edge可提供一套替代性方案：目标搜寻软件是实现设计复杂化的首要原则，同时，Solid Edge在三维CAD环境中集成了相应的有限元分析（FEA）软件，Solid Edge的仿真功能（基于Femap技术）允许设计人员和工程师在设计初始阶段至产品验证阶段间使用上述相关软件（图8）。对于结构更为复杂的目标（例如：模态、弯曲、热传递和非线性仿真）而言，独立的Femap也可提供更为先进的软件对3D几何外形进行高效重复利用，从而达到预定目标（免费试用版请搜索Siemens PLM SoftWare官方网站下载）。
制造：从设计到生产
产品制造过程是一项复杂的加工过程且包含多个阶段。零件由开发阶段到投产阶段之间的转变过程不仅仅只是单纯的CNC数控机床编程或注塑机使用。无论是进行铸模或压模制备，还是采用部分浇注或制造新的工装夹具，都必须确保加工过程的高效性和时效性，并尽可能快地实现球头旋转和零件生产。
CAM Express软件涵盖了从各项过程数据准备到复杂机加工具编程的全部功能。
对于采用Solid Edge进行零件制备的情况，Solid Edge可通过全套软件为制造准备过程提供完善支持。特别是其独有的同步技术可使用户获取零件几何外形并按照其预定方式进行快速使用。无论是开发一款复杂的模具或在外协加工前新增机加毛坯，同步技术均可在不改变零件几何外形的前提下实现上述更改或在使用第三方“被动”数据时无需历史结构树（图9）。
对于采用CAM Express进行CNC数控编程的情况，在完成前期准备后，CAM Express软件可通过零件编程设计并为加工刀具创建所需的G代码（用于反映Solid Edge中的模型变化）。无论是采用2.5棱形坐标系加工方式、高速3坐标加工方式或复杂的5坐标或多回转加工方式，CAM Express均可提供完善的软件支持。基于业界领先的Siemens PLM SoftWare NX计算机辅助加工（CAM）技术，CAM Express可对用户的刀具加工路径进行全套设置、路径创建、优化、仿真和验证（图10）。
Solid Edge应用程序：一个有利于Solid Edge完善的社区软件
第五阶段，进入21世纪，互联网技术的进步带来了机械设计的新的发展契机，计算机和互联网的结合，产生了大量极具实用价值的协同设计软件和绘图软件，极大的丰富了机械设计的技术手段，同时产生了全新的设计理念和设计范式。
传统机械设计的基本方法和局限性
传统机械设计基本上经过了一个由直觉设计到经验设计再到经验和理论结合设计的过程。这是一种基于不断地摸索和改进，充分利用经验总结，利用前人的研究成果和设计理论，形成相应的设计公式、图表、规范，利用近似技术和类比等方法并结合自己的思想所进行的设计，这种设计方法主要体现在细节的设计、优化分析和可靠性分析以及设计模型的制作等方面。传统机械设计思路的基本流程大概包括以下几个方面：首先确定方案，然后进行分析，最后选择可实际操作的技术将方案落实。
传统机械设计是一种经验的累积，同时又是现代设计理念产生的基石。从设计学的角度来看，传统机械设计是一种经验设计，这种设计思路着眼于产品的技术层面和物质属性，看重数据的计算和校核，可以利用比较直接的方式获得具有实际可操作性的效果。传统机械设计因其简便实用的特点大受欢迎，并成为了所有机械设计工作的基础。
传统机械设计具有比较成熟的理论依据和可参考的操作方法，而且目标明确、功能单一，易于取得成绩，而且一旦设计成功，非常适合机器大工业的生产流程，具有很高的可靠性。但同时，传统机械设计的缺陷也同样明显。首先是这种设计方法不够灵活，很难对瞬息万变的市场变化做出及时反映，在节约成本、提高效率、绿色环保的设计要求方面显得力不从心。
传统机械设计不能及时利用先进的设计手段，往往造成精度不高、效率低下的情况，跟不上社会发展的需要，也不能满足可持续发展的要求。传统机械设计的局限性主要表现在以下几个方面：(1)设计的规范性和结构设计的工艺性比较差；(2)设计周期比较长、成本比较高；(3)设计完成后，一些较小的调整有可能会带来整个设计较大的改动，造成整体设计的动态性较差。
现代机械设计发展趋势
现代机械设计注重高科技的技术手段和对传统机械设计方法的改良。现代机械设计根植于传统机械设计，但它更是一系列新的设计观念的产物，这些观念产生了很多的新的方法和技术，而这些方法和技术也在不断的发展变化和组合中。数字化技术创造了数字仿真和虚拟现实，这为机械产品设计开辟了全新的视野。虚拟现实技术来自于电子学和生物学的科研成果，它利用多媒体仿真技术形成一个具有一定目标性的特殊的三维环境，并且通过传感技术实现了人机对话和交流。在这种环境下，机械设计工作者可以得到更加真实的设计感受。利用数字化仿真技术，虚拟环境可以创造出足以取代物理模型的数字化设计模型，并且可以完成各种在物理真实环境下很难实现的试验和测试。
仿真实验技术有效地缩短了设计周期，减少了成本，极大地提高了设计的质量和效果。现代设计已经越来越像一个集团化的产品。随着设计内容的复杂性越来越高，不同领域、不同技术层面的专业人员相互之间的协同也变得越来越重要。人员协调和信息的实时交互已经成为机械设计中的重要课题。由此，协同设计理念应运而生。
协同设计是一个复杂的组合体，计算机技术、行为科学、认知科学、网络通讯、人工智能等领域都有涉及。协同设计有效地协调了设计工作者不同的专业特长和主观能动性，在较少的时间和空间内分析并组合了各种设计信息，从而实现了极高的设计效率。全生命周期设计是现代机械设计所提出的全新的设计理念，这一理念从根本上颠覆了传统设计的设计思路。全生命周期设计就是指机械设计要对产品的规划、制造、使用、报废、回收等各个历史阶段全面负责。现代机械设计工作人员不但要熟悉自己的技术领域，同时也要熟悉相关的其他方面的技术领域，要能清晰的了解全盘的设计意图。生命周期设计是一个平行的设计流程，所有设计人员都要考虑到机械产品使用周期的各个环节和所有因素，要以最优的方法解决产品的加工性、可靠性和维护性等方面的问题。与此同时，设计人员还要思考产品包装的美观性、装配的便利性和报废后的可回收性。
随着机械和电子技术的发展，以人工智能为基础的设计系统开始出现。这一系统具有自我学习能力，可以对已有的知识进行提炼和总结，然后形成新的产品设计概念。如何充分利用人工智能系统，设计出更为符合时代需要的机械产品，提高产品的竞争力，是对每一个现代机械设计工作者的新的挑战。
[关键词]三维可视化；消防；灭火救援预案；数字化
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.107
[中图分类号]TP311.52 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）12-0-02
0 引 言
随着社会经济和城市化建设的快速发展，各类火灾和突发事故日益增多，事故性质和处置方法也日趋复杂。以消防安全重点单位为主体制作的灭火救援预案仍停留在纯平面数据的基础上，现有的消防安全重点单位灭火救援信息资料很难直观地为指挥员提供准确、明了的指挥辅助信息。为进一步规范消防部队灭火救援预案编制、辖区情况熟悉和实战演练工作，2015年12月，公安部消防局制定了《公安消防部队灭火救援数字化预案规定（试行）》，首次提出了消防安全重点单位灭火救援预案数字化的编制要求。如何编制消防安全重点单位灭火救援数字化预案，为火灾及灾害事故处置提供准确、直观的基础数据，成为消防部队在灭火救援工作中急需解决的重要课题。
随着空间技术的迅速发展，尤其是计算机技术、通信技术的发展，三维可视化技术已经逐渐深入到各个应用领域，无论是军事或民用，都可看到它们的身影。笔者认为，三维可视化技术在消防安全重点单位灭火救援数字化预案建设中的应用将为消防部队熟悉重点单位情况、实施模拟演练训练、有效组织灭火救援提供有力保障。
1 灭火救援预案及三维可视化技术的基本概念
1.1 灭火救援预案的定义及分类
灭火救援预案是针对辖区可能发生的火灾或其他灾害事故，立足保卫对象特点、灾情分析评估和现有执勤力量而预先制订的作战行动方案。根据响应分级、力量编成、指挥层次等实际需要，预案制订分为总队、支队、大（中）队3个层级，分别对应跨区域灭火救援预案、灭火救援类型预案和消防安全重点单位灭火救援预案。
2.2 消防安全重点单位灭火救援数字化预案
消防安全重点单位灭火救援预案是根据辖区重点保卫对象情况制订的灭火救援预案，主要内容包括单位基本情况、重点提示事项、消防设施情况、初战展开部署、重点部位情况、相关图像资料及通信联络方式等。
数字化预案是通过采用先进的计算机技术、实景仿真技术、虚拟技术和数字通信技术，充分利用三维建模、图像采集、信息收集和仿真手段，将消防重点单位数字化、三维可视化，实现大规模场景显示和数据集成，达到为各级消防指挥员熟悉重点单位情况、实施模拟演练训练、有效组织灭火救援提供有力保障。
2.3 三维可视化技术
三维可视化（3D Visualization）技术是20世纪80年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性前缘技术。三维可视化技术把描述物理现象的数据转化为图形、图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。
2 三维可视化技术的主要优点
2.1 直观性强
三维可视化图像就是人们经常所说的立体图。由于人们的眼睛所看见的物体是立体的，通过三维制作的物体更能符合人们的日常习惯，再利用计算机对三维模型进行渲染，让预案更能接近实物，给指挥员一个直观效果图。
2.2 可靠性强
三维可视化技术制作的物体都要与实际物体形成一定的比例，既可以让指挥员感觉到这是“真实”的图片，同时也能指导消防官兵根据三维图去完成相应的工作。
2.3 兼容性强
三维可视化应用的制作软件均能够识别平面CAD图纸，可以方便三维建模。目前，很多消防官兵都会制作CAD图纸，甚至很多单位都有现成的图纸资料，这很方便建立消防安全重点单位三维模型。
3 三维可视化数字预案的功能设计
利用三维可视化技术编制的消防安全重点单位灭火救援数字化预案，可以为各级指挥员提供翔实直观的单位基础资料，为灭火救援处置决策提供详细可靠的辅助决策信息。
三维出警路线图可以指引消防官兵选择最优路线，迅速、安全赶赴事故现场。利用定位技术，结合消防车高度及宽度、灾情位置、车辆位置、交通实时状况、矢量地理信息等数据实现消防车最优行驶路径的计算，依据自动捕捉到的道路限制通行数据通过移动终端对车辆进行导航。
单位总平面动画可以动态显示目标建筑与周边建设的相对位置关系及单位建筑周边的地貌地况，为指挥员对现场消防车辆及人员的部署提供有力支持。
单位外观三维动画可以全面显示单位周边千米水源情况及室外消防设施位置情况，如消火栓、接合器等，便于在灭火战斗中准确使用，如图1所示。
图1 单位外观图
单位内部平面三维动画可以直观表现建筑出口、内部结构和消防设施情况，如室内消火栓、消防通道、电梯、防火卷帘等，使消防官兵在进入建筑前即对内部情况有充分了解，为指挥员制定合理、有效的进攻路线提供支持，如图2所示。
图2 单位内部平面图
4 灭火救援数字化预案的应用前景
4.1 为灭火救援指挥决策提供准确翔实的基础信息
当某个消防安全重点单位发生火灾时，消防部队各级指挥员可以通过数字化预案准确、快捷地查询事故单位的基本信息，并可以通过三维可视化动画直观、快速了解单位内部情况，为现场指挥、内部攻坚、有效处置灾害事故提供科学依据。
4.2 为消防官兵熟悉单位及模拟演练提供技术支持
消防安全重点单位灭火救援数字化预案可以把重点单位的相关信息通过网络以三维动画的形式直观地显现给所有消防官兵，易理解、易记忆、易掌握，让官兵在营区就可以熟悉重点单位。同时，可以对数字化预案进行三维互动功能扩展，在平时训练中实现模拟演练，让官兵熟悉作战意图、任务分配和进攻线路，为实地演练打下坚实的基础。
4.3 为灭火救援内部攻坚提供安全保障
针对现场环境复杂（如大型城市综合体等）的灾害事故，将单位数字化预案与官兵携带的具备室内定位导航和生命体征探测设备进行对接，依托已有的三维模型，实现室内位置图形化显示、语音通信等功能，并将相关数据通过3G/4G网络回传至现场指挥部，方便现场指挥员及时掌握内攻人员状况并进行远程指挥。
5 结 语
灭火救援预案制订是公安消防部队为做好执勤战斗准备而开展的基础性、经常性工作。利用三维可视化技术编制的数字化预案具备可视性强、操作性高、提供信息直观的特点，能有效为灭火救援指挥提供高效、可靠的辅助信息支持。因此，为消防安全重点单位编制三维可视化灭火救援预案必将成为今后一个时期消防部队的一项重要工作，而每一份三维可视化灭火救援预案都将为成功处理相应灾害事故奠定坚实的基础。
主要参考文献
关键词：植物保护；信息技术；实验教学
实验教学是高校学科教学的重要组成部分，在人才培养方面发挥着不可替代的作用。植物保护专业主要研究植物病虫害的特征特性、危害流行规律以及防治防控策略，是一门集实践性、应用性和技术性三大特点于一体的专业。该专业旨在培养具备一专多能的服务生产一线的复合应用专业人才。然而，传统的实验教学方式已经越来越无法满足专业核心技能培养的需要。信息技术时代的到来，为学科教学提供了一个很大的空间。高等教育信息化是促进高等教育改革创新和提高质量的有效途径，是教育信息化发展的创新前沿[1]。目前，信息技术在理论教学中已经大量使用，而在实验教学中的应用较少[2-4]。本文提出将实验操作视频、微课、数字化标本、虚拟仿真实验和在线讨论等信息技术应用于植物保护专业实验教学的设想，以期为该专业实验教学的改革和建设提供借鉴。
一、植保专业传统实验教学面临的困局
（一）实验示教受限，学生效率低下
在植保专业实验教学中，实验操作技能是学生需要培养的专业核心技能之一。传统实验课上，通常的做法是老师先利用多媒体课件讲解实验内容、方法、步骤和注意事项，接着在实验台上操作示教，然后分组实验，老师再从旁指导，最后学生完成实验报告[5]。在示教过程中，学生围在老师周围观看学习。由于学生人数较多（一般为40人），而空间有限，且示教一般只有一遍。这种情况下，大部分学生都看不清楚；即使一部分学生看清楚了，也都很难记清楚操作细节。因此，学生在实际操作过程中，频频提问，而老师往往分身乏术。这样，实验教学效果大打折扣，学生很难掌握操作技能。
（二）专业知识微观抽象，单纯讲授效果不佳
植物病虫害是植保专业实验的主要研究对象，随着分子生物学、基因组学等研究手段的丰富，植保专业实验也逐渐向微观的细胞和基因研究发展。实验过程中，经常会涉及机制原理、概念学说等各方面的知识，这些知识多数较为抽象，晦涩难懂。而在我们传统实验课上，教师则常常是通过课上单纯的讲授来指导学生实验，学生在对知识点没有完全理解消化的情况下，往往只是简单地按照实验步骤进行机械操作，这样很难达到人才培养的真正目的。
（三）标本资源短缺，教学开展不顺
标本是植保专业实验教学中重要的辅助工具，学生经常要观察各种标本，如玻片标本、浸渍标本、腊叶标本等。玻片标本需借助显微镜观察，学生寻找典型结构耗时耗力；由于操作不当，玻片易被压裂或摔碎；且随着保存时间的延长，这种标本容易出现褪色、发霉、模糊、漏气等现象，某些珍贵标本很难再取样制作。浸渍标本占据空间大，玻璃瓶易碎裂；浸渍液往往为福尔马林，有一定的毒害作用；且病变组织由于长期浸泡，其典型特征会逐渐退化，液体也会变浑浊，影响观察。腊叶标本在压制过程中失去原本的色彩，典型特征变得不明显，不利于观察。种种因素的限制，大大影响了植保实验教学的顺利开展。
（四）实验易遭时空局限，教学质量受影响
传统实验课上，通常都是由实验技术人员预先完成部分内容，然后学生再做剩余的一小部分内容。尽管全程累加所需操作时间就几小时，但实际操作的周期达到数月。学生无法全程动手，知识与方法难以实现完整性。植保专业许多课程实验与季节紧密结合，但教学计划的安排往往与季节脱节，季节与课程执行时间存在矛盾。春末夏初时节是作物生长和病虫害繁殖的适合季节，但此时已临近期末，安排的许多课程实验已结束，进入了期末考试阶段。错过了实验材料最丰富的季节，大大影响了实验教学的质量。植保专业因其涉农特性，在开展实验教学时，除了在户内的实验室进行外，还需深入生产基地、大田苗圃等户外场所进行实验。学校建设的生产基地有限，且通常设立在距离学校较远的地区，这无形中给实验教学带来了不便。同时，户外场所易受天气、生产需要等客观因素影响，使得实验过程中断、实验进度延缓。
（五）师生交流少，学生疑惑难解决
教学实践表明，师生之间有效的交流讨论是拓宽学生学习思路、提高学生学习质量的重要途径。然而，在传统实验教学中，由于空间和时间的限制，老师和学生之间的交流往往仅限于实验室内实验课上那有限的空间时间内，而学生在课堂学习前或学习后遇到的疑难问题却常常因为找不到老师解惑而搁置，这十分不利于学生水平的发展和提高。
二、信息技术在植保专业实验教学中的应用
信息技术是指用于管理和处理信息所采用的各种技术，即利用计算机和通信手段来获取、传递、加工、存储、呈现和分配信息[6]。在植保专业实验教学中适当引入信息技术，可以弥补传统实验教学的不足，推动教学方式方法、实验内容手段等方面的改革与创新。
（一）录制实验操作视频，提高学习效率
对于一些精细复杂的实验操作，老师可以提前录制规范的实验操作视频。在拍摄过程中，保证光线充足，设备稳定不抖动，重点聚焦手部的操作细节。拍摄后进行剪辑加工，并配上解说和字幕，在实验课前上传到移动平台，供学生在课前下载预习。在实验课上，老师只需重点讲解某些关键步骤，以加深学生印象。学生在具体操作时，也可以随时通过手机等移动设备观看。老师根据学生操作的情况再进行适当指导。这样不仅大大提高了实验的成功率，增强了学生的兴趣和信心，同时还促进了学生对技能的掌握，从而达到比较好的教学效果。
（二）制作微课，化繁为简
“微课”全称“微型视频课程”，它是以视频为主要载体，时长在10分钟以内，围绕某个知识点或教学环节而进行的简短、完整的教学活动[7]。其简短、精炼的特点有利于教师在实验教学上的应用以及学生开展个性化、碎片化的学习。例如在利用聚合酶链式反应（PCR）扩增目的基因的实验中，其原理微观抽象难懂。对此，我们可以将实验原理制作成相应的微课，将知识点化微观为直观、化抽象为具体，以加强学生的感性认识、促进学生对知识点的理解和消化。PCR反应体系由模板DNA、引物、底物、DNA聚合酶、缓冲液等组成，其操作过程为变性、退火、延伸等三个步骤循环进行。每次循环扩增产物又可以作为下一次循环的模板，因此，每经过一轮变性、退火、延伸三个步骤，特定DN段的分子数目增加一倍。采用动画技术，形象生动地解说每一个过程，由此制成5-10分钟的微课，在课前将其上传到教学平台或QQ群，以便学生下载预习。课上，老师再次播放微课，重点讲解某些疑难点，启发学生思考，从而帮助学生更好地理解知识点。课后，一些还未掌握的学生，还可以再次重复观看微课，自主补习、直到学会为止。
（三）建立数字化标本库，实现资源共享
以植物病理学实验为例，建立起植物病理数字化玻片标本库、植物病害数字化浸渍标本库和数字化新鲜标本库。利用显微摄像系统，通过专门的图像软件，将植物病理玻璃切片标本转化为虚拟的数字化切片标本[8]。对采集到的图像，可以进行剪辑、合成和标注，并且尽可能全面的展示每种病原的典型特征。例如观察镰刀菌属的切片，不同的切片可能有不同的孢子，如一张切片上有典型的小型分生孢子，另一张切片上则有典型的大型分生孢子或厚垣孢子，我们可以分别采集，然后合成到一张数字切片，并对不同孢子进行必要的名称标注。最后，按照病原分类系统，对所有图像进行整理，以便于查阅。利用数码摄像技术，借助特制装置将浸渍标本立体旋转360度来捕捉图像，通过图像处理软件构建浸渍标本的三维立体成像。利用数码相机，对新鲜标本进行拍照，将照片输入电脑，制成数字化标本。对这两种标本的图像，我们可以按照植物种类进行整理。同时，我们还可以建立起这三种数字标本库之间的连接，实现新鲜标本、浸渍标本与显微形态的配合。然后，将数字化标本库与校园互联网结合，学生可以通过网络随时登录学习。
（四）搭建虚拟仿真实验平台，拓展实践领域
虚拟仿真实验教学是融合了虚拟现实、网络通讯、数据库、多媒体等多种信息化技术，通过构建逼真的虚拟实验环境和实验对象，来实现人机互动的一种教学方法[9]。建立集综合性、设计性和创新性为一体的虚拟仿真实验平台，学生在这个平台中如身临其境般开展各种实验，理解消化各个知识点，学习掌握各项实验技术和操作技能。例如对水稻的生长发育过程进行仿真演示。水稻的生长经历秧苗期、返青期、分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期和黄熟期等各个时期，通过虚拟仿真技术，在室内就可以观察到整个过程，不受空间的局限；同时，利用一节实验课的时间就能充分掌握水稻的生长发育特点，大大的缩短了实验的时长，实现长周期实验短时化。再例如，对稻瘟病的发生发展及综合防治虚拟仿真。稻瘟病菌以菌丝体和分生孢子在稻谷和稻草上越冬，第二年产生分生孢子，在风雨等外力的作用下传播到水稻叶片上。当温湿度适宜时，分生孢子在稻叶表面萌发，生成芽管；之后在水稻中某些物质的诱导下形成附着胞，由附着胞上产生的浸染钉穿透水稻叶片的表皮，进入到水稻的叶肉细胞中[10]。随着病菌向邻近细胞的扩展，在叶片表面形成坏死斑，并且在病斑上会产生大量的分生孢子，随风雨传播到其他稻株上，进行再侵染。整个发病过程微观抽象，在传统实验课上无法向学生展示，学生没有直观感受，难以理解和掌握知识点。如果引入虚拟仿真技术，就可以把稻瘟病乃至其他各种病害的症状诊断、浸染循环过程和防控对策直观呈现在学生面前，激发学生的学习兴趣，提高学生的技能掌握水平。
（五）开展在线讨论，促进师生互动交流
随着QQ、微信和课程论坛等线上平台的发展和普及，打破时空限制的在线讨论变为可能。以“植物病原线虫及其所致病害症状观察”实验为例，在上一次实验课结束后，老师便可以将下一次要上的实验课的多媒体课件、实验操作视频、微课以及数字化标本等相关内容通过QQ、微信和课程论坛等线上平台实现资源共享，并布置一些问题留给学生思考。如植物受线虫危害后，和真菌、细菌、病毒等病原物引起的症状有何不同？不同属植物病原线虫所致症状有何区别？分离线虫的方法有哪些？如何选择合适的线虫分离方法？病原线虫包括哪些重要类群？这些类群是怎么划分的？同时，师生之间约定好在实验课前一天晚上开展线上讨论，检验预习情况。对一些重要问题，老师提供思路，启发学生思考，并留待课上再讨论解决。实验课后，学生如仍有问题，还可以继续通过这些线上平台与老师及时的进行沟通交流并解决。除此之外，老师还可以额外布置一些拓展性的问题，如我国主要的检疫性线虫有哪些？对线虫病害如何进行防治？引导学生查阅相关文献资料，课余时间与学生线上讨论学习，从而增强师生之间的交流、激发学生的学习兴趣、拓宽学生的知识面。
三、结语
人类正处在被信息技术改变的时代，信息技术对高等教育教学的发展意义重大。实验教学是一个不断改进和完善的过程，信息技术给实验教学注入了许多新鲜活力。面对植保专业传统实验教学的现状，本文提出了将信息技术与之有机结合的设想，可以有效地突破传统实验教学所面临的困局，改革并优化实验教学的方式方法，创新农业技术人才的培养模式。在实验教学中合理运用信息技术，在高等教育中，这不仅适用于植保专业，而且适用于农科专业，甚至是各科专业。总之，信息技术作为一种新的教学方式具有巨大的应用空间和潜力，我们仍需不断地开发和研究，以便更好地服务于实验教学。
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作为智慧城市的重要推动力量，企业的信息化和智慧化也就变得尤为重要。赛迪设计在多年的业务实践中，倡导把智慧企业放到智慧城市的大局中思考，让企业、产业和城市融合得更为密切，从而使智慧城市这一概念变成有源之水，为城市智慧化愿景的实现提供更多动力。
建筑工程业信息化应用
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[论文摘要]在教学中运用虚拟现实技术不但能有效的提高教学效果，激发学生的学习兴趣，而且还能提升教学过程中的科技含量。阐述虚拟现实技术在教学中的重要作用，重点探讨在各基础学科中虚拟现实技术的运用。
一、引言
随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。计算机变成实验台，软件变成仪器，网络变成实验室的虚拟现实技术能形象生动地表现各个学科的教学内容， 有效地营造随技术发展的教学环境，提高教学质量。
二、虚拟现实技术概述
虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。
虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。
虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。
三、虚拟实验室的实现
虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。
（一）仿真实验
虚拟实验室实际上就是数字化的仿真技术在实验教学中的应用，一个真正的虚拟实验教学系统的前台是多媒体或是虚拟化的环境，后台是实时仿真的过程。
目前的仿真软件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在构建虚拟实验时，应根据具体需求，选择合适的开发工具。如何将计算机仿真技术与虚拟化的仪器或多媒体环境有机的结合起来是虚拟实验室建立的关键和核心技术。
（二）支持技术
目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法 ：
1．使用JAVA+VRML进行开发。Java目前已经成为跨平台应用软件开发的一种规范，主要讨论对象行为。VRML 是一种虚拟现实建模语言，着重于虚拟场景中对象的特征。采用JAVA+VRML混合编程是实现较复杂动态场景控制等高级交互功能的有效方法。但基于VRML虚拟现实的虚拟实验在制作上较复杂，客户端需要有大量的专业的设备（如头盔、触觉手套等），附加成本较高，并且运行VRML对客户端计算机的性能要求也很高。
2．使用ActiveX控件进行开发。ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义。在虚拟实验室的开发过程中，代码复用性对于持续开发过程尤为重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一种支持COM规范的开发工具来进行ActiveX控件的开发。由于ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统，因而移植性和通用性较差。
3．使用QuickTime VR进行开发。QuickTime VR（简称QTVR）是新一代的、基于静态图像处理的实景建模的虚拟现实技术。QTVR可以应用照片、录像或数字图像等离散数据来创建虚拟环境，完成三维空间及三维物体的造型，并实现全方位观察。具有更高的真实感、更丰富的图像和更鲜明的细节特征。QTVR制作简单、周期较短、可控性也很强，对开发一些简单的网络实验教学软件的难度不大。
4．使用FLASH进行开发。FLASH是一种基于矢量的图形系统，具有短小精悍、任意缩放、兼容性良好、嵌入ActionScript脚本功能等特点。而且Flash中的工作组功能极为强大，包含一套新的工作流程，可自动更新Flash网站的数据驱动，从而大大节约了开发者的时间。因此，FlashActionScript是网上教学虚拟实验室开发的最佳平台。
（三）功能模块设计
无论建设哪个学科的虚拟实验系统，从功能模块上均可划分为三个部分。
1．网络服务。用户可通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。
2．仿真实验。采用计算机仿真技术来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。
3．数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务。维护虚拟实验系统的数据信息及用户的相关权限，为仿真实验提供支持。
四、结束语
如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中是目前教育领域发展的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。虚拟实验的普及能更好的提高教学效率，优化教学过程，达到更好的教学效果。
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