第一篇：數字化廣播總控系統(tǒng)實施研究論文

摘 要：當前數字廣播當前存在著主要問題在于發(fā)展資金不足和用戶認同度不高的現狀。在當前信息化時代的發(fā)展，互聯(lián)網傳遞信息速度的普及，廣播數字化已經成為歷史的潮流，如何利用廣播中控系統(tǒng)的實施，通過建立有效的數字化控制體系，就能夠有效的解決當前廣播總控系統(tǒng)中的不足與發(fā)展中的困境。筆者主要研究TVMMS系統(tǒng)體系結構的設計和MM1接口協(xié)議，分析整個TVMMS系統(tǒng)實施的方法。

關鍵詞：數字廣播總控系統(tǒng)設計

1序言

隨著經濟與社會的快速發(fā)展，數字廣播已經進入了千家萬戶。作為新興事物，數字廣播在發(fā)展的過程中遇到了一些問題，一是資金不足，二是用戶的認可度不高，隨著計算機網絡逐漸成為企業(yè)、政府和其它各種組織的重要信息載體和傳輸渠道，網絡和其所帶來的信息數字化大幅度提高了工作效率。然而如果沒有一個高效率的系統(tǒng)能夠針對當前廣播系統(tǒng)進行管理與監(jiān)控，則很難保證用戶滿意以及提升廣播電視收視率。因此有必要針對此問題真正使用上一整套符合當前廣播現狀的TVMMS系統(tǒng)，并針對此系統(tǒng)進行實施，保證其的有效運行和解決上述存在的種種問題。

2TVMMS系統(tǒng)功能概述

TVMMS系統(tǒng),包括了電視多媒體消息系統(tǒng)、移動通信網絡（網絡就是用物理鏈路將各個孤立的工作站或主機相連在一起，組成數據鏈路，從而達到資源共享和通信的目的）MMS系統(tǒng)、固定通信網絡（網絡就是用物理鏈路將各個孤立的工作站或主機相連在一起，組成數據鏈路，從而達到資源共享和通信的目的）（PSTN）MMS系統(tǒng)和Internet等。

2.1用戶代理（UA，User Agent）

其是位于機頂盒STB的應用層軟件，它提供對TVMMS業(yè)務的支持能力。用戶通過它可以接收、觀看、制作和發(fā)送電視多媒體消息。用戶代理的主要功能如下：

用戶代理是一個用戶與其它用戶代理或服務器通信的終端，采用SIP協(xié)議作為信令協(xié)議。用戶代理可以運行在各種系統(tǒng)平臺上，支持音頻、視頻、文本和電子白板等媒體類型。

用戶代理的內部結構大致可以分為4個部分：圖形用戶界面（GUI）、SIP消息處理模塊、媒體處理模塊和JAIN SIP協(xié)議棧。其中JAIN SIP協(xié)議棧又分SIP包和SDP包2部分，分別負責SIP消息和媒體流的解析和發(fā)送。JAIN SIP對SIP通信實體的實現采用模塊化處理，每個實體都由SipStack，SipProvider和SipListener構成。整個架構以事件為基礎，采用了監(jiān)聽者（Listener）/提供者（Provider）的事件模型。

2.2服務器

TVMMS網關/服務器負責存儲、處理來往的消息，在整個TVMMS系統(tǒng)中處于核心地位。在技術實現上，TVMMS網關和服務器可以集成在一起，也可以分開成2個設備，它們之間用MM2接口進行通信。

3實施的技術要點

為了確保整個數字化廣播總控系統(tǒng)的實施，建立健全整個實施的方向，因此對于物理實施應當重視如下幾個方面：（1）采用透明隔離硬防系統(tǒng)，全部網絡基于因特網，不再新建物理內網，以達到減小投資、方便實用、擴大影響的目的；（2）采用動態(tài)數據庫技術，各類數據自動二次處理，實時生成各類統(tǒng)計分析報表和預警提醒事項，充分利用信息資源、減少勞動強度、降低報表差錯率；（3）采用虛擬3D技術，引入實戰(zhàn)指揮概念，對企業(yè)經緯度、企業(yè)總平面進行立體、實時監(jiān)控，并聯(lián)接辦公系統(tǒng)中其他各項實時采集數據，第一時間發(fā)現問題解決問題。

4實施的現狀及存在的問題

4.1系統(tǒng)的數據流程

TVMMS系統(tǒng)對不同來源的數據自動接入或通過人工錄入，系統(tǒng)進行加工處理后，生成發(fā)布的信息進行發(fā)布。數據的處理過程可以分為3個層面，分別是數據層，處理層和顯示層。(1)數據層：該層的主要作用是其他系統(tǒng)傳遞過來的原始數據進行校驗解包并進行預處理。(2)處理層：在處理層中，由數據處理模塊調用相應的模型，如播放的狀態(tài)分類計算模型等，進行數據計算處理,當前接收人員的狀態(tài)信息，并經由人工確認，存入系統(tǒng)數據庫。另外，有些突發(fā)事件需要人工信息輸入并存入系統(tǒng)數據庫。(3)顯示層：顯示層主要對狀態(tài)信息進行處理，形成廣播總控信息。

4.2TVMMS系統(tǒng)發(fā)布信息的實時自動生成(1)數據解析、融合：由于廣播信號信息的多樣性和異構性，來自于各數據源的信息必須先經過數據解析、數據融合處理轉換成統(tǒng)一的格式后才能寫入到流數據中心。數據解析是對源數據進行理解、翻譯的過程，由于各流數據采集系統(tǒng)的數據元和數據格式不完全相同，因此需要通過數據解析將源數據翻譯、格式化成標準的格式。數據融合將經數據解析后得到的源數據進行分類，補充源數據中缺少的數據元，并根據配置信息將源數據和一個路段斷面相關聯(lián)。

(2)數據預處理：數據預處理包含濾噪和判誤兩個過程。濾噪算法運用平均差原理，將差值(原始值與整體平均值的差值)大于平均差的那些數據視為噪點丟棄不用。判誤算法則是根據預先設定的閥值判別源數據是否合法，如果不合法則丟棄。

4.3存在問題

(1)區(qū)域間缺乏聯(lián)動誘導。在一些城市，隨著不同區(qū)域廣播控制系統(tǒng)的相繼建成和規(guī)劃建設，不同區(qū)域之間的廣播關聯(lián)性與不同區(qū)域廣播控制系統(tǒng)的相對獨立性之間的矛盾成為目前廣播控制系統(tǒng)的主要矛盾之一。從出行者的角度主要表現在獲得交通信息的不連續(xù)性，特別是在區(qū)域邊界無法獲得所需要的信息。(2)非城市快速路缺乏動態(tài)誘導?，F行的誘導都只限于城市快速路，而作為銜接城市快速路的支路卻缺少誘導。雖然我國城市交通誘導率低不至于出現Braess矛盾效應，但是卻很容易在支路上發(fā)生擁堵。(3)各個TVMMS系統(tǒng)廣播控制的獨立。區(qū)域性的TVMMS系統(tǒng)廣播控制并未有機統(tǒng)一起來，因此需要特別的權限進行管理與審核。

5結束語

TVMMS系統(tǒng)的發(fā)展需要有科學技術的發(fā)展為支撐，需要由先進的數學理論、模型和思維理念為基礎。如何提升TVMMS系統(tǒng)體系的數字化、網絡化、智能化，以及提高動靜態(tài)數據的聯(lián)動誘導的效率，將是衡量城市廣播管理水平的關鍵因素。

參考文獻

齊巖松，金純，蔣小宇.數字廣播多媒體消息及數據格式研究.廣東通信技術，2007，27（4）：16-19.

第二篇：核磁共振系統(tǒng)的數字化研究

核磁共振系統(tǒng)的數字化研究

【摘要】：核磁共振(NMR)技術作為一種研究物質結構的重要工具,在物質檢測和醫(yī)學影像等領域中得到了廣泛的應用。與此同時,其應用領域的拓展和科學研究的深入,又對核磁共振系統(tǒng)提出了更高的要求。本論文主要針對目前常規(guī)商業(yè)化NMR譜儀存在的問題,開展了譜儀技術的數字化研究,在保證譜儀功能和性能的前提下,對譜儀結構進行了優(yōu)化,降低了設計成本。該研究工作為NMR設備的普及奠定了基礎。論文的主要內容如下:1.核磁共振系統(tǒng)數字化研究的趨勢。首先,介紹了核磁共振技術的發(fā)展,指出應用數字化技術是譜儀發(fā)展的一個重要方向。在此基礎上,針對本論文的主要工作論述了數字化研究的意義。2.基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺的數字化研究。首先,在總結常規(guī)核磁共振譜儀結構的基礎上,提出了全數字、一體化的譜儀控制臺的設計思想。然后,詳細介紹了該譜儀控制臺的設計思路和硬件結構。該譜儀控制臺采用USB總線,實現了外置式架構。此外,該譜儀控制臺將控制/通訊部分、脈沖序列控制部分、射頻發(fā)射部分與信號接收部分集成于一塊板卡之上,還可以實現兩種工作模式。最后,采用常規(guī)NMR序列實驗較好地驗證了整套系統(tǒng)的性能?？梢钥吹?在譜儀結構簡化的同時保證了性能指標,增強了靈活性,拓寬了應用范圍。3.多通道磁共振信號接收方法的數字化研究。首先,討論了近年來隨著相控陣和并行成像技術的飛速發(fā)展對信號采集系統(tǒng)的要求。然后,針對現有技術的不足,提出了F_TDM多通道接收方法,并進行了

理論分析。最后,我們設計了基于PCI總線的四通道F_TDM數字接收機,通過成像實驗論證了該方法的可行性。4.選擇性激發(fā)脈沖的數字化研究。為提高射頻功率放大器的效率,降低儀器的成本,我們提出了正負相位組合(P/N)選擇性激發(fā)脈沖。首先,我們將P/N脈沖展開成傅立葉級數,分析了P/N脈沖和軟脈沖在選擇性激發(fā)上的等效性。然后通過密度矩陣的方法模擬了P/N脈沖的激發(fā)帶寬曲線,并與軟脈沖的激發(fā)帶寬曲線作了比較。最后通過實驗測量了P/N脈沖的激發(fā)帶寬曲線,并給出了采用P/N脈沖選層獲得的多層SE2D圖像。5.磁共振系統(tǒng)數字化研究的總結與展望?？偨Y了本論文的主要研究工作及其應用方向,對目前工作中存在的問題進行了分析并指出了改進的方向?！娟P鍵詞】：核磁共振磁共振成像數字化研究一體化USB微處理器時分復用頻分復用選擇性激發(fā)正負相位組合脈沖 【學位授予單位】：華東師范大學 【學位級別】：博士 【學位授予年份】：2008 【分類號】：O482.532 【目錄】：論文摘要6-8ABSTRACT8-12第一章緒論12-171.1核磁共振技術的發(fā)展概述12-131.2論文的主要研究內容及其意義13-15參考文獻15-17第二章基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺17-562.1核磁共振譜儀的結構及發(fā)展17-212.1.1常規(guī)PFT-NMR譜儀結構17-202.1.2一體化核磁共振譜儀結構20-212.2基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺的數字化研究21-462.2.1控制/通訊單元

22-282.2.2脈沖序列控制單元28-312.2.3射頻發(fā)射單元31-412.2.4信號接收單元41-462.3硬件設計46-482.4實驗結果48-522.5總結52-53參考文獻53-56第三章F_TDM多通道接收方法56-863.1磁共振信號的檢測方法56-583.2相控陣與并行成像技術對信號采集系統(tǒng)的要求58-603.3F_TDM多通道接收方法的理論分析60-683.3.1時分復用(TDM)技術61-633.3.2頻分復用(FDM)技術63-653.3.3F_TDM技術65-683.4F_TDM多通道接收機的硬件設計68-763.4.1放大與混頻的設計69-703.4.2時分復用的設計70-713.4.3F_TDM信號接收與解調的設計71-753.4.4數字邏輯控制的設計75-763.5實驗結果76-823.5.1耦合度76-783.5.2相位相干性78-803.5.3成像實驗80-823.6討論82-83參考文獻83-86第四章正負相位組合(P/N)選擇性激發(fā)脈沖86-1074.1選擇性激發(fā)脈沖在磁共振成像中的應用86-894.2P/N脈沖的理論分析89-914.3等效性的驗證91-984.3.1計算機模擬方法91-934.3.2相位93-944.3.3傾倒角94-974.3.4激發(fā)邊帶97-984.4硬件設計98-994.5實驗結果99-1024.6討論102-105參考文獻105-107第五章總結與展望107-1101、基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺107-1082、多通道磁共振信號接收方法的數字化研究1083、選擇性激發(fā)脈沖的數字化研究108-110攻讀博士學位期間發(fā)表的論文110-111攻讀博士學位期間申請的國家發(fā)明專利111-112致謝112

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第三篇：數字化石油鉆井系統(tǒng)框架研究

數字化石油鉆井系統(tǒng)框架研究

楊傳書

在信息技術迅猛發(fā)展、市場競爭日益激烈的今天，國內外大公司、大企業(yè)紛紛加強信息化建設，優(yōu)化工作流程，提高技術和管理水平，以期達到提高核心競爭力、創(chuàng)新增效的目的。信息化如何帶動石油勘探開發(fā)這個傳統(tǒng)的工業(yè)完成新一輪的革命,我國很多石油企業(yè)紛紛開始了數字油田的研究與建設。而石油鉆井作為上游業(yè)務中耗費投資最大又對石油勘探開發(fā)水平產生重大影響的工程技術服務板塊，其信息化也已經得到石油企業(yè)的高度重視。在數字油田建設的大背景下，數字化石油鉆井系統(tǒng)建設也已經成為了石油鉆井行業(yè)信息化的代名詞。石油鉆井行業(yè)的特點及面臨的形勢

石油鉆井是石油勘探開發(fā)業(yè)務流程中最重要的環(huán)節(jié)之一。它是最直接的勘探手段，只有通過鉆井才能最終確定油氣藏的存在。它是實現石油開發(fā)（開采）的惟一途徑，油氣只有通過鉆井井眼才能輸送到地面。鉆井施工作業(yè)大多在荒郊野外，而且大多沒有進行過大規(guī)模的基礎設施建設，地理條件復雜，對施工現場的管理和技術支持極為不便。

目前，世界石油鉆井行業(yè)面臨著以下嚴峻的形勢：

1．技術上，要在越來越復雜的地質條件下達到越來越高的中靶精度；管理上，石油企業(yè)需要大幅度降低成本，要求鉆井管理更加精細化、決策更加科學化。

2．石油鉆井工程涉及到多個學科領域，是一個人員與技術高度密集，集技術、管理與經濟運營等為一體的系統(tǒng)工程，也是融合多學科技術知識的一項綜合工程，要提高整體水平難度很大。

3．鉆井工程投資大、風險高，鉆井過程中所使用的技術方法和專業(yè)技術人員、管理人員所做出的各項決策、制定的方案等都直接關系到鉆井施工的效益和成敗。

全世界的鉆井服務商都面臨著前所未有的來自經濟與技術兩個方面的巨大挑戰(zhàn)。國外很多油公司和鉆井工程承包商在這方面走在了我們的前面，他們已經逐步建立起了先進的鉆井信息系統(tǒng)，實現了數字化施工。國外鉆井信息系統(tǒng)的發(fā)展情況及特點

國外鉆井服務商早在20世紀80年代開始就將信息技術應用到生產指揮中，取得了巨大的經濟效益。到90年代，開始研究建立集鉆井數據采集、數據信息傳輸、鉆井數據庫、鉆井工程設計、鉆井施工監(jiān)測和鉆井生產指揮為一體的鉆井信息系統(tǒng)。鉆井參數自動采集，生產信息及時送入現場計算機，通過通訊網絡實時傳送到總部信息中心，經過專家會診做出決策，反饋到鉆井現場進行實時監(jiān)督，指揮鉆井生產。

國外比我們提前近10幾年進行鉆井信息技術的開發(fā)利用。由于采用了先進的技術及與其相對應的應用系統(tǒng)、應用軟件，將信息技術很好地應用到了鉆井生產中，充分發(fā)揮了計算機的優(yōu)勢，使得鉆井水平、速度有了很大提高。可以說國外鉆井信息技術應用比較成功的國家，鉆井隊已到了離開計算機就無法打井的水平。

美國蘭德馬克(LANDMARK)鉆井數據管理平臺實現了鉆井、完井和老井維修數據資料的一體化管理。意大利阿吉樸(AGIP)公司的鉆井信息系統(tǒng)是一套非常先進的鉆井信息系統(tǒng)，其特點是實現了鉆井數據資料的實時采集和處理。整個系統(tǒng)包括數據采集、衛(wèi)星通訊和數據處理系統(tǒng)三大部分，數據處理系統(tǒng)的開發(fā)技術實現了數學模型和人工智能技術的有機結合，對與鉆井工程關系密切的、影響鉆井安全的、經濟的幾個方面作了高水平的開發(fā)。BPAmoco，Texaxo 和EnterpriseOil等著名石油公司都已實現了一體化的數據管理和決策支持信息系統(tǒng)，有力地支持了公司決策，大大提高了生產效率，有效地降低了生產成本。

國外鉆井信息系統(tǒng)普遍存在以下特點： 1．信息量大，信息覆蓋面廣 2．網絡健全，應用系統(tǒng)豐富

3．信息系統(tǒng)充分利用石油鉆井最新技術成果 4．軟件與生產實際結合緊密

5．鉆井信息系統(tǒng)基于一體化的解決方案

因為信息化建設的投入產生了良好的效益，因此許多大公司敢于不斷加大信息化投資力度，從而產生更大的效益，使得信息化建設已經進入了良性發(fā)展軌道。我國石油鉆井信息化建設的差距

自20世紀末期，我國石油企業(yè)開始了以鉆井資料管理系統(tǒng)應用為代表的鉆井信息化建設。經過多年的探索和實踐，大部分企業(yè)都建立了鉆井數據庫，研發(fā)或配套了部分應用軟件。這些系統(tǒng)促進了鉆井技術水平的提高，一定程度上降低了鉆井成本，但與國外鉆井信息系統(tǒng)相比仍然存在很大差距，與我們國內鉆井行業(yè)的自身要求仍然不相適應。主要表現在：

1．鉆井數據的自動采集率低、實時性差。目前雖然在自動采集軟件和遠程網絡技術方面取得了很好的進展，但就全國而言應用覆蓋率仍然很低。

2．各企業(yè)的鉆井數據庫建設良莠不齊，都還沒有涵蓋鉆井信息系統(tǒng)相關的全部數據，比如鉆前數據、固井數據、管具數據、HSE數據、專家知識數據以及勘探開發(fā)等關聯(lián)業(yè)務數據等等，使得鉆井信息應用難以得到全面的信息支持。

3．現有應用系統(tǒng)的集成度和深度不夠。雖然現有的系統(tǒng)在網絡建設、數據采集和數據的查詢、數據處理、鉆井調度等方面都做了不少工作，但是缺乏對數據的更深層次分析處理、綜合利用以及對鉆井全過程的協(xié)同管理與指揮功能，鉆井的智能化程度還很低，這些都是勝利鉆井信息系統(tǒng)需要重點解決的問題。

4．對鉆井信息化的管理滯后。雖然各企業(yè)或多或少地建立了相應的考核體系和獎懲制度，但由于管理體制改革力度不夠，導致系統(tǒng)的推廣應用效果不盡人意，尤其是數據不能按規(guī)定及時、準確、完整地采集入庫，使得整個系統(tǒng)效率難以充分發(fā)揮，這就給后續(xù)的許多深層次的信息應用造成很大的阻礙。

5．基礎設施不能滿足應用需求。我國石油鉆井企業(yè)的服務器配置和網絡建設等方面不能滿足不斷增長的數據管理和應用的需求。

數字化石油鉆井系統(tǒng)目標及框架

數字化石油鉆井系統(tǒng)是包括鉆井數據庫、鉆井應用軟件和鉆井基礎設施在內的鉆井綜合信息系統(tǒng)，是在數字油田的大背景下提出的。數字化石油鉆井系統(tǒng)的建設目標是：建設一套與國際接軌的具有國際先進水平的鉆井信息系統(tǒng)，形成集鉆井基層隊、鉆井專業(yè)公司（研究院）、油田總部為一體的，能夠滿足市場開拓、生產、管理、科研、經營、HSE管理等需求的信息體系，提升我國鉆井行業(yè)和鉆井企業(yè)的核心競爭力。

石油鉆井的主流程是從市場信息的收集與分析開始，經過地質設計、工程設計、鉆前以及鉆井施工過程，其中鉆井施工過程還包括管具及井控、欠平衡、泥漿、固井、定向井及取心服務等子流程和錄井、測井、試油（或中途測試）等關聯(lián)業(yè)務，流程所涉及的單位除了鉆井隊外，還有鉆井設計單位、鉆前施工隊、固井隊、定向技術服務隊、欠平衡服務隊、泥漿服務隊、錄井隊、測井隊、試油隊，以及上層的鉆井公司、鉆井研究機構和技術服務等單位。在全面考慮鉆井全過程所涉及到的數據以及各單位從事生產經營活動所需要的應用功能，從鉆井數據的采集與管理、上層應用、網絡與基礎設施配套等三方面提出數字化石油鉆 井的總體框架設計，見圖1。

上層應用專業(yè)輔助應用系統(tǒng)（數據挖掘等深層次）生產、經營管理應用系統(tǒng)基礎保障數據發(fā)布與檢索系統(tǒng)數據質量監(jiān)控與管理系統(tǒng)管理制度與考核措施檔案培訓生產科研鉆井設計鉆井工程鉆井實時標準規(guī)范專家知識數據存儲系統(tǒng)經營管理基建裝備生產財務HSE市場企管網絡與基礎設施后勤支撐鉆前管具泥漿定向固井供應運輸維修人力資源組織勞資工會團委計生外部關聯(lián)勘探開發(fā)錄井測井測試地面數據中心 數據采集系統(tǒng)（軟件）圖1 數字化石油鉆井總體技術框架

1.數據采集與管理體系

數據采集體系是從滿足鉆井生產業(yè)務需求的角度出發(fā)，通過數據采集軟件和硬件，將鉆井生產科研、經營管理、后勤支撐、人力資源以及關聯(lián)業(yè)務等5大類源頭數據按照統(tǒng)一的標準規(guī)范進行采集管理，做到各種數據在數據發(fā)生的第一時間以統(tǒng)一的格式一次性入庫并通過校驗，直接進入鉆井數據中心集中管理，同時支持上層各類業(yè)務管理的應用和數據的深層次處理應用。這些數據在邏輯上構成一個統(tǒng)一的庫，稱為石油鉆井數據中心，其內容構成如圖2所示。

數據發(fā)布與檢索系統(tǒng)數據質量監(jiān)控與維護系統(tǒng)生產科研鉆井設計鉆井工程鉆井實時標準規(guī)范專家知識數據存儲系統(tǒng)經營管理基建裝備生產財務HSE市場企管后勤支撐鉆前管具泥漿定向固井供應運輸維修檔案培訓人力資源組織勞資工會團委計生外部關聯(lián)勘探開發(fā)錄井測井測試地面數據采集系統(tǒng)（軟件）圖2 “數字化石油鉆井”數據中心構成

生產科研類數據包括鉆井設計、鉆井工程、鉆井實時、鉆井技術標準與規(guī)范、鉆井專家知識等5小類。

經營管理類數據包括基建、裝備、生產統(tǒng)計、財務、HSE管理、市場信息、企管合同等7小類。

后勤支撐類數據可分為鉆前、管具、泥漿、定向、固井、物資供應、運輸、維修、檔案、培訓等10小類。

人力資源類數據包括組織、勞資、工會、團委、計生等5小類。

外部關聯(lián)業(yè)務類數據包括勘探、開發(fā)、錄井、測井、測試、地面建設等6小類。2.上層應用體系

數字化石油鉆井系統(tǒng)還包括很多數據應用型軟件，這些是真正發(fā)揮鉆井信息效率的系統(tǒng)，主要分為生產經營管理和專業(yè)輔助應用2類，如圖3所示。

專家咨詢決策中心鉆井數據綜合處理系統(tǒng)鉆井地質環(huán)境描述及實鉆軌跡描述系統(tǒng)鉆井專家系統(tǒng)鉆井計算機模擬系統(tǒng)隨鉆地震信息處理系統(tǒng)? ?專業(yè)輔助應用系統(tǒng)（數據挖掘等深層次）生產、經營管理應用系統(tǒng)鉆井設計系統(tǒng)鉆井協(xié)同調度指揮系統(tǒng)鉆井管具管理系統(tǒng)鉆井基層隊資質管理系統(tǒng)鉆井HSE管理系統(tǒng)鉆井質量綜合評價系統(tǒng)鉆井物流及成本管理系統(tǒng)綜合業(yè)務管理系統(tǒng)鉆井財務網上結算系統(tǒng)? ?生產運營組織中心 圖3 數字化石油鉆井上層應用軟件構成

生產經營管理類軟件主要由鉆井設計系統(tǒng)、鉆井協(xié)同調度指揮系統(tǒng)、鉆井管具管理系統(tǒng)、鉆井基層隊資質管理系統(tǒng)、鉆井HSE管理系統(tǒng)、鉆井質量綜合評價系統(tǒng)、鉆井物流成本管理系統(tǒng)、鉆井企業(yè)綜合業(yè)務管理系統(tǒng)等MIS系統(tǒng)構成，該類應用主要是圍繞鉆井生產運營組織工作進行的。

（1）鉆井設計系統(tǒng)功能主要包括鉆井工程設計和管理、鉆井軌跡設計、固井工藝優(yōu)化設計、鉆具受力分析、欠平衡鉆井優(yōu)化設計等。系統(tǒng)應該采用網絡化協(xié)同設計思路進行設計，設計結果實現網上共享。

（2）鉆井協(xié)同調度指揮系統(tǒng)是以GIS為基礎，通過網絡方式將鉆井生產與管理的所有單位和部門組織在一個虛擬辦公室內，通過信息的實時采集和指令的實時傳遞，實現網絡協(xié)同調度，從而提高信息的準確性和調度效率。

（3）鉆井管具管理系統(tǒng)功能主要包括鉆井管具（管材、鉆具、井控設備等）的準備、跟蹤與管理也是鉆井大流程中的重要組成部分，它幾乎貫穿鉆井全過程。管具管理的效率直接關系到現場管具供應質量和速度，也直接影響整個鉆井質量和速度。鉆井管具管理系統(tǒng)是對管具公司所有管具的整個生命周期進行管理，提高管理水平和服務水平。

（4）鉆井基層隊資質管理系統(tǒng)實現對鉆井基層隊伍的規(guī)范、量化管理。（5）鉆井HSE管理系統(tǒng)實現對HSE及執(zhí)行情況進行動態(tài)管理與監(jiān)控。

（6）鉆井質量綜合評價系統(tǒng)是對鉆井質量進行綜合評價，主要包含井身質量評價、固井質量評價、井口質量評價、取芯質量評價等。

（7）鉆井物流及成本管理系統(tǒng)實現對鉆井物流和鉆井成本管理。

（8）綜合業(yè)務管理系統(tǒng)主要處理鉆井各單位的日常辦公和管理業(yè)務，比如生產動態(tài)、公文管理、車輛管理、內部交流、黨政事務等等，各單位的管理方式不同，所要求的功能也不盡相同，但業(yè)務項大體相同。

專業(yè)輔助應用是利用人工智能、專家系統(tǒng)、神經網絡、模糊邏輯、進化計算等新理論與技術同室內試驗相結合，進行鉆井工程計算機建模及數據挖掘，以最大程度地發(fā)揮信息資源的優(yōu)勢。它主要包括鉆井數據綜合處理系統(tǒng)、鉆井地質環(huán)境描述及實鉆軌跡描述系統(tǒng)、鉆井專家系統(tǒng)、鉆井計算機模擬系統(tǒng)、隨鉆地震信息處理系統(tǒng)等等，該類應用主要是圍繞鉆井技 5 術專家咨詢決策進行的。各系統(tǒng)的主要功能簡介如下：

（1）鉆井數據處理系統(tǒng)主要包括以下部分：鉆井數據分析技術研究；鉆井綜合成本分析；底部鉆具分析；時效分析；與勘探開發(fā)數據庫、油藏描述數據庫、測井數據庫、地質錄井數據庫的接口；井身結構和套管的優(yōu)化設計；對實鉆數據的分析和優(yōu)化設計；鉆井施工措施實時優(yōu)化；井眼軌跡設計、預測和監(jiān)控。

（2）鉆井地質環(huán)境描述及實鉆軌跡描述系統(tǒng)是對地層構造、設計軌跡、靶點、老井井眼軌跡、正施工井井眼軌跡等進行三維顯示，供現場作業(yè)人員用于進行油井路徑和鉆頭空間方位的觀察與監(jiān)視，并且與事先輸入的鉆井設計數據進行對比，可以為現場作業(yè)人員提供鉆頭的實際空間方位與設計空間方位之間的偏離信息，為操作人員控制鉆頭的走向提供可靠的依據，以便隨時調整鉆井工藝，實現可視化鉆井。

（3）鉆井專家系統(tǒng)主要是利用強大的數據資源（實鉆數據和經驗數據），結合先進的鉆井技術，建立合理的模型，智能地處理鉆井施工中的各種問題，達到預防和處理事故，提高鉆井速度，降低鉆井成本之目的。

（4）鉆井計算機模擬系統(tǒng)在快速準確地提供信息的基礎上，利用數理統(tǒng)計理論、人工智能方法等，建立數學模型，對工程施工提供可選擇的最優(yōu)方案。

（5）隨鉆地震的信息處理系統(tǒng)對鉆頭鉆進過程中鉆頭與鉆遇地層之間的撞擊、摩擦所產生的微弱地震信號作為信號源進行處理，實現鉆井過程時實監(jiān)測的手段，及時為鉆井工程師和決策者提供相關信息。3.基礎設施配套體系

基礎設施保障方面，需要從鉆井基層隊—>鉆井公司—>油田—>集團總部進行一系列的基礎設施建設，建設內容包括數據采集儀器配備、網絡建設、服務器配備以及其他相關設施的配套建設。鉆井基層隊需要配備鉆井參數儀、數據采集計算機和無線上網設備（如GPRS/CDMA卡），在偏遠山區(qū)、沙漠和海洋等地施工的鉆井隊還需要配備衛(wèi)星地面站，以實現數據的遠程傳輸和施工的遠程指揮；鉆井公司以上單位則重點是配備滿足數據管理和應用軟件運行所需的服務器，應該根據所需量力而行，不可盲目貪大。為了生產調度的方便，可以為鉆井公司配備大屏幕等設施，真正實現數字化、可視化調度指揮?；A設施的邏輯部署如圖4所示。

衛(wèi)星攝像機GPRS/CDMA計算機鉆井隊參數儀鉆井隊軟件應用軟件應用計算機參數儀存儲鉆井分公司軟件應用軟件應用千兆網存儲鉆井技術公司千兆網存儲鉆井分公司軟件應用存儲固井公司千兆網存儲管具公司千兆網主干網千兆網大屏幕(7）千兆網千兆網油田總部IBM軟件應用軟件應用存儲鉆井總公司存儲

圖4 數字化石油鉆井基礎設施邏輯結構

效益分析

對于石油鉆井這個融合多學科技術知識、投資大、風險高的綜合工程來說，所使用的技術方法以及中、高層專業(yè)技術人員和管理人員所做出的各項決策分析、制定的目標方案都直接關系到鉆井施工的效益和成敗。另外，鉆井作業(yè)地區(qū)從陸地到海洋，從高原到沙漠，復雜多變，地域遼闊，有的自然條件極其惡劣，遠離人煙，偏遠、荒蕪，給施工帶來極大的不便，因此，若仍按石油工業(yè)的傳統(tǒng)方式組織和指揮施工，將要耗費巨大的成本和代價。另外，由于地質情況的多變性和復雜性，鉆井工藝技術的發(fā)展不僅需要多種理論知識的指導，而更重要的是通過鉆井過程中產生的大量數據資料的分析處理，形成規(guī)律性的認識，完善和優(yōu)化鉆井工藝技術，達到提高鉆井速度、降低鉆井成本、減少鉆井過程對油藏污染的目的。這些都離不開信息技術的應用。

數字化石油鉆井系統(tǒng)建設能夠將鉆井實時數據不斷采集、傳輸，經過軟件處理，專家會診后再把決策指令反饋到鉆井隊，實現實時最優(yōu)化鉆井施工。可以使鉆井和油藏地質人員“透視”地下三維圖像以實時地監(jiān)督正鉆和待鉆的井身軌跡。系統(tǒng)將綜合運用網絡技術、信息技術、數據庫技術、綜合性軟件集成技術和Internet技術，使鉆井過程控制和優(yōu)化鉆井達到新水平，使石油鉆井的信息共享和技術應用突破地域的界限，各學科專家組成的項目工作組遠程協(xié)同工作成為現實。

數字化石油鉆井系統(tǒng)的最終價值主要有四個方面：降低鉆井成本；整體提高鉆井技術水平，從而提高石油勘探開發(fā)效率；提高鉆井安全性；提高鉆井系統(tǒng)的核心競爭力，從而創(chuàng)造更高的效益。

作者簡介：楊傳書，男，勝利油田鉆井工藝研究院鉆井信息中心工程師。他長期從事石油軟件研發(fā)與項目管理、石油企業(yè)信息化研究工作?，F正在參加國家863科技攻關項目“PetroDW 關鍵技術研究”以及數字化石油鉆井系統(tǒng)研究工作。

第四篇：數字化教育社區(qū)研究論文

[摘 要]本文通過分析學校、家庭、社區(qū)教育的研究現狀和發(fā)展趨勢，提出在我國運用信息技術，構筑數字化教育社區(qū)(DEC)的基本設想。主要介紹了“構筑數字化教育社區(qū)的理論與實踐”研究課題的研究意義、研究內容、研究思路、研究方法等。

[關鍵詞]數字化教育社區(qū)(DEC);理論；實踐

以信息技術為代表的科學技術的迅猛發(fā)展，對人類的生產方式、生活方式、思維方式以及學習方式等都產生了重大的影響。信息技術應用到教育過程中，引起了教育環(huán)境、教育資源、教育方式都向數字化方向發(fā)展。學校、家庭、社區(qū)教育的相互聯(lián)系、相互補充、相互促進，是社會可持續(xù)發(fā)展的基本前提。運用信息技術，構筑數字化教育社區(qū)(Digital Education Community,簡稱DEC)，提供共享性資源，開展各種教育活動，構造終身學習體系，培養(yǎng)與未來社會發(fā)展相適應的各類人才，是促進教育發(fā)展、提高全民整體素質的有效途徑。因此，開展構筑數字化教育社區(qū)的理論與實踐研究，具有十分重要的意義。華南師范大學教育技術研究所正與珠江三角洲地區(qū)的部分區(qū)、鎮(zhèn)（街）開展這一課題的研究。

一、研究的背景

關于發(fā)展社區(qū)教育、建立學習型城市的研究，在我國已有一些地區(qū)進行有組織的探索活動，如北京市西城區(qū)、上海市嘉定區(qū)、江蘇省常熟市等都作了許多探索性工作。其他如四川省成都市青羊區(qū)教委開展的“構建區(qū)域性學校、家庭、社會三結合教育模式，全面推進素質教育”，湖北省武漢市蔡甸區(qū)和青山區(qū)、荊州市沙市區(qū)和江漢油田等地區(qū)開展的“社區(qū)教育現狀調查”和“社區(qū)教育模式與實驗”研究，山東省青島市洛陽路辦事處開展的“社區(qū)調研”等，對于學校、家庭、社區(qū)教育互動的研究也進行了一些初步的嘗試。但通過對這些資料進行分析可以發(fā)現，其研究內容主要是關于情況調查、模式歸納、經驗總結等，缺乏科學研究方法的指導和應用。同時，關于學校、家庭、社區(qū)教育的協(xié)同發(fā)展的研究缺乏數字化環(huán)境和數字化資源的支持，教育資源無法共享，缺少互動機制，對數字化教育與學習方式的指導與實踐運用不夠。

如何利用數字化環(huán)境和資源構建學習社區(qū)，近年來海外有一些數字化教育社區(qū)的研究個案，如1999年新加坡肯特崗數碼實驗室(KRDL)開發(fā)Common Town虛擬社區(qū)作為學習的平臺，并在亞太經濟國家的部分學校開展實驗，介紹各國的文化、傳統(tǒng)、飲食、風光等專題內容，培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)；2000年臺灣中央大學的陳德懷教授等人，創(chuàng)建“亞卓市”虛擬社區(qū)(004km.cn.tw)，用于人們在網上進行學習、工作和生活。這些個案，通過利用網絡技術、引進數字化教育社區(qū)的思想與模式，對促進學校、家庭、社區(qū)協(xié)同發(fā)展摸索了一些經驗，但有關數字化教育社區(qū)的理論模型、應用平臺、互動機制、評價體系等許多問題還有待進一步探索解決。為此，本課題的研究從如下兩個基本點出發(fā)：

1.轉變觀念，樹立構建終身教育體系和構建學習型社區(qū)的觀念

轉變過去只重視學校教育和青少年教育的狹隘教育觀，樹立學校、家庭和社區(qū)教育并重的大教育觀以及青少年教育和成人教育并重的終身教育觀。

2.發(fā)揮信息技術的支撐作用

關于學校、家庭、社區(qū)教育協(xié)同發(fā)展的研究必須與教育城域網絡技術相結合，創(chuàng)建數字化教育社區(qū)是信息社會發(fā)展的必然趨勢。

二、研究的意義

1.利用信息技術，構建學習型組織，反映現代生產力對社區(qū)組織的內在要求。學習型組織是當今信息社會、知識經濟時代涌現出的一種組織形式。它與以往單純進行學習培訓的組織不同，是借助先進的城域網絡和共享的數字化資源，通過不斷學習進行自身改革的組織。它要求社會成員全身心投入并有能力不斷學習，通過學習創(chuàng)造自身，強調學習不僅導致知識、信念、行動的變化，還增強了組織的革新能力和成長能力。它的出現反映了現代生產力對各類組織的內在要求。

2.利用信息技術，實現社區(qū)的各類教育的整合，實施學習創(chuàng)新行動。數字化教育社區(qū)是利用城域信息網絡系統(tǒng)，把一個社區(qū)的各類教育作為一個有機的整體，放在社會的大環(huán)境中，通過一定的組織機制，全面管理，統(tǒng)籌協(xié)調，使學校教育、社會教育、家庭教育相互結合，相互銜接。它不僅是中小學教育，也不僅是校外教育、成人教育、社會教育、幼兒教育、家庭教育等等，而是社區(qū)所進行的各種教育因素的整合，是促進社區(qū)發(fā)展的重要手段和根本途徑。

3.利用信息技術，提高社區(qū)成員的素質，促進社區(qū)的發(fā)展。在社區(qū)發(fā)展中，人的因素是最重要的因素。構建學習型社區(qū)，是提高人口素質的根本保證。社區(qū)成員的社會公德、職業(yè)道德、個人品德決定了社區(qū)精神文明建設的水平，而提高社區(qū)全體成員的文明程度是提高人口素質、促進社區(qū)發(fā)展的基礎。利用數字化教育社區(qū)平臺，通過各種形式與內容的社區(qū)教育，不僅為人們提供學習各種知識、充實與完善自我的機會，也提高社區(qū)成員的科學文化水平，增強他們的民主、法制觀念，把現代商品經濟與社會主義道德規(guī)范有機融合起來，從而提高社區(qū)成員文明程度。利用數字化教育社區(qū)可以把特定地域空間的人形成社會共同體，使之成為社區(qū)成員終身學習的載體。因此，數字化教育社區(qū)平臺可以成為人們更新知識、提高文化層次、增強工作能力的首選方式。利用數字化教育社區(qū)平臺營造學習型社區(qū)環(huán)境，可以滿足廣大社區(qū)成員日益增長的終身學習的需求，為社區(qū)發(fā)展提供必要的保證。

4.利用信息技術，通過數字化教育社區(qū)的應用實踐，發(fā)展教育技術基礎理論，建立關于數字化教育社區(qū)的理論模型與評價體系，進一步發(fā)展和完善有關學校、家庭、社區(qū)教育協(xié)同發(fā)展的模式與方法。

三、研究的內容

1.構建數字化教育社區(qū)，進行學習型組織的理論研究

關于數字化教育社區(qū)的研究，在國外只有一些研究案例，在國內才剛剛起步，缺乏系統(tǒng)理論與豐富的實踐經驗，本課題的研究目的是建立一套系統(tǒng)的理論體系。這一體系包括三個不同的層面：

第一層面：利用數字化教育社區(qū)平臺，建立學習型組織的規(guī)范操作程序。

建立學習型組織是建設學習型社區(qū)的重要步驟之一，而如何建立學習型組織又取決于其操作程序的規(guī)范性。所謂規(guī)范的操作程序，應該有兩個基本要求，即建立學習型組織操作程序的指導思想和建立學習型組織各主要階段詳盡的操作程序細則。

第二層面：利用數字化教育社區(qū)平臺，構建社區(qū)終身教育體系。

終身教育強調教育制度應提供個人終身參與組織化學習活動的機會。這種教育不再是簡單的學校教育、成人教育、社會教育等的疊加，而是利用建設學習型社區(qū)的理念，對以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和現代人文精神為重點的高等教育、以素質教育為重點的基礎教育、以繼續(xù)教育和崗位教育為重點的成人教育進行整合。社區(qū)終身教育體系的建立與教育理念的形成是本課題研究的重要內容。

第三層面：利用數字化教育社區(qū)平臺，構建社區(qū)終身學習體系。

終身學習是終身教育的發(fā)展，是終身教育要達到的目的。終身學習是一種社會行為，是人們的一種生存方式，它為人的發(fā)展與完善提供一種新的選擇。終身學習體系的構建，側重研究如何使學習者個人內部發(fā)生變化，如何培養(yǎng)學習者具有終身主動學習的能力與習慣。構建終身學習體系，實際上就是要建立解決社區(qū)成員“學什么”和“怎樣學”等問題的學習體系。它貫穿于學習的各個層面、各個角落，不僅拓展了學習的內容范疇與時間范疇，同時也拓展了學習的空間范疇，使學習者真正學會認知、學會做事、學會共同生活、學會創(chuàng)造，從而使人的智力、體力、人格、情趣和社會性等方方面面得到全面和諧的發(fā)展。

2.學校—家庭—社區(qū)的整體教育互動、協(xié)同發(fā)展的機制和活動模式研究

根據不同地區(qū)的特點和數字化教育社區(qū)的主導部門的不同，我們可以把學?！彝ァ鐓^(qū)的教育整體互動、協(xié)同發(fā)展的機制和活動模式分為如下四類：

模式一：行政主導型模式，即以社區(qū)基層政府職能部門（如鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道的教育辦）為中心進行的連動型數字化教育社區(qū)發(fā)展模式。這類發(fā)展模式的特點是：政府職能部門作為數字化教育社區(qū)的組織者、實施者、監(jiān)督者、協(xié)調者，以社區(qū)服務、社區(qū)文化、社區(qū)職業(yè)教育為著眼點進行各種社區(qū)教育活動。此模式帶有較強的行政管理色彩。它將作為社區(qū)行政職能部門的一項重要工作，納入工作目標體系并借助行政手段推進。通過行政力量動員社區(qū)各界參與社區(qū)教育，有利于發(fā)揮社會各界（尤其是學校、青少年宮、圖書館、讀書會、市民學校等）的資源優(yōu)勢。

模式二：學校主導型模式，即以社區(qū)所在的中小學校為主體進行的活動型數字化教育社區(qū)發(fā)展模式。此模式的特點是以社區(qū)內的某所中小學作為數字化教育社區(qū)的組織者、協(xié)調者，利用自身辦學資源和優(yōu)勢，通過校外活動發(fā)展社區(qū)教育。它是由學校牽頭組建數字化教育社區(qū)協(xié)調委員會，定期研究學校課外教育工作，參與學校課外活動協(xié)調與管理，并向社區(qū)居民開放校內數字化學習設施和學習資源，充分發(fā)揮資源共享的優(yōu)勢。

這類模式能夠較充分地利用中小學校辦學資源，教育行為較為規(guī)范。但是，學校在調動和整合社區(qū)資源方面力量受到限制，社區(qū)居民將以學校名義開展的社區(qū)教育活動往往定位在課外活動層面上，難以真正達到終身教育的目的。

模式三：社區(qū)網校主導型模式，即以社區(qū)網絡學校為載體進行的綜合型數字化教育社區(qū)發(fā)展模式。此模式的特點是在社區(qū)利用網絡系統(tǒng)建立區(qū)域性的社區(qū)網絡學院（校）作為數字化教育社區(qū)的龍頭單位，通過專業(yè)開發(fā)、課程開發(fā)、項目開發(fā)等多種手段組織教育教學活動，通過學歷教育、非學歷教育手段進行文化性、職業(yè)性、專業(yè)性社區(qū)教育。

此模式可以形成一種以社區(qū)成人居民（在職或轉崗從業(yè)人員）為主要教育對象，可以為其提供區(qū)域性、多層次、開放式、綜合性、大眾化的集區(qū)域高教、成教、職教等為一體的新的大教育模式。此模式提供多層次、多類型、多樣化的教育活動。將學歷教育與非學歷教育、職業(yè)資格證書教育與休閑文化教育、企業(yè)項目教育與居民自主學習融為一體，使社區(qū)網校成為一種新型的前途光明而又與我國現行教育體制不同的社區(qū)教育辦學實體。

第五篇：中小學數字化校園功能系統(tǒng)設計的研究

中小學數字化校園功能系統(tǒng)設計的研究

黃驍

（唐山市職業(yè)教育中心，河北 唐山 063000）

摘 要：數字化校園已引起社會廣泛關注，國內外軟硬件廠商從自身利益出發(fā)，提出各自的解決方案，令校方目不暇接，眾方案千差萬別，部分方案和學?，F有校園網沒有多大差別，到底哪種方案才適合自己？本文從數字化校園功能系統(tǒng)設計的角度，提出分層結構設計方法，并從軟件工程的角度，以實例形式，先繪制各功能模塊之間的涵蓋關系結構圖，業(yè)務邏輯圖和數據流圖，通過分析各功能模塊之間的內聚與耦合，給出中小學數字化校園功能系統(tǒng)設計的一般方法。

關鍵詞：數字化校園；分層結構設計；數據流圖；內聚；耦合 中圖分類號：G434；TP37 文獻標識碼：A

一、問題的提出

在全球數字化浪潮的影響之下，全國各地中小學數字化校園已引起社會廣泛關注，國內外軟硬件廠商從自身利益出發(fā)，提出各自的解決方案，令校方目不暇接，眾方案千差萬別，部分方案和學?，F有校園網沒有多大差別，到底哪種方案才適合自己？另外，目前大部分中小學基本完成校園網建設，很多學校還架設了無線校園網，以覆蓋整個校園，還在校園網部署了多媒體教學系統(tǒng)、辦公管理系統(tǒng)、數字圖書館等應用，于是，很多學校認為自己已經實現數字化。

盡管時過境遷，早在2004年，《中國計算機報》2004年第58期汪蔚所撰 “什么是真正的數字校園？將打假進行到底”一文，曾提到以下兩個情景，和當前學校狀況相似。

情景1：

上午9時02分，某學校梯教室里坐滿了嘈雜的學生，空氣中還夾雜著牛奶和面包的氣息，講臺上教授正面對著罷工的投影機發(fā)呆。在意識到自己對投影機束手無策時，才讓一位學生去找技術人員。9時14分，技術人員來到，二十分鐘之后才搞定。9:40，教授把教材的內容顯示到投影幕上，開始授課。此時，離第一節(jié)下課已經很近了。

情景2：

下午2點半，教授因為職稱評定的問題，要報批學校教務處。系里要把資料從機器里輸出來，拿到教務處。等到了教務處后，教務處先核對教授的材料，發(fā)現教務處的材料和系里的材料不符。來回糾纏辯論半天之后，教務處要系里蓋章證實教授個人材料的真實性，然后才能進行修改。

上述案例的一個共同點，學校已經有多媒體教學資源，很多資料已經數字化（如存放在電腦中的電腦資料），但各功能模塊沒有任何聯(lián)系，校園內各應用沒有集成，數據不能在各功能模塊中流動。因此，只能說這些學校已經實現或正在實現資料的數字化，離校園數字化還有一定的差距。

學校該怎樣利用現有的軟硬件資源，才能實現真正的數字化校園？其實，數字化校園是一個復雜的系統(tǒng)，校方要避免盲目建設，重復建設，需要在功能模塊設計上下功夫，本文從數字化校園功能系統(tǒng)設計的角度，提出數字化校園的建設的一般方法。

二、數字化校園分層結構設計

對學校來講，校園網建設并不陌生，很多學校的校園網經歷一代、二代、三代甚至四代建設，校園網建設很復雜，涉及到網絡拓撲結構設計、綜合布線，設備選型，系統(tǒng)調試，設備配置等工作。為了降低校園網建設的復雜度，比較典型的做法就是分層設計，把網絡結構分為核心層、匯聚層和接入層是校園網建設中的典型分層方案。

學校建數字化校園，也可仿照網絡結構分層設計的思想，尤其是數字化校園的功能系統(tǒng)設計，其優(yōu)點如下：

1、開發(fā)人員可以只關注整個結構中的其中某一層；

2、可以很容易的用新的實現來替換原有層次的實現；

3、可以降低層與層之間的依賴；

4、有利于標準化；

5、利于各層邏輯的復用。

可將數字化校園分為網絡硬件支撐平臺、數據流服務平臺、公共服務平臺、應用支撐平臺、信息服務平臺和虛擬校園等六個層次（圖1），各層次的主體功能如下：

圖1

（一）網絡硬件支撐平臺

網絡硬件支撐平臺負責終端之間、終端與服務器之間、終端與外網、服務器與外網之間通信的網絡硬件支撐平臺包括服務器、網絡設備、通信鏈路、存儲、終端和操作系統(tǒng)，是校園數字化建設的硬件基礎。

（二）數據流服務平臺

數據流服務平臺建立在通信鏈路平臺之上，為公共服務平臺或更高層次的應用提供通信保障。該層提供數據庫服務支持，各功能模塊所有的數據都來自數據庫，數據在各功能模塊之間流動，共享。

（三）公共服務平臺

公共服務平臺建立在數據流平臺之上，為應用支撐平臺或更高層次的數據流動提供接口和安全保障，是數據流動的基礎，主要提供電子郵件、文件傳輸、信息發(fā)表、即時通信、身份認證、目錄服務等公共服務。

（四）應用支撐平臺

應用支撐平臺建立在公共服務平臺之上，為信息服務平臺或更高層次的應用提供業(yè)務支撐，是數字化校園的核

心支持系統(tǒng)，包括學籍管理、家?；?、辦公事務管理、教務管理、在線考試、資源管理、校產管理、圖書管理、檔案管理等具體的應用。

（五）信息服務平臺

信息服務平臺建立在應用支撐平臺之上，是應用支撐平臺為最終用戶（教師、學生和家長）提供的人機交互接口，是最終用戶的使用界面，具體表現是信息查詢、網頁呈現、多媒體教學、論壇、博客等。

（六）虛擬校園

虛擬校園是校園數字化后功能的自然擴展，將校園的功能突破圍墻的限制，成為一個可以覆蓋網絡范圍的無疆域的大學。

嚴格說來，虛擬校園不能單獨算一層，當數字化校園的各類應用覆蓋到學校工作的方方面面，并有足夠的出口帶寬，學生足不出戶，也可享受學校提供的各項服務，包括網絡課堂，在線答疑，在線考試，取得學分，畢業(yè)，繼續(xù)學習等服務，虛擬校園就此實現了。

三、軟件平臺功能系統(tǒng)設計

即便學校有足夠的財力或有比較強勢的軟件開發(fā)團隊，都不可能一次性將學校的所有應用都設計出來，因為學校的工作在前進，應用在變化。學校在進行軟件平臺功能系統(tǒng)設計只要注意以下幾點，學校就可以根據實際需要擴展功能模塊了。

（一）遵照分層結構的設計思想，各功能模塊有統(tǒng)一的接口標準

事實上，無論那種應用，都有業(yè)務邏輯和持久性兩個概念，可以說，學校的所有應用是圍繞著業(yè)務邏輯進行開展的。例如，學籍管理中的新生登記這一業(yè)務邏輯是新生錄入→新生基本信息列表→新生審核→新生確認。

從業(yè)務邏輯的底層實現來看，業(yè)務邏輯其實是對業(yè)務實體進行組織的過程。這一點對于面向對象的系統(tǒng)才成立，因為在面向對象的系統(tǒng)中，識別業(yè)務實體，并制定業(yè)務實體的行為是非?；A的工作，而不同的業(yè)務實體的組合就形成了業(yè)務邏輯。

還有另一個重要的概念是持久性。例如，學生的檔案數據最少有6年的生存期，其他數據，如教師、圖書、資源庫、教室等大部分的數據都是持久化的。目前最為通行的支持持久性的機制是數據庫，尤其是關系性數據庫－RDBMS。

具體到功能系統(tǒng)設計，仍建議采用分層設計思想，這樣可使上層的邏輯不需要了解所有的底層邏輯，它只需要了解和它鄰接的那一層的細節(jié)。通過嚴格的區(qū)分層次，大大降低了層間的耦合度。

在軟件架構設計中有經典的三層理論：

表示層：用于處理人機交互。目前主流的兩種表示層是Windows格式和WebBrowser格式。它主要的責任是處理用戶請求，例如鼠標點擊、輸入、HTTP請求等領域。

邏輯層：模擬了企業(yè)中的實際活動，也可以認為是企業(yè)活動的模型。

數據層：處理數據庫、消息系統(tǒng)、事務系統(tǒng)。數據層可劃分為集成層和資源層（圖2）。

圖2 軟件不僅要采用分層設計，各功能模塊還要提供統(tǒng)一的接口標準，采用統(tǒng)一的接口標準使軟件更易于修改、維護、擴充模塊和二次開發(fā)。

（二）學校應用開發(fā)，功能模塊形成

盡管數字化校園不可能覆蓋學校所有工作，但可以將學校工作羅列出來，同時參考校園網中部署的多媒體教學系統(tǒng)、辦公管理系統(tǒng)、數字圖書館等應用，通過百度或Google等搜索引擎，搜索互聯(lián)網中已有的學校管理系統(tǒng)，圖3是安脈科技的安脈學校綜合管理平臺，通過搜索互聯(lián)網資源，羅列的應用會更加全面。

圖3 一旦學校工作的絕大部分應用都被羅列出來以后，就可以根據緊要程度對這些應用賦予權值，然后排序（圖4）。學校再根據自己的財力或開發(fā)團隊，決定先開發(fā)哪些應用，后開發(fā)哪些應用，那些應用可以被放棄。功能模塊 學籍管理 教務管理 考務管理 排課系統(tǒng) 成績管理

緊要程度 1 1 1 2 功能模塊 選課系統(tǒng) 在線考試 備課管理 作業(yè)管理 素質評價 緊要程度 2 2 3 3

功能模塊 招生管理 德育管理 家?；?科研管理 考勤管理 緊要程度 3 4 4 4

試卷分析 教職工管理 辦公事務管理 日常處理 2 2 2 2 資源管理 教師研修 收費管理 實驗室管理 3 3 3 3 圖4

校產管理 宿舍管理 圖書管理 檔案管理 4 5 5 5

（三）繪制功能模塊關系結構圖

學校的每項工作都不是孤立的，每項工作都要受人員、場地和其他各種條件的限制，有些工作在完成進度方面可能還有先后關系，即前面所提到的業(yè)務邏輯關系，因此，在開發(fā)數字化校園軟件平臺前，先將各功能模塊之間的關系結構圖繪制出來，使功能模塊之間的聯(lián)系更加清晰，開發(fā)人員分工與合作更加明了。

1.構建模塊涵蓋關系結構圖

在羅列學校應用時，從涵蓋關系來講，有些模塊是平行的，是兄弟關系，有些模塊則隸屬的另外的模塊，屬于父子關系。例如，圖5是學籍管理模塊中的某些子模塊，“班主任評語”和“學期學年成績”模塊之間是平行的，屬兄弟關系，“學籍管理”和“成績與評估管理”、“成績與評估管理”和“學期學年成績”模塊之間則屬于父子關系。構建涵蓋關系結構圖，可以簡化軟件主頁面，功能層次更清晰，開發(fā)設計更方便。

圖5 2.構建模塊業(yè)務邏輯關系結構圖

前面已多次提到業(yè)務邏輯，根據學校的應用繪制業(yè)務邏輯關系圖可以表達各功能模塊之間的遞進關系，業(yè)務邏輯關系結構圖最終將成為軟件開發(fā)流程圖。圖6是某校的教務管理業(yè)務邏輯關系圖，此圖反映了各模塊之間的遞進順序，和軟件流程圖有些類似，業(yè)務邏輯結構圖可以幫助軟件開發(fā)人員盡快熟悉學校工作（圖6）

圖6 3.繪制數據流圖

數據流圖（DFD）從數據傳遞和加工角度，以圖形方式來表達系統(tǒng)的邏輯功能、數據在系統(tǒng)內部的邏輯流向和邏輯變換過程，是結構化系統(tǒng)分析方法的主要表達工具及用于表示軟件模型的一種圖示方法，圖6是某校課程注冊系統(tǒng)的數據流圖。數據流程圖包括：

※指明數據存在的數據符號，這些數據符號也可指明該數據所使用的媒體； ※指明對數據執(zhí)行處理的處理符號，這些符號也可指明該處理所用到的機器功能； ※指明幾個處理和（或）數據媒體之間的數據流的流線符號； ※便于讀、寫數據流程圖的特殊符號。

圖7 中小學數字化校園功能系統(tǒng)比較復雜，不能將整個學校的應用都繪制在一張圖上，此時可繪制分層數據流圖。根據層級數據流圖分為頂層數據流圖、中層數據流圖和底層數據流圖。除頂層數據流圖外，其他數據流圖從零開始編號。

頂層數據流圖只含有一個加工表示整個系統(tǒng)；輸出數據流和輸入數據流為系統(tǒng)的輸入數據和輸出數據，表明系統(tǒng)的范圍，以及與外部環(huán)境的數據交換關系。

中層數據流圖是對父層數據流圖中某個加工進行細化，而它的某個加工也可以再次細化，形成子圖；中間層次的多少，一般視系統(tǒng)的復雜程度而定。

底層數據流圖是指其加工不能再分解的數據流圖，其加工成為“原子加工”。

如果所繪制的數據流圖仍不能表達數據在系統(tǒng)內部的邏輯流向和變化過程，還可以繪制DFD片段（圖8）。

圖8 DFD片斷很簡單，容易理解。事實上，繪制數據流圖的過程是先繪制DFD片斷，再組合若干DFD片斷，創(chuàng)建0層DFD，依此類推，一個完整的DFD也就構建出來了。

四、各功能模塊之間耦合與內聚

很多中小學按高規(guī)格建設好了校園網，也配有很多實用的功能系統(tǒng)，由于這些學校仍然和本文開篇所描述的情景一樣，各功能模塊之間數據得不到共享，盡管資料已經數字化，但教授仍需要重新組織申報材料，把資料從電腦中拷貝出來，交教務處和系里審核。各功能模塊之間分為塊內聯(lián)系（內聚）和塊間聯(lián)系（耦合）。

（一）各功能模塊的塊內聯(lián)系——模塊內聚

內聚程度的高低標志著模塊構成的質量，從而直接影響系統(tǒng)設計的質量，高內聚模塊可以簡化設計和編碼，提

高系統(tǒng)的可修改性和可維護性。設計時應該力求做到高內聚。下面按耦合度高低對內聚方法進行分類：

偶然內聚→邏輯內聚→時間內聚→步驟內聚→通信內聚→順序內聚→功能內聚

通過圖9可以幫助我們判斷模塊之間到底采用了什么樣的內聚方法，顯然，功能內聚是最優(yōu)的模塊塊內聯(lián)系設計結構。

圖9 提高功能內聚是非常必要的，例如，有A、B、C三人做一個項目，項目很簡單，其軟件架構設計： A需要調用B的接口，B再調用C的接口。由于B的原因，使項目擱淺至今，最近A才發(fā)現，A原來可以直接調用C的接口，事情才得以解決。

在設計數字化校園的功能模塊時，盡量采用內聚程度高，耦合程度低的內聚方法，其實很多架構設計是可以優(yōu)化的，如：

1.順序內聚轉通信內聚

在教師管理模塊中，很多工作是和年齡相關的，年齡是變化的，教師的生日卻是固定，某架構設計是這樣的：給出生日，由生日計算教師的年齡，再由年齡計算出教師的退休時間，這是典型的順序內聚的例子(圖10)。

圖10 如果分別計算年齡和退休時間，但使用相同生日數據，此架構則具有通信內聚性（圖11）。

圖11 2．通信內聚轉功能內聚

上例中兩個模塊如果直接從數據庫讀取教師的生日數據，也就是增加讀取生日數據模塊，計算年齡和計算退休時間不再使用同一個數據，各自獨立，此架構則具有功能內聚性（圖12）。

圖12 在架構設計中，通常的做法是通過任務分解來獲得功能內聚。

（二）各功能模塊的塊間聯(lián)系——模塊耦合

內聚和耦合是密切相關的，模塊內的高內聚往往意味著模塊間的松偶合。內聚和耦合都是進行模塊化設計的有力工具。

耦合是影響系統(tǒng)復雜程度的第二個重要因素。例如，為了理解模塊A，需要對模塊B有所了解，則A，B之間有聯(lián)系。如果需要對B的理解越多，則A，B的聯(lián)系就越緊密，我們就說它們耦合越緊。若程序員要修改緊耦合中的一個模塊，很可能不得不修改另一個模塊。因此，模塊間的耦合程度對系統(tǒng)的可維護性、可靠性有強烈的影響。耦合按從強到弱的順序可分為（1）內容耦合、（2）公共耦合、（3）外部耦合、（4）控制耦合、（5）標記耦合、（6）數據耦合、（7）非直接耦合。在設計數字化校園各功能模塊時，模塊之間的耦合程度間越弱越好，和內聚一樣，模塊之間的耦合也是可以調整的，例如：

某校在設計成績管理模塊時，設計了兩個子模塊A和B，模塊A將參數“平均／最高”傳遞給模塊B，模塊B按這個參數的值是“平均”還是“最高”去取相應成績回送到A。這里的參數“平均／最高”實際上是一個控制信號（盡管它本身可能是數據形式），A和B之間屬于控制耦合（圖13）。

圖13 如果將模塊B分解為計算平均成績和和計算最高成績兩個模塊，模塊A根據需要調用模塊B1或B2（圖14），A和B1或A和B2之間則屬于數據耦合，減弱了模塊之間的耦合程度。

圖14

（三）數字化校園各功能模塊的設計須遵循高內聚低耦合原則

軟件開發(fā)人員一直在追求高內聚，低耦合。學校在設計數字化校園的各功能模塊時，如何才能做到“高內聚，低耦合”，只要把握以下簡單的處理原則即可： 1.一個完整的系統(tǒng)，模塊與模塊之間，盡可能的使其獨立存在，即讓每個模塊，盡可能的獨立完成某個特定的子功能。

2.模塊與模塊之間的接口，盡量的少而簡單。

3.如果某兩個模塊間的關系比較復雜的話，最好首先考慮進一步的模塊劃分。

五、后記

如何提升校園信息化系統(tǒng)整合和應用水平，如何進一步提高數字化校園建設水平和信息化的應用能力，成為教育主管部門和各級中小學負責人考慮的問題。本文只給出中小學數字化校園功能系統(tǒng)設計的一般方法，一個學校，一個地區(qū)，要建設好數字化校園，還有很多具體工作要做。

參考文獻：

[1] 汪蔚·什么是真正的數字校園？將打假進行到底[N]·中國計算機報，2004-08-09(58)[2] John W·Satzinger Robert B·Jackson Stephen D·Burd·系統(tǒng)分析與設計[M]·北京:機械工業(yè)出版社，2002 [3] 林星.架

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計

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］http://'2011-9-8.