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篇1

Abstract:Inthispaper,wepresenttwodifferentinterfacesbetweendigitalaimagesensorsandaprocessorforembedsystems,I/OmodeandDMW(DirectMemoryWrite)mode.InI/Omode,processorcanreadimagedatathroughI/Oport,andtheinterfaceissimple.InDMWmode,imagedatacanbewriteintoRAMdirectlywhileaprocessorissuspended.

Keywords:EmbedSystem,ImageCapture,ElectronicCircuit

一、引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，具有圖像功能的嵌入式應(yīng)用愈來愈多。從數(shù)碼相機(jī)、可視電話、多功能移動(dòng)電話等消費(fèi)產(chǎn)品到門禁、數(shù)字視頻監(jiān)視等工業(yè)控制及安防產(chǎn)品，圖像采集和處理已成為重要的組成部分之一。圖像采集需要進(jìn)行同步信號的處理，比通常的A/D數(shù)據(jù)采集過程復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)也較為困難。傳統(tǒng)PC上的圖像采集卡都是在Philips、Brooktree等半導(dǎo)體公司提供的接口芯片基礎(chǔ)上，由專業(yè)公司開發(fā)生產(chǎn)。在嵌入式系統(tǒng)中不同的處理器和圖像傳感器的信號定義及接口方式不同，沒有通用的接口芯片。另外，利用系統(tǒng)中的現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)圖像采集電路，可以減少器件數(shù)量、縮小產(chǎn)品體積和降低系統(tǒng)成本。所以，通常嵌入式系統(tǒng)中要求自行設(shè)計(jì)圖像采集接口電路。本文針對不同采集速度的要求，提出了兩種圖像采集接口電路的設(shè)計(jì)方法。

目前市場上主流的圖像傳感器有CCD、CMOS兩種器件，其中CMOS器件上世紀(jì)90年代產(chǎn)生，近年來得到了迅速發(fā)展。傳感器的輸出有模擬和數(shù)字兩種。由于CMOS器件功耗小、使用方便，具有直接數(shù)字圖像輸出功能，作者在設(shè)計(jì)時(shí)選用了CMOS數(shù)字輸出圖像傳感器件。其他方式器件的接口設(shè)計(jì)與此類似，將在討論中說明。

本文內(nèi)容做如下安排：第二部分簡述圖像信號的特點(diǎn)；第三、四部分分別介紹I/O和內(nèi)存直接寫入兩種接口設(shè)計(jì)方法；最后部分是討論。

二、圖像信號介紹

圖1給出了采樣時(shí)鐘(PCLK)和輸出數(shù)據(jù)（D）之間的時(shí)序關(guān)系。在讀取圖像數(shù)據(jù)時(shí)用PCLK鎖存輸出數(shù)據(jù)。除采樣時(shí)鐘（PCLK）和數(shù)據(jù)輸出(D)外，還有水平方向的行同步信號(HSYNC))和垂直方向的場同步信號（VSYNC）。對于隔行掃描器件，還有幀同步信號（FRAME）。如圖2，一幀包括兩場。圖2中窄的矩形條是同步脈沖，同步脈沖期間數(shù)據(jù)端口輸出的數(shù)據(jù)無效。

PLCK存在時(shí)，圖像數(shù)據(jù)端口連續(xù)不斷地輸出數(shù)據(jù)。由于行之間以及場之間輸出數(shù)據(jù)無效，在采集圖像數(shù)據(jù)必須考慮同步信號，讀取有效數(shù)據(jù)才能保證圖像的完整性。

三、I/O接口設(shè)計(jì)

對于MCU、DSP處理器，I/O是最方便的訪問方式之一。以I/O方式讀取圖像數(shù)據(jù)不僅可以簡化電路設(shè)計(jì)，而且程序也很簡單。但由于讀取每一個(gè)像素都要檢測狀態(tài)，在處理器速度低的情況下，讀取圖像慢。在處理器速度快或圖像采集速度要求不高的應(yīng)用中，I/O接口方式是一個(gè)較好的選擇。

1、電路原理和結(jié)構(gòu)

在圖像傳感器和處理器之間，利用兩個(gè)鎖存器分別鎖存狀態(tài)和圖像數(shù)據(jù)，處理器通過兩個(gè)I/O端口分別讀取。圖3中，在采樣時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)鎖存器保存?zhèn)鞲衅鬏敵龅膱D像數(shù)據(jù)，當(dāng)處理器通過I/O口讀取圖像時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器輸出數(shù)據(jù)。其它情況下，鎖存器輸出處于高阻狀態(tài)。處理器通過狀態(tài)鎖存器讀取同步信號和圖像就緒（Ready）指示信號。在數(shù)據(jù)鎖存器保存圖像數(shù)據(jù)的同時(shí)，狀態(tài)鎖存器產(chǎn)生Ready信號（從‘0’到‘1’）。處理器讀取圖像數(shù)據(jù)時(shí)，Ready信號自動(dòng)清除（從‘1’到‘0’）。處理器讀取狀態(tài)時(shí)鎖存器驅(qū)動(dòng)總線，其他情況下輸出處于高阻狀態(tài)。

2、圖像讀取流程

要保證圖像的完整性就必須從一場圖像的第一行開始讀取，對于隔行掃描輸出的圖像則必須從一幀的第一行開始讀取。讀取每行圖像數(shù)據(jù)時(shí)，則從該行的第一個(gè)像素開始。因此，在讀取圖像數(shù)據(jù)前應(yīng)先判斷場和行的起始位置。圖4是通過I/O接口方式讀取圖像數(shù)據(jù)的流程。讀取每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)前先查詢數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好則讀取數(shù)據(jù)。

3、同步信號檢測

為了簡化電路設(shè)計(jì)，用處理器直接讀取同步信號，然后找出場和行的起始位置。

從圖2可以看出，處理器讀取同步信號時(shí)，信號可能處在同步脈沖狀態(tài)（‘1’）或正常狀態(tài)（‘0‘）。對于那些同步信號反向的器件，則分別為‘0’和‘1’。如果信號處于同步脈沖狀態(tài)，第一次檢測到的正常狀態(tài)就起始位置。如果信號處于正常狀態(tài)，則首先檢測到脈沖狀態(tài)，然后用同樣的方法確定起始位置。

通過上述方法可以檢測出場的起始位置和行起始位置。

4、用VHDL設(shè)計(jì)鎖存器

在應(yīng)用中，以上兩個(gè)鎖存器的功能和其他邏輯集中在一起，用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。下面分別為它們的VHDL表示。

設(shè)DO(0-7)是鎖存器輸出端，DI(0-7)是鎖存器輸入端，DM(0-7)是中間狀態(tài)，Data_R是數(shù)據(jù)讀信號（低電平時(shí)有效），則數(shù)據(jù)鎖存器的VHDL描述為：

Process(reset,PCLK)--鎖存圖像數(shù)據(jù)

Begin

Ifreset=''''0''''then

DM<="00000000";--清除數(shù)據(jù)

ElseifPCLK''''eventandPCLK=''''1''''then

DM<=DI;--鎖存數(shù)據(jù)

Endif;

Endprocess;

Process(DM,Data_R)--讀取圖像數(shù)據(jù)

Begin

IfData_R=''''0''''then

DO<=DM;--輸出圖像數(shù)據(jù)

Else

DO<="ZZZZZZZZ"--輸出高阻

Endif;

Endprocess;

進(jìn)一步設(shè)數(shù)據(jù)有效狀態(tài)為Dstatus,狀態(tài)讀寫信號為Status_R(低點(diǎn)平時(shí)有效)，則狀態(tài)鎖存器的VHDL描述為：

Process(reset,PCLK，Data_R)--數(shù)據(jù)有效狀態(tài)控制

Begin

Ifreset=''''0''''orData_R=''''0''''then

Dstatus<=''''0'''';--清除狀態(tài)

ElseifPCLK''''enentandPCLK=''''1''''then

Dstatus<=''''1'''';--設(shè)置狀態(tài)

Endif;

Endprocess;

Process(Dstatus,Status_R)--讀取狀態(tài)和同步信號

Begin

IfStatus_R=''''0''''then

DO0<=Dstatus;

DO1<=VSYNC;

DO2<=HSYNC;

DO3<=FRAME;

Else

DO<="ZZZZZZZZ";--高阻狀態(tài)

Endif;

Endprocess;

四、內(nèi)存直接寫入接口設(shè)計(jì)

在處理器速度較慢且圖像數(shù)據(jù)輸出的頻率不能降低的情況下，采用上述I/O接口方法不能得到完整的圖像。另外，有些應(yīng)用中要求能夠?qū)崟r(shí)采集圖像。為此，我們設(shè)計(jì)了高速數(shù)據(jù)圖像采集方法―內(nèi)存直接寫入法。由于SRAM訪問控制簡單，電路設(shè)計(jì)方便，被大量嵌入式系統(tǒng)采用，本文以SRAM作為存儲(chǔ)器。

1、電路原理和結(jié)構(gòu)

內(nèi)存直接寫入方法通過設(shè)計(jì)的圖像采集控制器（以下簡稱控制器）不需處理器參與，直接將圖像數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)中的內(nèi)存中，實(shí)現(xiàn)高速圖像采集。

圖5是接口結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)需要采集圖像時(shí)，處理器向控制器發(fā)出采集請求，請求信號capture_r從高到低?？刂破鹘拥秸埱竺}沖后，發(fā)出處理器掛起請求信號HOLD,使處理器的外總線處于高阻狀態(tài)，釋放出總線。控制器收到處理器應(yīng)答HOLDA后管理總線，同時(shí)檢測圖像同步信號。當(dāng)檢測到圖像開始位置時(shí)，控制器自動(dòng)產(chǎn)生地址和讀寫控制信號將圖像數(shù)據(jù)直接寫入內(nèi)存中。圖像采集完成后，控制器自動(dòng)將總線控制權(quán)交還處理器，處理器繼續(xù)運(yùn)行，控制器中與采集相關(guān)的狀態(tài)復(fù)位?？刂破骺梢愿鶕?jù)同步信號或設(shè)定的采集圖像大小確定采集是否完成。

在圖5中，控制器包括同步信號檢測、地址發(fā)生器、SRAM寫控制器、總線控制器和處理器握手電路等主要部分。同步信號檢測確定每一場（幀）和每一行的起始位置；地址發(fā)生器產(chǎn)生寫SRAM所需的地址；SRAM寫控制器產(chǎn)生寫入時(shí)序；總線控制器在采集圖像時(shí)管理總線，采集完成后自動(dòng)釋放；處理器握手電路接受處理器命令、發(fā)總線管理請求和應(yīng)答處理器。

2、SRAM寫控制時(shí)序

采集圖像過程中，控制器自動(dòng)將數(shù)據(jù)寫入到硬件設(shè)定的內(nèi)存中。寫內(nèi)存時(shí)，控制器產(chǎn)生RAM地址（A）、片選信號(/CS)、讀信號(/RD)和寫信號(/WD)，同時(shí)鎖存?zhèn)鞲衅鬏敵龅臄?shù)據(jù)并送到數(shù)據(jù)總線(D)上。每寫入一個(gè)數(shù)據(jù)后，地址(A)自動(dòng)增1。采集時(shí)/CS保持有效（‘0’）狀態(tài)而/RD處于無效狀態(tài)（‘1’）。地址A的變化必須與/WD和數(shù)據(jù)鎖存器協(xié)調(diào)好才能保證圖像數(shù)據(jù)的有效性。

圖6是控制器產(chǎn)生的SRAM信號時(shí)序圖。用PCLK作為地址發(fā)生器的輸入時(shí)鐘，且在其上升沿更新地址值。同樣，在PCLK的上沿鎖存數(shù)據(jù)并輸出到總線上。將PCLK反相，作為/WD信號，使得在/WD的上升沿地址和數(shù)據(jù)穩(wěn)定，確保寫入數(shù)據(jù)的有效性。

3、控制器主要功能的VHDL描述

描述控制器中全部功能的VHDL代碼較長，而且有些部分是常用的（如計(jì)數(shù)器等）。圖像采集狀態(tài)產(chǎn)生和同步信號的檢測是其中重要的部分。下面介紹這兩部分的VHDL描述。

圖像采集狀態(tài)capture_s:

處理器的采集請求信號capture_r使capture_s從‘0’到‘1’，場地址發(fā)生器（計(jì)數(shù)器）的溢出位vcount_o，清除capture_s。

process(capture_r,reset,vcount_o)

begin

ifreset=''''0''''orvcount_o=''''1''''then

capture_s<=''''0'''';--清除

elseifcapture_r''''eventandcapture_r=''''0''''then

capture_s<=''''1'''';--置狀態(tài)位

endif;

endprocess;

同步信號檢測：

只有在采集狀態(tài)capture_s有效時(shí)（‘1’）才檢測場同步信號，場同步信號下降沿置場有效狀態(tài)（vsync_s），場地址發(fā)生器溢出位vcount_o清除場有效狀態(tài)。只有在vsync_s有效情況下才檢測行同步信號，行同步信號下降沿置行有效狀態(tài)（hsync_s），行計(jì)數(shù)器溢出信號hcount_o清除行狀態(tài)。只有在行狀態(tài)有效的情況下計(jì)數(shù)器才工作，且將數(shù)據(jù)寫入RAM。

Process(capture_s,reset,vcount_o,vsync)

Begin

Ifreset=''''0''''orvcount_o=''''1''''orcapture_s=''''0''''then

Vsync_s<=''''0'''';--清除

Elseifvsync''''eventandvsync=''''0''''then

Vsync_s<=''''1'''';--置狀態(tài)位

Endif;

Endprocess;

Process(vsync_s,reset,hcount_o,hsync)

Begin

Ifvsync_s=''''0''''orreset=''''0''''orhcount_o=''''1''''then

Hsync_s<=''''0'''';--清除

Elseifhsync''''eventandhsync=''''0''''then

Hsync_s<=''''1'''';--置狀態(tài)位

Endif;

Endprocess;

五、討論

我們在基于TI公司的TMS320C3X系列DSP開發(fā)的嵌入式指紋圖像處理模塊中分別用上述兩種方法成功實(shí)現(xiàn)了指紋圖像的采集。

采用I/O接口方式最關(guān)鍵的是要求處理器的頻率遠(yuǎn)高于圖像數(shù)據(jù)輸出的頻率。例如，如果處理的指令周期為20ns，讀取每個(gè)數(shù)據(jù)需要10個(gè)指令周期，則數(shù)據(jù)的輸出頻率不能超過5MHz，它低于一般的CMOS圖像傳感器件最快的數(shù)據(jù)輸出頻率。例如國內(nèi)使用較多的OV7610和OV7620，其正常輸出數(shù)據(jù)頻率為13.5MHz。在應(yīng)用過程中，通常改變傳感器中寄存器的設(shè)置值，降低其數(shù)據(jù)輸出頻率。

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二、數(shù)碼圖像技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的步驟

數(shù)碼圖像技術(shù)在進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，一般由以下幾個(gè)步驟組成：

（1）建模。建模是數(shù)碼圖像技術(shù)在設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)，建模方式分二維和三維兩種，二維指的是平面圖形，三維則是立體圖形。

（2）空間設(shè)計(jì)，空間性是室內(nèi)設(shè)計(jì)的重要因素，只有把握好空間的大小，才能進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。外墻構(gòu)成的空間是進(jìn)行設(shè)計(jì)的首要部分，在設(shè)計(jì)中，首先要通過工程制圖軟件將這個(gè)空間繪制成平面圖和立體圖，用毫米作單位，將平面圖和立體圖導(dǎo)入到3dsmax中，作為制作模型的參考。其次，在3dsmax中設(shè)置顯示單位和系統(tǒng)單位為毫米，這樣三維制作軟件和工程制圖就達(dá)到一致，進(jìn)行墻體制作時(shí)，誤差就會(huì)減到最低。在使用空間設(shè)計(jì)方面，要合理地按照設(shè)計(jì)要求布置空間，對于一些家庭用具要進(jìn)行模型制作，也可以用同類型的模型代替，只有從整體到細(xì)節(jié)都進(jìn)行完整設(shè)計(jì)，才能在建模時(shí)提高精確度。

（3）材質(zhì)調(diào)節(jié)。材質(zhì)不僅是室內(nèi)設(shè)計(jì)的重要組成部分，在設(shè)計(jì)中，材質(zhì)也是視覺效果真實(shí)性的保障。

（4）燈光設(shè)置，視覺效果和視覺造型是通過光線來表現(xiàn)的，在數(shù)碼圖像技術(shù)中也不例外，燈光既可以用來照明，還可以用來烘托氣氛，表現(xiàn)設(shè)計(jì)效果。

（5）攝像機(jī)的設(shè)定，一副好的效果圖和取景角度也有直接的關(guān)系，在材質(zhì)和光源都確定好之后，效果圖的畫面基本色調(diào)也就確定了，這時(shí)就要合理設(shè)定攝像機(jī)的角度，才能夠保證渲染后的畫面具有主次分明，虛實(shí)得當(dāng)?shù)男Ч?/p>

（6）渲染，渲染是運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件的渲染功能，來計(jì)算生成特定分辨率的靜態(tài)圖形或是動(dòng)態(tài)視頻的過程。

（7）后期處理，經(jīng)過渲染出來的圖形還要利用專門的圖像處理軟件進(jìn)行剪裁、校色、配景等加工手續(xù)，以達(dá)到最佳效果。

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二、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在當(dāng)前的應(yīng)用

伴隨不斷普及或者說是已經(jīng)普及了的計(jì)算機(jī)圖像，使得越來越多的非專業(yè)人士致力于探究與處理計(jì)算機(jī)圖像。因此，要在一定程度上對圖像處理技術(shù)加以改革，其中最為重要的就是針對一些圖像處理軟件的改革。為了方便越來越多的人都能對圖像加以處理，也就使得一些操作簡單的圖像處理軟件得到了發(fā)展。因而計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在未來的發(fā)展方向必定是簡潔化與簡單化。眾所周知，在對圖片進(jìn)行處理時(shí)，人們經(jīng)常用到Photoshop這一軟件，從一定程度上講，這種軟件對圖像的處理有著十分重要的作用。通常來說，經(jīng)過拍照得到的圖片，其質(zhì)量是不能進(jìn)行二次加工的，但是在研發(fā)出計(jì)算機(jī)圖像處理軟件之后，實(shí)現(xiàn)了對圖像的二次處理。利用Photoshop軟件可以識別出圖片的格式，并進(jìn)一步的對色彩加以一定程度的控制，在該軟件的使用過程中，可以對色彩或者是光線進(jìn)行相應(yīng)的操作，進(jìn)而使圖片的質(zhì)量得到了提升。

三、計(jì)算機(jī)圖像處理在網(wǎng)頁技術(shù)的應(yīng)用

1.圖像尺寸的處理

在網(wǎng)站中對圖像進(jìn)行合理的布局是十分重要的，因此就一定要考慮到圖像尺寸的問題，因?yàn)榫W(wǎng)頁直觀的效果會(huì)因圖像的尺寸而受到之間的影響。對與尺寸大的圖像，應(yīng)當(dāng)使其涵蓋更加更加豐富的內(nèi)容，將想要表達(dá)的內(nèi)容精細(xì)的展現(xiàn)出來，使內(nèi)容變得更加直觀，使瀏覽者引起快速的注意；而尺寸較小的圖像，應(yīng)當(dāng)具有一定的個(gè)性化，為網(wǎng)頁進(jìn)行更好的烘托。想要在網(wǎng)頁中將各種大小不同的圖像同文字進(jìn)行結(jié)合，對網(wǎng)頁進(jìn)行展示，就需要我們合理的對網(wǎng)頁的主標(biāo)題與副標(biāo)題加以配置，使主標(biāo)題能夠更加明顯的突出表現(xiàn)出來，以至于更加吸引瀏覽者的眼球，使附屬圖同主圖之間配合的相得益彰，實(shí)現(xiàn)更加完美的設(shè)計(jì)效果。

2.使圖像成為網(wǎng)站的標(biāo)志

對于任何形式的網(wǎng)站來說，都是因?yàn)橐欢ǖ哪康亩闪⒌?，網(wǎng)頁中的點(diǎn)擊率高低很大程度上取決于網(wǎng)站采用的網(wǎng)頁LOGO，也就是說整個(gè)網(wǎng)頁中能夠起到關(guān)鍵性作用的就是網(wǎng)頁LOGO。通常設(shè)計(jì)師都是根據(jù)企業(yè)的理念以及企業(yè)的本身來對LOGO進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，在其設(shè)計(jì)過程中需要包含功能性以及藝術(shù)性，只有設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)腖OGO才能令人有歡喜的感覺產(chǎn)生。當(dāng)前優(yōu)秀的LOGO設(shè)計(jì)都是設(shè)計(jì)師以企業(yè)本身具有的文化特色以及企業(yè)的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，再加上相應(yīng)的藝術(shù)色彩表現(xiàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，最終使瀏覽者在看到企業(yè)LOGO時(shí)產(chǎn)生一個(gè)美好的感受，進(jìn)而對該網(wǎng)站產(chǎn)生相應(yīng)的信任。

3.使圖像成為網(wǎng)站的關(guān)鍵圖

不難發(fā)現(xiàn)，我們在瀏覽網(wǎng)頁時(shí)，總會(huì)看見各個(gè)網(wǎng)頁都會(huì)利用一些引人注目的圖像使瀏覽者的目光被深深的吸引，進(jìn)而產(chǎn)生瀏覽網(wǎng)頁的愿望。然而在網(wǎng)頁中插入的圖像不僅僅是為了使網(wǎng)頁的瀏覽量得到提升，更是為了使瀏覽者通過看到的圖像對網(wǎng)頁內(nèi)容加以了解。這樣就使得這張圖像成了統(tǒng)領(lǐng)全局的關(guān)鍵圖，充分的將網(wǎng)頁中的內(nèi)容顯示了出來。雖然不通過文字而是單單使用圖像的形式顯示出將要表達(dá)的內(nèi)容屬于以一種傳統(tǒng)的宣傳方式，但是還是會(huì)對人們產(chǎn)生一種強(qiáng)力的視覺沖擊感，進(jìn)而更加直觀的將內(nèi)容展示出來。

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2光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)確定

變焦系統(tǒng)[3]有連續(xù)變焦系統(tǒng)和切換式變焦系統(tǒng)。模擬器大小視場之間并不要求連續(xù)變化，因此考慮采用切換式變焦系統(tǒng)，即在長焦光路中插入一組鏡頭來改變系統(tǒng)的焦距，實(shí)現(xiàn)大小視場的轉(zhuǎn)換，大小視場共用相同的透鏡組可減少透鏡的數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，光學(xué)系統(tǒng)由望遠(yuǎn)透鏡組、變倍透鏡組、中繼透鏡組、全反射棱鏡組成。光學(xué)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式上采用二次成像結(jié)構(gòu)[4-5]，目的在于縮小后組透鏡的口徑，減小全反射棱鏡的外形尺寸。按照模擬器的投影方向，中繼透鏡組將像面上的圖像放大，在透鏡組之間產(chǎn)生一個(gè)中間像，望遠(yuǎn)透鏡組將放大的中間像以平行光投射出去。為了減小模擬器的橫向尺寸，光學(xué)系統(tǒng)利用變倍透鏡組的旋進(jìn)和旋出實(shí)現(xiàn)大小視場的切換，在使用大視場時(shí)，變倍透鏡組被旋轉(zhuǎn)進(jìn)入系統(tǒng)光路，在使用小視場時(shí)，變倍透鏡組被旋出系統(tǒng)光路。光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌位于望遠(yuǎn)透鏡組前600mm處，大小為Ф60mm，這種結(jié)構(gòu)使軸外光束在第一組透鏡上的投射高很大，第一片透鏡的通光口徑大約在Ф191mm，軸外像差難校正，因此應(yīng)選取兩片以上的透鏡，由于透鏡口徑大，不宜采用膠合透鏡。中繼透鏡組為一個(gè)近距離成像的透鏡組，為了更好地校正像差，可選用孔徑光闌在中間的對稱式結(jié)構(gòu)?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)的總長以及像差平衡，望遠(yuǎn)透鏡組的焦距取f1=290mm左右，中繼透鏡組焦距取f2=80mm左右，放大倍率為-0.3倍。

2.2系統(tǒng)優(yōu)化

系統(tǒng)是在小視場的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大視場的轉(zhuǎn)換，因此首先對小視場進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，先分別優(yōu)化望遠(yuǎn)透鏡組和中繼透鏡組，再將兩組和進(jìn)一步優(yōu)化。為了提高光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)，可在設(shè)計(jì)中引入非球面，合理選擇非球面的位置，可有效地校正球差及軸外像差，在中繼透鏡組引入非球面，一方面有利于像散、畸變、以及彗差的校正，另一方面由于透鏡的口徑小，便于非球面的加工和檢測。在望遠(yuǎn)透鏡組和中繼透鏡組之間加入變倍透鏡組時(shí)，透鏡組的片數(shù)和材料根據(jù)像差的校正情況來確定。另外在保證變倍透鏡組切換空間的前提下，控制望遠(yuǎn)透鏡組和中繼透鏡組之間的距離以減小變倍透鏡的口徑，從而減小旋轉(zhuǎn)電機(jī)的承重。模擬器采用數(shù)字微鏡陣列DMD[6]作為圖像生成器件，在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮光源的導(dǎo)入，系統(tǒng)采用全反射棱鏡實(shí)現(xiàn)光源光路的折轉(zhuǎn)，不僅便于光源位置的調(diào)節(jié)，而且能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。棱鏡相當(dāng)于玻璃平行平板處于會(huì)聚光路中，會(huì)產(chǎn)生各種像差，像差的大小取決于玻璃平行平板的折射率和厚度，因此在優(yōu)化過程中，棱鏡應(yīng)置于光路中和透鏡組一起消像差。二次成像結(jié)構(gòu)總長較長，因此在優(yōu)化過程中，應(yīng)對系統(tǒng)總長加以限制以滿足轉(zhuǎn)臺(tái)對模擬器外形的要求。

2.3全反射棱鏡參數(shù)的確定

如圖2(a)所示，全反射棱鏡[7]由兩片棱鏡組成，兩片棱鏡中間有很小的空氣間隙(≤50μm)，由光源發(fā)出的光束在棱鏡1界面2上發(fā)生全反射，又在棱鏡1界面3上發(fā)生折射，被DMD反射后，再次透過棱鏡1的界面2進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。由于空氣間隙很小，從DMD反射回來的光束經(jīng)過棱鏡時(shí)，光軸會(huì)有很小的位移，但不會(huì)有角度的偏移。全反射是通過棱鏡1實(shí)現(xiàn)，因此棱鏡1的設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)中主要是確定棱鏡1中α角和β角的值。

3設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)以上思路，利用Zemax軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到如圖3所示的光學(xué)系統(tǒng)，望遠(yuǎn)透鏡組由4片透鏡組成，中繼透鏡組由兩個(gè)單透鏡和兩個(gè)膠合透鏡組成，兩組均采用重冕玻璃和重火石玻璃組合消色差；中繼透鏡組采用了2個(gè)二次非球面和2個(gè)高次非球面進(jìn)一步校正像差。變倍透鏡組由4片透鏡組成，采用重冕玻璃、重火石玻璃以及火石玻璃組合消色差。望遠(yuǎn)透鏡組4片透鏡的通光孔徑較大，在Ф158mm~Ф193mm之間。系統(tǒng)焦距的變化使模擬器實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)視場的轉(zhuǎn)換，F(xiàn)數(shù)保證了測試的能量，入瞳距足以滿足模擬器變焦系統(tǒng)與導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)光瞳的匹配以及導(dǎo)引頭的安裝空間，系統(tǒng)總長可保證模擬器在轉(zhuǎn)臺(tái)上的安裝需要。變焦系統(tǒng)長焦和短焦的調(diào)制傳遞函數(shù)如圖4所示，畸變?nèi)鐖D5示。圖4表明系統(tǒng)在35lp/mm處，長焦時(shí)軸上0視場調(diào)制傳遞函數(shù)為0.65，軸外1.0視場調(diào)制傳遞函數(shù)大于0.54；短焦時(shí)軸上0視場調(diào)制傳遞函數(shù)為0.53，軸外1.0視場調(diào)制傳遞函數(shù)大于0.17。系統(tǒng)長焦時(shí)像質(zhì)良好，短焦時(shí)弧矢方向調(diào)制傳遞函數(shù)略差，但也能滿足模擬器的使用要求。由圖5可以看出，系統(tǒng)在中心波長λ0=0.75μm處，長焦時(shí)畸變小于0.07%，短焦時(shí)畸變小于0.4%，系統(tǒng)畸變小于1%，完全可滿足模擬器對畸變的要求?？紤]光源的大小以及像差的校正，選取棱鏡的厚度d=25mm，將棱鏡置于光路中和透鏡組一起校像差，通過光路追跡，可得到棱鏡1界面3的通光口徑D，再考慮裝夾余量，取D=35mm。在圖2(b)中，由于DMD的偏轉(zhuǎn)角為24，入射光線在界面3上的折射角i′即為24，棱鏡采用k9玻璃，k9玻璃在中心波長λ0=0.75μm處的折射率n=1.51141087，又知空氣折射率n′=1，由折射率定律得到i=15.61。再由式(4)和式(2)計(jì)算得到棱鏡1的＝47.24，β＝31.63。由圖2(b)可知光線在界面2上的入射角θ==47.24，由式(1)計(jì)算得臨界角im=41.42，θ＞im，由此可見棱鏡1的角度值完全可以使入射光線實(shí)現(xiàn)全反射。

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2新技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)作為第四媒體，其顯示終端可能是計(jì)算機(jī)，平板，電視或智能手機(jī)，為了頁面兼容等原因，前端設(shè)計(jì)出現(xiàn)了很多新技術(shù)，如div+css技術(shù)，Javascript技術(shù)等，為了方便管理，一般采用對象的結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)和行為分開。結(jié)構(gòu)是對象的內(nèi)容，表現(xiàn)是其外觀，而行為是與瀏覽者的交互，或者說是瀏覽者進(jìn)行鼠標(biāo)點(diǎn)擊或輸入內(nèi)容等操作時(shí)，頁面的反應(yīng)。在進(jìn)行網(wǎng)頁設(shè)計(jì)過程中，圖像對象也是如此，利用代碼可以對圖像進(jìn)行一些效果的處理，起到資源占用少，頁面維護(hù)容易等目的，還可以達(dá)到一些用基本圖像處理技術(shù)不易實(shí)現(xiàn)的效果。用div+css結(jié)合Javascript技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)頁前端一些設(shè)計(jì)效果和邏輯處理功能，比如圖像輪播和驗(yàn)證碼校驗(yàn)功能[2]。在一個(gè)存在后臺(tái)管理的網(wǎng)站中，網(wǎng)頁的很多內(nèi)容來自于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，一些圖片也不例外，內(nèi)容需要和后臺(tái)交互，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和頁面的特定邏輯，決定圖像的外觀。這是基本圖像處理技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的，需要設(shè)計(jì)者了解動(dòng)態(tài)頁面設(shè)計(jì)技術(shù)，常見的技術(shù)有，php和jsp技術(shù)等。除此之外，還有連接數(shù)據(jù)庫，縮放、剪切、相框、銳化、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、透明度、反色等對網(wǎng)頁圖片的處理。不再一一舉例。

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二、抽象圖形與標(biāo)志設(shè)計(jì)

標(biāo)志設(shè)計(jì)在平面設(shè)計(jì)中很重要也很特別，重要的是標(biāo)志可以樹立起企業(yè)形象，宣傳企業(yè)品牌文化，可以給產(chǎn)品增加不可估量的附加價(jià)值，不管是老企業(yè)還是新企業(yè)大多用視覺識別系統(tǒng)來不斷地包裝和宣傳自己，標(biāo)志設(shè)計(jì)是視覺識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中最重要的部分。比如百事可樂公司已有一百多年的歷史，然而它的標(biāo)志會(huì)隨著社會(huì)的變遷而不斷變化。特別的是標(biāo)志設(shè)計(jì)以最簡潔的設(shè)計(jì)元素表達(dá)最豐富的含義，用一個(gè)簡潔的圖形說明道理，并讓受眾口服心服。標(biāo)志的特性包括識別性、簡潔性、審美性等特征，所以進(jìn)行標(biāo)志設(shè)計(jì)時(shí)需以最恰當(dāng)?shù)膱D形語言來表達(dá)最明確的涵義。因此以抽象圖形設(shè)計(jì)標(biāo)志是設(shè)計(jì)師常用的選擇，此類標(biāo)志圖形的設(shè)計(jì)，以各種抽象圖形符號為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，充分利用平面設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面構(gòu)成原理，不注重形似而注重神似，具有一定的象征意義。抽象類標(biāo)志表現(xiàn)形式圖案感極強(qiáng)，具有強(qiáng)烈的現(xiàn)代感和符號感，其意義表達(dá)直接、形象、生動(dòng)、沒有區(qū)域性，視覺沖擊力強(qiáng)，給觀者以良好的印象，并具有很高的記憶值。例如1933年至1934年由英國“工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)”會(huì)長佛蘭克•畢克負(fù)責(zé)規(guī)劃的倫敦地鐵，在設(shè)計(jì)政策與識別上堪稱世界經(jīng)典之作；倫敦地鐵標(biāo)志是以抽象的幾何形（紅色圓環(huán)和藍(lán)色長方形）組合，藍(lán)色長方形上寫著NUNDERGROUND（地鐵）字樣。整體簡潔大方，寓意明確，便于記憶。在視覺識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，此標(biāo)志應(yīng)用起來也非常方便，便于制作。還如北京地鐵標(biāo)志的外形是采用抽象的圓形，以字母“G”構(gòu)成，中間是字母“D”，“D”的中心有個(gè)字母“B”，構(gòu)成“北京高速電車”的縮寫。適合各種環(huán)境的運(yùn)用，便于放大或是縮小。很多地鐵標(biāo)志都用抽象形態(tài)，抽象圖形變化多端，造型豐富，具有極強(qiáng)的理性化、秩序感，給人留下較大的想象空間，已經(jīng)逐漸成為標(biāo)志設(shè)計(jì)的常用元素。但圖形過分的抽象，由于其意義表達(dá)不明確，會(huì)產(chǎn)生一定的模糊性，甚至?xí)`導(dǎo)人們對標(biāo)志意思的理解，所以，運(yùn)用抽象圖形語言設(shè)計(jì)時(shí)，要避免這種情況發(fā)生，形式與內(nèi)容需完美結(jié)合，注意形式情感的表達(dá)和事物屬性的揭示，否則不能達(dá)到最佳效果。設(shè)計(jì)美的本質(zhì)就在于創(chuàng)造、創(chuàng)造、再創(chuàng)造。抽象圖形靈活多變，可以根據(jù)設(shè)計(jì)方法創(chuàng)造出無數(shù)個(gè)圖形來。抽象類標(biāo)志設(shè)計(jì)的方法主要有漸變、近似、輻射、重復(fù)、對比等有序的構(gòu)成形式。例如：臺(tái)灣食品業(yè)最大的企業(yè)味全公司，因?yàn)闃I(yè)務(wù)擴(kuò)大，新產(chǎn)品不斷開發(fā)，并向國際市場大量銷售，原來的標(biāo)志視覺形象已經(jīng)無法顯示味全公司的經(jīng)營范圍，于是聘請日本設(shè)計(jì)名家大智浩為設(shè)計(jì)顧問，最后提出用五個(gè)相同圓形重復(fù)組合，總體為“W”形象，象征五味俱全。此標(biāo)志用抽象的圓形為設(shè)計(jì)元素，用重復(fù)的構(gòu)成形式，簡潔、直觀、明了，消費(fèi)者看了便會(huì)聯(lián)想到五味俱全的涵義，有很好的視覺效果，也提升了產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。

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二、大膽運(yùn)用色彩變化和微妙的造型設(shè)計(jì)，結(jié)合不同的形態(tài)變化，傳達(dá)統(tǒng)一的形象內(nèi)涵感受，體現(xiàn)設(shè)計(jì)意境。

如MonsterMilk品牌視覺形象設(shè)計(jì)，利用三個(gè)輔助標(biāo)志配合一個(gè)基本標(biāo)志，來進(jìn)行各種應(yīng)用設(shè)計(jì)。輔助圖形的設(shè)計(jì)既是對于標(biāo)志的形象卡通化的造型，又是可以獨(dú)立運(yùn)用作為海報(bào)傳播的圖案。輔助圖形的設(shè)計(jì)有所變化，但是給人的意境感受與品牌形象的設(shè)計(jì)里一致的、俏皮可愛的品牌形象，更容易讓人親近。這種設(shè)計(jì)手段能延續(xù)系統(tǒng)化的視覺觀念，同時(shí)增加人們對于品牌形象的想象力，使品牌視覺形象設(shè)計(jì)更加豐富、飽滿和富于變化。所以在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)意識到?jīng)]必要過分地強(qiáng)調(diào)輔助圖形與logo之間的主次關(guān)系和功能層次，無需刻意強(qiáng)調(diào)logo的色彩，重要的是受眾接受設(shè)計(jì)的程度，以及設(shè)計(jì)效果在受眾頭腦中所形成的品牌形象，這不是一個(gè)圖形或者一種色彩可以完全表達(dá)清楚的。

三、根據(jù)品牌形象設(shè)計(jì)的理念需要，變換輔助圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容，創(chuàng)造出一種獨(dú)特的視覺效果。

輔助圖形不再被規(guī)范為某種特有的造型和顏色，而是結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求進(jìn)行變化。匈牙利MYDll室內(nèi)建筑工作室視覺形象全套視覺形象都是圍繞標(biāo)志MYD和11進(jìn)行變化，其輔助圖形并不以某一種圖形為視覺中心，而是分別采用和室內(nèi)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)的字母、剪影圖案和立體圖案作為創(chuàng)意的視覺元素，文字和圖案采用相同的設(shè)計(jì)色調(diào)，具有很強(qiáng)的視覺識別性。輔助圖形在各種應(yīng)用中也比較靈活，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的靈動(dòng)性，效果不拘一格。所以在品牌形象設(shè)計(jì)中，既保持形象的整體性，又根據(jù)其使用的具體產(chǎn)品的不同，變換輔助圖形，不再規(guī)范輔助圖形的具體內(nèi)容和具體描繪方法及效果，這樣既在表現(xiàn)效果上體現(xiàn)形象設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性，又能豐富視覺效果。利用立體化、動(dòng)態(tài)化的表現(xiàn)形式展現(xiàn)輔助圖形。輔助圖形的展示不能保持一成不變的模式，應(yīng)該保持與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式相符的動(dòng)態(tài)發(fā)展和革新，傳統(tǒng)的紙質(zhì)印刷品已經(jīng)不是輔助品牌視覺形象傳達(dá)和輔助圖形應(yīng)用的唯一媒介，應(yīng)該有更為豐富的形式。例如，巴西AlmeidaFrana工程公司品牌形象設(shè)計(jì)中標(biāo)志和輔助圖形的設(shè)計(jì)聯(lián)系非常緊密，輔助圖形是在標(biāo)志的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)成各種各樣的幾何圖形，像是形式各異的建筑工程，傳遞品牌本身的含義，又像是道路崎嶇的迷宮，補(bǔ)充品牌中尚未傳遞的內(nèi)涵信息。在展示上采用gif動(dòng)畫的展示效果，顯現(xiàn)輔助圖形多變的形態(tài)，既不超越核心標(biāo)志符號，還要作為輔助圖形出現(xiàn)在大家的視角內(nèi)，并且具有個(gè)性化特征。所以，隨著傳播媒介的發(fā)展，無論是投影、手機(jī)、電腦、網(wǎng)絡(luò)這些科技的出現(xiàn)，都促使輔助圖形的展示從傳統(tǒng)的平面化形式，逐漸變得多元化、立體化。一切可以想象的表現(xiàn)形式也許都可以成為品牌形象的宣傳方式，從而使品牌形象傳播的形式更加豐富，表現(xiàn)力也更強(qiáng)，使立體和動(dòng)態(tài)的事物更具活力，從大眾的審美視覺上說，具有張力與多維感知的識別形象，會(huì)帶來更強(qiáng)烈的新鮮感和刺激感，更能讓人長時(shí)間記憶。

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二、“大耳朵圖圖”形象設(shè)計(jì)制作形式

《大耳朵圖圖》的形象設(shè)計(jì)形式來源于中國傳統(tǒng)繪畫。該片的形象成片方式和日本動(dòng)漫制作以及當(dāng)前動(dòng)畫電影中常用方式一樣，都是以繪圖為基礎(chǔ)的，最常見的繪制方法就是“單線平涂”。也就是說，用線條在紙上勾勒出人或物的形象，然后再通過描線工序，在填上各種單一的色彩，組后同場景（背景）結(jié)合，會(huì)動(dòng)的人或物，在不會(huì)動(dòng)的場景中，形成動(dòng)畫表現(xiàn)形式“。大耳朵”這一形象的設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，簡單描繪，突出人物形象的特點(diǎn)，構(gòu)成上也很簡練，符合兒童觀眾這一群體的審美特征及接受能力。

三、“大耳朵圖圖”形象設(shè)計(jì)特點(diǎn)

《大耳朵圖圖》里的動(dòng)畫形象設(shè)計(jì)來源于生活中的聰明可愛的孩童形象，然后加以抽象化，突出可愛效果，尤其是主人公“圖圖”不成比例的腦袋、四肢和那一雙大耳朵，打造出一個(gè)機(jī)靈淘氣又頑皮的卡通形象，深得小朋友喜歡。繪畫制作上，色彩搭配以色板主色為主，看上去新穎卻不雜亂，遵循現(xiàn)代人的審美方式，簡約卻不簡單，不容易因?yàn)榭潄y而產(chǎn)生視覺上審美疲勞，能夠讓觀眾更長久的接受。而在人物內(nèi)涵和意義方面卻又寫實(shí)化，故事內(nèi)容取材于生活，主人公“圖圖”的言行也同現(xiàn)實(shí)生活中的兒童如出一轍，拉近片子與觀眾的親切感，也更能能突出該人物形象的垂范作用和教育效果。

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2.構(gòu)建以知識點(diǎn)為主線的教學(xué)資源?；诜e件設(shè)計(jì)思想進(jìn)行課程體系融合設(shè)計(jì)，要在教學(xué)資源（課件、網(wǎng)絡(luò)）建設(shè)過程中站在專業(yè)角度而不是課程角度，確定知識點(diǎn)的各種特性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，合理分解和規(guī)劃知識點(diǎn)，并按照對專業(yè)體系的理解和教學(xué)設(shè)計(jì)來構(gòu)建知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。在土木工程施工模塊教學(xué)過程中，在施工問題講解中多引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和力學(xué)概念，可讓面向施工企業(yè)去向的學(xué)生同樣感覺到力學(xué)和專業(yè)在工程施工技術(shù)中的重要性。而圍繞多次超靜定框架體系的求解、無剪力分配法、塑性鉸等力學(xué)專題，可以看成是涉及多門課程關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)重組的教學(xué)過程和方法。以標(biāo)準(zhǔn)知識點(diǎn)為單元，按積件方式建立積件庫，教師仍可按自己的教學(xué)安排組織和生成有個(gè)人特色的課件。每個(gè)知識點(diǎn)反映典型的相關(guān)內(nèi)容，各個(gè)知識點(diǎn)相對獨(dú)立，并對不同課程具有通用性。

3.深化課程知識鏈的關(guān)聯(lián)與重組。同一個(gè)知識點(diǎn)可具有不同的存在狀態(tài)，既可進(jìn)一步細(xì)分，又可被包含在一個(gè)容量更大的知識點(diǎn)中。力學(xué)類課程和后續(xù)專業(yè)課程有重要關(guān)聯(lián)和銜接關(guān)系，如“土木工程材料”、“混凝土結(jié)構(gòu)原理”和“鋼結(jié)構(gòu)”等課程都涉及材料力學(xué)性能，“鋼結(jié)構(gòu)”和“材料力學(xué)”課程都涉及截面幾何性質(zhì)部分，“基礎(chǔ)力學(xué)”課程中連接件計(jì)算、壓桿穩(wěn)定計(jì)算等專業(yè)內(nèi)容“鋼結(jié)構(gòu)”課程仍有涉及，結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算部分是后續(xù)“工程結(jié)構(gòu)抗震”課程教學(xué)的重要鋪墊。教學(xué)上應(yīng)避免內(nèi)容重復(fù)講授或知識點(diǎn)的缺位，更應(yīng)基于積件思想注重知識再現(xiàn)、重組和深化?，F(xiàn)在諸如三峽大學(xué)求索學(xué)堂等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)都是以知識點(diǎn)為中心來組織網(wǎng)絡(luò)課程素材的。一個(gè)知識點(diǎn)除呈現(xiàn)其文字材料外，還能呈現(xiàn)該知識點(diǎn)與前驅(qū)和后繼知識點(diǎn)鏈接，學(xué)生可快速查看相關(guān)知識點(diǎn)以及其重要程度、要求掌握程度、幫助理解該知識點(diǎn)的例題和多媒體課件（可包含動(dòng)畫、視頻、音頻等）。深入研究課程群間知識點(diǎn)的聯(lián)系，進(jìn)行課程的整合和關(guān)聯(lián)知識重組，有助于幫助學(xué)生形成完整的專業(yè)知識鏈條和知識樹結(jié)構(gòu)?；谥R點(diǎn)的教學(xué)資源庫建設(shè)，可為資源重復(fù)利用和擴(kuò)展帶來極大的靈活性，為不同教師從開放的積件庫中選擇資源或按積件化模式共享教學(xué)資源提供便利。但目前網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)并不能幫助專業(yè)教師實(shí)現(xiàn)課程間的關(guān)聯(lián)和重組。目前一些針對建筑工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程開發(fā)的商業(yè)仿真軟件，運(yùn)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等手段多渠道多方法地創(chuàng)設(shè)出生動(dòng)活潑的教學(xué)情景?；诰唧w建筑工程仿真，在理論課程和實(shí)習(xí)實(shí)踐、在校學(xué)習(xí)和畢業(yè)工作間搭設(shè)互通立交橋梁，更可以具體工程為背景，以建筑施工為主線，串聯(lián)土木工程材料、地基與基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多門主干課程的諸多知識點(diǎn)，為土木工程專業(yè)課程關(guān)聯(lián)與重組提供教學(xué)新思路。

4.建立以積件設(shè)計(jì)思想的專業(yè)課程集成與立體化教學(xué)體系。伴隨著教學(xué)藝術(shù)的發(fā)揮和教學(xué)理念的探索，現(xiàn)代教學(xué)媒體的應(yīng)用為教學(xué)手段改革提供了突破口。教學(xué)媒體從視聽教育、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)到多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件的演變過程，標(biāo)志著人們對計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的認(rèn)識上升到一個(gè)新的階段。傳統(tǒng)課件固化了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和知識的呈現(xiàn)方式，素材數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率和數(shù)據(jù)共享率不高，學(xué)生的參與度也較低。以知識點(diǎn)的表示、管理和利用為基礎(chǔ)的課程建設(shè)是今后數(shù)字化教學(xué)的主要方向?；谥R點(diǎn)關(guān)聯(lián)的土木工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)其實(shí)就是積件化的設(shè)計(jì)思想和網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，這需要有網(wǎng)狀的教學(xué)軟件與其相適應(yīng)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)推導(dǎo)出教學(xué)中的共性問題，可引導(dǎo)教師改進(jìn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主地進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)?；诜e件設(shè)計(jì)思想的課程體系改革，可促進(jìn)課程體系的融合和優(yōu)化和立體化教學(xué)體系的建立。

5.探索積件設(shè)計(jì)的微型學(xué)習(xí)策略。按照積件設(shè)計(jì)思想建設(shè)開放式教學(xué)資源平臺(tái)，符合以學(xué)生為中心的教學(xué)理論的發(fā)展，有助于學(xué)生自己選擇學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)策略?；谡n程知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)和積件設(shè)計(jì)思想來設(shè)計(jì)實(shí)用、短小、微型的標(biāo)準(zhǔn)知識點(diǎn)進(jìn)行課程內(nèi)容組塊，由簡到繁、由易到難、循序漸進(jìn)、再到創(chuàng)新提高的學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)符合人才培養(yǎng)規(guī)律，便于學(xué)生對專業(yè)知識體系的掌握。利用基于知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，具有人機(jī)交互性、學(xué)習(xí)的便利性和靈活性。教學(xué)平臺(tái)導(dǎo)學(xué)功能應(yīng)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過知識點(diǎn)邏輯關(guān)系和基于知識點(diǎn)的結(jié)構(gòu)鏈接，學(xué)生可以確定自己學(xué)習(xí)順序和掌握情況，二是對知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)度密切的前驅(qū)專業(yè)知識點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。

6.核心知識點(diǎn)與實(shí)時(shí)實(shí)習(xí)模式?；诜e件設(shè)計(jì)思想的課程整合同樣可適用于實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可按知識點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)和跟蹤考核，以學(xué)習(xí)的核心知識點(diǎn)進(jìn)行歸納梳理，實(shí)施以核心知識點(diǎn)為主的彈性小學(xué)分制和實(shí)時(shí)實(shí)習(xí)模式。通過豐富專業(yè)教學(xué)資源，完善實(shí)習(xí)指導(dǎo)手冊，采用多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)課程、求索學(xué)堂等現(xiàn)代化教學(xué)手段，建立以工程照片、視頻資料為主的實(shí)習(xí)資料庫和實(shí)習(xí)基地建設(shè)，使學(xué)生全階段不間斷地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)與理論教學(xué)全過程同步的“實(shí)習(xí)”，實(shí)現(xiàn)理論課程（課本）—電子視聽和仿真資源（視頻、軟件）—工地實(shí)踐（實(shí)物）三者的有機(jī)互聯(lián)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的相互滲透和反復(fù)交替過程，使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)實(shí)現(xiàn)無縫實(shí)時(shí)銜接，學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)化、完整化，構(gòu)建立體化教學(xué)體系。

篇10

一、概述

運(yùn)平至三門峽高速公路是國道主干線209（二連浩特至河口）公路山西境內(nèi)的一部分，是山西省"大"字型公路主骨架的重要組成部分，是晉煤外運(yùn)主要通道之一。

老龍溝二號橋位于209國道運(yùn)城至平陸段內(nèi)的山嶺重丘區(qū)，跨越老龍溝，為雙幅分離式高速公路大橋，橋梁全寬20.5m。兩幅橋之間的分離帶為50cm。設(shè)計(jì)行車速度為60km／h。橋梁中心樁號為K17+930，起點(diǎn)中心樁號為K17+825，終點(diǎn)樁號為K18+035。該橋位于平曲線為圓曲線內(nèi)，路線中心線半徑為25lm，左幅橋中心線半徑為256.25m，右幅橋中心線半徑為245.75m。橋梁縱斷面部分位于半徑為R＝13000m的豎曲線內(nèi)。豎曲線兩邊縱坡分別為3．8％和3％，豎曲線半徑為R＝13000m，T＝117m，E=0．526m。橫橋向設(shè)有5％的超高。橋梁結(jié)構(gòu)體系為單箱單室等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁橋。

二、技術(shù)及工程用材（表1）

設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級掛車-120。

地震基本烈度：Ⅶ度。

溫度：極端最高溫度43℃，最低溫度-13.2℃，常年平均溫度14．6℃。

支座沉降：0．015m。

三、橋址區(qū)自然概況

1．地形、地貌

老龍溝二號橋位于山嶺重丘區(qū)，跨越老龍溝，溝谷呈"V"字型，地形起伏很大，山嶺陡峭，溝谷幽深，屬中條山脈西南段的低山重丘區(qū)，地層上部為坡積物，下伏為太古界二長花崗片麻巖，高差達(dá)80m。

2．氣象

橋址區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年四季分明，夏季干熱多雨，冬季寒冷干燥，春秋季風(fēng)較溫和。年平均氣溫14．6℃，最冷一月平均氣溫-1℃，極端最低氣溫-13．2℃，最熱平均氣溫27.6℃，極端最高氣溫43℃。最大凍深33cm，最大積雪厚14cm，平均風(fēng)速3.5m/s，最大風(fēng)速18m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)。

3．水文

橋梁跨越老龍溝為V字型溝，兩邊基巖，灌木荊棘叢生，溝壁陡峭，溝底平常只有一股細(xì)流流淌，水量受季節(jié)控制，雨季洪水時(shí)，流量增大，最深水位達(dá)1～1.5m，枯水期流量減少，水位只有1.5～0.8m左右。洪水主要由兩邊區(qū)域的山坡降雨匯流而成。

4．工程地質(zhì)

橋址區(qū)分布的主要是太古界涑水群的變粒巖和后期燕山期泥合花崗巖以及由于熱液變質(zhì)作用形成的花崗片麻巖。其中夾有多層片麻巖。該區(qū)處于構(gòu)造發(fā)育區(qū)，且中條山前大斷裂至今仍在活動(dòng)。使得巖石風(fēng)化變質(zhì)嚴(yán)重、節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎。

四、主要材料

1．混凝土

上部結(jié)構(gòu)主橋箱梁采用50號混凝土；防撞護(hù)欄采用30號混凝土。

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用40號混凝土；基礎(chǔ)采用25號混凝土；橋頭搭板、橋臺(tái)耳墻、背墻均采用25號混凝土。

2.鋼材

鋼筋：直徑≥12mm者，均采用Ⅱ級（20MnSi）熱扎螺紋鋼筋；直徑＜12mm者，采用Ⅰ級（A3）光圓鋼筋。

鋼板：應(yīng)符合GB700-65規(guī)定的A3鋼材。

3．其他

錨具及管道成孔：主橋箱梁錨具采用OVM15-12型，OVM15-12型連接器及其配套的相關(guān)配件，管道成孔采用內(nèi)徑為90mm的鋼波紋管。

支座均采用KPZ系列抗震型盆式橡膠支座。

伸縮縫采用J-75D80B型伸縮裝置。

橋面鋪裝采用瀝青混凝土橋面鋪裝。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于老龍溝二號橋位于高山峻嶺之中，受地形條件限制因素較多，在不得已的情況下，橋梁位于平曲線內(nèi)，且半徑較小，預(yù)制結(jié)構(gòu)很難適應(yīng)小半徑線形的變化，因此該橋系用現(xiàn)澆施工方案，以保證線形的順暢。

該橋的設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：其一是預(yù)應(yīng)力混凝土彎箱梁在設(shè)計(jì)難度較大的情況下，設(shè)置了斜腹板，導(dǎo)致了預(yù)應(yīng)力鋼束空間線形布設(shè)的難度更加繁復(fù)化。其二是該橋的橋面超高達(dá)5％，導(dǎo)致了內(nèi)外腹板高差較大，增加了箱梁自身的扭矩。其三是該橋縱斷面位于3％的縱坡內(nèi)，使橋梁的構(gòu)造處理進(jìn)一步復(fù)雜化。其四是該橋跨越深谷，橋墩高度達(dá)66m，為了保證橋墩形狀線條簡潔，其外形尺寸保守一致，內(nèi)側(cè)腹板由上向下逐漸加厚。對以上諸條不利因素，在本次施工圖設(shè)計(jì)中都得到了很好的解決。

1．上部構(gòu)造

上部構(gòu)造采用梁高為2m（以箱中心為準(zhǔn)）的等截面斜腹板單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。橋梁橫坡由兩腹板調(diào)節(jié)而成。內(nèi)側(cè)（圓心側(cè)）腹板高度為147.5cm，外側(cè)腹板高度為172.5cm。單幅橋箱梁頂板寬度為10m，底板寬度為4.0m。懸臂板長度為2.5m。箱梁在跨中斷面其頂、底板厚度分別為25cm和20cm。腹板寬度為40cm。lm過渡段之后，其腹加厚至60cm，余均不變。再過渡到底板厚50cm。邊跨梁端頂、底板厚度分別為50cm及80cm。為了便于施工，在懸臂板與腹板的交接處設(shè)R＝10cm的圓弧，以利于脫模。為增加橋梁的美觀性，箱梁斷面采用斜腹的形式。

為了滿足錨具布置的需要，箱梁內(nèi)側(cè)在端部附近加厚，腹板內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束除豎向彎曲外，在主梁加厚段尚有平彎，與此相應(yīng)，錨固面應(yīng)相應(yīng)傾斜，使預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)垂直于錨固端面。

因本橋位于路線中心線半徑R=25lm的平曲線上，內(nèi)、外幅半徑不同。為抵消彎箱梁因扭矩產(chǎn)生的不平衡支反力，本橋在橋臺(tái)處向路線左側(cè)設(shè)置了15cm支座預(yù)偏心。在橋墩處設(shè)置了6.5cm支座預(yù)偏心。

由于預(yù)應(yīng)力引起的徑向力（崩出力）的作用，腹板箍筋予以加強(qiáng)，從而起到增添防崩箍筋的作用，為方便施工，可不專門設(shè)置防崩筋。

2．下部構(gòu)造

用于承受上部荷載的主墩采用4m*3.5m的空心薄壁墩，由于橋位跨越的老龍溝地勢陡峭，落差較大，最高的橋墩達(dá)68.0m，為減少墩頂產(chǎn)生過大位移，滿足規(guī)范要求，將薄壁墩的外形上做成等截面，內(nèi)側(cè)壁厚由上部的0.5m至下逐漸加厚到下部的lm。墩底設(shè)3m的實(shí)心段，從而達(dá)到加強(qiáng)橋墩整體剛度的目的。

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，橋位處溝谷兩側(cè)的基巖強(qiáng)度存較大差異，且存在一條死斷層，運(yùn)城岸基巖風(fēng)化嚴(yán)重，且較軟弱，所以，橋墩基礎(chǔ)在運(yùn)城岸采用鉆孔灌注樁，雙排樁樁徑為150cm，承臺(tái)厚200cm。三門峽岸基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，分為三層，每層厚度1.5m，最下層平面尺寸為10m*9.7m的矩形，襟邊寬度橫橋向取為1m，順橋向取為1.2m。

運(yùn)城岸橋臺(tái)采用扶壁式，基礎(chǔ)采用直徑為φ120cm鉆孔灌注樁，梅花形布置。三門峽岸橋臺(tái)采用重力式U型臺(tái)，兩側(cè)臺(tái)高分別為5.00m和2．99m。U型臺(tái)肋厚為0．5～2．34m?；A(chǔ)橫橋向長設(shè)為21．30m。

3．結(jié)構(gòu)分析

上部結(jié)構(gòu)靜力分析，采用有限元專用程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算荷載考慮了恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、支座強(qiáng)迫位移、地震力及溫度變化等。施工階段計(jì)算共分七個(gè)階段，用三孔萬能桿件支撐梁搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行梁體澆筑施工，全橋支撐梁用三孔進(jìn)行周轉(zhuǎn)。由于該橋橋墩較高，為了保證結(jié)構(gòu)物的可靠性，在靜力分析的同時(shí)，還采用空間有限元通用程序，

對結(jié)構(gòu)、動(dòng)力靜力特性進(jìn)行了分析。

箱梁橫向橋面板計(jì)算分別按框架和簡支板考慮固端影響兩種方法進(jìn)行分析，擇其大者進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。

六、施工要點(diǎn)

1．上部施工

（1）由于本橋?yàn)榭缭嚼淆垳想U(xiǎn)要地形及施工采用在墩頂架設(shè)施工平臺(tái)支架的施工方法，支架架設(shè)前應(yīng)對支架平臺(tái)進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，以保證支架平臺(tái)的支承力及彈性、非彈性變形控制在允許范圍內(nèi)。每孔支架平臺(tái)應(yīng)在全跨內(nèi)架設(shè)，全橋共設(shè)有三孔支架進(jìn)行周轉(zhuǎn)。

（2）主橋上部箱梁施工。采用在支架平臺(tái)上逐孔現(xiàn)澆施工的方法，施工程序如下：

a．完成第一、二跨支架平臺(tái)搭設(shè)及預(yù)壓后，安裝第一孔箱梁梁段模板及鋼筋至第二孔的0.2L處（第一個(gè)施工縫），然后澆筑混凝土。澆筑時(shí)，應(yīng)保證鋼束連接器處混凝上端面與鋼束中心線垂直，待箱梁混凝土達(dá)到85％的設(shè)計(jì)標(biāo)號后，方可按設(shè)計(jì)圖所示，對稱張拉相應(yīng)鋼束并接長鋼束，接長鋼束應(yīng)通至第三施工縫處。而在第一施工縫處不張拉的預(yù)應(yīng)力鋼束的長度應(yīng)從梁端留至第二施工縫處。

b．安裝第三孔箱梁梁段模板及鋼筋至第三孔的0.2L處（第二個(gè)施工縫）澆筑工序及要求同前。然后澆筑箱梁混凝土，接長鋼束的長度應(yīng)通至第四施工縫處，而在施工縫處不張拉的預(yù)應(yīng)力鋼束的長度應(yīng)留至第三施工縫處。

c．重復(fù)以上兩步驟直至第五跨，待第五跨箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到85％的設(shè)計(jì)標(biāo)號后，方可在梁端對稱張拉所有鋼束。

預(yù)應(yīng)力張拉以張拉噸位和伸長量雙控，以伸長量為主，若伸長量低于-5％和超過+10％時(shí)，應(yīng)停止張拉，分析檢查出原因并處理完后方可繼續(xù)張拉。

2．下部施工

下部構(gòu)造墩身施工，由于本橋跨越深溝，墩身高度大，所以采用矩形薄壁空心墩。施工時(shí)利于滑摸爬升施工法，并嚴(yán)格控制墩身中心線的垂直性。在施工到墩頂部位時(shí)，注意預(yù)埋支架平臺(tái)所需的承重構(gòu)件。

上、下部構(gòu)造施工時(shí)，應(yīng)注意為下道工序預(yù)埋構(gòu)件或預(yù)留孔、槽，并確保其位置準(zhǔn)確。

七、結(jié)論

對老龍為二號橋的施工設(shè)計(jì)，使我們在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁橋設(shè)計(jì)理論上、構(gòu)造上、施工工藝上進(jìn)行了一些探索。

該橋目前正在進(jìn)行后期施工。

篇11

1.2形式化定義語義方向玫瑰圖是基于帶有語義信息的重心軌跡Pj進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的，語義重心軌跡以式(1)的形式表達(dá)。式中n是軌跡上的采樣點(diǎn)數(shù)，(xi,yi,ti,wj)表示的是在ti時(shí)刻移動(dòng)物體狀態(tài)；xi,yi為重心軌跡的空間位置信息；wj為語義信息，即軌跡所代表重心的經(jīng)濟(jì)屬性名，如“國內(nèi)生產(chǎn)總值”、“工業(yè)產(chǎn)量”等。

2生成方法

根據(jù)帶有語義信息的社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心軌跡數(shù)據(jù)，按照上式(3)即可計(jì)算出八個(gè)方向區(qū)間內(nèi)每個(gè)語義詞匯的詞頻，得到每個(gè)詞在圖中顯示的極坐標(biāo)位置。一般情況下，由于軌跡數(shù)量較多，為了保證語義方向玫瑰圖分析的有效性和可行性，可根據(jù)軌跡語義詞匯的重要性即其所代表軌跡移動(dòng)模式的顯著性大小進(jìn)行排序和篩選，僅對移動(dòng)模式最為顯著語義詞匯進(jìn)行分析和表達(dá)。此外，由于詞匯之間難免會(huì)出現(xiàn)許多重疊部分，影響可視化效果。因此，最后還可圖中的詞匯位置進(jìn)行微調(diào)，以減少詞與詞的重疊碰撞。由此可知，語義方向圖的生成過程可分為以下幾個(gè)步驟：統(tǒng)計(jì)各個(gè)方向區(qū)間的詞頻；根據(jù)顯著性對詞匯排序和篩選；文字位置微調(diào)。接下來，本文將詳細(xì)闡述語義方向圖的生成過程。表1為實(shí)現(xiàn)語義方向玫瑰圖的偽代碼。

2.1統(tǒng)計(jì)各個(gè)方向區(qū)間詞頻先將[0°,360°]劃分成8個(gè)等間隔的方向區(qū)間。根據(jù)式(5)確定軌跡Pj上的矢量kkkj,x,y,w所處的方向區(qū)間km。中[]代表取整數(shù)。2.2計(jì)算tf-idf并排序過濾在信息檢索領(lǐng)域中，有研究人員提出了tf-idf的概念來衡量某一個(gè)詞在整篇文檔中的重要性[15]。在本文中，同樣可以用tf-idf來詞匯在語義方向圖中的重要性。其中tf反映詞代表軌跡移動(dòng)模式在全局中的顯著性，而idf則反映的是該詞是否常見。由于各個(gè)方向的重要性實(shí)際上相同的，因此只考慮詞頻的距離值。其中，N和num分別代表所有方向區(qū)間的個(gè)數(shù)與所計(jì)算詞出現(xiàn)的方向區(qū)間的個(gè)數(shù)。在取對數(shù)之后，idf的值能更好的表達(dá)一個(gè)詞出現(xiàn)的區(qū)間越少，則這個(gè)詞越重要的特點(diǎn)。此外，在idf的基礎(chǔ)上加1是為了處理idf等于0的情況。從上式(6)中可看出，tf-idf值越大，表示這個(gè)詞越有意義越重要，其代表的軌跡移動(dòng)模式顯著性越強(qiáng)。計(jì)算出各區(qū)間內(nèi)各個(gè)詞的tf-idf后，即可根據(jù)tf-idf值的大小在每個(gè)方向區(qū)間中選擇出tf-idf最大的若干個(gè)詞匯進(jìn)行顯示。此外，若數(shù)據(jù)在縱軸上出現(xiàn)小指聚集或有異常值的情況下，可以對縱向的R軸進(jìn)行了一個(gè)如下式(7)的指數(shù)變換，以保證語義方向圖的效果更好。式中R和R’分別為變換前后的縱軸距離值。下圖2(a)即經(jīng)過指數(shù)變換之后的可視化結(jié)果。

2.3文字位置微調(diào)為了提高空間利用率以及可視化顯示效果，很多研究詞云的人提出了各種不同的方法來避免詞匯重疊。例如，F(xiàn)ernandaB.Viégas使用了一種隨機(jī)貪婪算法，即每次給與其他詞重疊的詞移動(dòng)一個(gè)新位置，直至不再重疊，實(shí)現(xiàn)逐步逼近最優(yōu)解的過程[16]。本文即通過這種類似的貪婪算法解決詞與詞之間相互重疊的問題。以下為實(shí)現(xiàn)文字位置微調(diào)的貪婪算法的基本流程：（1）碰撞檢測首先依次對一個(gè)詞與其他所有詞進(jìn)行碰撞檢測。若檢測得該詞與另一個(gè)詞有重疊時(shí)，則進(jìn)行下一步；若與其他所有詞都無重疊，則對下一個(gè)詞進(jìn)行判斷。檢測碰撞的一個(gè)比較簡單的方法就是檢測兩個(gè)詞的外接矩形是否相交。（2）位置隨機(jī)微調(diào)若某兩個(gè)詞有碰撞，則隨機(jī)選擇其中一個(gè)，并對這個(gè)詞的位置在一定的限制條件下進(jìn)行隨機(jī)的調(diào)整，包括角度和距離兩個(gè)方面。其中限制條件有兩個(gè)。第一，在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，其距離和角度的移動(dòng)步長應(yīng)該是在某一個(gè)范圍內(nèi)的隨機(jī)值，不能太大。此外，對于字體較大即較移動(dòng)模式較顯著的詞，其移動(dòng)幅度應(yīng)較小，盡量保持其原有的分布；第二，在微調(diào)的過程中，不能移出詞匯所在區(qū)間范圍。（3）循環(huán)至無碰撞或終止在完成對一個(gè)詞的移動(dòng)后，返回第一步檢測碰撞，直至所有的詞都不發(fā)生重疊的現(xiàn)象。在實(shí)際過程中，多數(shù)情況下很難找到最優(yōu)解，即所有詞都不重疊，特別是當(dāng)顯示的詞數(shù)量較多時(shí)。因此，此處可以限制一個(gè)合理的循環(huán)次數(shù)。當(dāng)循環(huán)了足夠多的次數(shù)或者所有詞都不重疊時(shí)，終止循環(huán)。

3應(yīng)用研究

3.1數(shù)據(jù)來源與實(shí)驗(yàn)工具本文以1985年到2004年間我國大陸地區(qū)的國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）、客運(yùn)量、醫(yī)療機(jī)構(gòu)數(shù)、就業(yè)人口等40項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重心軌跡數(shù)據(jù)為例，利用語義方向玫瑰圖的方法對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)得到的語義方向玫瑰圖，發(fā)現(xiàn)隱含于經(jīng)濟(jì)重心軌跡數(shù)據(jù)中的顯著移動(dòng)模式，反映出在所研究時(shí)間段內(nèi)研究區(qū)域內(nèi)部各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)重心的整體移動(dòng)特征以及模式顯著的單項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)重心移動(dòng)特征。該實(shí)例應(yīng)用數(shù)據(jù)來自統(tǒng)計(jì)局經(jīng)濟(jì)年鑒。本文中實(shí)現(xiàn)的分析工具和探索性分析方法都是由Python編程語言實(shí)現(xiàn)。其中主要用到python中專門用于繪圖的matplotlib庫。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2(a)與2(b)為該實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行文字位置微調(diào)前后的語義方向玫瑰圖。結(jié)果表明：1）從整體模式上看，移動(dòng)角度在[0°,90°]以及[180°,270°]之間的軌跡多，頻率高，由此計(jì)算所得這兩個(gè)區(qū)間內(nèi)語義詞匯的詞頻矢量中的r值較大，所以區(qū)間內(nèi)詞匯字體較大，顏色較深，即軌跡移動(dòng)模式較顯著。圖上大部分語義詞匯集中于東北與西南兩方向上，即1985年到2004年間我國各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要在東北、西南方向上移動(dòng)。這主要與改革開放和西部大開發(fā)政策頒布初期我國整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主要向西南和東部聚集，但之后該趨勢明顯減弱，開始向東北方向擴(kuò)散有關(guān)[17]。2）從單項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)移動(dòng)模式來看，軌跡在某一方向區(qū)間移動(dòng)的距離越長，即詞頻矢量中的r值越大，在圖中就表現(xiàn)為詞匯所處位置離中心越遠(yuǎn)，字體越大，顏色也越深，說明其往該方向上移動(dòng)的模式越顯著。由此可見，圖中反映的重心軌跡移動(dòng)模式最為顯著的經(jīng)濟(jì)屬性為客運(yùn)量、衛(wèi)生機(jī)構(gòu)數(shù)、集體企業(yè)以及油料產(chǎn)量。在1985年至2004年間全國客運(yùn)量重心顯著往北方移動(dòng)，這是由于北京是我國的經(jīng)濟(jì)政治文化重心，交通便利，與全國各地的經(jīng)濟(jì)文化等方面交流緊密，流動(dòng)人口多，且改革開放以來，北京和天津的旅游業(yè)發(fā)展迅速[18]；隨著改革開放之后，上海、江浙及廣東等東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)地位的快速提升和發(fā)展，特別是外向型經(jīng)濟(jì)[19]，引起集體企業(yè)重心向東聚集；而且，東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)地位提升后，人口也隨之增多，必然導(dǎo)致東部地區(qū)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)數(shù)的增加；而反映了農(nóng)業(yè)發(fā)展的油料產(chǎn)量重心主要向西南方向移動(dòng)，與該時(shí)間段內(nèi)西部大開發(fā)政策帶動(dòng)很大程度上帶動(dòng)了西部地區(qū)的發(fā)展的情況一致，且在全國范圍內(nèi)，西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)地位仍然較低，因此農(nóng)業(yè)在其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位[20]。