数字化仿真技术范文
时间：2023-09-04 17:13:19
导语：如何才能写好一篇数字化仿真技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：数字化仿真；卓越计划；机械原理；创新能力
作者简介：李杰（1979-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；范晓珂（1972-），女，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，副教授。（河北 石家庄 050043）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0083-02
“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是高等院校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重大改革项目，其目的在于培养造就一大批具有较强创新能力、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家工业的转型升级、建设创新型国家和人才强国战略服务。该项目的实施将促进高等教育面向社会需求培养人才，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。[1]2011年，石家庄铁道大学被教育部批准成为第二批133所“卓越工程师教育培养计划”培养高校之一。“机械原理”课程作为机械工程类的专业基础课程，是石家庄铁道大学（以下简称“我校”）机械设计制造及其自动化专业、车辆工程专业、“茅以升”试验班和“卓越”班的必修课程，占有重要的地位。由于学生人数的增加和新课程的开设，“机械原理”计划学时不断被压缩，而教学内容却不断补充，传统的教学模式很难满足“卓越计划”的要求，很难培养具有创新意识、创新能力的高素质人才。[2]因此，利用数字化仿真技术改善“机械原理”以往传统的教学与实验存在的问题，提高学生的创新能力，培养学生成为具有工程思维的实用型与创新型人才，适应“卓越计划”的发展具有重要的意义。
一、课程教学内容与安排
“机械原理”的课程内容主要有：机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、各种常用机构的设计和机械系统的方案设计等内容，共64学时，讲授54课时，实验8学时，“机械原理”课程设计1周。讲授的内容中，主要重点介绍机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、常用机构的特点及其设计，其中包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他的常用机构等；[3]机械系统的方案设计内容结合课程设计时完成；实验安排主要针对一些机构的验证、设计与综合，旨在提高学生的动手能力和对机构进行创新设计的能力。但是，由于课时限制，该课程所设置的实验只能完成4个，很难满足“卓越计划”的要求，不利于培养学生的实践能力和创新能力。
二、教学方式的改革
数字化仿真技术是近几年发展起来的一种先进的机械设计方法，它是指将计算机仿真技术应用于产品设计领域，利用计算机分析软件通过建模可对该机构进行运动模拟，对机构及整机进行运动仿真。数字化仿真技术在“机械原理”教学中的应用，不仅可以使得学生对机械原理中的各种机构有感性的认识，而且通过对各种机构的仿真模拟可以使得学生对各种机构的运动与动力特性有直观的了解，有利于培养学生的创新能力。[4]笔者将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中，下面以连杆机构为例，介绍在连杆机构教学中应用数字化仿真技术的一些体会。
1.理论教学的改革
在连杆机构的教学中，连杆机构的基本形式为铰链四杆机构，其三种基本形式分别为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构，当一个铰链四杆机构为曲柄摇杆机构时，通过机构的倒置则可以得到双曲柄机构和双摇杆机构。
在教学过程中，利用数字化仿真软件建立曲柄摇杆机构的数字化模型，按照要求对各相关参数进行设置，其中包括：各杆长度、质量、电机转速、力矩大小等。如图1所示，在四杆机构中各杆分别以转动副相连，分别为A、B、C、D；各杆杆长分别为280mm、520mm、500mm、720mm，然后对杆4固定，杆1为曲柄，在转动副A上加力矩，其数字化模型如图1所示。通过运动仿真对曲柄摇杆机构进行相应的运动分析。[5]曲柄摇杆机构的运动分析如图2所示。
在教学过程中，图1能够清晰演示四杆机构的运动画面，其中曲柄以等角速度转动，摇杆则在一定角度范围内摆动。从图2的角速度图中可以看出曲柄转速为30°/S，而摇杆的摆角为0°～30°。
在曲柄摇杆机构中其他参数保持不变的前提下，只改变曲柄摇杆机构的机架，取原来的杆件1为机架，杆件2为曲柄，对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双曲柄机构。双曲柄机构的运动分析如图3所示。
在教学过程中，利用数字化仿真技术学生能够直观看出此时两个曲柄都在做整周的回转运动。从图3中的角速度图中可以看出主动曲柄转速为30°/S，而从动曲柄的转速为不等速连续回转，范围在15°/S～65°/S之间。
最后，在曲柄摇杆机构中，取原来的摇杆3为机架，杆4为曲柄，在其他参数保持不变的前提下对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双摇杆机构。双曲柄机构的运动分析如图4所示。
图4的动画演示中能够看出，两个摇杆都不能在整周范围内转动，都在一定范围内做往复摆动，从图4中的角速度图中可以看出主动曲柄摇杆转速为30°/S，而从动摇杆的转速为不等速摆动，范围在0°/S～35°/S之间。
在课堂教学过程中，通过四杆机构的数字化仿真能够使学生在较短的时间内对机构的倒置有清晰的认识，同时提高了学生对计算机应用的兴趣和创新能力。
2.实验教学的改革
由于课时的限制，“机械原理”课程实验共有四次，具体安排如表1所示。
由表1看出：“卓越”班的实验教学比较少，不能够满足学生创新能力和实践能力培养的需求。在实验教学过程中，可以利用数字化仿真技术进行有效的弥补，同时也可以对以上实验进行虚拟验证。在实验2机构运动方案创新设计实验教学过程中，可以先让学生根据实验台搭建不同的机构，分析机构的运动过程，并绘制机构的运动简图，课下让学生通过计算机根据所绘制的机构运动简图建立所搭建的机构模型，进行数字化仿真模拟，直观形象地模拟实际搭建机构的运动过程。而对于实验3机构运动参数测量与分析实验，事先让学生在计算机上对机构进行数字化仿真，测量出机构的位移、速度和加速度曲线，然后再与实验测量的曲线进行相应的比较。对于实验中没有的内容，也可以通过对机构的数字化仿真来培养学生的计算机应用能力和机械创新设计的能力。
三、教学效果
通过数字化仿真技术在“机械原理”课程中的应用，在理论教学过程中对所讲授知识可以实时地进行虚拟仿真，有效改变传统理论教学加实验教学的方法，节省课时。在实验教学中，通过数字化仿真技术和实验相结合大大提高了学生对实验的兴趣，提高了学生的计算机应用能力，同时也培养了学生的机械创新设计意识。
四、结束语
通过教学实践表明，将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中具有较大的新颖性，促进了学生对“机械原理”课程基本理论的理解，实现了教学方法的创新。
新的教学方法能够调动学生学习的积极性，在教学过程中学生能够变被动接受为主动思考，通过对不同的方案进行实时仿真，能够激发学生的创新意识，提高分析问题、解决问题的能力。
数字化仿真技术在本门课程中的应用锻炼了学生将理论知识与实际应用相结合的能力，同时也提高了学生的创新能力。这种教学模式的探索为其他工程类专业基础课程适应“卓越工程师培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。
参考文献：
[1]毛娅.适应“卓越工程师培养计划”的机械原理双语教学探索与实践[J].探索与践，2006，4（13）：191-192.
[2]卢梅，李威，邱丽芳.虚拟仿真实验技术在机械原理实验教学中的应用研究[J].仪器仪表用户，2006，4（13）：25-26.
[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
篇2
[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.
篇3
关键词:射频标签;防碰撞;编址策略;应急;物资管理;计算机仿真
1研究背景和概述
射频标签(RFIDtag)又称电子标签，在跟踪、物流、物资管理等领域已得到广泛应用，例如:图书馆门禁系统，交通收费，仓储管理、货架管理以、应急物资管理及食品安全溯源等。其中，用于解决读写器作用范围内多标签识别情景下的射频标签识别防碰撞方法已成为该领域的重要研究点。射频标签的防碰撞方法主要是为了解决在射频标签识别设备的有效通信区域内，当多个射频标签同时与识别设备进行通信时产生的地址冲突问题。目前学术界对射频标签防碰撞问题集中于对算法本身的研究，一般没有考虑射频标签编码策略的因素。本文对采用经典的QT射频标签防碰撞算法情况下，分别使用“层次化编址”和“随机编址”两种编址策略的射频标签识别吞吐率进行比较研究。通过模拟仿真可以得出结论，利用“随机编址”策略可以获得比“层次化编址”策略更高的射频标签识别吞吐率。而“层次化编址”策略也有其优势，一是现有的商用射频标签产品，大多采用了高位地址相同，低位地址连续增加的“层次化编址”策略；二是“层次化编址”本身可以直接提供商品厂家、类型等信息。因此，研究针对“层次化编址”策略的射频标签防碰撞算法、以及研究“层次化编址”策略的应用场景是下一步的研究方向。
2射频标签编码策略分析
2.1射频标签国际标准协议采用的射频标签编码协议
在较早版本的射频标签国际标准协议（如ISO18000-6TypeB）中，射频标签的地址是固定的。而在较新的射频标签国际标准（如ISO18000-6TypeC）集中，用户可以根据需要优化定制射频标签编址策略。随着RFID技术的发展，在许多应用领域中，需要更加灵活的射频标签国际标准，因此本文研究采用经典的QT射频标签防碰撞算法情况下，分别对射频标签使用“层次化编址”和“随机编址”两种编址策略时，对射频标签识别吞吐率的影响，为射频识别系统优化设计和新的射频标识标准科学制定提供参考。
2.2层次化编址策略与随机编址策略
作为“层次化编址”策略的一个例子，EPC（ElectronicProductCode）即电子产品编码，是一种编码系统。它建立在EAN.UCC（即全球统一标识系统）条型编码的基础之上，并对该条形编码系统做了一些扩充，用以实现对单品进行标志。EPC编码由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号四个字段组成。EPC编码根据地址长度的不同又分为EPC-64,EPC-96等多种编码方法，如图1所示。EPC-64是目前得到行业支持较广泛的一种EPC编码方法，又分为TYPE-I,TYPE-II,TYPE-III三种实现方案。较新的射频标签国际标准ISO18000-6TypeC也在协议的层面上对EPC提供了支持。“随机编址”策略，顾名思义，就是对每一个射频标签随机生成和分配一个地址。随机生成的地址仅做标签识别，没有具体的意义，可以在后台数据库中与产品类型、厂商品牌等其他信息进行关联。
3基于计算机仿真的射频标签编码策略比较研究
3.1射频标签编码策略计算机仿真
本文开发了射频标签识别防碰撞算法计算机仿真软件，分别对射频标签使用“层次化编址”和“随机编址”两种编址策略的射频标签识别吞吐率进行计算机模拟。在仿真过程中，射频标签防碰撞算法采用经典的QT算法。射频标签地址长度为64bit。对于“层次化编址”策略，采用EPC-64TYPY-I规范，对“随机编址”策略，采用随机生成的方式生成射频标签地址。射频标签识别防碰撞算法计算机仿真参数的选择基于现实的射频标签读取场景，包括超市个人结算场景和大型仓储区货架管理场景。这两种场景的共同点是每种场景下系统都需要考虑两个数量Ntotal和Nlocal。Ntotal表示已经入库且分配了射频标签的物品总数量，Nlocal表示射频标签阅读器某一次读取操作中需要读取的射频标签数量。在超市个人结算场景下Nlocal大约在数十个的数量级，在大型仓储区货架管理场景场景下Nlocal大约在数百个的数量级。而Ntotal可能在几万至几十万的数量级。在本文的模拟过程中，Ntotal取值为10000至100000，每隔10000计算一个模拟数值。而Ntotal取20和200两个数值，分别模拟超市个人结算场景和大型仓储区货架管理场景。
3.2不同射频标签编址策略仿真结果
可以看出在射频标签阅读器一次需要读取20个射频标签的情景下，采用随机编址策略时，射频标签阅读器只需发起50次左右前缀匹配。而采用EPC-64TYPY-I层次化编址策略，则大约需要发起400次左右前缀匹配。由图3右侧图表可以看出在射频标签阅读器一次需要读取200个射频标签的情景下，采用随机编址策略情况下，射频标签阅读器只需发起不到600次左右前缀匹配。而采用EPC-64TYPY-I层次化编址策略，则大约需要发起800至1500次前缀匹配。
3.3仿真结果分析与进一步的研究方向
通过上文的仿真结果，可以得出结论：采用随机编址策略，射频标签阅读器可以通过发起更少的射频标签前缀匹配操作，完成射频标签匹配读取任务，射频标签识别吞吐率由于“层次化编址”策略。出现这种情况的原因是因为，在使用随机编码编址情况下，射频标签间的地址是低相关性的，标签地址冲突只会出现在射频标签地址前几位。而采用层次化编址策略情况下，射频标签间的地址是高相关性的，在不同策标签地址层次分段上，都有可能产生射频标签地址读取冲突。虽然从射频标签读取效率的角度讲，“随机编址”策略，优于“层次化编址”策略，然而简单放弃“层次化编址”策略并非最终的解决方案。第一个原因是而现有的射频标签产品，大多采用了高位地址相同，低位地址连续增加的“层次化编址”策略；第二个原因是“层次化编址”策略本身比“随机编址”策略直接提供了关于产品的更多信息。因此，下一步的研究方向包括下面几个方面：一是对基本的QT算法进行优化，研究在采用层次化射频标签编址策略情况下，读取效率仍然较高的射频标签读取算法。二是从系统优化的观点选取适合的射频标签编址策略。例如某应用需要通过扫描射频标签获得产品信息，就需要从系统的角度考虑是直接采用包含产品信息的“层次化编址策略”更加优化，还是采用“随机编址”策略，然后从数据库读取产品信息更加优化。
4结论
射频标签又称电子标签，是一种得到广泛应用的物品单元自动识别通信技术。本文根据射频标识技术的最新发展，在射频标签地址优化编码技术方向上开展研究与仿真。模拟结果表明采用经典的QT射频标签防碰撞算法，利用“随机编址”策略可以获得比“层次化编址”更高的射频标签识别吞吐率。下一步的研究方向包括：一是对基本的QT算法进行优化，研究在采用层次化射频标签编址策略情况下，读取效率仍然较高的射频标签读取算法；二是面向应用，综合考虑射频标签识别算法吞吐率、数据库访问瓶颈等多种关键影响因素，从系统优化的观点选取适合的射频标签编址策略。本文的研究成果具有较高的现实指导意义。
参考文献
[1]J.H.Choi,D.Lee,Y.Youn,H.Jeon,andH.Lee,“Scanningbasedpre-processingforenhancedRFIDtaganticollisionprotocols,”inInternationalSymposiumonCommunicationsandInformationTechnologies(ISCIT),(Bangkok,Thailand),2006.
[2]D.Klair,K.Chin&R.Raad,"AsurveyandtutorialofRFIDanti-collisionprotocols",IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,vol.12,(03)pp.400-421,2010.
[3]张予帅,蒋泰,苏平,罗义学,肖煌.ISO18000-6TypeB与TypeC标准的分析与比较[J].广西科学院学报,2009(04):336-339.
[4]F.Zhou,C.Chen,D.Jin,C.Huang,andH.Min,“Evaluatingandoptimizingpowerconsumptionofanti-collisionprotocolsforapplicationsinRFIDsystems,”inProc.2004internationalsymposiumonLowpowerelectronicsanddesign,pp.357-362,2004.
篇4
关键词： Verilog HDL； FIR滤波器； 分布式算法； 数字集成电路
中图分类号： TN713?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0154?03
Optimization design and simulation of FIR digital filter based on Verilog HDL
LI Yu?xue1，2， BAI Zhong?chen1， QIN Shui?jie1
（1. Guizhou Key Laboratory of Photoelectron Technology and Application， Guiyang 550025， China；
2. School of Electronic Information， Guizhou University， Guiyang 550025， China）
Abstract： The realization of FIR digital filter based on Verilog HDL was studied and was improved on the basis of the distributed algorithm. A 32?order constant coefficient FIR filter was designed. Verilog hardware description language was used for digital logic Design. The design was simulated and verified by taking Synopsys VCS as a simulation tool. It was synthesized with Design Compiler of Synopsys Company. The results show that the design can noy only ensure the running speed， but also save the area of the chip. It can be widely used in the design of digital integrated circuit.
Keywords： Verilog HDL； FIR filter； distributed algorithm； digital integrated circuit
0 引 言
数字滤波器广泛应用于数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域，是现代信号处理的重要内容。有限冲击响应（FIR）滤波器有着保证线性相位和系统绝对稳定的优势，因此在现代信号处理中得到广泛的应用。 随着电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。在工程实践中，对信号的灵活和实时性要求很高，而现有的一些软件和硬件设计方式很难同时达到这两方面的要求[1?2]。本文优化设计了一种基于Verilog HDL的FIR数字滤波器，该滤波器处理速度较快，满足信号实时处理的需求，且有效地减少了芯片的面积。
1 FIR数字滤波器的设计与实现
1.1 FIR滤波器的设计原理
FIR滤波器的实现方法主要是基于乘加结构（MAC结构）和分布式算法（DA）结构。乘累加结构在很大程度上能够节省硬件资源，但造成滤波器要在多时钟周期后才有输出，处理速度很慢，不能满足对高速系统的要求。并行乘法器结构尽管处理速度提高了，但是大量的耗费硬件资源，造成设计成本高。DA算法是将所有可能的乘积和预先计算出并保存在查找表中，能高效地实现多个乘法运算操作，在速度上和资源占用上比利用乘法器结构设计FIR滤波器有不可比拟的优势[3]。DA算法的原理简介如下。
一个[K]阶的FIR滤波器的表达式如下：
[y=k=0K-1hkxk] （1）
式中：[hk]是第[k]个抽头上的滤波器系数；[xk]是对应第[k]个抽头上的输入数据。对于位宽为[n]比特的有符号[xk]数用二进制补码表示为[（b0b1…bn-2bn-1）2，][b0]是符号位，[bn-1]是最低位，则：
[xk=-bk0+i=1n-1bki2-i] （2）
将式（2）代入式（1），则有：
[y=k=0K-1hk-bk0+i=1n-1bki2-i] （3）
将式（3）展开，得到：
[y=-k=0K-1hkbk0+i=1n-1k=0K-1hkbki2-i] （4）
由式（4）可以看出，滤波器的输出[y]由两部分组成，式中[k=0K-1hkbki]表示[K]个固定系数与其对应的[K]个二进制补码输入的第[i]位的乘积和，它的结果共有[2k]种可能，将这[2k]种可能值计算出来放在查找表里，将乘累加转换成查表的过程。采用DA算法的FIR滤波器，其处理速度仅与输入的数据宽度有关，而与滤波器的阶数无关。
由以上推导得出，当滤波器的阶数变大时，查找表的规模按指数增长。对于高阶滤波器的实现，必须采用将高阶滤波器拆分成多个低阶滤波器的方式。例如实现一个32阶的FIR滤波器，可以由8个4阶的FIR滤波器的输出结果相加来完成，但是它们有各自不同的查找表[4]。
DA算法有位串分布式（SDA）算法，并行分布式（PDA）算法和串并结合的分布式算法，实现一个4阶的FIR滤波器，对于SDA算法，需要一个查找表，如果输入数据位宽为[N]位时，至少要在[N]个时钟周期后才有结果输出，对于PDA算法，将每个输入数据的相同位传递给查找表，不同的位有不同的查找表，实现很高的速度，常用在对滤波器速度要求相当高的场合，不利的地方是使用多个数据相同的查找表内，加大了资源的占用，目前还没有一个有效的方法既能有效减少查找表的数量，又能不降低系统运算速度[5]。串并结合的分布式算法，例如，输入的16 b数据，从低到高分为4个4 b数据：[0：3]、[4：7]、[8：11]、[12：15]，每个4 b数据使用一个查找表，共4个查找表，由于既有并行结构又有串行结构，往往有一些控制电路和多个时钟[6]。
1.2 FIR滤波器的Verilog HDL设计实例
1.2.1 设计结构
本例主要设计一个32阶的FIR滤波器，由8个结构完全相同的4阶的FIR滤波器连接构成，32阶FIR滤波器的输出为每个4阶FIR滤波器的输出结果相加，如图1所示。
基于PDA算法的4阶FIR滤波器的结构如图2所示。输入的4个数据的相同位构成一个4位的查找表地址，查找从最低位开始，通过移位实现乘2运算后累加，得到滤波器的输出。
图1 32阶FIR滤波器结构
图2 基于PDA算法的4阶FIR数字滤波器结构
对基于PDA算法的4阶FIR数字滤波器进行优化设计后的滤波器结构图，如图3所示。用数据选择器代替查找表，数据选择器中选择的数据和查找表的数据相同，数据选择器的个数和查找表的个数相等。
图3 4阶FIR数字滤波器结构
1.2.2 Verilog HDL代码编写
采用寄存器传输级描述（RTL）的方法和自顶向下的方式进行代码的编写，同时应该具有很好的易读性和可重复性[7]。其中每个数据选择器模块和4阶FIR滤波器模块完全相同，可重复使用。32阶FIR滤波器的端口列表见表1。
表1 32阶FIR滤波器的端口列表
[端口名＼&类型＼&说明＼&data_in[15..0]＼&输入＼&输入为16位带符号整数＼&rst_n＼&输入＼&时钟复位信号＼&clk＼&输入＼&时钟＼&data_out[15..0]＼&输出＼&FIR滤波器的输出为16位带符号整数＼&]
1.2.3 验证仿真
使用Synopsys VCS作为仿真工具，通过编译仿真得到波形文件，使用DVE打开波形文件，能够看到各信号的传输情况，图4为32阶FIR滤波器的仿真波形图。本文设计的滤波器为常系数FIR滤波器，由输入数据和滤波器的系数可以利用Matlab计算出标准的滤波器输出数据[8?9]。把通过Verilog HDL实现滤波后得到的输出数据和Matlab计算得到的数据进行对比，发现两种方式得到的数据相同，验证了设计的滤波器的输出结果的正确性。由查找表实现的FIR滤波器会因为查找表占用大量的存储单元，而本文设计的FIR滤波器用数据选择器代替了查找表结构，实现相同的功能和高速的处理速度，而且减少了资源的占用，这和综合后的得到的结果相符合，有效地节约了芯片的面积。
图4 32阶FIR滤波器仿真波形
2 结 论
利用Verilog HDL 设计的FIR滤波器在设计上比较灵活，代码容易修改，编译和仿真效率较高[10]。本文设计的滤波器有效地节约了芯片的面积，降低设计的成本，可以广泛应用于数字集成电路中。
参考文献
[1] 王春兴，张彬.基于Matlab的FIR滤波器设计[J].现代电子技术，2011，34（18）：83?85.
[2] 林志典，张方佩，袁国顺.基于FPGA的高速FIR滤波器的设计与实现[J].微电子学，2013，43（4）：537?540.
[3] 曲仕如，彭纪昌.一种在FPGA上实现的FIR数字滤波器的资源优化算法[J].电子设计工程，2013，21（14）：147?149.
[4] 陈亦欧.采用分布式算法的高速FIR滤波器ASIC设计[J].微电子学，2007，37（1）：144?146.
[5] 赵金现，吴三，王乃飞.基于FPGA并行分布式算法的FIR滤波器的实现[J].黑龙江科技学院学报，2006，16（4）：248?250.
[6] 凌春丽.基于分布式算法的FIR滤波器的实现与应用[D].南京：南京林业大学，2012.
[7] 夏雨闻.Verilog HDL数字系统设计教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[8] 尹玉兴，刘振坚，项止武.基于Matlab的FIR数字滤波器设计与仿真[J].工矿自动化，2011（12）：60?63.
篇5
关键词：数字化；施工；信息资源
建设工程施工是一个高度动态的过程，施工不仅复杂而且施工时期较长，如何应用先进的技术手段进行安全而有序的管理，使施工体系达到现代化水平的目标已成为施工管理人员的共识。随着数字技术的飞速发展和互联网的日益普及，以互联网技术为基础，借助于系统仿真技术以及数字化的概念，实现工程项目的透明化、传播化和智能化施工管理，已成为工程项目施工管理的一个重要研究课题与发展方向。
一、数字化施工的概念以及核心思想
数字化施工是在“数字地球”这一大课题背景下提出的。美国于 1998 年率先提出了“数字地球”（Digital Earth）的概念，数字地球的概念不是一成不变的，而是随着社会的发展而不断进步的。 “数字化施工”就是将施工过程数字化，其核心思想是用数字化手段的整体性去解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源，使得在施工质量得到保障的同时可以达到高效的施工。它不仅仅指由计算机代替传统的手工制作报表，而且应用在多项事件及职能上，可以对施工进行全面性的控制。
空间信息是数字化施工管理的必须品，它包括施工场地的地形地貌的现场勘测与记录、建筑物的区位信息以及施工项目的安排等一切空间的信息，是对特定空间内的全面操控。空间信息技术是全面而宏观的空间处理技术，它主要包括遥感技术、地理信息系统和全球定位系统，即 3S认证技术。其中，地理信息系统在建设工程施工中具有重要作用，地理信息系统是一门新兴学科，它介于地球信息与信息科学之间，以存储，采集，分析，管理，描述和应用相关资源为导向的数据系统。地理信息技术可以对施工区域持续的进行监控与管理，可以随时发现施工的问题以及运算相关的施工数据。
二、数字化系统的仿真运算
系统仿真技术是随着计算机技术的发展逐步形成的一门新兴技术，它以相似性原理、系统工程方法、信息技术及应用领域相关专业技术为基础，以计算机等设备为工具，利用系统模型对真实的、或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。例如在我国体育场（馆）建设中，就是通过前期不断的仿真运算来推测体育场（馆）建成之后的型貌，并在施工过程中随时通过仿真运算的结果显示来更改施工措施及方案，使得工程进度与仿真情况形成了对比，更有利于施工单位明确自己的施工体系，从而完善施工过程。随着仿真技术的发展，现代仿真技术已经成为工程单位的常规科技手段。仿真技术可以通过架设的方式让施工单位看到施工完成后的大概情况，然后根据施工完成的情况优劣而决定施工中的方案调整，简单的说就是一种反推理的过程，为复杂的工程以及运算提供了不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。
三、虚拟现实
所谓虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR），就是采用以计算机技术为核心的现代高新科技生成逼真的模拟环境，该环境中包含了视觉、听觉、触觉与嗅觉为一体的特定环境，通过多种传感设备（如头盔显示器、立体眼镜、数据手套、数据衣等）使用户以自然的方式与模拟环境中的物体进行相互交融，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实有重要的 3 I特性：
（1）Immersion（沉浸度）。VR 系统不再像传统的计算机接口技术一样，它强调用户与计算机的自然接触，就像现实中人与人之间的交流或者人与自然的融汇一样。
（2）Interaction（交互性）。VR 系统区别于传统三维动画的特征是用户不再被动地接受计算机所给予的信息，或者是旁观者，而是主动的参与到三维动画之中，能够使用交互输入设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界的。
（3）Imagination（想象性）。用户利用 VR 系统可以从定性和定量综合集成的环境中获得感性和理性的认识，从而更深刻的认识环境、相应区位的情况及变化，从而深化概念和萌发新意。
四、智能施工
智能体（Agent）是一种完全创新的非人工技术，是指为了实现自己的设计目标或任务而独立自主的运行，能适应自身所处的环境，并能不断地从环境中获取知识以提高自身能力的具有学习和推理功能的智能实体。多智能体技术具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力并完全不需要人工操作。目前多智能体的建模软件主要有 JAVA、Visual C++、VisualBasic、SQL Server、Delphi、PowerBuilder 中的 CLIPS 等。随着国民经济的发展和新技术、新材料、新工艺的不断出现，工程项目规模不断扩大、形式日益复杂，工程建设过程涉及的单位和个人也越来越多，因而对建设工程管理的统筹性、协调性、时效性提出的要求就越来越高。对于这样一个复杂的系统，应用多智能体技术来保证工程建设任务的顺利进行是非常合适的。
五、结语
将来随着数字化施工的普及，我国的场地施工质量和效率必将有显著性的提高，而通过更合理的改造及加工，我们的信息模块也可以在短时期内发展到较为完整的水平。只是我国如今的施工项目对于数字化施工的利用率还不高，有些施工项目的施工成本较低和对数字化施工的优势利用认识不清导致数字化施工无用武之地。这就需要我们的管理者首先要明确数字化对施工效率的促进作用及在施工管理过程中的优势，加大对数字化人员的培训力度，使数字化技术在缩短工程周期、强化工程质量和节省资源方面发挥更大的作用，以促进数字化技术在施工过程中的利用率达到更高的水平。
参考文献：
[1] 李景茹, 胡程顺. 数字化施工浅议[J].建筑管理现代化,2004年,第五期.
篇6
关键字：虚拟仿真技术；建筑施工；应用
中途分类号：TU7 文献标识码：A
系统仿真是以多种学科理论为基础，以计算机及其软件为工具进行试验研究的理论和方法论体系。仿真技术顾名思义，是把自然界中的物理现象通过一定的物理和数学模型在计算机上模拟来得到实际场变量的分析，有助于预知关心的物理现象。简单的说，仿真技术是对系统模型的一种试验技术(是对系统动态模型的一种实验手段)，在安全性和经济性方面有较大的优越性。
一、虚拟仿真技术的应用现状
目前，虚拟现实技术在国际上是一个热门研究课题，其应用已取得引人注目的成效，在国内也引起了广泛的重视。当人们需要构造当前不存在的环境、人类不可能到达的环境或构造虚拟环境以代替耗资巨大的现实环境时，虚拟现实技术是必不可少的。随着计算机硬件、软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟仿真技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。军事领域、航天技术、建筑设计、工业设计、教育培训、医学领域、石油化工等等，虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”，无一不是虚拟技术的应用。虚拟仿真技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。虚拟仿真技术在建筑方面的应用主要有：大型建筑先期演示和论证；建筑设计领域；结构工程领域(工程结构分析、岩土工程分析)；房地产展示领域(全方位的数字化沙盘、数字化投标领域、房地产展示、施工流程的数字化模拟)。本文主要阐述虚拟仿真技术在建筑施工中的应用。
二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用方式
（一）用当前流行的三维动画软件3DS MAX、虚拟现实软件3DVRI、多媒体编排软件NeoBook、编程工具C#来实现模拟施工和虚拟建筑场景漫游。
3DVRI制作出来的虚拟仿真系统主要功能有：全方位互动漫游功能；即时输出功能；数据实时查询及修改功能；语音定位功能；导航图功能。
事先用3DSMAX软件做好建筑场景及主体的3D模型以及各施工模块的3D模型，然后用3DVRI虚拟现实软件对动画场景进行处理转换为3DVRI实时三维系统，最后用NeoBook软件在3DVRI实时三维系统中按照需求写入不同的指令，为实时三维系统添加交互功能，可以利用专业编程工具如C#等软件对实时三维系统中的模型及动画进行精确控制，并可编写更复杂的交互功能程序，最终为可独立运行的3DVRI施工模拟虚拟现实系统。此方案对于多种施工方案的展示、施工工序的编排比较有用，但无法对于施工方案进行预见性的模拟。
（二）用专业的建筑虚拟现实软件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，结合部分编程技术，实现具有较强人机交互能力、模拟建筑施工过程，以选择合理的设计方案以及合理的施工方案。
本方案更为专业和智能，能预见性地发现施工方案中的不足，便于指导施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隐患、防止施工事故、减少施工成本与时间。此方案的软件购置费用比较高。
比较著名的是英国Bentley建筑工程系列软件公司提供的系列建筑仿真软件，目前已经在中国建筑、工程以及建造领域得到一些应用，主要在各建筑设计院使用，在施工中企业的应用还属于起步阶段。Bentley工程软件系统公司首席执行官Greg Bentley宣布了两项新的中国计划，以支持中国的大规模基建投资。首先，Bentley亚洲总部将进驻北京，为中国的基建领域提供全面配套的软件产品；其次，即将启动的Bentley Power计划，使中国用户可在初期免费注册专业的计算机辅助制图／设计(CADD)软件服务。
三、建筑施工中应用虚拟仿真系统的意义
（一）建筑工程施工方案的选择和优化。
建筑工程施工的施工方法及施工组织的选择和优化主要是建立在施工经验的基础上，存在一定局限性。同时，现代建筑基本都具有鲜明的个性，建筑工程施工成为不可完全重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果，可以定量地完成方案的对比，有助于施工方案的选择和优化，真正实现最优施工。
（二）施工技术革新和新技术引入。
施工虚拟仿真技术一方面能使广大施工技术人员低成本地试验施工新工艺和革新思路，有助于创造性的充分发挥，同时能真切展示新技术的成效，缩短建筑业新技术的引入期和推广期，降低新技术、新工艺的实验风险。
（三）施工管理
施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程，能提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患，因而可以采取有效的预防和强化措施，提高工程施工质量和施工现场管理效果。
（四）安全、生产培训
施工虚拟仿真技术能实时、直观地显示施工过程的实际情况，有助于操作人员全面了解操作流程，优质安全地完成施工任务。
（五）大型工程设计
施工虚拟仿真技术可以考察建筑设计是否合理，可以方便地对拟改进部位进行修改，从而得到满意的设计结果。设计的仿真也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底。
（六）建筑市场管理
施工虚拟技术在招投标过程中能直观对比各方的施工方法和成效，增加评标的透明度和公正性，有利于建筑市场的规范管理。
（七）其它方面
开发施工虚拟仿真技术必然带动虚拟现实技术广泛地应用于建筑业其它方面，带动以下几方面的进步：城市和市政规划的优化；投资者的投资意图及市场推销；建筑机械设计；仿真和虚拟现实技术。
四、总结：
总而言之，随着信息技术的高速发展，各种新型技术都已经开始投入实践。建筑业也必须敢于创新，勇于尝试，这是建筑行业发展自身、壮大自身并适应时展的唯一途径。
参考文献：
篇7
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00
1、论文研究背景及意义
近多年来，由于计算机及网络相关技术的迅猛发展，世界经济发展的必然趋势就是数字化，数字城市也逐渐引起了人们的注意。那么怎样应用计算机技术来构建数字城市，近而实现城市的数字化已经引起城市规划及管理人员和城市居民的共同关注。城市仿真技术在构造数字城市过程中发挥着非常重要的作用，因此成为当前一个新的研究热点。仿真(Simulation)技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真体验中获得直接参与和探索仿真技术对象在所处环境中的作用和变化。城市仿真(Urban Simulation)技术就是仿真技术在城市规划、建筑设计等领域中的应用，表现为人机交互、真实建筑空间感与大面积三维地形仿真，即交互式实时三维(Interactive Realtime 3D)。采用虚拟现实技术构造出来的城市视景仿真系统是数字地球的重要组成部分和支撑手段，已经被广泛应用在城市的规划、建设以及管理当中，对于城市发展规划的各个方面都具有相当重要的意义。
2、国内、外的视景仿真工具
MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三维建模软件是世界上流行的实时三维数据库生成系统的软件环境，在仿真系统中得到广泛的应用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境。Urbansim是基于城市交通需求模拟分析和城市土地综合分析的新型城市发展仿真软件。MagicCity属于WinTel架构基础上的虚拟现实和视景仿真系统。我国在视景仿真系统开发的同时，也在进行仿真系统软件平台的开发。TrueSim v2.0 三维实时仿真软件平台是深圳市创想科技发展有限公司在综合了国内外多项最新三维仿真技术的研究成果以及多年来从事三维仿真研究所积累的多种经验的基础之上推出的具有自主知识产权的仿真平台。神州视景信息技术有限公司自主研发了“基于普通PC和Internet的大规模场景实时漫游引擎系统――SCVR”。 Virtools是一个实时三维虚拟现实编辑软件，可将多种常用文件格式（三维模型、二维图表、声音等）整合到一起，并具备交互功能，能够开发出电脑游戏、建筑仿真、交互娱乐等多种3D产品。
3、本文的研究目的及重要内容
本文通过研究虚拟现实视景仿真技术的相关知识，实现以我们学院校园为虚拟环境的视景漫游系统。通过对虚拟场景的构建，能够实现视景漫游中的自动漫游和交互漫游等效果。本系统应用建筑草图大师Sketchup和MultiGen Creator软件工具来构建虚拟场景中地形及建筑物的三维模型，并建立道路、树木、路灯等虚拟景物，借助Vega Prime软件平台和工具集对校园虚拟场景进行仿真，在VC++开发平台下实现三维景观及模型的交互式（以鼠标、键盘等交互方式）控制，实现了虚拟校园景观的视景仿真漫游系统。
本文主要研究内容和所做工作总结如下：
(1)了解视景漫游技术以及虚拟现实的发展，对国内外虚拟现实技术应用现状进行调研。
(2)对黑龙江农垦科技职业学院的视景环境数据进行搜集和整理，包括地形数据的获取、建筑物数据的获取、纹理数据的获取等等。
(3)研究用虚拟现实建模软件Sketchup、Creator以及三维建模技术、模型真实感技术以及模型优化技术等对地形、道路、教学楼和图书馆等建筑以及校园之中的花草树木等进行建模，构建出虚拟场景模型库，然后用视景漫游软件Vega Prime和VC++对虚拟场景进行漫游和交互控制。
(4)研究模型数据库建模和优化技术问题，模型数据库的建构、调整和优化对提高实时仿真系统中运行的速度和流畅性起着至关重要的作用，成为目前重要的研究课题。
(5)碰撞检测技术。开发虚拟现实仿真系统有一个主要目标就是能够让用户以尽可能接近自然的方式与构建的虚拟场景中的物体直接进行交互。要实现自然的、精确的人机交互功能首先要解决的是碰撞检测的问题。碰撞检测是虚拟场景中动态物体与静态物体之间或动态物体与动态物体之间进行交互的基础。在碰撞检测中有两个问题需要解决，一是检测到碰撞的发生和碰撞的位置，二是计算碰撞后的反应。而碰撞检测是计算碰撞反应的先决条件，因此，碰撞检测是虚拟环境中一个必不可少的部分。
(6)为保证虚拟场景的真实性、生动性及其对用户的感染力，对基于粒子系统的虚拟场景环境特效技术进行研究。
校园视景仿真就是在计算机环境中对真实校园的景观进行虚拟再现，采用虚拟现实相关技术，生成一个实时的、能给用户各种真实感受的三维虚拟环境。利用计算机软硬件及其相关输入输出设备，使用户可以在虚拟的校园场景中进行浏览和交互漫游，感受校园中的风景。利用这种方法可以让更多的人来了解我们的学校，对本校园的环境及交通现状等方面有更深刻的认识。
参考文献
篇8
关键词 动态系统；计算机仿真；仿真建模
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0036-01
1 计算机仿真技术
计算机仿真技术即利用计算机制作真实系统模型，用来进行系统评估的技术手段。具体说就是将真实系统作为仿真模型的根据，通过运行具体仿真模型和对计算机输出信息的分析，实现对实际系统运行状态和变化规律的综合评估与预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。随着计算机技术的快速进步，计算机仿真技术主要是用来进行系统分析和设计，应用于多项领域。计算机仿真技术作为一种可以客观分析现有系统运行状态和评价现有设计系统性能的技术手段，在很多领域（例如航空航天、经济管理、通信网络等）的发展中起到极为重要的促进作用。可以这样说，计算机仿真技术已经成为现代和高科技产业中不可或缺的进行系统分析和研究的一项关键性技术手段。
由于在实际的操作过程中，需要根据实际情况来选择合适的计算机类型，因此根据在仿真过程中采用的计算机类型以及计算机仿真技术的发展过程，可以将计算机仿真技术的类别划分为模拟机仿真、数字机仿真和模拟―数字混合机仿真。计算机仿真技术在20世纪50年代兴起，模拟计算机是当时采用的主要计算机仿真技术，其工作原理是：在仿真系统数学模型明确的前提下，通过一系列运算器和无源器件建立一个仿真的电路，通过这个仿真电路进行后期的实验研究。但是，随着计算机数字化的快速发展，在20世纪60年代后期，计算机仿真技术开始由模拟形式转变为数字机仿真。但是，航空航天等大规模复杂系统的发展对计算机仿真技术提出更高的要求，传统的数字机对信息的处理能力等方面已不能满足仿真系统的需求。为了尽快解决这一问题，使计算机仿真技术能够为更多的领域提供最佳的服务，以数字机与模拟机混合而成的数字混合机应运而生。数字混合机不仅能够满足航空航天等复杂系统的应用，而且也极大程度的促进了这些领域的快速发展。而后仿真技术随着计算机技术的发展而迅速发展。
计算机仿真主要三个方面的内容组成：一是系统；二是模型；三是计算机。而这三方面的内容主要是通过仿真实验、仿
图1 仿真三方面内容之间的关系图
真模型的建立以及系统模型的建立相互联系在一起的。图1描述了这三者之间的关系。
在模型活动的基础上，可以将计算机仿真的全过程划分为下面三个阶段。
1）计算机模型的建立，通过建立系统的数学模型，可以确定系统的原始状态，计算机模型的准确建立是计算机仿真系统有效性的基础技术。2）计算机模型的转变，此过程通过将数学模型转变成为相应的模拟电路等可以用计算机语言表达出来的仿真模型，并通过编写相应的数据处理软件，变成可以直接应用的计算机仿真工具。3）计算机仿真实验阶段，利用仿真输出信息与实际存在的系统信息进行比较，发现问题，对已有的系统进行改善和完善。
2 仿真模型的建立
模型分析之所以得到广泛的应用成为现代科学研究最常用的方法之一，是因为它可以根据实际系统抽象或是对事物本质的描述来建立简化的数学模型或物理模型，这种模型与实际系统之间存在同构或同态关系的，我们就可以通过此模型来分析实际系统，进而对实际系统进行合理的控制和优化。下面主要详细讨论两种形式的仿真建模。
首先针对连续变量动态系统的仿真建模是由时间驱动，状态连续变化等一类物理系统。根据系统中时间和取值方式，可以将连续变量动态系统划分为连续时间动态系统、离散时间动态系统（工程采样系统是最为常见的系统）和连续-离散时间混合的动态系统等多种类型。同时，对连续变量动态系统仿真系统常用的数学模型有多种，最常见的是常/偏微分方程模型，另外还有滑动平均（MA）模型和受控自回归滑动平均（CARMA）模型等。
其次，离散事件动态系统（DEDS）的仿真建模。离散事件动态系统多是人造系统，相对于其他系统离散事件的变化关系较为复杂，常规的方程模型难以较准确的对其进行描述。人们针对离散事件动态系统模型的设计方法进行了多方改进，自20世纪80年代初以来出现了多种形式。例如，常见的依据事件发生时间对所考察对象变化过程的分析而言是否有必要这一条件作为研究范围，将离散事件动态系统划分为：带时标的离散事件动态系统（TIM/RTIL模型、双子代数模型等）和不带时标的离散事件动态系统（Petri网络模型、过程代数模型等），同时也可以依据系统输入信息以及状态演变的确定性与否，将其划分为确定性离散事件动态系统和不确定性离散事件动态系统模型。
从现有的很多文献以及不同种类的离散事件动态系统（DEDS）描述来看，离散事件动态系统模型的建立和分析研究仍不完善，有很大的发展空间。此系统模型种类多，那么在模型种类之间就需要必要的转换关系，对每一种模型的描述方式通常仅适用于一种或是几种问题。
分析目前已有的系统建模方法，离散事件动态系统最常用的方法主要包括网络图或事件图法和形式语言与自动机方法等。虽然离散事件动态系统模型的建立为离散事件动态系统的仿真创造了条件，但是并不是所有的离散事件动态系统模型都能直接用于计算。例如，常用的GSMP模型，可以用于描述多种模型方式不具备的或是很难描述的复杂过程，但GSMP模型在计算机上的实际应用却很复杂，需要专业的相关知识。离散事件动态系统仿真的核心问题是仿真模型的有效性，保障与真实系统行为具有某种同构或同态关系。在CVDS中的方法是使用以物理规则为根据，通过方程式的方法来描述模型设计，这样并不完全适用于离散事件动态系统仿真模型的建立。另外一方面的问题是由于离散事件动态系统多是人造系统，变化形式表现出复杂的非线性。随着需求的不断变化计算机仿真技术需要不断的改进，针对不同时间要选择适当的模型。
参考文献
[1]胡峰，孙国基.动态系统计算机技术综述（Ⅰ）：仿真模型[J].计算机仿真，2000（1）.
[2]吕雁.计算机仿真与建模技术综述[J].电子科技杂志，2001（11）.
[3]蔡洁华，路多.动态系统计算机电源仿真技术研究[J].计算机光盘软件与应用，2013（13）.
篇9
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
[1]陈礼义，顾强．电力系统数字仿真及其发展[J]．电力系统自动化，1999，（23）．
[2]黄家裕，陈礼义，孙德昌．电力系统数字仿真[M]．北京：水利电力出版社，1995．
[3]郑三立，雷，D.Retzmann，韩英铎．电力系统计算机及实时数字仿真（上、下）――电力系统计算机仿真[J]．电力系统自动化，2001，（25）．
[4]柳勇军，梁旭，阂勇.电力系统实时数字仿真技术[J]．中国电力，2004，（4）．
[5]周鑫，董雷.变电站仿真培训系统数字物理混合仿真的一种新方法[J]．内蒙古电力技术．
[6]井寅坡．110KV无人值班变电站及控制中心仿真培训功能[J]．四川电力技术，1999，（2）．
篇10
1虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用
基础医学教育中的教学方式一般分为理论授课和实验操作两部分。其中理论教学的方式是课堂讲授加传统医学插图，学生大多感觉学习过程枯燥、不好理解、不好记忆。而利用虚拟仿真技术可以在虚拟的环境下，将人体各器官的解剖、生理学、病理学的数学模型存在数据库中，利用计算机显示屏上有意识地显示某些细节，学生可以将病人的各种病变部位分开或合在一起观察病变情况，同时可以利用此技术培养学生的人体解剖理论的认知能力。举例来说，目前解剖教学上应用的虚拟仿真人体解剖图的数字化的解剖图谱，利用这一图谱，学习者在虚拟的环境中可以自由地选择、观察、移动虚拟对象，并且虚拟的组织器官还能及时给予学习者感官上的反馈，这样就更容易理解和掌握解剖结构。比较典型的应用实例就是利用“虚拟人”数字化数据集进行三维重建，即“人体数字化解剖学”研究，创立虚拟仿真解剖学，同时提供CT、MRI及PET等方面的断层图像，进行一系列医学临床、教学及研究的虚拟模拟。具体步骤就是利用一台人体虚拟解剖电脑，教师可以讲授人体各部分结构的解剖知识，学生也可以在虚拟的组织和器官间的模拟操作感受触觉反馈，使学生更快地掌握手术要领和技术。学生在课堂上能以三维的形式看到人体数千个解剖结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等，学习兴趣和效果显著提高。
2虚拟仿真技术在临床医学教育中的应用
在临床医学教育中，临床实践是重要的教学方式，临床实践是对医学学生动手能力培养的重要环节，加强实践技能训练已成为医学教育改革的重点。虚拟仿真技术引入医学临床实践教学是非常行之有效的教学方式。虚拟仿真技术在临床医学教育中最显著的应用是虚拟手术教学，即通过虚拟临床手术技术让学生在手术之前学习新的手术方法和流程，练习所制定的手术计划，在虚拟仿真手术之后，也能让学生温习或重复全部手术过程，并且能够对学生的临床技能进行一个客观的评定。现今医学院校的学生和教师都不能只是局限于书本的知识，必须不断地学习和提高自己的临床技能，而在实践中常会遇到教育资源有限的问题，解决这一问题行之有效的手段就是利用虚拟仿真技术模拟复制手术场景，让学生不断在虚拟现实场景中进行实践训练。这种应用虚拟仿真技术的临床实践教育方式不仅可以让教师在教学中演示不同策略的手术流程，教授学生应对各种突况、避免手术失误、降低手术风险、减少病人损伤、提高手术成功率，而且同时还节约了教育资源，具有零风险、可反复操作等优势，学生可利用它完成手术的各个操作步骤，并对操作的过程和结果进行分析和总结，达到更多地积累临床实践技巧和经验的目的。虚拟仿真技术应用于医学临床实践教学能使学生有更多接触临床的经验，可以提高学生临床技能操作的能力、临床综合诊断思维能力，还可以激发学生的学习热情和潜力，使他们能够运用课堂上所学的临床理论知识较快地掌握临床诊疗实践规律，还有利于学生职业道德和行为规范的养成。
3虚拟仿真技术在远程医学教育中的应用
在远程医学教学中，经常会由于教学设备、试验场地或教学经费等方面的原因，使得一些应该开设的教学内容无法进行。利用虚拟仿真技术可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以学习各种各样的知识，获得与现场学习一样的效果，从而加深对教学内容的理解。以往对于一些医学实验，在远程医学教学过程中一般采用电视录像的方式来取代实验课程，学生无法直接参与实验，利用虚拟仿真技术进行虚拟远程医学实验，则可以增加学生动手学习的机会。虚拟仿真技术应用于远程医学教育的基础是基于远程医疗的分支网真医学，即远程呈现医学，它把专家的知识通过通讯网络传输到需要的远程位置，在远程医疗应用领域发挥其独特的优势。网真医学是虚拟仿真技术的一个全新领域，它结合了高清视频、音频和交互式组件（计算机软件和硬件），在网络上创建独特的“面对面”体验的新型技术。使用者可以进入某个共享网络空间的图形环境，以远程控制操作或观察为目的的进行人机通信和交互，用这个方法帮助医生有效地进行手术和诊疗。网真医学应用与远程教育可以确保医学生以更有效的方式进行培训，例如记录操作过程、让学生探讨操作细节并拥有沉浸于运作房间的感觉。医学学生可以进入虚拟的手术是或实验室，在虚拟环境下激励一个完整的操作过程，教师也可以将操作中常见问题反馈给学生，从而提高每个人对某个问题的训练。利用虚拟仿真技术可以创建大量的三维人体组织结构，用于医学教学。随着网络技术的飞速发展，把创建的三维医学教学资源应用与远程医学教育，可以使学习者随时随地的学习，是资源得到充分利用。虚拟仿真技术应用于远程医学教育可以将生动的动态三维场景展现给学习者，提高了教学的质量和效果。
4虚拟仿真技术在医学教育中应用的意义
医学教育注重的是直观、形象、生动，传统的医学教学往往不够生动，难以具体化，难以直接展示人体的结构，疾病发生及发展过程等教学内容，同时又存在着医学教学成本大，不可重复执行的问题，这些弊端对学生更好的掌握医学知识极为不利。为了改善原有医学教学模式中存在的这些问题，使虚拟仿真技术应用于医学教学中的教学模式意义重大，该教学模式不仅调动了学生的学习兴趣，而且将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻的记忆，也给教师在教学中提供方便，从而达到提高教学水平和科研水平的目的。
作者:姜燕 李亢 单位:湖北医药学院
参考文献:
[1]赵群,娄岩主编.医学虚拟现实技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2014:200-203
[2]王晓,姜燕.计算机技术在医学领域中的应用[J].科技世界,2013(18):15,30
[3]张晗.虚拟现实技术在医学教育中的应用研[D].济南:山东师范大学,2011:39-43
[4]范敏,戴培山.人体解剖生理学课程引入虚拟现实技术的教改探索[J].科技文汇,2014(10):103-104,111
