计算机网络安全风险分析与解决方案_电力电气论文五篇

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所谓安全意识，就是人们头脑中建立起来的生产必须安全的观念。人们在生产活动中，对各种各样可能对自己或他人造成伤害的外在环境条件的一种戒备和警觉的心理状态。

风险，就是生产目的与劳动成果之间的不确定性，大致有两层含义：一种定义强调了风险表现为收益不确定性；而另一种定义则强调风险表现为成本或代价的不确定性，若风险表现为收益或者代价的不确定性，说明风险产生的结果可能带来损失、获利或是无损失也无获利，属于广义风险，所有人行使所有权的活动，应被视为管理风险，金融风险属于此类。而风险表现为损失的不确定性，说明风险只能表现出损失，没有从风险中获利的可能性，属于狭义风险。风险和收益成正比，所以一般积极进取的投资者偏向于高风险是为了获得更高的利润，而稳健型的投资者则着重于安全性的考虑。计算机网络安全风险分析与解决方案_电力电气论文五篇欢迎大家一起来阅读，希望能分享给用的到的朋友！

第一篇 计算机网络安全风险分析与解决方案_电力电气论文

摘要：网络安全是企业网络正常运行的前提。网络安全不仅仅是单点的安全，而是整个企业信息网的安全，需要从物理、网络、系统、应用和管理方面进行立体的防护。

关键词：网络安全　入侵检测　数据备份

一、引言

internet的发展，正在引发一场人类文明的根本变革，网络已成为一个国家最为关键的，经济，军资源，成为国家实力的新象征同时，网络的发展也在不断改变人们的工作，生活方式，使信息的获取，传递，处理和利用更加高效，迅速，随着科学技术不断发展，网络已经成为人们生活的一个组成部分虽然计算机网络给人们带来了巨大的便利，但互联网是一个面向大众的开放系统，对信息的保密和系统的安全考虑得并不完备，存在着安全隐患，网络的安全形势日趋严峻。因而，解决网络安全问题刻不容缓，我们必须从网络安全可能存在的危机入手，并提出整体的网络安全解决方案

二、网络安全风险

1.网络结构的安全风险

企业网络与外网有互连。基于网络系统的范围大、函盖面广，内部网络将面临更加严重的安全威胁，入侵者每天都在试图闯入网络节点。网络系统中办公系统及员工主机上都有涉密信息，假如内部网络的一台电脑安全受损(被攻击或者被病毒感染)，就会同时影响在同一网络上的许多其他系统。

2.操作系统的安全风险

所谓系统安全通常是指操作系统的安全。操作系统的安装以正常工作为目标，一般很少考虑其安全性，因此安装通常都是以缺省选项进行设置。Www.0519news.cOM从安全角度考虑，其表现为装了很多用不着的服务模块，开放了很多不必开放的端口，其中可能隐含了安全风险。

3.应用的安全风险

应用系统的安全涉及很多方面。应用系统是动态的、不断变化的。应用的安全性也是动态的。这就需要我们对不同的应用，检测安全漏洞，采取相应的安全措施，降低应用的安全风险。主要有文件服务器的安全风险、数据库服务器的安全风险、病毒侵害的安全风险、数据信息的安全风险等

4.管理的安全

管理方面的安全隐患包括：内部管理人员或员工图方便省事，不设置用户口令，或者设置的口令过短和过于简单，导致很容易破解。责任不清，使用相同的用户名、口令，导致权限管理混乱，信息泄密。把内部网络结构、管理员用户名及口令以及系统的一些重要信息传播给外人带来信息泄漏风险。内部不满的员工有的可能造成极大的安全风险。 三、网络安全解决方案

1.网络结构的安全

网络结构布局的合理与否，也影响着网络的安全性对银行系统业务网，办公网，与外单位互联的接口网络之间必须按各自的应用范围，安全保密程度进行合理分布，以免局部安全性较低的网络系统造成的威胁，传播到整个网络系统，所以必须从两个方面入手，一是加强|力问控制：在内部局网内可以通过交换机划分vlan功能来实现；或是通过配备防火墙来实现内、外网或不同信任域之间的隔离与访问控制：也可以配备应用层的访问控制软件系统，针对局域网具体的应用进行更细致的访问控制。二是作好安全检测工作：在局域网络的共享网络设备上配备入侵检测系统，实时进出网络数据流，对网络违规事件跟踪，实时，阻断连接并做日志。

2.操作系统的安全

对操作系统必须进行安全配置，打上最新的补丁，还要利用相应的扫描软件对其进行安全性扫描评估，检测其存在的安全漏洞，系统的安全性，提出补救措施，管理人员应用时必须加强身份认证机制及认证强度尽量采用安全性较高的网络操作系统并进行必要的安全配置，关闭一些起不常用却存在安全隐患的应用，对一些关键文件使用权限进行严格限制，加强口令字的使用，及时给系统打补丁，系统内部的相互调用不对外公开。

3.应用的安全

要确保计算机网络应用的安全，主要从以下几个方面作好安全防范工作：一要配备防病毒系统，防止病毒入侵主机并扩散到全网，实现全网的病毒安全防护；二作好数据备份工作，最安全的，最保险的方法是对重要数据信息进行安全备份，如果遇到系统受损时，可以利用灾难恢复系统进行快速恢复；三是对数据进行加密传输，保护数据在传输过程中不被泄露，保证用户数据的机密性，数据加密的方法有从链路层加密，网络层加密及应用层加密；四是进行信息鉴别，为了保证数据的完整性，就必须采用信息鉴别技术，vpn设备便能实现这样的功能，数据源身份认证也是信息鉴别的一种手段，它可以确认信息的来源的可靠性，结合传输加密技术，我们可以选择vpn设备，实现保护数据的机密性，完整性，真实性，可靠性。

4.管理的安全

安全体系的建立和维护需要有良好的管理制度和很高的安全意识来保障。安全意识可以通过安全常识培训来提高，行为的约束只能通过严格的管理体制，并利用法律手段来实现，因国这些必须在电信部门系统内根据自身的应用与安全需求，制定安全管理制度并严格按执行，并通过安全知识及法律常识的培训，加强整体员工的自身安全意识及防范外部入侵的安全技术。

四、结束语

网络安全是动态的，整体的，并不是简单的安全产品集成就解决问题，随着时间推移，新的安全风险又将随着产生，因此，一个完整的安全解决方案还必须包括长期的，与项目相关的信息安全服务，安全服务包括：全方位的安全咨询，培训；静态的网络安全风险评估；特别事件应急响应。建立一套完整可行的网络安全与网络管理策略并加强培训，提高整体人员的安全意识及反黑技术，通过安全服务提高整个网络系统的安全性。

第二篇 H9000计算机监控系统在高砂电厂的应用_电力电气论文

［摘要］高砂电厂监控系统由h9000系统集成和二次开发而成，采用分层分布式系统结构，由厂站级主控制层和现地控制单元层组成，并按照“无人值班”（少人值守）的原则设计，采用plc直接接入以太网的方式来实现。该系统运行稳定，为电厂的安全 经济 运行打下良好的基础。

［关键词］h9000  计算 机监控系统  高砂电厂  应用

高砂电厂位于福建三明境内的沙溪干流上，装有四台单机容量为12.5mw灯泡贯流式机组，设两台110kv主变压器，机组与主变压器采用扩大单元接线,一回110kv线路经沙县城东变送到三明列西变接入省网。电厂原二次部分按常规集中控制方式设计,采用24v弱电有触点集中控制接线,对电厂各主要设备进行一对一的集中控制和监视,旧中控室设有返回屏和控制台。为进一步提高电厂自动化和安全运行水平，实现少人值守的目标,高砂电厂对综合自动化系统进行改造，其计算机监控系统选用

4、系统功能

该系统的实施实现了高砂电厂少人值守的目标，h9000是一套完整的实时控制系统，配备了完整的系统监控功能：

（1） 数据采集与处理。wWW.0519news.cOM

（2） 综合 计算 。

（3） 安全运行监视及事件。

（4） 人机联系。

（5） 控制与调节。

（6） 生产统计记录。

（7） 运行日志与报表打印。

（8） 运行指导，包括开停机过程监视、设备操作指导、事故处理和恢复操作指导等。

（9） 操作票显示、编辑与打印。

（10）系统通信。

（11）系统自诊断与自恢复。

（12）系统数据库。

（13）系统时钟同步。

（14）防误操作功能。

（15）系统的授权管理与功能分配。

（16）现地控制单元(lcu)。

5、系统运行情况及评价

高砂电厂计算机监控系统的改造，自20xx年11月中旬系统设备到货并开始安装，20xx年1月开始现场调试，20xx年1月底主控制级设备投入运行， 20xx年2月中旬xx2机组lcu及公用lcu首先投入运行，随后xx4、xx3、xx1机lcu也相继投运。运行多年来，h9000计算机监控系统能够迅速、准确、有效地完成对本电厂被控对象的安全监视和控制，实现了数据采集与处理，实时控制和调节，安全运行监视，屏幕显示，数据通信，系统诊断等功能，为公司设备的安全稳定运行奠定了良好基础。

在系统这么多年的运行中，我们也发现了一些问题：①机组lcu与上位机运行中通讯中断，原因有的是通讯光缆中断引起，有的是lcu的ups装置输出电源消失造成的，对照查明的原因进行相应处理后已正常。②上位机a、b主备用操作站偶有不定期自动切换发生，切换后，上位机监测数据全部显示“0”，几秒钟后恢复，该问题已反馈到厂家，原因仍在进一步中。③监控系统改造后投运初期，由于一些控制程序没有考虑周全，造成几起设备运行中异常动作事件。

6、结束语

h9000计算机监控系统在高砂电厂投入运行后，形成一个完整的开放 网络 型分层分布的实时闭环过程控制系统，在新中控室就能完成对电厂的闭环自动控制功能。该系统的投运，使高砂电厂的自动化程度全面提高，运行稳定，处理速度快，调节控制灵活方便，各项功能完善可靠，运行维护方便，实现了少人值守的目标，大大提高了电厂的安全运行水平，改善了员工的工作环境，提高了公司的 经济 和社会效益。

参考 文献 ：

［1］ 王德宽，等，h9000分布开放式水电厂计算机监控系统（j），水利水电技术，1996（5）.

［2］ 苑庆山， h9000计算机监控系统在西沟水电站的应用，黑龙江水利科技，20xx（1）.

第三篇 计算机辅助工程(CAE)在精密铸造中的应用_电力电气论文

摘要：本文介绍了ca精密铸造工艺。重点阐述了 计算 机辅助工程，包括三维cad、凝固过程数值模拟等在精密铸件研制过程中的 应用 。ideas可以方便地进行三维设计或逆向工程，获得三维模型，然后通过快速成型技术，能迅速得到铸造原型；用procast对铸件的浇注工艺进行模拟，以优化浇注参数，消除铸造缺陷。

关键词：ca精密铸造计算机辅助工程

1引言：

精密铸造是用可溶（熔）性一次模型使铸件成型的 方法 。精密铸造的最大优点是表面光洁，尺寸精确，而缺点是工艺过程复杂，生产周期长， 影响 铸件质量的因素多，生产中对材料和工艺要求很严[1]。在生产过程中，模具设计和制造占很长的周期。一个复杂薄壁件模具的设计和制造可能需一年或更长的时间。随着世界 工业 的进步和人们生活水平的提高，产品的研发周期越来越短，设计要求响应时间短。特别是结构设计需做些修改时，前期的模具制造费用和制造工期都白白地浪费了。因而模具设计和制造成为新产品开发的瓶颈。计算机辅助工程的 发展 ，使得传统产业与新技术的融合成为可能。三维cad可以把设计从画图板中解放出来，大大简化了设计者的设计过程，减少出错的几率。并且随着快速成型（rp）技术，特别是激光选区烧结工艺（sls）的发展[2,3,4]，三维模型可以通过rp设备，快速转变成精密铸造所需的原型，打破了模具设计的瓶颈。WWW.0519news.COm另外在传统铸造中，开发一个新的铸件，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。采用凝固过程数值模拟，可以指导浇注工艺参数优化，预测缺陷数量及位置，有效地提高铸件成品率。ca精密铸造技术就是将计算机辅助工程应用到精密铸造过程中，并结合其他先进的铸造技术，以高质量、低成本、短周期来完成复杂产品的研发和试制。 目前 ，利用ca精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果。

2材料与实验方法

ca精铸可应用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，ca精铸工艺流程见图1。三维模型可采用ideas、ugii、proe等三维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采用magicrp进行处理和修复，在afz320自动成型系统上进行原型制作，采用熔体浸润进行原型表面处理，凝固过程数值模拟采用procast和有限差分软件进行计算。

3ca精密铸造工艺的关键 问题 及相关技术讨论

近年来，与ca精铸技术相关的三维cad设计、反求工程、快速成型、浇注系统cad、铸造过程数值模拟(cps)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成就的取得为集成化的ca精铸技术的形成奠定了基础，促进了ca精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于ca精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计＋先进材料＋先进制造。

3.1三维模型的生成与 电子 文档交换

如何得到部件精确的电子数据模型，是ca精铸至关重要的第一步。随着三维cad软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用ideas进行实体建模和数据转换的过程。ideas9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过mastermodeler模块可以得到复杂模型（见图2），既可以进行全几何约束的参数化设计，又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计；曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲面，进行设计，曲面生成后可直接生成rpm用文件，也可传回主建模模块进行处理（见图4）。实体文件生成后需转变成stl文件（见图3）以作为rp设备的输入。转换过程应注意选择成型设备名称，通常选用sla500，三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用magicrp处理时应注意乘上25.4，得到实际设计尺寸。

3.2凝固过程的数值模拟

3.2.1凝固过程的数值模拟原理

铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程，其中包含了许多对铸件质量产生 影响 的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。

铸造过程虽然很复杂，偶然因素很多，但仍遵循基本 科学 理论 ，如流体力学、传热学、金属凝固、固体力学等。这样，铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的 问题 ，就是要在给定的初始条件和边界条件下，求解付立叶热传导方程、弹塑性方程。 计算 机技术的 发展 ，使得求解物理过程的数值解成为可能。 应用 计算机数值模拟，可对极其复杂的铸造过程进行定量的描述。

通过数学物理 方法 抽象，铸造过程可表征成几类方程的耦合：

1热能守恒方程： 2连续性方程： 3动量方程： 常用的数值模拟方法主要是有限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单，推导简单易于理解，占用内存较少。但计算精度一般，当铸件具有复杂边界形状时，误差较大，应力 时需将差分网格转换成有限元网格进行计算。有限元法技术根据变分原理对单元进行计算，然后进行单元总体合成，模拟精度高，可解决形状复杂的铸件问题。无论采用什么数值方法，铸造过程的数值模拟软件应包括三个部分：前处理、中间计算和后处理。前处理主要为中间计算提供铸件、型壳的几何信息；铸件和型壳的各种物理参数和铸造工艺信息。中间计算主要根据铸造过程设计的物理场，为数值计算提供计算模型，并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系预测铸件质量。后处理是指把计算所得结果直观地以图形方式表达出来。图5是铸造过程的数值模拟系统组成。

铸造过程流场、温度场 计算 的主要目的时就是对铸件中可能产生的缩孔缩松进行预测，优化工艺设计，控制铸件内部质量。

通过在计算机上进行铸造过程的模拟，可以得到各个阶段铸件温度场、流场、应力场的分布，预测缺陷的产生和位置。对多种工艺方案实施对比，选择最优工艺，能大幅提高产品质量，提高产品成品率。

3.2.2铸造过程数值模拟软件[5]

经过多年的 研究 和开发，世界上已有一大批商品化的铸造过程数值模拟软件，表明这项技术已经趋于成熟。这些软件大都可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造和压力铸造等工艺进行温度场、应力场和流场的数值模拟，可预测铸件的缩孔、疏松、裂纹、变形等缺陷和铸件各部位的纤维组织、并且与cad实体模型有数据转换接口，可将实体文件用于有限元 。

procast是 目前 应用 比较成功的铸造过程模拟软件。在研制和生产复杂、薄壁铸件和近净型铸件中尤能发挥其作用。是目前唯一能对铸造过程进行传热－流动－应力耦合的系统。该软件主要由八大模块组成：有限元网格剖分，传热及前后处理，流动，应力，热辐射，显微组织，电磁感应，反向求解等。

它能够模拟铸造过程中绝大多数 问题 和物理现象。在对技术充型过程的方面，能提供考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的 影响 ，能构模拟出消失模铸造、低压铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程，并对注塑、压蜡模和压制粉末材料等的充型过程进行模拟。procast能对热传导、对流和热辐射三类传热问题进行求解，尤其通过“灰体净辐射法”模型，使得它更擅长解决精铸尤其是单晶铸造问题。应力方面采用弹塑性和粘塑性模型，使其具有铸件应力、变形的能力。

对铸件进行时，简单的模型网格可以直接在procast生成。复杂模型可以由ideas等软件生成，划分网格后输出.unv通用交换文件，该文件应带有节点和单元信息。meshcast模块读入网格文件后输出四面体单元用于前处理。precast对模型进行材料、界面传热、边界条件、浇注速度等参量进行定义，最后由procast模块完成计算。

应用ideas与procast，我们对某发动机部件进行了凝固过程模拟。该部件由于有一个方向尺寸较薄，浇注过程中极易发生裂纹与变形，通过模拟，对浇注系统结构进行了优化，减少应力集中，防止变形和开裂，取得明显的效果。

结论：

1．计算机辅助工程与精密铸造结合而成的ca精密铸造技术具有很强的通用性，可以缩短研制周期，节约开发成本；

2．ideas与rpocast的配合，可以对复杂件进行铸造过程数值模拟；

3．计算机凝固模拟技术可用于复杂件的浇注系统设计和优化，并能较为准确的预测缺陷及其位置、变形开裂倾向，用于指导浇注系统的优化。

第四篇 计算机信息技术在现代水利发展中的作用_水利工程论文

一、我国水利信息化的发展现状

随着计算机技术、网络通信技术以及信息技术的快速发展，信息化以及信息技术所推动的技术革命，其必要性和重要性已经被世人所认同。进入二十一世纪后，我国的计算机信息技术在各个行业的管理以及工业自动化方面全方位展开，特别是在提高效率，促进传统产业技术更新和行业技术进步，促进国民经济方面起到更为积极的作用。水利信息化就是要充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用信息资源，促进信息交流和资源共享，实现各类水利信息及其处理的数字化、网络化、集成化、智能化，全面提升水利为国民经济和社会发展服务的能力和水平。水利作为农业的命脉，是国民经济建设的基础。水利现代化上文库对我国的经济建设及社会的和谐发展起着至关重要的作用，而水利信息化是实现水利现代化的必由之路。经过十几年的努力，水利信息化已取得长足的发展。主要表现在实现了各种水利基础信息的遥感、遥测以及信息的快速传输和处理。全国水利系统初步实现了从水情雨情信息的采集、传输、接收、处理、监视到联机洪水预报；在全国范围内开始建设“国家水文数据库”并取得了部分成果；水利部门办公自动化的建设也已经基本到位，开始实行远程文件传输、公文和档案联机管理；建成了连接全国流域机构和各省、自治区、直辖市的实时水情信息传输计算机广域网。覆盖全国的“国家防汛指挥系统工程”也已投入了建设。

二、计算机信息技术在我国水利建设中的应用

20xx年水利部党组确立了"以水利信息化带动水利现代化"的发展思路。wwW.0519news.cOM20xx年水利部党组确立了“以水利信息化带动水利现代化”的发展思路，同年召开的全国水利信息化工作座谈会将水利信息化建设定名为“金水工程”，它是水利信息化建设标志性的一年。20xx年《国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见》将"金水工程"列为国家"十五"期间要加快建设的十二个重点业务系统之一启动建设。20xx年10月水利部召开了首次全国水利信息化工作会议，明确了当前和今后一段时期水利信息化工作的目标和任务；《全国水利信息化规划》正式，标志着全国水利信息化的全面展开。20xx年全国水利厅局长会议将"全面加强水利系统电子政务建设"作为20xx年水利发展的十大目标之一。20xx年1号文件明确指出：“推进水利信息化建设,全面实施‘金水工程’。加快建设国家防汛抗旱指挥系统和水资源管理信息系统，提高水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，以水利信息化带动水利现代化”。水利工作会议从战略高度对水利信息化提出新的要求。水利信息化步入更好更快发展新轨道。同年国家防汛抗旱指挥系统一期工程历经十余年，圆满完成了建设任务，顺利通过竣工验收；“国家防汛抗旱指挥系统工程技术研究与应用”荣获20xx年度大禹水利科学技术奖特等奖。12月，国家批复了二期工程的可研报告，计划投资12亿元，二期工程初步设计编制工作积极开展。以水利普查数据处理为重点的多项专用软件开发、部署和培训工作按计划圆满完成，以县为基本普查单元编辑制作的普查用标准分幅纸质工作底图达48149幅、1:50000普查用电子工作底图达24182 幅，全国纸质和电子工作底图领取和发放完成。为下一步全面开展全国水利普查数据正式报送工作提供了有力技术支撑。国家水资源管理系统建设前期工作进展顺利，项目总体设计方案编制完成；全国水土保持监测网络和管理系统二期、农村水利管理信息系统、水利电子政务系统等重点工程建成并发挥重要作用；黄河水量调度管理系统（二期）开工建设。水利部《水利网络与信息安全体系建设基本技术要求》，水利部机关政务外网等级保护方案通过审查，整改实施工作全面展开；水利部机关政务内网通过国家保密局审批，获得涉及国家秘密的信息系统使用许可证，各流域机构政务内网分级保护整改工作已基本完成。水利异地会商视频会议系统更趋完善，作用效益非常显著。系统覆盖面大幅扩充，涵盖7个流域机构、32个省级单位、151个流域省区市直属单位、327个地市级水利部门、1423个区县级水利部门。20xx年召开全国性异地视频会议37次，约14.4万人次参加。福建省建成全省综合应急视频会商指挥系统，实现预警信息到乡、视频会商到乡、指挥部署到乡和视听到村的目标。水利部制订《水利信息化资源共享目录（第一批）》；中国东中部地区1:5万水利基础电子地图建设工作完成；环境减灾高分辨率卫星数据实现向水利部的业务化传输；长江流域水库信息复核工作进展顺利，完成了长江流域及西南诸河42413座水库基本信息填报和复核；珠江水利委员全力完善11类水利工程数据库；浙江省基于1/1万地形图的小流域划分项目圆满完成。 20xx年5月3日，水利部印发了《全国水利信息化发展“十二五”规划》（水规计[20xx]190号）。规划是“十二五”期间全国水利信息化发展的阶段性、纲领性文件和行动指南。对于全国水利信息化事业的长远发展，促进和带动水利现代化，提升水利行业社会管理和公共服务能力，保障水利可持续发展、促进民生改善具有重大意义。

1、计算机信息技术在水利应用中存在的问题和对策

然而，相比构成国家信息化建设的其他行业的快速发展，水利信息化建设虽然起步不晚，但发展缓慢，相对落后，并存在不少亟待解决的问题。

一是水利信息化投入严重不足。信息基础设施十分薄弱，信息采集和传输手段普遍落后，运行维护经费无固定渠道，现在的主要做法是水利信息化建设和系统维护费用列入各重点水利建设项目，采取工程带动的办法筹集水利信息化建设和维护资金。但目前网络建设应用逐步增多，应用系统已涉及水利建设和管理的各方面，安全运行和日常维护工作量非常大，有些系统建设时间早，部份硬件设施急需更新，大量的软件引进开发工作急待加强，已建成的系统存在运行维护费用问题等，租用公用线路和正常软件升级服务等都需要费用。仅仅依靠临时解决的费用无法满足信息化发展的需要，因此需要加大投入，争取各级支持，多渠道筹集资金。二是水利系统信息化人才匮乏，网络建设较缓慢。水利行业涉及面宽，专业众多，应用复杂，目前普遍做法是将系统的建设与管理采用外包服务，缺乏计算机专业人员、软件开发人员、管理人员，使得应用系统的需求和使用与实际脱离，有针对性的专业培训还不够，已严重影响水利信息化建设的开展。加上信息采集和传输手段普遍落后，信息的全面、准确、实时性不足，致使在水利信息源的开发利用方面，与其他部门差距较大。因此要加大人才的培养，特别是计算机信息化技术和水利专业技术复合型人才的培养。三是全国性的水利公用信息平台还未建成。四是水利信息化建设中低水平重复开发和重复建设问题仍很突出，条块分割现象依然存在。

可见水利信息化建设作为水利行业的非工程性建设，其在防洪减灾方面的作用是不可低估的，将有效减少干旱洪涝灾害所带来的损失。在我国工业现代化和城镇一体化的建设中、广大群众共建共享和谐社会日益深入的形势下，解决我国干旱缺水、洪涝灾害、水土流失和水污染等四大水问题，保障防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全，必须积极践行可持续发展治水思路，广泛应用现代信息技术，充分开发水利信息资源，工程与非工程措施并重是实现水利现代化的必然选择。

第五篇 计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用_工业设计论文

关键词：声线追踪法； 虚声源法；声线束追踪法；有限元法

准确地预测房间的音质效果一直是建筑声学研究者追求的理想，谁不想在设计音乐厅图纸时就能听到她的声音效果呢？一百多年来，人们逐渐发现了一些物理指标，并揭示了它们与房间主观音质的关系，包括混响时间rt60、早期衰减时间edt、脉冲声响应、清晰度指数等等。音质参量预估是室内声学设计的关键。目前，人们采用经典公式、缩尺比例模型、计算机模拟来预测这些参数。

室内声学的复杂性源于声音的波动性，任何一种模拟方法目前都不能获得绝对真实的结果。本文在参考研究国外计算机音质模拟文献的基础上，对室内声学的主要模拟方法进行汇编和总结，以便深入地了解计算机辅助建筑声学设计的基本原理、适用性和局限性。wWW.0519news.cOm

1、比例缩尺模型模拟和计算机声场模拟

自塞宾时代起，比例缩尺模型就在室内声学中获得应用，但模型比较简单，无法得到定量结果。20世纪60年代，模拟理论、测试技术等逐渐发展完善，进行大量研究和实践后，比例模型在客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。现在，声源、麦克风、模拟声学材料已经可以和实物对应，仪器的频带也扩展了，在模拟混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标已经达到实用的精度。

比例模型的原理是相似性原理，根据库特鲁夫的推导，对于1:10的模型来讲，房间尺度缩小10倍后，如果波长同样缩短10倍，即频率提高10倍时，若模型界面上的吸声系数与实际相同，那么对应位置的声压级参量不变，时间参量缩短10倍。如10倍频率的混响时间为实际频率混响时间的1/10。然而，很难依靠物理的手段完全满足相似性的要求。空气吸收、表面吸收相似性的处理是保证模拟测量精度的关键。比例模型是现阶段所知唯一能够较好模拟室内声场波动特性的实用方法，可是由于模型制作成本较高、需要利用充氮气或干燥空气法降低高频空气吸收、模拟材料吸声特性难于控制的因素，这种方法存在很大的局限性。

随着软件技术的发展，使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。从数学的观点来看，声音的传播由波动方程，即由helmholtz 方程所描述。理论上，从声源到接收点的声脉冲响应可以通过求解波动方程来获得。但是，当室内几何结构和界面声学属性非常复杂时，人们根本无法获得精确的方程形式和边界条件，也不能得到有价值的解析解。如果对方程进行简化处理，所得到的结果极不精确，不能实用，完全利用波动方程通过计算机求解室内声场是不可行的。实用角度讲，使用几何声学的声线追踪法和镜像虚声源法，通过计算机程序可以获得具有一定参考程度的房间声学参数。但由于忽略了声音的波动特性，处理高频声和近次反射声效果较好，模拟声场全部信息尚有很大不足。近年来，使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性，在低频模拟上获得了一些进展。

2、几何声学模拟方法

几何声学模拟方法借鉴几何光学理论，假设声音沿直线传播，并忽略其波动特性，通过计算声音传播中能量的变化及反射到达的区域进行声场模拟。由于模拟精度不高，而且高阶反射和衍射的计算量巨大，因此，大多数情况是使用几何方法计算早期反射，而使用统计模型来计算后期混响。

2.1 声线追踪方法

声线追踪方法是从声源向各方向发射的“声粒子”，追踪它们的传播路径。声粒子因反射吸声不断地失去能量，并按入射角等于反射角确定新的传播方向。

为了计算接收点的声场，需要定义一个接收点周围的面积或体积区域来捕获经过的粒子。无论如何处理，都会收集到错误的声线或丢失一些应有的粒子。为了保证精度，必须有足够密的声线和足够小的接收点区域。对于一个表面积为10 m2 的房间中传播 600ms 的声音，至少需要100,000条声线。

声线追踪法的早期意义在于提供近次声音反射的区域，如图1。最近，这种方法进一步发展为将声线转化成具有特殊密度函数的圆锥或三角锥，然而，存在交迭问题，仍无法达到实用的精度。声线追踪的主要优点是算法简单，很容易被计算机实现，算法的复杂度是房间平面的数量的倍数。通过确定声线镜面反射路径、漫反射路径、折射和衍射路径，能够模拟非直达混响声场，甚至可以模拟含有曲面的声场。声线追踪的主要缺点在于，由于为了避免丢失重要的反射路径，要产生大量声线，因此带来巨大的计算量。另一个缺点是，因为声线追踪计算结果对于接收点的位置有很大的依赖性，如果进行声压级分布计算，必须取声场中大量的位置，对结果要求的越精细，计算量将越大。此外，由于声音的波动特性，波长越长，绕过障碍物的能力就越强，在低频段，声线追踪方法得不到可靠的结果。

虚声源法建立在镜面反射虚像原理上，用几何法作图求得反射声的传播范围，如图2。虚声源法的优点是准确度较高，缺点是计算工作量过大。如果房间不是规则的矩形，且有 n 个表面，就有可能有 n 个一次反射虚声源，并且每个又可能产生（n－1）个二次反射的虚声源。例如，一个 15,000m3 的房间，共有30个表面，600ms内约有13次反射，这时可能出现的虚声源数目约是2913 ≈ 1019 。其算法复杂度为指数级，高阶虚声源将式增长。然而，在一个特定的接收点位置，大多数虚声源不产生反射声，大部分计算是徒劳的。上例中，只有1019中的2500个虚声源对于给定的接收点有意义。虚声源模型只适用于平面较少的简单房间或是只考虑近次反射声的电声系统。

2.3声线束追踪方法

声线束追踪方法是声线追踪的发展，通过跟踪三角锥形声线束，获得界面对声源的反射路径，如图3。简单的说，建立从声源产生的一系列充满二维空间的声线束，对每一个声线束，如果与空间中的物体表面相交，就把穿透物体表面的声线束部分进行镜像，得到反射声线束，同时记录所出现虚声源的位置，用于进一步的跟踪。与虚声源法比较，声线束追踪的主要优点在于在非矩形空间中，从几何上可以考虑更少的虚声源数目。

举例说明，如图4，考虑从声源经过面a镜像的虚声源sa，那么全部可以见到sa的点都在声线束ra中。相似的，声线束ra与平面c，d的交线，是sa产生二次虚声源的反射面。而其他的平面，将不会产生对sa的二次反射。这样，声线束追踪方法能够大大地减少虚声源的数目。另一方面，镜像虚声源方法更适于矩形房间，因为所有的虚声源几乎都是可见的。声线束追踪法的缺点是三维空间的几何操作相对复杂，每一条声束都可能被不同的表面反射或阻碍；另一个限制是弯曲表面上的反射和折射很难模拟。 2.4第二声源法

一种有效的方法综合了几何声学和波动统计特性，被称为第二声源法。第二声源法将反射阶段分为早期反射和后期反射，人为地确定一个早期反射和后期反射的反射次数界线，称为“转换阶数”。高于转换阶数的反射属于后期反射，声线将被当作能量线而不是镜面反射线，此时，声线撞击表面后，撞击点产生一个第二声源。第二声源的能量是声线初始能量乘以此前传播中撞击到的所有表面的反射系数的乘积。如图5，两个相邻的声线进行了6次反射，转换阶数设为2, 大于2次反射的声线将按lambert's法则随机方向反射。最先的两个反射是镜面反射，虚声源为s1 和 s12 。2次以上的高阶反射中，每个声线在反射面上产生第二声源。通过计算虚声源和“第二声源”的响应，可以计算混响时间以及其它房间声学参数。

第二声源法中，确定转换阶数非常重要。转换阶数设定越高计算结果不一定越好。随反射次数增加，声线变得稀疏，反向追踪时会造成丢失虚声源的机会增加，这就需要声线足够密。声线过密一方面受到计算时间和内存的限制，另一方面的问题是，在高次反射中很多的小反射面被探测到。由于波动特性，这些小表面的实际反射一般比依据几何反射声学法则计算的结果要弱得多，所以丢失这些小反射面的虚声源可能比将他们计算进来更符合实际情况。odeon程序实验表明，提高转换阶数、增加声线密度可能会带来更坏的结果。一般观众厅中仅500到1000个声线产生的结果即具有价值，且发现最优的转换阶数是2或3。这说明混合模型能够提供比两种纯粹的几何方法还要准确的结果，并且减少了大量计算量。然而，混合方法模型必须引入散射的概念。 3、散射

    声音散射的量为散射系数，是非镜面反射能量与全部反射能量的比。散射系数的取值范围是0到1，s＝0表示全部是镜面反射，s＝1表示全部是某种理想的散射。散射能够通过统计方法在计算机模型中模拟。使用随机数，散射的方向依据lambert's 余弦法则计算，同时镜面反射的方向依据镜面反射法则计算。取值在0到1之间的散射系数决定这两个方向矢量之间的比例。图6中表示了不同散射系数作用下的声线反射。为了简化，例子用二维来表现，但实际上散射是三维的。没有散射的情况下，声线追踪完全是镜面反射，实际上，0.2的散射系数足够用来得到较好的散射效果。

通过对计算机模拟和实测比较，发现散射系数在大而平的表面上需人为地设置为0.1左右，而在非常不规则的表面上需达到0.7。0或1的极端值在计算机模拟中必须避免，一是因为这不切实际，二是计算可能出现恶化的结果。不同频率散射系数也不同，因表面尺寸产生的散射一般出现在低频，而因表面起伏产生的散射一般出现在高频。散射系数难于确定是影响几何方法模拟精度的障碍之一。 4、有限元法和边界元方法

几何声学的方法忽视了声音的波动特性，因此无法对声波的波动特性进行模拟，如声波的衍射、绕射等。在低频段，声波的波长较长，能够越过高频声波不能越过的障碍物。因此，几何声学模型得不到准确的低频计算结果。为了解决这个问题，提出了有限元和边界元方法。    利用声波动方程能够得到精确的结果，但是现阶段只有具有刚性墙的矩型房间才能够进行解析求解。这就是说，一般房间无法使用解析的方法求解其波动方程。事实上，任何房间声场都存在其波动方程，并遵从波动规律，因此可以使用数字化的方法来模拟和逼进房间的波动方程的解。具体方法是把空间（和时间）细分为元（质点），然后，波动方程以一系列这些元的线性方程表达，迭代计算求数值解。在有限元法中，空间中的元是离散的（图7、图8），而在边界元法中，空间中的边界才是离散的。这就意味着，有限元法产生的矩阵比较大且稀疏，而边界元法产生的矩阵比较小且稠密。由于计算和存储开销随频率增加变得无法承受，“元”的方法只适用于小封闭房间和低频段。

有限元和边界元法的优点在于能够在需要的地方产生稠密网格，如墙角等的对房间声传播影响较大的地方。另一个优点是可以处理耦合空间。缺点在于，边界条件难于确定。一般来说，需要复数阻抗，但是在现有的文献中很难找到相关的数据。这两种方法的特点表现在对于单一频率的结果非常精确，但当具有带宽的倍频程时，结果常有大的出入，在实际应用中还没有能够达到如几何声学一样的实用效果，尚需进一步研究。

参考文献：

[1] t. lewers, "a combined beam tracing and radiant exchange computer model of room acoustics" applied acoustics 38, 161-178 (1993).

[2] g.m. naylor, "odeon - another hybrid room acoustical model" applied acoustics 38, 131-143(1993).

[3] g.m. naylor, "treatment of early and late reflections in a hybrid computer model for room acoustics" 124th asa meeting, new orleans (1992) paper 3aaa2.

[4] iso/cd 17497. acoustics ?measurement of the random-incidence scattering coefficient of surfaces.july 2000.

[5] m. vorläder, "international round robin on room acoustical computer simulations" proc. 15th

international congress on acoustics, trondheim, norway (1995) vol.ii pp. 689-692.

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