第一篇：GIS區域土地利用系統設計論文

1系統目標

基于GIS的區域土地利用分析評價系統屬空間型信息系統，其總體設計目標是以地理信息系統技術為核心，以計算機網絡為傳輸載體，使用可視化技術，在土地利用統計數據庫的基礎上，緊密結合土地利用的分析評價理論體系與業務流程，實現土地利用的現代化與信息化監控與管理，并通過二維表結合地圖可視化方案呈現地理信息評價結果，為相關決策部門或人員提供良好的決策支持。系統近期目標是構建一個區縣級客戶端應用，在實現GIS基本功能的基礎上，添加土地利用數據的輸入輸出、參評因子選擇及其權重計算、評價體系選擇、評價模型確立和基本的評價結果分析等功能。系統的中遠期目標是擴展和完善系統，建立起土地利用相關專業評價體系，使系統具備專題統計和分析功能。具有一定的輔助決策能力;建立一套區域級的多級互聯共享評價系統，并實現系統的網絡化，使之能夠和上級部門進行數據交換和共享。

2系統總體結構設計

系統采用在C/S模式下的客戶表現層與數據庫層之間加入一個應用程序服務器層的三層結構體系，利用該中間層實現對數據庫的訪問和商業規則封裝。邏輯上包括數據庫層、業務邏輯層和表現層。數據庫層主要負責屬性數據和空間數據的更新管理，實現與邏輯層之間的數據交互處理;業務邏輯層則根據系統功能進行數據運算、判斷分析、綜合分類等邏輯操作，實現模塊化分析處理;表現層直接面向用戶，接受用戶命令操作并反饋處理信息。這種體系結構將數據處理與邏輯操作相分離，保證層與層之間的相互獨立，從而提高系統運行效率并保證數據的安全性。

3系統功能設計與實現

3．1系統功能設計

系統功能分基本功能和專業功能兩大部分。基本功能主要以工具條形式在系統主面板中實現，貫穿系統的整個生命周期，主要包括屬性、圖形數據輸入和輸出(導入/導出)、數據編輯、屬性及空間查詢、數據格式轉換、地圖量算和投影轉換等常用功能。專業功能則以模塊化形式劃分，實現分析評價、綜合歸類、統計報表和專題制圖等主要工能，包括城鎮建設用地綜合評價，從土地利用的廣度和深度層面分析評價，得到土地適宜度和集約度評價值;產業優化度評價，運用區位基尼系數和聚類分析法從產業類型和效益層面進行產業優化度分析，得到產業發展協調度和經濟地位;土地利用和產業發展協調性評價，通過構建土地利用協調系統和產業發展系統反映承接產業和土地之間的協調耦合關系，再根據協調度模型計算兩者之間協調性;土地利用分區評價，根據土地適宜性、土地集約度等有關成果，采用多因子加權綜合分析法計算土地利用分區指標值;最后，將以上評價結果按一定標準劃分不同等級并將其寫入數據庫中保存管理。

3．2系統功能實現

基于結構設計和功能設計，在VisualStudio．Net框架下，使用C#開發語言，結合GIS組件ArcGISEngine開發土地利用分析評價系統，這種方式的優點在于開發速度快、方式靈活、可伸縮性強。ArcGISEngine是對ArcOb-jects核心對象的重新封裝，功能強大，完全能夠滿足系統的需要，相比ArcObjects，ArcGISEngine更易使用，并且可以脫離ArcGIS平臺，大大地降低了系統構建成本。利用ArcGISEngine我們可以輕松地實現地圖常用操作，并在其基礎上封裝土地利用評價的核心對象，實現其社會經濟層面的分析評價。

4數據庫設計

數據庫是系統的核心組成部分，數據庫設計須遵循完整性、安全可靠性和易于操作等原則，且必須符合相關行業規范和國家統一標準，保證不同軟硬件平臺、同源異構數據體在各級別系統及其他相關系統間的無縫融合與共享，從而促進相關合作。因此，數據庫設計必須兼顧兩者特性，保證數據結構的相容性。本系統分別建設空間數據庫和屬性數據庫，空間數據庫是對應空間實體的地理編碼，能夠標識地物對象的空間位置，并隱式地包含了各空間實體的地理坐標，通常有個人地理數據庫和多用戶地理數據庫。考慮到系統穩定性和數據安全性等方面，這里采用多用戶地理數據庫SDEGeodatabase。空間數據按其存儲方式分矢量數據和柵格數據，矢量數據直接以ShapeFile文件格式存儲到Geodatabase中，柵格數據由于存儲量大，考慮到讀取效率問題，采用文件系統結合關系數據庫協同存儲管理，由關系數據庫存儲數據路徑信息，文件系統管理數據。屬性數據庫主要存儲元數據、經濟統計數據和土地利用指標數據等不涉及地理坐標的屬性信息，采用關系數據庫存儲管理，將各類屬性數據作為字段建立關系表，其建立規則須符合規范化、實用性和關聯性的原則。

5系統應用效果

以皖江城市帶為例，根據基礎地理數據及2010年相關經濟統計數據進行土地利用的分析評價。結果顯示，皖江城市帶土地利用存在較多問題。例如，其城鎮建設用地適宜性與集約度普遍較低，產業優化評價在不同區縣間結果相差較大，而產業發展與土地利用協調度同樣普遍較低。經檢驗，以上結果與實際評價結果吻合，證明系統能夠準確無誤地做出土地利用的分析評價，并且運行穩定，符合評價工作業務邏輯要求，是一款值得推廣的軟件產品。

6結束語

本文同時從系統的功能和結構方面論述了基于GIS的區域土地利用分析評價系統的構建方案，并充分考慮到系統的構建成本、構建周期和系統的擴展與維護等因素。建成的系統能夠滿足土地利用評價的應用需求，并且符合人們的業務邏輯習慣，具有較高的實用價值。但由于篇幅有限，對系統建設后期的多級系統間協同工作的論述還不夠詳盡，仍需進一步探討。

第二篇：區域論文

玩轉區域 自主發展

——幼兒區域活動開展策略之淺談 王飛萍

【摘要】幼兒園區域活動，是幼兒一種重要的自主活動形式。它是以快樂和滿足為目的，以操作、擺弄為途徑的自主性學習活動。設立活動區的目的在于為幼兒提供一種開放的游戲環境，鼓勵幼兒自主選擇，自主探索，在與環境相互作用的過程中獲得全面和諧的發展。通過觀察，我發現區域活動的形式和材料的有效投放能促進孩子在活動中學會自主；他們通過與材料互動，變被動為主動；并在與同伴互相交往、互相合作、共同商討中提高處理問題、解決問題的能力，真正做到了“我的快樂我做主”。

關鍵詞： 區域活動 自主 幼兒園

幼兒園活動區作為一種新的課程組織形式，是“以幼兒為本”這一教育理念在幼兒園實踐中的一種嘗試，也是落實《幼兒園教育規程》提出的“以游戲為基本活動，寓教育于各項活動之中”這一思想的改革路徑。應該說，現階段強調避免幼兒教育小學化傾向，強調幼兒的自主性發展，強調游戲是幼兒園的基本活動，這在一定程度上鼓勵了更多的幼兒園越來越重試區域活動的開展，盡管如此，幼兒園的區域活動仍然存在很多問題。今天，我就針對自己對本班孩子在開展區域活動時的策略進行簡單的闡述。

一、創設固定的主題性區域活動，激發幼兒參與活動的興趣

主題性區域活動，是那些和主題活動關系密切并隨著主題活動的變化而相應 發生明顯變化的區域活動，尤其是隨著新的主題活動的誕生、發展與結束而相應（但實踐中往往不會同時而是提前或滯后）誕生、發展與結束的區域活動，而相應的活動區便被稱為主題性活動區。

各年齡段的幼兒在身心發展水平、興趣愛好、知識經驗等方面均存在著差異。中班幼兒好奇、好說、好問、好動，對活動的興趣與自主性明顯提高，但因幼兒的自控能力與規則意識尚未真正建立，因此中班幼兒常顯得較為難管理。介于以上原因，我們在開展活動區時應考慮創設固定的活動區。而提供的材料也是跟著主題走的，這能最大程度地激發孩子參與到活動中去。

比如《小蝸牛爬呀爬》這一主題中，雨菲、麗華、馬玲、雨嘉和曉曉在語言

區玩《小蝸牛的家》馬玲拿著老鼠手偶對雨菲說：“你背個大包，是要出去旅行嗎？”雨菲隨機也跟著說：“你難道不知道？我背的是我的家！”接著她倆轉身看向雨嘉，原來雨嘉是小螞蟻，這回真高興地背著它的家爬遠了。麗華也跟著湊了過來，曉曉一開始自顧自地玩弄著手中的圖片，看其他孩子玩得不亦樂乎，也湊過去玩了??

案例分析：作為教師，看到孩子們能自己分配角色、自己講述故事內容，是件愉快的事情。這個區域活動作為集體活動《小蝸牛的家》的延伸活動，需要孩子對故事有一定了解，從他們分角色講述故事來看，除了曉曉對故事感知不是特別深以外，其他幾個孩子很清楚地知道自己在干什么。過程中，我還驚喜地發現馬玲她們幾個女孩子還續編了故事，你一句我一句接得不錯。

從案例中看出，幼兒之所以會自主得玩起來，最大的原因在于這個活動是跟著主題《小蝸牛爬呀爬》走的，是語言活動《小蝸牛的家》的延伸活動，孩子們拿著從故事中而來的材料，根據故事自己探索著，對活動的興趣度很高。

二、布置有趣的氛圍情景，推動幼兒參與活動的積極性

對于愛探究的幼兒來說，簡單的材料他們能一下子就完成。為了給他們提供 探究和對比的機會，教師可以為幼兒提供不同材質的材料，讓幼兒在相互比較中探究學習。而有趣的氛圍情景會激發幼兒的游戲興趣，讓幼兒獲得更多的游戲快樂，產生更多的游戲行為，化被動為主動。

比如，美工區活動《獅王的發型》。為了孩子們能愉快得玩起來，老師可謂是花了很多心思。他們收集了很多材料，有幼兒園提供的毛毛蟲、彩紙、毛線、彩帶、剪刀、膠水、雙面膠等；有家長提供的廢舊材料，如牛奶箱、報紙、皮筋、布條等；還有孩子們自己收集的一些材料，如散步去時路上撿的各種落葉，剪紙剪剩的漂亮彩紙，還有一些自己從家里帶來的小玩意：女孩子項鏈、發夾，男孩子披風、寶劍。為了提高孩子參與活動的積極性，我們在陽臺創設了一個森林舞會場景，搭建了一個走秀舞臺，在舞臺四周掛了些氣球??

卓巖是一個比較特別的孩子，平時很少有活動能引起他主動學習，尤其是美術方面。最簡單的涂色，他都只會輕劃幾下，然后就嚷嚷著不會畫不會畫。中班的孩子這種程度，主要原因還是在于他對學習的主動性不夠。而這次《獅王的發型》，他的表現讓我大吃一驚。當我介紹完新投入的材料后，最先跑去選材料的是他，選完后最先動手的也是他，到最后第一個完成獅王頭飾的還是他。全程我都有關注到他，還曾好心地出手幫助他，但被他無情地拒絕了，他說：“老師，我自己會做的。”剛開始，我還很擔心他的實力和能力，但之后的表現說明我錯了。他做完后臉上露出的那種成功感和幸福感讓我折服，也讓我因此陷入沉思。面對這類孩子，利用被孩子接受的材料（孩子自己收集的材料、氣球等）創設有趣的情境很有必要，孩子有了參與活動的積極性，活動就會變得順利而有效。

三、投放便于操作的區域材料，提升幼兒參與活動的成就感

對于幼兒來說，材料是引發他們主動建構對周圍世界認識的中介和橋梁，對教師來說，材料是教育目標和教育內容的物化，教師可以通過準備好的材料，對幼兒實施間接性、隱形的指導。材料與幼兒的年齡特點、經驗、能力和需要相適應，就能激起幼兒對學習的主動性，使他們在沒有壓力的環境中主動觀察、發現問題，獨立思考、解決問題。

案例描述：灝明、子軒、欣強、陳蕾、紫怡等5人在表演區玩起了《8只小狗抬花轎》的游戲，紫怡當新娘子站在花轎中間，其他4人在外當轎夫。新娘子已經打扮好，像模像樣的在里面，4個轎夫一開始抬著轎子在原地動來動去，然后邊唱歌邊前進。嘴里唱起了《8只小狗抬花轎》的歌，玩得不亦樂乎！

案例分析：這是一個表演區的活動，孩子們玩得很開心，而且玩了很久，不肯結束。大家輪流著坐轎子、抬轎子，一點也不覺得累。尤其是那個女孩子，在更衣室打扮好后（打扮也全由孩子自己完成），有種眾星捧月的感覺。能使幼兒這么自主地玩轉區域，我覺得主要還是取決于老師對于材料的選擇和投放。轎子是用硬板紙取材的，在兩邊各穿兩個洞，放上兩根PU管，在上面進行簡單裝飾，一頂轎子立馬完成。加上動物頭飾，坐轎子的孩子穿上服裝，一幅美麗的畫面盡顯眼前。從圖片中看出，孩子操作這些材料很方便，而且玩時很快樂，臉上洋溢著滿滿的幸福感。

其實，每個區都有自己獨特的活動材料，只要教師從幼兒出發，考慮到它的安全性、便捷性和趣味性，便于幼兒操作，那么孩子就能玩起來。

《幼兒園教育指導綱要（試行）》倡導以幼兒的積極情緒去推動認知學習，這是因為快樂的情緒和記憶對幼兒的學習是至關重要。快樂的情緒是區域活動的重要元素，各區活動教育目標的達成更是受幼兒自身情感需要的制約和影響。因

此，在為幼兒提供區域材料時，應盡可能地貼近幼兒的生活經驗，融入幼兒感興趣的生活素材，并將材料呈現在富有童趣的情境之中，幼兒在充滿人文色彩的游戲活動中，能夠自主選擇自己想玩的活動，真正做到玩轉快樂！

參考文獻：

1．邱廣翠。優化區域環境滿足幼兒發展需要.幼兒教學研究，2012 2.秦元東 陳芳主編．如何有效實施幼兒園主題性區域活動．中國輕工業出版社，2012 3.《幼兒園教育知道綱要（實行）解讀》教育部基礎教育司編寫

第三篇：城市道路交通安全GIS系統的研究

【摘 要】 GIS系統是有效提高城市道路交通安全管理的水平,減少事故的發生,使事故對道路通行的影響最小化,并有效合理分配交通流的重要手段。筆者在研究城市道路交通安全GIS系統的基礎上,討論了數據的來源、專題信息圖層的構建;提出了系統開發的主要技術;介紹了道路交通安全信息的采集、查詢和更新,交通事故信息的分析與預測,交通事故管理等功能;并提出了基于道路交通安全GIS系統事故管理的一些新方法。

【關鍵詞】 城市道路交通;安全分析;專題信息;地理信息系統(GIS);事故管理引 言

道路交通不僅是國民經濟建設和社會發展的重要保障,而且直接關系到每一名交通服務對象的切身利益,所以保證道路交通有序、安全、暢通是交通參與者對交通運輸部門提出的根本要求。如何應用先進的管理方法和技術,切實提高城市道路交通安全管理的水平,減少事故的發生,使事故對道路通行量的影響最小化,并最有效地合理分配交通流,需要先進的科學技術手段的支持。

當前,我國道路交通管理落后,缺乏先進的現代化交通控制手段和安全管理、事故檢測、處理系統。目前大多數城市的道路交通管理仍主要處于由人工管理的階段,大量的統計數據無法發揮其在分析預測、動態調度、實時控制方面的作用。地理信息系統(GIS)具有將空間數據和屬性數據結合起來的特性,利用它可將地形數據、道路數據、交通設施數據、交通事故數據等結合起來,提供直觀的查詢統計界面,并進行事故分析預測、提供交通控制指令等強大功能。應用GIS綜合開發和實現一套道路交通安全系統,為交通指揮部門提供卓有成效的指揮平臺是完全可能的。

目前,我國已經在該領域做了一些研究開發工作。但應用的范圍有限,主要功能著重于道路信息的查詢、空間數據和屬性數據的管理以及專題地圖和報表的輸出。總體來說分析和預測功能不強,還不能切實解決道路交通安全問題。其主要原因是道路交通安全涉及的因素眾多,主要包括駕駛員的生理和心理狀態、車輛的性能、道路狀況和設施配置。其中部分屬于靜態因素,部分屬于動態因素,這兩種因素之間的相互作用,是道路交通安全管理的特點和難點。而現行道路交通安全管理系統對動態信息的采集、分析和處理能力很差,無法對動態因素進行實時監控和管理;同時,與道路交通安全相關的各功能模塊的集成尚不夠成熟,沒有建立起統一的道路交通安全管理系統。

筆者將著重分析地理信息系統(GIS)在城市道路交通安全管理領域的應用,并介紹基于GIS的城市道路交通安全管理系統的設計思路和主要功能。2 GIS在道路交通安全管理的應用

近年來,通過科技手段降低道路交通事故率的研究有了長足的進展,其中之一就是將GIS系統應用到道路交通安全管理中。GIS系統是由計算機硬件、軟件、地理信息數據組成,并能夠有效地獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示所需格式地理信息的綜合信息系統。GIS系統除了可以滿足數據管理的需要,還可以用于路徑的選擇、對駕駛者提供信息和事故信息的統計分析等。GIS系統一般由5個子系統構成:

(1)數據獲取和處理系統;

(2)數據存儲和數據庫管理系統(DBMS);

(3)數據轉換系統;

(4)數據查詢系統;

(5)數據輸出系統。

可以看出,數據是直接影響到GIS應用潛力、成本和效率的關鍵。除靜態的圖形數據、圖形拓撲數據、特性數據和屬性數據外,基于GIS的道路交通安全管理系統還可以通過GPS、攝像頭和道路監視器獲取道路的實時動態信息。例如,在發生交通事故時,GIS可以可視化地描述事故發生的地點,準確地在電子地圖上定位,并根據拓撲計算得出事故造成的交通影響范圍,并自動將碰撞發生的時間、類型(正面或側面剮蹭等)、嚴重程度、占用車道的情況自動分類和存儲。3 道路交通安全GIS系統

采用道路交通安全GIS系統可以充分利用GIS數據輸入和預處理、數據管理以及可視化表達輸出的功能滿足對道路交通安全管理信息資料的查詢和更新的要求,并得到實時、動態反應城市道路變化的現狀資料,實現對各類設施系統、全面和高效的管理;利用GIS空間查詢和分析(緩沖區分析、疊置分析、網絡分析)的功能對道路交通安全問題進行多層次、多角度的分析研究,從而幫助管理部門實現交通事故防治、傷亡控制和事故發生地段的交通疏導;GIS系統結合車載通信設備和道路信息顯示屏以及交通信號燈的使用,可以預先提醒進入存在事故隱患地帶的車輛駕駛者和行人,通過這些交通參與者的主動行為減少事故發生的可能性。

3·1 系統的結構

城市道路交通安全GIS系統的主要功能分為三大部分:

(1)道路交通安全信息的采集、查詢和更新;

(2)交通事故信息的分析與預測;

(3)交通事故的管理。

其具體的結構如圖1所示。

3·2 數據的組織

GIS系統中的信息由能夠提高道路交通安全性的地理信息組成,數據的精度將直接影響分析和決策的準確性。基礎地理信息的來源包括現有地圖(地形圖/專題地圖)、全野外數字測圖(GPS/全站儀/電子手簿)、衛星影像、航空照片、調查統計數據、現有的數據文件和數據庫等。

除基礎地圖的地理信息外,城市道路交通安全GIS系統包括專題地圖信息。不同類型的數據用于表現交通安全的不同方面,數據的選取滿足實用性、有效性、可擴展性的原則。其主要包括以下幾方面:

(1)路網信息,包括道路名稱、是否為單行道、路段的速度限制、道路的長度、在道路上以限速行駛所需的時間等。

(2)道路信息,包括道路的方向、車道數和寬度、道路占用情況、公交系統的運行時間表等。

(3)交通設施信息,包括交叉口、信號燈和交通標志的位置,公共汽車、電車、地鐵車站的位置,顯示屏、攝像頭等數據采集設施的位置等。

(4)與交通事故相關的信息,包括事故頻發地段的位置、地形條件(如可視條件差、無交通標志或道路條件差的路段),容易引發交通事故的位置、交通事故的屬性信息(如嚴重程度、類型等)。

(5)統計信息,包括路段的年通行能力、平均通行速度等。

GIS系統中的信息可以組織到專題圖層中。每個圖層有一個主題,同時包含空間數據和屬性數據,圖層中每個特征點都可以通過坐標和屬性來確定和描述。根據我國城市道路交通安全管理的特點,GIS系統專題地圖可分為如下表所示的幾層。

3.3 數據的分析和利用

數據的空間分析包括靜態和動態的數據分析。靜態數據分析指根據在一定時間段內不變的固有數據信息進行的分析,例如交通事故的區域分布分析,對某一地區交通事故發生的特征和發生頻率進行分析,并通過建立數學模型,對交通事故的相關因素進行分析。

分析的結果可以通過圖形或報表的形式輸出,提供給交通管理者和交通參與者;動態數據分析也可稱為在線分析,它可以提供更方便、更實際的道路交通安全評價,從而對決策者迅速采取適當的緊急援助方案和交通控制措施提供幫助,并且通過車載通信設備和道路上的信息顯示屏,對進入危險地段的交通參與者提供警示信息。

3.3.1 統計分析

根據存儲在數據庫中的交通事故相關信息(包括事故地點、性質和原因等),對事故多發地點進行分析,統計研究區域內滿足分析條件的事故多發路段、點,或按照指定事故類型統計事故多發路段。可采用范圍值專題圖、點密度專題圖或直方圖專題圖的形式輸出統計結果。例如,按照事故發生的類型可分為人行道與車行道交叉口碰撞、非人行道交叉口碰撞、人與車輛碰撞、車輛正向碰撞、右轉碰撞、左轉碰撞、同向車輛剮蹭、車輛自身事故(如碰撞護欄等)和車輛追尾等分別統計。

3.3.2 分布分析與類型分析

GIS系統可以對引起交通事故的各因素進行分析評價,分析交通事故與各影響因素之間的敏感性和不確定性關系,從而對道路的規劃、道路設施的管理等提出建議。

影響因素按照駕駛員年齡、駕齡、生理和心理表現;車輛類型和行駛狀況;道路分類、路面、道路線形、地形、道路橫斷面;天氣;交通流等五方面進行分析。可以采用疊置分析的方法,重建拓撲關系,產生新的空間圖形。例如,將事故層與交叉口層疊加,經疊加分析后,將交通事故層的屬性信息加到交叉口層,然后通過屬性查詢,可以了解到交叉口附近交通事故的基本類型、何種類型的交叉口容易引起交通事故;如果再與交通設施層疊加,還可以了解交通設施與交叉口事故的統計關系。如圖2所示。

根據分析得出的結論,有針對性地提出事故的控制和預防策略,包括相關因素的控制(道路規劃、設備完善)、交通參與者的行為規范、事故的警示和防治、緊急救援和傷亡控制。

3.3.3 交通事故的預測

在交通事故數據的基礎上,利用相關因素分析、系統聚類分析和層次分析的方法,找到交通事故和影響因素之間的關系,并建立適當的預測模型,針對各種影響因素的變化對事故的發生進行預測。如雨雪天氣事故可能發生地段,根據這些預測結果,在這些地段設立危險地段警示或增加交通警力控制,減少事故的發生。

3.4 基于道路交通安全GIS系統的事故管理

事故管理是一個行為鏈,是從事故發生的發現到管理人員處理事件的整個過程。它包含事故的發現、驗證、響應和緊急救援的組織,事故發生地點的處理和相關的交通控制措施。交通事故不僅影響道路交通安全等級,同時還影響道路通行量。

3.4.1 最短路徑的計算

從事故的緊急救援來說,及時到位的救援可以大大減少傷亡率,醫療機構到達事故現場的路線可以通過GIS系統根據最短路徑的計算自動生成的救援路線獲得。

首先通過GPS的定位確定事故發生點,采用逐步增加的步長的方法建立事故點緩沖區,并采用圖形疊加的方法找到能夠提供緊急救援的最近醫療機構。采用狄克斯特累算法(Dijkstra’salgorithm)求解最短路徑,在這一過程中,首先節點的選擇在一定范圍內,以避免對路網所有節點的搜索,減少計算時間,其次將當時道路的通行速度作為路段的權值,該權值隨權值關系式變化,還有可能臨時出現一些障礙點,所以需要動態的計算最優路線。路徑確定后,可以及時通知救援部門,使其盡快到達事故現場。

3.4.2 交通誘導和控制

從對道路通行量來說,通過預先通知駕駛者由于交通事故引起的道路交通容量的限制,可以減少潛在的次生交通事故的發生率,還可以縮短駕駛者在道路上花費的時間,提高道路的服務水平;同時還可以通過限制接近交通事故現場車輛的速度,整體上提高道路交通流量,使事故對交通的影響減到最小。

系統可以根據事故類型、程度生成的點緩沖區、線緩沖區判斷事故對道路流量的影響,自動生成交通控制方案,利用道路信息屏、車載通信設備等,及時給駕駛者和行人發布交通信息,實現提示和預警功能;通過各種信號燈等控制設備和交通警務人員的協助,調整交通流的速度、密度,預防和減少事故的發生。4 結 語

城市道路交通安全系統利用GIS技術,通過對道路交通信息的獲取、專題信息圖層的建立,實現了數據采集和處理、屏幕直觀交互操作、動態數據管理、統計分析、交通事故信息的分布與類型分析、輔助控制決策、交通誘導等各種功能,為道路交通管理人員進行調度指揮提供強有力的手段和技術輔助工具,對保障道路交通安全和實時調度控制具有非常重要的作用。

但在實際推廣使用這一系統時還應注意由于道路信息是隨時間動態變化的,所以數據的更新非常重要。數據的更新可以通過GIS系統與通信技術的集成實現。GIS系統處理和存儲數據的能力取決于硬件條件,而且要實現交通控制功能,與駕駛者之間信息交互還需要相關設備的支持。

總之,交通各相關系統的配合,動態信息采集、傳輸、處理設施設備的建設,相關信息的共享,有利于更好地發揮該系統的效能,使城市道路交通安全GIS系統在道路安全領域做出更大的貢獻。

當前,我國地理信息系統已經進入了快速發展的階段,在很多城市中,應用于道路交通安全的GIS系統已經進入實際開發和應用階段,道路交通管理逐步向網絡化、智能化、一體化的方向發展,一個全方位發揮作用、準確、高效的道路交通安全管理系統將為我國道路交通管理提供越來越可靠的安全保證,使城市的道路交通更加安全、可靠、舒適和便捷。

第四篇：基于GIS的電信光纖網絡資源管理系統的設計與實現

基于GIS的電信光纖網絡資源管理系統的設計與實現

陳建華

1，曹俊

2（1.蘇州大學 計算機科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006； 2.南通電信公司 投資項目管理中心，江蘇 南通 226001）

摘 要：根據光纖網絡資源地理空間分布的特點和地理信息系統在空間數據管理上的優越性，設計了基于GIS的電信光纖網絡資源管理系統。該系統除實現對光纖網絡的空間及屬性數據管理的基本功能外，還能夠對相關數據進行綜合分析處理，為網絡規劃設計和維護管理提供輔助決策支持，提高光纖網絡資源管理效率。關鍵詞：地理信息系統 網絡資源管理 地理空間數據庫 引言

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是一項以計算機為基礎的新興技術，它是管理和研究空間數據的技術系統，在計算機軟硬件支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理，對數據進行有效管理以及研究各種空間實體的相互關系等。它把地理空間位置和相關屬性信息有機地結合在一起，根據實際需要圖文并茂地輸出給用戶，并借助其獨有的空間分析功能和可視化表達方式，提供各種輔助決策功能。

電信網絡資源數據的特點是量大而且與地圖的關系十分密切，以光纖網絡為例，無論是地理資源（如機房、管道）還是設備資源（如光纜、光交接箱）都包含表征空間位置及拓撲關系的空間矢量信息，以及記錄具體內容及本質特征的屬性信息。改變傳統的光纖網絡資源管理方式，能將這些數據全面直觀地在地圖上進行顯示，并能對相關數據進行綜合分析，使工作人員脫離枯燥的數據文字報表，到宏觀決策的有力支持，這需要利用GIS技術開發帶有地理信息的資源管理系統。系統設計方案

2.1 系統開發目標

經過多年的發展，電信企業己建成規模龐大、形態齊全的網絡，并在城市形成高密度的覆蓋。特別是在我國信息產業大發展的前提下，光纖網絡的建設速度明顯加快，它早已不局限于干線網絡傳輸，而是逐步向用戶接入傳輸領域延伸，直接為用戶提供高速、可靠的通信接入業務。近期，中國電信提出由“傳統基礎網絡運營商”向“現代綜合信息服務提供商”轉變的企業戰略目標，將網絡轉型 作者簡介：陳建華（1976-），男，江蘇南通人，南通電信公司投資項目管理中心工程師，蘇州大學計算機科學與技術學院碩士研究生。

確定為實現戰略的基礎，強調要加大光纖網絡建設，努力推進“光纖到戶”的網絡建設工作。因此，電信企業的光纖網絡規模仍將不斷擴大，結構也越來越復雜，需要有與之相適應的管理手段來指導網絡的規劃設計工作，以支撐網絡的健康發展。

電信光纖網絡有很強的地域性和空間性，而且有復雜的空間拓撲關系，和電信網絡的其它資源管理有很大區別。普通的資源管理系統采用表格化的方式管理管線、配線端子等空間資源，不直觀，非常難于查找，不能表達資源的空間拓撲關系，給管理帶來了諸多不便。根據光纖網絡資源地理空間分布的特點和地理信息系統在空間數據管理上的優越性，設計了基于GIS的電信光纖網絡管理系統。該系統除實現對光纖網絡的空間及屬性數據管理的基本功能外，還能夠對相關數據進行綜合分析處理，為網絡規劃設計和維護管理提供輔助決策支持。

2.2 系統軟件平臺選擇

本系統基于組件式的GIS集成二次開發，采用SuperMap公司的GIS平臺，以SuperMap Objects5為GIS開發組件，使用Oracle大型商用數據庫，采用微軟的Visual Basic.Net為開發工具，利用ADO技術訪問數據庫。系統開發的所使用的主要軟件和用途說明：

SuperMap Deskpro5：地理空間數據處理與分析； SuperMap Objects5：組件式GIS開發平臺； Oracle 9i數據庫：數據的存儲與管理； Oracle Spatial：空間數據的存儲與管理； Visual Basic.Net：GIS的集成二次開發。2.3 系統結構設計

考慮到電信光纖網絡資源的覆蓋范圍和數據量比較大，擬采用三層C/S結構（客戶應用界面/應用程序服務器/數據庫服務器）。三層C/S結構將原來兩層結構中的客戶端程序進行了劃分，將用戶界面抽取成三層結構中的客戶端程序，而將原先的數據庫訪問部分單獨分離出來成為應用服務器。三層結構只是邏輯上的概念，具體實現時，物理結構上的差異可能會很大。三層可以在一臺計算機上，也可以在兩臺、三臺，甚至更多的計算機上，只要它們在體系上遵循三層結構即可，這完全取決于系統的業務量。系統功能特點

目前，對電信網絡資源管理的研究不斷深入，也有較多的基于GIS的應用系統產品。從現有情況看，對光纖網絡已經實現了空間數據和屬性數據管理的基本功能，可以對網絡資源進行動態更新和維護，能夠在電子地圖上展示各網絡元素，但與實際工作需求（如網絡規劃決策等）還有一定差距。現有資源管理系統對光纖網絡整體情況的表現能力有待提高、表達方式還需要完善，對現有資源數據的綜合分析能力較弱，對最佳光纖路由分析、應急資源調度等輔助決策能力還不夠。該光纖網絡資源管理系統除實現常規的網絡資源管理功能外，還具有以下三方面的特點：

3.1 提供了方便的檢索手段

提供多種方式實現網絡資源的查詢功能：一是通過樹型目錄結構的層次圖，用戶逐級展開后選擇查找目標；二是基于網絡資源實體的關鍵屬性，根據用戶輸入的屬性值進行匹配查詢；三是在電子地圖上用鼠標點擊選擇網絡資源實體。

3.2 提供了網絡分析功能

資源預警，可以通過設置光纖利用率預警值，顯示光纖利用率超標的光纜和交接箱；或根據利用率高低生成專題地圖，為光纖網絡規劃決策提供依據。

故障點定位，當光纜出現故障時，能夠根據機房工作人員測試的障礙點與局站的距離，將故障點范圍在電子地圖上顯示，提高搶修工作效率。

圖紙生成，能夠生成規劃設計工作所需要的光纖路由圖和拓撲結構圖，為全面、快速、準確掌握網絡現狀提供支撐。

3.3 提供對資源調度的支撐

光纖調度，能根據申請光路的起訖點，基于最短路徑和最少轉接次數，輔助確定光纖調度線路，輸出光路中轉接的局點、跳接的光交接箱、各光纜段占用的光纖序號，能根據調度線路對光纖資源進行預先占用。系統管理范圍

在電信光纖網絡資源管理系統中需要管理的對象如下： 4.1 基礎網絡設施：

（1）局站：局站是本地網中容納一個或多個通信機房的建筑實體(含地下進

線室、管道閘)。在通信管線網的拓撲結構中，局站是作為光纜和管道的源或目的點而設計的。

（2）管道：管道是整個通信網絡中光纜的支撐和承載通道，由人井、進線室、管道段、管群等組成。

（3）桿路：桿路和管道同樣作為光纜的支撐和承載通道。4.2 光纜網絡設施

（1）光纜：本地網中，光纜由局間中繼光纜和用戶接入光纜組成。其中，中繼光纜提供局點之間的傳輸通道，以環形結構為主；接入光纜用于連接局點與普通用戶，以樹形結構為主。

在光纜網的拓撲結構中，有兩種基本要素：點和線。點元素有兩類：光交接點、光接入點，連接這兩類點的線即是光纜段，光纜則由多個連續的光纜段組成

（2）光交接點：指光配線架、光交接箱、光纜分歧接頭。光配線架、光交接箱為光纜段提供固定纖芯的端子，利用跳線使兩端線對任意跳接連通，以達到靈活調度線對的目的；而分歧接頭則可看作跳纖固定的光交接箱。

（3）光接入點：主要指光分纖箱。它介于光交接箱與用戶之間，以光纜段與光交接箱相連，用尾纖或尾纜與用戶設備相連。光接入點與光交接點的主要區別是前者為光纜纖芯的終結點，光纖不會轉接到其它光纜段上。

（4）光路：光路就是按用戶需求，在光交接點中將相鄰光纜段中的光纖依次連接后，可以提供完整光信號傳輸通道的光纖路由。光路是由多段光纖連接而形成的。

4.3 其它

（1）服務區域：指各局站、光交接點提供電信接入服務的用戶分布區域范圍，一般以道路、河流等自然分界物為界。

一個光交接點只從屬于單個局站，局站下所有光交接箱的服務區域構成局站服務區域，位于某個光交接箱服務區域內的用戶一般由其提供接入服務。

（2）光纖用戶：單獨占用一對光纖使用電信業務的用戶，主要關注其物理位置分布、業務重要等級。對光纖用戶信息的管理主要用來進行光纖資源調度、用戶密度分析、光纖需求預測、光纜割接影響分析等。

（3）電信設備：當一對光纖尾端安裝電信設備（如數據交換機）為多個用戶

提供服務時，則以電信設備信息管理為主，數據處理上可等同于一個光纖用戶。系統功能結構

5.1 資源維護

系統通過圖形接口，可視化地實現對局點、管道、桿路、光纜、光配線架、光交接箱等網絡設施的日常維護（增加、刪除或編輯）；提供對光纖光路、光纖用戶等主要業務信息的維護管理。

5.2 信息查詢

提供對網絡資源實體的查詢，顯示其屬性并可以在地圖上定位。系統提供三種查詢方式：一是通過樹型目錄結構的層次圖，用戶逐級展開后選擇查找目標；二是基于網絡資源實體的關鍵屬性，根據用戶輸入的屬性值進行匹配查詢；三是在電子地圖上用鼠標點擊選擇網絡資源實體。

5.3 資源統計

提供對局站、光交接點（數量、容量、端子利用率）、光纜段（數量、長度、纖芯利用率）等的查詢統計，可以通過指定設施類別、劃定地理區域、明確設施屬性等方式來完整、準確地統計所需內容，以Excel表格方式給出明細信息和匯總數據或打印輸出。

5.4 規劃輔助

通過對空間和屬性數據的加工處理，挖掘相互之間的關系，分析結果以圖形、表格等多種途徑表示，能夠以形象、直觀的方式，給規劃設計人員全面、快速地展示相關信息，為準確地進行光纜新建提供路由、容量、位置等方面的決策支持。

5.4.1 網絡設施分布圖

通過選擇設施的類別、輸入關鍵屬性值或選定地域范圍，對指定的網絡設施形成地理位置分布圖示，并可根據用戶需求同時顯示其它關鍵的屬性信息。

5.4.2 光纜路由及拓撲圖

通過指定局點的方式，將光纜路由、關聯的光交接箱等在電子地圖上予以顯示，并可生成拓撲結構圖。也可以根據用戶需求，同時提供光纜規格和型號、利用率等關鍵屬性信息。

5.4.3 利用率預警圖

可以通過設置光纖利用率預警值，顯示光纖利用率超標的光纜和交接箱；或根據利用率的高低生成專題地圖，為光纜新建決策提供依據。

5.4.4 光纖用戶分布圖

通過指定光交接箱或選定地理區域的方式，形成用戶分布示意圖，為光纜新建容量決策、光交接箱位置選擇等提供依據。

5.4.5 光纜建設路由的選擇

通過指定起始和終止局點，結合最短路徑、光纜段重復情況分析等，為最佳選擇光纜建設路由選擇提供決策輔助。

5.5 資源調度 5.5.1 故障點分析

當光纜出現故障時，能夠根據機房工作人員測試的障礙點與局站的距離，將故障點范圍在電子地圖上顯示，提高搶修工作效率。

5.5.2 正常光纖調度

能根據申請光路的起訖點，基于最短路徑和最少轉接次數，輔助確定光纖調度線路，輸出光路中轉接的局點、跳接的光交接箱、各光纜段占用的光纖序號、各局點的跳纖工單，能根據調度線路對光纖資源進行預先占用。

5.6 系統管理 5.6.1 權限管理

權限具有專業屬性和操作方式（查詢、修改等）屬性，當對系統中的對象執行操作，必須有相應的操作權限。對權限的管理功能有：增加權限、刪除權限、修改權限。

5.6.2 用戶管理

對用戶的管理功能有：增加、刪除、修改、權限設定。結束語

建設基于GIS的光纖網絡資源管理系統，可以實現對光纖網絡的全面有效管理，優化網絡建設規劃，提高運行效率，保證全網通信暢通，提高客戶滿意度。同時，由于電信網絡規模逐步擴大、復雜程度不斷提高，將GIS技術全面應用于電信網絡資源管理是技術和管理發展的必然趨勢。GIS技術自身的發展，也將促

使其在整個電信網絡資源管理領域發揮更為廣泛、重要的作用。

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Abstract

According to the characteristics of optical fiber network resources distributing in geographic space and the superiority of the GIS in space data management，we designed the system of fiber network resources management that based on GIS.The system can integratively process the relating data, besides some basic functions such as fiber network’s space and attributes data management.It is helpful for the designing and maintenance of fiber network.It can also improve the management efficiency of optical fiber network resources.Keywords

Geographic Information System（GIS），Network Resources Management，Geographic Space Database

機器人翻譯：

According to the spatial distribution fiber network resources geographic characteristics and GIS in spatial data management superiority, designed 基于GIS telecommunications fibre network resources management system.In addition to the realization of the basic functions for the optical fiber network system space and attributes of data management, but also be able to conduct a comprehensive analysis of relevant data processing, network design and maintenance management supporting decision support, improve fibre network resource management efficiency.

第五篇：電子系統級設計論文

電子系統級（ESL）設計

摘要：電子系統級設計（ESL,Electronic System Level)設計是能夠讓SOC 設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件的一套方法學，并提供下游寄存器傳輸級(RTL)實現的驗證基礎。ESL牽涉到比RTL級別更高層次的電路設計，其基本的關注點在于系統架構的優化、軟硬件劃分、系統架構原型建模、以及軟硬件協同仿真驗證。SystemC是一種很好的軟硬件聯合設計語言,它不僅可以幫助設計人員完成一個復雜的系統設計,還可以避免傳統設計中的各種弊端,并提高設計效率。關鍵詞：電子系統級設計；SOC；SystemC 1 引言

目前，高質量的電子系統設計變得越來越復雜和困難。功能更繁雜的設計需求，更短的上市時間，不斷增加的成本壓力使這種趨勢看起來還在加速。從應用概念到硅片實現的過程已經不能僅僅靠工程師聰明的大腦來完成，而更需要依賴于嚴格完善的設計方法學。

隨著片上系統（SoC，System on Chip)設計復雜度的不斷提高，設計前期在系統級別進行軟硬件劃分對SoC各方面性能的影響日趨增加，迫切需要高效快速性能分析和驗證方法學。傳統的RTL仿真平臺不能提供較快的仿真速度與較大的仿真規模，FPGA平臺則不能提供詳細的性能分析指標，而電子系統級設計（Electronic System Level，ESL）方法，不僅提供高速的仿真驗證手段還提供詳細的性能分析指標，已經成為當今SoC設計領域最前沿的設計方法，它是能夠讓SoC設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件的一套方法學。電子系統級設計（ESL，Electronic System Level）牽涉到比RTL級別更高層次的電路設計，其基本的關注點在于系統架構的優化、軟硬件劃分、系統架構原型建模、以及軟硬件協同仿真驗證。全新的ESL工具為電路系統級建模提供了虛擬原型的基本仿真平臺。電子系統級設計正在從學術研究的課題變成業界廣為接受的建模手段，它完成從理想應用優化到目標體系結構建立。而后依據預期產量規模的不同，用SoC 芯片或可編程平臺實現。2.傳統SOC設計方法的局限

目前的設計方法不能充分利用設計能力來快速構建滿足市場需求的SoC。而只有快速適應消費電子市場的變化，商業系統設計公司才能在競爭中勝出。這使SoC設計方法的研究具有重要的現實意義。

目前在技術上，SoC設計面臨的主要挑戰是在系統建模和硬件設計之間的不連續性。通常系統是使用C語言或其他系統描述語言定義的。而系統的集成電路實現卻使用硬件描述語言，因此導致轉換和重寫系統的負擔。這樣的流程使得設計過程中容易出錯而且耗時。驗證流程中需要仿真大規模系統，仿真速度難以需滿足設計需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象層次。SoC系統中的組件具有多樣性異質性，包括各個專業的設計，模擬和數字設計等等，需要提供異質的仿真環境以及對系統級設計空間的探索復雜性的管理。千萬門級的規模使得設計本身的管理成為問題深亞微米集成電路中，沿線延遲的增加使時序收斂問題顯得更加突出，需要消除前端邏輯設計和后端物理設計的反復返工問題傳統的設計重用方法需要適應規模的增長。系統設計需要具有競爭力，從基于芯片的設計方法，過渡到基于IP核的設計也是必然趨勢。雖然可以使用標準接口，但是更理想的辦法是分離出通訊部分，使用接口綜合技術。因此需要設計工具重點面向模塊間的通訊和互連，門級和寄存器傳輸級(RTL)仿真速度太慢，不適合系統設計。需要提高設計的抽象層次。SoC設計的趨勢是向高層抽象移動，更強調芯片級的規劃和驗證。強調早期芯片級規劃，以及軟硬件系統驗證。軟硬件協同設計方法是SoC設計方法學研究的重要領域。主要目的是開發適應設計需求的設計方法和相應的電子設計自動化軟件。在設計中通常一種技術是不能滿足設計要求的，因此要結合研發成本和開發周期等等因素，綜合考慮各種技術。3.ESL設計的基本概念

ESL設計指系統級的設計方法，從算法建模演變而來。ESL設計已經演變為嵌入式系統軟硬件設計、驗證、調試的一種補充方法學。在ESL設計中能夠實現軟硬件的交互和較高層次上的設計抽象。ESL設計能夠讓SoC設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件，并能夠為下游的寄存器傳輸級(RTL)實現提供驗證基礎。

ESL設計以抽象方式來描述系統單芯片（SoC）設計。在ESL設計中，系統的描述和仿真的速度快，讓設計工程師有充裕的時間分析設計內容。并且能提供足夠精度的虛擬原型，以配合軟件的設計。ESL設計不僅能應用在設計初期與系統架構規劃階段，亦能支持整個硬件與軟件互動設計的流程。

ESL設計技術與IP模塊能將流程融入現有的硬件與軟件設計與工具流程，在SoC開發流程中扮演協調統合的角色。它們讓工程師能開發含有數百萬邏輯門與數十萬行程序代碼的設計，并提供一套理想平臺，用來進行驗證，滿足客戶持續成長的需求。

4.ESL設計的特點

ESL設計之所以會受歡迎，主要源于以下五方面功能：功能正確和時鐘精確型的執行環境使提前開發軟件成為可能，縮短了軟硬件集成的時間。系統設計更早地和驗證流程相結合，能確定工程開發產品的正確性。在抽象層設置的約束和參數可以被傳遞到各種用于設計實現的工具中。（1）更早地進行軟件開發

有了虛擬的原型平臺意味著可以更早地開始軟件開發。對于目前基于SystemC語言的ESL設計方法學來說，ESL設計工程師可用SystemC生成一個用來仿真SoC行為的事務級模型。由于事務級模型的開發速度比RTL模型要快得多。在RTL實現以前，完成TLM建模后的系統就可以開始軟件的開發。這樣軟件的開發可以和RTL實現同時展開，而不是傳統上的在RTL實現完成以后才開始軟件的開發。雖然部分和硬件實現細節有關的軟件要在RTL完成以后才能開始，但還是可以節省大量的開發時間。（2）更高層次上的硬件設計

為了適應不斷變化的市場要求，需要不斷推出新產品或經過改進的產品。在SoC設計中可以通過改進一些模塊的性能、增加功能模塊或存儲器、甚至在體系結構上做出重大的調整。因此設計工程師必須擁有可實現的快速硬件設計方法。為了實現快速的硬件設計，在ESL設計須建立在較高層次上的抽象如事務級建模（TLM）。事務級模型應用于函數調用和數據包傳輸層。傳輸級模型可以分為事件觸發型和時鐘精確型，這些模型能夠提供比RTL級模型快好幾個數量級的仿真速度。ESL工具的挑戰就是既要保持足夠精度的時序信息來幫助設計決策，又要提供足夠的仿真速度以滿足大型的系統軟件（如OS啟動）在可接受的時間內的完整運行。只要掌握了這種平衡，就可以在高級設計中驗證時序和設置約束條件，再將這些優化的設計分割、分配到各個不同的軟、硬件設計工作組去加以實現。RTL仿真通常只能提供10MIPS到數百MIPS左右的性能；然而，時鐘精確型的ESL仿真卻能達到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）設計的可配置性和自動生成

越來越多的系統強調自己的可配置性，諸如：不同的處理器、不同的總線帶寬、不同的存儲器容量、無數的外設。配置和生成出來的設計必須和驗證環境得到的結果完全一致，并延續到整個設計流程中。通過ESL模型，結構設計師能夠找到最好的配置方案。但是，這樣產生出來的結果需要和一套骨架的驗證環境同步到設計實現中去。如ARM已經實現了從RealView SoC Designer ESL環境中自動導入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和綜合流程，并且可以從coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中啟動ARM PL300 AXI可配置互聯生成器，來生成AXI總線系統。（4）方便的架構設計

ESL架構設計能完成功能到運算引擎的映射。這里的引擎指的是那些可編程的目標——如處理器、可配置的DSP協處理器，或者是特殊的硬件模塊如UART外設、互連系統和存儲器結構。這是系統設計的開始環節，從行為上劃分系統，驗證各種配置選擇的可行性及優化程度。ESL工具對于開發可配置結構體系是非常關鍵的。它使系統結構從抽象的行為級很容易地映射到具體的硬件設計，從而方便決定哪些模塊可以被復用，哪些新模塊需要設計。還能提供必要信息指導最優化的通訊、調度和仲裁機制。（5）快速測試和驗證

由于ESL設計中的抽象級別明顯高于RTL設計抽象級別，ESL設計中可以做到描述模塊內的電路狀態、精確到納秒的轉換以及精確到位的總線行為。相比使用RTL，使用周期精確的事務級模型將使硬件驗證和硬件/軟件協同驗證速度快1000倍或者更多。這種方法不僅可產生用于驗證系統行為，它還支持與較低抽象級別的RTL模型的協同仿真。如果ESL設計抽象級別被當作一個測試臺的話，當下游的RTL實現模塊可用時，它們便可在這個測試臺上進行驗證。

系統級的HW/SW協同驗證要優于C/RTL實現級的HW/SW協同驗證。因為在系統級的驗證可以在較早的展開，而不必等到底層的實現完成后才開始。在底層實現沒有開始前的協同驗證可以及時修改體系結構或軟硬件劃分中的不合理因素。越高層次上的驗證，可以越大程度上減少修改設計帶來的損失。5.ESL設計方法

ESL作為一種先進的設計方法學，能夠用于硬件的功能建模與體系結構的探察，給硬件架構設計人員提供準確可靠的設計依據，因此在本章的內容里將將詳細介紹ESL設計的基本流程與ESL的核心方法—利用SystemC實現事務級建模的基本理念。

首先要指出的是在設計的哪個階段使用ESL設計方法和ESL設計工具。每一個電子產品的設計過程以某一種形式的頂層定義開始。這個定義過程可以以文本的形式描述，也可以用圖表、狀態圖、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL設計并不是定位在這個層次上的設計。而是通過描述系統怎樣工作，并為進一步的實現提供一個解決方案。ESL設計成為系統和更加底層設計之間的橋梁。ESL設計包括功能設計和體系結構設計兩大領域。

系統的行為由功能模塊實現，功能模塊設計必須關注系統的應用。功能設計不考慮硬件和軟件，物理和工藝。功能設計包括實現功能模塊結構、模塊之間的通信和它們的基本行為。在ESL中一個硬件功能模塊的設計包括定義正確的功能，確定輸入和輸出，劃分子模塊，確定子模塊的結構、數據流和控制邏輯，還要為其模塊建立測試環境。這個設計過程和RTL的設計流程相似，但他們在不同的抽象層次上，使用不同的設計語言，例如，在ESL的功能模塊建模過程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL級建模則使用Verilog或者VHDL。

體系結構設計首先要建立平臺的描述。接著將應用的功能部件影射到平臺。驗證體系結構模型，并根據成本和性能優化這個結構。在體系結構設計中需要考慮處理器的類型、處理器的數量、存儲器的大小、Cache性能、總線互聯和占用率、軟件和硬件的功能劃分和評估、功耗的評估和優化等。

首先ESL接受一個設計定義的輸入，這個定義可以是文本、圖表、算法或者是某種描述語言如UML，SLD，MATLAB等的描述。對于這個輸入的定義，在ESL設計完成算法的開發，接口定義，用ESL語言或其他語言來描述來完成體系結構的設計。并在此基礎上完成軟硬件的劃分。完成軟硬件劃分后，可以開始軟件和硬件的設計。在硬件設計中，對于功能單元需要在較高層次上的建模，完成功能設計。比如說用SystemC進行事務級的建模。

用C/C++或其他高級語言完成應用軟件的設計。在這個階段開始軟硬件的協同驗證，根據協同驗證的結果反饋給體系結構和軟硬件劃分。后者根據性能、成本等因素重新做出調整。軟硬件的設計和驗證，包括軟硬件的協同驗證是一個重復的過程，在整個設計過程中都要根據驗證的結果對體統和設計做出調整。完成驗證的硬件和軟件設計就可以組成一個完整地系統級設計。傳遞給下一級 的設計作為輸入。比如說是ESL設計為軟件應用提供C或C++語言描述的程序。為定制電路提供Verilog或VHDL語言描述的硬件設計。為硬件平臺提供PCB板的功能部件或抽象層IP，比如說基于SystemC的IP。在實現ESL設計流程的具體過程中，有不同的實現方法可以采用。下面介紹兩種應用得比較多 的設計方法。

在完

成系統功能定義后，設計方法之一是從系統的定義開始，先進行算法級設計。通常用MatLab等工具進行算法的分析，接著用Simulink等工具進行數據流的分析。完成分析后進行體系結構的平臺的設計。體系結構和平臺設計要進行系統級的驗證，以確定結構是否合理。在體系結構的設計中，首先從IP庫中獲取已有的硬件模塊的事物級模型，如處理器和總線模型，或者重新設計IP庫中沒有的模塊的事物級模型。硬件模塊的事物級建模完成后，建立系統模型。接下來輸入軟件參考模型進行軟硬件的協同驗證。體系結構的系統級驗證的目標是確定存儲器的大小、DMA的定義、總線帶寬和軟硬件劃分等。

與圖2中的ESL設計方法一相比，圖3中的設計方法是直接由軟件參考代碼開始，創建事物級模型的虛擬平臺，在此基礎上進行系統結構設計，驗證和性能的分析。通常，軟件參考代碼已實現了基本功能，特別是保證了算法及數據流等的正確性。如，軟件參考代碼可以是某一標準協議的用C語言寫的參考代碼。在軟件參考代碼和事物級模型的基礎上分別進行軟件和硬件的設計。在軟件設計中，會把建立完成的虛擬平臺和構架作為集成開發環境的一部分。集成開發環境還包括編譯器和調試工具的開發。在設計的過程通過軟硬件的協同驗證調整設計的內容。

6.SystemC的系統級芯片設計方法研究

在傳統設計方法中,設計的系統級往往使用UML,SDL, C, C++等進行描述以實現各功能模塊的算法,而在寄存器傳輸級使用硬件描述語言進行描述。最廣泛使用的2種硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL,傳統的系統設計方法流程如圖3所示。從圖中不難看出,傳統的設計方法會出現如下弊端:首先,設計人員需要使用C/C++語言來建立系統級模型,并驗證模型的正確性,在設計細化階段,原始的C和C++描述必須手工轉換為使用VHDL或Verilog HDL。在這個轉換過程中會花費大量的時間,并產生一些錯誤。

其次,當使用C語言描述的模塊轉換成HDL描述的模塊之后,后者將會成為今后設計的焦點,而設計人員花費大量時間建立起來的C模型將再沒有什么用處。再次,需要使用多個測試平臺。因為在系統級建立起來的針對C語言描述的模塊測試平臺無法直接轉換成針對HDL語言描述的模塊所需要的測試平臺。

無論采用什么樣的設計方法學,人們都需要對SOC時代的復雜電子系統進行描述,以選擇合適的系統架構進行軟硬件劃分、算法仿真等。描述的級別越低,細節問題就越突出,對實際系統的模仿就越精確,完成建模消耗的時間、仿真和驗證時間就越長。相反,描述的抽象級別越高,完成建模需要的時間就越短,但對目標系統的描述也就越不精確。作為設計人員必須在速度和精確性之間做出選擇。

人們對系統級描述語言的要求是:高仿真速度以及建模效率、時序和行為可以分開建模、支持基于接口的設計、支持軟硬件混合建模、支持從系統級到門級的無縫過渡、支持系統級調試和系統性能分析等。人們迫切需要一種語言單一地完成全部設計。這種語言必須能夠用于描述各種不同的抽象級別(如系統級、寄存器傳輸級等),能夠勝任軟硬件的協同設計和驗證,并且仿真速度要快。這就是所謂的系統級描述語言SLDL,而傳統的硬件描述語言如VHDL和Verilog HDL都不能滿足這些要求。SystemC就是目前這方面研究的最新、最好的成果,他擴展傳統的軟件語言C和C++并使他們支持硬件描述,所以可以很好地實現軟硬件的協同設計,是系統級芯片設計語言的發展趨勢。7.ESL綜合

“ESL綜合”到底有沒有一種明確的定義，能讓我們確信ESL綜合是一種可行的設計技術，或者用于評估某款所謂的ESL綜合工具是否真的能夠完成綜合工作？憑借Synplicity營銷高級副總裁AndrewHaines在電子設計自動化(EDA)方面的工作經驗，關于ESL綜合的定義，建議是：此定義應該突出ESL綜合與其他ESL設計工作相比的獨到之處。

首先，從本質來說，綜合是從一種抽象層級轉變為另一種抽象層級，同時保持功能不變。邏輯綜合是從RTL到邏輯門的轉變；而物理綜合則是從RTL到邏輯門及布局的轉變。因此，ESL綜合是從ESL描述語言到RTL等抽象較低的實施方案的轉變。就ESL綜合的定義而言，選擇哪種描述語言并不重要，因為通過在初始化階段根據不同應用支持多種ESL語言的方式，用戶群最終均能解決這一問題。重要的是，ESL綜合應將設計轉變為抽象較低但功能相當的實施方案。其次，某種技術被定義為綜合技術，就必然與其他形式的轉變存在根本區別。例如，原理圖輸入(schematic capture)很顯然是一種涉及多種抽象層級的轉變，而綜合則不是。綜合與原理圖輸入定義的獨特區別在于香蕉曲線，也

就是說，綜合的結果不是面積與時序關系圖上的一個點，而是一條曲線，表示所有綜合結果均保持相當的功能，但時序與面積不同。因此，根據面積與時序關系自動定義一系列功能相當的解決方案必須作為ESL綜合定義的一部分。

我們已經認識到，真正的DSP綜合需要從算法發展到優化的RTL，市場中已有能夠滿足上述要求的相關ESL綜合技術。這確實是ESL綜合技術的進步。不過，客戶必須始終認識到，有的所謂“ESL綜合”工具實際只能根

據算法描述創建參數化的RTL模型，這種產品不能實現自動化，也無法形成“香蕉曲線”，且對提高工作效率的作用也非常有限。定義本身不會改善ESL設計，即便如此，我們也應當在早期為其下一個明確的定義，以便設計小組了解ESL的真正進步與不足。參考文獻：

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