数字化广播总控系统实施研究论文（最终定稿）

第一篇：数字化广播总控系统实施研究论文

摘 要：当前数字广播当前存在着主要问题在于发展资金不足和用户认同度不高的现状。在当前信息化时代的发展，互联网传递信息速度的普及，广播数字化已经成为历史的潮流，如何利用广播中控系统的实施，通过建立有效的数字化控制体系，就能够有效的解决当前广播总控系统中的不足与发展中的困境。笔者主要研究TVMMS系统体系结构的设计和MM1接口协议，分析整个TVMMS系统实施的方法。

关键词：数字广播总控系统设计

1序言

随着经济与社会的快速发展，数字广播已经进入了千家万户。作为新兴事物，数字广播在发展的过程中遇到了一些问题，一是资金不足，二是用户的认可度不高，随着计算机网络逐渐成为企业、政府和其它各种组织的重要信息载体和传输渠道，网络和其所带来的信息数字化大幅度提高了工作效率。然而如果没有一个高效率的系统能够针对当前广播系统进行管理与监控，则很难保证用户满意以及提升广播电视收视率。因此有必要针对此问题真正使用上一整套符合当前广播现状的TVMMS系统，并针对此系统进行实施，保证其的有效运行和解决上述存在的种种问题。

2TVMMS系统功能概述

TVMMS系统,包括了电视多媒体消息系统、移动通信网络（网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的）MMS系统、固定通信网络（网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的）（PSTN）MMS系统和Internet等。

2.1用户代理（UA，User Agent）

其是位于机顶盒STB的应用层软件，它提供对TVMMS业务的支持能力。用户通过它可以接收、观看、制作和发送电视多媒体消息。用户代理的主要功能如下：

用户代理是一个用户与其它用户代理或服务器通信的终端，采用SIP协议作为信令协议。用户代理可以运行在各种系统平台上，支持音频、视频、文本和电子白板等媒体类型。

用户代理的内部结构大致可以分为4个部分：图形用户界面（GUI）、SIP消息处理模块、媒体处理模块和JAIN SIP协议栈。其中JAIN SIP协议栈又分SIP包和SDP包2部分，分别负责SIP消息和媒体流的解析和发送。JAIN SIP对SIP通信实体的实现采用模块化处理，每个实体都由SipStack，SipProvider和SipListener构成。整个架构以事件为基础，采用了监听者（Listener）/提供者（Provider）的事件模型。

2.2服务器

TVMMS网关/服务器负责存储、处理来往的消息，在整个TVMMS系统中处于核心地位。在技术实现上，TVMMS网关和服务器可以集成在一起，也可以分开成2个设备，它们之间用MM2接口进行通信。

3实施的技术要点

为了确保整个数字化广播总控系统的实施，建立健全整个实施的方向，因此对于物理实施应当重视如下几个方面：（1）采用透明隔离硬防系统，全部网络基于因特网，不再新建物理内网，以达到减小投资、方便实用、扩大影响的目的；（2）采用动态数据库技术，各类数据自动二次处理，实时生成各类统计分析报表和预警提醒事项，充分利用信息资源、减少劳动强度、降低报表差错率；（3）采用虚拟3D技术，引入实战指挥概念，对企业经纬度、企业总平面进行立体、实时监控，并联接办公系统中其他各项实时采集数据，第一时间发现问题解决问题。

4实施的现状及存在的问题

4.1系统的数据流程

TVMMS系统对不同来源的数据自动接入或通过人工录入，系统进行加工处理后，生成发布的信息进行发布。数据的处理过程可以分为3个层面，分别是数据层，处理层和显示层。(1)数据层：该层的主要作用是其他系统传递过来的原始数据进行校验解包并进行预处理。(2)处理层：在处理层中，由数据处理模块调用相应的模型，如播放的状态分类计算模型等，进行数据计算处理,当前接收人员的状态信息，并经由人工确认，存入系统数据库。另外，有些突发事件需要人工信息输入并存入系统数据库。(3)显示层：显示层主要对状态信息进行处理，形成广播总控信息。

4.2TVMMS系统发布信息的实时自动生成(1)数据解析、融合：由于广播信号信息的多样性和异构性，来自于各数据源的信息必须先经过数据解析、数据融合处理转换成统一的格式后才能写入到流数据中心。数据解析是对源数据进行理解、翻译的过程，由于各流数据采集系统的数据元和数据格式不完全相同，因此需要通过数据解析将源数据翻译、格式化成标准的格式。数据融合将经数据解析后得到的源数据进行分类，补充源数据中缺少的数据元，并根据配置信息将源数据和一个路段断面相关联。

(2)数据预处理：数据预处理包含滤噪和判误两个过程。滤噪算法运用平均差原理，将差值(原始值与整体平均值的差值)大于平均差的那些数据视为噪点丢弃不用。判误算法则是根据预先设定的阀值判别源数据是否合法，如果不合法则丢弃。

4.3存在问题

(1)区域间缺乏联动诱导。在一些城市，随着不同区域广播控制系统的相继建成和规划建设，不同区域之间的广播关联性与不同区域广播控制系统的相对独立性之间的矛盾成为目前广播控制系统的主要矛盾之一。从出行者的角度主要表现在获得交通信息的不连续性，特别是在区域边界无法获得所需要的信息。(2)非城市快速路缺乏动态诱导。现行的诱导都只限于城市快速路，而作为衔接城市快速路的支路却缺少诱导。虽然我国城市交通诱导率低不至于出现Braess矛盾效应，但是却很容易在支路上发生拥堵。(3)各个TVMMS系统广播控制的独立。区域性的TVMMS系统广播控制并未有机统一起来，因此需要特别的权限进行管理与审核。

5结束语

TVMMS系统的发展需要有科学技术的发展为支撑，需要由先进的数学理论、模型和思维理念为基础。如何提升TVMMS系统体系的数字化、网络化、智能化，以及提高动静态数据的联动诱导的效率，将是衡量城市广播管理水平的关键因素。

参考文献

齐岩松，金纯，蒋小宇.数字广播多媒体消息及数据格式研究.广东通信技术，2007，27（4）：16-19.

第二篇：核磁共振系统的数字化研究

核磁共振系统的数字化研究

【摘要】：核磁共振(NMR)技术作为一种研究物质结构的重要工具,在物质检测和医学影像等领域中得到了广泛的应用。与此同时,其应用领域的拓展和科学研究的深入,又对核磁共振系统提出了更高的要求。本论文主要针对目前常规商业化NMR谱仪存在的问题,开展了谱仪技术的数字化研究,在保证谱仪功能和性能的前提下,对谱仪结构进行了优化,降低了设计成本。该研究工作为NMR设备的普及奠定了基础。论文的主要内容如下:1.核磁共振系统数字化研究的趋势。首先,介绍了核磁共振技术的发展,指出应用数字化技术是谱仪发展的一个重要方向。在此基础上,针对本论文的主要工作论述了数字化研究的意义。2.基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台的数字化研究。首先,在总结常规核磁共振谱仪结构的基础上,提出了全数字、一体化的谱仪控制台的设计思想。然后,详细介绍了该谱仪控制台的设计思路和硬件结构。该谱仪控制台采用USB总线,实现了外置式架构。此外,该谱仪控制台将控制/通讯部分、脉冲序列控制部分、射频发射部分与信号接收部分集成于一块板卡之上,还可以实现两种工作模式。最后,采用常规NMR序列实验较好地验证了整套系统的性能。可以看到,在谱仪结构简化的同时保证了性能指标,增强了灵活性,拓宽了应用范围。3.多通道磁共振信号接收方法的数字化研究。首先,讨论了近年来随着相控阵和并行成像技术的飞速发展对信号采集系统的要求。然后,针对现有技术的不足,提出了F_TDM多通道接收方法,并进行了

理论分析。最后,我们设计了基于PCI总线的四通道F_TDM数字接收机,通过成像实验论证了该方法的可行性。4.选择性激发脉冲的数字化研究。为提高射频功率放大器的效率,降低仪器的成本,我们提出了正负相位组合(P/N)选择性激发脉冲。首先,我们将P/N脉冲展开成傅立叶级数,分析了P/N脉冲和软脉冲在选择性激发上的等效性。然后通过密度矩阵的方法模拟了P/N脉冲的激发带宽曲线,并与软脉冲的激发带宽曲线作了比较。最后通过实验测量了P/N脉冲的激发带宽曲线,并给出了采用P/N脉冲选层获得的多层SE2D图像。5.磁共振系统数字化研究的总结与展望。总结了本论文的主要研究工作及其应用方向,对目前工作中存在的问题进行了分析并指出了改进的方向。【关键词】：核磁共振磁共振成像数字化研究一体化USB微处理器时分复用频分复用选择性激发正负相位组合脉冲 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2008 【分类号】：O482.532 【目录】：论文摘要6-8ABSTRACT8-12第一章绪论12-171.1核磁共振技术的发展概述12-131.2论文的主要研究内容及其意义13-15参考文献15-17第二章基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台17-562.1核磁共振谱仪的结构及发展17-212.1.1常规PFT-NMR谱仪结构17-202.1.2一体化核磁共振谱仪结构20-212.2基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台的数字化研究21-462.2.1控制/通讯单元

22-282.2.2脉冲序列控制单元28-312.2.3射频发射单元31-412.2.4信号接收单元41-462.3硬件设计46-482.4实验结果48-522.5总结52-53参考文献53-56第三章F_TDM多通道接收方法56-863.1磁共振信号的检测方法56-583.2相控阵与并行成像技术对信号采集系统的要求58-603.3F_TDM多通道接收方法的理论分析60-683.3.1时分复用(TDM)技术61-633.3.2频分复用(FDM)技术63-653.3.3F_TDM技术65-683.4F_TDM多通道接收机的硬件设计68-763.4.1放大与混频的设计69-703.4.2时分复用的设计70-713.4.3F_TDM信号接收与解调的设计71-753.4.4数字逻辑控制的设计75-763.5实验结果76-823.5.1耦合度76-783.5.2相位相干性78-803.5.3成像实验80-823.6讨论82-83参考文献83-86第四章正负相位组合(P/N)选择性激发脉冲86-1074.1选择性激发脉冲在磁共振成像中的应用86-894.2P/N脉冲的理论分析89-914.3等效性的验证91-984.3.1计算机模拟方法91-934.3.2相位93-944.3.3倾倒角94-974.3.4激发边带97-984.4硬件设计98-994.5实验结果99-1024.6讨论102-105参考文献105-107第五章总结与展望107-1101、基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台107-1082、多通道磁共振信号接收方法的数字化研究1083、选择性激发脉冲的数字化研究108-110攻读博士学位期间发表的论文110-111攻读博士学位期间申请的国家发明专利111-112致谢112

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第三篇：数字化石油钻井系统框架研究

数字化石油钻井系统框架研究

杨传书

在信息技术迅猛发展、市场竞争日益激烈的今天，国内外大公司、大企业纷纷加强信息化建设，优化工作流程，提高技术和管理水平，以期达到提高核心竞争力、创新增效的目的。信息化如何带动石油勘探开发这个传统的工业完成新一轮的革命,我国很多石油企业纷纷开始了数字油田的研究与建设。而石油钻井作为上游业务中耗费投资最大又对石油勘探开发水平产生重大影响的工程技术服务板块，其信息化也已经得到石油企业的高度重视。在数字油田建设的大背景下，数字化石油钻井系统建设也已经成为了石油钻井行业信息化的代名词。石油钻井行业的特点及面临的形势

石油钻井是石油勘探开发业务流程中最重要的环节之一。它是最直接的勘探手段，只有通过钻井才能最终确定油气藏的存在。它是实现石油开发（开采）的惟一途径，油气只有通过钻井井眼才能输送到地面。钻井施工作业大多在荒郊野外，而且大多没有进行过大规模的基础设施建设，地理条件复杂，对施工现场的管理和技术支持极为不便。

目前，世界石油钻井行业面临着以下严峻的形势：

1．技术上，要在越来越复杂的地质条件下达到越来越高的中靶精度；管理上，石油企业需要大幅度降低成本，要求钻井管理更加精细化、决策更加科学化。

2．石油钻井工程涉及到多个学科领域，是一个人员与技术高度密集，集技术、管理与经济运营等为一体的系统工程，也是融合多学科技术知识的一项综合工程，要提高整体水平难度很大。

3．钻井工程投资大、风险高，钻井过程中所使用的技术方法和专业技术人员、管理人员所做出的各项决策、制定的方案等都直接关系到钻井施工的效益和成败。

全世界的钻井服务商都面临着前所未有的来自经济与技术两个方面的巨大挑战。国外很多油公司和钻井工程承包商在这方面走在了我们的前面，他们已经逐步建立起了先进的钻井信息系统，实现了数字化施工。国外钻井信息系统的发展情况及特点

国外钻井服务商早在20世纪80年代开始就将信息技术应用到生产指挥中，取得了巨大的经济效益。到90年代，开始研究建立集钻井数据采集、数据信息传输、钻井数据库、钻井工程设计、钻井施工监测和钻井生产指挥为一体的钻井信息系统。钻井参数自动采集，生产信息及时送入现场计算机，通过通讯网络实时传送到总部信息中心，经过专家会诊做出决策，反馈到钻井现场进行实时监督，指挥钻井生产。

国外比我们提前近10几年进行钻井信息技术的开发利用。由于采用了先进的技术及与其相对应的应用系统、应用软件，将信息技术很好地应用到了钻井生产中，充分发挥了计算机的优势，使得钻井水平、速度有了很大提高。可以说国外钻井信息技术应用比较成功的国家，钻井队已到了离开计算机就无法打井的水平。

美国兰德马克(LANDMARK)钻井数据管理平台实现了钻井、完井和老井维修数据资料的一体化管理。意大利阿吉朴(AGIP)公司的钻井信息系统是一套非常先进的钻井信息系统，其特点是实现了钻井数据资料的实时采集和处理。整个系统包括数据采集、卫星通讯和数据处理系统三大部分，数据处理系统的开发技术实现了数学模型和人工智能技术的有机结合，对与钻井工程关系密切的、影响钻井安全的、经济的几个方面作了高水平的开发。BPAmoco，Texaxo 和EnterpriseOil等著名石油公司都已实现了一体化的数据管理和决策支持信息系统，有力地支持了公司决策，大大提高了生产效率，有效地降低了生产成本。

国外钻井信息系统普遍存在以下特点： 1．信息量大，信息覆盖面广 2．网络健全，应用系统丰富

3．信息系统充分利用石油钻井最新技术成果 4．软件与生产实际结合紧密

5．钻井信息系统基于一体化的解决方案

因为信息化建设的投入产生了良好的效益，因此许多大公司敢于不断加大信息化投资力度，从而产生更大的效益，使得信息化建设已经进入了良性发展轨道。我国石油钻井信息化建设的差距

自20世纪末期，我国石油企业开始了以钻井资料管理系统应用为代表的钻井信息化建设。经过多年的探索和实践，大部分企业都建立了钻井数据库，研发或配套了部分应用软件。这些系统促进了钻井技术水平的提高，一定程度上降低了钻井成本，但与国外钻井信息系统相比仍然存在很大差距，与我们国内钻井行业的自身要求仍然不相适应。主要表现在：

1．钻井数据的自动采集率低、实时性差。目前虽然在自动采集软件和远程网络技术方面取得了很好的进展，但就全国而言应用覆盖率仍然很低。

2．各企业的钻井数据库建设良莠不齐，都还没有涵盖钻井信息系统相关的全部数据，比如钻前数据、固井数据、管具数据、HSE数据、专家知识数据以及勘探开发等关联业务数据等等，使得钻井信息应用难以得到全面的信息支持。

3．现有应用系统的集成度和深度不够。虽然现有的系统在网络建设、数据采集和数据的查询、数据处理、钻井调度等方面都做了不少工作，但是缺乏对数据的更深层次分析处理、综合利用以及对钻井全过程的协同管理与指挥功能，钻井的智能化程度还很低，这些都是胜利钻井信息系统需要重点解决的问题。

4．对钻井信息化的管理滞后。虽然各企业或多或少地建立了相应的考核体系和奖惩制度，但由于管理体制改革力度不够，导致系统的推广应用效果不尽人意，尤其是数据不能按规定及时、准确、完整地采集入库，使得整个系统效率难以充分发挥，这就给后续的许多深层次的信息应用造成很大的阻碍。

5．基础设施不能满足应用需求。我国石油钻井企业的服务器配置和网络建设等方面不能满足不断增长的数据管理和应用的需求。

数字化石油钻井系统目标及框架

数字化石油钻井系统是包括钻井数据库、钻井应用软件和钻井基础设施在内的钻井综合信息系统，是在数字油田的大背景下提出的。数字化石油钻井系统的建设目标是：建设一套与国际接轨的具有国际先进水平的钻井信息系统，形成集钻井基层队、钻井专业公司（研究院）、油田总部为一体的，能够满足市场开拓、生产、管理、科研、经营、HSE管理等需求的信息体系，提升我国钻井行业和钻井企业的核心竞争力。

石油钻井的主流程是从市场信息的收集与分析开始，经过地质设计、工程设计、钻前以及钻井施工过程，其中钻井施工过程还包括管具及井控、欠平衡、泥浆、固井、定向井及取心服务等子流程和录井、测井、试油（或中途测试）等关联业务，流程所涉及的单位除了钻井队外，还有钻井设计单位、钻前施工队、固井队、定向技术服务队、欠平衡服务队、泥浆服务队、录井队、测井队、试油队，以及上层的钻井公司、钻井研究机构和技术服务等单位。在全面考虑钻井全过程所涉及到的数据以及各单位从事生产经营活动所需要的应用功能，从钻井数据的采集与管理、上层应用、网络与基础设施配套等三方面提出数字化石油钻 井的总体框架设计，见图1。

上层应用专业辅助应用系统（数据挖掘等深层次）生产、经营管理应用系统基础保障数据发布与检索系统数据质量监控与管理系统管理制度与考核措施档案培训生产科研钻井设计钻井工程钻井实时标准规范专家知识数据存储系统经营管理基建装备生产财务HSE市场企管网络与基础设施后勤支撑钻前管具泥浆定向固井供应运输维修人力资源组织劳资工会团委计生外部关联勘探开发录井测井测试地面数据中心 数据采集系统（软件）图1 数字化石油钻井总体技术框架

1.数据采集与管理体系

数据采集体系是从满足钻井生产业务需求的角度出发，通过数据采集软件和硬件，将钻井生产科研、经营管理、后勤支撑、人力资源以及关联业务等5大类源头数据按照统一的标准规范进行采集管理，做到各种数据在数据发生的第一时间以统一的格式一次性入库并通过校验，直接进入钻井数据中心集中管理，同时支持上层各类业务管理的应用和数据的深层次处理应用。这些数据在逻辑上构成一个统一的库，称为石油钻井数据中心，其内容构成如图2所示。

数据发布与检索系统数据质量监控与维护系统生产科研钻井设计钻井工程钻井实时标准规范专家知识数据存储系统经营管理基建装备生产财务HSE市场企管后勤支撑钻前管具泥浆定向固井供应运输维修档案培训人力资源组织劳资工会团委计生外部关联勘探开发录井测井测试地面数据采集系统（软件）图2 “数字化石油钻井”数据中心构成

生产科研类数据包括钻井设计、钻井工程、钻井实时、钻井技术标准与规范、钻井专家知识等5小类。

经营管理类数据包括基建、装备、生产统计、财务、HSE管理、市场信息、企管合同等7小类。

后勤支撑类数据可分为钻前、管具、泥浆、定向、固井、物资供应、运输、维修、档案、培训等10小类。

人力资源类数据包括组织、劳资、工会、团委、计生等5小类。

外部关联业务类数据包括勘探、开发、录井、测井、测试、地面建设等6小类。2.上层应用体系

数字化石油钻井系统还包括很多数据应用型软件，这些是真正发挥钻井信息效率的系统，主要分为生产经营管理和专业辅助应用2类，如图3所示。

专家咨询决策中心钻井数据综合处理系统钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统钻井专家系统钻井计算机模拟系统随钻地震信息处理系统„ „专业辅助应用系统（数据挖掘等深层次）生产、经营管理应用系统钻井设计系统钻井协同调度指挥系统钻井管具管理系统钻井基层队资质管理系统钻井HSE管理系统钻井质量综合评价系统钻井物流及成本管理系统综合业务管理系统钻井财务网上结算系统„ „生产运营组织中心 图3 数字化石油钻井上层应用软件构成

生产经营管理类软件主要由钻井设计系统、钻井协同调度指挥系统、钻井管具管理系统、钻井基层队资质管理系统、钻井HSE管理系统、钻井质量综合评价系统、钻井物流成本管理系统、钻井企业综合业务管理系统等MIS系统构成，该类应用主要是围绕钻井生产运营组织工作进行的。

（1）钻井设计系统功能主要包括钻井工程设计和管理、钻井轨迹设计、固井工艺优化设计、钻具受力分析、欠平衡钻井优化设计等。系统应该采用网络化协同设计思路进行设计，设计结果实现网上共享。

（2）钻井协同调度指挥系统是以GIS为基础，通过网络方式将钻井生产与管理的所有单位和部门组织在一个虚拟办公室内，通过信息的实时采集和指令的实时传递，实现网络协同调度，从而提高信息的准确性和调度效率。

（3）钻井管具管理系统功能主要包括钻井管具（管材、钻具、井控设备等）的准备、跟踪与管理也是钻井大流程中的重要组成部分，它几乎贯穿钻井全过程。管具管理的效率直接关系到现场管具供应质量和速度，也直接影响整个钻井质量和速度。钻井管具管理系统是对管具公司所有管具的整个生命周期进行管理，提高管理水平和服务水平。

（4）钻井基层队资质管理系统实现对钻井基层队伍的规范、量化管理。（5）钻井HSE管理系统实现对HSE及执行情况进行动态管理与监控。

（6）钻井质量综合评价系统是对钻井质量进行综合评价，主要包含井身质量评价、固井质量评价、井口质量评价、取芯质量评价等。

（7）钻井物流及成本管理系统实现对钻井物流和钻井成本管理。

（8）综合业务管理系统主要处理钻井各单位的日常办公和管理业务，比如生产动态、公文管理、车辆管理、内部交流、党政事务等等，各单位的管理方式不同，所要求的功能也不尽相同，但业务项大体相同。

专业辅助应用是利用人工智能、专家系统、神经网络、模糊逻辑、进化计算等新理论与技术同室内试验相结合，进行钻井工程计算机建模及数据挖掘，以最大程度地发挥信息资源的优势。它主要包括钻井数据综合处理系统、钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统、钻井专家系统、钻井计算机模拟系统、随钻地震信息处理系统等等，该类应用主要是围绕钻井技 5 术专家咨询决策进行的。各系统的主要功能简介如下：

（1）钻井数据处理系统主要包括以下部分：钻井数据分析技术研究；钻井综合成本分析；底部钻具分析；时效分析；与勘探开发数据库、油藏描述数据库、测井数据库、地质录井数据库的接口；井身结构和套管的优化设计；对实钻数据的分析和优化设计；钻井施工措施实时优化；井眼轨迹设计、预测和监控。

（2）钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统是对地层构造、设计轨迹、靶点、老井井眼轨迹、正施工井井眼轨迹等进行三维显示，供现场作业人员用于进行油井路径和钻头空间方位的观察与监视，并且与事先输入的钻井设计数据进行对比，可以为现场作业人员提供钻头的实际空间方位与设计空间方位之间的偏离信息，为操作人员控制钻头的走向提供可靠的依据，以便随时调整钻井工艺，实现可视化钻井。

（3）钻井专家系统主要是利用强大的数据资源（实钻数据和经验数据），结合先进的钻井技术，建立合理的模型，智能地处理钻井施工中的各种问题，达到预防和处理事故，提高钻井速度，降低钻井成本之目的。

（4）钻井计算机模拟系统在快速准确地提供信息的基础上，利用数理统计理论、人工智能方法等，建立数学模型，对工程施工提供可选择的最优方案。

（5）随钻地震的信息处理系统对钻头钻进过程中钻头与钻遇地层之间的撞击、摩擦所产生的微弱地震信号作为信号源进行处理，实现钻井过程时实监测的手段，及时为钻井工程师和决策者提供相关信息。3.基础设施配套体系

基础设施保障方面，需要从钻井基层队—>钻井公司—>油田—>集团总部进行一系列的基础设施建设，建设内容包括数据采集仪器配备、网络建设、服务器配备以及其他相关设施的配套建设。钻井基层队需要配备钻井参数仪、数据采集计算机和无线上网设备（如GPRS/CDMA卡），在偏远山区、沙漠和海洋等地施工的钻井队还需要配备卫星地面站，以实现数据的远程传输和施工的远程指挥；钻井公司以上单位则重点是配备满足数据管理和应用软件运行所需的服务器，应该根据所需量力而行，不可盲目贪大。为了生产调度的方便，可以为钻井公司配备大屏幕等设施，真正实现数字化、可视化调度指挥。基础设施的逻辑部署如图4所示。

卫星摄像机GPRS/CDMA计算机钻井队参数仪钻井队软件应用软件应用计算机参数仪存储钻井分公司软件应用软件应用千兆网存储钻井技术公司千兆网存储钻井分公司软件应用存储固井公司千兆网存储管具公司千兆网主干网千兆网大屏幕(7）千兆网千兆网油田总部IBM软件应用软件应用存储钻井总公司存储

图4 数字化石油钻井基础设施逻辑结构

效益分析

对于石油钻井这个融合多学科技术知识、投资大、风险高的综合工程来说，所使用的技术方法以及中、高层专业技术人员和管理人员所做出的各项决策分析、制定的目标方案都直接关系到钻井施工的效益和成败。另外，钻井作业地区从陆地到海洋，从高原到沙漠，复杂多变，地域辽阔，有的自然条件极其恶劣，远离人烟，偏远、荒芜，给施工带来极大的不便，因此，若仍按石油工业的传统方式组织和指挥施工，将要耗费巨大的成本和代价。另外，由于地质情况的多变性和复杂性，钻井工艺技术的发展不仅需要多种理论知识的指导，而更重要的是通过钻井过程中产生的大量数据资料的分析处理，形成规律性的认识，完善和优化钻井工艺技术，达到提高钻井速度、降低钻井成本、减少钻井过程对油藏污染的目的。这些都离不开信息技术的应用。

数字化石油钻井系统建设能够将钻井实时数据不断采集、传输，经过软件处理，专家会诊后再把决策指令反馈到钻井队，实现实时最优化钻井施工。可以使钻井和油藏地质人员“透视”地下三维图像以实时地监督正钻和待钻的井身轨迹。系统将综合运用网络技术、信息技术、数据库技术、综合性软件集成技术和Internet技术，使钻井过程控制和优化钻井达到新水平，使石油钻井的信息共享和技术应用突破地域的界限，各学科专家组成的项目工作组远程协同工作成为现实。

数字化石油钻井系统的最终价值主要有四个方面：降低钻井成本；整体提高钻井技术水平，从而提高石油勘探开发效率；提高钻井安全性；提高钻井系统的核心竞争力，从而创造更高的效益。

作者简介：杨传书，男，胜利油田钻井工艺研究院钻井信息中心工程师。他长期从事石油软件研发与项目管理、石油企业信息化研究工作。现正在参加国家863科技攻关项目“PetroDW 关键技术研究”以及数字化石油钻井系统研究工作。

第四篇：数字化教育社区研究论文

[摘 要]本文通过分析学校、家庭、社区教育的研究现状和发展趋势，提出在我国运用信息技术，构筑数字化教育社区(DEC)的基本设想。主要介绍了“构筑数字化教育社区的理论与实践”研究课题的研究意义、研究内容、研究思路、研究方法等。

[关键词]数字化教育社区(DEC);理论；实践

以信息技术为代表的科学技术的迅猛发展，对人类的生产方式、生活方式、思维方式以及学习方式等都产生了重大的影响。信息技术应用到教育过程中，引起了教育环境、教育资源、教育方式都向数字化方向发展。学校、家庭、社区教育的相互联系、相互补充、相互促进，是社会可持续发展的基本前提。运用信息技术，构筑数字化教育社区(Digital Education Community,简称DEC)，提供共享性资源，开展各种教育活动，构造终身学习体系，培养与未来社会发展相适应的各类人才，是促进教育发展、提高全民整体素质的有效途径。因此，开展构筑数字化教育社区的理论与实践研究，具有十分重要的意义。华南师范大学教育技术研究所正与珠江三角洲地区的部分区、镇（街）开展这一课题的研究。

一、研究的背景

关于发展社区教育、建立学习型城市的研究，在我国已有一些地区进行有组织的探索活动，如北京市西城区、上海市嘉定区、江苏省常熟市等都作了许多探索性工作。其他如四川省成都市青羊区教委开展的“构建区域性学校、家庭、社会三结合教育模式，全面推进素质教育”，湖北省武汉市蔡甸区和青山区、荆州市沙市区和江汉油田等地区开展的“社区教育现状调查”和“社区教育模式与实验”研究，山东省青岛市洛阳路办事处开展的“社区调研”等，对于学校、家庭、社区教育互动的研究也进行了一些初步的尝试。但通过对这些资料进行分析可以发现，其研究内容主要是关于情况调查、模式归纳、经验总结等，缺乏科学研究方法的指导和应用。同时，关于学校、家庭、社区教育的协同发展的研究缺乏数字化环境和数字化资源的支持，教育资源无法共享，缺少互动机制，对数字化教育与学习方式的指导与实践运用不够。

如何利用数字化环境和资源构建学习社区，近年来海外有一些数字化教育社区的研究个案，如1999年新加坡肯特岗数码实验室(KRDL)开发Common Town虚拟社区作为学习的平台，并在亚太经济国家的部分学校开展实验，介绍各国的文化、传统、饮食、风光等专题内容，培养学生的信息素养；2000年台湾中央大学的陈德怀教授等人，创建“亚卓市”虚拟社区(www.xiexiebang.com.tw)，用于人们在网上进行学习、工作和生活。这些个案，通过利用网络技术、引进数字化教育社区的思想与模式，对促进学校、家庭、社区协同发展摸索了一些经验，但有关数字化教育社区的理论模型、应用平台、互动机制、评价体系等许多问题还有待进一步探索解决。为此，本课题的研究从如下两个基本点出发：

1.转变观念，树立构建终身教育体系和构建学习型社区的观念

转变过去只重视学校教育和青少年教育的狭隘教育观，树立学校、家庭和社区教育并重的大教育观以及青少年教育和成人教育并重的终身教育观。

2.发挥信息技术的支撑作用

关于学校、家庭、社区教育协同发展的研究必须与教育城域网络技术相结合，创建数字化教育社区是信息社会发展的必然趋势。

二、研究的意义

1.利用信息技术，构建学习型组织，反映现代生产力对社区组织的内在要求。学习型组织是当今信息社会、知识经济时代涌现出的一种组织形式。它与以往单纯进行学习培训的组织不同，是借助先进的城域网络和共享的数字化资源，通过不断学习进行自身改革的组织。它要求社会成员全身心投入并有能力不断学习，通过学习创造自身，强调学习不仅导致知识、信念、行动的变化，还增强了组织的革新能力和成长能力。它的出现反映了现代生产力对各类组织的内在要求。

2.利用信息技术，实现社区的各类教育的整合，实施学习创新行动。数字化教育社区是利用城域信息网络系统，把一个社区的各类教育作为一个有机的整体，放在社会的大环境中，通过一定的组织机制，全面管理，统筹协调，使学校教育、社会教育、家庭教育相互结合，相互衔接。它不仅是中小学教育，也不仅是校外教育、成人教育、社会教育、幼儿教育、家庭教育等等，而是社区所进行的各种教育因素的整合，是促进社区发展的重要手段和根本途径。

3.利用信息技术，提高社区成员的素质，促进社区的发展。在社区发展中，人的因素是最重要的因素。构建学习型社区，是提高人口素质的根本保证。社区成员的社会公德、职业道德、个人品德决定了社区精神文明建设的水平，而提高社区全体成员的文明程度是提高人口素质、促进社区发展的基础。利用数字化教育社区平台，通过各种形式与内容的社区教育，不仅为人们提供学习各种知识、充实与完善自我的机会，也提高社区成员的科学文化水平，增强他们的民主、法制观念，把现代商品经济与社会主义道德规范有机融合起来，从而提高社区成员文明程度。利用数字化教育社区可以把特定地域空间的人形成社会共同体，使之成为社区成员终身学习的载体。因此，数字化教育社区平台可以成为人们更新知识、提高文化层次、增强工作能力的首选方式。利用数字化教育社区平台营造学习型社区环境，可以满足广大社区成员日益增长的终身学习的需求，为社区发展提供必要的保证。

4.利用信息技术，通过数字化教育社区的应用实践，发展教育技术基础理论，建立关于数字化教育社区的理论模型与评价体系，进一步发展和完善有关学校、家庭、社区教育协同发展的模式与方法。

三、研究的内容

1.构建数字化教育社区，进行学习型组织的理论研究

关于数字化教育社区的研究，在国外只有一些研究案例，在国内才刚刚起步，缺乏系统理论与丰富的实践经验，本课题的研究目的是建立一套系统的理论体系。这一体系包括三个不同的层面：

第一层面：利用数字化教育社区平台，建立学习型组织的规范操作程序。

建立学习型组织是建设学习型社区的重要步骤之一，而如何建立学习型组织又取决于其操作程序的规范性。所谓规范的操作程序，应该有两个基本要求，即建立学习型组织操作程序的指导思想和建立学习型组织各主要阶段详尽的操作程序细则。

第二层面：利用数字化教育社区平台，构建社区终身教育体系。

终身教育强调教育制度应提供个人终身参与组织化学习活动的机会。这种教育不再是简单的学校教育、成人教育、社会教育等的叠加，而是利用建设学习型社区的理念，对以培养创新精神和现代人文精神为重点的高等教育、以素质教育为重点的基础教育、以继续教育和岗位教育为重点的成人教育进行整合。社区终身教育体系的建立与教育理念的形成是本课题研究的重要内容。

第三层面：利用数字化教育社区平台，构建社区终身学习体系。

终身学习是终身教育的发展，是终身教育要达到的目的。终身学习是一种社会行为，是人们的一种生存方式，它为人的发展与完善提供一种新的选择。终身学习体系的构建，侧重研究如何使学习者个人内部发生变化，如何培养学习者具有终身主动学习的能力与习惯。构建终身学习体系，实际上就是要建立解决社区成员“学什么”和“怎样学”等问题的学习体系。它贯穿于学习的各个层面、各个角落，不仅拓展了学习的内容范畴与时间范畴，同时也拓展了学习的空间范畴，使学习者真正学会认知、学会做事、学会共同生活、学会创造，从而使人的智力、体力、人格、情趣和社会性等方方面面得到全面和谐的发展。

2.学校—家庭—社区的整体教育互动、协同发展的机制和活动模式研究

根据不同地区的特点和数字化教育社区的主导部门的不同，我们可以把学校—家庭—社区的教育整体互动、协同发展的机制和活动模式分为如下四类：

模式一：行政主导型模式，即以社区基层政府职能部门（如乡、镇、街道的教育办）为中心进行的连动型数字化教育社区发展模式。这类发展模式的特点是：政府职能部门作为数字化教育社区的组织者、实施者、监督者、协调者，以社区服务、社区文化、社区职业教育为着眼点进行各种社区教育活动。此模式带有较强的行政管理色彩。它将作为社区行政职能部门的一项重要工作，纳入工作目标体系并借助行政手段推进。通过行政力量动员社区各界参与社区教育，有利于发挥社会各界（尤其是学校、青少年宫、图书馆、读书会、市民学校等）的资源优势。

模式二：学校主导型模式，即以社区所在的中小学校为主体进行的活动型数字化教育社区发展模式。此模式的特点是以社区内的某所中小学作为数字化教育社区的组织者、协调者，利用自身办学资源和优势，通过校外活动发展社区教育。它是由学校牵头组建数字化教育社区协调委员会，定期研究学校课外教育工作，参与学校课外活动协调与管理，并向社区居民开放校内数字化学习设施和学习资源，充分发挥资源共享的优势。

这类模式能够较充分地利用中小学校办学资源，教育行为较为规范。但是，学校在调动和整合社区资源方面力量受到限制，社区居民将以学校名义开展的社区教育活动往往定位在课外活动层面上，难以真正达到终身教育的目的。

模式三：社区网校主导型模式，即以社区网络学校为载体进行的综合型数字化教育社区发展模式。此模式的特点是在社区利用网络系统建立区域性的社区网络学院（校）作为数字化教育社区的龙头单位，通过专业开发、课程开发、项目开发等多种手段组织教育教学活动，通过学历教育、非学历教育手段进行文化性、职业性、专业性社区教育。

此模式可以形成一种以社区成人居民（在职或转岗从业人员）为主要教育对象，可以为其提供区域性、多层次、开放式、综合性、大众化的集区域高教、成教、职教等为一体的新的大教育模式。此模式提供多层次、多类型、多样化的教育活动。将学历教育与非学历教育、职业资格证书教育与休闲文化教育、企业项目教育与居民自主学习融为一体，使社区网校成为一种新型的前途光明而又与我国现行教育体制不同的社区教育办学实体。

第五篇：中小学数字化校园功能系统设计的研究

中小学数字化校园功能系统设计的研究

黄骁

（唐山市职业教育中心，河北 唐山 063000）

摘 要：数字化校园已引起社会广泛关注，国内外软硬件厂商从自身利益出发，提出各自的解决方案，令校方目不暇接，众方案千差万别，部分方案和学校现有校园网没有多大差别，到底哪种方案才适合自己？本文从数字化校园功能系统设计的角度，提出分层结构设计方法，并从软件工程的角度，以实例形式，先绘制各功能模块之间的涵盖关系结构图，业务逻辑图和数据流图，通过分析各功能模块之间的内聚与耦合，给出中小学数字化校园功能系统设计的一般方法。

关键词：数字化校园；分层结构设计；数据流图；内聚；耦合 中图分类号：G434；TP37 文献标识码：A

一、问题的提出

在全球数字化浪潮的影响之下，全国各地中小学数字化校园已引起社会广泛关注，国内外软硬件厂商从自身利益出发，提出各自的解决方案，令校方目不暇接，众方案千差万别，部分方案和学校现有校园网没有多大差别，到底哪种方案才适合自己？另外，目前大部分中小学基本完成校园网建设，很多学校还架设了无线校园网，以覆盖整个校园，还在校园网部署了多媒体教学系统、办公管理系统、数字图书馆等应用，于是，很多学校认为自己已经实现数字化。

尽管时过境迁，早在2004年，《中国计算机报》2004年第58期汪蔚所撰 “什么是真正的数字校园？将打假进行到底”一文，曾提到以下两个情景，和当前学校状况相似。

情景1：

上午9时02分，某学校梯教室里坐满了嘈杂的学生，空气中还夹杂着牛奶和面包的气息，讲台上教授正面对着罢工的投影机发呆。在意识到自己对投影机束手无策时，才让一位学生去找技术人员。9时14分，技术人员来到，二十分钟之后才搞定。9:40，教授把教材的内容显示到投影幕上，开始授课。此时，离第一节下课已经很近了。

情景2：

下午2点半，教授因为职称评定的问题，要报批学校教务处。系里要把资料从机器里输出来，拿到教务处。等到了教务处后，教务处先核对教授的材料，发现教务处的材料和系里的材料不符。来回纠缠辩论半天之后，教务处要系里盖章证实教授个人材料的真实性，然后才能进行修改。

上述案例的一个共同点，学校已经有多媒体教学资源，很多资料已经数字化（如存放在电脑中的电脑资料），但各功能模块没有任何联系，校园内各应用没有集成，数据不能在各功能模块中流动。因此，只能说这些学校已经实现或正在实现资料的数字化，离校园数字化还有一定的差距。

学校该怎样利用现有的软硬件资源，才能实现真正的数字化校园？其实，数字化校园是一个复杂的系统，校方要避免盲目建设，重复建设，需要在功能模块设计上下功夫，本文从数字化校园功能系统设计的角度，提出数字化校园的建设的一般方法。

二、数字化校园分层结构设计

对学校来讲，校园网建设并不陌生，很多学校的校园网经历一代、二代、三代甚至四代建设，校园网建设很复杂，涉及到网络拓扑结构设计、综合布线，设备选型，系统调试，设备配置等工作。为了降低校园网建设的复杂度，比较典型的做法就是分层设计，把网络结构分为核心层、汇聚层和接入层是校园网建设中的典型分层方案。

学校建数字化校园，也可仿照网络结构分层设计的思想，尤其是数字化校园的功能系统设计，其优点如下：

1、开发人员可以只关注整个结构中的其中某一层；

2、可以很容易的用新的实现来替换原有层次的实现；

3、可以降低层与层之间的依赖；

4、有利于标准化；

5、利于各层逻辑的复用。

可将数字化校园分为网络硬件支撑平台、数据流服务平台、公共服务平台、应用支撑平台、信息服务平台和虚拟校园等六个层次（图1），各层次的主体功能如下：

图1

（一）网络硬件支撑平台

网络硬件支撑平台负责终端之间、终端与服务器之间、终端与外网、服务器与外网之间通信的网络硬件支撑平台包括服务器、网络设备、通信链路、存储、终端和操作系统，是校园数字化建设的硬件基础。

（二）数据流服务平台

数据流服务平台建立在通信链路平台之上，为公共服务平台或更高层次的应用提供通信保障。该层提供数据库服务支持，各功能模块所有的数据都来自数据库，数据在各功能模块之间流动，共享。

（三）公共服务平台

公共服务平台建立在数据流平台之上，为应用支撑平台或更高层次的数据流动提供接口和安全保障，是数据流动的基础，主要提供电子邮件、文件传输、信息发表、即时通信、身份认证、目录服务等公共服务。

（四）应用支撑平台

应用支撑平台建立在公共服务平台之上，为信息服务平台或更高层次的应用提供业务支撑，是数字化校园的核

心支持系统，包括学籍管理、家校互动、办公事务管理、教务管理、在线考试、资源管理、校产管理、图书管理、档案管理等具体的应用。

（五）信息服务平台

信息服务平台建立在应用支撑平台之上，是应用支撑平台为最终用户（教师、学生和家长）提供的人机交互接口，是最终用户的使用界面，具体表现是信息查询、网页呈现、多媒体教学、论坛、博客等。

（六）虚拟校园

虚拟校园是校园数字化后功能的自然扩展，将校园的功能突破围墙的限制，成为一个可以覆盖网络范围的无疆域的大学。

严格说来，虚拟校园不能单独算一层，当数字化校园的各类应用覆盖到学校工作的方方面面，并有足够的出口带宽，学生足不出户，也可享受学校提供的各项服务，包括网络课堂，在线答疑，在线考试，取得学分，毕业，继续学习等服务，虚拟校园就此实现了。

三、软件平台功能系统设计

即便学校有足够的财力或有比较强势的软件开发团队，都不可能一次性将学校的所有应用都设计出来，因为学校的工作在前进，应用在变化。学校在进行软件平台功能系统设计只要注意以下几点，学校就可以根据实际需要扩展功能模块了。

（一）遵照分层结构的设计思想，各功能模块有统一的接口标准

事实上，无论那种应用，都有业务逻辑和持久性两个概念，可以说，学校的所有应用是围绕着业务逻辑进行开展的。例如，学籍管理中的新生登记这一业务逻辑是新生录入→新生基本信息列表→新生审核→新生确认。

从业务逻辑的底层实现来看，业务逻辑其实是对业务实体进行组织的过程。这一点对于面向对象的系统才成立，因为在面向对象的系统中，识别业务实体，并制定业务实体的行为是非常基础的工作，而不同的业务实体的组合就形成了业务逻辑。

还有另一个重要的概念是持久性。例如，学生的档案数据最少有6年的生存期，其他数据，如教师、图书、资源库、教室等大部分的数据都是持久化的。目前最为通行的支持持久性的机制是数据库，尤其是关系性数据库－RDBMS。

具体到功能系统设计，仍建议采用分层设计思想，这样可使上层的逻辑不需要了解所有的底层逻辑，它只需要了解和它邻接的那一层的细节。通过严格的区分层次，大大降低了层间的耦合度。

在软件架构设计中有经典的三层理论：

表示层：用于处理人机交互。目前主流的两种表示层是Windows格式和WebBrowser格式。它主要的责任是处理用户请求，例如鼠标点击、输入、HTTP请求等领域。

逻辑层：模拟了企业中的实际活动，也可以认为是企业活动的模型。

数据层：处理数据库、消息系统、事务系统。数据层可划分为集成层和资源层（图2）。

图2 软件不仅要采用分层设计，各功能模块还要提供统一的接口标准，采用统一的接口标准使软件更易于修改、维护、扩充模块和二次开发。

（二）学校应用开发，功能模块形成

尽管数字化校园不可能覆盖学校所有工作，但可以将学校工作罗列出来，同时参考校园网中部署的多媒体教学系统、办公管理系统、数字图书馆等应用，通过百度或Google等搜索引擎，搜索互联网中已有的学校管理系统，图3是安脉科技的安脉学校综合管理平台，通过搜索互联网资源，罗列的应用会更加全面。

图3 一旦学校工作的绝大部分应用都被罗列出来以后，就可以根据紧要程度对这些应用赋予权值，然后排序（图4）。学校再根据自己的财力或开发团队，决定先开发哪些应用，后开发哪些应用，那些应用可以被放弃。功能模块 学籍管理 教务管理 考务管理 排课系统 成绩管理

紧要程度 1 1 1 2 功能模块 选课系统 在线考试 备课管理 作业管理 素质评价 紧要程度 2 2 3 3

功能模块 招生管理 德育管理 家校互动 科研管理 考勤管理 紧要程度 3 4 4 4

试卷分析 教职工管理 办公事务管理 日常处理 2 2 2 2 资源管理 教师研修 收费管理 实验室管理 3 3 3 3 图4

校产管理 宿舍管理 图书管理 档案管理 4 5 5 5

（三）绘制功能模块关系结构图

学校的每项工作都不是孤立的，每项工作都要受人员、场地和其他各种条件的限制，有些工作在完成进度方面可能还有先后关系，即前面所提到的业务逻辑关系，因此，在开发数字化校园软件平台前，先将各功能模块之间的关系结构图绘制出来，使功能模块之间的联系更加清晰，开发人员分工与合作更加明了。

1.构建模块涵盖关系结构图

在罗列学校应用时，从涵盖关系来讲，有些模块是平行的，是兄弟关系，有些模块则隶属的另外的模块，属于父子关系。例如，图5是学籍管理模块中的某些子模块，“班主任评语”和“学期学年成绩”模块之间是平行的，属兄弟关系，“学籍管理”和“成绩与评估管理”、“成绩与评估管理”和“学期学年成绩”模块之间则属于父子关系。构建涵盖关系结构图，可以简化软件主页面，功能层次更清晰，开发设计更方便。

图5 2.构建模块业务逻辑关系结构图

前面已多次提到业务逻辑，根据学校的应用绘制业务逻辑关系图可以表达各功能模块之间的递进关系，业务逻辑关系结构图最终将成为软件开发流程图。图6是某校的教务管理业务逻辑关系图，此图反映了各模块之间的递进顺序，和软件流程图有些类似，业务逻辑结构图可以帮助软件开发人员尽快熟悉学校工作（图6）

图6 3.绘制数据流图

数据流图（DFD）从数据传递和加工角度，以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法，图6是某校课程注册系统的数据流图。数据流程图包括：

※指明数据存在的数据符号，这些数据符号也可指明该数据所使用的媒体； ※指明对数据执行处理的处理符号，这些符号也可指明该处理所用到的机器功能； ※指明几个处理和（或）数据媒体之间的数据流的流线符号； ※便于读、写数据流程图的特殊符号。

图7 中小学数字化校园功能系统比较复杂，不能将整个学校的应用都绘制在一张图上，此时可绘制分层数据流图。根据层级数据流图分为顶层数据流图、中层数据流图和底层数据流图。除顶层数据流图外，其他数据流图从零开始编号。

顶层数据流图只含有一个加工表示整个系统；输出数据流和输入数据流为系统的输入数据和输出数据，表明系统的范围，以及与外部环境的数据交换关系。

中层数据流图是对父层数据流图中某个加工进行细化，而它的某个加工也可以再次细化，形成子图；中间层次的多少，一般视系统的复杂程度而定。

底层数据流图是指其加工不能再分解的数据流图，其加工成为“原子加工”。

如果所绘制的数据流图仍不能表达数据在系统内部的逻辑流向和变化过程，还可以绘制DFD片段（图8）。

图8 DFD片断很简单，容易理解。事实上，绘制数据流图的过程是先绘制DFD片断，再组合若干DFD片断，创建0层DFD，依此类推，一个完整的DFD也就构建出来了。

四、各功能模块之间耦合与内聚

很多中小学按高规格建设好了校园网，也配有很多实用的功能系统，由于这些学校仍然和本文开篇所描述的情景一样，各功能模块之间数据得不到共享，尽管资料已经数字化，但教授仍需要重新组织申报材料，把资料从电脑中拷贝出来，交教务处和系里审核。各功能模块之间分为块内联系（内聚）和块间联系（耦合）。

（一）各功能模块的块内联系——模块内聚

内聚程度的高低标志着模块构成的质量，从而直接影响系统设计的质量，高内聚模块可以简化设计和编码，提

高系统的可修改性和可维护性。设计时应该力求做到高内聚。下面按耦合度高低对内聚方法进行分类：

偶然内聚→逻辑内聚→时间内聚→步骤内聚→通信内聚→顺序内聚→功能内聚

通过图9可以帮助我们判断模块之间到底采用了什么样的内聚方法，显然，功能内聚是最优的模块块内联系设计结构。

图9 提高功能内聚是非常必要的，例如，有A、B、C三人做一个项目，项目很简单，其软件架构设计： A需要调用B的接口，B再调用C的接口。由于B的原因，使项目搁浅至今，最近A才发现，A原来可以直接调用C的接口，事情才得以解决。

在设计数字化校园的功能模块时，尽量采用内聚程度高，耦合程度低的内聚方法，其实很多架构设计是可以优化的，如：

1.顺序内聚转通信内聚

在教师管理模块中，很多工作是和年龄相关的，年龄是变化的，教师的生日却是固定，某架构设计是这样的：给出生日，由生日计算教师的年龄，再由年龄计算出教师的退休时间，这是典型的顺序内聚的例子(图10)。

图10 如果分别计算年龄和退休时间，但使用相同生日数据，此架构则具有通信内聚性（图11）。

图11 2．通信内聚转功能内聚

上例中两个模块如果直接从数据库读取教师的生日数据，也就是增加读取生日数据模块，计算年龄和计算退休时间不再使用同一个数据，各自独立，此架构则具有功能内聚性（图12）。

图12 在架构设计中，通常的做法是通过任务分解来获得功能内聚。

（二）各功能模块的块间联系——模块耦合

内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往往意味着模块间的松偶合。内聚和耦合都是进行模块化设计的有力工具。

耦合是影响系统复杂程度的第二个重要因素。例如，为了理解模块A，需要对模块B有所了解，则A，B之间有联系。如果需要对B的理解越多，则A，B的联系就越紧密，我们就说它们耦合越紧。若程序员要修改紧耦合中的一个模块，很可能不得不修改另一个模块。因此，模块间的耦合程度对系统的可维护性、可靠性有强烈的影响。耦合按从强到弱的顺序可分为（1）内容耦合、（2）公共耦合、（3）外部耦合、（4）控制耦合、（5）标记耦合、（6）数据耦合、（7）非直接耦合。在设计数字化校园各功能模块时，模块之间的耦合程度间越弱越好，和内聚一样，模块之间的耦合也是可以调整的，例如：

某校在设计成绩管理模块时，设计了两个子模块A和B，模块A将参数“平均／最高”传递给模块B，模块B按这个参数的值是“平均”还是“最高”去取相应成绩回送到A。这里的参数“平均／最高”实际上是一个控制信号（尽管它本身可能是数据形式），A和B之间属于控制耦合（图13）。

图13 如果将模块B分解为计算平均成绩和和计算最高成绩两个模块，模块A根据需要调用模块B1或B2（图14），A和B1或A和B2之间则属于数据耦合，减弱了模块之间的耦合程度。

图14

（三）数字化校园各功能模块的设计须遵循高内聚低耦合原则

软件开发人员一直在追求高内聚，低耦合。学校在设计数字化校园的各功能模块时，如何才能做到“高内聚，低耦合”，只要把握以下简单的处理原则即可： 1.一个完整的系统，模块与模块之间，尽可能的使其独立存在，即让每个模块，尽可能的独立完成某个特定的子功能。

2.模块与模块之间的接口，尽量的少而简单。

3.如果某两个模块间的关系比较复杂的话，最好首先考虑进一步的模块划分。

五、后记

如何提升校园信息化系统整合和应用水平，如何进一步提高数字化校园建设水平和信息化的应用能力，成为教育主管部门和各级中小学负责人考虑的问题。本文只给出中小学数字化校园功能系统设计的一般方法，一个学校，一个地区，要建设好数字化校园，还有很多具体工作要做。

参考文献：

[1] 汪蔚·什么是真正的数字校园？将打假进行到底[N]·中国计算机报，2004-08-09(58)[2] John W·Satzinger Robert B·Jackson Stephen D·Burd·系统分析与设计[M]·北京:机械工业出版社，2002 [3] 林星.架

构

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