GIS区域土地利用系统设计论文[五篇范文]

第一篇：GIS区域土地利用系统设计论文

1系统目标

基于GIS的区域土地利用分析评价系统属空间型信息系统，其总体设计目标是以地理信息系统技术为核心，以计算机网络为传输载体，使用可视化技术，在土地利用统计数据库的基础上，紧密结合土地利用的分析评价理论体系与业务流程，实现土地利用的现代化与信息化监控与管理，并通过二维表结合地图可视化方案呈现地理信息评价结果，为相关决策部门或人员提供良好的决策支持。系统近期目标是构建一个区县级客户端应用，在实现GIS基本功能的基础上，添加土地利用数据的输入输出、参评因子选择及其权重计算、评价体系选择、评价模型确立和基本的评价结果分析等功能。系统的中远期目标是扩展和完善系统，建立起土地利用相关专业评价体系，使系统具备专题统计和分析功能。具有一定的辅助决策能力;建立一套区域级的多级互联共享评价系统，并实现系统的网络化，使之能够和上级部门进行数据交换和共享。

2系统总体结构设计

系统采用在C/S模式下的客户表现层与数据库层之间加入一个应用程序服务器层的三层结构体系，利用该中间层实现对数据库的访问和商业规则封装。逻辑上包括数据库层、业务逻辑层和表现层。数据库层主要负责属性数据和空间数据的更新管理，实现与逻辑层之间的数据交互处理;业务逻辑层则根据系统功能进行数据运算、判断分析、综合分类等逻辑操作，实现模块化分析处理;表现层直接面向用户，接受用户命令操作并反馈处理信息。这种体系结构将数据处理与逻辑操作相分离，保证层与层之间的相互独立，从而提高系统运行效率并保证数据的安全性。

3系统功能设计与实现

3．1系统功能设计

系统功能分基本功能和专业功能两大部分。基本功能主要以工具条形式在系统主面板中实现，贯穿系统的整个生命周期，主要包括属性、图形数据输入和输出(导入/导出)、数据编辑、属性及空间查询、数据格式转换、地图量算和投影转换等常用功能。专业功能则以模块化形式划分，实现分析评价、综合归类、统计报表和专题制图等主要工能，包括城镇建设用地综合评价，从土地利用的广度和深度层面分析评价，得到土地适宜度和集约度评价值;产业优化度评价，运用区位基尼系数和聚类分析法从产业类型和效益层面进行产业优化度分析，得到产业发展协调度和经济地位;土地利用和产业发展协调性评价，通过构建土地利用协调系统和产业发展系统反映承接产业和土地之间的协调耦合关系，再根据协调度模型计算两者之间协调性;土地利用分区评价，根据土地适宜性、土地集约度等有关成果，采用多因子加权综合分析法计算土地利用分区指标值;最后，将以上评价结果按一定标准划分不同等级并将其写入数据库中保存管理。

3．2系统功能实现

基于结构设计和功能设计，在VisualStudio．Net框架下，使用C#开发语言，结合GIS组件ArcGISEngine开发土地利用分析评价系统，这种方式的优点在于开发速度快、方式灵活、可伸缩性强。ArcGISEngine是对ArcOb-jects核心对象的重新封装，功能强大，完全能够满足系统的需要，相比ArcObjects，ArcGISEngine更易使用，并且可以脱离ArcGIS平台，大大地降低了系统构建成本。利用ArcGISEngine我们可以轻松地实现地图常用操作，并在其基础上封装土地利用评价的核心对象，实现其社会经济层面的分析评价。

4数据库设计

数据库是系统的核心组成部分，数据库设计须遵循完整性、安全可靠性和易于操作等原则，且必须符合相关行业规范和国家统一标准，保证不同软硬件平台、同源异构数据体在各级别系统及其他相关系统间的无缝融合与共享，从而促进相关合作。因此，数据库设计必须兼顾两者特性，保证数据结构的相容性。本系统分别建设空间数据库和属性数据库，空间数据库是对应空间实体的地理编码，能够标识地物对象的空间位置，并隐式地包含了各空间实体的地理坐标，通常有个人地理数据库和多用户地理数据库。考虑到系统稳定性和数据安全性等方面，这里采用多用户地理数据库SDEGeodatabase。空间数据按其存储方式分矢量数据和栅格数据，矢量数据直接以ShapeFile文件格式存储到Geodatabase中，栅格数据由于存储量大，考虑到读取效率问题，采用文件系统结合关系数据库协同存储管理，由关系数据库存储数据路径信息，文件系统管理数据。属性数据库主要存储元数据、经济统计数据和土地利用指标数据等不涉及地理坐标的属性信息，采用关系数据库存储管理，将各类属性数据作为字段建立关系表，其建立规则须符合规范化、实用性和关联性的原则。

5系统应用效果

以皖江城市带为例，根据基础地理数据及2010年相关经济统计数据进行土地利用的分析评价。结果显示，皖江城市带土地利用存在较多问题。例如，其城镇建设用地适宜性与集约度普遍较低，产业优化评价在不同区县间结果相差较大，而产业发展与土地利用协调度同样普遍较低。经检验，以上结果与实际评价结果吻合，证明系统能够准确无误地做出土地利用的分析评价，并且运行稳定，符合评价工作业务逻辑要求，是一款值得推广的软件产品。

6结束语

本文同时从系统的功能和结构方面论述了基于GIS的区域土地利用分析评价系统的构建方案，并充分考虑到系统的构建成本、构建周期和系统的扩展与维护等因素。建成的系统能够满足土地利用评价的应用需求，并且符合人们的业务逻辑习惯，具有较高的实用价值。但由于篇幅有限，对系统建设后期的多级系统间协同工作的论述还不够详尽，仍需进一步探讨。

第二篇：区域论文

玩转区域 自主发展

——幼儿区域活动开展策略之浅谈 王飞萍

【摘要】幼儿园区域活动，是幼儿一种重要的自主活动形式。它是以快乐和满足为目的，以操作、摆弄为途径的自主性学习活动。设立活动区的目的在于为幼儿提供一种开放的游戏环境，鼓励幼儿自主选择，自主探索，在与环境相互作用的过程中获得全面和谐的发展。通过观察，我发现区域活动的形式和材料的有效投放能促进孩子在活动中学会自主；他们通过与材料互动，变被动为主动；并在与同伴互相交往、互相合作、共同商讨中提高处理问题、解决问题的能力，真正做到了“我的快乐我做主”。

关键词： 区域活动 自主 幼儿园

幼儿园活动区作为一种新的课程组织形式，是“以幼儿为本”这一教育理念在幼儿园实践中的一种尝试，也是落实《幼儿园教育规程》提出的“以游戏为基本活动，寓教育于各项活动之中”这一思想的改革路径。应该说，现阶段强调避免幼儿教育小学化倾向，强调幼儿的自主性发展，强调游戏是幼儿园的基本活动，这在一定程度上鼓励了更多的幼儿园越来越重试区域活动的开展，尽管如此，幼儿园的区域活动仍然存在很多问题。今天，我就针对自己对本班孩子在开展区域活动时的策略进行简单的阐述。

一、创设固定的主题性区域活动，激发幼儿参与活动的兴趣

主题性区域活动，是那些和主题活动关系密切并随着主题活动的变化而相应 发生明显变化的区域活动，尤其是随着新的主题活动的诞生、发展与结束而相应（但实践中往往不会同时而是提前或滞后）诞生、发展与结束的区域活动，而相应的活动区便被称为主题性活动区。

各年龄段的幼儿在身心发展水平、兴趣爱好、知识经验等方面均存在着差异。中班幼儿好奇、好说、好问、好动，对活动的兴趣与自主性明显提高，但因幼儿的自控能力与规则意识尚未真正建立，因此中班幼儿常显得较为难管理。介于以上原因，我们在开展活动区时应考虑创设固定的活动区。而提供的材料也是跟着主题走的，这能最大程度地激发孩子参与到活动中去。

比如《小蜗牛爬呀爬》这一主题中，雨菲、丽华、马玲、雨嘉和晓晓在语言

区玩《小蜗牛的家》马玲拿着老鼠手偶对雨菲说：“你背个大包，是要出去旅行吗？”雨菲随机也跟着说：“你难道不知道？我背的是我的家！”接着她俩转身看向雨嘉，原来雨嘉是小蚂蚁，这回真高兴地背着它的家爬远了。丽华也跟着凑了过来，晓晓一开始自顾自地玩弄着手中的图片，看其他孩子玩得不亦乐乎，也凑过去玩了„„

案例分析：作为教师，看到孩子们能自己分配角色、自己讲述故事内容，是件愉快的事情。这个区域活动作为集体活动《小蜗牛的家》的延伸活动，需要孩子对故事有一定了解，从他们分角色讲述故事来看，除了晓晓对故事感知不是特别深以外，其他几个孩子很清楚地知道自己在干什么。过程中，我还惊喜地发现马玲她们几个女孩子还续编了故事，你一句我一句接得不错。

从案例中看出，幼儿之所以会自主得玩起来，最大的原因在于这个活动是跟着主题《小蜗牛爬呀爬》走的，是语言活动《小蜗牛的家》的延伸活动，孩子们拿着从故事中而来的材料，根据故事自己探索着，对活动的兴趣度很高。

二、布置有趣的氛围情景，推动幼儿参与活动的积极性

对于爱探究的幼儿来说，简单的材料他们能一下子就完成。为了给他们提供 探究和对比的机会，教师可以为幼儿提供不同材质的材料，让幼儿在相互比较中探究学习。而有趣的氛围情景会激发幼儿的游戏兴趣，让幼儿获得更多的游戏快乐，产生更多的游戏行为，化被动为主动。

比如，美工区活动《狮王的发型》。为了孩子们能愉快得玩起来，老师可谓是花了很多心思。他们收集了很多材料，有幼儿园提供的毛毛虫、彩纸、毛线、彩带、剪刀、胶水、双面胶等；有家长提供的废旧材料，如牛奶箱、报纸、皮筋、布条等；还有孩子们自己收集的一些材料，如散步去时路上捡的各种落叶，剪纸剪剩的漂亮彩纸，还有一些自己从家里带来的小玩意：女孩子项链、发夹，男孩子披风、宝剑。为了提高孩子参与活动的积极性，我们在阳台创设了一个森林舞会场景，搭建了一个走秀舞台，在舞台四周挂了些气球„„

卓岩是一个比较特别的孩子，平时很少有活动能引起他主动学习，尤其是美术方面。最简单的涂色，他都只会轻划几下，然后就嚷嚷着不会画不会画。中班的孩子这种程度，主要原因还是在于他对学习的主动性不够。而这次《狮王的发型》，他的表现让我大吃一惊。当我介绍完新投入的材料后，最先跑去选材料的是他，选完后最先动手的也是他，到最后第一个完成狮王头饰的还是他。全程我都有关注到他，还曾好心地出手帮助他，但被他无情地拒绝了，他说：“老师，我自己会做的。”刚开始，我还很担心他的实力和能力，但之后的表现说明我错了。他做完后脸上露出的那种成功感和幸福感让我折服，也让我因此陷入沉思。面对这类孩子，利用被孩子接受的材料（孩子自己收集的材料、气球等）创设有趣的情境很有必要，孩子有了参与活动的积极性，活动就会变得顺利而有效。

三、投放便于操作的区域材料，提升幼儿参与活动的成就感

对于幼儿来说，材料是引发他们主动建构对周围世界认识的中介和桥梁，对教师来说，材料是教育目标和教育内容的物化，教师可以通过准备好的材料，对幼儿实施间接性、隐形的指导。材料与幼儿的年龄特点、经验、能力和需要相适应，就能激起幼儿对学习的主动性，使他们在没有压力的环境中主动观察、发现问题，独立思考、解决问题。

案例描述：灏明、子轩、欣强、陈蕾、紫怡等5人在表演区玩起了《8只小狗抬花轿》的游戏，紫怡当新娘子站在花轿中间，其他4人在外当轿夫。新娘子已经打扮好，像模像样的在里面，4个轿夫一开始抬着轿子在原地动来动去，然后边唱歌边前进。嘴里唱起了《8只小狗抬花轿》的歌，玩得不亦乐乎！

案例分析：这是一个表演区的活动，孩子们玩得很开心，而且玩了很久，不肯结束。大家轮流着坐轿子、抬轿子，一点也不觉得累。尤其是那个女孩子，在更衣室打扮好后（打扮也全由孩子自己完成），有种众星捧月的感觉。能使幼儿这么自主地玩转区域，我觉得主要还是取决于老师对于材料的选择和投放。轿子是用硬板纸取材的，在两边各穿两个洞，放上两根PU管，在上面进行简单装饰，一顶轿子立马完成。加上动物头饰，坐轿子的孩子穿上服装，一幅美丽的画面尽显眼前。从图片中看出，孩子操作这些材料很方便，而且玩时很快乐，脸上洋溢着满满的幸福感。

其实，每个区都有自己独特的活动材料，只要教师从幼儿出发，考虑到它的安全性、便捷性和趣味性，便于幼儿操作，那么孩子就能玩起来。

《幼儿园教育指导纲要（试行）》倡导以幼儿的积极情绪去推动认知学习，这是因为快乐的情绪和记忆对幼儿的学习是至关重要。快乐的情绪是区域活动的重要元素，各区活动教育目标的达成更是受幼儿自身情感需要的制约和影响。因

此，在为幼儿提供区域材料时，应尽可能地贴近幼儿的生活经验，融入幼儿感兴趣的生活素材，并将材料呈现在富有童趣的情境之中，幼儿在充满人文色彩的游戏活动中，能够自主选择自己想玩的活动，真正做到玩转快乐！

参考文献：

1．邱广翠。优化区域环境满足幼儿发展需要.幼儿教学研究，2012 2.秦元东 陈芳主编．如何有效实施幼儿园主题性区域活动．中国轻工业出版社，2012 3.《幼儿园教育知道纲要（实行）解读》教育部基础教育司编写

第三篇：城市道路交通安全GIS系统的研究

【摘 要】 GIS系统是有效提高城市道路交通安全管理的水平,减少事故的发生,使事故对道路通行的影响最小化,并有效合理分配交通流的重要手段。笔者在研究城市道路交通安全GIS系统的基础上,讨论了数据的来源、专题信息图层的构建;提出了系统开发的主要技术;介绍了道路交通安全信息的采集、查询和更新,交通事故信息的分析与预测,交通事故管理等功能;并提出了基于道路交通安全GIS系统事故管理的一些新方法。

【关键词】 城市道路交通;安全分析;专题信息;地理信息系统(GIS);事故管理引 言

道路交通不仅是国民经济建设和社会发展的重要保障,而且直接关系到每一名交通服务对象的切身利益,所以保证道路交通有序、安全、畅通是交通参与者对交通运输部门提出的根本要求。如何应用先进的管理方法和技术,切实提高城市道路交通安全管理的水平,减少事故的发生,使事故对道路通行量的影响最小化,并最有效地合理分配交通流,需要先进的科学技术手段的支持。

当前,我国道路交通管理落后,缺乏先进的现代化交通控制手段和安全管理、事故检测、处理系统。目前大多数城市的道路交通管理仍主要处于由人工管理的阶段,大量的统计数据无法发挥其在分析预测、动态调度、实时控制方面的作用。地理信息系统(GIS)具有将空间数据和属性数据结合起来的特性,利用它可将地形数据、道路数据、交通设施数据、交通事故数据等结合起来,提供直观的查询统计界面,并进行事故分析预测、提供交通控制指令等强大功能。应用GIS综合开发和实现一套道路交通安全系统,为交通指挥部门提供卓有成效的指挥平台是完全可能的。

目前,我国已经在该领域做了一些研究开发工作。但应用的范围有限,主要功能着重于道路信息的查询、空间数据和属性数据的管理以及专题地图和报表的输出。总体来说分析和预测功能不强,还不能切实解决道路交通安全问题。其主要原因是道路交通安全涉及的因素众多,主要包括驾驶员的生理和心理状态、车辆的性能、道路状况和设施配置。其中部分属于静态因素,部分属于动态因素,这两种因素之间的相互作用,是道路交通安全管理的特点和难点。而现行道路交通安全管理系统对动态信息的采集、分析和处理能力很差,无法对动态因素进行实时监控和管理;同时,与道路交通安全相关的各功能模块的集成尚不够成熟,没有建立起统一的道路交通安全管理系统。

笔者将着重分析地理信息系统(GIS)在城市道路交通安全管理领域的应用,并介绍基于GIS的城市道路交通安全管理系统的设计思路和主要功能。2 GIS在道路交通安全管理的应用

近年来,通过科技手段降低道路交通事故率的研究有了长足的进展,其中之一就是将GIS系统应用到道路交通安全管理中。GIS系统是由计算机硬件、软件、地理信息数据组成,并能够有效地获取、存储、更新、操作、分析及显示所需格式地理信息的综合信息系统。GIS系统除了可以满足数据管理的需要,还可以用于路径的选择、对驾驶者提供信息和事故信息的统计分析等。GIS系统一般由5个子系统构成:

(1)数据获取和处理系统;

(2)数据存储和数据库管理系统(DBMS);

(3)数据转换系统;

(4)数据查询系统;

(5)数据输出系统。

可以看出,数据是直接影响到GIS应用潜力、成本和效率的关键。除静态的图形数据、图形拓扑数据、特性数据和属性数据外,基于GIS的道路交通安全管理系统还可以通过GPS、摄像头和道路监视器获取道路的实时动态信息。例如,在发生交通事故时,GIS可以可视化地描述事故发生的地点,准确地在电子地图上定位,并根据拓扑计算得出事故造成的交通影响范围,并自动将碰撞发生的时间、类型(正面或侧面剐蹭等)、严重程度、占用车道的情况自动分类和存储。3 道路交通安全GIS系统

采用道路交通安全GIS系统可以充分利用GIS数据输入和预处理、数据管理以及可视化表达输出的功能满足对道路交通安全管理信息资料的查询和更新的要求,并得到实时、动态反应城市道路变化的现状资料,实现对各类设施系统、全面和高效的管理;利用GIS空间查询和分析(缓冲区分析、叠置分析、网络分析)的功能对道路交通安全问题进行多层次、多角度的分析研究,从而帮助管理部门实现交通事故防治、伤亡控制和事故发生地段的交通疏导;GIS系统结合车载通信设备和道路信息显示屏以及交通信号灯的使用,可以预先提醒进入存在事故隐患地带的车辆驾驶者和行人,通过这些交通参与者的主动行为减少事故发生的可能性。

3·1 系统的结构

城市道路交通安全GIS系统的主要功能分为三大部分:

(1)道路交通安全信息的采集、查询和更新;

(2)交通事故信息的分析与预测;

(3)交通事故的管理。

其具体的结构如图1所示。

3·2 数据的组织

GIS系统中的信息由能够提高道路交通安全性的地理信息组成,数据的精度将直接影响分析和决策的准确性。基础地理信息的来源包括现有地图(地形图/专题地图)、全野外数字测图(GPS/全站仪/电子手簿)、卫星影像、航空照片、调查统计数据、现有的数据文件和数据库等。

除基础地图的地理信息外,城市道路交通安全GIS系统包括专题地图信息。不同类型的数据用于表现交通安全的不同方面,数据的选取满足实用性、有效性、可扩展性的原则。其主要包括以下几方面:

(1)路网信息,包括道路名称、是否为单行道、路段的速度限制、道路的长度、在道路上以限速行驶所需的时间等。

(2)道路信息,包括道路的方向、车道数和宽度、道路占用情况、公交系统的运行时间表等。

(3)交通设施信息,包括交叉口、信号灯和交通标志的位置,公共汽车、电车、地铁车站的位置,显示屏、摄像头等数据采集设施的位置等。

(4)与交通事故相关的信息,包括事故频发地段的位置、地形条件(如可视条件差、无交通标志或道路条件差的路段),容易引发交通事故的位置、交通事故的属性信息(如严重程度、类型等)。

(5)统计信息,包括路段的年通行能力、平均通行速度等。

GIS系统中的信息可以组织到专题图层中。每个图层有一个主题,同时包含空间数据和属性数据,图层中每个特征点都可以通过坐标和属性来确定和描述。根据我国城市道路交通安全管理的特点,GIS系统专题地图可分为如下表所示的几层。

3.3 数据的分析和利用

数据的空间分析包括静态和动态的数据分析。静态数据分析指根据在一定时间段内不变的固有数据信息进行的分析,例如交通事故的区域分布分析,对某一地区交通事故发生的特征和发生频率进行分析,并通过建立数学模型,对交通事故的相关因素进行分析。

分析的结果可以通过图形或报表的形式输出,提供给交通管理者和交通参与者;动态数据分析也可称为在线分析,它可以提供更方便、更实际的道路交通安全评价,从而对决策者迅速采取适当的紧急援助方案和交通控制措施提供帮助,并且通过车载通信设备和道路上的信息显示屏,对进入危险地段的交通参与者提供警示信息。

3.3.1 统计分析

根据存储在数据库中的交通事故相关信息(包括事故地点、性质和原因等),对事故多发地点进行分析,统计研究区域内满足分析条件的事故多发路段、点,或按照指定事故类型统计事故多发路段。可采用范围值专题图、点密度专题图或直方图专题图的形式输出统计结果。例如,按照事故发生的类型可分为人行道与车行道交叉口碰撞、非人行道交叉口碰撞、人与车辆碰撞、车辆正向碰撞、右转碰撞、左转碰撞、同向车辆剐蹭、车辆自身事故(如碰撞护栏等)和车辆追尾等分别统计。

3.3.2 分布分析与类型分析

GIS系统可以对引起交通事故的各因素进行分析评价,分析交通事故与各影响因素之间的敏感性和不确定性关系,从而对道路的规划、道路设施的管理等提出建议。

影响因素按照驾驶员年龄、驾龄、生理和心理表现;车辆类型和行驶状况;道路分类、路面、道路线形、地形、道路横断面;天气;交通流等五方面进行分析。可以采用叠置分析的方法,重建拓扑关系,产生新的空间图形。例如,将事故层与交叉口层叠加,经叠加分析后,将交通事故层的属性信息加到交叉口层,然后通过属性查询,可以了解到交叉口附近交通事故的基本类型、何种类型的交叉口容易引起交通事故;如果再与交通设施层叠加,还可以了解交通设施与交叉口事故的统计关系。如图2所示。

根据分析得出的结论,有针对性地提出事故的控制和预防策略,包括相关因素的控制(道路规划、设备完善)、交通参与者的行为规范、事故的警示和防治、紧急救援和伤亡控制。

3.3.3 交通事故的预测

在交通事故数据的基础上,利用相关因素分析、系统聚类分析和层次分析的方法,找到交通事故和影响因素之间的关系,并建立适当的预测模型,针对各种影响因素的变化对事故的发生进行预测。如雨雪天气事故可能发生地段,根据这些预测结果,在这些地段设立危险地段警示或增加交通警力控制,减少事故的发生。

3.4 基于道路交通安全GIS系统的事故管理

事故管理是一个行为链,是从事故发生的发现到管理人员处理事件的整个过程。它包含事故的发现、验证、响应和紧急救援的组织,事故发生地点的处理和相关的交通控制措施。交通事故不仅影响道路交通安全等级,同时还影响道路通行量。

3.4.1 最短路径的计算

从事故的紧急救援来说,及时到位的救援可以大大减少伤亡率,医疗机构到达事故现场的路线可以通过GIS系统根据最短路径的计算自动生成的救援路线获得。

首先通过GPS的定位确定事故发生点,采用逐步增加的步长的方法建立事故点缓冲区,并采用图形叠加的方法找到能够提供紧急救援的最近医疗机构。采用狄克斯特累算法(Dijkstra’salgorithm)求解最短路径,在这一过程中,首先节点的选择在一定范围内,以避免对路网所有节点的搜索,减少计算时间,其次将当时道路的通行速度作为路段的权值,该权值随权值关系式变化,还有可能临时出现一些障碍点,所以需要动态的计算最优路线。路径确定后,可以及时通知救援部门,使其尽快到达事故现场。

3.4.2 交通诱导和控制

从对道路通行量来说,通过预先通知驾驶者由于交通事故引起的道路交通容量的限制,可以减少潜在的次生交通事故的发生率,还可以缩短驾驶者在道路上花费的时间,提高道路的服务水平;同时还可以通过限制接近交通事故现场车辆的速度,整体上提高道路交通流量,使事故对交通的影响减到最小。

系统可以根据事故类型、程度生成的点缓冲区、线缓冲区判断事故对道路流量的影响,自动生成交通控制方案,利用道路信息屏、车载通信设备等,及时给驾驶者和行人发布交通信息,实现提示和预警功能;通过各种信号灯等控制设备和交通警务人员的协助,调整交通流的速度、密度,预防和减少事故的发生。4 结 语

城市道路交通安全系统利用GIS技术,通过对道路交通信息的获取、专题信息图层的建立,实现了数据采集和处理、屏幕直观交互操作、动态数据管理、统计分析、交通事故信息的分布与类型分析、辅助控制决策、交通诱导等各种功能,为道路交通管理人员进行调度指挥提供强有力的手段和技术辅助工具,对保障道路交通安全和实时调度控制具有非常重要的作用。

但在实际推广使用这一系统时还应注意由于道路信息是随时间动态变化的,所以数据的更新非常重要。数据的更新可以通过GIS系统与通信技术的集成实现。GIS系统处理和存储数据的能力取决于硬件条件,而且要实现交通控制功能,与驾驶者之间信息交互还需要相关设备的支持。

总之,交通各相关系统的配合,动态信息采集、传输、处理设施设备的建设,相关信息的共享,有利于更好地发挥该系统的效能,使城市道路交通安全GIS系统在道路安全领域做出更大的贡献。

当前,我国地理信息系统已经进入了快速发展的阶段,在很多城市中,应用于道路交通安全的GIS系统已经进入实际开发和应用阶段,道路交通管理逐步向网络化、智能化、一体化的方向发展,一个全方位发挥作用、准确、高效的道路交通安全管理系统将为我国道路交通管理提供越来越可靠的安全保证,使城市的道路交通更加安全、可靠、舒适和便捷。

第四篇：基于GIS的电信光纤网络资源管理系统的设计与实现

基于GIS的电信光纤网络资源管理系统的设计与实现

陈建华

1，曹俊

2（1.苏州大学 计算机科学与技术学院，江苏 苏州 215006； 2.南通电信公司 投资项目管理中心，江苏 南通 226001）

摘 要：根据光纤网络资源地理空间分布的特点和地理信息系统在空间数据管理上的优越性，设计了基于GIS的电信光纤网络资源管理系统。该系统除实现对光纤网络的空间及属性数据管理的基本功能外，还能够对相关数据进行综合分析处理，为网络规划设计和维护管理提供辅助决策支持，提高光纤网络资源管理效率。关键词：地理信息系统 网络资源管理 地理空间数据库 引言

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一项以计算机为基础的新兴技术，它是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，对数据进行有效管理以及研究各种空间实体的相互关系等。它把地理空间位置和相关属性信息有机地结合在一起，根据实际需要图文并茂地输出给用户，并借助其独有的空间分析功能和可视化表达方式，提供各种辅助决策功能。

电信网络资源数据的特点是量大而且与地图的关系十分密切，以光纤网络为例，无论是地理资源（如机房、管道）还是设备资源（如光缆、光交接箱）都包含表征空间位置及拓扑关系的空间矢量信息，以及记录具体内容及本质特征的属性信息。改变传统的光纤网络资源管理方式，能将这些数据全面直观地在地图上进行显示，并能对相关数据进行综合分析，使工作人员脱离枯燥的数据文字报表，到宏观决策的有力支持，这需要利用GIS技术开发带有地理信息的资源管理系统。系统设计方案

2.1 系统开发目标

经过多年的发展，电信企业己建成规模庞大、形态齐全的网络，并在城市形成高密度的覆盖。特别是在我国信息产业大发展的前提下，光纤网络的建设速度明显加快，它早已不局限于干线网络传输，而是逐步向用户接入传输领域延伸，直接为用户提供高速、可靠的通信接入业务。近期，中国电信提出由“传统基础网络运营商”向“现代综合信息服务提供商”转变的企业战略目标，将网络转型 作者简介：陈建华（1976-），男，江苏南通人，南通电信公司投资项目管理中心工程师，苏州大学计算机科学与技术学院硕士研究生。

确定为实现战略的基础，强调要加大光纤网络建设，努力推进“光纤到户”的网络建设工作。因此，电信企业的光纤网络规模仍将不断扩大，结构也越来越复杂，需要有与之相适应的管理手段来指导网络的规划设计工作，以支撑网络的健康发展。

电信光纤网络有很强的地域性和空间性，而且有复杂的空间拓扑关系，和电信网络的其它资源管理有很大区别。普通的资源管理系统采用表格化的方式管理管线、配线端子等空间资源，不直观，非常难于查找，不能表达资源的空间拓扑关系，给管理带来了诸多不便。根据光纤网络资源地理空间分布的特点和地理信息系统在空间数据管理上的优越性，设计了基于GIS的电信光纤网络管理系统。该系统除实现对光纤网络的空间及属性数据管理的基本功能外，还能够对相关数据进行综合分析处理，为网络规划设计和维护管理提供辅助决策支持。

2.2 系统软件平台选择

本系统基于组件式的GIS集成二次开发，采用SuperMap公司的GIS平台，以SuperMap Objects5为GIS开发组件，使用Oracle大型商用数据库，采用微软的Visual Basic.Net为开发工具，利用ADO技术访问数据库。系统开发的所使用的主要软件和用途说明：

SuperMap Deskpro5：地理空间数据处理与分析； SuperMap Objects5：组件式GIS开发平台； Oracle 9i数据库：数据的存储与管理； Oracle Spatial：空间数据的存储与管理； Visual Basic.Net：GIS的集成二次开发。2.3 系统结构设计

考虑到电信光纤网络资源的覆盖范围和数据量比较大，拟采用三层C/S结构（客户应用界面/应用程序服务器/数据库服务器）。三层C/S结构将原来两层结构中的客户端程序进行了划分，将用户界面抽取成三层结构中的客户端程序，而将原先的数据库访问部分单独分离出来成为应用服务器。三层结构只是逻辑上的概念，具体实现时，物理结构上的差异可能会很大。三层可以在一台计算机上，也可以在两台、三台，甚至更多的计算机上，只要它们在体系上遵循三层结构即可，这完全取决于系统的业务量。系统功能特点

目前，对电信网络资源管理的研究不断深入，也有较多的基于GIS的应用系统产品。从现有情况看，对光纤网络已经实现了空间数据和属性数据管理的基本功能，可以对网络资源进行动态更新和维护，能够在电子地图上展示各网络元素，但与实际工作需求（如网络规划决策等）还有一定差距。现有资源管理系统对光纤网络整体情况的表现能力有待提高、表达方式还需要完善，对现有资源数据的综合分析能力较弱，对最佳光纤路由分析、应急资源调度等辅助决策能力还不够。该光纤网络资源管理系统除实现常规的网络资源管理功能外，还具有以下三方面的特点：

3.1 提供了方便的检索手段

提供多种方式实现网络资源的查询功能：一是通过树型目录结构的层次图，用户逐级展开后选择查找目标；二是基于网络资源实体的关键属性，根据用户输入的属性值进行匹配查询；三是在电子地图上用鼠标点击选择网络资源实体。

3.2 提供了网络分析功能

资源预警，可以通过设置光纤利用率预警值，显示光纤利用率超标的光缆和交接箱；或根据利用率高低生成专题地图，为光纤网络规划决策提供依据。

故障点定位，当光缆出现故障时，能够根据机房工作人员测试的障碍点与局站的距离，将故障点范围在电子地图上显示，提高抢修工作效率。

图纸生成，能够生成规划设计工作所需要的光纤路由图和拓扑结构图，为全面、快速、准确掌握网络现状提供支撑。

3.3 提供对资源调度的支撑

光纤调度，能根据申请光路的起讫点，基于最短路径和最少转接次数，辅助确定光纤调度线路，输出光路中转接的局点、跳接的光交接箱、各光缆段占用的光纤序号，能根据调度线路对光纤资源进行预先占用。系统管理范围

在电信光纤网络资源管理系统中需要管理的对象如下： 4.1 基础网络设施：

（1）局站：局站是本地网中容纳一个或多个通信机房的建筑实体(含地下进

线室、管道闸)。在通信管线网的拓扑结构中，局站是作为光缆和管道的源或目的点而设计的。

（2）管道：管道是整个通信网络中光缆的支撑和承载通道，由人井、进线室、管道段、管群等组成。

（3）杆路：杆路和管道同样作为光缆的支撑和承载通道。4.2 光缆网络设施

（1）光缆：本地网中，光缆由局间中继光缆和用户接入光缆组成。其中，中继光缆提供局点之间的传输通道，以环形结构为主；接入光缆用于连接局点与普通用户，以树形结构为主。

在光缆网的拓扑结构中，有两种基本要素：点和线。点元素有两类：光交接点、光接入点，连接这两类点的线即是光缆段，光缆则由多个连续的光缆段组成

（2）光交接点：指光配线架、光交接箱、光缆分歧接头。光配线架、光交接箱为光缆段提供固定纤芯的端子，利用跳线使两端线对任意跳接连通，以达到灵活调度线对的目的；而分歧接头则可看作跳纤固定的光交接箱。

（3）光接入点：主要指光分纤箱。它介于光交接箱与用户之间，以光缆段与光交接箱相连，用尾纤或尾缆与用户设备相连。光接入点与光交接点的主要区别是前者为光缆纤芯的终结点，光纤不会转接到其它光缆段上。

（4）光路：光路就是按用户需求，在光交接点中将相邻光缆段中的光纤依次连接后，可以提供完整光信号传输通道的光纤路由。光路是由多段光纤连接而形成的。

4.3 其它

（1）服务区域：指各局站、光交接点提供电信接入服务的用户分布区域范围，一般以道路、河流等自然分界物为界。

一个光交接点只从属于单个局站，局站下所有光交接箱的服务区域构成局站服务区域，位于某个光交接箱服务区域内的用户一般由其提供接入服务。

（2）光纤用户：单独占用一对光纤使用电信业务的用户，主要关注其物理位置分布、业务重要等级。对光纤用户信息的管理主要用来进行光纤资源调度、用户密度分析、光纤需求预测、光缆割接影响分析等。

（3）电信设备：当一对光纤尾端安装电信设备（如数据交换机）为多个用户

提供服务时，则以电信设备信息管理为主，数据处理上可等同于一个光纤用户。系统功能结构

5.1 资源维护

系统通过图形接口，可视化地实现对局点、管道、杆路、光缆、光配线架、光交接箱等网络设施的日常维护（增加、删除或编辑）；提供对光纤光路、光纤用户等主要业务信息的维护管理。

5.2 信息查询

提供对网络资源实体的查询，显示其属性并可以在地图上定位。系统提供三种查询方式：一是通过树型目录结构的层次图，用户逐级展开后选择查找目标；二是基于网络资源实体的关键属性，根据用户输入的属性值进行匹配查询；三是在电子地图上用鼠标点击选择网络资源实体。

5.3 资源统计

提供对局站、光交接点（数量、容量、端子利用率）、光缆段（数量、长度、纤芯利用率）等的查询统计，可以通过指定设施类别、划定地理区域、明确设施属性等方式来完整、准确地统计所需内容，以Excel表格方式给出明细信息和汇总数据或打印输出。

5.4 规划辅助

通过对空间和属性数据的加工处理，挖掘相互之间的关系，分析结果以图形、表格等多种途径表示，能够以形象、直观的方式，给规划设计人员全面、快速地展示相关信息，为准确地进行光缆新建提供路由、容量、位置等方面的决策支持。

5.4.1 网络设施分布图

通过选择设施的类别、输入关键属性值或选定地域范围，对指定的网络设施形成地理位置分布图示，并可根据用户需求同时显示其它关键的属性信息。

5.4.2 光缆路由及拓扑图

通过指定局点的方式，将光缆路由、关联的光交接箱等在电子地图上予以显示，并可生成拓扑结构图。也可以根据用户需求，同时提供光缆规格和型号、利用率等关键属性信息。

5.4.3 利用率预警图

可以通过设置光纤利用率预警值，显示光纤利用率超标的光缆和交接箱；或根据利用率的高低生成专题地图，为光缆新建决策提供依据。

5.4.4 光纤用户分布图

通过指定光交接箱或选定地理区域的方式，形成用户分布示意图，为光缆新建容量决策、光交接箱位置选择等提供依据。

5.4.5 光缆建设路由的选择

通过指定起始和终止局点，结合最短路径、光缆段重复情况分析等，为最佳选择光缆建设路由选择提供决策辅助。

5.5 资源调度 5.5.1 故障点分析

当光缆出现故障时，能够根据机房工作人员测试的障碍点与局站的距离，将故障点范围在电子地图上显示，提高抢修工作效率。

5.5.2 正常光纤调度

能根据申请光路的起讫点，基于最短路径和最少转接次数，辅助确定光纤调度线路，输出光路中转接的局点、跳接的光交接箱、各光缆段占用的光纤序号、各局点的跳纤工单，能根据调度线路对光纤资源进行预先占用。

5.6 系统管理 5.6.1 权限管理

权限具有专业属性和操作方式（查询、修改等）属性，当对系统中的对象执行操作，必须有相应的操作权限。对权限的管理功能有：增加权限、删除权限、修改权限。

5.6.2 用户管理

对用户的管理功能有：增加、删除、修改、权限设定。结束语

建设基于GIS的光纤网络资源管理系统，可以实现对光纤网络的全面有效管理，优化网络建设规划，提高运行效率，保证全网通信畅通，提高客户满意度。同时，由于电信网络规模逐步扩大、复杂程度不断提高，将GIS技术全面应用于电信网络资源管理是技术和管理发展的必然趋势。GIS技术自身的发展，也将促

使其在整个电信网络资源管理领域发挥更为广泛、重要的作用。

参考文献：

[1] 李满春，任建武．GIS设计与实现[M]．北京：科学出版社，2003．

[2] 罗云启，曾琨，罗毅.数字化地理信息系统MapInfo高级应用[M]．北京：清华大学出版社，2004． [3] 赵鹏苏．电信网络资源信息化的管理研究[D]．吉林：吉林大学，2004．

[4] SuperMap Objects开发教程[M]．北京：北京超图地理信息技术有限公司，2004．

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

机器人翻译：

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：电子系统级设计论文

电子系统级（ESL）设计

摘要：电子系统级设计（ESL,Electronic System Level)设计是能够让SOC 设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学，并提供下游寄存器传输级(RTL)实现的验证基础。ESL牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。SystemC是一种很好的软硬件联合设计语言,它不仅可以帮助设计人员完成一个复杂的系统设计,还可以避免传统设计中的各种弊端,并提高设计效率。关键词：电子系统级设计；SOC；SystemC 1 引言

目前，高质量的电子系统设计变得越来越复杂和困难。功能更繁杂的设计需求，更短的上市时间，不断增加的成本压力使这种趋势看起来还在加速。从应用概念到硅片实现的过程已经不能仅仅靠工程师聪明的大脑来完成，而更需要依赖于严格完善的设计方法学。

随着片上系统（SoC，System on Chip)设计复杂度的不断提高，设计前期在系统级别进行软硬件划分对SoC各方面性能的影响日趋增加，迫切需要高效快速性能分析和验证方法学。传统的RTL仿真平台不能提供较快的仿真速度与较大的仿真规模，FPGA平台则不能提供详细的性能分析指标，而电子系统级设计（Electronic System Level，ESL）方法，不仅提供高速的仿真验证手段还提供详细的性能分析指标，已经成为当今SoC设计领域最前沿的设计方法，它是能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学。电子系统级设计（ESL，Electronic System Level）牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。全新的ESL工具为电路系统级建模提供了虚拟原型的基本仿真平台。电子系统级设计正在从学术研究的课题变成业界广为接受的建模手段，它完成从理想应用优化到目标体系结构建立。而后依据预期产量规模的不同，用SoC 芯片或可编程平台实现。2.传统SOC设计方法的局限

目前的设计方法不能充分利用设计能力来快速构建满足市场需求的SoC。而只有快速适应消费电子市场的变化，商业系统设计公司才能在竞争中胜出。这使SoC设计方法的研究具有重要的现实意义。

目前在技术上，SoC设计面临的主要挑战是在系统建模和硬件设计之间的不连续性。通常系统是使用C语言或其他系统描述语言定义的。而系统的集成电路实现却使用硬件描述语言，因此导致转换和重写系统的负担。这样的流程使得设计过程中容易出错而且耗时。验证流程中需要仿真大规模系统，仿真速度难以需满足设计需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象层次。SoC系统中的组件具有多样性异质性，包括各个专业的设计，模拟和数字设计等等，需要提供异质的仿真环境以及对系统级设计空间的探索复杂性的管理。千万门级的规模使得设计本身的管理成为问题深亚微米集成电路中，沿线延迟的增加使时序收敛问题显得更加突出，需要消除前端逻辑设计和后端物理设计的反复返工问题传统的设计重用方法需要适应规模的增长。系统设计需要具有竞争力，从基于芯片的设计方法，过渡到基于IP核的设计也是必然趋势。虽然可以使用标准接口，但是更理想的办法是分离出通讯部分，使用接口综合技术。因此需要设计工具重点面向模块间的通讯和互连，门级和寄存器传输级(RTL)仿真速度太慢，不适合系统设计。需要提高设计的抽象层次。SoC设计的趋势是向高层抽象移动，更强调芯片级的规划和验证。强调早期芯片级规划，以及软硬件系统验证。软硬件协同设计方法是SoC设计方法学研究的重要领域。主要目的是开发适应设计需求的设计方法和相应的电子设计自动化软件。在设计中通常一种技术是不能满足设计要求的，因此要结合研发成本和开发周期等等因素，综合考虑各种技术。3.ESL设计的基本概念

ESL设计指系统级的设计方法，从算法建模演变而来。ESL设计已经演变为嵌入式系统软硬件设计、验证、调试的一种补充方法学。在ESL设计中能够实现软硬件的交互和较高层次上的设计抽象。ESL设计能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件，并能够为下游的寄存器传输级(RTL)实现提供验证基础。

ESL设计以抽象方式来描述系统单芯片（SoC）设计。在ESL设计中，系统的描述和仿真的速度快，让设计工程师有充裕的时间分析设计内容。并且能提供足够精度的虚拟原型，以配合软件的设计。ESL设计不仅能应用在设计初期与系统架构规划阶段，亦能支持整个硬件与软件互动设计的流程。

ESL设计技术与IP模块能将流程融入现有的硬件与软件设计与工具流程，在SoC开发流程中扮演协调统合的角色。它们让工程师能开发含有数百万逻辑门与数十万行程序代码的设计，并提供一套理想平台，用来进行验证，满足客户持续成长的需求。

4.ESL设计的特点

ESL设计之所以会受欢迎，主要源于以下五方面功能：功能正确和时钟精确型的执行环境使提前开发软件成为可能，缩短了软硬件集成的时间。系统设计更早地和验证流程相结合，能确定工程开发产品的正确性。在抽象层设置的约束和参数可以被传递到各种用于设计实现的工具中。（1）更早地进行软件开发

有了虚拟的原型平台意味着可以更早地开始软件开发。对于目前基于SystemC语言的ESL设计方法学来说，ESL设计工程师可用SystemC生成一个用来仿真SoC行为的事务级模型。由于事务级模型的开发速度比RTL模型要快得多。在RTL实现以前，完成TLM建模后的系统就可以开始软件的开发。这样软件的开发可以和RTL实现同时展开，而不是传统上的在RTL实现完成以后才开始软件的开发。虽然部分和硬件实现细节有关的软件要在RTL完成以后才能开始，但还是可以节省大量的开发时间。（2）更高层次上的硬件设计

为了适应不断变化的市场要求，需要不断推出新产品或经过改进的产品。在SoC设计中可以通过改进一些模块的性能、增加功能模块或存储器、甚至在体系结构上做出重大的调整。因此设计工程师必须拥有可实现的快速硬件设计方法。为了实现快速的硬件设计，在ESL设计须建立在较高层次上的抽象如事务级建模（TLM）。事务级模型应用于函数调用和数据包传输层。传输级模型可以分为事件触发型和时钟精确型，这些模型能够提供比RTL级模型快好几个数量级的仿真速度。ESL工具的挑战就是既要保持足够精度的时序信息来帮助设计决策，又要提供足够的仿真速度以满足大型的系统软件（如OS启动）在可接受的时间内的完整运行。只要掌握了这种平衡，就可以在高级设计中验证时序和设置约束条件，再将这些优化的设计分割、分配到各个不同的软、硬件设计工作组去加以实现。RTL仿真通常只能提供10MIPS到数百MIPS左右的性能；然而，时钟精确型的ESL仿真却能达到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）设计的可配置性和自动生成

越来越多的系统强调自己的可配置性，诸如：不同的处理器、不同的总线带宽、不同的存储器容量、无数的外设。配置和生成出来的设计必须和验证环境得到的结果完全一致，并延续到整个设计流程中。通过ESL模型，结构设计师能够找到最好的配置方案。但是，这样产生出来的结果需要和一套骨架的验证环境同步到设计实现中去。如ARM已经实现了从RealView SoC Designer ESL环境中自动导入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和综合流程，并且可以从coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中启动ARM PL300 AXI可配置互联生成器，来生成AXI总线系统。（4）方便的架构设计

ESL架构设计能完成功能到运算引擎的映射。这里的引擎指的是那些可编程的目标——如处理器、可配置的DSP协处理器，或者是特殊的硬件模块如UART外设、互连系统和存储器结构。这是系统设计的开始环节，从行为上划分系统，验证各种配置选择的可行性及优化程度。ESL工具对于开发可配置结构体系是非常关键的。它使系统结构从抽象的行为级很容易地映射到具体的硬件设计，从而方便决定哪些模块可以被复用，哪些新模块需要设计。还能提供必要信息指导最优化的通讯、调度和仲裁机制。（5）快速测试和验证

由于ESL设计中的抽象级别明显高于RTL设计抽象级别，ESL设计中可以做到描述模块内的电路状态、精确到纳秒的转换以及精确到位的总线行为。相比使用RTL，使用周期精确的事务级模型将使硬件验证和硬件/软件协同验证速度快1000倍或者更多。这种方法不仅可产生用于验证系统行为，它还支持与较低抽象级别的RTL模型的协同仿真。如果ESL设计抽象级别被当作一个测试台的话，当下游的RTL实现模块可用时，它们便可在这个测试台上进行验证。

系统级的HW/SW协同验证要优于C/RTL实现级的HW/SW协同验证。因为在系统级的验证可以在较早的展开，而不必等到底层的实现完成后才开始。在底层实现没有开始前的协同验证可以及时修改体系结构或软硬件划分中的不合理因素。越高层次上的验证，可以越大程度上减少修改设计带来的损失。5.ESL设计方法

ESL作为一种先进的设计方法学，能够用于硬件的功能建模与体系结构的探察，给硬件架构设计人员提供准确可靠的设计依据，因此在本章的内容里将将详细介绍ESL设计的基本流程与ESL的核心方法—利用SystemC实现事务级建模的基本理念。

首先要指出的是在设计的哪个阶段使用ESL设计方法和ESL设计工具。每一个电子产品的设计过程以某一种形式的顶层定义开始。这个定义过程可以以文本的形式描述，也可以用图表、状态图、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL设计并不是定位在这个层次上的设计。而是通过描述系统怎样工作，并为进一步的实现提供一个解决方案。ESL设计成为系统和更加底层设计之间的桥梁。ESL设计包括功能设计和体系结构设计两大领域。

系统的行为由功能模块实现，功能模块设计必须关注系统的应用。功能设计不考虑硬件和软件，物理和工艺。功能设计包括实现功能模块结构、模块之间的通信和它们的基本行为。在ESL中一个硬件功能模块的设计包括定义正确的功能，确定输入和输出，划分子模块，确定子模块的结构、数据流和控制逻辑，还要为其模块建立测试环境。这个设计过程和RTL的设计流程相似，但他们在不同的抽象层次上，使用不同的设计语言，例如，在ESL的功能模块建模过程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL级建模则使用Verilog或者VHDL。

体系结构设计首先要建立平台的描述。接着将应用的功能部件影射到平台。验证体系结构模型，并根据成本和性能优化这个结构。在体系结构设计中需要考虑处理器的类型、处理器的数量、存储器的大小、Cache性能、总线互联和占用率、软件和硬件的功能划分和评估、功耗的评估和优化等。

首先ESL接受一个设计定义的输入，这个定义可以是文本、图表、算法或者是某种描述语言如UML，SLD，MATLAB等的描述。对于这个输入的定义，在ESL设计完成算法的开发，接口定义，用ESL语言或其他语言来描述来完成体系结构的设计。并在此基础上完成软硬件的划分。完成软硬件划分后，可以开始软件和硬件的设计。在硬件设计中，对于功能单元需要在较高层次上的建模，完成功能设计。比如说用SystemC进行事务级的建模。

用C/C++或其他高级语言完成应用软件的设计。在这个阶段开始软硬件的协同验证，根据协同验证的结果反馈给体系结构和软硬件划分。后者根据性能、成本等因素重新做出调整。软硬件的设计和验证，包括软硬件的协同验证是一个重复的过程，在整个设计过程中都要根据验证的结果对体统和设计做出调整。完成验证的硬件和软件设计就可以组成一个完整地系统级设计。传递给下一级 的设计作为输入。比如说是ESL设计为软件应用提供C或C++语言描述的程序。为定制电路提供Verilog或VHDL语言描述的硬件设计。为硬件平台提供PCB板的功能部件或抽象层IP，比如说基于SystemC的IP。在实现ESL设计流程的具体过程中，有不同的实现方法可以采用。下面介绍两种应用得比较多 的设计方法。

在完

成系统功能定义后，设计方法之一是从系统的定义开始，先进行算法级设计。通常用MatLab等工具进行算法的分析，接着用Simulink等工具进行数据流的分析。完成分析后进行体系结构的平台的设计。体系结构和平台设计要进行系统级的验证，以确定结构是否合理。在体系结构的设计中，首先从IP库中获取已有的硬件模块的事物级模型，如处理器和总线模型，或者重新设计IP库中没有的模块的事物级模型。硬件模块的事物级建模完成后，建立系统模型。接下来输入软件参考模型进行软硬件的协同验证。体系结构的系统级验证的目标是确定存储器的大小、DMA的定义、总线带宽和软硬件划分等。

与图2中的ESL设计方法一相比，图3中的设计方法是直接由软件参考代码开始，创建事物级模型的虚拟平台，在此基础上进行系统结构设计，验证和性能的分析。通常，软件参考代码已实现了基本功能，特别是保证了算法及数据流等的正确性。如，软件参考代码可以是某一标准协议的用C语言写的参考代码。在软件参考代码和事物级模型的基础上分别进行软件和硬件的设计。在软件设计中，会把建立完成的虚拟平台和构架作为集成开发环境的一部分。集成开发环境还包括编译器和调试工具的开发。在设计的过程通过软硬件的协同验证调整设计的内容。

6.SystemC的系统级芯片设计方法研究

在传统设计方法中,设计的系统级往往使用UML,SDL, C, C++等进行描述以实现各功能模块的算法,而在寄存器传输级使用硬件描述语言进行描述。最广泛使用的2种硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL,传统的系统设计方法流程如图3所示。从图中不难看出,传统的设计方法会出现如下弊端:首先,设计人员需要使用C/C++语言来建立系统级模型,并验证模型的正确性,在设计细化阶段,原始的C和C++描述必须手工转换为使用VHDL或Verilog HDL。在这个转换过程中会花费大量的时间,并产生一些错误。

其次,当使用C语言描述的模块转换成HDL描述的模块之后,后者将会成为今后设计的焦点,而设计人员花费大量时间建立起来的C模型将再没有什么用处。再次,需要使用多个测试平台。因为在系统级建立起来的针对C语言描述的模块测试平台无法直接转换成针对HDL语言描述的模块所需要的测试平台。

无论采用什么样的设计方法学,人们都需要对SOC时代的复杂电子系统进行描述,以选择合适的系统架构进行软硬件划分、算法仿真等。描述的级别越低,细节问题就越突出,对实际系统的模仿就越精确,完成建模消耗的时间、仿真和验证时间就越长。相反,描述的抽象级别越高,完成建模需要的时间就越短,但对目标系统的描述也就越不精确。作为设计人员必须在速度和精确性之间做出选择。

人们对系统级描述语言的要求是:高仿真速度以及建模效率、时序和行为可以分开建模、支持基于接口的设计、支持软硬件混合建模、支持从系统级到门级的无缝过渡、支持系统级调试和系统性能分析等。人们迫切需要一种语言单一地完成全部设计。这种语言必须能够用于描述各种不同的抽象级别(如系统级、寄存器传输级等),能够胜任软硬件的协同设计和验证,并且仿真速度要快。这就是所谓的系统级描述语言SLDL,而传统的硬件描述语言如VHDL和Verilog HDL都不能满足这些要求。SystemC就是目前这方面研究的最新、最好的成果,他扩展传统的软件语言C和C++并使他们支持硬件描述,所以可以很好地实现软硬件的协同设计,是系统级芯片设计语言的发展趋势。7.ESL综合

“ESL综合”到底有没有一种明确的定义，能让我们确信ESL综合是一种可行的设计技术，或者用于评估某款所谓的ESL综合工具是否真的能够完成综合工作？凭借Synplicity营销高级副总裁AndrewHaines在电子设计自动化(EDA)方面的工作经验，关于ESL综合的定义，建议是：此定义应该突出ESL综合与其他ESL设计工作相比的独到之处。

首先，从本质来说，综合是从一种抽象层级转变为另一种抽象层级，同时保持功能不变。逻辑综合是从RTL到逻辑门的转变；而物理综合则是从RTL到逻辑门及布局的转变。因此，ESL综合是从ESL描述语言到RTL等抽象较低的实施方案的转变。就ESL综合的定义而言，选择哪种描述语言并不重要，因为通过在初始化阶段根据不同应用支持多种ESL语言的方式，用户群最终均能解决这一问题。重要的是，ESL综合应将设计转变为抽象较低但功能相当的实施方案。其次，某种技术被定义为综合技术，就必然与其他形式的转变存在根本区别。例如，原理图输入(schematic capture)很显然是一种涉及多种抽象层级的转变，而综合则不是。综合与原理图输入定义的独特区别在于香蕉曲线，也

就是说，综合的结果不是面积与时序关系图上的一个点，而是一条曲线，表示所有综合结果均保持相当的功能，但时序与面积不同。因此，根据面积与时序关系自动定义一系列功能相当的解决方案必须作为ESL综合定义的一部分。

我们已经认识到，真正的DSP综合需要从算法发展到优化的RTL，市场中已有能够满足上述要求的相关ESL综合技术。这确实是ESL综合技术的进步。不过，客户必须始终认识到，有的所谓“ESL综合”工具实际只能根

据算法描述创建参数化的RTL模型，这种产品不能实现自动化，也无法形成“香蕉曲线”，且对提高工作效率的作用也非常有限。定义本身不会改善ESL设计，即便如此，我们也应当在早期为其下一个明确的定义，以便设计小组了解ESL的真正进步与不足。参考文献：

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[4]Bassam Tabbara.电子系统级（ESL）设计：越早开始越好.中国集成电路，2005（12）[5]祝永新.基于ARM ESL平台的H.264与AVS双解码软硬件协同设计和研究[D].上海交通大学,2010 [6]刘昊.基于ESL的AVS帧内预测算法周期精确级建模.信息技术，2008