关键词：房产测绘信息系统空间数据属性数据
中图分类号：P2文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0057-02
房产信息化是我国当前“数字城市”建设的重要内容，房产信息化建设关系到城市现代化的进程。房产信息系统已经成为现代房产管理的主要手段，数字房产是我国房产信息化发展的最新阶段。数字房产是以房产为对象进行数字化、网络化、一体化的管理信息系统。它以空间信息为核心，利用地理信息系统（GIS），管理信息系统（MIS）、办公自动化（OA）、工作流（WFS）等先进技术，综合集成和利用各类房产信息，达到房产管理和服务的最优化。其中，一体化是指数据模型的一体化，并通过其一体化的应用，可实现图形信息与业务信息、档案信息的一体化，可实现房产平面图形与房产分层分户图形的一体化，实现现状信息与历史信息的一体化。所有这些一体化的应用都离不开房产测绘的一体化集成。
房产测绘是获取房产管理数据的主要手段，是数字房产中空间数据和属性数据的重要来源。如果没有房产测绘的一体化集成应用，其他集成都成了无根之草、无水之木。研究房产测绘与房产GIS的一体化集成技术，对于解决数字房产空间数据库数据的快速获取、更新，保证房产业务的正常进行具有重要的现实意义。本文提出了基于GIS实现房产测绘与房产GIS一体化集成的技术路线和总体框架。
房产测绘的发展经历了从手工模式——CAD模式——CAD和GIS混合模式三个阶段，目前正向测绘与房产GIS一体化集成阶段发展。
在手工模式阶段，房产测绘的外业测量和内业处理都是依靠手工来完成的，提供成果的主要形式是纸质的图形和表格。此时的房产信息化的发展还处于单机单用户的MIS阶段，房产测绘在信息系统中的集成主要是通过手工方式将属性信息录入MIS系统，图形成果的利用也只限于发证时将纸质图形粘贴到证书上作为证书的附页。
随着电子测量技术和CAD技术的发展，房产测绘逐步由全手工模式进入CAD模式。外业测绘可以通过电子测量仪器（如全站仪、GPS等）快速获取测量数据，同时基于CAD技术开发的房产测绘系统利用CAD软件的绘图、编辑、制图功能快速地生成房产测绘成果。CAD模式较手工模式是一次大的飞跃，实现了房产测绘由提供单一的纸图和表格向以提供电子数据为主的方式转变，为在MIS系统中集成和利用房产测绘成果创造了条件。在MIS系统中可用OLE技术调用CAD系统或通过封装CAD功能的ActiveX控件来浏览和打印房产测绘图形成果。此时对房产图形的集成和利用有很大的局限性：一是功能简单，主要是浏览和打印，还不能够进行基于图形的查询分析。二是属性数据的利用主要还是依靠手工录入的方式进入MIS系统。
在手工模式和CAD模式的阶段，房产测绘主要还是以制图为目的的。随着GIS技术在房产信息化建设中的应用，人们迫切希望房产测绘系统在满足制图的前提下，能够发挥其向信息系统提供信息的功能。特别是GIS技术应用后，基于图形进行房产处理的模式（以图管房）在信息系统中占据主导地位，房产测绘作为GIS图形数据和属性数据的重要来源，如何J决速地实现房产测绘与信息系统的集成成为人们研究的重点，此时房产测绘开始进入CAD+GIS混合模式阶段。在这一阶段，基于CAD技术的房产测绘仍是主流，可以采用实体编码技术和外挂数据库技术对原有基于CAD系统开发的房产测绘系统进行改造，以满足向信息系统和GIS提供信息的需求。数据转换是人们通常采用的方式。数据转换有两种方式：一是通过CAD系统本身的交换文件（如：AutoCAD的DXF）生成GIS数据。这种方式直接简单，但后期需在GIS系统中进行二次处理的工作量极大。这种方式对属性数据的处理无能为力，属性数据还需要在GIS系统中再次进行录入处理。二是通过房产测绘系统生成的明码格式的交换文件进入GIS系统，这种方式需要编写专用的数据转换模块，开发的难度和工作量大，通用性不强。这两种方式部分解决了房产测绘与信息系统集成的问题，但具有明显的局限性。另外，基于CAD系统开发的房产测绘系统中极易产生垃圾数据，系统对数据的检查和清理十分麻烦，影响了集成的效果。
目前房产信息化的快速发展特别是数字房产的提出，迫切需要研究房产测绘与信息系统的一体化集成的相关问题。
1房产测绘空间数据与属性数据集成的内涵
房产测绘与信息系统一体化集成不同于CAD和GIS混合模合下通过文件交换的数据共享，它是一种更高层次上的集成。一体化集成应包含两个层次的集成：一是房产测绘信息采集的集成。二是测绘数据与GIS数据的集成。房产测绘信息采集的集成是图形信息和属性信息的集成，即房产测绘中图形数据和属性数据的一体化存储和采集。图形信息和属性信息的一体化存储是GIS有别于CAD系统的一个基本特征。基于CAD模式的房产测绘系统虽然解决了在计算机中快速绘图、编辑和输出的问题，但由于CAD数据结构的限制，图形数据和属性数据相互查询能力弱，图形数据和属性数据的一致性维护比较困难。现有的基于CAD管理图形和外挂数据库管理属性数据的数据组织方式应向图形数据和属性数据一体化的组织方式转变。
测绘数据与房产GIS的集成是集成的最高层次。当前空间数据库技术在GIS应用系统中得到了广泛的应用，房产测绘的最终目的就是要为房产空间数据库提供一体化的图属数据并对这些数据进行有效的更新。因此，从这个意义上讲，也可以把这个集成理解为房产测绘与空间数据库的集成。集成后的效果应是房产外业测绘、内业处理、成果检查、数据入库、数据更新、数据应用的流水化和程序化，数据入库实现信息不需要二次手工处理、入库前后信息不损失。
房产测绘与信息系统的一体化集成的最终目标是要达到能够更快、更好地为房产信息系统提供满足GIS应用要求的数振，从这一点上讲，也可以将其理解为房产测绘与房产GIS的一体化集成。
2基于GIS的空间数据与属性数据集成的优越性
一体化集成的房产测绘系统可以解决传统的测绘图形信息采集与属性采集分头进行而存在的关联性差、数据一致性难以维护等不足之处，避免了数据进入信息系统所需的二次加工和处理，提高了数据进入信息系统的效率和准确率，可以大大缩短数据采集的周期。
一体化集成的房产测绘系统直接面向数字房产GIS需求进行数据采集，直接生成符合GIS要求的房产测绘数据，避免了传统测绘的CAD数据格式与GIS格式之间繁琐的转换，可直接将数据写入信息系统GIS空间数据库，并提供了直接基于空间数据库进行数据更新的能力，这是传统的房产测绘系统难以实现的。一体化集成的测绘系统所具有的数据快速入库和高效更新的能力正是数字房产系统所迫切需要的。
3基于COMGIS的测绘信息系统技术路线
基于对房产测绘信息系统的一体化集成内涵的分析，本文研究提出了以GIS为核心的总体技术路线，即。
（1）采用GIS数据存储方式来存储房产测绘数据，实现房产图形信息和房产属性信息的一体化存储。
（2）基于组件式GIS平台进行二次开发编辑和绘图功能，实现房产图形的编辑绘制和属性信息的录入。
（3）采用空间数据库技术实现房产测绘与信息系统的数据入库与更新。
房产测绘任务分为房产基础测绘和房产项目测绘。房产基础测绘的主要内容是房产分幅平面图。
房产项口测绘的主要内容是房产分丘平面图、分户平面图和房屋共有面积分摊计算。为了达到房产测绘与信息系统一体化集成的日标，必须开发房产测绘管理系统，以完成房产测绘成果向数字房产空间数据库的入库和更新。
房产编辑绘图模块、测绘仪器联接模块和数据转换模块和参数定义模块是四个子系统的公共功能模块，在实际编程实现中，这四个公共功能模块实际上构成了一个具有基本测绘功能的程序框架，在框架基础之上增加房产测绘分摊计算功能和房产测绘成果输出功能构成房产项目测绘子系统，增加基础测绘成果输出模块构成房产基础测绘子系统，增加测绘成果备案和成果入库功能构成房产测绘成果管理子系统。
整个系统基于组件式GIS技术来开发，技术路线如图1所示。
系统基于组件式GIS开发平台进行功能扩充，开发房产基础测绘系统和项目测绘系统。测绘人员测绘完毕后直接生成文件型的GIS数据格式。测绘管理人员在对测绘成果进行质量检核后，将测绘成果入库。系统可利用空间数据库引擎将该GIS数据格式直接写入到空间数据库中，完成数据的入库。在数据需要更新时，再通过空间数据库引擎将选定范围内的空间数据提取成文件型的GIS数据格式再由测绘人员实施修补测。修补测完毕后，再将成果更新入库。
在系统中，成果入库完毕后，图形数据的更新只能由测绘和测绘管理人员来共同完成，房产管理的业务人员只能进行读取和显示，这样。可有效地保证房产测绘成果的权威性。
4房产测绘信息系统总体架构
在大连市数字房产的开发中，根据大连市房产状况，总体结构设计如图2所示。
老数据转换子系统完成对原始测绘成果（分幅平面图、分层分户图）空间数据和属性数据的入库。
对新开发的房产测绘项目和需补测的房产测绘项目采用基于GIS的一体化集成的房产测绘系统，外业采集采用基础测绘子系统，内业分摊计算、成果输出打印等采用项目测绘子系统，成果更新入库采用测绘成果入库子系统。
一体化集成的房产测绘系统在吉林市数字房产管理中的应用取得了很好的效果，实现了房产图形信息和房产属性信息的一体化存储，实现了房产测绘对空间数据库的快速入库与更新，大大提高了数据采集更新的速度，保证了空间数据库的现势性和权威性，保证了房产业务的正常运行。
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关键词：校园一卡通，数据库，数据库分布策略，数据库安全
引言
随着电子信息技术飞速发展，高校也正在逐步进入了高度信息化管理时代，高校的管理理念和经营理念也发生了变化，因此校园“一卡通”成为了高校管理学校的重要工具。一卡通系统应用加快了学校的信息化发展进度，提高了校园管理水平，增强了学校的校园学生管理控制能力，实现校园一卡通成为了学校发展的重要任务。本文介绍的是校园一卡通系统的数据库研究。
一、一卡通数据库系统功能
人员信息维护。主要是对个人基本信息进行录入、修改、打印等维护操作，并为首次数据采集提供人员信息批量导入功能。
人员注销。主要是人员转业、退伍、死亡等后的信息维护修改。
发卡登记。主要是对个人领卡情况进行登记。
卡有效期管理。主要是对校园卡的有效期进行维护。
挂失管理。主要是校园卡的挂失和解挂情况进行处理。
补卡管理。主要是对校园卡遗失、损坏和制卡错误情况进行补卡处理。
校园卡查询统计。主要是对个人信息和卡信息进行查询和统计。
系统管理。主要是对用户权限、部门情况、标准编码进行维护。
二、数据资源规划
为优化校园卡系统数据体系和信息运行机制，按照“集中存储、实时变更、动态交换、一体联动”的设计思想，进行系统数据资源规划，确定系统的总体数据流程、内容体系、数据分布体系和数据接口。
校园卡系统的数据可按主题划分为：人员基本信息、人员变更信息、卡管理信息、单位基本信息、标准编码信息。
人员基本信息。供应实力和组织各专业供应保障所需要的各类人员的基本数据和共用数据。包括：人员标识信息、生理信息、相片信息、单位信息、身份信息、保障关系、转接情况、家庭情况、历史信息和有关状态信息等。
人员变更信息。反映人员基本信息变化的动态信息。
卡管理数据。校园卡管理所需要的有关信息。包括：补卡申请、卡发放登记信息和丢失卡“黑名单”等。
单位基本信息。反映单位基本属性有关信息。
标准编码信息。各种标准编码的信息。
三.数据模型
在校园一卡通系统中由于需要处理的业务复杂，要实现的功能较多，因此在数据库中会存在各种不同功能的表，本文针对管理结算中心进行具体介绍，下图为数据库中管理结算中心主要表。
图1管理结算中心主要表
对上图管理结算中心的主要表进行具体共功能、内容介绍：
发卡信息表。主要存放教师、学生等人员的基本信息，内容包括：卡号、学号、姓名、性别、年龄、职务、身份证号、发卡日期、卡有效期、院系姓名、班级名称、专业名称、操作员。
垃圾表。存放的是那些毕业、退学、辍学等离校人员卡及过了有效期的卡的信息。内容包括：卡号、姓名、学号、院系名称。
黑名单表。主要存放的是挂失卡的信息，内容包括：卡号、姓名、挂失时间、操作员。
解挂表。记录挂失的解挂信息，内容包括：卡号、姓名、解挂时间、操作员。
存款信息表。用于记录用户的存款信息，内容包括：卡号、姓名、存款金额、存款时间、卡上余额、操作员。
消费记录信息表。用于记录用户的消费情况，内容包括：卡号、学号、姓名、院系名称、消费时间、消费金额、消费部门。
换卡记录表。用于记录换卡信息的表，内容包括：卡号、姓名、换卡时间、转账金额、操作员。
退卡返款记录表。用于存放毕业、退学、辍学等离校人员退卡返款信息，内容包括、卡号、姓名、退卡时间、卡上金额、返款金额、操作员。
结账记录表。记录个消费点结账信息，内容包括：部门名称、结账时间、结账金额、操作员。
四、数据库分布策略
由集中式、分布式数据库的特点和校园一卡通系统的具体情况，本文选择分布式数据库。其数据分布策略有集中式、分割式、复制式、混合式几种。我们采用了对混合式分布策略作了一些改变的分布策略，即将全部数据按不同的应用子系统的业务操作需要分成若干子集，安置在不同子系统所在局域网的站点数据库服务器上，但是在一卡通中心数据库服务器上，存放了各个子集用于对外共享的数据的副本，这样做减少了各子系统之间数据访问的复杂性。
采用这种方案，一方面，减少网络上本地数据库服务器的负载，降低了不同子系统之间互访的复杂性；另一方面，即使整个系统中有某个子系统出现故障，系统仍能运行，提高了系统的可靠性，由于各子系统数据库在一卡通中心数据库服务器上都有备份，所以一旦某站点出现故障数据损坏，通过SQLServer的复制较容易实现数据的迅速恢复。
五、数据库的安全
由于校园一卡通带有很多个人信息，为了保证一卡通系统的正常、稳定、安全方便的运行，要在数据库中建立一个具有严密的加密系统保证数据库的安全，防止窃取、盗用等事情的发生。本系统采用校园内部加密算法，这种算法利用校园局域网将卡锁定在校园内部，即只有在校园内部可以使用，在校外卡会自动锁死，进入到校园网范围内会自动解锁，有效保护了隐私安全。
校园卡数据管理中心存储、处理的信息为机密级和绝密级，整体为绝密级。按照应用、数据相分离的原则，在校园卡数据管理中心应用服务区设立绝密级应用服务器和机密级应用服务器，在数据服务区设立绝密级数据服务器和机密级数据服务器。校园卡系统连接终端，部署在本地局域网的访问绝密级信息，远程独立接入的访问机密级信息。绝密级数据服务器通过定阅分发机制和网络隔离设备，向机密级数据库服务器倒出业务系统访问所需的机密级数据。
结论
随着数字化校园的广泛应用，一卡通的数据库不断更新，本文对一卡通的数据库进行设计。从数据库功能、数据资源规划、数据模型、数据库分布策略及数据库安全方面进行阐述。可通过该数据库建立起实用的有效的合理的系统，避免了师生在校园内随身携带多卡的不便，使校园管理更方便快捷。（作者单位：吉林工程技术师范学院）
参考文献：
1硬件设计
1）硬件电路总体结构。根据石油勘探的需求，结合MEMS传感器工作原理与特点，数据采集器主要采用低噪声运放OPA4228设计高信噪比的模拟放大电路，并依靠24位高分辨率的A/D芯片接入DSP。在DSP系统中，根据数字信号处理方式，以信号频域、时域特性为基础，通过提取弱信号来提高信噪比[1]。2）MEMS加速传感器。本次研究中，MEMS加速传感器以硅为基础，属于差动电容式传感器。差动式电容的中间电极由加速传感器质量模块构成，电容器中间电极面积就是质量模块面积。两边电极与质量模块分别形成2个电容器。在传感器运行过程中，当发现在Y方向（不确定的某一方向）出现加速度时，质量模块就会向该方向的反方向偏离，导致电容出现相对变化，电容相对变化的大小，即为加速度的实际值。现阶段，常见的MEMS加速传感器为三臂梁结构的加速传感器，该结构的特点是：质量模块不是方形结构，而是一种正六边形结构，臂梁与硅片主晶之间不全部平行。该结构的优点是灵敏度高、抗干扰能力强。MEMS加速传感器的主要技术指标为灵敏度与固有频率，其中，灵敏度Y的计算公式。
2软件设计
石油勘探MEMS传感器数据采集器的软件系统，包括DSP程序模块系统、ARM程序模块设计等，本以此为基础，对石油勘探MEMS传感数据采集系统的团建系统设计内容进行分析。1）DSP程序设计。DSP程序需要完成A/D转换驱动、数字滤波与信号识别等多方面内容。本文简单统计常规条件下DSP程序运行流程图，具体数据见图1。《仪表技术和传感器》指出[3]，5509是DSP程序中支持eXpress-DSPTM的关键，同时，5509所使用的唯一内存映射（代表程序空间与数据空间所共处的空间）。同时，在DSP设计过程中，要保证每个DARAM模块都能在特定时间内完成固定访问（一般情况下为2次/周）。2）数据信号处理程序。为保证石油勘探MEMS传感器数据采集器能有效收集、处理相关数据，必须要对数字信号处理程序进行优化。其中，CAN通信模块是整个数据信号处理程序的核心，本文通过CAN通信模块设计对数据信号处理程序进行讨论。现阶段，CAN控制器主要存在两种工作模式，分别为增强模式与基本模式，两种模式均遵照CAN协议，进行错误数据处理、数据编码等工序。CAN基本模式发送、接收等缓冲器长度为10字符，并且支持一种帧格式，一帧信息通常为2~10字节，前两位字符由远程请求、描述符等组成。描述符之后就是数据场，由1~8字符组成，负责分析、记录相关数据。CAN增强模式支持扩展帧与标准帧，报文标示符为29位。通常情况下，CAN控制器为提升错误数据处理能力，会相应的增加部分特殊功能寄存设备，如出错码捕捉寄存器、仲裁捕捉寄存器等。3）APM程序设计。APM程序设计的重点PS485通信程序设计。目前，RS485通信主要为半双工通信。由于在采样过程中对信号采集速度提出较高要求，同时，现阶段RS485通信串行输出波特率为115200，经过相关转换器处理后，可直接将数据传递给上位机软件，而上位机软件，能根据数据具体情况，进行参数设置、显示信号波形、储存数据等处理[4]。
3结束语
作为数控系统核心控制部件的运动控制器，市场上有基于单片机、基于ARM为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理、基于DSP为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理等多种硬件平台的解决方案。在不同的硬件平台上，软件系统调度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多种实时操作系统内核，因而衍生出各种软件系统的架构方案[1]。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片为主控芯片+FPGA作为辅控芯片的硬件平台的解决方案，其数据吞吐量和高速浮点运算上具有一般单片机不可比拟的优势。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的开发平台，可以使用配套的非开放源代码的BIOS实时内核，在中小型数控系统应用开发上，其更加专业，相比采用ARM硬件平台而使用的开放性源代码的实时操作系统内核，采用DSP硬件平台与BIOS内核的运动控制器稳定性更好，能够节约实时操作系统移植和测试时间，缩短开发周期，因而其是一种合理有效的解决方案[2]。
为了能够在该平台上进行有效的模块化数控功能组件的开发、维护和移植，本文提出了一种标准化的软件分层与接口架构方案。该方案可作为一种设计模式，满足不同用户的基本功能与二次开发需求。
1系统整体方案
1.1运动控制器硬件实现平台
本文采用的运动控制器的硬件系统[3]框图如图1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮点运算器，能快速高效地完成工件加工轨迹插补计算。其集成外部扩展扩的EDMA和EMIF总线具有数据吞吐量大的特点。该DSP主频为225MHz，对应的指令周期为4.4ns，相应的运算速度可达1800MIPS/1350MFLOPS，适用于中小型数控系统主控制器的需求[4]。
ACTEL公司的A3P400系类FPGA是一种高密度，等效40万门器件，其可配置的I/O可以兼容多种类型的数字电平。另外ACTEL公司提供的Libero集成开发工具，能提供数字PLL、高速FIFO等多种通用型软核模块，能够节约开开发时间与成本，是作为运动控制器外部通信总线接口的一种可靠高效的硬件方案。
图1运动控制器硬件结构图
1.2系统软件层次划分
本文软件系统采用三层结构划分[1]，其层次结构如图2所示。
图2软件架构层次图
(1)用户应用接口层。可根据具体的用户需求开发各种功能的数控应用模块，并将各功能模块作为组件通过接口嵌入到系统软件中来。本文所开发的基础用户组件块及其功能将在下一节详细描述。
(2)BIOS内核层。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS内核以及其各种内核组件，可有效缩短内核移植和测试时间。CCS3.3提供图形化界面接口，如图3所示。其可对内核各个组件进行配置和应用。它的内核通过编译后将在文件链接时植入程序，生成最后可执行文件。
(3)硬件驱动层。用于管理运动控制器板卡上与DSP相连的各个硬件设备的驱动，并为内核与用户应用层提供硬件访问接口。板卡硬件包括：FIFO通信缓冲器、CNC脉冲发生器、UART总线控制器、SERCOS总线控制器等。外部模拟数字硬件设备采用FPGA或专用IC实现。
图3BIOS内核图形化配置界面
2用户应用软件任务划分
用户应用软件组件模块可分为基础组件和扩展组件[5]。基础组件提供数控系统基本的加工、维护、调试、监控等各种接口控制功能。扩展组件根据特定的用户需求可选择性裁剪安装，一般扩展组件包括软PLC编程接口，SERCOS总线、脉冲、TCP/IP、UART等各种通信协议数据包解析与格式转换等功能。BIOS内核是一款多任务实时内核，可以在系统多个用户基础任务之间进行调度。本文所描述系统基本用户组件任务划分见图4。
图4运动控制器硬件结构图
2.1HMI任务
HMI通信数据包帧格式如表1所示。HIM任务处理流程如图5所示。
(1)通信数据包格式。通信数据包格式固定，但功能信息结构格式不固定[6]。不同的信息，如调试信息、G代码脚本信息的内容等采用不同的信息格式，这样用户在增加新的功能组件时，只要自己编写新的信息格式和编码与解析方式，就能利用原有的通信协议进行开发，使得系统代码能够移植和重新利用。
表1HMI数据包帧格式
图5HIM任务处理流程图
(2)数据包生成器。从已处理完的HMI信息队列中按照不同约定信息格式读取信息，并按照数据包的格式为其添加帧头、物理地址、校验码等，生成一组数据帧，并将该数据帧通过EMIF总线写入FPGA中的UART发送FIFO，待其转换为对应数字电平发送给上位机。
(3)数据包解析器。通过EMIF总线从在FPGA中实现的UART总线接收FIFO中读取一个数据帧，并按照约定的用户应用的解析方式解析成对应的信息，并将信息加载到HMI接收信息队列，等待数据处理与交换任务启动进行处理。
2.2用户数据处理与交换任务
用户数据处理与交换任务流程如图6所示。
本系统提供G代码脚本解释器、调试维护命令壳、系统错误诊断器三个基础组件。用户可根据特定需求植入新的组件，并编写对应组件接口信息编码与解析方式。
(1)G代码脚本解释器[7]
数控G代码解释的方案很多。部分厂商采用在上位机解析成配置信息码，并发送给运动控制器的方案。但此方案会增加数据通信量，使得通信时延增加。本系统采用的方案是：上位机以字符串格式将数控G代码脚本信息打包发送给运动控制器，运动控制器对字符串进行重新组合，并通过识别组合码配置数控参数控制块。该方案可以减少通信负担，减小通信延时，但是将增大DSP的运算处理量。因为DSP运算速度明显要块于通信传输速率，所以该方案是一种合理的折中方案。
图6用户数据处理与交换任务流程图
(2)调试维护命令壳
该功能用于系统开发阶段和系统维护阶段。系统集成该功能够之后，根据开发人员提供的维护指令手册，在上位机输入维护指令，返回运动控制器相应的关键系统数据结构的运行状态码，能帮助维护人员快速地判断系统运行中的故障，并为数控机床每个加工轴提供电机测试接口。
(3)系统错误诊断器
负责管理和存储数控系统需要监控运行的重要模块信息，一旦重要模块运行发生故障，则把错误编码保存在系统错误诊断器中，并在任务运行时将错误码发送给上位机。
2.3运动控制任务
运动控制任务是运动控制器最核心的部分，也是BIOS内核所管理的任务中优先级最高的一个任务。不同厂商的控制器有不同的实现方案。为了能够清晰理解与移植本文所述系统的运动控制程序，图7给出了运动控制的行为与数据流框图。
根据图7所描述的运动控制行为，编写的运动控制任务程序的流程图如图8所示。
图7运动控制的行为与数据流图
图8运动控制任务流程图
(1)加工轨迹计算。加工轨迹计算控制器，综合数控配置参数与实时的反馈数据，通过各种数值计算方法，进行各种数控插补计算，得到最终的加工数据，可以通过脉冲编码格式或者SERCOS通信总线，发送给控制CNC的每个轴的伺服电机驱动器，控制电机的旋转与进给。
(2)电机驱动管理。实时地管理监控CNC每个轴的电机驱动器。读取驱动器的工作状态，将需要上位机进行实时监控的数控实时运行数据写入CNC接收信息队列，并通过数据交换控制任务，发送到上位机用于监控。当有电机驱动器运行出现异常时，可以及时进行保护停止，并发送运行故障编码。
3软件方案的验证性测试
在本实验室研发的嵌入式数控系统测试平台如图9所示。其中，HMI板通过JTAG接口与调试主机1相连，运动控制板通过JTAG接口与调试主机2相连。HMI板与运动控制板通过RS422总线连接，并在采用UART协议进行通信[6，8]。
由于电机运行轨迹与效果无法很好通过图片展示，并且本实验目的主要是验证整个软件系统架构的可行性，并修补程序BUG。因而建议采用硬件模拟运行加Matlab仿真的验证方法。
图9运动控制测试平台
采用圆弧插补测试的方法，在上位机通过G代码脚本格式导入测试指令脚本，运动控制器读取数据包，解析出测试脚本信息后，进行处理和运算，得出的运算数据保存后，导入Matlab仿真软件，生成运行轨迹图，以便模拟仿真电机的实际运行轨迹。表2为CNC测试脚本的加工轨迹数据。
表2测试加工轨迹数据
图10为经过系统运行得到的加工轨迹与原始测试数据的轨迹对照。
图中点线：测试脚本数据拟合曲线;实线：DSP计算的加工数据拟合曲线。从方案验证性测试实验得到的模拟数据拟合图像和原始脚本测试数据对比，可以验证该软件架构方案和基础用户组件能在实验室的CNC系统平台上稳定可靠地运行，因而验证了该软件架构方案的可行性。
图10加工轨迹测试与模拟轨迹
4结语
本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作为硬件实现方案的运动控制器平台，提出一种可移植性软件架构方案。通过三层软件结构模型的描述和基础性用户组件与接口的任务划分，为用户的功能的二次开发与软件代码的维护提供的一个基础性平台。并通过加工脚本测试验证了方案的可行性与稳定性。
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关键词：GSM/SMS；SIM900A；AT指令；信息查询；PDU
DOIDOI：10.11907/rjdk.162157
中图分类号：TP319
文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）012-0077-03
0引言
近年来，移动互联网通讯技术快速发展，网速逐年大幅提升，移动数字终端（如：手机、平板电脑）通过装载功能强大、种类繁多的APP软件，正逐步替代传统的PC电脑，成为主流的“资讯终端”。另一方面，开发专业APP软件投入大、周期长、技术门槛高，对于信息化建设预算较为有限的单位普遍比较困难。如何以最低的成本构建安全稳定的数据通道，为移动数字终端高效便捷地开展信息查询工作做好底层通讯保障，具有较强的现实意义。为此，本文实现了一种操作简单、价格低廉、性能稳定的移动终端数据查询系统。
考虑到我国中小企业的实际分布状况及当前移动通信网络的普及情况，本文借助无线通信的优势，选用GSM（GlobalSystemofMobileCommunication）网络的SMS（ShortMessageService）技术来实现远程无线信息查询，提出了一种手机短信信息查询系统实现方法。
1组网结构与工作原理
GSM/SMS信息查询系统结构如图1所示，该系统主要由手机终端、移动通讯网络（GSM）、企业内部局域网、SIM900A通讯模块、应用服务器和数据库服务器及数据库管理软件（Oracle）组成。手机终端用于发送查询指令和接收查询反馈结果；移动通讯网络是连接企业局域网和手机终端的数据传输桥梁；应用服务器及控制程序是整个系统的控制核心，通过串口与SIM900A通讯模块连接，发送AT指令从此模块中读取短信，对短信内容进行解析，提取查询内容并发送至数据库服务器进行数据检索；同时将数据库检索结果进行短信封装并通过SIM900A通讯模块反馈给查询端。数据库服务器用于存储企业级数据，使用的数据管理软件为Oracle企业版。
2系统硬件设计
系统采用SIM900A通讯模块接收运营商短信中心转发的短信息，通过模块TXD和RXD针脚与CP2102USB-TTL模块实现数据交互，该模块使用USB接口与应用服务器连接，将数据传送至服务器。数据发送则为以上过程的反向过程，硬件结构如图2所示。
SIM900A通讯模块为无线收发模块，由SIMCom公司开发核心芯片。它属于双频GSM/GPRS模块，工作频段为EGSM900MHz和DCS1800MHz，完全采用SMT封装形式，性价比较高。该模块与主控制器通过UART1连接，外接SIM卡电路，电源供电为+5V。
CP2102USB-TTL转换模块，内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线（UART），支持调制解调器全功能信号，无需任何外部USB器件。CP2102与其它USB-UART转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将PC的USB口虚拟成COM口（又称串口）以达到扩展的目的。
3系统软件设计与实现
一般情况下，SIM900A模块均是以单片机为控制主机[1-3]，为了降低技术复杂程度并节约硬件成本，本文没有采用单片机作为控制核心，所有控制程序均布置在应用服务器中，以服务器为控制核心发送各类指令和查询数据。
3.1控制程序流程
SIM900A和CP2102模块通过服务器USB接口完成硬件连接加电，控制程序主要流程如下：主程序首先完成数据库连接初始化操作，确保数据库能够正常访问；然后通过SerialPort函数打开串口，初始化SIM900A模块，初始化工作主要包括选择短信格式、设置短信模式参数等。当完成初始化工作后进入接收短信轮询状态，轮询时间为3秒，当接收到“+CMTI”信息提示，即发现有新的短信，按照短信PDU模式对接收信息进行解析，若解析成功且短信内容符合程序要求，即按照查询内容生成SQL语句发送至数据库进行信息检索。根据数据库检索结果进行短信PDU模式封装，过长的短信息需封装成多个PDU包进行发送。程序流程如图3所示。
3.2PDU模式短信息解析及发送
SIM900A模块发送短信支持文本和PDU两种模式。文本模式（又称text模式）没有拆分重组功能，不能发送较长内容的短信。PDU模式单次可发134个有效字节（268/2=134，见表1），可将较长短信拆分成多条信息发送，并在接收端进行重组。本文采用PDU模式进行短信发送，首先要使用StringToUnicode函数将发送的文本内容进行Unicode编码转换[4]，然后按照PDU模式的协议标准进行报文拼接。报文格式如表1所示。
3.3信息查询安全策略
根据实际需要，以特殊字符或大写英文字母置于拟发送的短信息首端，作为信息查询分类标识，如短信内容为“*A88888”，表示查询车牌号为“A88888”的车辆注册信息，“*”为车辆信息查询标识；短信内容为“P张三”，表示查询本单位员工张三的手机和办公电话号码，“P”为员工联系方式查询标识。
为了防止用户恶意窃取信息等情况发生，此系统设置了非法用户过滤和单日最高查询次数限制的安全策略。程序读取短信后解析查询手机端电话号码，在数据库中检测是否为合法用户，非法用户查询信息将不会反馈。对于合法用户的查询操作进行数据日志记录，一般用户单日查询次数超过规定上限值，系统将不反馈信息，有效避免信息大量泄漏，保障了信息安全。
4系统实现
本系统采用VisualStudio2010作为开发平台，操作系统为Windows2008Enterprise，数据库管理系统为Oracle11g，使用CP2102USB-TTL转换模块实现USB口虚拟化COM口（又称串口）需在应用服务器端安装驱动程序。回显状态栏用于实时监控SIM900A通讯模块运行状况和短信收况；发送栏主要功能为发送短信至目标手机号；信息接收栏显示通讯模块接收到的短信息和按照查询指令完成查询操作及拟反馈的短信息。
5结语
设计并实现了一种基于GSM/SMS的信息查询系统，可为中小型企业通过移动终端实现信息查询提供一种有效方法，在实际应用中证明此系统具有长时间在线、应用范围广、稳定安全等特点。GSM/SMS技术以无线电波为载体实现了企业网与互联网在链路层的互通，而本文提出的是一种构建轻量级企业专网数据访问通道的方法，因内部安全控制策略较为简单，不适用于保密安全级别较高的企事业单位。为此，如何将通讯模块与企业网络安全策略有机整合，有效利用网络边界接入平台进一步提高系统整体安全性是下一步研究的重要方向。
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摘要：以移动数据通信业务的高速发展和联通cdma20001x网络建成为契机，本文提出了一种"基于cdma网络的移动数据通信系统"。该系统以中国联通公司cdma20001x公用移动网络平台为基础，能广泛地应用于各种领域，可以为多种实际应用提供高带宽、低收费的数据通道，实现数据信息的透明传输。
关键词：cdma移动通信系统p{font-size:12pt;font-family:"宋体"}p{margin-top:0px;margin-bottom:0px;text-indent:24pt;line-height:200%}1引言目前，世界上关于移动数据通信系统的研究和开发工作正在如火如荼地进行。全球移动数据通信网络运营商已超过50家，各发达国家和各大电信运营商、制造商都开始致力于移动数据通信业务的发展。未来移动数据通信业务将呈现多样化发展的特点。在第二代gsm和cdma网络向第三代网络演进的过程中，目前研发与应用主要集中在使用无线信道进行高速数据传输上，最引人注目的就是数据技术的引入和发展。如gsm网络通过采用gprs技术，数据最高速率可达115kbps，cdma网络演进到cdma20001x阶段时数据速率可达144kbps，而马上开始商用的第三代移动通信系统imt－2000，最高速率可达2mbps，预计以后可达10～20mbps，欧洲正在研发155mbps的未来移动通信系统。2002年12月9日，由中国大唐公司自主研发的符合td－scdma标准的第三代移动通信设备和终端一次性通过了第二阶段52项指标的测试(以数据业务为主)。2003年1月9日，中国联通的cdma20001x网络在上海测试完毕，现已在多个大中城市正式对用户开通。当前，虽然通用的cdma移动数据通信系统、设备和终端的研究和开发很多，但针对配电自动化、交通监控与信息、银行卡服务、工业数据采集、环境检测等具体应用、独立研发的基于cdma公用移动通信网络的移动数据通信系统还不多见。以移动数据通信业务的高速发展和联通cdma20001x网络建成为契机，在广泛了解国内外移动数据通信研发和应用现状、深入研究相关数据通信技术的基础上，本文提出了一种"基于cdma网络的移运数据通信系统"。2系统特点(1)成本低廉、尤其在通信网络的规模比较大时更为明显：首先是建设投资小，网络建设中省去了大量的组网投资；其次是维护、运行费用低，网络运行过程中只需承担少量的终端维护费用；虽然需要支付一些数据通信使用费，但就目前的资费水平和网络规模估算，单就运行和维护费用一项的节省就足以对其进行补偿。(2)网络组建的灵活性和方便性：由于网络的基础设施已经十分完善，通信系统的组建只需要考虑中心站和布点的问题。在布点时可以充分地享受无线网络带来的地点选择上的自由性和移动通信网络的较全面的覆盖范围。在大部分地区，基本上可以不考虑布点的限制，甚至支持可移动的站点。对于复杂、易变，站点位置经常性变化的网络(城市改造、用户变更等)，无线网络布点不受限制这一点更表现出它的优越性。(3)地域范围和网络密度的适应性：目前，cdma移动网的基站在城市中的密度大，而在乡村中则相对较小，正好满足在城市通信终端数量大、密度高而在乡村数量少、密度小的要求。因此，基于cdma网络的移动数据通信系统在地域范围和网络密度方面没有问题。(4)数据业务适应性：目前的cdma移动网络能支持多种丰富多彩的数据通信业务，因此基于cdma网络的移动数据通信系统完全能满足各种数据应用对通信的要求。(5)系统安全性高：系统采用了多种措施来提高安全性。首先，终端每一次登录网络之后都要向管理系统发送经过加密的唯一终端标识号，经终端管理系统确认的终端才可以进入系统；其次，终端在进行数据传输时采用空中加密和应用层加密进行两次加密；再次，前置机可以通过ipsec或gre隧道与cdma移动网络建立联系。
3系统构成(1)用户数据设备、数据采集设备或数据集中设备(如银行atm／cdm机、pos机，电力系统中的ttu、ftu、多功能电能表等)。(2)无线数据传输终端(wdt)。(3)cdma网络。(4)前置机(fe)。(5)前置机的数据中继设备或中继网络，包括移动专线、有线中继器或internet等。(6)终端管理系统。(7)用户数据中心的数据处理系统。(8)数据库服务器。整个系统依托于中国联通的cdma网络公用移动通信网络。4系统体系结构
图1基于cdma网络的移动数据通信系统体系结构基于cdma网络的移动数据通信系统主要采用如图1所示一对多的树型体系结构，即一台前置机负责转集和转存分布在一定区域范围内的多台无线数据传输终端传送的来自具体应用数据设备或数据采集设备的数据，所有前置机和终端都由一个终端管理系统负责管理，所有终端和前置机收集来的数据都传送到数据中心由同一个数据处理系统进行处理。5系统工作模式基于cdma网络的移动数据通信系统支持两种模式的数据传输过程：轮询方式和主动上报方式。轮询方式的可控性较强，用于实时性要求不高的应用。在轮询方式下，用户数据中心的数据处理系统发出数据收集指令，前置机接收并解析数据收集指令，然后通过查找对应的无线数据传输终端的socket，并将数据收集指令转发给相应的终端。终端完成数据收集并将数据通过移动网络发送给前置机，然后由前置机将数据转发给中心数据处理系统。终端管理信息的收集过程与数据传输过程类似。主动上报方式则主要用于满足用户数据信息和终端管理信息传输的实时性要求。在主动上报方式下，数据由终端定时或以事件驱动方式收集数据并将数据通过移动网络发送给前置机，然后由前置机将数据转发给数据处理系统。终端管理信息的收集过程与数据传输过程也类似。6系统各部分的功能与特性(1)无线数据传输终端(wdt)：①基本功能：主动上行呼叫点到点透明数据传输、被动接受呼叫点到点透明数据传输、支持参数配置模式和数据传输模式选择、主动上行短消息数据、短消息广播数据、电路交换数据(gsm)、分组包交换数据、无线ip网络数据、一直在线、故障自动重启。②扩展功能：前置机开放端口自动搜索、自检与告警输出、远程软件升级与维护、配置键盘和lcd显示器方便用户交互。(2)前置机(fe)：①基本功能：解析中心站数据收集指令以收集所辖区域内的无线终端传送来的数据、分析终端管理系统发送来的终端信息收集指令或终端配置指令、通知终端完成信息的收集或参数配置、接收与终端管理系统相关的终端信息、控制前置机与终端之间、前置机与中心站之间的通信过程、负责将用户数据发送至中心站进行处理、将终端信息发送给终端管理系统以实现相关的终端管理功能。②扩展功能：主备用前置机自动切换、终端管理系统功能支持。(3)终端管理系统(tm)的基本功能：终端配置管理、终端性能检测与分析、终端故障管理、前置机及终端费用管理由于cdma公用移动网络终端按照接收和发送数据包的数量来收取费用。
关键词：SAR图像；小波变换；支持向量机；相斑干噪声；去噪
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）33-7560-02
SVM的全称是支持向量机，最早出现于上个实际的九十年代，是一种基于统计学的结构方法，由于其可以在统计的过程中最大话的控制风险，实现更加精准的分析，所以被应用于图像的去噪过程中，不仅可以应用于小波分析器中，还可以应用在SAR技术的图像去噪过程中。
1SVM相关理论
1.1基本知识
要想了解SVM技术的去噪，就必须要对相关的支持进行全面的了解和掌握，不仅要明确SVM技术的基本原理，还要掌握其相关的用途。就目前来看，在图像处理技术中，SVM属于一种比较系统的统计分析技术，基于其具有较强的对比分析能力，所以目前被应用于一些图像的处理活动中，不仅包括人脸的识别技术，还包括相关图像的恢复。由于该技术的本质是一种数据的分析和处理，所以在应用的过程中，要注意对相关的信息和数据的选择，只有这样才能结合其他相关技术，得到最理想的修复效果。另外，该技术同传统的分类器技术相比，最大的应用优势在于能够对更加细致的样本和更小的样本材料进行更加精确的分析。
也就是说，在采用SVM技术进行相关的图像处理的过程中，先要对待分析的样本进行一个集合设定，也就是说要对先有的可包含的数据和信息进行一个分类和整理。一般来说，要通过线性函数的方式表达出来，不仅要将图像作为一个平面函数的分类，还要对一些超平面的数据进行分类处理，这样就可以在几组分类中适当的选取最佳的分析数据和信息，提高了分析的效率和准确性。通常情况下，设定的函数表达式为（xi，yi），i=1，…，nx∈Rd，y∈{+1，-1}。
对于一些非线性的函数集合，要想采用SVM技术进行数据处理，就必要先进行相关的函数形式的转化和调换。一般来说，将现有的函数转化为高维空间的一种函数问题，就可以定义内积函数，从而实现对现有的结合数据和信息的综合分析和精确判断。但是由于这种技术在实践中比较难以操作和控制，因此在设定非线性函数的相关数值的时候，应该注重对φ以及相关的样本的特征采集，也就是说要将现有的结合中的各种数据通过一种平面的表达方式输入现有的点积φ（xi）·φ（xj）中，并以此来实现内积的转换。在转换内积的过程中，值得注意的是要根据Mercer条件的变换而变换空间中的各种函数值。但是在计算的过程中，要始终的保持高维特征的不变，避免由于空间特征导致的复杂算法的误差，进而影响数据分析的准确性。
1.2常用核函数
所谓核函数，就是指在计算的过程中，所采用的最核心的函数表达式，核函数的最主要的作用在于可以左右基本的函数定向，并且通常对于数值的大致范围起着决定性的左右，一般来说，常用的核函数有这样几个类型：首先，线性函数（linear）K（xi，xj）=xi·xj，这个表达式的最大的特点在于它是基于最基础的线性理论进行的数据分析，因此数据的结果基本上来源于集合内部，也就是说结果同集合的重复率比较高，因此也比较容易把握；其次，多项式核函数（polynomial）K（xi，xj）=[（xi·xj）+1]d，这种核函数的最大的特点在于核函数的计算要通过多重的表达式才能实现，不仅要计算第一个阶段的单项式的函数值，还要带入到总的函数表达式中再次计算才能得到最后的数据，再次，径向基核函数（rbf）K（xi，xj）=e-||xi-xj||2/2б2，这种函数表达式的最大的特点在于要通过系数的自身范围来确定径向基的范围范围，也就是说不能够在函数的系数不明确的情况下，对径向基进行取值，即使是在集合范围内；最后，二层神经网络核函数（sigmoidtanh），这种核函数形式的最大特点在于能够及时的将二次计算的结果显示出来，并且筛选出适合于此次计算的系数。在具体的计算的过程中，可以根据实际的计算情况来选择不同的核函数的形式，也可以对核函数进行组合使用。
除此之外，在SVM函数表达的计算过程中，还可以根据具体的给定范围的不同，采取不同的表达方式，但是要注意的是保证核函数的算法不能够脱离B样条核的基本形式，否则将无法实现SVM技术的数据选择功能，也就无法对图像进行去噪处理。
2基于SVM的小波SAR图像去噪
在去噪的过程中，选择小波去噪是最有效也是最安全的途径，因为小波去噪可以游戏的降低核函数的计算误差，因而也就可以取得更加理想的去噪效果。一般来说，为了使小波去噪的效果能够更好的发挥，通常回结合使用径向基函数予以数据处理搭配，也就是说通过一定的组合使用，将二者的数据分析和处理优势发挥到最大。下面具体分析一下操作步骤：1）首先要变换现有的SAR图像的相关数据，使其能够适合径向基核函数的数据计算。2）其次要对现有的小波处理技术的相关数据进行分层处理，然后计算出小波变化的系数ωj，k的具体数值；3）再次，要根据现有的核函数的计算公式对现有的小波系数进行计算，并分析其中的噪声频率，对于一些明显的可以判定的噪音进行标注，对于一些比较模糊的暂时无法识别的噪声进行特殊标注。取出部分小波系数（1/16）作为训练样本，其中噪声信号标记为-1，非噪声信号标记为+1。程序中利用小波变换最后一层的低频系数对应+1，最后一层的高频系数对应-1，然后用其中的部分小波系数作为样本数据利用SVM训练建模（本文采用SVMtoolboxformatlab软件来实现分类器的训练和测试）。4）然后通过训练后的模型对所有的小波系数进行分类，就能把所有的噪声信号和非噪声信号区分开了。5）将分解的小波系数中噪声数据对应的小波系数置零。6）将所得的新小波系数，用db4小波基进行小波反变换。7）指数变换并拉伸得到的去噪后图像，这样就得到了去噪后的SAR图像。
3实验结果及分析
为了验证本方法的有效性，我们与常用的均值滤波方法、小波软阈值去噪方法分别对同一幅SAR图像的去噪结果进行了对比。试验结果表明，均值滤波法和（c）小波软阈值法所得图像相对模糊，损失部分边缘信息。而本文算法（d）的去噪效果优于其它两种算法的效果，同时保留边缘能力也较另两种方法好。
信噪比是图像中信号与噪声的相对含量，常用来作为去噪效果评价的指标。信噪比越大，去噪效果越好。其中SNR为信噪比，EPI为保留边缘信息能力。
综上所述，在通过实现后可以发现采用基于SVM的SAR图像处理方式，可以更好的处理掉图像中的噪音，可以实现更加准确的数据分析，因而可以实现更好的音质优化，尤其是同传统的方法进行对比后，其优势更加明显。
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关键词：RTK，CORS，电台，GPRS
RTK(RealTimeKinematics)是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。论文格式，CORS。自20世纪90年代初，RTK技术一经问世，就以其高精度、高效率的优点，极大地拓展了GPS的使用空间，被广泛应用于控制测量、地形地籍测量、工程测量等领域。论文格式，CORS。
在RTK作业模式下,基准站通过无线电数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的载波相位信息,还要接收来自于GPS卫星的载波相位信息,并组成相位差分观测值进行实时定位。目前生产中常用的RTK作业模式由电台模式、GPRS模式和CORS模式，下面就这三种常用作业模式的原理和优缺点加以浅析。
1、常规（电台）模式1.1、系统组成及原理常规RTK系统主要由一个参考站（基准站）、若干个流动站及数据通讯系统（电台）组成。在常规RTK作业模式下，一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。
1.2、工作流程1)、基准站获得用户输入的测站坐标信息，采集GPS观测数据，并将二者通过数据链直接向流动站发送。
2)、流动站采集GPS观测数据，同时接收基准站发送的信息。
3)、流动站组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。
1.3、作业方式常规RTK作业时利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在视野开阔、已知坐标且点位精度较高的控制点上作为基准站，另外的GPS接收机用来测定未知点的坐标（流动站）。基准站将GPS观测值和设站点的坐标信息通过数据通讯链传送给流动站，流动站根据所接收的信息和本身所采集的观测数据进行实时数据处理得到未知点的坐标。
1.4、作业优缺点相比传统测量技术，常规RTK技术存在以下优点：
1)、观测时间短，有效地提高了工作效率，缩短野外作业时间，大大减少了劳动强度。论文格式，CORS。
2)、定位精度高。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为8km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，这是普通测量方法很难达到的精度。
3)、全天候作业。RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视，只要求满足电磁波”通视，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要能满足RTK的基本工作条件，它也能进行快速高精度定位，有利于按时、高效地完成外业测量工作。
4)、RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强。RTK可进行多种内、外业测量工作。移动站利用自带软件，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。但常规RTK技术本身也存在一定的局限性，使得其在应用中受到限制，主要表现为：
1)、用户需要架设本地的参考站；
2)、误差随距离增长，可靠性和可行性随距离加大而降低；
3)、误差增长使流动站和参考站距离受到限制。
4)、常规RTK数据通讯通常采用无线电技术（常规电台），流动站和参考站距离受到基准站电台天线高低及障碍物影响限制较大。
2、GPRS模式2.1、工作原理及方式GPRS模式的系统组成、原理及工作方式和常规RTK类似，只是数据通讯方式的不同，这种作业方式使用GSM、GPRS／CDMA模块或带串口线的手机（具备蓝牙功能的GPS主机可直接使用蓝牙手机），参考站信号以GSM或GPRS／CDMA的方式通过移动通讯的发射基站实时播发，流动站以相应方式接收差分数据。
作业时通过GPS生产厂商或服务商提供用户的服务器IP地址及端口号登陆，基站启动后数据会自动通过服务器转发，移动站与其绑定即可获得基站数据。论文格式，CORS。
2.2、作业优缺点相比常规电台通讯，由于减少了常规电台及相关设备，故仪器配置简单，携带方便，减轻了野外作业的劳动强度，且作业距离有较大改观，特别是在城区，建筑物严重影响常规电台作业距离，而GSM或GPRS／CDMA是借助于移动通讯的发射基站，能保证有手机信号的地方均能接收到来自基站的差分信息，测量范围更加广泛。此外，基准站位置的选择更加不受限制，无需架设在高点。但采用GSM或GPRS／CDMA通讯的稳定性较差，容易受一些外部电磁信号干扰，作业范围取决于移动通讯的网络覆盖度。一般来说，因地理区域不同稳定性差异很大，经济发达地区信号稳定较好，行政区域交界处移动通讯网际切换频繁而导致稳定性较差。对于需持续采集点位、稳定性要求较高的作业如水下地形测量定位，受影响较大。采用GSM或GPRS／CDMA通讯还会产生费用，尤其是以GSM通讯，按照移动通话的标准收费，跨区域作业时还存在漫游费。
3、CORS（网络RTK）模式3.1、CORS系统组成及原理为了解决常规RTK技术存在的缺陷，实现大区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK技术应运而生。网络RTK也称多基准站RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。论文格式，CORS。它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分组成。论文格式，CORS。
3.2、作业方式采用CORS模式的作业方式非常简单，只需一台有GPRS模块（或具有WAP上网功能的蓝牙手机）的流动站主机、一个控制手簿、一根对中杆，登陆当地的CORS系统就可以作业了。为此要做以下准备：
1)、从当地CORS系统管理部门获取IP地址、端口号、源列表、用户名和密码等信息；
2)、办理一张手机卡，并开通GPRSnet流量，可以采用包月的方式，一般两小时的GPRS流量为一兆，可以根据每月的作业时间计算总流量，包月套餐。
3.3、CORS系统优缺点CORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式，其主要优势体现在：
1)、改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围；
2)、采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；
3)、采用了多个参考站的联合数据，可以有效地消除系统误差和周跳，大大提高了可靠性；
4)、用户不需架设参考站，真正实现单机作业，提高了仪器使用效率；
5)、使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；
6)、提供远程INTERNET服务，实现了数据的共享；
7)、扩大了GPS在动态领域的应用范围，更有利于车辆、飞机和船舶的精密导航。
CORS模式除了具有GPRS模式的缺点外，还有以下不利之处：
1)、由于目前各种方法都不是十分成熟，技术上还没有统一的国际标准或行业标准；
2)、系统的首期投入较大，需要较多的启动资金，而且日常维护费用大。
4、结束语以上简单了介绍三种常用RTK作业模式的工作原理及优缺点，希望大家能根据自己项目的特点和技术要求，灵活选用不同的作业方式来提高工作效率。
业务台站中使用的常规自动站的数据通信方式,就是有线数据通信,该自动气象站主要是由传感器、采集器、主控计算机、电源、专用通信电缆等组成,在常规自动站中,涉及到的专用通信电缆是同轴电缆,其结构如图1所示,此电缆常用于近距的音频通信、远距的高频载波和数字通信及信号传输,主要采用SSB/FDM的调制方式,基于同轴的PCM(PulseCodeModulation-脉码调制录音)时分多路数字基带传输技术,具有通信容量大、传输稳定性高、保密性好、较少受到自然条件和外部干扰影响等优点。有线数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来,实现数据传输、交换、存储和处理的系统,主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成。自动气象站的工作原理是自动站各要素传感器的感应元件在相应要素发生变化时,元件输出的电量产生变化,与此同时,也产生了模拟信号和数字信号,这些信号被处理器实时控制的数据采集器所采集,经过线性化和定量化处理,实现工程量到要素量的转换,再对数据进行筛选,得出的气象要素值按一定的格式储存在采集器中,采集器再将数据通过传输信道传送至台站内的主控计算机。自动气象站有线数据通信系统结构如图2所示。在各台站的主控计算机中,可以实时的监测到各气象要素值,并按规定的格式存储在计算机的硬盘上,在定时观测时刻,还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发,形成各种气象记录报表和气象数据文件,再通过互联网将气象实时资料传输给用户和终端数据服务中心。至此,数据完成了由采集、处理、转换、传输组成的一整套通信过程,如图3所示。
2无线通信系统
自动气象设备中,由于探测环境的限制,有些设备是需要搭建在远离观测台站的野外环境,例如,区域多要素自动站、自动土壤湿度仪,这种情况下,自动设备若使用有线通信系统,则会遇到线路成本高、铺设难度大等问题,所以只能利用无线通信系统来实现气象数据的传输。就区域自动站而言,是由传感器、采集器、太阳能电源、无线通信模块几部分组成,其用到的无线通信模块是基于GPRS/CDMA技术的通信模块,其技术的可靠性和稳定性已经是非常高的,且功能非常强大,完全能满足自动站进行气象数据远程无线通信的要求。GPRS(GeneralPacketRadioService-通用分组无线业务)是在现有GSM(全球移动通信系统)基础上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通讯网络中引入分组交换的功能实体,以完成用分组方式进行的数据传输,GPRS系统可以看作是对原有的GSM电路交换系统的基础上进行的业务扩充,以支持移动用户利用分组数据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源,从而提供了一种高效能、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数量数据传输。GPRS无线通信系统常用的两种不同的应用方式有:(1)点对点数据传输;(2)中心点对多点数据传输,在自动站中,用到的是中心点对多点的数据传输方式,如图4所示(APP代表应用业务、DTU代表数据终端单元、SMS代表短消息业务、CSD代表电路交换数据、DSC代表数据业务中心)。自动站主要使用GPRS、SMS等通信方式与中心站进行数据传输,平时使用GPRS上传数据至中心站服务器,再由FTP(双向传输协议)从中心站服务器传至数据服务中心,通过网络让用户共享,如果GPRS网络出现暂时故障,系统自动切换至SMS短信方式,将数据传至中心站服务器,如果仍有上传失败的情况,还可通过有线传输的方式上传至中心站服务器。区域自动站的工作原理是,传感器采集数据和采集器处理数据部分与常规自动站是基本相似的,数据由采集器出来,所经过的传输信道是不一样的,是通过GPRS无线通信模块发送至终端数据服务中心的,所以,区域自动站的无线通信系统整体模式如图5所示:
关键词：数控系统；软件架构；数字信号处理器；BIOS
中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）20?0065?05
SoftwaresystemarchitectureofmotioncontrollerbasedonDSPandBIOSkernel
ZHOUChen?zhong，LIJian?wei，PIYou?guo
（DOEKeyLabofAutonomousSystemandNetworkControl，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China）
Abstract：TexasInstruments（TI）company’sBIOSreal?timekernelwasusedonthecontrollerhardwareplatform，whichtakesTI’sDSPasthemaincontrolchipandFPGAastheauxiliarycontroldevice.Asoftwarearchitecturesolutionforamotioncontrollerisproposed，inwhichthesecondarydevelopmentandtransplantationoffunctionalcomponentscanbeachievedaccordingtotheneedsofdifferentusers.Themodulardesignisadoptedforsoftwaresourcecode，whichhasstandardizedfunctioninterfaceandgoodmaintainability.Theexperimentaltestindicatesitcanmeettherequirementsofopenness，realtimeandportability.
Keywords：CNCsystem；softwarearchitecture；DSP；BIOS
0引言
作为数控系统核心控制部件的运动控制器，市场上有基于单片机、基于ARM为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理、基于DSP为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理等多种硬件平台的解决方案。在不同的硬件平台上，软件系统调度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多种实时操作系统内核，因而衍生出各种软件系统的架构方案[1]。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片为主控芯片+FPGA作为辅控芯片的硬件平台的解决方案，其数据吞吐量和高速浮点运算上具有一般单片机不可比拟的优势。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的开发平台，可以使用配套的非开放源代码的BIOS实时内核，在中小型数控系统应用开发上，其更加专业，相比采用ARM硬件平台而使用的开放性源代码的实时操作系统内核，采用DSP硬件平台与BIOS内核的运动控制器稳定性更好，能够节约实时操作系统移植和测试时间，缩短开发周期，因而其是一种合理有效的解决方案[2]。
为了能够在该平台上进行有效的模块化数控功能组件的开发、维护和移植，本文提出了一种标准化的软件分层与接口架构方案。该方案可作为一种设计模式，满足不同用户的基本功能与二次开发需求。
1系统整体方案
1.1运动控制器硬件实现平台
本文采用的运动控制器的硬件系统[3]框图如图1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮点运算器，能快速高效地完成工件加工轨迹插补计算。其集成外部扩展扩的EDMA和EMIF总线具有数据吞吐量大的特点。该DSP主频为225MHz，对应的指令周期为4.4ns，相应的运算速度可达1800MIPS/1350MFLOPS，适用于中小型数控系统主控制器的需求[4]。
ACTEL公司的A3P400系类FPGA是一种高密度，等效40万门器件，其可配置的I/O可以兼容多种类型的数字电平。另外ACTEL公司提供的Libero集成开发工具，能提供数字PLL、高速FIFO等多种通用型软核模块，能够节约开开发时间与成本，是作为运动控制器外部通信总线接口的一种可靠高效的硬件方案。
图1运动控制器硬件结构图
1.2系统软件层次划分
本文软件系统采用三层结构划分[1]，其层次结构如图2所示。
图2软件架构层次图
（1）用户应用接口层。可根据具体的用户需求开发各种功能的数控应用模块，并将各功能模块作为组件通过接口嵌入到系统软件中来。本文所开发的基础用户组件块及其功能将在下一节详细描述。
（2）BIOS内核层。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS内核以及其各种内核组件，可有效缩短内核移植和测试时间。CCS3.3提供图形化界面接口，如图3所示。其可对内核各个组件进行配置和应用。它的内核通过编译后将在文件链接时植入程序，生成最后可执行文件。
（3）硬件驱动层。用于管理运动控制器板卡上与DSP相连的各个硬件设备的驱动，并为内核与用户应用层提供硬件访问接口。板卡硬件包括：FIFO通信缓冲器、CNC脉冲发生器、UART总线控制器、SERCOS总线控制器等。外部模拟数字硬件设备采用FPGA或专用IC实现。
图3BIOS内核图形化配置界面
2用户应用软件任务划分
用户应用软件组件模块可分为基础组件和扩展组件[5]。基础组件提供数控系统基本的加工、维护、调试、监控等各种接口控制功能。扩展组件根据特定的用户需求可选择性裁剪安装，一般扩展组件包括软PLC编程接口，SERCOS总线、脉冲、TCP/IP、UART等各种通信协议数据包解析与格式转换等功能。BIOS内核是一款多任务实时内核，可以在系统多个用户基础任务之间进行调度。本文所描述系统基本用户组件任务划分见图4。
图4运动控制器硬件结构图
2.1HMI任务
HMI通信数据包帧格式如表1所示。HIM任务处理流程如图5所示。
（1）通信数据包格式。通信数据包格式固定，但功能信息结构格式不固定[6]。不同的信息，如调试信息、G代码脚本信息的内容等采用不同的信息格式，这样用户在增加新的功能组件时，只要自己编写新的信息格式和编码与解析方式，就能利用原有的通信协议进行开发，使得系统代码能够移植和重新利用。
表1HMI数据包帧格式
图5HIM任务处理流程图
（2）数据包生成器。从已处理完的HMI信息队列中按照不同约定信息格式读取信息，并按照数据包的格式为其添加帧头、物理地址、校验码等，生成一组数据帧，并将该数据帧通过EMIF总线写入FPGA中的UART发送FIFO，待其转换为对应数字电平发送给上位机。
（3）数据包解析器。通过EMIF总线从在FPGA中实现的UART总线接收FIFO中读取一个数据帧，并按照约定的用户应用的解析方式解析成对应的信息，并将信息加载到HMI接收信息队列，等待数据处理与交换任务启动进行处理。
2.2用户数据处理与交换任务
用户数据处理与交换任务流程如图6所示。
本系统提供G代码脚本解释器、调试维护命令壳、系统错误诊断器三个基础组件。用户可根据特定需求植入新的组件，并编写对应组件接口信息编码与解析方式。
（1）G代码脚本解释器[7]
数控G代码解释的方案很多。部分厂商采用在上位机解析成配置信息码，并发送给运动控制器的方案。但此方案会增加数据通信量，使得通信时延增加。本系统采用的方案是：上位机以字符串格式将数控G代码脚本信息打包发送给运动控制器，运动控制器对字符串进行重新组合，并通过识别组合码配置数控参数控制块。该方案可以减少通信负担，减小通信延时，但是将增大DSP的运算处理量。因为DSP运算速度明显要块于通信传输速率，所以该方案是一种合理的折中方案。
图6用户数据处理与交换任务流程图
（2）调试维护命令壳
该功能用于系统开发阶段和系统维护阶段。系统集成该功能够之后，根据开发人员提供的维护指令手册，在上位机输入维护指令，返回运动控制器相应的关键系统数据结构的运行状态码，能帮助维护人员快速地判断系统运行中的故障，并为数控机床每个加工轴提供电机测试接口。
（3）系统错误诊断器
负责管理和存储数控系统需要监控运行的重要模块信息，一旦重要模块运行发生故障，则把错误编码保存在系统错误诊断器中，并在任务运行时将错误码发送给上位机。
2.3运动控制任务
运动控制任务是运动控制器最核心的部分，也是BIOS内核所管理的任务中优先级最高的一个任务。不同厂商的控制器有不同的实现方案。为了能够清晰理解与移植本文所述系统的运动控制程序，图7给出了运动控制的行为与数据流框图。
根据图7所描述的运动控制行为，编写的运动控制任务程序的流程图如图8所示。
图7运动控制的行为与数据流图
图8运动控制任务流程图
（1）加工轨迹计算。加工轨迹计算控制器，综合数控配置参数与实时的反馈数据，通过各种数值计算方法，进行各种数控插补计算，得到最终的加工数据，可以通过脉冲编码格式或者SERCOS通信总线，发送给控制CNC的每个轴的伺服电机驱动器，控制电机的旋转与进给。
（2）电机驱动管理。实时地管理监控CNC每个轴的电机驱动器。读取驱动器的工作状态，将需要上位机进行实时监控的数控实时运行数据写入CNC接收信息队列，并通过数据交换控制任务，发送到上位机用于监控。当有电机驱动器运行出现异常时，可以及时进行保护停止，并发送运行故障编码。
3软件方案的验证性测试
在本实验室研发的嵌入式数控系统测试平台如图9所示。其中，HMI板通过JTAG接口与调试主机1相连，运动控制板通过JTAG接口与调试主机2相连。HMI板与运动控制板通过RS422总线连接，并在采用UART协议进行通信[6，8]。
由于电机运行轨迹与效果无法很好通过图片展示，并且本实验目的主要是验证整个软件系统架构的可行性，并修补程序BUG。因而建议采用硬件模拟运行加Matlab仿真的验证方法。
图9运动控制测试平台
采用圆弧插补测试的方法，在上位机通过G代码脚本格式导入测试指令脚本，运动控制器读取数据包，解析出测试脚本信息后，进行处理和运算，得出的运算数据保存后，导入Matlab仿真软件，生成运行轨迹图，以便模拟仿真电机的实际运行轨迹。表2为CNC测试脚本的加工轨迹数据。
表2测试加工轨迹数据
图10为经过系统运行得到的加工轨迹与原始测试数据的轨迹对照。
图中点线：测试脚本数据拟合曲线；实线：DSP计算的加工数据拟合曲线。从方案验证性测试实验得到的模拟数据拟合图像和原始脚本测试数据对比，可以验证该软件架构方案和基础用户组件能在实验室的CNC系统平台上稳定可靠地运行，因而验证了该软件架构方案的可行性。
图10加工轨迹测试与模拟轨迹
4结语
本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作为硬件实现方案的运动控制器平台，提出一种可移植性软件架构方案。通过三层软件结构模型的描述和基础性用户组件与接口的任务划分，为用户的功能的二次开发与软件代码的维护提供的一个基础性平台。并通过加工脚本测试验证了方案的可行性与稳定性。
参考文献
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关键词网络编码；数据通信；数据传输；通信技术
中图分类号：TN919文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）17-0063-01
1基于网络编码的数据通信技术研究概述
在网络的数据通信当中有很多的网络通信方式，而不同的网络应用是要采取与之相适应的网络通信方式进行数据通信的。现阶段较为常用的网络通信方式有单播、多播通信以及广播通信这三种，其中单播通信大多数情况下都是用于网页的浏览等相对比较简单的网络通信环境中，而多播通信一般都是用于会话，比如说视频通话这一类的。而广播通信的使用范围与多播通信大致相同，但是广播通信的通信对象是不受通信限制的。我们这里所说的这三种通信方式是目前较为普遍使用的通信方式，还有其他的一些通信方式也被运用鱼不同的网络应用中。
2网络编码
2.1网络编码的基本原理
网络编码较为全面的定义了网络结点输入和输出的关系，中间结点一旦具备编码条件，那么中间结点就会对其所接受到的数据按照相应的方式进行编码方面的处理。当编码的数据被逐渐的传送到后续结点之后，后续结点可以进行编码，也可以不进行编码，如果有需要还要进行编码的话，这时就要对接到的信息按照之前的方式再进行一次编码，然后传输，经过不断的反复编码传输，最终就会实现所有的编码信息都能够到达目的结点。最后一步工作就是目的结点通过对信息进行译码之后，就可以得到最初结点所发出的基本信息了。
2.2网络编码的构造方法
在对网络编码的研究当中最主要的一个问题就是结点要根据哪种方式对所接受的数据分组进行编码组合。从目前的研究来看，学者从不同的角度对网络编码的构造方法进行了相应的分析探讨，比如说采用的编码系数选择方式，分组编码操作方式等方面，其具体的表现是根据编码结点分组进行编码操作的方式，其中线性网络编码主要表现是结点对所接受的数据分组实行的是线性编码组合型操作，不然编码的工程就会变为非线性网络编码。
我们根据编码系数的选择方式，把网络编码构造的方法分为两种，一种是确定性网络编码，另一种是随机网络编码。这两种编码都有一定的好处，但是确定性网络编码构造方法的编码系数是根据某一种算法进行确定的，而随机网络编码中编码系数是从伽罗符号中随机进行选择的，因此随机网络编码构造方法在整个的网络编码系数选择中占据着灵活性的地位，这也是随机网络编码构造方法的特点。
我们根据编码在网络系统中的具体实现过程，将网络编码分为了两种编码形式，一种是集中式网络编码，另一种是分布式网络编码。集中式网络编码是在编码的过程当中需要了解全局的网络拓扑，根据全局网络的情况来分配相应的编码系数，这一编码形式并不适合拓扑变换较大的无线网络。分布式网络编码仅仅需要了解网络当中一部分拓扑信息就可以进行相应的编码操作，而且分布式网络编码还具有较为良好的应用性能。
2.3网络编码应用网络数据传送的研究
网络编码是一种编码和路由信息交换的技术，在传统道德路由方法基础上，通过对接收的多个分组进行相应的编码信息融合，以达到增加单次传输信息量的作用，从而提高网络的整体性能。网络编码最开始提出时是因为多播技术，网络编码最初是为了提高网络多播的数据速率，而随着网络研究的不断深入，使得网络编码在其他的领域也逐渐有了优势，比如说提高网络带宽的利用率，从总体而言，对网络编码的应用在很大程度上提高了网络的实际吞吐量，进一步的减少了数据分组的传输量，也在一定程度上降低了数据传送的功耗，由此我们看出网络编码为网络的数据传送性能的改善提供了新的途径。
2.4基于网络编码的数据传送技术研究趋势
随着基于网络编码的数据通信技术研究的不断深入，出现了很多新的理论，但是网络编码所面临的问题也随之增多，尤其是网络编码的网络数据传送技术问题，虽然经过近几年的研究取得了一定的进展。但是仍然面临着许多难题需要我们去逐一解决。
1）网络编码复杂度得到降低。现阶段最主要的一个问题就是怎样在提高网络编码效率的同时降低网络编码的复杂程度。这会涉及到网络编码的相应网络开销，这也是作为网络编码性能评价的内容之一，还有就是在网络编码实用化的过程当中，逐渐控制网络编码的复杂程度，减少网络编码需要的额外的计算量，从而降低系统的实施成本。这对于网络部署以及应用网络编码都具有非常重要的意义。
2）数据传送可靠性研究。保证网络性能的一个主要方面就是提高网络数据传送的可靠性，现阶段对网络数据传输可靠性的网络编码研究主要是根据多径路由展开的，这也在一定程度上对网络编码中的数据传输提供了可靠性。因此在多跳动态的网络环境当中，分析研究提高网络编码数据传送的可靠性具有很高的现实意义。
3基于网络编码的数据通信技术的相应解决方案
1）在对网络编码的网络协议结构研究当中，其出发点主要向三个方面集中：一是较为系统的分析网络编码在各个协议层与现有协议相结合的参数，其目的是为了让应用网络编码提高网络的系统整体性能；二是设计相应的对应网络性能指标的线性规划模型，以便求解出线性规划模型的最有设定；三是提高各个协议层之间的信息反馈机制来实现参数的实时调整。
2）在对网络编码时延约束控制的研究当中，针对数据在网络中各个结点频繁的参与编码和解码的操作，使得数据编码时延逐渐成为了网络数据传送累积时延的主体，基于此种情况，我们在网络编码的实际应用当中，提出了基于数据传送时延约束的网络编码模型，这一模型的出现在较大程度上对传送时延进行了优化的控制；与此同时我们还引入了数据传送信息反馈机制，以此来促进数据在网络结点中的及时有效传送。
4结束语
本文通过对基于网络编码的数据通信技术的研究，可以了解到我国的网络编码在实际的网络应用中还是处于较为初级的阶段，还有很多问题都需要我们解决，其中网络编码方案的设计、简化复杂的编码这些问题都是急需解决的关键问题，这些问题如果得到解决，就可以在一定程度上避免目前所应用的协议软件的更改，与此同时也降低了网络编码的复杂度，进而减小了协议运行的开销。希望在以后的研究当中，可以更好的对网络编码的数据通信技术进行创新研究，以便更好的应用于社会的各个领域。
参考文献
[1]蔡宁等译.信息论与网络编码（翻译版）[M].北京：高等教育出版社，2011.
文章编号：1672-9498（2016）04005906
摘要：针对目前航运电子数据交换（ElectronicDataInterchange，EDI）报文标准不统一导致的航运EDI数据共享比较难的问题，提出一种模式类方法.利用VisualStudio软件设计一个基于模式类的航运EDI数据共享系统，并对该数据共享系统进行验证.验证结果表明：模式类方法能集成不同标准报文中的相似部分；用户可根据自己的需求生成需要的EDI报文格式；数据冗余减少，报文的可阅读性增强，系统性能提高.模式类方法为数据共享提供了一种新的解决方案.
关键词：
航运；电子数据交换（EDI）；模式类；数据共享
中图分类号：F552；TP391
文献标志码：A
DesignandimplementationofshippingEDIsharingsystembasedonmodelclasses
NIYingying，WANGXiaofeng，BIKun
（InformationEngineeringCollege，ShanghaiMaritimeUniversity，Shanghai201306，China）
Abstract：
InviewofthefactthattheshippingElectronicDataInterchange（EDI）datasharingisdifficultbecauseofdifferentstandardsofshippingEDImessages，themodelclassmethodisputforward.AshippingEDIdatasharingsystembasedonmodelclassesisdesignedbyVisualStudio，andthenthesystemisvalidated.Theresultsshowthatthesimilarpartsofdifferentstandardmessagescanbeintegratedbythemodelclassmethod，theformatsofEDImessagescanbegeneratedaccordingtousers’requirements，thedataredundancyisreduced，messagescanbereadeasily，andthesystemperformanceisimproved.Themodelclassmethodprovidesanewsolutiontodatasharing.
Keywords：
shipping；ElectronicDataInterchange（EDI）；modelclass；datasharing
收稿日期：20160407
修回日期：20160612
基金项目：上海市科学技术委员会重点项目（14511107402）
作者简介：
倪莹莹（1991―），女，江台人，硕士研究生，研究方向为航运数据共享，（Email）；
王晓峰（1958―），男，辽宁灯塔人，教授，博导，博士，研究方向为人工智能、数据挖掘与知识发现、航运信息化等，（Email）
0引言
随着移动互联网、物联网以及云计算技术的发展，音频、视频、文字、图片等结构化、非结构化的数据在日常生活中变得触手可及，这说明人类已经步入大数据[13]时期.大数据时代的到来，扰动了市场敏感的神经，数据即价值的诱惑使得医疗、餐饮等各大行业也纷纷涌入大数据市场.近几年计算机和信息技术规模明显扩大，数据以其类型复杂多样、数量庞大、流动速度快以及价值密度低等特点成为当今的热点.
航运业是与互联网、大数据的联系发展最为缓慢的传统产业.航运通常实现的是货物的空间转移，货物在发生空间转移时必然伴有货物的信息传递，因此航运与信息有着天然的联系.从现代航运的发展看，信息化已成为航运发展不可或缺的重要技术支撑.大数据时代下航运业数据共享对国家之间、港口与航运物流公司之间的联系至关重要.航运公司在进行贸易往来时往往通过大量的业务信息数据保持其与客户和供应商等之间的联系，对这些数据作出迅速、高效、灵活的处理，实现便捷、高效的信息流通成为各企业发展的首要任务.
电子数据交换（ElectronicDataInterchange，EDI）作为一种新的技术，在航运中拥有无可取代的地位.EDI的产生加速了世界经济贸易的流通速度，实现了国家或企业之间通过互联网进行可靠的贸易数据交换，成为现代贸易标准化的数据传输方式.航运EDI更是外贸、海关、商检、港口、航运企业、货代、船代等部门或企业的专业EDI.然而，由于各部门或企业各自为政，EDI信息孤岛效应日渐突出；航运EDI标准[4]不统一，导致系统中出现大量的冗余数据和垃圾数据，信息利用率低，无法实现信息共享.
国内外数据交换的方法有多种，如：利用数据库自身工具实现数据交换[5]、利用中间件完成数据交换和利用XML/EDI实现数据交换[6].这些方法中虽然也有针对语法语义的交换方法，但不完全适用于航运EDI报文数据交换.本文提出一种将现有不同报文标准中的相似信息集成到模式类中的新方案，通过模式类的方法实现航运EDI不同标准的报文数据共享，设计并实现一个航运EDI报文数据的共享系统.
1相关概念
1.1数据共享
为充分挖掘航运大数据的潜在价值，提高航运产业效能，需要实现海量、多源、异构航运数据的集成和融合，解决数据互通、转换和共享问题.首先需要兼容现有各种EDI报文格式，使有不同数据标准的港航企业无障碍地交换EDI报文数据，实现航运EDI数据共享.
数据共享能够通过减少纯粹的重复修改操作使异构数据在不同的系统之间流通，实现不同系统中的数据在不同企业之间共享，极大地提高企业信息传递的效率，降低企业之间的业务信息处理差错，简化异构数据的传递方式，同时节约处理成本.总之，数据共享的实现有利于解决信息孤岛问题，实现企业间信息的高效便捷流通，提高企业之间的贸易合作效率，提高各行各业的信息化水平.
1.2模式类
模式类本身没有具体的定义，有文献指出它是同一类事物在某方面属性的集合，用来描述知识与知识之间集合的关系框架[78]，这种关系可以是明确的也可以是不明确的.这种模糊的知识框架可以应用到传统模糊推理能够应用到的地方，甚至更广的范围.
数据共享过程中面临的最大问题是数据异构问题.实现异构数据集成的关键技术是模式映射.与模式映射类似，本文提出的模式类的目的是实现模式匹配与映射生成，但与模式映射不同的是，模式类融入了新的活力.航运EDI按照报文内容分为船舶类、装箱单类等，这些类之间相互联系又相互独立，将模式类应用到航运EDI恰到好处.从面向对象语言的角度分析，本文所涉及的模式类的本质是类，它可以实例化，可以继承，可以组合，提高了代码的复用性和系统的运行效率；从数学角度分析，模式类是相互关联的一些知识的集合，是对不同报文重复信息的提取，是重复信息的集合.不同标准航运EDI报文相互区别又相互关联，将模式类方法应用到航运EDI报文领域是一个技术上的创新.
2共享系统的设计
2.1需求分析
2.1.1需求目标
航运数据共享有利于实现企业间的信息交换，促进航运事业的发展，但是航运EDI报文标准不统一导致各航运公司之间信息交流困难，对于使用不同标准的公司而言就如同隔了一座山.在大数据背景的推动下，信息交换与共享成为航运乃至整个互联网涉及到的领域的一个必然趋势.针对目前航运EDI报文标准不统一导致的航运EDI数据共享比较困难的问题，需要设计出一个起桥梁作用的、兼容多种报文格式的信息共享平台，从根本上走出这个困境.为此，本文设计了一个基于模式类的共享系统，系统具体工作流图见图1.用户A和B分别使用EDIFACT报文标准和99报文标准，登录共享系统后，A公司只需要输入一些与业务相关的具体的数据，系统就会根据用户需要自动生成符合B公司报文标准的报文，进而使B公司可以在共享平台上无障碍地浏览A公司的业务信息.这在一定程度上解决了信息孤岛问题，为EDI标准化创造了过渡条件，为数据共享开辟了道路.
2.1.2基于模式类的共享设计思路
近10年来有关EDI数据共享平台的研究主要有基于XML/EDI共享平台的研究[9]和基于SOA架构的数据共享平台的研究[1011].上述两种方法从宏观上实现共享，并没有关注到由不同报文标准引起的异构，具有一定的局限性.数据共享核心思想是数据集成[12]，即将相关联的数据集成到一起.利用模式类实现数据共享正是数据集成思想的一种体现，具体的数据共享设计思路见图2.由图2可知，经过模式类组合并实例化，再经过映射文件，可以实现报文之间的数据通信，从而实现数据共享.
2.2设计目标
本文旨在通过互联网设计并实现一个基于模式类的数据共享系统.该系统能够兼容不同报文标准，实现不同格式报文之间的数据通信.基于系统的需求分析，该系统主要分为应用层、功能层和数据层，其中：应用层是基于用户的；功能层是该系统的主要框架；数据层是与数据库相连接的.具体数据共享系统架构见图3.
2.3系统功能模块设计
系统的功能模块主要分为用户管理模块、权限设置模块、模式类管理模块和日志管理模块.用户管理模块和权限设置模块是针对用户的，系统管理员可以通过该系统对用户进行增加、修改、查询、删除等，并且为他们开通一些权限.在模式类管理模块，用户根据个人需要配置各个模式类的订单信息，如集装箱信息、船模式类信息等；在配置完成后，数据会按类分别保存到模式类中，当用户自己选择报文标准时，这些数据就会按照所选格式组合成对应的报文，通过映射文件对所生成的模式类进行校验，最终保存到目标目录.系统的功能模块见图4.
2.4模式类设计
2.4.1模式类创建
模式类是实现数据共享的核心，创建模式类前必须先分析EDI报文的结构.不同标准的EDI报文从内容上看都包括了EDI标准的三要素：数据元、数据段和报文标准格式.数据段是数据元的集合，是报文的主要组成部分，它的功能是定义段的功能.就像不同计算机语言一样，实现同一目的可以采用不同的编程语言，报文亦是如此.就开始标识和结束标识而言，EDIFACT报文定义的是UNH和UNT，ANSIX12定义的是GS和GE，99报文定义的则是00和99.表1是交通运输部制定的国家标准对开始标识的定义，表2是某航运公司用EDIFACT报文标准对开始标识的定义.
表1和2中，M代表报文的必填字段，C代表报文的可选字段.报文中包含的信息大致相同，模式类是对这些重复信息的提取和汇总.对比不同航运EDI报文标准，有众多重复的元素，例如描述船舶、装箱单、港口、货物的信息，多次的重复不仅导致工作量大，而且很耗费时间和资源.结合面向对象的思想，将这些船舶、装箱单、港口、货物等信息进行汇总创建模式类，如船舶模式类主要描述与船舶相关的基本信息（表3），集装箱模式类主要描述集装箱信息（表4），不同报文标准共用这些模式类.
2.4.2映射文件
映射文件[1315]描述不同标准的报文之间的关系，不同报文标准是通过不同方式达到相同目的的.映射文件的功能就像字典，它建立了不同标准报文之间的对应关系.EDIFACT和99报文订舱报文都有船舶和集装箱信息的定义，表5是统计出来的描述船舶信息的两种标准报文的映射关系，表6是描述集装箱信息的两种标准报文的映射关系.
由表5可知，99报文中的字段VESSEL对应EDIFACT报文中SG7TDTC2228212中的信息.当模
式类信息配置好后，选择99报文格式生成对应的报文，然后对其进行校验.若选择EDIFACT格式，则会通过对应的映射找到EDIFACT中对应的字段，对生成的EDIFACT报文进行校验，从而实现报文标准化.
3共享系统的实现
本节对数据共享系统进行验证和演示.若系统A用户为客户，系统B用户为航运公司，客户根据自己的需求在系统中填写相应的订单信息，生成符合航运公司的报文格式的报文提交.航运公司收到报文后根据用户需求配置订单，避免了报文标准不统一造成的数据不能转换和共享的情况.
3.1模式类数据配置
图5系统界面中的系统管理是以增加、修改、查询、删除为基础的针对用户的管理模块，主界面是对模式类需要的船舶数据、集装箱数据等进行配置的界面，配置后的数据将通过上述映射关系，找到对应的报文标准，然后根据需要在指定文件夹内生成目标报文.如果系统将文件存在云平台上，航运公司就可以直接下载配置订单.在数据配置过程中，如果用户数据填写错误，点击编辑按钮就可以对此前填写
的信息进行修改.由于系统兼容了多种标准，同一信息也可以生成多种标准的报文.
3.2映射校验
在EDIFACT报文标准中，对UNH元数据的定义见表2.由表可知UNH元数据所包含的7个字段都是必选的，这7个字段之间用“^”连接.根据报文的组成，利用如下的XML文件对其进行校验，其中校验文件中的“ID”对应的是报文的说明头，若Req字段为M则必须对其校验，若Req字段为C，则默认其是可选的，是否出现都不影响结果.“DataType”代表报文字段的属性类型，有“AN”“N0”“DT”“TM”等可选值，它们分别代表字符类型、数字类型、日期类型和时间类型，该字段可以检验报文段值的类型是否符合规范；“MinSize”和“MaxSize”分别代表需要校验的报文段的最小长度和最大长度；“Description”这个属性在校验的过程中并没有特别的作用，仅仅作为注释使用.具体的代码实现如下.
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="14"Description="MessageReferenceNumber"/>
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="6"Description="MessageTypeIdentifier"/>
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="3"Description="MessageTypeVersionNumber"/>
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="3"Description="MessageTypeReleaseNumber"/>
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="2"Description="ControllingAgency"/>
DataType="AN"MinSize="1"MaxSize="6"Description="ControllingAgency"/>
3.3系统运行结果
以系统生成的99报文格式和EDIFACT报文格式为例，根据图5中填入的信息，生成的报文运行结果见图6.由结果可知，本系统兼容现有部分EDI
报文标准，可以使有不同数据标准的港航企业进行无障碍的EDI报文交换，实现航运EDI数据共享.对比99报文标准和EDIFACT报文标准，目标报文的结构均与标准相对应，一定程度上解决了报文标准不一致导致的航运EDI数据不能共享的问题，基本实现了本系统的目标，为航运EDI报文数据共享提供了技术支持.
4结论
本文围绕数据共享主题设计了一个基于模式类的航运EDI数据共享系统，为用户提供透明、便捷的数据访问方式.模式类采用面向对象的思想，独立于报文标准和具体业务，是抽象的类；模式类有利于数据集成，减少数据冗余，提高系统效率与报文的可读性.与之前数据共享平台的研究方法相比，模式类方法更适用于解决EDI报文共享问题，能解决由于EDI标准不统一导致的数据冗余和信息阅读性差的问题，促进了航运EDI数据的交换，实现了航运EDI数据的共享.在大数据背景下，本系统仍有一些问题和不足，模式类和映射文件也有待进一步充实和完善，以覆盖更多的EDI标准.
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