基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)

李天驕 韓可為

摘? 要： 針對(duì)傳統(tǒng)地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)存在運(yùn)行耗時(shí)長(zhǎng)的問題，提出基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)。為了縮短系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)電路，分別為78系列三端集成穩(wěn)壓器大電流供電電路、開關(guān)電源DC變換器電路和單片機(jī)采樣電路。系統(tǒng)軟件由空間數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、模型庫管理子系統(tǒng)、空間輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、總控模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫調(diào)用。軟、硬件結(jié)合，完成基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)部分分別測(cè)試兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行耗時(shí)，結(jié)果顯示，文中所設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行耗時(shí)保持在10 ms左右，傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術(shù)的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)運(yùn)行耗時(shí)在12 ms左右。由此可知，該文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行耗時(shí)更短，且符合設(shè)計(jì)需求。

關(guān)鍵詞： 空間輔助規(guī)劃; 地下空間規(guī)劃; 硬件驅(qū)動(dòng)電路; 數(shù)據(jù)庫調(diào)用; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 運(yùn)行耗時(shí)測(cè)試

中圖分類號(hào)： TN911?34; TP311.52? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2020）22?0121?03

Abstract： Since the traditional underground space auxiliary planning system needs long running time， the urban core area underground space auxiliary planning system based on the global perspective is put forward in this paper. In order to shorten the running time of the system， the hardware driving circuits are designed， which are high current power supply circuit of three?terminal integrated voltage regulator in 78 series， switching power DC converter circuit and single chip sampling circuit. The system software is composed of spatial database subsystem， database management subsystem， model database management subsystem， spatial auxiliary planning database and general control module to realize the database call. Based on the combination of software and hardware， the design of underground space auxiliary planning system for urban core area is completed. The running times of the two systems were tested respectively in an experiment. The results show that the running time of the system designed in this paper is about 10 ms， and the running time of the traditional urban core area underground space auxiliary planning system based on spatial data technology is about 12 ms. It can be seen that the system designed in this paper takes less time to run and can meet the design requirement.

Keywords： space aided planning; underground space planning; hardware drive circuit; database call; system design; operation time?consuming test

0? 引? 言

城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃是一個(gè)城市設(shè)計(jì)取得成功的關(guān)鍵，而空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)剛好提供了一種基于空間信息獲取的方法。空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)是在空間數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。空間數(shù)據(jù)技術(shù)起步較晚，其可完成復(fù)雜的空間分析，客觀地反應(yīng)出不同時(shí)空尺度下的變化趨勢(shì)，從而為決策者提供有效準(zhǔn)確的信息[1]。但空間數(shù)據(jù)技術(shù)還處于探索階段，存在以下幾個(gè)方面的缺陷：無法組織海量模型數(shù)據(jù);無法直觀、有效地展現(xiàn)空間數(shù)據(jù)成果;無法高效調(diào)度數(shù)據(jù)庫。本次研究主要針對(duì)上述問題提出基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：研究城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)，并做大量工作解決傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的問題。基于傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。硬件驅(qū)動(dòng)電路是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，先確定各個(gè)模塊的設(shè)備選型連接方式，再根據(jù)一定的空間輔助規(guī)劃流程設(shè)計(jì)軟件模塊。

1? 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)的硬件驅(qū)動(dòng)電路由三部分組成，分別為78系列三端集成穩(wěn)壓器大電流供電電路、開關(guān)電源DC變換器電路和單片機(jī)采樣電路[2]。

電機(jī)采用24 V電源，單片機(jī)系統(tǒng)需要5 V電源，電機(jī)和電源都需要提供3 A電源，且兩路電流不可超過1 A，故采用78系列三端集成穩(wěn)壓電路提供1 A以上的用電，并在三端集成穩(wěn)壓電路上配備加裝大功率分流三極管，如圖1所示。

電流增大，大功率三極管所消耗的能量就越大，從而導(dǎo)致電源效率降低，出現(xiàn)嚴(yán)重干擾問題[3]。為滿足多路不同的電壓輸出要求，使用多級(jí)穩(wěn)壓電路的方式，降低系統(tǒng)電路復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)開關(guān)電源采用DC變換器，它能對(duì)外輸出5 V，12 V多路隔離直流電。其工作原理為：將高頻率的交流電提供給變壓器，經(jīng)過變壓后，產(chǎn)生多組電壓，再通過電路控制開關(guān)高速導(dǎo)通，將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的[4]。開關(guān)變壓器的次級(jí)分為多個(gè)繞組和一個(gè)繞組，以滿足輸出需求。開關(guān)電源流程圖如圖2所示。

開關(guān)電源DC變換器可感應(yīng)出不同幅度的高頻電壓，若想輸入直流24 V，就需要經(jīng)過去噪濾波處理，再通過高頻PWM信號(hào)控制開關(guān)管，直至整流濾波信號(hào)穩(wěn)定[5]。圖2中的輸出部分需要通過電路反饋給控制電路，才能保證電流穩(wěn)定輸出。

系統(tǒng)單片機(jī)采樣電路如圖3所示。

由ADC0809將采樣模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機(jī)P0口[6]。該口用于判斷電源狀態(tài)。若蓄電池處于放電狀態(tài)，說明極間電壓不穩(wěn)，可能會(huì)出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象[7]。

1） 空間數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)由區(qū)域背景專題圖庫和各種城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃信息數(shù)據(jù)組成[9]。其中，空間信息數(shù)據(jù)中包含決策者需要迅速查找的常用信息。

2） 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)具有以下幾個(gè)功能：提供基本數(shù)據(jù)對(duì)象;提供有關(guān)數(shù)據(jù)檢查;提供數(shù)據(jù)字典[10?11]。

3） 模型庫管理子系統(tǒng)具有組合功能，可適應(yīng)多種不同的應(yīng)用環(huán)境。

4） 城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃庫由通用模型和暫時(shí)性中間模型組成，它可以將城市核心區(qū)域地下空間規(guī)劃信息從不同角度進(jìn)行分類集成，用以生成臨時(shí)模型分析使用[12]。若要修改模型，可以依據(jù)系統(tǒng)索引加以說明，經(jīng)過確認(rèn)后，從模型庫中選擇指定的模型，通過數(shù)據(jù)庫提取所需參數(shù)，轉(zhuǎn)送到系統(tǒng)，以供參考。需要注意的是，系統(tǒng)傳來的修改模型形式要按照語義分析提出的要求修改，經(jīng)過審查后，再使用索引替換原來的部分，最終完成新模型的構(gòu)建[13]。

5） 總控模塊用于目標(biāo)分析和問題分解，其中，人機(jī)接口是整個(gè)系統(tǒng)與用戶交互的界面，可以以多種形式表達(dá)用戶的問題[14]。在整個(gè)系統(tǒng)推理過程中，允許決策者和接受決策者直接干預(yù)。系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果會(huì)以熟悉的形式顯示，并對(duì)其進(jìn)行闡述。用戶接口是負(fù)責(zé)提供友好圖形界面的，用戶可以通過用戶接口選擇執(zhí)行項(xiàng)目，比如，功能和空間信息等[15]。內(nèi)部接口是系統(tǒng)與公共接口的連接部分，也是系統(tǒng)接口。它是空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)的核心部分，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)的調(diào)用和連接。

由此，完成基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

3? 實(shí)? 驗(yàn)

為了驗(yàn)證所提的基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)置了系統(tǒng)運(yùn)行耗時(shí)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)基于空間數(shù)據(jù)技術(shù)的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)與所提系統(tǒng)測(cè)試的10個(gè)測(cè)試值的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。在空間輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)庫中，隨機(jī)選取10個(gè)測(cè)試值，如表1所示。

3.1? 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本次實(shí)驗(yàn)選擇在以下環(huán)境中完成：

1） 數(shù)據(jù)服務(wù)器：Intel Xeon 3.0 M緩存以上的CPU、2 GB以上內(nèi)存、250 GB以上的存儲(chǔ)器、1 000M網(wǎng)卡。

2） Web服務(wù)器：Intel Xeon 3.0 M緩存以上的CPU、2 GB以上內(nèi)存、250 GB以上的存儲(chǔ)器、100M網(wǎng)卡。

3） 互聯(lián)網(wǎng)客戶端：P4 2 GHz的CPU ，512 MB內(nèi)存、40 GB存儲(chǔ)器、 64 MB顯卡、10M網(wǎng)卡。

4） 業(yè)務(wù)客戶端：P4 2.8 GHz的CPU、1 GB內(nèi)存、128 MB以上的顯卡、100M網(wǎng)卡。

3.2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)試傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術(shù)的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)與基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)的運(yùn)行耗時(shí)。表2為2個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行耗時(shí)對(duì)比結(jié)果。

4? 結(jié)? 語

分析早年數(shù)據(jù)得知傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術(shù)的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)存在的問題。在研究傳統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃的需求，介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)概念，并詳細(xì)闡述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)還存在一定的不足，由于資料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備水平有限，在系統(tǒng)建設(shè)的過程中，還未進(jìn)一步研究系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。所以在今后的系統(tǒng)中，要改進(jìn)空間輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，特別是模型數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，以期本次研究的基于全域視角的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)能為決策者提供更加完善的規(guī)劃方案。

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