數(shù)學(xué)建模劃分區(qū)域的方法精選(九篇)

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第1篇：數(shù)學(xué)建模劃分區(qū)域的方法范文

[關(guān)鍵詞]云計算；并行；故障計算；模型；調(diào)度

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.08.043

[中圖分類號]TM744 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2015）08-0060-01

1 電網(wǎng)模型的構(gòu)建

我國電網(wǎng)調(diào)度分為五級，即國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、中調(diào)、地調(diào)和縣調(diào)，繼電保護(hù)專業(yè)同樣對應(yīng)為五級，各級調(diào)度系統(tǒng)中，一般只建立本級調(diào)度監(jiān)控范圍內(nèi)詳細(xì)的電力網(wǎng)絡(luò)模型，外網(wǎng)部分采用等值處理方式。

在云計算平臺下的一體化的整定系統(tǒng)中，各級保護(hù)單位按不同用戶權(quán)限登錄，整個電網(wǎng)統(tǒng)一建模，不同用戶只能操作自己管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)模型，上級保護(hù)可以看到全網(wǎng)電網(wǎng)模型和對本單位所轄區(qū)域數(shù)據(jù)的操作和維護(hù)。各區(qū)域負(fù)責(zé)建立和維護(hù)自己的圖形和數(shù)據(jù)，各調(diào)度自身的電網(wǎng)不是孤立的，與其他調(diào)度之間也有電氣聯(lián)系，在建立各自的電網(wǎng)時，對外部電網(wǎng)采取多點(diǎn)等值的方法，得到與實際電網(wǎng)等價的電網(wǎng)圖。

當(dāng)上級調(diào)度需要下級調(diào)度的數(shù)據(jù)和圖形時，只需提出要求，系統(tǒng)即對圖形進(jìn)行拆分和拼接即可生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。而一般情況下，系統(tǒng)設(shè)備按照IEC 61970的CIM規(guī)范來進(jìn)行定義，所以要得到全網(wǎng)模型就需要對各單位所建立的CIM模型進(jìn)行相應(yīng)的拼接和拆分。

2 故障計算并行算法

各級調(diào)度建立和維護(hù)自己的電網(wǎng)，通過拼接和拆分得到全網(wǎng)的電網(wǎng)模型，本級調(diào)度的電網(wǎng)內(nèi)分為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)，外部電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為外部節(jié)點(diǎn)。內(nèi)部節(jié)點(diǎn)組成內(nèi)部區(qū)域I，邊界節(jié)點(diǎn)組成邊界區(qū)域B，外部節(jié)點(diǎn)也就是即將被等值掉的區(qū)域稱為被等值區(qū)域E。如圖1所示，電網(wǎng)圖中，I為內(nèi)部區(qū)域，E1、E2均為外部電網(wǎng)構(gòu)成E，所有聯(lián)絡(luò)線就是邊界區(qū)域B，其中I和B是要保留的區(qū)域，消去外部區(qū)域E。

根據(jù)上文中對各區(qū)域的定義可以得到電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣如式（1）所示。其中電流為各節(jié)點(diǎn)電流的輸入值列向量，電壓為各節(jié)點(diǎn)的電壓列向量。

（1）

根據(jù)節(jié)點(diǎn)開路抑制原理，要求得到外部區(qū)域的等值系統(tǒng)，也就是要對其節(jié)點(diǎn)進(jìn)行開路抑制，即IE =0，所以可得：

UE=-YEE-1YBEUB （2）

代入式（1）得：

（3）

式（3）即為開路抑制外部節(jié)點(diǎn)后新求出的矩陣。和原來的比較，得出等值系統(tǒng)和聯(lián)絡(luò)線的參數(shù)。新的邊界導(dǎo)納陣為：

YBBnew=YBB-YEBYEE-1YBE （4）

對于一個實際的大電網(wǎng)，要求得多點(diǎn)等值系統(tǒng)，主要通過以下幾個步驟來實現(xiàn)。

首先是基于實際區(qū)域進(jìn)行分塊，針對全網(wǎng)元件，根據(jù)電網(wǎng)管理轄區(qū)進(jìn)行區(qū)域識別，包括普通區(qū)域和特定區(qū)域。普通區(qū)域是指所分成的子系統(tǒng)A、B、C等（包含邊界母線）；特定區(qū)域是指所有的分割線路（包括邊界線路和聯(lián)絡(luò)線）。從數(shù)學(xué)模型上來講，只要各個區(qū)域是互相解耦的網(wǎng)絡(luò)，就可以任意進(jìn)行區(qū)域的劃分，但是根據(jù)電網(wǎng)管理轄區(qū)來分區(qū)更符合實際情況。第二步是對區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行等值計算。首先將各區(qū)域進(jìn)行節(jié)點(diǎn)編號，并得到全網(wǎng)連續(xù)節(jié)點(diǎn)編號，得到全網(wǎng)的連接關(guān)系。第三步計算區(qū)域在邊界的系統(tǒng)鏈支及等值系統(tǒng)。對圖1所示區(qū)域I來說，系統(tǒng)鏈支及等值系統(tǒng)的求解步驟如下。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到不計各聯(lián)絡(luò)線的區(qū)域I的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Ydi，然后求逆得到不計各聯(lián)絡(luò)線的區(qū)域I的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Zdi，從Zdi中找到與邊界節(jié)點(diǎn)有關(guān)的元素形成矩陣ZBBi；再通過求逆得到其逆矩陣YBBi。因為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的對角元的意義是等于從本節(jié)點(diǎn)向整個網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等值阻抗，非對角原則為互阻抗。所以可以按上述方法求解鏈支和等值系統(tǒng)。

用M表示YBBi中節(jié)點(diǎn)m的自導(dǎo)納與節(jié)點(diǎn)m與其他邊界節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納之和；用N表示-YBBi中兩節(jié)點(diǎn)m、n之間的互導(dǎo)納；那么該區(qū)域在節(jié)點(diǎn)m的等值系統(tǒng)阻抗等于1/M；該區(qū)域在節(jié)點(diǎn)m、n之間的等值鏈支阻抗等于1/N。

第2篇：數(shù)學(xué)建模劃分區(qū)域的方法范文

關(guān)鍵詞：土地生態(tài)質(zhì)量分區(qū)；土地利用對策；廣西大化縣

中圖分類號：f301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：0439-8114（2013）07-1525-05

土地生態(tài)保護(hù)分區(qū)是土地生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容。土地生態(tài)質(zhì)量分區(qū)是土地生態(tài)保護(hù)分區(qū)的類型之一，是根據(jù)土地生態(tài)質(zhì)量[1]的空間分布情況對土地利用進(jìn)行空間劃分。其目的是為合理布局生態(tài)保護(hù)用地和建設(shè)用地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。本研究以廣西壯族自治區(qū)（簡稱廣西）大化瑤族自治縣（簡稱大化縣）為例，從土地生態(tài)結(jié)構(gòu)、土地生態(tài)功能、土地生態(tài)問題3個方面構(gòu)建土地生態(tài)質(zhì)量評價指標(biāo)體系，通過計算土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值進(jìn)行土地生態(tài)質(zhì)量分區(qū)，并提出相應(yīng)的土地利用方向與對策，為大化縣土地可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然概況與行政區(qū)劃

大化縣位于廣西中部偏西的紅水河中游，地處北緯23°33′22″-24°22′20″，東經(jīng)107°09′45″-108°02′22″?？h域地處云貴高原余脈，都陽山脈自北向南跨過全境，地勢自北向南傾斜，形成了北高南低的地形特點(diǎn)，北部海拔一般在500～800 m，最高山峰為七百弄鄉(xiāng)的弄耳山，主峰海拔1 108 m；南部海拔一般在150～300 m。境內(nèi)主要為喀斯特地貌，峰叢密布，東北部和西南部為峰叢洼地，東南部多為峰林谷地，中西部為低山丘陵。全境地處南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)北緣，氣候溫和，日照充足，雨熱同季。年平均氣溫18.2～21.7 ℃，年降雨量為1 249～1 673 mm。紅水河是大化縣的主要河流，自西北向東南蜿蜒穿越全境，境內(nèi)支流主要有9條。植物資源較豐富，石山的植被主要為灌叢或灌草叢，土山的植被主要為杉木林、果林等。土壤類型主要有石灰?guī)r土、紅壤和黃壤。

大化縣轄16個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、154個行政村。2010年末，全縣人口為46萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值33.6億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值7 304元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入12 407元，農(nóng)民人均純收入3 389元[2]。

1.2 土地利用概況

根據(jù)第二次土地調(diào)查及變更數(shù)據(jù)，2010年大化縣土地總面積為274 998 hm2。其中，耕地面積25 361 hm2，占9.22%；園地面積683 hm2，占0.25%；林地面積125 672 hm2，占45.70%；草地面積10 432 hm2，占3.79%；城鎮(zhèn)村及工礦用地6 217 hm2，占2.26%；交通運(yùn)輸用地1 618 hm2，占0.59%；水域及水利設(shè)施用地面積 9 475 hm2，占3.45%；其他土地面積95 540 hm2，占34.74%。

2 研究方法

2.1 研究對象與單元

以廣西大化縣為研究對象，以154個行政村為研究單元，研究土地生態(tài)質(zhì)量在各個行政村的分布情況，以此為依據(jù)，進(jìn)行廣西大化縣的土地生態(tài)質(zhì)量分區(qū)。

2.2 評價指標(biāo)及計算方法

2.2.1 評價指標(biāo)體系的建立 根據(jù)綜合性與主導(dǎo)性相結(jié)合原則、動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合原則、定性與定量相結(jié)合原則、科學(xué)性與可操作性相結(jié)合原則[3]，以土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地生態(tài)環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，結(jié)合大化縣土地資源的綜合特征，從土地生態(tài)結(jié)構(gòu)、土地生態(tài)功能和土地生態(tài)問題方面構(gòu)建土地生態(tài)質(zhì)量評價指標(biāo)體系，具體見表1。

2.2.2 評價指標(biāo)說明與計算方法

1）植被覆蓋度。植被包括森林、灌叢和草叢，植被覆蓋度是指植被面積占土地總面積的比重。植被覆蓋度大說明土地生態(tài)質(zhì)量好。計算方法為：植被覆蓋度=[（園地+林地+草地）/土地總面積]×100%。

2）水面覆蓋度。水面覆蓋度是指水面面積占土地總面積的比重。水面覆蓋度大說明土地生態(tài)質(zhì)量好。計算方法為：水面覆蓋度=[（河流水面+水庫水面+坑塘水面+湖泊水面）/土地總面積]×100%。

3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，強(qiáng)調(diào)人類的需求及在生態(tài)系統(tǒng)中的獲益[4，5]。生態(tài)服務(wù)價值大說明土地生態(tài)質(zhì)量好。

1997年costanza等[6]提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估

的原理及方法。謝高地等[7]針對其中的不足，在參考其研究成果的基礎(chǔ)上建立了中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表。本研究采用謝高地等的研究成果對大化縣各個村的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行測算。根據(jù)2010 年大化縣154個行政村的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，同時借鑒謝高地等的估算法和功能分類來計算土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，為保持與其分類一致，按以下原則處理：森林對應(yīng)林地，森林和草地的平均值對應(yīng)園地，農(nóng)田對應(yīng)耕地，河流與湖泊對應(yīng)水域，荒漠對應(yīng)裸地。建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由于到目前為止還沒有準(zhǔn)確科學(xué)的評價結(jié)果，故對建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值取值為零。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式為：

式中：esv為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，si為研究區(qū)內(nèi)第i種土地利用類型的面積，pi為第i種土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

根據(jù)公式（1）可計算得大化縣154個行政村的土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

4）農(nóng)作物單產(chǎn)。農(nóng)作物單產(chǎn)高說明土地生態(tài)質(zhì)量好。采用糧食作物單產(chǎn)來反映農(nóng)作物單產(chǎn)的高低。

5）土地裸露度。土地裸露度是指裸露土地面積占土地總面積的比重。土地裸露度大說明土地生態(tài)質(zhì)量差。 　6）建設(shè)用地干擾度。建設(shè)用地干擾度指建設(shè)用地面積占土地總面積的比重。建設(shè)用地干擾度大說明土地生態(tài)質(zhì)量差。

2.3 評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源

采用廣西大化縣2010年土地利用變更調(diào)查成果，在mapgis軟件的支持下提取154個行政村的各類土地利用面積和土地利用現(xiàn)狀圖。糧食作物單產(chǎn)數(shù)據(jù)來自大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料。

2.4 評價指標(biāo)權(quán)重確定

采用層次分析法（ahp）[8]來確定評價指標(biāo)的權(quán)重（表2）。

2.5 評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理是指按一定分級給每個指標(biāo)制定評分值，構(gòu)建成評價指標(biāo)體系的評分標(biāo)準(zhǔn)。以該標(biāo)準(zhǔn)為參照系，確定每個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化得分[9]。根據(jù)大化縣154個行政村的評價指標(biāo)的具體情況制定指標(biāo)分值表，具體見表3。

2.6 綜合評價值計算

線性加權(quán)和法是指應(yīng)用線性模型來進(jìn)行綜合評價[10，11] ，根據(jù)下面公式計算綜合評價值：

式中u為行政村的土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值，wi為第i項評價指標(biāo)的權(quán)重，vi為第i項評價指標(biāo)的評分等級值，n為指標(biāo)數(shù)量。u越大表示評價單元的土地生態(tài)質(zhì)量等級越高。

根據(jù)公式（2）計算得大化縣154個行政村的土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值，結(jié)果見表4。

2.7 土地生態(tài)質(zhì)量分區(qū)

根據(jù)各個行政村土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值，運(yùn)用數(shù)軸法對土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值進(jìn)行等級劃分。數(shù)軸法指把各評價單元的每個數(shù)值看成一個一維變量點(diǎn)繪在一維數(shù)軸上，按數(shù)值在數(shù)軸上的分布狀況劃分等級[12]。依照此方法可以把各行政村的土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值看成是一個一維變量繪制在一維數(shù)軸上，如果一個數(shù)軸上有多個單元依次向上繪，則會形成高低不等的單元數(shù)值集中與分散分布圖，然后根據(jù)數(shù)軸上點(diǎn)的分布稀疏與集中的情況在相對稀疏處分開，把相對密集的地方劃分成同一個類型。

根據(jù)表4，在154個行政村中，土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價值最大的是平方村，為4.26；最小的是勝利村，為0.91。根據(jù)各個行政村的土地生態(tài)質(zhì)量綜合分值差異的情況，采用數(shù)軸法將大化縣劃分為4種類型的土地生態(tài)質(zhì)量區(qū)域（圖1）：土地生態(tài)質(zhì)量綜合分值為3.00～4.26（包括3.00）劃分為土地生態(tài)質(zhì)量好的區(qū)域；2.30～3.00劃分為土地生態(tài)質(zhì)量較好的區(qū)域；1.60～2.30劃分為土地生態(tài)質(zhì)量一般的區(qū)域；0.90～1.60劃分為土地生態(tài)質(zhì)量差的區(qū)域。

3 各土地生態(tài)質(zhì)量區(qū)的特點(diǎn)及土地利用對策

3.1 土地生態(tài)質(zhì)量好的區(qū)域

該區(qū)域包括平方村、常吉村、乙圩村、巴巖村、那色村等30個行政村（表4），總面積74 420 hm2，占大化縣總面積的27.06%，主要分布在縣境西北部。

區(qū)域特點(diǎn)：其地貌以丘陵山地為主，土地利用以林地為主，林地占土地總面積的60%～80%；植被覆蓋度和水面覆蓋度高，分別為 70%～85%、15%～30%；生態(tài)服務(wù)價值高，為2 500萬～3 500萬元/年。該區(qū)域是江河源頭區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)，具有涵養(yǎng)水源的重要生態(tài)功能。巖灘水電站位于該區(qū)域，屬于大型庫區(qū)，庫區(qū)旅游資源豐富。

土地利用方向與對策：該區(qū)域是江河源頭區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)以及大型水庫區(qū)，規(guī)劃為重要生態(tài)用地區(qū)，是大化縣生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域。土地利用方向重點(diǎn)為發(fā)展林地，

主要作為生態(tài)公益林地，適度發(fā)展經(jīng)濟(jì)林，必須保護(hù)現(xiàn)有天然林，重點(diǎn)強(qiáng)化水源涵養(yǎng)生態(tài)功能；保護(hù)江河源頭和水源涵養(yǎng)區(qū)，保護(hù)好水庫用地；充分利用豐富的水面資源發(fā)展?jié)O業(yè)。在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，合理利用生態(tài)旅游資源優(yōu)勢積極發(fā)展生態(tài)旅游。對各類開發(fā)活動進(jìn)行嚴(yán)格管制，嚴(yán)格控制開發(fā)強(qiáng)度，禁止向污染水環(huán)境的產(chǎn)業(yè)提供用地。

3.2 土地生態(tài)質(zhì)量較好的區(qū)域

該區(qū)域包括什隴村、大化社區(qū)、古感村、龍口村、弄亮村等56個行政村（表4），總面積91 870 hm2，占大化縣總面積的33.41%。主要分布在縣境西南部、東南部以及中西部。

區(qū)域特點(diǎn)：縣境西南部地貌為中峰叢洼地；東南部地貌主要為峰林谷地，林地多，耕地少，林地主要為灌木林；中西部地貌主要為丘陵，耕地面積較大。植被覆蓋度較高，為40%～60%；水面覆蓋度較高，為8%～15%；糧食單產(chǎn)較高，為3 500～5 000 kg/hm2。

土地利用方向與對策：加強(qiáng)耕地資源的保護(hù)，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田，努力提高糧食產(chǎn)量，嚴(yán)格限制非農(nóng)建設(shè)對耕地的占用。在丘陵區(qū)發(fā)展園地建立果- 草復(fù)合土地生態(tài)系統(tǒng)，推廣“養(yǎng)殖-沼氣-種植”三位一體的復(fù)合型農(nóng)用地利用模式。在石山區(qū)通過封山育林、人工造林、砌墻保土等措施保護(hù)、恢復(fù)植被，大力治理石漠化。

3.3 土地生態(tài)質(zhì)量一般的區(qū)域

該區(qū)域包括東扛村、坡了村、上旗村、景山村、春貴村等52個行政村（表4），總面積72 437 hm2，占大化縣總面積的26.34%。主要分布在縣境的中部。

區(qū)域特點(diǎn)：其地貌主要為喀斯特峰叢洼地，石山多，耕地少，耕地占土地總面積比重小于15%；土地裸露度較高，為50%～70%；植被覆蓋度較低，為20%～40%；水面覆蓋度低，不超過0.1%；生態(tài)服務(wù)價值較低，為900萬～1 500萬元/年；土地生產(chǎn)力較低，糧食作物單產(chǎn)為2 000～2 500 kg/km2。

土地利用方向與對策：加強(qiáng)基本農(nóng)田建設(shè)和耕地的保護(hù)。石山土地利用方向以發(fā)展林地和園地為主，發(fā)展林業(yè)經(jīng)濟(jì)，實行封山育林和人工造林相結(jié)合，努力提高森林覆蓋率；修建地頭水柜收集雨水，為灌溉、人畜飲水以及工業(yè)用水提供充足的水資源；推廣林-藥、林-果、林-牧等復(fù)合農(nóng)林牧用地利用模式。

3.4 土地生態(tài)質(zhì)量差的區(qū)域

該區(qū)域包括紅日村、鳳翔村、仁良村、良美村、勝利村等16個行政村（表4），總面積36 272 hm2，占大化縣總面積的13.19%。主要分布在縣境的東北部。 　區(qū)域特點(diǎn)：其地貌為喀斯特高峰叢深洼地，石山多，耕地少，耕地占土地總面積的比重小于10%；裸巖地面積大，石漠化面積大，土地裸露度高，未利用地占總用地面積的比重在75%以上，甚至高達(dá)90%；植被覆蓋度低，不超過10%；地表水資源稀缺，水面覆蓋度低，不超過0.01%，甚至為0；土地生態(tài)服務(wù)價值低，均不超過400萬元/年，有些甚至低于200萬元/年；土層薄，土地生產(chǎn)力低，糧食作物單產(chǎn)幾乎都不足2 000 kg/km2。

土地利用方向與對策：該區(qū)域有世界上發(fā)育最完整、保存最完好的喀斯特高峰叢深洼地地貌，廣西大化縣七百弄國家地質(zhì)公園分布于該區(qū)域，必須依法保護(hù)地質(zhì)地貌景觀，在生態(tài)環(huán)境不受破壞的前提下發(fā)展生態(tài)旅游。土地利用以發(fā)展生態(tài)公益林用地為主，通過封山育林、人工造林、建地頭水柜、砌墻保土等多種措施相結(jié)合綜合治理石漠化土地，加快植被恢復(fù)，提高森林覆蓋率。禁止過度放牧、放火燒山等人為活動。進(jìn)行生態(tài)扶貧、異地搬遷，以緩減退耕還林的巨大壓力，加快土地生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和重建。

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第3篇：數(shù)學(xué)建模劃分區(qū)域的方法范文

關(guān)鍵詞：非物質(zhì)文化遺產(chǎn)；非遺視覺資源；大數(shù)據(jù)；數(shù)字圖書館

中圖分類號： G254.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI：10.11968/tsyqb.1003-6938.2016092

Abstract Visual resources of intangible cultural heritage， such as text， images， audio and video， and 3D models of digitization system have become an important carrier of information. Research on digitalization technologies of visual intangible cultural heritage resources contributes to the promotion of intangible cultural heritage protection. Based on an analysis of present situation in the protection of intangible cultural heritage， methods are put forward for the acquisition， organization， understanding and description of the visual resources of intangible cultural heritage and visual search and interaction patterns are analyzed from the perspective of case analysis.

Key words intangible cultural heritage（ICH）； ICH visual resources； big data； digital library

1 引言

人類所接受的信息源中超過80%的信息來自于視覺通道（主要包含文本、圖像、視頻與幾何模型等），作為承載視覺通道的信息資源類型稱之為視覺資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的逐步完善和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，以文本、圖像、音視頻和3D模型等為代表的視覺資源逐漸成為數(shù)字圖書館最為重要的信息載體，在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)（Intangible Cultural Heritage，ICH，以下簡稱“非遺”）數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用體系中也不例外。

非遺作為人類世代相傳、與人類生存生活密切相關(guān)的文化表現(xiàn)形式、傳承方式和文化空間，由于其自身所帶的系統(tǒng)性、無形性、復(fù)雜性和漸變性等特殊屬性[1]，使非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用難度較大。而非遺視覺資源除了擁有上述自然屬性之外，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下更是增添了數(shù)據(jù)量大、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化、縱深緯度高、語義關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)和語義時空性等附屬特征，使得非遺視覺資源的高效處理、內(nèi)容理解和交互反饋就成為需要解決的難點(diǎn)問題，而非遺視覺資源的有效獲取、系統(tǒng)組織與結(jié)構(gòu)化描述就成為亟待解決的首要問題。因此，本文從優(yōu)化非遺視覺資源的獲取、組織與描述方式的角度出發(fā)，致力于研究大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織和描述過程，建立相應(yīng)的模型，針對知識類和實體類非遺視覺資源提出相應(yīng)的獲取、組織和描述方法。

2 非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外關(guān)于非遺保護(hù)的研究成果非常多，從非遺的社會經(jīng)濟(jì)屬性分析，到非遺的綜合管理，也都出現(xiàn)了許多系統(tǒng)研究的專著。但專門針對非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用方面的研究并不多，尤其是關(guān)于大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)、非遺視覺資源開發(fā)利用等方面研究更少。

數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用是非遺保護(hù)非常重要的研究領(lǐng)域。自20世紀(jì)90年代以來，國際社會和世界各國開始將數(shù)字化項目作為發(fā)展非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的主要策略。如聯(lián)合國教科文組織推行的“世界的記憶”計劃、日本奧茲大學(xué)的“獅子舞”數(shù)字化保護(hù)工程、芝加哥大學(xué)與西安大略湖大學(xué)的“Sulman 木乃伊工程”等。我國非遺數(shù)字化保護(hù)研究現(xiàn)已進(jìn)入到飛速發(fā)展階段，各種數(shù)字化保護(hù)平臺、技術(shù)與工具層出不窮、琳瑯滿目[2]。如 “中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字博物館”、 “中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)與研究網(wǎng)”[3]、“湖南紙影戲藝術(shù)數(shù)字化博物館”、“山西地方戲劇文物文獻(xiàn)資源數(shù)據(jù)庫”等[4]。為了解和掌握非遺資源，我國會定期開展全國性非遺普查，采用田野調(diào)查、非遺傳承人與專家訪談、掃描、拍攝等多種手段相結(jié)合的方式，獲取了大量極具文化、歷史和科研價值，以文本、圖像與音視頻等視覺資源為主的非遺大數(shù)據(jù)資源[5]，這一過程使得視覺資源逐漸成為非遺數(shù)字化保護(hù)體系的主要信息載體[6]，因此，國內(nèi)外已有相關(guān)技術(shù)研究主要是圍繞非遺視覺資源的獲取、組織和描述等方面展開，主要集中在以下三個方面：

（1）非遺視覺資源數(shù)字化技術(shù)工具的選擇與評價研究。如何選擇恰當(dāng)?shù)囊曈X資源數(shù)字化技術(shù)、方法對非遺視覺資源進(jìn)行獲取、組織、描述和整理，是非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。Cheng[7]、余日季[8]等分析了虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實等先進(jìn)技術(shù)在非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究中的應(yīng)用，并提出通過三維重建、恢復(fù)與模擬等方式來推進(jìn)非遺數(shù)字化保護(hù)、傳承與傳播；Massimiliano等[9]認(rèn)為3D技術(shù)應(yīng)該在非遺數(shù)字化保護(hù)領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展和充分的應(yīng)用；夏立新等[10]從關(guān)聯(lián)標(biāo)簽的角度對非遺圖片資源之間的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了研究，并采用可視化方法對非遺圖片資源的主題特征進(jìn)行了多元化展示；程秀峰等[11]則對舞蹈類非遺視覺資源的存在形式與類型進(jìn)行了調(diào)研，提出采用社會化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽（SNA）形式來揭示非遺視覺資源之間的隱性知識關(guān)聯(lián)。此外，宋麗華[4]、劉勐[12]、林毅紅[13]、彭冬梅[14]等均探討了不同的數(shù)字化保護(hù)方法、工具在非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用，對黎族傳統(tǒng)紡染織工藝、甘肅“花兒”藝術(shù)、剪紙藝術(shù)等非遺數(shù)字化保護(hù)平臺建設(shè)進(jìn)行了研究和評價。

（2）非遺視覺資源數(shù)字化保存機(jī)制研究。國內(nèi)外非遺視覺資源收藏機(jī)構(gòu)都在充分利用信息技術(shù)來整理、獲取、組織、處理和展示其豐富的非遺資源，從而確保了非遺視覺資源數(shù)字化長期保存和多元化展示成為其重要的研究主題。從非遺視覺資源數(shù)字化保存研究現(xiàn)狀來看，當(dāng)前主要研究重心集中在非遺視覺資源數(shù)字化保存的元數(shù)據(jù)技術(shù)和方法方面。如Athanasios等[15]就非遺視覺資源數(shù)學(xué)建模與元數(shù)據(jù)集成問題進(jìn)行了研究；Noriko等[16]分析了異構(gòu)非遺視覺資源（如戲曲、舞蹈、建筑、繪畫等）在線獲取的元數(shù)據(jù)方法；Regina等[17]對非遺視覺資源元數(shù)據(jù)格式、標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)問題進(jìn)行了分析。

（3）非遺視覺資源數(shù)字化服務(wù)研究。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)字影像掃描與傳感、三維數(shù)字建模、虛擬現(xiàn)實與增強(qiáng)現(xiàn)實、可視化等技術(shù)的發(fā)展，非遺視覺資源數(shù)字化建設(shè)項目逐漸具備了多元化、嵌入式、協(xié)作化的知識服務(wù)與可視化共享功能，尤其是與視覺資源整合、開放式文化教育、自主交互式工具有機(jī)結(jié)合起來后，極大地推動了非遺視覺資源的數(shù)字化服務(wù)模式和服務(wù)內(nèi)容。

3 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織與描述方法研究

3.1 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)的新問題

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，海量、異構(gòu)的非遺視覺資源內(nèi)容中，包含了對復(fù)雜、多元化的客觀物理類非遺資源的多角度、全方位的映射與表達(dá)，可以讓人們體驗到更加客觀、真實、全面的非遺視覺資源展示與感知，從而為非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)與服務(wù)提供更加有效的支撐，有效推動非遺的全面保護(hù)與活態(tài)傳承，促進(jìn)非遺客觀物理空間與虛擬服務(wù)世界的有機(jī)融合。這些非遺視覺資源是來源于現(xiàn)實世界中客觀事物，彼此之間蘊(yùn)含著密切的、復(fù)雜的時空關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過對非遺視覺資源的這些時空關(guān)聯(lián)信息的分析、處理和整合，就可以清晰地組織、描述和可視化展示非遺保護(hù)、傳承與服務(wù)的時空變遷。通過對非遺視覺大數(shù)據(jù)資源的動態(tài)挖掘、深度學(xué)習(xí)和實時分析，使得許多與人類認(rèn)知相契合的非遺數(shù)字化保護(hù)與服務(wù)的工具、技術(shù)和平臺也層出不窮，如王蒙等[18]基于主題圖理論和方法，以京劇與昆曲為例，建立了非遺信息資源主題圖模型；陳路遙等[19]以“歌仔戲”為例，提出了一種基于關(guān)鍵事件技術(shù)的非遺信息資源的組織方法與可視化展示技術(shù)。

一方面，由于視覺大數(shù)據(jù)資源因其自身特性，對大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)的有序化傳播、系統(tǒng)化整合、集約化管理、有效組織與描述提出了巨大的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)非遺資源相比，非遺視覺大數(shù)據(jù)資源除了具有時空信息復(fù)雜、語義關(guān)聯(lián)多樣化、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)之外，還具有數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、動態(tài)變化性、無序性、實時性等特征，使得大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的分析和處理具有一定的難度和復(fù)雜性。

另一方面，由于非遺視覺資源的來源具有不確定性、異構(gòu)性和時空關(guān)聯(lián)性，視覺資源本身也不易組織和整合，因此，如何進(jìn)行視覺資源的高效獲取、組織和描述也是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的基礎(chǔ)性問題。同時，隨著非遺規(guī)模與類型的逐漸發(fā)展和壯大，非遺視覺資源的規(guī)模和種類也在不斷增長，尤其在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，三元空間融合下的非遺數(shù)字化保護(hù)體系在不斷產(chǎn)生著無數(shù)的非遺視覺資源，只有對其所蘊(yùn)含的內(nèi)容進(jìn)行有效獲取與組織、深度理解與結(jié)構(gòu)化描述，才有可能實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的深度分析和有效利用。

因此，大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究，需要從非遺視覺資源的獲取、組織、理解和結(jié)構(gòu)化描述等方面進(jìn)行研究與分析。

3.2 非遺視覺資源的獲取與組織方法

非遺資源由于其生存環(huán)境、分類方法與傳承方式的不同，使得非遺視覺資源的類型特征、處理手段、處理技術(shù)與保存方法等也會有一定區(qū)別，這些差異使其在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的存在形式是異構(gòu)無序、動態(tài)變化、時空關(guān)聯(lián)的，且與之相關(guān)的視覺資源的生成與也是動態(tài)無序的。每一項非遺數(shù)字化過程都需要對相關(guān)主題信息、繁雜異構(gòu)信息與隱含關(guān)聯(lián)關(guān)系等進(jìn)行處理。此外，現(xiàn)有非遺視覺資源分析與處理都是基于文本標(biāo)注的，且以人工標(biāo)注為主，但傳統(tǒng)的人工標(biāo)注方法在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，存在著標(biāo)注精確性低、時間和人力成本高、分析和處理效率低等問題。因此，如何方便快捷地獲取與組織非遺視覺資源，是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的關(guān)鍵問題，而對大規(guī)模無關(guān)非遺視覺資源的分析、過濾、清洗以及對海量非遺視覺資源的高效組織也是非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的核心問題。

在整個非遺視覺資源獲取與組織流程（見圖1）中，視覺資源過濾是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源獲取與分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文提出了一種基于輪廓特征點(diǎn)的非遺視覺資源整合體系，采用不同的方法從不同層面對獲取到的海量非遺視覺資源進(jìn)行層次過濾、清洗，其中主要的過濾與清洗方法有三種：一是基于顯著特征點(diǎn)的非遺視覺資源復(fù)雜性過濾，主要用于過濾、清洗掉高度復(fù)雜的非遺主體的背景視覺信息。該方法首先檢測出非遺視覺對象的顯著性區(qū)域，通過標(biāo)識非遺主體的顯著性區(qū)域，對所有非遺視覺對象進(jìn)行區(qū)域分割，并對區(qū)域劃分出的高顯著區(qū)域附近一定閥值區(qū)域范圍內(nèi)的所有劃分區(qū)域數(shù)量進(jìn)行計算，選擇其中劃分區(qū)域數(shù)低于設(shè)定閥值的區(qū)域作為非遺主體的背景區(qū)域，并保留下來[20]；二是基于輪廓特征點(diǎn)的非遺視覺資源相似性過濾，主要用于甄選出與特定幾何輪廓一致的非遺視覺資源。在經(jīng)過第一種過濾清洗方法之后，獲取到帶有簡單背景區(qū)域的非遺視覺資源，得到符合下一操作要求的過濾清洗效果，在此基礎(chǔ)上，對預(yù)先設(shè)定的分割邊界與待識別非遺視覺資源輪廓特征點(diǎn)所構(gòu)成的幾何區(qū)域進(jìn)行一致性檢測和評估，并計算得出一致性值，取其中一致性值最高的作為輪廓相似性視覺對象；三是基于內(nèi)容的非遺視覺資源過濾，主要利用設(shè)定的多種標(biāo)注信息進(jìn)行非遺視覺資源內(nèi)容過濾，在前面兩輪過濾清洗后獲得的非遺視覺資源集合中，將無法提供普適性表象特性的視覺信息過濾清洗掉。如以廣西瑤族長鼓為例，經(jīng)過以上三種過濾方法的反復(fù)執(zhí)行，就能從海量、動態(tài)變化、異構(gòu)無序的“視覺資源海洋”中獲取到符合要求的非遺視覺資源。

在現(xiàn)實生活中，并非人人都擁有繪畫技能而能手繪出自己希望搜索到的非遺，但幾乎人人都能夠手繪出自己希望搜索到的非遺輪廓的幾何模型（如三角形、圓形、線條等）。簡單幾何模型是客觀物理世界信息化的基礎(chǔ)組成元素，現(xiàn)實世界中所有客觀物質(zhì)在轉(zhuǎn)化成視覺效果（如繪畫、設(shè)計圖等）時，都能通過無數(shù)簡單幾何模型有機(jī)組合后，展示在人們視覺中，非遺亦不例外。因此，手繪簡單幾何模型的有機(jī)組合是人們展示靈感和構(gòu)思創(chuàng)意最有效、最自然的手段和方法，并被廣泛應(yīng)用于建筑規(guī)劃、工業(yè)設(shè)計、美術(shù)等領(lǐng)域。通過簡單的手繪幾何模型就能夠幫助人們將心中正在想、或轉(zhuǎn)載構(gòu)思的非遺主體轉(zhuǎn)化成具有真實感的粗放型視覺效果，這種粗粒度非遺主體輪廓可成為人們與非遺視覺資源整合平臺之間實時交互的一種橋梁。事實上，借助于大數(shù)據(jù)環(huán)境下視覺資源的分析、獲取、組織和描述方法而形成的非遺視覺資源數(shù)據(jù)集，基于粗粒度非遺主體輪廓的視覺搜索模式正逐漸走入人們生活中。

以廣西鄉(xiāng)村彩調(diào)為例（見圖3），大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源整合平臺提供的視覺搜索有兩個功能是非常重要的。一是非遺視覺資源的交互與融合搜索。人們只需在非遺視覺資源整合平臺中選擇所需要檢索的非遺類別，并勾畫出待檢索非遺的大致輪廓，平臺就可直接根據(jù)待檢索非遺主體輪廓，自動對非遺主體輪廓執(zhí)行輪廓匹配算法，在設(shè)定的非遺類別中檢索符合要求的非遺視覺資源，并根據(jù)非遺主體輪廓在檢索區(qū)域的相對位置、相對大小和組合關(guān)系將輪廓組合在一起。然后，平臺根據(jù)視覺融合技術(shù)將檢索出來的視覺資源進(jìn)行完美融合，形成一幅全新的非遺視覺資源；二是非遺視覺資源的內(nèi)容搜索。人們在非遺視覺資源整合平臺中選擇待檢索非遺的類別，并勾畫出待檢索非遺幾何輪廓，平臺自動對非遺主體輪廓執(zhí)行輪廓匹配算法，檢索得出與該輪廓相似的非遺視覺資源列表。

4.2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的交互模式

從國內(nèi)外已有研究來看，傳統(tǒng)基于文本標(biāo)注的視覺搜索模式盡管存在著諸多問題，但仍有不少研究者對其進(jìn)行研究。而對于視覺資源的深度交互與實時編輯問題卻極少有研究者涉及，尤其是對非遺視覺資源的交互編輯問題的研究幾乎為零。

伴隨著大數(shù)據(jù)、人工智能與深度計算等信息技術(shù)的飛速發(fā)展和相關(guān)算法的逐步完善，視覺資源的深度交互與實時編輯問題已成為熱點(diǎn)課題。非遺的數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用過程，可采取基于視覺資源融合的方法來實現(xiàn)非遺視覺資源的交互編輯相關(guān)功能。具體過程為：給出一個待編輯的非遺視覺資源以及預(yù)設(shè)定的目標(biāo)尺寸，在非遺視覺資源知識庫中，檢索得出一幅設(shè)定符合條件的新的非遺視覺資源，將二者有機(jī)融合形成一幅更大的視覺資源。這個算法執(zhí)行的難點(diǎn)在于：一是如何找到符合條件的視覺資源；二是如何保證檢索得到的視覺資源與原視覺資源進(jìn)行有機(jī)融合。

本文曾提出基于局部區(qū)域特征和非遺主體輪廓結(jié)構(gòu)的視覺描述網(wǎng)絡(luò)這一方法，借助于該描述方法可實現(xiàn)相應(yīng)的關(guān)聯(lián)視覺資源的有機(jī)融合。首先，設(shè)定一個非遺視覺資源為待檢索對象，同時，設(shè)定其交互編輯的目標(biāo)尺寸與待融合方法；然后，非遺視覺資源整合平臺可根據(jù)所提供的視覺搜索功能與相關(guān)算法，在非遺視覺資源數(shù)據(jù)集中檢索得到最為合適的視覺資源列表，作為候選內(nèi)容；接著，對候選資源與待處理非遺視覺資源的輪廓結(jié)構(gòu)、局部特征和主體內(nèi)容進(jìn)行一致性、相似性評估，選出待融合的視覺資源；最后，采取局部區(qū)域特征融合和邊界區(qū)域平滑過渡方法，對候選視覺資源進(jìn)行局部融合和全局變換，使其與待處理非遺視覺資源邊界部分進(jìn)行曲線平滑過渡，并采取視覺融合技術(shù)和區(qū)域分割方法對二者進(jìn)行處理[28]。

5 結(jié)論與展望

在我國文化發(fā)展大繁榮的社會背景下，非遺數(shù)字化保護(hù)事業(yè)如何貫徹國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要、國家“十三五”文化發(fā)展規(guī)劃綱要和國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的意見等重大指導(dǎo)性文件精神，在社會公共文化服務(wù)體系中獲得戰(zhàn)略地位和重要作用，成為非遺保護(hù)與傳承理論、實踐研究共同關(guān)注的重大問題。非遺數(shù)字化作為非遺保護(hù)與傳承的重要工具和手段，在大數(shù)據(jù)、視覺搜索與虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段的沖擊下，勢必會給非遺原來賴以生存的原生態(tài)空間帶來巨大的威脅，導(dǎo)致非遺保護(hù)工作受到巨大挑戰(zhàn)，但同時也帶來了前所未有的機(jī)遇。毫無疑問，合理運(yùn)用大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實和視覺搜索等現(xiàn)代科技手段進(jìn)行非遺數(shù)字化保護(hù)已成為一種必然趨勢。

文本、圖像、音視頻和3D模型等視覺資源逐漸成為非遺數(shù)字資源最重要的信息載體，如何高效地分析和利用已有的和即將獲取到的非遺視覺大數(shù)據(jù)資源，將非遺視覺大數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化成知識是當(dāng)前面臨的主要技術(shù)瓶頸。尤其是未來十年，在大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實等信息技術(shù)的積極推動下，我國非遺視覺資源的數(shù)據(jù)規(guī)模和類型將快速增長，非遺數(shù)字化保護(hù)研究的深度和廣度快速發(fā)展，開展大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織和描述方法的研究，以為突破這一技術(shù)瓶頸提供有效的方法。因此，重視非遺視覺資源分析與利用的研究不僅具有非常重要的理論價值，還具有重要的現(xiàn)實意義。

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第4篇：數(shù)學(xué)建模劃分區(qū)域的方法范文

近年來隨著PDA、筆記本電腦、智能手機(jī)等支持Wi-Fi功能的移動智能終端設(shè)備的大規(guī)模普及，帶動了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長。2010年年底，中國移動建成的WLAN服務(wù)熱點(diǎn)約為12萬個，半年之后，根據(jù)中國移動的2011年上半年財報，截至2011年6月底，中國移動在全國已設(shè)WLAN接入點(diǎn)超過100萬個。原定于2013年完成的任務(wù)提前完成，而且在一年之內(nèi)增長了超過7倍。在1月4日舉行的中國移動2012工作會議上，中國移動總裁李躍強(qiáng)調(diào)2012年要特別重視WLAN的建設(shè)和運(yùn)營，要將WLAN建設(shè)、維護(hù)、運(yùn)營和業(yè)務(wù)發(fā)展納入日常工作體系。這表明隨著3G業(yè)務(wù)逐漸規(guī)?；琓D-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的承載壓力不斷加大，中國移動更加需要利用WLAN分流數(shù)據(jù)流量。減輕網(wǎng)絡(luò)壓力。

WLAN是國際上常用的3G網(wǎng)絡(luò)分流方案，相對于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，WLAN的建設(shè)成本相對較低，而且分流的效果也非常明顯。中國移動將WLAN定位為四網(wǎng)（GSM+TD+WLAN+LTE）協(xié)同發(fā)展的重要組成部分，中國電信計劃要建成運(yùn)營級的WLAN網(wǎng)絡(luò)。而中國聯(lián)通起步稍晚，但也在積極部署WCDMA+WLAN。根據(jù)中國移動的公告，2011年前三個季度，中國移動無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)流量達(dá)到2173億MB，相比于去年同期增長了58%，其中移動數(shù)據(jù)流量1123億MB，WLAN數(shù)據(jù)流量1050億MB。從這些數(shù)據(jù)可以看出。WLAN確實起到了數(shù)據(jù)分流的作用，不過流量的增長并沒有帶來相應(yīng)的收入，中國移動目前在WLAN業(yè)務(wù)的推廣上，還是以免費(fèi)模式為主，而類似的免費(fèi)策略同樣也被中國電信和中國聯(lián)通所采用，免費(fèi)模式運(yùn)營WLAN顯然無法為電信運(yùn)營商帶來直接的收入。

1 WLAN存在問題

（1）有效覆蓋不足問題。WLAN是一個工作頻率在2.4GHz/5.8GHz公開頻段的系統(tǒng)，無需許可證即可使用。同時它本質(zhì)上是一個無線局域網(wǎng)絡(luò)，最大發(fā)射功率不能超過27dBm，即在室內(nèi)環(huán)境下可覆蓋幾個房間：在室外無遮擋環(huán)境下，有效覆蓋為100-200米，覆蓋區(qū)域較小，且離AP較遠(yuǎn)處信號不好。同時也存在維護(hù)問題，和各大運(yùn)營商初步建設(shè)WLAN有關(guān)：缺乏完善的熱點(diǎn)評估體系和維護(hù)手段，建設(shè)完成后維護(hù)跟不上，造成用戶無法使用網(wǎng)絡(luò)。

（2）射頻干擾問題。由于WLAN無線傳輸?shù)奶匦?，因此可能產(chǎn)生射頻干擾的問題。三大運(yùn)營商WLAN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)未能實現(xiàn)全部熱點(diǎn)覆蓋，各大運(yùn)營商都希望在同一個熱點(diǎn)部署自己的WLAN網(wǎng)絡(luò)，連同一些個人的AP及其他射頻信號，導(dǎo)致無線環(huán)境惡化。信號相互干擾。造成無法連接或者速率很慢。

（3）用戶認(rèn)證不方便。目前普遍采用的是Web Portal認(rèn)證，用戶需要輸入由帳號和口令才可訪問網(wǎng)頁。認(rèn)證問題直接影響到用戶的體驗，雖然目前的Web Portal認(rèn)證無需安裝客戶端軟件，智能手機(jī)也可訪問互聯(lián)網(wǎng)，但無法實現(xiàn)無感知認(rèn)證。便捷的認(rèn)證過程有助于用戶養(yǎng)成使用WLAN網(wǎng)絡(luò)的習(xí)慣，現(xiàn)階段WLAN基于SIM卡或PEAP的鑒權(quán)認(rèn)證試點(diǎn)工作已經(jīng)在開展。相信很快就能實現(xiàn)WLAN無感知認(rèn)證，到時終端可以自動搜索網(wǎng)絡(luò)，用戶無感知自動登錄WLAN。

（4）應(yīng)用模式問題。隨著PDA、筆記本電腦和其他個人設(shè)備的大量普及，無線局域網(wǎng)絡(luò)漸漸具有實用價值，對企業(yè)與消費(fèi)者來說無線局域網(wǎng)絡(luò)有其行動性的便利性。手機(jī)、平板電腦等終端由于硬件和軟件條件的限制，沒有PC使用起來那么方便，因此是否有體貼實用的應(yīng)用成為培養(yǎng)用戶使用習(xí)慣的關(guān)鍵因素，而開發(fā)體貼實用的應(yīng)用的根本在于找到成功的運(yùn)營模式。同時，運(yùn)營商不希望貼錢運(yùn)營，而用戶希望WLAN網(wǎng)絡(luò)免費(fèi)使用，這是解決應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。到目前為止，我國WLAN還沒有得到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，這說明了WLAN的價值未能挖掘，還需要整個WLAN產(chǎn)業(yè)在應(yīng)用上的努力。

（5）安全性問題。目前無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11中，采用了以有線等價保密協(xié)議WEP為基礎(chǔ)的安全機(jī)制，以此提供對無線局域網(wǎng)的訪問控制和實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性保護(hù)。但WEP在設(shè)計上存在先天缺陷，無法達(dá)到人們期望的安全目標(biāo)。WEP的安全性主要存在如下不足：

①密鑰重復(fù)。由于WEP算法是基于RC4的序列加密算法，加密的原理是使用密鑰生成偽隨機(jī)密鑰流序列與明文，數(shù)據(jù)逐位進(jìn)行異或，生成密文。如果攻擊者獲得由相同的密鑰流序列加密后得到的兩段密文，將兩段密文異或，生成的就是兩段明文的異或，因而能消去密鑰的影響。通過統(tǒng)計分析以及對密文中冗余信息進(jìn)行分析，就可以推出明文。所以存在安全隱患。

②WEP缺乏密鑰管理。在WEP機(jī)制中，對于密鑰的生成與沒有任何的規(guī)定，對于密鑰的使用也沒有明確規(guī)定，密鑰的使用情況比較混亂。數(shù)據(jù)加密密鑰一般使用缺省密鑰中Key ID為0的Default Key密鑰，也就是說，所有的用戶使用相同的密鑰。而且這種密鑰一般是使用人工裝載，一旦載入就很少更新，增加了用戶站點(diǎn)之間密鑰重用的概率。由于使用WEP機(jī)制的設(shè)備都是將密鑰保存在設(shè)備中，因此倘若設(shè)備丟失，就可能為攻擊者所使用，造成硬件威脅。

③Iv重用問題。也稱IV沖撞問題，即不同的數(shù)據(jù)幀加密時使用的IV值相同。而使用相同的數(shù)據(jù)幀加密密鑰是不安全的。數(shù)據(jù)幀加密密鑰是基密鑰與IV值串聯(lián)而成。實際上用戶普遍使用的基密鑰是Key ID為0的Default Key。因而的數(shù)據(jù)幀加密使用相同的Iv值是不安全的。而且，IV值是明文傳送，攻擊者可以通過觀察來獲得使用相同數(shù)據(jù)幀加密密鑰的數(shù)據(jù)幀獲得密鑰。

由此可見，安全性是目前WLAN在發(fā)展上的一大重要問題，如何克服使用者對于安全性的顧慮是刻不容緩的當(dāng)務(wù)之急。

2 應(yīng)對之道及發(fā)展策略

針對以上四大制約WLAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的問題，分析以下解決建議。

（1）有效覆蓋不足問題。首先是依靠各運(yùn)營商自身的工程建設(shè)，根據(jù)熱點(diǎn)評估體系，形成有效覆蓋。無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋重點(diǎn)關(guān)注兩大類區(qū)域，第一類是以廣大市民為對象的公共熱點(diǎn)區(qū)，第二類是以行業(yè)需求為主、面向高帶寬應(yīng)用的區(qū)域，例如校園及各類園區(qū)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，校園場景下單AP日均流量是普通公共熱點(diǎn)單AP日均流量的10倍。隨著智能手機(jī)的普及率不斷攀升，人們越來越傾向于手機(jī)/PAD等便攜終端隨時隨地上網(wǎng)，手機(jī)Wi-Fi需求也在增長。因此在此環(huán)境下，公眾熱點(diǎn)是公眾需求迫切，選擇需要有長遠(yuǎn)考慮，雖然一些熱點(diǎn)當(dāng)前流量不大，但可能隨著只能終端的使用而爆發(fā)。推薦三種比較常用的WLAN熱點(diǎn)選擇方法：

①評估模型法：評估模型法是根據(jù)已有經(jīng)驗及相關(guān)數(shù)據(jù)，確定評估指標(biāo)體系。對熱點(diǎn)按照指標(biāo)體系的各項評分標(biāo)準(zhǔn)，交由不同部門分別打分。不同的部門和職位擁有不同的權(quán)重，最終評估輸出對應(yīng)：“必建”、“儲備”、“不建”三個結(jié)果，對必建結(jié)果還可以細(xì)分為一類、二類等。這種方法最重要的環(huán)節(jié)就是評估模型的建立，要求評估指標(biāo)滿足完整性、適用性和一致性。在建立指標(biāo)體系的過程中，考慮各種場景情況，而不是針對某一場景而設(shè)置：指標(biāo)的設(shè)置應(yīng)能反映評估對象中各個要素的屬性及其內(nèi)容，并使評估目標(biāo)和指標(biāo)能有機(jī)地結(jié)合起來，組成一個邏輯層次分明的綜合評價體系。

②數(shù)據(jù)挖掘法：常用的數(shù)據(jù)挖掘算法是KNN和決策樹。這是目前國際上最常用的數(shù)據(jù)挖掘模型。在ATM選址等方面發(fā)揮非常關(guān)鍵的作用，但在電信領(lǐng)域鮮有類似應(yīng)用。

KNN算法是十大數(shù)據(jù)挖掘算法之一。該算法的思路是。整體思想是：計算一個點(diǎn)A與其他所有點(diǎn)之間的距離，取出與該點(diǎn)最近的k個點(diǎn)，然后統(tǒng)計這k個點(diǎn)里面所屬分類比例最大的，則點(diǎn)A屬于該分類。

決策樹算法是一種逼近離散函數(shù)值的方法。它是一種典型的分類方法，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用歸納算法生成可讀的規(guī)則和決策樹。然后使用決策對新數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本質(zhì)上決策樹是通過一系列規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的過程。決策樹是目前應(yīng)用最廣泛的歸納推理算法之一，在WLAN熱點(diǎn)選擇中，運(yùn)用決策樹ID3算法，可將現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)營的、值得推薦的熱點(diǎn)用戶特征作為訓(xùn)練集。輸入的變可以分為兩個維度：用戶規(guī)模和消費(fèi)規(guī)模，其中用戶規(guī)又包括兩個方面。即單位面積人流量和Wi-Fi終端的滲率：消費(fèi)規(guī)模包括停留時間和Wi-Fi消費(fèi)時長，再分別算這4個輸入變量的熵值，獲取其信息增益，據(jù)此建立頂向下遞歸的分治構(gòu)造的決策樹，然后利用決策對候選點(diǎn)進(jìn)行篩選。

兩種數(shù)學(xué)模型都是建立在數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)，參考國際領(lǐng)先的Wi-Fi運(yùn)營商的選點(diǎn)要素，間時結(jié)合地樣本采集，從用戶規(guī)模、用戶行為特點(diǎn)等維度，梳理定影響WLAN熱點(diǎn)流量的關(guān)鍵因素并利用軟件構(gòu)建模，進(jìn)行模型匹配分析得到“必”、“待建”和“不建”三類輸出變量值。

③網(wǎng)優(yōu)法網(wǎng)優(yōu)法通過采集現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、挖掘篩選出合手機(jī)Wi-Fi的熱點(diǎn)。其核心是基于流量的柵格化分析，在此基礎(chǔ)上增加多種判斷維度。例如終端Wi-Fi支持、用戶行為分析、地理特點(diǎn)等，能夠有效挖掘“潛力”點(diǎn)。所謂柵格化分析方法，把區(qū)域精細(xì)到每平方千米或更小的柵格進(jìn)行規(guī)劃優(yōu)化分。并利用普及率較高的Maoinfo軟件進(jìn)行二次開發(fā)。實圖形化的柵格分析。根據(jù)流量數(shù)據(jù)，對劃分的柵格進(jìn)行染，可以非常直觀地了解每個柵格區(qū)域的數(shù)據(jù)流量情。在網(wǎng)優(yōu)方法中，需要獲取除流量外的其他信息。例如需要BSC/RNC設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)打點(diǎn)采集終端行為數(shù)據(jù)、MR數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)識別數(shù)據(jù)等，以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)地圖形式呈現(xiàn)熱點(diǎn)。

（2）射頻干擾問題。由于WLAN無線傳輸?shù)奶匦援a(chǎn)生射頻干擾的問題，目前還沒有完美的解決方案，只能從減少干擾和避免干擾的角度出發(fā)解決射頻干擾問題。

①WLAN廠商可以協(xié)助用戶設(shè)置因地制宜的WLAN網(wǎng)絡(luò)。將干擾的可能性降至最低。這是WLAN廠商能否為用戶創(chuàng)造高附加價值的重要關(guān)鍵。

②雖然WLAN射頻干擾問題并無法完全改善，但使用者可采取許多行動以避免或改善WLAN射頻干擾現(xiàn)象。第一，查勘現(xiàn)場選取最優(yōu)安裝點(diǎn)。在建設(shè)WLAN網(wǎng)絡(luò)之前，可以提前查勘現(xiàn)場，使用設(shè)備檢測附近的射頻信號，選取最優(yōu)安裝點(diǎn)：第二，移除WLAN射頻干擾的來源。解決WLAN射頻干擾問題最有效也最簡單的方法，就是移除任何可能的干擾來源（當(dāng)然，其他已安裝WLAN AP無法移除）。

③調(diào)整WLAN AP的頻譜波段。調(diào)整WLAN AP的頻譜，選擇射頻干擾最低的波段，無線局域網(wǎng)的無線設(shè)備的工作頻段為：2400～2483，5MHz。工作頻率帶寬為83，5MHz。劃分為14個子頻道，每個子頻道帶寬為22MHz。在一個蜂窩區(qū)內(nèi)，直序擴(kuò)頻技術(shù)最多可以提供3個不重疊的頻道同時工作。在WLAN的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，為了實現(xiàn)AP的有效覆蓋，同時避免信道間的相互干擾，在信道的分配時可以引進(jìn)BTS （Base Transceiver St～ion基站收發(fā)臺）系統(tǒng)的蜂窩覆蓋的原理，進(jìn)行信道的分配。相鄰AP選擇不同的信道，將WLAN的相互干擾減小到最小，確保WLAN的正常工作。

④WLAN使用2，4G開放頻段只有3個不重疊信道，多個運(yùn)營商在同一區(qū)域各自建設(shè)WLAN。干擾問題難以避免，共建共享是解決這一問題的有效途徑。工業(yè)和信息化部與國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會與2008年9月28日聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享的緊急通知》，決定大力推進(jìn)電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享。各電信運(yùn)營商可以依靠政府部門推進(jìn)共建共享，最大限度的擴(kuò)大單個運(yùn)營商的接入覆蓋范圍，形成規(guī)模效應(yīng)。這樣既節(jié)省了投資、加快了建設(shè)進(jìn)度，又避免了不同運(yùn)營商之間的相互干擾，提高了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。WLAN共建共享有如下幾種方式：

運(yùn)營商分區(qū)域建設(shè)WLAN無線接入網(wǎng)絡(luò)及AP、AC等相應(yīng)設(shè)備。AP以上匯聚交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)分界點(diǎn)，各運(yùn)營商按照“多SSID"方式共享WLAN接入網(wǎng)絡(luò)。

運(yùn)營商共享第三方或者某一方WLAN無線接入網(wǎng)絡(luò)。共享AP、AC設(shè)備，共用頻點(diǎn)，平均分享出口帶寬，AC作為網(wǎng)絡(luò)分界點(diǎn)，三家運(yùn)營商按照“多SSID”方式共享WLAN接入網(wǎng)絡(luò)，連接不同運(yùn)營商的WLAN業(yè)務(wù)平臺。

使用胖AP的方式，共享胖AP，AP以上匯聚交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)分界點(diǎn)。三家運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)由各自匯聚交換機(jī)分接至合路交換機(jī)，再由合路交換機(jī)將三家運(yùn)營商信號發(fā)送至AP。由于運(yùn)營商大多才用瘦AP方式組網(wǎng)，胖AP不便于統(tǒng)一管理。該方式只適合場景較小的咖啡廳等休閑娛樂場所。

運(yùn)營商互相開放熱點(diǎn)，采用二級Portal方式共享。雙方用戶可以在對方WLAN覆蓋的區(qū)域無線上網(wǎng)，用戶只要擁有一個WLAN業(yè)務(wù)賬號即可，上網(wǎng)費(fèi)用記錄在該賬號。由該用戶歸屬運(yùn)營商收取。

（3）認(rèn)證問題認(rèn)證問題。這個問題較好解決，唯一的阻礙可能就是終端對于SIM卡或PEAP認(rèn)證的支持率不高，根據(jù)部分省份的統(tǒng)計，目前SIM卡或PEAP認(rèn)證的終端支持率在70%～80%左右，所以無感知認(rèn)證的全面實現(xiàn)還需要一段時間。運(yùn)營商對相應(yīng)網(wǎng)元進(jìn)行改造升級，用戶只要終端支持就可以直接使用了。

（4）應(yīng)用模式問題。

①主要的運(yùn)營模式是建立無線城市環(huán)境。無線城市由主流運(yùn)營商自發(fā)建設(shè)。政府在中間起協(xié)調(diào)作用。同時結(jié)合ISP，發(fā)揮傳統(tǒng)電信運(yùn)營商和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的各自優(yōu)勢，資源整合、優(yōu)勢互補(bǔ)。其目的是網(wǎng)絡(luò)接入廣覆蓋外，還推出了多種無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，達(dá)到各種應(yīng)用與業(yè)務(wù)融合，為政府、公眾和產(chǎn)業(yè)提供一體化的、智能的信息服務(wù)。展望未來?！盁o線城市”將與物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)結(jié)合，把各種無線應(yīng)用相融合與關(guān)聯(lián)。對于用戶來說應(yīng)用智能化和簡單化，“無線城市”應(yīng)用也擴(kuò)展人民的日常生活中和產(chǎn)業(yè)的每一個環(huán)節(jié)。這種“無線城市”，有一個顯著特點(diǎn)是內(nèi)容提供商的大量加入以及各種產(chǎn)品的融入，例如平安城市、智慧旅游、智慧園區(qū)、政務(wù)服務(wù)、商家信息等便利應(yīng)用。應(yīng)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分布實施，整合資源、區(qū)域共享，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、互聯(lián)互通，政府推動、市場導(dǎo)向”的思路。

②我國沒有完善的無線城市建設(shè)經(jīng)驗，無線城市要實現(xiàn)全城的無線覆蓋一個長期的過程。在此同時，電信運(yùn)營商也需搭建自己的WLAN網(wǎng)絡(luò)。由于建構(gòu)WLAN，并非單一廠商就能夠完成，需要網(wǎng)絡(luò)廠商的投入。WLAN的建構(gòu)為電信運(yùn)營商及網(wǎng)絡(luò)廠商提供新的市場發(fā)展空間，電信運(yùn)營商將強(qiáng)調(diào)整體的網(wǎng)絡(luò)及電信通信服務(wù)，為應(yīng)用WLAN的企業(yè)提供增值服務(wù)。目標(biāo)顧客可能以大型企業(yè)、企業(yè)大樓、展覽會場為主，其收費(fèi)模式主要是以通信費(fèi)用為主，而無線局域網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用為其附加值項目費(fèi)用。

③體貼實用的應(yīng)用程序作為培養(yǎng)用戶使用WLAN習(xí)慣的關(guān)鍵因素。整合軟件項目開發(fā)可以解決這個問題。隨著WLAN的推廣，會出現(xiàn)滿足特殊無線局域網(wǎng)絡(luò)的項目開發(fā)及軟件設(shè)計的需求。為顧客公司開發(fā)所需要的軟件，并建構(gòu)其無線局域網(wǎng)絡(luò)?？梢哉宪浖椖块_發(fā)，針對WLAN的需求專門進(jìn)行專項開發(fā)，讓體貼實用的應(yīng)用程序吸引大量用戶使用WLAN。

④針對目前WLAN的流量的增長并沒有帶來相應(yīng)的收入問題，建議3種策略：第一是取消免費(fèi)WLAN服務(wù)，采用更加靈活，更有針對性的計費(fèi)方式，為用戶提供更適合其需求性價比合適的WLAN服務(wù)：第二是通過免費(fèi)提供無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)，聚集大規(guī)模的用戶群，進(jìn)而向用戶提供有吸引力的增值業(yè)務(wù)來獲得收入。第三是適當(dāng)引入廣告商。用戶通過點(diǎn)擊廣告免費(fèi)使用WLAN。

（5）安全性問題。因為WEP在設(shè)計上存在先天缺陷，無法達(dá)到人們期望的安全目標(biāo)，IEEE委托802.11i任務(wù)組制定新的安全標(biāo)準(zhǔn)，并于2004年6月批準(zhǔn)了802.11i，是無線產(chǎn)業(yè)史上的一項重大事件，它為WLAN在企業(yè)的開展提供了主要動力。802.11i提供了三種基本網(wǎng)絡(luò)安全性能中的兩種，即驗證和個人保密權(quán)。驗證服務(wù)對于開放標(biāo)準(zhǔn)來說并不是十分重要，不過目前一些基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品中已經(jīng)增加了更高層的驗證服務(wù)，802.11i的個人保密權(quán)服務(wù)是建立于AES之上的。AES是一種非常強(qiáng)大的加密標(biāo)準(zhǔn)。802.11i并非是一種普遍接受的解決方案，未得到廣泛推廣。例如，很難設(shè)想熱點(diǎn)建立關(guān)于802.11i的安全措施，這是因為必須對客戶端配置進(jìn)行一定控制。新的802.11委員會的支持下，關(guān)于這個問題的工作還將繼續(xù)進(jìn)行。

3 結(jié)語

智能終端的迅速普及帶動了流量業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長給電信運(yùn)營商帶來的巨大壓力，WLAN就是電信營運(yùn)商分流數(shù)據(jù)流量的解決途徑。WLAN還存在問題需要解決，國內(nèi)運(yùn)營商還沒有成熟的WLAN經(jīng)驗，在WLAN的運(yùn)營上，各電信運(yùn)營商還需要進(jìn)一步探索。

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