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： 針對傳統(tǒng)地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)存在運行耗時長的問題，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)運行時長，設計系統(tǒng)硬件驅(qū)動電路，分別為78系列三端集成穩(wěn)壓器大電流供電電路、開關電源DC變換器電路和單片機采樣電路。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、總控模塊構成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫調(diào)用。軟、硬件結合，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)的設計。實驗部分分別測試兩個系統(tǒng)的運行耗時，結果顯示，文中所設計系統(tǒng)運行耗時保持在10 ms左右，傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)運行耗時在12 ms左右。由此可知，該文所設計系統(tǒng)運行耗時更短，且符合設計需求。

關鍵詞： 空間輔助規(guī)劃; 地下空間規(guī)劃; 硬件驅(qū)動電路; 數(shù)據(jù)庫調(diào)用; 系統(tǒng)設計; 運行耗時測試

中圖分類號： TN911?34; TP311.52? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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)劃是一個城市設計取得成功的關鍵，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?？臻g輔助規(guī)劃系統(tǒng)是在空間數(shù)據(jù)技術基礎上發(fā)展起來的?？臻g數(shù)據(jù)技術起步較晚，其可完成復雜的空間分析，客觀地反應出不同時空尺度下的變化趨勢，從而為決策者提供有效準確的信息[1]。但空間數(shù)據(jù)技術還處于探索階段，存在以下幾個方面的缺陷：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)設計，主要設計內(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)運行時間較長的問題?；趥鹘y(tǒng)系統(tǒng)的工作原理，給出系統(tǒng)設計的最優(yōu)方案。硬件驅(qū)動電路是本次設計的重點，先確定各個模塊的設備選型連接方式，再根據(jù)一定的空間輔助規(guī)劃流程設計軟件模塊。

1? 硬件結構設計

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、開關電源DC變換器電路和單片機采樣電路[2]。

電機采用24 V電源，單片機系統(tǒng)需要5 V電源，電機和電源都需要提供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，從而導致電源效率降低，出現(xiàn)嚴重干擾問題[3]。為滿足多路不同的電壓輸出要求，使用多級穩(wěn)壓電路的方式，降低系統(tǒng)電路復雜程度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)開關電源采用DC變換器，它能對外輸出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高速導通，將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，以達到穩(wěn)定輸出的目的[4]。開關變壓器的次級分為多個繞組和一個繞組，以滿足輸出需求。開關電源流程圖如圖2所示。

開關電源DC變換器可感應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信號控制開關管，直至整流濾波信號穩(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)單片機采樣電路如圖3所示。

由ADC0809將采樣模擬信號的轉(zhuǎn)換結果送至單片機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)具有以下幾個功能：提供基本數(shù)據(jù)對象;提供有關數(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，可適應多種不同的應用環(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行分類集成，用以生成臨時模型分析使用[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建[13]。

5） 總控模塊用于目標分析和問題分解，其中，人機接口是整個系統(tǒng)與用戶交互的界面，可以以多種形式表達用戶的問題[14]。在整個系統(tǒng)推理過程中，允許決策者和接受決策者直接干預。系統(tǒng)的運行結果會以熟悉的形式顯示，并對其進行闡述。用戶接口是負責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)的軟件設計。

3? 實? 驗

為了驗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)設計的合理性，設置了系統(tǒng)運行耗時對比實驗，檢測基于空間數(shù)據(jù)技術的城市核心區(qū)域地下空間輔助規(guī)劃系統(tǒng)與所提系統(tǒng)測試的10個測試值的運行時長。在空間輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)庫中，隨機選取10個測試值，如表1所示。

3.1? 實驗環(huán)境

本次實驗選擇在以下環(huán)境中完成：

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

2） Web服務器：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存儲器、 64 MB顯卡、10M網(wǎng)卡。

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

3.2? 實驗結果

實驗中分別測試傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術的城市核心區(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)的運行耗時。表2為2個系統(tǒng)的運行耗時對比結果。

4? 結? 語

分析早年數(shù)據(jù)得知傳統(tǒng)基于空間數(shù)據(jù)技術的城市核心區(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)應用現(xiàn)狀的基礎上，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)設計的相關概念，并詳細闡述系統(tǒng)結構。但在實驗中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)還存在一定的不足，由于資料和實驗設備水平有限，在系統(tǒng)建設的過程中，還未進一步研究系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎。所以在今后的系統(tǒng)中，要改進空間輔助規(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。

參考文獻

[1] 葉杰，江海燕，張俊杰.“大灣區(qū)”背景下廣州都市鄉(xiāng)村振興轉(zhuǎn)型發(fā)展策略：基于全域風景化視角[J].中國園林，2019，35（5）：63?68.

[2] 皮常玲，鄭向敏.基于域變視角的全域旅游安全管理體系研究[J].河南大學學報（社會科學版），2018，58（1）：37?44.

[3] 蔡永龍，陳忠暖，劉松，等.快速鐵路開通對海南島空間可達性格局和空間公平性的影響[J].經(jīng)濟地理，2018，38（1）：36?45.

[4] 方永恒，許瑩.基于GIS的文化遺址園區(qū)空間分布規(guī)劃研究[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2017，49（5）：734?739.

[5] 古恒宇，黃鐸，沈體雁，等.多源城市數(shù)據(jù)驅(qū)動下城市設計中的空間句法模型校核及應用研究[J].規(guī)劃師，2019，35（5）：67?73.

[6] 姚其家，戈新生.基于微分幾何的蛇板系統(tǒng)動力學建模與運動規(guī)劃[J].應用數(shù)學和力學，2018（1）：29?40.

[7] 楊超杰，裴以建，劉朋.改進粒子群算法的三維空間路徑規(guī)劃研究[J].計算機工程與應用，2019，55（11）：117?122.

[8] 李琚陳，曾誼暉.六關節(jié)工業(yè)機器人工作空間及軌跡規(guī)劃仿真[J].食品與機械，2017，33（10）：98?103.

[9] 崔嵩，劉林，王宏強.多雷達空間目標協(xié)同探測任務規(guī)劃研究[J].現(xiàn)代雷達，2019，41（5）：8?11.

[10] 李福映，肖健，鄭清菁.轉(zhuǎn)型背景下存量產(chǎn)業(yè)空間的整合重構與規(guī)劃應對[J].規(guī)劃師，2019，35（5）：74?80.

[11] 張駿，鄭楠，黃崇軒.城市中心區(qū)非機動車系統(tǒng)設計優(yōu)化與探索[J].北京航空航天大學學報，2019，45（6）：1218?1231.

[12] 王鳴岐，楊瀟.“多規(guī)合一”的海洋空間規(guī)劃體系設計初步研究[J].海洋通報，2017，36（6）：675?681.

[13] 賈永軍，于楠，賀太平，等.新一代基于模型的迭代重組對低劑量肺部CT條件下計算機輔助檢測系統(tǒng)氣道分析的影響[J].臨床放射學雜志，2018，37（8）：1386?1390.

[14] 陸曉曦.文化社區(qū)：城市核心區(qū)基層綜合性文化服務中心建設的樣本：以北京市東城區(qū)為例[J].圖書館雜志，2017，36（1）：38?44.

[15] 王志杰，周平，劉川昆，等.海綿城市潛力評估方法及地下排水系統(tǒng)[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2018，50（3）：118?127.