（检测技术与自动化装置专业论文）热力能量调节及信息管理系统.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 随着经济的快速发展和人民生活水平的普遍提高，中国北方冬季集中供热面 积也在不断的加大，针对我国目前日益严重的环境和能源问题，国家采取了种种 措施倡导保护环境和节约能源。 由于能源紧缺，燃料价格的连续上涨，热力公司由以前的盈利变成当前的亏 损，使得他们将节约能源和能量的人为损失提高到日程上来。热力能量调节及信 息管理系统的投入使用将会有效地减少污染、节约能源、提高供热效率。本文主 要对热力能量调节及信息管理系统进行设计。 首先对热力能量调节及信息管理系统的作用进行阐述，并简单介绍本论文的 研究背景、意义及国内外的研究现状。其次针对系统所需进行数据库开发、设计， 使用s q l 数据库创建本系统所需要的数据库。本文的核心内容是介绍m a t l a b 及神 经网络，分析b p 和r b f 两种神经网络的结构、算法和训练方法，并预测出蒸汽瞬 时流量，预测速度和精度均符合工业要求。最后介绍基于v c 抖的信息管理系统的 设计，包括用户登录、数据查询与显示、数据修改、报表打印等功能，解决了v c + + 与m a t l a b 接口、s q l 数据库接口的连接问题。其中重点介绍了v c + + n 用a d o 方式 操作数据库的方法和和v c + + 怎样利用m a t l a b 引擎进行神经网络预测的编程。 本管理系统完成后，可以较为及时准确地预测出蒸汽瞬时流量，从而计算出 锅炉所需要的能量综合，为锅炉控制系统的调节提供可靠的数据，减少由于能量 需求不确定而且蒸汽的惯性大而造成的能量损失。 关键词：神经网络；v c + + ；数据库；信息管理 a b s t r a c t i nv i e wo ft h ep r e s e n ts e r i o u se n v i r o n m e n t a la n de n e r g yp r o b l e m s ，t h e s t a t eh a s a d o p t e dv a r i o u sm e a s u r e s t o p r o m o t e t h e p r o t e c t i o n o ft h ee n v i r o n m e n ta n d c o n s e r ，a t i o no fe n e r g y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s ee c o n o m i c s a n dt h e i m p r o v m e n to fp e o p l e 。sl i v i n gs t a n d a r d s ，a l la r e ao f c e n t r a lh e a t i n gh a sb e e ni n c r e a s i n g t h eu s eo ft h ea d u s t m e n to ft h et h e r m a le n e r g ya n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m s c a nb ee f f e c t i v ei nr e d u c i n gp o l l u t i o n , e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，i m p r o v i n gh e a t m g e f f i c i e n c y , t or e s p o n d t on a t i o n b u i l d i n gr e s o u r c e c o n s e r v i n ga n de n v i r o n m e n t f r i e n d l y p r i n c i p l e sa n dp o l i c i e so fa h a r m o n i o u ss o c i e t y b e c a u s eo fe n e r g ys h o r t a g e s ，f u e lp r i c e sr o s ec o n t i n u o u s l y ，m a n yh e a te n t e r p r i s e s h a v eb e e nl o s i n gm o n e yi nr e c e n ty e a r s t h e yw i l lm a k ee n e r g yc o n s e r v a t i o na n d r e d u c i n gt h eh u m a ne n e r g yl o s s e so nt h ea g e n d a i nt h i sa r t i c l e ，a d j u s t m e n to ft h e t 1 1 e n ：1 1 a 1e n e r g ya n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m sh a v ed e s i g n e d ，t h et e x ti s d i v i d e d i n t os i xp a r t s ： f i r s to fa l l ，d e s c r i b i n gt h er o l eo ft h ea d j u s t m e n to ft h et h e r m a le n e r g ya n d i n f o 肌a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m s 、t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d a n d t h es i g n i f i c a n c e d e s i g n i n gt h ed a t a b a s ef o ro u rs y s t e ma n dc o m p l e t i n gt h ed e v e l o p m e n to f t h ed a t a b a s e w i t hs q ls e r v e r t h e ni n t r o d u c i n gm a t l a ba n dn e u r a ln e t w o r k s ，a n a l y z i n gs t r u c t u r e s ， a l g o r i 吐n sa n dt r a i n i n gm e t h o d so fb pa n dr b f n e u r a ln e t w o r k ，b o t hs p e e da n d a c c u r a c vo ff o r e c a s tm e e tt h ei n d u s t r i a lr e q u i r e m e n t s a tl a s t ，d e s i g n i n gt h ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts v s t e r nb a s e dv c + + ，i n c l u d i n g u s e rl o g 、q u e r ya n dd i s p l a y 、m o d i f i c a t i o n a n do t h e rf u n c t i o n s ，s o l v i n gt h ep r o b l e mo ft h ei n t e r f a c eb e t w e e nv c + + a n d m a t l a b 、 s q l d a t a b a s e i ft h em a n a g e m e n ts y s t e mf i n i s h e d ，i tw o u l dr e d u c et h ee n e r g yl o s s o fh e a t e x c h a n g e rs t a t i o n s ，i m p r o v eh e a t i n gq u a l i t y ，f o r e c a s ti n s t a n t a n e o u ss t e a mf l o w ，i t a l s o c o u l de s t i m a t et h ee n e r g yr e q u i r e d ，p r o v i d er e l i a b l ed a t at ob o i l e r c o n t r o ls y s t e m s ， r e d u c et h el a r g ee n e r g yl o s sb e c a u s eo fi n a c c u r a t ed e m a n da n dl a r g ei n e r t i a k e yw o r d s ：i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ；d a t a b a s e ；n e u r a ln e t w o r k ；v c + + 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均己做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 ：韭丝 蹶珥年五月笪日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名： 导师签名： 日期：丑年月上妇 日期：兰互年月兰刃 山东轻工业学院硕士学位论文 1 1 项目提出的背景和依据 第1 章绪论 目前中国北方许多城市都采用集中供热，拆除了大量小型供热锅炉，改为由 集中供热锅炉将热源送往各片区的换热站，再由换热站把热量送往千家万户。集 中供热的热效率主要由锅炉、管网( 包括蒸汽管网和水管网) 和换热站三部分效 率组成。最近国家大力倡导保护环境和节约能源，而且随着我国经济的发展和人 民生活水平的提高，集中供热面积也在不断的加大。从能源节约、环保要求、政 府政策等几方面考虑，进入新世纪，国家大力倡导保护环境和节约能源，因此， 集中供热被提到一个很高的高度【l l 。 近年来由于能源紧缺，燃料价格的连续上涨，热力公司由以前的企业盈利到 企业亏损，使得他们将节约能源和能量的人为损失提高到日程上来，迫切需要热 力信息管理及能量调节，以此来减少供热系统的能量损失，提高供热质量。因此 预测出蒸汽瞬时流量，从而计算出所需要的能量综合，为锅炉的运行提供可靠的 数据，减少由于能量需求不确定而且蒸汽的惯性大而造成的能量损失就成为一种 可行的办法。 所有这些都要求我们应该有属于自己的热力能量调节及信息管理系统，以提 高集中供热的管理水平。此外，热力能量调节及信息管理系统还可以有效地减少 污染、节约能源、提高供热效率，积极响应国家建设资源节约型、环境友好型和 谐社会的方针政策。 1 2 国内外同类项目的应用情况 美国、西欧等发达国家和地区在这一方面起步较早，目前已经取得了显著的 成效【2 , 3 , 4 】。在西欧，供热公司的收费按照供热量来计算，他们的整个供热系统全部 选用自控系统，据不完全统计，选用控制系统比不用控制系统节能达到1 5 2 5 。 但是国外的供热和国内的集中供热模式不一样，国外没有独立的热力公司，它们 往往和城市的电力、煤气及供水成为一体，而且还能为用户提供热能( 蒸汽和热 水) 服务，它们的燃料利用率较高。 而我国的换热站自控系统，必须充分考虑我国按面积收费的体制，以及将要 进行的按热量收费的改革。按面积收费时，热力公司的目标是在满足用户基本供 热需求的前提下减少供热量，因此，必须采用智能控制，维持全网用户在同一供 热水平( 有些特殊用户可适当加权) ；而按热量收费时，热力公司的目标是只要用 第l 章绪论 户有需求就要尽量多供热，供热量越多效益越好，同时考虑循环泵的电耗和管网 的热损问题，这时就要采用末端压差控制，用户用热量的多少由用户自主调节。 这是国内集中供热与北欧集中供热的本质差别。由于我国现行的收费制度，热力 公司则刚刚把节能提到日程上来。在国内如清华同方、北京硕人时代科技等公司 在热网的计算机监控管理方面做了很多工作，在集中供热网监控领域积累了丰富 的工程实践经验，为提高集中供热行业的管理水平做出了突出的贡献。但是，它 们大都集中在蒸汽管网和换热站的监控。热网监控系统功能可以分为三部分，远 程采集、远程控制、远程调试。远程采集：远程数据采集可以定时采集，也可以 循环采集，即可以采集当前的实时数据，也可以采集过去的历史数据( 要求数据 采集设备能存储至少一周的历史数据，己备通讯设备出现故障时历史数据不会丢 失) 。远程控制：远程控制是无人值守换热站的重要环节，包括对阀门的控制( 手 动开关阀门) 、控制策略的选择( 经验调节、定温调节、手动调节等) 供水温度值 的设定、循环泵的起停、补水泵的起、停等。远程调试：理想的通讯方式不但解 决了数据的远程采集和控制，还可以实现现场控制器的远程维护，修改控制策略， 修改报警参数值，等等。可以减少去现场的次数，并且可以迅速的了解现场控制 器的工作情况，大大提高了工作效率。但是在热力信息管理及能量调节尤其是和 锅炉的整体调节方面，成功的经验很少。 因此，设计内容更丰富、功能更强大、提供方式多样化的热力能量调节及信 息管理系统具有重要的意义。 1 3 本文的立题依据 根据前面的分析，我们可以了解到目前我国对于集中供热的热力系统管理软 件水平不高，各项功能均不尽如人意，产生这些问题的主要原因是由多方面因素 影响的，最重要的原因就是我国对于这方面的研究起步较晚，而且可以借助的国 内外经验很少。 本文是山东省信息产业发展专项资金项目热力能量调节及信息管理系统 的重要组成部分，此系统将会为供热企业提高经济效益，更会保护环境和节约能 源，促进社会和谐发展。 1 4 本文的研究内容 本文研究的对象是建立一个热力能量调节及信息管理系统的软件。该软件的 核心功能是可实现对蒸汽瞬时流量的预测，并且存入历史数据库中，可作为调节 锅炉控制系统参数的参考值，也可为手工修正供热锅炉参数提供依据。主要有以 下几方面的工作： 2 山东轻工业学院硕士学位论文 ( 1 ) 在v c + + 开发环境下开发人机友好程序界面。 ( 2 ) 在s q ls e r v e r2 0 0 0 环境下开发后台数据库用来存储大量的历史数据。 ( 3 ) 在m a t l a b 环境下进行基于神经网络的蒸汽瞬时流量预测。由于在蒸汽瞬 时流量预测这个领域可以借鉴的经验不多，因此本文分别用b p 网络和r b f 网络 进行预测。根据蒸汽瞬时流量的历史数据，分析地区蒸汽瞬时流量的特性，然后 据此建立神经网络预测模型，并用历史数据对神经网络模型进行训练，同时编制 相应的预测程序。 山东轻工业学院硕士学位论文 第2 章信息管理系统的总体介绍 2 1 项目主要内容 该系统是在中央控制室设置一台或多台高可靠性工业p c 机，并为其配置远程 通讯设备；在各个换热站设置一套现场设备，除完成换热机组的控制外，同时收集 各个热工参数及电气参数。中央控制室通过宽带网络与各个换热站系统建立联系。 中央控制室换热站监控系统对各换热站进行数据采集( c d m a ) ，工作人员可通过远 程操作及时处理换热站事故，包括启动、停止换热站各电机设备及修改各控制参 数等等。 图2 1 系统整体结构图 主要子系统介绍如下： ( 1 ) 换热站控制子系统 智能控制子系统由主站和从站组成。其中，从站采用现场控制器实现数据采 集、存储、控制及上传。从站对换热站的温度、压力、流量、现场运行状况等信 号进行采集及处理，将数据通过无线或有线网络传输方式传送到主站。主站则通 过一台w e b 服务器将各换热站的数据发布于网络，通过设定权限的高低，控制浏 览者的浏览级别。该系统可以对换热站进行连续2 4 小时实时自动监控，操作人员 可以在任意联网的终端机上看到各换热站的各项数据，实现换热站无人值守。主 站采用p c 计算机，计算机通过c b u s 总线方式与网络相连，从站则通过c d m a 方式与网络相连。通过主站向从站发送数据，并接收从站发来的数据。主站接收 5 第2 章信息管理系统的总体介绍 从站传来的信号，处理后显示输出，如果有异常情况发生，可进行语音报警，提 醒操作人员采取措施，及时进行处理。系统有在线组态功能，根据整个热力系统 的状况，自动对各从机在线组态，控制整个系统自动运行。主机可自动生成各种 报表，并设有值班检查功能及定时打印、随机打印功能，实现对整个热力系统自 动化管理。 ( 2 ) 热网智能控制和远程监控系统 热网数据资源整合主要实现将由组态软件获取的锅炉和换热站数据信息进行 采集整理到w e b 远程监测子系统的s q ls e r v e r 数据库中。e b i 服务器数据主要是 通过存储过程来定时获取的。f i x 数据提取分为两个阶段：首先，把原有过程数据 库的数据提取到新的过程数据库，借助d d e 技术；其次，把新过程数据库中的数 据通过s q d 、s q t 写入关系数据库。组态数据提取是利用了组态软件的s q l 访问 功能实现的，系统利用组态软件s q l 访问管理器来建立s q ls e r v e r 数据库列和组 态王变量之间的联系，通过记录体直接操纵s q ls e r v e r 数据库中的数据，实现组 态软件与s q ls e r v e r 数据库之间的数据传输。整理后的数据最终通过w e b 远程监 测子系统处理加工后发布出来。 w e b 远程监测子系统是典型的b s 架构的软件系统。系统采用s t r u t s 架构，采 用s q ls e r v e r 数据库，应用服务器采用t o m c a t 5 。0 ，开发语言采用j s p 、j a v a 语言， 开发包为j d k l 4 2 版本。主要包括换热站和锅炉信息监控、换热站和锅炉报表查 询、换热站和锅炉曲线查询、换热站和锅炉曲线定制、报表定制、系统管理等几 大模块。其中信息监控主要采用实时刷新技术、x m l h t t p 技术，曲线查询主要 采用j f r e e c h a r t 图表绘制技术。用户可以随时随地登录此系统了解整个热网的实时 运行状况，随时对任意时间段内的数据点进行分析并且对任意两个时间段的某个 数据点的数据值进行分析对比。 ( 3 ) 热力能量调节及信息管理系统 热力能量自动调节及信息管理系统是一套节能专家系统，按照供热要求的最 佳运行参数去控制系统的运行【5 , 6 , 7 】，根据现场环境和负荷的变化( 包括运行周期优 化、环境温度补偿、可变温度响应、供水和回水温度控制、夜间温度控制、热水 优先) ，不间断地对换热站进行实时监测，在保证蒸汽( 或供水) 温度及采暖需热 量的前提下，通过模糊控制器动态调整系统运行参数，优化运行模式，确保主机 始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高的热转换效率，有效地解 决了传统系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高系统的能源利用率。 2 2 本论文的工作在整个项目中的作用 本论文的工作主要是进行供热系统的上层软件开发( 如图2 1 ) 。 6 山东轻工业学院硕士学位论文 在$ q ls e r v e r2 0 0 0 环境下建立历史数据库，在中央控制室的工业p c 机的后 台运行。基于v c + + 6 o 建立人机友好界面。通过m a t l a b 工具，并且根据热网的历 史参数数据，分析地区热力参数的特性，然后据此建立神经网络预测模型，并用 历史数据对神经网络模型进行训练，然后预测出蒸汽瞬时流量，并且存入后台历 史数据库中，为下层控制系统提供必要的参数支持。 2 - 3 本章小结 本章首先介绍了整个项目的架构，然后说明了本论文工作对此项目的贡献， 其中历史数据库的管理和基于神经网络的蒸汽瞬时流量的预测以及人机友好界面 的创建是本文研究的重点。 山东轻工业学院硕士学位论文 3 1 数据库的设计环境 第3 章数据库的设计 数据库应用系统中的一个核心问题就是设计一个能满足用户要求、性能良好 的数据库，这就是数据库设计( d a t a b a s ed e s i 印) 。数据库设计的基本任务是根据用 户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境( 包括硬件、操作系统与d b m s ) 设计出数据模式。所谓信息需求主要是指用户对象的数据及其结构，它反映了数 据库的静态要求；所谓处理需求它表示用户对象的数据处理，反映了数据库的动 态要求。数据库设计中有一定的制约条件，它们即是系统设计平台，包括系统软 件，工具软件以及设备、网络等硬件。因此数据库设计即是在一定平台制约下， 根据信息需求与处理需求设计出性能良好的数据模式喁j 。 热力能量调节及信息管理系统数据库的设计环境主要采用s q ls e r v e r2 0 0 0 关 系型数据库系统进行建立、维护和管理。通过本系统的应用程序进行访问，达到 数据的查询、检索、更新、修改、提取等功能，实现信息的管理。 s q l s e r v e r2 0 0 0 是一个后台数据库管理系统，它功能强大操作简便，日益为 广大数据库用户所喜爱。越来越多的开发工具提供了与s q ls e r v e r 的接口。s q l s e r v e r ：是一个关系数据库管理系统，它最初是由m i c r o s o f t 、s y b a s e 和a s t o n t a t e 三家公司共同开发的。1 9 8 8 年，m i c r o s o f t 公司、s y b a s e 公司和a s t o n t a r e 公司把 该产品移植到0 s 2 上。后来a s t o n a t e 公司退出了该产品的开发，而m i c r o s o f t 公司、s y b a s e 公司则签署了一项共同开发协议，这两家公司的共同开发结果是发 布了用于w i n d o w sn t 操作系统的s q ls e r v e r ，1 9 9 2 年，将s q ls e r v e r 移植到了 w i n d o w sn t 平台上。在s q ls e r v e r4 版本发行以后，m i c r o s o f t 公司和s y b a s e 公 司在s q ls e r v e r 的开发方面分道扬镳，取消了合同，各自开发自己的s q ls e r v e r 。 m i c r o s o f t 公司专注于w i n d o w s n t 平台上的s q ls e r v e r 开发，而s y b a s e 公司则致 力于u n i x 平台上的s q ls e r v e r 的开发。本文中使用的是m i c r o s o f ts q ls e r v e r 以 后简称为s q ls e r v e r 。 一 s q ls e r v e r2 0 0 0 是m i c r o s o f t 公司开发的一个基于结构化查询( s q l ) 和客户机 服务器模型的高性能关系数据库管理系统，是为支持分布式计算环境而设计的。 现在市场上流行的数据库产品有很多，如o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 等， 各个产品各有各的优点，但由于s q ls e r v e r2 0 0 0 与w i n d o w s 和v i s u a lc + + 以及 p o w e r b u i l d e r 的无缝连接，该版本继承了s q ls e r v e r7 0 版本的优点，同时又比它 增加了许多更先进的功能，具有使用方便、可伸缩性好与相关软件集成程度高等 9 第3 章数据库的设计 优点。可跨越从运行m i c r o s o f tw i n d o w s9 8 的电脑到运行m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 的大型多处理器的服务器等多种平台使用。事实上，s q ls e r v e r 数据库处理的基 本结构，采取关系型数据库模式，尽管如此，s q ls e r v e r 的数据库处理方式则是 使用面向对象的操作方式与精神，也就是说s q ls e r v e r 的所有功能，都可以基于 系统己经建立好的一些对象来达成，是面向对象的一个系统结构。它与其他主要 数据库产品以及它的前身s q ls e r v e r7 0 相比有以下特点【9 1 ： ( 1 ) 支持更大的数据库规模； ( 2 ) 更灵活的加锁策略、触发器机制、游标机制、数据库复制、备份功能； ( 3 ) 分布式的查询与更新，支持并行处理； ( 4 ) 支持全文搜索； ( 5 ) 支持数据仓库； ( 6 ) 强大的图形化管理，检测与转换平台； ( 7 ) 支持更广泛的操作系统平台。 3 2 数据库的创建 在w i n d o w s2 0 0 0 ( 当然也可在其它w i n d o w s 平台上) 平台上安装s q ls e r v e r 2 0 0 0 后，运行e n t e r p r i s em a n a g e r ，它会自动在s q ls e r v e rg r o u p 下面建立以计算 机用户名为名称的服务器并生成默认的数据库如m a s t e r 等一些系统表格。运行 s e r v i c em a n a g e r ( 包含在s q ls e r v e r2 0 0 0 程序包中) 将其设置为开机运行模式。在 创建数据库前，先在服务器登陆( l o g i n ) ，e n t e r p r i s em a n a g e r 会提示输入登陆名和 密码，然后设置用户的服务器角色( s e r v e rr o l e ) 。创建用户数据库有如下几种方法： ( 1 ) 利用e n t e r p r i s em a n a g e r 树型结构中建立数据库。 ( 2 ) 使用v c + + 的数据库产生向导。这种方法比较简单，只须按照提示进行相 应设置就可完成数据库的创建。注意数据库的设置必须同前面登陆服务器和建立 数据源的设置相一致，否则数据库的创建就会失败。 ( 3 ) 通过编程来创建数据库。可用解释性s q l 语言创建数据库，如c r e a t e d a t a b a s e 热力系统，即为创建名称是热力系统的数据库。在v c + + 中可用a d o 提供的c o m m a n d p t r 接口执行s q l 语句来实现数据库的创建。 在整个程序的设计中，大多数操作都是针对数据库的操作。例如，程序单中 用户管理中的添加用户、删除用户和修改用户信息等都是对后台数库的操作，即 对数据库中存储的数据的添加、删除、修改等。 下面介绍一下本文中热力系统数据库的创建过程： 为了创建数据库，计算机登陆用户必须是系统管理员，或者被授权使用 c r e a t ed a t a b a s e 语句的用户。创建一个数据库可以使用t r a n s a c t s q l 语句 1 0 m 东轻i 业学院颈士学位论i c r e a t ed a t a b a s e ，也可以通过s q ls e r v e r2 0 0 0 提供的s q ls e r v e re 1 3 t e r p r i s e m a n a g e r 来创建，另外还可以通过向导成。 本文采用的是使用企业管理器来建立数据库，其具体步骤如下： 第一步：打开企业管理器。 第二步：在控制面板目录中选择“数据库”节点。 第三步：在“数据库”节点上单击鼠标右键，并在弹出菜单中选择“新建数 据库”，如图3 1 所示。 自蜘蚴鳓珈柏踟 幸* 由圄- 冒固黾匣杀 豇b 睡国 f m m e m6 十珊 ；j ，_ | i 连啦亩口唧 黑1 酊一一 图31 在企业管理器中创建用户数据库 执行上述操作以后，就会出现如图3 2 所示的数据库属性对话框 图3 2 数据库属性对话框 1 1 第3 章数据库的设计 可以看到，在这个对话框中有三个标签，分别是“常规”、“数据文件”和“事 务日志”，在完成这三个标签中的内容之后，就初步完成了数据库的创建工作。 在“常规”标签的“名称”文本框中输入新建数据库的名称，本文在此给数 据库命名为热力系统数据库。这里需要说明的是输入的数据库名称应该遵循标识 符的s q ls e r v e r2 0 0 0 规则。 “数据文件”标签用来对数据文件进行正确设置，是数据库创建过程中非常 重要的环节。文件名：指定该数据库文件的文件名，s q ls e r v e r2 0 0 0 在默认情况 下自动为用户输入的文件名添加下划线和d a t a 字样，并设置相应的文件扩展名。 本文创建的数据库的文件名为热力系统数据库d a t a 。位置：指定存放该数据库文 件的目录，在默认的情况下，s q ls e r v e r2 0 0 0 将存放路径设置为s q ls e r v e r2 0 0 0 安装目录下的d a t a 子目录。初始大小：指定该数据文件的初始容量，本数据库的 初始容量为5 m b 。数据文件的增长方式选择“文件自动增长 。 “事务日志”标签。事务日志文件是维护数据库完成性的重要工具，用来记 录用户对数据库进行的所有操作，如对数据库执行的添加、删除和修改等。一旦 数据库不幸遭到破坏，数据库管理员可以根据事务日志文件中的记录内容对数据 库进行修复与重建。事务日志文件的扩展名是1 d g 。事务目志文件设置方法与数据 文件的设置方法雷同。 完成了以上操作以后，热力系统数据库就创建成功了。 3 3 数据库表的设计 在用户数据库中有两类用户表，一是用户记录索引表，二是用户记录表，前 者记录所有用户个人的基本信息，后者记录某一特定用户的数据记录。用户记录 索引表仅创建一次，变化的是表中记录的具体内容，而用户记录表可随时增加和 删除，因此数据库和用户记录索引表可通过安装程序在安装过程中创建，这也方 便了数据库应用程序中某些操作的实现。在表的创建过程中，除了创建字段外， 还要指定表的主键以及创建表的索引。在创建完所有的数据库表之后，再建立表 与表之间的关系。 创建了热力系统数据库以后，就可以在该数据库中创建我们所需要的表了。 表是一种最重要的数据库对象，它在数据库中存储数据，可以创建自己的数据表。 同时表示用来存储数据和操作数据的逻辑结构，其结构和电子表格相似，由行和 列组成。企业管理器提供了方便的图形化工具一表设计窗口，在这个窗口中可以 轻松地创建并管理数据表。 创建热力系统数据库表的步骤如下： 打开企业管理器，在企业管理器中的树状目录窗口中展开我们创建好的热力 m 术轻工业学院硕士学位论文 系统数据库。 单击“表”节点，此时该数据库中的表对象会显示在内容窗口中，然后在该 节点上单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“新建表”命令( 如图3 3 所示) 。 图3 3 新建一个鼓据表 创建新表后还要对经常设置的属性加以说明。 列名：指定字段名称，每个表至多可以定义1 0 2 4 个字段。字段名要遵守标识 符的规定在特定表中必须是唯一的，但同一数据库中的不同表可使用相同的列 名。本文数据库中的表有五个字段名，分别是：时间、室外温度、蒸汽压力、蒸 汽温度和蒸汽瞬时流量。 数据类型：指定该字段的数据类型。用户可以自己输入也可以从下拉列表中 选择，但是输入的数据类型必须与下拉列表中所列数据类型相匹配。上述五个字 段名的数据类型全部是n v a r c h a r 类型。 长度：指定字段的长度，也就是字段所占字节数。上述五个字段的长度均为 2 5 5 。 其它的属性这里就不一一列举。设置了这些字段属性以后，表格的设计就基 本完成了。最后还要将表格保存起来。方法是单击工具栏上的“保存”按钮，然 后在“选择名称”对话框中输入表名“重汽小区”，单击确定。至此，已经成功地 在热力系统数据库中创建了一个新表重汽小区。在我们的热力系统数据库中需要 建立1 4 个与重汽小区相似的表，它们的属性设置与重汽小区类似，建立的过程就 不再重复，仅仅列举出它们的表名( 如表31 ) 。 第3 章数据库的设计 表3 1 热力系统数据库中所包含表的名称 3 4 数据库的安全和维护 3 4 1 数据库的安全 数据库的安全性是数据库设计中非常重要的部分。为了维护数据库的安全， s q ls e r v e r2 0 0 0 提供了非常完善的管理机制f 1 0 , i1 】。本文主要介绍s q ls e r v e r2 0 0 0 的身份认证。一个用户必须以特定的登录帐户登录到s q ls e r v e r2 0 0 0 ，才能在s q l s e r v e r2 0 0 0 中执行各种任务。登录帐户又叫登录标识符( l o g i ni d ) ! z 1 果不指定登 录帐户，用户则不能连接到s q ls e r v e r2 0 0 0 。在s q ls e r v e r2 0 0 0 中有三个无需创 建就已经存在的系统内置登录帐户。 s a m p l e k a d m i n i s t r a t o r ：“s a m p l e ”为域名，这个帐户是w i n d o w sn t 用户 帐户，可以作为s q ls e r v e r 登录帐户。 b u i l t i n 认d m i n i s t r a t o r ：w i n d o w s n t 组帐户，属于这个组的帐户都可以作为 s q ls e r v e r 登录帐户。 s a ：系统管理员登录帐户，系统管理员( s a ) 是为向后兼容而提供的特殊登录。 本文中的数据库安全模式采取的是第三种，因此在后面的v c + + 程序访问数据 库时需要输入系统管理员密码。 3 4 2 数据库的备份和恢复 一个数据库搭建好之后的后续问题就是数据库的备份。数据库在使用中还会 因为其他原因出现这样或者那样的问题，这就需要经常对数据库进行备份，最好 是每天都要进行一次备份，这样一旦出现数据库损坏，可以随时用最新的备份来 恢复数据库，提高系统的整体安全【1 2 , 1 3 】。在系统中提供了用来进行数据备份的选 项。设计思想是将数据库文件复制到硬盘上的另一个文件中，这个文件的文件名 是以当前的实践作为文件名的，这样可以方便的知道备份文件时间。不管数据的 损失是意外的还是人为的，d b a 都应该认真考虑数据库的备份策略和方法。 备份数据库： 全库备份，备份整个数据库的数据、存储过程、用户账号等参数的完整备份。 差异备份，将自上一次全库备份以来的变化进行备份。事务日至备份。数据库文 件或文件组的备份，这是对特大型数据库或由于时间原因而无法全库备份时的考 虑。根据以上考虑，供热信息管理系统的数据库比较小，只包含了十几个表格， 数据库不大，所以可以对数据库进行全库备份、也可以进行差异备份。数据库的 恢复启动e n t e r p r i s em a n a g e r ，选t o o l s d a t e b a s eb a c k u p r e s t o r e ，这是s q ls e r v e r 1 4 m i 轻i 业学院硕学位论文 系统管理的基本功能。 恢复数据库： 当系统出现故障时。可以从数据库备份和事务日志各份中恢复系统或数据库 使用企业管理器和t r a n s a c t - s o l 语句两种方法执行数据库的恢复。本文这里以我 们所建立的热力系统为例，介绍如何进行数据的恢复。 ( i ) 打开企业管理器，展开指定的服务器节点，我们这里选择的是l o c a l 服务 器。 ( 2 ) 展开数据库节点并选中热力系统数据库 ( 3 ) 从工具栏中选择“工具 还原数据库”菜单命令，系统将弹出“还原数据 库”对话框( 如图3 4 ) 。 图3 4 还原数据库“常规“选项卡 ( 4 ) 在上述文本框中选择要还原的数据库为热力系统，还原方式选择还原数 据库，然后选择数据库备份热力系统，其它选项采用默认值，最后单击确定完成 数据库的回复 35 本章小结 本章介绍了s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库的开发环境，重点对本项目所需要的数据 库一热力系统数据库的建立过程进行了说明，并介绍了几种常用的数据库维护方 法。 山东轻工业学院硕士学位论文 第4 章神经网络在数据预测中的应用 4 1 神经网络概述 4 1 1 神经网络的发展 自1 9 4 3 年m p 模型开始，至该世纪6 0 年代为止，这一段时间可以称为神经 网络系统理论发展的初期阶段。这个时期的主要特点是多种网络模型的产生与学 习算法的确定，如1 9 4 4 年h e b b 提出了h e b b 学习规则，该规则至今仍是神经网络 学习算法的一个基本规则；1 9 5 7 年r o s e n b l a t t 提出了感知器( p e r e e p t i o n ) 模型；1 9 6 2 年w i d r o w 提出了自适应线性元件模型等。这些模型和算法在很大程度上丰富了神 经网络系统理论。 上个世纪6 0 年代到7 0 年代，神经网络系统理论的发展处于一个低潮时期， 造成这种情况的原因是发展过程中遇到了本质的困难，即电子线路交叉极限的困 难。在当时的条件下，神经元数量n 的大小受到极大的限制，因此神经网络系统 不可能完成高度集成化、智能化的计算任务。同时，神经网络系统理论本身也有 很多不完善的地方。所以，神经网络系统理论与应用研究工作进展缓慢。另一方 面，这一时期正是数字计算机发展的全盛时期，无论在硬件、软件还是技术应用 和商品市场方面都取得了突飞猛进的发展，使得大批有才华的科学家的注意力都 转移到数字计算机方面了。虽然形势如此严峻，但仍有很多科学家在困难条件下 坚持开展研究，并提出了很多种不同的网络模型，展开了增加网络功能和改善学 习算法等方面的研究，为神经网络系统发展的高潮奠定了坚实的基础。 从2 0 世纪8 0 年代开始，进入了神经网络系统理论发展的黄金时期。这个时 期最具标志性的人物是美国j n , ) - h 二 学院的物理学家j h o p f i e l d 。他于1 9 8 2 年和1 9 8 4 年在美国科学院院刊上发表了两篇文章，提出了模仿人脑的神经网络模型，即著 名的h o p f i e l d 模型。h o p f i e l d 网络是一个互连的非线性动力学网络，它解决问题的 方法是一种反复运算的动态过程，这符合逻辑处理方法所不具备的性质。 2 0 世纪9 0 年代中期是神经网络系统理论进行稳健发展的时期，在经历了2 0 世纪8 0 年代末与9 0 年代初的发展高潮之后，人们肯定了它的前途，但同时又看 到了它发展的障碍。与2 0 世纪6 0 年代到7 0 年代相比，8 0 年代到9 0 年代的发展 无论是在硬件技术还是在应用范围和理论水平方面的贡献都是巨大的。但是神经 网络系统的基本困难，即电子线路交叉的困难和理论研究问题的困难仍然没有实 现根本性的突破。因此如何克服网络连线困难仍是神经网络技术发展过程中需 要克服的最关键的问题【1 4 , 1 5 】。 第4 章神经网络在数据预测中的作用 4 1 2 神经网络的结构 只有上亿个生物神经元连接成生物神经网络，才能完成对外部感知信息进行 的处理、记忆、学习等。同样，单个人工神经元往往不能完成对输入信号的处理， 他要按一定的规则连接成网络，并让网络中的每个神经元的权值和阈值按一定的 规则变化，才能实现所涉及神经网络的功能要求。人工神经网络的连接形式和其 拓扑结构多种多样，但总的来说有两种形式，即分层型和互连型神经网络。 分层型神经网络的拓扑结构如图4 1 所示，它又分为简单前馈网络、反馈型前 馈网络和内层互连前馈网络。 ( a ) 一般前馈网络( b ) 反馈型前馈网络( c ) 内层互连前馈网络 图4 。1 分层型神经网络的拓扑结构 分层型神经网络将所有的神经元按功能分为若干层，一般有输入层、中间层 和输出层，各层顺序连接。因为中间层不直接与外部输入和输出打交道，所以又 称为隐层。根据处理功能的不同，隐层可以有多层( 一般不超过两层) ，也可以没 有。 互连型神经网络的拓扑结构如图4 2 所示，其网络的任意两个神经元都相互连 接，构成全互连神经网络；如果不是全部的神经元都彼此相互连接，则构成局部 互连神经网络。 图4 2 互连型神经网络 4 1 3 神经网络的特点 神经网络的主要特点是： 1 8 山东轻工业学院硕士学位论文 ( 1 ) 分布式存储信息。其信息的存储分布在不同的位置，神经网络是用大量神 经元之间的连接及对各连接权值的分布来表示特定的信息，从而使网络在局部网 络受损或输入信号因各种原因发生畸变时，能够保证网络的正确输出，提高网络 的容错性和鲁棒性。 ( 2 ) 并行协同处理信息。神经网络中的每个神经元都可根据接收到的信息进行 独立运算和处理，并输出结果，同一层中的各个神经元的输出结果可同时计算出 来，然后传输给下一层做进一步处理，这体现了神经网络并行运算的特点，这一 特点使网络具有非常强的实时性。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限， 但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为是极其丰富多彩的。 ( 3 ) 信息处理与存储合二为一。神经网络的每个神经元都兼有信息处理和存储 功能，神经元之间连接强度的变化，既反映了对信息的记忆，同时又与神经元对 激励的响应一起反映了对信息的处理。 ( 4 ) 对信息的处理具有自组织、自学习的特点，便于联想、综合和推广。神经 网络的神经元之间的连接强度用权值大小来表示，这种权值可以通过对训练样本 的学习而不断变化，而且随着训练样本量的增加和反复学习，这些神经元之间的 连接强度会不断增加，从而提高神经元对这些样本特征的反应灵敏度。