精品文檔-下載后可編輯一種氡及其子體運移仿真系統的設計和實現-設計應用

針對氡氣及其子體運移機制的研究是開展氡氣研究的基礎。近年來，對氡氣運移機制提出了新的研究角度：團簇、微粒等方面.經反復論證，團簇理論不斷趨于成熟，但研究手段較為落后，僅通過通用仿真軟件進行數據處理，針對性差。因此，計算機仿真技術在氡氣運移研究領域中存在技術空白。本文利用模擬仿真技術應用到氡氣運移、分布等相關研究中，對研究系統的結構、功能和行為進行動態的比較和模仿，提高研究技術的效用性和安全性。

團簇是由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理或化學結合力組成的相對穩定的微觀或亞微觀聚集體，其物理和化學性質隨所含的原子數目而變化。團簇是材料尺度納米材料的一個概念。團簇的空間尺度是幾埃至幾百埃的范圍，用無機分子來描述顯得太大，用小塊固體描述又顯得太小，許多性質既不同于單個原子分子，又不同于固體和液體，也不能用兩者性質的簡單線性外延或內插得到。因此，人們把團簇看成是介于原子、分子與宏觀固體物質之間的物質結構的新層次，是各種物質由原子分子向大塊物質轉變的過渡狀態，或者說，代表了凝聚態物質的初始狀態。

1系統概述

該系統的開發借助計算機仿真學、圖形學，結合軟接口設計的原則,完成了系統功能模塊的開發。系統功能模塊分為文件管理、圖形顯示、數值分析與模擬、窗口管理、幫助五個部分。系統設計過程中統籌考慮系統功能，結合軟件工程[4]設計原理，采用模塊化設計思路，完成系統設計。

1.1文件管理

文件管理模塊主要用于系統數據管理、數據通訊等功能。系統數據將以文本的形式進行管理，該文本可在其他文本編輯器（例如記事本）或電子表格（例如EXCEL）中打開，并通過數據導入、數據導出功能模塊完成數據通訊。

1.2圖形顯示

圖形顯示功能模塊提供二維曲線顯示和三維曲線顯示。二維曲線顯示包括：射氣濃度隨距離分布、射氣濃度隨時間分布、不同方向上離散點的計數對比規律的描述。三維曲線顯示包括：射氣濃度等高線描述。

1.3數值模擬

數值模擬功能模塊用于模擬未知參量、模擬結果的分析和整理、確定修正系數等。此外，利用理論模型進行數值模擬，得到的模擬值和實驗值進行分析，進而完成理論模型的論證。模擬界面如圖1所示。

2關鍵技術算法設計

在系統設計過程中采用面向對象的設計思路，自頂向下進行功能抽象，通過軟件分層結合軟接口調用進行信息通訊，保證模塊的獨立性、程序的可重用性。在設計過程中，涉及到的關鍵技術及模塊有：數據流管理模塊、數據值到曲線轉換模塊及曲線顯示模塊。

2.1數據流管理模塊

數據流（datastream）初是通信領域使用的概念，代表傳輸中所使用的信息的數字編碼信號序列。然而，我們所提到的數據流概念與此不同。這個概念初在1998年由Henzinger在文獻87中提出，他將數據流定義為"只能以事先規定好的順序被讀取的數據的一個序列".數據的持續到達意味著數據量可能是無限的。而且，對數據進行處理的結果不會是終的結果，因為數據還會不斷地到達。因此，對數據流的查詢的結果往往不是性而是持續的，即隨著底層數據的到達而不斷返回的結果。

2.1.1模塊分析及流程設計

"數據流管理模塊"主要完成數據流通訊，系統根據設計需要提供四類不同的操作：直接導入數據；根據導入的數據在相應對話框顯示；將導入的數據值轉化成二維曲線顯示；將導入的數據值轉化成三維曲面顯示。數據導出是導入的逆過程。

算法步驟如下：系統讀數據后經數據預處理，然后判斷操作類型（包含四種操作類型），根據不同的操作類型調用不同模塊接口。

2.1.2關鍵算法實現

程序采用模塊化設計思路，通過兩個"類對象"完成系統設計：Class1"類對象"讀取數據流并進行數值換算、display"窗體類對象"提供圖形顯示設計工作。

功能函數：openfile（）打開文件夾、class.ndclass.Disfun（）數據過濾、ndclass.ndzb（）特征值提取、getndzb（）等高濃度擬合、class.ndclass.Nhfun（）數據平滑、getmaxclass1.DisData（）數據預處理等函數，以及其他數值處理、返回函數編寫在Class1"類對象"中，以提供不同的模塊調用。

功能函數：OnPaint（）繪制、MyPaint（）重載、getkd（）坐標轉換、drawqx（）、曲線顯示等函數，以及其他系統輔助函數編寫在display窗體"類對象"中。部分代碼如下：

protectedoverridevoidOnPaint（PaintEventArgse）

{base.OnPaint（e）；

datamaxx=getmaxclass1.getmaxnum（data1）；

datamaxy=getmaxclass1.getmaxnum（data2）；

ndclass1.ndzb（DataFileName,data1,data2,data3）；

k=ndclass1.rei（）；

getkd（datamaxx,datamaxy）；

…

2.2數據值到曲線轉換模塊

2.2.1模塊分析及流程設計

流程設計如下：系統首先讀數據，判斷數據的有效性之后存入相應的數組列表中。然后系統進行數據預處理，從原始數據中提取特征信息，經過數據平滑之后，將其轉換成標準格式。同時按坐標數據、連接信息、濃度特征三部分分類存放后導入系統繪制曲線。

數據值到三維曲線轉化模塊與二維曲線繪制有著異曲同工之妙，不同在于三維等高線的繪制過程中涉及到的濃度等高點的確定，因此，程序將加入"數據擬合"功能模塊。從而，大大縮短開發周期。數據值到三維曲線轉化模塊流程設計如圖2所示。

2.2.2關鍵算法實現

數據值到曲線的轉換模塊主要應用在數據流通信部分，完成的工作是將讀入的數據值轉化成圖像形式顯示在屏幕上。根據轉換曲線類別的不同，操作執行的流程也有所不同。因此，需要進行判斷操作，選擇不同的模塊入口。程序設計的部分代碼如下：

publicvoidndzb（strings,double[]datax,double[]datay,double[]datan）

{Class1.readerclassreaderclass=newreaderclass（）；

射氣運移模擬系統。Class1.getmaxclassgetmaxclass=newgetmaxclass（）；

maxn=getmaxclass.getmaxnum（datan）；

AnalNDFuncion（maxn）；

for（xhblj=0;xhbljk;xhblj++）

{if（datax[xhblj]0datay[xhblj]==0）

{area1.Add（datax[xhblj]）；}…

if（area1.Count0）

…

2.3曲線顯示模塊

2.3.1模塊設計分析及流程設計

曲線顯示模塊為用戶提供直觀的圖形界面顯示，包含二維圖形顯示、三維圖形顯示模塊。曲線顯示模塊設計中，將根據"數據值到曲線轉換模塊"生成的有效特征數據值進行繪制。由于GDI+坐標系統與常用的笛卡爾坐標系不同，因此系統提供了坐標變換模塊。二維曲線同三維曲線的設計理念相似，只是在繪制技巧中有所不同。現以三維曲線繪制流程為例，流程如圖3所示。

2.3.2關鍵算法實現

曲線繪制顯示功能主要采用了GDI+圖形設備接口技術完成曲線繪制要求，系統通過Graphics類對象提供完備的繪制方法和屬性，部分代碼如下：

if（VerOrLevbool==0）//豎直方向的濃度分布；

{PMx=tranx/cursorx*（PMxArr[i]-stapot）+40+tranx;

PMy=VerNDLineCla.rePMY（PMDisArr）；}

elseif（VerOrLevbool==1）//水平上向上的濃度分布；

{PMx=LevNDLineCla.rePMX（PMDisArr）；…}}

在繪制過程中主要調用GDI+System.Drawing類中的：Brush、Font、Graphics、Pen、Region等類，以及Graphics類的DrawLine、DrawString等方法，繪制出氡及其子體二維和三維分布曲線。

本文以計算機模擬作為氡及其子體運移機制研究的一種新手段和工具，模擬分析了氡及其子體運移的數學模型，獲得了有參考價值的分析結果。該結論對揭示團簇理論的