摘 要: 基于.net開發(fā)平臺(tái)，借助C#語(yǔ)言，利用軟構(gòu)件技術(shù)完成了氡及其子體運(yùn)移仿真軟件開發(fā)。討論了仿真系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，簡(jiǎn)述了系統(tǒng)的功能模塊及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了氡及其子體運(yùn)移機(jī)制研究的計(jì)算機(jī)化。
關(guān)鍵詞: .net；運(yùn)移； 計(jì)算機(jī)仿真； 團(tuán)簇

針對(duì)氡氣及其子體運(yùn)移機(jī)制的研究是開展氡氣研究的基礎(chǔ)。近年來(lái)，對(duì)氡氣運(yùn)移機(jī)制提出了新的研究角度：團(tuán)簇、微粒等方面[1-2]。經(jīng)反復(fù)論證，團(tuán)簇理論不斷趨于成熟，但研究手段較為落后，僅通過(guò)通用仿真軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，針對(duì)性差。因此，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在氡氣運(yùn)移研究領(lǐng)域中存在技術(shù)空白。本文利用模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到氡氣運(yùn)移、分布等相關(guān)研究中，對(duì)研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)的比較和模仿，提高研究技術(shù)的效用性和安全性。
1 系統(tǒng)概述
該系統(tǒng)的開發(fā)借助計(jì)算機(jī)仿真學(xué)、圖形學(xué),結(jié)合軟接口設(shè)計(jì)的原則[3],完成了系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)。系統(tǒng)功能模塊分為文件管理、圖形顯示、數(shù)值分析與模擬、窗口管理、幫助五個(gè)部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)功能，結(jié)合軟件工程[4]設(shè)計(jì)原理，采用模塊化設(shè)計(jì)思路，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1.1 文件管理
文件管理模塊主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通訊等功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)將以文本的形式進(jìn)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(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能模塊完成數(shù)據(jù)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(shí)間分布、不同方向上離散點(diǎn)的計(jì)數(shù)對(duì)比規(guī)律的描述。三維曲線顯示包括：射氣濃度等高線描述。
1.3 數(shù)值模擬
數(shù)值模擬功能模塊用于模擬未知參量、模擬結(jié)果的分析和整理、確定修正系數(shù)等。此外，利用理論模型進(jìn)行數(shù)值模擬，得到的模擬值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行分析，進(jìn)而完成理論模型的論證。模擬界面如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)算法設(shè)計(jì)
　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路，自頂向下進(jìn)行功能抽象，通過(guò)軟件分層結(jié)合軟接口調(diào)用進(jìn)行信息通訊，保證模塊的獨(dú)立性、程序的可重用性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)及模塊有：數(shù)據(jù)流管理模塊、數(shù)據(jù)值到曲線轉(zhuǎn)換模塊及曲線顯示模塊。
2.1 數(shù)據(jù)流管理模塊
2.1.1 模塊分析及流程設(shè)計(jì)
“數(shù)據(jù)流管理模塊”主要完成數(shù)據(jù)流通訊，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要提供四類不同的操作：直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)；根據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)在相應(yīng)對(duì)話框顯示；將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化成二維曲線顯示；將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化成三維曲面顯示。數(shù)據(jù)導(dǎo)出是導(dǎo)入的逆過(guò)程。
　算法步驟如下：系統(tǒng)讀數(shù)據(jù)后經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后判斷操作類型（包含四種操作類型），根據(jù)不同的操作類型調(diào)用不同模塊接口。
2.1.2 關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)
　程序采用模塊化設(shè)計(jì)思路，通過(guò)兩個(gè)“類對(duì)象”完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)：Class1“類對(duì)象”讀取數(shù)據(jù)流并進(jìn)行數(shù)值換算、display“窗體類對(duì)象”提供圖形顯示設(shè)計(jì)工作。
　功能函數(shù)：openfile()打開文件夾、class.ndclass.Disfun（）數(shù)據(jù)過(guò)濾、ndclass.ndzb()特征值提取、 getndzb() 等高濃度擬合、class.ndclass.Nhfun（）數(shù)據(jù)平滑、getmaxclass1.DisData()數(shù)據(jù)預(yù)處理等函數(shù)，以及其他數(shù)值處理、返回函數(shù)編寫在Class1“類對(duì)象”中，以提供不同的模塊調(diào)用。
功能函數(shù)：OnPaint（）繪制、MyPaint()重載、getkd()坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、drawqx()、曲線顯示等函數(shù)，以及其他系統(tǒng)輔助函數(shù)編寫在display窗體“類對(duì)象” 中。部分代碼如下：
protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)
{ 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(shù)據(jù)值到曲線轉(zhuǎn)換模塊
2.2.1模塊分析及流程設(shè)計(jì)
　數(shù)值曲線包括二維曲線和三維曲線。“數(shù)據(jù)值到曲線轉(zhuǎn)換模塊”將數(shù)據(jù)值進(jìn)行預(yù)處理分析后，提取特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)擬合及平滑流程后導(dǎo)入系統(tǒng)在屏幕上顯示。
　流程設(shè)計(jì)如下：系統(tǒng)首先讀數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的有效性之后存入相應(yīng)的數(shù)組列表中。然后系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，從原始數(shù)據(jù)中提取特征信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)平滑之后，將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式。同時(shí)按坐標(biāo)數(shù)據(jù)、連接信息、濃度特征三部分分類存放后導(dǎo)入系統(tǒng)繪制曲線。
數(shù)據(jù)值到三維曲線轉(zhuǎn)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(guò)程中涉及到的濃度等高點(diǎn)的確定，因此，程序?qū)⒓尤?ldquo;數(shù)據(jù)擬合”功能模塊。從而，大大縮短開發(fā)周期。數(shù)據(jù)值到三維曲線轉(zhuǎn)化模塊流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2.2 關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)值到曲線的轉(zhuǎn)換模塊主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)流通信部分，完成的工作是將讀入的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化成圖像形式顯示在屏幕上。根據(jù)轉(zhuǎn)換曲線類別的不同，操作執(zhí)行的流程也有所不同。因此，需要進(jìn)行判斷操作,選擇不同的模塊入口。程序設(shè)計(jì)的部分代碼如下：
　　public void ndzb(string s ,double[] datax,double[] datay,double[] datan)
{ Class1.readerclass readerclass = new readerclass ();
射氣運(yùn)移模擬系統(tǒng).Class1.getmaxclass getmaxclass = new getmaxclass ();
maxn = getmaxclass.getmaxnum (datan);
AnalNDFuncion(maxn);
for(xhblj = 0;xhblj<k;xhblj++)
{ if( datax[xhblj] > 0 & datay[xhblj] == 0 )
{ area1.Add ( datax[xhblj] );}…
if(area1.Count >0)
　　　　　　 …
2.3曲線顯示模塊
2.3.1模塊設(shè)計(jì)分析及流程設(shè)計(jì)
　　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(shè)計(jì)中，將根據(jù)“數(shù)據(jù)值到曲線轉(zhuǎn)換模塊”生成的有效特征數(shù)據(jù)值進(jìn)行繪制。由于GDI+坐標(biāo)系統(tǒng)與常用的笛卡爾坐標(biāo)系不同，因此系統(tǒng)提供了坐標(biāo)變換模塊。二維曲線同三維曲線的設(shè)計(jì)理念相似，只是在繪制技巧中有所不同?，F(xiàn)以三維曲線繪制流程為例，流程如圖3所示。

2.3.2 關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)
曲線繪制顯示功能主要采用了GDI+圖形設(shè)備接口技術(shù)完成曲線繪制要求，系統(tǒng)通過(guò)Graphics類對(duì)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); }
else if (VerOrLevbool==1)//水平上向上的濃度分布；
　　{ PMx = LevNDLineCla.rePMX (PMDisArr); … }}
在繪制過(guò)程中主要調(diào)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(jì)算機(jī)模擬作為氡及其子體運(yùn)移機(jī)制研究的一種新手段和工具，模擬分析了氡及其子體運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型，獲得了有參考價(jià)值的分析結(jié)果。該結(jié)論對(duì)揭示團(tuán)簇理論的科學(xué)性具有重要意義，同時(shí)對(duì)揭示地氣向上運(yùn)移、氣溶膠的形成與運(yùn)移以及團(tuán)簇研究都具有積極和深遠(yuǎn)的影響。
模擬技術(shù)提供的預(yù)見性，可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的特性、外作用的影響，可以更直觀地為團(tuán)簇理論提供有力的技術(shù)支持，并為氡運(yùn)移研究提供新的研究途徑。這種研究思路充分利用計(jì)算機(jī)的豐富資源，提高研發(fā)的安全性，而且具有經(jīng)濟(jì)、可靠、易升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。因此，計(jì)算機(jī)模擬引入射氣分布規(guī)律研究是一個(gè)必然的趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
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[3] 呂云翔,王晰鵬編著.軟件工程.北京：人民郵電出版社，2009.
[4] 肖丁,吳建林,周春燕,等編著.軟件工程模型與方法.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008.