时间：2023-04-06 18:35:33
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1.1相变材料的选用
微胶囊壁的厚度、弹性、拉伸及压缩强度、耐热性以及与芯材的相容性直接影响MEPCM的可应用性，因此，壁材应选用无毒、不熔、不溶、密封性好、有较高拉伸及压缩强度的树脂。常用于囊壁的材料有尿素-甲醛树脂(UF)［7］、聚氨酯(PU)［8］以及耐高温性能较好的三聚氰胺-甲醛树脂(MF)、尿素-三聚氰胺-甲醛树脂(MUF)等。同时，壁材与芯材的质量比对MEPCM的相变焓与调温效率有直接影响，一般芯材的质量分数在60%～80%之间［9－10］。有研究选用MF树脂包覆复合高级醇类芯材制备相变温度接近人体体温且粒径分布均匀的MEPCM，实验测定其芯壳比例为4∶1时，MEPCM的相变焓较高且具有良好的调温能力［11］。最新报道显示，实验室制作MEPCM的芯材质量分数可实现87%以上［12］，热焓值可达200kJ/kg［13］。未来应用于纺织品的MEPCM研究重点应由单纯增大相变材料芯材的质量分数来提升相变焓，转变为优化芯壳比例，提高蓄热调温智能纺织品的蓄热密度和调温效率，提升MEPCM综合应用性能。
1.2乳化剂的选用
油溶性有机相变材料作为MEPCM芯材，需先高速分散形成水包油(O/W)或油包水(W/O)体系的乳状液，再与壁材发生聚合反应进而形成微胶囊。乳液液滴的直径分布越小，在溶液中分散越均匀，制得的MEPCM热学性能越好［14］。影响乳化效果的因素有:亲水亲油平衡值(HLB值)［15］、临界胶束浓度(CMC)、乳化时间、乳化温度、乳化机转速、乳化剂种类、乳化剂质量分数、乳化剂分子质量［14］等。其中，CMC和HLB是表征乳化剂性能和乳化效果的主要参数。HLB值低表示乳化剂的亲油性强，易形成W/O型体系;HLB值高则表示亲水性强，易形成O/W型体系;HLB值居中为6～8时，通过强力搅拌可分散形成乳状溶液，适合用作润湿剂，因此HLB值是影响乳化效果的关键因素［16－17］。常用的乳化剂主要有阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型，其中阴离子和非离子型乳化剂适用于O/W型乳液。用于分散相变芯材的乳化剂主要有苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、全氟壬烯氧基苯磺酸钠(OBS)、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚(Tween)和失水山梨醇脂肪酸酯(Span)等。实验室研究应用不同成分乳化剂对相变芯材进行乳化处理，表2汇总了目前已报道的相变芯材及其选用的乳化剂。而基于乳化剂HLB值和基团相容性对相变材料分散性的理论研究还较为浅显。闫丽佳［18］对比SDS和OBS阴离子型乳化剂对正十八烷的分散能力发现:SDS的分散能力虽强，但其制备的微胶囊壁材易黏连，芯材质量分数低导致MEPCM热焓值降低;OBS热稳定性和化学稳定性较好，且乳化制得的MEPCM的相变温度和相变焓均高于同等条件下SDS制备的MEPCM。颜超［8］对比阴离子和非离子乳化剂的乳化效果发现:使用阴离子乳化剂SDS的石蜡体系乳液在剪切停止后立即分层;而Tween-80、OP-10和平平加O3种非离子乳化剂的乳化效果较好。这是由于石蜡/水体系乳化所需的HLB值为11～13，SDS不能提供适宜的HLB值，而上述3种非离子乳化剂的HLB值均在11左右，因此具有较好的乳化效果。其中，平平加O乳化剂中疏水链段的脂肪烃对石蜡具有更好的相容性而有助于提升乳化效果;2种不同种类非离子乳化剂混合得到的复配乳化剂在使用时发生的协同效应有利于乳化效果。对不同Span-Tween复配乳化剂种类和用量下的乳液稳定性也进行了相关研究［19］。复配乳化剂可根据实际应用要求而确定最优HLB值及乳化参数。
1.3MEPCM的制备方法
微胶囊的制备方法分为物理法、化学法和物理化学法。目前应用于纺织品的MEPCM主要采用化学方法制备。国内外学者对使用界面聚合法［27－28］、原位聚合法［11，29］等易操作方法制备包含不同相变材料的微胶囊研究较多。这2种方法制备的MEPCM结构见图1［3］。界面聚合法既适用于制备水溶性芯材也适用于油溶性芯材的微胶囊，其特点是将形成壁材的2种单体分别溶解在不相溶的2种溶液中，2种单体分别从两相内部向芯材乳液液滴界面移动并在相界面发生聚合反应，使聚合物包裹芯材形成微胶囊，其工艺流程见图2［27］。原位聚合法与界面聚合法的区别是，壁材单体先发生预聚形成预聚体，沉积在已经分散为小液滴的芯材表面，在交联和聚合反应下形成微胶囊外壳。相较之下原位聚合法成球较容易，壁材厚度和芯材质量分数可控。此外，也有通过乳液聚合法［30］、悬浮聚合法［20］和复合凝聚法［21，31］等方法制备MEPCM的研究报道。
2MEPCM在纺织品中的应用
在纺织应用领域，MEPCM通过直接纺丝法和织物表面整理法等加工方式附加到纺织品上，制成蓄热调温纺织品。
2.1相变纤维
美国Outlast、TRDC公司一直致力于MEPCM在熔融纺丝工艺中的研究和应用。目前Outlast已成功研制出包含MEPCM的聚丙烯腈纤维、粘胶和聚酯短纤维并正式应用于服用纺织品［32］。图3示出Outlast研制的蓄热调温纤维截面形态［32］。国内外研究学者对采用熔融纺丝和湿法纺丝等直接纺丝工艺制备添加MEPCM的蓄热调温纤维进行了深入探讨。其中对应用熔融纺丝法的研究较多，因湿法纺丝流程长、污染大、产量低，并且微胶囊的理论添加量受限，相关研究较少。
2.1.1熔融纺丝
用熔融纺丝法制备蓄热调温纤维是将纺丝高聚物与MEPCM共混制成切片，将切片加热到高聚物熔点以上成熔融态，再通过喷丝孔射出到空气中冷凝成丝条。由于熔融纺丝液的温度较高，纺丝速度快，微胶囊在纺丝液中易破损和升华，因此熔融纺丝法对微胶囊芯材和壁材的耐热性要求很高。为了增强纺丝过程中MEPCM的耐热性，Fan等［14］在十八烷相变芯材乳化液中添加一定量环己烷并对MEPCM进行耐高温改性处理。微胶囊在160℃条件下加热30min使环己烷升华，其壁内产生预留膨胀空间，提高了胶囊粒径分布均匀性，实验测得胶囊耐热温度最高可达270℃。Han等［33］认为导致熔融纺丝工艺中MEPCM热焓效率低的原因有2类:一是囊壁包裹不均匀的微胶囊在高温下容易破裂;二是在熔融纺丝过程中摩擦力和剪切力导致部分微胶囊发生破裂。本文对纺丝工艺与相变性能、热效率及力学性能和耐热性能的关系进行研究后发现，聚合物的玻璃化转变温度和熔融温度随微胶囊质量分数的增加而升高，而纤维的断裂强度和伸长率随着MEPCM的质量分数升高而降低。有研究发现MEPCM质量分数为20%时丙烯腈基初生纤维的力学性能可达到服用要求［34］。
2.1.2湿法纺丝
用湿法纺丝法制备蓄热调温纤维是将MEPCM和高聚物配制成纺丝溶液，将纺丝液从喷丝孔中压出后射入凝固浴形成丝条。该方法的纺丝速度低且溶液温度低，因此对微胶囊损伤较小。制备以聚丙烯腈、粘胶等聚合物基体的蓄热调温纤维均适用湿法纺丝法，具有广泛的实用性。张兴祥等［35］将MEPCM与聚丙烯腈-偏氯乙烯共聚物混合经溶液纺丝制成MEPCM质量分数达30%的腈氯纶纤维。该纤维具有较好的可纺性、热稳定性和热焓效率，但力学性能较差。为了提高湿法纺丝制备相变材料纤维的力学性能，于海飞等［36］通过改变纺丝凝固浴中NaSCN的质量分数测试其对纤维强度的影响。通过湿法纺丝工艺制备含聚酰胺包覆石蜡相变材料的蓄热调温聚丙烯腈纤维，MEPCM质量分数为16.7%，当纺丝凝固浴中NaSCN质量分数为10%时，MEPCM在纤维中的热焓效率达到78.4%，同时纤维断裂强度为1.35cN/dtex。对比研究表明，在湿法纺丝凝固浴中添加适量NaSCN制备的含MEPCM聚丙烯腈纤维能够获得良好的力学性能和蓄热调温性能。通过直接纺丝法制备的蓄热调温纤维中微胶囊分布均匀，织物调温性能优良，但融入MEPCM纺丝液的直接纺丝工艺难度较大，纤维断裂强度和伸长率较低导致其可纺性较差，因此，直接纺丝法制备相变材料纤维仍有很大的研究空间。可尝试以聚乙烯醇和热学、力学性能优良的芳砜纶为主体纤维用湿法纺丝制备蓄热调温纤维。用熔融纺丝法制备蓄热调温纤维可向多功能方向发展，如与可降解聚乳酸结合制备生物医用材料，纤维中添加MEPCM与远红外粒子产生协同作用增强织物保温效果等。
2.2基于相变材料微胶囊的织物整理
用相变材料微胶囊整理织物是将MEPCM添加到整理液或涂层剂中，通过织物后整理方法，依靠黏合剂的作用使相变材料黏接在纤维或织物上，从而获得蓄热调温纺织品。采用后整理技术得到的蓄热调温纺织品的耐水洗性和耐久性的报道较少，且关于织物的组织结构、织物密度、微胶囊质量分数、涂层密度对蓄热调温性能的研究不够深入。相比直接纺丝法，通过后整理方法附着在织物表面的微胶囊理论上易磨损和脱落，因此，整理液中涂层剂的选择需与微胶囊壁材和纤维的化学成分结合性均好。在纺织应用领域，一般通过浸轧法和涂层法将MEPCM附加到纺织品上制成蓄热调温纺织品。常用的PU、丙烯酸类黏合剂对MEPCM具有良好的粘接性和成膜强度。通过选用适当比例的整理液配方［18］，及后整理技术得到的织物具有较好的平整度和调温性能，但织物表面的涂层易形成薄膜覆盖纱线及中间空隙从而影响织物透气性。司琴等［37］尝试在MEPCM浸轧整理前先将棉织物浸入聚醚改性氨基硅油进行柔软整理，再经微胶囊附加整理，所得织物具有较好的调温性能，且毛羽、柔软性能和透气性有不同程度的改善。目前关于含MEPCM整理液的研究报道中选用的黏合剂见表3。基于数值模拟的MEPCM对纺织品调温性能模型的研究认为，相变材料微胶囊附加织物的调温过程常常伴随纤维吸湿，其保温体系包含:纤维、湿空气、相变材料，使得热湿传递和相变过程耦合在一起，基于数值方法则可以较为便捷、灵活地模拟相变材料调温过程。因此，Li等［38］在其前期研究的基础上发展了基于控制体积法和有限差分法的热湿传递数学模型。模型将单一芯材的相变过程考虑为一个移动边界问题，将相变温度考虑成一个点，并讨论了PCM质量分数对织物中热湿传递的影响。He等［39］针对复合相变材料指出其相变过程不是发生在一个恒定温度点，而是一个温度范围，该相变温度范围对PCM能量调节过程有重要影响。李凤志等［2］研究了MEPCM半径及质量分数对织物热湿性能影响，基于织物热湿耦合模型，对相变问题采用显热容法处理，模拟结果发现MEPCM质量分数越大，半径越小，延迟织物内温度变化的幅度越大，但延迟时间越短。
2.2.1浸轧法
采用浸轧方式可使MEPCM均匀分布于织物表面并深入纱线内部，获得均匀的调温效果。Alay等［22］制作以正十六烷为芯材的不同质量分数、粒径分布于0.22～1.05μm之间的MEPCM。将与微胶囊和纤维的结合性均好的聚甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯作为黏合剂，分别通过一浸一轧方式将MEPCM均匀整理到纯棉、纯涤、涤/棉织物上。实验证明经过微胶囊整理的不同织物的热焓值明显提升，且热学性能较好。用浸轧法经过MEPCM整理后织物的调温性能有显著提高，然而透气性能会受到微胶囊固着量和涂层剂的涂覆量影响。一般来说，微胶囊整理剂的固着量与织物的热焓正相关，与透气性负相关，焙烘温度和时间对微胶囊的耐洗性能影响较大。林鹤鸣等［41］采用二浸二轧整理法分别将2种纳米胶囊整理到纯棉针织物上，测得织物温变速率明显减缓且透气性降低约10%，但对织物的舒适性影响不大。颜超等［8］尝试在保证浸轧法整理聚氨酯型MEPCMOutlast/蚕丝织物的调温性能的同时改善织物的透气性。实验结果显示，MEPCM固着量为13g/m2的Outlast/蚕丝织物的相变焓和相变温度均有明显上升，从宏观上验证了通过MEPCM浸轧整理的Outlast/蚕丝织物具有良好的调温效果。Salaün等［25］探究了织物调温性与透气性的最佳效果，发现随着涂层剂的增加，织物在吸热过程中的吸收峰温度逐渐升高。实验得出最适合蓄热调温纺织品的涂层剂与MEPCM用量比值在1∶2～1∶4之间，织物可获得良好的调温性能并且不影响其透气性。通过浸轧法将MEPCM整理到织物上要求整理液黏度低、分散均匀方可实现胶囊深入织物内并均匀分布。目前报道中鲜见关于MEPCM在整理液中分散性能的优化配方。由于浸轧辊处理织物时易导致胶囊破裂而降低调温效果、破坏蓄热调温体系;同时浸轧法适用于织物密度较低时的双面整理，难以实现MEPCM在高密或多层织物内的均匀分布;在某些需要微胶囊单面处理的应用场合，浸轧法无法控制胶囊的合理分布，因此，目前研究重点应着眼于优化MEPCM在浸轧整理液中的分散均匀度和提高MEPCM的质量分数;合理控制微胶囊芯壳比与轧辊压力的关系，降低微胶囊的破坏率。
2.2.2涂层法
通过涂层加工的方式可将相变材料黏接在织物上，目前多采用直接涂层和泡沫涂层2种涂层方法，其他涂层方法因对微胶囊自身的耐热性和抗拉、压缩性能要求较高而受限。受涂层剂的浓度和涂层厚度的影响，涂层织物的透气性和柔软性均比浸轧整理织物差。Onder等［21］研究发现微胶囊的热焓值与芯材的相变温度成正比。将添加质量分数为9.5%～22.5%MEPCM的聚氨酯基涂层剂分别涂覆在纯棉织物上，通过测试不同织物的热焓值发现，经MEPCM涂层整理的织物比未经涂层的储热能力提高了2.5～4.5倍。Fallahi等［42］测定了MEPCM涂层对延迟织物温度变化的影响。将普通织物和2种经MEPCM涂层的织物在50℃的温度下放置18min，发现未经微胶囊涂层整理的涤纶/粘胶(65/35)混纺平纹织物与经质量分数为0.6%微胶囊涂层织物的相对温度变化高于10%，而微胶囊质量分数为10%的织物相对温度变化低于10%，说明MEPCM质量分数对温度变化延迟效果非常显著。研究结果表明，MEPCM涂层织物适用于外界温度变化剧烈的防护纺织品。刘向等［28］分析了涂层整理剂在织物表面形成的聚合物薄膜增加纱线及织物强力和延展性，因此使得织物的断裂强力升高，断裂伸长率增大;但涂层后织物透气性下降，抗弯刚度增大。相比于等浓度无微胶囊成分的涂层剂，含微胶囊涂层剂的黏度较低，同时粉末状态的微胶囊可以降低絮集问题，因此微胶囊与乳液相结合后的外观黏度比等量固体浓度的乳液的表观黏度低。闫飞等［43］发现通过超声波震荡伴随搅拌可以降低MEPCM的体均粒径和在涂层液中的分散程度。MEPCM比原始芯材相变材料的裂解温度提高了70℃，耐热性能也明显提高。通过测试发现附加MEPCM整理的蓄热调温织物在升温曲线和降温曲线上都存在明显的拐点，从而说明其具有较好的智能调温作用。然而Alay等［44］对比含MEPCM聚氨酯涂层对织物透气、透湿性能的影响发现，微胶囊和聚氨酯涂层填充了织物组织的孔隙，易使织物的透气性减弱，含MEPCM的聚氨酯涂层织物的透气性低于未整理织物和不含MEPCM聚氨酯涂层织物。同时，不含MEPCM聚氨酯涂层织物因聚氨酯涂层本身具有的良好吸湿性而促进了织物的透湿性，添加微胶囊后虽然涂层的吸湿性好，但是微胶囊颗粒阻塞了织物孔隙导致透湿性降低。织物经泡沫涂层整理后，化学试剂的增量仅为织物干态质量的2%～3%，涂覆量低，涂层轻薄且不影响织物手感和透水透气性［45］，以泡沫为依托的微胶囊在涂层剂中的分散更均匀。Shim等［40］利用暖体假人测试经过微胶囊泡沫整理的织物从暖环境到冷环境再到暖环境的热量流失。通过泡沫整理涂覆1层和2层MEPCM的聚酯纤维织物与未经整理的织物进行对比发现，涂覆1层MEPCM的织物在冷环境中释放热量可以帮助暖体假人的热量流失平均降低6.5W，而涂覆2层的织物平均减少13.2W。通过涂层法对织物进行MEPCM整理的弊端有:刮刀刮涂易致微胶囊破损，需平衡刮涂力度与微胶囊的承受能力和涂层厚度的关系;MEPCM的颗粒状特性以及涂覆在织物上的涂层整理液都会降低织物的柔软性和透水、透气性，因此，配制高浓、低黏整理液在纺织品MEPCM后整理的研究中显得尤为重要。与直接涂层工艺相比，泡沫涂头的刮涂力度柔和，涂层过程中对MEPCM的损伤小;与浸轧整理相比，泡沫整理微胶囊适用于织物单面涂覆且不易渗入到织物内部破坏保温体系，是目前较为理想的微胶囊织物整理技术之一。
2.2.3浸轧法与涂层法比较
研究人员对通过浸轧法与涂层法附加微胶囊整理织物的性能做对比。曹虹霞等［46］将MEPCM涂层整理液分别通过二浸二轧和干法涂层整理到棉织物上并对比2种织物发现，通过涂层整理比通过浸轧整理得到的蓄热调温织物的相变温度低，但涂层整理比浸轧整理得到织物的相变焓高，且织物的相变焓随MEPCM质量分数的增大而升高，蓄热调温性能明显增强，但同时涂层织物增厚，织物手感和应用受到限制。刘元军等［47］采用乳化固化法制备壳聚糖/石蜡MEPCM，同样对比二浸二轧法和直接涂层法对牛仔布热性能的影响发现，涂层整理对牛仔布增重率高于浸轧整理，而毛效则低于浸轧整理。此外，单面涂层整理的牛仔布比浸轧整理的牛仔布手感硬。透湿性和透气性均低于同等条件下浸轧整理的布样。作者分析这可能与微胶囊粒径大小及在布样上的增重大小有关。目前，相变材料微胶囊也被研究用于纤维纺织品之外的服用材料。IzzoRenzi等［48］尝试将MEPCM通过干法涂层和湿法浸轧的方式将其整理到皮革表面，观察2种整理方式下微胶囊的分布情况，发现皮革的多孔结构限制了微胶囊涂层对皮革的调温性能的影响，涂层工艺对皮革的断裂强度和伸长率也没有明显影响。比较浸轧法和涂层法对织物进行MEPCM整理:在技术方面，浸轧法和涂层法均需综合考虑MEPCM的物理化学性能参数，研究配方合理、分散均匀、微胶囊质量分数较高的涂层整理液，同时基于MEPCM易碎的芯壳结构，需对轧辊和涂头的整理力度进行优化设计;在调温效率方面，通过浸轧法和泡沫整理比通过直接涂层法得到的织物更轻薄，有利于提高蓄热和放热反应的灵敏性;在应用方面，涂层法可以更好地控制微胶囊在织物表层和内部的分布，可根据实际应用设计涂层层数和微胶囊在织物上的分布密度，扩展产品的应用范围。
3结语
关键词：加德纳；多元智能；个性培养；启示
一、多元智能理论及其所蕴涵的个性培养的理念
（一）多元智能理论的基本内涵
美国著名心理学家加德纳针对传统的智能一元化理论，于20世纪80年代提出了多元智能理论。加德纳认为，人是具有多种智能的，个体的智能不是以整合的方式而是以相对独立的方式存在的。在他看来，传统的智能理论过于强调个体的语言和数理逻辑能力，而忽视了个体运用知识解决实际问题的能力，用传统的智能理论无法说明现实生活中智能的多元性和创造性，因此，他在批判性地继承传统智能理论的基础上，对智能的概念作了全新的界定，即智能是在某种社会和文化环境的价值标准下，个体用以解决自己遇到的真正难题或生产及创造出有效产品所需要的能力。在此基础上，加德纳提出了自己对智能结构的认识。他认为人的智能是多元的，每个人智能的类型和特点虽然各不相同，但至少具有九种智能，即言语—语言智能、数理—逻辑智能、视觉—空间关系智能、音乐—节奏智能、身体智能、人际交往智能、自我反省智能、自然观察者智能和存在智能，每个人都是以各自独立的方式把自己的各种智能组合在一起，形成与他人相区别的智能组合。
(二)多元智能理论所蕴涵的个性培养的理念
1.尊重差异、各尽其能的学生观
多元智能理论所倡导的学生观是一种积极、乐观、平等的学生观。加德纳认为，人与人之间的差别，主要在于人与人所具有的不同的智能组合。虽然每个人都同时拥有相对独立的九种智能，具有完整的智能结构，但由于受遗传、环境、教育和个体努力程度等因素的影响和制约，不同的人便形成了不同的优势智能和弱势智能的组合。每个学生都有自己的优势智能领域，有自己的学习类型和方法，学校里不存在差生，全体学生都是具有自己的智能特点、学习类型和发展方向的可造就人才。因此，加德纳反对忽视这些差异，反对要所有的学生用同样的方法学习同样的内容，主张在尊重了解学生智能的差异性和特殊性的基础上，使教育适应学生，以最大程度的个别化教育来进行教育，从而使学生的智能强项得到加强，弱项得到祢补，获得个人的最优化的发展。
2.个性化的课程观
多元智能理论认为人的智能具有可开发性。既然每个人都在不同程度上同时拥有九种类型的智能，因此，每个学生学习的课程应该根据各自的智能差异而有所不同。加德纳是通过采用项目学习来作为实施个性化课程的主要途径。他认为，项目学习可以摆脱过去言语—语言智能、数理—逻辑智能所强调的以测验为本的学习倾向，促使学校和教师去发现和开发每个学生的智能强项，从而为实施体现个性化教育的教育提供了可操作的方法。该课程的实施项目包括：在小学阶段实施重点学习项目，每天学生除了上读、写、算等学校主课外，还要参加计算机、音乐和体育等活动，“每天都要激发每一名学生的多元智能”；初中阶段结合斯腾伯格的智能三元论开展学校实用智能项目，将学业智能与人际关系智能和自我认识智能结合，促使学生校内校外表现出色，获得成功；高中阶段实行艺术推进，促使艺术教育的有效实施。
3.多样化的教学观
多元智能理论所倡导的教学观是一种“对症下药”的因材施教观。加德纳认为，不同的智能领域都有自己独特的发展过程，并使用不同的符号系统。在教学中，他特别关注学生智能特征的差异性对教学的意义，提出了“为多元智能而教与学”、“以多元智能来进行教与学”的主张，强调根据每个学生不同的智能特点、学习类型和发展方向创设与学生相匹配的教学策略，“对症下药”地来进行，从而体现个性化教育。否则，向不同的学生用同样的方法来教授相同的内容只会扼杀学生的个性和潜能。同样的一门课程，可以根据学生的不同的智能结构，采用适合学生所擅长的智能优势的方式来教学。如数学课程既可以采用数理逻辑方式来教学，也可以采用语言和空间等方式来教学。
4.多元化情境化的评价观
多元智能理论认为，传统的以测验为本的评价只片面关注言语一语言智能和数理一逻辑智能，忽视了对其他同等重要的各项智能的评价，从而产生出大量的失败者和少量的成功者。在加德纳看来，既然学生的智能类型多种多样，他们的各项智能发展水平也存在着较大的差异，他们在学习中的具体需求也不尽相同。因此，教师在教学中就不能用单一的标准(如用传统的智能测验的标准)衡量所有的学生，而应当对不同的学生提出有差别的评价标准，并在多种不同的实际生活和学习情境下来进行，从而真正体现评价方式的多元化和情境性。只有这样，他认为才能促使教师在教学中更加关注学生的个性差异和成长的轨迹，使教学过程成为促进学生个性全面和谐发展的过程。
二、多元智能理论对个性培养的启示
(一)尊重学生个体的智能差异，发展学生潜在的智能
多元智能理论以全新的视角阐释了智能在学生个体身上的存在的方式和发展潜能，超越了以往只关注言语—语言智能和数理—逻辑智能而忽视其它智能发展的做法。它提醒我们不能忽视学生的智能差异，也不能假设每个学生都拥有相同的潜在智能。“不仅要认识到学生的差异，而且要尊重学生的差异。差异不仅是教育的基础，也是学生发展的前提，应视为一种财富而珍惜开发，使每个学生在原有的基础上都得到完全自由的发展”。因此，教师要清楚认识地到学生个体的智能差异和在不同领域中认知发展的不同步性，寻找发现学生的智能强项和优势领域，开发学生的潜能，为学生创造多种多样的展示各种智能的情境，给每个人以多样化的选择，使其扬长避短，从而激发每个人潜在的智能，充分发展每个人的个性。无论何时，教师都应该树立这样一种信念：每个学生都具有在某一方面或几方面的发展潜力，只要为他们提供合适的教育，每个学生都能成为社会所需要的不同类型的人才。
(二)构建适应学生个性发展的课程体系
学校的传统课程，侧重于发展学生的言语—语言智能和数理—逻辑智能，课程设置单一、封闭和滞后。通过这种课程培养出来的学生，不仅片面发展，而且没有个性和创造性，欠缺实践能力。而多元智能理论关照下的课程，基于每一个学生的智能都有自己的特点和独特的表现方式，每一个学生都有自己的智能强项和弱项的认识，则要求教育教学围绕九种智能展开，通过发挥不同智能活动的作用来提高教育教学的效果。学生个体智能的多样性，要求学校必须有与之相适应的多样化课程，以使每个学生学习的课程能根据各自的智能差异而有所不同。因此，学校在完成国家规定的统一课程，使学生普遍达到某种基本要求的同时，应根据学生的需要，大力开发校本课程和地方课程，建立和完善以发展学生个性、培养学生的创新能力为目标，以必修课程与选修课程、学科课程与活动课程、显性课程与隐性课程并举的课程体系。同时，开展丰富多彩的课外活动，并力求有创意、有特色，使整个课程计划和内容具有均衡性、创造性、灵活性与多样性，从而促进学生个性的发展。
(三)注重个性化教学，突出学生个性发展的主体地位
传统的教学以相同的方式对待每一个学生，学生以相同的方式学习不相同的学科，最后以统一的标准化测试甄别学生。这种一元化的教育看似公平，实则漠视学生的个别差异。多元智能理论提示我们，既然每个学生都拥有不同程度的多种智能，并且都有一种或数种优势智能，那么教学的开展就应该考虑学生的智能强项而不是忽视或否定这些强项，以适应学生的学习风格。多元智能的这种个性化教学设想便是依据各种智能的特点，提出适应性的教学方式，强调学校教育应当为每一个学生提供发现、展示和强化优势智能的平台。教师的职责就在于了解每一个学生的学习风格，发现他们的智能特长，从而确定最有利于他们学习的教学方法，力求给更多学生以机会，让每个学生的主体性都得到充分的发挥，使他们都能在积极参与的教学活动中有所进步和提高。同时，教师要鼓励和帮助学生将自己优势智能领域的特点迁移到弱势智能领域中去，从而使自己的弱势领域的智能也得到最大限度的发展。
(四)建立多元化情境化的评价体系
传统的学校教育，单纯依靠用纸笔的考试来考察教学效果，其评价只注重学业智能，特别是言语—语言智能和数理—逻辑智能两种，对其他智能，如人际交往智能、自我反省智能等均有所忽略。即使是对学业智能的评价，也忽略了知识、理解、技能的情意基础——动机与态度。这种评价方式是静态的一次性操作，不利于将评价和教学过程结合起来。多元智能理论强调培养学生的创新能力和实践能力，这些能力超越了传统教学评价的范围。因此，我们建立的评价体系应该超越过去静态的传统评价标准，用动态、情境和社会化的评价体系衡量教育教学质量。要改变以言语—语言智能和数理—逻辑智能唱主角的单一的评价方式，评价内容要涵盖各个智能领域，并在多种不同的实际生活和学习情境下进行，确实考察学生解决问题的能力和创造出精神产品及物质产品的能力，即创新能力和实践能力。教师应该更加关注学生的个性差异，从多方面观察、评估和鉴定每一个学生的智能强项和弱项，并把这些资料作为培养学生的出发点，以此为依据选择和设计适宜的教学内容和教学方法，使评价成为促进每一个学生智能发展的有效手段。
参考文献：
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1．1加上环境温度，进水温度，水压，水流量［3］的变化影响，出水温度将满足下列函数关系式。其中λ为温度影响因子，Q为水流量，P为水压。在恒温控制系统中，为了可以减少整个温控系统的延时性，在系统输出误差绝对值较大时，采用饱和输出的工作方式。同时，为了防止系统过大的超调量，在系统误差的绝对值在小范围时，采用增大积分系数的办法，以提高系统的稳态精度。因此本系统所采用的智能PID算法是一种非线性算法，可以显著改善恒温系统的动态响应和稳态精度。该系统的执行机构为电动流量调节阀，其开度控制是通过接通时间的长短来进行的，因此在引入PID控制时使用增量式。
1．2首次阀门开度技术系统会预先设置好4组PID参数，为了使水温能够快速且准确的达到设定温度，在进行PID调节时，系统会根据3号温度传感器采集到的环境温度T3，与设定温度T3s(用户设定，默认值为20℃，参数设定范围为－15℃～45℃)和设定参数ΔT3s(用户设定，默认值为15℃，参数设定范围为5℃～30℃)之间的关系来确定首次阀门的开度。若T3T3s－ΔT3s，则系统选择PID1的设定参数;若T3s－ΔT3s＜T3＜T3s，则系统选择PID2的设定参数;若T3T3s，则系统选择PID3的设定参数。这样可以保证水温能快速稳定的达到目标温度。
1．3温度斜率参与控制技术为了提高空气能热水器出水温度达到60℃以上，有效防止温度超调量过大，采取温度斜率参与控制来提前控制温度的快速上升。针对温度上升阶段，当阀门开度逐渐减小时，温度上升曲线的斜率为递增趋势，这样容易造成温度超调量大，导致机组温度过高而保护停机。在温度上升阶段加入斜率参与控制技术，当温度的上升量大于设定值时，即当每10s温度上升大于0．6℃时，阀门停止关阀动作，这样能控制温度上升的曲线斜率为递减趋势，给水温变化留有合理的缓冲时间，防止超调量过大导致机组保护停机。
1．4阀门跟踪技术在低温情况下，系统加入了阀门跟踪技术，即在阀门已经接近处于全关位置，但是水温还没有达到设定温度，这时就启动阀门跟踪，使阀门停在现在的位置，等着温度上升，而不再进行关小阀门继续调节，这样既能达到目标温度，又能防止在水温接近目标温度时，阀门频繁动作［9］。同时在PID调节的同时加入阀门位置跟踪，也有利于防止阀门关死导致机组压力过大而停止工作。从首次开阀进入PID调节到T1(出水温度)达到Tsp(目标温度)的这一温度上升时段内参与，即当信号到来时从全开位置开始记录单片机累计向阀门发出的脉冲个数n。当n=b时，则暂时屏蔽单片机向步进电机输出脉冲，此后待T1温度每10秒钟上升幅度小于设定值时，并且T1＜Tsp则输出脉冲屏蔽暂时退出，切入PID调节。此时阀门跟踪继续参与，若在T1＜Tsp时，出现了b=N5(N5定义为阀门的最大开度)，则再次屏蔽输出脉冲，使T1每10秒钟上升幅度小于设定值时，则本次阀门位置跟踪结束。
1．5自适应计算参数系统一共有4组PID控制参数，通过3号温度传感器采集到的环境温度可以确定不同的地区和不同的季节。同时将采集到的出水温度和用户的设定温度进行比较计算出偏差，系统可以自动选择前3种PID控制参数，同时系统还会通过2号温度传感器采集到水箱温度T2。若系统正式进入PID调节15分钟后，检测到T2SP－10℃且T260℃时(SP=T1s－ΔTLs)，则系统自动转入PID4的调节状态。所以本系统具有一定的自适应能力，可以适应不同地区和季节的恒温出水。
1．6复合智能控制系统流程复合智能控制系统的软件设计采用模块化设计结构，具有自适应能力，可以根据环境温度，进水温度和水箱温度自动切换到合适的PID参数组。在智能PID算法的基础上辅以首次阀门开度技术，温度斜率参与控制技术，阀门跟踪技术形成了复合智能控制算法。克服了系统的调节滞后，响应缓慢，难以控制等问题。其流程图如图2所示。
2测试结果与分析
系统经过前期方案论证和软硬件设计，在某型号热泵热水器上实际运行，获得了满足工业控制要求的控制曲线，由此可以证明复合智能控制算法所提出的控制策略和程序实现方法符合实际控制要求。以下分别给出传统数字PID控制算法和复合智能控制算法的恒温系统控制曲线。其中环境温度为20℃，目标温度为60℃，图3为采用传统数字PID测试曲线，图4为采用复合智能控制算法测试曲线。从图3可知当设定温度为60℃时，温度需要经过13分钟的时间才能达到稳定输出状态，输出温度约为58．5℃，温度的超调量约为6℃。从图4可知当设定温度为60℃时，温度需要经过5分钟就能达到稳定输出状态，输出温度约为59．5℃，温度的超调量约为1．5℃。比较测试曲线可以看出，这种算法可以获得满足工业控制要求的控制曲线，能减小调节时间和超调量，能够在较短的时间内达到用户设定的出水温度。
3结束语
关键词：智能混凝土研究发展
随着现代材料的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2].在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（E）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为BeddingtonTail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国Winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（ER）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的产生深远的。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
未来的信息网络将朝着宽带化、个人化、智能化的方向发展。传统的单一媒体的话音业务或数据业务已逐渐不能满足人们的要求，人们希望能够通过多媒体的方式进行信息交互。这些多媒体业务包括宽带视频会议、VoD以及B-VPN等。多媒体业务的特点是对QoS要求较高，需要较高的带宽，一般都涉及多用户、多连接、多媒体。目前，实现多媒体业务的方式基本上是一种平台，一种业务的资源很难为另一种业务所共用。所有这些造成多媒体业务使用成本高，业务的灵活性较差，所以尽管宽带多媒体业务具有潜在的巨大市场，但是由于使用价格昂贵，普通用户不敢使用，造成市场拉动缺乏，限制了它的发展。
宽带智能网就是研究在以ATM为基础的宽带网络上利用智能网技术如何开发各种多媒体业务。宽带智能网不是简单地将多种业务集成，它的目的是要实现一个可编程的业务平台，实现业务的灵活加载、扩展和新业务的增加。与以往的业务提供方式不同，宽带智能网能够在一个平台上提供多种业务（宽带智能网能支持的业务如表1所示），实现不同业务之间的资源共用，这样可以有效地降低多媒体业务的运营成本，使用户更容易接受；宽带智能网使得业务的扩展更加灵活，这样能适应不断增长和变化的客户化需求。由此可见，宽带智能网能有效地解决当前宽带网络提供多媒体业务的瓶颈问题。
表1宽带智能网能支持的多媒体业务类型业务举例连接方式
会话型业务可视电话点到点
检索型业务视频点播多点到点
会议型业务视频会议远程教学远程医疗点到多点或多点到多点
消息型业务多媒体邮件点到点
分配型业务广播式电视点到多点
二、宽带智能网的体系结构
1、体系结构
如图1所示，给出IN与以ATM为骨干交换机的宽带网络综合的体系结构。
图1中，B-SSP由ATM交换机扩展而成，除了接续功能外，B-SSP上有基本的呼叫状态模型，它能向B-SCP提供详细的呼叫事件，这些呼叫事件作为DP点的形式出现。按照业务的需要，B-SCP可以在基本呼叫状态模型中设置需要上报的DP点。呼叫状态模型监视每个呼叫的状态，将触发的DP点事件上报给B-SCP，使B-SCP能够实现对整个呼叫过程的监控。
B-SCP作为业务控制点，包括SCF和SDF功能实体。B-SCP的主要功能是完成业务逻辑的执行。对于每个业务，B-SCP都有一个业务轮廓文件，用于记录业务、用户相关的信息。B-SCP可通过监测B-SSP上报的呼叫事件对B-SSP控制，从而达到控制呼叫过程的目的。业务过程中，B-SCP可以通过B-IP进一步收集用户信息，以确定业务逻辑如何进行。根据业务需要，B-SCP能在网络中寻找合适的B-IP来提供特殊资源。此外，B-SCP还能实现计费等多种功能。B-SCP通过B-INAP协议与各个实体交互信息，协调各个功能实体。
-IP有两个功能：一是与用户的交互，收集用户信息，上报给B-SCP；二是提供特殊资源，以适合不同的宽带多媒体业务。B-IP提供的特殊资源有：视频会议桥、导航菜单、协议转换器等。B-IP是在传统的智能外设基础上引入宽带的能力，包括宽带连接、多媒体应用等。在宽带环境下，B-IP功能大大增强，要求它包含一定的业务逻辑和处理能力，即在B-IP中也引入智能。
B-INAP协议建立在NO.7信令之上，通过NO.7信令传输。它主要定义了IN中各个功能实体之间的相互作用的操作、参数和差错等。B-INAP支持宽带网络中新增加的能力，如多方呼叫提供，修改呼叫连接配置特征，协商连接特征，多方连接支持，第三方呼叫控制建立等。
有关UNI和NNI信令在其它文献中有详细的介绍，这里就不再赘述了。
2、业务实现
在宽带智能网的体系结构下，可同时支持多种多媒体业务。视频会议是一种由多方用户参与，会议过程中使用声音、图象和文本等多种媒体的复杂业务。作为一种具有代表性的业务，它的实现会为其它业务的实现有所启发。下面介绍通过宽带智能网实现视频会议业务的方法。如图2所示，B-SCP中有一个视频会议的业务轮廓文件，可对整个业务过程进行控制。B-IP作为视频会议的服务器提供视频、音频、数据的桥接功能。B-SSP负责接续，各终端通过B-SSP连接到B-IP上。会议的过程如下：
1）会议的准备阶段
每个参加者都必须主动地拨入一个预先决定了号码（包括会议标识）来建立连接。这个号码是对外公布的，参加会议各方的地位平等。参加会议的各方通过拨号连接到B-IP上，进行注册会议的声明。B-IP通过B-INAP信令上报信息给B-SCP，在B-SCP形成全局业务轮廓文件。会议业务的激活可以有两种方式。一种是预先设置启动会议的时间；一种是统计要求加入会议者是否到达预定的数量。当条件满足时，B-SCP按照业务逻辑命令B-SSP向已经注册的用户一个接一个地发出呼叫，会议处于进行状态。
2）会议进行过程
在会议注册以后，若会议开始，B-SCP首先发命令将B-IP上会议实例激活，B-SCP将业务轮廓文件交给B-IP，B-IP根据业务轮廓文件初始化。会议过程中，B-IP负责基本的会议功能控制，并能实现会议的高层管理，包括监视会议和记录用户等。会议结束后，B-SCP关闭会议实例。正常情况下应该由系统拆除连接，即B-SCP拆除会议连接，B-IP整理信息（如与计费相关的呼叫、连接情况）上报给B-SCP。
用IN思想实现视频会议与传统的方法不同，具有以下优势：
1）信息传输与业务控制相分离，当通信平台演进时，采用IN方式可以平滑过渡不会影响用户接口，同时使得业务控制的管理和维护更加方便。
2）IN对网络资源的动态分配可以大大提高资源利用率。
3）业务提供方式灵活，系统可以根据用户的要求和网络的变化进行调整。
4）面向公网为接入用户提供业务，网络建立后，可以在一种体系下提供多种业务，而不是为某一特定用户，特定业务所设计。
三、国内外研究动态
当前，提供基于窄带增值业务的智能网技术已有相当大的发展，但是对于提供宽带多媒体业务的宽带智能网技术尚不成熟。IN与宽带网络的综合是当今电信界研究和讨论的热点，此项研究刚刚起步，在国外也未形成定论，还没有成熟的产品出现。
1、IN的标准化进程
1992年ITU-T正式推出INCS1标准，定义了许多基于PSTN的智能业务；1997年ITU-T推出INCS2标准，该标准主要研究智能网的网间互连网间业务，实现智能业务的漫游。目前ITU-T正在积极研究INCS3和INCS4的标准，INCS3和INCS4主要研究内容包括网、Internet与智能网综合方面的研究。预计1999年初推出INCS3标准，而宽带智能网作为INCS4的主要内容正在加紧研究中。
2、国外研究情况
欧洲和北美各大电信组织，都在积极开展宽带智能网的研究，其中影响比较大的有：ACTS的INSIGNIA计划、以及EURESCOM的P506（或P607）计划。ETSI也成立了一个联合工作组以研究智能网与宽带网络的一体化问题。
P506和P607计划的目标是从现有的IN和宽带网络的体系结构出发，研究各自如何适应对方的体系结构，最终得到一个IN和B-ISDN综合的统一功能结构。具体方法是从研究宽带视频会议、宽带广播电视、宽带VoD和宽带虚拟专用网四个业务的实现方法入手，每个业务都按需求分析、静态模型的动态模型建立过程进行研究。
INSIGNIA计划的目的是在ATM平台上实现并演示智能网与宽带ATM信令综合。INSIGNIA计划侧重于实现方面，它是采用智能网技术在欧洲跨国的宽带网试验床上实现宽带视频会议、宽带VoD和宽带虚拟专用网等多媒体业务，推出了宽带智能网的试验网。INSIGNIA计划的目标是要定义、实现、演示在ATM平台上智能网与宽带网络的信令综合，在跨越欧洲的ATM网络各国的主机平台上提供宽带业务。
3、国内研究情况
北京邮电大学国家重点实验室从1992年开始智能网的研究，于1995年底开发出严格遵照ITU-T标准的CIN01智能网系统，经过一年多的实用化工作和产品更新，CIN01已升级为CIN02，并已在网上运行，可提供基于PSTN的多种话音增值业务。进而，于1996年开始对基于CS2的移动智能网进行了研究与开发，目前，移动智能网的试验网已经在广东肇庆试运行成功，能提供包括预付费、移动VPN等多种业务，下一步工作是完善系统和加速成果的产品化进程。
在国家自然科学基金重大课题的支持下，北京邮电大学于1997年启动了宽带智能网的研究。我们的试验系统是基于北京邮电大学自行研制的BTC-9500AATM交换机，对中国智能网CIN02相关功能实体SCP、IP、SDP等进行增强和改造，并研究宽带网络环境下B-INAP的定义，支持视频会议、VoD等多种多媒体业务的提供。研究的主要内容包括：
1）研究宽带多媒体新业务的业务规范的统一形式化描述方法及业务流程、信令系统。
2）研究统一功能结构模型的改进与完善。
3）研究支持宽带多媒体新业务的基本呼叫状态模型。
4）研究宽带智能网下的B-SSF、B-SCF、B-SRF的功能扩展。
5）研究IN与宽带网络综合的演进途径。
四、宽带智能网的问题
作为一种新技术，宽带智能网的发展也面临着许多问题。主要概括如下：
1.超前没有标准。ITU-T把宽带智能网放在INCS-4的研究范围，但是标准何时出台还没有期限。虽然没有标准，我们也决不能消极等待，应该积极研究宽带智能网技术，并向ITU-T提交建议草案，影响标准的制定。
2.Internet的威胁。近几年里，Internet发展势头强劲，但是Internet在近期内还不可能圆满地解决多媒体业务的QoS问题，而ATM面向连接的信元交换方式能保证多媒体业务QoS，并具有完整的信令协议，所以ATM在骨干网方面有优势。ATM的缺点是协议复杂，在实现上困难很多。为了克服协议复杂性的缺点，现在有关方面也正在提出轻型的ATM协议。
3.缺少“杀手”应用（KillerApplications）。虽然宽带智能网提供的视频会议、B-VPN等业务有一定的前景，但是由于使用价格昂贵，应用范围主要是大公司或国家机关，所以还应该开发出能为广大用户所易于接受，乐于使用的多媒体业务，这对于刺激需求、带动相关领域的研究都有重要意义。
4.宽带智能网仍然是通过集中的SCP提供业务，SCP成为业务提供业务的瓶颈，这可能带来可靠性以及性能等若干问题。所以如何提供一种分布的IN体系结构，对于IN的发展也很重要。
在过去的几年里，我国通信网络事业发展迅猛，取得了很大的成绩。经验告诉我们，我们既应引进、吸收和借鉴国外的先进技术与经验，同时也应结合中国的实际情况走一条适合我国的宽带智能网发展的道路，并有所创新。我们认为：
1.中国的宽带智能网应该发展而且必须发展，利用宽带智能网提供多媒体业务具有巨大的潜在市场。如果不抓紧研究，我们又会在这一领域落后于国外水平。现在国外也只是在作原型系统，还没有产品出现。在国外产品占领中国市场之前，我们必须拥有自己的产品，并占领相当的市场份额，以防止国外技术的垄断。
2.在研究开发过程中，还应该紧跟标准和国外重大的研发计划，保护技术上的领先。同时应密切注意新兴技术对这一领域带来的冲击和影响。
3.稳步发展宽带网络基础设施。宽带智能网需要宽带网络基础设施的支撑，但是我国宽带网络基础薄弱，究竟将来采用什么样的技术组建宽带网络还需要论证，所以必须采取渐进的方式。因为宽带网络投入巨大，如果一拥而上，容易造成人力物力的浪费。
五、结语
关于指纹的密钥量计算，有不同的计算方法，但密钥量十分巨大是共同的。1910年，法国巴黎大学教授勃太柴就按照人完整指纹上有平均100个的特征点（实际75个-175个），且每个特征点存在4种特征类型计算，构成的排列总数为4100=1.6069×1060，这显然是一个天文数字，完全可以保证全人类都不可能有相同的指纹。实际上现代对指纹密钥量的计算还远远高于勃太柴的大致计算，因为勃太柴没有将100个特征出现部位的变化计算进去，如果包含位置的变化，两枚指纹所有特征都相同的概率只有1.684×10-114。这样高的密钥量是目前其他个人识别特征无法比拟的。而且，指纹细节特征的特异性并不受遗传基因的制约，即使是孪生关系，也不可能存在相同的指纹。
二、指纹细节特征稳定不变，能够保证经济活动凭证的识别长期有效
指纹纹线细节特征取决于真皮的结构，胚胎发育完成以后，人的一生不会发生实质的变化，外界的摩擦损伤只要不伤及真皮层，就不影响外表指纹的细节特征。如果真皮受到局部损伤，所形成的疤痕组织只限于伤痕的部位，并不会影响指纹其他部位的特征。在指纹识别中只要避开受伤变化的部分，就能够正确进行指纹的鉴别。如果指纹数据库得到充分的开发应用，个人完整的指纹信息资料建档以后，指纹识别就可以调用档案中的样本指纹进行比对，指纹受伤变化就完全不会影响个人的识别了。指纹的这种稳定特性对经济活动凭证识别的长期有效具有重要的作用。
三、指纹反映明显、外在，在经济活动中方便易行
指纹特征比较宏观、明显，作为个人识别标记直观清楚。而且，指纹随时随身“携带”，留痕方法简便，效果容易掌握，不受文化程度的限制，作为最为有效的个人识别手段，非常方便。现代指纹的留痕和采集主要有油墨捺印和电子扫描，油墨捺印是商业活动中进行留痕的主要方式，油墨捺印的指纹特征清晰，便于观察。电子扫描是目前收集样本指纹的方法，在商业活动中，需要鉴别某份文件上指纹的时候，可以很方便地进行指纹取样，特征清楚，不会污染手指。
四、指纹成熟的自动化识别技术为经济活动提供了快速有效准确的手段
指纹在经济契约中的应用由来已久，但在近代并没有呈现不断发展的景象，而且目前有些使用指纹的场合甚至比民国或解放初期还有所减少，如全国解放以前，我国东北解放区颁发的身份证就需要有指纹印记，而现在我国的身份证却没有指纹标记。另外在契约文件中使用指纹的也少于以往。笔者认为其中重要的原因之一就是指纹的鉴识技术比较复杂，需要专业技术人员使用一定的设备才能进行准确的识别，一般人凭肉眼只能作大概的判断，然而，在指纹识别中，大概的比对只能做一些排除，是无法进行认定的。因此，虽然人们能够充分认识指纹的个人识别能力，但受到方法手段的制约，使指纹的广泛运用受到限制。随着计算机指纹识别技术的发展，指纹鉴定进入了自动化识别阶段，计算机可以对指纹进行快速、准确的自动比对，使指纹的广泛运用有了关键的物质基础。因此，现代的计算机技术使传统的指纹技术焕发了新的生命力，指纹技术在商业领域的应用有了技术保证，现代的商业活动中，使用指纹技术进行个人识别是完全具有可行性的。
五、指纹信息系统的建立可以为经济活动提供信息支持
随着指纹识别在社会生活许多方面的应用不断扩大，指纹数据信息系统建设也得到了蓬勃的发展。目前，有的国家建立了专门的指纹数据库，为社会许多领域提供指纹信息查询。我国现有的指纹信息系统主要由公安机关建立并管理使用，主要服务于公安机关侦查破案。按照目前计算机的软硬件发展水平，建立更大范围乃至全民的指纹数据库是完全可行的，如果全民的指纹数据库得到建立，将能够在更大的范围内服务社会，更好地发挥指纹信息的作用。指纹数据库的建设也取决于社会的需求，如果在社会广泛的商业活动中能够更多地使用指纹作为个人识别的标记，将会在很大程度上推进指纹信息系统的建设。
六、指纹应用悠久的历史，为在现代商业活动中发扬光大打下了坚实的基础
我国古代距今二千七百多年前就有在借据、契约上留“指模”的记载，虽然，限于当时的科学技术水平，古代的指模识别主要是以指纹的纹型特征为识别根据的，但在指纹应用的性质上和当代是一致的，都是作为识别人身的方法，只是现代的指纹识别是建立在细节特征基础上的，现代指纹识别实现了从种类识别到个体识别的质的飞跃，体现了继承发展的强大优势。
参考文献：
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[2]刘建勋杨鑫李恒华叶炜:指纹识别在商业银行系统中的应用[J].计算机工程与应用，2003.21
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广东省电力系统包括21个地市电网，现有最高运行电压等级为500kV，珠江三角洲地区已形成500kV环网，并以500kV电压与广西联网，以400kV和110kV电压分别与香港和澳门联网。此外，广东电网还向湖南宜章和临武两县以及江西赣南地区供电。
粤中(珠江三角洲地区)地网是广东电网的核心，也是全省最大的负荷中心，该电网与广西、香港等电网互联，除了向珠江三角洲地区提供电力外，还担负着电力交换任务。在粤中地区建设一个强大的500kV电网，对保证广东电网乃至香港电网以及澳门电网的安全运行有着重大意义。目前广东500kV电网东已延伸至汕头西翼，江门——茂名500kV输变电工程正加紧建设，2000年前可望投入使用。
广东省的电力工业已经步入了大电网、高电压和大机组时代。随着整个电网变得越来越复杂，电网规划中以往那种人为臆断和局部最优的规划方式会给电网运行、发展带来隐患，资金盲目使用的可能性加大。结合目前理论的发展，我们认为电网规划是一个受到多种条件约束的、以电网总效益为最终目标的多目标的系统工程。对于这样一个系统，我们认为适宜以控制论为基础，结合信息论、运筹学和系统工程等理论来研究。
从控制论角度来看，电网是一个巨维数的典型动态大系统，它具有强非线性、时变且参数不确切可知、含大量未建模动态部分的特征。另外，电力网络地域分布广阔，大部分元件具有延迟、磁滞、饱和等复杂的物理特性，对这样的系统实现有效决策控制是极为困难的。另一方面，由于公众对新建高压线路的不满日益增强，线路造价，特别是走廊使用权的费用日益昂贵，以及电力网的不断增大，使得人们对电力网络的决策控制提出了越来越高的要求。正是由于电网具有这样的特征，一些先进的控制论思想和技术被不断地引入到电网中来。下面将阐明综合智能控制技术引入电网规划中的必要性和可行性。
1综合智能控制技术
1.1智能控制的概念
迄今为止，智能控制尚无统一的概念，文献［1］有如下归纳：
a)最早提出智能控制概念当推傅京孙教授，他通过对人-机控制器和机器人方面的研究，将智能控制概括为自动控制和人工智能的结合。他认为在低层次控制中用常规的基本控制器，而在高层次的智能决策，应具有拟人化功能。
b)Saridis在傅京孙工作的基础上，提出了三元结构的智能控制理论体系，他认为仅有二元结合无助于智能控制的有效和成功应用，必须引入运筹学，使其成为三元结合，并提出了其递阶智能控制的理论框架。
c)国内蔡自兴教授在研究了上述理论结构以后，从系统的整体性和目的性出发，于1986年提出了四元结构价格体系，将智能控制概括为控制理论、人工智能、运筹学和系统理论4学科交叉。
总之，智能控制是多学科知识的结合，除了从控制论出发来研究它，还可以从信息论、生物学以及社会科学角度来讨论和研究。
1.2综合智能控制技术
综合智能控制一方面包含了智能控制与传统方法的结合，如模糊变结构控制，自适应模糊控制，自适应神经网络控制，神经网络变结构控制等；另一方面包含了各种智能控制方法之间的交叉综合，如专家模糊控制，模糊神经网络控制，专家神经网络控制等。
2一个国外的电网规划专家系统
目前为止，在电网规划方面较成功的综合智能控制技术系统不是很多，其中比较好的有加拿大魁北克水电公司(Hydro-Quebec)的“直流/交流输电网络设计专家系统”。
在80年代末期，随着人员的退休和长期不用，一些60年代和70年代加拿大电网高速发展时期由工程师们获得的大量有关电力系统规划设计的专门知识逐渐被人遗忘，这引起了加拿大电力部门的关注，魁北克水电公司将专家系统技术看成是表达和保存某些目前在人类专家头脑中的专门经验和知识的潜在方法。他们认为在电力系统规划设计领域里，专门知识的损失非常明显，尤其是在电力系统增长缓慢的时期。这些专门知识来自于各门学科，在多层次的电力系统设计决策过程中起着重要的作用。一些选择决策，如发电类型、发电厂位置、输电类型(交流/直流)、电压等级、输电线路的数量型号和补偿设备的数量型号的选择必须根据一些准则仔细权衡，包括可靠性、稳定性、稳态性能、费用和环境状况的准则等。基于此，魁北克水电公司的专家们开发了一个用于输电网络初步设计的专家系统，该专家系统具有以下特点。
2.1目标和预期效益
主要目的是研究使用专家系统(ES)来模仿人类专家在AC/DC输电网络初步设计中的行为的可能性。系统地确定和表达进行一项合格设计所必须的知识，包括符号和数字数据，以及指导该项设计的原理、规则、准则折衷方法和数学模型。合格的设计基于费用、环境状况、稳定性、可靠性和设计灵敏度或鲁棒性等准则。ES原型还应指导用户通过完成设计所需的各步骤，使用户与知识库交互作用，并提供达到每一中间步骤后相应推理路径的解释。预期的主要效益是：
a)专家知识能够保留和传授给未来的工程师；
b)知识可以用更加具体的形式加以表达，而不是一些不明确的、没有根据的判断；
c)将获得得更一致的结果；
d)与人类专家相比，ES可以检查、比较更多的方案，得到更经济的设计；
e)借助于推理解释功能，ES可以作为未来专家的教学和训练工具；
f)作为一种“咨询”手段或者一个对已有设计进行评价和改进的工具，ES对专家将很有帮助；
g)ES将充当进行各种电力系统设备设计的专家系统家族的先驱，作为一种模型，从中抽取更加一般的设计方法论；
h)ES起到收集常常分散在整个设计机构中的知识的作用。
2.2领域专家和知识工程师的交互作用
知识工程师应当具有电力系统分析和设计领域以及人工智能(AI)领域的经验，已经证明两种知识的混合对于从领域专家处抽取和浓缩专家知识非常有效。专家知识来自于电力系统规划工程师，他们具有多年的规划、设计和调试大型工程项目的经验。
2.3对设计的评价因素一个候选的设计必须满足下述条件：
a)DC系统最小故障恢复特性；
b)容许的无线电和谐波干扰要求；
c)故障后的最小稳定判据；
d)稳定电压和无功电源的极限；
e)甩负荷后的暂态过电压极限；
f)可靠性所要求的最小设备冗余度；
g)必须对输入数据变化不敏感(鲁棒性)；
h)必须满足某一最大费用要求；
i)必须适合现有技术。
魁北克水电公司的“直流/交流输电网络网络设计专家系统”已经成功地应用了近十年，并在不断地发展、完善。随着模糊技术和人工神经网络等的迅速发展，综合智能控制技术在电网规划中的应用前景愈来愈广阔。
3电网规划决策系统的分解及协调
电网的建设是资金和技术密集型的工程，线路和设备的经济使用寿命长达数十年之久，所以网络的结构合理与否，对电网的技术性能和经济效益将产生长期的影响。一次规划失误的损失，若干年难以挽回。随着广东省电网的不断发展，如何合理地布局电网已是当前电网乃至整个电力工业发展的重要课题之一。
电网规划需要确定的决策是大量的，而这些决策在时间和空间上是相互影响的。目前，限于各方面条件，无法将其统一在一个模型中考虑。只能将其分解成相对简单的子问题，再通过子问题间的迭代进行协调。按照问题划分，电网规划可分为：负荷预测，网架规划，无功规划，稳定性分析，短路电流分析。
4结束语
电网负担着将电源与用户连接起来的任务。此外为了得到最大的供电可靠性和经济性，它还担负着与邻近地区电力系统联系起来的任务。由于电网设备投资需求大，并且设备寿命长达数十年，从而导致电力系统强烈地受“过去权重”的制约，因此，寻求最佳的电网投资决策以保证整个电力系统的长期优化发展，是电网规划所要达到的目标。
结合本文的论述可以看出，电网这一巨维数的典型动态大系数，具有强非线性、时变且参数不确切可知、含大量未建模动态部分的特征，而我们所要达到的控制效果是一种多目标、滚动优化的动态非量化指标(电网的工程效益)，在这个过程中知识的表示和处理占了较大的比重。这样就需要利用综合智能控制技术去有效地组织有关电网规划的大量知识，进行选优运算，得到优化的决策。目前广东省电力工业局联合华南理工大学电力学院共同开展了“电网规划专家决策系统”的有关理论研究工作，并有望在2000年开发一个有效的基于综合智能控制技术的电网规划决策系统，它的使用将对广东省电网的建设起到积极的促进作用。
参考文献
1黄苏南，邵惠鹤，张钟俊．智能控制的理论和方法［J］．控制理论与应用，1994(4)
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