摘要研究了層次化設(shè)計中如何達到時序收斂。從層次化設(shè)計的流程分析，介紹如何人為地選擇并且調(diào)整一些布局布線方面的問題從而使得設(shè)計更能實現(xiàn)時序收斂。最后以圖文及數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式舉例說明了層次化設(shè)計時序收斂的可行性。

關(guān)鍵詞層次化設(shè)計；收斂性；模塊布局；時鐘優(yōu)化；延時分配；大型設(shè)計

1引言

如今一般的后端設(shè)計是采用把網(wǎng)表打散，把所有的邏輯單元看作是一個層次上，層次關(guān)系不用考慮，一起進行設(shè)計，優(yōu)化。這樣設(shè)計的好處是邏輯關(guān)系比較簡單，在做優(yōu)化的時候，可以對邏輯單元直接處理，所有的物理單元都是可見的。但是，隨著現(xiàn)在設(shè)計越來越復雜，單元越來越多，現(xiàn)在的單層次的EDA工具的承載能力遭到了挑戰(zhàn)。由于設(shè)計的龐大，使得后端設(shè)計所花費的時間越來越長，于是出現(xiàn)了層次化設(shè)計流程。

層次化設(shè)計流程是指把設(shè)計對象分成多個模塊分層次設(shè)計，在設(shè)計的過程中，要考慮層次之間的關(guān)系，頂層模塊和底層模塊的關(guān)系，層次內(nèi)部的優(yōu)化等等。最終，在各個模塊達到其各自設(shè)計要求的同時，滿足頂層的設(shè)計要求。

2層次化設(shè)計的背景

地圖符號設(shè)計理念與流程

符號設(shè)計理念（1）語義驅(qū)動理念本文認為地圖符號設(shè)計內(nèi)容應包含以下3點：一是概念語義模型；二是符號設(shè)計賴以構(gòu)成的物質(zhì)材料基礎(chǔ)———圖形形式；三是符號的構(gòu)造生成法則。符號是空間信息的載體，用于表征空間信息，因而在符號的構(gòu)成范疇內(nèi)，語義模型直接描述了空間信息的本質(zhì)特征，圖形形式是空間信息或語義模型的外在表現(xiàn)形式，構(gòu)造法則更多的專注于符號的構(gòu)造程序。因此，以語義關(guān)系作為符號圖形構(gòu)造的基準，通過語義關(guān)系控制符號的圖形構(gòu)成，這種以語義關(guān)系為“骨架”來驅(qū)動符號圖形構(gòu)造的符號設(shè)計思路，本文稱之為語義驅(qū)動的符號設(shè)計理念。（2）符號與符號設(shè)計語言學中，“語言”和“言語”是兩個彼此不同而又相互聯(lián)系的概念［14］?？梢院唵蔚恼J為，語言為“話”，言語為“說”，語言和言語共同構(gòu)成了言語活動，即“說話”。類比語言和言語的概念區(qū)分，本文界定了符號、符號設(shè)計及符號設(shè)計活動這3個基本概念，三者之間的關(guān)系如圖1所示。符號（類比“語言”）是指面向某一領(lǐng)域的約定的符號標準、規(guī)范或體系；符號設(shè)計（類比“言語”）是指符號設(shè)計者（或使用者）通過自己的構(gòu)思創(chuàng)造（或使用）符號的一種心理過程，是人駕馭符號語言能力的體現(xiàn)；符號及符號設(shè)計構(gòu)成了符號設(shè)計活動的內(nèi)容。圖1符號、符號設(shè)計以及符號設(shè)計活動Fig．1Symboldesignactivities明確區(qū)分符號及符號設(shè)計的概念，才能真正使得地圖符合人類“第二語言”這一稱謂。這是因為：語言最為重要的特征在于交流，交流是一種雙向的信息傳輸過程。作為人類第二語言的地圖，理應具備空間信息雙向傳輸（即交流）的能力，而這一能力體現(xiàn)在符號設(shè)計活動之中：符號設(shè)計者（或使用者）通過設(shè)計（或使用）地圖符號進行空間信息的表達、傳輸和理解，實現(xiàn)空間知識的雙向、互動交流，并最終實現(xiàn)地圖符號語言的地理空間認知。相關(guān)概念（1）語義特征———亦稱義素，反映了空間要素和現(xiàn)象的客觀本質(zhì)，是憑經(jīng)驗或?qū)陀^事物本質(zhì)的了解而分析出來的語義成素。語義特征與詞所表達的真實世界的本體有著密切聯(lián)系。（2）符素———是借鑒語言學中“語素（mor－pheme）”的概念定義的，即一定圖形形式和概念語義的最小結(jié)合單位。區(qū)別于符號，其不可以獨立用于符號表達；區(qū)別于基本幾何圖元，其具有一定的語義內(nèi)涵（基本幾何圖元僅是圖形成素）。符素是地圖符號圖形結(jié)構(gòu)中，介于符號和基本幾何圖元層次之間的概念。（3）組合、聚合語義關(guān)系———組合語義關(guān)系是符號所表達的對象或?qū)ο箢愔g的部分整體關(guān)系，具有序列性、整體性和擴展性等特點；聚合語義關(guān)系也稱上下義關(guān)系，即一個類包含于另一個類，包含其他類的類中的詞稱為上義詞，被其他類包含的類中的詞稱為下義詞，具有類型性、繼承性和置換與推理等特點［15－16］。符號設(shè)計流程以地圖符號的語義結(jié)構(gòu)關(guān)系為骨架驅(qū)動符號圖形的構(gòu)造，語義結(jié)構(gòu)關(guān)系的約束使得所設(shè)計的地圖符號具有較為顯著的結(jié)構(gòu)化特征。語義驅(qū)動的層次化地圖符號設(shè)計流程如圖2所示。①對應用領(lǐng)域的空間對象進行語義成分分析，提取語義特征詞匯。②符素表設(shè)計，即合理使用視覺變量，設(shè)計步驟①語義特征對應的圖形形式，形成符素；符素表即為一定數(shù)量符素的集合。③根據(jù)應用領(lǐng)域空間對象的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征，梳理符號系統(tǒng)語義的聚合關(guān)系，構(gòu)建聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)模型。④單個符號組合關(guān)系語義描述，即對聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)中的每一個節(jié)點（單個符號），形式化描述為符號語義的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)；⑤符號圖形構(gòu)造，即根據(jù)符號組合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)，通過選取特征語義對應的符素圖形形式，組合構(gòu)造符號，完成符號設(shè)計；⑥按照符號設(shè)計的一般原則，對符號進行一定程度的簡化、美觀等操作；⑦遍歷聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)的每一個節(jié)點，設(shè)計構(gòu)造每一個節(jié)點對應的符號圖形形式，完成整個應用領(lǐng)域的符號系統(tǒng)設(shè)計。圖2語義驅(qū)動的層次化地圖符號設(shè)計流程Fig．2Thedesignflowofthesemantic－drivenhierarchicalmapsymbols從圖2看出，語義驅(qū)動的層次化地圖符號設(shè)計方法的4個關(guān)鍵步驟是：語義特征提取（①）、符素設(shè)計（②）、語義建模（③）和符號構(gòu)造（④、⑤），下文將對其進行詳細分析。

地圖符號設(shè)計方法

基于本體層次的語義特征提取在語言學、本體論和地理本體研究中，語義特征的提取尚無有效理論。例如，地理本體研究領(lǐng)域，常見的做法是通過收集和整理文獻資料、領(lǐng)域標準規(guī)范，并結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R等方法實現(xiàn)領(lǐng)域知識規(guī)范化，歸納概念語義［17］。從目前的研究情況來看，語義特征提取的主要手段是依靠經(jīng)驗和內(nèi)省的方法，如杜清運［15］采用Guarino等的“本體層次”理念對空間信息的語義特征進行了系統(tǒng)歸納，例如：（1）物質(zhì)（部分－整體層次）：水、土、泥、石、沙、植物、人造材料等；（2）形態(tài)（形態(tài)層次）：流動、靜態(tài)、自然彎曲、規(guī)則形態(tài)、維度等；（3）大?。ㄐ螒B(tài)層次）：大、中、小等；（4）功能（功能層次）：交通、阻隔、居住、蓄積、旅游、養(yǎng)殖等；（5）等級（社會層次）：政治、經(jīng)濟、文化等。其中，部分－整體層次、形態(tài)層次、功能層次等即為本體層次。以地圖符號表征的地理要素的語義特征為例，可以進行如下的語義成分分析，進而得到語義特征：（1）河流－［水］＋［流動］＋［自然彎曲］＋［交通］＋［現(xiàn)狀］；（2）湖泊－［水］＋［靜態(tài)］＋［旅游］＋［養(yǎng)殖］＋［面狀］；（3）公路－［人造材料］＋［交通］＋［約束彎曲］＋［線狀］＋［經(jīng)濟含義］；（4）圍墻－［人造材料］＋［阻隔］＋［規(guī)則形態(tài)］＋［線狀］；（5）建筑－［人造材料］＋［居?。荩垡?guī)則形態(tài)］＋［面狀］＋［阻隔］＋［政治、經(jīng)濟含義］；符素設(shè)計符素是本文符號設(shè)計方法的核心概念，是區(qū)別于傳統(tǒng)符號設(shè)計方法的重要特征。符素對地圖符號的構(gòu)成具有重要的承上啟下作用：首先，符素是以基本幾何圖元（可參見文獻［18］）和視覺變量構(gòu)造而成，其自身是數(shù)量有限的，但有限數(shù)量的符素可組合成無限數(shù)量的符號系統(tǒng)。其次，由于符素具有一定的語義概念，基于符素進行符號設(shè)計，降低了符號語義形式化描述的難度。最后，符素統(tǒng)一了地圖符號的圖形和語義的組合關(guān)系，使得符號更易于識別和解譯，提高了地圖符號的易用性。符素的設(shè)計應包含以下3個主要原則，以文獻［19］和［20］為參照原型進行說明：（1）繼承原則現(xiàn)有基本比例尺地圖符號或?qū)ｎ}圖符號標準，均已經(jīng)過了長期的設(shè)計實踐積累，具有很高的科學性和廣泛的認知慣性。符素是構(gòu)成符號的基礎(chǔ)，因此符素設(shè)計可遵從認知的慣性，從已有符號設(shè)計成果中汲取經(jīng)驗，在繼承的基礎(chǔ)上創(chuàng)新。最為簡單有效的方法就是分析現(xiàn)有的符號規(guī)范標準，抽象提取滿足符素條件的基本“圖形－語義”結(jié)構(gòu)作為符素。表1為從文獻［19］、［20］抽取出來的符素，并標注有其表征的特征語義。（2）對立與統(tǒng)一原則統(tǒng)一是指對某一類型語義特征，應使用相同視覺變量的不同值進行表達。例如，在設(shè)計有系列關(guān)系的符素時，可使用不同顏色或尺寸變量進行表達，而不能部分應用顏色變量而部分應用尺寸變量。對立是指符素設(shè)計應能體現(xiàn)顯著的區(qū)分特點。對立與統(tǒng)一原則能夠保證符素能夠清晰、易識別且不失系統(tǒng)規(guī)律特點。例如，可以使用顏色表示公路等級，但不同等級公路的顏色應當具有顯著的可分辨特點。（3）相似與抽象原則相似是指所設(shè)計的符素圖形形式應能夠抓住其所表征的對象的某一特征，體現(xiàn)特征的相似性，以激發(fā)人的聯(lián)想。抽象是指符素設(shè)計應注意符素圖形形式的抽象設(shè)計，抓住對象的最主要特征，使得符素簡單、規(guī)則。在符素設(shè)計過程中應把握這二者之間的平衡，過于抽象則符素難以識別，過于相似則易喪失簡潔特點。聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)建模聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)建模與本體建模具有強烈的類同性。本體建模元語中，具有4類重要的概念之間的關(guān)系：part－of，kind－of，instance－of，attrib－ute－of［21］。就本質(zhì)而言，符號語義的聚合關(guān)系即為本體建模元語中的kind－of關(guān)系，因此，本文認為聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)建?？梢暈閗ind－of這一特殊語義關(guān)系的本體建模。當前，關(guān)于本體的開發(fā)或建立方法，基本上均采用手工方式，沒有形成一個統(tǒng)一的工程方法。歸納起來，比較著名的本體建模方法有MikeUscholdded＆King的“骨架法”、Gruninger＆Fox的企業(yè)建模法、Gomez－Perez等的Meth－ontology方法等［21］?？偨Y(jié)這些本體建模方法，其一般步驟是：①明確本體范圍：即梳理所要建模的本體范圍，定義本體的邊界條件；②本體建立階段：即進行領(lǐng)域本體的獲取、概念化、確定概念之間的關(guān)系、本體的形式化語言描述以及本體集成等；③評價與文檔化：進行已構(gòu)本體的評估和標準化，并最終形成本體成果并。在這3個步驟中，與聚合關(guān)系語義結(jié)構(gòu)建模密切相關(guān)的是本體的建立階段，借鑒于上述對本體建立方法的分析，總結(jié)了聚合關(guān)系語義樹構(gòu)建的一般步驟，如圖3所示。其中，最為重要的步驟就是對象概念的語義分析，并確定與其他對象語義之間的聚合關(guān)系。目前，本體構(gòu)建方法仍無法實現(xiàn)自動化建模，需要人的參與和領(lǐng)域?qū)＜抑R的指導，對領(lǐng)域知識越了解，其所構(gòu)建的語義聚合關(guān)系也就越完善和科學。根據(jù)聚合語義結(jié)構(gòu)建模的流程，結(jié)合文獻［20］可得到以下基礎(chǔ)地理信息符號相關(guān)的聚合語義結(jié)構(gòu)，如圖4所示。國家基本比例尺地形圖符號第一等級可劃分為測量控制點、水系……植被與土質(zhì)、注記等大類。每一大類均可以繼續(xù)按照聚合關(guān)系進行細分，例如，測量控制點可分為三角點、埋石點、……等小類；三角點還可以分為（常規(guī)）三角點和土堆上的三角點。通過這一方式，可以有效地將整個基本比例尺地形圖符號組織為一個完整的聚合關(guān)系樹形結(jié)構(gòu)模型。圖4基本比例尺地形圖符號聚合語義結(jié)構(gòu)Fig．4Associativerelationstructureoffundamentalscalemapsymbols4．4語義驅(qū)動的地圖符號生成本節(jié)主要討論的是由符素組合為一個完整地圖符號的方法。首先，地圖符號的語義應該包括有以下兩個部分構(gòu)成：＜符號語義＞：：＝＜構(gòu)詞規(guī)則語義＞｜＜符素語義＞其中，構(gòu)詞規(guī)則語義是指符號不同的空間造型賦予符號的含義；符素是構(gòu)成符號的基礎(chǔ)材料，因此，符素語義是符號語義的主體構(gòu)成部分。其次，單個符號組合關(guān)系語義形式化描述。組合語義關(guān)系亦稱部分整體關(guān)系，主要體現(xiàn)在“符素→符號”的構(gòu)造環(huán)節(jié)中。以語義“土堆上的三角點”為例，可以將其分解為如圖5（a）所示的組合語義分解結(jié)構(gòu)。其中，“土堆上的三角點”、“三角點”為語義特征的組合結(jié)構(gòu)，其余為獨立語義特征，該符號的語義對應的圖形符號組織方式如圖5（b）所示。最后，根據(jù)符號語義的組合關(guān)系形式化描述模型，驅(qū)動符號構(gòu)造生成。圖6示例了語義驅(qū)動的地圖符號構(gòu)建流程，符素“測量控制點”和符素“三角測量相關(guān)的”可以按照獨立構(gòu)造規(guī)則組合為“三角點”組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以作為獨立的符號出現(xiàn)，也可以作為組合更高一級符號的符素。符素“土堆”采取了極向旋轉(zhuǎn)重復構(gòu)詞規(guī)則與符素“三角點”組合成“土堆上的三角點”符號。還可以進一步通過其他構(gòu)造規(guī)則，添加例如高程、比高等語義信息，構(gòu)建更為復雜、詳細的符號。圖6語義驅(qū)動的地圖符號構(gòu)建流程Fig．6Theconstructionflowofthesemantic－drivenmapsymbols語義驅(qū)動的符號生成方法具有以下典型特征：第一，符號的最終設(shè)計樣式取決于語義信息的詳細程度：語義信息越豐富，符號樣式越詳細具體，也更容易認知，反之亦然。第二，符號具有顯著的結(jié)構(gòu)規(guī)律可循，亦即符號設(shè)計時符素、構(gòu)造規(guī)則是根據(jù)符號所蘊含的語義信息進行選取的，語義信息決定了符號的最終樣式。第三，對于每一個符號，均可以使用這種方法將其分解為組合語義結(jié)構(gòu)，進而根據(jù)該結(jié)構(gòu)組構(gòu)符號。

地圖符號設(shè)計實驗

本文設(shè)計了一組認知實驗，用于驗證語義驅(qū)動的層次化地圖符號設(shè)計方法是否具有可行性和科學性。實驗設(shè)計與實施（1）實驗素材：素材I為從文獻［19］中選取的部分符號組成；素材II是利用本文符號設(shè)計方法，對素材I進行重構(gòu)改進而成。素材II包含有2個部分：一是符素表部分，將符素顯式地展現(xiàn)給被試人員；二是按照聚合語義層次結(jié)構(gòu)組織的符號系統(tǒng)。（2）實驗人員：被試人員主要為信息工程大學二年級本科學員共計47人，所有人員視力、智力等各方面正常，但不具備地圖符號的學習知識基礎(chǔ)。實驗一：不同符號系統(tǒng)認知效率測試實驗。本實驗通過測量兩套素材在認知效率上的數(shù)值指標，數(shù)字化測定符號認知效率，以驗證本文符號設(shè)計方法能否一定程度上提高符號認知效率。本實驗設(shè)計6次“訓練→測試”循環(huán)，每次循環(huán)均給定訓練時間（3～5min不等）。實驗結(jié)果如圖7（a）所示。圖7（a）實驗一認知正確率均值和方差曲線Fig．7（a）MeanandvariancecurveofcorrectratioofthecognitiveexperimentI實驗二：符號信息傳輸過程模擬實驗。本實驗通過模擬自然語言交流過程，驗證本文符號設(shè)計方法是否具有“語言交流機制”這一特征。實驗方法是通過給定語義，被試A（或B）設(shè)計符號，并交予被試B（或A）識別解譯，并通過相似度判斷信息傳輸效率。實驗共有6次循環(huán)，其結(jié)果如圖7（b）所示。圖7（b）實驗二相似度比率均值和方差曲線Fig．7（b）MeanandvariancecurveofsimilarityratiooftheexperimentII5．2結(jié)果分析由于所有被試人員不具備地圖符號的學習知識基礎(chǔ)，因此，本實驗結(jié)果反映了符號系統(tǒng)的學習、掌握和使用的效率。本次實驗不討論被試具備地圖符號學習經(jīng)驗基礎(chǔ)的情況。實驗一結(jié)果表明：①總體趨勢上，兩套素材的識別正確率均隨著學習時間的累積而提高，且標準差隨時間累積而降低，反映了被試學習并掌握符號系統(tǒng)能力的提升；②重構(gòu)后的素材II正確率均值均高于素材I，反映了本文符號設(shè)計方法在符號認知效率方面的高效性；③6次實驗正確率方差曲線表明，重構(gòu)后的符號系統(tǒng)在統(tǒng)計意義上具有更好的穩(wěn)定性。因此，可以認為本文符號設(shè)計方法在符號認識效率測試方面表現(xiàn)較優(yōu)。實驗二結(jié)果表明：6次實驗中，重構(gòu)后的符號系統(tǒng)在信息傳輸效率方面均較優(yōu)，且方差呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢，這說明了本文重構(gòu)的符號系統(tǒng)在模擬信息傳輸過程實驗中體現(xiàn)了較為穩(wěn)定的高傳輸效率。

教育歷來遵循循序漸進、因材施教的原則。對青少年進行思想品德教育，堅持“層次化”原則，能保證教育的針對性和可接受性，使思想品德教育取得實效。

一、學生年級（低、中、高）的層次性

中小學生道德品質(zhì)的形成和發(fā)展是有序的。逐步深化的，隨著年齡的增長，道德知識的積累，行為的強化，體現(xiàn)出從低到高，由淺入深的進程。近幾年，我國現(xiàn)行的幾個德育大綱中，己通過改革，體現(xiàn)出道德養(yǎng)成教育培養(yǎng)目標的層次化原則要求。我們應根據(jù)各年級、年段學生的身心特點，構(gòu)建以愛國主義教育為主線，以日常行為規(guī)范訓練為基礎(chǔ)，各年級各有重點，相互貫通的思想品德教育系列。比如，在初中，初一年級，以抓學習目的性教育為主，培養(yǎng)學生良好的學習習慣；初二年級，建立以“防分化，促轉(zhuǎn)化”的目標管理，創(chuàng)造讓每一個學生都能得到健廉發(fā)展的機會和條件；初三年級，以人生觀教育和理想前途教育為主，讓學生作好第一次接受選擇的準備。

二、學生道德水平（良、中、下）的層次性

中學生不僅在文化知識的學習上存在著好、中、差的不同層次，在思想道德品質(zhì)上也同樣存在著不同層次。對道德品質(zhì)好中差不同層次的學生，要依據(jù)德育大綱提出的目的要求，著眼面向全體，進行分類設(shè)計，實施分層教育。在中學，對思想品德處于中上位置的學生，注重社會理想價值觀念的教育。理想價值觀念是指未來的先進價值觀，對現(xiàn)實生活在相當大的規(guī)范和導向作用，對中上等學生進行理想價值觀教育，有助于培養(yǎng)學生高遠的思想境界和高尚道德情操，有助于學生健康成長。對后進生這一層次的教育，固然也要進行理想價值觀念的教育，然而按照循序漸進和可接受性原則，首先應從他們的行為規(guī)范抓起，以貫徹《日常行為規(guī)范》為中心，實行“學和行”的有機結(jié)合教育，使他們熟悉“知”，領(lǐng)會規(guī)范要求，同時，抓訓練，見行動，并努力增強其自律能力。

三、道德內(nèi)容（褒、容、貶）的層次性

1實驗層次設(shè)置既有提升又互為基礎(chǔ)

隨著教學改革的不斷深入，物理實驗教學已實現(xiàn)了向基礎(chǔ)、綜合和設(shè)計性實驗這一層次化教學模式轉(zhuǎn)變。有的將大學物理實驗明確劃分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗和研究性實驗4個層次，并在比重上作出了硬性的規(guī)定，提出了物理實驗教學必須突破基礎(chǔ)性、綜合性實驗的訓練范圍，進而搞好設(shè)計性、研究性實驗教學要求。這種層次化實驗教學模式，無疑對激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生綜合動手能力有著積極的作用。但筆者認為，物理實驗是大學生大學期間的基礎(chǔ)實驗，是為后續(xù)的專業(yè)知識及技能學習的基礎(chǔ)訓練，應讓有限的學時發(fā)揮最大的收益，在層次劃分上應簡而精，通過基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計性實驗的階梯式訓練逐步養(yǎng)成創(chuàng)新思維及革新意識。物理實驗對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)如同小孩學走步，是階段也即層次培養(yǎng)過程。這種層次化教學模式中，決不能淡化和忽視基礎(chǔ)內(nèi)容和強度。因為物理實驗作為一門基礎(chǔ)實驗課，學生通過該課程的學習，要從三方面達到基本素養(yǎng)和能力的培養(yǎng):第一:學習實驗設(shè)計方法。對我們所要研究的問題，如何把它變成一個具體實驗，從而實際地加以研究，這就是實驗方法或?qū)嶒炘O(shè)計方案的內(nèi)容;第二:學習測量技術(shù)。物理學在自然科學中是講精確性的科學，物理實驗雖然首先是觀察現(xiàn)象，但核心是測量與觀察現(xiàn)象有關(guān)的物理量。測量技術(shù)包括兩個方面:其一是常用物理量的測量方法、其二是常用儀器的正確使用;第三:學習分析和處理數(shù)據(jù)的方法。對于測量所獲得的結(jié)果，必須通過數(shù)據(jù)處理、分析綜合才能找出其帶規(guī)律性的東西，這種分析和綜合，涉及到許多基礎(chǔ)知識的應用。

(1)基礎(chǔ)實驗部分好比小孩學走步的初級階段，需要成人全身心的幫助以了解行走的基本技術(shù)?；A(chǔ)實驗應涵蓋力、電、光及必要的熱、聲、近代物理等經(jīng)典實驗項目，這對學生基本的實驗技能、實驗設(shè)計思路、常用儀器的使用維護方法和操作規(guī)程以及實驗結(jié)果的分析和處理這些基本技能的訓練是必不可少，沒有相當?shù)膶W時數(shù)保證及廣泛的了解認識，這些基本能力和技能的培養(yǎng)只能是紙上談兵。目前，我們在倡導物理實驗向綜合、設(shè)計性實驗方向拓展的時候，過分強調(diào)和突出了綜合性、設(shè)計性實驗在培養(yǎng)學生綜合動手能力方面的重要性，而對打基礎(chǔ)、練功底的基礎(chǔ)內(nèi)容有輕視和淡化的傾向，殊不知萬丈高樓是堅實的根基作支撐，沒有扎實的基本技能，綜合性、設(shè)計性實驗就無從談起。

(2)綜合實驗與設(shè)計性實驗。綜合性實驗以知識互補、重復深入、擴大知識面和培養(yǎng)學生的科學思維和研究能力為目的，為學生建立起現(xiàn)代科學技術(shù)與物理學內(nèi)在聯(lián)系，為學生深入的應用現(xiàn)代科學技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)。這好比是學走路的中期，不能全脫手，但又要鼓勵自我嘗試與獨立。這個層次的實驗內(nèi)容應立足基礎(chǔ)，學習測量工具、測量方法、測量思想的綜合運用的技巧和方法。設(shè)計性實驗以實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)性、實驗方法的綜合性、實驗過程的設(shè)計性和獨立操作性為目的，激發(fā)學生對實驗的熱情，發(fā)展學生的個性，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力。這個階段的實驗應該少而精，但應在實驗思想、方法及技巧上有多樣性，深度上可延伸，廣度上可拓展，在提供問題的同時，又能激發(fā)學生的興趣和愛好。因此，我們在推進物理實驗向?qū)哟位虒W模式轉(zhuǎn)變的過程中，必須遵從人才培養(yǎng)的教育規(guī)律，要保證足夠?qū)W時的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，而不能片面追求綜合性、設(shè)計性實驗的比例，基礎(chǔ)、綜合性、設(shè)計性實驗并舉，做到確?；A(chǔ)、層次清晰、全面重視，為學生提供一個合理發(fā)展及提高能力的培養(yǎng)環(huán)境。

2完善層次化教學課程建設(shè)，遵循人才培養(yǎng)規(guī)律

綜合性、設(shè)計性實驗在教學內(nèi)容、教學方法、設(shè)備配置及學時數(shù)上都與基礎(chǔ)實驗有較大差異，這部分實驗宜相對獨立于基礎(chǔ)實驗課程以外，由專門的課程負責人進行規(guī)劃和組織。課程負責人可依據(jù)學生基礎(chǔ)實驗內(nèi)容情況，按照綜合性、設(shè)計性實驗的教學目的和要求，制定相應的教學大綱和教學計劃，并有與之相適應的專門的學時數(shù)。很多人對于設(shè)計性實驗的認識存在一些誤區(qū):認為設(shè)計性實驗對于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，第一、必須要有復雜的、高級的設(shè)備;第二、必須要與眾不同、與前人不同的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。而筆者認為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的設(shè)計性實驗可以是最常見最簡單的實驗，只要在實驗方案的設(shè)計和實驗儀器的選用;實驗誤差的分析與控制有創(chuàng)新的成分或元素;實驗實施過程中有新向題等待學生去解決、新結(jié)論等待學生去發(fā)現(xiàn);這樣的實驗就是對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力大有裨益的設(shè)計性實驗。當然，實驗原理和實驗方法的拓展、延伸、轉(zhuǎn)移、綜合的過程也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的過程。統(tǒng)一在這樣的認識與觀念下，才能明確綜合設(shè)計性實驗的方向。但目前很多高校包括我校，在大力倡導綜合性、設(shè)計性實驗時，卻忽視了課程建設(shè)的嚴謹性，僅有綜合性、設(shè)計性實驗在物理實驗中占有的比例指標要求，缺乏對綜合性、設(shè)計性實驗的具體評價和要求，也缺乏對綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容的開發(fā)和研討，更缺乏相應的軟、硬件建設(shè)，這實際上喪失了開展綜合性、設(shè)計性實驗的積極意義。

我國人口老齡化問題日益嚴峻，加快發(fā)展老年教育，對于建設(shè)全民學習、終身學習的學習型社會具有深遠的意義。我國60歲以上人口已達1．43億，其中69％是屬于低齡健康的活躍型老年群體。這就要求我國的老年教育必須向多層次、多樣化、多渠道方向發(fā)展。

在學制上，老年教育體現(xiàn)多層次教育的教學體制，分半年（一個學期）、一年（兩個學期）和兩年（四個學期）等幾種學制。有些專業(yè)還根據(jù)學員要求，分為基礎(chǔ)班、高級班、選修班進行分層次教學。農(nóng)村的一些老年學校還開設(shè)了短期科技興農(nóng)、農(nóng)用技術(shù)培訓班。學員結(jié)業(yè)后，還可得到結(jié)業(yè)證書或榮譽證書。

在教學內(nèi)容上，老年教育將政治性、科學性、實踐性、普及性和趣味性相結(jié)合，根據(jù)老年學員的年齡大小、文化程度、職業(yè)職位和個體習好等差異，因人施教、因需施教、因材施教，注重文化教育、保健養(yǎng)生、實用技能、信息語言等知識和訓練教育。

在教育教學管理上，老年教育注重體現(xiàn)科學性，營造寬松、民主和諧的環(huán)境。授課形式就地就近，學量適中，互教互學，教學相長。

老年學校的師資隊伍采取專職、兼職與聘任相結(jié)合的形式。教師大多是來自大專院校、文化藝術(shù)團體、高級中學的優(yōu)秀教師，有一定教學教育水平、素質(zhì)較高，同時又能體察和尊重老年學員的實際情況，從而使教學效果和教學質(zhì)量得到保障。

老年教育在不斷發(fā)展的過程中也存在著一些困難和不足。例如，老年教育目前還未列入國家教育總體規(guī)劃，管理體制還沒有完全理順，校際間交流、教育評估體系和標準還沒形成，理論研究落后于教育教學實踐等等。

教育歷來遵循循序漸進、因材施教的原則。對青少年進行思想品德教育，堅持“層次化”原則，能保證教育的針對性和可接受性，使思想品德教育取得實效。

一、學生年級（低、中、高）的層次性

中小學生道德品質(zhì)的形成和發(fā)展是有序的。逐步深化的，隨著年齡的增長，道德知識的積累，行為的強化，體現(xiàn)出從低到高，由淺入深的進程。近幾年，我國現(xiàn)行的幾個德育大綱中，己通過改革，體現(xiàn)出道德養(yǎng)成教育培養(yǎng)目標的層次化原則要求。我們應根據(jù)各年級、年段學生的身心特點，構(gòu)建以愛國主義教育為主線，以日常行為規(guī)范訓練為基礎(chǔ)，各年級各有重點，相互貫通的思想品德教育系列。比如，在初中，初一年級，以抓學習目的性教育為主，培養(yǎng)學生良好的學習習慣；初二年級，建立以“防分化，促轉(zhuǎn)化”的目標管理，創(chuàng)造讓每一個學生都能得到健廉發(fā)展的機會和條件；初三年級，以人生觀教育和理想前途教育為主，讓學生作好第一次接受選擇的準備。

二、學生道德水平（良、中、下）的層次性

中學生不僅在文化知識的學習上存在著好、中、差的不同層次，在思想道德品質(zhì)上也同樣存在著不同層次。對道德品質(zhì)好中差不同層次的學生，要依據(jù)德育大綱提出的目的要求，著眼面向全體，進行分類設(shè)計，實施分層教育。在中學，對思想品德處于中上位置的學生，注重社會理想價值觀念的教育。理想價值觀念是指未來的先進價值觀，對現(xiàn)實生活在相當大的規(guī)范和導向作用，對中上等學生進行理想價值觀教育，有助于培養(yǎng)學生高遠的思想境界和高尚道德情操，有助于學生健康成長。對后進生這一層次的教育，固然也要進行理想價值觀念的教育，然而按照循序漸進和可接受性原則，首先應從他們的行為規(guī)范抓起，以貫徹《日常行為規(guī)范》為中心，實行“學和行”的有機結(jié)合教育，使他們熟悉“知”，領(lǐng)會規(guī)范要求，同時，抓訓練，見行動，并努力增強其自律能力。

三、道德內(nèi)容（褒、容、貶）的層次性

一、學生道德水平（良、中、下）的層次性

中學生不僅在文化知識的學習上存在著好、中、差的不同層次，在思想道德品質(zhì)上也同樣存在著不同層次。對道德品質(zhì)好中差不同層次的學生，要依據(jù)德育大綱提出的目的要求，著眼面向全體，進行分類設(shè)計，實施分層教育。在中學，對思想品德處于中上位置的學生，注重社會理想價值觀念的教育。理想價值觀念是指未來的先進價值觀，對現(xiàn)實生活在相當大的規(guī)范和導向作用，對中上等學生進行理想價值觀教育，有助于培養(yǎng)學生高遠的思想境界和高尚道德情操，有助于學生健康成長。對后進生這一層次的教育，固然也要進行理想價值觀念的教育，然而按照循序漸進和可接受性原則，首先應從他們的行為規(guī)范抓起，以貫徹《日常行為規(guī)范》為中心，實行“學和行”的有機結(jié)合教育，使他們熟悉“知”，領(lǐng)會規(guī)范要求，同時，抓訓練，見行動，并努力增強其自律能力。學生年級（低、中、高）的層次性

中小學生道德品質(zhì)的形成和發(fā)展是有序的。逐步深化的，隨著年齡的增長，道德知識的積累，行為的強化，體現(xiàn)出從低到高，由淺入深的進程。近幾年，我國現(xiàn)行的幾個德育大綱中，己通過改革，體現(xiàn)出道德養(yǎng)成教育培養(yǎng)目標的層次化原則要求。我們應根據(jù)各年級、年段學生的身心特點，構(gòu)建以愛國主義教育為主線，以日常行為規(guī)范訓練為基礎(chǔ)，各年級各有重點，相互貫通的思想品德教育系列。比如，在初中，初一年級，以抓學習目的性教育為主，培養(yǎng)學生良好的學習習慣；初二年級，建立以“防分化，促轉(zhuǎn)化”的目標管理，創(chuàng)造讓每一個學生都能得到健廉發(fā)展的機會和條件；初三年級，以人生觀教育和理想前途教育為主，讓學生作好第一次接受選擇的準備。

學生年級（低、中、高）的層次性

二、中小學生道德品質(zhì)的形成和發(fā)展是有序的。逐步深化的，隨著年齡的增長，道德知識的積累，行為的強化，體現(xiàn)出從低到高，由淺入深的進程。近幾年，我國現(xiàn)行的幾個德育大綱中，己通過改革，體現(xiàn)出道德養(yǎng)成教育培養(yǎng)目標的層次化原則要求。我們應根據(jù)各年級、年段學生的身心特點，構(gòu)建以愛國主義教育為主線，以日常行為規(guī)范訓練為基礎(chǔ)，各年級各有重點，相互貫通的思想品德教育系列。比如，在初中，初一年級，以抓學習目的性教育為主，培養(yǎng)學生良好的學習習慣；初二年級，建立以“防分化，促轉(zhuǎn)化”的目標管理，創(chuàng)造讓每一個學生都能得到健廉發(fā)展的機會和條件；初三年級，以人生觀教育和理想前途教育為主，讓學生作好第一次接受選擇的準備。

三、道德內(nèi)容（褒、容、貶）的層次性

摘要：高級職業(yè)教育是高等教育的重要補充部分，而民辦高職院校在其中又承擔了重要角色。高職院校工作計劃的有效開展，教育方針的貫徹實施，最終都要依靠班級教育教學實踐活動來實現(xiàn)，因此班級管理在高職院校教育中極為重要。但是現(xiàn)階段高職院校班級管理的現(xiàn)狀仍是存在不少問題的，其成因源自多方面。有些現(xiàn)象是現(xiàn)階段不太好解決的，難以深究，故此本文也僅就教輔人員的日常工作為突破口，提出一點思路。

關(guān)鍵詞：班級管理；層次化

雖然目前國家對高職院校持大力鼓勵發(fā)展的態(tài)度，但一些高職院校本身就存在盲目擴招生源，跟風設(shè)立熱門專業(yè)的問題，導致基本師資尚未配置齊全便行招生辦學之舉。教育工作，以人為本，若連教輔人員都成缺項，甚至還存在隨意抽調(diào)無關(guān)人員充任教輔職位的現(xiàn)象，談何班級教育管理？高職院校秉承開源節(jié)流，減耗簡員的原則，教輔人員設(shè)立不足，大部分的教輔人員工作強度委實過大，工作任務及評比事項蕪雜繁多，師生比一比數(shù)百的也不少見，部分民辦高職院校的教輔職工還承擔有招生與收繳費用指標，作為稍有職業(yè)道德的教輔員工，相應地瑣事已致心力交瘁，遑論有心投入于富有成效的有建設(shè)性的班級建設(shè)了。同樣是擴招之弊，同類高職院校爭搶生源，大肆降低招生標準，造成職業(yè)院校生源素質(zhì)嚴重參差不齊，行為與心理帶問題學生數(shù)量直線增加，學生的遵章及自律能力有很大異同，生活學習習慣較差、學習目的不明確等諸多毛病，在擴招生源中占較大比例，在高職院校班級管理較為同一化的今天，的確也不利于一般的管理教學工作的開展。班級建設(shè)涉及日常教學秩序保障，社會及校園范圍內(nèi)的獎掖推舉、常態(tài)化的班團干部選任及職責分工、預備黨員的申請及考核，學分評比，班費財務收支，會議活動組織，校內(nèi)競賽參與，宿舍管理等，方方面面已然不亞于社會。教輔人員在其中起到關(guān)鍵作用，如果忽視了高職學生的行為及心理特點，管理過松或過緊，一味放權(quán)給學生自主或是過度集中于教輔員之手，都會帶來意想不到的問題。班級建設(shè)的探索應該說是一個久不遇冷的課題。

高職院校學生的行為及心理特點到底是怎樣的，如何把握，是卓有成效的班級建設(shè)中必不可少的。進入高職院校的學生，以常規(guī)眼光來看，是因為無法進入普通高等院校深造，從而被迫選擇的，即世俗看法里的考績差等生，雖然這是不可否認的事實，但考績差不代表這些學生能力素質(zhì)不夠，職業(yè)教育需要學生有很強的動手與執(zhí)行能力，長期的教學經(jīng)驗也證明了這些學生完全可以勝任高職學習，當然部分學生在入學初期確實帶有學習習慣差、學習態(tài)度不端正、自我約束差等諸多毛病，小部分孩子因長期考績差而與家庭及學校存在對抗心理，甚至折磨出了早期的心理抑郁或孤僻，所有這一切，對教輔人員的管理工作也提出了較高的要求，為班級建設(shè)無形中也設(shè)立了更高的門檻。值得一提的是，近年來伴隨高職院校的擴張，采取以教育成本較高收費，使一部分學生及家庭形成消費者觀念，產(chǎn)生出一種高職院校必須服務于我的超人一等心態(tài)，希望有很多特權(quán)，諸如頻繁請假，不參與集體活動之類。高職學生的價值觀傾向也呈現(xiàn)出多元化趨勢，珍視學業(yè)者有，立志向上者有，為父母讀書者有，無所謂混日子者有，換個地方繼續(xù)結(jié)伙玩者有，并且個性強烈、自我意識明顯的學生不在少數(shù)，對班團干部權(quán)威自覺擁護低，學生的法律和維權(quán)意識也越來越強。除開學習基礎(chǔ)相對較差的共性外，個人的學習能動性、學生素質(zhì)及能力、經(jīng)濟條件相差懸殊，都會映射到學生的行為及心理狀態(tài)中。這是一種遠比普通高等院校內(nèi)情況復雜的校園關(guān)系，教輔工作殊為不易。所以說，針對高職學生的更為寬泛的性格行為體現(xiàn)，綜合素質(zhì)級差大的特點，班級管理實際上不能以陳舊制度一貫到底，而是應該采取更為靈活的方式。本文針對高職班級管理遇到的情形，結(jié)合教輔實際經(jīng)驗，嘗試運用層次理論來探尋解決之途。在現(xiàn)今的公司企業(yè)中，層次化管理其實是一個很成熟的經(jīng)驗模式。但凡一個組織結(jié)構(gòu)內(nèi)，管理都應該是由上而下的，層級響應，各司其責。將層次管理推移到民辦職校班級管理上，是否就是簡單那種分好班團干部，只需干部負責的方法呢？很多人也會覺得，這不也是一般常用的管理方法嗎，還有什么討論的必要呢？前面已經(jīng)提到過，這是明顯忽視了高職學生的行為及心理特點的，趨勢曲屈，故后效難見。班級層次化管理絕非一種簡單施行，管理是要拷問效果的，若不能達到預期目標，便失敗了。

層次化班級管理，本文的考慮是先將管理目標作層次化區(qū)分。當然，在任何高職院校，管理目標首要的，不例外均是教學秩序的維護，比如考勤與衛(wèi)生制度都為此服務。在較完善的管理下，大多數(shù)的學生都能達成此目標。而對剩余那一小部分，就需要明顯地層次化區(qū)別對待了。對問題學生的工作，也就是層次化的重要之處。管理目標還有一個重要的方面，即對學生的層次化培養(yǎng)。首先建立目標臺賬，因人而異。對不同學習能力的學生，制定難易程度不同的學習目標，或階段性的制定能夠達成的目標，學分考核雖重，學成考核也必不可少，以此督促學生真正學到東西；對不同性格、不同自律力的學生，除開統(tǒng)一的課程計劃外，盡量安排推薦其各自能適應的實踐競賽活動，不以同一要求來限制學生；對不同學習能動性、不同志趣的學生，分別引導至不同的畢業(yè)方向，平穩(wěn)結(jié)業(yè)抑或繼續(xù)奮斗深造。細劃指標的方式方法，對于有熟練經(jīng)驗的教輔員并非難事，本文不詳述。細劃目標可能會在工作開展之初帶來一定的難度體量，但相對于兩年或更長的教輔時期，這些工作也相對算得上便利得宜了。尤其待工作步入正軌后，其效用不言而喻。

層次化班級管理，更多地離不開管理力度的層次化。教輔員的管理力度體現(xiàn)在哪些方面？本文覺得，班級會議的頻次，對面懇談的次數(shù)，宿寢巡查的常態(tài)化，活動共建的緊密性，心理咨詢覆蓋率，困難幫扶準確性等，都可以細化到管理力度上。矢志教育，必能用心，但教輔員個人力量畢竟有限，不可能面面俱到。龐大的學生群體，實質(zhì)上也不呼喚那種盡皆一致的管理力度。管理要做到有急有緩，輕重適度。相對溫馴的學生，除開必要的激勵外，可適當放松監(jiān)管，或是促成他們自主地可控管理，相互督促等；心理敏感，思想上有障礙的學生，多注重開導，多考慮學生的面子；性子桀驁的，則是肯定要多提高當面督導頻率的，必要時通過周圍學生的反映時刻關(guān)注了解動態(tài)，有犯錯傾向的給予適時的調(diào)節(jié)或威懾；對易發(fā)生矛盾的，較難融入集體的學生，則可能要動用包括家庭參與的更多的監(jiān)管渠道了?？傊芾砹Χ鹊膶哟位诸?，應該說是一種較為科學的管理途徑了，當然對教輔員個人的專業(yè)能力也是一種考驗。

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑垃圾年產(chǎn)量數(shù)量日趨龐大，隨之產(chǎn)生的危害也日益明顯。CJJ/T134—2019《建筑垃圾處理技術(shù)標準》將建筑垃圾分為工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾五大類別，建筑垃圾對大氣、水和土壤等產(chǎn)生的污染已嚴重影響公民身心健康，對其進行相應處理已迫在眉睫。科學合理地對建筑垃圾資源化設(shè)施進行選址決策具有重要研究意義，但由于各地資源化設(shè)施選址建設(shè)差異較大且考慮因素多，近年來對選址的研究較少。目前，我國建筑垃圾資源化設(shè)施選址方法研究尚處于起步階段。高楨贊對鄭東新區(qū)建筑垃圾處理與資源化利用進行研究，提出了推進鄭東新區(qū)建筑垃圾處置與資源化措施，黃雄偉利用ArcGIS空間分析功能討論在城市生活垃圾填埋場選址中的應用，但未與具體城市數(shù)據(jù)結(jié)合。以河南省鄭州市為研究區(qū)域，使用層次分析法（Analytichierarchyprocess，AHP）選擇6個影響因子并計算權(quán)重，在ArcGIS中對影響因子進行緩沖區(qū)分析和重分類并賦值，最后通過柵格計算器得到鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級，以期為政府部門建設(shè)建筑垃圾資源化設(shè)施選址提供建議。

1研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)域

鄭州市位于東經(jīng)112°42′~114°14′和北緯34°16′~34°58′。截至2019年，鄭州市行政區(qū)域包括惠濟區(qū)、管城回族區(qū)、二七區(qū)、中原區(qū)、上街區(qū)、金水區(qū)6個轄區(qū)、鞏義市、滎陽市、新鄭市、登封市、新密市5個縣級市和1個縣（中牟縣），總面積7567.18km2。鄭州市是河南省省會、特大城市、中原城市群核心城市、國務院批復確定的中國中部地區(qū)重要的中心城市、國家重要的綜合交通樞紐，目前常住人口1035.2萬人，城鎮(zhèn)人口772.1萬人。近年鄭州市經(jīng)濟發(fā)展較快，據(jù)統(tǒng)計，2019年房屋建筑施工面積約為3.20億m2。隨著舊城區(qū)拆遷改造、新城區(qū)拓建和城市規(guī)劃修建產(chǎn)生了大量建筑垃圾。2018年3月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在35個市（區(qū)）啟動建筑垃圾治理試點工作，鄭州市是其中之一。

1.2數(shù)據(jù)來源

鄭州市人口密度數(shù)據(jù)來自LandScan人口密度數(shù)據(jù)集；行政區(qū)域、中心城區(qū)范圍、主要道路分布、地表水分布和居民區(qū)分布數(shù)據(jù)從1∶100萬和1∶25萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中獲?。桓叱虜?shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云獲??；土地使用類型數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)禾網(wǎng)站中獲取。

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復雜，國內(nèi)的網(wǎng)民數(shù)量迅猛增加，網(wǎng)絡(luò)安全問題也越來越突出，從分析網(wǎng)絡(luò)整體安全狀況入手的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知研究也越來越受重視。安全態(tài)勢感知是指在一定時間和空間下的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，采用綜合防御機制，將網(wǎng)絡(luò)中傳感器收集并記載在各個安全設(shè)備上的各類網(wǎng)絡(luò)狀況信息加以融合，并快速提取從而識別分辨出威脅、攻擊等破壞網(wǎng)絡(luò)安全的行為，進而整合分析各個安全要素，得到網(wǎng)絡(luò)安全狀況的評估值。在評估網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，感知網(wǎng)絡(luò)安全的狀態(tài)和發(fā)展趨勢與變化規(guī)律并做出相應的應對策略，也就是嚴謹預測未來一段時間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢變化走勢。整個安全態(tài)勢感知過程中依次包括覺察、理解、評估、預測和決策等五個因素。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知是一種主動的安全防御機制，可以有效地實現(xiàn)深度防御[1]。態(tài)勢感知的目標是采用改進的態(tài)勢感知算法，實現(xiàn)態(tài)勢感知的自動化，自動獲得自我感知，并開展自我保護。

1網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知模型研究

在研究網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知的過程中，先要構(gòu)建出合適的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知模型，研究者們在過去的三十多年中先后提出了大約有三十多個適合的態(tài)勢感知模型。在這些模型中，應用最廣泛的是1984年美國國防部提出的融合模型JDL模型[2]、1988年Endsley提出的EndsleySA模型[3]和1999年TimBass針對分布式人侵檢測提出的融合模型TimBass模型[4]，后來提出的感知模型都是在這三個模型上的升華和改進。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知的具體實施過程首先是通過傳感器采集網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備上記載的監(jiān)測、過濾、防護等信息，再提取態(tài)勢要素，進行態(tài)勢理解與安全態(tài)勢評估，最后再對當前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境未來可能出現(xiàn)的變化趨勢進行預測。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知過程如圖1所示。文獻[5]在經(jīng)過對態(tài)勢感知的研究之后將網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知分為三個部分，即網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢覺察、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢理解以及網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢投射三個層次。這其中，態(tài)勢覺察主要完成對初始數(shù)據(jù)的提取并分辨初始數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)信息，即對源數(shù)據(jù)進行降噪、規(guī)范化處理，得到具體有效的信息，其主要目的是辨識出系統(tǒng)中的活動。態(tài)勢理解主要是實施對分辨出的關(guān)聯(lián)信息進行理解的工作，在有關(guān)的基礎(chǔ)上分析當前的安全形勢，有無安全攻擊行為的發(fā)生以及對安全等級的評定。態(tài)勢投射主要完成這些活動意圖是否會產(chǎn)生攻擊的判斷任務，即在前兩步的基礎(chǔ)上分析并評估各個活動對當前系統(tǒng)環(huán)境的影響，并進一步判斷是否會對系統(tǒng)環(huán)境造成威脅，包括發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生的威脅和預測可能產(chǎn)生的威脅?；诖烁拍?，本文將對源數(shù)據(jù)的預處理、數(shù)據(jù)信息的建模、以及模型信息的采集作為態(tài)勢覺察層進行分類，而將與信息理解有關(guān)的機器學習模塊以及要素提取作為態(tài)勢理解層進行分類。需要注意的是，對模型信息的處理和對機器學習的評判這兩者之間需要持續(xù)不斷的進行反饋以修正最終的態(tài)勢評級，將態(tài)勢指標可視化和態(tài)勢指標評級作為態(tài)勢投射層進行分類，所建立的層次化模型如圖2所示。通常情況下網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢數(shù)據(jù)中心收集到的安全態(tài)勢數(shù)據(jù)本身并不符合規(guī)范，如果直接輸人安全態(tài)勢感知源數(shù)據(jù)會導致計算量過大、數(shù)據(jù)維數(shù)過高而難以處理，因此必須對源數(shù)據(jù)進行前期處理，提取數(shù)據(jù)的顯著性特征，將有代表性的樣本態(tài)勢感知關(guān)鍵字提取為顯著性特征，這樣才能體現(xiàn)出不同情況下不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)特征，由此得到網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知流程如圖3所示。

2網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢要素提取框架

網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢理解與評估之后的態(tài)勢預測結(jié)果的準確度，在很大程度上取決于安全態(tài)勢特征要素的提取。安全事件的預處理與態(tài)勢要素的提取定位于網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知底層，其中態(tài)勢要素提取性能的優(yōu)劣在很大程度上決定著安全態(tài)勢感知結(jié)果的準確度。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢特征要素提取網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢要素主要包括網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息、脆弱性信息和狀態(tài)信息等靜態(tài)的配置信息和各種防護措施的日志采集和分析技術(shù)獲取的威脅信息等動態(tài)的運行信息等[6]。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢要素提取的核心就是準確地分類識別出網(wǎng)絡(luò)中記載的海量安全數(shù)據(jù)，了解把握網(wǎng)絡(luò)實時的受攻擊與被威脅的情況，為下一步評估網(wǎng)絡(luò)安全狀況提供數(shù)據(jù)支撐。因此，判斷態(tài)勢要素提取方法好壞的標準有兩個：一是識別攻擊數(shù)據(jù)的準確度；二是消耗時間的收斂度。大多數(shù)規(guī)模大的網(wǎng)絡(luò)都會呈現(xiàn)出節(jié)點數(shù)量多、拓撲結(jié)構(gòu)復雜、傳輸流量大、子網(wǎng)眾多等特點，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜，包括多種不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)和不同類型的應用平臺，因此適宜采用層次化態(tài)勢要素提取模型，其框架結(jié)構(gòu)如圖4所示。絡(luò)全局分析和局部分析組成，提取過程實施先局部后整體的原則，態(tài)勢要素的采集是通過融合傳感器傳輸?shù)母黝惥W(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)實現(xiàn)。通過學習輸入?yún)R總到分類器中的歷史安全數(shù)據(jù)集和當前安全數(shù)據(jù)集，生成一種學習規(guī)則，用這種學習規(guī)則來指導網(wǎng)絡(luò)局部模塊的數(shù)據(jù)分析，在局部模塊中經(jīng)過統(tǒng)計與分析后形成的數(shù)據(jù)再被反饋傳輸?shù)饺址治瞿K，通過這種數(shù)據(jù)分析機制可以將網(wǎng)絡(luò)中的局部態(tài)勢要素及全局態(tài)勢要素都提取到。目前分類器分類所采用的方法比較多，本文所采用的層次化安全態(tài)勢要素提取框架中分類器采用近年來得到深入研究并推廣應用的聚類方法來進行分類特征提取，通過聚類方法將態(tài)勢感知數(shù)據(jù)集分類，從而分辨出正常網(wǎng)絡(luò)行為和異常網(wǎng)絡(luò)行為。

3網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢評估