協(xié)同創(chuàng)新中心科研成果展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳鈺華 尹晶海 吳詩(shī)欣

摘要：為了解決眾多高校和科研單位展示科研成果時(shí)占用墻面太大面積以及更新內(nèi)容不方便的問題。該文采用C#和XML語言基于大型觸摸屏開發(fā)了一套科研成果展示系統(tǒng)。通過該展示系統(tǒng)，用戶可以操控大型觸摸屏來訪問該研究單位全部的科研成果和研究?jī)?nèi)容。系統(tǒng)不但可以直接查看課題、論文、專利等成果的細(xì)節(jié)，還可以對(duì)整體數(shù)據(jù)用圖表的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)還可以使用豐富的視頻和動(dòng)畫來展示研究?jī)?nèi)容，讓參觀人員能夠非常直觀地了解該機(jī)構(gòu)的研究方向、內(nèi)容、前景以及目前已經(jīng)取得的研究成果。展示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過采用展板或者墻報(bào)模式來展示科研業(yè)績(jī)的方法，而且內(nèi)容更新簡(jiǎn)單，擴(kuò)充性能強(qiáng)。系統(tǒng)的遷移成本非常低，能極大地降低成果展示的成本和工作量，同時(shí)提高展示效果。

關(guān)鍵詞：C#;XML;成果展示;信息系統(tǒng);GDI+

中圖分類號(hào)：TP311.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0006-03

1 背景

江西省汽車服務(wù)工程及產(chǎn)業(yè)升級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心是由江西科技學(xué)院牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、江鈴集團(tuán)、江西省科學(xué)院以及同濟(jì)大學(xué)、江西省汽車流通行業(yè)協(xié)會(huì)等單位組成。建設(shè)過程中，江西科技學(xué)院自籌2000萬元用于中心建設(shè)，并戰(zhàn)略引入孔輝科技、湖南大學(xué)等企業(yè)及高校參與協(xié)同創(chuàng)新活動(dòng)。協(xié)同創(chuàng)新中心下設(shè)了五個(gè)研究中心和一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，成立五年來承擔(dān)了學(xué)校上百次的參觀與接待任務(wù)。在參觀的過程中需要展示創(chuàng)新中心的研究?jī)?nèi)容和科研成果。由于中心的科研成果較多而且在不斷地增長(zhǎng)中，采用傳統(tǒng)的成果展示方式難以起到較好的效果。以協(xié)同中心下面的汽車安全平臺(tái)這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)為例，該平臺(tái)共有研究人員9人，近年來與研究方向緊密相關(guān)的科研業(yè)績(jī)?nèi)缦滤荆?/p>

1）立項(xiàng)課題——國(guó)家級(jí)2項(xiàng)，省部級(jí)9項(xiàng)，市廳級(jí)課題13項(xiàng);

2）論文——SCI論文17篇，EI論文55篇，中文核心論文23篇;

3）知識(shí)產(chǎn)權(quán)——發(fā)明專利8項(xiàng)，實(shí)用新型專利29項(xiàng)，軟件著作權(quán)5項(xiàng)。

成果的數(shù)量較多而且還處在不斷地增加過程中。隨著科研業(yè)績(jī)的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的展示方式越來越難以跟上成果更新的速度。有些團(tuán)隊(duì)采用墻報(bào)和展板的模式來進(jìn)行成果展示，把他們的幾個(gè)研究?jī)?nèi)容印在墻報(bào)上，而展板上更是貼滿了各種課題、論文和專利等資料。但是隨著時(shí)間的推移，研究?jī)?nèi)容會(huì)逐漸地變化，但是墻報(bào)和展板并不能實(shí)時(shí)的更新內(nèi)容。而且研究成果用打印復(fù)印件貼在展板上，紙質(zhì)材料被翻閱多次后容易破損或者缺漏，更重要的是業(yè)績(jī)不斷增長(zhǎng)將很容易用完展板的空間，最后導(dǎo)致所有的墻面都貼滿了業(yè)績(jī)材料但空間依舊不夠[1-3]。這樣不但嚴(yán)重影響美觀，也會(huì)讓人很難抓住重點(diǎn)，無法從全局的角度去了解該科研部門的整體研究情況。為了更好地適應(yīng)科研部門對(duì)成果展示不斷變化的功能需求，越來越多的單位開始利用信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這些需求，其展示效率和便捷程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的“墻報(bào)+展板”的模式[4-5]。大型觸摸屏由于其強(qiáng)大的交互能力和超大的顯示面積，非常適合用來做成果展示系統(tǒng)的終端交互設(shè)備。當(dāng)前大型觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在銀行、購(gòu)物商場(chǎng)、醫(yī)院、電影院等公共場(chǎng)所都有著比較成熟的應(yīng)用。這類系統(tǒng)通常由一臺(tái)微機(jī)和一個(gè)大型觸摸屏構(gòu)成，軟件系統(tǒng)在普通電腦上開發(fā)完成后直接安裝部署到系統(tǒng)自帶的微機(jī)上運(yùn)行即可。

本文將大型觸摸屏設(shè)備應(yīng)用于科研成果展示系統(tǒng)，用戶可以通過操控大型觸摸屏來訪問該研究單位全部的科研成果和研究?jī)?nèi)容以及其他的一些相關(guān)信息。系統(tǒng)不但可以直接查看課題、論文、專利等成果的細(xì)節(jié)，還可以對(duì)整體數(shù)據(jù)用圖表的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)該系統(tǒng)還可以通過使用豐富的視頻和動(dòng)畫來展示科研團(tuán)隊(duì)的研究?jī)?nèi)容，讓參觀人員能夠非常直觀地了解該機(jī)構(gòu)的研究方向、內(nèi)容、前景以及目前已經(jīng)取得的研究成果。展示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過采用展板或者墻報(bào)模式來展示科研業(yè)績(jī)的方法，也超過了使用常規(guī)的視頻制作方法制作成果展示視頻的方法。而且內(nèi)容更新簡(jiǎn)單，擴(kuò)充性能強(qiáng)。系統(tǒng)的遷移成本非常低，能極大地降低成果展示的成本和工作量，同時(shí)提高展示效果。通過使用該系統(tǒng)已經(jīng)接待了幾十次的各級(jí)各類參觀活動(dòng)，取得了很好的展示效果。

2 系統(tǒng)需求

基于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)，我們挖掘出以下的一些系統(tǒng)基本需求。

科研機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介——科研部門的簡(jiǎn)單介紹（包括部門的基本情況、科研團(tuán)隊(duì)的情況和研究方向等信息）。

研究?jī)?nèi)容展示——使用動(dòng)畫、視頻、音頻等多媒體方式來展示具體的研究?jī)?nèi)容。

科研業(yè)績(jī)展示——展示立項(xiàng)課題、研究論文、獲批知識(shí)產(chǎn)權(quán)等業(yè)績(jī)。其中課題按照國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、市廳級(jí)、校級(jí)等方式分類，論文則按照SCI、EI以及中文核心進(jìn)行劃分，知識(shí)產(chǎn)權(quán)則分為發(fā)明專利、實(shí)用新型專利、外觀專利、軟件著作權(quán)等四類。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)——科研業(yè)績(jī)信息列表采用XML格式存儲(chǔ)，業(yè)績(jī)材料與部門簡(jiǎn)介等具體信息用PDF格式文件進(jìn)行存儲(chǔ)，研究?jī)?nèi)容部分采用代碼直接生成動(dòng)畫，或者通過外部數(shù)據(jù)文件或者多媒體文件顯示內(nèi)容。

在所有的這些業(yè)務(wù)需求中，較為復(fù)雜的需求是通過動(dòng)畫的方式來展現(xiàn)科研機(jī)構(gòu)比較具體的一些研究?jī)?nèi)容。這個(gè)業(yè)務(wù)需求具有高度的定制性，我們以其中的一個(gè)研究方向?yàn)槔?/p>

該研究方向是基于腦電信號(hào)的駕駛疲勞預(yù)警，主要研究?jī)?nèi)容是通過采集駕駛員的腦電信號(hào)，通過信號(hào)分析與模式識(shí)別來判斷當(dāng)前駕駛員的疲勞程度，然后再通過其他設(shè)備來干預(yù)駕駛員的駕駛行為。在我們的演示系統(tǒng)里面，我們希望用一個(gè)基于腦電信號(hào)的音樂播放器來作為外部干預(yù)手段。該內(nèi)容展示需要得到類似于圖1的顯示效果。

如圖1所示，屏幕最下面是腦電信號(hào)的波形圖，需要顯示每個(gè)電極的腦電信號(hào)變化情況。中間部分是用貝塞爾曲線來展示八個(gè)頻率段的腦電信號(hào)強(qiáng)度變化。左上部則使用柱狀圖來顯示不同頻率段腦電信號(hào)的強(qiáng)度變化，其中下方有兩根橫向的進(jìn)度條用來顯示當(dāng)前腦電信號(hào)所對(duì)應(yīng)的疲勞程度和注意力情況。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)駕駛員腦電信號(hào)出現(xiàn)重度疲勞而且注意力下降較多時(shí)，通過調(diào)整音樂播放器的播放曲目和音量的方法去刺激駕駛員減緩疲勞，提高注意力。右上部則是一個(gè)人類大腦的不同功能區(qū)域示意圖。其他的一些具體研究?jī)?nèi)容的展示都有著完全不同的需求，但都是需要借助動(dòng)畫和視頻等手段去實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)功能，此處不再贅述。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于上述的功能需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，得到的系統(tǒng)基本業(yè)務(wù)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

整個(gè)系統(tǒng)分三大功能模塊：部門簡(jiǎn)介、研究?jī)?nèi)容與科研業(yè)績(jī)。部門簡(jiǎn)介由基本情況、科研團(tuán)隊(duì)和研究方向三個(gè)子模塊構(gòu)成，其中基本情況包含了該機(jī)構(gòu)的發(fā)展過程、組織結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的管理規(guī)章制度，科研團(tuán)隊(duì)則主要側(cè)重于介紹研究人員的基本情況，研究方向是簡(jiǎn)單介紹該機(jī)構(gòu)的幾個(gè)主要的科研方向和研究領(lǐng)域。系統(tǒng)的核心模塊是科研業(yè)績(jī)模塊，分為課題、論文和知識(shí)產(chǎn)權(quán)三大類。每個(gè)大類又按照不同的級(jí)別和類型分成若干小類，每個(gè)小類的信息單獨(dú)進(jìn)行管理和維護(hù)。最后一個(gè)功能模塊是研究?jī)?nèi)容模塊，該模塊由若干個(gè)內(nèi)容子模塊構(gòu)成，每個(gè)子模塊都包含一項(xiàng)具體的研究?jī)?nèi)容。該模塊也是本系統(tǒng)最具有開發(fā)難度的模塊，需要用到編程動(dòng)畫和多媒體控制來實(shí)現(xiàn)直觀地展示研究?jī)?nèi)容的各個(gè)細(xì)節(jié)。

在系統(tǒng)的多個(gè)功能模塊中，系統(tǒng)最核心的科研成果展示功能模塊的活動(dòng)圖如圖3所示。

首先在主界面上選擇需要展示的成果類別，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)所選擇的類別從相應(yīng)的XML文檔中獲取到成果列表信息，并以列表的方式顯示在界面中，然后在界面中選擇需要展示的某個(gè)特定成果，系統(tǒng)將自動(dòng)打開該成果對(duì)應(yīng)的PDF文檔，通過PDF顯示控件逐頁(yè)的展示成果的具體信息。所有的科研成果相關(guān)內(nèi)容與材料都被預(yù)先轉(zhuǎn)換成PDF文檔格式存儲(chǔ)在系統(tǒng)內(nèi)，而成果的基本信息則是按照類別存儲(chǔ)在若干個(gè)XML文檔中。每個(gè)XML文檔由多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，以下是這些文檔中的一些數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)：

<國(guó)家級(jí) 課題名稱="基于功能性腦網(wǎng)絡(luò)和多特征融合的疲勞駕駛狀態(tài)識(shí)別方法研究"

課題類別="國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目" 課題級(jí)別="國(guó)家級(jí)"

課題時(shí)間="2017-2021" 課題狀態(tài)="在研" 課題成員="***" />

發(fā)表期刊="International Journal of Theoretical Physics 2017 56 （8）：2697-2701"

出版年份="2017" 收錄情況="SCI收錄" 作者="***" />

<發(fā)明專利 類別="發(fā)明專利" 名稱="一種汽車用磁流變阻尼器"

編號(hào)="ZL 201610591203.1" 獲批時(shí)間="2018-05-25" 發(fā)明人="***" />

之所以選擇采用XML文檔作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體而不選用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式，主要是考慮到業(yè)績(jī)的數(shù)據(jù)量較小以及系統(tǒng)的安裝部署方便，系統(tǒng)的安裝和升級(jí)只需要通過文件拷貝與覆蓋。

除最核心的科研業(yè)績(jī)展示模塊以外，該系統(tǒng)最重要的功能模塊就是研究?jī)?nèi)容模塊。因?yàn)槊總€(gè)研究?jī)?nèi)容的具體需求完全不同，實(shí)現(xiàn)方法和需要用到的相關(guān)技術(shù)也各有不同，這里繼續(xù)用上文中提到的基于腦電的音樂播放器這個(gè)子模塊進(jìn)行分析。

圖4是依據(jù)基于腦電的音樂播放器而設(shè)計(jì)的活動(dòng)圖，系統(tǒng)通過定時(shí)器每隔一段時(shí)間觸發(fā)一次工作任務(wù)。首先系統(tǒng)從腦電數(shù)據(jù)文件中讀取一段腦電數(shù)據(jù)，該原始數(shù)據(jù)會(huì)直接采用每個(gè)導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)波形圖的方式并列繪制出來。然后對(duì)原始信號(hào)做數(shù)據(jù)分析，獲得該腦電信號(hào)的分頻段數(shù)據(jù)以及所對(duì)應(yīng)的疲勞程度數(shù)據(jù)。按照前期的功能需求，經(jīng)過分析以后的腦電數(shù)據(jù)將通過柱狀圖、貝塞爾曲線和大腦功能區(qū)域等表現(xiàn)方式進(jìn)行顯示。同時(shí)分析的結(jié)果也直接操控系統(tǒng)音樂播放模塊播放MP3音頻文件的過程，包括控制音量的變化以及播放風(fēng)格不同的曲目。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)基于C#語言進(jìn)行開發(fā)，采用Visual studio.Net 2012和DevExpress UI控件作為開發(fā)工具。腦電原始信號(hào)數(shù)據(jù)文件采用DAT格式存儲(chǔ)，科研成果列表采用XML文檔分類存儲(chǔ)，成果正文均采用PDF格式方便系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。系統(tǒng)的動(dòng)畫編程部分全部使用GDI+。GDI即圖形設(shè)備接口，是Windows API的一個(gè)重要組成部分。GDI+是GDI的后續(xù)版本，是.NET中窗體繪圖的主要工具[6-8]。

圖5為科研成果展示主界面，系統(tǒng)按照成果的類別分成三大類十一個(gè)小類進(jìn)行分別管理，其中每個(gè)按鈕右下角為當(dāng)前該類別的成果數(shù)量，該數(shù)字通過系統(tǒng)讀取XML文檔自動(dòng)計(jì)算成果數(shù)量得出。后續(xù)的子模塊采用扁平化布局，通過tileControl控件在大型觸摸屏上面使用多個(gè)tileItem來實(shí)現(xiàn)。

圖6（a）是課題內(nèi)容展示界面，圖中顯示的是一個(gè)已經(jīng)立項(xiàng)的國(guó)家自然科學(xué)基金課題的詳細(xì)信息，下面的三個(gè)按鈕分別是上一頁(yè)、下一頁(yè)和關(guān)閉，通過翻頁(yè)功能可以瀏覽課題的詳細(xì)信息，該模塊通過DevExpress UI控件中的PDF閱覽控件來實(shí)現(xiàn)，使用C#對(duì)文檔的閱覽過程進(jìn)行控制和管理。而圖6（b）是上文中提到的研究?jī)?nèi)容子模塊《基于腦電信號(hào)的音樂播放器》的運(yùn)行界面。從圖中可以看出，該大型觸摸屏的顯示區(qū)域高度超過一米，屏幕中心位置是通過多個(gè)同心圓和直角坐標(biāo)系確定基準(zhǔn)位置，采用八段貝塞爾曲線拼接成一個(gè)類似于雷達(dá)圖的閉合曲線。隨著系統(tǒng)定時(shí)器的不斷觸發(fā)數(shù)據(jù)讀取操作，該曲線會(huì)不斷地運(yùn)動(dòng)并保留之前的四組數(shù)值曲線，亮度逐漸減少[9-10]。在屏幕上看到的演示效果就是一組金黃色閉合曲線顯示當(dāng)前的腦電分析結(jié)果，四組淡綠色閉合曲線顯示之前的分析結(jié)果，隨著數(shù)據(jù)的不斷讀取，曲線的位置不斷變化從而產(chǎn)生逐漸淡化的運(yùn)動(dòng)軌跡效果。左上角的分頻段腦電信號(hào)圖也是一樣，每個(gè)柱狀圖的高度由數(shù)據(jù)分析結(jié)果決定，最后的演示效果類似于組合音響上面的分頻段音量變化。其他研究?jī)?nèi)容子模塊的實(shí)現(xiàn)過程也基本上都是使用.net framework中的GDI+編程接口來實(shí)現(xiàn)各種演示需求的，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法上是大同小異的。

5 結(jié)束語

本文立足于協(xié)同創(chuàng)新中心的學(xué)術(shù)成果展示現(xiàn)狀，通過對(duì)中心目前學(xué)術(shù)成果的存在形式、成果種類、成果展示方式等問題進(jìn)行深入分析，設(shè)計(jì)了一種基于大型觸摸屏的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)科研成果展示的方案。系統(tǒng)除滿足基本的成果展示需求外，還利用多媒體音頻視頻以及動(dòng)畫編程技術(shù)，全方位的展示的具體研究?jī)?nèi)容，展示效果非常的具有直觀性和科學(xué)性?；诖笮陀|摸屏的用戶界面設(shè)計(jì)突出了系統(tǒng)特色，方便用戶使用。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在江西省2011協(xié)同創(chuàng)新中心投入使用。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效地對(duì)科研平臺(tái)、研究?jī)?nèi)容和各類學(xué)術(shù)成果進(jìn)行展示，為外界了解協(xié)同創(chuàng)新中心的學(xué)術(shù)研究情況提供了便利，同時(shí)也極大地減少了日常的科研成果展示過程的工作量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 俞天均，向陽(yáng)，劉惠敏，等.藝術(shù)類學(xué)生成果在線數(shù)字化展示平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020（7）：233.

[2] 劉彬.攀枝花學(xué)院學(xué)術(shù)成果展示平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2018（22）：98-101.

[3] 李宇，劉彬.基于SSM框架的學(xué)術(shù)成果展示平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2018（14）：70-71.

[4] 劉彬.基于Web的學(xué)術(shù)成果展示平臺(tái)研究[J].信息與電腦（理論版），2017（23）：78-79.

[5] 薛冰洋.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的高?？蒲谐晒故炯敖换テ脚_(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2017.

[6] 余祖玉，劉國(guó)童，曹智孫，等.基于GDI+的標(biāo)號(hào)圖形庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，18（5）：105-106.

[7] 李軍，連俊光.基于GDI+的Web端頁(yè)面驗(yàn)證碼繪制[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（3）：72-73.

[8] 袁夢(mèng)琪，卜凡亮.基于GDI+的智能人臉模擬畫像系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（1）：111.

[9] 孫莉.基于C#組態(tài)軟件中圖形界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化，2014（1）：59-63.

[10] 王小輝，李圣普，呂海蓮.基于C#多線程技術(shù)的算法動(dòng)態(tài)演示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].平頂山學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，22（5）：96-99.

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