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【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)規(guī)劃；矩陣連乘問題；最優(yōu)子結(jié)構(gòu)；遞歸算法；重疊子問題

1.動(dòng)態(tài)規(guī)劃

動(dòng)態(tài)規(guī)劃[1]是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支，是求解決策過程最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。20世紀(jì)50年代初美國(guó)數(shù)學(xué)家R.E.Bellman等人在研究多階段決策過程的優(yōu)化問題時(shí)，提出了著名的最優(yōu)化原理，把多階段過程轉(zhuǎn)化為一系列單階段問題，逐個(gè)求解，創(chuàng)立了解決這類過程優(yōu)化問題的新方法――動(dòng)態(tài)規(guī)劃。動(dòng)態(tài)規(guī)劃問世以來，在經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)調(diào)度、工程技術(shù)和最優(yōu)控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如庫存管理、資源分配、設(shè)備更新、排序、裝載等問題。

動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種將復(fù)雜的問題分解為更小的、相似的子問題，并存儲(chǔ)子問題的解而避免計(jì)算重復(fù)的子問題，以解決最優(yōu)化問題的算法策略。

1.1 基本思想

動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的基本思想是將待求解問題分解成若干個(gè)子問題，先求解子問題，然后從這些子問題的解得到原問題的解。適合于用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解的問題，經(jīng)分解得到的子問題往往不是相互獨(dú)立的，可以用一個(gè)表來記錄所有已解決的子問題的答案，不管該子問題以后是否被用到，只要它被計(jì)算過，就將其結(jié)果填入表中，而在需要時(shí)再找出已求得的答案，這樣就可以避免大量的重復(fù)計(jì)算，從而得到多項(xiàng)式時(shí)間算法。[2]

1.2 求解問題特征

動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的有效性依賴于問題本身所具有的兩個(gè)重要性質(zhì)：最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)和子問題重疊性質(zhì)。

1.2.1 最優(yōu)子結(jié)構(gòu)

原問題的最優(yōu)解包含著其子問題的最優(yōu)解，這種性質(zhì)稱為最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。在分析問題的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)時(shí)，所用的方法具有普遍性：首先假設(shè)由問題的最優(yōu)解導(dǎo)出的子問題的解不是最優(yōu)的，然后再設(shè)法說明在這個(gè)假設(shè)下可構(gòu)造出比原問題最優(yōu)解更好的解，從而導(dǎo)致矛盾。利用問題的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，以自底向上的方式遞歸地從子問題的最優(yōu)解逐步構(gòu)造出整個(gè)問題的最優(yōu)解。最優(yōu)子結(jié)構(gòu)是問題能用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法求解的前提。

1.2.2 子問題重疊

遞歸算法求解問題時(shí)，每次產(chǎn)生的子問題并不總是新問題，有些子問題被反復(fù)計(jì)算多次，這種性質(zhì)稱為子問題的重疊性質(zhì)。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，對(duì)每一個(gè)子問題只解一次，而后將其解保存在一個(gè)表格中，當(dāng)再次需要解此子問題時(shí)，只是簡(jiǎn)單地用常數(shù)時(shí)間查看一下結(jié)果。通常不同的子問題個(gè)數(shù)隨問題的大小呈多項(xiàng)式增長(zhǎng)。因此用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法只需要多項(xiàng)式時(shí)間，從而獲得較高的解題效率。

1.3 設(shè)計(jì)步驟

3.總結(jié)

動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法中每步所作的選擇往往依賴于相關(guān)子問題的解，因而只有在解出相關(guān)子問題后才能做出選擇所以動(dòng)態(tài)規(guī)劃，算法通常是以自底向上的方式解各子問題的解進(jìn)而求出原問題的解。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種很靈活的算法設(shè)計(jì)方法，在動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的設(shè)計(jì)中，類似的技巧還有很多。要掌握動(dòng)態(tài)規(guī)劃的技巧，有兩條途徑：一是要深刻理解動(dòng)態(tài)規(guī)劃的本質(zhì)，這也是為什么一開始就探討它的本質(zhì)的原因；二是要多實(shí)踐，不但要多應(yīng)用，還要學(xué)會(huì)從應(yīng)用中探尋規(guī)律，總結(jié)技巧。運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法解決的還有很多現(xiàn)實(shí)問題，如背包問題、最長(zhǎng)公共子序列問題、凸多邊形最優(yōu)三角剖分問題、電路布線等問題，在本文中沒有介紹。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法雖然復(fù)雜，但只要掌握它的本質(zhì)特征并多加練習(xí)，就可以靈活運(yùn)用，并加以擴(kuò)展，來提高程序的時(shí)效性。

參考文獻(xiàn)

[1]百度百科.http：//

[2]王曉東.計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)與分析（第四版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

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關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)規(guī)劃法；山區(qū)復(fù)雜地段；管道；選線

0 引言

管道在建設(shè)過程中，除了要滿足工藝要求，還要對(duì)管道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。管道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算方法主要包括方案比較法、數(shù)學(xué)分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、最小金屬耗量法。在工程實(shí)際中，除了要確定站間距、最優(yōu)管徑等參數(shù)，管道的線路往往也在優(yōu)化的范疇之內(nèi)[1-3]。為了使管道滿足工藝要求又不失經(jīng)濟(jì)性，故對(duì)管道的線路進(jìn)行優(yōu)化顯得尤為重要。運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)某山區(qū)管道線路進(jìn)行快速優(yōu)化分析，取得最優(yōu)設(shè)計(jì)成果，為管道設(shè)計(jì)者提供有價(jià)值的設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法原理

動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法通常用于求解具有某種最優(yōu)性質(zhì)的問題。在這類問題中，可能會(huì)有許多可行解。每一個(gè)解都對(duì)應(yīng)于一個(gè)值，希望找到具有最優(yōu)值的解。根據(jù)最優(yōu)化原理，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法可用以下的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)：

式中：

xk――第k段的狀態(tài)變量；

uk――第k段的決策變量；

fk（xk）――第k段狀為 態(tài)時(shí)的最優(yōu)值；

fk+1（xk+1）――第k+1段狀態(tài)為xk+1時(shí)的最優(yōu)值；

gk（xk，uk）――第k段當(dāng)狀態(tài)為xk，決策變量為uk時(shí)的函數(shù)值。

2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法在管道選線中的應(yīng)用方法

從地點(diǎn)1鋪設(shè)一條輸氣干線到地點(diǎn)n，中間經(jīng)過（n-2）個(gè)壓氣站，首站為1，末站為n，第2個(gè)站有k個(gè)選擇，記作21、22…2k，則第n-1個(gè)站可供選擇的地點(diǎn)記作（n-1）1、（n-1）2、…（n-1）k，兩點(diǎn)間有連線則表示可以用輸氣管道連接，連線旁邊的數(shù)字表示鋪設(shè)管道所需的最優(yōu)折合費(fèi)用，要求從首站1到末站n全線總的綜合費(fèi)用最少。

第一步：將第（n-1）段[（n-1）～n]作為研究對(duì)象，列出從第（n-1）站到n站的最優(yōu)費(fèi)用，選取其中的最小值并記最小值相對(duì)應(yīng)的（n-1）k （表示第（n-1）站選取第k個(gè)位置點(diǎn)，例：63表示第六個(gè)站選取第3個(gè)位置點(diǎn)） 。

第二步：將第（n-2）段[（n-2）～（n-1）]作為研究對(duì)象，列出從第（n-2）站到（n-1）站的最優(yōu)費(fèi)用 ：

動(dòng)態(tài)規(guī)劃過程是逆序決定過程，故從最后一段開始計(jì)算。則得出輸氣管道最優(yōu)鋪設(shè)線路為1―2k―3k―…―（n-2）k―（n-1）k―n。

3 實(shí)例分析

從地點(diǎn)1鋪設(shè)輸氣干線至地點(diǎn)6，中間經(jīng)過4個(gè)壓氣站，首站為1，末站為6。其中第2站的站址可在21、22、23、24、25中選擇，第3站的站址可在31、32、33、34中選擇，第4站的站址可從41和42中選擇，第5站的站址可從51、52、53中選擇。得出最優(yōu)線路為1―25―34―42―53―6，且全線總綜合費(fèi)用為14個(gè)單位。

4 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的工程應(yīng)用及局限性

在工程實(shí)際中，特別是在山區(qū)復(fù)雜地段及地形起伏較大的丘陵地區(qū)，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)輸氣管道線路進(jìn)行最優(yōu)路線選擇，可減少投資成本。由于長(zhǎng)輸管道途徑地形復(fù)雜，為克服高低位差，所需壓氣站較多，故選線方案較多難于一一計(jì)算和列舉。利用計(jì)算機(jī)軟件可大大減少人工運(yùn)算量，提高工作效率。而在實(shí)際過程中，對(duì)于地形高差較大的輸氣管道敷設(shè)，采用隧道穿越的方式較建立壓氣站雖增大了施工難度和周期，但采用隧道穿越較克服高差直接敷設(shè)方式更能保障管道的運(yùn)行安全，減少安全隱患和潛在的維修費(fèi)用。故在管道選線中使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法容易忽略間接因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳炯，吳學(xué)偉，羅東曉.方案比較法在輸氣管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，7（06）.

[2]何朝良，周桂興.動(dòng)態(tài)規(guī)劃法中返求最優(yōu)可靠度分配的實(shí)用算法[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2004（09）.

篇3

關(guān)鍵詞:生態(tài)節(jié)能;生態(tài)住宅投資;動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型;評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào):TU982文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2010)21-0111-02

隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)居住環(huán)境及住宅建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了各種新的要求,已從過去僅作棲息之所演變?yōu)樯睢⑿菹?、交往、娛樂、學(xué)習(xí)、工作等多功能的場(chǎng)所和建筑,于是大量節(jié)能建筑及綠色建筑成為最新技術(shù)的載體,且當(dāng)與我國(guó)當(dāng)今的節(jié)約型社會(huì)發(fā)展政策相符,并根據(jù)當(dāng)代的使用需求對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行生態(tài)節(jié)能優(yōu)化投資。因此就需要在前期投資做好最優(yōu)規(guī)劃,以達(dá)到最大的收益。本文針對(duì)現(xiàn)狀建立了動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型,可求得符合要求最切合實(shí)際的住宅投資收益。

1生態(tài)節(jié)能住宅設(shè)計(jì)的提出

1.1城市建設(shè)現(xiàn)狀

一幢幢高樓拔地而起,一座座大橋橫跨兩江。然而,隨著城市化建設(shè)的提速,一些功利性的開發(fā)正肆意破壞著與城市相濡以沫的自然地貌,那些毫無建筑特色的水泥森林更讓我們這座城市開始變得面目全非。為了最大限度的避免在城市建設(shè)中給后人留下遺憾,充分展現(xiàn)各個(gè)城市獨(dú)有的自然風(fēng)貌,讓人、城市和自然和諧發(fā)展,和諧相處,針對(duì)各個(gè)城市的現(xiàn)有資源優(yōu)勢(shì),從人文關(guān)懷、鄉(xiāng)土歷史和自然生態(tài)的保護(hù)利用、休閑娛樂、節(jié)約資源等多個(gè)方面提出了合理、詳細(xì)的集交通功能與休閑和生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)的綠色節(jié)能建筑投資規(guī)劃方案。

在我國(guó)有限的資源條件下解決建筑開發(fā)與社會(huì)、生態(tài)環(huán)境之間的最優(yōu)適應(yīng)和協(xié)調(diào)發(fā)展問題,在錯(cuò)綜復(fù)雜的多元化可變因素條件下,找到滿意的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的理論與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),建立科學(xué)的、全面的動(dòng)態(tài)規(guī)劃是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),它貫穿于系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的全過程中,最終選出最優(yōu)投資方案。

1.2影響住宅投資的主要因素

1998年住房制度改革使人們的住房消費(fèi)觀念發(fā)生了根本改變,從而帶動(dòng)房地產(chǎn)業(yè)及整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高,我國(guó)住房正在從生存型向舒適型轉(zhuǎn)變。人們從當(dāng)初只是購買住房,逐步發(fā)展到間接地購買周圍的環(huán)境,包括綠色、藍(lán)天、空氣、陽光等自然環(huán)境及基礎(chǔ)設(shè)施、購物、交通、文化、教育、物業(yè)管理等社會(huì)和人文環(huán)境。而收入差距的拉大又形成了具有不同消費(fèi)能力的階層分化,我國(guó)住房消費(fèi)市場(chǎng)細(xì)分化趨勢(shì)更加明顯。工薪階層較注重住房建筑質(zhì)量、戶型、地段、交通、物業(yè)管理等;事業(yè)成功人士及高收入階層開始追逐環(huán)境質(zhì)量、居住、生活品位及個(gè)性化等。因此,住宅市場(chǎng)細(xì)分為住宅建設(shè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和消費(fèi)增加提供了空間。

城市規(guī)劃調(diào)整,城市規(guī)模擴(kuò)大,城市交通等市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快直接促進(jìn)住宅建設(shè)快速發(fā)展。在這一點(diǎn)上,北京最具有代表性。交通狀況一直是影響房地產(chǎn)開發(fā)的一個(gè)很重要的因素。而且,政府扶持為住宅投資和市場(chǎng)發(fā)展提供了政策保障。

住宅投資主要取決于市場(chǎng)綜合評(píng)價(jià)運(yùn)行指標(biāo),其次也受人口數(shù)量和年齡結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況、投資環(huán)境、金融條件等因素的影響?？傊?隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定快速增長(zhǎng),人民生活水平的提高,住宅投資需求旺,增長(zhǎng)空間大。

1.3生態(tài)節(jié)能建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

人們的社會(huì)屬性,決定了住宅及其環(huán)境不僅具有庇護(hù)功能,還必須為生活關(guān)系中充滿條件與行為世界提出價(jià)值意義和秩序要求,應(yīng)是一個(gè)物質(zhì)生活和精神生活的綜合體。所以,創(chuàng)造符合人們要求的優(yōu)質(zhì)建筑產(chǎn)品,需要科學(xué)的,全面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系作為前提和依據(jù)。我們利用AHP表達(dá)住宅建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如下圖所示:

然而住宅投資價(jià)值來源于建筑的品質(zhì),有投資價(jià)值的物業(yè)一定要具備適宜性。即要適于人們居住和使用,契合人的動(dòng)作和行為。這就要求,首先,物業(yè)的功能空間布置的順序要合乎人的行為習(xí)慣;其次,功能空間和用具的尺度要符合人體活動(dòng)舒適性的要求;第三,要有良好的通風(fēng)采光,以維護(hù)人與自然的交流通道,才有益于保持使用者的良好的生存狀態(tài);第四,要盡可能大限度地引入人文的或自然的景觀,以滿足人的安全感、超脫感、優(yōu)越感等心理要求;第五,要盡可能地拓展空間的可達(dá)性,即對(duì)外交通、交流的網(wǎng)絡(luò)的通暢。對(duì)于現(xiàn)代的物業(yè)要求有較高的智能化水平。

室內(nèi)空間的功能設(shè)計(jì)的好壞之所以重要,是因?yàn)槭覂?nèi)空間的功能配置、布局、尺度直接影響使用人的活動(dòng)效率、居住的舒適程度和生活質(zhì)量。人們固然可以通過長(zhǎng)時(shí)間的被動(dòng)訓(xùn)練,而習(xí)慣和接受室內(nèi)空間的不當(dāng)設(shè)置、布局和尺度;但是不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)所造成的空間浪費(fèi)、利用率不高或活動(dòng)的低效率以及動(dòng)作的重復(fù),是不會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而淡化的。由于設(shè)計(jì)不合理所造成的損失會(huì)在無形中減少投資者的投資回報(bào)。另外,隨著人們現(xiàn)代生產(chǎn)、生活節(jié)奏加快,工作時(shí)間常常處于緊張的狀態(tài)。因此,未來的人們將更需要用生活享樂和親情生活來補(bǔ)償和平衡心身。所以在未來的居住空間中,人們將更加注意身體的保養(yǎng)、注重高品位的娛樂及家庭親情的培養(yǎng)。

依據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),建立明確的投資目標(biāo),以達(dá)到優(yōu)化資金、收益最大的目的。

2建立投資優(yōu)化模型

所謂“資源分配問題”,就是把一定數(shù)量的若干資源合理地分配給若干個(gè)使用者,使指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)。設(shè)某個(gè)地產(chǎn)投資的總量為a,擬用于n項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng),若給第j項(xiàng)活動(dòng)分配xj個(gè)單位,其收益為gj(xj),找到最優(yōu)的分配方式,使得這n項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)總的收益值最大,則有:

利用此問題的特性,把它看做一個(gè)多階段決策問題,建立如下的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型:

以階段變量k表示資金分配給第k項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的過程;

以狀態(tài)變量xk表示在開始給第k項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)分配資金時(shí)尚剩余的資金數(shù)量;

以決策變量uk表示分配給第k項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的資金數(shù)量,則允許決策集合為Uk(xk)={uk|0≤uk≤xk},狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為xk+1=xk-uk;

以Vk(xk,uk)表示從現(xiàn)在有xk個(gè)單位資金分配給第k項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)uk個(gè)單位資金后的預(yù)計(jì)收益。

以fk(xk)表示從現(xiàn)在有xk個(gè)單位資金分配給第k項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)后,所得的最大收益,則函數(shù)基本方程為:

3模型應(yīng)用

某建筑住宅小區(qū)總投資四千元,計(jì)劃分配給經(jīng)濟(jì)效益(Ⅰ)、社會(huì)效益(Ⅱ)和環(huán)境效益(Ⅲ)三大效益,經(jīng)調(diào)查,得到下表:

(千萬)

效益 0 1 2 3 4

(Ⅰ) 0 4 6 7 9

(Ⅱ) 0 2 5 7 10

(Ⅲ) 0 5 7 8 11

通過此表及以上模型,可通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型求出資金的最有分配策略及其最大收益值。

函數(shù)的基本方程為:

計(jì)算如下:

k=3時(shí)

u3

x3 V3(x3,u3)+0 f3(x3) u3*

0 1 2 3 4

0 0 0 0

1 0 5 5 1

2 0 5 7 7 2

3 0 5 7 8 8 3

4 0 5 7 8 11 11 4

k=2時(shí),x3=x2- u2

u2

x2 V2(x2,u2)+f3(x3) f2(x2) u2*

0 1 2 3 4

0 0+0=0 0 0

1 0+5=5 2+0=2 5 1

2 0+7=7 2+5=7 5+0=5 7 0,1

3 0+8=8 2+7=9 5+5=10 7+0=7 10 2

4 0+11=11 2+9=11 5+7=12 7+5=12 10+0=10 12 2,3

k=1時(shí),x2=x1-u1=4- u1

u1

x1 V1(x1,u21)+f2(x2) f1(x1) u1*

0 1 2 3 4

4 0+12=12 4+10=14 6+7=13 7+5=12 9+0=9 14 1

按k=1,2,3的順序查表,方法如下:

得到最優(yōu)分配方案為:分別給(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)分配1、0、3(由于不可能在社會(huì)效益方面不投資,所以此解舍去)或者1、1、2。因此,最優(yōu)解為經(jīng)濟(jì)效益1千萬,社會(huì)效益1千萬,環(huán)境效益2千萬,最大收益為14千萬。模型計(jì)算結(jié)果顯示,環(huán)境效益在投資決策中占有很重要的地位,通過在投資項(xiàng)目實(shí)施后,也充分展示了動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型從某種意義上在投資決策中的使用價(jià)值。

4結(jié)語

生態(tài)節(jié)能文化表現(xiàn)為謀求人與自然平等相待、和諧共處、共存共榮的新的生存方式,自然回歸、向歷史回歸的各類手法,使身居鬧市的居民,有一個(gè)調(diào)節(jié)身心、與自然融合、自由、清新和歡愉的空間。本文中建立的模型比較簡(jiǎn)單,在許多方面還不是很成熟,但利用本模型可以確定住宅投資決策的優(yōu)化,能夠利用計(jì)算結(jié)果,結(jié)合工程的實(shí)際情況,對(duì)住宅的投資做出最滿意的決策,因而本模型具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。如何在以后發(fā)展中更好的解決建設(shè)與生態(tài)節(jié)能問題,還需要一代代建設(shè)者的不斷探討,不斷努力。

參考文獻(xiàn)

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篇4

一、采礦企業(yè)問題的提出

假設(shè)某采礦企業(yè)調(diào)查研究了解市場(chǎng)情況，估計(jì)在今后四個(gè)時(shí)期市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力煤的需求量，如表所示：

假定煤礦企業(yè)在所有時(shí)期，開采每批動(dòng)力煤的固定成本費(fèi)為3千元人民幣，若不開采，則費(fèi)用為0，每單位生產(chǎn)成本費(fèi)為1千元人民幣，同時(shí)在每個(gè)階段時(shí)期企業(yè)的開采能力為最大開采批量不超過6個(gè)單位。又設(shè)每個(gè)階段的每個(gè)單位動(dòng)力煤的庫存費(fèi)用500元人民幣，同時(shí)規(guī)定在第一期期初及第四期期末均沒有庫存煤。在以上的條件下采礦企業(yè)需要合理的安排企業(yè)的開采量和庫存量，從而使企業(yè)所花費(fèi)的成本最低。

二、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的發(fā)展及其研究?jī)?nèi)容

動(dòng)態(tài)規(guī)劃是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支，是求解決策過程最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。20世紀(jì)50年代初美國(guó)數(shù)學(xué)家R.E.BELLMAN等人在研究多階段決策過程的優(yōu)化問題時(shí)，提出了著名的最優(yōu)化原理，把多階段問題轉(zhuǎn)化為一系列的單階段問題，逐個(gè)求解創(chuàng)立了解決這類過程優(yōu)化問題的新方法——?jiǎng)討B(tài)規(guī)劃。1957年出版的他的名著《Dynamic Proggramming》，這是該領(lǐng)域的第一本著作。動(dòng)態(tài)規(guī)劃問世以來，在經(jīng)濟(jì)管理·生產(chǎn)調(diào)度·工程技術(shù)和最優(yōu)控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。例如最短路線·庫存管理·資源分配·設(shè)備更新·組合·排序·裝載等問題，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解比用其他方法更為簡(jiǎn)便。

篇5

關(guān)鍵詞:0/1背包問題;動(dòng)態(tài)規(guī)劃;最優(yōu)決策序列

中圖分類號(hào):TP

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)05-0301-01

1 問題描述

一個(gè)學(xué)生每月生活費(fèi)總額為300元,每月的花費(fèi)項(xiàng)目有伙食費(fèi)200元、電話費(fèi)30元、牛奶費(fèi)40元、零食費(fèi)30元、書報(bào)費(fèi)30元、其他20元,其中伙食費(fèi)產(chǎn)生的效益是25,電話費(fèi)產(chǎn)生效益是3,牛奶費(fèi)產(chǎn)生的效益是4,零食費(fèi)產(chǎn)生的效益是2,書報(bào)費(fèi)產(chǎn)生的效益是2.5,其他費(fèi)用產(chǎn)生的效益是1。

這個(gè)問題可以形式化的描述為一個(gè)0/1背包問題:

設(shè)M為背包容量,其值為300,6個(gè)物品的重量成一向量(w1, w2, w3, w4, w5, w6)=(20,30,30,30,40,200),其價(jià)值成另一向量(p1, p2, p3, p4, p5, p6)=(1,2,2.5,3,4,25)。要找出另一個(gè)6元向量(x1, x2, x3, x4, x5, x6),xi∈{(0,1)|1≤i≤6｝, xi=0表示不選該物品,xi=1表示選該物品。

由此,這個(gè)問題的要求為:Max∑nwixi

且滿足以下兩個(gè)約束條件:

(1)∑ni=1wixi≤M

(2)xi∈{0,1}1 ≤i≤6

也就是說對(duì)0/1背包問題,可以通過作出變量x1,x2,…,xn的一個(gè)決策序列來得到它的解,而對(duì)變量xi的決策就是決定它是取0值還是取1值。

2 問題分析

動(dòng)態(tài)規(guī)劃是指在多階段決策過程的每一階段,都可能有多種可供選擇的決策,但必須從中選取一種決策,一旦各個(gè)階段的決策選定之后,就構(gòu)成了解決這一問題的一個(gè)決策序列。決策序列不同,所導(dǎo)致的問題的結(jié)果也不同。動(dòng)態(tài)規(guī)劃的目標(biāo)就是要在所有容許選擇的決策序列中選取一個(gè)會(huì)獲得問題最優(yōu)解決的決策序列,即最優(yōu)決策序列。

無論過程的初始狀態(tài)和初始決策是什么,其余的決策都必須相對(duì)于初始決策所產(chǎn)生的狀態(tài)構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)決策序列。用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法有可能解決該問題,而解決問題的關(guān)鍵在于獲取各階段間的遞推關(guān)系式。

前文提出的有效使用生活費(fèi)的問題正是一個(gè)最優(yōu)性原理成立的0/1背包問題。在獲取這個(gè)問題的遞推關(guān)系時(shí)將使用向后處理法來解決。

對(duì)0/1背包問題,可以通過作出變量x1,x2,……,xi的一個(gè)決策序列來得到它的解。而對(duì)變量X的決策就是決定它取0值還是取1值。假定決策這些X的次序?yàn)閤n,xn-1,……, x1。在對(duì)xn作出決策之后,問題處于下列兩種狀態(tài)之一:背包的剩余容量是M,沒產(chǎn)生任何效益;剩余容量是M―w,效益值增長(zhǎng)了p。顯然,剩余下來對(duì)xn-1,xn-2,……, x1的決策相對(duì)于決策x所產(chǎn)生的問題狀態(tài)應(yīng)該是最優(yōu)的,否則xn,xn-1,……, x1 就不可能是最優(yōu)決策序列。如果設(shè)fi(x)是KNAP(1,j,X)最優(yōu)解的值。那末fn(M)就可表示為

fn(M)= max{fn-1(M),fn-1(M-wn)+pn｝(2.1)

對(duì)任意的fi()x,這里i>0,則有

fi(x)=max{fi-1(x),fi-1(M-wi)+pi｝(2.2)

為了能由前向后遞推而最后求解出fn(M),需從f0(x)開始。對(duì)于所有的X≥0,有f0(x)=0,當(dāng)X

在具體算法中會(huì)運(yùn)用序偶這個(gè)概念。(pi,wi)就稱為一對(duì)序偶。設(shè)Si-1是fi-1的所有序偶的集合。Si1是fi-1(S - wi)+ pi的所有序偶的集合。把序偶(pi,wi)加到Si-1 中的每一對(duì)序偶上就得到Si1。

Si1={(p,w)|(P-pi, W-wi)∈Si-1｝

在2.2式中,求fi(x)就相當(dāng)于在支配規(guī)則下將Si-1和Si1歸并成Sn。如果Si-1和Si1之一有一序偶(pi,wi),另一有序偶(這pk,wk ),并且在wi≥wk的同時(shí)有pi≤pk,那么序偶(pk,wk)就被舍棄。這其實(shí)就是一個(gè)求最大值的運(yùn)算。

生成Sn以后,最優(yōu)解fm(M)是由Sn的最后一對(duì)序偶的P值給出的,用最后的這對(duì)序偶回溯確定最優(yōu)決策序列(x1, x2,……, xn)。

確定回溯的過程是這樣的。如果已找出Sn的最末序偶(P1,W1 ),那末,使pixi=P1,wixi=W1的x1,x2,…,xn的決策值可以通過檢索這些Si來確定。若(P1,W1)∈Sn-1,則置xn=0。若(P1,W1)Sn-1,則(P1-pn,W1-wn )∈Sn-1,并且置xn=1。然后,再判斷留在Sn-1中的序偶(P1,W1)或者(P1-pn,W1-wn)是否屬于Sn-2以確定xn-1的取值。依此類推,就可以得到最優(yōu)決策序列(x1, x2,……, xn)。

3 算法描述

用算法實(shí)現(xiàn)上述過程時(shí),主要有初始化、生成S,回溯確定最優(yōu)決策序列三部分。

3.1 變量解釋

(1)p(n)、w(n) 每件物品的效益和重量

(2)P(m)、W(m) S0、S1、……、Sn的效益和質(zhì)量分別相鄰的存放

(3)F(n)存入每個(gè)序偶集的第一個(gè)元素的位置

(4)l、h分別是當(dāng)前處理的序偶集的第一個(gè)和最后一個(gè)序偶的位置

(5)next下一空位

(6)k當(dāng)前處理的序偶集中正要考慮處理的序偶的位置

3.2 初始化

F(0)1; P(1)W(1)0 // S0

lh1// S0的首端與末端

F(1)next2// P和W中的第一個(gè)空位

3.3 成生Si過程

for i1 to n-1 do

k1

u在l≤r≤h中使得W(r)+wi≤M是最大的r

for j1 to u do// 生成Si及歸并

(pp,ww) (P(j)+pi, W(j)+wi) // 生成Si1 中的下一個(gè)元素

//從Si-1中取元素來歸并

while k≤h and W(k)

// Si-1中的序偶的w< Si1中的w,則Si-1中此對(duì)序偶?xì)w并到Si中

P(next) P(k); W(next) W(k)

nextnext+1;kk+1

repeat

if k≤h and W(k)=ww then ppmax(pp,P(k))

kk+1

endif

if pp>P(next-1) then (P(next),W(next) (pp,ww)

nextnext+1

endif

while k≤h and P(k)≤P(next-1) do//清除

kk+1

repeat

3.4 沿Sn-1,……,S1回溯確定xn,xi-1,……, x1

(tempP,tempW) 最優(yōu)選擇序偶

for in to 1 do

u0

//u是一個(gè)標(biāo)識(shí)位,判斷由最優(yōu)選擇序偶倒推回來的Si中的序偶在Si-1中是否存在,如果不存在u=0,則此時(shí)X[I]=1,如果存在u=1,則此時(shí)X[i]=0。//

lF[i-1];hF[i]-1;

forrl to h do

ifW[r]= tempW and P[r]= tempP

u1

endif

repeat

if (u==0) thenX[i]1

else X[i]0

endif

tempWtempW-WI[i]*X[i]; tempPtempP-PI[i]*X[i]

//為判斷X[i-1]來倒推序偶(tempP,tempW)

repeat

參考文獻(xiàn)

[1]余祥宣,崔國(guó)華,鄒海明.計(jì)算機(jī)算法基礎(chǔ)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006,(4).

篇6

【關(guān)鍵詞】神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃 最優(yōu)路徑 子問題 Matlab仿真

為了減輕交通壓力，人們?cè)絹碓疥P(guān)心交通系統(tǒng)的智能化進(jìn)程。智能交通系統(tǒng)主要的研究方向之一就是動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，它可根據(jù)外出的人們的需求，為駕駛員提供最新的路況信息和最佳路徑選擇，以此避免交通擁堵現(xiàn)象的發(fā)生，從而優(yōu)化交通狀況，最終使交通時(shí)時(shí)地保持一個(gè)合理的動(dòng)態(tài)分配。目前，最優(yōu)路徑選擇的方法有很多，但是真正需要解決大型問題時(shí)，計(jì)算機(jī)需要搜索的選擇范圍太大，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)算法基本上無法處理。1995年，神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法被提出，該算法把復(fù)雜的問題分成若干子問題，這些子問題被拆分后更容易解決，使計(jì)算過程大幅簡(jiǎn)化，且更容易被計(jì)算機(jī)處理。采用這種方法，可準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地選擇出最優(yōu)路徑，值得推廣。

1 神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃概述與核心思想

在解決多階段決策問題時(shí)，動(dòng)態(tài)規(guī)劃大致思想為：將非常繁瑣的原始問題分解為若干個(gè)階段，這些階段看似不相關(guān)，卻是相互聯(lián)系的子階段，在找到上一階段的解決方法以后才能處理下一個(gè)階段，依次求出每個(gè)階段的解，最后得到全局最佳的解。多階段決策問題具備很強(qiáng)的順序性，同時(shí)每個(gè)階段所使用的解決方法也是隨著階段的變化而變化，所以“動(dòng)態(tài)”意義就得以體現(xiàn)。其中交通網(wǎng)中最佳路徑的求解就是典型的多階段決策問題。

在路徑優(yōu)化中，動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種非常經(jīng)典的計(jì)算方法，但在處理實(shí)際問題的時(shí)，我們肯定會(huì)遇到缺少一個(gè)完整信息或者維數(shù)災(zāi)等一系列問題，所以，引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃具有較大的解決實(shí)際問題的意義。神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃如圖1所示。

2 基于神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的最優(yōu)路徑實(shí)現(xiàn)

（1）將原來的問題分解成很多個(gè)小問題，即子階段，并且找到每個(gè)子階段的最優(yōu)解決辦法。求解多級(jí)問題的步驟為：根據(jù)每個(gè)問題的特點(diǎn)，劃分子階段。在劃分子階段時(shí)，必須按照一定的規(guī)則，比如根據(jù)執(zhí)行決策的時(shí)間、空間的順序等。本文用x來表示子階段變量。

（2）求解狀態(tài)和狀態(tài)變量。每個(gè)子階段具體的起始位置可以依靠自然狀態(tài)來指導(dǎo)，其中客觀條件階段性數(shù)目的狀態(tài)是自然狀態(tài)中的一種，它傳達(dá)每個(gè)子階段的關(guān)鍵信息，此外，一組或者無后效性的變量同樣可以用來表示狀態(tài)變量。本文用Hx來表示第x級(jí)的狀態(tài)變量。

（3）求解原問題決策變量和集合。從目前階段到下一個(gè)階段狀態(tài)選擇時(shí)，決策者需要做出恰當(dāng)?shù)臎Q策，決策變量的范圍稱為集合。本文用Dx表示決策集合，用Ux表示決策變量。

（4）研究狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方程。假設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程是：Hx+1=Tx（Hx，Ux）。次方程式中Tx不定，根據(jù)具體問題才能確定，如果Hx確定，一旦變量Ux確定，那么第x+1階段狀態(tài)變量（Hx+1）也將確定。

（5）研究指標(biāo)函數(shù)。因?yàn)閚和vi的遞進(jìn)性和可分離性，所以很容易找到指標(biāo)函數(shù)n和vi之間的關(guān)系，顯然，指標(biāo)函數(shù)的求解也相對(duì)簡(jiǎn)單化。

（6）動(dòng)態(tài)規(guī)劃函數(shù)的基本方程。邊界條件為；

，第x-m階的最優(yōu)動(dòng)態(tài)規(guī)劃函數(shù)是。

3 仿真結(jié)果

將上述模型，在Matlab仿真軟件上進(jìn)行模擬仿真，分解原始問題并確定各個(gè)子階段的最佳方案，將這個(gè)問題用網(wǎng)格的形式如圖2進(jìn)行表示：A為起始地點(diǎn)，E為目標(biāo)地點(diǎn)，從起始地點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)有很多路徑，假設(shè)經(jīng)過每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要一定的運(yùn)輸成本，在Matlab仿真軟件上進(jìn)行仿真后依據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)則算法的要求，設(shè)定好相應(yīng)的算法模型以及相應(yīng)的計(jì)算公式，這樣便可以找到最優(yōu)路徑。

由圖2可以非常清楚的看出，成本最低的路線為：或者或者，成本都是110。仿真結(jié)果可以看出神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法具有較多優(yōu)點(diǎn)：得到清晰運(yùn)算結(jié)果；很容易找到全局的最優(yōu)路徑；可以找到一組完善的解，有利進(jìn)一步的分析。

4 結(jié)語

我們?cè)谑褂蒙窠?jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法來探索最優(yōu)路徑的時(shí)候，具有很多優(yōu)勢(shì)，首先其具有穩(wěn)定、可靠的步驟，過程并不復(fù)雜，但是給予我們的結(jié)果十分清晰明確，且適用于現(xiàn)實(shí)生活。使用這種動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法解決復(fù)雜的問題時(shí)，可以非常容易找到解決方案，而且效率很高。當(dāng)然，該算法也有一定的局限，但只要我們不斷地改進(jìn)完善，日后繼續(xù)研究神經(jīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，相信一定可以攻克更多的局限，能夠使其更好地被應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介

楊超（1994-），男，廣東省吳川市人?，F(xiàn)在就讀于長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系。

篇7

Abstract： In this paper， cascade reservoirs flood control scheduling optimization model is constructed， M method is used to simulate the water flow state of cascade reservoirs. This model is an aftereffect dynamic programming model. This paper discusses the corresponding method， points out a kind of multi-dimensional dynamic programming recursive solution. And the instance analysis shows that the model has certain scientific nature， the results of it are representative， the calculation method by the discussion is quick， and the maneuverability is strong. It is a kind of high efficient calculation model and calculation method.

關(guān)鍵詞：梯級(jí)水庫；優(yōu)化調(diào)度；動(dòng)態(tài)模型；規(guī)劃；求解

Key words： cascade reservoir；optimal operation；dynamic model；programme；solve

中圖分類號(hào)：TV622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）01-0219-03

0 引言

當(dāng)前，中國(guó)已經(jīng)建有各種水庫8.6萬個(gè)，大規(guī)模水庫482個(gè)，中規(guī)模水庫3000個(gè)。中國(guó)的大部分水庫并不是獨(dú)立的個(gè)體，而是融入梯級(jí)水庫群里，可謂聯(lián)系緊密。在梯級(jí)開發(fā)的流域內(nèi)修筑一個(gè)新的建筑抑或采取一類防洪舉措，都能對(duì)梯級(jí)水庫群帶去一定的改變。梯級(jí)水庫構(gòu)建完成以后，河流洪水的特征以及區(qū)域構(gòu)成都將產(chǎn)生改變，特別是在上游擁有調(diào)水功能的水庫，洪水的時(shí)間、空間分布將產(chǎn)生顛覆性的改變。在工程的防洪設(shè)計(jì)的同時(shí)，假如工程上游擁有調(diào)水以及蓄水能力較強(qiáng)的業(yè)已修建完成抑或近段時(shí)間就要修建完成的梯級(jí)水庫抑或梯級(jí)水庫群，就要權(quán)衡到水庫調(diào)節(jié)洪水的功用與對(duì)下游設(shè)計(jì)斷面的作用。假如設(shè)計(jì)規(guī)劃針對(duì)的是洪水調(diào)節(jié)功能健全的水庫建筑，而且要擔(dān)負(fù)下游防洪的職責(zé)；那必須研討該建筑對(duì)下游防洪的效益。

1 水庫防洪任務(wù)和目標(biāo)

通常情況下，水庫在汛期遇到洪水的時(shí)候防洪要分成三種：一種是工程自身的防洪需要，通常用壩前水位顯示；一種是庫區(qū)防洪需求，通常是由于庫區(qū)淹水抑或庫尾回水而引發(fā)，淹水范疇和水庫壩前水位、入庫流量相關(guān)，在庫區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)既定的情況下（相應(yīng)的入庫規(guī)劃洪水給定），庫區(qū)防洪也由壩前水位顯示；一種是擔(dān)負(fù)下游防洪區(qū)的防洪工作，一般是以河道安全泄洪量標(biāo)識(shí)，抑或依照堤防安全高程和水位流量的相關(guān)數(shù)據(jù)，核算出河道安全流量。

并且，水庫自身的防洪功能在全部水庫中都能夠體現(xiàn)，在上述三種防洪需求中，下游防洪工作應(yīng)讓水庫盡可能頻繁削峰，阻攔或儲(chǔ)蓄洪水；庫區(qū)以及大壩防洪需求，需要水庫盡可能下泄，讓壩前水位下降，保護(hù)水庫庫區(qū)淹水導(dǎo)致的財(cái)物耗損；并且騰出防洪庫容，用來調(diào)蓄后續(xù)洪水。所以，兩者有著一定的矛盾；另外，防洪級(jí)別不一而足，下游以及庫區(qū)的防洪準(zhǔn)則比大壩防洪準(zhǔn)則要寬松，然而下游以及庫區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)孰高孰低，要根據(jù)實(shí)際狀況確定。進(jìn)而為明確防洪需求孰先孰后、調(diào)整防洪需求以及防洪和發(fā)電功能的發(fā)揮奠定了基礎(chǔ)。

2 水庫防洪調(diào)度現(xiàn)狀分析

2.1 傳統(tǒng)水庫防洪調(diào)度策略

常規(guī)調(diào)度方法是一種半經(jīng)驗(yàn)和半理論的方法，借助水庫的防洪能力圖、防洪調(diào)度圖等經(jīng)驗(yàn)性圖表進(jìn)行調(diào)度。具體來講，目前主要有以下調(diào)度策略：

①最大削峰標(biāo)準(zhǔn)。

就是說：洪峰流量要盡可能縮減。

②最小災(zāi)害肆虐時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

就是說：防洪管控截面流量越過允許范疇內(nèi)的安全流量的時(shí)間盡可能縮短。

③最強(qiáng)防洪安全標(biāo)準(zhǔn)。

就是說：在迎合下游防洪管控截面安全泄量的前提下，盡量下泄，以保存防洪庫容，預(yù)防以后更大規(guī)模洪水的侵襲。

①與②把下游防洪需求放在非關(guān)鍵位置，所以使用在大規(guī)模洪峰過境的情況；③則應(yīng)用在小型洪水的排泄中。

2.2 存在的問題

傳統(tǒng)調(diào)度策略主要是將線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等應(yīng)用于水庫防洪調(diào)度中。這些防洪調(diào)度技術(shù)為水庫防洪調(diào)度提供了一種解決辦法，但是難以適應(yīng)實(shí)時(shí)防洪形勢(shì)的變化，并且難以模擬調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。并且傳統(tǒng)調(diào)度方法未能徹底解決以下幾個(gè)矛盾：

①設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用不相適應(yīng)的矛盾。

運(yùn)行階段由于水文資料的積累，特別是發(fā)生了幾次特大洪水以后，人們對(duì)本流域水文規(guī)律認(rèn)識(shí)加深。將運(yùn)行后的資料加入原設(shè)計(jì)所依據(jù)的水文系列，導(dǎo)致洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)有了明顯變化，因而設(shè)計(jì)洪水也有變化。如按原設(shè)計(jì)確定的汛限水位進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，最高庫水位超過了原設(shè)計(jì)最高洪水位，則說明原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。

②水庫本身安全與下游防洪安全的矛盾。

這是水庫汛期控制運(yùn)用的主要任務(wù)。當(dāng)水庫上、下流域普降大暴雨，水庫本身防洪安全與下游防洪安全的矛盾非常突出，具體表現(xiàn)為從下游防洪出發(fā)，要求水庫多蓄水、少泄水，而從水庫安全出發(fā)則要求水庫水、多泄水。解決這一問題的關(guān)鍵在于：分析矛盾，掌握規(guī)律，研究預(yù)報(bào)，確定出水庫何時(shí)開閘，泄流量多大，何時(shí)關(guān)閘等一套合理的蓄泄原則。在汛期按照預(yù)定的泄流方式調(diào)度水庫時(shí)應(yīng)達(dá)到如下要求：如果某次洪水與下游防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，則應(yīng)保證下游河道的泄流量在允許安全泄量以下或相等；如果某次洪水與原設(shè)計(jì)或校核洪水相當(dāng)，則水庫調(diào)洪最高水位以不超過設(shè)計(jì)或校核洪水位為原則；如果某次洪水為可能最大洪水，亦應(yīng)采取有效措施確保大壩安全。

③防洪與興利的矛盾。

我國(guó)北方年降水大部分集中在汛期，而汛期內(nèi)降水又集中于幾場(chǎng)暴雨。為了水庫防洪安全，整個(gè)汛期庫水位降的較低，不敢蓄水，導(dǎo)致許多水庫，尤其是北方以灌溉、供水、發(fā)電為主的大型多年調(diào)節(jié)水庫，汛后無水可蓄。解決防洪與興利矛盾的關(guān)鍵是對(duì)未來水文規(guī)律的了解和預(yù)測(cè)， 如果對(duì)未來的來水情況能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，水庫的調(diào)度運(yùn)用就變得簡(jiǎn)單，防洪與興利的矛盾就會(huì)迎刃而解。但是目前中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)還不可靠，未達(dá)到可利用的程度，防洪與興利的矛盾將長(zhǎng)期存在，伴隨著整個(gè)防洪調(diào)度過程。

3 梯級(jí)水庫防洪優(yōu)化調(diào)度模型

權(quán)衡到如圖1中的梯級(jí)水庫防洪調(diào)度疑問。

水庫1與水庫2不但要滿足施工自身的防洪需求，還要權(quán)衡到庫區(qū)鐵道防洪需求以及下游縣級(jí)市的防洪需求。如果上游水庫1入庫洪水流程能夠測(cè)出，兩個(gè)水庫間的洪水流程也能夠預(yù)先知道，在迎合下游縣級(jí)市防洪需求的基礎(chǔ)上，以兩水庫聯(lián)手調(diào)節(jié)和儲(chǔ)蓄一段洪水時(shí)的調(diào)洪庫容最小化為優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，找到洪水在體積水庫的最合適時(shí)段以及空間調(diào)配方法，就是說訂立兩水庫的最優(yōu)防洪調(diào)度模式。

假定3小時(shí)為單位時(shí)限，將洪水流程分成T個(gè)時(shí)段（t=1，2，…，T），I1t以及ILt分別顯示上游水庫入庫洪水流程以及區(qū)間洪水流程；O1t以及O2t則分開顯示水庫出庫流量；V1.t+1以及V2.t+1則是第t時(shí)間段末庫容，構(gòu)建下面的數(shù)學(xué)模型。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

梯級(jí)水庫調(diào)用的總調(diào)洪水庫容極小值是：

通過這樣的處置以后，能夠看到：動(dòng)態(tài)規(guī)劃順序遞推法求解梯級(jí)水庫防洪調(diào)度模型，這類換算辦法筆者將其叫做簡(jiǎn)易化二維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法；換算的難度稍微增長(zhǎng)，然而換算量沒有顯著提升。

5 案例分析

5.1 案例概述

以漢江流域某個(gè)梯級(jí)水庫防洪調(diào)度情況為例子，這兩個(gè)梯級(jí)水庫一個(gè)是季調(diào)節(jié)能力水庫，一個(gè)是不完全年調(diào)節(jié)能力水庫，核定洪水位下的防洪庫容不大，對(duì)100年才遭遇一次抑或之下的洪水，這個(gè)梯級(jí)水庫洪區(qū)區(qū)域構(gòu)成是上游、區(qū)間、全流域型三種，以第三類為防洪重點(diǎn)。

5.2 水庫防洪優(yōu)化調(diào)度過程

針對(duì)50年一遇的洪水，在汛期來臨前運(yùn)用上述優(yōu)化調(diào)度模型對(duì)該梯級(jí)水庫進(jìn)行全流域優(yōu)化調(diào)度后，對(duì)洪峰及洪水流量進(jìn)行了有效的調(diào)節(jié)，圖2即為洪水來臨時(shí)洪水和調(diào)節(jié)后的出庫流量流程。

從圖2看出，第一時(shí)段的洪水來臨的時(shí)候應(yīng)適度增大泄量預(yù)泄，騰出一些庫容，本時(shí)段重點(diǎn)是看洪水入庫的時(shí)候水庫的起調(diào)水位；第二時(shí)段應(yīng)管控水庫泄量，該時(shí)段重點(diǎn)是水庫應(yīng)管控泄流量多寡，其呈現(xiàn)出了蓄水以及防水的沖突抑或庫區(qū)防洪和下游防洪需求的沖突，是一類高層級(jí)協(xié)調(diào)課題；第三時(shí)段――水庫水位消落，其重點(diǎn)是水庫泄流量多寡，它對(duì)水庫水位的消落速率有極大影響。而且，以上游水庫出庫流量多寡最為關(guān)鍵――當(dāng)產(chǎn)生區(qū)間抑或全流域型洪水的時(shí)候，要由上游水庫攔擋洪水再騰出庫容。

5.3 優(yōu)化調(diào)度效果

總的來說，未調(diào)節(jié)前，該汛期出現(xiàn)了2個(gè)洪峰，出庫水量巨大，使得下游面臨非常大的防空壓力。對(duì)汛期洪水進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度后，在庫區(qū)只出現(xiàn)了1個(gè)洪峰，并且出庫水量始終在可控范圍內(nèi)，大大減輕了下游的防洪壓力。

6 結(jié)束語

綜上，利用上面列出的算式，能夠?qū)μ菁?jí)水庫防洪優(yōu)化調(diào)度的動(dòng)態(tài)規(guī)劃給出有建設(shè)性的意見；而通過兩庫聯(lián)手調(diào)節(jié)洪水的模式，能夠極有成效地管控洪峰，并且能夠優(yōu)化梯級(jí)水庫布局，保護(hù)沿河流域的居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

Abstract： In the study of wireless sensor networks， the routing problem is one of the most important issues， which has a multi-hop characteristic in terms of data transmission. Dynamic programming principle is to performance this feature， and using this principle to design sensor network routing algorithm is most suitable. After analysis and estimates， this paper considers that routing algorithm can achieve maximum energy savings.

關(guān)鍵詞： 路由；路由算法；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；跳數(shù)值

Key words： routing；routing algorithm；wireless sensor networks；hop value

中圖分類號(hào)：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）06-0192-02

0 引言

隨著社會(huì)通信技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)在傳感器和計(jì)算技術(shù)方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，當(dāng)世界各國(guó)出現(xiàn)計(jì)算能力、感知能力的微型傳感器，表明通信技術(shù)的發(fā)展已逐步全球化。我們所說的這個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以感知和采集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的環(huán)境信息，還能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)對(duì)方的信息，然后經(jīng)過分析有效的傳送到需求客戶手中。這種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)就在于他能在任何環(huán)境、任何地點(diǎn)、任何時(shí)間來獲取大量的可靠信息。所以，其通常被應(yīng)用于國(guó)家安全、國(guó)防軍事以及交通、衛(wèi)生和家庭等多個(gè)領(lǐng)域。

伴隨著網(wǎng)絡(luò)處理器的飛速發(fā)展，能夠利用很少的成本產(chǎn)生大量的有效傳感器節(jié)點(diǎn)，并且在某些特定區(qū)域內(nèi)散播，從而形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著這種技術(shù)的發(fā)展，使得管理和控制算法被急需，這同時(shí)也是對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，經(jīng)過分析研究，大部分科學(xué)人員認(rèn)為算法的核心就是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由問題。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由問題及其研究狀況

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分就是傳感器，它通常包含信息處理單元、能量單元、感知單元以及信息交換單元，特殊的傳感器還會(huì)包含移動(dòng)器、位置定位系統(tǒng)和能量生成器等等。收集和感知數(shù)據(jù)是任何一個(gè)傳感器所具備的基本功能，它通常通過多跳的方式向匯點(diǎn)傳送信息，而后匯點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)與用戶進(jìn)行信息傳遞，同時(shí)任務(wù)管理中心也是運(yùn)用這種方法為各個(gè)節(jié)點(diǎn)布置任務(wù)。

傳感器的主要功能是信息的收集、處理以及傳播，上文所講的路由問題是在一定的指標(biāo)背景下所存在的延遲、容錯(cuò)性、消耗水平、網(wǎng)絡(luò)的壽命等等情況，要積極有效的改進(jìn)匯點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)之間的信息疏導(dǎo)，要依據(jù)各個(gè)國(guó)家實(shí)際情況的不同制定不同的路由協(xié)議。路由協(xié)議可以分為多跳路由協(xié)議以及單跳路由協(xié)議，LEACH屬于單跳路由協(xié)議，多跳路由協(xié)議則包含很多種，同時(shí)多跳路由協(xié)議也可分為多徑路由和單徑路由。我們通常所接觸的rumor即為單徑路由，Braided和MESH則為所徑路由。我們?cè)谠O(shè)計(jì)傳感器路由的同時(shí)要考慮的關(guān)鍵問題就是傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量是否有效，同時(shí)還要考慮它信息的可靠性。最近新提出的ACO（蟻群優(yōu)化算法）是將如何對(duì)復(fù)雜組合進(jìn)行優(yōu)化這一問題作為首要解決問題的一種啟發(fā)式算法。這種算法在實(shí)驗(yàn)中得到了較為滿意的結(jié)果。

2 基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的路由算法

在研究決策的過程中，動(dòng)態(tài)規(guī)劃是最行之有效的一種方法。它的基本原則就是將M階段過程的問題立即轉(zhuǎn)化為M個(gè)單階段的問題，然后運(yùn)用不變嵌入原理進(jìn)行求解，這是最為優(yōu)化的一個(gè)戰(zhàn)略。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這種處理問題的方式是解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由問題的最優(yōu)方法。

2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)跳數(shù)生成算法和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在實(shí)驗(yàn)中，我們一般用G=G（V，E，w）來表示帶權(quán)重的連通圖，它代表的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)集—V，邊集—E，w則代表一個(gè)費(fèi)用值。V中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都代表著一個(gè)傳感器，對(duì)于vk，vl∈V，ekl=（vk，vl）∈E僅僅代表vk，vl可以交互纖細(xì)。由于能量有限，并不是任何兩個(gè)傳感器都可以實(shí)現(xiàn)信息交互。

算法1：節(jié)點(diǎn)跳數(shù)生成算法

A：s代表匯點(diǎn)，跳數(shù)表示為h（s）=0，對(duì)于？坌■∈v-{s}，標(biāo)記為h（vi）=∞，并且使之滿足h=0。

B：循環(huán)生產(chǎn)跳數(shù)，如h節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)所傳播信息用hop-num來表示；收到的節(jié)點(diǎn)為vi更新其跳數(shù)，更新法則為h（vi）=min{h（vi），h+1}，則其停留時(shí)間h=h+1。

C：最終停止的條件就是當(dāng)多有的節(jié)點(diǎn)都不改變跳數(shù)，算法結(jié)束。

定理1：設(shè)置節(jié)點(diǎn)vi的跳數(shù)為h（vi）=k，k=1，2，…，H-1，因此，vi的臨界節(jié)點(diǎn)集可以表示為k-1，k，k+1的三個(gè)子集的合并，即N（vi）=Nk-1（vi）∪Nk（vi）∪Nk+1（vi），而且，當(dāng)h（vi）=H時(shí)，N（vi）=NH-1（vi）∪NH（vi）。

2.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)最小跳數(shù)和最小跳數(shù)最大剩余能量路由 借助于傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的有效傳遞，在設(shè)計(jì)路由算法時(shí)要首先考慮的問題就是傳輸延遲。一般情況來講，信息傳輸?shù)奶鴶?shù)與傳輸延遲是成正比的。

算法2：MinHR（s，t）

將源節(jié)點(diǎn)s、t與匯點(diǎn)輸入，記錄h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循環(huán)：While（j

在Nh-1-j（vj）中任意選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，記為t=v0v1…vh-1vh=s。

由此我們可以看出，在每次數(shù)據(jù)交換，傳送的信息到達(dá)匯點(diǎn)的跳數(shù)都會(huì)減1，因此，在跳數(shù)路由算法經(jīng)過n次的迭代，終究會(huì)結(jié)束。

在傳感器路由的設(shè)計(jì)中，能量問題也是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的能量消耗并不均勻，如網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，其剩余的能量通常會(huì)很多，為了保證網(wǎng)絡(luò)的壽命，就要選擇下述算法。

算法3：MinHMaxRER（s，t）

輸入源節(jié)點(diǎn)s、t和匯點(diǎn)，記錄h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循環(huán)：While（j

當(dāng)Nh-1-j（vj）中選擇剩余能量最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)做下一跳節(jié)點(diǎn)，所以：vj+1=■{？著r（vi）}

J=j+1

C：結(jié)束條件：當(dāng)j=h時(shí)，本算法結(jié)束。

輸出：從t-s的最小跳數(shù)最大剩余能量路徑t=v0v1…vh-1vh=s

2.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)最小跳數(shù)最小費(fèi)用路由 在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由時(shí)還要考慮一個(gè)關(guān)鍵因素—能量消耗，一般來講，在路由算法的實(shí)驗(yàn)中要求費(fèi)用最小，我們可以設(shè)計(jì)如下算法：

算法4：MinHMinCR（s，t）

源節(jié)點(diǎn)s、t和匯點(diǎn)，記錄h（t）=h

A：初始化：令v0=v0，0=t，Nh={v0，0}，f 0（v0，0）=0

B：前向循環(huán)：For（j=1，2，…，h）

Nh-j=■Nh-j（vj-1，i）

對(duì)于？坌vj，l∈Nh-j，計(jì)算：

f j（vj，l）=■{f j-1（vj-1，i）+？著（vj-1，i，vj，l）}

C：后向循環(huán)：vh=s

For（j=1，2，…，h-1）

vh-j=■{f h-j+1（vh-j，i）}

D：終止條件：當(dāng)v0=t時(shí)算法結(jié)束。

輸出：從t-s的最小跳數(shù)最小費(fèi)用路徑t=v0v1…vh-1vh=s

3 最小跳數(shù)最小費(fèi)用路由與最小費(fèi)用路由之間的關(guān)系

在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用工程中，能量的消耗并不符合“三角不等式“，圖1充分的描繪出了最小跳數(shù)最小費(fèi)用的充要條件。

定理2：從圖1可以看出，最小跳數(shù)最小費(fèi)用路徑的充要條件就是傳感器網(wǎng)絡(luò)一定滿足“三角不等性“。

4 能量消耗分析

本章節(jié)研究算法的能量消耗。如果全部的傳感器都具備同樣的發(fā)射半徑和感知半徑，并且它的發(fā)射數(shù)據(jù)包消耗的能量和數(shù)據(jù)包的包長(zhǎng)成正比，我們可以計(jì)算出，在動(dòng)態(tài)規(guī)劃背景下，三種路由算法都能改進(jìn)能量消耗過快的情況，并且它比數(shù)據(jù)前傳等路由算法所消耗的能量要小很多。

5 結(jié)論

最近幾年，一些專家學(xué)者開始研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，至今為止，路由問題仍然是其最為核心的問題，經(jīng)過研究實(shí)驗(yàn)證明，數(shù)據(jù)傳送多跳特點(diǎn)仍然是路由算法的最佳方式。因?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是現(xiàn)實(shí)中具體的網(wǎng)絡(luò)，所以想要設(shè)計(jì)一款通用的路由算法可謂是難上加難。我們要根據(jù)不同的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)不同的路由算法。本文通過研究計(jì)算，給出了最小費(fèi)用路徑的一個(gè)充要的條件，但是，如何設(shè)計(jì)求解最小費(fèi)用路徑的具體路由算法，是我們下一步研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

    文化作為城市的靈魂和文脈,使城市充滿朝氣或者具有獨(dú)特性,且往往成為城市發(fā)展的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。所謂文化規(guī)劃,就是在對(duì)城市文化資源深刻認(rèn)知的基礎(chǔ)上,探討城市文化資源如何有助于城市的整體發(fā)展,從而進(jìn)行鑒別創(chuàng)新項(xiàng)目、設(shè)計(jì)創(chuàng)新計(jì)劃、整合創(chuàng)新資源、指導(dǎo)創(chuàng)新戰(zhàn)略實(shí)施等的過程[1]。因此,城市文化規(guī)劃是決定整個(gè)城市建設(shè)戰(zhàn)略成功與否的關(guān)鍵性因素。[1]規(guī)劃制定的關(guān)鍵在于規(guī)劃理念、思路、方案等信息表達(dá)、傳輸理解,而這已不局限于以傳統(tǒng)的文本為媒介載體,而需要圖文并茂。其中專題地圖表達(dá)對(duì)規(guī)劃實(shí)施尤為重要,它可以科學(xué)有效地將規(guī)劃思想落實(shí)到具體空間上,強(qiáng)化對(duì)規(guī)劃成果的理解。文化規(guī)劃同樣需要有規(guī)劃文本和規(guī)劃地圖的配合,才能將規(guī)劃理念更好的傳達(dá)。

    地圖承載了制圖者所認(rèn)知的客觀世界和他據(jù)此形成的概念,并通過圖及其符號(hào)系統(tǒng)傳遞給用圖者,用圖者通過解譯地圖符號(hào)并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)加以理解,獲取信息,從而形成對(duì)客觀世界的新的概念[2]。規(guī)劃制圖遵循相同的信息傳遞過程,制圖者利用科學(xué)完備的符號(hào)系統(tǒng)、色彩體系、圖表等表示規(guī)劃要素的分布變化、相互關(guān)系等信息,以圖直觀形象、層次清楚、空間定位性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)來表達(dá)難以用文字表述的與空間相關(guān)的內(nèi)涵,以求科學(xué)地反映規(guī)劃者的創(chuàng)意思路,加強(qiáng)規(guī)劃成果的表現(xiàn)力。

    目前,規(guī)劃地圖大多采用傳統(tǒng)靜態(tài)表達(dá)方式,在信息傳輸?shù)恼J(rèn)知效果、空間要素關(guān)系描述、規(guī)劃理念理解等方面存在一定局限。因此,研究將動(dòng)態(tài)表達(dá)形式引入規(guī)劃專題地圖,并將各類重疊的地理信息予以分解,并邏輯地調(diào)動(dòng)出場(chǎng)順序,以視覺和聽覺等形式直觀、形象地進(jìn)行表達(dá),不僅有效地平衡了界面負(fù)載量,更能吸引讀圖者的注意力,有助于引導(dǎo)用圖者發(fā)現(xiàn)地理現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律、更好的理解規(guī)劃內(nèi)容和思路。而動(dòng)態(tài)表達(dá)由于根據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)空特點(diǎn)、地圖使用目的及用戶等多方面因素進(jìn)行綜合考慮,不僅在技術(shù)上使可視化效果更生動(dòng),增強(qiáng)視覺沖擊,而且可令讀圖者在概念上減小轉(zhuǎn)化負(fù)荷,提高對(duì)地圖的認(rèn)知效率和程度。基于動(dòng)態(tài)表達(dá)的種種優(yōu)勢(shì)及其必要性,本文即以《吳淞文化的基本分析與炮臺(tái)灣濕地公園文化創(chuàng)意研究》為案例,著重探討城市文化規(guī)劃中專題地圖的動(dòng)態(tài)表達(dá)。

    2規(guī)劃地圖動(dòng)態(tài)表達(dá)

    2.1動(dòng)態(tài)地圖的分類

    動(dòng)態(tài)地圖包括時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖和非時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖[3]兩類。時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖以時(shí)間單位,描述隨時(shí)間變化的地理動(dòng)態(tài)變化。非時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖則用一系列有序獨(dú)立圖來解釋某種空間關(guān)系或揭示序列中的可能規(guī)律,或靜態(tài)地理現(xiàn)象做動(dòng)態(tài)多角度觀測(cè)。

    規(guī)劃動(dòng)態(tài)地圖也可按此兩類劃分,即通常用時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖表現(xiàn)城市歷史變遷、人口變化等;用非時(shí)序動(dòng)態(tài)地圖表現(xiàn)規(guī)劃空間關(guān)系、規(guī)劃范圍、理念結(jié)構(gòu)或邏輯等。

    2.2動(dòng)態(tài)地圖的認(rèn)知特點(diǎn)與表達(dá)原則

    傳統(tǒng)地圖制圖借助研究視覺變量的特點(diǎn)和使用規(guī)律等完成地圖信息的傳輸。在動(dòng)態(tài)屏幕環(huán)境下,地圖角色和展示媒介的轉(zhuǎn)變使信息傳遞認(rèn)知過程發(fā)生了變化。由于動(dòng)態(tài)地圖的畫面是瞬時(shí)的,較長(zhǎng)和復(fù)雜的動(dòng)畫會(huì)增加對(duì)每一幀工作記憶的難度。使用者不僅要快速的察覺、辨別,還要進(jìn)行一定的比較,識(shí)別出變化并記憶,與后面的變化進(jìn)行再一次的抽象、綜合。因此,動(dòng)態(tài)地圖需根據(jù)研究其認(rèn)知特點(diǎn)的有效性問題來設(shè)計(jì)動(dòng)畫效果。[4]

    (1)動(dòng)態(tài)物件數(shù)量適當(dāng)。人在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)可以接受的信息量是有限的,避免在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)給與過多的動(dòng)態(tài)物件。

    (2)動(dòng)態(tài)物件活動(dòng)時(shí)間適當(dāng)。由于人機(jī)交互過程中人的記憶力負(fù)荷大,人的反應(yīng)能力由強(qiáng)逐漸降低。因此動(dòng)畫播放時(shí)間不宜過長(zhǎng)、內(nèi)容鮮明。而對(duì)于大段文字,則要給予足夠的閱讀時(shí)間。

    (3)動(dòng)態(tài)物件間差別適宜。含義層次不同的動(dòng)態(tài)物件應(yīng)在形狀、顏色、動(dòng)作等方面保持較大差別;而含義相同的物件則應(yīng)動(dòng)作相似,以助于縮短人的反應(yīng)時(shí)間。

    (4)符合人的思維習(xí)慣。動(dòng)態(tài)物件在空間、時(shí)間、概念及動(dòng)作上的一致性越高越有助于人的反應(yīng)和理解。

    其中動(dòng)態(tài)地圖有效性的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)動(dòng)畫時(shí)信息量不可超越人的承受能力,否則會(huì)引起認(rèn)知效率的減退。此外要依據(jù)人從上到下,先有普遍后有個(gè)體;先有整體后有部分的視覺思維以實(shí)現(xiàn)較快接收并留有深刻記憶。

    規(guī)劃地圖要表達(dá)的重點(diǎn)是規(guī)劃者的規(guī)劃理念。在動(dòng)態(tài)規(guī)劃地圖中尤其要突出規(guī)劃者的規(guī)劃思想,動(dòng)畫的過程就是規(guī)劃者規(guī)劃思想體現(xiàn)的過程,利用動(dòng)態(tài)的手段來分解靜態(tài)圖中各個(gè)部分,從層次、順序的編排中,不僅要使原先抽象的文字內(nèi)容變成形象的圖形、符號(hào)等,更要使這些圖形、符號(hào)在運(yùn)動(dòng)、演變過程中讓讀圖者了解每個(gè)物件表示的含義及其來源、相互關(guān)系及最終去向,使規(guī)劃圖的每個(gè)部分都能得到清晰、正確的理解。

    依據(jù)動(dòng)態(tài)認(rèn)知特點(diǎn)和效果,規(guī)劃地圖動(dòng)畫設(shè)計(jì)要遵循兩個(gè)原則[4]:

    (1)理解原則:動(dòng)態(tài)表達(dá)的內(nèi)容及信息應(yīng)該容易被感知和理解;(2)表達(dá)原則:動(dòng)態(tài)地圖表達(dá)中所要傳遞的概念要突出和鮮明。

    2.3動(dòng)態(tài)表達(dá)視覺變量的選擇

    動(dòng)態(tài)可視化時(shí)需要考慮影響動(dòng)態(tài)顯示的相關(guān)動(dòng)態(tài)視覺變量,即反映動(dòng)態(tài)可視化的基本視覺元素,包括:持續(xù)時(shí)間,顯示次序,變化速率,以及頻率,顯示時(shí)間和同步性[5]。只有選擇合適的表達(dá)形式和方案,合理設(shè)置閃爍符號(hào)的大小和數(shù)量、動(dòng)畫的速度、顯示順序、各變化之間的時(shí)間間隔,才能發(fā)揮地圖動(dòng)態(tài)表達(dá)的優(yōu)勢(shì),產(chǎn)生良好的視覺效果。在設(shè)計(jì)地圖動(dòng)畫時(shí)規(guī)劃地圖制作過程對(duì)視覺變量的運(yùn)用主要考慮以下幾個(gè)方面:

    (1)“持續(xù)時(shí)間”傳遞出強(qiáng)烈的次序感和一些數(shù)量感,可用于表現(xiàn)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的延續(xù)過程。由于規(guī)劃圖件常有文字配合,在動(dòng)態(tài)規(guī)劃可視化中可特別利用此變量來處理較多文字的圖。持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的文字可使讀圖者有足夠時(shí)間閱讀。本次規(guī)劃中,突出表現(xiàn)在表示規(guī)劃理念的概念框架圖等方面。

    (2)“顯示次序”用于描述定量時(shí)空數(shù)據(jù)的等級(jí)、過程階段次序等最有效。在圖2中利用此變量描述了的演變過程形勢(shì),每個(gè)點(diǎn)的出現(xiàn)表示某地在某年份失守,順著箭頭方向依次發(fā)展,直至最終簽訂《》。

    此外,在場(chǎng)景轉(zhuǎn)換中,“顯示次序”也是重要的因素。即根據(jù)屏幕的載負(fù)量,將各物件或場(chǎng)景的出入次序及布局合理安排,充分利用屏幕空間的特點(diǎn),運(yùn)用時(shí)間差來分別表示,以最大程度的利用有限空間。

    (3)“變化速率”較多的運(yùn)用在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表中,通過變化程度來表示數(shù)據(jù)的變化量。

    (4)“頻率”和持續(xù)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。一般針對(duì)需要特別突出或強(qiáng)調(diào)其重要性的對(duì)象。本規(guī)劃中,在分別介紹公園三個(gè)片區(qū)的過程中,最先展示整張規(guī)劃區(qū)域,再高亮高頻閃爍顯示即將介紹的片區(qū),起到引導(dǎo)提示的作用。

    此外展館平面圖示中,用箭頭隨路線移動(dòng)來進(jìn)行景觀展廳的導(dǎo)游介紹,即在節(jié)點(diǎn)處停止并高頻閃爍的同時(shí),用對(duì)應(yīng)圖片展示當(dāng)前處的景觀,將空間位置與展項(xiàng)內(nèi)容相聯(lián)系。(圖3)

    (5)“顯示時(shí)間”用來表示某個(gè)發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn),在動(dòng)畫中一般與某些靜態(tài)變量(如顏色)等聯(lián)合使用。如上海海岸線變遷圖,作者用顏色及線條的出現(xiàn)時(shí)間來表明吳淞口海岸線變遷的情況和時(shí)間點(diǎn)。

    (6)“同步性”可用于進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比的專題地圖中,但是在文化規(guī)劃中,作者將其運(yùn)用在部分理念的對(duì)應(yīng)表達(dá)上。如圖4,不同觀念對(duì)應(yīng)不同片區(qū),兩者同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)發(fā)展。除動(dòng)態(tài)變量外,靜態(tài)變量也是動(dòng)態(tài)地圖符號(hào)設(shè)計(jì)的一個(gè)視覺元素,主要包括:出現(xiàn)/消失、性質(zhì)、數(shù)量、軌跡、邊界等?！俺霈F(xiàn)/消失”與“性質(zhì)”的變化可歸類為定性的變化,主要由形狀、色彩和方向這些用于描述數(shù)據(jù)間的定性差別的差別變量來體現(xiàn)。而數(shù)量變化、軌跡和邊界變化可歸類為定量的變化,主要由大小、紋理和亮度等這些用于描述數(shù)據(jù)間的定量差別的等級(jí)變量來體現(xiàn)。通常大小在傳遞定量的變化時(shí)被優(yōu)先考慮。[3]動(dòng)態(tài)變量都是通過靜態(tài)視覺變量在一定時(shí)間間隔上的變化特點(diǎn)來反映的,只有在與靜態(tài)變量的聯(lián)合使用中,才能發(fā)揮作用。實(shí)驗(yàn)證明,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、變化速率快的符號(hào)對(duì)讀者的刺激強(qiáng)于持續(xù)時(shí)間短、變化速率慢的符號(hào),因此可利用此特點(diǎn)來科學(xué)地反映實(shí)體現(xiàn)象的重要程度,從而更直觀的表達(dá)對(duì)象的現(xiàn)實(shí)狀況和特征。

    在規(guī)劃專題地圖中,通常綜合使用多種手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)表達(dá),根據(jù)所要強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容,采取相應(yīng)的表達(dá)手段。同時(shí)要完整并準(zhǔn)確地表現(xiàn)出圖上每部分的內(nèi)容,可按順序顯示各個(gè)部分,或顯示完整的一張圖,利用不同的效果來說明各部分內(nèi)容,還可加一部分原圖沒有的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步解釋等,使讀者對(duì)規(guī)劃思路有更正確的認(rèn)識(shí)。

    3應(yīng)用分析

    3.1實(shí)現(xiàn)手段及流程

    目前,地圖動(dòng)態(tài)表達(dá)主要有基于Flash等動(dòng)畫處理平臺(tái)集成、GIS專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)、Java等編程軟件底層開發(fā)3種方式。在《吳淞文化的基本分析與炮臺(tái)灣濕地公園文化創(chuàng)意研究》中,地圖的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相對(duì)較少,主要需要表達(dá)其動(dòng)態(tài)的效果,而在Flash平臺(tái)下即可很好的完成動(dòng)態(tài)效果,同時(shí)也具有較好的瀏覽體驗(yàn)。因此,本次規(guī)劃在CorelDraw中完成靜態(tài)規(guī)劃地圖的設(shè)計(jì)和制作,并在Flash軟件中實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)表達(dá)。

    3.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

篇10

關(guān)鍵詞：東莞市規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)；東莞生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)；規(guī)劃建設(shè)；測(cè)量管理。

1 引 言

2006年6月，東莞市委、市政府作出了整合東部快速路沿線寮步、橫瀝、東坑、企石、石排、茶山六鎮(zhèn)匯合處約31平方公里的土地，實(shí)施集約開發(fā)的重大戰(zhàn)略決策，既是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)生態(tài)文明、構(gòu)建和諧社會(huì)的客觀要求，也是推動(dòng)?xùn)|莞經(jīng)濟(jì)社會(huì)雙轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的現(xiàn)實(shí)需要。2010年4月，新區(qū)經(jīng)省政府批準(zhǔn)為升級(jí)為省級(jí)園區(qū)；2013年12月20日，經(jīng)國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式批準(zhǔn)，東莞生態(tài)園濕地景區(qū)成為珠三角地區(qū)首家國(guó)家城市濕地公園。

園區(qū)開發(fā)初期，主要是修建各種基礎(chǔ)路網(wǎng)工程、水利設(shè)施及水生態(tài)修復(fù)工程。由于前期各勘察設(shè)計(jì)單位沒有采用統(tǒng)一首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)起算及聯(lián)測(cè)，導(dǎo)致部分工程在建設(shè)前期連接時(shí)常超限，尤其是高程差異影響各管線、水利工程的銜接。為了從源頭解決問題，決定對(duì)貫穿東西的龍崗大道、月湖路及貫穿南北的生態(tài)園大道三骨干路網(wǎng)的施工控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)平差，包括聯(lián)測(cè)GPS C級(jí)點(diǎn)及二等水準(zhǔn)高程點(diǎn)，其余次要路網(wǎng)及相關(guān)工程就近聯(lián)測(cè)。各設(shè)計(jì)單位根據(jù)聯(lián)測(cè)情況、各市政專項(xiàng)規(guī)劃要求，及時(shí)相應(yīng)地調(diào)整了相關(guān)圖紙。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

東莞市規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)是市級(jí)規(guī)劃連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通信等技術(shù)進(jìn)行多方位、高深度集成。該系統(tǒng)依托東莞市管線定位與管理綜合服務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)，建設(shè)B/S架構(gòu)的運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)東莞市管線定位與管理綜合服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)三位一體，即基站、控制中心與流動(dòng)站的管理模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的快速定位或?qū)崟r(shí)定位精度水平≤3cm，高程≤8cm；靜態(tài)差分定位精度水平≤5mm， 高程≤10mm，基本滿足園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)日常監(jiān)督測(cè)量管理需求。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 控制測(cè)量

由于園區(qū)大部分處于平地，少部分為丘陵地，四周視野開闊，一般都滿足衛(wèi)星測(cè)量條件?？刂茰y(cè)量先需聯(lián)測(cè)已知點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，一般選擇GPS E級(jí)或四等以上施工控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，所測(cè)控制點(diǎn)盡可能聯(lián)測(cè)了水準(zhǔn)高程。筆者選擇了勻分布的8個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)，采用七參數(shù)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，剔除了平面中誤差大于2cm或高程中誤差大于2.5cm的兩點(diǎn)。

3.2 規(guī)劃放驗(yàn)線及竣工測(cè)量

3.2.1 規(guī)劃放驗(yàn)線測(cè)量

園區(qū)前期啟動(dòng)了大量的基礎(chǔ)市政路網(wǎng)及治水工程建設(shè)，每個(gè)項(xiàng)目必須及時(shí)進(jìn)行規(guī)劃驗(yàn)線及跟蹤管理。對(duì)于隱蔽工程，如各種地下管線或其他工程變更，均需在覆土掩埋前進(jìn)行復(fù)測(cè)。在每次使用該定位系統(tǒng)前需對(duì)項(xiàng)目附近已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，精度滿足要求才可進(jìn)行正式測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏差較大則需重新檢查測(cè)量設(shè)備參數(shù)設(shè)置是否合理，周邊環(huán)境是否有異常，或控制點(diǎn)是否遭破壞移動(dòng)等。隨著重大項(xiàng)目的入園建設(shè)，各種工業(yè)與民用建筑工程須進(jìn)行開工放線及基礎(chǔ)驗(yàn)線，±0驗(yàn)測(cè)，立面驗(yàn)測(cè)等。

3.2.2 規(guī)劃竣工測(cè)量

市政項(xiàng)目完工時(shí)，規(guī)劃測(cè)量單位依據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)已有資料對(duì)比核測(cè)成果，得出驗(yàn)收測(cè)量報(bào)告，供規(guī)劃建設(shè)部門驗(yàn)收參考，同時(shí)建設(shè)單位根據(jù)竣工測(cè)量結(jié)果督促施工單位對(duì)未實(shí)施到位的內(nèi)容進(jìn)行整改完善。大型市政道路通常分成較多標(biāo)段實(shí)施，驗(yàn)測(cè)時(shí)需注意標(biāo)段的銜接及先后順序，如土建標(biāo)需在路面標(biāo)、交通標(biāo)、綠化標(biāo)前驗(yàn)測(cè)。

3.3 用地管理及臨時(shí)建構(gòu)筑物測(cè)量

由于園區(qū)是處于原周邊六鎮(zhèn)的交匯處，邊界復(fù)雜，征地界樁時(shí)常被破壞。此外，也有些違法用地建設(shè)越界而建，國(guó)土巡查或執(zhí)法經(jīng)常需核實(shí)用地界線。地界周邊控制點(diǎn)較少，不利于統(tǒng)籌用地邊界核測(cè)。該定位服務(wù)系統(tǒng)能能夠快捷地對(duì)疑似違法圖斑用地的核實(shí)，給土地管理帶來極大的便利。部分項(xiàng)目需進(jìn)行搭建簡(jiǎn)易房作為項(xiàng)目管理部或臨時(shí)儲(chǔ)物間，為了加強(qiáng)臨建管理，需測(cè)量臨時(shí)項(xiàng)目用地周邊地形，驗(yàn)測(cè)臨建范圍及高度是否超限等。

3.4 土方測(cè)量及水下地形測(cè)量

園區(qū)開發(fā)建設(shè)初期，存在大量的土方調(diào)配工程，經(jīng)常需對(duì)各種場(chǎng)地進(jìn)行填土或挖土條件進(jìn)行復(fù)測(cè)，也要統(tǒng)計(jì)土方的實(shí)際填挖量。該規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)能夠快捷地測(cè)出現(xiàn)狀地面高程分布，利用土方測(cè)算軟件將已測(cè)高程點(diǎn)生成三角網(wǎng)或方格網(wǎng)，就能較易統(tǒng)計(jì)出場(chǎng)地范圍內(nèi)土方的存量及需求或可外運(yùn)方量。園區(qū)水域面積約占總面積的1/4，部分圍堰工程及游船航線須對(duì)水下地形測(cè)量，該系統(tǒng)可結(jié)合測(cè)深設(shè)備進(jìn)行水下測(cè)點(diǎn)，不受離岸距離影響。

4 系統(tǒng)應(yīng)用的效益

自2012年9月以來，在建（構(gòu)）筑物的放驗(yàn)線與批后跟蹤管理、建設(shè)工程規(guī)劃核實(shí)、臨建規(guī)劃許可等規(guī)劃建設(shè)管理測(cè)量過程中一直使用了東莞市規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用為園區(qū)開發(fā)建設(shè)過程帶來了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

首先，規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)實(shí)施之后，原有的衛(wèi)星定位設(shè)備從“1+1=1”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+1=2”，即由原來兩臺(tái)設(shè)備配套作業(yè)可變?yōu)楦髯元?dú)立作業(yè)，提高了設(shè)備利用效率。其次，進(jìn)行規(guī)劃監(jiān)督測(cè)量和地形圖修測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定及精度相對(duì)較高，提高了作業(yè)效率及成果質(zhì)量。再次，通過實(shí)施了規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)，可以減少外業(yè)工作人員，同時(shí)還減少了內(nèi)業(yè)計(jì)算工作量。應(yīng)用規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)，大量節(jié)約了人力和物力，同時(shí)提高了工作效率，為今后園區(qū)規(guī)劃建設(shè)及社會(huì)事務(wù)管理提供技術(shù)支持打下較好基礎(chǔ)。

5 系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

受政府部門資源沒有完全共享及部分測(cè)量成果影響，該規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)沒能采用市級(jí)國(guó)土系統(tǒng)的似大地水準(zhǔn)面精化成果。本系統(tǒng)在某些信號(hào)較差或外界容易干擾的環(huán)境下，為避免測(cè)量異常，高程精度要求較高的項(xiàng)目測(cè)量須進(jìn)行多次測(cè)量并取均值，測(cè)量前后都要對(duì)校核已知點(diǎn)。對(duì)于園區(qū)統(tǒng)籌用地面積不大且大部分處于平地，求轉(zhuǎn)換參數(shù)校測(cè)的已知點(diǎn)需盡量聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)高程，能有效地高衛(wèi)星測(cè)高精度。

6 結(jié)語

城市新區(qū)開發(fā)前期，大量建設(shè)工程同步實(shí)施，工程勘察測(cè)量布設(shè)的各施工控制網(wǎng)經(jīng)常受到破壞，需要快速恢復(fù)。各項(xiàng)目從開工放線開始，在建設(shè)過程中時(shí)常出現(xiàn)工程變更，竣工驗(yàn)收核查，都需要進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。同時(shí)，在土地日常管理過程中會(huì)出現(xiàn)各種違法建設(shè)、臨時(shí)建設(shè)，尤其是統(tǒng)籌用地邊界因返還地、置換地的出現(xiàn)，邊界界線復(fù)雜。各種用地糾紛問題如不能及時(shí)跟蹤測(cè)量，會(huì)影響園區(qū)開發(fā)的推進(jìn)速度。

自使用東莞市規(guī)劃動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)以來經(jīng)濟(jì)效益明顯，一是可以提高測(cè)繪效益，節(jié)省物力，徹底告別控制點(diǎn)和路面圖根點(diǎn)的重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“一勞永逸”；二是可以提高測(cè)繪精度，保證測(cè)繪成果質(zhì)量，高質(zhì)量的控制系統(tǒng)將為測(cè)繪成果的質(zhì)量控制提供根本保障；三是可以利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)集控制測(cè)量、細(xì)部測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量于一體，全面提高測(cè)繪工作效率。

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