導語：如何才能寫好一篇動態規劃，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】動態規劃；矩陣連乘問題；最優子結構；遞歸算法；重疊子問題

1.動態規劃

動態規劃[1]是運籌學的一個分支，是求解決策過程最優化的數學方法。20世紀50年代初美國數學家R.E.Bellman等人在研究多階段決策過程的優化問題時，提出了著名的最優化原理，把多階段過程轉化為一系列單階段問題，逐個求解，創立了解決這類過程優化問題的新方法――動態規劃。動態規劃問世以來，在經濟管理、生產調度、工程技術和最優控制等方面得到了廣泛的應用，例如庫存管理、資源分配、設備更新、排序、裝載等問題。

動態規劃是一種將復雜的問題分解為更小的、相似的子問題，并存儲子問題的解而避免計算重復的子問題，以解決最優化問題的算法策略。

1.1 基本思想

動態規劃算法的基本思想是將待求解問題分解成若干個子問題，先求解子問題，然后從這些子問題的解得到原問題的解。適合于用動態規劃法求解的問題，經分解得到的子問題往往不是相互獨立的，可以用一個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，只要它被計算過，就將其結果填入表中，而在需要時再找出已求得的答案，這樣就可以避免大量的重復計算，從而得到多項式時間算法。[2]

1.2 求解問題特征

動態規劃算法的有效性依賴于問題本身所具有的兩個重要性質：最優子結構性質和子問題重疊性質。

1.2.1 最優子結構

原問題的最優解包含著其子問題的最優解，這種性質稱為最優子結構性質。在分析問題的最優子結構性質時，所用的方法具有普遍性：首先假設由問題的最優解導出的子問題的解不是最優的，然后再設法說明在這個假設下可構造出比原問題最優解更好的解，從而導致矛盾。利用問題的最優子結構性質，以自底向上的方式遞歸地從子問題的最優解逐步構造出整個問題的最優解。最優子結構是問題能用動態規劃算法求解的前提。

1.2.2 子問題重疊

遞歸算法求解問題時，每次產生的子問題并不總是新問題，有些子問題被反復計算多次，這種性質稱為子問題的重疊性質。動態規劃算法，對每一個子問題只解一次，而后將其解保存在一個表格中，當再次需要解此子問題時，只是簡單地用常數時間查看一下結果。通常不同的子問題個數隨問題的大小呈多項式增長。因此用動態規劃算法只需要多項式時間，從而獲得較高的解題效率。

1.3 設計步驟

3.總結

動態規劃方法中每步所作的選擇往往依賴于相關子問題的解，因而只有在解出相關子問題后才能做出選擇所以動態規劃，算法通常是以自底向上的方式解各子問題的解進而求出原問題的解。動態規劃是一種很靈活的算法設計方法，在動態規劃算法的設計中，類似的技巧還有很多。要掌握動態規劃的技巧，有兩條途徑：一是要深刻理解動態規劃的本質，這也是為什么一開始就探討它的本質的原因；二是要多實踐，不但要多應用，還要學會從應用中探尋規律，總結技巧。運用動態規劃算法解決的還有很多現實問題，如背包問題、最長公共子序列問題、凸多邊形最優三角剖分問題、電路布線等問題，在本文中沒有介紹。動態規劃算法雖然復雜，但只要掌握它的本質特征并多加練習，就可以靈活運用，并加以擴展，來提高程序的時效性。

參考文獻

[1]百度百科.http：//

[2]王曉東.計算機算法設計與分析（第四版）[M].北京：電子工業出版社，2012.

篇2

關鍵詞：動態規劃法；山區復雜地段；管道；選線

0 引言

管道在建設過程中，除了要滿足工藝要求，還要對管道建設的經濟性進行考慮。管道的技術經濟計算方法主要包括方案比較法、數學分析法、灰色關聯分析法、動態規劃法、最小金屬耗量法。在工程實際中，除了要確定站間距、最優管徑等參數，管道的線路往往也在優化的范疇之內[1-3]。為了使管道滿足工藝要求又不失經濟性，故對管道的線路進行優化顯得尤為重要。運用動態規劃法對某山區管道線路進行快速優化分析，取得最優設計成果，為管道設計者提供有價值的設計依據。

1 動態規劃法原理

動態規劃算法通常用于求解具有某種最優性質的問題。在這類問題中，可能會有許多可行解。每一個解都對應于一個值，希望找到具有最優值的解。根據最優化原理，動態規劃法可用以下的數學關系式來表達：

式中：

xk――第k段的狀態變量；

uk――第k段的決策變量；

fk（xk）――第k段狀為 態時的最優值；

fk+1（xk+1）――第k+1段狀態為xk+1時的最優值；

gk（xk，uk）――第k段當狀態為xk，決策變量為uk時的函數值。

2 動態規劃法在管道選線中的應用方法

從地點1鋪設一條輸氣干線到地點n，中間經過（n-2）個壓氣站，首站為1，末站為n，第2個站有k個選擇，記作21、22…2k，則第n-1個站可供選擇的地點記作（n-1）1、（n-1）2、…（n-1）k，兩點間有連線則表示可以用輸氣管道連接，連線旁邊的數字表示鋪設管道所需的最優折合費用，要求從首站1到末站n全線總的綜合費用最少。

第一步：將第（n-1）段[（n-1）～n]作為研究對象，列出從第（n-1）站到n站的最優費用，選取其中的最小值并記最小值相對應的（n-1）k （表示第（n-1）站選取第k個位置點，例：63表示第六個站選取第3個位置點） 。

第二步：將第（n-2）段[（n-2）～（n-1）]作為研究對象，列出從第（n-2）站到（n-1）站的最優費用 ：

動態規劃過程是逆序決定過程，故從最后一段開始計算。則得出輸氣管道最優鋪設線路為1―2k―3k―…―（n-2）k―（n-1）k―n。

3 實例分析

從地點1鋪設輸氣干線至地點6，中間經過4個壓氣站，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。得出最優線路為1―25―34―42―53―6，且全線總綜合費用為14個單位。

4 動態規劃法的工程應用及局限性

在工程實際中，特別是在山區復雜地段及地形起伏較大的丘陵地區，使用動態規劃法對輸氣管道線路進行最優路線選擇，可減少投資成本。由于長輸管道途徑地形復雜，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算和列舉。利用計算機軟件可大大減少人工運算量，提高工作效率。而在實際過程中，對于地形高差較大的輸氣管道敷設，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方式更能保障管道的運行安全，減少安全隱患和潛在的維修費用。故在管道選線中使用動態規劃法容易忽略間接因素的影響。

參考文獻：

[1]陳炯，吳學偉，羅東曉.方案比較法在輸氣管道設計中的應用[J].廣州大學學報（自然科學版），2008，7（06）.

[2]何朝良，周桂興.動態規劃法中返求最優可靠度分配的實用算法[J].自動化技術與應用，2004（09）.

篇3

關鍵詞:生態節能;生態住宅投資;動態規劃模型;評價指標

中圖分類號:TU982文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2010)21-0111-02

隨著我國社會、經濟的發展,人們對居住環境及住宅建筑的規劃設計提出了各種新的要求,已從過去僅作棲息之所演變為生活、休息、交往、娛樂、學習、工作等多功能的場所和建筑,于是大量節能建筑及綠色建筑成為最新技術的載體,且當與我國當今的節約型社會發展政策相符,并根據當代的使用需求對建筑設計進行生態節能優化投資。因此就需要在前期投資做好最優規劃,以達到最大的收益。本文針對現狀建立了動態規劃模型,可求得符合要求最切合實際的住宅投資收益。

1生態節能住宅設計的提出

1.1城市建設現狀

一幢幢高樓拔地而起,一座座大橋橫跨兩江。然而,隨著城市化建設的提速,一些功利性的開發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中給后人留下遺憾,充分展現各個城市獨有的自然風貌,讓人、城市和自然和諧發展,和諧相處,針對各個城市的現有資源優勢,從人文關懷、鄉土歷史和自然生態的保護利用、休閑娛樂、節約資源等多個方面提出了合理、詳細的集交通功能與休閑和生態保護相協調的綠色節能建筑投資規劃方案。

在我國有限的資源條件下解決建筑開發與社會、生態環境之間的最優適應和協調發展問題,在錯綜復雜的多元化可變因素條件下,找到滿意的設計方案。根據現代設計法的理論與工程實踐經驗,建立科學的、全面的動態規劃是最關鍵的環節,它貫穿于系統分析、設計的全過程中,最終選出最優投資方案。

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觀念發生了根本改變,從而帶動房地產業及整個經濟發展。隨著經濟發展和人們生活水平的提高,我國住房正在從生存型向舒適型轉變。人們從當初只是購買住房,逐步發展到間接地購買周圍的環境,包括綠色、藍天、空氣、陽光等自然環境及基礎設施、購物、交通、文化、教育、物業管理等社會和人文環境。而收入差距的拉大又形成了具有不同消費能力的階層分化,我國住房消費市場細分化趨勢更加明顯。工薪階層較注重住房建筑質量、戶型、地段、交通、物業管理等;事業成功人士及高收入階層開始追逐環境質量、居住、生活品位及個性化等。因此,住宅市場細分為住宅建設結構調整和消費增加提供了空間。

城市規劃調整,城市規模擴大,城市交通等市政基礎設施建設加快直接促進住宅建設快速發展。在這一點上,北京最具有代表性。交通狀況一直是影響房地產開發的一個很重要的因素。而且,政府扶持為住宅投資和市場發展提供了政策保障。

住宅投資主要取決于市場綜合評價運行指標,其次也受人口數量和年齡結構、經濟運行狀況、投資環境、金融條件等因素的影響。總之,隨著我國經濟穩定快速增長,人民生活水平的提高,住宅投資需求旺,增長空間大。

1.3生態節能建筑優化設計的綜合評價指標

人們的社會屬性,決定了住宅及其環境不僅具有庇護功能,還必須為生活關系中充滿條件與行為世界提出價值意義和秩序要求,應是一個物質生活和精神生活的綜合體。所以,創造符合人們要求的優質建筑產品,需要科學的,全面的綜合評價指標體系作為前提和依據。我們利用AHP表達住宅建筑優化設計方案綜合評價指標體系,如下圖所示:

然而住宅投資價值來源于建筑的品質,有投資價值的物業一定要具備適宜性。即要適于人們居住和使用,契合人的動作和行為。這就要求,首先,物業的功能空間布置的順序要合乎人的行為習慣;其次,功能空間和用具的尺度要符合人體活動舒適性的要求;第三,要有良好的通風采光,以維護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;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、優越感等心理要求;第五,要盡可能地拓展空間的可達性,即對外交通、交流的網絡的通暢。對于現代的物業要求有較高的智能化水平。

室內空間的功能設計的好壞之所以重要,是因為室內空間的功能配置、布局、尺度直接影響使用人的活動效率、居住的舒適程度和生活質量。人們固然可以通過長時間的被動訓練,而習慣和接受室內空間的不當設置、布局和尺度;但是不適當的設計所造成的空間浪費、利用率不高或活動的低效率以及動作的重復,是不會隨著時間的延長而淡化的。由于設計不合理所造成的損失會在無形中減少投資者的投資回報。另外,隨著人們現代生產、生活節奏加快,工作時間常常處于緊張的狀態。因此,未來的人們將更需要用生活享樂和親情生活來補償和平衡心身。所以在未來的居住空間中,人們將更加注意身體的保養、注重高品位的娛樂及家庭親情的培養。

依據綜合評價指標,建立明確的投資目標,以達到優化資金、收益最大的目的。

2建立投資優化模型

所謂“資源分配問題”,就是把一定數量的若干資源合理地分配給若干個使用者,使指標函數達到最優。設某個地產投資的總量為a,擬用于n項經營活動,若給第j項活動分配xj個單位,其收益為gj(xj),找到最優的分配方式,使得這n項經營活動總的收益值最大,則有:

利用此問題的特性,把它看做一個多階段決策問題,建立如下的動態規劃模型:

以階段變量k表示資金分配給第k項經營活動的過程;

以狀態變量xk表示在開始給第k項經營活動分配資金時尚剩余的資金數量;

以決策變量uk表示分配給第k項經營活動的資金數量,則允許決策集合為Uk(xk)={uk|0≤uk≤xk},狀態轉移方程為xk+1=xk-uk;

以Vk(xk,uk)表示從現在有xk個單位資金分配給第k項經營活動uk個單位資金后的預計收益。

以fk(xk)表示從現在有xk個單位資金分配給第k項經營活動后,所得的最大收益,則函數基本方程為:

3模型應用

某建筑住宅小區總投資四千元,計劃分配給經濟效益(Ⅰ)、社會效益(Ⅱ)和環境效益(Ⅲ)三大效益,經調查,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,可通過動態規劃模型求出資金的最有分配策略及其最大收益值。

函數的基本方程為:

計算如下:

k=3時

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,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,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:

得到最優分配方案為:分別給(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)分配1、0、3(由于不可能在社會效益方面不投資,所以此解舍去)或者1、1、2。因此,最優解為經濟效益1千萬,社會效益1千萬,環境效益2千萬,最大收益為14千萬。模型計算結果顯示,環境效益在投資決策中占有很重要的地位,通過在投資項目實施后,也充分展示了動態規劃模型從某種意義上在投資決策中的使用價值。

4結語

生態節能文化表現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,有一個調節身心、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化,能夠利用計算結果,結合工程的實際情況,對住宅的投資做出最滿意的決策,因而本模型具有一定的實際應用價值。如何在以后發展中更好的解決建設與生態節能問題,還需要一代代建設者的不斷探討,不斷努力。

參考文獻

[1] 戚昌滋.設計學[M].建筑工業出版社,2003.

[2] 劉啟波,王玲,田靜峰.住宅建筑優化設計方案綜合評價指標體系的研究[J].基建優化,1998,(4).

[3] 王玉玲,朱江雁.淺談住宅節能設計[J].新疆化工,2006,(1).

[4] 唐煥文,秦學志.實用最優化方法[M].大連理工大學出版社,2004.

[5] 張進嘉,陳大昆.住宅的優化設計[J].住宅科技,2001,(2).

[6] 朱通德.最優化模型與試驗[M].同濟大學出版社,2003.

[7] 劉琳.什么因素影響住宅投資[J].中國投資,2008,(5).

篇4

一、采礦企業問題的提出

假設某采礦企業調查研究了解市場情況，估計在今后四個時期市場對動力煤的需求量，如表所示：

假定煤礦企業在所有時期，開采每批動力煤的固定成本費為3千元人民幣，若不開采，則費用為0，每單位生產成本費為1千元人民幣，同時在每個階段時期企業的開采能力為最大開采批量不超過6個單位。又設每個階段的每個單位動力煤的庫存費用500元人民幣，同時規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需要合理的安排企業的開采量和庫存量，從而使企業所花費的成本最低。

二、動態規劃法的發展及其研究內容

動態規劃是運籌學的一個分支，是求解決策過程最優化的數學方法。20世紀50年代初美國數學家R.E.BELLMAN等人在研究多階段決策過程的優化問題時，提出了著名的最優化原理，把多階段問題轉化為一系列的單階段問題，逐個求解創立了解決這類過程優化問題的新方法——動態規劃。1957年出版的他的名著《Dynamic Proggramming》，這是該領域的第一本著作。動態規劃問世以來，在經濟管理·生產調度·工程技術和最優控制等方面得到了廣泛的應用。例如最短路線·庫存管理·資源分配·設備更新·組合·排序·裝載等問題，采用動態規劃法求解比用其他方法更為簡便。

篇5

關鍵詞:0/1背包問題;動態規劃;最優決策序列

中圖分類號:TP

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)05-0301-01

1 問題描述

一個學生每月生活費總額為300元,每月的花費項目有伙食費200元、電話費30元、牛奶費40元、零食費30元、書報費30元、其他20元,其中伙食費產生的效益是25,電話費產生效益是3,牛奶費產生的效益是4,零食費產生的效益是2,書報費產生的效益是2.5,其他費用產生的效益是1。

這個問題可以形式化的描述為一個0/1背包問題:

設M為背包容量,其值為300,6個物品的重量成一向量(w1, w2, w3, w4, w5, w6)=(20,30,30,30,40,200),其價值成另一向量(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,這個問題的要求為:Max∑nwixi

且滿足以下兩個約束條件:

(1)∑ni=1wixi≤M

(2)xi∈{0,1}1 ≤i≤6

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

2 問題分析

動態規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,一旦各個階段的決策選定之后,就構成了解決這一問題的一個決策序列。決策序列不同,所導致的問題的結果也不同。動態規劃的目標就是要在所有容許選擇的決策序列中選取一個會獲得問題最優解決的決策序列,即最優決策序列。

無論過程的初始狀態和初始決策是什么,其余的決策都必須相對于初始決策所產生的狀態構成一個最優決策序列。用動態規劃方法有可能解決該問題,而解決問題的關鍵在于獲取各階段間的遞推關系式。

前文提出的有效使用生活費的問題正是一個最優性原理成立的0/1背包問題。在獲取這個問題的遞推關系時將使用向后處理法來解決。

對0/1背包問題,可以通過作出變量x1,x2,……,xi的一個決策序列來得到它的解。而對變量X的決策就是決定它取0值還是取1值。假定決策這些X的次序為xn,xn-1,……, x1。在對xn作出決策之后,問題處于下列兩種狀態之一:背包的剩余容量是M,沒產生任何效益;剩余容量是M―w,效益值增長了p。顯然,剩余下來對xn-1,xn-2,……, x1的決策相對于決策x所產生的問題狀態應該是最優的,否則xn,xn-1,……, x1 就不可能是最優決策序列。如果設fi(x)是KNAP(1,j,X)最優解的值。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。對于所有的X≥0,有f0(x)=0,當X

在具體算法中會運用序偶這個概念。(pi,wi)就稱為一對序偶。設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)就相當于在支配規則下將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的同時有pi≤pk,那么序偶(pk,wk)就被舍棄。這其實就是一個求最大值的運算。

生成Sn以后,最優解fm(M)是由Sn的最后一對序偶的P值給出的,用最后的這對序偶回溯確定最優決策序列(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,就可以得到最優決策序列(x1, x2,……, xn)。

3 算法描述

用算法實現上述過程時,主要有初始化、生成S,回溯確定最優決策序列三部分。

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的效益和質量分別相鄰的存放

(3)F(n)存入每個序偶集的第一個元素的位置

(4)l、h分別是當前處理的序偶集的第一個和最后一個序偶的位置

(5)next下一空位

(6)k當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中此對序偶歸并到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) 最優選擇序偶

for in to 1 do

u0

//u是一個標識位,判斷由最優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X[I]=1,如果存在u=1,則此時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

[1]余祥宣,崔國華,鄒海明.計算機算法基礎[M].武漢:華中科技大學出版社,2006,(4).

篇6

【關鍵詞】神經動態規劃 最優路徑 子問題 Matlab仿真

為了減輕交通壓力，人們越來越關心交通系統的智能化進程。智能交通系統主要的研究方向之一就是動態路徑誘導系統，它可根據外出的人們的需求，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象的發生，從而優化交通狀況，最終使交通時時地保持一個合理的動態分配。目前，最優路徑選擇的方法有很多，但是真正需要解決大型問題時，計算機需要搜索的選擇范圍太大，傳統的動態算法基本上無法處理。1995年，神經動態規劃算法被提出，該算法把復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，使計算過程大幅簡化，且更容易被計算機處理。采用這種方法，可準確、快速、實時、穩定地選擇出最優路徑，值得推廣。

1 神經動態規劃概述與核心思想

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

在路徑優化中，動態規劃是一種非常經典的計算方法，但在處理實際問題的時，我們肯定會遇到缺少一個完整信息或者維數災等一系列問題，所以，引進神經網絡對動態規劃具有較大的解決實際問題的意義。神經動態規劃如圖1所示。

2 基于神經動態規劃算法的最優路徑實現

（1）將原來的問題分解成很多個小問題，即子階段，并且找到每個子階段的最優解決辦法。求解多級問題的步驟為：根據每個問題的特點，劃分子階段。在劃分子階段時，必須按照一定的規則，比如根據執行決策的時間、空間的順序等。本文用x來表示子階段變量。

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

（3）求解原問題決策變量和集合。從目前階段到下一個階段狀態選擇時，決策者需要做出恰當的決策，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）研究狀態轉移的方程。假設狀態轉移方程是：Hx+1=Tx（Hx，Ux）。次方程式中Tx不定，根據具體問題才能確定，如果Hx確定，一旦變量Ux確定，那么第x+1階段狀態變量（Hx+1）也將確定。

（5）研究指標函數。因為n和vi的遞進性和可分離性，所以很容易找到指標函數n和vi之間的關系，顯然，指標函數的求解也相對簡單化。

（6）動態規劃函數的基本方程。邊界條件為；

，第x-m階的最優動態規劃函數是。

3 仿真結果

將上述模型，在Matlab仿真軟件上進行模擬仿真，分解原始問題并確定各個子階段的最佳方案，將這個問題用網格的形式如圖2進行表示：A為起始地點，E為目標地點，從起始地點到目標終點有很多路徑，假設經過每個節點需要一定的運輸成本，在Matlab仿真軟件上進行仿真后依據動態規則算法的要求，設定好相應的算法模型以及相應的計算公式，這樣便可以找到最優路徑。

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。仿真結果可以看出神經動態規劃算法具有較多優點：得到清晰運算結果；很容易找到全局的最優路徑；可以找到一組完善的解，有利進一步的分析。

4 結語

我們在使用神經動態規劃算法來探索最優路徑的時候，具有很多優勢，首先其具有穩定、可靠的步驟，過程并不復雜，但是給予我們的結果十分清晰明確，且適用于現實生活。使用這種動態規劃算法解決復雜的問題時，可以非常容易找到解決方案，而且效率很高。當然，該算法也有一定的局限，但只要我們不斷地改進完善，日后繼續研究神經動態規劃算法，相信一定可以攻克更多的局限，能夠使其更好地被應用。

參考文獻

[1]謬慧芬，邵小兵.動態規劃算法的原理及應用[J].中國科技信息，2006（23）：32.

[2]楊琰，廖偉志，李文敬，楊文，李杰.基于Petri網的顧及轉向延誤的最優路徑算法[J].計算機工程與設計，2013（10）.

作者簡介

楊超（1994-），男，廣東省吳川市人。現在就讀于長沙理工大學計算機科學與技術系。

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.

關鍵詞：梯級水庫；優化調度；動態模型；規劃；求解

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

中圖分類號：TV622 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）01-0219-03

0 引言

當前，中國已經建有各種水庫8.6萬個，大規模水庫482個，中規模水庫3000個。中國的大部分水庫并不是獨立的個體，而是融入梯級水庫群里，可謂聯系緊密。在梯級開發的流域內修筑一個新的建筑抑或采取一類防洪舉措，都能對梯級水庫群帶去一定的改變。梯級水庫構建完成以后，河流洪水的特征以及區域構成都將產生改變，特別是在上游擁有調水功能的水庫，洪水的時間、空間分布將產生顛覆性的改變。在工程的防洪設計的同時，假如工程上游擁有調水以及蓄水能力較強的業已修建完成抑或近段時間就要修建完成的梯級水庫抑或梯級水庫群，就要權衡到水庫調節洪水的功用與對下游設計斷面的作用。假如設計規劃針對的是洪水調節功能健全的水庫建筑，而且要擔負下游防洪的職責；那必須研討該建筑對下游防洪的效益。

1 水庫防洪任務和目標

通常情況下，水庫在汛期遇到洪水的時候防洪要分成三種：一種是工程自身的防洪需要，通常用壩前水位顯示；一種是庫區防洪需求，通常是由于庫區淹水抑或庫尾回水而引發，淹水范疇和水庫壩前水位、入庫流量相關，在庫區防洪標準既定的情況下（相應的入庫規劃洪水給定），庫區防洪也由壩前水位顯示；一種是擔負下游防洪區的防洪工作，一般是以河道安全泄洪量標識，抑或依照堤防安全高程和水位流量的相關數據，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，在上述三種防洪需求中，下游防洪工作應讓水庫盡可能頻繁削峰，阻攔或儲蓄洪水；庫區以及大壩防洪需求，需要水庫盡可能下泄，讓壩前水位下降，保護水庫庫區淹水導致的財物耗損；并且騰出防洪庫容，用來調蓄后續洪水。所以，兩者有著一定的矛盾；另外，防洪級別不一而足，下游以及庫區的防洪準則比大壩防洪準則要寬松，然而下游以及庫區防洪標準孰高孰低，要根據實際狀況確定。進而為明確防洪需求孰先孰后、調整防洪需求以及防洪和發電功能的發揮奠定了基礎。

2 水庫防洪調度現狀分析

2.1 傳統水庫防洪調度策略

常規調度方法是一種半經驗和半理論的方法，借助水庫的防洪能力圖、防洪調度圖等經驗性圖表進行調度。具體來講，目前主要有以下調度策略：

①最大削峰標準。

就是說：洪峰流量要盡可能縮減。

②最小災害肆虐時間標準。

就是說：防洪管控截面流量越過允許范疇內的安全流量的時間盡可能縮短。

③最強防洪安全標準。

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，預防以后更大規模洪水的侵襲。

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

2.2 存在的問題

傳統調度策略主要是將線性規劃、非線性規劃、動態規劃等應用于水庫防洪調度中。這些防洪調度技術為水庫防洪調度提供了一種解決辦法，但是難以適應實時防洪形勢的變化，并且難以模擬調度人員的經驗知識。并且傳統調度方法未能徹底解決以下幾個矛盾：

①設計與實際運用不相適應的矛盾。

運行階段由于水文資料的積累，特別是發生了幾次特大洪水以后，人們對本流域水文規律認識加深。將運行后的資料加入原設計所依據的水文系列，導致洪水統計參數有了明顯變化，因而設計洪水也有變化。如按原設計確定的汛限水位進行洪水調節計算，最高庫水位超過了原設計最高洪水位，則說明原設計標準偏低。

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用的主要任務。當水庫上、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，具體表現為從下游防洪出發，要求水庫多蓄水、少泄水，而從水庫安全出發則要求水庫水、多泄水。解決這一問題的關鍵在于：分析矛盾，掌握規律，研究預報，確定出水庫何時開閘，泄流量多大，何時關閘等一套合理的蓄泄原則。在汛期按照預定的泄流方式調度水庫時應達到如下要求：如果某次洪水與下游防洪標準相當，則應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計或校核洪水相當，則水庫調洪最高水位以不超過設計或校核洪水位為原則；如果某次洪水為可能最大洪水，亦應采取有效措施確保大壩安全。

③防洪與興利的矛盾。

我國北方年降水大部分集中在汛期，而汛期內降水又集中于幾場暴雨。為了水庫防洪安全，整個汛期庫水位降的較低，不敢蓄水，導致許多水庫，尤其是北方以灌溉、供水、發電為主的大型多年調節水庫，汛后無水可蓄。解決防洪與興利矛盾的關鍵是對未來水文規律的了解和預測， 如果對未來的來水情況能夠準確預測，水庫的調度運用就變得簡單，防洪與興利的矛盾就會迎刃而解。但是目前中長期水文預報還不可靠，未達到可利用的程度，防洪與興利的矛盾將長期存在，伴隨著整個防洪調度過程。

3 梯級水庫防洪優化調度模型

權衡到如圖1中的梯級水庫防洪調度疑問。

水庫1與水庫2不但要滿足施工自身的防洪需求，還要權衡到庫區鐵道防洪需求以及下游縣級市的防洪需求。如果上游水庫1入庫洪水流程能夠測出，兩個水庫間的洪水流程也能夠預先知道，在迎合下游縣級市防洪需求的基礎上，以兩水庫聯手調節和儲蓄一段洪水時的調洪庫容最小化為優化標準，找到洪水在體積水庫的最合適時段以及空間調配方法，就是說訂立兩水庫的最優防洪調度模式。

假定3小時為單位時限，將洪水流程分成T個時段（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時間段末庫容，構建下面的數學模型。

3.1 目標函數

梯級水庫調用的總調洪水庫容極小值是：

通過這樣的處置以后，能夠看到：動態規劃順序遞推法求解梯級水庫防洪調度模型，這類換算辦法筆者將其叫做簡易化二維動態規劃算法；換算的難度稍微增長，然而換算量沒有顯著提升。

5 案例分析

5.1 案例概述

以漢江流域某個梯級水庫防洪調度情況為例子，這兩個梯級水庫一個是季調節能力水庫，一個是不完全年調節能力水庫，核定洪水位下的防洪庫容不大，對100年才遭遇一次抑或之下的洪水，這個梯級水庫洪區區域構成是上游、區間、全流域型三種，以第三類為防洪重點。

5.2 水庫防洪優化調度過程

針對50年一遇的洪水，在汛期來臨前運用上述優化調度模型對該梯級水庫進行全流域優化調度后，對洪峰及洪水流量進行了有效的調節，圖2即為洪水來臨時洪水和調節后的出庫流量流程。

從圖2看出，第一時段的洪水來臨的時候應適度增大泄量預泄，騰出一些庫容，本時段重點是看洪水入庫的時候水庫的起調水位；第二時段應管控水庫泄量，該時段重點是水庫應管控泄流量多寡，其呈現出了蓄水以及防水的沖突抑或庫區防洪和下游防洪需求的沖突，是一類高層級協調課題；第三時段――水庫水位消落，其重點是水庫泄流量多寡，它對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鍵――當產生區間抑或全流域型洪水的時候，要由上游水庫攔擋洪水再騰出庫容。

5.3 優化調度效果

總的來說，未調節前，該汛期出現了2個洪峰，出庫水量巨大，使得下游面臨非常大的防空壓力。對汛期洪水進行優化調度后，在庫區只出現了1個洪峰，并且出庫水量始終在可控范圍內，大大減輕了下游的防洪壓力。

6 結束語

綜上，利用上面列出的算式，能夠對梯級水庫防洪優化調度的動態規劃給出有建設性的意見；而通過兩庫聯手調節洪水的模式，能夠極有成效地管控洪峰，并且能夠優化梯級水庫布局，保護沿河流域的居民生命財產安全。

參考文獻：

[1]原文林，吳澤寧，黃強，等.梯級水庫短期發電優化調度的協進化粒子群算法應用研究[J].系統工程理論與實踐，2012，32（5）：1136-1142.

[2]楊侃，鄭姣，郝永懷，等.三角函數選擇算子的遺傳算法在梯級水庫優化調度中的應用[J].天津大學學報，2012，45（2）：167-172.

[3]周興波，陳祖煜，黃躍飛，等.特高壩及梯級水庫群設計安全標準研究Ⅲ：梯級土石壩連潰風險分析[J].水利學報，2015（7）：765-772.

[4]周建平，王浩，陳祖煜，等.特高壩及其梯級水庫群設計安全標準研究Ⅰ：理論基礎和等級標準[J].水利學報，2015（5）：505-514.

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.

關鍵詞： 路由；路由算法；無線傳感器網絡；跳數值

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

中圖分類號：TP393.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）06-0192-02

0 引言

隨著社會通信技術的發展與進步，我國在傳感器和計算技術方面有了突飛猛進的發展，當世界各國出現計算能力、感知能力的微型傳感器，表明通信技術的發展已逐步全球化。我們所說的這個傳感器網絡可以感知和采集網絡內的環境信息，還能實時的監測對方的信息，然后經過分析有效的傳送到需求客戶手中。這種網絡的優勢就在于他能在任何環境、任何地點、任何時間來獲取大量的可靠信息。所以，其通常被應用于國家安全、國防軍事以及交通、衛生和家庭等多個領域。

伴隨著網絡處理器的飛速發展，能夠利用很少的成本產生大量的有效傳感器節點，并且在某些特定區域內散播，從而形成無線傳感器網絡。隨著這種技術的發展，使得管理和控制算法被急需，這同時也是對傳感器網絡發展的一個巨大的挑戰，經過分析研究，大部分科學人員認為算法的核心就是傳感器網絡中的路由問題。

1 無線傳感器網絡路由問題及其研究狀況

無線傳感器網絡的一個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，特殊的傳感器還會包含移動器、位置定位系統和能量生成器等等。收集和感知數據是任何一個傳感器所具備的基本功能，它通常通過多跳的方式向匯點傳送信息，而后匯點通過網絡與用戶進行信息傳遞，同時任務管理中心也是運用這種方法為各個節點布置任務。

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背景下所存在的延遲、容錯性、消耗水平、網絡的壽命等等情況，要積極有效的改進匯點與源節點之間的信息疏導，要依據各個國家實際情況的不同制定不同的路由協議。路由協議可以分為多跳路由協議以及單跳路由協議，LEACH屬于單跳路由協議，多跳路由協議則包含很多種，同時多跳路由協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。我們在設計傳感器路由的同時要考慮的關鍵問題就是傳感器網絡中能量是否有效，同時還要考慮它信息的可靠性。最近新提出的ACO（蟻群優化算法）是將如何對復雜組合進行優化這一問題作為首要解決問題的一種啟發式算法。這種算法在實驗中得到了較為滿意的結果。

2 基于動態規劃的路由算法

在研究決策的過程中，動態規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化為M個單階段的問題，然后運用不變嵌入原理進行求解，這是最為優化的一個戰略。經實驗證明，這種處理問題的方式是解決無線傳感器網絡路由問題的最優方法。

2.1 傳感器網絡節點跳數生成算法和網絡結構特點 在實驗中，我們一般用G=G（V，E，w）來表示帶權重的連通圖，它代表的是無線傳感器網絡，節點集—V，邊集—E，w則代表一個費用值。V中的任何一個節點都代表著一個傳感器，對于vk，vl∈V，ekl=（vk，vl）∈E僅僅代表vk，vl可以交互纖細。由于能量有限，并不是任何兩個傳感器都可以實現信息交互。

算法1：節點跳數生成算法

A：s代表匯點，跳數表示為h（s）=0，對于？坌■∈v-{s}，標記為h（vi）=∞，并且使之滿足h=0。

B：循環生產跳數，如h節點的跳數所傳播信息用hop-num來表示；收到的節點為vi更新其跳數，更新法則為h（vi）=min{h（vi），h+1}，則其停留時間h=h+1。

C：最終停止的條件就是當多有的節點都不改變跳數，算法結束。

定理1：設置節點vi的跳數為h（vi）=k，k=1，2，…，H-1，因此，vi的臨界節點集可以表示為k-1，k，k+1的三個子集的合并，即N（vi）=Nk-1（vi）∪Nk（vi）∪Nk+1（vi），而且，當h（vi）=H時，N（vi）=NH-1（vi）∪NH（vi）。

2.2 傳感器網絡最小跳數和最小跳數最大剩余能量路由 借助于傳感器網絡，實現點對點的有效傳遞，在設計路由算法時要首先考慮的問題就是傳輸延遲。一般情況來講，信息傳輸的跳數與傳輸延遲是成正比的。

算法2：MinHR（s，t）

將源節點s、t與匯點輸入，記錄h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循環：While（j

在Nh-1-j（vj）中任意選擇一個節點，記為t=v0v1…vh-1vh=s。

由此我們可以看出，在每次數據交換，傳送的信息到達匯點的跳數都會減1，因此，在跳數路由算法經過n次的迭代，終究會結束。

在傳感器路由的設計中，能量問題也是一個非常關鍵的問題，同時網絡節點中的能量消耗并不均勻，如網絡出現故障，其剩余的能量通常會很多，為了保證網絡的壽命，就要選擇下述算法。

算法3：MinHMaxRER（s，t）

輸入源節點s、t和匯點，記錄h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循環：While（j

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

J=j+1

C：結束條件：當j=h時，本算法結束。

輸出：從t-s的最小跳數最大剩余能量路徑t=v0v1…vh-1vh=s

2.3 傳感器網絡最小跳數最小費用路由 在設計傳感器網絡路由時還要考慮一個關鍵因素—能量消耗，一般來講，在路由算法的實驗中要求費用最小，我們可以設計如下算法：

算法4：MinHMinCR（s，t）

源節點s、t和匯點，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：For（j=1，2，…，h）

Nh-j=■Nh-j（vj-1，i）

對于？坌vj，l∈Nh-j，計算：

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

C：后向循環：vh=s

For（j=1，2，…，h-1）

vh-j=■{f h-j+1（vh-j，i）}

D：終止條件：當v0=t時算法結束。

輸出：從t-s的最小跳數最小費用路徑t=v0v1…vh-1vh=s

3 最小跳數最小費用路由與最小費用路由之間的關系

在傳感器網絡應用工程中，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最小費用的充要條件。

定理2：從圖1可以看出，最小跳數最小費用路徑的充要條件就是傳感器網絡一定滿足“三角不等性“。

4 能量消耗分析

本章節研究算法的能量消耗。如果全部的傳感器都具備同樣的發射半徑和感知半徑，并且它的發射數據包消耗的能量和數據包的包長成正比，我們可以計算出，在動態規劃背景下，三種路由算法都能改進能量消耗過快的情況，并且它比數據前傳等路由算法所消耗的能量要小很多。

5 結論

最近幾年，一些專家學者開始研究無線傳感器網絡，至今為止，路由問題仍然是其最為核心的問題，經過研究實驗證明，數據傳送多跳特點仍然是路由算法的最佳方式。因為傳感器網絡的網絡環境是現實中具體的網絡，所以想要設計一款通用的路由算法可謂是難上加難。我們要根據不同的具體應用，設計不同的路由算法。本文通過研究計算，給出了最小費用路徑的一個充要的條件，但是，如何設計求解最小費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：

[1]裴莉.無線傳感器網絡應用綜述[J].科技信息，2010（33）.

[2]司海飛，楊忠，王琣.無線傳感器網絡研究現狀與應用[J].機電工程，2011（01）.

[3]肖軍，李科，王建華.無線傳感器網絡通信與路由研究[J].電腦知識與技術，2008（18）.

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特性,且往往成為城市發展的新的經濟增長點。所謂文化規劃,就是在對城市文化資源深刻認知的基礎上,探討城市文化資源如何有助于城市的整體發展,從而進行鑒別創新項目、設計創新計劃、整合創新資源、指導創新戰略實施等的過程[1]。因此,城市文化規劃是決定整個城市建設戰略成功與否的關鍵性因素。[1]規劃制定的關鍵在于規劃理念、思路、方案等信息表達、傳輸理解,而這已不局限于以傳統的文本為媒介載體,而需要圖文并茂。其中專題地圖表達對規劃實施尤為重要,它可以科學有效地將規劃思想落實到具體空間上,強化對規劃成果的理解。文化規劃同樣需要有規劃文本和規劃地圖的配合,才能將規劃理念更好的傳達。

    地圖承載了制圖者所認知的客觀世界和他據此形成的概念,并通過圖及其符號系統傳遞給用圖者,用圖者通過解譯地圖符號并結合自己的經驗加以理解,獲取信息,從而形成對客觀世界的新的概念[2]。規劃制圖遵循相同的信息傳遞過程,制圖者利用科學完備的符號系統、色彩體系、圖表等表示規劃要素的分布變化、相互關系等信息,以圖直觀形象、層次清楚、空間定位性強的優勢來表達難以用文字表述的與空間相關的內涵,以求科學地反映規劃者的創意思路,加強規劃成果的表現力。

    目前,規劃地圖大多采用傳統靜態表達方式,在信息傳輸的認知效果、空間要素關系描述、規劃理念理解等方面存在一定局限。因此,研究將動態表達形式引入規劃專題地圖,并將各類重疊的地理信息予以分解,并邏輯地調動出場順序,以視覺和聽覺等形式直觀、形象地進行表達,不僅有效地平衡了界面負載量,更能吸引讀圖者的注意力,有助于引導用圖者發現地理現象的內在規律、更好的理解規劃內容和思路。而動態表達由于根據數據時空特點、地圖使用目的及用戶等多方面因素進行綜合考慮,不僅在技術上使可視化效果更生動,增強視覺沖擊,而且可令讀圖者在概念上減小轉化負荷,提高對地圖的認知效率和程度。基于動態表達的種種優勢及其必要性,本文即以《吳淞文化的基本分析與炮臺灣濕地公園文化創意研究》為案例,著重探討城市文化規劃中專題地圖的動態表達。

    2規劃地圖動態表達

    2.1動態地圖的分類

    動態地圖包括時序動態地圖和非時序動態地圖[3]兩類。時序動態地圖以時間單位,描述隨時間變化的地理動態變化。非時序動態地圖則用一系列有序獨立圖來解釋某種空間關系或揭示序列中的可能規律,或靜態地理現象做動態多角度觀測。

    規劃動態地圖也可按此兩類劃分,即通常用時序動態地圖表現城市歷史變遷、人口變化等;用非時序動態地圖表現規劃空間關系、規劃范圍、理念結構或邏輯等。

    2.2動態地圖的認知特點與表達原則

    傳統地圖制圖借助研究視覺變量的特點和使用規律等完成地圖信息的傳輸。在動態屏幕環境下,地圖角色和展示媒介的轉變使信息傳遞認知過程發生了變化。由于動態地圖的畫面是瞬時的,較長和復雜的動畫會增加對每一幀工作記憶的難度。使用者不僅要快速的察覺、辨別,還要進行一定的比較,識別出變化并記憶,與后面的變化進行再一次的抽象、綜合。因此,動態地圖需根據研究其認知特點的有效性問題來設計動畫效果。[4]

    (1)動態物件數量適當。人在某一個時間點可以接受的信息量是有限的,避免在一個時間點給與過多的動態物件。

    (2)動態物件活動時間適當。由于人機交互過程中人的記憶力負荷大,人的反應能力由強逐漸降低。因此動畫播放時間不宜過長、內容鮮明。而對于大段文字,則要給予足夠的閱讀時間。

    (3)動態物件間差別適宜。含義層次不同的動態物件應在形狀、顏色、動作等方面保持較大差別;而含義相同的物件則應動作相似,以助于縮短人的反應時間。

    (4)符合人的思維習慣。動態物件在空間、時間、概念及動作上的一致性越高越有助于人的反應和理解。

    其中動態地圖有效性的關鍵在于設計動畫時信息量不可超越人的承受能力,否則會引起認知效率的減退。此外要依據人從上到下,先有普遍后有個體;先有整體后有部分的視覺思維以實現較快接收并留有深刻記憶。

    規劃地圖要表達的重點是規劃者的規劃理念。在動態規劃地圖中尤其要突出規劃者的規劃思想,動畫的過程就是規劃者規劃思想體現的過程,利用動態的手段來分解靜態圖中各個部分,從層次、順序的編排中,不僅要使原先抽象的文字內容變成形象的圖形、符號等,更要使這些圖形、符號在運動、演變過程中讓讀圖者了解每個物件表示的含義及其來源、相互關系及最終去向,使規劃圖的每個部分都能得到清晰、正確的理解。

    依據動態認知特點和效果,規劃地圖動畫設計要遵循兩個原則[4]:

    (1)理解原則:動態表達的內容及信息應該容易被感知和理解;(2)表達原則:動態地圖表達中所要傳遞的概念要突出和鮮明。

    2.3動態表達視覺變量的選擇

    動態可視化時需要考慮影響動態顯示的相關動態視覺變量,即反映動態可視化的基本視覺元素,包括:持續時間,顯示次序,變化速率,以及頻率,顯示時間和同步性[5]。只有選擇合適的表達形式和方案,合理設置閃爍符號的大小和數量、動畫的速度、顯示順序、各變化之間的時間間隔,才能發揮地圖動態表達的優勢,產生良好的視覺效果。在設計地圖動畫時規劃地圖制作過程對視覺變量的運用主要考慮以下幾個方面:

    (1)“持續時間”傳遞出強烈的次序感和一些數量感,可用于表現動態現象的延續過程。由于規劃圖件常有文字配合,在動態規劃可視化中可特別利用此變量來處理較多文字的圖。持續時間較長的文字可使讀圖者有足夠時間閱讀。本次規劃中,突出表現在表示規劃理念的概念框架圖等方面。

    (2)“顯示次序”用于描述定量時空數據的等級、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,每個點的出現表示某地在某年份失守,順著箭頭方向依次發展,直至最終簽訂《》。

    此外,在場景轉換中,“顯示次序”也是重要的因素。即根據屏幕的載負量,將各物件或場景的出入次序及布局合理安排,充分利用屏幕空間的特點,運用時間差來分別表示,以最大程度的利用有限空間。

    (3)“變化速率”較多的運用在數據統計圖表中,通過變化程度來表示數據的變化量。

    (4)“頻率”和持續時間相對應。一般針對需要特別突出或強調其重要性的對象。本規劃中,在分別介紹公園三個片區的過程中,最先展示整張規劃區域,再高亮高頻閃爍顯示即將介紹的片區,起到引導提示的作用。

    此外展館平面圖示中,用箭頭隨路線移動來進行景觀展廳的導游介紹,即在節點處停止并高頻閃爍的同時,用對應圖片展示當前處的景觀,將空間位置與展項內容相聯系。(圖3)

    (5)“顯示時間”用來表示某個發生變化的時間點,在動畫中一般與某些靜態變量(如顏色)等聯合使用。如上海海岸線變遷圖,作者用顏色及線條的出現時間來表明吳淞口海岸線變遷的情況和時間點。

    (6)“同步性”可用于進行數據對比的專題地圖中,但是在文化規劃中,作者將其運用在部分理念的對應表達上。如圖4,不同觀念對應不同片區,兩者同時產生,同時發展。除動態變量外,靜態變量也是動態地圖符號設計的一個視覺元素,主要包括:出現/消失、性質、數量、軌跡、邊界等。“出現/消失”與“性質”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據間的定性差別的差別變量來體現。而數量變化、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據間的定量差別的等級變量來體現。通常大小在傳遞定量的變化時被優先考慮。[3]動態變量都是通過靜態視覺變量在一定時間間隔上的變化特點來反映的,只有在與靜態變量的聯合使用中,才能發揮作用。實驗證明,持續時間長、變化速率快的符號對讀者的刺激強于持續時間短、變化速率慢的符號,因此可利用此特點來科學地反映實體現象的重要程度,從而更直觀的表達對象的現實狀況和特征。

    在規劃專題地圖中,通常綜合使用多種手段進行動態表達,根據所要強調的內容,采取相應的表達手段。同時要完整并準確地表現出圖上每部分的內容,可按順序顯示各個部分,或顯示完整的一張圖,利用不同的效果來說明各部分內容,還可加一部分原圖沒有的內容進行進一步解釋等,使讀者對規劃思路有更正確的認識。

    3應用分析

    3.1實現手段及流程

    目前,地圖動態表達主要有基于Flash等動畫處理平臺集成、GIS專業軟件實現、Java等編程軟件底層開發3種方式。在《吳淞文化的基本分析與炮臺灣濕地公園文化創意研究》中,地圖的動態數據相對較少,主要需要表達其動態的效果,而在Flash平臺下即可很好的完成動態效果,同時也具有較好的瀏覽體驗。因此,本次規劃在CorelDraw中完成靜態規劃地圖的設計和制作,并在Flash軟件中實現其動態表達。

    3.2數據轉換

篇10

關鍵詞：東莞市規劃動態定位系統；東莞生態產業園區；規劃建設；測量管理。

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、茶山六鎮匯合處約31平方公里的土地，實施集約開發的重大戰略決策，既是貫徹落實科學發展觀、建設生態文明、構建和諧社會的客觀要求，也是推動東莞經濟社會雙轉型、實現產業轉型升級的現實需要。2010年4月，新區經省政府批準為升級為省級園區；2013年12月20日，經國家住房和城鄉建設部正式批準，東莞生態園濕地景區成為珠三角地區首家國家城市濕地公園。

園區開發初期，主要是修建各種基礎路網工程、水利設施及水生態修復工程。由于前期各勘察設計單位沒有采用統一首級控制網點起算及聯測，導致部分工程在建設前期連接時常超限，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，決定對貫穿東西的龍崗大道、月湖路及貫穿南北的生態園大道三骨干路網的施工控制網進行聯測平差，包括聯測GPS C級點及二等水準高程點，其余次要路網及相關工程就近聯測。各設計單位根據聯測情況、各市政專項規劃要求，及時相應地調整了相關圖紙。

2 系統簡介

東莞市規劃動態定位服務系統是市級規劃連續運行參考站網絡系統，它將現代衛星定位、計算機網絡、數字通信等技術進行多方位、高深度集成。該系統依托東莞市管線定位與管理綜合服務系統基礎平臺，建設B/S架構的運行與維護系統，通過該系統平臺實現東莞市管線定位與管理綜合服務系統運行與維護三位一體，即基站、控制中心與流動站的管理模式。系統設計的快速定位或實時定位精度水平≤3cm，高程≤8cm；靜態差分定位精度水平≤5mm， 高程≤10mm，基本滿足園區的規劃建設日常監督測量管理需求。

3 系統應用

3.1 控制測量

由于園區大部分處于平地，少部分為丘陵地，四周視野開闊，一般都滿足衛星測量條件。控制測量先需聯測已知點求解轉換參數，一般選擇GPS E級或四等以上施工控制網點進行聯測，所測控制點盡可能聯測了水準高程。筆者選擇了勻分布的8個高等級控制點，采用七參數求解轉換參數，剔除了平面中誤差大于2cm或高程中誤差大于2.5cm的兩點。

3.2 規劃放驗線及竣工測量

3.2.1 規劃放驗線測量

園區前期啟動了大量的基礎市政路網及治水工程建設，每個項目必須及時進行規劃驗線及跟蹤管理。對于隱蔽工程，如各種地下管線或其他工程變更，均需在覆土掩埋前進行復測。在每次使用該定位系統前需對項目附近已知點進行檢核，精度滿足要求才可進行正式測量，發現偏差較大則需重新檢查測量設備參數設置是否合理，周邊環境是否有異常，或控制點是否遭破壞移動等。隨著重大項目的入園建設，各種工業與民用建筑工程須進行開工放線及基礎驗線，±0驗測，立面驗測等。

3.2.2 規劃竣工測量

市政項目完工時，規劃測量單位依據規劃設計已有資料對比核測成果，得出驗收測量報告，供規劃建設部門驗收參考，同時建設單位根據竣工測量結果督促施工單位對未實施到位的內容進行整改完善。大型市政道路通常分成較多標段實施，驗測時需注意標段的銜接及先后順序，如土建標需在路面標、交通標、綠化標前驗測。

3.3 用地管理及臨時建構筑物測量

由于園區是處于原周邊六鎮的交匯處，邊界復雜，征地界樁時常被破壞。此外，也有些違法用地建設越界而建，國土巡查或執法經常需核實用地界線。地界周邊控制點較少，不利于統籌用地邊界核測。該定位服務系統能能夠快捷地對疑似違法圖斑用地的核實，給土地管理帶來極大的便利。部分項目需進行搭建簡易房作為項目管理部或臨時儲物間，為了加強臨建管理，需測量臨時項目用地周邊地形，驗測臨建范圍及高度是否超限等。

3.4 土方測量及水下地形測量

園區開發建設初期，存在大量的土方調配工程，經常需對各種場地進行填土或挖土條件進行復測，也要統計土方的實際填挖量。該規劃動態定位系統能夠快捷地測出現狀地面高程分布，利用土方測算軟件將已測高程點生成三角網或方格網，就能較易統計出場地范圍內土方的存量及需求或可外運方量。園區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水下地形測量，該系統可結合測深設備進行水下測點，不受離岸距離影響。

4 系統應用的效益

自2012年9月以來，在建（構）筑物的放驗線與批后跟蹤管理、建設工程規劃核實、臨建規劃許可等規劃建設管理測量過程中一直使用了東莞市規劃動態定位服務系統，該系統的應用為園區開發建設過程帶來了良好的經濟社會效益。

首先，規劃動態定位服務系統實施之后，原有的衛星定位設備從“1+1=1”轉變為“1+1=2”，即由原來兩臺設備配套作業可變為各自獨立作業，提高了設備利用效率。其次，進行規劃監督測量和地形圖修測過程中，發現系統穩定及精度相對較高，提高了作業效率及成果質量。再次，通過實施了規劃動態定位服務系統，可以減少外業工作人員，同時還減少了內業計算工作量。應用規劃動態定位服務系統，大量節約了人力和物力，同時提高了工作效率，為今后園區規劃建設及社會事務管理提供技術支持打下較好基礎。

5 系統使用注意事項

受政府部門資源沒有完全共享及部分測量成果影響，該規劃動態定位服務系統沒能采用市級國土系統的似大地水準面精化成果。本系統在某些信號較差或外界容易干擾的環境下，為避免測量異常，高程精度要求較高的項目測量須進行多次測量并取均值，測量前后都要對校核已知點。對于園區統籌用地面積不大且大部分處于平地，求轉換參數校測的已知點需盡量聯測水準高程，能有效地高衛星測高精度。

6 結語

城市新區開發前期，大量建設工程同步實施，工程勘察測量布設的各施工控制網經常受到破壞，需要快速恢復。各項目從開工放線開始，在建設過程中時常出現工程變更，竣工驗收核查，都需要進行測量復核。同時，在土地日常管理過程中會出現各種違法建設、臨時建設，尤其是統籌用地邊界因返還地、置換地的出現，邊界界線復雜。各種用地糾紛問題如不能及時跟蹤測量，會影響園區開發的推進速度。

自使用東莞市規劃動態定位系統以來經濟效益明顯，一是可以提高測繪效益，節省物力，徹底告別控制點和路面圖根點的重復建設，實現“一勞永逸”；二是可以提高測繪精度，保證測繪成果質量，高質量的控制系統將為測繪成果的質量控制提供根本保障；三是可以利用衛星定位系統集控制測量、細部測量、水準測量于一體，全面提高測繪工作效率。

參考文獻

[1] 陳明輝，陳穎彪，馮志新，麥雅湛. 東莞市城鄉規劃CORS 動態定位服務系統的建立與應用[J]. 測繪通報，2013（6）：61～64

[2] 李鳳. GPS網絡RTK作業過程中質量控制的研究[J]. 城市勘測，2012（5）：82～83

[3] 張勇. 淺談東莞市規劃驗收竣工測量[J]. 城市勘測，2004（2）：28～29