动态规划范文

导语：如何才能写好一篇动态规划，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】动态规划；矩阵连乘问题；最优子结构；递归算法；重叠子问题

1.动态规划

动态规划[1]是运筹学的一个分支，是求解决策过程最优化的数学方法。20世纪50年代初美国数学家R.E.Bellman等人在研究多阶段决策过程的优化问题时，提出了著名的最优化原理，把多阶段过程转化为一系列单阶段问题，逐个求解，创立了解决这类过程优化问题的新方法――动态规划。动态规划问世以来，在经济管理、生产调度、工程技术和最优控制等方面得到了广泛的应用，例如库存管理、资源分配、设备更新、排序、装载等问题。

动态规划是一种将复杂的问题分解为更小的、相似的子问题，并存储子问题的解而避免计算重复的子问题，以解决最优化问题的算法策略。

1.1 基本思想

动态规划算法的基本思想是将待求解问题分解成若干个子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。适合于用动态规划法求解的问题，经分解得到的子问题往往不是相互独立的，可以用一个表来记录所有已解决的子问题的答案，不管该子问题以后是否被用到，只要它被计算过，就将其结果填入表中，而在需要时再找出已求得的答案，这样就可以避免大量的重复计算，从而得到多项式时间算法。[2]

1.2 求解问题特征

动态规划算法的有效性依赖于问题本身所具有的两个重要性质：最优子结构性质和子问题重叠性质。

1.2.1 最优子结构

原问题的最优解包含着其子问题的最优解，这种性质称为最优子结构性质。在分析问题的最优子结构性质时，所用的方法具有普遍性：首先假设由问题的最优解导出的子问题的解不是最优的，然后再设法说明在这个假设下可构造出比原问题最优解更好的解，从而导致矛盾。利用问题的最优子结构性质，以自底向上的方式递归地从子问题的最优解逐步构造出整个问题的最优解。最优子结构是问题能用动态规划算法求解的前提。

1.2.2 子问题重叠

递归算法求解问题时，每次产生的子问题并不总是新问题，有些子问题被反复计算多次，这种性质称为子问题的重叠性质。动态规划算法，对每一个子问题只解一次，而后将其解保存在一个表格中，当再次需要解此子问题时，只是简单地用常数时间查看一下结果。通常不同的子问题个数随问题的大小呈多项式增长。因此用动态规划算法只需要多项式时间，从而获得较高的解题效率。

1.3 设计步骤

3.总结

动态规划方法中每步所作的选择往往依赖于相关子问题的解，因而只有在解出相关子问题后才能做出选择所以动态规划，算法通常是以自底向上的方式解各子问题的解进而求出原问题的解。动态规划是一种很灵活的算法设计方法，在动态规划算法的设计中，类似的技巧还有很多。要掌握动态规划的技巧，有两条途径：一是要深刻理解动态规划的本质，这也是为什么一开始就探讨它的本质的原因；二是要多实践，不但要多应用，还要学会从应用中探寻规律，总结技巧。运用动态规划算法解决的还有很多现实问题，如背包问题、最长公共子序列问题、凸多边形最优三角剖分问题、电路布线等问题，在本文中没有介绍。动态规划算法虽然复杂，但只要掌握它的本质特征并多加练习，就可以灵活运用，并加以扩展，来提高程序的时效性。

参考文献

[1]百度百科.http：//

[2]王晓东.计算机算法设计与分析（第四版）[M].北京：电子工业出版社，2012.

篇2

关键词：动态规划法；山区复杂地段；管道；选线

0 引言

管道在建设过程中，除了要满足工艺要求，还要对管道建设的经济性进行考虑。管道的技术经济计算方法主要包括方案比较法、数学分析法、灰色关联分析法、动态规划法、最小金属耗量法。在工程实际中，除了要确定站间距、最优管径等参数，管道的线路往往也在优化的范畴之内[1-3]。为了使管道满足工艺要求又不失经济性，故对管道的线路进行优化显得尤为重要。运用动态规划法对某山区管道线路进行快速优化分析，取得最优设计成果，为管道设计者提供有价值的设计依据。

1 动态规划法原理

动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值，希望找到具有最优值的解。根据最优化原理，动态规划法可用以下的数学关系式来表达：

式中：

xk――第k段的状态变量；

uk――第k段的决策变量；

fk（xk）――第k段状为 态时的最优值；

fk+1（xk+1）――第k+1段状态为xk+1时的最优值；

gk（xk，uk）――第k段当状态为xk，决策变量为uk时的函数值。

2 动态规划法在管道选线中的应用方法

从地点1铺设一条输气干线到地点n，中间经过（n-2）个压气站，首站为1，末站为n，第2个站有k个选择，记作21、22…2k，则第n-1个站可供选择的地点记作（n-1）1、（n-1）2、…（n-1）k，两点间有连线则表示可以用输气管道连接，连线旁边的数字表示铺设管道所需的最优折合费用，要求从首站1到末站n全线总的综合费用最少。

第一步：将第（n-1）段[（n-1）～n]作为研究对象，列出从第（n-1）站到n站的最优费用，选取其中的最小值并记最小值相对应的（n-1）k （表示第（n-1）站选取第k个位置点，例：63表示第六个站选取第3个位置点） 。

第二步：将第（n-2）段[（n-2）～（n-1）]作为研究对象，列出从第（n-2）站到（n-1）站的最优费用 ：

动态规划过程是逆序决定过程，故从最后一段开始计算。则得出输气管道最优铺设线路为1―2k―3k―…―（n-2）k―（n-1）k―n。

3 实例分析

从地点1铺设输气干线至地点6，中间经过4个压气站，首站为1，末站为6。其中第2站的站址可在21、22、23、24、25中选择，第3站的站址可在31、32、33、34中选择，第4站的站址可从41和42中选择，第5站的站址可从51、52、53中选择。得出最优线路为1―25―34―42―53―6，且全线总综合费用为14个单位。

4 动态规划法的工程应用及局限性

在工程实际中，特别是在山区复杂地段及地形起伏较大的丘陵地区，使用动态规划法对输气管道线路进行最优路线选择，可减少投资成本。由于长输管道途径地形复杂，为克服高低位差，所需压气站较多，故选线方案较多难于一一计算和列举。利用计算机软件可大大减少人工运算量，提高工作效率。而在实际过程中，对于地形高差较大的输气管道敷设，采用隧道穿越的方式较建立压气站虽增大了施工难度和周期，但采用隧道穿越较克服高差直接敷设方式更能保障管道的运行安全，减少安全隐患和潜在的维修费用。故在管道选线中使用动态规划法容易忽略间接因素的影响。

参考文献：

[1]陈炯，吴学伟，罗东晓.方案比较法在输气管道设计中的应用[J].广州大学学报（自然科学版），2008，7（06）.

[2]何朝良，周桂兴.动态规划法中返求最优可靠度分配的实用算法[J].自动化技术与应用，2004（09）.

篇3

关键词:生态节能;生态住宅投资;动态规划模型;评价指标

中图分类号:TU982文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2010)21-0111-02

随着我国社会、经济的发展,人们对居住环境及住宅建筑的规划设计提出了各种新的要求,已从过去仅作栖息之所演变为生活、休息、交往、娱乐、学习、工作等多功能的场所和建筑,于是大量节能建筑及绿色建筑成为最新技术的载体,且当与我国当今的节约型社会发展政策相符,并根据当代的使用需求对建筑设计进行生态节能优化投资。因此就需要在前期投资做好最优规划,以达到最大的收益。本文针对现状建立了动态规划模型,可求得符合要求最切合实际的住宅投资收益。

1生态节能住宅设计的提出

1.1城市建设现状

一幢幢高楼拔地而起,一座座大桥横跨两江。然而,随着城市化建设的提速,一些功利性的开发正肆意破坏着与城市相濡以沫的自然地貌,那些毫无建筑特色的水泥森林更让我们这座城市开始变得面目全非。为了最大限度的避免在城市建设中给后人留下遗憾,充分展现各个城市独有的自然风貌,让人、城市和自然和谐发展,和谐相处,针对各个城市的现有资源优势,从人文关怀、乡土历史和自然生态的保护利用、休闲娱乐、节约资源等多个方面提出了合理、详细的集交通功能与休闲和生态保护相协调的绿色节能建筑投资规划方案。

在我国有限的资源条件下解决建筑开发与社会、生态环境之间的最优适应和协调发展问题,在错综复杂的多元化可变因素条件下,找到满意的设计方案。根据现代设计法的理论与工程实践经验,建立科学的、全面的动态规划是最关键的环节,它贯穿于系统分析、设计的全过程中,最终选出最优投资方案。

1.2影响住宅投资的主要因素

1998年住房制度改革使人们的住房消费观念发生了根本改变,从而带动房地产业及整个经济发展。随着经济发展和人们生活水平的提高,我国住房正在从生存型向舒适型转变。人们从当初只是购买住房,逐步发展到间接地购买周围的环境,包括绿色、蓝天、空气、阳光等自然环境及基础设施、购物、交通、文化、教育、物业管理等社会和人文环境。而收入差距的拉大又形成了具有不同消费能力的阶层分化,我国住房消费市场细分化趋势更加明显。工薪阶层较注重住房建筑质量、户型、地段、交通、物业管理等;事业成功人士及高收入阶层开始追逐环境质量、居住、生活品位及个性化等。因此,住宅市场细分为住宅建设结构调整和消费增加提供了空间。

城市规划调整,城市规模扩大,城市交通等市政基础设施建设加快直接促进住宅建设快速发展。在这一点上,北京最具有代表性。交通状况一直是影响房地产开发的一个很重要的因素。而且,政府扶持为住宅投资和市场发展提供了政策保障。

住宅投资主要取决于市场综合评价运行指标,其次也受人口数量和年龄结构、经济运行状况、投资环境、金融条件等因素的影响。总之,随着我国经济稳定快速增长,人民生活水平的提高,住宅投资需求旺,增长空间大。

1.3生态节能建筑优化设计的综合评价指标

人们的社会属性,决定了住宅及其环境不仅具有庇护功能,还必须为生活关系中充满条件与行为世界提出价值意义和秩序要求,应是一个物质生活和精神生活的综合体。所以,创造符合人们要求的优质建筑产品,需要科学的,全面的综合评价指标体系作为前提和依据。我们利用AHP表达住宅建筑优化设计方案综合评价指标体系,如下图所示:

然而住宅投资价值来源于建筑的品质,有投资价值的物业一定要具备适宜性。即要适于人们居住和使用,契合人的动作和行为。这就要求,首先,物业的功能空间布置的顺序要合乎人的行为习惯;其次,功能空间和用具的尺度要符合人体活动舒适性的要求;第三,要有良好的通风采光,以维护人与自然的交流通道,才有益于保持使用者的良好的生存状态;第四,要尽可能大限度地引入人文的或自然的景观,以满足人的安全感、超脱感、优越感等心理要求;第五,要尽可能地拓展空间的可达性,即对外交通、交流的网络的通畅。对于现代的物业要求有较高的智能化水平。

室内空间的功能设计的好坏之所以重要,是因为室内空间的功能配置、布局、尺度直接影响使用人的活动效率、居住的舒适程度和生活质量。人们固然可以通过长时间的被动训练,而习惯和接受室内空间的不当设置、布局和尺度;但是不适当的设计所造成的空间浪费、利用率不高或活动的低效率以及动作的重复,是不会随着时间的延长而淡化的。由于设计不合理所造成的损失会在无形中减少投资者的投资回报。另外,随着人们现代生产、生活节奏加快,工作时间常常处于紧张的状态。因此,未来的人们将更需要用生活享乐和亲情生活来补偿和平衡心身。所以在未来的居住空间中,人们将更加注意身体的保养、注重高品位的娱乐及家庭亲情的培养。

依据综合评价指标,建立明确的投资目标,以达到优化资金、收益最大的目的。

2建立投资优化模型

所谓“资源分配问题”,就是把一定数量的若干资源合理地分配给若干个使用者,使指标函数达到最优。设某个地产投资的总量为a,拟用于n项经营活动,若给第j项活动分配xj个单位,其收益为gj(xj),找到最优的分配方式,使得这n项经营活动总的收益值最大,则有:

利用此问题的特性,把它看做一个多阶段决策问题,建立如下的动态规划模型:

以阶段变量k表示资金分配给第k项经营活动的过程;

以状态变量xk表示在开始给第k项经营活动分配资金时尚剩余的资金数量;

以决策变量uk表示分配给第k项经营活动的资金数量,则允许决策集合为Uk(xk)={uk|0≤uk≤xk},状态转移方程为xk+1=xk-uk;

以Vk(xk,uk)表示从现在有xk个单位资金分配给第k项经营活动uk个单位资金后的预计收益。

以fk(xk)表示从现在有xk个单位资金分配给第k项经营活动后,所得的最大收益,则函数基本方程为:

3模型应用

某建筑住宅小区总投资四千元,计划分配给经济效益(Ⅰ)、社会效益(Ⅱ)和环境效益(Ⅲ)三大效益,经调查,得到下表:

(千万)

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

通过此表及以上模型,可通过动态规划模型求出资金的最有分配策略及其最大收益值。

函数的基本方程为:

计算如下:

k=3时

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时,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时,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的顺序查表,方法如下:

得到最优分配方案为:分别给(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)分配1、0、3(由于不可能在社会效益方面不投资,所以此解舍去)或者1、1、2。因此,最优解为经济效益1千万,社会效益1千万,环境效益2千万,最大收益为14千万。模型计算结果显示,环境效益在投资决策中占有很重要的地位,通过在投资项目实施后,也充分展示了动态规划模型从某种意义上在投资决策中的使用价值。

4结语

生态节能文化表现为谋求人与自然平等相待、和谐共处、共存共荣的新的生存方式,自然回归、向历史回归的各类手法,使身居闹市的居民,有一个调节身心、与自然融合、自由、清新和欢愉的空间。本文中建立的模型比较简单,在许多方面还不是很成熟,但利用本模型可以确定住宅投资决策的优化,能够利用计算结果,结合工程的实际情况,对住宅的投资做出最满意的决策,因而本模型具有一定的实际应用价值。如何在以后发展中更好的解决建设与生态节能问题,还需要一代代建设者的不断探讨,不断努力。

参考文献

[1] 戚昌滋.设计学[M].建筑工业出版社,2003.

[2] 刘启波,王玲,田静峰.住宅建筑优化设计方案综合评价指标体系的研究[J].基建优化,1998,(4).

[3] 王玉玲,朱江雁.浅谈住宅节能设计[J].新疆化工,2006,(1).

[4] 唐焕文,秦学志.实用最优化方法[M].大连理工大学出版社,2004.

[5] 张进嘉,陈大昆.住宅的优化设计[J].住宅科技,2001,(2).

[6] 朱通德.最优化模型与试验[M].同济大学出版社,2003.

[7] 刘琳.什么因素影响住宅投资[J].中国投资,2008,(5).

篇4

一、采矿企业问题的提出

假设某采矿企业调查研究了解市场情况，估计在今后四个时期市场对动力煤的需求量，如表所示：

假定煤矿企业在所有时期，开采每批动力煤的固定成本费为3千元人民币，若不开采，则费用为0，每单位生产成本费为1千元人民币，同时在每个阶段时期企业的开采能力为最大开采批量不超过6个单位。又设每个阶段的每个单位动力煤的库存费用500元人民币，同时规定在第一期期初及第四期期末均没有库存煤。在以上的条件下采矿企业需要合理的安排企业的开采量和库存量，从而使企业所花费的成本最低。

二、动态规划法的发展及其研究内容

动态规划是运筹学的一个分支，是求解决策过程最优化的数学方法。20世纪50年代初美国数学家R.E.BELLMAN等人在研究多阶段决策过程的优化问题时，提出了著名的最优化原理，把多阶段问题转化为一系列的单阶段问题，逐个求解创立了解决这类过程优化问题的新方法——动态规划。1957年出版的他的名著《Dynamic Proggramming》，这是该领域的第一本著作。动态规划问世以来，在经济管理·生产调度·工程技术和最优控制等方面得到了广泛的应用。例如最短路线·库存管理·资源分配·设备更新·组合·排序·装载等问题，采用动态规划法求解比用其他方法更为简便。

篇5

关键词:0/1背包问题;动态规划;最优决策序列

中图分类号:TP

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)05-0301-01

1 问题描述

一个学生每月生活费总额为300元,每月的花费项目有伙食费200元、电话费30元、牛奶费40元、零食费30元、书报费30元、其他20元,其中伙食费产生的效益是25,电话费产生效益是3,牛奶费产生的效益是4,零食费产生的效益是2,书报费产生的效益是2.5,其他费用产生的效益是1。

这个问题可以形式化的描述为一个0/1背包问题:

设M为背包容量,其值为300,6个物品的重量成一向量(w1, w2, w3, w4, w5, w6)=(20,30,30,30,40,200),其价值成另一向量(p1, p2, p3, p4, p5, p6)=(1,2,2.5,3,4,25)。要找出另一个6元向量(x1, x2, x3, x4, x5, x6),xi∈{(0,1)|1≤i≤6｝, xi=0表示不选该物品,xi=1表示选该物品。

由此,这个问题的要求为:Max∑nwixi

且满足以下两个约束条件:

(1)∑ni=1wixi≤M

(2)xi∈{0,1}1 ≤i≤6

也就是说对0/1背包问题,可以通过作出变量x1,x2,…,xn的一个决策序列来得到它的解,而对变量xi的决策就是决定它是取0值还是取1值。

2 问题分析

动态规划是指在多阶段决策过程的每一阶段,都可能有多种可供选择的决策,但必须从中选取一种决策,一旦各个阶段的决策选定之后,就构成了解决这一问题的一个决策序列。决策序列不同,所导致的问题的结果也不同。动态规划的目标就是要在所有容许选择的决策序列中选取一个会获得问题最优解决的决策序列,即最优决策序列。

无论过程的初始状态和初始决策是什么,其余的决策都必须相对于初始决策所产生的状态构成一个最优决策序列。用动态规划方法有可能解决该问题,而解决问题的关键在于获取各阶段间的递推关系式。

前文提出的有效使用生活费的问题正是一个最优性原理成立的0/1背包问题。在获取这个问题的递推关系时将使用向后处理法来解决。

对0/1背包问题,可以通过作出变量x1,x2,……,xi的一个决策序列来得到它的解。而对变量X的决策就是决定它取0值还是取1值。假定决策这些X的次序为xn,xn-1,……, x1。在对xn作出决策之后,问题处于下列两种状态之一:背包的剩余容量是M,没产生任何效益;剩余容量是M―w,效益值增长了p。显然,剩余下来对xn-1,xn-2,……, x1的决策相对于决策x所产生的问题状态应该是最优的,否则xn,xn-1,……, x1 就不可能是最优决策序列。如果设fi(x)是KNAP(1,j,X)最优解的值。那末fn(M)就可表示为

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

对任意的fi()x,这里i>0,则有

fi(x)=max{fi-1(x),fi-1(M-wi)+pi｝(2.2)

为了能由前向后递推而最后求解出fn(M),需从f0(x)开始。对于所有的X≥0,有f0(x)=0,当X

在具体算法中会运用序偶这个概念。(pi,wi)就称为一对序偶。设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 中的每一对序偶上就得到Si1。

Si1={(p,w)|(P-pi, W-wi)∈Si-1｝

在2.2式中,求fi(x)就相当于在支配规则下将Si-1和Si1归并成Sn。如果Si-1和Si1之一有一序偶(pi,wi),另一有序偶(这pk,wk ),并且在wi≥wk的同时有pi≤pk,那么序偶(pk,wk)就被舍弃。这其实就是一个求最大值的运算。

生成Sn以后,最优解fm(M)是由Sn的最后一对序偶的P值给出的,用最后的这对序偶回溯确定最优决策序列(x1, x2,……, xn)。

确定回溯的过程是这样的。如果已找出Sn的最末序偶(P1,W1 ),那末,使pixi=P1,wixi=W1的x1,x2,…,xn的决策值可以通过检索这些Si来确定。若(P1,W1)∈Sn-1,则置xn=0。若(P1,W1)Sn-1,则(P1-pn,W1-wn )∈Sn-1,并且置xn=1。然后,再判断留在Sn-1中的序偶(P1,W1)或者(P1-pn,W1-wn)是否属于Sn-2以确定xn-1的取值。依此类推,就可以得到最优决策序列(x1, x2,……, xn)。

3 算法描述

用算法实现上述过程时,主要有初始化、生成S,回溯确定最优决策序列三部分。

3.1 变量解释

(1)p(n)、w(n) 每件物品的效益和重量

(2)P(m)、W(m) S0、S1、……、Sn的效益和质量分别相邻的存放

(3)F(n)存入每个序偶集的第一个元素的位置

(4)l、h分别是当前处理的序偶集的第一个和最后一个序偶的位置

(5)next下一空位

(6)k当前处理的序偶集中正要考虑处理的序偶的位置

3.2 初始化

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

lh1// S0的首端与末端

F(1)next2// P和W中的第一个空位

3.3 成生Si过程

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及归并

(pp,ww) (P(j)+pi, W(j)+wi) // 生成Si1 中的下一个元素

//从Si-1中取元素来归并

while k≤h and W(k)

// Si-1中的序偶的w< Si1中的w,则Si-1中此对序偶归并到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回溯确定xn,xi-1,……, x1

(tempP,tempW) 最优选择序偶

for in to 1 do

u0

//u是一个标识位,判断由最优选择序偶倒推回来的Si中的序偶在Si-1中是否存在,如果不存在u=0,则此时X[I]=1,如果存在u=1,则此时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]

//为判断X[i-1]来倒推序偶(tempP,tempW)

repeat

参考文献

[1]余祥宣,崔国华,邹海明.计算机算法基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2006,(4).

篇6

【关键词】神经动态规划 最优路径 子问题 Matlab仿真

为了减轻交通压力，人们越来越关心交通系统的智能化进程。智能交通系统主要的研究方向之一就是动态路径诱导系统，它可根据外出的人们的需求，为驾驶员提供最新的路况信息和最佳路径选择，以此避免交通拥堵现象的发生，从而优化交通状况，最终使交通时时地保持一个合理的动态分配。目前，最优路径选择的方法有很多，但是真正需要解决大型问题时，计算机需要搜索的选择范围太大，传统的动态算法基本上无法处理。1995年，神经动态规划算法被提出，该算法把复杂的问题分成若干子问题，这些子问题被拆分后更容易解决，使计算过程大幅简化，且更容易被计算机处理。采用这种方法，可准确、快速、实时、稳定地选择出最优路径，值得推广。

1 神经动态规划概述与核心思想

在解决多阶段决策问题时，动态规划大致思想为：将非常繁琐的原始问题分解为若干个阶段，这些阶段看似不相关，却是相互联系的子阶段，在找到上一阶段的解决方法以后才能处理下一个阶段，依次求出每个阶段的解，最后得到全局最佳的解。多阶段决策问题具备很强的顺序性，同时每个阶段所使用的解决方法也是随着阶段的变化而变化，所以“动态”意义就得以体现。其中交通网中最佳路径的求解就是典型的多阶段决策问题。

在路径优化中，动态规划是一种非常经典的计算方法，但在处理实际问题的时，我们肯定会遇到缺少一个完整信息或者维数灾等一系列问题，所以，引进神经网络对动态规划具有较大的解决实际问题的意义。神经动态规划如图1所示。

2 基于神经动态规划算法的最优路径实现

（1）将原来的问题分解成很多个小问题，即子阶段，并且找到每个子阶段的最优解决办法。求解多级问题的步骤为：根据每个问题的特点，划分子阶段。在划分子阶段时，必须按照一定的规则，比如根据执行决策的时间、空间的顺序等。本文用x来表示子阶段变量。

（2）求解状态和状态变量。每个子阶段具体的起始位置可以依靠自然状态来指导，其中客观条件阶段性数目的状态是自然状态中的一种，它传达每个子阶段的关键信息，此外，一组或者无后效性的变量同样可以用来表示状态变量。本文用Hx来表示第x级的状态变量。

（3）求解原问题决策变量和集合。从目前阶段到下一个阶段状态选择时，决策者需要做出恰当的决策，决策变量的范围称为集合。本文用Dx表示决策集合，用Ux表示决策变量。

（4）研究状态转移的方程。假设状态转移方程是：Hx+1=Tx（Hx，Ux）。次方程式中Tx不定，根据具体问题才能确定，如果Hx确定，一旦变量Ux确定，那么第x+1阶段状态变量（Hx+1）也将确定。

（5）研究指标函数。因为n和vi的递进性和可分离性，所以很容易找到指标函数n和vi之间的关系，显然，指标函数的求解也相对简单化。

（6）动态规划函数的基本方程。边界条件为；

，第x-m阶的最优动态规划函数是。

3 仿真结果

将上述模型，在Matlab仿真软件上进行模拟仿真，分解原始问题并确定各个子阶段的最佳方案，将这个问题用网格的形式如图2进行表示：A为起始地点，E为目标地点，从起始地点到目标终点有很多路径，假设经过每个节点需要一定的运输成本，在Matlab仿真软件上进行仿真后依据动态规则算法的要求，设定好相应的算法模型以及相应的计算公式，这样便可以找到最优路径。

由图2可以非常清楚的看出，成本最低的路线为：或者或者，成本都是110。仿真结果可以看出神经动态规划算法具有较多优点：得到清晰运算结果；很容易找到全局的最优路径；可以找到一组完善的解，有利进一步的分析。

4 结语

我们在使用神经动态规划算法来探索最优路径的时候，具有很多优势，首先其具有稳定、可靠的步骤，过程并不复杂，但是给予我们的结果十分清晰明确，且适用于现实生活。使用这种动态规划算法解决复杂的问题时，可以非常容易找到解决方案，而且效率很高。当然，该算法也有一定的局限，但只要我们不断地改进完善，日后继续研究神经动态规划算法，相信一定可以攻克更多的局限，能够使其更好地被应用。

参考文献

[1]谬慧芬，邵小兵.动态规划算法的原理及应用[J].中国科技信息，2006（23）：32.

[2]杨琰，廖伟志，李文敬，杨文，李杰.基于Petri网的顾及转向延误的最优路径算法[J].计算机工程与设计，2013（10）.

作者简介

杨超（1994-），男，广东省吴川市人。现在就读于长沙理工大学计算机科学与技术系。

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.

关键词：梯级水库；优化调度；动态模型；规划；求解

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

中图分类号：TV622 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0219-03

0 引言

当前，中国已经建有各种水库8.6万个，大规模水库482个，中规模水库3000个。中国的大部分水库并不是独立的个体，而是融入梯级水库群里，可谓联系紧密。在梯级开发的流域内修筑一个新的建筑抑或采取一类防洪举措，都能对梯级水库群带去一定的改变。梯级水库构建完成以后，河流洪水的特征以及区域构成都将产生改变，特别是在上游拥有调水功能的水库，洪水的时间、空间分布将产生颠覆性的改变。在工程的防洪设计的同时，假如工程上游拥有调水以及蓄水能力较强的业已修建完成抑或近段时间就要修建完成的梯级水库抑或梯级水库群，就要权衡到水库调节洪水的功用与对下游设计断面的作用。假如设计规划针对的是洪水调节功能健全的水库建筑，而且要担负下游防洪的职责；那必须研讨该建筑对下游防洪的效益。

1 水库防洪任务和目标

通常情况下，水库在汛期遇到洪水的时候防洪要分成三种：一种是工程自身的防洪需要，通常用坝前水位显示；一种是库区防洪需求，通常是由于库区淹水抑或库尾回水而引发，淹水范畴和水库坝前水位、入库流量相关，在库区防洪标准既定的情况下（相应的入库规划洪水给定），库区防洪也由坝前水位显示；一种是担负下游防洪区的防洪工作，一般是以河道安全泄洪量标识，抑或依照堤防安全高程和水位流量的相关数据，核算出河道安全流量。

并且，水库自身的防洪功能在全部水库中都能够体现，在上述三种防洪需求中，下游防洪工作应让水库尽可能频繁削峰，阻拦或储蓄洪水；库区以及大坝防洪需求，需要水库尽可能下泄，让坝前水位下降，保护水库库区淹水导致的财物耗损；并且腾出防洪库容，用来调蓄后续洪水。所以，两者有着一定的矛盾；另外，防洪级别不一而足，下游以及库区的防洪准则比大坝防洪准则要宽松，然而下游以及库区防洪标准孰高孰低，要根据实际状况确定。进而为明确防洪需求孰先孰后、调整防洪需求以及防洪和发电功能的发挥奠定了基础。

2 水库防洪调度现状分析

2.1 传统水库防洪调度策略

常规调度方法是一种半经验和半理论的方法，借助水库的防洪能力图、防洪调度图等经验性图表进行调度。具体来讲，目前主要有以下调度策略：

①最大削峰标准。

就是说：洪峰流量要尽可能缩减。

②最小灾害肆虐时间标准。

就是说：防洪管控截面流量越过允许范畴内的安全流量的时间尽可能缩短。

③最强防洪安全标准。

就是说：在迎合下游防洪管控截面安全泄量的前提下，尽量下泄，以保存防洪库容，预防以后更大规模洪水的侵袭。

①与②把下游防洪需求放在非关键位置，所以使用在大规模洪峰过境的情况；③则应用在小型洪水的排泄中。

2.2 存在的问题

传统调度策略主要是将线性规划、非线性规划、动态规划等应用于水库防洪调度中。这些防洪调度技术为水库防洪调度提供了一种解决办法，但是难以适应实时防洪形势的变化，并且难以模拟调度人员的经验知识。并且传统调度方法未能彻底解决以下几个矛盾：

①设计与实际运用不相适应的矛盾。

运行阶段由于水文资料的积累，特别是发生了几次特大洪水以后，人们对本流域水文规律认识加深。将运行后的资料加入原设计所依据的水文系列，导致洪水统计参数有了明显变化，因而设计洪水也有变化。如按原设计确定的汛限水位进行洪水调节计算，最高库水位超过了原设计最高洪水位，则说明原设计标准偏低。

②水库本身安全与下游防洪安全的矛盾。

这是水库汛期控制运用的主要任务。当水库上、下流域普降大暴雨，水库本身防洪安全与下游防洪安全的矛盾非常突出，具体表现为从下游防洪出发，要求水库多蓄水、少泄水，而从水库安全出发则要求水库水、多泄水。解决这一问题的关键在于：分析矛盾，掌握规律，研究预报，确定出水库何时开闸，泄流量多大，何时关闸等一套合理的蓄泄原则。在汛期按照预定的泄流方式调度水库时应达到如下要求：如果某次洪水与下游防洪标准相当，则应保证下游河道的泄流量在允许安全泄量以下或相等；如果某次洪水与原设计或校核洪水相当，则水库调洪最高水位以不超过设计或校核洪水位为原则；如果某次洪水为可能最大洪水，亦应采取有效措施确保大坝安全。

③防洪与兴利的矛盾。

我国北方年降水大部分集中在汛期，而汛期内降水又集中于几场暴雨。为了水库防洪安全，整个汛期库水位降的较低，不敢蓄水，导致许多水库，尤其是北方以灌溉、供水、发电为主的大型多年调节水库，汛后无水可蓄。解决防洪与兴利矛盾的关键是对未来水文规律的了解和预测， 如果对未来的来水情况能够准确预测，水库的调度运用就变得简单，防洪与兴利的矛盾就会迎刃而解。但是目前中长期水文预报还不可靠，未达到可利用的程度，防洪与兴利的矛盾将长期存在，伴随着整个防洪调度过程。

3 梯级水库防洪优化调度模型

权衡到如图1中的梯级水库防洪调度疑问。

水库1与水库2不但要满足施工自身的防洪需求，还要权衡到库区铁道防洪需求以及下游县级市的防洪需求。如果上游水库1入库洪水流程能够测出，两个水库间的洪水流程也能够预先知道，在迎合下游县级市防洪需求的基础上，以两水库联手调节和储蓄一段洪水时的调洪库容最小化为优化标准，找到洪水在体积水库的最合适时段以及空间调配方法，就是说订立两水库的最优防洪调度模式。

假定3小时为单位时限，将洪水流程分成T个时段（t=1，2，…，T），I1t以及ILt分别显示上游水库入库洪水流程以及区间洪水流程；O1t以及O2t则分开显示水库出库流量；V1.t+1以及V2.t+1则是第t时间段末库容，构建下面的数学模型。

3.1 目标函数

梯级水库调用的总调洪水库容极小值是：

通过这样的处置以后，能够看到：动态规划顺序递推法求解梯级水库防洪调度模型，这类换算办法笔者将其叫做简易化二维动态规划算法；换算的难度稍微增长，然而换算量没有显著提升。

5 案例分析

5.1 案例概述

以汉江流域某个梯级水库防洪调度情况为例子，这两个梯级水库一个是季调节能力水库，一个是不完全年调节能力水库，核定洪水位下的防洪库容不大，对100年才遭遇一次抑或之下的洪水，这个梯级水库洪区区域构成是上游、区间、全流域型三种，以第三类为防洪重点。

5.2 水库防洪优化调度过程

针对50年一遇的洪水，在汛期来临前运用上述优化调度模型对该梯级水库进行全流域优化调度后，对洪峰及洪水流量进行了有效的调节，图2即为洪水来临时洪水和调节后的出库流量流程。

从图2看出，第一时段的洪水来临的时候应适度增大泄量预泄，腾出一些库容，本时段重点是看洪水入库的时候水库的起调水位；第二时段应管控水库泄量，该时段重点是水库应管控泄流量多寡，其呈现出了蓄水以及防水的冲突抑或库区防洪和下游防洪需求的冲突，是一类高层级协调课题；第三时段――水库水位消落，其重点是水库泄流量多寡，它对水库水位的消落速率有极大影响。而且，以上游水库出库流量多寡最为关键――当产生区间抑或全流域型洪水的时候，要由上游水库拦挡洪水再腾出库容。

5.3 优化调度效果

总的来说，未调节前，该汛期出现了2个洪峰，出库水量巨大，使得下游面临非常大的防空压力。对汛期洪水进行优化调度后，在库区只出现了1个洪峰，并且出库水量始终在可控范围内，大大减轻了下游的防洪压力。

6 结束语

综上，利用上面列出的算式，能够对梯级水库防洪优化调度的动态规划给出有建设性的意见；而通过两库联手调节洪水的模式，能够极有成效地管控洪峰，并且能够优化梯级水库布局，保护沿河流域的居民生命财产安全。

参考文献：

[1]原文林，吴泽宁，黄强，等.梯级水库短期发电优化调度的协进化粒子群算法应用研究[J].系统工程理论与实践，2012，32（5）：1136-1142.

[2]杨侃，郑姣，郝永怀，等.三角函数选择算子的遗传算法在梯级水库优化调度中的应用[J].天津大学学报，2012，45（2）：167-172.

[3]周兴波，陈祖煜，黄跃飞，等.特高坝及梯级水库群设计安全标准研究Ⅲ：梯级土石坝连溃风险分析[J].水利学报，2015（7）：765-772.

[4]周建平，王浩，陈祖煜，等.特高坝及其梯级水库群设计安全标准研究Ⅰ：理论基础和等级标准[J].水利学报，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.

关键词： 路由；路由算法；无线传感器网络；跳数值

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

中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0192-02

0 引言

随着社会通信技术的发展与进步，我国在传感器和计算技术方面有了突飞猛进的发展，当世界各国出现计算能力、感知能力的微型传感器，表明通信技术的发展已逐步全球化。我们所说的这个传感器网络可以感知和采集网络内的环境信息，还能实时的监测对方的信息，然后经过分析有效的传送到需求客户手中。这种网络的优势就在于他能在任何环境、任何地点、任何时间来获取大量的可靠信息。所以，其通常被应用于国家安全、国防军事以及交通、卫生和家庭等多个领域。

伴随着网络处理器的飞速发展，能够利用很少的成本产生大量的有效传感器节点，并且在某些特定区域内散播，从而形成无线传感器网络。随着这种技术的发展，使得管理和控制算法被急需，这同时也是对传感器网络发展的一个巨大的挑战，经过分析研究，大部分科学人员认为算法的核心就是传感器网络中的路由问题。

1 无线传感器网络路由问题及其研究状况

无线传感器网络的一个重要组成部分就是传感器，它通常包含信息处理单元、能量单元、感知单元以及信息交换单元，特殊的传感器还会包含移动器、位置定位系统和能量生成器等等。收集和感知数据是任何一个传感器所具备的基本功能，它通常通过多跳的方式向汇点传送信息，而后汇点通过网络与用户进行信息传递，同时任务管理中心也是运用这种方法为各个节点布置任务。

传感器的主要功能是信息的收集、处理以及传播，上文所讲的路由问题是在一定的指标背景下所存在的延迟、容错性、消耗水平、网络的寿命等等情况，要积极有效的改进汇点与源节点之间的信息疏导，要依据各个国家实际情况的不同制定不同的路由协议。路由协议可以分为多跳路由协议以及单跳路由协议，LEACH属于单跳路由协议，多跳路由协议则包含很多种，同时多跳路由协议也可分为多径路由和单径路由。我们通常所接触的rumor即为单径路由，Braided和MESH则为所径路由。我们在设计传感器路由的同时要考虑的关键问题就是传感器网络中能量是否有效，同时还要考虑它信息的可靠性。最近新提出的ACO（蚁群优化算法）是将如何对复杂组合进行优化这一问题作为首要解决问题的一种启发式算法。这种算法在实验中得到了较为满意的结果。

2 基于动态规划的路由算法

在研究决策的过程中，动态规划是最行之有效的一种方法。它的基本原则就是将M阶段过程的问题立即转化为M个单阶段的问题，然后运用不变嵌入原理进行求解，这是最为优化的一个战略。经实验证明，这种处理问题的方式是解决无线传感器网络路由问题的最优方法。

2.1 传感器网络节点跳数生成算法和网络结构特点 在实验中，我们一般用G=G（V，E，w）来表示带权重的连通图，它代表的是无线传感器网络，节点集—V，边集—E，w则代表一个费用值。V中的任何一个节点都代表着一个传感器，对于vk，vl∈V，ekl=（vk，vl）∈E仅仅代表vk，vl可以交互纤细。由于能量有限，并不是任何两个传感器都可以实现信息交互。

算法1：节点跳数生成算法

A：s代表汇点，跳数表示为h（s）=0，对于？坌■∈v-{s}，标记为h（vi）=∞，并且使之满足h=0。

B：循环生产跳数，如h节点的跳数所传播信息用hop-num来表示；收到的节点为vi更新其跳数，更新法则为h（vi）=min{h（vi），h+1}，则其停留时间h=h+1。

C：最终停止的条件就是当多有的节点都不改变跳数，算法结束。

定理1：设置节点vi的跳数为h（vi）=k，k=1，2，…，H-1，因此，vi的临界节点集可以表示为k-1，k，k+1的三个子集的合并，即N（vi）=Nk-1（vi）∪Nk（vi）∪Nk+1（vi），而且，当h（vi）=H时，N（vi）=NH-1（vi）∪NH（vi）。

2.2 传感器网络最小跳数和最小跳数最大剩余能量路由 借助于传感器网络，实现点对点的有效传递，在设计路由算法时要首先考虑的问题就是传输延迟。一般情况来讲，信息传输的跳数与传输延迟是成正比的。

算法2：MinHR（s，t）

将源节点s、t与汇点输入，记录h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循环：While（j

在Nh-1-j（vj）中任意选择一个节点，记为t=v0v1…vh-1vh=s。

由此我们可以看出，在每次数据交换，传送的信息到达汇点的跳数都会减1，因此，在跳数路由算法经过n次的迭代，终究会结束。

在传感器路由的设计中，能量问题也是一个非常关键的问题，同时网络节点中的能量消耗并不均匀，如网络出现故障，其剩余的能量通常会很多，为了保证网络的寿命，就要选择下述算法。

算法3：MinHMaxRER（s，t）

输入源节点s、t和汇点，记录h（t）=h

A：初始化：令j=0，vj=t

B：循环：While（j

当Nh-1-j（vj）中选择剩余能量最大的节点当做下一跳节点，所以：vj+1=■{？着r（vi）}

J=j+1

C：结束条件：当j=h时，本算法结束。

输出：从t-s的最小跳数最大剩余能量路径t=v0v1…vh-1vh=s

2.3 传感器网络最小跳数最小费用路由 在设计传感器网络路由时还要考虑一个关键因素—能量消耗，一般来讲，在路由算法的实验中要求费用最小，我们可以设计如下算法：

算法4：MinHMinCR（s，t）

源节点s、t和汇点，记录h（t）=h

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

B：前向循环：For（j=1，2，…，h）

Nh-j=■Nh-j（vj-1，i）

对于？坌vj，l∈Nh-j，计算：

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

C：后向循环：vh=s

For（j=1，2，…，h-1）

vh-j=■{f h-j+1（vh-j，i）}

D：终止条件：当v0=t时算法结束。

输出：从t-s的最小跳数最小费用路径t=v0v1…vh-1vh=s

3 最小跳数最小费用路由与最小费用路由之间的关系

在传感器网络应用工程中，能量的消耗并不符合“三角不等式“，图1充分的描绘出了最小跳数最小费用的充要条件。

定理2：从图1可以看出，最小跳数最小费用路径的充要条件就是传感器网络一定满足“三角不等性“。

4 能量消耗分析

本章节研究算法的能量消耗。如果全部的传感器都具备同样的发射半径和感知半径，并且它的发射数据包消耗的能量和数据包的包长成正比，我们可以计算出，在动态规划背景下，三种路由算法都能改进能量消耗过快的情况，并且它比数据前传等路由算法所消耗的能量要小很多。

5 结论

最近几年，一些专家学者开始研究无线传感器网络，至今为止，路由问题仍然是其最为核心的问题，经过研究实验证明，数据传送多跳特点仍然是路由算法的最佳方式。因为传感器网络的网络环境是现实中具体的网络，所以想要设计一款通用的路由算法可谓是难上加难。我们要根据不同的具体应用，设计不同的路由算法。本文通过研究计算，给出了最小费用路径的一个充要的条件，但是，如何设计求解最小费用路径的具体路由算法，是我们下一步研究的方向。

参考文献：

[1]裴莉.无线传感器网络应用综述[J].科技信息，2010（33）.

[2]司海飞，杨忠，王琣.无线传感器网络研究现状与应用[J].机电工程，2011（01）.

[3]肖军，李科，王建华.无线传感器网络通信与路由研究[J].电脑知识与技术，2008（18）.

篇9

    文化作为城市的灵魂和文脉,使城市充满朝气或者具有独特性,且往往成为城市发展的新的经济增长点。所谓文化规划,就是在对城市文化资源深刻认知的基础上,探讨城市文化资源如何有助于城市的整体发展,从而进行鉴别创新项目、设计创新计划、整合创新资源、指导创新战略实施等的过程[1]。因此,城市文化规划是决定整个城市建设战略成功与否的关键性因素。[1]规划制定的关键在于规划理念、思路、方案等信息表达、传输理解,而这已不局限于以传统的文本为媒介载体,而需要图文并茂。其中专题地图表达对规划实施尤为重要,它可以科学有效地将规划思想落实到具体空间上,强化对规划成果的理解。文化规划同样需要有规划文本和规划地图的配合,才能将规划理念更好的传达。

    地图承载了制图者所认知的客观世界和他据此形成的概念,并通过图及其符号系统传递给用图者,用图者通过解译地图符号并结合自己的经验加以理解,获取信息,从而形成对客观世界的新的概念[2]。规划制图遵循相同的信息传递过程,制图者利用科学完备的符号系统、色彩体系、图表等表示规划要素的分布变化、相互关系等信息,以图直观形象、层次清楚、空间定位性强的优势来表达难以用文字表述的与空间相关的内涵,以求科学地反映规划者的创意思路,加强规划成果的表现力。

    目前,规划地图大多采用传统静态表达方式,在信息传输的认知效果、空间要素关系描述、规划理念理解等方面存在一定局限。因此,研究将动态表达形式引入规划专题地图,并将各类重叠的地理信息予以分解,并逻辑地调动出场顺序,以视觉和听觉等形式直观、形象地进行表达,不仅有效地平衡了界面负载量,更能吸引读图者的注意力,有助于引导用图者发现地理现象的内在规律、更好的理解规划内容和思路。而动态表达由于根据数据时空特点、地图使用目的及用户等多方面因素进行综合考虑,不仅在技术上使可视化效果更生动,增强视觉冲击,而且可令读图者在概念上减小转化负荷,提高对地图的认知效率和程度。基于动态表达的种种优势及其必要性,本文即以《吴淞文化的基本分析与炮台湾湿地公园文化创意研究》为案例,着重探讨城市文化规划中专题地图的动态表达。

    2规划地图动态表达

    2.1动态地图的分类

    动态地图包括时序动态地图和非时序动态地图[3]两类。时序动态地图以时间单位,描述随时间变化的地理动态变化。非时序动态地图则用一系列有序独立图来解释某种空间关系或揭示序列中的可能规律,或静态地理现象做动态多角度观测。

    规划动态地图也可按此两类划分,即通常用时序动态地图表现城市历史变迁、人口变化等;用非时序动态地图表现规划空间关系、规划范围、理念结构或逻辑等。

    2.2动态地图的认知特点与表达原则

    传统地图制图借助研究视觉变量的特点和使用规律等完成地图信息的传输。在动态屏幕环境下,地图角色和展示媒介的转变使信息传递认知过程发生了变化。由于动态地图的画面是瞬时的,较长和复杂的动画会增加对每一帧工作记忆的难度。使用者不仅要快速的察觉、辨别,还要进行一定的比较,识别出变化并记忆,与后面的变化进行再一次的抽象、综合。因此,动态地图需根据研究其认知特点的有效性问题来设计动画效果。[4]

    (1)动态物件数量适当。人在某一个时间点可以接受的信息量是有限的,避免在一个时间点给与过多的动态物件。

    (2)动态物件活动时间适当。由于人机交互过程中人的记忆力负荷大,人的反应能力由强逐渐降低。因此动画播放时间不宜过长、内容鲜明。而对于大段文字,则要给予足够的阅读时间。

    (3)动态物件间差别适宜。含义层次不同的动态物件应在形状、颜色、动作等方面保持较大差别;而含义相同的物件则应动作相似,以助于缩短人的反应时间。

    (4)符合人的思维习惯。动态物件在空间、时间、概念及动作上的一致性越高越有助于人的反应和理解。

    其中动态地图有效性的关键在于设计动画时信息量不可超越人的承受能力,否则会引起认知效率的减退。此外要依据人从上到下,先有普遍后有个体;先有整体后有部分的视觉思维以实现较快接收并留有深刻记忆。

    规划地图要表达的重点是规划者的规划理念。在动态规划地图中尤其要突出规划者的规划思想,动画的过程就是规划者规划思想体现的过程,利用动态的手段来分解静态图中各个部分,从层次、顺序的编排中,不仅要使原先抽象的文字内容变成形象的图形、符号等,更要使这些图形、符号在运动、演变过程中让读图者了解每个物件表示的含义及其来源、相互关系及最终去向,使规划图的每个部分都能得到清晰、正确的理解。

    依据动态认知特点和效果,规划地图动画设计要遵循两个原则[4]:

    (1)理解原则:动态表达的内容及信息应该容易被感知和理解;(2)表达原则:动态地图表达中所要传递的概念要突出和鲜明。

    2.3动态表达视觉变量的选择

    动态可视化时需要考虑影响动态显示的相关动态视觉变量,即反映动态可视化的基本视觉元素,包括:持续时间,显示次序,变化速率,以及频率,显示时间和同步性[5]。只有选择合适的表达形式和方案,合理设置闪烁符号的大小和数量、动画的速度、显示顺序、各变化之间的时间间隔,才能发挥地图动态表达的优势,产生良好的视觉效果。在设计地图动画时规划地图制作过程对视觉变量的运用主要考虑以下几个方面:

    (1)“持续时间”传递出强烈的次序感和一些数量感,可用于表现动态现象的延续过程。由于规划图件常有文字配合,在动态规划可视化中可特别利用此变量来处理较多文字的图。持续时间较长的文字可使读图者有足够时间阅读。本次规划中,突出表现在表示规划理念的概念框架图等方面。

    (2)“显示次序”用于描述定量时空数据的等级、过程阶段次序等最有效。在图2中利用此变量描述了的演变过程形势,每个点的出现表示某地在某年份失守,顺着箭头方向依次发展,直至最终签订《》。

    此外,在场景转换中,“显示次序”也是重要的因素。即根据屏幕的载负量,将各物件或场景的出入次序及布局合理安排,充分利用屏幕空间的特点,运用时间差来分别表示,以最大程度的利用有限空间。

    (3)“变化速率”较多的运用在数据统计图表中,通过变化程度来表示数据的变化量。

    (4)“频率”和持续时间相对应。一般针对需要特别突出或强调其重要性的对象。本规划中,在分别介绍公园三个片区的过程中,最先展示整张规划区域,再高亮高频闪烁显示即将介绍的片区,起到引导提示的作用。

    此外展馆平面图示中,用箭头随路线移动来进行景观展厅的导游介绍,即在节点处停止并高频闪烁的同时,用对应图片展示当前处的景观,将空间位置与展项内容相联系。(图3)

    (5)“显示时间”用来表示某个发生变化的时间点,在动画中一般与某些静态变量(如颜色)等联合使用。如上海海岸线变迁图,作者用颜色及线条的出现时间来表明吴淞口海岸线变迁的情况和时间点。

    (6)“同步性”可用于进行数据对比的专题地图中,但是在文化规划中,作者将其运用在部分理念的对应表达上。如图4,不同观念对应不同片区,两者同时产生,同时发展。除动态变量外,静态变量也是动态地图符号设计的一个视觉元素,主要包括:出现/消失、性质、数量、轨迹、边界等。“出现/消失”与“性质”的变化可归类为定性的变化,主要由形状、色彩和方向这些用于描述数据间的定性差别的差别变量来体现。而数量变化、轨迹和边界变化可归类为定量的变化,主要由大小、纹理和亮度等这些用于描述数据间的定量差别的等级变量来体现。通常大小在传递定量的变化时被优先考虑。[3]动态变量都是通过静态视觉变量在一定时间间隔上的变化特点来反映的,只有在与静态变量的联合使用中,才能发挥作用。实验证明,持续时间长、变化速率快的符号对读者的刺激强于持续时间短、变化速率慢的符号,因此可利用此特点来科学地反映实体现象的重要程度,从而更直观的表达对象的现实状况和特征。

    在规划专题地图中,通常综合使用多种手段进行动态表达,根据所要强调的内容,采取相应的表达手段。同时要完整并准确地表现出图上每部分的内容,可按顺序显示各个部分,或显示完整的一张图,利用不同的效果来说明各部分内容,还可加一部分原图没有的内容进行进一步解释等,使读者对规划思路有更正确的认识。

    3应用分析

    3.1实现手段及流程

    目前,地图动态表达主要有基于Flash等动画处理平台集成、GIS专业软件实现、Java等编程软件底层开发3种方式。在《吴淞文化的基本分析与炮台湾湿地公园文化创意研究》中,地图的动态数据相对较少,主要需要表达其动态的效果,而在Flash平台下即可很好的完成动态效果,同时也具有较好的浏览体验。因此,本次规划在CorelDraw中完成静态规划地图的设计和制作,并在Flash软件中实现其动态表达。

    3.2数据转换

篇10

关键词：东莞市规划动态定位系统；东莞生态产业园区；规划建设；测量管理。

1 引 言

2006年6月，东莞市委、市政府作出了整合东部快速路沿线寮步、横沥、东坑、企石、石排、茶山六镇汇合处约31平方公里的土地，实施集约开发的重大战略决策，既是贯彻落实科学发展观、建设生态文明、构建和谐社会的客观要求，也是推动东莞经济社会双转型、实现产业转型升级的现实需要。2010年4月，新区经省政府批准为升级为省级园区；2013年12月20日，经国家住房和城乡建设部正式批准，东莞生态园湿地景区成为珠三角地区首家国家城市湿地公园。

园区开发初期，主要是修建各种基础路网工程、水利设施及水生态修复工程。由于前期各勘察设计单位没有采用统一首级控制网点起算及联测，导致部分工程在建设前期连接时常超限，尤其是高程差异影响各管线、水利工程的衔接。为了从源头解决问题，决定对贯穿东西的龙岗大道、月湖路及贯穿南北的生态园大道三骨干路网的施工控制网进行联测平差，包括联测GPS C级点及二等水准高程点，其余次要路网及相关工程就近联测。各设计单位根据联测情况、各市政专项规划要求，及时相应地调整了相关图纸。

2 系统简介

东莞市规划动态定位服务系统是市级规划连续运行参考站网络系统，它将现代卫星定位、计算机网络、数字通信等技术进行多方位、高深度集成。该系统依托东莞市管线定位与管理综合服务系统基础平台，建设B/S架构的运行与维护系统，通过该系统平台实现东莞市管线定位与管理综合服务系统运行与维护三位一体，即基站、控制中心与流动站的管理模式。系统设计的快速定位或实时定位精度水平≤3cm，高程≤8cm；静态差分定位精度水平≤5mm， 高程≤10mm，基本满足园区的规划建设日常监督测量管理需求。

3 系统应用

3.1 控制测量

由于园区大部分处于平地，少部分为丘陵地，四周视野开阔，一般都满足卫星测量条件。控制测量先需联测已知点求解转换参数，一般选择GPS E级或四等以上施工控制网点进行联测，所测控制点尽可能联测了水准高程。笔者选择了匀分布的8个高等级控制点，采用七参数求解转换参数，剔除了平面中误差大于2cm或高程中误差大于2.5cm的两点。

3.2 规划放验线及竣工测量

3.2.1 规划放验线测量

园区前期启动了大量的基础市政路网及治水工程建设，每个项目必须及时进行规划验线及跟踪管理。对于隐蔽工程，如各种地下管线或其他工程变更，均需在覆土掩埋前进行复测。在每次使用该定位系统前需对项目附近已知点进行检核，精度满足要求才可进行正式测量，发现偏差较大则需重新检查测量设备参数设置是否合理，周边环境是否有异常，或控制点是否遭破坏移动等。随着重大项目的入园建设，各种工业与民用建筑工程须进行开工放线及基础验线，±0验测，立面验测等。

3.2.2 规划竣工测量

市政项目完工时，规划测量单位依据规划设计已有资料对比核测成果，得出验收测量报告，供规划建设部门验收参考，同时建设单位根据竣工测量结果督促施工单位对未实施到位的内容进行整改完善。大型市政道路通常分成较多标段实施，验测时需注意标段的衔接及先后顺序，如土建标需在路面标、交通标、绿化标前验测。

3.3 用地管理及临时建构筑物测量

由于园区是处于原周边六镇的交汇处，边界复杂，征地界桩时常被破坏。此外，也有些违法用地建设越界而建，国土巡查或执法经常需核实用地界线。地界周边控制点较少，不利于统筹用地边界核测。该定位服务系统能能够快捷地对疑似违法图斑用地的核实，给土地管理带来极大的便利。部分项目需进行搭建简易房作为项目管理部或临时储物间，为了加强临建管理，需测量临时项目用地周边地形，验测临建范围及高度是否超限等。

3.4 土方测量及水下地形测量

园区开发建设初期，存在大量的土方调配工程，经常需对各种场地进行填土或挖土条件进行复测，也要统计土方的实际填挖量。该规划动态定位系统能够快捷地测出现状地面高程分布，利用土方测算软件将已测高程点生成三角网或方格网，就能较易统计出场地范围内土方的存量及需求或可外运方量。园区水域面积约占总面积的1/4，部分围堰工程及游船航线须对水下地形测量，该系统可结合测深设备进行水下测点，不受离岸距离影响。

4 系统应用的效益

自2012年9月以来，在建（构）筑物的放验线与批后跟踪管理、建设工程规划核实、临建规划许可等规划建设管理测量过程中一直使用了东莞市规划动态定位服务系统，该系统的应用为园区开发建设过程带来了良好的经济社会效益。

首先，规划动态定位服务系统实施之后，原有的卫星定位设备从“1+1=1”转变为“1+1=2”，即由原来两台设备配套作业可变为各自独立作业，提高了设备利用效率。其次，进行规划监督测量和地形图修测过程中，发现系统稳定及精度相对较高，提高了作业效率及成果质量。再次，通过实施了规划动态定位服务系统，可以减少外业工作人员，同时还减少了内业计算工作量。应用规划动态定位服务系统，大量节约了人力和物力，同时提高了工作效率，为今后园区规划建设及社会事务管理提供技术支持打下较好基础。

5 系统使用注意事项

受政府部门资源没有完全共享及部分测量成果影响，该规划动态定位服务系统没能采用市级国土系统的似大地水准面精化成果。本系统在某些信号较差或外界容易干扰的环境下，为避免测量异常，高程精度要求较高的项目测量须进行多次测量并取均值，测量前后都要对校核已知点。对于园区统筹用地面积不大且大部分处于平地，求转换参数校测的已知点需尽量联测水准高程，能有效地高卫星测高精度。

6 结语

城市新区开发前期，大量建设工程同步实施，工程勘察测量布设的各施工控制网经常受到破坏，需要快速恢复。各项目从开工放线开始，在建设过程中时常出现工程变更，竣工验收核查，都需要进行测量复核。同时，在土地日常管理过程中会出现各种违法建设、临时建设，尤其是统筹用地边界因返还地、置换地的出现，边界界线复杂。各种用地纠纷问题如不能及时跟踪测量，会影响园区开发的推进速度。

自使用东莞市规划动态定位系统以来经济效益明显，一是可以提高测绘效益，节省物力，彻底告别控制点和路面图根点的重复建设，实现“一劳永逸”；二是可以提高测绘精度，保证测绘成果质量，高质量的控制系统将为测绘成果的质量控制提供根本保障；三是可以利用卫星定位系统集控制测量、细部测量、水准测量于一体，全面提高测绘工作效率。

参考文献

[1] 陈明辉，陈颖彪，冯志新，麦雅湛. 东莞市城乡规划CORS 动态定位服务系统的建立与应用[J]. 测绘通报，2013（6）：61～64

[2] 李凤. GPS网络RTK作业过程中质量控制的研究[J]. 城市勘测，2012（5）：82～83

[3] 张勇. 浅谈东莞市规划验收竣工测量[J]. 城市勘测，2004（2）：28～29