重构培养目标（精选8篇）
重构培养目标 篇1
摘要：会计基础课程是会计专业的入门基础课,传统授课方式下,理论知识点讲授多,培养出来的学生不能满足用人单位的需求,因此有必要对课程进行重构。本文从课程设计理念与思路、课程内容的选取以及课程考核设计三个方面进行了阐述,重构后的课程体系以培养学生的可持续发展能力为目标。
关键词：课程设计,可持续发展,课程考核
会计基础课程是会计专业的入门基础课,传统授课方式下,理论知识点讲授过多, 学生毕业后不能满足用人单位的需求, 所以有必要对课程进行改革, 本文根据笔者多年的教学经验和对实际工作岗位的调查,结合高职学生的特点和培养目标要求, 以培养学生的可持续发展能力作为目标, 对会计基础课程结构和内容进行了重新设计。
一、课程设计理念与思路
(一)课程设计理念:2个依据,1个导向,2维一体
课程设计的基本理念是: 以会计岗位的任职要求和会计从业标准为依据, 以职业能力和综合职业素养的培养为重点,与企业会计工作一线人员、行业专家反复研讨确定设计理念,以岗位工作所需的基础知识为导向,选取典型项目和任务, 构建能力本位的课程体系。2个依据是依据会计岗位任职要求和会计从业标准设计课程;1个导向是指课程设计以培养会计基本工作能力为重点;2维一体是实现教学做一体化和理实一体化。
(二)课程设计思路:能力导向、项目载体、素养贯穿、理实一体
“能力导向、项目载体、素养贯穿、理实一体” 是指以会计基本职业能力培养为重点,以会计工作项目为载体, 以职业素养培养为主线, 与行业企业合作进行基于会计岗位工作流程的开发与设计, 通过“课证结合”“课赛结合”的方式,对课程体系进行重构,构造全新的课程内容,改善教学方法、教学手段, 最终达到引导学生快速而扎实入门的教学目标, 充分体现本课程的职业性、实践性和基础性的要求(见图1)。
二、课程内容的选取
(一)根据会计工作账务处理流程细化工作任务, 根据会计职业能力确定本课程的学习领域,选择课程内容
通过企业调研,本文在对会计工作流程进行总结的基础上,将工作流程分解为如下具体的工作任务(见图2)。
“原始凭证的辨识、填写、 审核和修改”作为“项目一”部分的重要内容, 要求学生熟悉日常工作中常用的原始凭证(现金支票、转账支票、增值税专用发票、收据等)的联次、使用流程等关键内容, 并要求学生依据原始凭证用语言表述经济业务;同时,考虑到原始凭证来源于企业所发生的各类经济业务, 在要求学生完成原始凭证的相关任务之前, 为学生设计了有关企业类型、组织架构、会计的职能及其在企业中的作用等内容的任务。
在顺利完成项目一的任务之后, 学生对会计及其在企业中的重要作用有了一定的了解, 自然希望进一步学习如何进行会计记录, 如何运用会计语言表达企业日常经济业务, 使会计的作用充分发挥。因此,本课程将项目二内容确定为“会计记账方法”。在“项目二:会计记账方法”中,为学生设计了前后衔接的六个任务, 要求学生以自己设计的一家面食企业一个月的经济业务为背景,从确定会计对象开始, 到辨识会计要素、设置会计账户、编制会计分录、登记丁字账户、对账和结 账,直至编制资产负债表和利润表,提交会计记录的最终成果。
通过完成上述项目二的六个任务,学生对借贷记账法的方法和原理有了比较全面的理解, 但由于没有接触到会计实务中使用的会计凭证、会计账簿等会计记录的载体, 还难以对实际会计工作中会计核算的流程有较为全面的把握。为此, 本课程设计了“项目三: 会计核算流程”——模拟一个企业的手工操作流程。本项目以一 个企业12月的经济业务为背景,提供相关原始凭证和资料, 要求学生填写和自制部分原始凭证, 并据以登记现金和银行存款日记账、全部账户的总分类账,以及应付账款三栏式明细账、原材料数量金额式明细账、管理费用和应交税费多栏式明细账, 编制资产负债表和利润表, 并最终整理和装订会计凭证和各类会计账簿(见图3)。
(二)课程实施设计:任务驱动,分组教学,理实一体,教学做一体
“任务驱动,分组教学 ,理实一体”是指以任务驱动法为教学方法, 课堂采用分组教学,实现理实一体化,特别是B线项目资料全部来自于企业一线真实的资料。在保证训练学生基本技能的同时, 又为会计从业资格考试中会计基础课程考试打下坚实的基础。
三、课程考核设计:“分组竞赛,任务展示,传统考试”相结合
学生总成绩=过程性评价分(个人项目)×24%+过程性评价分 (分组项目)×20%+过程性评价分(学生自评)×6%+ 终结性评价分×50% , 其中 , 过程性评价分 (分组项目)=组内成员互评分数×20%+教师评分×80%。过程性评价主要由分组竞赛成绩、任务汇报展 示成绩等方面构成, 个人项目和终结性考试由教师评分, 学生自评由学生自己打分(见图4)。
重构的教学体系符合职业院校的要求,符合学生认知规律,强调培养学生的动手操作能力和自主学习能力。
重构新课程目标的思索与探讨 篇2
[关键词]基础教育；课程目标；目标体系
自新课程改革以来，基础教育课程目标经历了一场深刻的变革。伴随着“知识技能、过程与方法、情感态度价值观”三维目标的确立，中小学课程设计与教学实践发生了明显的变化。但也应看到，“三维课程目标”自提出以后，也遭到一些人的质疑。人们围绕“三维目标”的内在逻辑、表达方式、内涵理解等问题展开了争论，提出了不同的看法和主张。我认为，新课程目标总体方向值得肯定，体现了世界课程发展与改革的共同趋势，但在具体表述与内在逻辑上有待厘清。
一、我国课程目标的历史演进
纵观我国课程改革历史，可以看出，历年学科教学大纲没有“课程目标”一项，只有“教学目的”和“教学要求”等表述。2001年“教学大纲”改称“课程标准”。我国中小学教学目的（以下称“课程目标”）在不同历史时期有着不同的表述，这些表述反映了不同时代对学校教育和人才培养的基本要求。下面以《教学大纲》与《课程标准》对小学数学、自然（2001年改称“科学”）的要求变化为例，说明课程目标演进的特点。
小学数学课程目标。建国初期，我国小学数学教育主要学习前苏联，教学大纲也是由前苏联大纲翻译过来的，其教学目的突出基础知识和基本技能的学习，同时也提出了培养和发展儿童逻辑思维的要求。20世纪60年代初，经过“大跃进”后的精雕细刻，小学数学教育不仅注重知识和技能的学习，还明确提出了培养学生能力的要求。“文化大革命”经拨乱反正后，开始了我国小学数学课程的恢复与重建，提出了掌握知识和技能、培养数学能力、发展智力，以及思想品德教育的要求。进入21世纪，我国进行的第八次课程改革，把小学数学教学定位于促进学生的全面、可持续发展，课程目标更加完整，包括知识与技能、数学思考、解决问题和情感与态度四方面。目标的整体结构及其各个组成部分都处于不断演变的过程中，课程目标结构的发展轨迹大致为：知识，技能一知识技能，智力能力，思想教育一知识与技能，数学思考，解决问题，情感与态度。
小学自然（科学）课程目标。1956年《教学大纲》十分重视自然知识的教学，强调思想政治教育，同时提出能力发展的目标。1963年《教学大纲》中的教学目的表述涉及基本知识、能力发展以及品德教育等内容，显得具体切实。1988年与1992年《教学大纲》大致包括知识、能力、道德目标三个方面，教学目的表述全面简洁，条理清晰。2001年《课程标准》描述了科学课程的总目标，并从科学探究、情感态度价值观和科学知识三个领域提出了不同维度的分目标。它与以往的目标相比，更加突出科学探究在科学教学中的地位和作用，把科学探究的重要性提升到前所未有的高度。
我国基础教育课程目标演进的大致脉络为：建国初到“文革”，课程目标以“双基”为主，重视基础知识和基本技能；20世纪80年代，人们逐渐认识到“双基”目标过于狭隘，于是扩充为“三基”目标，即基本知识、基本技能和基本能力；20世纪90年代，随着人们对学生主体性认识日益深刻，学生的个性发展颇受重视，于是提出“三基础一个性”（基本知识、基本技能、基本能力和学生个性）目标体系。新一轮课程改革提出三维目标，即知识技能、过程与方法、情感态度价值观。从中可以看出，我国课程目标变迁显示：课程目标从最初只重学科知识技能逐渐转向同时重视社会生活、学生需要；从教学目的、教学任务走向课程目标，并采用行为动词进行表述，具体明确；从重结果走向重过程，关注知识的形成过程，强调探究能力的培养。
二、新课程目标存在的问题
与以往教学目的相比，新课程目标具有很多优点，但其缺陷也是明显的。这主要表现在以下几个方面。
1.过程目标提法不当，概念模糊
新课程关注过程，提出过程目标，体现了能力培养的要求，值得肯定。但过程目标也存在一些歧义。其一，课程目标是课程学习、教学活动要达到的结果，过程是结果达成必须经历的阶段、途径，它不是结果本身。作为学习的结果只能是知识技能的获得、能力的发展和行为的养成，过程本身不能作为目标，它是目标达成的手段。目标与手段不能颠倒，正如渡河与造船的关系不能颠倒一样，渡河是目的，造船是手段，是为了渡河。目标是“去哪儿”的问题，如去九寨沟旅游观光，过程是“怎样去”的问题，即乘坐飞机、火车还是汽车、步行前往九寨沟，这是手段而不是目标。可见，过程只是具有手段、途径的意义，而不能作为目的、目标。关注过程没错，因为过程影响、决定着结果，但过程本身不能提升为结果的目标。“在教和学的过程中学生最后获得的知识和能力，以及最终形成的个性化的行为习惯才是目标。从这个意义上说，过程不是目标。因为目标的本质特性就是有一定的终结性，而过程则是一种处于动态中的流程”。其二，过程的具体内涵问题。是经历过程，还是了解过程，二者是有差别的。“了解……过程”实际上是学习关于过程的知识，属于知识目标（布卢姆的认知目标之一），这削弱了过程本身的教育意义。“经历……过程”是指亲自动手、操作、探索，在整个活动中认知历练、经历体验，再现知识的形成与探索过程。经历过程有助于能力发展与智慧获得，但“过程”更多地属于教学活动中“怎样去”的问题，而不是课程目标中的“去哪儿”的问题。其三，把过程说成是教学活动过程是不妥的，因为教学总是要经历一定的阶段、途径，即便是题海战术、机械训练，也需要经历一定的过程。
2.方法目标与技能目标重叠交叉
新课程目标重视方法，将方法独立出来，以便发挥方法独特的教育价值，有其合理性，但问题在于怎样理解“方法”？“方法”一词可能涵盖操作方法、实验方法、思维方法、学习方法、反思方法乃至研究方法（包括哲学方法、一般方法与科学方法）等，不一而足。但方法目标中的“方法”究竟指的是什么，不甚明了，十分模糊。在上述众多方法中，实验方法、操作方法、思维方法大多可以归于学科技能，如此一来，方法便从属于知识技能目标（布卢姆认知目标中的“方法的知识”，在认知心理学中，方法又属于程序性知识）。将本来属于知识技能目标整体中的部分抽取出来，作为一个独立的目标维度单列，这在逻辑上是行不通的，犯了子项交叉的错误，违反了目标构建子项不能相互涵盖的逻辑规定。如果是研究方法（特别是科学研究方法），则可归入学科技能之中，无单独列出的必要。因此，“方法”作为单独的维度，是站不住脚的。当然，我们也可以把方法主要定位在学习方法之上，即帮助、引导学生掌握方法，学会学习。这样，就可以避免与学科技能的重叠，掌握方法的目的是学会学习、发展能力，学会与能力发展才是目的。可见，只有当将学习方法与能力（学会学习等）联系在一起，方法目标才能单列，才能将方法与学科技能区分开来，使方法目标具有相对独立的意义。
3.价值观属于认知目标还是情感目标
新课程目标将价值观与情感目标并列，值得商榷。价值观即对事物基本价值的看法、观点，诸如人生观、荣辱观、友谊观，等等。价值观本来是主观的，但它的存在可能是客观的，并表现在不同的层面，除了个人价值观，还有群体的、党派的、社会的价值观。价值观可以作为一种知识形态而存在，这样，价值观目标就可以归于知识目标之中。价值观也可以作为一种素养而存在，只有当他人的、外在的价值观点，通过自己的认知和体验，内化纳入自己的价值体系并性格化，即成为个人的价值观时，价值观才属于情感目标。正因为如此，布卢姆等人在其教育目标分类体系中，才将价值观作为情感目标加以处理，并位于情感目标的顶端。可见，并不是所有的价值观均可放在情感目标之中，他人的价值观只能作为一种知识，只有当他人的价值观转化为自己的价值观时，才能实现认知与情感的高度融合，并成为自己的性格特征，从而使价值观置于情感目标系列。当然，也不能简单地将价值观归于认知目标，因为价值观教育不能仅仅作为一种知识进行教学；我们也不能将价值观与情感并列，因为价值观属于情感，是情感目标的“下位”目标。显然，价值观目标与情感目标是难以并列的，应称为“情感、态度目标”较为适宜，否则，便会发生种属不分的问题，违反种概念与属概念简单并列的逻辑错误。
总之，从术语使用和维度逻辑来看，三维目标的划分违背学习论和教学论的常识。从三维课程目标的实施来看，几年下来，一线教师对三维目标的评价及其实践效果却不理想。很多教师反映，不懂三维目标。三维目标的内涵从表面上看似乎清晰、具体，但推敲起来，却是内涵交叉、外延纠缠，在实践中难以分清。以上分析表明，三维课程目标的确存在语义、逻辑等问题，在实践中引起了混乱，课程目标有待重构。
三、课程目标的重构
课程目标关涉课程开发与教学实施的大事，不能概念模糊，机械罗列。“目标如果表述模糊，执行者就会产生不同的理解，甚至是背离改革初衷的理解，最终导向不同的行为。正确的目标并不必然导向有效的行动，只有明确的目标才能被行动主体领会，也只有被充分领会的目标才能真正对行为起引导和规范作用，才能让实践者明确地知道自己要做什么、能做什么、怎样做是适宜的，实践中发生的偏差也就比较容易被发现并及时控制。因此，越是明确具体的目标其实现程度就会越高。”清晰、科学、合理的课程目标有助于课程与教学的设计和实施。我认为，课程目标的制订应遵守三个准则，即语义准则、逻辑准则和科学可行。语义准则指目标词的使用应准确规范、概念清晰，避免歧义。在表述课程目标时，应选择哪些语义明确、内涵清晰的术语，如理解、运用等行为动词。过程一词有多种含义，不宜作为课程目标。逻辑准则指课程目标各维度应相对独立，不能相互包含和交叉重叠，目标的各个维度应是对总体目标的分解，子项之和相加等于总项。同时，目标制订还应注意汲取其他国家特别是发达国家课程目标研究的先进成果，总结我们课程改革的经验与教训，考虑我国当下社会经济发展状况和教育背景。这既要有所创新，符合我国国情；又不能标新立异，好高骛远，要做到科学可行。此外，课程目标的制订还应吸纳多方面人员参与，广泛征求意见，避免前文提到的不必要的偏差和失误。
丹麦心理学家克努慈·伊列雷斯对学习过程进行了分析，他认为，所有学习都包含两个过程：个体与环境之间的互动过程，以及内部心智获得与加工的过程。其中，个体内部心理加工过程又包含内容与动机两个方面，由此产生了学习的三个维度，即内容、动机与互动。布卢姆的教育目标分类学、加涅关于学习结果（习得的性能）的分类理论与巴班斯基关于教育、教养、发展的目标理论，为我国课程目标的制订提供了重要的参照。在吸收上述研究成果的基础上，同时考虑到我国课程改革的目的追求与价值取向，我认为，我国基础教育课程目标的体系可分为四个维度，即知识与技能、方法与能力、情感与态度、社会性发展。
1.知识与技能
知识是对认识和改造客观世界经验的概括，技能是内在的或外显的动作方式的总结，一门科目的基础知识与基本技能（即“双基”）是人类认识的基本成就，亦是课程学习的重要目标。知识包括学科的基本事实、概念、原理、关系等。知识学习的内在机制是记忆、知觉、思维等信息加工，只有当新知识与个体已有的知识建立了联系，才能形成认知结构。认知理解是其他学习的基础，亦渗透在其他学习之中（此处的“知识”不包括学习方法）。技能是程式化的认识与操作方式，它包括智慧技能与运动技能。智慧技能主要指认知加工的活动方式，它表现为学科的思维技能、认知技能，如语文的读、写、背技能。运动技能表现为外显的操作方式与活动程序，技能学习的主要方式是练习、操作，乃至熟练并自动化。
2.方法与能力
这里的“方法”主要指获得知识的方法，即学习方法、思维方法（现代认知心理学的认知策略）。在此意义上，方法可作为独立的学习结果，否则教育目标项目不全。因为，现代认知心理学把学习方法（或思维方法）的学习看成是创造性能力的核心成分。能力是个人完成某一任务表现出来的心理能量，对调节认识与操作活动具有重要影响。方法是客体的存在，能力则是主体的存在。学习方法与能力关系密切，前者是能力发展的基础，即通过方法的掌握与运用，可以更好地发展能力。能力是在学生的学习活动中培养起来的，不同方式的活动，培养不同的能力。在美国，课程目标中没有能力，只有技能，因为在他们看来，技能与能力关系密切，因而将技能作为重要课程目标（这可能与行为主义心理学排斥难以观察的“能力”有关）。我认为，与学科技能相比，学习方法能调节、优化学习过程。如果我们还像以往那样，仅仅大力倡导能力发展，而忽视作为能力发展基础和支撑的学习方法（认知策略）及其教育意义，中小学教师可能仍像以往那样无所适从，无处下手。所以，将方法与能力并列作为课程目标，可以弥补单独将能力作为课程目标的不足，具有重要的实践意义。
3.情感与态度
情感涉及对人、事、物的价值认识及其心理体验，它包括学习动机、学习兴趣、学习情绪和内心体验。人在与外物相互作用的过程中，总会产生一定的情绪体验，这种体验常常与认知、理解、操作活动相伴随。此时的情绪通过积累、强化便产生持续而深刻的情感，如道德感、理智感、审美感。态度是活动的一种心理准备状态，是建立在认知基础上的具有浓厚情绪色彩的行为倾向，它影响着行为的选择。课程学习需要形成积极的态度与健康的情感。当然，情感与态度目标的实现大多是活动通过榜样的作用在认知与操作过程中获得的。
4.社会性发展
除了个体维度的认知、操作、体验以外，课程学习总是在一定的社会文化环境下展开的，而且还具有社会维度，互动是它的重要目标。因为，学习不是纯粹个体的单独行为，它总是在特定的社会背景、活动情境下发生的，教师与学生、学生与学生之间存在多向互动。社会性发展包括人的社会知觉和社会行为方式的获得及社会互动，如通过社会活动，觉察他人的想法，向他人表达行为的动机和目的。研究表明，个体在群体互动之中认知、体验、操作，学习效果更佳。维果斯基的心理发展历史文化学派，特别强调交往在高级心理发展中的作用，人正是在与他人、社会、历史的交往过程中形成相应的心理品质与人格特征。同时，社会建构主义也为课程目标的社会性发展了提供重要基础。21世纪教育委员会向联合国教科文组织提交的报告《教育——财富蕴藏其中》，提出未来教育的四大支柱，即学会认知、学会做事、学会共同生活、学会生存。其中，学会共同生活就是学会与他人一起生活，旨在培养学生在人类活动中的参与和合作精神。可以说，彼此关心、团队协作已成为当代世界教育改革共同的价值追求，而我国的课程目标在这方面却有所缺失。因此，课程目标除了个体心理加工、情感体验的维度，还应有社会互动的维度。互动、对话与合作可以形成积极的人际关系，培养学生强烈的社会敏感度，能促进其社会品格的发展。在此意义上讲，社会性发展应该成为基础教育课程目标的重要维度，缺少了这个维度，学校教育极有可能陷入个人主义的泥潭。
上述四个维度的目标相互关联，共同构成课程目标的整体。其中，知识技能目标是基础（有学者称之为“抓手”，十分贴切），它是方法掌握和能力发展的前提。因为知识是对经验的概括，技能是对心智和动作的活动方式的概括，方法和方法论是对规律性知识的概括，能力是对个性心理特征的概括。知识技能乃至方法均属于课程目标的内容维度。情感态度涉及人生观、世界观和价值观的问题。属于课程目标的动机维度。社会性发展的实质是个体与他人关系的发展，它是在个体之间的互动过程中展开与实现的，属于课程目标的社会维度。知识技能目标是基础和前提，方法目标是工具和武器，情感态度目标是驱力和方向，社会性发展目标则是条件和环境。当然，这四个维度的课程目标仅仅涉及学习领域，完整的目标体系的构建还应包括学习所要达到的水平，即目标层次。目标领域与目标层次相交，便构成课程学习应达到的学习结果（课程目标）。但必须指出的是，课程目标不能代替教学目标，教学目标的制订与表述要依据课程目标，但它更为具体，操作性更强。
参考文献
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重构培养目标 篇3
一、实践中的困惑
在具体的新课程教学实践中有许多误区:一是将“三维目标”当作三个目标, 导致教师在备课和教案写作过程中, 就有意识地将一节课分成三大环节:先落实知识与技能目标, 再落实过程与方法目标, 最后留出一点时间来落实情感态度与价值观目标。我们的教师这样安排, 也是这样去实践的。二是把“过程与方法”理解为纯粹的学法指导, 把“情感、态度、价值观”的培养当作是思想情感教育的内容, 并人为地把它们与知识教学割裂开来。三是有些教师觉得, “三维目标”说到底是“一维”:过程与方法、情感态度与价值观的实现是需要时间的, 为了不影响知识与技能教学的进度, 也为了完成高考的教学任务, 他们只好把时间分配给知识与技能教学;而忽略了其他两个维度目标的实践。其次“三维目标”在一堂课中的发展多半是不平衡的, 必然有一个中心, 这个中心必然是知识与技能;另外, 过程与方法、情感态度与价值观, 难以考查也成为一种理由。四是每一课时都要生拉硬套凑齐三维目标。其实三维目标在每一节课都要设定在实际教学中是不现实的, 也是不必要的。
由于这些误区的存在, 至少在我校, 新课程实施是不够彻底的, 由于每个教师个体对新课程理解的层次和深度不一样, 造成教师之间围绕新课程教学的合作不顺畅, 有的教师固执地沿着传统老路走;而有的教师则有强烈的新课程欲望, 但不能很好地实施, 教师团队合作不顺。再者, 由于高考的压力, 很多教师牢牢抓住“知识与技能”这一维度不放, 导致学生极度厌学, 学生在学习中找不到快乐, 找不到自信。
另外, 学生从小学、初中升学到高中, 他们似乎也习惯于传统课堂的满堂灌, 被动接受知识, 强记技能。到高中了, 有些教师也试着走新课程的路子, 探索通过一些教学活动来改变传统课堂的满堂灌, 但学生习惯于传统课堂, 难以配合教师, 教师的探索在一个教学班里也难以形成气候, 从而使教师对新课程的有益探索受挫, 最后教师在坚持一段时间之后只能草草收尾, 重回老路。所以高中新课程愈走愈艰。当前的课堂教学迷信书本知识多, 学生动手实践少。往往是教师把课堂当作讲堂, 把知识嚼烂了一口一口地喂给学生, 占据了学生独立活动、独立思考的时间, 把学生当成被动接受的“活机器”, 导致了学生独立思考能力、动手能力较差, 视野狭窄, 创新意识缺乏, 难以激起学生的内在学习动机。
二、在实践中重构三维目标
传统课堂教学以及目前我们的教学依然过分强调认知性目标, 知识与技能成为课堂教学关注的中心, 忽视了智力、能力、情感、态度等育人目标, 从根本上失去了对人的生命存在及其发展的整体关怀, 从而使学生成为被肢解的人, 甚至是被窒息的人。课堂教学因此丧失了素质教育的功能。改革课堂教学必须要进行价值本位的转移, 即由以知识为本位转向以发展为本位, 教学目标要真正体现知识、能力、态度三个方面的有机整合。
《易传》上说“一阴一阳之谓道。”道是阴阳的对立统一, 宇宙天地之间, 正是这道“一阴一阳”“一虚一实”的运动变化, 造成了万物的生发和流转。“知识和能力”与“情感态度和价值观”就是“一阴一阳”“一虚一实”的有机整合, 它们是通过“过程和方法”去实现的。过程和方法在其中起到一个维系和桥梁的作用。
虽然在以前也有诸如“授之以鱼, 不如授之以渔”的争论, 但在这里“渔”也仅是突显出了让学生掌握方法的重要性, 而不能很好地诠释出新课程三维目标中的过程与方法的重要性, 可以说“过程与方法”既是对知识与技能的一种升华, 也是对情感态度与价值观的一个推动。
三维目标的紧密联系, 虽是不可分割的, 但也要求教师在教学中突出重视学生参与、体验、探究的方法和过程, 从而巩固知识和能力的培养, 推动实现情感态度和价值观培养的最终目标。
单靠死记硬背加题海训练得到的高分与通过让学生自主探究发现得到的高分相比, 其“含金量”是绝对不一样的, 前者杀鸡取卵, 后者有利于学生的可持续发展。
我们的教师在具体教学活动中, 如果能积极主动地思考怎么去组建学生的学习团队, 怎么教学才能体现把思维的过程还给学生, 把教学的过程同时变成结论形成的过程这一系列实际问题, 把教师的教学真正体现以学生的现实生活和既有经验及社会实践为基础展开, 以自主活动为主要开展形式, 强调学生的亲身经历, 要求学生在“动手做”和“动脑思考”等一系列活动中“体验、感悟”乃至发现和解决问题。
就像在培养学生的团队精神这一问题上一样, 如果我们教师过分强调“知识与技能”这个维度, 而让学生整天去死记硬背一些诸如团队是什么这类概念, 学生弄了半天, 最多会记住几个概念, 班级、团队却如一盘散沙, 无法聚拢。而如果我们能通过一些体育活动、艺术活动或是开展拓展训练, 让学生在短时间内, 亲身体验、感受团队精神, 那么, 后一种建立在过程与方法上的实践才是最具有意义的。它的实施既能让学生学得团队精神, 还能体验到、最终还能培养出强烈的集体荣誉感和构建出牢固且最具发展潜力的学生学习团队。
同时我们在引导学生亲身经历知识的形成过程中, 注重学生的实践体验显得尤为重要。
例如:在《探究感应电流产生的条件》的教学中, 很多老师为了突出知识与技能的传授, 直接跳过探究的过程, 呈现结果, 然后通过做题来让学生理解。但是往往题目一变, 学生就不会做了, 而且还非常迷惑:物理听得懂, 却不会做。殊不知, 学生正是没有理解“磁通量发生改变”这个条件, 而是停留在“切割磁感线”、“磁场与导体相对运动”等表面理解上。这就是割裂或缺失了“过程与方法”的教学所带来的后果。同样的教学内容, 如果我们能让学生充分的开展实验探究, 通过这个过程体验和熟悉产生感应电流的若干种情形, 那么老师就能基于学生获得的感性认识, 从容地引导他们突破“切割磁感线”的片面和“磁体与导体相对运动”的表面, 最终形成“磁通量发生变化”这个深刻的本质理解。在经历了实验探究和分析归纳的一系列过程后, 学生只要掌握磁通量变化的数种情境, 那么此类题目才会迎刃而解, 而且对本册后面的学习将起到重要的铺垫。
因此学生在课堂上, 总觉得知识点都听懂了, 但下来却不会做, 这就是教师在教学过程中缺失了让学生亲身体验与参与知识获得的过程造成的。
三、以三维目标的重构促发展
我们教师的教学设计是以学生为主体, 提出的三维目标, 目标陈述的是学生的学习结果, 并不是对教学内容的具体规定, 因此, 目标的行为主体是学生, 而不是教师。“知识和技能”“过程和方法”“情感态度和价值观”这些目标检验的是学生是否达到了预期的学习结果, 而不是教师有没有完成某一任务或是否达到了某一目标。
所以我们教师要以学生的学, 来确定教师的教。重构教师对三维目标的诠释, 这样才能让学生学得更活、更远。
如果我们真能改变过去的过于注重“知识和能力”教学, 而重新重视知识获取与能力养成的途径与方法, 也就能不断地激起学生的学习兴趣、学习热情, 提高情感和态度的养成, 以及正确价值观的形成。
学生学习团队的组建和有效教学的开展, 不外是在三维目标重构方面的有效探索, 学生通过学习团队的组建与活动, 能真正参与到整个学习活动中, 做自己学习的主人, 通过亲身体验, 团队互助, 查找资料, 解决问题, 成果展示共享, 在体验过程与方法的同时, 牢固掌握知识与技能, 并且通过学习团队内部成员之间的互评, 团队与团队之间的互评再加上教师的评价, 将其通过体验过程与方法的结果升华为情感态度与价值观的最终目标。
一种点目标三维重构的新算法 篇4
双目立体视觉测量系统[1,2,3]中,三维重构原理如图1所示,对于每个摄像机而言,如果光心和像点已知,就可以确定光心和像点组成的唯一射线,在针孔成像模型下,物点必然在此射线上。有几台摄像机进行交汇就有几条这样的射线,且所有的射线都应经过物点,即应用各射线应在物点相交的原理就可以对空间物点进行交汇定位[4]。
摄像机交汇定位问题,传统的做法是利用最小二乘法求解联立的超定方程组得到最优解,将最优解近似地看作空间物点的三维坐标。但是,由于最小二乘法没有考虑所建立的超定方程组所代表的几何意义,计算出的物点坐标精度不高。本文采用求解三维空间中两条射线相交的方法来确定物点坐标。由于图像平面坐标的测量误差、噪声以及摄像机畸变等因素的影响,两条射线可能不会相交[5],所以交汇定位问题就是求异面直线公垂线段中点的坐标。实验表明,该算法较传统的最小二乘法具有更高的测量精度。
1 算法原理
设两个CCD摄像机的外部参数(即两个摄像机的坐标系相对于世界坐标系(Xw,Yw,Zw)的旋转矩阵和平移矩阵)分别为Rl、Rr、tl、tr,其中
设在世界坐标系中有一物点P(x,y,z),该点在两个摄像机图像平面上的投影点在摄像机坐标系OrXrYrZr和OlXlYlZl中的坐标分别为Pl(xl,yl,Fl)和Pr(xr,yr,Fr)(Fl、Fr分别为两摄像机焦距)。则Pl、Pr与两摄像机坐标系原点所组成的射线方程可表示为:
两射线方程还可表示为:
(2)式中,tl'=tlFl,tr'=trFr,xl = xl′Fl,xr = xr′Fr,Pl'(xl′,yl′,1)和Pr'(xr′,yr′,1)分别是Pl、Pr的归一化投影坐标。
为了求解两条射线相交问题,通过求下式的最小值求出对应于两条射线中垂线段时tl'和tr'的值,
分别对tl'和tr'求导并等于0,解方程组求出tl'和tr'并代入到射线方程可得到两条射线最小距离时的对应点。那么,计算这两点的位置平均值就得到了空间点的三维坐标值。将(3)式整理可得:
(4)式中, TL = tl′,TR=tr',
上式两边分别对TL和TR求导并等于0,则有:
化简得:
根据克莱姆法则可得:
将TL和TR的代入(2)式,则得到射线中垂线段对应两点的坐标(xpl,ypl,zpl)和(xpr,ypr,zpr)。求出这两点的位置平均值,就得到目标物点的三维坐标P(x,y,z),即
需要特别指出的是,在求解过程中用到的归一化投影坐标是通过三维目标物点在摄像机图像平面上投影的像素坐标求取的。以左摄像机为例,像素坐标(xp-l,yp-l)与归一化坐标(xl′,yl′)之间的关系可表示为:
(9)式中,fx-l和fy-l分别为左摄像机在Xl和Yl方向上的有效焦距;u0-l和v0-l分别为主点的横纵坐标;γl为左摄像机的扭曲系数。
由于像素坐标(xp-l,yp-l)是通过特征提取所得的实测数据,所以求取的归一化坐标是含有畸变因素的结果,为此需要采用摄像机非线性模型进行畸变校正,应用牛顿迭代法求取其理想坐标值,将理想值代入(2)式即可。右摄像机目标物点的像素坐标采用同样的归一化和畸变校正方法。
2 摄像机非线性模型[6,7]
由于透镜加工和安装等多方面因素的影响,摄像机的线性模型并不能准确地描述其成像几何关系,即实际的光学系统并不是精确地按照理想化的小孔成像工作原理,而是存在有透镜畸变,空间物点在摄像机成像平面上实际所成的像点与理想成像之间存在有光学畸变误差,特别是在接近透镜边缘的区域,畸变较为明显,这种畸变称为非线性畸变[8,9,10]。
选择畸变模型时,首先要使建立的摄像机模型能够尽量符合实际光学系统的成像过程,同时也应该考虑引入畸变因素后,求解这些参数的算法能够快速收敛,以便得到稳定的、高精度的解。综合以上因素,本文在选用畸变模型时仅考虑径向畸变的前两项和切向畸变,忽略薄棱镜畸变。最终得到的图像点理想图像坐标与实际图像坐标之间的关系为:
(10)式中,(Xd,Yd)是实际的图像点坐标;(Xu,Yu)是线性模型中图像点坐标的理想值;
3 实验结果及分析
实验中,两个摄像头的基线距离为 200 mm。标定好摄像机参数后,将标定模板放在传感器测量范围内的任意位置,以标定模板上的原点标志所对应的角点为原点,建立世界坐标系。实验分为2组,分别将标定模板放置于两个不同的位置,每一个位置处选择6个待测角点,其中角点编号1—6属于一组,编号7—12属于另外一组。将测量值与理论值相比较,测量对比结果及误差比较结果分别见表1、2表。实验证明,对于空间点的三维重构,异面直线公垂线段中点逼近法较传统的最小二乘法能取得较高的测量精度。
参考文献
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[9]杨必武,郭晓松.摄像机镜头非线性畸变校正方法综述.中国图像图形学报,2005;10(3):269—274
重构培养目标 篇5
1. 财务公平。企业财务公平指企业开展财务活动时应该遵循的一种价值观,是企业财务信息产生的过程及企业财务信息结果对社会公平需求的一种满足。企业财务公平是社会公平的子概念,涉及财权配置、收益分配、 财务信息和信任问题等方面。包括投资者在内的利益博弈方一直都在追求财务公平,但在推崇“股东利益至上” 的财务价值导向下,除股东外其他利益博弈方利益在财务管理目标中都没有得到体现,因而企业财务公平也就无从谈起。
2. 对现行财务管理目标的剖析。当前理论界和实务界对财务管理目标主要有利润最大化等几种观点,具体剖析如下:1利润最大化。该观点认为,利润是企业创造财富的代表,所以企业的财务管理目标是追求利润最大化。该目标忽视了企业所创造利润的质量,也没有将企业利润与投入资本联系起来。2每股收益最大化。该观点认为,应将企业利润与投资者投入资本联系起来,以追求企业每股收益最大化。该目标从一定程度上修正了利润最大化目标,但依然没有考虑企业利润的质量问题。3股东财富最大化。该观点认为,股票总市值代表了企业市场价值,股票总市值最大意味着企业总价值最大,从而股东财富最大。4企业价值最大化。该观点认为,通过企业财务的合理运营,采取最优财务政策,在企业长期稳定发展的基础上不断增加企业的财富,使企业价值达到最大。
作为财务管理活动的起点与终点,财务管理目标对财务公平能否实现影响巨大。从利润最大化到企业价值最大化,这些目标都没有将股东以外利益博弈方的利益纳入考虑范围。可见,要想实现企业财务公平,就必须构建一个公平、合理的财务管理目标。
二、利益博弈方财富最大化:财务公平视角下财务管 理目标的重新定位
1. 利益相关者财务论:利益博弈方财富最大化的理论支撑。20世纪80年代,美国学者布莱尔在其著作《所有权与控制:面向21世纪的公司治理探索》中全面分析了公司治理和利益相关者理论的关系;1984年美国学者弗里曼从战略管理角度重新定义了利益相关者;威克斯与琼斯在前人研究的基础上共同提出了融规范研究方法和实证研究方法的综合利益相关者理论,为企业经营者提供了如何设计出既可以使企业成功运作又符合道德规范的范式。利益相关者理论的产生和发展为许多领域的研究开辟了一个全新视角,包括财务目标理论。利益相关者理论要求企业充分重视股东以外的利益相关者的利益,以实现企业财务公平。利益相关者财务论就是企业内部各经济利益主体以利益相关者财富最大化为基本目标,在资产运营过程中建立的、彼此利益促进与制约的财务运行机制。
2. 利益博弈方财富最大化目标与股东财富最大化目标的比较。1产权理论。股东财富最大化目标以新古典产权理论为基础,认为股东既是企业所有者也是风险主要承担者,其在企业中的地位“至高无上”;利益博弈方财富最大化目标以利益相关者理论为产权基础,追求企业市场价值总和最大化。2公司治理结构。股东财富最大化目标依据“股东利益至上”模式,认为企业经理人员只是代表股东利益行使代理权;利益博弈方财富最大化目标依据“共同治理”模式,主张各利益相关者来共同治理企业。 3追求效益。股东财富最大化目标追求单纯经济效益,产生的外部不经济效应导致了财务不公平;利益博弈方财富最大化目标追求企业经济效益和社会效益的和谐统一。4对资本的重视程度。股东财富最大化目标只重视拥有物质资本的所有者利益;利益博弈方财富最大化目标认为物质资本和人力资本都是企业必不可少的生产要素,应该以各生产要素的贡献大小为依据来分配收益。
3. 利益博弈方财富最大化目标的优势。通过上述比较,利益博弈方财富最大化目标凸显出如下优势:1“共同治理”逻辑。“共同治理”模式使得利益博弈方财富最大化目标成为企业财务管理目标的更优选择。2企业产权分享。随着社会分工日益细化、经营风险不断扩大,债权人、经营者等也成了企业的风险承担者。因此,该目标能更客观地反映现代企业所有权的分享状况。3社会效益与经济效益的和谐统一。企业要实现可持续发展,一个好的社会环境是必需的。因此,实现了社会效益与企业经济效益和谐统一的利益博弈方财富最大化目标是现代财务管理目标的合理选择。4知识经济时代人力资本重要性的凸显。利益博弈方财富最大化目标在肯定物质资本价值的同时对人力资本所有者的权利给予了充分重视,因而能最好地实现财务公平。
三、财务公平视角下利益博弈方财富最大化目标体 系的构建与选择
1. 企业利益博弈方主体、层次。利益博弈方泛指那些利益受企业财务管理目标实现过程影响的个人和群体, 以及能够对企业实现其财务管理目标的过程产生影响的个人和群体。
从对企业的投入及希望从企业获得满足这两个角度,本文将利益博弈方分为以下六类:1股东。作为物质资本的投入者,股东期望从企业得到的收益是股利和资本增值。2债权人。债权人向企业投入债务资本,期望得到合同规定的利息并到期收回本金。3经营者及员工。经营者和员工向企业投入人力资本,期望获得丰厚福利、舒适的工作环境及充满希望的发展前景。4顾客。顾客对企业的投入是营业收入,他们要求从企业处得到高质量的产品或服务。5供应商。供应商向企业投入各种资源,要求从企业处得到及时的资金收入。6政府。政府投入公共产品与服务,要求从企业处得到税收。
同时,根据利益博弈方承受的风险大小及其与企业关系的密切程度,可将利益博弈方分为以下三个层次: 1第一个层次:股东与债权人。作为资本提供者,股东和债权人为企业的价值增值提供了基础。因此,股东和债权人是企业最重要的利益博弈方。2第二个层次:经营者与员工。经营者与员工都是企业人力资源的投入者,其自身利益都与企业息息相关。3第三个层次:顾客、供应商、政府、社会等。他们处于企业边界之外,对企业的重要性相对低于前两个层次。
2. 利益博弈方财富最大化目标体系的结构。利益博弈方财富最大化是利益博弈方财富最大化财务管理目标体系的整体目标。根据上述利益博弈方的三个层次,可以设定不同的分部目标:1股东的分部目标是使投入的资本保值增值;2债权人的分部目标是取得利息并在到期时收回本金;3经营者的分部目标是自身效用最大化与工作稳定性之间的平衡;4员工的分部目标是薪资收入最大化与工作稳定性之间的平衡;5顾客的分部目标为满意度最大化;6供应商的分部目标为保持稳定的、互惠互利的采购关系;7政府的分部目标是企业对政府的贡献最大化;8社会的分部目标是企业对社会的贡献最大化。
由此可见,针对不同利益博弈方的不同利益要求制定不同的分部目标,再将各分部目标整合成一个综合财务管理目标体系作为企业的整体财务管理目标,兼顾到了股东外其他利益博弈方的利益,能够很好地实现企业财务公平。
3. 利益博弈方财富最大化目标是我国企业财务管理目标的理性选择。考虑到我国社会性质与市场经济的特殊性,只有利益博弈方财富最大化目标才是我国企业财务管理目标的理性选择。
具体原因如下:1利益博弈方财富最大化目标符合我国国情。作为一个社会主义国家,我国企业应该更加强调社会财富的积累与共同富裕,而我国企业普遍偏高的资产负债率客观上要求财务管理需要更多考虑债权人的利益。2利益博弈方财富最大化目标有助于建立和完善现代企业制度。从现代产权制度理论的观点来看,企业是所有利益博弈方共同拥有的企业,利益博弈方财富最大化目标体现了产权分享思想,有助于建立和完善现代企业制度。3利益博弈方财富最大化目标符合企业可持续发展的要求。利益博弈方财富最大化目标很好地兼顾了企业的短期利益与长期利益,有利于实现当代人与后代人之间的财务公平,有利于企业的长期可持续发展。
参考文献
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Vasudevan Ramanujam,N.Venkatraman.Planning System Characteristics and Planning Effectiveness[J].Strategic Management Journal,1987(8).
重构培养目标 篇6
在计算机视觉系统中,运动目标的分割是一个非常重要的问题,应用于视频监视、交通监测、图像压缩等许多方面。根据分割目标的类型,可分为刚体和非刚体的分割,刚体是指具有刚性结构、不易变形的物体,而非刚体则存在外形容易变化的特点,因此序列图像中非刚体目标的精确分割是一个较难的问题。根据分割所采用的物理依据,可简单地分为两类:一类以时序属性为分割依据,它们根据视频的时序属性来分割运动目标,主要有光流法、相邻帧差法和背景差法。光流法[1,2]在不需要背景区域的任何先验知识条件下就能够实现对运动目标的检测和跟踪,但是光流法的计算量非常大,而且对噪声比较敏感。相邻帧差法[3,4,5]能够适应环境的动态变化,但分割出的目标内部容易产生空洞。背景差法[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19]能得到较完整的目标,具有实现容易和计算量小等特点,但是当目标中有部分区域与对应背景区域的灰度值很接近时,仍会使分割出的目标产生缺口、空洞和分离。另一类以空间属性为分割依据,它们主要根据图像的区域或是边缘信息来分割运动目标,主要有活动轮廓模型、边缘检测算子等。近年来,应用主动轮廓模型和水平集的图像分割方法在运动目标的检测和跟踪领域得到了广泛的研究和应用[20,21,22,23],该方法能够适应目标拓扑结构的变化、获得封闭和完整的目标轮廓信息,适应于刚体或非刚体目标的分割,但其主要缺点是计算量大。
本文根据上述两类分割方法的优缺点,采用背景差和水平集相结合的方法研究固定摄像机监控视频中刚体或非刚体的多运动目标检测与分割问题,总体算法流程图如图1所示。算法中先进行初始背景的重构和背景更新,采用减背景法得到背景差图像并二值化,然后进行去噪、连通域检测和分析并提取出图像中的运动目标区域,最后对各运动目标区域块分别作水平集图像分割,得到封闭和完整的目标轮廓。
1 基于像素灰度频率统计的背景重构及更新算法
初始背景的重构和背景的实时更新是背景差法的核心和难点。经典方法是时间平均法,但该方法易将前景运动目标混入到背景当中,产生混合现象。近年来,人们对如何实现背景的自适应更新进行了大量研究,主要可分为两类:第1类是建立背景模型并采用自适应方法对模型参数进行调整,从而获得新的背景图像[6,7,8,9,10,11,12,13,14];第2类是从过去的一组观测图像中按照一定的假设选择像素灰度构成当前的背景图像[15,16,17,18,19]。第1类方法都需要进行模型初始化,通常假定在初始化阶段,背景中不含有运动前景,这种假设在实际的公共场合很难满足;其次,所建立的模型很难充分表示实际的背景,使运动前景很容易混入背景图像当中,产生混合现象。第2类方法的优点是,不需要对场景中的背景和目标建立模型,直接从含有运动前景的场景图像中重构背景,有效地避免了混合现象。但是,由于这类方法是从过去一段图像序列中重构背景图像,因此不如第1类方法能够适应迅速的场景变化,而是产生一定的时间延迟,但这个问题对于长时间图像监视和跟踪系统的影响并不大。本文的背景重构算法属于第2类方法,受文献[19]的启发,提出了一种基于像素灰度频率统计的背景重构算法,该算法保留了该类方法的优点,并且能以相对较少的帧提取出较好的背景。
1.1 背景重构
本文的背景重构算法是从过去的一组观测图像中,在“背景在图像序列中总是最经常被观测到的”假设的前提下,通过求解连续三帧图像的对称差分,确定出当前帧中的背景像素点,并只对背景像素点的灰度值进行统计,最后选择出现频率最高的灰度值作为该点背景像素的灰度值。算法分为4步,具体如下:
步骤1:建立灰度值统计矩阵LHW×H×256。设输入视频的分辨力为W×H,则建立一个W×H×256的3维矩阵,该矩阵中的每个元素LM(x,y,l)的值代表图像中(x,y)处像素点的灰度级l(0≤l≤255)出现的总次数。
步骤2:用对称相邻帧差分确定当前帧的前景及背景像素点。已知图像序列(I1,I2,…,IM),从中等间隔抽取N+2帧图像,记为(f0,f1,f2,…,fN+1)。fi-1(x,y)、fi(x,y)、fi+1(x,y)表示第i-1、i、i+1帧(i=1,2,…,N)像素点(x,y)处的灰度值,则第i帧的前向和后向差掩模图分别为
式(1)、(2)中,Ti-1、Ti+1分别为判断像素点(x,y)处的灰度值是否发生变化的阈值,通过Ostu法(最大类间方差法)自适应计算得到。则运动像素点的掩模图为
式(3)中,如果对于某一点(x,y),若OBi(x,y)=1,则可以判断这一点在当前连续三帧图像中都是运动的,因而该像素点为前景像素点,反之,若OBi(x,y)=0,则为背景像素点。
步骤3:根据OBi(x,y)所确定的背景像素点,统计并更新灰度值统计矩阵LHW×H×256。若像素点(x,y)处OBi(x,y)=0,灰度值为l(0≤l≤255),则将(x,y)处灰度值l的出现次数加1,即LM(x,y,l)=LM(x,y,l)+1;若像素点(x,y)处OBi(x,y)=1,则不做处理。
步骤4:对抽取的N+2帧图像重复进行步骤2和步骤3,最后根据灰度值统计矩阵LHW×H×256,对于每个像素点用出现频率最高的灰度级作为该像素点的初始背景灰度值,从而构建整个初始背景。
对上述算法要说明的是,实际使用中只需要开辟W×H×256大小的固定内存空间,而不需要对采样图像进行存储,若将灰度级缩减为128级或64级则占用的内存空间进一步减小为原来的1/2和1/4。
1.2 背景更新
本文主要采用两种方法进行背景更新。第1种是定时背景更新,即在规定时间段中(通常5~10 min),抽取最后10~20 s图像序列,利用本文的算法重构背景,作为下一个时间段的背景参考帧。这种方式适用于背景缓慢变化的情况,如一天当中太阳光照的缓慢变化。第2种方法借鉴了文献[17]中的背景更新策略,若在当前帧与背景参考帧差分后所得差分图像中,发生变化的像素数与全部像素数的百分比大于某一个阈值(通常取80%),则背景发生了变化;若连续多帧中这一比值依然很大,则重新抽取此时的图像序列,按照本文算法重构背景。这种方式适用于背景发生突变时的情况,如室内突然开灯或关灯。
1.3 实验结果
以Highway视频序列为测试对象,采用前50帧重构背景,图2为采用本文算法进行背景重构的示意图。从图2(a)~(e)可以看出,随着输入帧的增多,前景物体逐渐消隐,从而背景也逐步地重构出来,第30帧时已初步重构出背景,到第50帧时基本上重构出完整的背景图。图2(f)是(160,200)位置处像素点在前50帧中的各灰度值,从图中看出在第5、11、15等帧时由于有车辆经过,因此灰度值变化较大,但是在大部分的帧中该像素点的灰度值基本在138左右变化。相应地,图2(g)给出了(160,200)位置处像素点在前50帧中各灰度值出现的频次,从图中看到,由于在5、11、15等帧时通过运动检测判别为前景像素点,灰度统计时被略去,即在图(g)中灰度值低于100的各灰度值出现次数都为0,同时灰度值138出现频率最高为9次,且与138相临近的灰度级出现次数也较多,因此(160,200)位置处像素点的背景像素值最终取为138。
2 基于背景差的运动目标区域检测
2.1 基于背景差的运动检测
若将背景参考帧记为B(x,y),当前帧记为I(x,y),背景差掩模图像记为F(x,y),则:
式中:Tb为二值化阈值,由Ostu法自适应计算得到。当F(x,y)为1时,对应的是前景图像及部分噪声。
2.2 背景掩模图的去噪、连通区域检测和分析及运动目标区域标定
从背景差掩模图像F(x,y)到运动目标区域的标定主要包括三个方面的工作:
1)采用数学形态学滤波的方法去除孤立噪声点。
2)采用基于8-邻域搜索的区域生长算法完成连通区域的检测,并通过设置连通区域面积的阈值将小块背景噪声连通区域消除。
在二值图像连通区域的检测上,本文提出了一种基于8-邻域搜索的区域生长算法。该算法采用一种类似区域生长的思想,避免了重复标记的问题,其基本思路是一次标记整个连通区域,然后再标记下一个区域,直到所有的连通区域都被标记。具体步骤如下:
步骤1:创建与F(x,y)(分辨率为W×H)大小相同的标记矩阵flagW×H,并初始化为0。
步骤2:对背景差掩模图像F进行逐行、逐列扫描,找到第一个F(x,y)=1且flag(x,y)=0的种子点(x1,y1),标记该点,即置flag(x,y)=1,表明该点已检测过;检查该点的8-邻域点,对F(x,y)=1的邻域点再进行8-邻域搜索,通过如此不断迭代的8-邻域搜索,逐步标记包含点(x1,y1)的整个连通区域,即将该连通区域中的所有点对应的flag(x,y)都置1,并记录该连通区域面积以及最小和最大的行、列号等信息。
步骤3:从(x1,y1)的下一个像素点开始,继续对F(x,y)进行逐行、逐列扫描,找到下一个F(x,y)=1且flag(x,y)=0的点,即未检测的种子点(xi,yi)(i=2,3,...,M,M为连通区域的总个数),重复步骤2直至扫描完整个F(x,y)。
该算法通过一次扫描即可实现全部连通区域的检测,具较高的效率;同时,这种基于8-邻域搜索的区域生长方法不受连通区域几何形状及数量的影响,具有很好鲁棒性。
在小块背景噪声的消除上,考虑到在实际应用中,噪声的连通区域远远小于实际运动目标的连通区域,故而将最大连通区域面积Amax的3%作为阈值,将面积小于该阈值的连通区域看作噪声并予以清除。
3)分析各连通域间的位置关系,消除背景差法造成的目标区域的缺口、空洞和分离所带来的虚假多目标,并正确标定出运动目标区域。
设[rmini,rmaxi,cmini,cmaxi]、[rminj,rmaxj,cminj,cmaxj](i,j=,1,2…,M,且i≠j,M为连通区域的总个数)分别为检测出的第i和第j连通区域的行列位置坐标,若满足式
则将i、j连通区域合并为一个,合并后连通区域的行列位置坐标为
式(5)表示,若两个连通区域的中心距小于各自长边半径之和时,则认为这两个连通区域属于同一个目标并将其合并,合并后的区域取二者的最大区域,即式(6)。
2.3 实验结果
以Highway视频序列第30帧为例,图3给出了运动目标区域检测示意图。其中(a)为原始图;(b)为形态学滤波后的背景差掩模图;(c)给出了连通区域检测和小块背景噪声区域消除后的目标图,(b)中最大连通域面积为981个像素点则阈值取为29,小于该值的连通区域认为是背景噪声予以消除,对比(b)和(c)看到在图像右上角处的小块背景噪声得到了消除;(d)为连通域分析后最终得到的运动目标区域图,对比(b)、(c)和(d)可看出,油罐车在(b)图中,存在缺口、空洞和分离,形成6个分离的连通区域,即(c)图中被检测为6个目标区域,但通过连通域分析后重新合并为一个目标,消除了背景差法造成的虚假多目标,如图(d)所示。
3 基于水平集的运动目标轮廓分割
传统水平集方法中,水平集函数通常取由初始闭合曲线C0生成的符号距离函数SDF,再以水平集等式:∂φ/∂t+F|∇φ|=0,演化水平集函数φ。但在演化过程中,水平集函数会逐渐变形,不再保持为符号距离函数,这对计算的稳定性和准确性有很大影响。因此,每次更新水平集后,都需要将水平集重新初始化为符号距离函数,这是水平集方法计算量的重要组成部分。为提高计算速度,本文采用文献[23]中提出的无需重新初始化的水平集方法。
3.1 无需重新初始化的水平集方法
该方法首先提出式(7)来表征函数φ在Ω⊂R2中与SDF的接近程度,并定义式(8)的能量函数:
其中:µ>0是一个参数,用于控制惩罚φ偏离符号距离函数的效果;εm(φ)是驱动φ的零水平集移动的某种能量。以∂ε/∂φ标识函数ε的第一变分,则进化等式:
为用于最小化函数ε的梯度流。在基于水平集图像分割中,能量εm将被定义为一个依赖于图像数据的函数,称之为外部能量。相应地,能量P(φ)称之为函数φ的内部能量。按照梯度流式(9)在φ的进化中最小化了函数(8),零水平集曲线将会在外部能量εm作用下移动,同时由于内部能量的惩罚作用,进化函数φ根据进化(9)在进化过程中将会自动地保持为一个近似符号距离函数,因此重新初始化过程可完全去除。
在图像分割中,定义边缘指示函数g,及外部能量εm如下:
其中:I是图像,Gσ是标准差为σ的高斯核,λ>0且v为常量,δ是Dirac函数,H是Heaviside函数。则由式(7)、(8)、(11),通过变分的微积分,得到用于最小化函数ε的梯度流为
其中:∆是拉普拉斯算子,这个梯度流即为水平集函数的进化等式。式(12)右边的第二和第三项分别对应于能量函数λLg(φ)和vAg(φ)的梯度流,并负责驱动零水平集曲线靠近目标边界。
3.2 实验结果
为测试本文算法的实际性能,采用Matlab7.01开发环境及Matlab编程语言,在Windows XP SP3,CPU为Intel Pentium M 1.5 GHz,内存为512 MB的计算机上对Highway及Shop视频序列进行了测试,测试参数及结果如表1所示,其中处理时间和速率都为平均值,目标检测及分割效果如图4和图5所示。Highway序列中汽车为刚性目标但运动目标较多,如第30帧中存在12个目标,所以在背景建模不是很准确的情况下容易造成运动目标的误分割;图4中给出了从不同时段分别抽取的第30、125、235、350帧的分割结果,其中第30帧中部分目标与背景的灰度值较近,背景差掩模图像中存在的目标区域的缺口、空洞和分离,但通过连通域分析确定出完整的目标区域,并通过水平集分割得到目标轮廓,由于刚性目标轮廓相对固定简单,实验中水平集迭代步数设为30即可。Shop视频序列中行人是一种非刚性的运动目标,存在外型容易变化的特点,采用传统的方法很难得到满意的结果,但本文通过水平集分割的方法都得到了封闭、完整的目标轮廓,如图5所示,由于人体的轮廓相对复杂、变换快,实验中水平集迭代步数设为50;同时,图5中第130、810、840、860帧给出了本文算法处理目标的合并和分裂的全过程,一方面通过可靠的背景建模能实现了较准确的目标检测,另一方面水平集分割本身对目标的几何拓扑变化具有自适应性,能很自然的处理目标的分裂和合并。
在算法的处理时间和速率上,从表1可看出,对于320×240大小的Highway和384×288大小的Shop视频序列,在未对本文算法进行任何优化的情况下,目标区域的检测均能达到25 fps以上,整个轮廓分割算法的处理速率也分别能达到1.3 fps和0.5 fps。同时,本文算法各模块又相对独立,具有较好的灵活性,对于无需精确轮廓分割的应用场合,只需采用本文的目标区域检测分割算法即可达到实时应用的要求。
4 结论
本文讨论了一种固定摄像机监控视频序列中多运动目标的检测和分割方法。该方法先采用背景差法进行运动检测并提取当前帧中运动目标区域,然后对各运动目标区域块分别采用基于水平集的活动轮廓算法进行轮廓分割。实验结果表明,本文算法具有以下特点:该算法能够在包含前景的一段视频序列中较好地提取出背景图像;基于8-领域搜索的区域生长算法能实现任意形状和数量的连通域的快速检测;连通域分析的方法能消除背景差掩模图像中的缺口、空洞和分离所带来的虚假多目标;采用水平集对目标进行轮廓分割,可分割出刚体或非刚体运动目标的封闭而完整的轮廓;与传统方法不同,水平集分割不是对整幅图像而是对检测出的较小目标区域块进行处理,极大地减少了计算量。本文方法在有阴影的情况下无法提取出正确的目标轮廓,同时若图像中目标较大且数目较多会增加水平集分割的处理时间,因此,阴影的消除及水平集快速算法是下一步的研究方向,其中,文献[22]在水平集快速算法的研究上取得了较大进展。
摘要：针对固定摄像机监控中多运动目标自动分割问题,本文提出了一种基于背景差分和水平集的新方法。首先,该方法通过求解连续三帧图像的对称差分,确定出当前帧中的背景像素点,并对背景像素点的灰度值进行统计,最后选择频率最高的灰度值作为该点背景像素灰度值来重构背景。其次,提出了基于8-邻域搜索的区域生长算法完成连通区域的检测,并通过设置阈值和连通域分析,消除背景块噪声并标定出运动目标区域。最后,对所有运动目标区域块,分别采用无需重新初始化的水平集算法作分割,得到封闭和完整的目标轮廓。实验结果表明,该算法能实现固定摄像机监控中刚体或非刚体的多运动目标的自动检测和轮廓分割。
重构培养目标 篇7
2003年“8·14”美加大停电、2008年中国南方大部分地区因冰雪天气造成的大面积停电和2012年“7·30”印度大停电事故为电力系统的安全稳定运行敲响了警钟。虽然目前盛行的智能电网建设以提高电力系统的自愈能力作为主要目标之一,但要完全杜绝大面积停电事故的发生在技术上并不现实、在经济上也未必可行。因此,研究大停电后的系统恢复问题依然具有重要意义[1-2]。大停电后的网络重构阶段的主要任务是尽快给失电厂站送电,快速恢复失电机组,并建立一个稳定的网架结构,为下一步的负荷恢复打下坚实基础[3-4]。
到目前为止,在网络重构方面国内外已经做了相当多的研究工作。文献[5]提出了以重要负荷占已恢复负荷总量的比例最高为网络重构优化目标,并采用离散粒子群优化算法求取最优网络重构策略。文献[6]将最短路径法和遗传算法相结合用于优化大停电后的系统分区恢复过程。文献[7]以网络重构时间和机组出力恢复程度为恢复优化目标,利用交叉粒子群算法优化目标节点的恢复顺序。文献[8]采用节点收缩后的网络凝聚度来评价网络节点的重要度,但并未考虑不同线路的相对重要性。文献[9]利用加权复杂网络中衡量网络枢纽性的介数指标来优化恢复路径,但在评价节点重要度时并未考虑网络的拓扑特性。文献[10]研究了节点间的供电关系,提出一种基于后悔思想的节点重要度评价方法,但该方法仅考虑了节点间的电气联系,并未考虑节点负荷量等每个节点自身的因素,而且在优化恢复路径时仅考虑了对重要节点的恢复。文献[11]采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解网络重构的多目标优化问题。综上所述,目前绝大多数文献在优化网络重构策略时将多目标优化转化为单目标优化处理,没有充分考虑多个目标之间可能存在的相互制约关系,而且采用这种处理方法时也很难适当确定不同目标函数之间的相对权重。
网络重构是一个涉及多方面因素的多目标优化问题,从数学优化的角度上看其规模大、难度高,直接求解比较困难。网络重构是包含多个步骤的多目标优化问题,每次优化一般都会产生多个甚至无数个Pareto最优解,即所谓的Pareto前沿,而每个解在下一步的优化中又可以产生多个甚至无数个Pareto最优解,对于这样的连续多次优化问题,若采用传统方法连续多次进行优化,就存在维数灾问题。为此,借鉴细胞生长过程的机理,本文提出一种多步求解策略,称之为多步凋亡优化策略(multi-stepapoptosis optimization strategy,MSAOS)。这种策略将电力系统网络重构问题分解为连续多个步骤,从而降低了各步骤的优化规模和难度;通过优选每步的Pareto最优解实现分段最优,在通过维持解的数量来避免可能产生的维数灾问题的同时,兼顾了全局最优,最终获得的细胞连续多步生长轨迹展示了各步连续优化的结果。
在上述背景下,本文提出一种计及节点间电气联系和节点负荷量这两个因素的节点重要度评价方法和恢复路径评价方法,并在此基础上发展了网络重构多目标双层优化模型。其中,上层模型用于优化发电节点恢复顺序,而下层则为用于确定恢复路径的多目标优化模型。之后,针对所发展的多目标双层优化模型,提出了一种基于连续动态Pareto的多步凋亡优化求解策略,进而利用模糊决策(fuzzydecision-making,FDM)方法从多个策略中选出最优网络重构策略。
1 改进的节点重要度评价方法
1.1 计及节点间电气联系的节点重要度评价方法
对于待评价节点m,基于后悔思想的节点重要度评价指标为[10]:
式中:u为比例系数,u<1;为与节点m直接相连的所有节点两两组成的节点对的集合;J(*i，j)为原网络节点对(i,j)的路径判别值,若节点对中的两节点连通则路径判别值为1,反之则为0;J(*i，j)′为去除节点m后,节点对(i,j)的路径判别值;为在评价节点m周围相邻节点时,采取不恢复节点m的方式时可实现相互送电的节点对集合;H(imin,j)′为采取不恢复节点m的方式时,节点对(i,j)之间的恢复成本最小值;H(imin,j)为在可选择恢复节点m的方式下,节点对(i,j)之间的恢复成本最小值。
由于各个指标的量纲不同而无法比较,因此需要将指标归一化处理。定义Pm，base和Cm，base分别为拓扑连通性损失后悔值的基准值和恢复成本增加后悔值的基准值,则该指标的归一化形式为:
1.2 计及节点负荷量的节点重要度评价方法
电力系统恢复的最终目的是尽快恢复对所有停电负荷的供电,而停电损失一般由负荷失电所造成的经济损失来评判。这样,节点所带负荷量可以在相当程度上反映节点的重要程度。节点的负荷量越大,其失电所造成的损失往往越大,节点的重要度也就越大,因而就应该优先恢复。定义节点相对负荷量指标为:
式中:Pcl，m为位于评价节点m的负荷的总有功功率;Pcl，base为负荷基准值。
1.3 计及节点间电气联系和节点负荷量的节点重要度综合评价方法
将计及节点间电气联系和计及节点负荷量的节点重要度评价方法结合起来,定义节点重要度综合评价指标为:
式中:λ为比例系数,用于调节两个指标的相对权重,其取值范围为[0,1]。
从αm和βm的表达式可以看出,这两个指标的计算结果均为归一化的。对于实际网络重构问题,可以取系统各节点中每个指标的最大值作为该指标的基准值,也可以根据系统情况适当给定。
2 网络重构的多目标双层优化模型
在上述节点重要度综合评价方法的基础上,本节将发展网络重构的多目标双层优化模型。其中,上层优化模型以最大化待恢复系统可用发电容量为目标优化机组恢复顺序;而下层则是多目标优化,以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标确定机组的恢复路径,并计及了线路恢复时间。
2.1 确定非黑启动机组恢复顺序的上层优化模型
在网络重构阶段,以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定机组恢复顺序,即根据各机组特性合理安排非黑启动机组的启动时刻[12-13]。确定非黑启动机组最优恢复顺序问题在数学上可描述为[10]:
式中:Nsb和Nsnb分别为网络重构阶段启动的黑启动机组数和非黑启动机组数;Tsb,n,Tsbn,Rsbn,Psbn,max,Psbn(t)分别为第n台黑启动机组启动时刻、启动时间(从开始启动到输出功率所需时间)、爬坡速率、最大输出功率和到达时刻t时已经恢复的发电出力;Tnes,k,Psnbk,need,Tsnbk,Rsnbk,Psnbk,max,Psnbk(t),Psnbjk(t)分别为第k台非黑启动机组获得启动电源时刻、所需启动功率、启动时间、爬坡速率、最大输出功率、到达时刻t时所恢复的发电出力和其消耗功率;t为根据系统和机组情况所预估的恢复时间,在该段时间内所有非黑启动机组均获得启动电源,同时输出功率。
假设大停电后黑启动机组立即启动,这样式(5)至式(8)中非黑启动机组k获得启动电源的时刻Tnes，k就为唯一变量,则可通过优化利用各非黑启动机组的启动时刻Tnes，k来调整该阶段系统中的可用发电容量。此外,在恢复过程中还需校验是否满足发电机出力约束、功率平衡约束、机组热启动和冷启动的时间约束等。
对于非黑启动机组可采用如下恢复策略。
1)首先启动黑启动机组,以便为系统提供黑启动电源。
2)在安排机组启动时,统筹考虑具备热启动条件的机组优先启动,让尽可能多的机组热启动(如优先安排热启动时限较小的机组热启动)。
3)为实现系统的快速恢复,在考虑恢复策略2的前提下,优先恢复爬坡速率较大的机组。
4)若到某时刻已恢复的电源功率不足以恢复具有最大热启动时限的机组,则可以考虑先恢复其他类型机组,但要尽可能使得该机组随后能够热启动。
5)若当前已恢复的电源功率足以启动多个机组,则可采用并行恢复策略,否则就采用串行恢复策略依次恢复相关机组。
2.2 确定恢复路径的下层多目标优化模型
在确定了机组的恢复顺序后,如何为这些机组选择合适的恢复路径便是下一步需要解决的问题。这里以最大化恢复路径的平均重要度[10]和最小化恢复路径的充电电容为目标来确定机组的最优恢复路径,用数学方式可描述为:
式中:λΓ为恢复路径的平均重要度;ΨΓ为恢复路径Γ经过的未恢复节点的集合;NΓ为路径Γ经过的未恢复节点数;CΓ为恢复路径的充电电容;ΨlΓ为恢复路径Γ经过的未恢复线路的集合;clc为线路lc的充电电容。
恢复过程中需检验是否满足节点电压幅值和相角约束、线路热稳定极限约束、系统频率约束,并确定为保证系统安全稳定所需投入的负荷量。
需要指出,恢复路径选定不当有可能对机组恢复造成负面影响。当系统的启动功率足够启动某台机组时,如果恢复路径需要的时间过长将可能导致机组不能在该时刻立即恢复。这样,为了快速恢复系统,应当从不推迟机组恢复时刻的路径中选择。若无法找到不推迟机组恢复的路径,则应选择恢复时间最短的路径来恢复该机组。这样,计及路径恢复时间影响的优化恢复路径的双目标函数可以描述如下:
式中:λΓ，k和CΓ，k分别为机组k的恢复路径Γ的平均重要度和充电电容;ΨΓ,k,NΓ,k,ΨlΓ,k分别为机组k的恢复路径Γ所经过的未恢复供电节点的集合、节点数及其经过的未恢复供电线路的集合;TΓpath，k为启动功率通过路径Γ送达机组k的时刻;fT(x)为阶跃函数,
当路径Γ不会造成机组k推迟恢复,即Tnes，k≥TΓpath,k时,,fT(Tnes,k-TΓpath,k)=1,式(10)中两个目标函数的第1项均为0,此时式(10)与式(9)一致;当Tnes,k
对于有多个同类型参数机组的情况,如果启动功率足够启动这些机组,则可同时启动;否则,可从这些同类型参数机组中随机选择部分机组启动。如果在第2层优化中,被选择的机组中部分机组由于线路恢复所需时间较长,无法在由第1层优化所得到的时刻恢复,则可用其他同类型参数机组替换这些无法在该时刻恢复的机组。若其他同类型参数的机组也无法在该时刻恢复,则可考虑恢复其他类型参数的机组。
与文献[8]中一样,在式(10)所描述的优化模型中,候选的恢复线路为优化变量,这是一个离散变量的多目标优化问题;可以采用传统的数序优化方法、智能优化方法或启发式优化方法求解,最终可得到一组Pareto最优解。对于大规模的网络重构问题,现有的方法都难以有效求解。为此,本文提出了一种分步求解的思路,将网络重构问题分解为连续多个步骤进行优化,使得每步中所解决的优化问题的规模都较小。
文献[14]研究和比较了分段最优和全局最优这两种恢复方式,结果表明:采用分段最优方式时每个阶段涉及的操作较少,成功恢复的机会更大,即使出现某条线路未能成功恢复也不会影响前面阶段的优化结果;而采用全局最优方式时任意一条线路恢复失败都会导致整个恢复过程非最优。从实际系统恢复来看,分段恢复更便于操作;基于这样的考虑,本文的研究着重于多步恢复策略,即优先保证分段最优,且同时兼顾全局最优的方式来确定网络重构策略。
3 网络重构的多步凋亡优化策略
对于网络重构这个多目标优化问题,在每个恢复步骤的优化过程中都可以产生一组Pareto最优解,即所谓的Pareto前沿,而每个解在下一步的优化中又可以产生多个Pareto最优解,可把连续恢复过程中的这种动态Pareto问题称为连续动态Pareto问题。对于多次分段优化问题,就可能产生维数灾问题。为求解该连续动态Pareto问题,本文基于细胞生理过程提出了网络重构的一种多步凋亡优化策略。
定义一个多核细胞B(X0,X1,…,Xp;K1,K2,…,Kp)(可简写为B)。对于网络重构的多目标优化问题,选取描述恢复路径的多个指标为优化目标,则恢复路径可用前述的多步凋亡优化策略中的细胞来表示。因此,可用X0记录从起始到当前的各个恢复步骤;X1,X2,…,Xp分别记录当前恢复路径的指标1,2,…,p的值;K1,K2,…,Kp分别记录从起始恢复步骤到当前恢复步骤所经过的总恢复路径的指标1,2,…,p的值。假设以最大化各指标值为优化目标,则求解步骤如下。
步骤1:假设有初始细胞组VB，1={B1，1(X0,X1,…,Xp;K1,K2,…,Kp),B1,2(X0,X1,…,Xp;K1,K2,…,Kp),…,B1，d1(X0,X1,…,Xp;K1,K2,…,Kp)},其中B1，1,B1，2,…,B1，d1为细胞组VB，1包含的d1个细胞。VB，1中各细胞对应于通过黑启动机组恢复的第1个发电节点的Pareto最优恢复路径。
步骤2:细胞分裂。细胞组中每个细胞根据自身特性分裂成一定数量的细胞,即
式中:Abru(· )为细胞分裂操作,其定义为B1,i1的个数即,i1=1,2,…,d1,其中Num(·)为获取元素个数操作。细胞B1，i1经过Abru(·)细胞分裂操作后分裂成个细胞。
步骤3:细胞分化。分裂出的细胞经过分化转变为不同的细胞。细胞分化后形成的新细胞组为:
对于网络重构中的路径恢复优化问题,为在之前的恢复路径的基础上,恢复当前机组可选择的条恢复路径,且细胞记录了从初始恢复到当前恢复阶段的恢复信息。1形态相似且结构相同的细胞可以形成组织,这里将由同一个细胞分裂分化出来的细胞群归结为一个组织。这样,中的细胞群可看做是一个组织。
步骤4:细胞组织内凋亡。细胞凋亡是一个主动由基因决定的自动结束生命的过程,也被称为程序化细胞死亡,其凋亡的细胞将被吞噬细胞吞噬[15]。经细胞组织内凋亡后生成新的细胞组:
式中:Popt(·)为根据指标值X1,X2,…,Xp取Pareto最优的操作。组织内凋亡操作即是在之前恢复路径的基础上选择恢复当前机组的Pareto最优路径。
步骤5:判断执行细胞组织内凋亡后的总细胞个数是否大于设定值Nlimit。若成立,则执行细胞组织间凋亡,生成新的细胞组，其中Dopt(·)为细胞组织间凋亡操作,其具体过程如下。
根据细胞从初期到当前阶段的总生长过程的指标K1,K2,…,Kp,选取Pareto最优的细胞放入最优细胞组Topt中,非Pareto最优的细胞放入非最优细胞组Tnopt中。细胞组织间的凋亡即在组织内凋亡的基础上,从恢复当前机组的Num(VB，Popt)条恢复路径中选取Nlimit条最优路径。
步骤6:判断是否所有生长阶段都已完成,若尚未完成,则返回步骤2继续生长;否则结束。
综上所述,多步凋亡优化策略的流程见图1。
从上述网络重构多步凋亡优化策略可以看出:可以用一次完整的分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡来描述网络重构中的发电节点恢复的每个步骤。该策略通过细胞组织内的凋亡来着重描述恢复过程中各恢复步骤的分段最优;同时,这种优化策略的细胞组织间凋亡兼顾了全局最优的思想。此外,这种策略通过限定每次经过分裂、分化和凋亡操作后保留细胞的个数,能够避免可能造成的维数灾问题,保留细胞的个数可由黑启动决策专家根据需要的候选策略个数确定。
综上所述,网络重构中的恢复路径多目标优化步骤如下。
步骤1:计算各节点的重要度综合评价指标。
步骤2:以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定各非黑启动机组的恢复顺序(在第1次优化时由于相关恢复路径未知,故不考虑线路恢复时间的影响)。
步骤3:由黑启动机组启动第1台非黑启动机组,以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标,生成初始Pareto解细胞组。
步骤4:判断路径恢复是否会导致非黑启动机组恢复推迟,如果恢复时间最短的路径仍会引起机组恢复推迟,则将该机组的最小恢复时刻计入机组恢复顺序优化中,更新待恢复各机组的恢复时刻。根据后续需要恢复的机组执行分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡操作,生成新的Pareto解细胞组。
步骤5:以生成的Pareto解细胞组为基础,重复步骤4,生成新的Pareto解细胞组。
步骤6:重复步骤5直到所有机组都得到恢复。
4 网络重构策略的优化决策
在采用上述优化方法得到多个候选网络重构策略之后,就需要从中选取最终采用的策略。在此过程中,可以考虑决策者的经验和启发式知识。由于模糊决策可以较好地描述人类的决策过程[16-17],这里采用这种方法来选择最终网络重构策略。
首先将网络重构策略优化结果的目标值转化为隶属度值。对于最大化的目标函数值Kiq,第r个网络重构策略的隶属度值可描述为:
而对于最小化的目标函数值Kiq,则第r个网络重构策略的隶属度值为:
式中:Kimqax和Kimqin分别为采用上述网络重构多目标双层优化模型后,获得的所有网络重构策略中Kiq的最大值和最小值。
隶属度值体现了决策者对于目标值的满意程度,隶属度值越大则决策者对该目标值越满意。最终的网络重构策略可通过式(17)优化得到:
式中:Felite为网络重构策略的决策优化值;Vz为候选网络重构策略的集合;Vp为候选网络重构策略对应的优化目标值的集合;为目标的最小隶属度满意值,即理想的隶属度值应不小于,在设定时可考虑决策者的经验和启发式知识。
综上所述,从候选网络重构策略中确定最终策略的优化过程如图2所示。
5 算例与结果
5.1 算例1:新英格兰10机39节点系统
以附录A图A1所示的新英格兰10机39节点系统为例来说明本文所提出的方法。线路参数见附录A表A1。假设每个发电节点只有一个发电机组,且各机组参数见附录A表A2。以线路充电电容作为线路权重,计算节点重要度时各参数选取如下:u=0.2;λ=1;Pm,base和Cm,base分别取节点16的Pm和Cm值;Pcl，base取节点20的负荷有功功率值。各节点重要度参数的计算结果见附录A表A3。
节点33为黑启动机组所在节点。假定:大停电后黑启动机组立即启动,为系统恢复提供初始电力,将此时刻记为起始时刻;当前恢复机组启动完毕而开始输出功率后再启动下一机组。经过第1次上层模型优化得到的各发电节点的恢复时间如表1所示。其中,发电节点30的恢复时间为15min;而经过下层模型优化得到的恢复节点30的时间最短路径则需要17min才能将启动功率送至该节点,这样路径恢复会推迟发电节点30的恢复,将该时间代入上层模型继续优化,最终得到的各发电节点的恢复时间如表2所示。
从表2可以看出,发电节点30的恢复时间被推迟,发电节点32和38的恢复也受到影响而被推迟。由于发电节点30的恢复时刻被推迟至第17min,仍处于该节点机组的最大热启动时限内,因此该机组仍可热启动。倘若该机组的最大热启动时限小于17min,则因线路恢复时间过长而无法在该时限内将启动功率送至节点30,这样在上层模型再次优化时,为最大化系统可用发电容量,就会改为恢复其他机组。取Nlimit=5,采用多步凋亡优化策略得到的结果见附录A图A2,图中用虚线分隔出各恢复发电节点步骤;在最后的恢复步骤中所得到的5个细胞的全局值用括号中的两个数值标注,分别为从起始到该步结束的总路径的平均重要度和充电电容。
以恢复节点35为例进一步阐述细胞凋亡策略的实现过程。经细胞组织内凋亡后的结果见附录A图A3,这个过程以当前恢复路径的平均重要度X1和充电电容X2为评判指标。可见,通过B4，1分裂分化后形成的组织中,细胞B4，1，1和B4，1，2为Pareto最优解;且经细胞组织内凋亡后总细胞数为6,该细胞数大于Nlimit,需要进行细胞组织间凋亡。根据从起始恢复步骤到当前恢复步骤所经过的总恢复路径的平均重要度K1和充电电容K2两个指标将B4，1，1,B4,3,1,B4,3,2细胞划分到Topt中,而将B4,1,2,B4,2,1,B4,2,2划分到Tnopt中。由于Num(Topt)
在采用优化方法获得多个候选网络重构策略后,可计算出各策略对应的目标函数值的隶属度,其结果如表3所示。
其中μK1和μK2分别为目标值K1和K2的隶属度值。设定最小隶属度满意值为:。通过式(17)优化得到最终的网络重构策略为策略1,其Felite的值为0.011 5。根据网络重构策略1可得到图3所示的最终恢复网架(图中实线表示已恢复线路,其两端节点为已恢复节点;虚线表示未恢复线路)。
为验证本文所发展的模型与方法的可行性与有效性,这里与文献[10]中的方法进行比较。图4中的实线和虚线分别为采用本文方法和文献[10]的方法所得到的机组输出功率曲线。
从图4可以看出:在第180min,采用本文方法和文献[10]的方法所得到的机组输出功率分别为2 090.6MW和1 935.3MW,到第180min发电量分别为1 650.5MW·h和1 603.9MW·h,因此,采用本文方法可使系统恢复得更快。由于文献[10]中未考虑线路恢复时间对机组恢复的影响,在实际恢复过程中就无法充分利用系统启动功率,从而导致部分机组推迟恢复。例如:在文献[10]中节点30的机组通过路径33→19→16→17→27→26→25→2→30恢复,需要20 min才能将启动功率送到节点30,而采用本文方法时节点30可以在第17min得到恢复。采用文献[10]的方法时,由于前期机组未能及时恢复,到第55min时系统可用启动功率不足以启动位于节点38的机组,使得该机组不能热启动,导致机组的恢复被进一步推迟。本文方法则考虑了线路恢复时间对机组恢复的影响,即在确定机组恢复顺序时计及了线路恢复时间,如此确定的恢复路径就减小了线路恢复对机组恢复的影响,这样与文献[10]的方法相比就可以加快系统恢复过程。
5.2 算例2:广州电力系统
为验证本文方法在实际系统中应用的有效性,以附录A图A4所示的广州电力系统的简化模型为例优化网架恢复方案。该系统包含29个发电机组,163个母线(节点)和212条线路。黑启动电源位于XNAP,大停电后立即将其启动以提供启动功率。各发电节点的恢复顺序及恢复路径优化结果见表4,恢复过程分为14个步骤,按步骤依次恢复,若某个步骤中包含多个机组,则这些机组并行恢复。机组输出功率曲线如图5所示。最终的恢复网架如图6所示。
在第120min,采用本文方法和文献[10]的方法所得到的机组输出功率分别为475.2 MW和374.8MW;到第120min时,系统的发电量分别为191.4MW·h和144.4MW·h。因此,采用本文方法可使系统更快恢复。
6 结语
在综合考虑电力网络拓扑结构和物理特性的基础上,提出了计及节点间电气联系和节点负荷量的节点重要度评价新方法,可定量评价各节点的重要性。在此基础上,提出了网络重构多目标双层优化模型。在此过程中考虑了线路恢复时间对机组恢复的影响。之后,通过模拟细胞生理特性,提出了一种适于求解连续动态Pareto问题的多步凋亡优化策略并应用于网络重构问题之中,可以获得系统恢复过程的连续动态Pareto解集,在保证各步骤分段Pareto最优的同时,兼顾了全局优化。在采用多目标优化方法得到候选的网络重构策略之后,应用模糊决策方法确定最终的网络重构策略,在此过程中可以适当考虑决策者的经验和启发式知识。最后,以新英格兰10机39节点系统和广州电力系统为例,说明了所发展的模型的可行性和所提出的优化策略的有效性。本文的研究工作为电力系统网络重构策略的多目标优化提供了新的思路和技术措施。
重构培养目标 篇8
我国农业现代化的推进主要依赖农业科技进步。以保障农业科技进步为己任的我国农业科技法的目标应该与时俱进, 在转变经济发展方式的总要求下结合对农业多功能性的认知进行重塑, 以为我国农业科技法制体系的完善提供宏观的指引, 为我国农业现代化的推进提供持久的动力与支撑。
1“产量确保型”农业科技法制目标及其问题
1.1 当下农业科技法制的目标
全面深入分析我国农业科技的立法及政策性文件, 可以把我国当前的农业科技法制目标称为“产量确保型”。
其一、当前我国科技法或农业科技法文本的名称就凸显了当下我国科技立法或农业科技立法对科技或农业科技研发、推广、应用等一端的推崇。我国的科技立法或农业科技立法实际上表现为“促进型”立法。“进步”、“促进”、“推广”等字眼与“科学技术”、“农业机械化”、”农业技术”等农业科技要素的组合构成了我国当前农业科技立法文本名称的普遍选择, (1) 整个科技法或农业科技法领域洋溢着科技乐观主义的信念。
其二、农业科技法文本的目的条款围绕“农业生产力”或“农业现代化”的主题进行界定。“为了加强农业技术推广工作, 促使农业科研成果和实用技术尽快应用于农业生产, 保障农业的发展, 实现农业现代化” (《中华人民共和国农业技术推广法》第1条) 为最典型的农业科技法目标表达模式。此外, 农业科技相关立法文本的目的条款还采用“促进农业机械化, 建设现代农业” (《中华人民共和国农业机械化促进法》第1条) , “推动种子产业化, 促进种植业和林业的发展” (《中华人民共和国种子法》第1条) 等表达模式。这实际上表现出农业科技法制目标对现代农业科技的积极选择, 也暗含了对传统农业科技的忽略及对现代农业科技对环境资源负面影响的忽视。
其三、新中国成立以来首次对农业科技进行全面部署中的央文件即2012年“中央一号文件”在明确“推动农业科技跨越发展, 为农业增产、农民增收、农村繁荣注入强劲动力”后对粮食生产、“菜篮子”产品供给做了及其详细的保障措施。这也清晰表明“保障农产品有效供给”目标下对农产品产量的极大关注。
1.2“产量确保型”农业科技法制目标的问题
虽然“产量确保型”农业科技法制目标为保障我国“农产品的有效供给”做出了巨大贡献, 但也带来了一些必须解决的问题。
1.2.1 产量目标强调下对现代农业科技的约束不力招致农产品尤其是食用农产品质量安全方面的隐患。
农业科技法制目标对农业现代化、农业科技生产力作用的过分强调忽视了科技是服务于人的手段, 致使农业科技的违法使用。忘却了撇开自然, 即使但从人自身考察, 生产力增长也不是最终目的, 生产力不过是达到提高人们幸福水平的手段。[1]中国迄今未批准转基因水稻的商业化生产, 但转基因水稻在环境释放、生产性试验阶段却得以扩散, 种子公司的介入、私自育种, 则加剧了扩散, 以至于国家严禁的转基因水稻已经到了中国人的饭碗里。 (2)
1.2.2 对生产力目标的片面强调还导致农业资源环境的破坏。
2010年2月6日公布的《第一次全国污染源普查公报》显示, 农业已经超过工业和生活污染, 成为两项主要水污染物的最大来源。我国传统农业生产模式的优越性集中生产过程中高效利用时间、空间和各种可增进土壤肥力的资源。东亚传统小农经济从来就是“资源节约、环境友好的可持续发展方式。” (3) 受我国当前农业科技法制目标的影响, 当前我们对农业科技的选择使得传统生态型农业科技被弃置, 人们普遍不愿积极从事有利于生态平衡的农业劳动而选择替代劳动却对生态极为有害的现代农业科技成果, 以至于虽增产却不可持久且导致环境变差。
2 农业科技法制目标重构的影响因素
欲构建与可持续发展相协调的中国农业科技法制体系, 就必须首先权衡影响农业科技法制目标重构的因素。
2.1 农业多功能语境下农业科技的任务
所谓农业的多功能性, 是指“农业不仅具有食品保障功能, 而且具有原料供给、就业增收、生态保护、观光休闲、文化传承等功能。” (4) 这意味着, 现代农业在保障食品供应的基础还承载着增加农民收入, 维护生态平衡和传承农业文化等功能。据此, 作为农业的中间性和手段性的农业科技自身的创新、推广、应用等只能是保障农业该多种功能得以实现的支撑手段或力量。经济合作组织早就指出, 中国政府的政策重点已经从增加农产品 (尤其是粮食) 产量转移到农村收入支持和日益突出的环境问题上来。[2]为了农业多功能性的实现, 我国的农业科技法制不但要促进农业科技对粮食等增产的支撑以保障食品供给, 还要防止农业科技成果, 比如肥料、农药、农业机械、转基因种子等在使用过程中对农业资源、农村环境、农业主导的农村传统文化等的破坏。
2.2 可持续发展语境下农业的生态化
现代化农业主要建立在农业机械、遗传对植物种类的控制、饲养场、无机肥料及合成杀虫剂等技术发展的基础上。这些技术很多都是生态学上的祸患。[3]农业科技成果不当应用的负面作用在我国也日益严重。有研究表明, 中国化学合成氮肥的过量使用事实具有多重负外部性。不仅使得肥效急剧下降, 以致于威胁到中国的长期粮食安全, 而且既造成严重的环境污染, 又影响食品质量。[4]这表明农业科技成果的不当应用虽然能暂时保障我国粮食安全, 但这无异于饮鸩止渴。我国长期的粮食安全必须建立在环境友好型科学技术支撑的生态农业之上。“如果我们要在经济上, 同时也在生物学上都得以生存, 工业、农业和交通就将必须适应生态系统的不可避免的需求。这将要求发展更多的新技术, 包括把污水和垃圾直接送回土壤的系统;由天然材料代替很多合成材料;扭转当前由耕作使地力疲惫和靠大量化肥提高产量的倾向;尽可能快地由生物天敌代替合成杀虫剂, 劝阻浪费地力的工业;在生态上控制土地使用。总之, 当前的生产技术需要重新设计, 以使其尽可能密切地与生态上的要求一致。[5]保障农业科技转向并服务于生态农业以实现可持续发展是当下中国农业科技法制必须确立的目标之一。
2.3 食品安全语境下农产品的质量保障
时至今日, 中国已基本实现了食品的自给。由此, 国家开始从强调数量转向强调食品质量。在中国加入WTO之后, 对食品安全的强调骤然提升。[6]这对我国农业科技的发展方向及评价标准提出了新要求。为适应WTO规则发展无公害农业, 实行农业标准化, 建立健全无公害农业生产标准化体系, 促进农业标准化升级, 打破农业国际贸易壁垒, 保障生态和食品安全, 已经成为我国可持续发展的重要战略目标之一。[7]为保障农产品或食品的质量安全, 为国民提供有安全保障的食品及提升我国农产品的国际竞争力, 我们必须依法克服或控制现代农业科技成果对农产品品质的不当影响。因为, 与现代农业相伴的生物变化已对食品本身结构带来了威胁, 其表现为一些水果蔬菜等营养的枯竭及其他因为基因改良而出现的营养过剩。[8]这要求我国农业科技法的目标必须摆脱对高产的过分强调, 而确立质量安全基础上的高产, 即优质、高产。
“科学技术的进步归根到底是人类文明智慧的更新与进步, 这是一个无止境、无终点的过程。而现代化的样式也是随着科学技术的进步而与时俱进、无休无止的。[9]农业的多功能性, 可续发展理念下农业生产的生态化及食品安全等因素对现代农业的新要求决定了当我国代农业科技的走向。农业科技法制必须对这些要求予以科学的回应。
3“生态产量协调型”农业科技法制目标的制度化
基于可持续发展的理念、以人为本的要求及农业的多功能性, 我国农业科技法制的目标应该界定为:在生态友好型农业科技研发及成果推广的基础上, 保障农产品的有效 (包括考虑国内外市场基础上的产量足及质量安全) 供给。该农业科技法制目标可称为“生态产量协调型”。
该目标的实现, 有赖于农业科技法制领域中科技控制主义法哲学基础的确立以及在其指导下促、防协调, 功能完备的农业科技法律制度的完善。
3.1 奠定技术控制主义的农业科技法法哲学基础
科技法理念的确立和制度的构建, 必须以技术哲学为基础。现代技术哲学已经发展到了技术控制主义阶段, 控制技术才是人类社会目前的重要任务。控制技术的路径有二, 即用技术控制技术和用社会控制技术。其中, 用法律责任控制技术始终居于中心位置。[10]农业科技在为人类带来福音的同时, 也把人类置于危险的境地。因此, 应该把技术控制主义理念延伸至农业科技法领域, 作为农业科技法理念更新和制度构建的法哲学基础。
3.2 确立农业科技风险防范的基本理念, 完善农业科技法体系
在我国, 除《农业法》外, 《土地管理法》、《基本农田保护条例》、《水土保持法》、《森林法》、《草原法》、《水法》、《渔业法》、《野生动物保护法》等一系列法律都体现了农业发展必须与农业资源与生态保护相结合的可持续发展观。[11]虽然如此, 但却因分散式地针对某一特定自然资源的可持续性予以规范而表明了我国农业科技法风险防范制度在基本理念层面的阙失。因此, 我们必须认识到农业科技对人类利弊皆具的现实, 确立农业科技风险防范的基本理念, 为构建促进农业科技发展和农业科技风险防范制度相协调、促防得当的农业科技法体系提供指引。
3.3 制定《农业科技基本法》或在《农业技术推广法》宗旨性条款中确立农业科技法制新目标的理念
以技术控制主义为基础, 在促防协调理念的指导下, 以《农业科技基本法》或《农业技术推广法》确立我国农业科技法制的新目标的理念。为此, 我们应全面梳理现有农业科技立法文件, 推动我国农业科技法制的体系化, 消除农业科技法制度间的重叠、冲突, 以最终在我国确立资源节约、环境友好, 促、防协调, 部门完整的农业科技法制体系。甚至可以考虑以农业科技法宗旨的转换为范本, 把其以促、防协调的方式对待现代科技之态度, 及可持续发展之理念贯彻至整个科技法领域, 最终实现我国科技法理念、制度的全面变革。以改变我国目前农业科技法制, 甚至整个科技法制领域重经济效益、轻社会效益和生态效益, 重短期获利轻可持续发展的科技实用主义和科技功利主义 (5) 的现实。
总之, 农业科技是为人的农业科技, 农业现代化是为人的农业现代化。农业科技法制必须通过控制现代农业科技以实现现代农业科技支撑下的现代化农业服务于人这一终极性目标。我国“生态产量及质量协调型”农业科技法制目标的确立及在该目标指引下促、防协调的农业科技法制体系的完善必将为我国的农业现代化提供强大持久的动力、坚实的支撑。
摘要：我国农业科技立法及政策性文件表明当下我国农业科技法制的目标为“产量确保型”。其对产量的过分强调招致环境负面型农业科技的普遍适用及传统生态型农业生产方式的灭失, 以至于农产品尤其是食用农产品质量安全隐患严重, 农业环境资源破坏严重等问题。本文基于可持续发展理念下农业的多功能性, 提出我国农业科技法制的目标应转向“生态产量协调型”, 并在技术控制主义理念指导下使该目标获得制度化。