结合方向（共8篇）
结合方向 篇1
0 引言
在拍摄时成像设备和被拍摄景物之间发生相对运动而造成图像模糊称为运动模糊。在我们国家, 许多城市的道路上都安装有“天眼”设备, 高速公路的收费站也设有摄像头, 这些摄像设备能够拍摄下所有经过车辆包括车牌号码、车型等信息的图像。但图像形成时由于车辆大多数处于运动的状态而产生了模糊的现象, 这就是运动模糊。图像模糊给识别车辆信息造成了麻烦, 所以我们要利用一些方法对图像进行恢复, 以获取需要的信息。
在图像的拍摄形成、存储、传输和输出显示过程中, 受到噪声或相对运动的影响, 会发生不同程度的变质、失真和退化。根据模糊图像提供的信息, 运用某些先验知识, 建立数学模型, 从而将退化图像以最大的保真度恢复原来的图像, 便是图像恢复的目标和任务[1]。
目前已经有许多运动模糊图像复原的算法, 如维纳滤波法、L-R算法, 但这些算法都要求有足够的退化知识, 知道点扩散函数才能对模糊图像进行恢复。对于实际拍摄所得的模糊图像, 在恢复之前就必须先求出相应的点扩散函数PSF (Point Spread Function) [2], 才能用上述的恢复算法进行图像复原。
匀速直线运动模糊图像的点扩散函数由模糊运动的方向与运动长度来确定, 所以求出图像运动的方向以及运动了多长的距离是恢复过程中重要的步骤。
一些学者[3]提出了应用倒频谱分析法估算PSF参数的方法, 但这种方法在模糊长度范围为5至55像素时估算误差较小, 当模糊长度超过这个范围时, 误差值会急剧增加。有研究人员[4]提出对模糊图像进行两次傅立叶变换, 对处理后的图像利用灰度统计方法检测倾斜角以判断运动方向的方法, 但没有给出实现的具体算法。而且在文献给出的两次傅立叶变换后的图像中, 所提及的这种计算方法核心的部分—亮线并不明显, 给图像灰度统计带来不少难度。
本文提出一种结合计算机图形学中Bresenham算法对图像的频谱图进行灰度求和进而确定运动模糊方向的算法。
1 运动模糊的原理及分析
数字图像在计算机上是以位图的形式存在的, 位图是一个矩形点阵, 矩形点阵中每个元素称为像素, 它是数字图像中的基本单位。一幅M×N大小的图像, 是由M×N个明暗不等的像素组成。在数字图像中各个象素的明暗程度是由灰度值来表示的。若将白色的灰度值定义为255, 黑色的灰度值定义为0, 则由黑到白的明暗度可以均匀地划分为256个等级, 每个等级表示一种唯一的灰度。
图像的运动模糊是在成像设备快门开启至关闭这一曝光过程中被摄物和成像系统相对运动造成的。我们以匀速直线运动模糊为例来进行讨论。因为匀速直线运动模糊图像具有一般性和代表性, 变速的、非直线的运动在成像瞬间可以视为匀速直线运动。
所以从物理现象上看, 运动模糊图像实际上就是同一景物图像经过一系列距离延迟后再叠加, 最终形成的图像。而我们所处理的数字图像由若干个像素来构成, 所以图像运动实际上是组成这幅图像的所有像素进行移动。
一幅图像可以定义为一个二维函数f (x, y) , 其中x和y是空间坐标, 而f在任意一对 (x, y) 处的幅度称为该点处图像的灰度或亮度。在线性平移空间不变运动模糊系统中, 用f (x, y) 表示输入的原始图像, g (x, y) 表示输出的模糊图像, 则两者的关系可以用下面的方程来表示:
其中h (x, y) 为退化函数的空间表示, n (x, y) 表示加性噪声。为了将问题简化, 暂时不考虑噪音的影响, 则 (1) 方程简化为:
由于空间域的卷积等同于频域的乘积, 所以 (2) 中各项经过傅立叶变换后, 可以用等价的频域表示来表达:
假设在成像设备的快门开启到关闭这段曝光时间T内图像运动距离为L, 则:
观察式中的这是一个形式类似于sin (x) /x的函数, 也就是sinc (x) 。由于当x=nπ (n=1, 2, 3……) 时, sinc (x) =0。所以对于sinc (π× (u×cosθ+v×sinθ) ×L) 而言, 当u和v取适当的值, 就会使得sinc (π× (u×cosθ+v×sinθ) ×L) 等于0, 函数H (u, v) 就会出现零点。据此我们可以推测H (u, v) 的频谱有一系列的平行暗条纹, 这些暗条纹的位置与sinc (π× (u×cosθ+v×sinθ) ×L) 的零点存在对应关系。
由于有×, 则有:
若H (u, v) 在某一对确定的 (u, v) 处值为零, 那G (u, v) 在对应于该组 (u, v) 处也为零。也就是说G (u, v) 和H (u, v) 有相同的零点, G (u, v) 的频谱也会有一系列与sinc (π× (u×cosθ+v×sinθ) ×L) 的零点对应的暗条纹。
但是模糊图像经傅立叶变换后的频谱图并没有什么直观的规律可循, 这是由于傅立叶频谱的范围为[0, 106], 甚至更高。当频谱显示在线性缩放至8比特的监视器上时, 高值部分占优, 导致频谱中低亮度值的可视细节丢失。于是进一步对频谱作对数变换, 将其动态范围大幅度降低, 使可视细节增加, 方便观察。
模糊图像经过对数变换后, 可以清楚地看到其傅氏频谱图中条纹的存在, 但条纹的走向规律还不是十分一目了然, 仍旧不便于观察研究。所以为了简化频谱的视觉分析, 将原点的变换值由图像左上角的位置移动到频率矩形的中心位置。
这样条纹的走向更加清晰并且有规律可循了。将不同模糊方向的频谱进行比较分析, 发现频谱图中条纹的方向与模糊图像的运动方向总是垂直的。只要能判断出条纹方向的角度, 就可以计算出运动的角度。频谱图中条纹有着对称性, 过图像中心的条纹宽度最大, 其它条纹均匀对称分布在其两边。但如此多的条纹不便于确定角度, 根据傅立叶变换的互异性[5], 再对经过位移处理后的频谱图做傅立叶变换。
沿水平方向成30度角运动的模糊图像频谱图经过对数变换、位移处理、二次傅立叶变换的频谱图如图1所示。
从图1 (c) 中可以观察到在图像的运动方向上, 其对应的频谱有一条明显的亮线, 检测这条亮线与水平方向的夹角便可以直接得出运动的方向了。若要对图4中的亮线测试角度, 可以采取灰度求和的方法。以图像中心作为直线其中一个端点, 在与水平方向0°至180°范围内计算每个角度对应直线的灰度值, 哪个角度对应的直线灰度值最大, 该直线必定就是那条亮线, 角度便可以确定了。
2 Bresenham直线生成算法
要计算某条直线的灰度, 实际上是求那条直线上所有点的灰度和。要快速确定哪些像素点落在同一条直线上, 可以使用计算机图形学中的Bresenham算法[6,7]。此算法因由J.E.Bresenham提出而得名。因为在图形显示设备上显示直线, 要由计算机计算出直线上要显示的各点坐标并逐个显示这些点。但由于显示设备所采用的设备坐标系是整数坐标系, 直线上的各点, 其坐标却未必正好位于设备坐标系的整数位置上, 这就需要选择距该直线最近的像素点逼近显示该直线。
所谓“两点确定一条直线”, 要在显示设备上生成一条直线, 首先必须知道直线的两个端点A (xa, ya) 和B (xb, yb) , 设xB≠xA, yB≠yA。接着便要确定AB之间直线上各个点的坐标。用Bresenham算法确定直线AB上的各点相应坐标, 即把直线AB上的点在图形显示器上画出来的步骤如下:
1) 计算点A与点B之间的坐标差值, 有Δx=xB-xA, Δy=yB-yA;记录Δx、Δy的正负, 如果Δx>0, 则sx=1, 如果Δx<0, 则sx=-1;如果Δy>0, 则sy=1, 如果Δy<0, 则sy=-1;
2) 对Δx, Δy分别取绝对值, 得Δx’=|Δx|, Δy’=|Δy|, 比较Δx’与Δy’的大小, 如果Δx’>=Δy’则执行步骤3) , 否则执行步骤4) ;
3) 计算偏差判别式的初始值d=2×Δy’-Δx’, 确定直线其中一个端点A为当前处理的点, 令x=x A, y=y A, 重复以下步骤, 直至循环次数i>Δx’;
(1) 根据x, y的值画出当前点;
(2) 分别计算更新x、y和d的值, 如果d>=0, 那么x=x+s x, y=y+s y, d=d-2× (Δx’-Δy’) , 否则x=x+sx, d=d+2×Δy’, y的值不变;
(3) 循环次数i递增。
4) 计算偏差判别式的初始值d=2×Δx’-Δy’, 确定直线其中一个端点A为当前处理的点, 令x=x A, y=y A, 重复以下步骤, 直至循环次数i>Δy’;
(1) 根据x, y的值画出当前点;
(2) 分别计算更新x、y和d的值, 如果d>=0, 那么x=x+sx, y=y+sy, d=d-2× (Δy’-Δx’) , 否则y=y+sy, d=d+2×Δx’, x的值不变;
(3) 循环次数i递增;
Bresenham直线算法是一个递推算法, 根据当前已知点的坐标推算出下一个点的坐标。在每一步的推算中, 都不需要对点坐标x、y的值进行浮点数和四舍五入运算, 算法程序运行速度快, 利于在硬件上实现。
3 算法的实现
可以总结出确定模糊运动方向的算法步骤:
1) 对模糊图像做傅立叶变换, 将原点的变换值移动到频率矩形的中心;
2) 频谱图做对数变换;
3) 对频谱图再次做傅立叶变换;
4) 计算频谱图中亮线与水平方向的夹角度数。
若要计算图1 (c) 中的亮线倾斜角度, 可以图像中心作为直线其中一个端点, 同时也作为图像坐标平面的原点, 在与水平方向0°至180°范围内计算每个角度对应直线的灰度值, 要计算某条直线的灰度值, 实际上是求那条直线上所有点的灰度值之和。具体计算时可以以1°为单位递增逐个角度检验。若对角度精度要求比较高, 可以在确定了大概的角度后, 再以0.1°为单位递增角度值做更精确检测。将每一个角度的正切值计算出来后便可得到对应直线的斜率, 有了斜率利用Bresenham算法可以快速确定某一角度值对应的那条直线上的像素点, 哪个角度对应的直线灰度值最大, 该直线必定就是那条亮线, 该直线对应角度即为运动模糊方向。
当模糊运动方向为120°时, 用本文提出的算法检测频谱图所得的数据如图2所示。
在Matlab 6.5的实验环境下, 先对标准图像库中的图像cameraman.tif用imfi lter函数处理, 生成不同运动方向的模糊图像, 然后用结合Bresenham算法的角度估算方法分别判断各模糊图像的运动角度, 实验结果如表1所示:
实验证明, 本文提出的运动模糊角度判别方法比较准确地判断出了图像运动的方向, 误差不超过1°。
4 结束语
本文提出了一种结合计算机图形学中Bresenham算法对图像的频谱图进行灰度求和进而确定运动模糊方向的算法。Bresenham直线算法用于快速生成一条直线, 将Bresenham算法应用于判断图像运动方向的方法目的在于快速计算出某一条直线灰度值的和。
经过实验验证, 本文提出的运动模糊角度判别方法比较准确地判断出了图像运动的方向。但这个算法能够判断的运动方向只是局限在0°至180°的范围内, 也就是无法区分运动模糊的真实方向是θ=θ’还是θ=θ’+180°。若当运动模糊的真实方向是θ=θ’+180°, 而采用θ=θ’作为参数进行图像恢复, 所恢复的图像幅值不变, 只是各像素位移发生变化[8]。
将本文提出算法的判断估算范围从0°至180°扩大到0°至360°是今后研究的方向。
摘要：图像复原是一个以改善图像质量为目的, 利用退化现象的某种先验知识尝试重建或恢复退化图像的学科领域。运动模糊图像的恢复就属于图像复原这个领域。在恢复模糊图像时, 很多时候都是不知道退化模型或者退化信息的, 这让恢复过程难以实现或得到的恢复效果不理想。对于模糊运动方向未知的匀速直线运动模糊图像, 本文提出一种结合计算机图形学中Bresenham直线生成算法的运动角度估计方法。实验结果表明, 这种方法判别模糊运动角度简单可行, 判断比较准确, 速度较快。
关键词：运动模糊,模糊角度判别,Bresenham算法
参考文献
[1]潘琪.运动模糊仿真图像的正确生成[D].广州:暨南大学.2005.
[2]洪汉玉, 陈以超.复杂背景运动模糊图像的盲复原算法研究[J].计算机与数字工程, 2006, 34 (12) :7-11.
[3]谢伟, 秦前清.基于倒频谱的运动模糊图像PSF参数估计[J].武汉大学学报 (信息科学版) , 2008, 33 (2) :128-131.
[4]刘微.运动模糊图像恢复算法的研究与实现[D].北京:中国科学院.2006.
[5]罗纳德.N.布雷斯韦尔著.殷勤业, 张建国译.傅立叶变换及其应用[M]西安:西安交通大学出版社, 2005:24-26.
[6]魏海涛.计算机图形学 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2007:2-8.
[7]金延赞.计算机图形学[M].浙江:浙江大学出版社, 2003:134-140.
[8]蔡慧敏, 张艳宁, 王志印, 段锋, 孙瑾秋.一种匀速直线运动模糊参数估计方法[J].计算机工程与应用, 2008, 44 (19) :175-177.
结合方向 篇2
日前，市供排水办党支部组织全体党员召开“坚定理想信念、明确政治方向”专题讨论会，同时结合“五查五看”畅谈个人学习体会。大家集中学习了党章部分章节。每位党员逐条逐句阅读党章内容，全面理解和领会党的纲领，时刻牢记入党誓词，牢记党的宗旨，牢记党员义务。
在围绕“坚定理想信念，明确政治方向”为主题的讨论中，与会党员结合自身实际，交流了学习感受。并纷纷表示要在“两学一做”学习教育中，自我加压，主动融入，把学习教育当成又一次自我净化、自我完善、自我提高的过程，真正做到以思想自觉促进行动自觉。
在交流“五查五看”学习体会时，大家受益匪浅：一是增强了全心全意搞好供排水行业管理事业的宗旨意识和纪律观念，认识到工作纪律的重要性;二是促进了个人工作水平和能力的提高，进一步增强了履职尽责的自觉性和坚定性;三是认识到了学习的紧迫性，唯有不断学习，才能提升自身素质，更好地推动供排水规划、建设、管理各项工作迈上新台阶。
城乡结合部的成因及未来发展方向 篇3
城乡结合部并非我国独有的现象。城乡结合部作为一个区域概念，与国外的“城市边缘区”(urban fringe) 、“边缘城市”（edge cities）、“城市蔓延区”(the area of urban sprawl) 、“都市扩展区”（extended metropolitan regions）、“半城市化”（peri-urbanization）、desakota等概念极为相似。它是一种土地利用、社会和人口特征的过渡地带，位于城市连续建成区，与外围几乎没有城市居民住宅和非农土地利用的纯农业腹地之间，兼有城市与乡村两方面的特征，人口密度低于中心城市，但高于周围的农村地区。
国外对城市边缘区的研究始于第二次世界大战期间，发展于20世纪70年代。经过半个多世纪的变迁，城市边缘区的概念包括两方面含义：一是具有自然特性和社会特性，一般定义为城市中具有特色的自然地区；二是城市化对农村冲击最大、城市扩展在农业土地上反映最为显著的地区。
国内学者习惯上将国外城乡边缘区等类似概念称之为城乡结合部。城乡结合部体现了我国特有的二元社会经济体制对城市化进程、城市空间结构、社会管理体制等方面的深刻影响，是一个既具备一般意义上城市边缘区的典型特征，又带有鲜明中国特色的本土化定义。从本质上讲，城乡结合部泛指大中城市建成区与非建成区的接壤地带，具有“亦城亦乡、非城非乡”的独特区域特征，是受自上而下城市化和农村内生城市化交错作用的特殊地域区域。
二、城乡结合部的主要成因
城乡结合部的成因较为复杂，既有城市发展过程中功能不断向郊区农村扩张的外力推动作用，也受到农村内生的工业化、城市化进程的深刻影响，同时还与我国特定的城乡二元社会经济体制密切相关。概括而言，城乡结合部的成因主要包括以下三个方面。
（一）城市部分功能向郊区转移推动了城乡结合部的形成
长期以来，国内城市规划习惯于“摊大饼”。随着城市圈层式扩张，城市中心地区土地价格不断攀升，导致很多位于大城市市区的制造业开始向外围郊区迁移，部分新的工业园区也直接选择布局在城市郊区。一些占地面积较大的大学等科研机构，也纷纷在城市外围地区选择新址，建设“大学城”或“科技城”。毗邻中心城市的区位优势，加上相对低廉的土地价格，对房地产开发也产生了巨大的吸引力，一些大型房地产开发项目往往率先在城市外围地区落地。亦庄开发区建设、沙河大学城、天通苑居住区等都鲜明体现了城市功能向郊区布局对北京城乡结合部形成的巨大推动作用。这种城市化的扩张与周边的农村地区共同形成了工业、商业、居住和农业用地混杂，市民、农民、流动人口混杂、城市管理体制和农村管理体制混杂的城乡结合部。此外，一些大城市为优化城市空间结构，保护城市生态环境，积极推行绿化隔离带建设，客观上也为城乡结合部的形成提供了地域空间，其中北京的城乡结合部很多都与城市绿化隔离带的分布相重合。
（二）农村城市化是推动城乡结合部形成的重要原动力
城乡结合部的形成，并非完全依赖城市向外扩张，同样也受到农村内生的城市化进程的深刻影响。位于大城市郊区的农村，特别是沿海经济发达地区的农村，凭借得天独厚的区位条件，积极推动乡镇企业发展，推进农村工业化进程，从而形成了造就城乡结合部的又一重要力量。乡镇政府和村集体经济组织为了谋求地方经济发展，积极出面整合内外发展资源，将集体土地出租提供给工商企业，变集体土地为土地资本，与外部的资金、技术等要素进行对接，培育二、三产业，实现了农村富余劳动力的就地城市化。这使得农村地区传统的农业用地逐渐转化为二、三产业用地，形成了自下而上的城乡结合部。北京市朝阳区的高碑店村、丰台区的草桥村等都属于农村城市化推动形成城乡结合部的典型。
（三）流动人口向大中城市寻求就业机会的现实需要和城乡二元体制的束缚，形成了城乡结合部长期存在的需求基础
受城乡户籍制度，以及附加在户籍制度背后一系列隐性社会保障制度城乡分割的影响，大量在大中城市寻求就业机会的流动人口往往并不能顺利转化为真正意义上的市民。但是，他们又迫切需要在大中城市找到属于自己的立足之地。在强大的现实需求和严格的制度约束的夹缝之中，位于大中城市建成区周边的城乡结合部，居住和生活成本相对低廉，城市政府对该区域的管理相对薄弱，从而为流动人口在大中城市安身立命提供了空间。同时，身处城乡结合部地区的原农村集体经济组织和农民，从出租集体土地、出租房屋等方面中获得了一笔可观的经济收益，从而进一步强化了城乡结合部长期存在的微观经济基础。
三、加快推进城乡结合部地区城市化进程的对策建议
从城乡结合部的成因分析中，不难看出城乡结合部的形成既有体制原因，又与城市化的发展演变规律密切相关，更又直接关系到当地农民、周边市民及流动人口等人民群众的切身生存和发展权利。面对城乡结合部地区普遍存在的基础设施落后、流动人口大量聚集、环境脏乱差、公共服务供给不足、社会治安状况堪忧、安全隐患多等现实问题，迫切需要我们确立对待城乡结合部的科学态度。具体到北京，必须把推进城乡结合部城市化建设，提高到促进首都和谐稳定，加快完善城市功能，加快实现农民共同分享城市化红利的战略高度来加以认识。要紧密结合北京的实际情况，贯彻落实市委市政府对城乡结合部地区改造一系列决策部署，重点围绕“贯彻一条主线、依靠两个主体、破解三大难题、实现四有目标、突出五个重点”的总体部署，加快推进城乡结合部改造，率先实现城乡一体化发展新格局。
（一）贯彻转变经济发展方式这条主线，推动城乡结合部地区经济社会转型发展
要牢固树立城乡结合部地区改造是缓解地区人口资源环境紧张、打破城乡二元结构，实现经济发展转变的战略谋划，而不是单纯压缩流动人口生存空间、不是拆农民的房盖楼房、不是政府从农民手中拿地搞建设，与民争利，更不是变相搞房地产开发，走以地生财的老路。城乡结合部改造就要通过创新发展思路，依托“调、拆、建、转、管”的无缝衔接，实现经济发展方式转型升级，同步推进社会建设转型，彻底打破城乡二元结构，重塑地区生产、生活、生存方式，彻底根治城市化进程中的历史遗留问题。要将城乡结合部的改造与提升农民、流动人口的生产生活质量放在更加突出的位置，兼顾各种不同利益群体的合理诉求。
（二）始终紧紧依靠政府和农民两大主体，合力推动城乡结合部地区城市化进程
城乡结合部地区积累的社会矛盾复杂多样，各类主体的利益诉求也千差万别。单纯靠政府推动不现实，单纯依靠农民自发自觉去改造同样也是遥不可及，只有把“政府主导、农民主体”紧密结合在一起，才有望破解城乡结合部改造的一系列难题。一方面需要各级部门坚持城市化的正确导向，把保护农民利益放在首位，坚持从地区实际出发，强化体制机制创新，主动服务农民主体。另一方面，又要严格遵照城市规划的基础上，充分相信农民的智慧、尊重农民的意愿选择，让广大农民成为城乡结合部地区建设的决策参与者、利益自我维护者，确保农民在地区城市化过程中根本、长远、合理合法的利益得以顺利实现。
（三）着力破解城乡结合部地区建设面临的拆迁、融资、资金平衡等三大难题
当前，城乡结合部地区建设面临拆迁难、融资难、资金平衡难等三大现实难题。拆迁难，难在农民对拆迁赔偿的预期带有一定程度的非理性，这就需要发挥党做群众工作的优势，发挥基层党组织和广大党员干部的先锋模范作用，通过耐心细致的思想政治工作，严格依法维护广大人民群众合理合法的利益诉求，引导广大农民树立关注长远发展、长期受益的更加理性化的心理预期，打赢拆迁的心理战。融资难，主要受制于当前信贷宏观调控的收紧，体现为融资条件更严、门槛更高、成本增加。为此，一方面要用好政府手中的自有财力，让有限的资金发挥更大的杠杆作用，撬动社会投资；另一方面要强化政府和银团合作，积极争取金融信贷支持，强化信贷风险评估，引导金融企业创新金融服务。同时，要进一步调动国有企业参与城乡结合部改造的投资积极性，强化国有企业的社会责任，开辟政企合作的新渠道。资金平衡难，难在城乡结合部地区建设中农民转居、市政配套与产业用地出让之间投入和收益不匹配。要解决这一难题，必须在强化城乡结合部地区土地开发投融资规划，适当调整增加产业用地比例，提高规划建设用地容积率，重点提高产业用地的产出绩效、创新产业用地出让金缴纳方式等方面寻求突破。
（四）把实现农民有资产、有住房、有社保、有就业作为衡量城乡结合部地区建设成败的根本衡量标准
城乡结合部地区改造的顺利不顺利，成功不成功、农民满意不满意，关键看上述“四有目标”有没有实现以及实现的程度和水平。实现农民有资产，就需要在推进城乡结合部改造过程中妥善实施农村集体经济产权制度改革，让农民带着资产进城。尤其是农民手中的安置补偿款，政府要有意识地培养农民理性、健康的理财习惯和能力，让其变成可以不断增值的资产。实现农民有住房不难，难在农民手中富余的房源如何增值，又不增加地区社会服务管理的负担。要积极探索成立专业的公司或者机构将农民手中的富余房源趸租过来，再由公司统一出租给在本地区有正式职业的人口，将“以房管人”落到实处。农民则从专门公司或者机构那里获取稳定的收益。采取上述运作模式，租房者的信息可以实现实时准确采集，便于政府有针对性地调控人口，提供服务，还能够有效避免不法分子或者犯罪人员藏匿其中，大大改善城乡结合部的治安状况，降低社会管理成本。为了实现有社保，要尽量避免村庄的分散拆迁，尽可能采取整建制拆迁的方式，实现农民向居民的整体平滑过度。要实现有就业，一方面要强化农民的就业技能培训，提高其就业能力；另一方面要充分依托重点产业功能区建设，为农民开拓更多的就业渠道。
（五）重点解决城乡结合部地区未来发展定位、市政基础和基本公共服务设施建设、流动人口服务管理、社会管理体制转型和遏制违法建设蔓延等现实问题
要进一步提高城乡结合部地区发展的战略前瞻性，需要结合城乡结合部地区的发展基础、周边重点功能区的发展定位，进一步明确城乡结合部地区未来发展定位，避免千村一面演变成新的千城一面。要建立和完善市政基础设施和基本公共服务设施建设向城乡结合部地区适当倾斜政策，积极争取和吸引中心城区优质公共服务资源向城乡结合部地区转移，彻底摆脱乡村提供基本公共服务的供给缺口，形成产业发展和公共服务双引擎支撑的新型城市化。探索名校办分校、名院办分院等多种形式，有效改造和提升城乡结合部地区现有公共服务设施的服务水平。要通过深入细致的做好群众工作，联系群众、宣传群众、组织群众、服务群众，认真做好城乡结合部地区流动人口的服务管理工作，让为城市经济社会发展作出贡献的各类人群生活的更有尊严。为顺利实现城乡结合部地区社会管理体制的顺利转型，要进一步加强基层组织建设，提前对村两委班子成员、村集体经济组织负责人等进行培训，为实现村庄治理向城市社区治理的转型提供组织人才保障。为了实现城乡结合部地区改造不反弹，必须把有效遏止违法建设放在更加突出的位置，完善制止和查处地区违法建设的体制机制，保持对违法建设的高压态势。特别是要加强农村集体土地出租和使用管理，规范土地出租、流转、使用等行为。此外，为了逐步实现对城乡结合部的源头治理，在逐步打破城乡二元体制束缚的基础上，必须严格控制城市增长边界，明确划定城市和乡村的界线，防止城市无序蔓延导致城乡结合部出现“边整治、边生成”的怪圈。
结合方向 篇4
一、“工学结合”是职业教育改革探索的重要方向
“校企合作、工学结合”是当前我国职业教育改革与发展的方向。国务院 (国发[2005]35号) 、教育部 (教高[2006]6号) 文件明确指出:要积极推行与生产劳动和社会实践相结合的学习模式, 把工学结合作为高等职业教育人才培养模式改革的重要切入点。因此如何建立有特色的“工学结合”新模式、发挥更好的作用成为当前高职院校的新课题, 教育改革探索的新方向。
二、高职院校开展“工学结合”的社会基础已经具备
首先是社会需求和学生就业的需要, 许多用人单位在招聘新员工的时候发现, 大部分毕业生在实际工作的时候虽然具备了很强的理论功底, 但是实践能力却大大不能满足工作的需要, 很多企业需要重新对这些员工培训上岗, 造成了资源的浪费。随着科学技术的发展, 各行各业对于技术含量和技能要求也越来越高, 社会对具有一定理论知识的技能型人才有更大的需求, “工学结合”这种模式培养出来的学生能满足这种需要。社会的需求和学生就业需要成为开展“工学结合”的重要推动力。
其次, 实行“工学结合”教学模式也是高职院校专业建设的需要, 是突出办学特色的重要体现。该教学模式更加突出职业教育的本质属性, 强化人才培养与社会需求相结合, 增强了学生的职业适应性, 同时对于高职院校拓展办学空间, 向特色化、多样化办学有着积极的促进作用。教育部对于高职院校的定位是:培养专门性人才的高等教育机构, 因此在专业设置上都要有与“工”相结合的专业方向, 这样就为学校的专业教学计划与用人单位的需求相衔接, 实现“工学结合”创造了有利条件。
三、“工学结合”教学模式的实践基础已经形成
“工学结合”的教学模式的实施使职业教育的教学活动在时空上都获得了拓展, 它的实施不仅是对学校传统的课堂教学方式的颠覆, 更重要的是对教育体制、教育理念进行创新。经过多年的探索和积累, 已经为我国职业教育全面开展工学结合教学改革夯实了基础。
(一) 订单式、学工交替式人才培养新理念已经形成
我国职业教育已经打破了由单一学校主导的人才培养模式, 建立起与社会、行业、企业共同培养职业人才的新模式。实践教学突破了传统的模拟教学模式, 开创以真实的职业工作环境为实践教学的条件, 强调学生在亲身的体验中锻炼职业技能的新局面。各个高职院校针对学校本身情况以锻炼实践技能, 就业为中心的“订单式”、“学工交替式”培养人才新模式已经陆续出现。“以服务为宗旨, 以就业为导向, 推进职业教育的教学改革”已经成为我国职业教育改革的指导思想。
(二) 职业教育体制改革取得突破
伴随着我国经济体制改革的进程, 职业教育的体制改革已经取得了突破。职业教育逐步打破了计划经济体制下由政府包办的体制, 充分发挥了行业、企业的作用, 动员社会各级力量共同参与办学, 各种具有鲜明特色的民办高职院校出现迅速发展趋势。
随着2003年《民办教育促进法》以及《民办教育促进法实施条例》的颁布实施, 全国民办教育取得新发展。据统计, 截止2012年9月, 目前江苏共有154所高等院校, 其中民办类高职院校23所。宿迁民办高职院校2所。目前我国已经基本形成了以政府为主导, 企业、行业和社会力量积极参与的多元化办学格局。民营资本的加入催进职业教育迈向现代化进程, 为“校企合作、工学结合”教学模式的出现提供了保障。
(三) 双证制度的实施为职业教育和劳动力市场沟通建立了纽带
职业教育的根本目的是培养学生的职业综合能力, 实施这一目标的关键在于职业本身的要求与培养模式相一致。职业资格标准来源于职业能力的分析, 代表了从事该职业所应当具备的所有知识、技能。职业资格证书更直接、更准确的反映了特定职业的实际工作标准和操作规范, 以及劳动者从事这种职业所达到的实际能力水平。目前全国范围内的职业院校都已经实施了双证书制度, 通过在职业院校实施职业证书制度, 明确了办学方向, 把职业技术教育与劳动力市场需求相衔接, 推进了职业技术学校教学改革, 也催生了“工学结合”新的教育模式的出现。
(四) 教师队伍建设为工学结合提供了师资保障
近年, 高职院校师资队伍建设有了很大的发展, 在数量和人才素质方面有了很大的突破。一线技能人才被大量返聘学校参与到教学实践之中, 在提高教学教学质量的同时, 锻炼了学生的实际操作技能, 也为工学结合的实施提供了师资保障。
据教育部颁布的统计资料显示, 全国普通中等专业学校教师教职工45.33万人, 比上年增加0.35万人。专职教师26.3万人, 比上年增加0.55万人。全国职业高中教职工48.33万人, 比上年增加1.55万人。专职教师35.63万人, 比上年增加1.23万人。职业高中专任教师学历合格率75.74%, 比上年增加4.02个百分点。全国技工学校教职工30.2万人, 其中专职教师26.3万人。
同时, 我国已经逐步建立了一批职业院校教师培养培训基地和培养制度。据不完全统计, 全国共有职教师资培养培训基地306个, 其中依托高等学校建立的基地215个, 依托中等职业学校建立的基地91个, 这些基地已经为全国的职业教育培养大批的高素质教师。
随着社会发展, 实施“校企合作、工学结合”社会基础和实践基础已经具备, 工学结合也将成为高职院校教育教学体制改革的一个重要方向。
参考文献
[1]占德胜.《系统论视角下的高职院校专业设置》.2009 (4) .
结合方向 篇5
【关键词】产学研结合 基于学习结果 能力为导向 课程与教学模式
【基金项目】2012年泰山学院青年教师科研基金项目：农村住宅建筑优化设计及其综合效益评价研究——以泰安市为例；2015泰安市社会科学课题：泰安市特色乡村旅游发展研究。
【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）07-0215-01
一、原有教学课程设置及启示
目前，土木建筑类专业工程管理方向的学生开设的主要专业课程有建筑制图与识图、建筑测量、建筑工程施工技术、建筑材料、工程项目管理、建筑工程造价、钢结构、混凝土结构、建筑力学、工程经济学、土木工程概论等等。在理论教学已全面完成的情况下，学生进入企业、工地进行相关知识的实习。通过近年来学生实习过程中的表现发现，学生由课堂进入工作实践后的最初一段时间常常对实际工作感到无从下手，但经过实习一段时间后，又能唤起其对课堂论知识的记忆和理解。对此笔者针对某高校同学做了具体调查，结果如下：
二、建筑工程管理方向课程与教学模式改革思路
在课程建设方面，汕头大学提出OBE（基于学习结果的教学）的课程改革思路，将课程与学生能力培养联系起来。从以知识为导向转变为以能力为导向。这就要求教师在教学过程中充分重视学生能力的形成、改变和考核。
根据表1数据看出要提高建筑工程管理方向学生的能力单靠理论教学无法实现满意的效果，于是本文试图从本领域生产科研项目中探索学生参与的可行性和效果。根据本专业实际情况，本文作者开始让学生参与教师项目《农村住宅建筑优化设计及其综合效益评价研究——以泰安市为例》、《泰安市特色乡村旅游发展研究》，完成该项目中可以利用已经学习的相关课程进行的工作。根据学生在该项目中的表现，教师跟踪考核，发现学生的理论知识应用能力基本达到与实习末相当的程度。由此，我们发现学生将所学知识在实际科研项目中也能得到较快的提升。具体考核结果如下：
三、课程改革方案
通过生产、科研为学生提供平台，对于学生理论知识的巩固、应用能力的提高有着非常重要的作用。本文认为建筑工程管理方向课程与教学模式设置应以能力为导向，形成系统的知识模块及其对应的知识体系，在教学中针对跟课程及所在的课程体系有目的的引入项目或进行工程实践操作，使理论密切结合实践，避免纸上谈兵。
参考文献：
[1]田明，孟君.论高校教学团队与教研室建设[J].内蒙古民族大学学报（社会科学版），2011，（5）.
[2]刘贵松，李茂国. 大学计算机系列课程改革思考[J]. 中国大学教学，2012（11）： 39-41.
[3]蒋桂梅、陈维英. 基于工作过程的工程造价软件课程教学实施[J]. 潍坊教育学院学报，2012（7）：79-80.
[4]孙伟. 项目导入式教学在实践中的问题与对策[J].河南广播电视大学学报，2008（21）：86-87.
[5]朱翠苗.“项目导入、 任务驱动”教学法在计算机课程教学中的应用[J].现代计算机，2009（1）：94-96.
作者简介：
结合方向 篇6
当前培养一批具有鲜明个性、非凡创造力和卓越开拓精神的创新型人才, 建设一支宏大的创新型人才队伍, 大幅度提高国家的自主创新能力, 是我国当前面临的一项紧迫的战略任务。
一目前指导SRTP存在的问题
我院自开展SRTP以来, 已指导多届学生, 总结这些年科研训练工作, 发现在实施过程中存在不少问题。
1. 课题起点低
在指导本科生创新实验及科研训练的过程中发现, 由于大学生从事创新实践活动时, 刚完成基础课程学习, 还没有进入专业课的学习, 专业基础欠缺, 知识层次和结构不健全、不完善, 还不具备扎实的基本技能和创新能力, 科技创新素质相对较低, 所以只能选择一些起点低的课题, 或者参与老师的部分科研项目, 对一些题材新颖、需要综合运用理论知识的课题往往是心有余而力不足。
2. 科研训练时间短
学生只能在完成正常学习后的空余时间里才能到实验室做实验, 科研训练的时间较短, 学生无法得到综合性的技能训练, 尤其是理工科专业的学生, 繁重的学习任务, 使得他们没有足够的时间和精力参与课外创新实践活动中, 学生只能完成一些小课题, 做完后写一篇工作汇报或结题报告。很快又转入毕业论文, 对大多数学生而言, 毕业论文换导师、换课题, 一切又将重新开始。
二科研训练—毕业论文—就业方向相结合的培养模式
科研训练的目的是以培养学生的综合能力、动手能力为重点, 改变传统的适应知识传递的教学方式, 提倡以探究为基础的研究性学习。针对目前SRTP中存在的问题, 我们提出了将科研训练、毕业论文以及学生将来的就业方向相结合, 让学生到企业实地考察和实习, 从中调研企业急需解决的技术难题, 使学生带着问题去探索、去创新, 提高其创新实践的实用性。让学生通过科研训练掌握系统的科研方法, 培养适应社会需要、具备全面素质与创新能力的人才的具体实施方法如下:
1. 科学训练
对于基础知识扎实和有研究兴趣的学生, 根据他们的个人兴趣爱好, 将来就业发展的方向, 让学生到相关企业实地考察和实习, 从中调研企业急需解决的技术难题, 使学生带着问题去探索、去创新, 就企业目前生产中存在的问题以及企业将来的发展方向进行选题, 查阅文献, 设计方案。创新实践课题的选择是实施创新实践活动的重要前提, 也是关系到创新实践成果是否有价值的重要因素。首先, 要鼓励学生自主命题, 激发学生创新兴趣, 提高自主学习与科技创新能力。其次, 鼓励和指导学生申报和承担省级、校级大学生创新实验项目。
作为指导教师, 应该鼓励学生进行自主研发, 指导他们做好自主策划科研项目的方式和内容, 同时努力将他们的需要和企业的需要结合起来, 让他们尽早熟悉企业的生产及研发。
目前, 各高校的SRTP大多是以立项的形式完成的, 但是它并不独立于课堂教学之外, 而是本科教学的一个有机组成部分。学生经过调研, 提出研究课题, 查阅相关资料, 在实验室完成实验, 或者去企业寻求解决问题的答案, 这不仅可以完成自己的研究课题, 还可以内化为一种研究态度和研究方法, 并形成一种研究能力和品质。
虽然SRTP是以科研课题的形式展现出来的, 但它不是单纯的科研, 而是科研与课堂学习的结合, 其实质是让学生在科研训练的实践中深化课堂所学的知识, 让学生以研究的方式进行学习, 提高自学能力, 了解本学科的发展动态和前沿, 形成合理的知识结构, 使他们将来能够更好地胜任从事科研和新产品开发的工作。
2. 毕业论文
学生的毕业论文可以继续完成科研训练的题目, 或者是相关课题的延伸, 在毕业论文阶段, 学生有更多的时间, 在自己的研究领域拓展或深入下去。有了前期科研训练的实践, 学生已经基本熟悉了实验研究的大致过程, 并在原有的基础上, 发现问题、分析问题、搜集整理资料、科学分析、组织研究, 确定毕业论文的科研课题, 提出实验方案, 完成本科毕业论文。
科研训练与毕业论文相结合, 学生有足够时间完成具有一定深度的研究课题, 导师指导学生根据实验结果, 分析、归纳、总结, 鼓励学生完成较高水平的科研论文。对于大多数本科生来说, 独立完成论文有一定难度, 按照学生的思路, 融合导师思想, 让学生反复修改, 并在格式、用词、语言逻辑等方面规范学生的写作。
在毕业论文撰写期间, 学校应提供条件让学生与企业保持联系, 让学生的研究工作与企业密切结合, 将研究成果与企业共享。
3. 就业方向
学生完成的是企业合作项目, 通过学生的创新实践活动为企业解决技术难题, 有兴趣的学生, 毕业以后还可以去企业工作。对于企业而言, 他们是具有独立研发能力的专业人才;如果学生继续深造, 经过科研训练与毕业论文长时间规范的学习和实践, 他们已经具备了较强科研能力, 完全能胜任研究生阶段的科研工作。
大学生科研训练计划对大学生各方面综合素质的发展都有着很大的影响和促进作用, 采用科研训练—毕业论文—就业方向相结合的培养模式, 可以构建一个完善的科研训练体系, 并能有效地执行。
作为一种新的培养模式, 我们在2009级学生中进行了尝试, 取得了良好的效果, 经过半年多的工作实践, 从企业反馈的信息中显示, 毕业生很快适应了企业的工作, 并承担了重要的研发任务。
培养大学生的创新精神, 提高其综合素质, 以创造性的科研活动来补充、完善现有的知识结构, 实现从专业人才培养转向全面发展的人才培养目标。让学生通过科研训练—毕业论文—就业方向相结合的培养模式, 掌握系统的科研方法, 最终成为适应社会需要、具备全面素质与创新能力的人才。
摘要：本文总结了大学生科研训练工作中存在的问题, 提出了通过科研训练—毕业论文—就业方向相结合的一种新的培养模式, 以培养学生的综合能力、动手能力为重点, 改变传统的适应知识传递的教学方式, 提倡以探究为基础的研究性学习。根据企业需求, 确定科研训练和毕业论文方向, 提高创新实践的实用性, 让学生通过科研训练掌握系统的科研方法, 培养适应社会需要、具备全面素质与创新能力的人才。
关键词：SRTP,科研训练,培养模式,就业方向
参考文献
[1]张利庆、马伊蓓.高年级大学生科研训练计划的实施与对策[J].彭城职业大学学报, 2003 (2) :94~97
[2]叶民、魏志渊、楼程富等.SRTP:浙江大学本科教学改革的成功探索[J].高等工程教育研究, 2005 (4) :55~58
结合方向 篇7
我国处于经济飞速发展时期, 需要大量的技能型劳动人才, 对技能型劳动人才也提出了更好的要求。为适应我国经济社会的发展需要, 近些年来国家对职业教育越来越重视。这样一来, 职业教育业呈现欣欣向荣的局面, 民办院校增多, 公办院校不断扩大规模, 学校自主权不多扩大, 专业数量大大增加。学校的升格及国家重点、省级重点的学校的建立, 示范性实训基地的建立, 甚至职业教育集团也是如雨后春笋的一波接一波。但是在我国职业教育发展的春天中也存在一些不和谐的一面。有些只讲形式不讲内容, 走过场, 瞎呼隆, 没有真正进行职业教育的教育模式转变, 还有一些地方停留在原来基础之上, 硬件方面提高了, 可软实力跟不上。
针对这种情况, 教育部副部长鲁昕指出, 教育战线要适应经济社会发展需求, 转变观念, 改革创新, 探索了产教结合、校企合作的新机制, 大力推进政府主导、行业指导、企业参与的办学机制建设进程, 大力推动工学结合、校企合作、顶岗实习的人才培养模式落实进程, 才能使职业教育水平得到提高。特别是改革现代教学模式, 推进课程改革, 根据岗位技能要求设置专业课程, 实现课程设置和岗位要求的对接。
二、不断推进工学结合和校企合作模式是职业教育发展的趋势
工学结合是职业教育培养技能型人才的必有途径, 是职业教育得以存在和发展的价值依据。在以服务为宗旨、以就业为导向的职业教育办学方针指引下, 进一步推进职业教育工学结合, 是职业教育遵循现代职业教育思想的普遍发展趋势。在对实践中存在的两种工学结合模式进行剖析的基础上, 提出了进一步促进行业企业参与职业教育, 推进职业教育工学结合的相关政策建议。
树立正确的办学理念是开展工学结合的先导, 因此必须突破原有的办学模式, 将工学结合放到一个新的高度去加以认识和理解。工学结合的内容是随着经济社会的发展不断拓展的, 职业院校要在明确自身办学定位的基础上拓展思路, 以就业为导向, 以生产、教学、研发为依托, 强化服务意识, 提高办学实力和办学层次, 扩大校企互利互惠的接合点。只要是有利于双方效益提升, 有利于人才培养, 各工学结合的形式都可以尝试。
三、建立校企共同参与课程开发模式
1、根据企业需求进行课程调整
根据培养目标的能力因素和岗位需求, 筛选学科中与培养职业能力直接有关并且使用效率较高的专业知识内容, 形成一个以综合能力培养为主体、突出技能和岗位要求相结合为目的的课程教育体系, 对计算机各类专业的教学计划与结构作一次全新调整, 立足于学生学完三年的课程之后能够胜任相关企业人才的用人要求, 加大核心课程的课时及改变学习方式核心课程的设定, 而不能过于保守的只是用传统教育的观点来铺排课程。
2、实施订单式培养模式
订单式培养模式是让学生进入学校后以企业准员工身份接受职业教育, 形成了招生与招工结合、实习与就业同步的校企零距离合作新模式。校企双方共同制订教学计划、课程设置、实训标准;学生的基础理论课和专业理论课由学校负责完成, 学生的生产实习、顶岗实习在企业完成, 毕业后即参加工作实现就业, 达到企业人才需求目标。该模式提高了教学效率和教学质量, 同时畅通了学生就业渠道。
在合作中, 实行订单式培养的企业一般都会选派企业人力资源部门的领导及技术骨干为学生们上课, 他们一方面承担部分技能课的教学任务, 另一方面将企业文化与理念传输给教师和学生。企业还参与对学生的评价、接纳学生就业。这种模式促进了教学、科研全面提升, 带动了招生、就业良性循环。
我校计算机专业网络方向课程设置中引入了校企共同开发课程模式, 经过实践, 受到良好效果。其中综合布线技术与工程是计算机网络技术专业的专业技能, 我校根据企业要求的国家标准和行业标准, 结合学生的实际, 针对性对学生进行专项培训。具体分三个阶段进行:
第一阶段:讲授综合布线系统知识。其内容涵盖综合布线系统结构、标准、产品选型、方案设计、安装施工技术、测试验收和行业发展趋势等多项相关知识, 这主要课堂教学和现场教学完成。教学内容首先分知识模块教学, 最后将各知识内容通过大楼综合布线工程案例、小区综合布线工程案例和家居综合布线工程案例进行综合, 以便学生融会贯通。
第二阶段:依据企业要求设计课堂教学相对应的技术实践, 量身定做相对应试验。对学生进行操作技能的基本训练。包括布线材料认识, 布线图绘制, RJ-45头的制作, 信息模块端接, 配线架端接, 管、槽、机柜安装, 常用布线工具的使用, 光纤熔接, 测试工具使用, 网络资料检索。
第三阶段:工程项目实践教学。通过实际建筑物 (大楼或小区) 布线工程项目教学, 完成对基本知识和基本操作技能的综合训练, 工程项目完全按网络工程公司的组织模式和管理模式来运作, 成立材料组、监理组和多个项目经理部, 经理、工地主任、安全员等职位在学生中竟聘产生, 在工程中实现项目管理、材料管理和监理等管理方法, 学生从设计、施工、管理、测试和验收等网络综合布线工程各环节得到了真刀真枪的锻炼。在实训过程中学到了实际工程中的施工技术和管理技术, 加深理解、验证、巩固了课堂教学内容, 每一位同学在工程中体会到成功的喜悦, 从而激发了学习热情, 达到掌握小型布线工程的设计与施工技术的教学要求, 实现了课堂教学与职场岗位间的“短距离对接”。
教学过程中注重将布线行业新标准、新技术、新产品引入教学中, 并及时调整教学内容和教学方法, 根据行业的需求来培养学生, 使学生的知识结构更加合理, 能力不断的增加, 综合素质不断提高。
学校和用人单位共同参与管理, 合作教育培养, 使学生成为用人单位所需要的合格技术人才。实训老师根据学生的反馈信息, 做好备案工作, 为以后的教学实践提供帮助。
四、总结
工学结合模式在职业教育改革中应用后, 收到了较好效果, 为进一步探讨职业教育发展问题奠定了良好基础。在实践中也遇到一些问题, 需要逐步予以完善。
1、建立适应校企合作、工学结合模式的质量评价指标体系
为了完善对校企合作模式的管理, 保证并提高教学质量, 还需要建立适应这种模式的质量评价指标体系。该质量评价指标体系应以认识与实践的关系为基础, 突出对学生的观察能力、动手能力、分析能力及综合能力的培养。
2、提高教学计划的灵活性, 以适应不同层次学生和行业的需求
众所周知, 计算机技术更新速度快, 教学计划难以保持同步, 这就要求学校不断了解最新技术, 调整教学计划。另一方面, 职业院校学生的个体知识结构差异较大, 求我们调整教学计划和进度, 老师调整教学方法, 适应学生需求。
摘要：工学结合模式下的教学改革中专业课程设置和教学环节是关键, 通过对计算机网络专业方向课程设置的调整和对具体教学过程的改进, 使教学过程和工作岗位技能要求结合更紧密, 能够使理论和实践过程相结合, 提高学生技能。
关键词：工学结合,教学模式改革,计算机网络课程改革
参考文献
[1]《计算机教育》丁金昌, 温州职业技术学院, 浙江温州, 325035)
[2]国务院关于大力发展职业教育的决定, 国发 (2005) 35号
[3]《中国教育报》2009年10月26日
[4]《浅谈开放教育中的素质教育》长春广播电视大学刘薇
[5]《计算机网络》谭浩强主编2005清华大学出版社
结合方向 篇8
关键词：DOA (E-D Direction of Arriral) 估计,遗传算法,电磁矢量传感器,多信号分类算法 (Multiple Signal Classification, MUSIC) 算法
所谓电磁矢量传感器 (Elcetro-Magneticvector Sensor) , 通常由共点配置、极化选择方向相互正交的3个电偶极子和3个磁偶极子组成, 它可以同时感应入射电磁场的3个电场瞬态分量和3个磁场瞬态分量, 可看作一个特殊的六元极化敏感阵列。矢量传感器是由Nehorai和Paldi提出的概念, 两位学者同时建立了电磁矢量传感器列信号接收模型, 推出了二维波达方向 (DOA) 和极化角估计的CRB (Cramér-Raobound) 下界[1,2]。关于矢量传感器阵列的可辨识信号源个数或满足线性无关的导向矢量的个数, 文献[3—5]已做了有益的探索。研究初期, 人们对电磁矢量传感器的研究主要集中于多目标源的DA极化极化角的估计, 后来, 人们陆续将研究扩展至频率估计、目标跟踪、宽度非高斯源等[6—8]。
标量阵列参数估计的常规方法主要有ESPRIT、DOA矩阵法、MUSIC和最大似然法, 均被成功地推广到矢量传感器阵列[6—11]。ESPRIT、DOA矩阵法被用于求解矢量传感器阵列问题时, 仍保持了计算相对简单, 计算量相对较少的优点, 所以被学者们广泛应用。但当最大似然估计法和MUSIC算法求解矢量传感器阵列问题时, 存在多维谱峰搜索的困难。一个解决方法是采用遗传算法。简单地遗传算法只能搜索到目标函数的一个极值点, 而小生境 (Niche) 遗传算法多用于求解多峰值函数问题。小生境遗传算法思想是通过对群体的划分, 使其形成多个小生境, 通过进化过程得到函数的所有最优解。文献[9]提出了一种基于多生境排挤机制的改进算法, 并用于标量阵列的MUSIC谱的谱峰搜索文献[10]提出了改进的遗传算法, 用于加权子空间测向算法的DOA搜索。本文采用一种小生境遗传算法用于矢量传感器阵列的MUSIC算法的多谱峰搜索。
1数学模型
K个不相关全极化横电磁平面波在均匀各向同性媒质中传播, 入射到一个M阵元等间距的电磁矢量传感器线性阵列, 如图1所示。单矢量传感器对第k个电磁信号的空间响应可表示为[1]:
(1) 式中, 0≤θk<π是第k个入射信号的仰角, 0≤ϕk<2π是方位角, 0≤γk<π/2是极化辐角, -π≤ηk<π是极化相位差。
这是假定矢量传感器位于z轴上, 实际上矢量传感器位于哪个轴并不影响本文算法。以位于原点的矢量传感器参考点, 第m个矢量传感器的总的输出矢量为:
(2) 式中,
qm (θk, ϕk) =ej2πmΔzwk/λ=ej2πmΔzcosθk/λ (3)
nm (t) 代表第m个矢量传感器上产生的6×1复值零均值加性白噪声矢量, Sk (t) 代表第k个信号源的基带包络。这里假定加性白噪声互不相关, 与信号Sk (t) 也互不相关。该M个天线阵列的输出信号可由下式表示:
X (t) =[Z1 (t) , Z2 (t) , …, ZM (t) ]T=AS+N (4)
A=[α (θ1, ϕ1, γ1, η1) , α (θ2, ϕ2, γ2, η2) , …, α (θK, ϕK, γK, ηK) ]=[q (θ1, ϕ1) ⨂a1, …, q (θK, ϕL) ⨂aK] (6)
(5) 式、 (6) 式中A, N, 均是6M×K矩阵, 上标, ‘T’为矩阵转置算子, ⨂表示Kronecker乘积。
2 适于矢量传感器的MUSIC算法
X (t) 的自相关矩阵可表示为:
Rxx=E[X (t) XH (t) ]=ARSSAH+σ2I (7)
(7) 式中RSS=E (SSH) 为信号的协方差矩阵 (上标‘H’表示矩阵共扼转置算子) , σ2为加性白噪声的方差, I表示6M×6M单位矩阵。
对Rxx进行特征分解, 得到M个特征值γ1, γ2, …, γ6M和对应的特征向量e1, e2, …, e6M, 且λ1≥λ2≥…≥λD≥λD+1=λD+2=…=λ6M, D为信源个数, D<6M。则有:
(8) 式中, Λ=diag (γ1, γ2, …, γ6M) , E=[e1, e2, …e6M]。
将特征向量对角矩阵和特征向量分解, 即
这里, 我们仅考虑波达方向估计, 假设信号的极化状态已知, 则上式变为二维函数:
PMUSIC (θ, φ) =[αH (θ, φ) ENE
下面的问题就是通过对PMUSIC (θ, φ) 的多维谱峰搜索, 找出波达方向。
3 小生境遗传算法步骤
首先两两比较群体中各个个体之间的距离, 若这个距离在预先指定的距离L之内的话, 再比较两者之间的适应度大小, 并对其中适应度较低的个体施加一个较强的罚函数, 极大地降低适应度, 这样, 对于在预先指定的某一距离L之内两个个体, 其中较差的个体经处理后其适应度变得更差, 它在后面的进化过程中被淘汰掉的概率就极大。也就是说, 在距离L之内将只存在一个优良的个体, 从而既维护了群体的多样性, 又使得各个个体这间保持一定的距离, 并使得个体能够在整个约束空间中分散开来, 这样就实现了一种小生境遗传算法。
首先设定小生境遗传算法的目标函数为:
f (θ, φ) =[αH (θ, φ) ENE
这样, DOA的搜索过程就转换为找到所有使目标函数取小值的 (θ, φ) 的问题。本文的遗传算法步骤如下:
(1) 以编码位数PRECI对个体 (θ, φ) 进行二进制编码。
(2) 设置进化代数计数器t←1:随机生成NIND个初始个体组成的初始群体P (t) , 并求出各个个体的适应度Fi (i=1, 2, …, NIND) 。
(3) 依据各个个体的适应度对其进行降序排列, 记忆前N个个体 (N<NIND) 。
(4) 选择运算。对群体P (t) 进行比例选择运算, 得到P1 (t) 。
(5) 交叉运算。以交叉概率Pc对选择出的个体集合P1 (t) 作单点交叉运算, 得到P2 (t) 。
(6) 变异运算。以变异概率Pm对P2 (t) 作变异运算, 得到P3 (t) 。
(7) 小生境淘汰运算。将第5步得到的NIND个个体和第2步所记忆的N个个体合并在一起, 得到一个含有的NIND+N个个体的新群体;对这个NIND+N个个体, 按照下式求出每两个个体Xi和Xj之间的海明距离, 其中Xi= (xi1, xi2, …xil) , l为编码位数, i=1, 2, …, NIND
(8) 当距离‖Xi-Xj‖<L时, 比较个体Xi和Xj之间的适应度大小, 并对其中适应度较低的个体处以罚函数Penalty, 得到新适应度Penalty×min (Fi, fj) 。
(9) 低据这NIND+N个个体的新适应度对各个个体进行降序排列, 记忆前N个个体。
(10) 终止条件判断。若不满足条件, 则:更新进化代数计数器t←t+1, 并将第8步排序中的前NIND个个体作为新的下一代群体P (t) , 然后转到第3不;若满足终止条件, 则输出计算结果, 算法结束。
4 仿真与讨论
算例1:假设3个独立不相关的等功率信呈源入射到5阵元的均匀线性电磁矢量传感器阵列, 阵元间距为半波长, 入射角参数为{θ1, θ2, θ3}= (20°, 40°, 60°) , {φ1, φ2, φ3}= (70°, 35°, 55°) , 噪声为复高斯白噪声, 快拍数为300, 进行100次独立实验。假设我们已知入射信号均为左旋圆极化, 即有{γ1, γ2, γ3}= (45°, 45°, 45°) , {η1, η2, η3}= (90°, 90°, 90°) 。
经过仿真测试, 我们选择的主要遗传算法参数如表1所示。
图2和图3分别给出了遗传代数Maxgen=300时角度估计均方根偏差 (RMS Bias) 和均方根标准方差 (RMS Std.Dev.) 随信噪比的变化。为了对比, 同时给出了ESPRIT方法得出的结果。由图2可看出, 基于遗传算法的MUSIC算法得到的角度估计均方根偏差随信噪比的增加降低, 但降低的趋势比较缓慢, 而ESPRIT算法随着信噪比的增加, 均方根误差降低得非常快, 这样, 在信噪比大于约3 dB以上, 基于遗传算法的MUSIC算法均方根误差开始大于ESPRIT算法。但基于遗传算法的MUSIC算法得到的均方根标准方差则比ESPRIT要小。图4给出了取信噪比SNR=15时, 采用遗传算法得到的角度估计均方根偏差和均方根标准方差随遗传代数MAXGEN的变化。由图4可看出, 采用遗传算法的估计性能与遗传代数成一定的线性关系, 随着遗传代数的增加, 估计性能变好。但考虑到计算负担, 所以遗传代数不可能取得太大。
算例2:仍假设3个独立不相关的等功率信号源入射到5阵元的均匀线性电磁矢量传感阵列, 阵元间距为半波长, 入射角参数{θ1, θ2, θ3}= (100°, 45°, 60°) , {φ1, φ2, φ3}= (30°, -45°, -30°) , 噪声为复高斯白噪声, 快拍数为500, 进行100次独立实验。假设我们已知入射信号均为右旋圆极化, 即有{γ1, γ2, γ3}= (45°, 45°, 45°) , {η1, η2, η3}= (-90°, -90°, -90°) 。遗传算法主要参数除L=4外, 其它与表1相同。
图5和图6分别给出了遗传代数Maxgen=300时角度估计均方根偏差和均方根标准方差随信噪比的变化。为了对比, 同时给出了ESPRIT方法得出的结果。由图5同样可看出, 基于遗传算法的MUSIC算法得到的角度估计均方根偏差随信噪比的增加, 性能提高并不明显, 而ESPRIT随着信噪比的增加, 均方根误差降低得非常快。由图6可看出, 基于遗传算法的MUSIC算法在信噪比小于15 dB情况下得到的均方根标准方差性能比ESPRIT要好。
5 结论
本文利用小生境算法所具有的并行搜索、自然优化的特性解决了MUSIC算法在矢量传感器阵列DOA估计的存在谱峰搜索困难的问题。通过实验仿真, 验证了小生境算法的有效性。仿真结果表明, 基于遗传算法的MUSIC算法得到的角度估计均方根偏差随信噪比的增加, 性能提高并不明显, 其性能比ESPRIT要差。而在均方根标准方差方面, 基于遗传算法的MUSIC算法则比ESPRIT要好。
参考文献
[1]Nehorai A, Paldi E.Vector sensor processing for electromagnetic source localiation.In:Proc25th Asilomar Conf Signals, Syst Comput (Pacific Grouve, CA) , Nov.1991
[2]Nehorai A, Paldi E.Vector-sensor array processing for electromagnetic source localization.IEEE Trans Signal Processing, Feb1994;42:376—398
[3]Hochwald B, Nehorai A.Identifiability in array processing mudels with vector-sensor applications.IEEE Trans Signal Processing, Jan1996;44:83—95
[4]Ho K C, Tan K C, Ser W.A investingation on number of signals whose directions-of-arrival are uniquely determinable with an electro-magnetic vector sensor.Signal Processing, Nov1995;47 (1) :41—54
[5]Tan K C, Ho K C, Nehorai A.Uniqueness study of measurements ob-tainable with arrays of electromagnetic vector sensors.IEEE Trans Signal Processing, 1996;44 (4) :1036—1039
[6]Ji Fei, Kwong Sam.Frequency and2-D angle estimation based on a sparse uniform array of electromagnetic vector sensors.EUSASIP Journal on Applied Signal Processing, 2006;2006:8—720
[7]Ko C C, Zhang J, Nehorai A.Separation and tracking of multiple broadband sourcces with one electromagnetic vector sensor.IEEE Trans Aerosp Electron Syst, July2002;38:1109—1116
[8]Xu Yougen, Liu Zhiwen, Yao Guangxing.Uni-vector-sensor SOS/HOS-CSS for wide-band non-gaussian source direction finding.2005IEEE International Symposium on Microwave.Antenna, Propagation and EMCTechnologies for Wireless Communications Proceedings, Aug.8-12, 2005:855—858
[9]邹燕明, 张瑞峰, 刘志文, 等.遗传算法多极值函数优化及其在MUSIC算法中的应用.信号处理, 1999;15 (1) :60—67