优化方法研究（共12篇）
优化方法研究 篇1
1 移动网络优化流程的重要性
网络优化的意义在于通过对网络的参数统计和分析数据, 采取有效地阻干扰和优化网络上端最终促使移动优化网络的重要战略。当今国际形势下, 移动网络领域的发展已经成为各个国家竞相竞争的一个主要平台, 对每个国家的通信, 信息, 军事, 经济和贸易等都有很强的战略地位。特别是目前来说, 很多移动网络都存在着很多不容小视的问题, 比如说, 覆盖面低, 网络环境差, 信息传输量低, 城市和村庄覆盖率低, 信号差及不稳定等弊端, 这些都是可以通过移动网络优化流程有待解决的问题, 这些问题也越来越凸显网络优化的重要地位, 如何认识到移动网络优化的意义以及制定很好的优化措施是当前我国移动产业的主要问题。
2 移动网络优化流程的主要方式
2.1 数据整理系统
数据整理收集是整个优化流程的基础, 也是根本, 优化流程是为了更好的提高移动网络的质量和开拓更好的网络, 这个目的的基础都在于只有发现问题才能解决问题。发现问题的主要环节就在于数据的收集和整理, 理清好网络的问题, 清楚需要优化的部位就会得到解决问题的办法。数据整理的统计主要通过以下两种方式实现, 第一, 对网络基站和覆盖线路进行路测, 还有对线路和网路天线进行行测, 检查网络环境是否不良等基础施设施。第二, 充分利用CMOR程序的数据分析, 对系统进行优良的系统测试。统计出最不稳定的基站环境, 用TOP20的计数法, 标注出来, 更好的解决最困难的地方, 为优化流程系统提供好的保证。
2.2 优化流程系统
优化流程系统是整个移动网络优化流程的核心部分。其作为解决问题的主要方式, 在这个移动领域处于中坚力量, 根据上一个环节提供的数据分析结果可以进行很多次, 很多不同的措施, 比如, 对线路的排障, 系统修复, 系统测试检查, 修改数据, 提高覆盖率, 加强信号等等。通过以上的这些措施手段, 可以大幅的预测和提高移动网络优化能力, 择优选择合适的优化措施, 针对每项问题提出针对性的措施, 做到遇到问题解决问题, 为优化网络提供有效的保障。这个阶段是个主体上的修改和完善, 还有很多小的小问题还有待在优化过程中发现解决, 这就需要在下面的调衡系统中进行修复和合理的改善。
2.3 调衡总结系统
调衡总结系统是整个移动网络优化环节的最后步骤, 通过前两个系统环节的发现问题, 解决大体问题的能力, 可以使移动网络的优化得到了很大程度上的改善, 但是整个过程中还有很多瑕疵, 这个最后的调衡系统可以充分做到弥补前两次的不足和弊端, 修善移动网络。同时调衡系统还要肩负着对上面的系统的评估和检测作用, 就判定是否进行LAC分区的环节作出判断, 还起到对移动网络的优化设置等等重要举措。综上所述, 调衡系统的必要性是不可忽视的。只有有了最后的调衡总结, 才能真正意义的做到三个系统完美结合, 完成移动网络优化的进程。
3 优化网络经验办法的探讨
3.1 更换老线路对新线路合理布线
目前就移动网络在本地的应用, 所暴露的最大问题还是新路老旧等问题, 时常会出现短路, 断路, 信号不稳定, 甚至没有信号的问题, 很多环境不好的地方, 经常会出现线路维修车出现的身影, 由于移动商务时代的快速发展, 原有的老线路已经跟不上新时期下移动更新的速度, 目前来说, 原有的电线已经被光纤, 光缆所取代, 相对于老旧的线路, 其传播速度快, 稳定, 耐用等优良的措施是原有的线路所不具备的。综上所述, 根据本人的经验和对移动网络的掌握情况下, 对高运用网络, 高密集, 高集中的地区果断的更新更换老线路, 是必要的基本举措。
3.2 建造新的移动基站
移动基站的含义为了网路提供更好的环境, 提供更强的信号, 以及更广泛的移动网络覆盖率。基于目前, 我国地区型差异甚大, 有的地方移动网络好, 有的地方移动网络差等普遍情况, 特别是在人口密集集中地地方或者偏僻的地方, 如火车道上都会产生移动网络不好, 不稳定, 没信号等复杂问题。根据以上问题, 和个人经验建议在城市的繁华区, 和人口高密集的城镇建立新的基站, 一方面可以保证通讯讯号的稳定和网络畅通, 另一方面可以扩充移动网络的容量, 加快网络的速度, 大大增加了网络的通讯网络的稳定性和覆盖率。
3.3 加强覆盖率
近年来, 随着城市化发展的速度越来快, 大量的高楼大厦, 经济中心, 商业广场不断地涌现, 为了适应城市快速发展的趋势, 移动网络也同样要相应的做出战略性的更新, 如何和怎么覆盖这些快速发展中的城市中心是我们所面临的重要难题。很多建筑的建造都影响了移动网络的覆盖信号, 所以我们要在这里找到突破口解决信号覆盖问题, 提高移动网络的覆盖率, 加强和创新无线电波的穿透能力, 从而解决以上此类问题。
参考文献
[1]石海军.移动网络优化的若干研究.《电脑与电信》.2008年7期.[1]石海军.移动网络优化的若干研究.《电脑与电信》.2008年7期.
[2]吴志强.话单分析在移动网络优化中的应用.《数字通信》.2011年5期.[2]吴志强.话单分析在移动网络优化中的应用.《数字通信》.2011年5期.
优化方法研究 篇2
关键词:灌溉管网优化;遗传算法;同步优化
随着社会经济的高速发展，水资源的需求量在不断增加。我国总用水量的60%以上用于农业灌溉。相比发达国家，我国灌溉水利用率较低，农业节水潜力巨大。农田灌溉主要通过管道和渠道输水，相比渠道，管道输水有以下优势，首先，管道输水避免了远距离输水过程中的蒸发和渗漏损失，提高了水利用效率，而且不会因为渗水导致土壤盐碱化而无法种植作物。其次，除了地面简单的给水设施外，大部分管道都铺设在地面以下，输水占地少，使得土地的利用效率明显提高，并且管灌对地形的要求低，可逆坡灌溉。第三，灌溉管道水流运动一般依靠外力作用，使用灵活，便于自动化管理，大大减少了灌溉管理人员的工作量，有利于田间管理。因此，管道灌溉是节水灌溉的趋势。在管道供水系统中，工程总造价的50%-80%用于管网，而且不同管网水力特性不同，能耗和运行管理费用不同，因此从满足水量和水压要求的各种可行方案中，寻求系统造价最低或年费用最小的设计方案，对节约投资有非常重要的意义。管网系统的优化研究主要是通过构造抽象或简化的设计模型，利用优化理论和技术合理选择有关参数。
1灌溉管网优化设计模型和算法研究现状
管网系统工程从规划设计到运行管理，各阶段相互影响，但是每一个阶段设计任务不同，采用的优化模型和算法不同，因此，目前在优化设计中仍然按照相对独立的阶段分别进行设计。
(1)管网布置优化:管网水力计算是建立在管网布置确定的基础上。
管网布置是否合理，最直接的影响就是管线长度，管线越长，造价越大。其次管网布置还需要综合考虑地形、施工的难易、管路运行可靠性等因素，而这些因素有时需要借助设计者的经验。国内外的学者对管网布置进行了深入研究。董文楚(1984)以造价最小为原则优化了树状输配水管网的布置，首先通过距离最短原则布置了给水栓，然后按1200夹角和经济流速对管网布置进行了逐级调整。朱振锁(1991)分析了自压喷灌管网各级管道单位面积造价与管网形状和面积的关系，并提出了优化布置的顺序。林性粹等人(1993)在低压树状管灌系统优化设计中，首先利用正交表进行了管网布置，然后据非线性数学规划法优化了管径，但得出的不是标准管径。魏永曜(1992)应用总长度最短法得出的最小生成树优化了管网布置，并对其进行了修正，之后以管网造价最小为目标优化了管径，提出了适应不同地形的数学规划法。王雪珍(1995)编制了输配水管网布置和绘图的程序。周荣敏等(2001)应用改进的遗传算法，以管网造价最小为目标，优化了树状管网的布置。
(2)管径优化:管径优化是建立在管网布置的基础上。
管径优化设计模型包括基于工程经验的非数学规划模型和基于数学技术的数学规划模型两大类。其中线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型都属于数学规划模型，应用较广。若约束条件或目标函数存在线性函数，称为线性规划模型，同理，若存在非线性函数，称为非线性规划模型。动态规划模型是一种求解多阶段决策过程的最优化方法。在管网系统中，管道和各种水力元件的水头损失等都是非线性的，因此，非线性规划模型能够比较真实精确地反应管网系统的实际状态。国内外很多学者建立了大量管网优化设计的非线性规划模型。魏永曜(1983)采用了经济管径而非经济流速来优化管径，首先确定了管段经济水头损失值，然后利用微分求极值确立相应管径，该法简单，但考虑因素较少，而且需对求解管径标准化，破坏了解的最有性。刘子沛(1986)以离散的标准管径作为优化变量，利用动态规划法优化了串联管网，由于该法建立在地形高差大等条件下，实用受限。杨健康(1990)建立的非线性规划模型是以管径为变量，优化目标为允许水头差的分配。陈渠昌、郑耀全等人(1996)以一定的假定为基础，限定了地形和毛管出流量的范围，以支毛管压力差分配比例为变量，建了单位面积管网投资最小的平地田间管网优化设计模型，由于条件多，应用受限。翟国亮、董文楚(1997)等以变径支管组合方式和组合比例系数为变量，年费用最小为优化目标建立了优化模型，计算步骤是首先计算经济组合比例参数，然后对多种组合方式进行了年投资计算，然后选择最优方案，由于计算繁杂，应用受限。张庆华、马庆斌等人(2000)以管径为变量，管道系统年费用最小为优化目标，建立了管径无约束情况下的优化模型及其求解方法，该方法考虑的影响因素较少，很难推广。王新坤、林性粹等人(2001)以田间管网投资最小为目标建立了优化模型，利用枚举法和动态规划法分两级对支管管径进行了求解，首先利用枚举法确定出了支管允许水头差，然后利用动态规划法得出了支管管径，由于田间面积较大时，不宜采用枚举法，实用受限。白丹在管网优化方面作了很多研究，例如利用线性规划法对管长和水泵扬程进行了优化。目前，随着计算机软硬件的高速发展，涌现了一些智能优化算法，诸如人工神经网络、模拟退火算法以及遗传算法等。周荣敏、林性粹等人(2002)对压力树状管网进行了优化设计，首先以管路长度最短为目标，利用单亲遗传算法进行了优化布置，然后利用神经网络技术优化了管径和水泵扬程，该法在大规模的管网设计中具有明显的优越性。
2存在问题及展望
目前，管网优化算法理论方面的研究和革新较少，多数着眼于算法的改进和创新，各种方法都有自身的优缺点及适用性。单纯形法是求解线性规划模型的通用算法。线性规划模型约束条件多，未考虑非线性的费用项，影响了求解问题的规模和精度，这些不足都限制了线性规划模型的推广应用。适用于非线性规划模型的算法较多，如罚函数法、梯度法等，各种算法都有各自的适用性。另外，非线性规划模型的变量一般为连续变量，需要把优化结果调整为标准值，影响了解的最优性。动态规划模型在小型树状管网的优化设计中显示出了优越性，但随着管网形式的复杂化，动态规划模型对硬件的要求越来越高，运行时间也较长，有时无法得到最优解。另外，动态规划模型模型受人为主观因素影响大，没有构造模型的统一方法，因此，动态规划模型应用受限。模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，不易使搜索过程进入理想的搜索区域，寻优效率不高。人工神经网络算法需要具备扎实的计算机知识，算法的实现有硬件和软件两个方面，硬件实现最大的优点是处理速度快，但缺乏通用性和灵活性。软件实现的最主要问题是人工神经网络模型计算量特别大。遗传算法是一种可处理任何形式目标函数的全局寻优算法，寻优原理是模拟自然界的生物进化，即在选择、交叉，变异过程中不断优化，并始终以概率1接近最优解，虽然算法中各种参数的选择会影响寻优结果，但是算法的鲁棒性使得受参数影响较低。另外，Matlab遗传算法工具箱可以提供了大量函数，这些函数的应用简化了遗传算法计算机的程序编辑，并且已经得到广泛的应用。大量的实例研究表明，应用遗传算法优化管网设计可节约6%-49%的管网费用，一般都能找到15%-25%的节约，且系统越复杂，投资越节省。周荣敏利用单亲遗传算法进行了树状管网的优化布置，在较短时间内获得了一批最优或近最优的最小生成树布置方案。但是对于实际问题而言，由于管网连接方式不同，各管段流量分配、水力分析的结果也不同，下面举一个简单的例子说明，如下图所示:两个简单树状管网节点连接方案图Figure1Twosimplespanningtreesforanetwork1点代表水源，分别向节点2，3，4供水，很明显，左图管线长度大于右图，但左图各节点离水源点近。若地势平坦，各节点高程一样，则最远点水压满足要求，其它都满足。在水源水压一定的条件下，为保证最远节点2点的水压要求，1-3，3-4管段须通过减小流速减少能量损失，这就需要增大1-3，3-4管的管径。管径增大，投资也就增大了。因此管线造价有可能更高。所以管线最短未必投资最少，管网布置和管径同步优化是非常有必要的。
3结语
随着节水灌溉在我国的广泛普及，管网优化越来越受到工程人员的重视，这一方面的的研究将日趋深入和完善。遗传算法在德国16个大领域、250多个小领域中得到广泛引用(1993)，在国内，遗传算法在管网优化中的应用非常有限。随着遗传算法研究和应用的不断深入和发展，可以预见，遗传算法在管网布置和管径同步优化方面能得到应用，从而使管网系统设计整体最优。
参考文献:
［1］许海涛．灌溉管网优化设计研究进展［J］．节水灌溉，2009(6):16-19．
［2］周荣敏，雷延峰．管网最优化理论与技术［M］．郑州:黄河水利出版社，2002．
［3］范兴业，马孝义，等．灌溉管网优化设计方法与软件的研究进展［J］．中国农村水利水电，2007(2):19-22．
［4］张华，吴普特，等．灌溉管网优化研究进展［J］．节水灌溉，2004(2):24-27．
［5］周荣敏，林性粹．应用单亲遗传算法进行树状管网优化布置［J］．水利学报，2001(6):14-18．
［6］白丹．灌溉管网优化设计［M］．西安:陕西科学技术出版社，1998．
［7］魏永曜．微分法求解树状管网各管段的经济管径［J］．喷灌技术，1983．38-41．
［8］刘子沛．用离散管径的动态规划优化树状管网［J］．喷灌技术，1986．34-35．
［9］陈渠昌，郑耀泉．微灌田间管网支毛管优化设计探讨［J］．灌溉排水，1996(1)，17-21．
［10］张庆华，马庆斌．管道灌溉系统经济管径的计算［J］．中国农村水利水电，2000(7)，14-15．
［11］翟国亮．微灌变径支管优化设计方法研究［J］．节水灌溉，1997(3)，43-45．
［12］王新坤，林性粹．枚举法与动态规划法结合优化田间管网［J］．干旱地区农业研究，2001(2)，61-65．
优化排球技术教学的方法研究 篇3
关键词:排球 现状分析 优化教学的方法
一、排球技术教学的现状与不足
首先,随着教学的不断深入,排球的竞技性特征不断地凸显。因此,在教学中一些教师把排球技术作为教学核心,忽视学生的主动积极参与。一味地苛求技术动作的准确性与完美程度,把学生掌握排球运动技术作为教学目标,忽视了体育运动的本质特征。
其次,当前的高校排球教学依然采用传授式、练习式的教学方式,强调教师“教”的主导作用,忽视学生“学”的主体作用。在教学过程中,教师主动地教,而学生被动地学,学生的主动性不强,被动式的学习也不利于学生创造性的发展。学习过程也比较枯燥、乏味,易造成练习性的心理疲劳,练习效果不佳。
再次,在当前高校排球教学中,课程设置主要有普修课与选项课两种形式。这两种形式的教学以六人制排球技术学习为主,与之相关的沙滩排球、软式排球等几乎没有安排。这与当前高校教学的需要形成反差,不能满足学生的需要。
二、优化排球教学方法探讨
体育教学的目的是增强学生体质,促进学生身心全面发展,使学生将来更好地为现代化建设服务。为了实现这一目的,高校体育教师必须掌握适合于大学生身心发展特点的教学方法及教学手段,并不断地进行教学改革,以适应社会的需要。
1.在教学过程中引入“先练后讲”的教学理念。教师提供具体的排球技术动作练习方法,让学生亲自操作,使学生按照教材的迁移原理进行思维。启发学生开动脑筋,相互交流学习经验。教师帮助学生把握问题的关键,增强学习动机,提高对排球技术的认识。然后总结、提供答案并示范,给学生指出正确的动作方法,促进学生认识击球技术的本质和内部结构,强化学生对排球技术动作的正确理解并加深记忆。
2.在排球技术教学中引入“互助教学”方法。互助教学模式是根据教学大纲和教学的目标、要求和任务在一个班级内针对不同类型学生的身体素质、学习能力和接受能力等,将学生分成若干层次,并根据不同层次的学生的实际情况设计不同的教学目标的一种教学方法。互助教学模式充分地利用了固定搭配成员互相合作学习的优势,极大地提高了学生学习的主动性和教学的参与性,互助教学模式不仅可以使同层次水平的学生相互学习,还可以促进不同层次学生的相互学习。
3.改革教学方法,活跃课堂气氛。体育教学方法是指在教学过程中,完成体育教学任务的途径或手段,它的选择和运用是否得当,直接影响教学任务的完成。在排球教学中,必须认真钻研教材,结合学生个性特征合理选择教育模式。教师教学中,应不断丰富体育课的组织形成和内容,创造轻松愉快积极的课堂学习气氛,教学方法上采用多变、多样、多层次、多渠道、多媒体的方法进行教学,就可以充分提高他们的智能,消除他们的惰性,调动其学习的积极性,从而提高他们对体育课的兴趣。
4.培育学生终身体育的意识、兴趣、習惯和能力。排球运动教学的最终目的,是以排球的形式,培养学生终身体育的习惯和能力。“小群体”学习法要求学生自选伙伴、自定目标、自我评价、自我体验,以达到团结友谊、满足自我实现的需求。同时把体育教育转化为自身完善和独立获得知识的内驱力,增强体育学科的能力。“小群体”学习法打破传统的教学模式,打破教师课上刻板的严格管理制和让学生绝对服从的不良做法,培养了学生自我体育锻炼能力、自我设计体育锻炼计划和标准的能力,培养了学生参与学习和运动的欲望。此外,我国以前没有健身的说法,体育工作者无人来源于健身专业,而几乎全出自体育院系或各运动队,没有人编制健身教材,更没有人进行健身教学,这要求教师有责任帮助学生形成终身体育的思想、能力和习惯。
三、结语
优化方法研究 篇4
计算机网络路由的优化
路由的优化指的是整合路由策略或路由协议路由优化, 来使网络由复杂化转为简单化, 为用户带去更为良好的网络体验。优化计算机网络路由不仅能够稳定网络连接, 且具有极佳的伸缩性与安全性, 能够进行快速的收敛, 并进一步实现网络的高效性能。计算机网络路由的优化较常用的方法有两种, 一种是路由过滤, 即通过对网络进行分布控制列表, 路由重分布, 结合路由策略与被动接口等等方式, 来阻隔路由进行更新时的外来干扰, 使一些路由能够不被传送。另一种是策略路由。策略路由实质上是一种基于策略的路由数据包转发机制。主要通过路由映射图进行策略定义, 因为其灵活性强, 操作性能高, 在使用过程中往往能够完美达到网络优化标准, 管理者只需要通过路由映射图中set和match两大命令即可完成计算机网络路由的优化, 并且能够进一步实现路由中根据协议类型、IP源地址、目的地址来选择转发路径信息传输方式。
计算机网络路由的优化算法
1源路由算法
由于路由在发展过程中具有极强的变化性, 很容易出现时延约束或带宽约束等情况, 并使路由优化算法进一步复杂化。如果使用源路由算法, 则能够准确的定位路由当前网络层的运行状态, 并及时发现带宽中出现问题的路径与删除。同时, 源路由算法还能够结合概率算法与分级路由算法等方式寻找路由中时延最短的路径, 或通过吞吐量算法寻找带宽瓶颈, 在运用源路由算法进行路有变化问题排除。
2单播路由算法
在计算机网络通信中, 单播路由无疑占据着重要的作用, 单播路由算法位于网络通信的传输层中, 负责路由数据的输送。计算机网络在进行数据接收与发送时通常有一个固定的限制单位, 加上数据输送在达到一定节点后只会选择单一路由, 往往会造成信息堵塞, 而单播路由算法则能够采用多组合式的路由途径来进行数据的传输, 从而在一定程度上避免路由链路层出现瓶颈问题, 并进一步扩大路由缓存空间, 提高带宽的利用率。
3分布式路由算法
分布式路由算法的使用必须配合源路由算法才能顺利进行。在优化过程中, 先通过源路由算法进行网络节点最短路径的分析与计算, 并进一步了解和把握每个网络节点的局部信息。分布式路由算法再将源路由算法得出的数据进行化整为零计算, 并计算出各网络节点内部能够满足路由数据传输的最短路径, 从而降低时延, 提高路由信息传输选择的准确性与流畅性。
4分级路由算法
在大型的广域网源路由中, 由于信息数据的传输量较大, 缓存过程中就需要更大的空间。分级路由算法的出现很好的解决了这一问题, 其不仅能够为广域网源路由提供空间扩展, 同时还能够解决在扩展过程中可能出现的网络问题计算。分级路由算法通常采用异步传输的模式进行计算机网络路由优化。其是在源路由算法与分布式路由算法的基础上提升而来, 具有这两者共同的优化功能并更有利于计算机网络路由的优化。
5按比例的路由算法
网络节点变化速度发生变化时容易出现节点信息更新不及时情况, 从而影响到网络路由的优化计算, 造成网络资源开销增加, 堵塞网络。按比例的路由算法在网络路由优化中可以通过搭建多条标签交换路径进行发送节点与目的节点的连接, 并在连接过程中进行全局与局部信息的手机。在路径中传输的数据全部采用计算统计方法进行收集, 再通过不同数据流的比例分配标签来进行路径交换, 使路由传输选择合理化。
结语
单位优化战略研究 篇5
一、单位优化战略的概念
单位优化战略,是一种管理观念创新与创新管理。
单位优化战略,就是胸怀战略全局，在一个基层企事业单位，实施人本管理,通过“认知自我、更新原我、创造新我”的优化过程，正确处理改革、发展、稳定的辩证关系，科学调适内部矛盾，不断推进单位的全面协调可持续发展，为经济
社会的发展和中华民族的伟大复兴贡献力量。单位优化战略，是一个向着新的目标，不断推进的动态发展过程。[文章-http:///帮您找文章]
二、单位优化战略的理论
(一)、三个代表
三个代表重要思想,是实施单位优化战略和一切工作的指针。
(二)、人本理论
人本理论源于马斯洛的人本主义心理学。弗洛伊德的心理学关注人的过去和黑暗的一面，而人本主义心理学则关注人的现在和将来，关注人的潜力和发展，关注人的自我实现和高峰体验。将之用于管理，从而重新界定管理中人的价值，构筑一个以人为最终归依的管理学思想体系。在世纪之交，中外的专家学者在回顾与评价20世纪最伟大的成就与进步时，我国未来学研究专家、联合国教科文组织顾问秦麟征教授力排众议，提出20世纪最伟大的进步和最明显的变化是观念的转变，即树立崭新的以人为本的发展观。这是思想观念的创新。近几年内各国都在注意人本管理与管理创新。人本理论的基本内涵，就是以人为中心，做到保护人权,尊重人、关心人、爱护人，充分发挥人的积极性与创造性，促进人的全面发展，使个体的发展与社会的发展相适应，从而实现人生价值与经济社会发展目标。
(三)、元心理优化理论
元心理优化理论（元心理学）是在美国斯坦福大学弗拉维尔（Flavell）于1976年首先提出的元认知（metacognition）的基础上，由我国著名心理学家杨治良（上海）、胡启先（湖南）、金灵生（浙江）、傅小兰（北京）、王大伏（香港）、徐立忠（台湾）等拓展、深化、提高而形成的心理科学理论。元心理优化是人在认识和改造主客观世界的实践中，对自身的常心理活动（心理品质）及其所支配的行为（含知、情、意、行、德、识、才、学等）作自我反思、评价、调节、监控、激励、升华，以促进自身和社会发展的最高层次的心理整合活动。元心理优化理论，既融合了自20世纪初以来的心理科学研究的成果，又超越了IQ（智商）、EQ（情商）、AQ（逆境商数）、MQ（心商）和思维方法，使心理科学更贴近人的心理的实际。元心理优化理论丰富和发展了当代心理科学，是当代心理学发展的新阶段。元心理优化理论的研究领域：元心理优化与人类社会可持续发展；元心理优化与先进生产力发展；元心理优化与学生素质发展；元心理优化与身心健康发展；元心理优化与领导素质优化及管理效能提升；元心理优化与国民经济发展；元心理优化与构建充满创新活动的社会。
通过元心理优化，促进人的以创新潜能开发为核心的整体素质的提高和心理健康的发展，从而不断地认识自我，更新原我，创造新我。
在我国推进社会主义现代化建设的伟大事业中，通过提高人的素质，促进人的全面发展,从而提高中华民族的整体素质，实现中华民族的伟大复兴。
(四)、可持续发展理论
可持续发展是本世纪80年代随着人们对全球环境与发展问题的广泛讨论而提出的一个全新概念，是人们对传统发展模式进行长期深刻反思的结晶。1992年在里约热内卢召开的联合国环境和发展大会（UNCED）把可持续发展作为人类迈向21世纪的共同发展战略，在人类历史上第一次将可持续发展战略由概念落实为全球的行动。十余年来，可持续发展理论建立与完善沿着三个方向揭示其内涵和实质，即经济学方向、社会学方向和生态学方向。与此同时，可持续发展的研究还涉及到自然环境的加速变化、自然环境的社会效益，自然环境的人文痕迹等，力图把当代与后代、区域与全球、空间与时间、结构与功能等的有力的统一。我国在可持续发展的理论研究与实证研究方面，有着独特的思路。不仅在上述三个方向进行了研究，而且独立地开创了可持续发展的第四个方向，即系统学方向。其突出特色是以综合协同的观点，去探索可持续发展的本源和演化规律。以“发展度、协调度、持续度的逻辑自洽”作为中心，有序地演绎了可持续发展的时空耦合与三者互相制约、互相作用的关系，建立了人与自然、人与人关系的统一解释基础和定量评判规则。坚持以人为本，树立全面发展、协调发展、可持续发展的发展观，促进经济社会和人的全面发展，是全面建设小康社会的必然要求，也是实现现代化建设第三步战略目标的必然要求。
以上四大理论，“三个代
文章标题：单位优化战略研究
一、单位优化战略的概念
单位优化战略,是一种管理观念创新与创新管理。
单位优化战略,就是胸怀战略全局，在一个基层企事业单位，实施人本管理,通过“认知自我、更新原我、创造新我”的优化过程，正确处理改革、发展、稳定的辩证关系，科学调适内部矛盾，不断推进单位的全面协调可持续发展，为经济社会的发展和中华民族的伟大复兴贡献力量。单位优化战略，是一个向着新的目标，不断推进的动态发展过程。[文章-http:///帮您找文章]
二、单位优化战略的理论
(一)、三个代表
三个代表重要思想,是实施单位优化战略和一切工作的指针。
(二)、人本理论
人本理论源于马斯洛的人本主义心理学。弗洛伊德的心理学关注人的过去和黑暗的一面，而人本主义心理学则关注人的现在和将来，关注人的潜力和发展，关注人的自我实现和高峰体验。将之用于管理，从而重新界定管理中人的价值，构筑一个以人为最终归依的管理学思想体系。在世纪之交，中外的专家学者在回顾与评价20世纪最伟大的成就与进步时，我国未来学研究专家、联合国教科文组织顾问秦麟征教授力排众议，提出20世纪最伟大的进步和最明显的变化是观念的转变，即树立崭新的以人为本的发展观。这是思想观念的创新。近几年内各国都在注意人本管理与管理创新。人本理论的基本内涵，就是以人为中心，做到保护人权,尊重人、关心人、爱护人，充分发挥人的积极性与创造性，促进人的全面发展，使个体的发展与社会的发展相适应，从而实现人生价值与经济社会发展目标。
(三)、元心理优化理论
元心理优化理论（元心理学）是在美国斯坦福大学弗拉维尔（Flavell）于1976年首先提出的元认知（metacognition）的基础上，由我国著名心理学家杨治良（上海）、胡启先（湖南）、金灵生（浙江）、傅小兰（北京）、王大伏（香港）、徐立忠（台湾）等拓展、深化、提高而形成的心理科学理论。元心理优化是人在认识和改造主客观世界的实践中，对自身的常心理活动（心理品质）及其所支配的行为（含知、情、意、行、德、识、才、学等）作自我反思、评价、调节、监控、激励、升华，以促进自身和社会发展的最高层次的心理整合活动。元心理优化理论，既融合了自20世纪初以来的心理科学研究的成果，又超越了IQ（智商）、EQ（情商）、AQ（逆境商数）、MQ（心商）和思维方法，使心理科学更贴近人的心理的实际。元心理优化理论丰富和发展了当代心理科学，是当代心理学发展的新阶段。元心理优化理论的研究领域：元心理优化与人类社会可持续发展；元心理优化与先进生产力发展；元心理优化与学生素质发展；元心理优化与身心健康发展；元心理优化与领导素质优化及管理效能提升；元心理优化与国民经济发展；元心理优化与构建充满创新活动的社会。
通过元心理优化，促进人的以创新潜能开发为核心的整体素质的提高和心理健康的发展，从而不断地认识自我，更新原我，创造新我。
在我国推进社会主义现代化建设的伟大事业中，通过提高人的素质，促进人的全面发展,从而提高中华民族的整体素质，实现中华民族的伟大复兴。
(四)、可持续发展理论
可持续发展是本世纪80年代随着人们对全球环境与发展问题的广泛讨论而提出的一个全新概念，是人们对传统发展模式进行长期深刻反思的结晶。1992年在里约热内卢召开的联合国环境和发展大会（UNCED）把可持续发展作为人类迈向21世纪的共同发展战略，在人类历史上第一次将可持续发展战略由概念落实为全球的行动。十余年来，可持续发展理论建立与完善沿着三个方向揭示其内涵和实质，即经济学方向、社会学方向和生态学方向。与此同时，可持续发展的研究还涉及到自然环境的加速变化、自然环境的社会效益，自然环境的人文痕迹等，力图把当代与后代、区域与全球、空间与时间、结构与功能等的有力的统一。我国在可持续发展的理论研究与实证研究方面，有着独特的思路。不仅在上述三个方向进行了研究，而且独立地开创了可持续发展的第四个方向，即系统学方向。其突出特色是以综合协同的观点，去探索可持续发展的本源和演化规律。以“发展度、协调度、持续度的逻辑自洽”作为中心，有序地演绎了可持续发展的时空耦合与三者互相制约、互相作用的关系，建立了人与自然、人与人关系的统一解释基础和定量评判规则。坚持以人为本，树立全面发展、协调发展、可持续发展的发展观，促进经济社会和人的全面发展，是全面建设小康社会的必然要求，也是实现现代化建设第三步战略目标的必然要求。
以上四大理论，“三个代[page_break]表”重要思想是单位优化的根本指导思想,可持续发展理论开辟了单位优化的基本途经,元心理优化理论构建了单位优化的基本方法,人本理论揭示了单位优化的根本目的,四大理论的整合作用与最终归属，就是以人为本。
激发兴趣 优化方法 篇6
一、激发学习兴趣，使学生乐于学习
苏霍姆林斯基说过：“在每一个年轻的心灵里，存放着求知好学、渴望知识的‘火药’。就看你能不能点燃这‘火药’。”激发学生的兴趣就是点燃渴望知识火药的导火索。在教学过程中，师生相互影响，相互制约，相互促进，教师教得愉快，学生学得轻松，双方交流活跃，教学效果就会好一些。当课堂富有生气时，枯燥的知识传授就会变得生动而轻松，学生必然乐于学习。学生的学习积极性越高，课堂教学效率就越高。怎样激发学生的学习兴趣呢？
(1)开端引趣。上课一开始以趣引入，会激发学生强烈的兴趣。教师要根据教学内容精心设计课题的引入，教师要把课堂教学变成一种向知识奥秘探索的活动，甚至是神秘的探究活动，一开课就要把学生的兴趣勾起来。开端引趣的方式有“谜语引趣”、“悬念引趣”、“故事引趣”、“小品引趣”等。一节课的开端实在太重要了，它如同在战斗中选择一个突破口一样，辉煌的战果就是从这里开始的。俗话说，“好的开始是成功的一半”，因此，要提高课堂教学的有效性必须重视开端时的趣味性。
(2)竞争引趣。竞争符合学生的心理特点，因而能调动积极性。为了提高学生的积极性，教师要创造条件让学生在课堂教学之中参加竞争。如果你仔细观察，学生在竞争中是非常活跃的，连后进生都不甘示弱。在教生字时让学生比一比，谁认得快，记得牢，谁组的词多；在朗读课文时，让学生比一比，谁读得有感情，谁领会地深刻；在总结课文时，比一比谁的发言有创意。比赛的形式可以是以学生个体为竞争对手，也可以是以小组为单位成为竞争对手等等。
(3)求新引趣。喜新是人的共同心理，好奇更是青少年突出的心理特征。我们的学生最烦教师教得千篇一律，语文课每次是作者介绍、时代背景、划分段落、归纳中心、总结写作特点等等。教师要调动学生的积极性，就要结合教学内容采取灵活多样的教学方法，求新求奇。在我们的课堂教学中，教学的方式方法要尽量多一些，活一些。讲述、读书、讨论交替进行，千方百计地让学生在学习过程中感到有新意，有新意就能兴奋起来。只有兴奋性脑力劳动，才会使学习过程本身出现美妙的境界，就好像步入百花盛开的花园到处能够闻到芳香，又好像是品尝了醇香的美酒，充满了醉意。学习的这种境界能使学习者产生无穷乐趣。教师要想方设法使每一堂课都有“新意”。
（4）情境激趣。蘇霍姆林斯基认为：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探究者，而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”因此，在教学过程中，要尽量这学生提供自主探究的机会，让他们置身于一种探索问题的情境中，以激发学生强烈的求知愿望，积极主动地去探索新知识。创设问题情境，有利于吸引学生的注意力，增强学生心理上的愉悦感，激发学生探究的兴趣。教师是教学过程中问题情境的创设者，一个好的问题情景，能够激起学生强烈的问题意识和探究动机，引起学生积极地思考。
二、优化学习方法，让学生善于学习
教学过程本身，是教师“教”学生怎样去“学 ”的过程，而不应是教师单纯向学生灌输知识的过程。师生双方，教师是主导，学生是主体。学生的学习是内因，教师的启发诱导是外因。因此，教学方法的优化，就不只是指教师“教”法的优化，还应包括学生“学”法的优化，学生“会学”了才能“爱学”，“爱学”才能促进“会学” ，学生只有掌握了学习方法，课堂教学效率才能提高。所以，我们教师应该优化学生学习活动。
（1）鼓励学生勤思。“学以思为贵”。爱因斯坦说：“学习知识要善于思考、思考、再思考，我就是靠这个学习方法成为科学家的。”可以说，一切有成就的人都善于思索，都有好思的习惯。教师在指导学生学习时一定要注意多启发，多反问，不要包办代替，要鼓励他们想问题、提问题、钻研问题。现在有些学生不但手懒，脑子也懒，有一点难题就想问，总想依赖别人。学生一看题目较难尚未好好琢磨就去问老师，这时候如果老师鼓鼓劲，学生仔细一分析，可能就想出来了。如果鼓劲还不行，老师可以给学生指思路。要根据学生所提的问题教给学生思维方法。
（2）引导学生善问。问是读书的钥匙，是思考的起点，是深钻的体现。明人陈献章说：“小疑则小进，大疑则大进，疑者觉悟之机也。”凡是学生都善于提问题，而学习差的同学往往提不出什么问题，他们对学习不精心，囫囵吞枣，即使发问也不愿深入的思考，因此往往似懂非懂。当然好问也应有一定方法，也是需要培养的，好问不等于胡问瞎问。好问首先要问自己，要多给自己提几个问题，多问几个为什么。不要盲从，别人的答案究竟对不对，还要经过自己思考、鉴别。将别人的答案同自己原先的想法对比一下，想一想自己与别人的差别，从而发现自己思维的毛病，学习人家思维的方法。
（3）提倡学生合作。在学习过程中，往往会遇到新问题需要解决，当学生独立思考后还是解决不了，是知难而退，是指望老师讲解，还是有意识地寻找伙伴，共同合作解决，这需要教师有意识地引导。“合作学习”把学习中遇到的问题放手在小组内讨论，寻找解决策略，教师所做的正是培养学生合作意识的工作。在小组合作学习、交流中，学生要发言，要听取同学的意见，在评价中要当小老师，这样，学生参与的量和质都得到了提高，主体地位更加突出。课堂教学中，合作学习的时机是很多的，可以在学习新知识的过程中展开“合作学习”。不少新知识是在旧知识的基础上发展起来的，学生进行自主学习后，大部分能解决问题，只要让学生同桌交流一下自己的想法，教师稍加点拨即可，节约大量时间，让学生在练习中巩固发展。对于实践性较强的内容，要强调学生动手操作，而且要引导学生在相互合作下进行，使学生互相帮助、促进、检查。在学生独立解决的基础上，然后组织小组讨论、辨别、交流，有利于解决问题，有效地提高课堂教学效率。
配电网规划优化方法研究 篇7
1 配电网规划的特点
配电网络是指电网二次降压变电站直接输出或者是经过再次降压后向电力用户进行供电的网络。配电网络主要由架空线或者是电缆、降压变压器和配电所共同构成。通过配电网络能够安全、合理的将电能输送到用电场所。配电网络规划的核心思想是“随机应变”, 配电网络的规划一般具有非线性, 多目标、多阶段和离散性等特点, 具体而言其特点有以下4个方面。
1.1 非线性。
配电网络中由于具有异步电动机、同步电动机、变压器等设备的大量使用, 使得电网的非线性特征明显。另外伴随着科学技术的发展变频器等非线性设备的使用越来越广泛。因此, 配电网络的目标函数是非线性的同时也应当注意到影响目标函数的决策值大多数是离散值。在实际问题的处理过程中, 对非线性目标函数的处理是非常的麻烦的, 并且占用内存较大。
1.2 多目标性, 多约束性和多阶段性。
占地面积和环境等诸多因素会影响到配电网络规划的效果, 因此配网规划是一个涉及了很多约束条件的多目标最优规划问题。在进行配网规划时要从长远的角度进行考虑, 努力避免配网规划的短视行为和盲目性需要对电网做整体性的规划。另外, 配网规划应该分多个不同的阶段进行实施, 并且及时的对每个阶段之间的影响进行评估, 及时的对配网规划出做合理的修正。
1.3 协调困难。
在进行配网规划时经常会遇到, 多目标之间存在相互冲突的现象, 比如降低施工成本和提高配网可靠性之间的矛盾。因此, 在进行配网规划时要提前确定目标的优先级别。
1.4 不确定性。
现阶段社会发展迅速, 对电能的需求呈指数增加另外对电能的需求也会受到经济周期的作用另外还会受到政策等不确定性因素的影响, 因此发电量、输电线路电压等级、负荷预测和后期投资等数据很难进行准确的预测。
2 配电网规划优化方法
由上面的分析可知随着配网规模的逐渐加大, 做出比较合理的配网规划难度逐渐增加, 需要对配网的规划方法进行优化。近几年来, 配网规划优化方法取得了很大的进步。配网规划优化方法一般分为配网规划优化法和启发式优化法。具体分类如图1所示。
2.1 配网规划经典数学优化法
配网规划经典数学优化法的种类有很多种, 并且该种类的算法是将配电网规划问题转化为相应的数学模型进行准确的求解。经典数学优化法采用严格的数学描述, 充分的描述配网运行变量和决策变量之间的关系, 从而使得整个规划方案取得最优解。现阶段比较常用的经典数学优化方法有以下几种:0-1规划法, 非线性规划法, 线性规划法, 最短路径法, 网络潮流法和混合整数规划法等等。
经典数学优化法能够对电网规划进行准确的描述。但是, 这类方法计算量巨大, 占用计算内存大并且计算时间很长。该类方法一般适用在中小型配网规划, 对于大型的配网规划问题往往会出现“维数灾”的问题, 并且大型配网中影响决策的因素有很多种无法准确的进行描述, 及时能够得到结果也不一定是最优解。
2.2 配网规划启发式优化法
在工程实践过程中, 启发式优化法主要是考虑配网规划效果和配网规划效率, 并且现代启发式优化方法能够给出一个令人满意的解。
现阶段主要的启发式规划方法包括蚁群优化法、模拟退火法、遗传算法、粒子群优化法和人工神经网络优化法等等。在上述几种优化方法中比较常用的方法是蚁群优化法。这种算法是一种多代理算法, 它具有正反馈、贪婪启发式搜索和分布式计算等特点。配网规划中蚁群优化法是将电力负荷作为所要寻找的食物源。
蚁群优化法具体原理如下所述, 在中低压配网中, 输电线路的规划以最小的支出费用最为目标函数, 主要包括线路损耗和线路投资两部分。
上式中, N代表输电线路经过的变电站个数, lk代表的是第k条输电线路的长度, Pk代表的是第k条线路所传输的有功功率, β代表的是输电线路的折算系数。在对配网进行规划建立目标函数时, 往往还要受到诸多条件的约束, 比如输电线路的容量不能够过负荷运行, 线路的电压损失必须在合理的范围内, 输电线路要沿着城市街道进行铺设。
在已知变电站供电范围的情况下, 配网规划的数学模型, 如下面公式:
其中, 上式中ω为等值系数, k为线路编号, N为街道段号, lk代表电流, Imax为线路最大允许电流, s为负荷点编号, S为节点数, Vmax, Vmin为最高电压和最低电压。
在采用蚁群优化法进行配网规划时, 首先使用框架的形式将该地区的地理数据进行描述, 并且收集相应的地理信息。地理信息数据对变电站的供电范围, 变电站的位置坐标, 负荷的坐标、负荷率, 街道的节点坐标和街道的段号坐标等内容进行了详细的记录。然后利用计算机语言对相关的地理信息进行编程提取相应的街道段及其节点坐标、负荷坐标及负荷量等特征值, 然后对这些特征进行分类编号, 最后将电网信息统一录入地理信息知识库。
在对配网进行规划时将负荷作为蚂蚁寻找的“食物源”, 蚂蚁在铺线时根据相关的信息转移准则决定所选择的线路。
在人工蚂蚁i选择所前进的路径k时, 由具有启发信息的状态转移函数引导选路。其中状态引导函数如下:
其中, 代表待选前进路径中访问中负荷最多的街道, 为待选路径中最短的街道, 代表由转移概率所决定的街道。对于街道的选择, 采用顺次选择的方法选取合适的街道。蚁群优化法一般是采用伪随机比率作为选择街道的规则。
当某组蚁群中的人工蚂蚁完成了线路铺设后, 街道中的相关信息也应按照以下步骤进行进一步的更新。
(1) 当蚂蚁i没有经过街道k时, 则街道k的信息不需要进行改变, 即:
(2) 若当蚂蚁i经过街道k时, 则街道k的信息进行适当的改变
在上式中, t代表当前时刻, t+1代表下一时刻, τ0代表街道信息矢量, Δτ代表街道信息变化量。
采用蚁群优化法解决配网规划问题时, 每个人工蚂蚁均可以但知道所属节点街道上的负荷数值, 进而选择前进的街道段。在采用该种优化算法的时候一般选择变电站作为蚂蚁的巢穴, 线路负荷作为蚂蚁食物, 人工蚂蚁按照上面的信息转移准则寻找相关的食物, 最后能够得到一个可行性的最优解。
总体而言, 相比与其他类型的启发式优化法而言, 蚁群算法能够很好的完成配电网的结构重组不需要对配网的连通性和辐射性等相关特性进行检验修复。
结语
通过对配电网规划优化方法的研究分析发现, 到目前为止, 配网规划研究已经获得了长远的发展, 并且配网规划优化方法也取得快速发展。但是必须注意到配电网络的规划具有非线性, 多目标、多阶段和离散性等特点, 目前的规划优化方法依然存在着收敛性和计算速度等问题的制约。经典的配网规划方法计算结果能保证解的最优性, 但是计算占用内存过大, 耗费时间长, 一般只适合于小型系统。配网启发式优化方法弥补了经典优化方法的不足, 但是容易陷入局部最优。
摘要：电力系统重要组成部分之一是配电网, 配电网的合理规划直接关系到整个电力系统的安全性、可靠性和经济性。本文从配电网规划的特点、经典配网优化方法和启发式优化方法等三个方面对配电网的规划进行研究。
关键词：配电网规划,优化方法,算法
参考文献
[1]电力系统卷编辑委员会编.中国电力百科全书 (第二版, 电力系统卷) [M].北京:中国电力出版社, 2011:52—708.
[2]张李盈, 范明天.配电网综合规划模型与算法的研究[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (6) :59—64.
灌溉渠道优化设计方法研究 篇8
灌溉渠道断面优化设计的科学与否直接影响到工程的经济性、水资源利用效率以及工程在农业生产中效益的发挥。渠道断面设计的基本内容是在满足各种约束条件下利用优化方法确定出断面设计参数,提高输水效率,降低工程费用。其设计问题一般为高维、非线性、多约束的复杂优化问题,传统的设计方法如试算法、图解法、查图法日显掣肘。近年来,倪士超将扩展微分进化算法应用于解决渠道断面设计中的非线性优化问题,并以实例进行了计算,算例表明扩展微分进化算法能有效解决渠道断面的优化设计问题,且具有全局寻优能力强、解的精度高等优点[1];高勤根据渠首流量、借助计算机辅助设计软件和明渠均匀流公式率定U形渠道水力最优断面,并从投资、设计、施工等各个方面对U形预制混凝土渠道进行优化断面设计,具有施工方便、造价低廉、质量可靠、节水等效益[2];刘耀芳将Hopfield神经网络引入灌溉渠系密度优化过程中,进一步将货流问题与渠道输水问题的基本思想进行对比,提出Hopfield神经网络应用于渠系密度优化中的可行性,建立渠系优化的网络能量函数[3];张礼兵提出试验遗传算法(EGA)以解决灌溉排水工程设计中的非线性优化问题,算例表明:EGA能有效解决灌溉渠道断面和排水沟道的优化设计问题,且具有计算效率高、解的精度好等优点,在农业灌排系统优化设计中具有较高的实用性[4]。本文主要针对灌溉渠道优化设计方法,提出了灌溉渠道最佳水力断面和实用经济断面的设计方法,并对两种方法分析比较,提出从经济、技术和管理等方面综合考虑的灌溉渠道优化设计方法,为灌区灌溉渠道优化设计提供技术支持。
1 灌溉渠道纵横断面的设计
灌溉渠道的设计流量、最小流量和加大流量确定后,就可据此设计渠道的纵横断面。设计流量是进行水力计算、确定渠道过水断面尺寸的主要依据。纵横断面的设计不仅要满足渠道输配水要求,还要满足渠床纵横断面的稳定条件[5]。渠道横断面的设计要求是保证设计的断面能够输送设计流量和加大流量,设计的渠床稳定、不淤积、不冲刷、不塌坡;渠道纵断面的设计要求是保证渠道有足够的水位高度,以满足大部分农田自流灌溉,渠道土石方量小、渠系建筑物少,经济合理。纵向稳定要求渠道在设计条件下工作时,不发生冲刷和淤积,或在一定时期冲淤平衡[6]。平面稳定要求渠道在设计条件下工作时,渠道水流不发生左右摇摆。渠道纵断面和横断面的设计是相互联系、互为条件,在设计实践中应通盘考虑,交替进行,反复调整,最后确定优化断面[7]。
1.1 灌溉渠道横断面设计
1.1.1 最佳水力断面设计法
渠道横断面尺寸是根据渠道设计流量通过水力计算加以确定,通常采用明渠均匀流计算公式计算,即:
式中:Q为渠道设计流量,m3/s;n为糙率系数;i为比降;R为水力半径,m;C为谢才系数,m0.5/s;A为渠道过水断面面积,m2;χ为湿周,m。
(1)灌溉渠道基本参数的确定。
根据设计渠道时要求工程量小,投资少的原则,即在设计流量Q、比降i、糙率系数n值相同的条件下,应使渠道过水断面面积A最小,满足过水断面为最佳水力断面。由上述条件可假设,设A、χ为设计水深h、渠道底宽b和边坡系数m的函数,由式(1)、式(2)和式(3)可得渠道基本参数A、χ、Q、n和i之间的非线性函数为:
在最佳水力断面条件下,要使渠道的工程量最小,必须渠道的湿周最小,由此得到的目标函数:
由明渠均匀流原理得出约束函数:
联立式(5)和式(6),利用试算法或迭代法可求得最佳水力断面条件下的渠道的设计水深h、渠道底宽b和边坡系数m。
(2)灌溉渠道不冲不淤流速的约束条件。由公式:
灌溉渠道流速满足不冲不淤流速条件为:
联立式(1)、式(2)和式(3)得渠道的比降i为:
将灌溉渠道的不冲流速和不淤流速代入渠道的比降可得渠道不冲不淤流速的约束条件:
式中:湿周χ为最小值。
1.1.2 实用经济断面设计法
虽最佳水力断面在相同流量下过水断面面积最小,但从经济、技术和管理等方面综合考虑,其断面比较窄深,不便于施工,容易塌方,它有一定的局限性。应用于较大型的渠道时,由于深挖高填,施工开挖工程量及费用大,维护管理也不方便,流量改变时水深变化较大,给灌溉、航运带来不便。为了克服最佳水力断面的加大水深、减小水深的缺点,同时又使过水断面面积接近于最佳水力断面的面积,因而提出实用经济断面设计法。
(1)拟定偏离系数:
式中:α为偏离系数;A经为实用经济断面的过水断面面积,m2;A优为最佳水力断面过水断面面积,m2。
(2)计算γ:
式中:h经为实用经济断面的水深,m;h优为最佳水力断面的水深,m。
则有:
(3)计算宽深比:
式中:β为宽深比;α为偏离系数;m为边坡系数;γ为系数。
1.2 灌溉渠道纵断面设计
灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求,还要满足水位对自流灌溉控制的要求。纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置,先确定不同桩号处的设计水位高程,再根据设计水位确定渠底高程、堤顶高程、最小水位,标出渠系建筑物类型,并计算出土石方工程量[8]。
1.2.1 灌溉渠道的水位推算
为了满足自流灌溉的要求,各级渠道的取水口和分水口都应具有足够的水位高程,该水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失,自下而上逐级推算出来的[9],水位公式如下。
(1)计算各支渠取水口要求的控制水位(B分)。
为了推求干渠渠首控制水位,首先确定各支渠取水口的要求水位高程。
式中:B分为支渠取水口处控制水位,m;A0为渠道灌溉范围内参考点的地面高程,参考点一般选在最难灌溉的地点及渠道分水口近处或远处,视地面坡度和渠道的关系而定,m;Δh为参考点与农渠水面的高差,一般取0.1～0.2 m;L为各级渠道长度,m;i为各级渠道的比降;ϕ为水流通过渠系建筑物的水头损失,m。
(2)计算干渠取水口要求的控制水位(B首)。
干渠渠首取水口控制水位由干渠设计水面线推求,其公式如下:
式中:B首为干渠取水口要求的控制水位,m;L为干渠段长度,m;i为干渠比降;ϕ为干渠局部水头损失,m;B分为支渠取水口处控制水位,m。
1.2.2 灌溉渠道纵断面设计中的水位衔接
渠道纵断面设计中的水位衔接是处理渠道与建筑物、渠道上下段和上下级之间的水位关系问题[9]。当渠道通过的流量为最小流量时,则渠道与建筑物、渠道上下段和上下级之间的水位应满足要求,即对同一条渠道,第j渠段末的渠道水位与j+1段渠首的渠道水位之差满足一定的控制条件:
式中:Bk,j为第k条渠道第j渠段末的渠道水位,m;Bk,j+1为第k条渠道第j+1渠段末的渠道水位,m。即灌溉渠道纵断面设计中的水位衔接满足的要求为渠道上下段和上下级之间的水位差应介于0～0.5 m之间。
1.3 灌溉渠道工程量
灌溉渠道的工程量不仅满足挖方等于填方的要求,而且与渠道比降有关,但是在填方过程中有部分土方量损失,必须进行修正,则灌溉渠道的工程量是渠道的填方量、挖方量、渠道比降、填方损失系数的非线性函数,即:
式中:V(i)为灌溉渠道工程量,m3;V(i)挖为灌溉渠道挖方量,m3;V(i)填为灌溉渠道填方量,m3;α为填方损失系数。
因为比降i为:
利用试算法或迭代法求解式(8)即可得到灌溉渠道的工程量。
2 实例分析
已知云南省某坡改梯工程灌溉渠道设计流量为20.30 m3/s,渠底比降i=1/5 000,边坡系数m=1∶1,糙率n=0.025,沿线土质为黏壤土,分别利用最佳水力断面法和实用经济断面法计算灌溉渠道的过水断面面积。
2.1 最佳水力断面法
宽深比:
最佳水力断面的水深:
渠道底宽:
则最佳水力断面法计算的过水断面面积为43.53 m2。
2.2 实用经济断面法
偏离系数α=1.04,则:
宽深比:
实用经济断面的水深:
渠道底宽:
则实用经济断面法计算的过水断面面积为25.10 m2。
由此可知:在灌溉渠道设计流量、渠底比降、边坡系数、糙率、沿线土壤质地一定的情况下,利用最佳水力断面法计算得灌溉渠道过水断面面积大于实用经济断面法,并且实用经济断面法综合考虑施工材料、施工技术、允许流速、维修养护和工程造价等因素的影响, 又能满足工程实际要求。
3 结 语
根据明渠均匀流原理,提出了灌溉渠道优化设计方法,据此得出以下结论。
(1)根据明渠均匀流原理,推求了灌溉渠道设计的最佳水力断面法和实用经济断面法,通过对2种设计方法优化对比分析,提出了实用经济断面法在灌溉渠道设计中的实用性。
(2)根据实用经济断面法,确定了灌溉渠道横断面最优化的结构尺寸和灌溉渠道不冲不淤流速的约束条件。
(3)根据灌溉渠道纵断面设计原则,确定各支渠取水口要求的控制水位和干渠取水口要求的控制水位的计算方法,确定灌溉渠道纵断面设计中的水位衔接的约束条件。
(4)根据灌溉渠道挖填平衡原则,确定了灌溉渠道工程量与渠道填方量、挖方量、渠道比降和填方损失系数有关的非线性函数,用以表征影响工程量的因素。
参考文献
[1]倪士超.基于扩展微分进化算法的渠道断面优化设计[J].人民长江,2009,40(13):82-86.
[2]高勤.预制“U”形混凝土渠道断面优化设计[J].浙江水利水电专科学校学报,2009,21(1):80-82.
[3]刘耀芳.人工神经网络在渠系优化设计中的应用[J].水利经济,2006,24(6):36-39.
[4]张礼兵.灌溉排水工程优化设计新方法研究与应用[J].中国农村水利水电,2005,(9):63-65.
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[6]罗金耀,魏永曜.灌溉渠系优化设计方法的研究[J].水利学报,1990,18(6):35-40.
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[8]程吉林.大中型输配水渠道工程系统优化设计[J].江苏农学院学报,1992,13(4):47-54.
优化方法研究 篇9
关键词：FlexRay,负载长度,带宽利用率,最坏响应时间
0 引 言
随着汽车电子技术的发展, 电子元件逐渐代替了传统机械式的汽车元件, 越来越多的电控单元出现在汽车上。CAN总线一直是车载协议中使用最广泛的网络协议[1]。智能辅助驾驶功能的实现, 划时代地改进了汽车驾驶的安全性, 同时对电控单元和通信系统的复杂性提出了新的要求。基于这些事实, 带宽限制逐渐成为CAN总线在车载网络中发展应用的瓶颈。因此, 产生了新的传输延迟小、高速率的总线, 其中FlexRay总线最为业界看好, 并逐渐应用到车载协议中[2]。
FlexRay协议作为一种灵活的车载网络系统, 具有高速、可靠、稳定的特点, 不仅简化了车载通信系统的架构, 而且能够满足如今车载网络系统对有效性、准确性与实时性[3]的要求。对于FlexRay总线优化的研究, 人们也提出了很多方法, P. Marino等提出了一种基于定时模型的方法[4], 虽然该方法中事件触发结构能够提高控制性能, 但是其缺乏灵活性, 而且设计具有限制性; S. Minsuk等分析了动态段的网络性能[5], 未能对静态段进行分析, 而静态段在总线优化中也占据着重要方面[6]。本文提出了一种车载FlexRay总线周期优化方法, 分别对静态段、动态段进行研究。考虑协议中静态段的负载长度相等, 静态消息长度不等[7]的情况下, 分析静态段构成, 找到最佳的负载大小, 使得网络利用率最大化, 结合考虑消息的最坏响应时间, 最终得到最佳的周期长度, 并且使最坏响应时间最小化。最后通过一组实例, 验证了分析的有效性, 仿真结果证明在相应实例控制系统下, 优化后的总线保证了消息传递的实时性、高效性、准确性。
1 FlexRay 通信协议概述
1. 1 帧结构与帧编码
FlexRay的帧结构包括三部分: 头部段、负载段、尾部段. 帧头部段由5字节 ( 40 bits) 组成, 其中包括1位数据保留位、1位负载段指示位、1位空帧指示位、1位同步帧指示位、1位起始帧指示位、11位帧标志位、7位负载段数据长度位 ( DLC) 、11位帧头部CRC校验位、6位循环计数位 ( Cycle count) 。负载段最多可包含254字节 ( 2032 bits) 。帧尾部只包含单个数据域, 一个3字节 ( 24 bits) 的CRC域[8]。如图1所示。
为了使数据帧能够在网络上进行传输, 必须对其进行编码。数据帧的传输起始序列 ( TSS) , 用于初始化传输节点与网络的对接, 其后是数据帧的起始序列 ( FSS) 、字节起始序列 ( BSS) , 在有效数据位之后是帧结束序列 ( FES) 。在动态段部分, 还有位于FES之后的动态尾部序列 ( DTS) 。在协议中, BSS大小为2位/负载字节。
1. 2 媒体接入控制
通信周期是媒体接入控制中一个重要方面。FlexRay通信周期中有两种媒体接入访问机制, 一种是静态段内使用的时分多址 ( TDMA) 访问机制, 另一种是动态段的基于最小时间片的柔性时分多址 ( FTDMA) 访问机制。通信周期由静态段、动态段、符号窗口和网络空闲时间四部分组成。其中, 静态段由静态时隙 ( ST slot) 组成, 动态段由微时隙 ( mini slot) 组成。通信周期示意如图2所示。
其中μT的大小取决于总线上各节点的晶振频率, MT由μT组成, 作为总线上的全局时间单元, 一个MT的持续时间为1μs。约定一个minislot的持续时间为2 MT , 激活点偏移量 ( APO) 为1 MT /帧。
静态段的各个静态时隙均相同, 而且消息的发送由一个静态消息调度表来控制, 周期性的消息在静态段发送。动态段由一些长度可变的动态时隙组成, 每个动态时隙包含若干微时隙。如果在某个时隙有消息在总线上发送, 该动态时隙的长度等于消息需要的若干微时隙的总长度, 否则等于一个微时隙的长度。
每个消息发送节点有两个时隙计数器 ( slot counter) 和一个微时隙计数器 ( minislot counter) , 在通信周期开始时会初始化为1。当帧标志等于当前计数器的值, 帧标志对应的节点可以在总线上发送消息。静态消息发送受控于主机上的调度表, 表中存有静态消息需要发送的时间信息以及时隙标志。动态消息的发送取决于消息的优先级, 优先级高的消息会先于优先级低的消息在总线上发送。优先级高的动态消息会被赋予较低的帧标志[9]。
2 FlexRay 协议分析和总线优化的配置
2. 1 静态段负载长度优化
静态消息的发送统一由调度表控制, 以帧的形式在总线上发送。静态消息在封装成帧的过程中, 其封装方式会对总线的利用率产生影响, 主要有两个方面: 协议开销大小以及总线空载大小。协议开销和总线空载的 最小化, 可以提高 总线利用率[10]。在最小化两者过程中, 静态段负载大小的设定十分重要。
对于一组即将发送的静态消息, 其协议开销的大小可以用如下公式来计算:
其中CP表示协议开销, r为帧结构中的协议开销常值, x为负载大小, BSS为帧中常值, msti表示每个静态消息的字节数, n为静态消息的数量。
从式 ( 1) 中可以看出, 如果负载x取较大数值, 则静态消息帧的数目会较小, 那么协议开销相应减小, 但是负载段上的空载率会变大, 即一部分负载段上没有有效数据传输。因此, 在降低协议开销的同时, 也要保证降低负载段上的空载大小。那么网络负载段的空载大小可以用式 ( 2) 来表示:
其中CI表示空载大小。
由以上分析可知, 为了提高静态段的带宽利用率, 必须减小协议开销和网络空载大小, 因此, 可以得到:
其中:
只要Cst取得最小值, 则宽带利用率将最大化。
2. 2 最坏响应时间分析
最坏响应时间反映了FlexRay总线上各个节点的响应情况, 对整个网络的有效性、实时性、准确性有较大影响。在本文中, 通过分析静态段跟动态段消息的最坏响应时间可得到最优的通信周期长度。应用层和FlexRay网络之间的异步性会产生明显的响应时间抖动, 抖动会降低分布式控制系统的网络性能。图3给出了三种情形下, 由于抖动而导致的不同响应时间模型。
从图中可以看出, 由于存在抖动, 导致情形2下的静态消息只能等到下一周期才能在总线上发送。
消息的响应时间通常用如下公式表示:
其中Ri表示响应时间, ti表示第i个消息的传递时间, tl表示消息在当前周期未被发送的延时, td表示由于较低的帧标志而导致的消息等待发送时, 排队产生的延时。
图3中可以看出, 情形2下的静态消息响应时间最长。分析该模型可以得到静态消息的最坏响应时间可用式 ( 5) 表示:
其中Rsti表示第i个静态帧的最坏响应时间, tst、tdyn、tnit分别表示静态段、动态段、网络空闲时间的持续时间, Tcycle表示通信周期长度。可以看出, 最坏响应时间Rsti与Tcycle呈线性关系, Tcycle越大, 则最坏响应时间越长。
在式 ( 5) 中, tst、tdyn、tnit均可以用公式来计算, 其中:
其中, MT表示每个MT中包含的比特数。
其中, nd表示动态段的minislot数目, bminislot表示每个minislot中包含的比特数。
在本文中, 我们假定网络空闲时间持续时间为:
由式 ( 6) 、式 ( 8) 、式 ( 9) 可以得到:
其中, 取决于每一个动态帧在最低要求下的传输上限。其可以用如下公式表示:
其中表示等待发送的minislot的数量, 表示要求进行发送的动态帧所占有的minislot数量。可以表示为:
其中, 分别表示动态帧i的标志及最后一个静态时隙的标志。
可以通过下面的公式来表示:
其中表示动态帧i的负载大小, MSapo表示minislot激活点偏移量, DTS表示动态段尾部序列。
前面分析了静态段的最坏响应时间, 结合考虑动态段的最坏响应时间可以分析得到总线周期的最坏响应时间。动态段的最坏响应时间考虑一种临界情况, 即所有的待发送动态消息同时要求发送, 此时每一个消息都会有一个最长的响应时间。动态段消息的最坏响应时间示意图如图4所示, 且可以用如下公式来描述:
其中表示动态帧j的最坏响应时间, ωj表示当前传输周期内的延时, nj表示动态帧j延迟发送的周期数, σj表示动态帧j在即将发送的周期内需要等待的时间, tj表示动态帧j的传输时长。
根据以上分析, 可以分别得到静态消息帧、动态消息帧的最坏响应时间的成本函数, 静态消息帧、动态消息帧的最坏响应时间的成本函数可以分别用式 ( 15) 、式 ( 16) 来表示:
其中表示静态消息帧的最坏响应时间的成本函数, 表示动态消息帧的最坏响应时间的成本函数。
根据以上分析, 可以得到在有消息发送的静态段、动态段的总的周期上的最坏响应时间的成本函数, 可以用式 ( 17) 来描述:
通过分析总的最坏响应时间, 可以分析得到一个最优的总线周期Tcycle。
3 仿真分析
在本文的第二部分分析了协议开销大小及总线空载大小, 提出了优化负载段大小以减小两者对总线利用率的影响, 同时分析了静态段、动态段的最坏响应时间, 通过分析总线最坏响应时间来得到最优的一个总线周期大小。为了验证以上分析的有效性, 我们考虑表1中的消息, 其中包括20个静态消息, 7个动态消息。
仿真实验所用PC机基本配置为: Intel ( R) Core ( TM) i5, 2. 53 GHz CPU, 2. 00 GB RAM, 在Windows 7环境下, 使用MAT-LAB 7. 11对包含4个节点的总线型拓扑结构的FlexRay网络进行编程实现和仿真实验分析。
总线型网络采用单根传输线作为总线, 所有的节点共用一条总线传输消息, 有结构简单、扩充灵活、成本低的特点。其结构如图5所示。
用表1中的消息来模拟车辆减震系统在不同状态下的反馈信息, 模拟搭建4个车轮与悬架间的节点。
仿真阶段, 首先使用CANoe. FlexRay搭建4节点的FlexRay减震系统通信网络, 利用CANdb ++ 建立网络数据库, 描述仿真对象总线的属性, 包括消息、环境变量、节点, 通过协议定义消息的ID, 各消息的截止时间, 创建并管理表1数据。将创建好的FlexRay总线数据库生成配置文件, 基于CANoe-MATLAB接口的离线模式, 将CANoe作为MATLAB的附属模式启动。
对于静态段负载大小分析, 根据式 ( 1) 、式 ( 2) , 可以分析得到协议开销大小以及总线上的空载大小, 如图6所示, 其中常值r = 113。从图中可以看出, 随着负载大小逐渐变大, 协议开销大小逐渐趋于定值, 而总线的空载大小则随着负载大小的增大而增大。
由图7可以看出, 在综合考虑协议开销大小及总线空载大小的情况下, 当负载大小为8字节时, 将有两个长度超过8字节的消息会被拆分成4个消息帧进行发送, 此时整个总线的利用率最高。在8字节的最优负载下, 带宽利用率比未优化时提高22% 。
在静态段负载大小确定的情况下, 可以得到在满足消息发送情况下的静态时隙大小为27MT, 根据式 ( 11) 、式 ( 12) 、式 ( 13) 可以得到28≤nd≤7980。图8中可以看到, 随着通信周期变长, 静态帧比特数线性变大, 说明延迟的静态消息帧数目增加, 动态帧比特数逐渐减小, 说明延迟的动态消息数目较少。因此, 为了得到最优的总线周期大小, 必须综合考虑静态段、动态段消息的最坏响应时间成本情况, 即在最坏响应时间成本函数比特数最小的情况下, 得到的通信周期即为最优的通信周期。
由图9可以得到, 在982μs的最优通信周期下, 最坏响应时间的成本函数的比特数最小, 说明此时总线上消息帧的最坏响应时间最小。
4 结 语
本文分两步对FlexRay总线参数进行优化, 以达到提高总线实时性、高效性、准确性的目的。首先分析了静态段协议开销大小及空载大小, 提出一种合理配置负载大小来提高带宽利用率的方法, 并且从仿真结果分析可以得出, 带宽利用率提高了22% 。其次分析了总线上消息的最坏响应时间, 通过一组例子, 分析、仿真得到最优的总线周期长度, 在周期值为982μs时, 总线上消息帧的最坏响应时间最小, 提高了消息的整体响应速度, 为消息的准确传输提供保证。随着FlexRay越来越多地应用在车载控制系统中, 同时伴随着节点数的增加, 在后续研究中需要考虑更多的因素来进行优化, 以保证FlexRay网络能够更加可靠、高效。
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保温节能建筑优化设计方法研究 篇10
按照国际通行的分类,建筑能耗是指民用建筑(包括居住建筑、公共建筑以及服务业建筑)使用过程中的能耗,主要包括建筑采暖、空调降温、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯、通风等方面的能耗。其中,采暖、空调降温、通风能耗约占2/3。据统计,我国建筑能耗量约占全国总用能量的25%,居耗能首位。
建筑节能,就是在保证居室温度舒适的环境条件下,通过技术进步、合理利用、科学管理和经济结构合理化等途径,把居住建筑长期使用中的采暖和降温能耗降低。
近年来,我国住宅建设的节能工作不断深入,节能标准不断提高,引进开发了许多新型的节能技术和材料[1,2,3],在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平,还远低于发达国家,我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3～5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上,且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉,同时给环境带来严重的污染。所以,建筑节能是本世纪我国建筑行业面对的一个重要课题。
本文研究建筑节能优化设计方法,并以上海某住宅项目的德国保温节能技术为例,探讨几种目前国际先进的民用建筑物保温节能优化设计方法,如外墙、屋面、地板的保温隔热体系,小区的集中供能系统等,研究成果可为今后民用建筑保温节能的优化设计和进一步研究提供参考。
1 建筑节能优化设计方法
建筑节能保温技术是一个完整的体系,国际上先进的建筑节能保温体系主要分为2个方面:良好的外保温围护技术(包括建筑外墙、屋面、地板及门窗的保温隔热技术)和先进的集中供能系统(包括能源生产、转换技术,以及终端HVAC、分户调节计量技术)。本文以上海某住宅项目为例,分析如何达到上述的建筑环保节能要求及优化设计的关键。
1.1 良好的建筑外保温围护技术
良好的建筑外保温围护结构可以确保建筑对能源的需求减少50%以上,极大地降低能源的总体消耗水平。国外的专业术语是“六面保温设计”,六面包括屋面、地面和四面外墙。
国际比较先进的外墙、屋面、地板保温体系一般是在屋面和外墙外粘贴较厚的挤压成型的聚苯乙烯泡沫板(EPS)。该类保温材料吸水性能极低的材料,导热性很低。在实际使用中,聚苯乙烯泡沫板2个表面的温差往往很大,比如上海地区冬季室外的温度在0℃左右,而室内温度在20℃左右,此温差就直接作用在保温材料的表面上。当热量从材料的一个侧面向另一个侧面传递时,温度也会随之变化,在材料内部的某一点就可能会达到“露点温度”,即在这一温度区域材料内的空气会析出冷凝水,使材料受潮,而吸水能力低的材料,可大大避免这一现象,从而保证材料的低导热性。
在外墙、屋面、地板保温系统施工中,需要注意2个重要的技术问题。一是要将保温层做在墙体的外侧。这样,即使在比较潮湿的上海地区,无论在冬季还是夏季,保温层内的结露现象使保温材料产生霉变的可能性变小。二是需要解决“热桥”和“冷桥”问题,要将保温材料完整地全部覆盖在外墙、屋面和地板表面,避免室内外的“热桥”和“冷桥”温度传递。
建筑保温材料的传热系数越小越好。我国现行的规范中,建筑物外墙传热系数U值基本控制在不大于1.4 W/(m2·K),德国标准大致为0.55 W/(m2·K),而上海某住宅项目采用德国的节能保温技术(屋顶保温采用了9 cm厚的XPS板,墙体保温采取了7 cm厚的EPS板,如图1所示),外墙的传热系数U值甚至优于德国标准要求,达到0.46 W/(m2·K)。良好的保温性能,不仅直接为建筑物的使用提供了舒适性,而且大幅度降低了取暖和降温所需的能耗。
1—基层;2—胶粘剂;3—EPS板;4—玻纤网;5—薄抹面层;6—饰面涂层;7—锚栓
在现代建筑设计中,墙面开窗面积通常较大,窗的隔热问题显得更为重要。窗的隔热性可以通过带隔热构造的窗框型材和双层低辐射中空隔热玻璃来实现。
如果选用一般铝合金型材的窗,则铝合金良好的传热性能使窗框成为建筑物内外传热的良好通道。为了使热传导不发生在铝合金窗的窗框处,窗框型材可以选用带有隔热过桥的复合型材窗框,使整个窗的传热系数大大降低。
另一方面,为了使玻璃窗有隔热性能,窗玻璃应采用双层中空低辐射隔热玻璃,以保证窗的整体保温性能更好,如图2所示。与普通中空玻璃相比,双层中空低辐射隔热玻璃内部贴有一层特殊的低辐射隔热膜,使得热传导大大降低。通过选用带隔热构造的窗框型材及双层中空低辐射隔热玻璃,可以使窗的传热系数达到1.8 W/(m2·K)。
计算表明,不论是夏季还是冬季,阳光照射对室内温度的影响都是巨大的。为了合理地利用阳光,在门窗的外侧可以安装遮阳装置。遮阳装置可以使用百叶型遮阳帘,也可以使用布料的遮阳帘,最好设计成在室内可以手动或电动控制,以调节阳光照射的强度。这样在夏季可以大幅度降低直射阳光带入室内的热能,冬季可以最大限度地利用直射阳光提供的热能,从总体上降低建筑对能源消耗的需求。这也是典型的德国建筑保温节能方法。
综上所述,上海某住宅项目采用上述德国的节能保温技术,使窗的保温性能超过国家标准最低要求的2倍,公共建筑中窗的保温性能接近国家标准最低要求的2倍,如表1所示。
1.2 优化设计的集中供能系统
集中供能系统也称区域供能系统,通过地下冷冻水管网络或者热水管网络向社区内多幢建筑物传送冷冻水或者热水,从而提供制冷或采暖(可包括提供生活热水)服务(见图3)。
集中供能系统的优点有:提高能源使用效率,减少温室气体的排放,美化城市住宅区环境,节省一次性投资和运营费用等。优化设计的能源系统技术需要充分利用自然能量,实现高效、环保、节能、舒适、经济的供能效果,让居住者不必依赖空调,重返自然的康居环境,是新城市主义理念的一大体现。同时,该能源系统还可以作为小区整个集中供能方案一部分的能源站,不仅提供冷气、热气还提供热水。
优化设计的集中供能系统的技术特点有:
(1)集中能源转换、传输技术;
(2)末端HVAC、调节技术;
(3)分户计量技术。
由于采用持续能源供应的概念,使用清洁的燃料(如天然气),舒适性高,对环境影响小,使一次能源、污染物和CO2等温室气体大量减少。经测算,上海某住宅小区应用本文介绍的建筑优化设计节能保温方法,能源需求量减少约60%。
2 建筑节能保温性能比较
上海某住宅小区采用以上建筑节能的方法,经计算和统计后,与普通建筑物比较,得到图4的能源消耗对比及图5的废气排放对比。
从图4和图5可看出,基于新的建筑节能优化设计方法,建筑的耗能量约为传统设计方法的41.2%,而各类废气的排放量却不足传统方法的30%。
本文亦比较了两者之间的负荷(见表2)。从表2看出,优化设计保温节能建筑的建筑节能优势明显。
3 结语
(1)良好的建筑外保温围护结构可以确保建筑对能源的需求减少50%以上,极大地降低能源的总体消耗水平。即“六面保温设计”在建筑保温节能优化设计中占很大的比重。
(2)注重选用带隔热构造的窗框型材及双层中空低辐射隔热玻璃,可以大大降低窗户的传热系数,从而提高建筑的保温节能性能。同时在窗外安装遮阳装置,以调节阳光照射的强度,也可以提高建筑的保温节能性能。
(3)先进的集中供能系统(包括能源生产、转换技术,以及终端HVAC、调节计量技术)是保证用户室内四季如春的自然居住环境、节省能源和减少废气的关键技术。
参考文献
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[3]DBJ01-605—2000,新集中供暖住宅分户热计量设计及技术规程[S].
优化中职美术教学的方法研究 篇11
［关键词］中职美术；教学方法；优化
课堂不但是教师进行教学活动的主要阵地，也是学生获取知识的主要平台，更是师生之间进行有效沟通的重要场所。优化课堂教学成为广大教师不断努力探索的重要课题，笔者试针对中职美术教学方法进行探究。
一、精心选取内容，培养学生兴趣
在传统教学中，很多教师往往只注重单一技能的传授，这种方法不利于激发学生的学习兴趣，也不利于刺激学生的求知欲望。因此，我们要转变传统教学方式，利用新颖、多样的教学内容，充分调动学生的学习兴趣，激发学生的创作欲望。教学过程中，教师要善于选择适当的教学内容，将现代化教学手段和丰富的教学内容充分结合起来，满足学生的需求。美术新课程标准中明确指出：美术课程应注重提升学生的审美能力。因此，教师要利用美术作品的熏陶作用，陶冶学生心灵，提高学生的艺术鉴赏水平。同时，教师可以经常让学生接触一些经典的艺术作品，唤醒学生的情感体验，让学生体会作品的文化内涵。此外，还要注重引导学生走出教室、走向社会、走进生活，通过对大自然的欣赏与观察，了解自然风土人情，并从中有所感悟和体会。在美术教学中，教师要鼓励学生积极参与各种有意义的实践活动，让学生感受生活、体验生活，以此提高学生的审美能力，激发学生内在潜能和创新意识。
二、运用模块教学，优化教学结构
模块教学方式是一种比较适合职业教育的一种新型教学方法。它主要以就业为导向，以培养学生素质为核心，注重提高学生的实践动手能力，重视对知识的灵活运用。例如，在给图像处理专业教学“美术基础课”时，教师应根据学生原有的知识经验，并结合专业课程实际，将教学内容划分为四个模块，即：设计基础、理论、实践和实例鉴赏四部分。模块式教学方法，实际上是一种具有较强概括性的教学方法，教学目的明确，学生的学习目的也明确，容易调动学生的积极性，提高他们的知识水平和实践技能，同时也有效避免了出现重复讲解的现象，节省了课堂时间，有助于教师针对学生的学习情况做出合理、有效的评价。在实训模块中，教师还可以将前两个模块的作业整理成几个小的单元，并将每个小单元重新设计整合为一件新的美术作品，进一步巩固学生的实践技能，激发他们的创作欲望。
三、立足实践教学，理论联系实际
美术教学是一门以实践为基础的学科。作为美术教师，要学会在理论教学的基础上加强实践教学方法的探讨，实现理论知识与实践教学的完美结合。尤其在中职美术教学中，更要体现美术教学的这一特点，将学生的专业课程与美术实践相互联系起来，争取做到在理论学习中加深实践练习，提高学生的实践水平。
四、拓展学生思维，鼓励学生创新
因材施教、因人制宜、因势利导是激发学生创新意识的关键所在。美术是一门艺术课程，创新是美术创作的灵魂，也是艺术作品的生命。中职学生的思维和认知活动比较活跃，教师需挖掘他们身上潜能。教师应通过因材施教、因势利导等各种教学手段，吸引学生的注意力，引导学生敞开心扉，鼓励他们宣泄自己的情感，用美术作品展现出自己的个性，从而完善学生的心理素养，提高他们的创新能力，为促进学生个性发展奠定良好基础。
五、运用现代教学手段，提高教学效果
随着科技的发展和信息技术的进步，计算机辅助教学已经普遍出现在课堂上。计算机辅助教学，不仅能提供新型的、有趣的教学手段，而且能够将作者瞬间产生的创作灵感快速转化为艺术形象，这是其他所有绘画工具所无法达到的。面对这一新型教学方式，教师要重新设计教学目标和教学方案，增加教学内容和容量，实现教学方法的推陈出新，满足学生的求知欲望。例如，在传统教学模式中，对于“色彩原理”的讲解，教师往往用字来取代色彩，导致色彩之间的对比不明确，直观性和形象性较差，学生只能依靠自身的联想加以比较和感受。运用多媒体手段，则可以从网络中搜集大量的艺术作品，用实例来分析色彩对比及调和，还可以利用Photo shop软件，让学生亲自动手制作相关图画，提高学生对色彩的掌握能力。
六、运用科学评价，促进学生发展
科学、合理的评价可以有效提高学生的积极性和主动性，构建科学、合理的评价体系是美术教学改革中的重要环节。美术作品具有较强的直观性和主观性，比如同一幅作品，有的教师喜欢，有的教师不喜欢，有的教师认为学生绘画的线条流畅、画面干净整洁就是好作品，而有的教师则认为具有创新力和想象力的图画才是好作品。在实际教学中，教师应根据教学内容，结合学生实际，制定积极的评价措施，对充满创新力和表现力的作品给予肯定，以保护学生的自尊心和自信心。从心理学角度来讲，每个学生都渴望自己成为发现者和探究者，这就要求美术教师应经常为学生创造机会，满足他们的探究需求，让学生在友好切磋的过程中，学会接受别人、尊重别人、赞美别人，提高学生自主处理实际问题的能力。
在职业学校美术教学中，教师要因人而宜、因材施教。教学中坚持以生为本，注重培养学生的自主性。学生只有善于用自己的眼睛去发现问题，用自己的头脑去判断问题，用自己的能力去解决问题，并从中总结一定的经验，才能为将来的成长和发展奠定基础。
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桩筏基础优化设计方法研究 篇12
关键词：桩筏基础,优化设计,约束条件,内强外弱
1 概述
在工程项目逐步要求精细化设计的今天,无论是项目业主,还是设计单位自身,都对结构设计师提出了越来越高的要求,在首先符合结构规范要求、确保结构安全可靠的前提下,对结构设计的合理性、经济性也提出了更高的要求,例如方案投标时,一般会要求提供不少于3 个不同的方案,并进行经济性比较;在施工图阶段,会要求结构设计师根据业主的意见,不断地进行优化改进,直至业主满意为止。以上情况说明结构优化设计已经深入到结构设计的每一阶段、每一部位。
结构优化设计,一般由设计师通过概念设计,首先确定一个设计方案,然后初步分析计算去验证其可靠性。这是不断优化的过程,在概念设计阶段,设计师已经对多个可能的备选方案进行比选,按其自身具备的经验和理论水平,优选出的方案必然是其认为最合理的,或者是最合理方案之一。对于比较简明的问题,这样处理或许是可以的,一旦遇到非常复杂、各种影响因素交错的工程问题,正如本文侧重介绍的桩筏基础的优化设计问题,上述主要从经验出发的“优化”设计方法却很可能是不完全科学合理的。
从大的方面来看,在桩筏基础的工程设计中,主要优化设计方法分2 种类型:
(1)较为常规的优化设计方法,事先确定几个不同的方案,在此基础上分别对各方案进行分析,最后综合结果数据,选出其中最佳的方案。对工程设计来说,这样的优化方法是比较局限的。在实际工程设计中,仅采用为数不多的备选方案进行比较,最后得到的“最优方案”很可能与理论存在的最优方案差距较大;(2)以建立的数学模型为依据的优化设计方法,该方法理论基础充分,可选方案充足,设计适用性广泛,目前已经被广泛接受和采用。
从目前普遍的情况来看,上述第一种的桩筏基础常规优化设计法仍被大量采用。在通常的工程方案优化过程中,就是根据以往的工程积累经验,确定一种布桩方式,然后根据计算分析及主观判断,尽量减少工程桩的总数,从而节省基础部分的投资。虽然采用这种方法可能会降低一定的基础造价,但设计师本身具备的理论、经验及技术水平,很大程度上决定了布桩方式的合理性,因此采用上述优化方法的效果,根本上还是由设计师的能力来决定。由于桩筏基础的造价除了工程桩的造价,还要包括筏板的造价,如果忽略了筏板的因素,有时甚至反而会增加基础造价。
从桩筏基础的精细化设计理念出发,应该着力改进优化设计方法,促进以数学模型为基础的优化设计法应用。建立桩筏基础的数学模型比较复杂,应事先顾及模型运算是否可行。因为需要考虑的变量较多,变量及参数的取舍,与优化效率有直接的关系,因此在优化前应首先利用成熟可靠的设计经验,事先排除部分实现起来较为困难的因素,将变量及约束条件控制在科学、有效、可行的范围内,以便于下一步的优化计算分析。
鉴于桩筏基础设计的复杂性,建立在数学模型基础上的优化设计方法需要研究人员、编程人员、设计人员的合作来进一步完善。目前阶段,可建立较为简化的优化模型,并进行相应的对比分析,得到桩筏基础优化设计中主要的共同性规律,并用以指引桩筏基础的优化设计方向,使设计师在优化设计时有章可循,充分发挥出设计水平,更为有效地降低桩筏基础造价。
2 桩筏基础优化设计模型
采用桩筏基础一般出于2 种需要:一是为提高地基基础的承载能力;二是为较好地控制建筑物的沉降,而且满足承载力要求和控制沉降是必须同时满足的。如果地基基础的承载力不足,必然影响建筑的安全可靠性;如果建筑物的沉降过大,势必会严重妨碍使用功能。对建筑沉降的控制是桩筏基础设计的重要内容,而且在很多情况下,沉降的控制是优化设计的主要控制因素。过大的沉降量不仅妨碍建筑物的使用功能,而且可能影响结构安全,甚至导致结构倾斜或破坏。同时,并不能要求沉降越小越好,一味地减小沉降必然提高基础的造价,因此,控制沉降值在一个合理的范围内是优化设计的主要价值之一,基于此点,部分专家学者提出以沉降控制设计的思路,这种思路对改变以承载力控制设计的传统设计思路,提高基础设计水准非常积极有效。
因此,桩筏基础设计的指标应该是双控的,实际上,桩筏基础优化设计目的是要在满足承载力和沉降要求(包括总沉降和差异沉降)的前提下,寻找最为经济合理的设计方案。至于是以沉降控制设计还是以承载力控制设计,都应该是在其中一个条件已得到满足的前提下才能进行。因此,单独以其中一种标准控制进行设计是不合理的。采用数学模型为基础的优化设计方法解决设计问题时,承载力和沉降控制条件是其中2 个最重要的约束条件。如果地基的承载力可以满足承载上部荷载的要求,则承载力约束便属于多余约束,不再作为约束条件,而将沉降控制作为约束条件。
桩筏基础的设计过程中,群桩参数的取值会显著影响桩筏基础的性能,而筏板设计的合理性将影响整个桩筏基础的经济性。一般来说,筏板厚度越厚,则筏板的应力将越小,配筋量也就相应越少,筏板厚度和配筋量是一对负相关的变量,它们之间存在一个最合理范围值,可使筏板造价最低。由于桩筏是紧密关联的,通过调整桩长、桩径和桩距等变量,可以控制筏板基础的不均匀沉降,如果能控制筏板各处沉降基本均匀,则筏板应力将会明显降低很多,此时的桩筏基础经济性才是最优的。因此,桩筏基础的优化设计过程就是不断调整、协调桩基及筏板各项参数的过程,使其不但能满足承载力、沉降等要求,而且能使桩筏基础的经济性达到最佳。
桩筏基础优化设计的数学模型根据工程项目的规模及所考虑变量的多少,计算分析过程及运算量相差很大,为便于分析,在此仅以矩形筏板的情况为例,并仅考虑在平行于筏板边线的方向上布桩。模型建立前的主要内容分为以下三部分。
2.1 确定变量取舍
桩筏基础的优化设计变量数目非常多,与桩基特征相关的变量有桩型、桩长、桩径及桩距,与筏板特征相关的变量有长度、宽度、厚度以及筏板用钢量,上述变量正常情况下均应作为优化变量。但是如果将上述参数全部作为设计变量,则计算量非常巨大,不仅降低优化设计效率,甚至可能优化运算无法完成。在实际项目优化设计时,考虑到其中一些参数对目标函数的影响较小,因此可将部分参数确定为预定值出现,以减小优化运算量,提高优化功效。同时,由于业主、施工可行性等因素的限制,还会有部分变量是事先已经确定的,如桩型的预先被确定等,便可作为固定值从优化变量中去除,这样可进一步提高了优化效率。
2.2 确定目标函数
通常而言,桩筏基础的优化设计目标是在满足基础安全可靠的前提下,使桩筏基础经济性达到最优状态。因此,绝大多数情况下,会将桩筏基础的总造价直接作为优化目标,并为此建立对应的目标函数,函数的表达简式可表示为:
其中,C为桩筏基础的总造价;C1为桩基础的造价;C2为筏板的造价。
桩基础的造价与桩型、桩长、桩径、桩数等密切相关,不同的桩型、桩径、桩长对应不同的价格取费,即使同样的桩型,采用不同的成桩工艺,也会有不同的价格系数。本文在此仅探究群桩优化的一般规律,暂不具体分析目标函数的构建,为简化过程,仅考虑桩基的混凝土价格与体积,桩身配筋按常规设计值确定。筏板的造价与筏板混凝土体积和配筋量直接相关,相应的混凝土及钢筋价格按市价确定。
这里需要注意的是,一般的桩筏基础优化设计,仅以桩基、筏板的混凝土总量作为目标函数,不考虑筏板的配筋量是否存在较大欠缺的。筏板的用钢量根据群桩的布置和筏板的厚度不同,会相差非常大,对桩筏基础的总造价中所占比例也是不可或缺的,科学合理的目标函数不仅应考虑桩基、筏板的混凝土总用量,还应计入桩基、筏板的总用钢量,与仅将混凝土体积作为目标函数相比,计入用钢量的目标函数结果更为真实准确,由此所得出的最优方案更为经济合理。
2.3 确定约束条件
在优化设计中,约束条件一般可分为4 种:(1)性态约束,也就是在各种状态下的平衡方程;(2)强度约束,即确保桩筏基础满足承载力的要求;(3) 变形约束,即确保沉降及差异沉降均不大于设计限值;(4)边界约束,即规范或设计要求的构造方面约束。
性态约束是荷载位移之间的基本方程;强度约束分为筏板和桩基两部分,桩筏基础整体不但要具有充足的承载能力,桩基和筏板同时也要分别满足设计和规范要求。桩基的强度约束是由桩数、桩长和桩径的上下限值来确定,一般将其作为独立的约束条件。
这里需要特别说明的是,如果将单桩强度作为约束条件,对桩筏基础整体来说很不合理,甚至可以说是不科学的,在这样的假定约束条件下,计算结果将产生偏差,所对应的总造价会远高于真实的最合理方案。因为在桩基础中,各部位的桩所受的桩顶反力是不均匀的,边角部位的桩顶反力和中间部位的桩顶反力相差悬殊,虽然有规律但很不均匀,边角部位的桩顶反力一般较大,如果按边角部位的单桩承载力特征值作为控制条件,则筏板中间部位桩的单桩承载力将富余较多,这样桩基的实际承载能力无法得到有效发挥。对桩筏基础来说,不应将局部单桩的桩顶反力是否大于单桩承载力作为判断因素,分析桩筏的受力过程可知,当局部单桩桩顶反力较大时,桩顶位置的沉降将增大,通过筏板的传递作用,桩顶的部分反力通过筏板水平扩散至相邻的桩顶部,这样使桩顶反力基本均匀化,由此可见,桩筏基础不会仅仅因局部单桩的桩顶反力超过承载力而失效。对桩筏基础的优化,重点要充分利用桩基的承载能力,可以考虑人为使边角部位桩顶反力适当超出单桩承载力,这样使桩顶沉降适当增大,并使筏板边角部位与筏板中间部位的沉降差异得到减小,以利于减小筏板的内部应力,从而进一步减少板厚及筏板配筋量。
除以上约束条件外,筏板还应满足抗剪及抗冲切的要求。筏板的抗冲切承载力包括上部集中荷载对其的冲切及群桩、单桩对筏板的冲切。
变形约束在这里主要指整体沉降及局部差异沉降,对整体沉降及局部差异沉降的控制标准可由实际工程项目要求确定,整体沉降量一般控制在20cm以内,差异沉降量按地基规范要求。
边界约束主要是构造约束,在符合规范条文规定及设计合理性的前提下提出的要求,例如:(1)筏板周边外挑尺度:筏板外边线至最外排桩中心距不宜小于桩直径且不小于500mm;筏板长度方向两端外挑不宜大于1500mm;宽度方向两端挑出不宜大于1000mm。(2)筏板范围内,对最小桩间距的要求:s≥(3-4)d。(3)筏板厚度要求:控制筏板的最小厚度不小于400mm。(4)上部荷载重心与群桩合力作用点重合的要求。(5)桩径要求:根据工程实际要求确定。(6)桩长要求:根据工程设计要求及岩土分布确定。
3 桩筏基础优化设计后的部分结论
在建立桩筏基础优化的数学模型后,可将实际工程的桩筏基础,采用上述方法进行优化分析。鉴于计算内容的繁琐,在此不做赘述,仅就通过一系列优化设计分析,将得出的部分结论和规律阐述如下:
(1)筏板的外挑尺寸根据桩筏基础的承载力和沉降情况确定。对于承载力、沉降控制均满足要求的桩筏基础,筏板外挑尺寸应尽可能小;否则,可以通过增大筏板外挑尺寸和桩长,使桩筏基础达到最佳经济效益。(2)筏板板厚取决于冲切荷载的大小,同时桩长的变化会导致桩顶冲切力的变化,因此桩长的变化也会直接影响筏板厚度的选用,不能忽略两者关系。(3)桩径越小(特别是摩擦桩),经济性越好,因此桩型尽可能地采用细长桩。(4)当筏板中部桩的桩长大于边桩桩长,边桩桩长大于角桩桩长时,桩筏基础的设计可以达到较优的经济指标。因此,将长桩布置在内部,将短桩布置在边角部的布桩方式,是符合“内强外弱”的理论,也是与经典的优化设计理论相符合的。(5)当中部桩的桩径大于边桩桩径,边桩桩径大于角桩桩径时,桩筏基础的设计可以达到较优的经济指标。这同样属于“内强外弱”的布桩方式,同样也是符合优化设计理论的。(6)由于筏板中部沉降大于周边沉降,存在盆底型的沉降曲线,必须采取措施减小这种差异沉降,让内部桩布置强于外部桩,可以显著减小筏板应力,降低筏板的用钢量,从而降低桩筏基础的整体造价。(7)采用变桩长形成“内强外弱”布桩方式的效果要好于变桩径和变桩距的方式,在工程实践中更值得提倡和运用。
4 结语
本文对桩筏基础的优化设计提出改进方法,阐述了桩筏基础优化设计中的部分规律,及在此过程中取得的一些体会。在今后的工作中,考虑对不等厚筏板、上部结构与桩筏基础共同作用下的桩筏基础进行优化设计分析,以期得到相应的一般性规律。
参考文献
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