双目标

双目标（共10篇）

双目标 篇1

摘要：作为财务研究的逻辑起点, 财务目标的设计应凸显财务公平与效率导向。本文针对现行各种财务目标的理论界定时“效率至上”的局限性及由此导致实务中“利润侵蚀工资”和“工资侵蚀利润”的事实, 提出新经济时代财务目标应全新定位为“协调企业价值创造最大化和企业价值分配公平化”, 即“财务双目标协调论”。同时, 文章就“财务双目标协调论”的构建机理、财务双目标协调绩效的测度进行了较为深入的探讨。

关键词：价值创造最大化,价值分配公平化,财务双目标,协调,测度

一、“财务双目标协调论”的构建依据

1. 现行财务目标理论界定的局限性。

传统经济学都假定企业是以追求利润最大化为财务目标的经济实体, 这一观点已延续200多年。随着企业制度和公司治理结构的不断发展与更新, 上世纪五十年代末西方财务经济学理论界提出企业是追求股东财富最大化的经济实体。

相应地, 其他类似财务目标 (如企业市场价值最大化、企业股价最大化、企业经理利益最大化等) 相继被提出, 上述财务目标曾经是甚至现在还是企业投资、融资和股利分配决策的基础。系统梳理现行各类财务管理文献中有关财务目标的界定, 至少存在如下几种表述模式: (1) 产值最大化; (2) 利润最大化; (3) 每股收益 (资本利润率) 最大化; (4) 股东财富最大化; (5) 企业价值最大化; (6) 股票价格最大化; (7) 经理利益最大化; (8) 相关利益者利益最大化。

这些表述模式试图从不同的视角对企业财务目标从理论上进行不同描述, 演绎着随着财务环境的变迁人们对作为财务理论研究逻辑起点的财务目标的认识不断深化的演进过程。但我们认为这些财务目标模式都凸显了“财务效率至上”的范式, 而忽视或者说没有考虑价值创造后初次分配的“财务公平性”。这既是这些财务目标模式的共同局限, 更是基于公平效率相结合思路提出“财务双目标协调论”的理论缘起。“财务效率至上”这一结论可简单证明如下:假定企业持续经营, 未来各期纳税付息前利润为EBIT (t) , 税率为T, 风险报酬率为K, 举债为B (t) , 平均利率为r, 第t期净利润的现值可表述为:

则企业总价值最大化可表述为:

为简化分析, 假定公式2中的EBIT (t) 和B (t) 均为常数, 则公式2可简化为:

从公式2或公式3可得到:在风险报酬率K确定, 企业各期净利润 (或平均净利润) 最大时, 企业总价值V最大化。当r=K时, 公式3可改写成:

这与MM (Modiglini&Miller) 1963年提出的命题结论是一致的。因而企业总价值最大化模式 (公式2或公式3) 已把风险、资本成本、货币时间价值、时间跨度、利润、举债量、利率和所得税八个因素综合考虑, 在此基础上可进一步证明股东财富最大化、企业价值最大化、股票价格最大化、经理利益最大化、相关利益者利益最大化等命题的等价性 (由于篇幅所限, 进一步证明省略) 。

2.“利润侵蚀工资”和“工资侵蚀利润”的现实。

2007年《中国企业竞争力报告 (2007) ——盈利能力与竞争力》披露:从1990年至2005年, 劳动者报酬占GDP的比例从53.4%降至41.4%, 降低12个百分点;同期营业额占GDP比例从21.9%增加到29.6%, 增加7.7个百分点。1998年国有及规模以上工业企业工资总额是企业利润的2.4倍, 到2005年降到了0.43倍;1998年国有及规模以上工业企业利润占工业增加值的比重是4.3%, 到2006年提高到21.6%。可见, 企业利润变化与职工工资变化方向相反, 随着企业利润占比递增, 劳动力报酬占比逐渐递减。对这一客观存在的企业利润与职工工资相反方向变化的事实, 学界称为“利润侵蚀工资”。

同时, 对于企业内收入再次分配中企业高管与员工收入差距不断拉大、高管自定薪酬、薪酬与绩效脱节等现象, 学界将其界定为“工资侵蚀利润”。在上海市国资委调查统计范围内, 国企经营者与普通职工收入差距平均为6倍, 国企高管与普通职工收入差距为4.1倍。个别企业收入差距在10倍以上, 甚至极个别企业存在经营者收入增加、职工收入下降的情况 (周密, 2007) 。

在我们的研究中, “利润侵蚀工资”和“工资侵蚀利润”的现实依然存在。我们选取2007~2010年四川省50家上市公司为研究样本, 其中四川省国资委控股地方上市公司 (简称“地企”) 18家、国务院国资委控股上市公司 (简称“央企”) 11家、民营企业 (简称“民企”) 21家。在四川省全部85家上市公司中剔除上市不到4年及数值差异悬殊 (相差100%及以上) 的样本, 用“修正的拉格尔系数=应付职工薪酬/增值额=应付职工薪酬/ (EBIT+应付职工薪酬+流转税) ”作为衡量财务公平的测定尺度, 结果发现修正后拉克尔系数平均值地企为0.235 099、民企为0.284 530 2、央企为0.418 447 6。这些实证数据表明:四川央企人均薪酬远高于地企和民企, 但人工投入产出低于地企和民企。央企修正后拉克尔系数高于拉克尔系数黄金值, 地企和民企相对较低。这表明央企薪酬分配高但未起到激励作用, 地企和民企员工薪酬偏低。

可见, 财务目标定位时“财务效率至上”范式是直接导致理论上财务不公平以及现实中“利润侵蚀工资”和“工资侵蚀利润”现象存在的首要原因。实现财务公平, 遏制以至消除“利润侵蚀工资”和“工资侵蚀利润”现象的财务思路和途径, 必须在创造财务效率的财务活动中体现财务公平, 协调企业价值创造最大化和企业价值初次分配的公平化。

二、“财务双目标协调论”构建机理

1. 基本思路。

我们认为财务目标模式的构建应以以下四个标准为指导: (1) 财务目标能否被清楚和准确描述; (2) 界定的财务目标能否既简便又快速地对企业的成功或失败做出评估; (3) 该财务目标所创造的价值是否超过全部附加成本; (4) 财务目标与公司长期稳定和战略目标是否一致。在此标准引导下, 财务双目标协调论认为企业财务目标应该是价值创造目标和价值分配目标两方面不可分割的有机结合, 价值创造过程追求利润最大化, 价值分配过程凸显初次分配公平化, 是价值创造最大化和价值分配公平化的协调统一。

(1) 在价值创造的财务活动中追求效率, 实现价值创造最大化目标。企业价值作为财务目标内容, 在投资组合理论、资本资产定价模式、资本结构理论、股利理论等现代财务理论中无一不是以价值最大化为起点。企业价值最大化已成为现代财务理论的起点与核心, 失去企业价值, 现代财务理论体系将失去目标。同时, 现代公司管理的核心在于财务决策——投资决策与融资决策, 实现公司价值最大化。在这个过程中, 财务管理需着眼未来以规划公司在可预计年度内的效率及其成长以不断提高公司价值。

企业价值最大化作为企业财务基本目标, 不仅指明了企业财务的预期结果, 还明确了所应采取的措施:努力提高净现金流量, 均衡风险与收益, 关注长期发展能力及财务决策的范围, 成为企业各项财务决策的出发点。首先, 任何一个企业在财务决策之前, 都必须了解企业现有价值;其次, 在企业价值最大化财务目标指导下, 财务决策实际上就是一个分析该决策可能对企业价值造成何种影响的过程;最后, 财务决策实施后的企业价值变化作为该财务决策的现实结果表现, 是评价该决策优劣的公正尺度, 同时又为企业今后的财务决策奠定了基础。

因此, 公司价值是决定公司一切财务活动的基础。价值管理 (VBM) 导入财务使得企业价值已成为主导经营者经营决策的风向标, 也使得新型的管理命题在不同管理活动领域中脱颖而出, 如作业管理 (ABM) 、基于过程的预算管理 (ABB) 、关键成功因素 (KSF) 、业务过程再造 (BPR) 、战略业务单位 (SBU) 、关键绩效指标 (KPI) 、平衡计分卡 (BSC) 、整合绩效管理 (IPM) 、经济增加值 (EVA) 、市场增加值 (MVA) 等。这些致力于价值创造的管理命题同时也使得VBM变成现实可操作的程序和方法体系, 把财务职能从着眼于历史的控制职能转变为着眼于未来的增值职能。

在此意义上, 价值创造型财务模式体系设计和理论框架至少应涵盖如下内容: (1) 以“目标→战略→财务管理”为主线的价值创造模型; (2) 组织与流程:财务治理、SBU与业务流程; (3) 价值驱动因素:KVD与FCF; (4) 价值规划与全面预算体系; (5) 价值报告与预警机制; (6) 价值控制:资产组合与风险控制; (7) 价值化的KPI和激励制度。

(2) 在价值分配的财务关系中凸显公平, 实现价值初次分配公平化目标。资本所创造的价值要公平合理分配, 否则会损害各方利益, 从而反过来影响价值创造过程。价值分配过程即财务关系处理过程要讲求公平, 称为“财务公平”。财务公平主要包括代理关系公平、大小股东关系公平和劳资关系公平三方面。价值分配是否公平, 就我国现行会计报表体系而言, 我们认为可通过编制第四张报表——“增值表”来进行分析。目前我国的财务报表包括资产负债表、损益表和现金流量表。资产负债表、损益表遵循权责发生制, 可认为是标准会计报表;现金流量表遵循收付实现制, 可看做标准财务活动报表。但这一报表体系未能充分考虑资本参与各方在企业的财务利益, 所以应编制增值表来定量反映企业财务关系的公平性。“增值表”为左右式结构, 左边反映增值额创造, 右边反映增值额分配。其中, 增值额创造的金额由营业收入减去已售产品外购材料与劳务、减去管理耗用材料与劳务、减去折旧求得经营净增加额, 加投资净利、加偶然所得、减偶然损失而计算得出;增值额分配的金额由刚性分配 (税金、利息、保险费、优先股股息) 加弹性分配 (职工薪酬、高管薪酬、普通股红利、当期留存) 而计算得出。在此基础上, 可通过分析增值额创造金额大小与增值额分配金额大小来权衡企业创造的价值是否得以公平分配。

2. 财务双目标协调绩效的测度。

财务双目标协调绩效的测度就是对财务公平绩效的测度, 就国内已有文献来看, 研究宏观层次收入分配公平的文献较多, 直接对微观层次薪酬分配公平进行研究的文献很少。加之目前我国对员工薪酬水平没有规范统一的定量标准, 财务分析中更是没有相关指标, 因此对财务公平绩效的测度自然转换为对薪酬分配公平的测度, 为此可借鉴并应用“拉克尔系数”分析我国企业员工薪酬水平是否合理、价值创造者的价值分配是否公平。

美国学者拉克尔在分析了美国近50年有关统计资料后, 发现“工人工资”与“增值额”是两个极为相关的经济变量, 即工资应占全部增值额的39.395%。如果某企业工资高于这一比例, 应采取措施提高劳动生产率;若低于这个比例, 应增加工人工资。否则, 企业不会达到“最佳经营”境地。由“拉克尔法则”导出的指标可将其定义为“拉克尔系数”, 39.395%是“拉克尔系数”的黄金值, 是衡量企业工资水平是否公平的标杆。

“拉克尔系数”计算的核心在于“增值额”界定困境, 这也是其没有在我国普遍使用的原因。我国长期用净利润额衡量工人工资效益, 而增值额的计算与之存在差异:企业增值额=企业销售收入-外购商品及劳务-折旧。因而, 企业效益的具体表述就是企业的增值额。如果应用原始的拉克尔系数计算公式 (拉格尔系数=工人工资总额/增值额) 直接测度财务公平性, 存在两方面困境:一是分子、分母中的工人工资总额、增值额在我国现行会计报表体系中没有对应的一级科目数据, 二是工人工资总额、增值额内容口径模糊。

为保证可测性, 应对工人工资总额、增值额内容口径具体化, 可通过对拉克尔系数的修正来实现。修正的拉格尔系数=应付职工薪酬/增值额=应付职工薪酬/ (EBIT+应付职工薪酬+流转税) 。在此基础上, 结合利润表和现金流量表相关数据修正的拉克尔系数计算公式就可以进行薪酬分配公平 (也就是财务公平) 的测度了。

三、结语

财务是价值创造和价值分配的有机结合。协调企业价值创造最大化和企业价值分配公平化的财务双目标协调命题, 是在反思现行财务目标模式基础上凸显财务公平效率观而对财务目标的全新界定, 是构建和谐财务的逻辑前提。从某种意义上来说, 折射着公平、公正社会的微观机理。

参考文献

[1] .Townsend R.M..Optimal Contracts and Competitive Markets with Costly State Verification.Journal of Economic Theory, 1979;21

[2] .Jensen M, Meckling W..Theory of the Firm:Managerial Behavior, Agency Costs and Ownership Structure.Journal of Financial Economics, 1976;3

双目标 篇2

——保卫部实现双过半目标工作计划

为积极响应矿部、党委号召，坚决完成我矿单月黄金产量10236两的生产任务，顺利实现双过半的工作目标，保卫部迅速行动起来，展开了“誓保矿区治安秩序稳定和谐，力促生产任务双过半的顺利实现”的行动，具体方案如下：

一、指导思想与工作目标

以“严、高、细、准、实、快”工作方针为指导，誓保矿区治安秩序稳定和谐，全力为我矿黄金生产任务双过半的顺利实现保驾护航。

二、具体工作措施和工作方法

（一）紧盯生产推进过程，确保爆炸物品供应的安全、及时、到位。

1、经理助理王黎明、爆炸物品主管盛忠良要深入生产一线（对井下白班、夜班进行跟班监督检查，每周不少于2次），密切关注井下生产形势，及时与采矿车间、外委施工单位沟通，根据掘进工程量、爆炸物品的消耗量等因素，结合库存要求制定采购计划，合理保持库存量，保障生产所需。

2、加强爆炸物品库房管理，按时开气窗经常通风换气，定期检查消防设施、防盗设施，每天检查库房的干湿度，防止药品受潮变质，严禁在库房内存放其他物品，严格执行出入库检查、登记制度。对地表炸药库内的杂草进行一次大清除，彻底消除这一隐患。

3、严格执行爆炸物品的运输、发放、余药回收、手持机操作 等规定程序，确保爆炸物品安全管理制度的落实。

（二）门卫管理、治安巡逻管理，要突出主动管理、规范管理、文明管理、从严管理的原则。

保安中队长刘峰全面负责门卫管理、治安巡逻，在北大门、生产门实行白班时间站班执勤工作方式，实行定位、交替执勤，严格执行登记、检查制度，对允许通行的车辆、人员，严格进行逐车、逐人检查，把文明管理与从严管理有效相结合起来。同时按照领导要求加强矿区的治安巡逻，确保万无一失。

（三）治安主管王卫国、王寿松、王杰俊，全力抓好矿区治安管理、消防管理以及外来暂住人员的管理与控制。

在治安管理上继续强化“以防为主”的工作主线，严格落实各项防范措施，减少工作漏洞，积极开展蹲守（每周不少于3次）、清查工作（每周不少于1次），充分发挥治安耳目的作用（保持每周沟通1次），达到遏制违法犯罪的目的。

针对夏季消防工作特点，持续开展夏季消防安全检查工作，及时发现隐患，及时整改隐患，确保消防工作的绝对安全。

对在矿内居住的每一个外来人员，都要进行认真的登记、身份确认工作，并由管理单位集中统一办理《外来人员管理证》，对外来暂住人员居住区，不定期的组织进行治安清查（每周不少于1次），把治安隐患消灭在萌芽状态。

（四）其他各位主管认真履行岗位职责，积极配合相关人员为我们矿区的和谐与稳定齐心协力努力工作，刘春征要严格防范邪教组织对我矿生产可能造成的干扰破坏、加强宣传报道等工作，陈焕生、付春风加强生产区出入证发放工作的责任心及其他相关工作，刘建波要保障车辆、监控设施的完整好用等。

（五）坚决贯彻以“8110”为主线的治安管理方式。

1、值班人员当班，必须认真履行职责，严格执行值班工作制度，随时做好接处警工作，认真接受全矿广大员工的求助、报案，检举控告，有权调动、指挥相关力量（包括保卫部所有人员、保安队员）处理突发事件。

2、值班人员昼夜不少于6次（凌晨1-2时、5-6时，上午11-12时，下午3-4时、5-6时，晚上9-10时各一次）对各执勤岗位进行监督检查，对生产区、生活区、各重点要害部位进行巡逻检查（可带领保安巡逻人员一起进行巡逻任务），发现问题及时纠正、处理，不能处理的及时上报领导。

3、值班人员认真做好交接班工作，认真填写值班记录。

三、有关要求

1、全体保卫人员，要服从我矿当前生产工作大局，坚定信念、竭尽全力、全身心地投入到矿区治安保卫工作。

2、全体保卫人员，在做好各自的分工工作的同时，要服从领导的统一安排，做好整体保卫工作。

3、从本周开始到6月18日，全体保卫人员严格按照此方案开展工作，保卫部将严格执行内部考核管理规定，加大管理处罚力度，以此确保实现我们共同的美好愿望——矿山的和谐与稳定，为我矿黄金生产任务双过半的顺利实现保驾护航。

保卫部

双目标 篇3

关键词：目标模拟器；红外景象仿真；双波段

中图分类号：TP760；TN216文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）05-0023-05

0 引言

双波段探测系统和传统的单色寻的探测系统相比具有更高的可靠性和准确性，近些年发展快速。在红外双波段导引头设计检测的末期，需要一种能够准确评估红外双色制导系统性能的方法，红外景象仿真技术以其制作周期短、仿真度高等特点受到了国内外学者的高度重视。红外双波段目标模拟器是实现红外目标仿真系统中的一种方式，它能够生成目标在两个波段内的景象以模拟双波段探测器的探测目标，所以如何生成能被探测器接收到的双波段景象才是双波段红外目标模拟器的核心问题。

本文主要介绍了双波段目标模拟器的设计方法，并调研了国内外近些年来在双波段目标模拟器方面的发展状况，分析了双波段目标模拟器的发展趋势。

1 双波段目标模拟器的工作原理

双波段目标模拟器的工作原理主要分为两种：

（1）使用双波段景象生成器直接成像，经过光学系统被探测器探测；

（2）两个景象生成器分别产生两个波段景象，经过分束整合器将两个波段的景象整合，经过光学系统被探测器探测。

第一种双波段目标模拟器结构较为简单，但对景象生成器的技术要求比较高。这种方式下，双波段景象由景象生成器直接生成，双波段光路通过准直光学系统被探测器接收。

第二种方式是目前较多实现的双波段目标模拟器的方法，这种结构中一般包括三个主要部分：两个不同波段的景象生成器，分束整合器以及准直光学系统。两个景象生成器分别产生各自波段的图像，经过分束整合器进行图像融合，最终进入准直光学系统被探测器接收。虽然制作工艺要求不高，但仍然有两个因素需要重点考虑：一是两个波段内的图像空间配准，二是两个波段的辐射能量覆盖。

2 国外双波段目标模拟器的发展

双波段目标模拟器的研究进展主要体现在双波段景象生成器的研制，双波段系统的内部结构设计、图像配准以及抗串扰三个主要方面。

2.1 双波段景象生成器

在双波段景象生成器直接成像的目标模拟器设计中，景象生成器的性能起到了重要的作用，它的分辨率、对比度以及波段范围对成像质量有着直接的影响。

双波段电阻阵列是常用的发射式景象生成器，它实现双波段的方式有两种：一种是中波像元和长波像元间隔排列，另一种为可调式像元排列。2009年，美国Honeywell公司和SantaBarbaraInfrared公司开发出了分辨率高达1024×1024的电阻阵列，并实现了MWIR和LWIR两个波段的红外辐射仿真[1]。

红外CRT是另一种典型的发射式景象生成器，最近几年美国陆军夜视光电中心已分别研制出中波和长波两个波段的视景仿真器样机[2]，并已研制出可见光/中波红外、近红外/长波红外复合显示的器件。

光子晶体技术是透射式景象生成技术中的一种，原理是利用光子晶体通过自身结构实现对光波的调制以及带阻滤波的特性，达到对通过光子晶体的光通量的控制。利用光子晶体可以制作多波段的模拟器，可在2000K温度下长时间工作，且发射率高，功耗较低。文献[3]提供了256×256中波/长波双波段模拟器的一个例子[4]。

2.2 目标模拟器的内部结构设计

在两套景象生成器分别成像并进行图像融合的双波段目标模拟器设计中，系统的内部结构设计起到了关键作用，它直接影响着系统的分辨率水平以及后期的准直与矫正。

2000年，美国埃格林空军基地制导武器半实物仿真试验中心以动力能量武器系统（KHILS）为背景[5-6]，专门开发了一种可以同时投影两个红外波段（中/长）WISP图像的双波段红外辐射投影仪。KHILS的红外场景投影器的主体结构如图1所示，中波红外电阻阵列和长波红外电阻阵列分别辐射成像，经过分束整合器融合后再经过反射式准直系统被探测器接收，此景象生成器的部分实物图如图2所示[7-8]。2004年，为了满足KHILS低温真空实验室的景象模拟需要，将其改进成能够提供低温背景并且能够模拟以外大气层为背景的红外双波段目标模拟器[9]。

美国海军对双波段红外目标模拟器很重视，Julia博士和David博士等人从2008年起，就开始为美国海军进行红外双波段目标模拟器的系统结构研究以及系统参数的测试工作。他们从最开始就采用数字微镜阵列（DMD）作为景象生成器。与传统的电阻阵列构成的景象生成器相比，它可以接收宽波段辐射源并且温度保持不变，因此反应更迅速，同时温度控制的难度比电阻阵列小得多。他们的设计研究工作主要分为两个阶段：在第一阶段设计中，他们率先提出使用宽波段辐射源，滤光片组（相当于分束整合器）和单DMD器件的设计思路，结构图如图3所示[10]。红外辐射源发射全波段的光波并通过准直透镜准直，光波在分束器的反射和透射作用下形成特定波段的两束光路，两束光路在各自的通道内反射、透射并到达DMD

器件的上半部分和下半部分，经过DMD反射后的光波再次经透射、反射后被分束整合器融合，最后融合后的光束被准直系统准直形成双波段图像。此方案中两个波段能量比值的调节是通过调节微镜阵列的占空比来实现的。这种设计方式的缺点是由于只使用了一个DMD器件，在实现更高精度的空间分辨率时，复合角度相对复杂，不易完成设计指标。

所以，2009年开始进入第二阶段的设计研究，此时他们开始使用两个DMD器件。第二阶段的设计指标如表1所示，经过试验测试，最终合理的系统主体结构如图4所示，系统实物图如图5所示。两个波段的辐射源和DMD分别使用两套独立的光学系统，并最终由分束整合器将两个波段融合，通过共同的投影系统被探测器接收。经过测试，系统的单一波段的最大的辐射强度可以达到1W/ster，分辨率达到1024个灰度级，帧频为40.5Hz，场景持续时间可以达到54s，最小分辨角为220微弧度，视场角约为1.8°。

然而双波段探测技术的迅猛发展，使现有的双波段目标模拟器已无法满足动态范围的要求，尽管灰度级数字化可以通过电路驱动的改进来实现，但对比度的严重不足已经制约现有目标模拟器的使用。在对DMD表面反射和衍射等条件进行分析后发现，对比度只能实现8位图像。这主要是由于DMD阵列在任何情况下都受到光源的照射（如投影黑夜中的亮点目标），DMD受到长时间照射后自发辐射影响了图像的对比度，于是在2012年他们又提出了新的内部结构的设计方案[11]，如图6所示。该方案和2009年提出的设计方案相比，系统结构中多了一个光源调制DMD阵列，这就意味着红外辐射源辐射的能量可以有选择性地透射到投影DMD上，使投影DMD避免受到辐射源的长期照射，减小了自身辐射能力，提高了图像的对比度，成品实验中发现对比度从8位提高到了12位。

随着分辨率和精度要求的不断提高，2013年，美国SBIR公司设计了基于两个像素元均为1024×1024的MIRAGE-XL电阻阵列的红外双波段目标模拟器[12]。电阻阵列的工作频率为200Hz，在中波红外下温度达到675K，在长波红外下温度达到550K，每个MIRAGE-XL包含三个部分：数字辐射器DEE＼温度支持系统TSS＼控制电子系统C&CE。系统结构图如图7所示，模拟器的部分实物图如图8所示。和之前的技术相比，本次设计中对控制电子系统C&CE进行了改进，提供了更宽的工作光谱段，减小了波段覆盖的可能性，实现了两个波段之间的串扰校正，并且使串扰低于单一波段要求的1%。同时采用内插修正的方法，增强了两个波段的景象匹配程度，使空间匹配精度误差不到0.1个像元，尽管阵列边缘的精度有的会超过0.25个像元，但在两个波段内的非一致性矫正平均低于2%，最终双波段的光谱和空间特性得到改善。

2.3 系统的准直与图像的配准

在需要景象融合的双波段模拟器中，准直系统是图像配准的重要组成部分，它的微小偏差会导致模拟像的位置和真实像的位置存在偏离。由于两个独立波段的光学系统存在多个光程差，增加了对准的复杂程度。为了解决这个问题，主要考虑以下三个方面：（1）实时校正点源光线；（2）两个通道独立的应用程序；（3）实时进行扩展原数据的处理。针对这些问题，2002年，WayneKeen等人提出了利用图形学和点源逆失真的方法来解决这个问题[13]。虽然效果显著，但当两个波段的噪声相差过大或者存在冷、热辐射点源仍会对结果产生微小的影响。

两个波段间的串扰也是双波段模拟器中重要问题，即两个波段之间存在着能量覆盖。产生这种现象的主要原因是分束整合器并不能完全分离两个谱段。2003年，R.Bryan等人使用一个双波段目标模拟器以及与模拟器对应波段辐射的一体化相机进行数据测量，通过测量数据建立了串扰的数学模型，利用数学模型设计了可以减少串扰的滤光片，并确定了滤光片的光谱特性，结构图如图9所示[14]。另外，针对滤光片处理不够理想的情况，如光谱段重叠过大，他们还提出共同驱动（以前是独立驱动）投影机的耦合校准方法，可以把串扰信号转化成所需要的信号。

在这些研究的基础上，2006年美国的艾格林空军基地的真空实验室，运用滤光片和耦合校准的方法对先前设计的双波段红外目标模拟器进行改进，改进后的模拟器在空间匹配和辐射度校正上都有了明显的提高[15]。在研究设计过程中，他们提出“反响应函数”的概念。反响应函数从测量中得来，表示期望输出的一个多项式函数，通过每一次辐射、每一帧图像可以得到一个反响应函数，通过反响应函数可以实现对下次辐射和下一帧图像的校正。

3 国内双波段目标模拟器的发展

国内的景象仿真技术起步比较早，在20世纪90年代就有一定数量的成品研制出来。但我国在双波段景象仿真方面起步相对较晚，还需要做一些深入的研究。

国内最早在2006年，上海技术物理研究所研制出了双波段红外辐射源系统，如图10所示。它包括长波红外和短波红外两个波段，长波红外采用中温黑体源，短波红外采用高温黑体源。中、高温黑体源通过光阑孔的出射辐射经调制器变成正弦调制辐射，两路光束经光学耦合器合成一路光束，再经平面反射镜入射到离轴抛物面主反射镜后变成平行光出射。为了抑制干扰，在耦合器一侧设置一个吸收腔，把耦合器反射的高温黑体辐射及其透过的中温黑体辐射全部吸收掉。该系统一方面可以通过电控箱的操作面板，人工进行温度、调制频率的设定；另一方面可与计算机通讯，实现自动控制。主要参数如下：

中温黑体：

温度分辨率：0.001℃；

目前，国内比较先进的双波段目标模拟器在分辨率和背景温度方面可以达到以下标准：在角分辨率方面，中波角分辨率和长波角分辨率分别能够做到0.12mrad和0.29mrad；在温度分辨率方面，最高温度分辨率可以达到0.05℃，最高背景温度能够达到600℃；在像元数和灰度等级方面，在1～5μm波段像元数为1280×1024，在8～14μm波段像元数为640×512，灰度等级可以达到256级，帧频约为100～200Hz。

4 结 论

在对双波段探测系统检测的过程中，双波段红外目标模拟器起到了关键的作用，景象生成器的研发、仿真系统内部结构设计以及辐射能量校正和双色图像配准是其中的关键技术，创新点在目标模拟器的内部结构改善以及回路反馈系统的优化，以美国为首的西方国家无论在系统分辨率和误差精度上都领先国内现有的技术水平。我国虽然在系统结构设计方面紧跟国外的先进思路，但在景象生成器的制作工艺以及系统整体的精度上还有一定的差距。红外双波段探测未来的发展趋势是多波段探测，并且配合可见光、紫外以及激光的多元化探测系统，我国应加紧在这一方面的研究，紧跟世界最先进技术的发展。

然而双波段探测技术的迅猛发展，使现有的双波段目标模拟器已无法满足动态范围的要求，尽管灰度级数字化可以通过电路驱动的改进来实现，但对比度的严重不足已经制约现有目标模拟器的使用。在对DMD表面反射和衍射等条件进行分析后发现，对比度只能实现8位图像。这主要是由于DMD阵列在任何情况下都受到光源的照射（如投影黑夜中的亮点目标），DMD受到长时间照射后自发辐射影响了图像的对比度，于是在2012年他们又提出了新的内部结构的设计方案[11]，如图6所示。该方案和2009年提出的设计方案相比，系统结构中多了一个光源调制DMD阵列，这就意味着红外辐射源辐射的能量可以有选择性地透射到投影DMD上，使投影DMD避免受到辐射源的长期照射，减小了自身辐射能力，提高了图像的对比度，成品实验中发现对比度从8位提高到了12位。

随着分辨率和精度要求的不断提高，2013年，美国SBIR公司设计了基于两个像素元均为1024×1024的MIRAGE-XL电阻阵列的红外双波段目标模拟器[12]。电阻阵列的工作频率为200Hz，在中波红外下温度达到675K，在长波红外下温度达到550K，每个MIRAGE-XL包含三个部分：数字辐射器DEE＼温度支持系统TSS＼控制电子系统C&CE。系统结构图如图7所示，模拟器的部分实物图如图8所示。和之前的技术相比，本次设计中对控制电子系统C&CE进行了改进，提供了更宽的工作光谱段，减小了波段覆盖的可能性，实现了两个波段之间的串扰校正，并且使串扰低于单一波段要求的1%。同时采用内插修正的方法，增强了两个波段的景象匹配程度，使空间匹配精度误差不到0.1个像元，尽管阵列边缘的精度有的会超过0.25个像元，但在两个波段内的非一致性矫正平均低于2%，最终双波段的光谱和空间特性得到改善。

2.3 系统的准直与图像的配准

在需要景象融合的双波段模拟器中，准直系统是图像配准的重要组成部分，它的微小偏差会导致模拟像的位置和真实像的位置存在偏离。由于两个独立波段的光学系统存在多个光程差，增加了对准的复杂程度。为了解决这个问题，主要考虑以下三个方面：（1）实时校正点源光线；（2）两个通道独立的应用程序；（3）实时进行扩展原数据的处理。针对这些问题，2002年，WayneKeen等人提出了利用图形学和点源逆失真的方法来解决这个问题[13]。虽然效果显著，但当两个波段的噪声相差过大或者存在冷、热辐射点源仍会对结果产生微小的影响。

两个波段间的串扰也是双波段模拟器中重要问题，即两个波段之间存在着能量覆盖。产生这种现象的主要原因是分束整合器并不能完全分离两个谱段。2003年，R.Bryan等人使用一个双波段目标模拟器以及与模拟器对应波段辐射的一体化相机进行数据测量，通过测量数据建立了串扰的数学模型，利用数学模型设计了可以减少串扰的滤光片，并确定了滤光片的光谱特性，结构图如图9所示[14]。另外，针对滤光片处理不够理想的情况，如光谱段重叠过大，他们还提出共同驱动（以前是独立驱动）投影机的耦合校准方法，可以把串扰信号转化成所需要的信号。

在这些研究的基础上，2006年美国的艾格林空军基地的真空实验室，运用滤光片和耦合校准的方法对先前设计的双波段红外目标模拟器进行改进，改进后的模拟器在空间匹配和辐射度校正上都有了明显的提高[15]。在研究设计过程中，他们提出“反响应函数”的概念。反响应函数从测量中得来，表示期望输出的一个多项式函数，通过每一次辐射、每一帧图像可以得到一个反响应函数，通过反响应函数可以实现对下次辐射和下一帧图像的校正。

3 国内双波段目标模拟器的发展

国内的景象仿真技术起步比较早，在20世纪90年代就有一定数量的成品研制出来。但我国在双波段景象仿真方面起步相对较晚，还需要做一些深入的研究。

国内最早在2006年，上海技术物理研究所研制出了双波段红外辐射源系统，如图10所示。它包括长波红外和短波红外两个波段，长波红外采用中温黑体源，短波红外采用高温黑体源。中、高温黑体源通过光阑孔的出射辐射经调制器变成正弦调制辐射，两路光束经光学耦合器合成一路光束，再经平面反射镜入射到离轴抛物面主反射镜后变成平行光出射。为了抑制干扰，在耦合器一侧设置一个吸收腔，把耦合器反射的高温黑体辐射及其透过的中温黑体辐射全部吸收掉。该系统一方面可以通过电控箱的操作面板，人工进行温度、调制频率的设定；另一方面可与计算机通讯，实现自动控制。主要参数如下：

中温黑体：

温度分辨率：0.001℃；

目前，国内比较先进的双波段目标模拟器在分辨率和背景温度方面可以达到以下标准：在角分辨率方面，中波角分辨率和长波角分辨率分别能够做到0.12mrad和0.29mrad；在温度分辨率方面，最高温度分辨率可以达到0.05℃，最高背景温度能够达到600℃；在像元数和灰度等级方面，在1～5μm波段像元数为1280×1024，在8～14μm波段像元数为640×512，灰度等级可以达到256级，帧频约为100～200Hz。

4 结 论

在对双波段探测系统检测的过程中，双波段红外目标模拟器起到了关键的作用，景象生成器的研发、仿真系统内部结构设计以及辐射能量校正和双色图像配准是其中的关键技术，创新点在目标模拟器的内部结构改善以及回路反馈系统的优化，以美国为首的西方国家无论在系统分辨率和误差精度上都领先国内现有的技术水平。我国虽然在系统结构设计方面紧跟国外的先进思路，但在景象生成器的制作工艺以及系统整体的精度上还有一定的差距。红外双波段探测未来的发展趋势是多波段探测，并且配合可见光、紫外以及激光的多元化探测系统，我国应加紧在这一方面的研究，紧跟世界最先进技术的发展。

然而双波段探测技术的迅猛发展，使现有的双波段目标模拟器已无法满足动态范围的要求，尽管灰度级数字化可以通过电路驱动的改进来实现，但对比度的严重不足已经制约现有目标模拟器的使用。在对DMD表面反射和衍射等条件进行分析后发现，对比度只能实现8位图像。这主要是由于DMD阵列在任何情况下都受到光源的照射（如投影黑夜中的亮点目标），DMD受到长时间照射后自发辐射影响了图像的对比度，于是在2012年他们又提出了新的内部结构的设计方案[11]，如图6所示。该方案和2009年提出的设计方案相比，系统结构中多了一个光源调制DMD阵列，这就意味着红外辐射源辐射的能量可以有选择性地透射到投影DMD上，使投影DMD避免受到辐射源的长期照射，减小了自身辐射能力，提高了图像的对比度，成品实验中发现对比度从8位提高到了12位。

随着分辨率和精度要求的不断提高，2013年，美国SBIR公司设计了基于两个像素元均为1024×1024的MIRAGE-XL电阻阵列的红外双波段目标模拟器[12]。电阻阵列的工作频率为200Hz，在中波红外下温度达到675K，在长波红外下温度达到550K，每个MIRAGE-XL包含三个部分：数字辐射器DEE＼温度支持系统TSS＼控制电子系统C&CE。系统结构图如图7所示，模拟器的部分实物图如图8所示。和之前的技术相比，本次设计中对控制电子系统C&CE进行了改进，提供了更宽的工作光谱段，减小了波段覆盖的可能性，实现了两个波段之间的串扰校正，并且使串扰低于单一波段要求的1%。同时采用内插修正的方法，增强了两个波段的景象匹配程度，使空间匹配精度误差不到0.1个像元，尽管阵列边缘的精度有的会超过0.25个像元，但在两个波段内的非一致性矫正平均低于2%，最终双波段的光谱和空间特性得到改善。

2.3 系统的准直与图像的配准

在需要景象融合的双波段模拟器中，准直系统是图像配准的重要组成部分，它的微小偏差会导致模拟像的位置和真实像的位置存在偏离。由于两个独立波段的光学系统存在多个光程差，增加了对准的复杂程度。为了解决这个问题，主要考虑以下三个方面：（1）实时校正点源光线；（2）两个通道独立的应用程序；（3）实时进行扩展原数据的处理。针对这些问题，2002年，WayneKeen等人提出了利用图形学和点源逆失真的方法来解决这个问题[13]。虽然效果显著，但当两个波段的噪声相差过大或者存在冷、热辐射点源仍会对结果产生微小的影响。

两个波段间的串扰也是双波段模拟器中重要问题，即两个波段之间存在着能量覆盖。产生这种现象的主要原因是分束整合器并不能完全分离两个谱段。2003年，R.Bryan等人使用一个双波段目标模拟器以及与模拟器对应波段辐射的一体化相机进行数据测量，通过测量数据建立了串扰的数学模型，利用数学模型设计了可以减少串扰的滤光片，并确定了滤光片的光谱特性，结构图如图9所示[14]。另外，针对滤光片处理不够理想的情况，如光谱段重叠过大，他们还提出共同驱动（以前是独立驱动）投影机的耦合校准方法，可以把串扰信号转化成所需要的信号。

在这些研究的基础上，2006年美国的艾格林空军基地的真空实验室，运用滤光片和耦合校准的方法对先前设计的双波段红外目标模拟器进行改进，改进后的模拟器在空间匹配和辐射度校正上都有了明显的提高[15]。在研究设计过程中，他们提出“反响应函数”的概念。反响应函数从测量中得来，表示期望输出的一个多项式函数，通过每一次辐射、每一帧图像可以得到一个反响应函数，通过反响应函数可以实现对下次辐射和下一帧图像的校正。

3 国内双波段目标模拟器的发展

国内的景象仿真技术起步比较早，在20世纪90年代就有一定数量的成品研制出来。但我国在双波段景象仿真方面起步相对较晚，还需要做一些深入的研究。

国内最早在2006年，上海技术物理研究所研制出了双波段红外辐射源系统，如图10所示。它包括长波红外和短波红外两个波段，长波红外采用中温黑体源，短波红外采用高温黑体源。中、高温黑体源通过光阑孔的出射辐射经调制器变成正弦调制辐射，两路光束经光学耦合器合成一路光束，再经平面反射镜入射到离轴抛物面主反射镜后变成平行光出射。为了抑制干扰，在耦合器一侧设置一个吸收腔，把耦合器反射的高温黑体辐射及其透过的中温黑体辐射全部吸收掉。该系统一方面可以通过电控箱的操作面板，人工进行温度、调制频率的设定；另一方面可与计算机通讯，实现自动控制。主要参数如下：

中温黑体：

温度分辨率：0.001℃；

目前，国内比较先进的双波段目标模拟器在分辨率和背景温度方面可以达到以下标准：在角分辨率方面，中波角分辨率和长波角分辨率分别能够做到0.12mrad和0.29mrad；在温度分辨率方面，最高温度分辨率可以达到0.05℃，最高背景温度能够达到600℃；在像元数和灰度等级方面，在1～5μm波段像元数为1280×1024，在8～14μm波段像元数为640×512，灰度等级可以达到256级，帧频约为100～200Hz。

4 结 论

改进的双模型的运动目标检测方法 篇4

运动目标检测已经成为一个热门的课题,检测过程中时常会出现运动场景中光线变化、背景突变和运动目标产生的阴影等难题,到目前为止国内外研究人员已经提出了一些方法来解决这些问题[9,10,11,12,13]。当前目标检测的方法大致分为三种:光流法[9,10]、帧差法[11]和背景相减法[12,13]。光流法是通过利用输入图片的光流场来检测运动物体的,既适应于静态背景的目标检测,也适用于动态背景的目标检测。但这种方法计算量大,抗噪能力差,对于光照变化比较敏感。帧差法利用前后两幅图像的差值来检测判断出运动的目标,然而该方法不能检测速度过慢的物体,检测出的物体内部会容易造成空洞。由于背景相减法具有灵活性和有效性等的优点,它已经日益受到研究人员的关注。背景相减法首先建立一个无运动物体的背景模型,通过计算当前帧和模型的差异来检测运动物体。Maddalena等人[14]提出了基于人工神经网络的自组织背景减法模型(self organizing bachground subtraction,SOBS),该算法对光线的变化和遮挡有较强的鲁棒性,然而运算代价比较大。Barnich等人[15]提出了基于像素的非参数化随机样本模型(visual background extractor,Vi Be),该方法运算简单,静态场景下有很好的检测效果,但是其阈值固定,限制了算法对于动态背景(例如晃动的树叶、闪烁的灯光等)的自适应能力。Hofmann等人[16]提出了基于像素的自适应分割(pixel-based adaptive segmenter,PBAS),但是该算法对缓慢的光照变化具有较强的鲁棒性,而在背景动态区域检测目标精度较低。Baocai Yin等人[17]提出基于双模型的背景分割算法,该算法对于运动物体容易造成检测的目标缺失,检测会出现鬼影[18]现象。

由于双模型算法存在检测过程中运动目标检测不全、前景误检率高和出现鬼影等现象,本文提出一种适用于动态背景下改进的双模型目标检测算法。首先对前、背景的判断条件进行改进,用新一帧图像像素点像素值和背景模型对应位置样本值之间的距离和阈值比较,使前景更全面地被检测出来;通过对自适应决策阈值更新方式的改变,把邻域模型和自模型结合作为阈值增加或减少的条件,使得检测结果更精确,抗噪性能增强;本文结合帧间差分技术,通过比较对应位置像素值的时域变化来判断鬼影像素,以达到快速消除鬼影的目的。

1 双模型背景建模算法

双模型[17]算法由自模型和邻域模型两种模型构成,用来实现对背景提取和运动目标的提取。它是一种基于样本随机聚类的背景建模算法,其核心思想是:背景样本用两种相关联的模型来描述,分别称为自模型和邻域模型。自模型表示背景样本中在相同位置处的像素值;邻域模型表示背景样本中像素点周围邻域位置的像素值。该算法以新一帧中像素点像素值与样本中任意点像素值的距离作为判断前景背景条件,以背景特征为基础来改变阈值大小,用新来像素点依据更新条件随机代替样本中任意点,实现对视频序列的目标检测。

1.1 自模型和邻域模型

对于某个视频序列,前N1帧图片在位置点xi处的像素值I(xi)组成一个样本集合如式(1)所示。

该集合BS(xi)称为自模型;前N1帧图片在位置点xi邻域{y1,y2,…,yN2}处的像素值I(yj)组成一个样本集合如式(2)所示。

该集合BN(xi)称为邻域模型,此处N2表示在位置点xi处邻域中像素点的个数。

1.2 前景背景检测

前景检测的目的是从视频序列中将变化的目标从背景图像中提取出来,运动前景的有效检测在目标跟踪、目标分类、行为理解等后期处理至关重要。双模型检测算法中,运用视频序列中新一帧图片与背景模型的差异来区分前景和背景。前景和背景像素的判断方式如下:①当样本集合中若满足当前像素值I(xi)与背景模型中自模型样本值BSk(xi)(BSk(xi)是自模型BS(xi)中第k个样本)的距离小于给定的阈值R(xi)的条件的个数大于等于Smin时,则前景分割掩模F(xi)记为0表示背景;②若满足当前像素值I(xi)与背景模型中自模型样本值BSk(xi)的距离小于给定的阈值R(xi)+r的条件的个数大于等于Smin,则前景分割掩模F(xi)记为0表示背景;③若满足当前像素值I(xi)与背景模型中邻域模型样本值BNm(xi)(BNm(xi)是邻域模型BN(xi)中第m个样本)的距离小于给定的阈值R(xi)的条件的个数大于等于Nmin,则前景分割掩模F(xi)记为0表示背景;④不满足以上三种情况的将前景分割掩模F(xi)记为1则为前景。用公式(3)表示如下:

式(3)中Smin和Nmin是固定参数,取值大小分别取决于N1和N2的大小。当N1和N2增加或者减少时,Smin和Nmin也要对应地增加或减少。Smin和Nmin值过小时会使背景点增加;Smin和Nmin过大时前景点增多,算法抗噪能力减弱;“#”表示满足条件的总个数,用F1、F2、F3分别表示公式(3)中前三种情况的结果。式(3)中计算当前位置点xi像素值与背景模型样本值的距离如公式(4)所示:

在双模型检测过程中,R(xi)通常是一个低值,可能会导致错误的检测。然而,设置阈值R(xi)+r能够避免场景突然改变而引起的错误检测,所以当F1=0、F1≠0且F2=0时,当前像素被判断为静态背景像素;动态场景的像素值不是固定的,然而动态场景像素点的变化通常能够通过邻域像素点的变化来体现。因此,利用根据这种特征,当F2≠0且F3=0时,当前像素被判断为动态背景像素,判断过程如图1所示。

1.3 背景模型的更新

通常情况下检测到的前景区域不需要更新,背景模型只需要更新那些当前被判断为背景的像素点,然而双模型并不是所有的被检测为背景的像素点都要更新。更新原则如下:①当F1=0时,背景模型不需要更新;②当F1≠0和F2=0时,随机均匀选择k∈1,2,…,N1,自模型BSk(xi)中任意像素点被当前像素点I(xi)替换,邻域模型的邻域中任意像素点BN(yi)也被当前像素点I(xi)替换;③当F2≠0和F3=0时,从自模型BS(xi)中随机选取一个样本用I(xi)来代替,此时邻域模型不需要更新。

1.4 阈值更新

因为背景的复杂性和多样性,因而所有像素点对应的阈值并不是固定不变的。双模型的决策阈值更新方式如公式(5)所示。

式(5)中dr和ir是固定参数,由公式(5)可以看出阈值R(xi)的更新取决于前景的判断情况。

2 EMD运动目标检测算法

双模型背景建模运用到目标检测领域中实时性高,取得了较好的运动目标检测效果,但是也存在一些不足:①在前后帧运动目标运动幅度不明显时,容易产生检测缺漏不完整;②在动态场景下,双模型误检率比较大,产生的噪声比较大;③若在背景模型前N1帧中出现静止的运动目标,会产生出现鬼影的区域如图2(b)所示,并且后续运动目标出现在该鬼影区域会导致检测不完整,从而影响后面的运动目标检测。双模型的英文是dual model,文中简称为DM,本文改进的算法简称EDM(enhanced dual model),下面就以上三点不足进行改进。

2.1 EDM的前景背景检测方式

把模型中像素点样本值与当前帧对应位置像素点的像素值的距离作为前景背景判断依据,当前后帧变化不明显时,容易使得检测的目标缺漏丢失。为全面地检测出前景目标,判断前景背景的过程如公式(6)所示:

F1、F2、F3、F4分别表示公式(6)中前四种情况的结果。

为减少前景目标缺漏丢失的情况,模型中像素点样本值与当前帧像素点的像素值的距离反映了与背景样本的差异性,式(6)中采用平方的方式使得前后帧变化的差异更大,可以有效地弥补DM模型中前景检测缺漏的缺点;式(6)中相比DM模型多加的第四种情况并不是多余的,当F2≠0且F3=0时被判断为具有明显变化的动态背景,当F3≠0且F4=0时被判断为微小变化的动态背景,能够将背景区分得更明显,并且在自适应阈值更新中也会运用到。

2.2 EDM的自适应决策阈值更新

判断前景和背景是依据每个像素点对应的决策阈值R(xi),双模型中决策阈值的更新仅仅与自模型相关,和邻域模型的变化无关,容易对检测产生误检,检测精度比较低。

对于每个像素点,必须有一个合适的决策阈值来正确地检测出结果。合适的决策阈值不能太高,太高会将前景检测为背景;同时,阈值也不能太低,太低可能将背景像素检测为前景。根据式(6)可知,决策阈值在自模型和邻域模型中都相当重要。因此,根据前景背景判断式(6)提出改进DM模型的自适应决策阈值,决策阈值R(xi)的更新方式如公式(7)所示:

式(7)中设定S(xi)在每个像素点位置上为固定值,此阈值更新方式把自模型和邻域模型紧密结合。根据改进的阈值更新方式(7),自模型中当决策阈值能正确地检测到动态背景像素时,R(xi)在下一帧中就会变低;当阈值R(xi)低于合适值时,F1将会变成1但是F2仍然是0,此时R(xi)在下一帧增加,增加的幅度大于DM中阈值增加的幅度;在邻域模型中当F1≠0且F2≠0且F4=0时,此时F3的值是不能确定的,但始终是动态背景,决策阈值R(xi)不断地减少,当R(xi)的值满足F2=0时,在自模型中继续更新阈值。

2.3 DM鬼影的去除

DM模型阈值的更新方法无法快速地消除鬼影,鬼影是与实际运动目标不对应的前景区域,当背景模型中存在运动目标或者运动目标的状态转变会产生鬼影。为了更快地消除鬼影,总体思想是:如果某个检测区域检测的结果是前景区域,但是该区域在较长时间内一直是前景,则判断该区域为鬼影,应把该区域判断为背景,从而消除鬼影。算法详细步骤如下:为每一个像素设置一个计数变量T(xi),初始化为0,当像素xi被检测为前景像素时,用当前帧的像素值与前一帧该对应位置像素值作差,如果差值结果小于设定的差异阈值Tmax,则该像素的T(xi)加1,否则T(xi)为0。该算法用公式(8)表示如下:

式(8)中m(xi)表示像素点xi是否为前景像素,它的值为1时则表示为前景像素,为0时表示为背景像素;n(xi)表示相邻两帧在同一位置像素点对应的差值与阈值Tmax的比较情况,n(xi)=0表示差值小于等于阈值Tmax,n(xi)=1表示差值大于阈值;当T(xi)大于设定阈值Mmax时,把对应的像素更新到背景中,该方法对于去除长时间内像素点没有变化的前景像素更有效率。

接下来以某个视频为例描述鬼影的产生与消除。此处采用的视频序列是交通路口的监控图像,其中运动目标的特点是:原来静止的人突然骑自行车。实验输入的图片序列是交通路口的监控图像,从序列的第1008帧开始原先静止的人开始骑自行车,在原来静止的地方产生了鬼影,图2(a)、图2(b)、图2(c)分别是目标从静止到骑自行车一段时间后、DM模型检测效果、EDM模型算法消除鬼影的效果。从图中可以看出,由于目标突然改变运动状态,DM模型的检测产生了鬼影,而本文结合帧间差分EMD算法可以消除鬼影区域,从而具有更为准确的检测结果。

3 实验结果及分析

3.1 EDM的前景判断和阈值更新方法的目标检测实验

实验是在软件环境MATLAB平台下完成的,硬件环境处理器为AMD A6,4 G RAM。算法中所涉及的参数设置如下:N1=25,N2=8,Smin=2,Nmin=1,R0=30,r=15,ir=0.08,dr=0.02,S(xi)=0.05,Tmax=50,Mmax=40,文中k取值范围是[1,25],m的取值范围是[1,8]。

本文选取changedetection数据集[19]中的三个动态背景测试序列(canoe,overpass,fountain02)对动态背景进行鲁棒性的测试。图3是DM模型和EDM模型算法的效果对比图,图3(a)是原输入序列canoe中第957帧图像;图3(b)是该帧图像的真实前景,图3(c)是DM模型算法检测出来的效果图,从图中可以看出DM模型检测图中会有缺漏,船的整体没有被检测出来,图3(d)改进后EDM算法的检测结果,从效果图可以看出双模型由于前、背景判断条件不够完善,导致检测目标结果不完整,本文算法通过用新来像素点图像值与背景模型样本值之间的距离和阈值进行比较的改进方法则较完整地检测出运动目标。图3(e)是overpass图片序列中第2 366帧图像,图3(f)是该图片的真实前景,图3(g)是DM模型检测的结果,该算法不能完全消除动态背景晃动的树叶,人的身体部分也没有完整地被检测出来,通过对前景背景的判断情况把自模型和邻域模型结合起来,作为阈值增加减少的条件,能有效地消除动态背景的干扰,图3(h)是改进算法EDM的检测效果。图3(i)是fountain02图片序列中第743帧图像;图3(j)是该图片的真实前景,图3(k)是DM模型检测的结果,图中可以看出检测出的结果不全,图3(l)是EDM检测的结果。从图中可以看出,EDM算法检测到的运动目标像素更多,并且运动目标更加清晰和完整。

3.2 本文算法的定量分析

为了使本文改进的算法EDM更有说服力,在此采用正确分类百分比函数(PCC)来测试二值分类的性能,根据文献[20]该函数在图像处理领域应用比较广泛,如公式(9)

所示:

式(9)中TP是正确检测为前景像素点的个数;TN是正确检测为背景像素点的个数;FP是被错误检测为前景像素点的背景像素点个数;FN是被错误检测为背景像素点的前景像素点个数。选取上面实验中动态背景canoe、fountain02和overpass视频序列进行PCC统计,最终的数据如表1所示,可见本文DEM算法在正确分类百分比上比DM模型有较大提高。

4 结论

本文针对DM背景建模存在前景检测缺漏、误检和出现鬼影的问题进行改进。首先,使用改进的前景背景判断方式,用新像素点图像值与背景模型样本值之间的距离值和阈值进行比较,在动态背景下更能全面地检测出前景;其次,改进自适应阈值的更新方式,将阈值的更新与自模型和邻域模型紧密结合,不单单是根据自模型来改变阈值,通过把自模型和邻域模型对前景背景的判断结果作为阈值改变的依据,能更精确地进行检测;最后,本文结合帧间差分技术通过比较对应位置像素值的时域变化来判断鬼影像素,以达到快速消除鬼影的目的,有效地去除了鬼影带来的干扰,使检测结果更准确。实验结果表明,本文的EDM算法在动态背景下对目标检测有很强的适应性和鲁棒性。

摘要：在动态背景下,由于双模型算法对运动目标检测时会出现误检、目标检测不完整和出现鬼影的现象,提出一种改进的双模型的运动目标检测算法。该算法首先对双模型背景的判断方式改进,将新来像素点图像值与背景模型对应位置样本值之间的距离和阈值进行比较,可以全面地区分前景和背景。然后对自适应阈值更新方式改进,通过对前景背景的判断情况把自模型和邻域模型结合起来,作为阈值增加或减少的条件,能够更精确地检测出前景。最后,结合帧间差分技术,通过比较对应位置像素值的时域变化来判断鬼影像素,以达到快速消除鬼影的目的。实验结果表明,改进算法的检测结果比原来的双模型更加精确、全面。

双目标 篇5

神落实情况的报告

****年*月*日县政府召开的2011年经济社会发展目标“双过半”会议。会议上总结了截止到目前我县经济指标完成情况，并对为确保实现“双过半”的目标任务提出了具体要求。会后，我乡党委、政府高度重视，及时传达贯彻，结合富仁实际，狠抓落实。

一、及时传达，快速贯彻

乡党委、政府于6月15日召开全乡干部会议，专题传达贯彻全县经济社会发展目标“双过半”会议精神，认真总结了2011年1—5月份全乡各项工作完成情况，科学分析了存在的不足和差距，提出了下一步工作总体思路和工作措施。

二、咬准目标、重点突破

乡党委、政府自加压力、狠抓落实，确保时间、任务“双过半”。

一是继续推进我乡固定资产投资项目。目前我乡上报的项目文件手续不齐全，致使纳入统计的项目数为零，根据这一情况，我乡着专人负责，查找问题，完善相关手续，务必将投资项目纳入6月份的统计中。

二是继续推进我乡猕猴桃、蔬菜、苗木花卉等特色主导产业，努力提高农产品产量、质量和市场占有率；加强对乡规模养殖户的技术指导，不断提高畜牧业出产出栏率，确保群众受益长远。

三是继续推进民生工程建设，按照县委县政府提出要

求，规范我乡有关项目实施，重点抓好农村引水安全工程，综合文化站建设，农村危房改造工程等项目建设，确保人居环境改善，社会和谐稳定。

三、常抓不懈，整体推进

一是抓党的建设不放松。进一步深化创先争优活动，在建党90周年之际表彰一批先进基层党组织和优秀共产党员；按照县委要求，认真抓好村“两委”换届工作；继续推进党风廉政建设工作。

二是抓计划生育不放松。进一步加强计生队伍建设，稳定低生育水平，确保计生工作保类进位目标实现，促进人口与经济和谐发展。

三是抓安全生产不放松。进一步强化安全意识，落实安全举措，打非治违，积极营造良好的安全生产环境。

三是抓节能降耗不放松。进一步加强节能降耗工作，全面实现县上对我乡节能减排的目标要求。

四是抓防汛工作不放松。坚持落实防汛责任制，统筹安排，切实做好防汛准备。

双目标 篇6

虽然近年来航空器制造技术的不断进步已使得航空器安全技术状况得到较大改善,但由于驾驶员人为操纵、航空器自身机械故障、恶劣天气等原因,航空器事故仍难以避免[1]。特别是,近年来直升机失事事故呈上升趋势,直接威胁到人民生命财产安全,并产生严重的经济、政治负面影响。为积极应对上述各种紧急态势,避免森林火灾等次生灾害的发生,国家有关部门制定了相应的搜寻救援预案,其中锁定直升机失事位置后的应急救援是搜救工作的重要内容,而应急救援路线的选择问题是确保这一工作顺利进行的前提[2]。国内外学者已对此开展了相关研究,并提出一系列基于网络理论的模型与算法[3,4,5]。一方面,这些研究大多是针对火灾、毒气泄漏等灾害进行的,很少有文献考虑直升机失事应急救援路线的选择优化问题。另一方面,现有研究大多将时间花费作为最重要的参数,优化目标是使物流传输过程所需时间实现最小化。然而,在实际应用中,应急救援路线的选择往往还涉及除时间以外的其他复杂因素,如安全性、经济性以及道路线的复杂性等,因此属于多目标优化问题[6]。部分文献[5]虽然考虑了应急救援路线的多目标优化问题,但在求解模型的算法时多是通过线性加权的方法,将路线选择的多目标优化问题转化为单目标优化问题,并假定不同优化目标的权重为常数,而在实际的应急物流路线选择问题中,不同优化目标的权重并不是一个常数,而是区间数[7]。

针对上述问题,笔者将对直升机失事应急救援路线的优化问题进行研究,基于运筹学的理论和方法建立路径选择的双目标优化数学模型,并设计出适合模型的算法,以期为决策者选择最佳应急救援路线提供依据。

1 问题描述与模型建立

从图论角度来看,地面错综复杂的道路实际上是一个连接的网络图,道路为图的边,道路之间的交点抽象成图的点的集合,组成网络图的顶点,应急救援物资支持保障中心所在地抽象为网络图的源结点,直升机失事地所在地抽象为网络图的目标结点。在无向网络图上赋予应急救援路线选择的影响因素,可把整个道路网络布局转化为图的拓扑优化问题。为便于表述,在此给出如下变量及名词定义:

1) 设应急交通网络G ( V,E) ,其中,V = { v1,v2,…,vn} 为有限节点集,E为有限弧集合,E V × V,v1,v2,…,vn表示网络中的各个节点,v1为源节点,代表参与应急救援行动的人员的初始位置,vn为目标节点,代表需要到达的目标位置。

2) lij,Lij和tij分别表示节点vi,vj之间的弧的实际长度、当量长度和通行时间,( vi,vj) E。

3) uijWTBZ|0 表示正常情况下人员或车辆在弧( vi,vj) 上的通行速度。ηtij为取决于弧( vi,vj) 中交通工具的影响系数; ηvij为取决于风速的影响系数; ηsij为取决于道路积水的影响系数; ρijm为弧( vi,vj) 上第m个局部通行障碍物的当量长度系数,1 ≤ m ≤nijm; nijm为弧( vi,vj) 中局部通行障碍物的个数; ηrij为取决于直升机失事引发的次生灾害的危险系数。

4) P表示v1→vn的一条有效路径,P为网络中结点的有序序列,P*表示v1→vn的一条最佳救援路径。

在求解最佳救援路线时,综合考虑路段本身和因直升飞机失事可能引发的次生灾害( 如森林火灾) 的影响,将对人类行走速度较大的影响因素用一个危险系数表示,计算各路段的当量长度:

在前述变量和名词定义的基础上,以通过路径所需的总行进时间最短为主要优化目标,表征道路安全性的“当量长度”为次要优化目标,建立直升机失事应急救援路线选择的双目标优化数学模型( 模型Ⅰ) :

式中: ft( P) 为路线P的总通行时间; fL( P) 为路线P的当量长度; xij为决策变量,i,j{ 1,2,…,n} ,xij= 0,1;xij= 1 表示弧( vi,vj) 在选定的路线P上; xij= 0 表示弧( vi,vj) 不在选定的路线P上。式( 7) 表示路线P安全可行的判定条件,Lt为安全通行的最低可承受值,由应急决策者根据直升机失事引发的次生灾害的类型及人体的脆弱性确定[9]。

2 模型的求解算法

2. 1 模型转化与求解

首先,利用理想点法[5]处理上述双目标优化模型,将其转化为单目标优化模型( 模型Ⅱ) :

式( 4) ~ ( 7) 中:为理性点,为权重向量。

根据理想点法定理可知,模型Ⅱ的最优解是模型Ⅰ的一个有效解[8]。当权重向量r珒变化时,可以得到模型Ⅰ一系列有效解,决策者据此可选择符合需要的有效解,即本文所求的直升机失事最佳救援路线P*。然而对于决策者而言,权重向量的确定是一件很困难的事情。为了解决这一问题,本文设计如图1 所示的算法流程。

2. 2 算法可行性证明

首先根据引入的权重向量,为应急交通网络G ( V,E) 的弧( vi,vj) 构建一个新的路权参数wij= r1tij/ ft( P)*+ ( 1 - r1) Lij/ fL( P)*,令Pr1表示对应于权重向量的模型Ⅱ的最优解,根据公式( 2) 和公式( 3) ,,即。作为图论的经典问题,最短路径问题的定义是在一个赋权图的两个顶点之间找出一条具有最小权值的路径[5]。而根据上述分析可知,求解模型Ⅱ的最优解实际上就是寻找应急交通网络G ( V,E) 中关于路权参数wij的最短路。因此图1 所示的算法中求解模型Ⅱ的最优解可通过传统的最短路算法实现。

然后,根据公式( 8) 构建2 个辅助函数: ft( r1) = ft( Pr1) ,fL( r1) = fL( Pr1) ,结合笔者已有的研究成果[10],容易得到下述辅助函数的性质:

性质1若r1= ( α - β) /3,其中[α,β][0,1 ],那么:

①若fL( r1) < Lt,则ft( Pζ) ≥ T( Pr1) 且fL( Pζ) <Lt,ζ[α,r1]。

②若fL( r1) > Lt,则ft( Pζ) ≤T( Pr1) 且fL( Pζ) >Lt,ζ[r1,β]。

③若fL( r1) = Lt,则P*= Pr1。

根据性质1 可知,如果模型Ⅰ有最优解,那么对于图1 所示算法流程图中的任意一个搜索区间[α,β]( 初始时[α,β] =[0,1]) ,可以通过选择试探点r1= ( α -β) /3,并调用传统最短路算法求解模型 Ⅱ 的最优解Pr1,若fL( r1) ≠ Lt,根据性质1 的结论①、②可知,可以将搜索区间缩小1 /3 或2 /3,那么通过反复迭代及试探性搜索,都可以得到求解最佳救援路线P*的一个更小的搜索区间,直至得到满足fL( r1) = Lt或循环终止条件NC > NCmax的路径Pr1,那么P*= Pλ。综上所述,图1 所设计算法可行,证毕。

3 实例模拟

图2 为一个具有20 个结点的应急交通网络,假设应急救援物资支持保障中心为结点1 所在位置,失事直升飞机坠落地点为结点20 所在位置。网络中各条弧的长度lij,初始通行速度uij0,弧( vi,vj) 中交通工具的影响系数 ηtij、风速影响系数 ηvij、道路积水影响系数 ηsij、危险系数 ηrij、局部通行障碍物的当量长度系数 ρijm以及弧( vi,vj) 中局部通行障碍物的个数nijm如表1 所示。

表1 的数据设置可以反映实际应急交通网络的结构并对灾害扩散对应急交通网络通行状况的影响实现了模拟。这里根据受灾害扩散影响程度的不同将应急交通网络与20 个节点划分为3 个区域,如图2 所示( 通过相邻两区边界的弧被视为在前一个区域内) ,危险系数 ηrij的不同反映了飞机失事引发的次生灾害对应急救援交通网络中各弧段的影响,ηrij的取值区间根据应急交通网络分区划分为3 个等级: 区Ⅲ为1,区Ⅱ为( 1,1.5) ,区Ⅰ为( 1. 5,3 ) ,具体数值根据取值区间随机假定设置,距离失事地点较近的路段具有较高的危险系数( 例如区Ⅰ内的路段) ,距离失事地点较远的路段具有较低的危险系数( 例如区Ⅲ内的路段) 。

为验证本文算法相比传统最短路算法的优势,假定决策者给出的当量长度的最低可承受值Lt= 480 m,编译图1 所示算法求解应急救援物资支持保障中心到失事直升飞机坠落地点的最佳救援路线,结果见表2。从表2 数据可以看出,根据传统最短路算法求解的两个理想点中: 路线1→6→7→8 →13→9 →14→15→20 的行驶时间最短,虽然满足了应急救援的时效性需求,但路线的当量长度过长,超过了安全性上可承受的范围,无法保障救援人员自身的生命安全; 路线1→6→7→8→13→18→20 的当量长度最短,但是行驶时间过长,从应急救援的时效性来看并不合理。根据双目标优化算法求解的路线为1→6→7→8→13→19→15→20,其当量长度相比1→6→7→8→13→18→20 少了63. 79% ,却只比1→6→7→8 →13→9 →14→15→20 的运输时间多了38. 99% ,据此可以得出结论,本文的双目标优化算法能同时兼顾时效性和安全性两方面的优化需求,因而相比传统的最短路算法更具优势。

4 结论

1) 本文直升飞机失事后造成的次生灾害对交通网络中各弧段通行状况的影响,建立了直升机失事应急救援路线的双目标优化模型。模型中将各弧段的安全性建模为弧段的“当量长度”,用不同的系数来表示各弧段的危险程度,从而实现了对应急交通网络更贴近实际的模拟。通过将双目标优化模型转化为单目标优化模型,设计了求解模型的双目标优化算法,算法的正确性证明及实例模拟表明了模型和算法的正确性和有效性。

2) 应急救援中还需要根据不同的事故情景考虑很多其他复杂的实际因素,本文针对直升飞机失事后的应急救援路径选择这一基础性问题建立了一个更贴近实际的数学模型。但是在有些事故灾难中,有时可能没有多余的救援路径可供选择,比如能只有单条可通行的路径,甚至道路完全被损坏,此时,紧急救援物资储存点的合理选址与优化则成为值得研究的问题。

参考文献

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双目标 篇7

关键词：股票投资,双目标规划模型,组合投资

创业板市场 (Growth Enterprise Market, GEM) 是指专门协助高成长的新兴创新公司特别是高科技公司筹资并进行资本运作的市场, 创业板市场是一个高风险的市场。

本文选取深圳创业板市场2 0 1 0年6月到2 0 1 1年四月的数据, 假定投资者从2 0 1 0年6月1日进入股市, 只在特锐德 (3000001) 、安可生物 (300009) 、鼎汉技术 (300011) 、上海凯宝 (300039) 四支股票中进行投资选择, 我们试给出投资者的最佳投资选择, 包括投资者的最大获利、资金增长倍数和投资策略。

一、模型假设及问题分析

(一) 模型假设

1、证券市场是一个有效市场, 证券价格是各种信息变化的综合反映。

2、在投资决策中, 投资者只关心收益和风险两个指标, 并认为所有投资者都厌恶风险且追求收益最大化。

证券投资的目标是净效用最大化。

3、某个投资者的证券投资行为不影响证券市场价格。

4、假设小李在第一次抛售股票之后不再买进。

(二) 问题分析

我们首先为小李确定在每支股票上的最佳投资比例, 然后再针对每支股票分别进行股票的买入卖出, 最终使小李获利最大。

最佳投资比例的确定是通过构造收益函数和风险函数, 建立双目标规划模型, 不断调整收益和风险之间的权重, 确定最佳投资比例。

我们将每支股票增长的区间找出, 算出每个区间的收益率, 然后用投在各支股票上的本金“利滚利”。最后我们能求出小李的最大获利。

二、模型说明

1、任何股票投资都是收益与风险并存, 一般来讲, 高收益伴随着高风险。降低风险的有效方法就是分散投资, 并且投资越分散, 风险越小。因此对股票的收益和风险的度量十分重要。

2、我们将股票的收益率看做是随机变量, 用收益率的均值描述投资的收益, 用收益率的方差描述风险。

3、投资者追求收益最大化和风险最小化, 即其投资策略可以描述为一个双目标规划问题:

其中, R (x) 表示收益函数, V (x) 表示风险函数, xi表示对第i支股票的投资比例。

三、模型的建立及求解

1、数据处理后, 我们得到2010年6月1日到2011年4月29日4支股票的47个交易日的周收盘价格。

2、求每只股票的周收益率rjt (47个) , tjt= (pj, t+1-pjt) /pjt。这里pj, t+1, pjt分别是第j支股票第t+1周周五和第t周周五的收盘价, 具体计算我们是通过C语言编程实现。

3、计算第i支股票周收益率期望值E (ri) (i=1, 2, 3, 4) 。 (T=46) 。即为第i支股票的收益, 四支股票的收益情况如下:

4、计算第i支股票的标准差σi。即为第i支股票的风险。四支股票的风险如下:

5、收益函数

6、考虑到投资越分散, 总的风险越小, 当小李用10万元投资四支股票时, 总体风险我们用四支股票中最大的一个风险来度量。风险函数

7、我们希望所做的投资收益高, 风险小, 我们把双目标规划转化为单目标规划:

m i n t=λV (x) - (1-λ) R (x) , 其中引入的λ (0<λ<1) 为权重, 也即是衡量收益和风险的相对重要性。λ可取0到1之间的任意值。。

8、整个目标规划问题可以描述为:

9、我们知道投资越分散, 风险越小。根据lingo编程结果, 对λ取0—1之间不同的值, 发现当λ>0.2以后, 在四支股票中的投资比例是固定的, 因此从衡量股票的平均收益率和风险的角度, 我们确定了在这四支股票中的最佳投资比例。如下表所示:

10、投资比例确定之后, 要求小李在这段时间最多获利大小, 我们假设小李在股票投资中能做出最明智的选择, 也就是能合理分析每支股票的涨跌趋势, 并根据“低买高卖”的原则在合适的买点和卖点进行买进卖出交易, 并且每次交易后的盈利计入下一次交易的资金中, 这样就能使小李获得更多的收益。

假设股票300001交易次数为N, 第i次交易的买入、卖出价分别为xi、yi, 则每次交易的收益率为, 记为pi。则到期该股票的所有交易结束后的收益 (包括最初投入资金) 为10*μi* (1+p1) … (1+pN) 。为简化计算的复杂度, 我们将可将收益率p1、…PN进行平均, 求出N次交易的均收益率qi, 则总收益可表示为10*μi* (1+q1) N。

四、模型求解结果

经过计算可求出股票3 0 0 0 0 1的收益为2 2 3.8 8 4 9万元。以此类推可求出其它三支股票的收益1 4 8.6 7 3 2万元、283.4826万元、195.5612万元。最后求得总收益为851.6019万元, 即资金增长了85.16倍。小李采取的股票投资策略是组合投资。

五、总结

本文建立了多目标复利计算模型。我们首先确定小李在每只股票上的最佳投资比例, 在多目标规划中, 我们考虑风险和收益两个主要因素, 将风险看做平均收益率的标准差, 在收益最大风险最小的目标下, 不断调整风险和收益之间的权重, 确定最佳比例。最后针对每支股票采用复利计算方法求得小李的最大获利为:851.6019万元, 资金增长了85.16倍。采用组合投资的方法。

参考文献

[1]易丹辉.数据分析与Eviews应用.北京:中国人民大学出版社, 2008

[2]姜启源, 谢金星, 叶俊.数学模型.北京:高等教育出版社, 2003

双目标 篇8

过孔是印刷线路板 (也称为印刷电路板) 的重要组成部分, 过孔的加工费用通常占制板费用的30%和40%, 而在制造印刷线路板的流程中, 由打孔机进行打孔作业, 因此, 提高打孔机的生产效能是降低印刷线路板成本的主要途径之一, 所以研究打孔机路径优化问题就显得尤为重要。

本文首次采用不等式的方法[1,2,3]解决双钻头打孔机优先级问题及采用剥离和虚设过孔的思想解决一个过孔多次被钻的问题, 并设计嵌入优先级的遗传算法[4,5]来解决多目标的0-1规划模型。最后借用2012年“深圳杯”数学建模夏令营竞赛D题中的数据[6]进行实验, 并对实验结果进行分析。

一、建模准备

1.1 虚设过孔

由于同一线路板上的过孔不要求加工完毕后, 再加工下一个过孔, 故, 钻头每次钻孔是独立的。基于此, 可将需多个刀片加工的过孔剥离。若某过孔需要n种刀片加工, 那么对于该过孔, 再虚设n-1倍过孔。由题目的表一[6]可知, C、E、F、G、I、J都需要多种刀片加工, 分别对其虚设过孔;那么10种过孔表示为:Aa、Bb、Ca、Cc、Ec、Ef、Fg、Fh、Gd、Gg、Gf、Hh、Ie、Ic、Jf、Jc (Aa表示用a刀片加工的A种过孔) 。

1.2 几个定义

定义1设t'为钻头1打孔总时间, t"为钻头2打孔总时间, JT为钻头工作时间均衡度, 则有:

定义2设c'为钻头1打孔总成本, c"为钻头2打孔总成本, JC为钻头工作成本均衡度, 则有:

定义3设t'为钻头1打孔总时间, t"为钻头2打孔总时间, t为钻头工作时间跨度, 则有:

定义4设dij为i与j两点之间的距离, yki为钻头k是否钻过i孔, Dij为两钻头合作间距, 则有:

说明:其中, Tij为i过孔到j过孔的时间, xkij表示钻头k是否经过i孔到j孔, xkij∈{0, 1}, yki∈ (0, 1) 。

二、多钻头最佳作业线路的0-1规划模型

2.1 基于多目标优化的多钻头最佳作业线路模型

决策变量

目标函数

目标一:双钻头同时进行打孔作业, 当打孔时间用时最长的钻头完工时, 一块线路板才算加工完毕, 故追求打完一块线路板的时间跨度越短, 即:

目标二:每个钻头都有自己的作业成本, 当加工完一块线路板, 钻头所花的总作业成本尽量少则最优, 即:

其中, Qij为i过孔到j过孔的成本.。

目标三:两钻头工作时, 每个钻头都有自己的作业时间, 需保证两钻头的作业时间均衡, 即:

目标四:两钻头工作时, 每个钻头都有自己的作业成本, 需保证两钻头的作业成本均衡, 即:

约束条件

(1) 钻头数目约束:

起点过孔数目等于钻头总数, 其他过孔点的钻头数为0, 即:

其中, 线路板上的所有过孔编号集合为U, 两钻头开始打孔位置编号为集合D, CDU为除去钻头起始点的其他孔点编号集合, m为钻头总数。

(2) 平衡约束

任意一个终端过孔j仅有一条线路与起点i过孔相连, 且只被一个钻头经过, 即:

任意一个起点过孔i仅有一条线路与终点过孔j相连, 且只被一个钻头经过, 即:

所有过孔需被两钻头打完, 即:

其中, L为总的过孔数。

(3) 优先级约束

C种孔型用c刀片加工前, 必须经过a刀片加工;经过a刀片加工前, 不一定被c刀片加工, 且C种孔型可被一个钻头加工, 也可被两个钻头加工, 即:

其中, j为C种孔型的编号, n1为C种孔型的个数, k, h为两钻头编号, k, h∈{1, 2}。

同理, 可用同样的方法可以得到E、G、I、J种孔型的优先级模型。

(4) 每个钻头, 除起点与终点外, 各边不构成圈, 即:

(5) 钻头合作距离约束:

两钻头的合作距离至少大于a, 即:

其中, a为两钻头的最小合作距离.

综上所述, 双钻头最优线路2TSP模型为:

说明:其中n2、n3、n4、n5分别为E、G、I、J种孔型的个数。

2.2 多目标转化成单目标

(1) 数据处理:由于JT远小于t, JC远小于WC, 为防止大数吃小数, 将大小数相乘再加上大数, 得到如下式子, 即:

其中, JT与JC为钻头工作时间与成本的均衡度, WC为所有钻头的总成本的, t为两钻头行进最大时间。

(2) 转换为单目标:经过数据的处理, 将两目标相乘化为单目标, 即:

其中, Z=TW。

三、基于改进的遗传算法实验结果

首先将2TSP模型转换为TSP模型[7], 然后根据公式 (17) 和 (19) 的双钻头打孔机打孔路径优化模型, 借用2012年“深圳杯”数学建模夏令营竞赛D题附件中的数据, 研究双钻头打孔机打孔优化线路的问题。可知m=2、n1=270、n2=93、n3=20、n4=10、n5=29、a=30mil、L=2814。为找到打孔机最优线路, 本文主要采用嵌入优先级的遗传算法, 运用Matlab.10编程, 求出作业成本和作业时间以及最优作业线路。

(1) 双钻头最优作业线路图

运用Matlab 10.0编程得到下面两钻头的最优路线图, 见图1:

分析图1:图中不同颜色的线代表两个不同的钻头的行进路径, 明显地, 两种颜色的路径差不多, 意味着钻头的作业时间均衡。

(2) 刀具转换方案

根据上图的最优路线, 结合已知的刀片加工顺序原则, 可以确定过点的刀具转换方案, 由于数据量过大, 在此只给出两个钻头前10个点的刀片转换方案, 见表1、表2。

分析:根据表1、2, 可以直观的看出两个钻头在各个过孔间刀片的转换方案, 以此可以给出所有过点的刀片转换方案, 并得到总行进时间385.20秒、总作业成本701.67元。

四、结束语

本文将图论中的多旅行商问题的数学模型成功的应用于双钻头打孔机打孔中, 优化了打孔机运动的距离。减少了加工时间和打孔机总的成本。经过实际应用表明, 该模型满足实际要求, 提高了双钻头打孔机的工作效能。

参考文献

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[6]2012年深圳杯数学建模夏令营竞赛赛题[EB/OL].http://www.sznews.com/zhuanti/node_112146.htm, 2012.10.27.

双目标 篇9

大学生正处于成人早期, 辩证逻辑思维逐渐发展为主要的思维形态, 批判性思维的培养也正满足其发展需要。然而, 大量的研究表明, 我国高校青年学生的批判性思维素养状况不佳, 已有的学生批判性思维倾向不容乐观, 所以加强大学生批判性思维能力培养十分必要。

与传统的知识传授不同, 批判性思维教育的直接目标是教会学生“如何思考”, 其核心技能包括:观察 (observation) 、解释 (interpretation) 、分析 (analysis) 、推论 (inference) 、评估 (evaluation) 、说明 (explanation) 和元认知 (meta-cognition) 。批判性思维是一种能力, 它的培养必须依附于一个具体的载体。促进思考、提高思维能力的一个重要的途径就是思想的交流, 在教学活动设计中表现为“有效的讨论”。在讨论中, 每个学生都可以接收到或多或少的知识, 但是并不是每个学生都可以提高能力。什么样的讨论才是有效的?有效的讨论是学生在讨论中能够同时学到知识, 又培养讨论、分析能力的讨论。

双目标讨论法基于布鲁姆教育目标分类理论设计, 是指在讨论开始前教师对“讨论”的目标设计应该分为两个:一个是知识的获得;另一个是批判性思维核心技能的获得。教师于讨论开始前将两个讨论目标细化, 并告知学生。在讨论结束时, 要求学生分别从“知识获得”和“能力获得”两个方面进行总结。

双目标讨论法的具体实施步骤有讨论前准备、目标的确定和讨论实施三步。首先是讨论前的准备。巧妇难为无米之炊, 为保证讨论的效果, 教师决不能在学生没有充足准备的情况下发起讨论。在发起讨论前, 教师需要确保学生已拥有和掌握:从观察得出的证据和搜集到的相关背景, 即案例和背景资料搜集;理论知识, 包括有助于理解、分析问题理论的基础, 做判断时所需要依据的依据相关标准, 评价判断的可行方法、维度和技巧。其次是目标的确定。目标的确立需要涵盖知识和能力两个方面。知识目标则根据教学内容来确立, 能力目标可以参考Richard的批判性思维培养指导, 将批判性思维能力细化为以下几点:能够提出一个问题或难题, 并能将其清晰准确地进行系统阐述;能够收集并评估相关信息, 并能从中提取思想, 而且有效表达出来;能够在思考时开阔思维, 想出多种可替代想法并分清各自特点, 评估这些想法各自的假设、暗含条件和可能后果等;能够得到有充分理由的结论和解决方案, 并通过相关标准规范来检验该结论;能够与他人一起有效地交流, 共同解决复杂问题。最后是讨论的实施。根据批判性思维能力的核心技能, 对这种综合能力的分层分步进行, 讨论的实施包括一个循环 (澄清问题、分析问题、得到推论、评估该推论) 、表达说明和自我反思三个环节。

双目标讨论式教学设计同时将“知识获得”和“能力获得”确定为讨论的显性目标。传统讨论只显性关注“知识获得”, 而将“能力获得”只作为隐性学习结果的补充和改进。

传统的讨论, “知识获得”的单一目标导致讨论组成员更注重讨论结果, 而忽略讨论过程, 但是讨论的过程却是讨论组成员真正获得和提高批判性思维能力的重要阶段。尽管在传统讨论中, 有经验的教师在讨论前会有意识地向学生讲授促进小组讨论、分析的方法, 但是这却不能提高学生对自己能力培养的主动意识, 从而弱化了学生从讨论过程中获得分析、解决问题能力的效果。双目标讨论方法将能力培养从暗处提到明处, 使得学生在讨论中同时关注讨论过程和结果, 进而有意识地获得知识与提高能力。

双目标 篇10

单级双吸中开式离心泵采用水平中开式结构, 结构简单, 该型泵吸入口和排出口均在泵轴心线下方, 检修时, 可以不动进出口管路及电机, 只要打开上泵盖即可吊出转子, 将全部零件拆下, 因而维修十分方便;其次采用双吸叶轮, 由两个相互对称的单吸叶轮背靠背地或面对面地安装在一根轴上, 能自动平衡叶轮运行过程中产生的轴向力, 因而轴承的可靠性高, 运行稳定。由于单级双吸中开泵的上述优点, 所以在农业给排水工程、石油及化工、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛的应用。随着国家对节能要求的进一步提高, 原先设计的单级双吸中开式离心泵已经适应不了生产的需要, 本文在兼顾离心泵效率、汽蚀性能和可靠性的基础上, 对500SM35型离心泵进行了多目标优化水力设计, 为高效节能型离心泵的设计和研究作了一些尝试。

2. 离心泵多目标优化水力设计思路

影响离心泵效率的主要原因在于泵内存在的各种能量损失, 这些损失主要是机械损失、水力损失和容积损失。机械损失是指叶轮外表面与液体的磨擦损失 (即圆盘摩擦损失) 、离心泵轴承、轴封上的摩擦损失以及叶轮两侧盖板和液体发生的摩擦损失。水力损失是指液体与叶轮内侧有摩擦损失, 液体运动有内部摩擦损失, 在液体运动速度的大小和方向变化时, 有旋涡损失、冲击损失等, 这些损失都消耗了一部分能量。容积损失是指泵由于转动部件与静止部件之间存在间隙, 当叶轮转动时, 在间隙两侧产生压力差, 因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏而造成的能量损失。

现有的离心泵优化设计, 大多是单目标的优化, 如以效率为目标函数时, 往往不考虑汽蚀性能的影响;以泵叶轮的某一项损失最小为目标函数时, 忽略泵压出室、吸水室的损失;导致优化后泵的效率提高有限, 叶轮的各水力参数之间难以实现最优匹配, 而用多目标的优化模型, 可以使离心泵的效率、汽蚀性能、可靠性等指标同时得到提高。本设计以叶轮、压出室、吸水室的综合设计为出发点, 在保证汽蚀性能和可靠性不下降还略有上升的前提下, 提高离心泵效率指标为目标, 对单级双吸中开式离心泵进行了水力设计。

主要步骤包括:1) 建立效率、汽蚀性能、可靠性的多目标函数模型;2) 确定合适的效率、汽蚀性能和可靠性权重, 对多目标函数求解最优解;3) 利用三维绘图软件对叶轮、压出室、吸入室进行三维造型, 优化流道;4) 利用计算机辅助软件进行流场数值模拟, 并对设计结果进行较核, 确定最终设计方案。

3. 样机的多目标优化水力设计计算

本设计采用速度系数法对500SM35单级双吸中开式离心泵的叶轮、压出室和吸入室进行了多目标优化水力设计, 要求达到的设计参数:Q=2020m3/h H=35m n=970r/minη=83%NPSH=5 m。优化设计计算结果如下:

3.1 叶轮几何尺寸的计算结果如表1所示

3.2 压出室的计算结果如表2所示

3.3 吸入室的计算结果如表3所示

4.500SM35单级双吸中开式离心泵的性能试验和汽蚀试验

4.1 试验泵性能参数如表4所示

4.2 试验装置

单级双吸中开泵的试验可分闭式试验系统和开式试验系统两种。本文使用开式试验台进行单级双吸中开泵的性能试验。开式试验台具有结构简单、使用方便、散热条件和稳定条件好等优点。

此次试验压力用弹簧式压力表进行测量, 流量用电磁流量计测泵出口处的液体流量, 轴功率测量采用电测法, 通过测量所得的电动机输出功率计算离心泵的轴功率。

4.3 试验结果及分析

通过单级双吸中开泵的试验得到了多组单级双吸中开泵各流动工况下的流动特征数据。对于这些试验数据分析处理可以绘制出单级双吸中开泵的试验性能特征曲线和汽蚀性能特征曲线。由于在试验中所测得的是散点数据, 在进行性能曲线绘制时就需要应用曲线拟和的方法拟合单级双吸中开泵的性能曲线。

单级双吸中开泵性能试验数据见表5, 图1~图3为泵性能试验曲线, 图4为汽蚀性能曲线。

由图1~图3可以看出, 在流量为2020m3/h左右, 有最高效率点85.18%, 其扬程达到了34.97m, 与设计参数效率83%, 扬程35m相比, 扬程基本差不多, 但效率却比设计参数高了两个多百分点, 可以说基本达到了提高效率的设计目的。由图4汽蚀性能曲线可知, 汽蚀性能技术指标基本与设计参数相差无几, 也达到了标准规定要求, 达到了设计的目标要求。

另外, 从试验结果的流量-扬程的数据表和流量-扬程曲线中可以看出, 性能曲线没有驼峰, 满足相关产品标准的规定要求, 流量扬程的数值满足标准的规定要求。

参考文献

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