城市线性空间设计（共9篇）
城市线性空间设计 篇1
1 城市线性空间景观的研究内容
1.1 城市线性空间景观的概念
城市线性空间景观是以城市道路为基础, 包含道路自身及其沿线地域内的自然景观 (气候、水文、土壤、地质、地貌、生物等) 和人文景观 (建筑、农田、人工植被、雕塑、人工标志等) 的综合景观体系。它是一种具有特定生态结构功能和动态特征的宏观景观系统, 体现人对环境的影响及环境对人的约束, 是文化与自然的一种交流。它的美不仅仅是形式上的表现, 更是建立在环境秩序与生态系统良性运转上的有机结构之美。
1.2 城市线性空间景观的特征
城市线性空间景观的特征主要有以下三方面的表现。
1) 构成要素的多元性。城市线性空间体系是由自然和人工、有机和无机、有形和无形等各种复杂的元素构成[1]。在影响城市线性空间景观的诸多元素中, 道路本身的景观决定环境的整体性质, 其他元素如建筑立面、店招、标识、街具、小品等元素处于陪衬烘托地位, 它们的景观品质可加强或削弱整体景观的氛围, 影响整体环境质量。
2) 时空存在的多维性。从空间上说, 城市线性空间穿梭于城市的各个区域, 没有确定的边界, 是绵延不绝、走向不定、起伏转折的连续性空间;从时间上说, 城市线性空间景观既有一年四季的季相变化、一天早、中、晚的时相变化, 又有人与景观相对位移形成的位相变化, 以及人在线性空间内运动想成的心理变化[2]。
3) 评价方式的主观性。城市线性空间的景观不仅仅是道路景观本身, 还包含评价主体所处的位置、活动方式等都会对评价结果产生影响, 不同的评价主体、评价原则和出发点也必然会形成评价结果的显著差异[3]。如市民、居住者多从生活便利性、环境舒适性等方面考虑;游客、观光者多从个人好恶和体验出发;投资者、管理者多从经济效益、维护管理方面考虑;而设计者、建设者则更多考虑相关技术要求及建设的可实施性。
2 城市线性空间景观的研究意义
2.1 线性空间——城市形象与特色的反应
人们对于城市的印象往往不是从城市形态、城市发展史等专业角度出发, 而是通过城市道路的景观、尺度, 道路两侧建筑物的风格和体量, 路边的指示牌和广告, 道路周边的绿化、小品、设施等要素来感受。无论是坐车穿梭于城市道路, 还是漫步于城市步行空间, 人们对城市的印象来源于道路本身和两侧的建筑、绿地等元素综合构成的整体空间, 而这些空间上的情景往往是人们心中一座城市的景观代表[4]。如, 香港道路两侧林立的店招牌匾反映着这座城市繁华的商业化气息;上海陆家嘴地区道路两侧的现代高楼构成了金融中心的城市印象;卢塞恩的交通系统与湖光山色如画的风景融为一体, 整洁有序的交通系统成为城市美景的一部分 (见图1) 。
2.2 线性空间——城市景观美学的体现
以道路为骨架的城市线性空间景观通常具有附属空间的功能, 道路沿线的景观绿地、水域、服务区、观景台等为过往的人们提供了放松休憩的空间, 使人产生美的感受。如美国的“风景公路”不仅增加了当地居民的休憩娱乐空间, 还激励地区旅游业及相关经济的发展, 对于保护区域历史和风景资源有着至关重要的作用 (见图2) 。
2.3 提升城市空间的美感
美国学者罗杰·特兰西克 (Roger Trancik) 最早提出“找寻失落的空间 (Finding lost space) ”的命题, 他把这种现象的产生归结为汽车、现代运动对城市景观的影响。都市扩张造成了城市中真空地带的不断增加, 在现代都市中随处可见一些“无结构性的”、“界定不清的”、“弃置不用的”、以及“三不管”的空间领域[5]。我国近年来为解决城市交通拥堵问题而发展的立体交通体系, 而城市高架对于周边建筑的逼仄使周边居民的生活受到了负面影响, 高架下方的消极空间总是伴随阴暗、萧条、噪音、压抑的感受 (见图3) 。因此, 城市线性空间景观的研究, 正是要恢复人们生存空间的人性价值, 实现人性的、生态的、公园式的和象征性的城市空间。
3 城市线性空间景观的研究方法
3.1 元素分析法
在评价景观视觉质量的时候, 国际上通常用线条 (Line) 、形态 (Form) 、色彩 (Color) 和质地 (Texture) 4个基本要素来分析, 4种要素的不同组合构成了多样性、尺度性、主导性和连续性的特征。要素通过地形、铺装、植被、水体、街具设施等具体形象构成主要的视觉格局, 道路本身与周围环境之间的尺度关系、位置关系等形成了线性空间的景观特征。
如在象山大目湾银波路景观设计中, 道路本身与周边滨水绿带内的休闲自行车道、滨水步行道组成滨水慢行交通体系, 线形的交通空间边界模糊于滨水景观带和内湾景色之中。空间的形态根据道路沿线的湿地滩涂、船台水工构筑物、度假酒店建筑物等景观节点而不断变化, 并在节点周围保留视觉通廊, 使道路自然成为整个滨水景观带的构成部分 (见图4) 。
人行道采用现代风格的灰色石材铺装, 图案以及颜色都结合功能的区分统一考虑;街道家具及各项公共设施采用形式简洁的金属、石材、玻璃等材质;红褐色的彩色沥青休闲自行车道穿行于滨水景观带中, 这些纯净的色彩和以草坪、乔木为主的绿色植物、湛蓝的海水一起构成滨水大道的高品质景观空间。
3.2 心理分析法
西方学者曾通过将心理学中的信号检测方法运用到风景评价中, 得出评分法 (SBE) 和审美态度测量法 (LCJ) 等方法用于指导设计实践。该方法采用相片或幻灯片或录像带模拟方法, 通过研究不同群体对线性空间中不同景观类型的感知, 找出感知与景观类型的关系, 从而为景观空间的规划、设计与管理提供指导。
在跨区域较多的城市道路景观设计中通常采用心理分析法。在象山大目湾银波路的设计中, 由于银波路位于象山示范新城内, 道路总长6.5 km, 跨越新城内休闲旅游区、健康养生区新城中心区和滨水居住区等不同规划功能区 (见图5) , 景观设计根据道路采用电影化的设计方法:起因 (起景) ——发展 (前景) ——高潮 (主景) ——结局 (结景) 顺序构建道路景观体系。
道路铺装和街具在统一的景观框架下根据周边地块的性质采用不同的景观元素, 起到丰富变化的效果。休闲旅游区为起景段, 采用花朵型主题, 给人花团锦簇、四季如春的视觉享受;健康养生区为前景, 采用波浪主题, 寓意平静悠然的慢生活态度;新城中心区为主景, 选择导向性较强的线条主题, 配合繁华和缤纷的商业片区景象;滨水居住区为结景, 采用块状组合主题, 犹如住宅区房屋的排列, 符合生态示范小区的规划定位 (见图6) 。
3.3 人文分析法
人文分析法是以人为出发点, 把景观作为人的生存空间、认知空间, 强调不同景观对人情绪的影响, 从人性化角度来考虑景观设计。城市线性空间作为城市重要的文化积淀载体, 不仅是城市居民生活的场所, 也负担着传承历史和文化的功能。
在一些历史文化悠久的城市中景观通常要求反映当地文化, 在银波路景观项目中, 对于文化的尊重与体现也是景观设计的重点。设计中无论从街道的种植肌理、景观构筑物还是铺装节点方面, 都运用了能够体现象山“海洋文化”的设计风格和元素 (见图7) 。如从开渔节的船队排列中提取阵列式的种植肌理, 运用于内湾滨水景观带内;以贝壳的形状为灵感得出景观构筑物的形态, 构建出重要景观节点处的建筑物外形;由海浪波纹递进的形式构成铺装形式, 运用于全线人行道及广场铺装。在街具小品方面针对象山的风貌特别设计了具有海洋风格的街具系列, 将形成鲜明的滨海景观风韵。
3.4 生态分析法
随着城市景观美学的发展, 生态系统复杂的时空动态视觉成为景观质量评价的重要方向。道路绿化设计在满足车辆及行人通行安全的前提下, 应该注重绿化组合与配置, 形成不同的季相绿化景观面貌, 满足各种道路使用者的感受。
银波路为象山新城各地块联系的纽带, 紧靠内湾一侧的绿化带较宽, 总体绿化布置以湿地、森林混合方式设置, 体现世外桃源般的生态环境 (见图8) 。
根据道路的位置、功能、使用人群以及道路横断面的形式, 考虑以高大的水杉林为背景, 形成冠大荫浓的绿化主景效果, 局部点缀花灌木, 增加四季色彩变化。内湾绿化带内保留湿地功能, 营造适合鸟类栖息和繁衍的栖息岛, 作为实现生态新城的规划定位的重要景观措施。
植物配置选择适应象山沿海土壤和气候的耐盐碱物种, 并优先选择固碳能力强、抗污染能力强、吸收有害气体能力佳的树种, 同时选择养护成本低且观赏价值高的本土树种。
种植设计以宁波市农业科学研究院的研究报告为基础, 结合实际情况, 选择墨西哥落羽杉、水杉、中天杨、乌桕、本地旱柳、怪柳、湿地松、白蜡、皂荚、加那利海枣等作为基础乔木, 以香樟、银杏、黄山栾树作为行道树。在灌木和地被方面, 选择碱蓬群落、芦苇群落、大叶藻、川蔓藻、水蓼、珊瑚、丝兰、海滨木槿、紫叶李、海桐、醉鱼草等耐盐碱的灌木与猪毛菜、盐角草、拂子茅等盐生草本植物形成混生群落。
4 结语
城市线性空间景观研究涉及工程学、生态学、美学、社会学、心理学、经济学等各个学科, 其景观的价值通过设计、建设、后期养护等连续的过程来实现。象山大目湾银波路的景观设计不仅注重线性空间的欣赏与审美, 还注重景观生态效益的实现。未来城市线性空间的景观研究不仅需要吸收国外优秀的研究成果, 还需在后期运营、政府管理和决策中结合项目实际与审美观念进行细致深入的分析研究。在今后的城市建设中要更科学、更系统地构建城市景观, 促进城市的健康发展。
参考文献
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城市线性空间设计 篇2
巩固二元一次不等式和二元一次不等式组所表示的平面区域，能用此来求目标函数的最值．
重点难点
理解二元一次不等式表示平面区域是教学重点．
如何扰实际问题转化为线性规划问题，并给出解答是教学难点．
教学步骤
我们知道，二元一次不等式和二元一次不等式组都表示平面区域，在这里开始，教学又翻开了新的一页，在今后的学习中，我们可以逐步看到它的运用．
先讨论下面的问题
设，式中变量x、y满足下列条件
①
求z的最大值和最小值．
我们先画出不等式组①表示的平面区域，如图中内部且包括边界．点（0，0）不在这个三角形区域内，当时，，点（0，0）在直线上．
作一组和平等的直线
可知，当l在的右上方时，直线l上的点满足．
即，而且l往右平移时，t随之增大，在经过不等式组①表示的三角形区域内的点且平行于l的直线中，以经过点A（5，2）的直线l，所对应的t最大，以经过点的直线，所对应的t最小，所以
在上述问题中，不等式组①是一组对变量x、y的约束条件，这组约束条件都是关于x、y的一次不等式，所以又称线性约束条件．
是欲达到最大值或最小值所涉及的变量x、y的解析式，叫做目标函数，由于又是x、y的解析式，所以又叫线性目标函数，上述问题就是求线性目标函数在线性约束条件①下的最大值和最小值问题．
线性约束条件除了用一次不等式表示外，有时也有一次方程表示．
一般地，求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题，统称为线性规划问题，满足线性约束条件的解叫做可行解，由所有可行解组成的集合叫做可行域，在上述问题中，可行域就是阴影部分表示的三角形区域，其中可行解（5，2）和（1，1）分别使目标函数取得最大值和最小值，它们都叫做这个问题的最优解．
例1解下列线性规划问题：求的最大值和最小值，使式中的x、y满足约束条件
解：先作出可行域，见图中表示的区域，且求得．
作出直线，再将直线平移，当的平行线过B点时，可使达到最小值，当的平行线过C点时，可使达到最大值．
通过这个例子讲清楚线性规划的步骤，即：
第一步：在平面直角坐标系中作出可行域；
第二步：在可行域内找出最优解所对应的点；
第三步：解方程的最优解，从而求出目标函数的最大值或最小值．
例2解线性规划问题：求的最大值，使式中的x、y满足约束条件．
解：作出可行域，见图，五边形OABCD表示的平面区域．
作出直线将它平移至点B，显然，点B的坐标是可行域中的最优解，它使达到最大值，解方程组得点B的坐标为（9，2）．
城市线性空间设计 篇3
可靠高效的实时交通信息采集是建立先进的交通信息服务系统的前提,常规方式是通过布设在道路上的固定检测器(环型感应线圈、微波、红外线、视频检测器等)采集交通信息。随着GPS、GIS和无线通信技术的广泛应用,利用安装了GPS和无线通信设备的浮动车数据FCD(Floating car data)采集交通信息,已经成为一种新的采集方式。从20世纪80年代开始,美国、日本、德国、荷兰等国家相继开展了针对浮动车的研究和应用[1]。2006年,深圳市重点项目深圳市城市交通仿真系统采用FCD作为原始数据的重要来源[2];董敬欣和吴建平等[3]利用浮动车对北京市道路网功能进行了分析评价;张存保和杨晓光等[4,5]对浮动车数据采集和处理方法进行了研究。
在模拟地面道路交通信息时,将地图上的道路按路口划分为路段,当出租车在某条路段上行驶时,可利用车载GPS接收到的定位数据1计算出车辆在此路段上的行使时间,以此计算出该路段车辆平均车速。但在模拟隧道交通信息时,存在以下特殊情况:①某些隧道可能对出租车限时开放,造成隧道信息出现时段性空白;②车载GPS接收机不能在地下接收信号,并且出租车进出隧道口时GPS接收可能存在时间延迟,无法精确确定车子在隧道中的行驶时间,所以利用地面模拟方法估算隧道车速是不合理的。康盛和沈毅等[6]设计了应用于隧道的虚拟交通流仿真系统。邸义和田中旭等[7]研究了三维图形软件包Open Inventor在隧道交通仿真中的应用。但这些研究没有针对实测的野外流动车数据,因此在进行实时路况的计算时仍有一定难度。
本文提出了应用多元线性回归模型模拟隧道实时车速,根据隧道进出口的几条主要连通道路的通行速度,推估隧道中的通行速度。文中给出了隧道通行速度的多元线性模型,并以上海市大连路隧道为例进行模拟,将实测速度和模拟速度进行比较,结果表明,本方法是合理、可行的。
1 FCD数据
FCD流动车数据是离散的一系列定位数据。如果采用GPS来定位,获得的离散定位数据格式与常用的GPS接收机数据格式相似,FCD的数据格式相对比较灵活,一般情况下,位置数据是必须的,本文所使用的FCD数据格式如表1所列。
注:数据中的经纬度采用的是WGS-84坐标系统。速度为车辆瞬时速度。
采用出租车进行流动车数据采集,出租车上GPS接收装置以2 s的采样间隔记录数据,信息中心设置接收信息的时间间隔为30 s。经系统处理后,每隔5 min对外发布一次城市道路车辆通行速度,不同道路等级按照不同的标准划分为畅通、拥挤、拥堵,分别以绿色、黄色、红色对应,白色为当前时刻没有数据。结合地图方式表现,可获得带有交通信息的城市地图。
图1是上海中心城区和大连路隧道附近区域3 000 辆出租车1 d的FCD展图。由图1可以看出,FCD数据能较好地表现城市的路网信息。但是,黄浦江上除了几座跨江大桥有数据之外,隧道没有任何FCD数据信息。所以为了能够完整地表达上海城市的交通路况,必须拟合出隧道内的交通信息,以扫除盲区。
2 多元线性回归模型仿真模拟
隧道通行速度与隧道进出口的连通路段通行速度相关,而这些地面相关路段的通行速度可以根据接收到的信息计算得出,因此将进出口的连通路段通行速度作为自变量,隧道中的通行速度作为因变量,根据隧道实际跟车路测的速度以及相应时段的连通路段通行速度,可以得出隧道通行速度的多元线性回归模型。
2.1 多元线性回归仿真模拟
如图2所示,假设隧道一个方向的通行速度y受k条隧道进出口连通路段通行速度x1,x2,…,xk的影响,其第i(i=1,2,…,n)组观测值为yi,xli,x2i,…,xki,则多元线性回归模型结构形式为
式中:β0、β1、…、βk为待定参数,即每条连通路段的对应权重;ξi为随机变量。
如果b0、b1、…、bk分别为β0、β1、…、βk的拟合值,则回归方程为
式中:b0为常数;b1、b2、…、bk为偏回归系数。
根据最小二乘法原理,βi的估计值bi应使
根据取极值的必要条件,得到方程组:
进一步写成矩阵形式:Ab=B
式中:A=XTX B=XTY b=[b1,b2,…,bn]T (5)
解方程组可得:b=A-1B=(XTX)-1XTY (6)
2.2 隧道通行速度模拟实例
以上海市的大连路隧道数据为例,计算出模拟多项式。隧道分为正反两向,即浦西到浦东为0,浦东到浦西为1。每个方向都各自选取隧道进出口连通的重要道路路段,如表2所示。
笔者取1 d的数据为例,数据时间段尽量平均分布,共25组。隧道通行速度的估计值由实际路测得出,对应时段的连通路段速度可在FCD系统中查出。按照多元线性回归模型列出等式,得到大连路隧道浦西至浦东方向的车速模拟公式模型参数,如式7所示。
注:V为速度,等式右边V下标为对应路段编号。
由图3可看出,利用多元线性回归模型模拟出来的通行速度与实际路测的速度大致相同。
2.3 模型检验
回归模型建立以后,需对模型的可信度进行检验,以鉴定模型的质量。线性回归方程的显著性检验借助检验来完成[8]。
因变量y的观测值y1,y2,…,yn 之间的波动或差异,是由两个因素引起的,一是由于自变量x1,x2,…,xk的取值不同,二是受其他随机因素的影响而引起的。为了从y的总变差中把它们区分出来,需对回归模型进行方差分析,即将y的总的离差平方和S总分解成2个部分,即
式中:
由式(7)可以看出,当U对Lyy的贡献越大时, Q的影响就越小,回归模型的效果就越好。
F统计量为:
在显著水平α下,若F>Fα(k,n-k-1),则认为回归方程效果在此水平下显著。
在上述大连路隧道模拟中,
在显著水平α=0.005下 ,F>F0.005(11,13)=4.72,回归方程效果在此水平下显著。
3 模拟数据现场验证
模型的可靠性可以通过实际路测验证,将模型模拟值与真实的隧道通行速度进行比较。表3为2007年8月29日大连路隧道浦西至浦东方向实际路测的数据。可以看出,实际路测的数据与模型数据误差很小,足以满足实际运用的精度要求,由此可以说明获得的模型是合理可行的。
4 结 论
实时路况仿真系统由于无法通过GPS接收机收集数据计算隧道通行速度,使得城市交通仿真系统在隧道信息表达上出现盲区。针对这一问题,本文提出了利用多元线性回归模型进行模拟。文中以大连路隧道为例,利用隧道实测速度以及相应时段相关路段的FCD数据,模拟出了大连路隧道浦西至浦东方向的线性模型。通过模型的分布检验以及实际路测验证,线性回归效果显著,模拟出的隧道通行速度与实际隧道路测速度接近,可以满足实际应用的精度要求,有效地反映隧道内的实际情况。
虽然,利用此方法得出的结果精度达到了实际应用的要求,但是由于FCD系统数据本身的复杂性,想要得到理想的模型系数推算条件,需要大量的实际路测数据以及隧道连通路段的FCD信息。在实际操作过程中,由于城市的FCD车辆数据覆盖面并不是100%,有可能找不到对应实测时段的FCD数据,所以需要对动态交通数据做修复处理,确保数据完整。此外,如果隧道中发生了诸如车祸之类的突发性事件,那么回归模型一定会出现偏差,为了得到更为全面有效的隧道实时信息,可以与已有的固定检测设备结合使用,相关研究有待进一步的深入展开。
摘要：给出了Floating Car Data(FCD)技术在实时路况仿真模拟中的应用模式,采用GPS技术获得的流动车数据可用以确定车辆在某一时段内所属的路段、通行距离、时间间隔,计算平均车速。并通过多个车辆的平均车速模拟出地面道路实时通行速度。由于车辆在隧道中接收不到GPS信号,故无法采用地面道路的算法模拟隧道中的通行速度,进而提出了采用多元线性回归模型模拟隧道通行速度的方法,利用与隧道进出口连通的相关路段已知通行速度,推估隧道内的通行速度。此外,车辆路测数据验证了该方法能满足实际应用的精度要求,可以合理、有效地模拟隧道内的实时路况。
关键词：实时路况,流动车数据,多元线性回归
参考文献
[1]张存保,杨晓光,严新平.浮动车采样周期优化方法研究[J].交通运输系统工程与信息,2007,7(3):100-104
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[7]邸义,田中旭,马雷.Open Inventor在隧道交通仿真中的应用[J].交通科技与经济,2006,8(2):1-3
城市线性空间设计 篇4
半空间弹性波强散射双参数非线性反演
研究了半空间内弹性波强散射源的逆问题,利用矩量法进行离散处理,并利用正则化原则避免求解病态矩阵方程,基于DBI(Distorted-Born Iterative)方法,提出了一种非线性反演算法.和Born方法不同的是:该算法在每一步迭代过程中不仅只修正总波场,同时也修正格林函数.数值模拟计算结果证明了本方法的有效性.
作 者：吴国荣 钟伟芳 吴永东 作者单位：华中科技大学土木工程与力学学院刊 名：华中科技大学学报(自然科学版) ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY(NATURE SCIENCE EDITION)年，卷(期)：31(4)分类号：O343.7关键词：弹性波 反演 非线性 强散射 半空间
城市线性空间设计 篇5
世界卫生组织在2000年将通过社区医疗来提升健康程度列为重要的战略决策。社区医疗在提高就医的效率与效益、公平性和可及性四个方面具有显著的特点。近年来, 国家大力倡导发展社区医疗, 将建立数以万计的社区卫生服务机构以方便居民就医。根据卫生部2007年最新的统计数据[1], 全国2007年底已设立社区卫生服务中心 (站) 2.7万个。与上年相比, 社区卫生服务中心增加1 075个, 社区卫生服务站增加3 302个。
当前, 我国的社区卫生网络建设规划, 若能在政府部门的统一规划下, 对区域内的将要新建的社区卫生服务站进行选址研究, 同时让综合医院具体负责开办运作这些社区卫生服务站, 一方面能够避免几家医院为争夺市场而出现的同一区域内社区卫生服务站的重复设置, 另一方面也能使得社区卫生服务站和综合医院之间能够便利地共享医疗资源。
选址问题在生产生活、物流运输中都有着非常广泛的应用。好的选址会给人民的生活带来便利, 降低成本, 提高服务效率和竞争力, 反之往往会对生活带来很大的不便和经济损失。将选址问题应用在医疗服务领域, 国外的研究始于应用在应急医疗设施[3]、血库的选址等[4], 目的是通过选址模型, 能够使得区域内建设成本最小化, 服务覆盖最大化。模型建立之后进一步是对这些选址问题求解的算法改进的研究[5]。2004年针对美国佐治亚州社区卫生机构规划问题, 研究了从全局角度如何对区域内的社区卫生机构选址, 从而最大限度提高资源利用效率。结论说明良好的社区卫生选址机构相对提高公共医疗补助 (Medicaid) , 使得政府能够用更少的投入帮助居民能够获得更多的医疗服务[6]。而国内对于社区卫生服务的研究主要集中在社会医疗保障[8]、医疗服务现状调查分析[7]、宏观层面政策定性[10]研究等方面。这些研究中内容仅仅初步涉及到社区卫生服务及其设施的相关情况。而在实际生活中具体开办社区卫生机构时, 其位置也多以经验为依据, 因此, 本文通过调研现实中居民对社区卫生服务的实际需求, 采用线性规划方法, 建立区域社区卫生机构选址的数学优化模型, 将为我国城市社区卫生网络的规划提供科学的依据。
2 社区卫生服务机构选址问题模型建立
国内一些研究[7]通过对深圳、北京、武汉等大中型城市按照“健康程度”“年龄”“性别”“文化程度”“收入程度”“医疗费用支付方式”等因素进行分类, 以“就近就医”“服务态度”“服务质量”进行问卷调研, 三项因素分别占60%、34.56%和5.44%, 可见距离是很重要的因素。
因此, 本文在满足居民就医需求的条件下, 将“就近就医”作为目标函数, 建立线性规划选址模型。在这个数学模型中, 我们将各个区域居民的卫生服务需求集中到一个点上, 并且假设社区服务站的选址将从这些需求点中选取来进行设置。
模型中定义参数如下。
I:需求点的集合, J:服务站备选位置集合, R:服务站的服务半径, hi:i点的需求量, dij:从区域i到区域j的距离。
为距离矩阵将两点之间距离大于服务半径的认为不能到达, 可以确保下面模型中从需求点到服务点的距离小于服务半径。
同时区域社区卫生服务站的服务半径有可能因为社区的年龄结构、健康程度不同而有所区别, 决策者在利用数学模型进行求解时可以通过区域实际情况来确定社区卫生服务站的服务半径, 并且可以方便地在数学模型中对参数进行更改。
目标函数 (1) 是在满足需求的情况下使就医路程最短化;约束条件 (2) 为在总的资源限制条件下能够建立的最大的社区服务站的个数p; (3) 确保每个需求点都能只被一个服务点覆盖; (4) 确保需求点只能被备选的服务点覆盖; (5) (6) 是为满足变量定义的约束条件。模型的求解, 可以利用求解线性规划的专用软件Lindo编程得到。
3 案例
课题组走访了北京市海淀区10个社区卫生服务网点, 随机调研了50名前来就医的患者。居民可接受的最远社区卫生服务中心步行距离的百分比组成是:步行10分钟以内、15分钟以内和20分钟以内的百分比分别为28.6、61.2和10.2。
因此, 在上述的模型中, 将服务半径确定为步行15分钟以内。按照平均步行速度6千米/小时计算, 服务半径undefined小时×6千米/小时=1.5千米。假设有A/B/C/D 4个居民社区为需求区域, 计划从中设立p=2个社区卫生服务点。各个社区对就诊的需求量用如下公式计算:
Demandi=Ni*R*T*r
Demandi:区域i的就诊需求量。其中R:两周平均患病率, Ni:区域i的人口数, T:两周平均就诊率, r:可社区医院治疗的比例。
根据卫生部2007年统计数据, 居民平均两周患病率R=15.32%, 两周平均就诊率T=11.81%, 同时卫生部的报告指出, 社区医疗机构所提供的服务原则上可以解决r=80%以上的健康问题。因此,
Demandi=Ni*R*T*r=Ni*15.32%*11.81%*80%则各小区需求量如表1。
小区之间的距离为Dist, 又服务半径R=1.5千米, 因此将距离矩阵修改为Dist:
将数据代入原模型, 通过Lingo软件编程求解得到, 将社区卫生服务中心建立在A、C两个小区, 可以使得总的就医路程最短, 最小值是86.847。程序同时计算还得出, A小区的社区卫生服务中心能够服务A、B两个小区, C小区的社区卫生服务中心能够服务C、D两个小区。
为验证上述模型的正确性, 考虑其他选址策略, 计算各种组合情况下总的出行距离 (如图1) , 可以看出上述模型求解出的A、C组合的出行距离最短, 是最优解。
进一步计算最优选址A、C组合相对于其他选址组合所降低居民就医出行距离的百分比。如图2表示的计算结果可以看出, 居民平均的就医距离大幅降低。相对于最不科学的组合C、D降低了42.33%, 而相比于次优的组合也降低了16.7%。由此可以发现, 科学的社区卫生机构选址将使得社区医疗资源合理配置效率大为提高, 也将有助于增加群众就医的方便程度和满意度。
4 结论
本文的研究从关注居民的实际就医需求、满意度, 以及区域内医疗资源的优化布置出发, 将现实问题抽象成数学模型。模型采用线性0-1整数规划的方法, 可选出综合考虑多种因素后的最优方案。通过将模型运用到现实的案例中, 使得区域内居民平均的就医距离大幅降低, 最高降幅达到42.33%。基于该线性规划模型的选址决策还可以避免区域内社区服务站选址不合理而产生的恶性竞争, 这是将选址理论方法应用到我国社区医疗网络建设的尝试, 将有利于整个医疗服务网络的效率提升和资源优化配置。同时模型的参数根据实际区域的情况易于设置, 模型求解可借助线性规划软件实现, 因此该方法将有助于政府部门在进行区域卫生规划时采用。
摘要：通过采用线性规划方法, 在满足居民现实需求情况下, 以使居民就医路程最短为目标, 建立区域社区卫生服务机构选址的数学优化模型, 为政府部门进行区域卫生机构规划提供科学的决策参考。
关键词：社区医疗,选址,线性规划
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线性空间 篇6
线性空间即向量空间,是线性代数的中心内容和基本概念之一1。在建筑空间的研究中,特指空间在某一个方向指向性强而形成的狭长呈带状的空间形式,任何具有比较明显的单方向主导型的空间都能称为线性空间,因为它同时满足了方向和形态的特征。在中国传统空间的研究中具有这线性特制的空间代表是街巷(图1)。在中国传统城市与村落中,并不追求如广场般现代意义的开放空间,串联起家家户户狭长的街巷成为其建筑外部空间的主角。如何在有限的线性空间下开展富有情趣的生活,成就中国文化特色的外部空间,是本文的研究重点。
2.中西方公共空间的区别
2.1广场文化
广场的概念源自西方 , 起源于公元前5世纪的古希腊 , 它是西方城市空间形态的一个重要组成部分。西方广场的历史悠久,早期民主见证的古希腊集市广场,集权与民主双重定义的古罗马集市与帝国广场,三权鼎立象征的中世纪广场,从多元走向绝对的文艺复兴和巴洛克城市广场,集权专制写照的古典主义城市广场……形形色色的广场成为西方城市外部空间的主角。芦原义信在《外部空间设计》 中盛赞意大利的城市广场就是他们的会客厅,成为室内生活的外部延伸,由于广场的外向性和公共性, 带来开放的城市生活(图2)。与其宣扬的自由民主贴合,具有文化、商业与市政活动等多种功能, 空间开放而公共性强,形成西方独特的广场文化。
2.2街巷生活
传统中国城市(宋以后)与村落,以街道为主线串联起两侧商铺与民居,密密匝匝、连屋并脊, 形成特有的肌理,日常生活均在这条街道上惬意展开。鸡犬相闻,阡陌交通;邻里熟识,走街串巷, 形成中国人同心圆般由内而外的熟人社会。由聚集而始发,以线性街道为组织形成网格,其间或工商、 或居住,经由时间历练,彼此依靠、互为邻里,街巷是中国人的生活场所。街巷的组合成就村落,构成城市,街巷生活在内部院落与外部空间之间形成过渡、连接,具有部分开放性,线性特征明显。
2.3公共性
“公共性”主要是指公共空间的可达性与开放性,不仅表明了空间的功能和活动混合的状态 , 更与物质空间和市民生活的结合度息息相关。古代中国封建专制,形成封闭、内向的汉唐里坊制,由于工商业繁荣在宋之后逐渐开放,打破坊墙制约,出现了街道和繁华的沿街商业。 《清明上河图》描绘了北宋繁荣的街景,从此“街巷之市”取代逐渐“方形之市”,里坊制的空间格局最终过渡到街巷格局,外部空间的公共性极大提升。 “院落体系在中国传统广场型公共空间中也得到了充分应用 , 庙会类型的广场式公共空间也是隐藏在沉默的‘墙’背后 , 表现出一种内外分隔性,形成使人滞留的内向性特征”[1],如寺庙、府衙、宫殿、勾栏、校场内部形成的庭院、 广场,但是并不具有完整意义的开放公共空间性质。而真正意义的公共空间呈线性特征,在线性街道空间体系中以放大的节点存在,街巷的局部放大,通常位于街道交接处或在居住建筑组群之间,往往是城市世俗公共建筑外部空间的 “衍生”。中国传统公共空间经历了由内向封闭而逐渐开放,公共性渐强,但较之西方城市公共性仍较弱。不同于“欧洲传统城市里公共空间的发展则是和其社会传统紧密联系,这种传统可以追述到古代希腊城市在希腊特定的生活方式、民主氛围以及城市和居民之间的新型关系的基础上……开放空间成为一种生活的必须。”[2]这是中西公共空间公共性的差异。
3.南北街巷线性空间的异同
3.1南方屋檐下的交往
因为气候的温暖多雨,南方民居错落的屋檐,由于其出挑深远,同时檐下又有专门的一个台阶正好形成一个平台,这个平台自然成为了交往的主要场所 (图3、图4)。民居在面向街道的一侧有很深远的挑出,尺度大概在90cm120cm之间,而道路的尺度大约在2m-4m之间,公共活动就这样发生与一街相对的两户之间,这两户人和行人之间,这种尺度正好是一种比较合适的交往尺度。同时,这两户人家也会将一些家务活动直接转移到临街的这个交流面来进行,以增加交流的可能性。开间尺度在3m-5m之间,这与杨·盖尔在《人性化的城市》提出的临街店面的尺度正好契合。院落式的布局在这些村镇中分布较小,主要见于一些大户人家,更多的普通民居都是沿街窄、大进深的类型。 据观察,在一般的普通人家中,很多住户的大门都往后退一定距离,留出一个屋檐空间,是一个公共活动十分频繁的区域。
街道,不仅仅只是通道的作用,在某种程度上,这种街道形成一种类似线性小广场的空间,中间过往行人,而边侧则有多种行为活动产生。再往外则是家庭空间的延伸部分,这部分具有一定的私密功能,即领域性,但这部分同样是活动频繁区。屋檐相对于开放的交往空间,它在某种程度上取消或者缓解了天气等外界因素对交往行为的限制,增加了交往的适用范围。屋檐下的交往和中国南方温润多雨的气候相适应,成为南方民居中最具特色的线性公共交往空间(图5)。
3.2关中槐院与大街小巷
由于南北气候差异,寒冷干燥的北方,对于建筑与街道檐口与立面材料与构造的不同,街道呈现出不一样的线性空间面貌。传统关中街巷由小尺度道路与密集的合屋并脊、比户而居邻里构成。静谧小巷蜿蜒曲折,尺度亲切宜人, 线型自由写意,小巷多尽端式“死胡同”[3],避免村落内所有道路都贯通。整体路网通而不畅、纵横交错,陌生人走入其中犹如迷宫,具有防匪防盗、划分空间、创造安静居住环境的功能。自然地形起伏变化,宅院、门头装饰、 道路、植被,虚实对比、高低错落,富有自然情趣。 党家村东西主街宽3m,南北小巷宽2m,尽端小路仅1.2m供部分宅院出入。一般街道高宽比介于1:1 ~ 2:1,甚至更窄小,但是一方面街道自然蜿蜒、 宽窄变化。亲切宜人的小尺度和自由曲线的形式是南北街巷共同的特征,但北方街巷更加封闭多实体墙面,空间感、围合性和内向性更强。
北方街巷以陕西关中为例,其特色在于槐院[4], 槐树、大门(民居门楼)和街道共同构成线性空间。 门外街道在靠近自家大门一侧种植槐树,这里就是槐院(图6、图7),所指就是大门外、入口处。 槐树是不会种植在院内的,“槐”字里面有个“鬼” 字,阳宅避讳。树下阳光洒落、树影婆娑,柔化街道界面、限定外庭院空间。在街巷蜿蜒而线性空间下,精美的门楼和砖雕墀头突显而出。从行为空间的角度分析,槐院是关中民居的前庭,弥补封闭、 窄长内院的缺陷,外向型街道空间提供邻里交往和休憩开敞、冬向阳、夏纳凉的场所。槐院是传统关中民居外部空间重要组成部分,构成其民居特有的街巷空间,带有北方民居特色。
4.营造线性空间
中国传统公共空间具有线性特质,而街巷是相对封闭的空间,尤其是小径,宽度狭窄、两侧建筑高耸,在这种狭长幽暗的空间中,若其尺度不适宜, 易造成压抑感;同时,这种线性空间的如边界生硬, 缺乏适当的空间过渡,将会阻碍社会活动的发生。 所以线性公共空间本身对于行为活动有一定的制约, 而要达成良好的可达性和开放性,应从改善空间公共性和空间边界入手,需从以下几个方面精心设计:
首先是线型方面:路径线型随地势起伏、水系蜿蜒,尽可能地呈自然形态;长度适中,以步行尺度为宜约300米 -500米左右;尺度适宜,以高宽比约1:1为宜;空间指向性强(保有线性特征), 并具有连续性;依据功能需求穿插点状、面状放大空间,形成具有节奏和韵律的节点空间。再者界面的塑造:通过檐口、立面处理、树木栽植等做法, 在线性空间边界辅以柔性灰空间,丰富层次、进退得宜;空间界面在统一秩序之下富于变化,寻求空间开阖收放的变化。打破呆板空间形态在于细部处理,坡屋顶檐下空间、屋脊砖雕、硬山墀头、门前绿化,在街道与建筑之间添加过渡空间与介质。介于之间的设计,建筑立面与道路界面间的过渡,宅院与街巷内与外的过渡,游走于边界之间,是线性空间精妙所在。此外,使用上的功能混合,让空间承载多样化行为活动,也是街巷具有活力的重要因素。最后,彰显地域特征、文化特色也是重要的方面,以文化为滋养,加之特有的材料肌理,辅以鲜活的生活活动,则该空间才会成为具有灵性的中国特色外部空间,而让人流连忘返、沉醉其中。
5.结语
街巷作为中国传统公共空间的重要代表,其线性特质是重要的特征,线性街巷构成了中国传统城市与村落。如善加更新利用,抓住线性空间这一特征,注重边界和过渡空间的塑造,并提升其公共性,则对创造具有中国特色的外部空间、公共空间有所助益。
图片资料来源:
图1参考周若祁,张光主编. 韩城村寨与党家村民居[M]. 西安: 陕西科学技术出版社,1999.10,自行绘制。
图2右图巴黎凯旋门鸟瞰引自百度图片。
中国古代文学的线性空间 篇7
1.“线”性叙事
文学的叙事方式, 大略地划分, 有两种类型, 线型和非线型。中国古代文学的叙事方式属于前一种。
中国古代文学的叙事方式主要是线性叙事。中国文学从原始劳动歌谣、远古神话到《诗经》中的叙事作品, 从标志着中国小说成熟的唐传奇、变文, 直到宋元话本、元代杂剧、明清长篇小说, 在叙述事件时, 通常采用时间顺序方式, 有头有尾, 强凋情节单一和完整性, 体现出鲜明的“线”性特征。如《吴越春秋》所载的一首《弹歌》:
断竹, 续竹,
飞土, 逐宍。
四句八言, 描写了砍竹、接竹、制造出狩猎工具, 然后用弹丸去追捕猎物的整个劳动过程。再如见于《山海经·海外北经》的神话《夸父逐日》:
夸父与日逐走, 入日;渴, 欲得饮, 饮于河、渭;河、渭不足, 北饮大泽。未至, 道渴而死。弃其杖, 化为邓林。
这是一个悲壮的英雄故事, 从中可以看出对事件过程的单向的时间描述。又如《诗经·采薇》篇前三叠:
采薇采薇, 薇亦作止。曰归曰归, 岁亦莫止。靡室靡家, 猃狁之故。不遑启居, 猃狁之故。
采薇采薇, 薇亦柔止。曰归曰归, 心亦忧止。忧心烈烈, 载饥载渴。我戍未定, 靡使归聘。
采薇采薇, 薇亦刚止。曰归曰归, 岁亦阳止。王事靡盬, 不遑启处。忧心孔疚, 我行不来。
这三章分别以“采薇采薇, 薇亦作止”、“采薇采薇, 薇亦柔止”、“采薇采薇, 薇亦刚止”开头, 从薇之“作” (萌芽) 到薇之“柔” (幼苗鲜嫩状) 到薇之“刚” (长成坚硬的茎) , 依时间顺序描述薇的生长过程。又由“岁亦暮止”到“岁亦阳止”, 即从岁暮年终到夏历十月, 这样便将戍边生活置于一个绵延连续的时间段中, 由薇的生长周期与寒来暑往的时节转换来暗示戍边生活的长久。再如《诗经·卫风·氓》篇, 这是一首弃妇诗。全诗以这不幸女子的口吻叙述了她与氓从求爱, 定婚, 结婚到受虐待, 遭遗弃的全过程, 是一种典型的单向性时间叙述过程。汉乐府民歌《孔雀东南飞》也是一个悲剧的爱情故事, 全诗叙述了刘兰芝与焦仲卿从美好婚姻走向悲剧结局的线性过程, 自始自终, 首尾连贯。《陌上桑》中“十五府小吏, 二十朝大夫, 三十侍中郎, 四十专城居”完全是顺序展开。《木兰辞》中“东市买骏马, 西市买鞍鞯, 南市买辔头, 北市买长鞭”, 面面俱到, 务求完整。这类例子不胜枚举。
当然, 最能体现中国古代文学“线”性结构的还是小说。小说作为一种最典型的叙事文学体裁, 包括情节、环境、人物三个最基本的要素。中国古代小说最重视的还是情节, 最看重历时性的生活流程, 当然也有环境的描写和人物的刻画, 但环境是作为情节展开的氛围而出现的, 而人物则是以情节———事件的开始、发展、高潮、结局的参与者, 执行者和完成者而出现的。相对于情节而言, 环境和人物已退居次要地位, 环境和人物从来不会冲淡情节之“线”的绵延, 相反, 环境和人物都被纳入、融合于情节之中, 共同推动情节的发展。在情节结构中, 中国古代小说大都遵循自然时空顺序, “按照情节的开端、发展、高潮、结局来安排结构, 虽然其中也有插叙、倒叙, 但插叙、倒叙都不影响情节的线性发展, 所以作品呈现出一种线式结构形式。在这种结构形式中, 时间总是朝着一个方向, 即‘始’是向着‘终’行进的, 空间总是有其连续性, 作家依循着时间的一维性和空间的连续性来结构小说。” (2) 如白行简的传奇小说《李娃传》, 写贵族公子荥阳生赴京应考, 与妓女李娃相识相爱;当资财荡尽后, 李娃遵照鸨母旨意, 设计弃逐荥阳生, 致使荥阳生由一个世家公子沦落为挽歌郎;继之在京遭父鞭挞, 沦为乞丐;后与李娃邂逅重逢, 李娃悔悟, 遂救荥阳生于危难, 并助其应考得官, 成就功名, 最后二人结为夫妻。作者将荥阳生和李娃由相爱到终结连理这一复杂的过程一步步展现出来, 曲折有致地描绘其所遭遇的磨难和坎坷, 线索清晰, 时空顺序连接有序。再如《柳毅传》作者通过神奇而优美的想象, 精心结撰了书生柳毅传书龙女, 并与龙女化身分氏结为夫妻, 最后变成神仙的故事。《白娘子永镇雷峰塔》, 描写的是一个悲剧爱情故事。主人公白娘子是蟒蛇精, 出于对人间爱情生活的向往, 遂化为美丽多情的少女与许仙结为夫妻。但她的举动冒犯了天条, 为了她所追求的爱情理想, 决不逆来顺受, 而是起来抗争, 她盗官银、财物、戏弄道土、惊吓心怀不轨的李将仕, 驱逐蛇先生, 最后勇斗法海, 直到被镇于雷峰塔下。无论是大团圆式的浪漫爱情, 还是棒打鸳鸯式的悲剧爱情, 作者都是按时间的自然顺序, 有头有尾, 自始至终地展示一波三折, 跌宕起伏的过程, 这一过程就是一条“线”, 读者可以循着这条“线”去寻绎爱的美丽与凄婉。
当然, 中国古典小说并非都是如上所举的单一的线型故事, 还有复线型故事、环线型故事等等。
复线型故事, 即大故事中套小故事, 就每个故事而言, 采用的仍然是“线”性描述。在古典小说中, 诸如“花开两朵, 各表一枝”、“至于……按下不表”、“且说”、“却说”、“再说”等转承语比比皆是。无论套了多少小故事, 整个情节 (大故事) 中仍有一条贯串始终的依时间顺序展开的主线, 决没有西方小说的倒叙、断开、闪回等叙述方式。如《水浒传》的结构, “英雄排座次”以前是若干个英雄人物的传记故事, 一环紧扣一环地先后连接。就每个传记故事来看都相当完整, 自成段落, 情节为单线发展。就整部《水浒传》来说, 从“逼上梁山”到轰轰烈烈的英雄伟业, 最后接受招安, 英雄末路, 主线明晰, 仍然只有一个叙事方向。再如《三国演义》, 作为我国最早的一部长篇小说, 它的出现, 标志着章回体长篇小说的初步定型, 尽管卷帙繁浩, 但“演义”的整体线索是相当清晰的。从群雄逐鹿到三足鼎立;从蜀、魏、吴三国之间征战到三国的渐次消亡, 这是一个风云变幻、峰峦叠起的“过程”, 对这一“过程”曲尽其致的叙述, 形成了《三国演义》的线性结构。另一方面, 每章每回的情节展开都是一段相对完整的时间之“线”, 整部小说的“线”就是由这一段一段的“线”连接而成的。
环线型故事, 不像单线型故事和复线型故事那样具有贯串始终的主线, 而由许多小故事连缀成篇。这些小故事或是上下钩连的连环式结构, 即由一个故事引出另一个故事;或是独立的平行的故事, 前者可以《官场现形记》为代表, 后者可以《聊斋志异》为代表。
关于《官场现形记》的连环结构, 可参考胡亚敏教授在她的《叙事学》 (3) 中所引述的西方学者唐纳德·霍洛齐的分析:
《官场现形记》是由彼此相关的十个环形构成的, 每个环形包括四到九个事件, 限于某一群人物或某一地域, 当出现一个新主人公或一个新的环境时, 就标志着一个环形转向另一个环形。比如第一个环形是对官场内部关系的介绍, 第二个环形是官场对外关系问题, 第三至第八个环形依次具体展示了官场活动的各个层次和各个方面, 第九、十个环形则是一种结论性的总结, 指出了官场的腐败与奴性。这样, 小说的焦点不断地从一个环形移向另一个环形, 中国晚清官场内幕也一次一个方面地逐步得以揭示。这种环形式情节类型的统一原则在于事件的语义安排。
《聊斋志异》则不同, 功名失意的蒲松龄“于耳目所者者见记, 里巷所流传, 同人之籍录, 又随笔撰次而为此书。” (蒲立德《聊斋志异》跋) 其故事来源驳杂, 体裁不一, 主题多样, 人物各异。如果说, 从《官场现形记》和《儒林外史》中我们看到的“线”是上下钩连, 左右绾结的网络式的“线”, 那么, 从《聊斋志异》中我们看到的则是一束自由律动、平行发展的“线”。
2. 白描出神
中国古代文学在某种程度上借鉴了绘画中的“白描”手法, 在描写景物、刻画人物时, 用粗线条勾勒的方式略貌取神, 或营造意境或表现人物的典型性格。如《世说新语》写阮籍与晋文王同坐, 坐席间严肃庄重。唯阮籍“箕踞啸歌, 酣放自若”, 只用了八个字就勾勒出阮籍不拘礼法, 任达简傲的性格。再如, 司马迁《史记》就用极其简练的笔墨, 一两句话甚至几个字就能生动地表现人物的情态或心理。如写荆轲刺秦王失败反被秦王所击, “断其左股”、“被八创”而荆轲却“倚柱而笑, 箕倨以骂”, 仅八个字就活脱脱地展示了一个侠义之士威武不屈、视死如归的气概。其他如《三国演义》写关羽温酒斩华雄, 着墨极少, 关羽勇猛善战形象便跃然纸上。《水浒》中鲁提辖鲁智深三拳打死镇关西一段, “打”的过程极为简练, 鲁智深的勇武便活灵活现地展示出来了。《红楼梦》第33回宝玉挨打后宝钗来探望, 说道:“早听人一句话, 也不至有今日!别说老太太, 太太心疼, 就是我们看着心里也———”一个“也”字包含有爱怜、矜持、羞涩、圆通, 取得了以少胜多的效果。黛玉来时只说了一句话:“你可都改了罢!”语短情长, 表面上是责备, 心底却是说不尽的痛楚和珍惜, 比起宝钗, 则显得更为知已, 更为贴心。再如第74回抄检大观园时, 晴雯:“挽着头发闯进来, ‘啷’一声, 将箱子掀开, 两手提着底子, 往地下一倒, 将所有之物尽都倒出来。”探春:“一语未了, 只听‘拍’的一声, 王家的脸上早着了探春一巴掌。”寥寥数字的动作描写, 就将睛雯的不甘屈服和探春的凛然不可侵犯的性格特征展现出来了。
古代诗词多以冷静客观的笔触图山范水, 轻描淡写, 简约入神, 不施粉黛, 自得风流。如陶渊明《归园田居》 (其一) 中“暧暧远人村, 依依墟里烟”, 由远及近, 如同素描, 极形象地表现了田园生活的恬静、优美。再如, 王维“大漠孤烟直, 长河落日圆”, 寥寥几笔就勾勒了一个画面, 表达了一个意境。“江流天地外, 山色有无中”则近于水墨画, 以粗线条把握整体印象, 气势雄豪, 令人称奇。
在表现情感和哲理方面, 古代诗词亦多用简笔。柳永《八声甘州》中“误几回, 天际识归舟”一句道出了“妆楼颙望”的佳人执著深沉的思念和无奈、惆怅、失望、寂寥的心境。李清照《声声慢》中开头的一组叠字将孤苦无依, 清凄哀怨、沉痛悲凉的境遇和情感表达得淋漓尽致, 具有一唱三叹, 荡气回肠的抒情效果。辛弃疾《摸鱼儿》中“闲愁最苦”四字传达的是请缨无路, 报国无门的幽怨和愤懑, 摧刚为柔, 潜气内转。晏殊《浣溪沙》中“无可奈何花落去, 似曾相识燕归来”一联蕴含着深刻的哲理:一切美好事物都可能与时俱逝, 这是极其自然的, 也是不依人的意志为转移的;人生总是交织着成功与失败、得意与失意, 往往是得中有失, 失中有得;既如此, 我们就不必为一时的失意而自暴自弃, 也不必为一时的成功而趾高气扬。苏轼的“横看成岭侧成峰, 远近高低各不同”、“高处不胜寒”、“何处低头不见我, 四方同此水中天”、朱熹的“问渠那得清如许, 为有源头活水来”, 等等, 都通向哲学和理趣, 言简意赅, 给人们以多方位的深层启迪。
综上所述, 中国古代文学侧重历时性时间流程的叙事模式和白描手法的运用, 铸就了中国古代文学的“线”性品格, 并以此与西方文学的团块模式区别开来。
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线性光电隔离电路的设计 篇8
在工业现场模拟信号的采集过程中,抗干扰是首先要解决的问题。如果不经隔离,各种电磁干扰信号就会和被测信号一起进入测量系统。干扰信号叠加在被测信号上,一方面降低了测量的准确度;另一方面,尖峰电磁脉冲将会给后级电路系统带来严重的破坏[1,2]。所以,模拟信号必须和后级的采集电路在电气上完全隔离。光电耦合器件利用光电转换,使用光信号进行信号传输,抗干扰能力强,性能良好,被非常广泛的应用在数传和采集系统信号隔离中[3,4,5]。 但是光电耦合器件由于发光二级管和光敏三极管的伏安特性,非线性失真非常严重,一般仅仅应用在数字信号的隔离中,对于模拟信号,不能直接使用光电耦合器件来进行隔离。对于数字光耦,可以使用反馈改善其输入输出的线性度,从而使用数字光耦得到模拟光电隔离电路。在此使用数字光耦TLP521-2和集成运放LM2904设计了深度负反馈电路,大大提高了光耦的线性度。试验表明:使用用数字光耦,经过负反馈电路设计,可以实现高精度的信号隔离。
1 数字光耦TLP521-2
TLP521-2是东芝公司的数字光耦器件,该芯片内部封装了两路独立的光耦,每一路光耦由一个发光二级管和一个光敏三极管组成。耦合原理:当给发光二级管加正向电压时,二极管导通发光,光线照射在光敏三极管的感光面上;如果同时给三极管的CE级加正向电压,则三极管的CE级产生集电极电流输出[2]。TLP521-2内部结构和管较排列如图1 所示。
由于二极管和三极管的伏安特性,光敏三极管集电极电流Ic和发光二极管正向电压Vf不是线性的[6,7,8],曲线图如图2所示。
2 深度负反馈电路设计
使用深度负反馈可以改善系统的线性度,根据这个原理,在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521-2光耦和2片LM2904集成运放。LP521-2有两路光耦,其中一路用于信号转换,一路用于负反馈;运放2904-1A用于用于组成负反馈电路,运放2904-2A构成了电压跟随器,用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。
电路输出电压和输入电压是线性关系:LP521-2的两路光耦通道的发光二极管串联,通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中,光电特性基本一致,理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等,即Ice1=Ice2。
根据理想运放的性质[9],可以得到下面的公式:
所以Vo=(R2/R1)Vi,输出电压和输入电压成正比,比例系数由R1和R2确定。
3 电路具有输出保护功能
输出电压Vo=VCC-Vce,其中,Vce为光敏三极管c,e极的压降,所以,当输入电压很大时,输出电压Vo的值也不会超过VCC。这样就保护了后续电路,不受冲击电压的影响。增大VCC可以增大隔离电路的量程。
4 电路静态特性
使用可调稳压电源产生各种一系列不同电压加光电隔离电路输入端,并使用高精度数字万用表测量电路的输入/输出值,得到电路输入输出特性。表1列出了输入输出的典型值。(R1=R2=1 kΩ,VCC=12 V)。根据试验数据得到电路的输入输出曲线,如图4所示。
使用线性拟合[10],得到电路的理想特性曲线为:y=1.005 3x+0.003,线性度为0.014%。
5 结 语
光电隔离是模拟信号采集的一项关键措施,在此设计了线性光电隔离电路,该电路能实现模拟信号的隔离。当输入电压在在0~5 V范围内时,输出误差最大为27 mV,线性度达到0.014%。
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《两个变量的线性相关》教学设计 篇9
本课是普通高中课程标准实验教科书人教A版《数学》第三模块第二章第三节《变量间的相关关系》的内容。教材安排四课时, 本节课是第二课时。本节内容安排在《随机抽样》、《用样本估计总体》之后, 是在学生系统地学习了收集、整理、描述和分析数据等处理数据的基本方法之后, 引导学生考察变量之间的关系。在讨论这种关系的过程中, 学生能认识到在现实世界中存在不能用函数模型描述的变量关系, 从而体会研究变量之间相关关系的重要性。
上节课侧重对估算方法的设计, 学生经历了用不同的估算方法描述两个变量线性相关关系的过程, 体会了回归直线作为变量相关关系代表这一概念特征。在经历用不同估算方法描述两个变量线性相关的过程后, 在学生现有知识能力范围内, 选择一个最优方法, 成为知识发展的逻辑必然。
本节课的重点是用代数式刻画“从整体上看, 各点与此直线的距离最小”, 让学生在此基础上了解更为科学地确定回归方程的方法——最小二乘法, 有助于学生更好地理解“回归直线”的概念。而回归思想和贯穿统计学科中的随机思想, 也在本节课中有所渗透。
“最小二乘法”作为经典的回归方程估算方法:通过用数学方法刻画“从整体上看, 各点与此直线的距离最小”这一直观的几何描述, 采取合适的数学处理方法, 最终获得回归直线, 对学生认可统计估算的科学性有很大帮助。而对于线性回归方程系数的计算, 由于公式的复杂性, 可直接给出。因此, 一方面, 既要通过教学设计合理体现知识的发生过程, 不搞“割裂”;另一方面, 要充分利用计算机或计算器, 简化繁琐的求解系数过程, 简化过于形式化的证明说理过程。
●学生分析
统计知识的教学从小学到初中分为三个阶段, 在每个阶段都要学习收集、整理、描述和分析数据等处理数据的基本方法, 但随着学段的升高逐步提高要求。在高中阶段, 学生首次接触到如何用“最小二乘法”确定回归方程, 容易产生认知上的困难。所以, 学生必须亲自经历、体验用“最小二乘法”确定回归方程的过程。
另外, 学生第一次接触到利用Excel软件做散点图、回归直线及添加回归方程, 这激发了学生的学习兴趣。但是, 学生在实际操作时可能比较生疏, 因此要给学生充分的时间实际操作。
●教学目标
知识与能力目标:能识别两个变量是确定性关系还是相关关系;知道最小二乘法的思想, 了解其公式的推导过程;会利用信息技术 (如Excel软件) 求线性回归方程。
过程与方法目标:通过亲自操作, 了解线性回归方程和由它所作出的预报具有随机性的特点;通过解决实际问题, 体会事件、样本数据与回归方程三者之间的关系, 提高运用所学知识与方法及运用现代信息技术解决实际问题的能力;经历较为系统的数据处理全过程, 学会如何处理数据。
情感、态度与价值观目标:认识到线性回归知识在实际生活中的实践价值, 感受生活离不开数学;体验信息技术在数学探究中的优越性;增强自主探究数学知识的能力, 在学习的同时, 体会与他人合作的重要性。
●教学策略
针对学生的认知障碍和学习过程中的困难, 遵循课程标准中谈到提高数学的思维能力时, 特别指出的:在学习数学和运用数学解决问题时, 不断地经历直观感知、观察发现、归纳类比、空间想象、抽象概括、符号表示、运算求解、数据处理、演绎证明、反思与构建等思维过程, 这些过程是数学能力的具体体现, 能力培养是在过程中体现的。新课标强调数学教学要以人的发展为本, 一切教学活动要围绕学生的发展。教师提供实例, 让学生自己动手操作计算机, 教师恰当地把握课堂学习的节奏和进程, 使学生有充分的操作、观察、思考、交流、发现的时间与空间。
学生利用计算机实际操作Excel软件, 直观展示回归直线的图像, 以学会观察图像、分析数据。学生在学习的过程中把握两个变量的线性相关关系, 进而理解回归直线与样本点 (观测数据) 的关系。
●教学准备及环境
学生两人一组, 每组一台计算机, 学生自主操作Excel软件观察散点图、回归直线, 添加回归直线。在电子白板教学环境下, 利用多媒体技术, 形象直观地展示教学流程。
●教学过程
1. 复习导入
师:前面我们学习了两个变量的线性相关, 而且知道可以用散点图来判断两个变量是否具有线性相关关系, 是正相关还是负相关。下面我们来看一个问题。
【问题1】下面两个散点图中, 两个变量之间是否具有线性相关关系 (如图1、图2) ?
生:图1中的两个变量不具有相关关系, 图2中的两个变量正相关, 而且是线性相关, 因为所有的点都位于一条直线附近。
师:这条直线就是上节课我们所说的回归直线。通过散点图, 我们可以定性地知道两个变量之间具有线性相关关系, 但是如果我们能够求出这条回归直线的方程, 我们就可以更加清楚地知道这两个变量间的关系。今天我们就来定量地对这些问题进行综合分析, 在上节课的基础上探求回归方程。
2. 新知探研
师:假设我们已经得到两个具有线性相关关系的变量的一组数据: (x1, y1) (x2, y2) …… (xn, yn) 。那么, 所有这些样本点都应位于回归直线附近 (如图3) 。
到底哪条直线作为回归直线比较恰当?在上节课, 有些同学谈到经过的点最多的直线;有些同学说直线两侧点的个数均等的直线。后来我们经过探讨得出结论, 以偏差最小的这条直线作为回归直线更为恰当一些。
【问题2】你能用代数式来刻画, “从整体上看, 各点与直线的偏差最小”吗?
首先要找到每个点到直线的偏差, 然后求和。设回归方程为y=bx+a, 请同学们说说这些点到直线的偏差怎么写?
(x1, y1) 对应直线上的点为 (x1, 1) , 则偏差为︱y1-1︱;
(x2, y2) 对应直线上的点为 (x2, 2) , 则偏差为︱y2-2︱;
……
(xn, yn) 对应直线上的点为 (xn, n) , 则偏差为︱ynn︱;
把这些偏差相加, 得到︱y1-1︱+︱y2-2︱+……+︱ynn︱。要求它的最小值需要把绝对值去掉, 那怎么办?用平方来解决这个问题。得到Q= (y1-bx1-a) 2+ (y2-bx2-a) 2+ (y3-bx3-a) 2+……+ (yn-bxn-a) 2。
将完全平方展开会得到一个二次函数。这里样本点所对应的数据都是已知的, a, b是未知的, 所以可以通过配方找到a, b取何值时Q最小。具体的配方整理过程留给学有余力的学生去完成。通过配方发现当时, Q最小。即偏差平方和最小。这种使“偏差平方和最小”的方法称为最小二乘法, 也就是说通过最小二乘法, 我们可以确定回归方程里面a, b的取值, 从而确定回归方程。大家知道这里a, b的值是我们通过最小二乘法利用样本数据得到的估计值, 所以记作a, b。
【思考1】要求a, b的值, 你会先按怎样的顺序求呢?
【思考2】要求出线性回归方程系数, 需要计算哪些量?
为了便于计算, 我们可以利用表1:
【问题3】你能根据表2所提供的样本数据, 求出线性回归方程吗?把计算结果填在学案上。
师:计算量是不是非常大。事实上, 可以利用Excel软件画出回归直线, 同时求出回归方程。大家跟老师一起来操作 (计算器操作流程也可以打印在学案上) 。
利用Excel表格求解回归直线方程的步骤及操作说明:
(1) 直接在工作表中输入数据;
(2) 选中数据 (单击数据区域的第一个单元格, 再拖动鼠标到最后一个单元格) ;
(3) 单击“图表向导”或在“插入”菜单上单击“图表”) ;
(4) 单击“图表类型”中的“散点图”, 单击“完成”按钮, 得到数据的散点图;
(5) 单击选中散点图中的任一点, 在“图表”菜单上单击“添加趋势线” (或右击, 在弹出的菜单中单击“添加趋势线”) ;
(6) 单击选中“类型”选项卡中“线性”选项, 单击“确定”按钮, 得到数据的回归直线;
(7) 单击选中数据的回归直线, 在“格式”菜单上单击“趋势线格式” (或右击, 在弹出的菜单中单击“趋势线格式”) ;
(8) 单击选中“选项”命令, 单击选中“显示公式”复选框, 单击“确定”按钮, 得到数据的回归直线方程。
幻灯片演示回归直线的图像 (如图4) 。
教师演示制作的整个过程, 学生跟随教师同步完成。
【思考1】你能预测数学成绩为90分的学生化学成绩为多少吗?
【思考2】关于两个变量之间的关系你能得出什么结论?
请学生独立完成以下问题。
【问题4】利用Excel求出下面两组样本数据的回归方程 (如表3、表4) 。
【思考1】同样问题背景, 为什么回归直线不只一条?分别利用两条回归直线方程预测年龄为62岁的人体内脂肪含量为多少。
【思考2】回归方程求出后, 变量间的相关关系是否就转变成确定关系?
【思考3】在引入的过程中, 有同学认为经过点最多的直线就是回归直线, 现在求出来了回归直线的方程, 请同学们看看这两条回归直线 (若观察图像就可以得到结论, 则没必要通过计算验证) 经过了几个样本点?
师:通过散点图, 我们可以判断两个变量是否线性相关, 定性的分析两个变量间的相关关系;通过最小二乘法, 我们可以求出回归方程, 定量的分析两个变量间的相关关系;同时, 我们可以将图像和回归方程相结合, 对事件作出预测和分析。这也体现了统计知识在实际生活中的应用价值。
3. 巩固练习
【问题5】在某种产品表面进行腐蚀刻线试验, 得到腐蚀深度y与腐蚀时间x之间相应的一组观察值如下页表5。
(1) 画出表中数据的散点图;
(2) 求y对x的回归直线方程 (结果保留到小数点后3位数字) ;
(3) 试预测腐蚀时间为100s时腐蚀深度为多少;
(4) 对于腐蚀深度与腐蚀时间两个变量之间的关系, 你能得出什么结论?
4. 课堂小结 (略)
5. 布置作业 (略)
●教学反思
教学中, 教师组织学生有意识地反思探究过程, 尤其是探索设计思路的重要环节。例如, 用n个样本点的偏差的平方和来表示n个点与相应直线在整体上的接近程度;用Excel的计算功能解决繁杂计算等。
信息技术的应用有利于日后学生探索Excel的非线性模拟功能。
用新教材教《两个变量的相关关系》这一内容对授课者本人来讲是第一次。本教学设计的产生, 经过了一次大的修改。
第一次产生的方案, 借用了教材中用计算器求回归方程的过程 (如图5) 。
但在实施的过程中, 发现该方案有很多不和谐的因素。比如, 在操作过程中, 学生输入一个错误数据就会导致整个计算结果错误, 而学生在操作过程中出现错误的可能性很大;同时, 学生感觉问题很简单, 提不起兴趣, 只是机械地操作, 失去了对后续问题思考的兴趣;整个课堂非常沉闷, 学生的思维参与度不高, 教学目标很难实现。为了改变这种情况, 对教学设计进行了修改, 产生了第二个设计方案。
第二次方案的产生是根据学校的硬件条件而做出的一个比较成功的教学设计。
将利用计算器的程序求回归系数, 变为利用计算机直接添加公式, 即利用Excel软件求回归方程。同时可以将散点图和回归直线呈现出来, 变量间的相关关系可以更直观地体现出来。便于学生定性、定量地对问题进行分析, 还原到实际问题中去。整个过程起伏跌宕, 学生始终全身心地投入到学习中来, 始终带着问题在思考和活动, 真正体现了学生的主体地位。从课后的反馈中可以看出, 学习效果非常好。
通过本节课教学, 我真正体会到:统计的教学需要学生亲身实践, 纸上谈兵是难以学会统计知识、领会统计思想的。教学中应注意选择恰当的实例, 创设问题情境, 鼓励学生积极参与, 在亲身实践中体会和理解所学内容的基本思想和意义。
这一节课中, 信息技术发挥出了不可替代的作用, 如果没有信息技术, 学生将把大量的时间花在繁杂计算上, 在这一点上信息技术确实是一根“救命稻草”。
点评
1.一个典型的“整合”教学课例
谷红霞老师针对学生的认知障碍和学习过程中的困难, 遵循高中数学新课程标准所提倡的理念, 在学习数学和运用数学解决问题时, 提供实例, 让学生自己动手操作计算器或计算机, 不断地经历直观感知、观察发现、归纳类比、空间想象、抽象概括、符号表示、运算求解、数据处理、演绎证明、反思与构建等思维过程, 为我们提供了一个典型性的教学设计案例。
2.准确领会并践行了新课程提倡的数学与信息技术整合的理念
本课例谷老师循着“复习引入—新知探研—巩固练习—课堂小结—布置作业”的教学程序, 采用师生探究与学生动手实践相结合的教学方式。在教学中, 由于运用回归系数公式求解回归直线需要进行大量的运算, 谷老师就引导学生利用计算器减轻繁琐的计算;在后续例题的解决过程中, 让学生借助Excel软件做出散点图、回归直线, 通过对回归直线比较分析, 体会回归思想和随机思想。同时, 在电子白板互动式教学的环境下, 形象直观地展示教学内容。
现代信息技术与数学教学的整合, 不是简单地将现代信息技术作为一种教学手段与传统数学教学手段进行叠加, 而是通过现代信息技术的介入, 使数学教学中的各要素丰富和谐、协调共振, 达到优化教学过程、教学资源、教学效果和教学效益的目的, 实现数学教学的突破与发展。本课例谷老师在了解学生的基础上, 首先确定哪些内容最适宜整合, 然后考虑采用怎样的形式与方式整合, 探索最佳整合点, 寻找最佳切入口, 为学生学习建构高中数学知识创设情境, 搭建舞台。正如谷老师在课后反思所说:“整个过程起伏跌宕, 学生始终全身心地投入到学习中来, 始终带着问题在活动, 真正体现了学生的主体地位。”
3.信息技术的应用突破了重难点
本课的重点是用代数式刻画“从整体上看, 各点与此直线的距离最小”, 让学生在此基础上了解更为科学地确定回归方程的方法——最小二乘法;本课的难点是建立回归思想, 理解回归直线与观测数据的关系, 这部分内容公式较复杂、图像不易画、过程较抽象, 通过计算器和Excel的使用操作, 提高了学生的学习兴趣, 加深了对实际问题解决的体验, 通过猜想、验算、归纳、推理, 使数学教育由强调运算技巧向强调解决问题的能力转变。
4.一点建议:Excel功能的应用——知其然更要知其所以然
信息技术介入到数学教学中, 提供的不仅是超大的信息量、多媒体的信息传递方式, 从学生的认知过程来分析, 由于学生对计算机的依赖, 往往使数学知识变得更直接, 由形象到抽象的过程被计算机替代。鉴于此, 我们不禁担心学生的思维停留在形象直观上, 产生思维惰性, 这恰恰与新课标理念对数学教学的要求相悖。因此, “整合”一定要把握好信息技术使用的度, 注意时机和时间, 注意为学生提供观察比较、分析综合、归纳概括的机会, 让学生在做数学的过程中, 体验感受数学, 深入理解数学知识的生成过程。
正如几何画板的首席设计者Nicholas Jackiw所说:“要理解你了解的东西, 而不仅仅是了解你理解的东西。”因此, 在教师引导学生学会用Excel软件做散点图、回归直线及添加回归方程时, 不仅要让学生学会使用, 而且, 更要让其清楚Excel此功能背后的基本原理。