排盐碱设计（共3篇）
排盐碱设计 篇1
1. 研究背景
从古至今, 河流伴随着人类文明发展与城市的变迁, 出现了许多跨水而建的城市。人类步入新世纪之后, 由于陆路和航空多种交通方式的兴起、河流本身水位的变化, 使得很多城市河流逐渐丧失行船通航能力, 而逐渐演变成城市行洪、排污的通道。同时, 城市的不断扩展也会不断与河流产生关联, 如何挖掘城市与河流之间用地的潜力和价值成了城市发展中受到关注的热点。滨河带状绿地的营造能够为城市创造出新的游览路径, 为游人创造出宜人的游憩环境。
但是很多滨海城市由于受到盐碱地的不良影响, 植物景观的效果难以保证, 植物选择也十分受限, 因此给景观的营造造成了很大的困难。那么如何利用重度盐碱地区的城市河道两侧的绿地, 发掘场地的潜力, 科学设计城市生态发展与市民休闲的廊道成为了设计师们所需要研究和考虑的问题。本文通过黄骅市黄北排干渠两侧绿化工程设计的研究, 探讨阐述在重度盐碱地区如何对城市河道的滨水空间进行设计, 使之具有良好生态景观效果, 同时能为周边城市提供服务的方法。
2. 黄骅市黄北排干渠两侧绿化工程背景
2.1 黄骅市概况
黄骅市位于河北省东南部, 地处环渤海经济圈中部位置和环京津枢纽地带, 是国家跨世纪工程——神华工程的龙头项目黄骅港所在地, 有河北省东出西联的出海口和桥头堡之称。
黄骅市属于暖温带半湿润大陆性季风型气候。因临渤海而略具海洋性气候特征, 四季分明, 夏季潮湿多雨, 冬季干燥寒冷。平均年降水量627 毫米, 年降水量的75% 集中在夏季, 年极端降水量最多为1343 毫米, 最少为247 毫米。黄骅市土壤盐碱化严重, 且地下水位很高, 十分不利于植物的生长。因此在黄骅当地, 植物品种单一, 且长势不佳。如不做排盐处理, 植物长势缓慢, 且成活率不高。
2.2 场地现状问题
黄北排干渠从城市建成区中斜穿而过, 河道周边用地性质以居住用地、商业用地及绿地为主, 有少量的工业用地。多条城市道路从场地中穿过。同时, 整条滨河绿地也被公园绿地和城市建成区分成了三个区段 (分别为纬五路至中心路段、渤海路至学院路段、滨河大道至石碑河段) 。总长度约3665 米, 宽120m (含水面25m宽) , 建设面积44.7hm2 (水面面积8.56 hm2) 。
由此可以看出, 滨河绿带与城市的关系衔接十分紧密, 通过滨河绿带的营建可以为城市周边活力的带动提供有力的支撑。因此在设计的时候要充分考虑滨河绿地与周边城市用地之间互相呼应。同时也应考虑整条滨河绿地中慢行体系与城市绿道系统的衔接, 滨河绿地与周边城市绿地之间的穿插、过度与互相呼应。
3. 黄骅市黄北排干渠两侧绿化设计方法
3.1 滨河绿带景观设计原则
黄骅市黄北排干渠两侧绿化设计方案遵循以下四点原则: (1) 全局性原则; (2) 生态安全性原则; (3) 文化性原则; ( 4) 功能性原则。
3.1.1 全局性原则——拓展城市绿网的绿带
河道斜穿城而过, 与城市咬合界面较长。应对被城市分成三部分的设计地块进行统一考虑, 同时考虑河道作为生态廊道在城市绿地系统之中的作用。滨河绿地的营造可以拓展城市绿地绿网, 在原有互相垂直绿网的基础上, 增加了斜向的沟通与连接, 增加了绿地与城市相交界面的长度, 使城市与绿地之间的关系更加紧密, 能够更好地使绿地发挥其功能。
3.1.2 生态安全性原则——激发城市活力的绿脉
城市河道的重要地位不仅仅在于其对城市景观的作用, 更多地应该考虑河道对城市生态安全、行洪安全的重要作用。作为黄骅市主要的泄洪通道, 黄北排干渠两侧的景观设计不但要考虑景观游憩, 还需要对场地的生态安全与行洪安全进行充分的考虑。通过滨河绿带的营造, 将黄北排干渠打造成一条安全、自然、生态的绿色廊道。从而改善周边城市生态环境, 带动周边地块的发展与升级, 进而带动整座城市的发展, 激发整座城市的活力。
3.1.3 文化性原则——展示城市内涵的绿廊
沿河两岸的场地内部设计了展示黄骅地域文化的要素, 向游人与市民宣传黄骅市的丰富文化内涵。同时, 部分场地也承担了生态文化知识的科普功能, 向人们展示盐碱地改造相关措施;展示芳香类植物对于病人康复的作用等, 使整条河道成为一条地域文化、生态文化、健康文化的综合展示廊道。
3.1.4 功能性原则——满足市民活动的绿野
河道两侧设置大量供市民游憩活动的场地。但由于河道空间有限, 在功能的设置上应尽量集中多样, 活动内容尽可能丰富, 满足各年龄层市民的需求, 也同时满足市民对于活动强度的不同需求。
3.2 重度盐碱地滨河绿地景观设计方法
3.2.1 整体布局结构
黄骅市黄北排干渠两侧绿化方案形成了“两轴、三面、多点”的景观结构。一轴为由黄北排干渠形成的, 串联三块场地的城市生态绿轴。两带为以黄北排干渠两侧滨河绿带。多点为散布园区内多处景观节点, 是承担绿带内主要文化展示、科普教育、游憩活动主要空间。这种布局方式将三块被城市用地分隔开的区段紧密串联起来, 形成一条完整的连贯的城市滨河绿带景观。
3.2.2 道路组织方法
滨河绿地的道路组织方式宜采用线性平行穿插式的分级道路组织方式。需要强化滨水游憩带的交通连贯性, 并能够与城市交通充分衔接。 同时通过多级的道路组织沟通城市与河道之间的交通, 使游人可以方便地到达河边。在重要的节点和场地处可以结合服务建筑设置自行车驿站, 形成综合休憩服务站。
同时, 考虑到场地对于淋溶排盐的需求, 可以沿着道路设置降水沟, 方便快速将盐碱水排走。考虑景观效果, 可在将水沟中设置石笼, 使石笼与地面齐平。这样既可以保证景观效果, 又可以达到快速排盐效果。
3.2.3 竖向设计方法
场地重度盐碱, 且地下水位较高。因此可通过适度开挖小型水面, 利用土方进行微地形的营造。这样的策略有两方面的考虑: (1) 因为场地地下水位高, 很容易通过下挖的方式形成景观水面。同时盐碱水不容易变质的特征可以使景观水体长时间不变质, 不需要多次换水就可以持续保持良好的景观效果。这种做法经济便捷, 能够长时间营造良好的水景效果。二是利用挖方产生的土方抬高地形不但可以围合空间, 塑造丰富的游览体验, 同时也是为了增加植物根系与地下水位之间的距离, 减少植物根系的损伤, 增加植物的成活率。
场地还可以通过硬质铺装面组织引导地表径流, 达到对雨水收集的作用。收集到的雨水盐碱含量比地下水低, 用于浇灌可提高植物的成活率。
3.2.4 植物景观营造方法
由于重度盐碱地区的特殊性, 因此在植物营造的时候尽量适地适树, 选择耐盐碱、已在当地实践多年并长势良好的树种。为保证苗木的成活率, 提出了四种盐碱地改造处理策略, 并根据植物种类及重要程度分级采用。 (1) 对于大面积栽植的耐盐碱树种, 采取适当通过地形抬高地形来保证成活率。 (2) 对于耐盐碱表现一般的树种可采用树穴换土的方法保证成活率。其中乔木换土深度为1.5 米, 灌木换土深度为0.8 米。 (3) 对于耐盐碱表现一般, 但是位于关键节点的植物群落可采取在地下铺设排盐管与隔离层的方式进行全面的防护。这样既可以保证成活率, 也可以保证一定的景观效果。 (4) 在栽前进行普灌、穴灌、围堰蓄淡压盐, 树穴盖草, 合理耕作抑制反盐[1]。在重度盐碱地生长表现良好的植物有柳树、枣树、白蜡、西府海棠、芦苇等。
在植物组团的打造上, 应根据滨河绿带周围的不同用地性质进行设计强度的取舍。着力打造与居住区、商业等关系紧密的部分, 近邻工业区的区段则已防护和隔离为主, 与公园绿地衔接的部分应充分考虑与公园绿地景观体系的衔接。
3.2.5 景观节点设计方法
由于滨河空间较为局促, 可设置大型场地的空间不多, 因此场地应以中小尺度为主。同时在场地节点设计时充分考虑与周围城市用地的衔接。如在医院附近设置一处芳香康复花园, 为患者和医护人员提供良好的户外环境;在幼儿园附近按照不同年龄段儿童的需求, 设置多个儿童游乐场地, 满足孩子们的户外活动需求;在设置雨水收集及排盐处理的区域设置雨水收集示范和排盐示范展示区, 通过暴露雨水收集及排盐设施来起到科普展示的作用, 向市民普及重度盐碱地改造的理念和做法。同时在场地设计时也需要适度融入当地的地域文化, 但是在设计时要注意强度, 不能过度表达。
4. 总结
通过黄骅市黄北排干渠两侧绿化工程的研究, 探讨了重度盐碱地区滨河景观的设计方法策略。同时对如何保证景观效果的实践方法进行了探讨。希望可以对同行起到抛砖引玉的作用。文中虽然提到了许多保证景观效果实现的方法, 但是可以提高植物成活率, 又可以同时保证场地生态效益的方法有待实践探索, 希望可以在后续的研究中进行探讨。
参考文献
[1].王华志, 高子禄, 张立民, 卢新, 贾雷, 陈玉强, 刘桐亮.鲁北盐碱地园林植物反季节栽植成活率初探.[J]山东林业科技.2009 (3) :82-84
[2].束晨阳.城市河道景观设计模式探析[J].中国园林, 1999, 01:68-79.
[3].王瑜.基于生态视角下的河道景观探析[D].天津大学, 2014.
[4].吴瑕.城市河道生态化治理模块的设计更新[J].科技创新与应用, 2013, 35:133.
谈北方滨海盐碱地区植物景观设计 篇2
土壤是绿化建设的基础, 盐碱性土壤对园林绿化的影响主要通过影响植物生长表现出来。土壤中的盐分毒害植物的根系 (以毛根为主) , 使植物根系组织受到破坏, 失去吸收功能, 使植物生长不良或死亡。同时, 由于地下水渗透压大于细胞液渗透压, 从而使植物根系中的水分发生倒渗而脱水。树体越高, 根系下扎越深, 对树体的危害越大, 轻者出现黄叶、枯梢等现象, 严重的将导致树体死亡[1]。所以在滨海盐碱地区很难见到参天大树, 这也是滨海区域园林绿化苗木成活率较低的原因。在这种环境下, 景观设计既要保证植物成活率, 更要保持其观赏性和艺术性, 从多方面实现绿化建设的社会效益、生态效益、经济效益。
2 曹妃甸盐碱地区土壤状况
2.1 曹妃甸自然地理概况
曹妃甸位于河北省唐山南部沿海、渤海湾中心地带, 原本是一个东北、西南走向的带状沙岛, 为古滦河入海冲积而成, 至今已有5000多年的历史。曹妃甸地区属大陆性季风气候, 常年平均气温11.4℃。曹妃甸围海吹填的土壤, 被称为“人造土壤”, 它没有自然成土过程, 没有土壤生物及其演变过程, 没有植物生长必需的水、肥、气等自然条件, 并且含盐高, 水盐在“人造土壤”中运动活跃, 植物在这样的土壤上难以存活。滨海盐碱地大多地形单调, 地势平缓, 自然坡降很小 (1/10 000~1/5 000) , 地上排水和地下水径流不畅[2]。
2.2 曹妃甸土壤盐碱化程度
作者对曹妃甸部分区域土壤状况进行了抽样检查 (见表1) 。
经抽样检查, 区段1洪水水位以下土壤由于地下水位高, 返盐严重;区段2土壤由于高于现水位2 m以上, 地下水位相对较低, 盐碱上返受到抑制, 淋溶作用也促使其脱盐。考虑到现状地下水位较高, 土壤含盐量较高, 在进行植物种植之前需要进行一定的排盐碱的土壤改良设计。
3 土壤改良措施
3.1 淋洗排盐
结合雨洪管理功能, 通过雨水收集、淡水洗盐的手段冲刷土壤中的盐分。实际运用中, 通常结合局部客土, 抬高地形。
3.2 暗管排盐
主要采取的是“浅密式”暗管排盐工艺, 通过铺设盲管、淋层等解决排水排盐问题, 加快土壤脱盐速率[3]。
并有效防止土壤次生盐渍化。在铺设盲管及淋层的土层上回填种植土, 可施入适当的矿物性化肥及有机质。
4 植物景观配置原则
曹妃甸地处沿海, 通过合理的植物景观配置, 可以形成沿海独特的景观风景线。
1) 充分利用排盐碱手法, 合理营造微地形, 结合植物本身特性, 结合考虑林冠线和林缘线的丰富变化, 营造自然起伏、富有变化的植物景观。
2) 运用植物的观赏特性进行合理配植, 高大乔木在植物群落中位于骨干位置, 也是植物景观的核心, 在乔木配置时, 应发挥高大乔木在生态系统中防护效能, 进行合理配置, 使植物季相分明, 色彩丰富, 相互映衬, 营造优美的植物景观。
3) 重视灌木和草本植物的运用, 增加地表植被覆盖, 合理密植, 有利于减少蒸发, 涵养水分, 提高灌溉用淡水的利用率。灌木和草本植物的观赏价值对提高园林景观质量有重要作用。在滨海盐碱地区引进优良耐盐地被植物和开发利用野生地被植物, 有利于丰富滨海盐碱地区的植物资源, 提高滨海盐碱地区园林绿化质量。
4) 区分各类型空间的景观特质性要求, 选择与之匹配的植物种植方式。并兼顾不同区域的盐碱化程度, 合理配置植物景观。譬如滨河景观带的植物配置, 以现水平面以上2 m高度为基准, 上部栽植耐盐碱植物, 杨、柳、刺槐、香花槐、龙柏、火炬树、黑松等, 彩叶树可选择白蜡, 也可结合速生杨形成的绿色背景, 增加叶色变化丰富性;中下部采用自然状态下的柽柳、芦苇、盐地碱蓬等, 尤其在水岸边含盐碱量大, 可采用泌盐植物, 局部重点景观区域可以采用水岸线换土种植湿生花卉植物, 强化景观效果。
5 盐碱地绿化植物选择原则
抗风、耐盐碱、易成活, 以适合本地生长的盐生树种为主, 充分利用本地区丰富的植物资源。适当引进和驯化适合本地生长的盐生植物作为观赏树种。深根系植物为主、主干树种耐盐碱度不低于2‰, 常绿树比例不少于50%。大量采用耐盐碱、耐瘠薄的观赏草植物。
植物选择要求观赏效果佳, 速生树种与慢生树种相结合, 观赏性与经济性树种结合, 考虑盐生植物对盐碱地耐盐碱度的特殊生长习性, 合理确定植物种类。以大乔木种植为主, 以小乔木、花灌木、地被来丰富景观层次。
5.1 深根系植物
根据滨海区域的土壤和气候环境现状, 需要耐盐碱、抗风、易成活、耐低温的植物种类, 选择种植深根系植物。
5.2 乡土植物为主
选择当地绿化常见的适生植物, 保留现状长势好植物, 充分发挥绿地的生态、景观、防护功能, 多用适合盐碱地生存的植物, 减少管理维护费用。
5.3 观赏性和生态性相结合
以适宜本地生长的毛白杨、旱柳、国槐为基调树种, 同时在主要节点种植观赏性强的白蜡、合欢等植物, 考虑盐生植物对盐碱地耐盐碱度的特殊生长习性, 合理确定植物种类和群落结构。
5.4 速生植物和特色植物相结合
合理配置速生树种和慢生树种的比例, 结合局部的特色植物、慢生植物, 以适应性强、好成活的灌木、地被打造达到整个地区的生态群落, 满足景观性和经济性原则。
曹妃甸地区植物材料选择见表2。
6 结语
盐碱地种植难度大, 可选植物种类少, 植物成活率较低、绿化成本较高, 已经构成了滨海盐碱地区绿化发展的瓶颈。对曹妃甸地区盐碱土区种植经验的归纳和总结, 旨在为北方滨海盐碱地的科学绿化模式的探索提供参考。在未来滨海区域绿化建设中, 营造与当地环境相互结合, 具有自然生态效益、空间丰富多样、特色鲜明、生态系统稳定的植物空间环境。
摘要：以曹妃甸盐碱地区植物景观设计为例, 介绍了盐碱地的土壤改良措施, 通过探讨该地区植物景观的配置原则, 对盐碱地区绿化树种的选择及景观营造思路进行了阐述, 对城市的可持续发展有重要作用。
关键词：盐碱地,植物,景观,树种
参考文献
[1]龚洪柱.盐碱地造林学[M].北京:中国林业出版社, 1986:20-45.
[2]温静.天津滨海新区盐碱地景观生态化设计研究[D].石家庄:河北农业大学, 2008.
排盐碱设计 篇3
关键词：排课算法,研究,设计
高等院校的在校人数不断增加,排课人员的工作越来越繁重,而且一旦出现课表冲突调整课表是一件非常令人头痛的问题。计算机功能越来越强大,已经广泛应用到各行各业各个应用领域。实际上,用计算机进行排课的研究早在上世纪五十年代就开始了。
由于课程表问题所涉及的信息较多,并且求解课程表问题最优解的时间复杂性是课程表规模的指数级,所以一般采用求近似最优解的算法,而不一定非要最优解不可。因此,对于课程表问题,关键不是如何找到最优解,而是如何提高解的满意度。
1 排课问题调研
学校排课问题是为了解决课程安排对时间和空间资源的有效利用并避免相互冲突。在排课过程中,需要考虑课程教学效果(比如一门周课时为6的课程不能安排在一天内上完)、满足教师特殊要求等多项优化指标,将各门课程安排到相应的时间和教室。
1.1 排课问题要素
在排课过程中主要涉及的基本要素包括:教师要素、班级要素、课程要素、时间要素、场地要素。
教师要素主要包括:一是教师的基本信息,如教师所在部门、专业、教研室等;二是教师的特殊要求,如某教师要求他的课不能安排在某个时间。
班级要素主要包括:班级分为行政班级和教学班级,行政班级指招生时注册的班级,教学班级可以是几个行政班的组合也可以是行政班的一部分,是真正排课中的班级。每个教学班级都有一个唯一的ID号。
课程要素主要包括:课程的ID号、课程名、课程起始周次、周学时等,还有就是课程的优先级,课程优先级决定课程的排序次序,不同的课程优先级不同。
时间要素主要包括:一是在时间安排过程中要考虑三个方面的冲突:一同一个班级不能在同一个时间段上两门课;二同一个教师不能在同一个时间段上两门课;三同一个场地不能在同一个时间安排两门课。二是时间安排还要满足的一些要求,如:星期六、星期天、晚上一般不排课,有的学校一周有一次的开会时间不能安排课(如我院为周三下午开会)。
场地要素主要包括:场地有教室、实验室、体育课场地等,场地能容纳的人数是主要要素之一;场地的类型,如是否是多媒体教室,有的课需要在多媒体教室上课;场地的其它特殊要求。
1.2 符号与约束条件
相应的符号与约束条件:设课程集合:K={K1,K2,.,Kt.,KT};班级集合:B={B1,B2,.,Bm,.,BM};教室集合:J={J1,J2,.,Jn,.,JN};教师集合:S={s1,s2,.,sp,.,s P};时间集合:T={t1,t2,.,td,.,t D};时间与教室对的笛卡尔积为:G=T·J=(t1,J1),(t1,J2),.,(t D,JN);G中的元素称为时间教室对;课表问题的求解过程就转化成为每一门课程寻找一个合适的时间教室对。
排课过程中必须满足的约束条件可以归纳成两类:一是硬约束条件,硬约束条件是指在排课过程中因为资源有限,所以满足而无法变更的约束条件,主要有三类硬约束条件:同一时间,一个教师不能同时有一门以上的课程;同一时间,一个班级不能同时有一门以上的课程;同一时间,一个教室不能同时有一门以上的课。二是软约束条件,是指在排课过程中可以满足但又可特殊以不完全满足的约束条件,是排课过程中在满足硬约束条件的基础上能尽量要求满足的约束条件,不同的教学情况软约束条件会有所差异。软约束条件不是必须的,可以将一定要满足的软约束条件转换为“硬约束条件”。常见的软约束条件主要有:课程尽量安排在教学效果较好的节次;多学时课程每周的安排要错开(如,每周多学时(≥4)的课程,应该能够尽量将其隔天安排);满足教师所提出的上课时间和地点的要求。
2 排课算法设计
排课问题的关键是排课算法的使用。前人在排课算法的使用上已有许多成功的案例。主要的排课算法有:启发式算法、优先级算法、应用专家系统、人工智能应用、分组优化算法、约束满足方法、搜索算法、数据挖掘相关算法等。
通过分析已有排课算法的优缺点,本排课系统拟采用分治法、贪婪法、回溯法三者的思想,结合优先级算法,完成整个排课算法的设计。
分治法也称分割求解法,设计思想是,把一个大的大问题划分为原问题的规模较小的问题,先求出子问题的答案,然后把各子问题的解合并成整个大问题的解。这样就可以把一个大的复杂的问题,分解为小的容易解决的问题。
贪婪法的算法设计思想是分阶段工作,在每一个阶段选择局部最优,而不考虑将来后果。对最终的解不追求最优解,能够得到某种意义下的近似解的分级处理方法。贪婪法一般可以快速得到满意的解,因为它省去了为找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间。贪婪法常以当前情况为基础作最优选择,而不考虑各种可能的整体情况。
教师、班级、教室的排课类似于贪婪算法中的机器调度问题。n门课程相当于n件任务,这n件任务由教师、班级、教室协同完成。每件任务的开始时间为si,完成时间为fi,si
一种获得最优分配的贪婪方法是逐步分配任务。每步分配一件任务,且按任务开始时间的非递减次序进行分配。若已经至少有一件任务分配给某个资源,则这个资源的状态变为已用;否则就是示未用的。在选择资源时,采用以下贪婪准则:根据欲分配任务的开始时间,若此时有已分配任务的资源可用,则将任务分给它。否则,将任务分配给未用的资源。
回溯法是一种选优搜索法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法。回溯算法是所有搜索算法中最为基本的一种算法,其相当于采用了先根遍历的方法来构造解答树,可用于找解或所有解以及最优解。
可用回溯法求解的问题P,通常要能表达为:对于已知的由n元组(x1,x2,…,xn)组成的一个状态空间E={(x1,x2,…,xn)∣xi∈Si,i=1,2,…,n},给定关于n元组中的一个分量的一个约束集D,要求E中满足D的全部约束条件的所有n元组。其中Si是分量xi的定义域,且|Si|有限,i=1,2,…,n。我们称E中满足D的全部约束条件的任一n元组为问题P的一个解。
解问题P的最简单的方法就是枚举法,即对E中的所有n元组逐一地检测其是否满足D的全部约束,若满足,则为问题P的一个解。但计算量相当的大。
回溯算法对空间的消耗较少,当其与分枝定界法一起使用时,对于所求解在解答树中层次较深的问题有较好的效果。但应避免在后继节点可能与前继节点相同的问题中使用,以免产生循环。
自动排课算法,首先,根据分治法的思想把整个排课过程分成时间分配和教室分配两个阶段。然后,依据贪婪法的算法思想,在时间分配时,总是在尚未分配的时间单元中选择上课效果最好的单元。而在时间分配发生死锁时,会向上回溯搜索到发生冲突的最近一个记录,然后对它进行重排以解决冲突。
算法具体处理过程如下:
1)初始化设置
为了降低排课算法的复杂度,先对排课数据和时间单元进行初始化,初始化设置主要过程:
(1)划分等价类:将每学期的所有课程按年级和系别划分等价类。将有共同参与者的课程划分为同一等价类,同一等价类中的课程只有地点上的冲突没有时间上的冲突。这样就可以对每个等价类分别进行排课,从而大降低了算法的复杂度,提高排课算法效率。
(2)时间初始设置:时间初始设置包括构造时间模式库和构造时间模式数组。
时间模式库是为了提高上课安排的合理性,为不同周学时数的课程设置的时间组合模式。例如,每天上课时间安排为上午4节课,下午4节课,晚上4节课,可以把时间段划分为:上午1-2节一个时间段,用“1”表示;上午3-4节一个时间段,用“2”表示;下午5-6节一个时间段,用“3”表示;下午7-8节一个时间段,用“4”表示;晚上9-10节为一个时间段,用“5”表示,晚上11-12节为一个时间段,用“6”表示。星期一至星期天分别用“1”-“7”表示。用一个时间串来表示某门课程的上课时间模式,如:“11”表示星期一的1-2节上课,“42”表示星期四的3-4节上课。对于一个周学时数为4的课程,时间模式可以设置为:“11”和“32”、“12”和“31”、“11”和“42”等。在课程安排时对于课时数比较多的课程,要尽量隔天安排。
构造时间数组是为了表示教师、班级、教室的可排课时间。分别为他们建立一个12×7×30的三维数组。其中第一维表示每天的节数,第二维表示一周的天数,第三维表示一学期的周数。
(3)分别设置教师、教室、课程的空忙字段的值,这个字段的值是一个三维数组(X,Y,Z),用来表示是否可以排课,如果该位置的值为“1”表示可以排课,为“0”表示该时间段已用,不能排课。
2)设定优先级
对子类中的课程计算优先级L设优先级函数为:
其中,Z(g)表示该课程的周学时数;J(g)表示课程级别,选修课的课程级别设置为1,必修课的课程级别设置为2;R(g)表示该课程的参与人数;T1、T2、T3是可以调整的参数。由式(1)可以看出课程级别越高、周学时越多、参加人数越多的课程,其L(g)值越大,其优先级也越高;反之,L(g)值越小,其优先级越低。这样,就可以根据计算的优先级的高低对课程进行排序,优先级高的优先排课。
3)查询可用时间单元:首先,初始化某门课程的最大可安排时间数组,为(123456 123456 123456 123456 123456)。然后,找出参加该课程学习的所有班级。第3步,查询每个班级的时间数组,得到班级的已排课时间,并将其与课程的最大时间数组相“与”,从而得到该课程不能安排的时间单元。第4步,依次处理教师时间数组和相关教室时间数组,这样,该课程最终的可安排时间数组就是班级、教师、教室可排课时间的交集。
4)查找适当的时间模式:找到可排课时间后,就应根据课程的周学时数在时间模式库中匹配适当的时间模式。
以上排课工作完成后,就确定了课程的上课时间和地点。在处理中如果发生死锁,则可根据回溯法的思想向上回溯搜索到发生冲突的最近一个记录,对它进行重排,以解决死锁,如果死锁问题仍不能解决,则将该课程信息输出到冲突列表中。
5)人工干预的处理:计算机自动排课也需要进行人工干预,以便各个高校根据自己的具体要求设置和调整排课算法中的一些参数,而且可以对计算机排出的课表进行手动调整。人工干预主要包括以下几个方面:
等价类划分中参数的设置,教室类型的设置,时间模式库的设置,优先级函数中参数的设置。用户可以根据自己的具体要求对这些参数和库进行设置。另外,对于计算机排出的课程表,用户也可以通过手动进行适当调整,使得课程表能够满足用户的需要。
3 结束语
在自动排课系统设计过程中,排课算法的设计是关键,所用排课算法直接影响了系统的可行性。此排课算法经验证是可行的,通过不同阶段采用不同的算法,充分发挥了各算法的优点,使实现自动排课成为可能。
参考文献
[1]钱德凤.TTP在高校排课中的研究与应用[D].上海:上海师范大学,2006:10-11.
[2]湛德照.高校自动排课系统的算法研究与实现[D].重庆:重庆大学,2006:15-17.
[3]陈雪芳.教学管理系统中排课算法约束条件及其实现[J].东莞理工学院学报,2009(1):51-54.
[4]李明.一个基于智能化搜索的排课表算法及其Client/Server实现[J].现代计算机,1997(6).
[5]李增智,王云岚,陈靖.课程表问题的一种混合型模拟退火算法[J].西安交通大学报,2003,37(4).