任务规划（共9篇）
任务规划 篇1
1 背景
流域综合规划是指根据经济社会发展需要和水资源开发利用现状编制的开发、利用、节约、保护水资源和防治水害的总体部署,是指导流域进行水资源开发、利用、节约、保护和防治水害等水事活动的纲领性文件,也是政府履行社会管理和公共服务职责、规范流域水事活动、实施流域管理与水资源管理的重要依据。
新中国成立以来,我国进行了两轮流域综合规划:20世纪50~60年代,针对我国洪涝旱灾害十分严重、江河水系格局紊乱、恢复生产与发展需要,开展了以河流治理为主的第一轮规划;20世纪80年代,随着改革开放的不断深入,社会经济高速发展、水资源开发及资源综合利用,又开展了以综合利用为重点第二轮规划。
2 以往流域综合规划相对滞后
以往流域综合规划,在指导流域治理、开发、保护和管理等方面发挥了重要作用,主要江河的防洪能力、调蓄能力和供水能力得到显著提高,有力地保障和促进了流域经济社会的良好发展。随着我国经济社会快速发展,流域治理开发和保护管理面临着许多新情况、新问题,作为指导流域治理开发和保护管理的纲领性文件,流域综合规划所面临的外部环境和规划对象都发生了很大变化,流域综合规划相对滞后,已不能适应新形势的要求,主要表现在:(1)规划水平年已到期或即将到期;(2)以工程布局为重点,对资源环境等因素重视不够;(3)对水资源承载能力和水环境承载能力认识不足,以开发治理为导向,资源配置、节约、保护内容薄弱;(4)对河流(河段)的综合功能定位研究少,不能体现政府目前的主体责任与意愿,体现国家意志不够;(5)流域综合管理方面内容薄弱,难以合理规范和有效管理涉水涉河行为等。
3 以往流域规划已不能适应新形势
3.1 经济社会状况发生了深刻变化—给流域规划带来新需求
(1)经济快速发展,阶段不同对流域规划要求不同(GDP快速增加、人口增加、工业化、城镇化快速发展;城乡发展差距大、区域发展不协调、资源环境问题突出;长期积累的结构性矛盾与粗放型经济增长方式尚未根本改变,能源、资源、环境、技术的瓶颈问题日益突出。经济社会发展进入经济体制深刻变化、社会结构深刻变动、利益格局深刻调整、思想观念深刻变化的关键时期)。
(2)水资源需求急剧增加,排污量不断增加。
3.2 流域状况发生了深刻变化—流域规划面临新挑战
流域情势显著改变,水资源地区分布不平衡更加突出(全球气候变化;人类活动影响;流域下垫面变化;对河流调控能力显著提高,水资源开发利用程度有较大幅度提高,北方许多河流水资源开发利用超过了允许的上限,已远远超过上一轮流域综合规划确定的目标;部分流域降水和水资源的转换规律发生变化,在北方地区尤其突出;流域的生态与环境普遍恶化)。
3.3 流域水事矛盾不断变化—带来新压力
水资源供需矛盾更加尖锐,生态用水被挤占,水污染及水质恶化严重,水生态环境恶化,水资源承载能力、水环境承载能力压力巨大。
3.4 资源开发利用机制发生变化—带来新机制
政府与市场职能的重新界定;资源权属管理与资源开发行为分离;资源利用的部门分离;规划定位、功效发生变化。
3.5 政策环境发生了深刻变化—提出新要求
为了应对经济社会发展进程中出现的新情况、新问题,党的十六大之后中央做出了一系列重大政策调整,十七大进一步提出了明确要求。深入贯彻落实科学发展观,实现可持续发展战略;构建社会主义和谐社会;建设资源节约型和环境友好型社会;建设生态文明;建设社会主义新农村;重视民生问题;建设创新型国家。
4 任务缘由
近些年来,水利部党组根据党中央确定的“坚持以人为本,树立全面、协调、可持续发展”的科学发展观,全面建设社会主义小康社会、构建资源节约型和环境友好型社会的战略部署;提出了从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的治水新思路。根据流域经济社会的快速发展、河流状况的变化以及治水理念的转变,为了解决流域经济社会发展过程中面临的流域性重大涉水问题,维护河流健康,促进流域经济社会可持续发展。为全面落实科学发展观,保障流域防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全,水利部依据《中华人民共和国水法》,决定开展流域综合规划修编工作,并得到国务院的肯定。
为做好全国流域综合规划工作,水利部下发了《全国流域综合规划任务书》,并于2007年12月6-8日在北京举办了全国流域综合规划培训班,2008年4月10-11日在北京举办了全国河道(湖泊)岸线利用管理专项规划培训班,提出了流域综合规划、河道(湖泊)岸线利用管理专项规划技术细则及工作大纲。黄河水利委员会根据水利部的工作部署,为了做好黄河流域综合规划,黄委会编制了《黄河流域综合规划修编任务书》,并得到水利部批准,下发了《黄河流域综合规划修编省区工作意见》和《黄河流域支流规划工作意见》及《黄河流域综合规划修宁夏配合工作内容及计划》,对黄河流域各省区的具体工作提出了明确要求。
宁夏地处黄河流域干旱、半干旱带,地跨黄土高原和内蒙古高原两个地形区,全区地貌自南而北分为黄土丘陵沟壑区、一般山丘区、台地和宁夏平原四个类型区,国土总面积51800(66400)km2,山区和丘陵沟壑区面积占全区总面积的1/2以上。按干、支流划分,黄河干流左右岸诸沟流域面积18011km2(其中黄河左岸诸沟1262km2;黄河右岸诸沟6067km2;引黄灌区6573km2;贺兰山东麓4109km2),一级支流清水河流域面积14481km2(其中宁夏境内13511km2),苦水河流域面积5218km2(其中宁夏境内4942km2),红柳沟流域面积1064km2,葫芦河流域面积3281km2,泾河流域面积4955km2(泾河干流1050km2;马莲河775km2,洪、茹、蒲河3313km2,泾河、葫芦河属渭河流域),祖厉河流域面积597km2,盐池内陆河流域面积5032km2,甘塘内陆区407km2。
自治区党委、政府对黄河流域综合规划修编工作高度重视,自治区党委陈建国书记在《国务院办公厅转发水利部关于开展流域综合规划修编工作的意见》(国办[2007]44号文)上就做好黄河流域规划修编宁夏境内工作做了专门的批示,要求加强组织领导,务必做好这项工作。自治区人民政府成立了以政府秘书长为组长,发改委、水利厅主要领导为副组长的规划修编工作协调和省际协商机构,人员名单已上报黄委会。自治区水利厅成立了以厅长为组长,副厅长为副组长,相关部门和项目市县为成员的规划修编工作领导小组,领导小组成员名单以宁水发[2007]81号文上报水利部。
摘要：以往流域综合规划相对滞后和不能适应新形势。
关键词：流域,背景,缘由
任务规划 篇2
制定职业规划，需要从个人角度和企业角度划分成两个方面的内容，而个人职业规划即是划分成两个方面的内容，个人职业规划即是在组织中的发展计划，是指一个人一生的工作经历，尤其是职业，职位的变动及工作理想实现的`整个过程。下面具体分析职业规划的6个阶段：
职业规划阶段一：「探索阶段——学生」
在这个阶段的主要目标是发现兴趣，学习知识，开发工作所需的技能，同时也发展价值观、动机和抱负。
职业规划阶段二：「进入阶段——应聘者」
在这个阶段的主要目标是进入职业市场，得到工作，成为单位的新雇员。
职业规划阶段三：「新手阶段——实习生、资浅人员」
要学会自己做事、被同事接受、学会面对失败、处理混乱和竞争、处理工作家庭的冲突、学习自主。
职业规划阶段四：「持续阶段——任职者、主管」
个人绩效可能提高、也可能不变或降低，在这个阶段的主要目标是选定一项专业或进入管理部门，保持竞争力，继续学习，力争成为专家或职业经理;或是技术更新、培训和指导的能力，转入需要新技能的新工作、开发更广阔的工作视野，
职业规划阶段五：「瓶颈阶段——高层经理」
在这个阶段已经达到接近顶端，此时的主要目标是再度评量自己的才干、动机和价值观，进一步明确职业抱负和个人前途，接受现状或争取更高发展，建立与他人的人际关系，成为一名良师益友、学会发挥影响、指导、指挥别人，对他人承担更大责任，扩大、发展、深化技能，选拔和培养接班人。
职业规划阶段六：「急流勇退阶段——继续发展者可以安然处之，生涯开发停滞或衰退者将面临困境」
任务规划 篇3
关键词：中职；职业生涯规划；任务驱动教学法
中图分类号：G710文献标识码：A文章编号：1005-1422（2016）02-0092-03
收稿日期：2016-01-20
作者简介：林少峰（1965-），女，广州市市政职业学校讲师，本科。研究方向：德育教育。（广东 广州/510507）
《职业生涯规划》课是中职德育的必修课，着力于提高中职生职业素养、职业能力，促进中职生可持续发展。如何在新课程改革的背景下，提高《职业生涯规划》课程的实效性，笔者在《职业生涯规划》课程的教学中尝试运用任务驱动教学法，对课程的教学内容进行整合，在教学中强调学生的自我管理学习，提倡学生对学习过程的自我控制，促进学生之间的交流与合作，实现对学生综合职业能力的培养。
一、任务驱动教学法
1.任务驱动教学法的概念
任务驱动教学法，是指教师将教学内容设计成一个或多个具体的任务，力求以任务驱动，进而提出问题引导学生思考，让学生通过“学”和“做”掌握教学内容，培养学生分析问题和解决问题的能力，从而实现教学目标的一种现代教学法。它以任务带动教学，完成一个任务的全过程，实际上就是学生掌握知识、形成能力的过程。
2.任务驱动教学法的特点
任务驱动教学法是行动导向教学模式的一种教学方法，它具有如下的特点：（1）任务导向。任务驱动教学采取任务导向的工作方式，学生通过探索学习来完成工作任务。（2）以学生为主体。学生作为学习主体，在课堂中占主要地位，学生进行自主的学习，教师不再占有统治地位。（3）成果可见。任务驱动教学在结束时产生可见的结果，这种结果的形式是多种多样的，最终的任务成果，可以有不同的形式，可以是工作件，也可以是规划书。
3.任务驱动教学法的过程
任务驱动教学法一般分为五个教学阶段：（1）第一阶段，提出任务。教师首先给学生讲述清楚要完成的工作任务，并通过工作任务的提示，激发学生的学习兴趣。（2）第二阶段，实施任务。学生分析完成任务的方法和步骤，并通过学习小组完成工作任务。（3）第三阶段，成果展示。由小组学生代表展示合作成果，交流本组任务完成情况。（4）第四阶段，巩固拓展。教师点拨，巩固拓展知识技能。（5）第五阶段，总结评价。学生反思问题解决的过程，学生自我点评和小组相互点评，最后教师点评完成的工作任务成果以及完成工作任务的整个过程。
4.任务驱动教学法的作用
任务驱动教学法作为一种行为动向教学模式，它是建立在建构主义教学理论基础上的教学方法，对于培养和提高学生分析问题和解决问题的能力具有重要的作用。从任务驱动法的角度看，“职业生涯规划”是以制订出一份职业生涯规划为总任务来驱动教学的全过程，以完成规划职业生涯的某个环节来驱动完成学习任务，这样就能提高学生对职业生涯规划有重要的认识，促进他们重视职业生涯规划的学习，从而能制定出一份适合自己的职业生涯规划。从任务驱动行动，从行动到思想，有利于学生积极投入到《职业生涯规划》课程的学习，有助于提高学生学习《职业生涯规划》课程的兴趣，有助于增强学生对教学内容的理解，有助于学生制订既实事求是，又富有激励功能的职业发展规划，提高学生思考问题的能力，解决实际问题的综合能力，促进学生的职业能力的发展。
二、任务驱动教学法的实践教学过程
（一）以任务整合《职业生涯规划》课程学习内容
我校《职业生涯规划》课的开设在第一学期，学生经过一学期课的学习，要完成一份个人的职业生涯规划作品，优秀作品将参加全国文明风采大赛中职组的职业生涯规划作品评比。为了完成这个总任务，教师根据职业教育基础课“适用、够用”原则，结合学生的实际学习情况，对《职业生涯规划》课程的学习内容进行整合，把教材五个单元的内容，整合为十二个任务，对应需要完成的学习任务和工作任务，下面以我校造价专业为例，整合如下：
（二）任务驱动教学法的实践过程
以 “任务三 认识所学专业”为例，说一说任务驱动教学法在14造价2班实施的教学过程。
1.提出任务
教师根据“任务三 认识所学专业”的教学内容，提出学生的两个学习任务：造价专业对应的职业群；职业资格与职业生涯发展。工作任务是撰写职业生涯规划个人作品的第二部分：职业分析。需要2课时完成。
2.实施任务
第一课时：各小组采用自主学习形式，阅读材料，完成学习任务。根据阅读的材料在小组中展开讨论和学习，在实施过程中，教师要给予适当的指导，指导学生学习范例、通过查找学校的学生手册，懂得造价专业的核心课程，需要考取的职业资格证。
第二课时：各小组完成工作任务：学生撰写职业生涯规划的个人作品第二部分：职业分析。
3.成果展示
学生完成工作任务后，各小组选择学生代表发言，进行分享，并交流小组学习心得与收获。首先是各人在小组里发言，在小组中互相分享，相互交流，小组长归类后，整理本小组的学习成果，其次是小组之间交流学习心得与收获，回顾本小组在完成工作任务过程所遇到的问题，以及解决问题，克服困难的方法。
任务驱动教学法在《职业生涯规划》课程中的运用
4.巩固拓展
教师通过对造价专业需要完成的核心课程，需要考取的职业资格证，以及造价专业所对应的职业群等问题的分析，帮助学生巩固拓展学习与训练成果，对所学专业有更深一步的认识和理解，从而激发学生对所学专业的兴趣，为写出一份完整的职业生涯规划打下基础。
5.总结评价
第一，小组自评，安排各小组代表发言，回顾本小组在学习过程所遇到的问题，完成工作任务过程所遇到的困难，以及解决问题，克服困难的方法。
第二，教师点评，教师对每组的成果，一一做出点评，重点是学生完成的过程，包括学生阅读材料对完成任务的影响，学生在小组活动中的参与度，讨论的气氛，完成的质量，主要以方法引导和拓宽思维为主，鼓励学生通过这样的学习方式，掌握认识所学的造价专业的方法和思路，并提出改进的意见。
三、任务驱动教学法的实施效果与反思
（一）实施效果
1.在学习《职业生涯规划》课的过程中，学生在教师的帮助下，围绕一个共同的任务，在强烈问题动机的驱动下，进行自主探索和互动协作的学习，学生带着任务在探索中学习，可以更好地激发学习动机，激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性。
2.在《职业生涯规划》课程中运用任务驱动教学法，能提高教学的有效性。经过一学期的学习，该班的学生都能提交一份职业生涯规划的作品，其中有三份提交的是电子版，完成质量较好。学生在完成工作任务的过程中，也学会了职业生涯规划的方法，在学会方法的同时，增加了对所学专业的了解，树立正确观念，形成规范自身行为的自觉性。
3.在《职业生涯规划》课程中运用任务驱动教学法，能促进学生职业能力的形成。在任务驱动下，学生需要通过小组学习来完成工作任务，能培养学生的沟通能力，合作能力，培养学生的自主学习能力，活跃了学生的思维，学生在教师设计的任务引领下，在完成任务的过程中进行能力训练，促进学生职业能力的形成。
（二）反思
1.设计任务，是任务驱动教学法在《职业生涯规划》课程中运用的关键。“任务”设计要做到层次分明，清晰真实，合理有序，灵活操作，要结合学生所学的专业，要贴近学生的实际，让学生感到学有所学，对学生有吸引力。任务驱动法是以完成工作任务为载体，在完成任务的过程中对学生进行能力训练。
2.实施任务驱动法，学生带着任务去学习，拥有学习的主动权，学生在完成任务的过程中处于主体地位，教师是学习情境的创设者，学习任务的设计者、学习资源的提供者、学习活动的组织者和学习方法的指导者。教师要善于启发学生，引导学生和激励学生。
3.任务驱动教学法对教师的要求更高了，教师需要自觉更新观念，改变传统教学的满堂灌，在教学实施过程中，教师应注重对课程教学内容的整合，关注学生在课堂过程的参与度，注重引导学生在参与过程和实践活动中受到启迪，得到感悟，教师要善于引导学生学会积极地解决问题。
4.教师对学生任务成果的点评，要客观，开放，主要以鼓励表扬为主，注重过程评价。引导学生从自卑、自弃向自信自强转化，注意中职学生学习能力的基础不同所造成的差异化，教师需要采用不同的沟通技巧，不同的课堂管理手段，营造愉快学习的课堂气氛。
参考文献：
[1]柳燕君.现代职业教育教学模式[M].北京：机械工业出版社，2014.
[2]宋秋前.智慧课堂——教学行动研究探索与实践[M].成都：四川教育出版社，2013.
基于分层处理的无人机任务规划 篇4
未来战争中,高技术武器装备朝着信息化、精确化、隐身化和无人化方向发展,其中典型的代表就是无人机。无人机具有良好的隐身性能、准确的攻击能力、轻便灵巧的机身,并且可以减少战场对作战人员的直接伤害。为了提高无人机的作战效能,需要进行无人机任务规划。
无人机任务规划就是接收到上级任务后,预先规划无人机如何执行这些任务,并且尽可能使无人机生存概率和整体效能达到最佳。它包括任务执行时间范围确定、起始位置选择、携带装备选择、目标确定、飞行航路确定以及一些需要考虑的问题,如任务覆盖范围的地形状况、气象信息和威胁区域等。
1 任务规划要求和功能
任务规划要满足实时性、最大生存性和飞机自身性能约束,并且需要有重规划能力。规划的结果是可供无人机飞行的计划,包括采用的通信方式和通信时间范围、携带的燃油量、各地面站的位置和航路计划。航路计划包括出发地点、途经地点、目的地点的位置信息、飞行高度速度和需要到达的时间段。
任务规划一般包含的主要功能有:① 正确接收上级的任务、指示,解析、保存和管理上级命令指示;② 显示任务区域内敌方雷达探测范围,火炮、导弹分布和威胁范围,提供我方可用无人机资源、部队部署情况、地理、气象信息的查询显示;③ 辅助分析目前战场环境和态势,参考相关历史侦察计划,分析可能发生的时间、空间和资源冲突;提供合理侦察目标、合理装备选择等功能;④ 在制定航路计划时,考虑对方信息、天气、地形障碍和飞机性能约束;⑤ 在航路规划后,能辅助操作人员修改航路,最终生成合理、完善的飞行航路;⑥ 生成侦察计划,提供给各个参战的无人机。
2 任务规划处理流程
任务规划由任务理解、威胁评估、任务分配、航路规划、航路优化和航路评价等组成。其处理流程开始于接收上级下发的任务、命令,首先对任务进行保存,提供查阅和显示。然后辅助操作人员进行任务理解,分析任务执行的时间范围、地理区域,任务所包含的目标个数,各个目标的位置、重要程度等状况。根据任务涉及的区域查询并显示地形概况、敌方导弹、火炮、雷达分布情况及气象信息,为航路规划提供威胁情况依据。
其次进行任务分配,在这个过程里提供可用的无人机资源和降落点的显示,辅助操作人员进行载荷规划、通信规划和目标分配。载荷规划包括携带的传感器类型、摄像机类型和武器装备类型等,规划装备工作时间及工作模式,同时需要考虑气象情况对装备的影响程度。通信规划包括在执行任务的过程中,需要根据战场情况的变化制定一些通信任务,改变和任务控制站之间的通信方式等。
下一步是航路规划,在目标分配的基础上,根据威胁源情况、无人机航速、飞行高度范围、燃油量和装备性能制定飞行航路,并申请通信保障和气象保障。
航路规划完成后系统根据无人机飞行的最小拐角和最大爬坡能力对航迹进行平顺处理,制定出适合无人机飞行的航路。最后生成计划并发送,整个处理流程如图1所示。
3 基于分层处理的实现方法
由于任务规划问题的复杂性,任何一种算法都无法单独完成整个任务规划。任务规划应该在分层处理的基础上,分段、分区域地将多种规划方法综合利用,根据任务规划的要求,有机地结合各种算法来完成整个任务规划。
3.1 分层处理
分层处理是将任务规划问题分解为不同层次的子问题,在不同的层次上关注和处理的问题细节不同,从而将任务规划问题复杂而众多的约束条件按照其抽象层次分散到不同层次的子问题,降低问题的难度。
如图2所示,首先在最高层根据上级命令,分析任务包含的目标和所有可用的无人机资源,得出目标分配结果;第2层根据天气情况和无人机性能制定携带的装备类型(如摄像机)和通信计划;在第1层侦察目标分配的基础上,第3层处理根据地理状况和敌方威胁信息计算出最优的飞行航路和携带的燃油量;最底层对单个飞行航路进行优化,使其满足无人机的动态约束,如速度、最小转弯半径等,最后得到满足无人机动态性能约束的飞行航路。
采用分层处理时,下层的处理依赖上层的处理结果,而下层的处理结果又可以反馈到上层,用来判断上层处理是否合理,各层间的影响可以跨越中间的处理层。第1层和第2层的处理更侧重于操作人员的决策,根据我方资源和对方情况进行统一分配和规划,第3层和第4层的处理更依赖自动计算的结果,考虑因素的范围缩小,并可以根据下层的结果来修正上层的决策。整个任务规划的过程是一个迭代处理的过程,最终获得满意的结果为止。分层处理方法可以在不同的层次上关注不同的问题,将问题涉及的因素进行抽取和简化,减少了计算量,提高了计算结果的实时性,又可以考虑不同层次间的相互影响,并结合人工处理和自动计算各自的优点。
3.2 采用聚类算法进行目标分配
当任务包含目标数量比较多时,一架无人机无法完成任务,需要多架无人机协同配合完成任务,就出现了目标分配问题。
目标分配需要考虑任务包含的目标数量、目标位置、重要性、可用无人机数量和任务要求的时间长短。通常目标分配由人工决策进行分配,在目标的重要性相近时,可以根据目标的位置信息采用聚类算法进行目标分配。
聚类是指按照事物的自身属性,把事物聚集成类,使类间的相似性尽量小,类内的相似性尽量大。如图3所示,在侦察任务里包含的目标有17个,根据可用的无人机资源和任务要求的时间范围,决定采用2架无人机执行任务,目标分配的结果如图3所示,一条直线将目标分为2部分。
3.3 基于遗传算法的航路规划
航路规划指起始位置和侦察目标位置确定后航路选择的问题。无人机航路规划问题本质是多约束条件下,多目标函数求极值的优化问题。规划出满足任务要求、安全性等约束的较优航路。
航路规划数学模型:给定n个目标,要求无人机从基地出发,对任务包含的目标进行侦察,完成任务后无人机必须回到出发的基地。即要求寻找一条够遍历所有目标的路径,并且使得无人机的飞行代价总和最小。假设S=(x1,x2…xn)是目标集合,表示n个目标,d(i,j)表示目标点xi和xj间的距离。无人机航路规划的一个可行解可以描述为寻找一个所有目标的排序:
X=(xy1,xy2…xyn,x0),xyi(0≤yi≤n)。 (1)
式中,xyi为飞行航路中经过的目标;x0为无人机出发的基地;
式中,xyn+1=x0,式(2)是式(1)描述的解范围中的一个最优解。
无人机航路规划是一个NP难度的组合优化问题。目前,对于此类问题通常采用A*算法、神经网络、遗传算法、模拟退火和蚁群算法等求取近似最优解。但是,这些算法在求解NP难度组合优化问题时,通常存在早熟收敛、计算时间长、容易形成局部最优等问题。
遗传算法是基于生物进化机制的随机搜索算法。文献[2]详细介绍了如何使用遗传算法进行航路规划,包括如何设计编码、遗传算子、适应度函数和终止条件,并对标准的遗传算法进行了改进。在利用遗传算法进行航路规划时,为了避免出现早熟收敛现象,可以增加种群规模和遗传代数来解决。利用突变操作可以避免计算结果的局部最优。如果计算量大、计算时间过长,可以提高交叉概率来减少计算时间。采用遗传算法进行航路规划,避免了航路规划过程中考虑众多因素而产生的大规模计算问题,满足了实时性,并且可以获取近似最优的飞行航路。
在利用遗传算法制定无人机飞行航路时未考虑无人机的飞行性能约束,例如转弯半径约束和航迹倾角约束等,需要对遗传算法计算得出的初始航路进行光顺处理,形成可供无人机飞行的航路,即航路上每一点处的曲率半径都大于无人机的转弯半径。常采用的方法有3次样条插值法和B样条插值法等。
在进行多无人机协同航路规划时,需要进行冲突检测,当2条和2条以上的航路相交时,需要检测是否会出现一架以上的飞机在同一时间飞至同一位置而相撞的可能,如果存在,则需要进行冲突消解,常采用的消解策略是在冲突位置点不同的飞机以不同的高度通过。
在任务包含的目标数量有17个时,采用2架无人机执行任务,利用遗传算法进行航路规划的结果如图4所示,实心圆表示敌方威胁覆盖范围,计算航路时需要避开这些威胁区域。
航路规划是一个复杂的过程,不能完全依赖计算机自动计算的结果,人工处理包含了人的知识和经验,而这些信息很难包含在计算机的处理过程中,因此在利用遗传算法进行航路规划的基础上,需要结合人工处理得到更优的飞行航路。
4 结束语
无人机在现代战争中的作用日趋重要,任务规划可以提高无人机执行任务的安全性和时效性。对航路规划的主要功能、处理流程进行了分析,并将聚类算法和遗传算法应用任务规划的过程中。任务规划内容的研究,对提高无人机作战效能有重要意义。
参考文献
[1]柳长安,王和平,李为吉.无人机的侦察航路规划[J].西北工业大学学报,2003,21(4):490-493.
[2]唐琳,蔡德荣,黄猛.基于改进遗传算法的舰船路径规划[J].计算机工程与设计,2009,30(6):1452-1454.
[3]董世友,龙国庆,祝小平.无人机航路规划的研究[J].飞行力学,2004,22(3):21-24.
[4]BORTOFF S A.Path planningfor UAVS[C].Proceeding of theAmerican Control Conference,2000:364-368.
[5]CHANDLERP R,RASUSSENS,PACHTER M.UAV CooperativePath Planning[M].AIAA,GNC2000,Denverc,2000.
城市交通规划面临的形势与任务 篇5
一、城市交通规划所面临的复杂形势
我国目前城市交通规划面临着复杂形势, 主要问题可大致总结为宏观层次、中观层次、微观层次三部分。
第一, 宏观层次即国家层次。作为城市规划工作的基础与前提, 主要涵盖城镇化方向、资源利用、城乡建设方案、环保要求以及城市经营和管理等方面工作。这一层次问题的解决主要依靠国家、政府力量, 并非城市交通规划部门以及行业力量能企及。例如, 决定城镇化速度及规模、国家城镇化道路、重大城镇发展方案的敲定以及城市反哺农村等方面, 都需要借助于国家颁布政策。与之对应地, 上述形势对于城市交通规划的影响也是巨大的[1]。可以说, 环境、资源情况为制约性条件, 体制乃实施规划的基础。因此, 宏观层次的城市交通规划工作所面临的形势复杂、具有挑战性, 且为一切工作开展的前提与基础。
第二, 中观层次即部门层次, 这一部分工作由城市交通规划部门直接负责与落实。首先, 在人口增长规律、社会经济发展情况等基础上确定城市发展规模, 这与当前部分城市交通规划是以目前现状翻两倍来确定下步规划目标的做法相一致[2]。其次, 土地资源利用问题, 这一部分工作问题所面临的形势在最近几年日益严峻, 很大程度上与部门的土地监管力度弱, 资源流失量大等密切相关。例如, 据不完全统计, 在全国以各种名义而设立的6000余个开发区中, 仅2000多个合法、合规。其次, 调整对待原有建筑、历史文物遗产及文化的规划方案。我国如今的很多“老房子”, 尽管部分可能已被定义为危房, 但极具历史价值, 因此在拆迁规划方面需要全面权衡。最后, 在理解城市交通现代化、便捷化方面应倾注一定精力。城市交通旨在更好的服务经济发展与社会民生, 不能单纯的将立交、大马路简单视为城市规划, 例如美国在几年前便处于“精神增长”观点将“大立交”部分拆除[3]。
第三, 微观层次即具体的城市公共交通建设工作。“十一五”规划纲要中, 明确将城市轨道交通定义为重点扶持对象。目前, 我国部分地区已落实了相关工作, 如上海磁悬浮列车线路建设规划直通虹桥机场, 横穿整个城市, 其中的噪声控制为关键性解决问题。
二、城市交通规划需承担的任务
在当前的城市交通规划过程中, 要强调从国家战略层面出发, 以新思路、新方法应对新问题, 相关工作需承担的任务可归纳如下:
第一, 密切考虑交通环境问题。在城市交通规划过程中, 若干交通环境问题日益凸显, 例如宽马路设置纵然增加了交通流量, 但随之产生的路幅宽乃至路网间距增大极其需要反思;与此同时, 不成系统的立交桥的盲目建设等, 使得交通更加拥堵, 交通环境未优化反而恶化。以上问题都是亟待思考与解决的。
第二, 结合区域实际情况及特色, 步步落实国家发展战略。秉承开放性特点, 城市交通规划需将区域问题考虑在内。例如, 上海浦东新区在规划城市交通时, 秉承联系浦西, 带动浙江、江苏, 进而辐射全国的目标;天津以其自身与北京相连的现实, 不再单纯开展天津港疏港交通规划, 而是对天津滨海新区及辐射发展进行全面综合规划。
第三, 从规划布局出发, 调整城市交通规划理念, 推行公共交通优惠政策。一方面, 理论与实践证明, 发展城市公共交通是当今我国正确的社会交通发展思路。尽管小汽车在很大程度上推动了社会经济发展, 且其推动作用仍持续增加, 但无论是穷人还是富人, 都有乘坐公共交通的需求, 且这一需求量十分庞大。因此, 在小汽车供应量持续攀高的情况下, 公共交通的发展仍具有极大必要性。另一方面, 以换乘为主体, 优化公共交通布局, 加强枢纽建设。这一工作的开展需要格外关注细节, 例如换乘点的设置要强调个体需求, 方便其购物、游览及其他事情的办理。日本大阪中心火车站规划便很好的体现了这一点, 地下多层建设能够满足人们在换乘时的丰富的出行活动需求, 且不会同时增加交通量。
第四, 兼顾城乡统筹与区域协调问题。无论是城乡两元结构, 还是城市两元结构, 统筹与协调发展问题都是不可忽略的。例如, 北京市公交线路自市区延伸向各县, 即强调了城乡统筹。很多城市公共交通不仅囊括过去在行政界限内的服务, 而且添加了区域间的新服务, 为各区域间互通有无提供了便利。例如, 在我国众多的城镇人口中, 四分之一农民工为城市建设集思集力, 这便得益于城乡交通、城镇交通协调发展。
总结:
城市交通规划以科学发展观为指导, 全面考虑人与人、人与社会关系, 以求得为经济发展和民生更好服务, 因此全面认清其发展状况、明确未来发展方向具有重要价值。在本文中, 笔者从城市交通规划所面临的复杂形势出发, 对于宏观层次、中观层次、微观层次进行总结, 并重点就城市交通规划需承担的任务进行逐层分析, 指出了密切考虑交通环境问题、结合实际步步落实国家发展战略、完善推行公共交通优惠政策以及兼顾城乡统筹与区域协调问题相关方面进行阐述, 以期为城市交通规划工作抛砖引玉。
摘要：伴随我国社会主义市场经济的发展, 城市发展取得了显著成绩。城市交通管理工作中的规划部分作为重要组成部分, 必须结合社会整体发展新形势进行不断调整与更新。鉴于我国交通规划学科构建并发展与计划经济时代, 以及市场经济发展推动相关工作巨变, 因此如今的城市交通规划面临着严峻的发展形势和艰巨的任务。
关键词：城市交通规划,交通管理,形势,任务
参考文献
[1]龙宁, 李建忠, 何峻岭, 刘国强.关于城市交通规划编制体系的思考[J].城市交通.2007 (02)
[2]岳振中.关于可持续发展战略下的绿色城市交通规划思考[J].交通标准化.2014 (02)
任务规划 篇6
随着遥感卫星技术水平的不断发展, 针对遥感卫星应用需求的研究也不断深入, 已经由原来的点目标瞬时成像发展到区域目标等复杂目标的成像。区域目标通常不能被星载遥感器的一个瞬间视场或一个扫描条带覆盖, 必须先将其分割成较小的条带, 再将这些小条带分配给相应的卫星进行遥感成像。合理的分割方法和精心设计的任务规划算法是完成区域目标成像的关键技术, 本文对现有的区域分割方法进行了改进, 提出了一种新的动态划分方法, 在此基础上提出了一种邻域求解算法, 解决了区域目标遥感的任务规划问题。
1区域目标的动态划分方法
如前所述, 区域目标通常不能被星载遥感器的一个瞬间视场或一个扫描条带覆盖, 其常常表现为一个由多边形或封闭曲线包含的大范围区域[1]。针对区域目标的成像, 通常是由多颗遥感卫星多次成像完成的, 因此首先必须根据不同卫星的光照条件、分辨率、图像类型、时间窗和遥感器灵巧程度等约束条件, 将区域目标划分为单个卫星一次成像 (或开机) 就能完成的条带集合。
现有区域目标的划分方法[2,3]主要有依据卫星观测的单景进行划分、采用预定义的参考系统进行划分以及采用固定宽度的条带进行划分。欧空局Lema
但是, Lema
分割过程沿着区域目标和观测范围的重叠部分由西向东进行 (如图1所示) , 在垂直轨道方向以偏移参数Δλ为间隔由西向东逐条地布置条带, 使相邻2个条带的西侧边界 (平行于卫星轨道方向) 间距等于偏移参数Δλ, 直到条带集合完全覆盖区域目标位于观测范围内的部分。其中, 条带的长度 (轨道方向) 根据条带与区域目标边界的交点位置决定。
2区域目标任务规划的邻域搜索算法
将区域目标进行动态划分后, 就构造出了每个卫星针对区域目标的候选观测任务集合, 因为划分的时候允许候选条带之间有重叠, 因此划分生成的候选观测任务数量大大增加, 而且偏移参数设置的越小, 重叠量越大, 相应的候选观测任务数量也越多, 区域目标规划问题的解空间也就越大, 这虽然有利于找到较优的解, 但同时也使算法求解效率降低, 因此必须针对区域目标的任务规划问题设计能快速得到高质量解的求解算法。
鉴于此, 本文综合贪婪规则、随机模式和变邻域等因素设计了贪婪随机变邻域搜索算法 (Greedy Randomized Variable Neighborhood Search, GRVNS) 。整个求解阶段划分为以下3个阶段:
① 初始解构造阶段。
主要任务是按照给定的规则构造出一个可行解作为局部搜索的起点, 这一阶段的工作需要考虑解的合法性;
② 局部搜索阶段。
该阶段是模型求解的主要部分, 它是一个反复迭代的过程, 每一步迭代过程都是首先根据具体算法的需求以及不同阶段的优化目标选择合适的邻域结构, 然后基于当前解构造出指定类型的邻域, 接着在邻域中按照预定的规则改进当前解并更新最优解候选集, 如此反复迭代直到满足终止规则;
③ 微调阶段。
主要任务是在获得最优解候选集之后逐个地处理最优解候选集中的解, 剔除因为场景重叠而产生的冗余活动, 直到所有候选解都不包含冗余活动, 此时再从候选最优解中选择一个观测成本最小的解作为最优解。
该算法最大的特点是在局部搜索阶段采用了分级优化策略, 将局部搜索过程划分为多个阶段, 并根据不同的阶段性目标采用不同结构的邻域, 并在每一步迭代过程以随机模式调整邻域中候选解的先后顺序, 同时在判断是否接受候选解时采取了贪婪规则, 只接受比当前解质量优的候选解。这种算法具有使用简单、求解速度快、解质量稳定等优点, 很大程度上改进了一般启发式算法容易陷入局部最优的不足。
2.1邻域
GRVNS算法采用变邻域分级优化的思想, 在不同阶段根据不同阶段性目标采用relocatetoS (Sol) 和exchange (Sol) 两种邻域结构。
2.1.1 relocatetoS (Sol)
该邻域的功能是基于当前解Sol, 将占用虚拟资源S0的活动转移到真实资源的活动序列中, 如图2所示。
构造要素包括:源资源S0、需重新分配的活动j、目的资源resj、目的位置标记posj。其中目的位置标记posj是指活动j转移到目的资源resj时所要插入并紧跟的活动, 即图中的活动i。当目的位置标记posj=0时, 表示活动j要作为资源resj活动序列的起始活动。在候选解的构造过程中, 首先将源资源S0上与活动j有关的活动时序关系都破坏, 如prevj与j、j与nextj、i与nexti等, 并建立新的活动顺序关系, 如i与j、j与nexti、prevj与nextj。
在搜索过程中采用这一种邻域结构, 解的整体收益将始终保持着非减的变化趋势。
2.1.2 exchange (Sol)
该邻域的功能是基于当前解Sol将分别位于虚拟资源和真实资源上的活动进行位置互换, 如图3所示。构造要素包括:虚拟资源S0、资源S0上待交换的活动j、资源resj、资源resj上待交换的活动i。
在候选解的构造过程中, 首先破坏previ与i、i与nexti、prevj与j、j与nextj之间的顺序关系, 交换活动i和j, 并建立previ与j、j与nexti、prevj与i、i与nextj之间的顺序关系。
该结构邻域实质是交换已安排执行的活动和未安排执行的活动, 它不能保证解对应的整体收益一直保持非减的趋势。因此, 如果要求解的整体收益在搜索过程中始终保持增长的趋势, 需要在求解算法中设置相应的迭代规则。
该邻域可用于对卫星成像方案的多目标优化过程, 既可以通过交换活动促使整体收益增长, 又可通过在保持整体收益不变的条件下, 用低成本的活动置换高成本的活动实现解质量的提高。
2.2候选解的接受准则
GRVNS算法在判断是否接受候选解时采取了贪婪规则, 总是以当前搜索阶段的优化目标为评价标准, 接受邻域中比当前解质量更好的局部最优解。比如在以最大化整体收益为优化目标的搜索阶段, 只接受邻域中整体收益比当前解更高的局部最优解, 而在以最小化观测成本为优化目标的搜索阶段, 只接受邻域中解整体收益与当前解相等且观测成本比当前解更小的局部最优解。
在同一阶段, 无论是以最大化整体收益为优化目标, 还是以最小化观测成本为优化目标, 都有可能在当前优化目标下面临多个质量无差异的候选解, 此时可以采取随机模式在这些候选解中选择一个来更新当前解。
2.3终止规则
GRVNS算法局部搜索过程的终止规则为:判断以最大化整体收益和最小化观测成本为优化目标的迭代过程是否都完全结束, 若是, 则停止局部搜索过程, 并进入冗余活动的识别和剔除阶段。其中判断relocatetoS (Sol) 或exchange (Sol) 邻域的迭代过程是否终止的规则如下:
① 当邻域为空集时, 终止当前邻域的迭代过程;
② 当迭代过程是以最大化整体收益为优化目标时, 判断当前邻域是否无法提供整体收益比当前解更高的候选解, 若是, 则终止当前邻域的迭代过程;
③ 当迭代过程是以最小化观测成本为优化目标时, 判断当前邻域是否无法提供与当前解整体收益相等但是观测成本更低的候选解, 若是, 则终止当前邻域的迭代过程。
2.4最优解信息的保留
由于GRVNS算法的局部搜索过程分阶段地以最大化整体收益和最小化观测成本为优化目标进行迭代, 其每一步迭代都是以邻域中比当前解质量更好的局部最优解来更新当前解, 当前解的质量在整个局部搜索过程中总是稳步提高的, 因此只需要在整个局部搜索过程中保留唯一的最优解信息。
2.5算法描述
GRVNS算法的详细流程如下:
第1步:初始化iIter, 令阶段标记iIter=0, 表示首先以最大化整体收益为优化目标搜索relocatetoS (Sol) 邻域;
第2步:将所有候选观测活动都编入虚拟资源的活动序列, 并以随机的顺序排列, 构造出初始解Sol, 并令最优解Solbest=Sol;
第3步:基于当前解Sol, 构造所有候选解都通过可行性分析的邻域N (Sol) :如果阶段标记iIter=0, 则构造relocatetoS (Sol) 邻域, 否则构造exchange (Sol) 邻域;
第4步:若N (Sol) =ϕ, 转第9步, 否则转第5步;
第5步:以随机模式调整邻域N (Sol) 中所有候选解的先后顺序, 使候选解以随机顺序排列, 得到邻域rN (Sol) ;
第6步:若阶段标记iIter≤1, 以最大化整体收益为优化目标, 在邻域rN (Sol) 中按候选解先后顺序比较各候选解的整体收益, 并选取整体收益最大的解Sol′;若阶段标记iIter=2, 以最小化观测成本为优化目标, 在邻域rN (Sol) 中按候选解先后顺序比较总执行时间, 并在整体收益不降低的条件下选取总执行时间最小的解Sol′。如果同时有多个候选解符合条件, 从中选取最早访问的那个解。如果没有符合条件的解, 转第9步;
第7步:当同时满足条件iIter≠2且解收益profit (Solbest) <profit (Sol′) , 或者同时满足条件iIter=2且总执行时间Cost (Sol′) <Cost (Solbest) , 令Solbest=Sol′, 并转第8步, 否则转第9步;
第8步:更新当前解Sol=Sol′, 转第3步;
第9步:如果阶段标记iIter<2, 令iIter=iIter+1, 转第3步, 否则转第10步;
第10步:输出最优解Solbest。
3实例分析
为检验GRVNS算法的有效性, 通过实例对GRVNS算法和简单贪婪算法进行了性能比较。
3.1简单贪婪算法
简单贪婪算法与GRVNS算法的区别在于不采用变邻域策略以及随机模式, 具体表现在:
① 在以最大化整体收益为优化目标进行搜索时, 直接在relocatetoS (Sol) 和exchange (Sol) 邻域混合组成的搜索空间中寻找局部最优解;
② 构造完邻域之后没有以随机模式调整邻域中所有候选解的先后顺序。
3.2GRVNS算法与简单贪婪算法的性能比较
测试算例共有6个, 规划周期均为1 d, 其中编号simp1、simp2的算例是单星对单个区域目标的简单算例, mid1、mid2是多星对单个区域目标的中等规模算例, comp1、comp2是多星对多个区域目标的复杂算例。所有算例都是在Xeon (TM) 2.8 GHz、3.81 GB内存的工作站上运算。比较结果如表1所示, 其中CPU代表算法的计算时间。
从表1可以看出, 当问题规模较小时 (simp1、simp2) , 这2种算法获得的解在质量上基本没有差异, GRVNS算法的求解速度相对较快;对于中等规模以及规模较大的问题, GRVNS算法不仅具有较快的求解速度, 而且解的质量普遍比简单贪婪算法获得的解要好。
4结束语
针对区域目标等复杂目标的成像问题研究是当前遥感卫星应用的热点。本文将区域目标的分解与分配综合起来考虑, 首先提出了一种基于卫星观测能力的动态区域划分方法, 这种方法能根据不同的卫星遥感器对区域进行可行划分。在此基础上, 综合贪婪规则、随机模式和变邻域等因素, 设计了贪婪随机变邻域搜索算法进行求解。通过一组测试实例, 对比分析了该算法与简单贪婪算法的性能, 结果表明对各种规模的问题, 算法都能较快得到比较好的解。
参考文献
[1]阮启明.面向区域目标的多星协同规划技术研究[D].长沙:国防科技大学, 2006:23-32.
[2]WALTON J.Models for the Management of Satellite-based Sensors[D].Massachusetts Institute of Technology, 1993:23-30.
任务规划 篇7
空间在轨服务[1]具有巨大的研究价值和发展空间,近年来各国加紧了空间论证实验的步伐。由于空间环境复杂,扰动因素多,试验成本高昂,需要地面测控系统的全力支持。现阶段的空间试验任务同过去相比,更加强调多个操作之间的时序关系,同时,空间试验任务需要在特定的条件下进行,这些条件复杂繁多,包括自然条件和人为需求,可以分为严格的刚性条件以及柔性的可变条件,给任务的调度规划增加了很大的难度。现有的航天规划调度模型以观测卫星为主[2,4],重点考虑卫星地面站可见窗口约束,Frank[5]考虑了卫星任务之间的时序关系,但缺乏一种统一的表述方式。本文分析空间试验任务间的关系以及部分试验条件及需求,提出了一种时间窗口描述方式,将复杂空间试验任务映射为时间窗口分配问题,并设计了一种时间窗口运算的方法,加快计算过程。
1 空间任务规划调度模型
1.1 问题描述
卫星在执行大多数任务时,需要测控系统[6]支持,本文建模时做如下假设:
(1)地面设备同一时间只能服务于一颗卫星;
(2)每个任务都可以由一颗卫星在连续时间内完成;
(3)不考虑任务准备时间及卫星储存容量限制;
(4)不考虑中继卫星。
1.2 约束满足模型
空间任务规划调度问题可用约束满足模型[7,8]来描述,定义:
S:试验任务可用卫星集合;
G:地面测控设备集合;
M:任务集合,Dm表示完成任务m所需持续时长,Tm表示任务m开始执行的时间,Wm表示任务m的权重,其中m∈M;
TW:一些离散时间段的集合,TWi,j表示卫星i与地面测控设备j的可见窗口集合,其中i∈S,j∈G;
Cm,t:任务的测控条件,仅当任务m的所有试验条件在t时刻都满足指标时,Cm,t=1,否则为0,其中m∈M,t∈R;
Xm,i,j:完成任务所使用的卫星及地面测控设备,当且仅当任务m通过卫星i及设备j完成时Xm,i,j=1,否则为0,其中m∈M,i∈S,j∈G;
约束满足模型如下:
式(1)表示规划调度的目标为最大化任务权重和;(2)确保了每个任务由一颗卫星及地面测控设备完成;(3)表示空间任务必须在地面测控设备的支持下完成;(4)表示卫星完成空间任务的时段必须满足空间任务的所有条件;(5)约束了地面站测控设备在同一时间只能服务于一颗卫星。
2 统一时间窗口约束
2.1 时间窗口描述方法
空间任务的执行在时间上受到严格的约束限制,必须在星地可见时间窗口[9]内进行。时间窗口是离散时间段的集合,时间段可用起止时间组来表示,星地可见时可以描述为其中i∈S,j属于G。除此之外,空间任务主要还受到空间试验条件约束、人为需求约束[10]、资源冲突约束以及任务相关性约束限制,这些约束可用转化为时间窗口约束。
空间试验条件窗口TWC。空间试验条件主要指空间任务执行时载荷各类参数满足一定指标需求,如光照需求、温度需求、姿态要求等,根据卫星轨道根数及空间环境分析计算,可以得到相应的可用窗口集合,这类窗口与可见时间窗口类似,是离散的窗口集。,其中m∈M。
人为需求窗口TWD。任务的执行时间需要考虑用户的需求,在特定的时间完成。这样的时间往往是具有弹性的时间区间,因此也可将其视作是离散的时间窗口集。
地面测控设备冲突窗口TWG。设备j在某一时间t,已被占用的时间窗口可表示为,。
任务相关性窗口TWR。任务间的逻辑关系较为复杂,A与B间可能的关系有图1所示9种,这种相关性可描述为B在A结束后S时间开始,B在A结束后E时间结束,即,其中A,B∈M,Start和End的取值范围见表1。
2.2 时间窗口运算
本文将满足各类约束的过程转化为时间窗口的运算,任务最终可以安排的时间窗口为TW=TWV(40)TWC(40)TWD(40)TWR-TWG,表示可用时间窗口是可见时间窗口、试验条件窗口、人为需求窗口、任务相关性窗口的交集,并且需要扣除任务所需地面设备的已用窗口,这里涉及到的主要运算为时间窗口的“交”运算以及“减”运算,如图2:
由图2可知,为实现时间窗口运算,需要对A、B中每个窗口的起止时间依次相互比对,对于两个规模为n的时间窗口,计算时间复杂度为O(n!),在窗口数量增多,任务繁重的情况下,成为计算效率的瓶颈。本文设计了一种时间窗口优化算法,通过时间窗口出栈对比,得到结果,如图3,计算过程见图4:
图4中“pop”为出栈操作,删除栈中顶端数据,“～”为逻辑取反操作。优化时间窗口算法仅需遍历两个时间窗口一次,时间复杂度为O(2n)。
3 仿真测试
为测试时间窗口算法的改进效率,本文设计了包含50个高冲突度任务的规划调度测试用例,采用遗传算法[11]进行求解,将调度的成功任务的权重和作为遗传算法适应度函数。在参数不变的情况下测试时间窗口最大数量分别是5个,20个和50个三种规模的任务集,适应度随时间变化曲线如图5:
图5中横坐标表示时间,纵坐标表示适应度,虚线为原始算法适应度变化曲线,实线为优化时间窗口计算方法后适应度变化曲线。可以看出,在相同时间限制,优化算法总能得到适应度更高的解,这种优势在时间窗口较多的大规模计算中尤为明显。
4 结论
本文将空间任务规划调度过程中4类主要约束转化为时间窗口约束,并提出一种加速算法优化时间窗口间的运算。空间任务规划调度是一类复杂的约束满足优化问题,往往需要启发式算法来求近优解。时间窗口运算的加速使得用户可接受时间内算法迭代更多次,从而找到更接近最优的解。
参考文献
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任务规划 篇8
单片机是电子信息和计算机专业的一门重要的基础课, 笔者采用是李朝青编写的《单片机原理及接口技术》这本教科书。这门课程不仅要求学生掌握繁杂的基础知识, 更要求他们能够应用与本课程相关的技术 (比如Protel制图、KEIL51仿真) , 最终能够利用单片机解决问题。但是, 一直以来, 这门课程的教学效果都不太理想。笔者认为, 造成教学效果不理想的原因主要有以下几点: (1) 基础原理的教授往往采用填鸭式教学法, 使得内容枯燥乏味, 学生积极性不高。 (2) 理论与应用联系不多, 学完后造成学生只懂理论不懂怎样应用。 (3) 考核方法单一, 通常只是采用闭卷方式进行考核, 而闭卷考核方式往往只能考察本书中的基础知识部分, 使得学生学习的重点都放在了基础知识部分。为了能够达到教学目标, 必须改善以上几点不足。
二、任务驱动教学法
任务驱动教学法是一种在建构主义学习理论指导下的教学方法, 它是一种结合了探究式模式和协作模式的教学方法。在教授过程中, 教师可以按步骤进行规划。第一步, 教师自我重定位, 这里教师的定位由传统的“主导”地位变为促进学生学习、引导学生成功的“辅助”地位上, 教师需要将教材内容进行重新整合, 把新知识隐含在一个或者多个任务之中;第二步, 创建需要的教学情境, 能够满足教师和学生的要求;第三步, 给学生布置任务, 学生的地位由“被动”接受变成“主动”学习, 通过积极的完成任务的过程寻求知识, 并不断获得成就感, 增强自己的自信心, 从而取得成功。这种教学方法能够改变学生学习的方式, 有利于真正培养学生的创新能力、自学能力、实践能力, 并且能够增强学生的独立意识和协作精神。这种教学方法非常适合《单片机原理及接口技术》这门课程。
三、任务驱动教学法的应用
51单片机的结构由几大核心部分组成, 包括中断系统、定时计数器、串行口通信等。其中, 中断系统最为重要, 这里笔者就用任务驱动教学法设计中断系统这部分内容的学习。
笔者事先已经对本部分内容重新规划好了, 那么首先, 构造适宜的教学情境。教室选择在配置了电脑和单片机实验开发板的实验室;电脑上已经安装好KEIL51和Protel99SE等软件环境;将学生分成组, 每组6人, 以便于学生之间进行讨论。第二步, 教师提出学习任务, 比如利用开关控制八盏LED灯的循环点亮, 任务要求: (1) 采用中断系统; (2) 画出程序流程图; (3) 用Protel99SE制作完整的硬件连接图; (4) 在KEIL51上编译并查看程序执行过程; (5) 在实验板上显示结果。
中断系统的基础知识杂而且多, 如果采用传统的教师讲授法, 学生会觉得枯燥乏味, 没有学习的积极性;但是如果不学习这些理论知识, 直接让学生去完成前面布置的任务, 对初学这部分内容的学生来说又太难, 学生可能中途就会放弃。实际上, 学习基础知识部分教师也可以预先布置一些问题, 先让学生之间进行讨论, 最后再由教师进行总结。笔者在此处布置的任务如下1) 51单片机中断系统是由什么组成的?2) 其中有五个中断源, 怎样识别究竟是哪种类型的中断?3) 是否发生了相应类型的中断, CPU就一定会予以响应呢?4) 在同时发生两种中断或者多种中断时, CPU会处理哪个中断?
在讨论过程中, 为了高效的完成任务, 要把学生分成几组, 通过对这几个问题的依次探讨解决, 学生既复习了前面学习的单片机结构、引脚、指令系统等相关内容, 又了解中断系统中中断源的分类, SCON、TCON、IE、IP寄存器的功能, 最后由教师通过中断系统结构图 (图1) 进行基础知识总结。
接着的实践操作就需要学生结合前面掌握的基础知识, 利用Protel99SE画出硬件连接图, 硬件连接图包括最小系统和外围的开关、LED灯, 然后画出程序流程图, 利用KEIL51编写程序, 最终编译后能够在实验开发板上显示任务的结果。
四、结束语
按照以上过程学习中断系统, 学生的动手能力明显增强, 学习成绩有显著提高。任务驱动教学法不仅继承了传统教学方法的优点, 又进行了创新。在学习过程中, 始终把学生作为学习的主体, 真正做到了理论联系实践, 不仅提高了学生的学习成绩, 也提高了学生的应用能力, 为学生学习其它知识以及将来就业打下坚实的基础。
摘要：单片机是一门基础课, 但是它既难学又难教。为此, 应用任务驱动教学法学习这门课, 这样不仅提高了学生的理论学习成绩, 也增强了他们的自信心和动手能力。
关键词：单片机,任务驱动法
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术 (第三版) .北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
[2]徐敏, 卢周平.“单片机原理及应用”课程教学改革与实践[J].上海:实验室研究与探索, 2006, 25 (1) .
[3]杨雪梅.“任务驱动”教学法[J].科技创新导报, 2008 (18) .
任务规划 篇9
成像卫星任务规划建模研究是国际航天领域的研究热点之一,其中一个重要的挑战在于如何选择一种合适的建模工具有效地描述成像卫星领域的复杂知识,建立成像卫星任务规划模型,自动生成相应的任务规划方案,达到提高成像卫星自主运行能力、减少人为干预、节省全寿命周期费用和提升信息获取能力的目标。
目前,成像卫星任务规划建模研究越来越受到各个航天大国的高度重视,国内外众多学者开展了相关研究工作:文献[1]设计了一种基于PDDL的成像卫星任务规划系统,考虑的规划模型要素较为简单,没有考虑电源电量和存储器容量的限制;文献[2]针对敏捷卫星开发了可以自动生成规划方案的任务规划系统,该系统考虑了卫星姿态、地面目标、数传任务、电源电量和存储器容量的限制以及遥感器等,但是没有考虑单星携带多个遥感器的情况;文献[3]的主要贡献在于考虑了合成任务的情况,但考虑的模型要素也不是太全面,如遥感器类型等;文献[4]中法国空间局和法国航空航天实验室等科研机构联合开发了AGATA系统,利用Timeline机制建立卫星的任务规划模型,主要侧重算法研究,模型要素考虑也不够全面(如数传任务等)。上述文献在成像卫星任务规划问题方面取得了一定的成果,但所建模型都是基于一定的简化假设,没有综合考虑任务需求(如数传任务等)和各种约束条件(如存储器容量和时间窗口等约束),还有很多研究模型局仅限于具体的卫星系统应用。
Petri网[5]是一种图形化的建模工具,由西德计算机科学家Carl Adam Petri于1962年提出,主要用于描述系统的并行、互斥、冲突和同步等行为及其因果关系。由于Petri网的良好性能,受到了航天任务规划研究领域的高度重视[6,7,8]。有色Petri网[9]CPN是一种具有层次化建模机制的高级Petri网,特别适用于描述成像卫星的各种约束条件和动态行为特性。为此,本文以有色Petri网为建模工具,建立了成像卫星任务规划模型,并设计典型实例,考察了所建模型的有效性。
1 模型要分析
1.1 成像卫星工作过程
成像卫星工作过程包括目标成像子过程和图像传输子过程, 并且只有在卫星和地面目标、地面站之间可见时,卫星才能执行任务。
(1) 目标成像子过程
在目标成像开始时,星载遥感器加电开机后,对地面目标成像前需要对遥感器进行校准,在多个连续的目标成像任务中,遥感器不需要重复校准,只校准一次即可。如果遥感器连续的两个成像任务对应着不同的地面目标,那么在执行后一个成像任务之前需调整遥感器指向,使遥感器能够以正确的姿态完成成像任务。当预定的地面目标进入遥感器视场时,开始执行成像任务,持续对该地面目标成像直至预定的时刻,结束当前成像任务,准备执行下一个成像任务,如果当前没有目标成像任务,遥感器断电关机。
(2) 图像传输子过程
在图像传输开始时,天线加电开机,根据地面站的地理位置和数传天线指向角度对地面站实施捕获,建立星地链路,系统转入自动跟踪方式。当卫星与地面站之间的链路建立后,天线开始持续对地面站进行图像传输直至预定的时刻,结束当前图像传输任务,准备下一个图像传输任务,如果当前没有图像传输任务,天线断电关机。
1.2 成像卫星任务规划问题模型要素分析
成像卫星任务规划问题模型要素有:
任务类型 包括目标成像任务和图像传输任务两种。
约束类型 主要包括资源约束、动作执行时间约束和时间窗口约束。其中,资源约束主要包括电源电量约束和存储器容量约束:遥感器转向、校准、成像和天线转向、捕获跟踪及数传动作都要消耗电源电量;执行目标成像任务将减少存储器容量,执行图像传输任务将增加存储器容量。动作执行时间约束是指卫星动作的执行需要花费一定时间。时间窗口约束是指目标成像任务和图像传输任务的执行必须在卫星与地面目标和地面站有可见时间窗口时才能完成。
2 CPN的形式化定义
定义1[9] 一个CPN由一个9 元组构成,记为undefined。其中:
(1) ∑为非空的类的有限集合,即颜色集合;
(2) P={P1,P2,…,Pm}为库所的有限集合;
(3) T={T1,T2,…,Tn}为变迁的有限集合;
(4) F为弧的有限集合;
(5) NF为节点函数,是定义F到(P×T)∪(T×P)的函数;
(6) CF为颜色函数,是定义P 到Σ的函数;
(7) GF为警戒函数,是定义在T上的表达式;
(8) FE为弧表达式,是定义在F上的表达式 ;
(9) IE为初始化函数,是定义在P上的表达式。
在成像卫星任务规划建模过程中,用不同的颜色集描述成像卫星不同类型模型要素的数据结构;用库所描述成像卫星信息状态和状态的驻留等;用变迁描述遥感器开/关、转向、校准、成像和天线开/关、转向、捕获跟踪和数传等动作;用标记的流动来模拟成像卫星的动态行为过程。
3 规划模型
根据自顶向下的原则和层次化建模思想,分别建立成像卫星任务规划的顶层模型、控制模型、目标成像任务规划模型和图像传输任务规划模型。
3.1 顶层模型
如图1所示为成像卫星任务规划的顶层模型,用以描述整个成像卫星的工作过程。其中,替代变迁TP表示成像卫星任务规划控制模型;替代变迁TI表示目标成像任务规划模型;替代变迁TT表示图像成像任务规划模型;融合库所I1和O1表示表示成像卫星任务规划控制模型和目标成像任务规划模型之间的输入(输出)和输出(输入)接口;融合库所I2和O2表示表示成像卫星任务规划控制模型和图像传输任务规划模型之间的输入(输出)和输出(输入)接口。
任务颜色集定义为一个13元组Task={Ti,Type,Pri,Obj,TS,TE,WS,WE,PS,PE,DS,SE,TC}。其中:Ti为任务编号;Type为任务类型,其中0表示目标成像任务,1表示图像传输任务;Pri为任务优先级;Obj为卫星作用对象,当卫星执行目标成像任务时,表示地面目标,当卫星执行图像传输任务,表示地面站;TS表示任务开始时间;TE表示任务规划过程中任务执行的当前时间;WS表示卫星和地面目标或地面站的可见时间窗口的开始时间,WE表示卫星和地面目标或地面站的可见时间窗口的结束时间,,如果目标成像动作或图像传输动作不在指定的时间窗口内执行,则退出任务规划;PS表示任务开始时的星载电源电量;PE表示任务规划过程中任务执行的当前的星载电源电量,如果该任务在执行任务规划过程中,由于星载电源电量不足无法执行,则退出该任务,星载电源电量恢复到任务执行前的状态;DS表示任务开始时的星载存储区容量;DE表示任务规划过程中任务执行的当前的星载存储器容量,如果该任务在执行任务规划过程中,由于存储器容量不足无法执行,则退出该任务,星载存储器容量恢复到任务执行前的状态;TC为任务规划完成情况,1表示该任务可以执行任务规划,0表示该任务不可以执行任务规划,则表明任务由于资源冲突或时间窗口约束而无法执行任务规划,不生成该任务规划方案,执行下一条任务。将任务颜色集作为标记在模型的流动来模拟成像卫星任务规划控制过程。
3.2 成像卫星任务规划控制模型
如图2所示为成像卫星任务规划控制模型,用以描述成像卫星目标成像任务和图像传输任务的规划控制。其中,输入和输出接口定义同3.1。库所Pts表示目标成像任务和图像传输任务集合;库所Pws表示卫星与地面目标、卫星与地面站之间的时间窗口集合;库所Pp表示按照时间窗口约束和任务优先级进行排序后的任务集合;库所T表示成像卫星当前需要执行的任务;库所P表示任务控制权;库所Pnt表示有图像传输任务需要执行;库所Pt表示图像传输任务规划模型正在执行规划;库所Pni表示有目标成像任务需要执行;库所Pi表示目标成像任务规划模型正在执行规划。变迁Tp表示根据任务集合和时间窗口集合对任务进行排序,同时当低优先级任务和高优先级任务冲突时,删除低优先级任务;变迁Tta表示执行的当前任务;变迁Ttjt判断当前任务是否是图像传输任务;变迁Ttji判断当前任务是否是目标成像任务;变迁Tt表示执行图像传输任务的规划;变迁Ttd表示当前图像传输任务规划执行完毕;变迁Ti表示执行目标成像任务的规划;变迁Tid表示当前目标成像任务规划执行完毕。
成像卫星任务规划控制模型的工作过程:模型初始化后,变迁Tp激发,库所Pp获得1个标识,表明系统根据库所Pts中的任务集合和库所Pws中的时间窗口集合对任务进行排序,同时当低优先级任务和高优先级任务冲突时,删除低优先级任务。此时,库所P有1个标记,表示可以执行任务,变迁Tta激发,则库所T获得1个标记,表明当前存在一个任务需要执行,如果当前任务为目标成像任务,则变迁Ttji激发,则库所Pni获得1个标记,表明有目标成像任务需要执行,变迁Ti激发,库所O1获得1个标记,表明执行目标成像任务规划,同时库所Pi获得1个标记,表明控制模型处于目标成像任务规划的状态,当执行完当前目标成像任务规划后,库所I1有1个标记,变迁Tid激发,库所P获得1个标记,表明模型可以执行下一个任务。而如果当前任务为图像传输任务,当变迁Ttjt激发,则库所Pnt获得1个标记,表明有图像传输任务需要执行,变迁Tt激发,库所O2获得1个标记,表明执行图像传输任务规划,同时库所Pt获得1个标记,表明控制模型处于图像传输任务规划的状态,当执行完当前图像传输任务规划后,库所I2有1个标记,变迁Ttd激发,库所P获得1个标记,表明模型可以执行下一个任务。
3.3 目标成像任务规划模型
如图3所示为目标成像任务规划模型,用以描述成像卫星目标成像任务的规划过程。其中,库所Pcso表示遥感器处于上电开机状态;库所Pct表示遥感器处于转向完成状态;库所Pcc表示遥感器处于地面目标校准完成状态;库所Pci表示遥感器处于对地面目标成像完成状态。变迁Tcso表示遥感器上电开机;变迁Tcsj表示判断遥感器是否处于上电开机状态;变迁Tct表示如果星载电源电量满足遥感器转向瞄准的电量需求,则遥感器转向瞄准;变迁Tctn表示如果星载电源电量不能满足遥感器转向瞄准的电量需求,则退出该任务规划;变迁Tcc表示如果星载电源电量不能满足遥感器对地面目标进行校准的电量需求,则遥感器对地面目标进行校准;变迁Tccn表示如果星载电源电量满足遥感器对地面目标进行校准的电量需求,则退出该任务规划;变迁Tci表示如果星载电源电量满足遥感器执行目标成像的电量需求,则遥感器执行目标成像;变迁Tcin表示如果星载电源电量不能满足遥感器执行目标成像的电量需求,则退出该任务规划;变迁Tcnj表示如果当前制定规划方案的时间段内还有目标成像任务,保持遥感器上电开机;变迁Tcsf表示如果当前制定规划方案的时间段内没有目标成像任务,则遥感器断电关机。
目标成像任务规划模型的工作过程:模型初始化完成后,如果需要执行目标成像任务,且当前遥感器处于断电关机状态,变迁Tcso激发,库所Pcso获得1个标识,表示遥感器当前处于上电开机状态。如果此时星载电源电量满足遥感器转向瞄准所需电量,则变迁Tct激发,库所Pct获得1个标识,表示遥感器已经转向瞄准地面目标,否则变迁Tctn激发,退出该任务规划。如果此时星载电源电量满足遥感器对地面目标校准所需电量,则变迁Tcc激发,库所Pcc获得1个标识,表示遥感器已经校准地面目标,否则变迁Tccn激发,退出该任务规划。如果此时星载电源电量满足遥感器执行目标成像所需电源电量,则变迁Tci激发,库所Pci获得1个标识,表示遥感器完成目标成像任务,否则变迁Tcin激发,退出该任务规划。如果当前制定规划方案的时间段内还有目标成像任务,则变迁Tcnj激发,执行下一个目标成像任务或图像传输任务;反之,变迁Tscf激发,遥感器断电关机,执行下一个图像传输任务或终止规划。此外,当变迁Tci激发时,如果遥感器成像动作在卫星与地面目标之间的时间窗口内,则执行目标成像动作,反之则终止当前任务规划。
3.4 图像传输任务规划模型
图4所示为图像传输任务规划模型,用以描述成像卫星图像传输任务的规划过程。其中,库所Paso表示天线处于上电开机状态;库所Pat表示天线处于完成转向状态;库所Paac表示天线处于捕获跟踪地面站状态;库所Pat表示天线处于完成对地面站图像传输状态;变迁Taso表示天线上电开机;变迁Tasj表示判断天线是否处于上电开机状态;变迁Tat表示如果星载电源电量满足天线转向瞄准的电量需求,则天线转向瞄准;变迁Tatn 表示如果星载电源电量不能满足天线转向瞄准的电量需求,则退出该任务规划;变迁Taac表示如果星载电源电量满足天线对地面站进行捕获跟踪的电量需求,则天线对地面站进行捕获跟踪;变迁Taacn表示如果星载电源电量不能满足天线对地面站进行捕获跟踪的电量需求,则退出该任务规划;变迁Tat表示如果星载电源电量满足天线执行图像传输的电量需求,则天线执行图像传输;变迁Tatn表示如果星载电源电量不能满足天线执行图像传输的电量需求,则退出该任务规划;变迁Tanj表示如果当前制定规划方案的时间段内还有图像传输任务,保持天线上电开机;变迁Tasf表示如果当前制定规划方案的时间段内没有图像传输任务,则天线断电关机。
目标成像任务规划模型的工作过程:模型初始化完成后,如果当前天线处于断电关机状态,变迁Taso激发,库所Paso获得1个标识,表示天线当前处于上电开机状态。如果此时星载电源电量满足天线转向瞄准所需电量,则变迁Tat激发,库所Pat获得1个标识,表示天线已经转向瞄准地面站,否则变迁Tat激发,退出该任务规划。如果此时星载电源电量满足天线对地面站进行捕获跟踪所需电量,则变迁Taac激发,库所Paac获得1个标识,表示天线已经捕获跟踪地面站,否则变迁Taacn激发,退出该任务规划。如果此时星载电源电量满足天线执行图像传输所需电量,则变迁Tat激发,库所Pat获得1个标识,表示天线完成图像传输任务,否则变迁Tatn激发,退出该任务规划。如果当前制定规划方案的时间段内还有图像传输任务,则变迁Tanj激发,执行下一个图像传输任务或目标成像任务;反之,变迁Tacf激发,天线断电关机,执行下一个目标成像任务或终止规划。此外,当变迁Tat激发时,如果天线数据传输动作在卫星与地面站之间的时间窗口内,则执行图像传输动作,反之则终止规划。
4 实例分析
为了验证模型有效性,论文基于CPN Tools[10]软件环境实现了基于CPN的成像卫星任务规划模型,通过设计典型仿真实例,考察模型在没有任务冲突情况下的规划能力和有任务冲突情况下的规划能力。
4.1 无任务冲突情况下的任务规划
卫星配置 一颗成像卫星EO-3,携带一个红外相机,初始状态为断电关机状态;携带一个星地数传天线,初始状态也为断电关机状态;星载存储器初始容量为200单位,电源初始容量为600单位。
任务配置 在规划时间段0s到60s之内,获取地面目标1的红外图象(任务优先级为1),并数传至地面站1(任务优先级为2)。卫星和地面目标、地面站之间的可见时间窗口约束,如图5所示。
将卫星配置和任务配置输入基于CPN的成像卫星任务规划模型,模型成功运行,并最终得到了成像卫星在无任务冲突情况下的任务规划方案,由任务颜色集的信息变换成如图6所示的规划方案。给出了遥感器和天线的任务执行过程;电源电量随着遥感器和天线动作的执行而不断减少;当遥感器完成目标成像任务时,存储器容量减少,当天线完成图像传输任务时,存储器容量增加。不难看出,本文所建模型可以有效求解成像卫星在无任务冲突情况下的任务规划方案。
4.2 有任务冲突情况下的任务规划
卫星配置 一颗成像卫星EO-3,携带一个红外相机,初始状态为断电关机状态;携带一个星地数传天线,初始状态也为断电关机状态;星载存储器初始容量为200单位,电源初始容量为200单位。
任务配置 在规划时间段0s到60s之内,获取地面目标1的红外图像(任务优先级为1),获取地面目标2的红外图像(任务优先级为2),获取地面目标3的红外图像(任务优先级为3)。卫星和地面目标之间的可见时间窗口约束,如图7所示。
将卫星配置和任务配置输入基于CPN的成像卫星任务规划模型,模型成功运行,并最终得到了成像卫星在有任务冲突情况下的任务规划方案,由任务颜色集的信息变换成如图8所示的规划方案。从规划方案来看,3个目标成像任务需求,仅有目标成像任务1可以顺利执行,其中目标成像任务2由于与目标成像任务1的时间窗口发生重叠,而其任务优先级为2小于目标成像任务1的任务优先级1,因而不能执行;而目标成像任务3之所以不能执行在于资源冲突,即星载电源电量不能满足其成像任务的执行。综上分析,本文所建模型同样可以有效求解成像卫星在有任务冲突情况下的任务规划方案。
5 结 语
成像卫星任务规划建模技术是提高成像卫星自主运行能力的关键技术之一。本文深入分析成像卫星任务规划问题模型要素的基础上,以有色Petri网为理论工具,提出了一种基于CPN的成像卫星任务规划模型。通过设计成像卫星在无任务冲突情况下和有任务冲突情况下的典型仿真实例,验证了所建模型的有效性,所建模型可以有效地求解成像卫星任务规划方案这一关键性问题。此外,本文的研究对于解决其它军事领域的任务规划问题也具有一定的参考价值。
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