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關(guān)鍵詞： 數(shù)學(xué)建模 大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué) 教學(xué)意識和方法 素質(zhì)教育

新時期的今天，伴隨著科技的發(fā)展和生活的日益數(shù)字化，數(shù)學(xué)建模意識和方法的應(yīng)用也日益廣泛。當(dāng)前，根據(jù)數(shù)學(xué)建模應(yīng)用的作用，并針對大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的現(xiàn)存問題，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)建模意識和方法的培養(yǎng)對推動大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的改革和我國素質(zhì)教育發(fā)展意義十分巨大。文章對此展開論述及分析，并提出了一些相應(yīng)的有效途徑及對策。

一、數(shù)學(xué)建模的實(shí)質(zhì)涵義

數(shù)學(xué)建模是指建立數(shù)學(xué)模型的過程。人們通過在調(diào)查研究、了解對象、作出假設(shè)、分析規(guī)律等工作的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的語言及符號，把實(shí)際中研究的對象或者問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)式子即數(shù)學(xué)模型的過程，并把計算而來的結(jié)果經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)等。所以，數(shù)學(xué)建模整體而言是一個系統(tǒng)而多面的過程，需要多種技能、方法、知識及分析的輔助和運(yùn)用。

數(shù)學(xué)建模是一種意識，也是一種方法。它要求運(yùn)用數(shù)學(xué)的語言及方法，通過系列活動，形成一種數(shù)學(xué)手段，解決實(shí)際生活和工作中的具體的或者抽象的問題與對象。數(shù)學(xué)建模理念可以說是巧妙地將數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)域與其他學(xué)科領(lǐng)域結(jié)合起來孕育而生，以適應(yīng)新時展的需要，也是對素質(zhì)人才發(fā)展方向的適應(yīng)。

二、大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問題及培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模意識的必要性

1.大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問題。

我國數(shù)學(xué)教學(xué)長期的歷史傳統(tǒng)等因素造成了授課中重理論知識及數(shù)學(xué)分析方法，輕視了對于實(shí)踐生活的結(jié)合，重視邏輯嚴(yán)密地學(xué)術(shù)知識的灌輸、片面強(qiáng)調(diào)分析過程，輕視了學(xué)生認(rèn)知能力和水平的實(shí)際限制、結(jié)果的精確性等，造成了理論與實(shí)踐的脫節(jié)。同時，在教學(xué)中多以教師傳授為主，輕視學(xué)生學(xué)習(xí)及認(rèn)識能力自主性的培養(yǎng)，缺乏對學(xué)生良性思維思考能力的引導(dǎo)，對于素質(zhì)教育的發(fā)展及素質(zhì)人才的培養(yǎng)明顯不利。

2.培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模意識的必要性。

培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模意識和方法是大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革及素質(zhì)教育發(fā)展的需要。數(shù)學(xué)建模是指通過在調(diào)查研究、了解對象、作出假設(shè)、分析規(guī)律等工作的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的語言及符號，把實(shí)際中研究的對象或者問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)式子即數(shù)學(xué)模型的過程，并把計算而來的結(jié)果經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)?？梢?，數(shù)學(xué)建模的過程是在融入了包括數(shù)學(xué)在內(nèi)的多種學(xué)科領(lǐng)域的知識信息、方法及技能的過程，是把數(shù)學(xué)知識技能同應(yīng)用實(shí)踐能力相結(jié)合的過程，是可以拓展創(chuàng)新思維意識及能力、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的過程。

總之，將數(shù)學(xué)建模意識和方法融入到大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，有利于促進(jìn)數(shù)學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科的融會，提高數(shù)學(xué)在社會領(lǐng)域中的應(yīng)用價值，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革和素質(zhì)教育發(fā)展的需求。

三、培養(yǎng)大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模意識和方法的途徑

1.遵循數(shù)學(xué)教學(xué)及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，循序漸進(jìn)，樹立數(shù)學(xué)建模理念。

在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師要樹立數(shù)學(xué)建模理念，注意將其融入到教學(xué)之中。針對目前大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問題，教學(xué)工作應(yīng)盡量避免晦澀難懂、專業(yè)邏輯性極強(qiáng)的理論語言的運(yùn)用和附加，強(qiáng)化對現(xiàn)實(shí)實(shí)踐問題的解決和聯(lián)系。盡量通過通俗語言、結(jié)合時代現(xiàn)實(shí)，循序漸進(jìn)的演繹分析及引入理論的學(xué)習(xí)，并漸漸引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)學(xué)用語嚴(yán)謹(jǐn)性的認(rèn)可與學(xué)習(xí)。如此，才能加強(qiáng)理論與實(shí)踐、時代的結(jié)合，強(qiáng)化數(shù)學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣及對數(shù)學(xué)融入這個時代現(xiàn)實(shí)的認(rèn)可與理解力。

2.回歸自然、強(qiáng)化與生活的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生認(rèn)識、解決實(shí)際問題的興趣。

在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)精而少地選擇數(shù)學(xué)例題，引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模意識的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生通過數(shù)學(xué)理論知識認(rèn)識及解決實(shí)際生活問題。同時，我們應(yīng)較少對理論知識、經(jīng)典例題、技巧方法的片面倚重，著重強(qiáng)化實(shí)際應(yīng)用及與其他學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)系，拓寬學(xué)生的視野，以“授之以漁”的教學(xué)方式，提高他們對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的研究樂趣，拓展他們的思維理解和思維方法，激發(fā)他們認(rèn)識與思考世界問題的興趣及能力。

通過對我國大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中現(xiàn)存的問題及教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思維和方式必要性的分析，了解到應(yīng)時展需要，我們需要將數(shù)學(xué)建模思維和方式融入到大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中。相信，如此，有利于促進(jìn)學(xué)生樹立正確的認(rèn)識觀與價值觀，也必將實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識、能力及素質(zhì)的全面提升，真正適應(yīng)新時期大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革與素質(zhì)人才教育的需要。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱世華，李學(xué)全.工科數(shù)學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模技術(shù)的嵌入式教學(xué)法［J］.數(shù)學(xué)理論與應(yīng)用，2008，（4）.

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【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)教學(xué)；建模意識；培訓(xùn)

一、引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了人們的眼界，科技的進(jìn)步也加大了對人才培養(yǎng)的要求，高等教育在我國教育體系中十分重要，關(guān)系到學(xué)生人生的成長，數(shù)學(xué)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮了很大的作用，在高等教學(xué)中也意義重大，為了使學(xué)生的思維更加開闊，提高其創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力，需要努力培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識，改進(jìn)方法，使大學(xué)生能夠更好的使用與數(shù)學(xué)相關(guān)的能力和知識，促進(jìn)其抽象思維的建立。

二、數(shù)學(xué)建模內(nèi)涵

高等教學(xué)中的數(shù)學(xué)建模主要是通過假設(shè)、分析、研究和探討等過程，利用數(shù)學(xué)的相關(guān)符號系統(tǒng)，把研究對象轉(zhuǎn)變成一定的數(shù)學(xué)模型的方法和過程。教師將一些別人建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型和關(guān)于建模的方法與思想等傳授給學(xué)生，使學(xué)生擁有使用數(shù)學(xué)建模方法解決相關(guān)數(shù)學(xué)問題的能力。其基本流程如下：首先需要把面臨的問題抽象化，簡化成相關(guān)的數(shù)學(xué)模型；然后找出其數(shù)學(xué)解并利用檢驗(yàn)和釋義等手段求得現(xiàn)實(shí)解；最后利用現(xiàn)實(shí)解對現(xiàn)實(shí)中的問題進(jìn)行分析，這就是其完整的過程。隨著我國教學(xué)改革的發(fā)展，數(shù)學(xué)建模思想也對高等教育中的數(shù)學(xué)產(chǎn)生巨大影響，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢煞指畹囊徊糠帧?/p>

三、培養(yǎng)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識的意義

1.目前我國高等教學(xué)的數(shù)學(xué)教育普遍比較枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，興致不高，加強(qiáng)對數(shù)學(xué)建模意識的培養(yǎng)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的動機(jī)，從而使學(xué)生參與到教學(xué)中來，體會到數(shù)學(xué)的神奇與魅力。還能夠使高等教學(xué)中普遍存在的脫離實(shí)踐問題得到解決，使理論和實(shí)踐充分結(jié)合。傳統(tǒng)的高等數(shù)學(xué)教育經(jīng)常是教師教給學(xué)生大量枯燥的公式、定理等理論性的知識，課堂無趣乏味。數(shù)學(xué)建模則可以使課堂教育變得生動、活潑，理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生理論與實(shí)際相聯(lián)系的水平。

2.可以促進(jìn)學(xué)生的能力得到全面的提高。培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識可以使學(xué)生有綜合運(yùn)用相關(guān)知識的能力，使用相關(guān)數(shù)學(xué)的方法對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行計算和分析，有利于現(xiàn)實(shí)問題的解決，增強(qiáng)學(xué)生使用數(shù)學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)的能力。而且，數(shù)學(xué)建模意識的培養(yǎng)還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高觀察問題的能力與想象力，使學(xué)生能夠自如的運(yùn)用已有的科研成果，促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展與進(jìn)步。此外，數(shù)學(xué)建模意識的培養(yǎng)還可以加快我國高等教育改革的步伐，當(dāng)代高等教育中的數(shù)學(xué)教學(xué)不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生掌握關(guān)于數(shù)學(xué)的基本方法與知識，還要使學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，使之能夠解決現(xiàn)實(shí)中的問題，提高其綜合水平。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的教學(xué)方法不注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，忽視其主體地位。所以數(shù)學(xué)建模的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)的不足，推動我國的教育事業(yè)發(fā)展。

四、對大學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識培養(yǎng)的方法

1.數(shù)學(xué)教師要樹立相關(guān)的數(shù)學(xué)建模理念。要想培養(yǎng)大學(xué)生擁有良好的數(shù)學(xué)建模意識，首先教師要擁有建模理念。目前我國高等教學(xué)中，數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)普遍較低，需要教師加強(qiáng)對他們的引導(dǎo)，把相關(guān)建模方法滲透到日常教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣的提高，從而促進(jìn)對學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識與方法的培養(yǎng)。教師在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的教學(xué)時，要注意少使用邏輯性和專業(yè)性較強(qiáng)的語言，學(xué)生對這些難以理解或理解錯誤都會影響教學(xué)質(zhì)量。所以教師要根據(jù)現(xiàn)實(shí)教學(xué)情況，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力和水平，把一些現(xiàn)實(shí)問題引入教學(xué)，使用通俗易懂的語言，深入淺出的進(jìn)行講解，還可以通過一些簡單的比喻等手段，直觀的對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行推演，把數(shù)學(xué)內(nèi)的一些公式或定理摘出來，用簡單的語言描述其主要內(nèi)容，學(xué)生掌握這些知識后，再使用理論性較強(qiáng)的語言講解。這樣可以使學(xué)生掌握住這類問題的本質(zhì)，有助于對這些數(shù)學(xué)問題建模方法的學(xué)習(xí)，如果學(xué)生再遇到此類問題，可以自主選擇有用的數(shù)據(jù)信息，從而建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，使問題得到解決。老師在講解和演示時，需要使學(xué)生有效的認(rèn)識到數(shù)學(xué)的魅力和深奧，數(shù)學(xué)可以和多種其他領(lǐng)域相結(jié)合，產(chǎn)生巨大的能量，要讓學(xué)生通過數(shù)學(xué)的建模過程體驗(yàn)到數(shù)學(xué)之美，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范數(shù)學(xué)用語，這樣才能切實(shí)提高對學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識和方法的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，促進(jìn)我國數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展。

2.教師在進(jìn)行學(xué)生建模意識與方法的培養(yǎng)過程中，要注意選用合適的例題，使學(xué)生的問題解決能力得到提高。我國的高等數(shù)學(xué)教育旨在為國家培養(yǎng)專業(yè)性、實(shí)用性人才，從而為我國的發(fā)展做貢獻(xiàn)，所以教師在教學(xué)過程中，要注意對學(xué)生的問題解決能力進(jìn)行培養(yǎng)，使用恰當(dāng)有效的手段，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。教師在上課時，可以選用一些貼近生活的、緊跟時代潮流的例題，建立合適的數(shù)學(xué)模型，對學(xué)生進(jìn)行演示和推理，提高學(xué)生使用數(shù)學(xué)建模來解決實(shí)際問題的能力與意識，選擇例題時要遵循現(xiàn)代性、應(yīng)用性的宗旨，可以對教材中的部分例子進(jìn)行合理的取舍，加入一些更生動、活潑、與學(xué)生的生活更接近的例子，這樣建立的數(shù)學(xué)模型才能真正的使學(xué)生印象深刻，可以使學(xué)生更好的掌握和理解所學(xué)知識，增強(qiáng)其解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，并在解決問題的過程中感受到學(xué)習(xí)的樂趣，培養(yǎng)其形成良好的數(shù)學(xué)建模意識與方法。

3.培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識應(yīng)該注意的一些問題。高等教育中的數(shù)學(xué)教學(xué)，其相關(guān)的定理、定義都是獨(dú)立的數(shù)學(xué)模型，所以教師在數(shù)學(xué)建模時要使理論與實(shí)際相聯(lián)系，選擇容易接受且趣味性更強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型，在使用這些模型時，要注意講清哪些模型可以解決哪些現(xiàn)實(shí)中的問題，以便學(xué)生實(shí)際應(yīng)用。教師要設(shè)計一些新奇、符合時展的例題，加大對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；教學(xué)時還要注意例題不能過多，要注意對學(xué)生的引導(dǎo)，潛移默化的對學(xué)生進(jìn)行滲透，提高學(xué)生數(shù)學(xué)建模的能力。

五、結(jié)論

高等教育中數(shù)學(xué)教學(xué)的質(zhì)量直接影響大學(xué)為國家輸送人才的質(zhì)量，大學(xué)的數(shù)學(xué)教育必須與教學(xué)改革目標(biāo)相適應(yīng)，把數(shù)學(xué)建模思想融入到日常教學(xué)中，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識，從而促進(jìn)大學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，促進(jìn)社會的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]哈申.大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過程中數(shù)學(xué)建模意識的培養(yǎng)[J].高教視野，2012，（1）.

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關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模能力 數(shù)學(xué)建模活動 主體性 創(chuàng)新能力

二十一世紀(jì)是信息的時代，新的時代呼喚具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人，科技的發(fā)展，使得競爭將更加激烈，其中一個關(guān)鍵問題便是數(shù)學(xué)技術(shù)的競爭，而數(shù)學(xué)技術(shù)又取決于公民的應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力。應(yīng)用數(shù)學(xué)去解決各類實(shí)際問題時，建立數(shù)學(xué)模型是十分關(guān)鍵的一步，同時也是十分困難的一步。建立教學(xué)模型的過程，是把錯綜復(fù)雜的實(shí)際問題簡化、抽象為合理的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的過程。要通過調(diào)查、收集數(shù)據(jù)資料，觀察和研究實(shí)際對象的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，抓住問題的主要矛盾，建立起反映實(shí)際問題的數(shù)量關(guān)系，然后利用數(shù)學(xué)的理論和方法去分折和解決問題。這就需要深厚扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，敏銳的洞察力和想象力，對實(shí)際問題的濃厚興趣和廣博的知識面。數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實(shí)際問題的橋梁，是數(shù)學(xué)在各個領(lǐng)械廣泛應(yīng)用的媒介，是數(shù)學(xué)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑，數(shù)學(xué)建模在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用越來越受到數(shù)學(xué)界和工程界的普遍重視，它已成為現(xiàn)代科技工作者必備的重要能力。下在就在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生建模能力的培養(yǎng)談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。

1、選題要合理。

初中數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要是初等數(shù)學(xué)，許多概念和命題都有其產(chǎn)生的直觀背景。因此，初中數(shù)學(xué)建模的選題要遵循以下原則：首先，要注重題目的現(xiàn)實(shí)價值，即要與實(shí)際生活緊密聯(lián)系。興趣是最好的老師。能通過自己學(xué)習(xí)到的數(shù)學(xué)知識解決一些實(shí)際生活中的例子，可以使學(xué)生提高對數(shù)學(xué)學(xué)科的興趣，認(rèn)識到數(shù)學(xué)無處不在，增強(qiáng)學(xué)好數(shù)學(xué)的自信心。以數(shù)學(xué)為依托，選擇與實(shí)際生活有關(guān)的課題，易激起學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。其次，中學(xué)數(shù)學(xué)建模的選題要關(guān)注學(xué)生的實(shí)際能力和知識水平，選擇合適的難度。難度過大，則會無意中對學(xué)生形成很大的心理負(fù)擔(dān)，給學(xué)生制造了挫折感，有害于學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，與新課程改革的目標(biāo)背道而馳。

2、在數(shù)學(xué)建?；顒又幸浞种匾晫W(xué)生的數(shù)學(xué)建?；顒又黧w性。

提高學(xué)生的主體意識是新課程改革的基本要求。在課堂教學(xué)中真正落實(shí)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生真正成為數(shù)學(xué)課堂的主人，促進(jìn)學(xué)生自主地發(fā)展，是現(xiàn)代數(shù)學(xué)課堂的重要標(biāo)志，是中學(xué)數(shù)學(xué)素質(zhì)教育的核心思想，也是全面實(shí)施素質(zhì)教育的關(guān)鍵。中學(xué)數(shù)學(xué)建?；顒又荚谂囵B(yǎng)學(xué)生的探究能力和獨(dú)立解決問題的能力，學(xué)生是建模的主體，學(xué)生在進(jìn)行建?；顒舆^程中的主體性表現(xiàn)為自主完成建模任務(wù)和在建?；顒又械幕ハ鄥f(xié)作性。中學(xué)生具有好奇、好問、好動、好勝、好玩的心理特點(diǎn)，思維開始從經(jīng)驗(yàn)型走向理論型，出現(xiàn)了思維的獨(dú)立性和批判性，表現(xiàn)為

喜歡獨(dú)立思考、尋根究底和質(zhì)疑爭辯。因此，教師在課堂上應(yīng)該讓學(xué)生充分進(jìn)行自主體驗(yàn)，在數(shù)學(xué)建模的實(shí)踐中運(yùn)用這些數(shù)學(xué)知識，感受和體驗(yàn)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值。如一艘海輪位于燈塔P的北偏東65。方向，距離燈塔80海里的A處，它沿正南方向航行一段時間后，到達(dá)位于燈塔P的南偏東34。方向上的B處，這時，海輪所在的B處距離燈塔P有多遠(yuǎn)？教師可作適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥指導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識到應(yīng)該用什么樣的數(shù)學(xué)模型來解決這個實(shí)際問題。這個過程要重視學(xué)生的參與過程和主體意識，要使他們通過探究合作得出用構(gòu)造直角三角形、解直角三角形的方法來解決這個實(shí)際問題的結(jié)論。不能越俎代庖，目的是提高學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。。

3、在數(shù)學(xué)建?；顒又幸⒅嘏囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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關(guān)鍵詞：高職；數(shù)學(xué)建模技術(shù)；數(shù)學(xué)教學(xué)；運(yùn)用策略

高職院校的主要教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，尤其是在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、計算能力、邏輯推理能力等成為重要的教學(xué)目標(biāo)之一，它要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)高職數(shù)學(xué)知識，能夠有效地解決生活實(shí)際問題，提高學(xué)生對高職數(shù)學(xué)知識的運(yùn)用效率。通過不斷的研究與實(shí)踐，教育工作者發(fā)現(xiàn)，數(shù)學(xué)建模技術(shù)對提高學(xué)生運(yùn)用高職數(shù)學(xué)知識解決問題的意識與培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力具有很好的促進(jìn)作用。因此，本文簡要探討一下數(shù)學(xué)建模技術(shù)在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用問題。

一、簡述數(shù)學(xué)建模技術(shù)

所謂數(shù)學(xué)建模技術(shù)，即是從實(shí)際問題出發(fā)，將實(shí)際問題簡單化、抽象化，從中發(fā)現(xiàn)問題的規(guī)律，再提出假設(shè)或者猜想，通過驗(yàn)證得出結(jié)論。在這個過程中，要求教師與學(xué)生可以靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)思想，熟練操作計算機(jī)，將數(shù)學(xué)建模技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合到一起，從而找到解決問題的方法。簡言之，數(shù)學(xué)建模就是一種數(shù)學(xué)思維形式，是揭示事物內(nèi)部規(guī)律的一種有效手段。因此，在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，促使學(xué)生向?qū)嵱眯腿瞬诺姆较虬l(fā)展。

二、數(shù)學(xué)建模技術(shù)在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的重要性

高職教學(xué)的主要教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)實(shí)用型人才，所以在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中，加入了很多應(yīng)用性的問題，以鍛煉學(xué)生實(shí)際解決問題的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)學(xué)生的發(fā)展，高職數(shù)學(xué)教師創(chuàng)造性地將數(shù)學(xué)建模技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)過程中，是對高職數(shù)學(xué)教學(xué)模式的改革，也是對高職數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展與學(xué)生的能力發(fā)展的有效促進(jìn)。首先，數(shù)學(xué)建模技術(shù)有別于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，它注重將問題簡單化，使學(xué)生在觀察與思考中發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在規(guī)律，通過動手實(shí)踐操作，驗(yàn)證假設(shè)得出結(jié)論，這樣可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高職數(shù)學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識的形成，為以后學(xué)習(xí)更高深的數(shù)學(xué)知識打下堅實(shí)的基礎(chǔ)；其次，數(shù)學(xué)建模技術(shù)最大的特點(diǎn)就是通過學(xué)生自主思考、動手操作，才能得到結(jié)論，這種教學(xué)方法可以有效培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力與動手實(shí)踐能力，還可以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的發(fā)展。學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)，從不同的角度分析、解決問題，還可以鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高高職數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效果；最后，應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，可以提高高職數(shù)學(xué)教學(xué)效率，促進(jìn)高職數(shù)學(xué)教學(xué)改革。高職院校是以培養(yǎng)實(shí)用型人才為主的教育學(xué)府，傳統(tǒng)的知識型教學(xué)方法是不能適應(yīng)高職數(shù)學(xué)教學(xué)的，因此，高職數(shù)學(xué)教師積極尋找有效的教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)模式的改革，提高教學(xué)效果。通過不斷的研究與實(shí)踐，數(shù)學(xué)建模技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的有效手段。

三、數(shù)學(xué)建模技術(shù)在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

1.創(chuàng)設(shè)有效教學(xué)情境，提高學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識。高職學(xué)生可能對數(shù)學(xué)建模技術(shù)教育理念還不熟悉，其應(yīng)用效果自然不會好，所以這需要教師通過創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，以提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識，進(jìn)而自覺應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)綜合實(shí)踐能力的形成與發(fā)展。通常教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，都是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來進(jìn)行的。

2.側(cè)重數(shù)學(xué)知識的實(shí)踐應(yīng)用，滲透數(shù)學(xué)建模思想。傳統(tǒng)的高職數(shù)學(xué)教學(xué)方法是教師將理論知識教授給學(xué)生，然后再布置學(xué)生做相關(guān)練習(xí)。這樣的教學(xué)方法不能有效地檢驗(yàn)學(xué)生對知識的掌握情況，也不能幫助學(xué)生提高數(shù)學(xué)綜合運(yùn)用能力與學(xué)生個性化的發(fā)展。隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，高職院校的數(shù)學(xué)教學(xué)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)側(cè)重點(diǎn)放到了實(shí)用性問題多種方法解決上，注重學(xué)生對數(shù)學(xué)理論知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)，調(diào)整原有的數(shù)學(xué)課堂結(jié)構(gòu)，將更多的時間留給實(shí)踐教學(xué)。這樣，教師就可以組織學(xué)生利用數(shù)學(xué)理論知識來解決生活實(shí)際中的問題，并在不斷實(shí)踐與鍛煉中，滲透數(shù)學(xué)建模思想，使學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模技術(shù)的應(yīng)用流程與方法，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的形成，使學(xué)生能夠更加有效地解決生活、學(xué)習(xí)問題。

3.利用數(shù)學(xué)定理的證明，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的發(fā)展。在高職數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，教師靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，為學(xué)生樹立數(shù)學(xué)建模意識營造了有利的環(huán)境基礎(chǔ)，使學(xué)生能夠自覺地將數(shù)學(xué)建模思想運(yùn)用到數(shù)學(xué)定理的證明上。高職數(shù)學(xué)教學(xué)中有很多的定理，這些定理為學(xué)生解決問題提供了便利。但是，一些學(xué)生在運(yùn)用數(shù)學(xué)定理時，往往會忽視定理的限定條件，致使定理運(yùn)用錯誤，數(shù)學(xué)問題得不到解決。要想幫助學(xué)生記憶定理，就必須使學(xué)生了解定理的證明過程，在此應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)，就顯得尤為重要。教師將學(xué)生分成幾個小組，并指導(dǎo)學(xué)生將定理的限定條件看做是數(shù)學(xué)建模的假設(shè)，再利用所學(xué)知識一步步地驗(yàn)證假設(shè)，證明定理。學(xué)生通過自己動手操作、動腦思考，不僅使他們了解定理的證明過程，而且能很好地運(yùn)用定理，還可以使他們在親自操作與分析中，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的樂趣，享受成功的喜悅，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模技術(shù)提供有利條件。

4.簡化習(xí)題教學(xué)中，提高學(xué)習(xí)效果。高職數(shù)學(xué)中有很多的計算，所以需要學(xué)生花費(fèi)大量的時間來完成習(xí)題。有些學(xué)生在不斷的重復(fù)練習(xí)中，產(chǎn)生厭煩心理，這是不利于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高的。因此，教師應(yīng)該改變數(shù)學(xué)習(xí)題教學(xué)策略，將數(shù)學(xué)建模技術(shù)理論應(yīng)用到習(xí)題教學(xué)中，幫助學(xué)生將同一類型的習(xí)題進(jìn)行有效的歸類，再利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)進(jìn)行抽象化、簡單化，這樣既激發(fā)了學(xué)生解決問題的興趣，又提高了學(xué)生完成習(xí)題的效率，還可以促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)問題的有效分析、思考，利用所學(xué)知識創(chuàng)造性地解決問題。所以說，在高職數(shù)學(xué)習(xí)題教學(xué)中，應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)是一種有效的提高學(xué)習(xí)效果的方法。

綜上所述，在數(shù)學(xué)建模技術(shù)教育理念的支配下，高職數(shù)學(xué)教師靈活運(yùn)用各種教學(xué)資源與教學(xué)方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力與自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生能夠“學(xué)用結(jié)合”，提高高職數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的效果，有效提高學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識解決生活實(shí)際問題的意識與效率，幫助學(xué)生自覺運(yùn)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)來學(xué)習(xí)更高深的數(shù)學(xué)知識。相信，隨著數(shù)學(xué)建模技術(shù)教育理念的不斷完善，在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中發(fā)揮的作用也將越來越重要，更能豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)生活，促進(jìn)高職數(shù)學(xué)教學(xué)的改革。

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篇5

伴隨著現(xiàn)代化建設(shè)的加快，現(xiàn)有的微波通信技術(shù)應(yīng)急沒有辦法跟上現(xiàn)代信息化建設(shè)的步伐，因此微博微波通信才會出現(xiàn)通信應(yīng)急組網(wǎng)仿真系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)非常重要，本文主要就是針對這一方面的問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，希望在通信過程中能夠有效的提升信息傳輸過程中的穩(wěn)定性能和安全性能。

應(yīng)急通信有三個主要的特點(diǎn)，第一個特點(diǎn)是信息具有非常高的突發(fā)性；第二個特點(diǎn)是應(yīng)急信息需要非常迫切的處理，不能夠有非常多的處理時間；第三個特點(diǎn)是應(yīng)急通信在處理過程中還需要對各方面的干擾力量力量進(jìn)行分析處理?；谶@三個主要特點(diǎn)，對于信息的處理要求有非常高的工作處理效率，需要在第一時間就解決到信息的處理問題。對于這方面的要求，我國現(xiàn)階段中使用的傳統(tǒng)的通信保障系統(tǒng)還沒有能力滿足，要想達(dá)到上面的要求，我們只有借助于當(dāng)今先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，在微波通信的基礎(chǔ)上建立仿真系統(tǒng)。在這一方面微波通信的應(yīng)急信息仿真在我軍中有著非常廣泛的應(yīng)用，具有非常明顯的使用優(yōu)勢，同時在開發(fā)仿真系統(tǒng)的過程中成本較低，開發(fā)周期較短而且易于操作。因此本文著重闡述微波通信中應(yīng)急組網(wǎng)仿真系統(tǒng)。

1 簡要敘述微波通信中的仿真系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)模塊

微波通信的這種仿真系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：在操作方面非常便捷，同時系統(tǒng)的各種性能非常完善，這樣就能對各種裝備，各種地形及多變的氣候進(jìn)行有效的仿真模擬，這樣就能夠在理論上對通信過程中遇到的各種因素進(jìn)行系統(tǒng)的，科學(xué)的，合理的仿真評估。這樣就會為微波通信過程中的各種通信方案及預(yù)案進(jìn)行理論上的支持和幫助。通信的安全有著非常重要的作用。這一組仿真系統(tǒng)最主要的出發(fā)點(diǎn)就是要保障通信安全，通過對于程序的分析及設(shè)計，讓通信設(shè)備在技術(shù)上及操作上都更加的規(guī)范化，系統(tǒng)化。

關(guān)于微波通信中的仿真系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)模塊的闡述和分析，本文主要從五個方面進(jìn)行闡述和分析。第一個方面是微波通信中仿真系統(tǒng)的設(shè)置地理信息的模塊。第二個方面是微波通信中仿真系統(tǒng)的設(shè)置環(huán)境的模塊。第三個方面是微波通信中仿真系統(tǒng)的配置機(jī)動的模塊。第四個方面是微波通信中仿真系統(tǒng)的輸入技術(shù)參數(shù)的模塊。第五個方面是微波通信中仿真系統(tǒng)的顯示仿真數(shù)據(jù)結(jié)果的模塊。下面進(jìn)行詳細(xì)的闡述和分析。

1.1 模塊一：微波通信中仿真系統(tǒng)的設(shè)置地理信息的模塊

設(shè)置地理信息的模塊主要的針對對象是對在通信應(yīng)急條件下的地理信息的模塊設(shè)計。例如地形，例如經(jīng)緯度等地理信息都要進(jìn)行信息的導(dǎo)入，微波通信中的仿真系統(tǒng)通過圖層的增加或者減少來對相應(yīng)的實(shí)際地理信息進(jìn)行增加或者減少的處理。如果我們在地理信息的導(dǎo)入過程中，缺少經(jīng)度或者緯度等基本信息，同時文件的格式屬于柵格化，那么我們就需要通過仿真系統(tǒng)的地理信息模塊進(jìn)行仿真設(shè)置，這樣也可以獲取信息傳輸?shù)南鄬嚯x或者相對傳輸面積參數(shù)。

1.2 模塊二：微波通信中仿真系統(tǒng)的設(shè)置環(huán)境的模塊

我們在微波通信仿真系統(tǒng)設(shè)置完畢地理模塊之后，我們就可以對環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的模塊設(shè)置。這里提及的環(huán)境模塊設(shè)置主要有四方面的基本信息。第一個方面是地形；第二個方面是地物；第三個方面是氣候；第四個方面是周邊的電磁環(huán)境。我們在仿真系統(tǒng)中輸入環(huán)境信息時，要充分的考量實(shí)際的周圍天氣進(jìn)行輸入。同時還要對氣候及電磁環(huán)境有效的進(jìn)行輸入及設(shè)置。需要注意的是在進(jìn)行環(huán)境設(shè)置的過程中，要充分的綜合上述的四方面信息進(jìn)行輸入及分析，這樣才能夠取得科學(xué)的，準(zhǔn)確的仿真參數(shù)及數(shù)據(jù)。

1.3 模塊三：微波通信中仿真系統(tǒng)的配置機(jī)動的模塊

上述兩種模塊設(shè)置完畢之后，我們還可以對機(jī)動的配置進(jìn)行詳細(xì)的模塊設(shè)計。模塊的機(jī)動配置主要是針對臺站等的設(shè)計，主要目的就是要保障臺站的地域位置的準(zhǔn)確性。正是因?yàn)檫@樣我們才要綜合環(huán)境模塊參數(shù)及地理模塊參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計。同時我們要對通過過程中的通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的控制。在模塊數(shù)據(jù)庫中，我們要對通信過程中的通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的存儲，同時還要具備靈活機(jī)動的修改，主要就是要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行機(jī)動配置的模塊設(shè)計。配置機(jī)動的通信模塊設(shè)計能夠有效的對通信設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行具體分析，能夠有效的判斷現(xiàn)在的通信設(shè)計是否出現(xiàn)了干擾的情況，這種模塊的設(shè)計是通信安全的基礎(chǔ)保障。

1.4 模塊四：微波通信中仿真系統(tǒng)的輸入技術(shù)參數(shù)的模塊

在進(jìn)行臺站通信模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上，我們還要對相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析及輸入。在微波通信中，技術(shù)參數(shù)的設(shè)計及模塊是保障臺站工作的一種技術(shù)保障。技術(shù)參通常情況下還是需要輸入，通過對通信設(shè)備的建模分析，同時還輔助與通信設(shè)備的正確操作及相關(guān)傳輸天線等來進(jìn)行傳輸過程中的技術(shù)參數(shù)分析。能夠有效的滿足通信過程中對于技術(shù)的依賴。對于微波傳輸?shù)陌踩阅芗胺€(wěn)定性能有著非常大的幫助。

1.5模塊五：微波通信中仿真系統(tǒng)的顯示仿真數(shù)據(jù)結(jié)果的模塊

在微波通信的仿真系統(tǒng)建模結(jié)束后，我們要對仿真系統(tǒng)中的相關(guān)仿真結(jié)果進(jìn)行模塊設(shè)計，這樣能夠有效的對仿真數(shù)據(jù)及仿真效果進(jìn)行評估，微波通信中的仿真系統(tǒng)顯示結(jié)果主要有三個方面的內(nèi)容。第一個內(nèi)容是能夠清晰的顯示信息傳輸過程中的實(shí)際傳輸路線；第二個內(nèi)容是能夠?qū)鬏斝畔⑦^程中的地形信息進(jìn)行有效的回傳并能夠?qū)ψ璧K信息的地形進(jìn)行顯示；第三個內(nèi)容是能夠?qū)π畔鬏斨車碾姶趴臻g分布進(jìn)行顯示。仿真結(jié)果的模塊建立的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)的建模，通過對于數(shù)學(xué)模型的設(shè)計來輸入相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，這樣就能夠在第一時間得到微波通信的仿真結(jié)果。為了防止通信的泄露，我們還可以為仿真結(jié)果設(shè)計一組組網(wǎng)驗(yàn)證。通過對于組網(wǎng)的設(shè)計能夠知道臺站的具體通信范圍。這樣能夠?yàn)橄鄳?yīng)的通信使用者給予諸多組網(wǎng)方面的意見。對通信過程中的效果有非常好的提升。

2 簡要敘述微波系統(tǒng)中的應(yīng)急組網(wǎng)仿真系統(tǒng)的具體設(shè)計

關(guān)于微波系統(tǒng)中的應(yīng)急組網(wǎng)仿真系統(tǒng)的具體設(shè)計的闡述和分析，本文主要從三個方面進(jìn)行闡述和分析。第一個方面是層次化通信裝備框架建模的設(shè)計。第二個方面是組網(wǎng)仿真的具體實(shí)現(xiàn)。第三個方面是如何評估仿真系統(tǒng)的結(jié)果。下面進(jìn)行詳細(xì)的闡述和分析。

2.1 簡述層次化通信裝備框架建模的設(shè)計

為了科學(xué)的實(shí)現(xiàn)微波通信中的通信性能及擴(kuò)展性能，我們必須要通過相關(guān)的通信裝備來進(jìn)行建模工作。有了通信設(shè)備的硬件支持，我們就能夠在不同的通信使用者中進(jìn)行不同種類，不同級別的通信仿真設(shè)計，這樣對提升微波通信的穩(wěn)定性非常有幫助。為了滿足系統(tǒng)的要求，需要利用層次分析法，提高模型構(gòu)建的規(guī)范性，這樣用戶就可以在操作規(guī)范的指導(dǎo)下，輸入相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)而自動生成通信裝備的模型，在該模型的作用下，具備了公共底層的功能，并向用戶屏蔽了建模的相關(guān)細(xì)節(jié)，大大的提高了系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性，最大限度的減少了用戶的負(fù)擔(dān)。

2.2 簡述組網(wǎng)仿真的具體實(shí)現(xiàn)

利用仿真可以降低通信裝備使用的難度，并為用戶熟悉設(shè)備的組網(wǎng)和操作創(chuàng)造了有力的條件。作為視距通信，微波通信主要負(fù)責(zé)對通信傳輸?shù)钠拭嬉约半姶诺沫h(huán)境進(jìn)行仿真。在對臺站的位置、功率、天線方向性、頻率等數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相應(yīng)的地理和環(huán)境信息，作用與電波傳播模型，進(jìn)而得到通信傳輸中的相應(yīng)參數(shù)，在Mat lab幫助下繪制出通信傳輸?shù)钠拭鎴D，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對傳輸路徑的全面了解。計算臺站產(chǎn)生的空間電磁場強(qiáng)覆蓋，得到覆蓋地域內(nèi)每個空間點(diǎn)上的電磁場強(qiáng)分布數(shù)據(jù)，根據(jù)等值線的原理，用顏色填充等值線中間的區(qū)域，進(jìn)行電磁態(tài)勢二維云圖渲染，將場強(qiáng)覆蓋范圍可視化。

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關(guān)鍵詞：三維模型;數(shù)字?jǐn)z影測量;三維地理信息系統(tǒng);數(shù)字城市;城市規(guī)劃 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：P232 文章編號：1009-2374（2015）02-0019-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0108

1 概述

“數(shù)字城市”是隨著“數(shù)字地球”戰(zhàn)略的提出應(yīng)運(yùn)而生的，是解決城市問題的綜合性工程。在“數(shù)字城市”建設(shè)過程中，二維空間數(shù)據(jù)一直作為空間信息基礎(chǔ)設(shè)施框架重要的數(shù)據(jù)內(nèi)容，其在城市規(guī)劃、交通、市政等各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)很難表現(xiàn)城市三維空間形態(tài)的多樣性和復(fù)雜性以及相互之間的關(guān)系。城市三維空間信息則具有直觀性強(qiáng)、信息量大、內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)。三維地理信息系統(tǒng)已成為數(shù)字城市的重要組成部分，而三維模型的建立是三維地理信息系統(tǒng)建立基礎(chǔ)。本文對基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模方法進(jìn)行探討。

2 構(gòu)建三維模型的方法

三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)是建設(shè)數(shù)字城市三維地理信息系統(tǒng)的核心，三維模型的精度和建模效率直接影響著三維地理信息系統(tǒng)的實(shí)用性和建設(shè)周期?，F(xiàn)將有代表性的四種建模方式列出：

第一，基于航空攝影測量的三維建模技術(shù)。通過航空攝影測量技術(shù)，在立體環(huán)境下，能快速準(zhǔn)確獲取建筑物等三維模型數(shù)據(jù)的位置、形狀及高度信息，再加以外業(yè)紋理采集及正射影像屋頂信息即可構(gòu)建精細(xì)三維模型。成熟的DEM數(shù)據(jù)及DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線能快速重建三維場景中的地形數(shù)據(jù)，真實(shí)展現(xiàn)城市風(fēng)貌。

第二，采用機(jī)載激光雷達(dá)掃描，快速獲取城市建筑模型及地表模型，但是這種方式獲取的數(shù)據(jù)量非常龐大，若需提取有用信息必須加上很多人工干預(yù)，此種方法建立的三維立體模型沒有建筑物的色彩紋理。

第四，基于規(guī)劃圖紙等二維數(shù)據(jù)資料的城市三維建模方法，利用AutoCAD、3DS Max等軟件建立三維模型數(shù)據(jù)，但是此方法需要大量的工作來收集數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的時效性存在不確定性，對于建筑物頂部紋理存在盲區(qū)，高程數(shù)據(jù)的獲取工作量亦較大。同樣此種方法建立的三維立體模型沒有建筑物的色彩紋理。

第五，SWDC-5傾斜攝影系統(tǒng)及SSW-2車載建模測量系統(tǒng)這兩個系統(tǒng)是劉先林院士在第六屆中國數(shù)字城市建設(shè)技術(shù)研討會數(shù)字城市高峰論壇上提出的，目前正在推廣應(yīng)用階段。

3 基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模方法

基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維數(shù)據(jù)制作工藝，其具體優(yōu)勢如下：

第一，數(shù)據(jù)的獲取、處理、分發(fā)等都是以數(shù)字的形式，攝影測量所有工序都可以在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并且涵蓋整個傳統(tǒng)攝影測量的各個工序。

第二，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)能夠協(xié)助設(shè)計人員快速建立地面建筑的空間幾何、高程數(shù)據(jù)，具有幾何精度高、成像速度快等特點(diǎn);地面建筑空間幾何精度可以達(dá)到厘米級，數(shù)據(jù)更新較容易，且可應(yīng)用于大的工程項(xiàng)目和國家范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，為數(shù)字城市乃至數(shù)字地球提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)框架。

第三，基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的城市三維模型數(shù)據(jù)，與通常的計算機(jī)動畫制作和仿真模擬景觀的不同之處在于，它是根據(jù)建筑物的實(shí)際三維地理坐標(biāo)，構(gòu)建真實(shí)的城市三維景觀模型。在此三維景觀模型數(shù)據(jù)中，建筑物之間的空間位置關(guān)系與實(shí)地是完全對應(yīng)的，而且任意點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)是可以量測的，具備測繪級別的數(shù)據(jù)精度。

采用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的數(shù)字沈陽三維建模技術(shù)路線如下圖1所示：

圖1 技術(shù)路線

3.1 航空攝影測量

本項(xiàng)目航空攝影采用DMC全數(shù)字航攝儀，獲得航攝比例尺為1∶5000、影像地面分辨率0.06m的影像資料。利用獲得的影像資料和外業(yè)像控資料通過航天遠(yuǎn)景的DATMatrix軟件進(jìn)行空三加密，獲取內(nèi)業(yè)測量所需要的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)。

3.2 建立數(shù)字高程模型（DEM）

DEM是建立數(shù)字城市的基礎(chǔ)信息之一。本項(xiàng)目利用空三加密后的數(shù)據(jù)在航天遠(yuǎn)景的MapMatrix軟件中自動創(chuàng)建立體模型，并檢查相對定向、絕對定向精度，生成模型的大地核線、自動匹配，生成5m格網(wǎng)的DEM文件。在匹配編輯窗口中依作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行等視差曲線或等高線的編輯使所有曲線均貼緊地面，最后生成DEM并進(jìn)行DEM接邊檢查與處理。

3.3 生成數(shù)字正射影像圖（DOM）

數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)可以進(jìn)行正射影像糾正和鑲嵌、裁切等。將DOM與DEM疊加，可生成城市的三維景觀。本項(xiàng)目用經(jīng)過接邊處理后的DEM進(jìn)行正攝糾正，糾正后的航片在航天遠(yuǎn)景的EPT中進(jìn)行，勻色、勻光、調(diào)整編輯拼接線鑲嵌影像。最后按圖幅坐標(biāo)裁切。

3.4 真正射影像圖生產(chǎn)（TDOM）

三維建模區(qū)背景圖是DOM產(chǎn)品的一種，本項(xiàng)目建模范圍內(nèi)地面進(jìn)行真正射生產(chǎn)。與普通數(shù)字正射影像產(chǎn)品的區(qū)別是：三維建模區(qū)所用的背景圖對所有建筑物都進(jìn)行了中心投影糾正，從而保證建筑物無投影差。利用全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，在立體環(huán)境下采集建筑物幾何特征信息。攝影測量系統(tǒng)所采集的建筑物矢量數(shù)據(jù)，是制作三維建模區(qū)背景圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，利用此數(shù)據(jù)對正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行再次精糾正，即可消除建筑物投影差。

3.5 建立城市真實(shí)三維景觀模型

城市真實(shí)三維景觀模型可根據(jù)大比例尺航攝影像通過數(shù)字?jǐn)z影測量方法，精確測得物體目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)及獲取建筑物的部分紋理，由相應(yīng)軟件自動生成建筑物的結(jié)構(gòu)模型。

3.5.1 基礎(chǔ)模型的制作。利用空三加密后的數(shù)據(jù)在MapMatrix的立體環(huán)境下按照《沈陽三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)設(shè)計書》對建筑物分類及模型合并標(biāo)準(zhǔn)的要求，對建筑物房頂及橋梁進(jìn)行對應(yīng)的平面幾何和高程數(shù)據(jù)的采集，并達(dá)到平面位置精度

3.5.2 屋頂紋理的提取。按要求對原始影像進(jìn)行色調(diào)處理后，在相應(yīng)的軟件下進(jìn)行影像與基礎(chǔ)模型的同名點(diǎn)的匹配，并達(dá)到合格精度，軟件自動提取建筑物頂部紋理。

3.5.3 外業(yè)紋理采集。利用手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)，根據(jù)外業(yè)紋理采集規(guī)范，采集測區(qū)范圍內(nèi)所有建筑物側(cè)面紋理信息。在外業(yè)采集紋理相片時，需要將每個建筑物的外部輪廓用相機(jī)清楚地記錄下來，并保證相鄰毗連建筑的紋理接邊。在采集過程中，必須有建筑物整體紋理效果及建筑物局部放大紋理效果，對于特征建筑物及建筑物的局部特征細(xì)節(jié)需要詳細(xì)記錄。

3.5.4 三維模型制作。沈陽三維地理信息系統(tǒng)中，三維模型主要分為地形模型、建筑模型、道路模型、植被模型、市政設(shè)施模型等五大類和精細(xì)模型、標(biāo)準(zhǔn)模型兩個級別。

要求在較短的時間內(nèi)完成沈陽市區(qū)大規(guī)模的三維建模，這對建模效率及數(shù)據(jù)質(zhì)量都有很高要求。因?yàn)榈匦巍⒌缆泛椭脖荒Ｐ鸵话憬Y(jié)構(gòu)比較簡單，建筑和市政設(shè)施模型相對復(fù)雜，所以我們采用3DS Max與MultiGen Creator兩種軟件結(jié)合起來進(jìn)行建模，即：用MultiGen Creator制作地形模型、植被模型和道路模型，用3DS Max制作建筑模型和市政設(shè)施模型。

3.6 城市三維場景整合

采用高德的TerrainBuilder、ModelBuilder等工具軟件，對DOM、DEM、模型、精細(xì)場景等進(jìn)行優(yōu)化、，整合生成數(shù)字城市三維場景。

4 結(jié)語

本文通過對數(shù)字沈陽三維建模項(xiàng)目的闡述，認(rèn)為基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模是一種非常行之有效的建模方法，但同時也存在著一些問題，如批量建模的自動化等還有待于廣大測繪人員進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)

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[4] 劉曉艷，林琿，張宏.虛擬城市建設(shè)原理與方法

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1.多媒體演示技術(shù)的概念

多媒體演示技術(shù)是綜合集成二維動畫、三維動畫、非線性編輯等多種技術(shù)，將文字、圖片、音頻、視頻等媒介有機(jī)整合，使演示效果不僅圖、文、聲并茂，并且運(yùn)用動畫演示技術(shù)，令演示更加生動活潑的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。

2.多媒體演示技術(shù)的優(yōu)勢

景觀設(shè)計方案的多媒體演示是數(shù)字動畫技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的景觀方案展示大多靠圖紙表現(xiàn)，難以全方位的體現(xiàn)出設(shè)計者的構(gòu)思和意圖。計算機(jī)輔助軟件引入到景觀設(shè)計中后，設(shè)計方案的體現(xiàn)不僅有了三維效果，并具有了時間的概念。多媒體演示技術(shù)能將靜態(tài)圖像以及運(yùn)動中的三維圖像在計算機(jī)虛擬環(huán)境下加以實(shí)現(xiàn)，模擬現(xiàn)實(shí)場景與設(shè)想，不僅能夠直接提高方案表現(xiàn)的品質(zhì)，同時在充分表達(dá)設(shè)計理念上也一定程度地改變著設(shè)計師的設(shè)計手法，即間接地提高了設(shè)計本身的品質(zhì)，能夠大大提高建設(shè)單位對于景觀方案的理解程度。通過多媒體演示，使景觀方案竣工后的效果在項(xiàng)目建設(shè)初期，就能清晰、完整、真實(shí)地展現(xiàn)給建設(shè)單位，從而有充分的理由根據(jù)其實(shí)際情況，對建設(shè)計劃進(jìn)行調(diào)整。

建設(shè)單位在決策與設(shè)計階段可以根據(jù)景觀設(shè)計方案的多媒體演示來判斷方案的可行性。多媒體演示技術(shù)是與景觀設(shè)計的過程緊密結(jié)合，從任務(wù)書階段、基地調(diào)查和分析階段、方案設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段、施工圖制作階段等，設(shè)計者利用計算機(jī)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計，并能夠?qū)崟r進(jìn)行三維效果預(yù)視。其中包括各種設(shè)計必要的設(shè)計圖、工程圖、效果圖等等，甚至是三維動畫漫游的效果。景觀設(shè)計最終形成的方案應(yīng)該全面而豐富，平面圖、立面圖、剖面圖、效果圖、文字說明和模擬動畫圖像，特色的背景音樂、精彩的解說，把它們組合在一起，達(dá)到視聽一體的效果，這樣帶給受眾的是深刻的設(shè)計藝術(shù)氛圍和身臨其境的藝術(shù)場景感受。[1]建設(shè)單位通過觀察、感受模擬空間的方案演示，與實(shí)景環(huán)境結(jié)合，與方案設(shè)計形成同步，便于設(shè)計師對景觀方案進(jìn)一步的設(shè)計和修改創(chuàng)作。設(shè)計過程結(jié)束時設(shè)計圖紙也就相應(yīng)地輸出，在景觀設(shè)計的表現(xiàn)中，運(yùn)用多媒體數(shù)字技術(shù)，能將設(shè)計方案在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中精確定位，考察加入設(shè)計方案后對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響，論證方案合理性，提出修改意見等。

3.多媒體演示制作流程

3.1 確定表達(dá)方式及任務(wù)分解

在任務(wù)分解前制作人員須先初步了解景觀方案，以方便任務(wù)分解時更易理解所要表達(dá)的內(nèi)容。這需要制作人員首先確定一條合理明確的技術(shù)路線。

3.2景觀場景的三維數(shù)字化建模

3.2.1 從二維（Auto CAD）到三維（3DS MAX）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

Auto CAD模型的準(zhǔn)確性很高，它采用雙精度浮點(diǎn)保存數(shù)據(jù)，而3DS MAX在一般情況下以單精度浮點(diǎn)保存數(shù)據(jù)。Auto CAD和3DS MAX數(shù)據(jù)交換非常容易，兩者坐標(biāo)系統(tǒng)都是一樣的世界坐標(biāo)系統(tǒng)，而且都根據(jù)模型與坐標(biāo)原點(diǎn)的位置關(guān)系來保存它的數(shù)據(jù)。就是說數(shù)據(jù)在Auto CAD和3DS MAX之間的相互轉(zhuǎn)換過程中，其位置參數(shù)可以保持不變。當(dāng)Auto CAD模型距坐標(biāo)原點(diǎn)較遠(yuǎn)時，3DS MAX的精度降低，可通過提高System Unit Scale值來適應(yīng)這種情況，也可以在將Auto CAD模型輸入到3DS MAX之前將模型移近坐標(biāo)原點(diǎn)。

由于我們希望數(shù)據(jù)在3DS MAX和Auto CAD之間轉(zhuǎn)換或者是幾何體盡量參數(shù)化，所以采用.DWG格式。[2]

3.2.2 三維數(shù)據(jù)建模（3DS MAX）的應(yīng)用

由于3DS MAX能方便地完成像體育館這樣擁有大量的復(fù)雜不規(guī)則曲面模型的建造。所以我們將3DS MAX作為一種輔助手段應(yīng)用于三維建模中。本人在制作模型的過程中主要采用了網(wǎng)格建模，片面建模和曲線建模。

LOFT放樣的網(wǎng)格建模，這種手段發(fā)展的最高的造型方式是FIT（擬合）用FIT，特別是再加上路徑橫截面的變換，就能夠造出非常復(fù)雜的形體。

片面建模，這是一種彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)格模型建造技術(shù)的曲面造型技術(shù)。片面建?？梢杂秘惼澢€來編輯表面，完成復(fù)雜不規(guī)則曲面模型的建造。

一個NURBS對象是在三維空間中具有不同的性質(zhì)（重量）的一條或多條曲線，它們的性質(zhì)可以合理地由數(shù)學(xué)公式定義。也就是說NURBS對象是“在三維空間中生成一束曲線，并將其連接在一起生成一個表面”。

材質(zhì)設(shè)置：在完成場景模型的建立之后，即可為該模型添加材質(zhì)。本案例使用的是標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)，對部分模型添加了紋理貼圖。有關(guān)材質(zhì)的命名和其它參數(shù)可以根據(jù)自己的需要和習(xí)慣進(jìn)行設(shè)置。

透明貼圖一般可以用png和tga兩種格式的圖像文件來表現(xiàn)，在VR場景里主要用于表現(xiàn)室內(nèi)裝飾物、復(fù)雜的浮雕飾物、室外樹木、花草、人及用于展現(xiàn)特效的物體等。

燈光設(shè)置按需要設(shè)置合理的燈光和陰影參數(shù)。場景中的燈光參數(shù)按照通常作圖的布光方式設(shè)置。

在3DS MAX場景中設(shè)置的相機(jī)可以輸出后作為實(shí)時瀏覽的相機(jī)。

在3DS MAX中為模型添加了材質(zhì)和燈光之后，即可用3DS MAX默認(rèn)渲染器Scanline渲染，也可使用高級光照渲染。由于場景的實(shí)時效果的好與壞取決于在3DS MAX的建模和渲染的表現(xiàn)，因此渲染質(zhì)量好壞和錯誤的多少都將影響場景的演示效果。

3.3 腳本、鏡頭設(shè)計

腳本設(shè)計是多媒體演示技術(shù)中的靈魂，這里所說的腳本不能等同于電視電影的劇本中拍攝的腳本。電視和電影的腳本只是把故事按照導(dǎo)演的要求進(jìn)行編排和進(jìn)行合理流程，缺少對受眾的參與環(huán)節(jié)的設(shè)計部分。動畫演示技術(shù)的腳本則是更多的偏向于對用戶的分析和對時間的分配以及互動模塊的編寫，必須強(qiáng)調(diào)對整個動畫的表現(xiàn)目的的把握，更多的偏向于設(shè)計內(nèi)容和技術(shù)手段的描述。

3.4時間控制

在多媒體動畫演示技術(shù)中的時間控制涉及到以下幾個方面：

一是控制多媒體動畫的時間在合理范圍，因?yàn)闀r間較長，則受眾會喪失好奇心，導(dǎo)致整個多媒體的動畫過程的平淡。二是合理時間會把制作的費(fèi)用控制在合理的范圍。三是合理的時間分配也包括鏡頭的時間的合理安排。四是多媒體動畫演示的時間安排一定要符合展項(xiàng)概念設(shè)計的要求。因?yàn)樵谠O(shè)計方案演示中對每個動畫的控制都是綜合考慮到各個方面的因素，一旦突破時間的控制，就會使整個系統(tǒng)脫節(jié)，甚至?xí)靵y。

4.多媒體演示技術(shù)應(yīng)用的新見解

4.1 軟件運(yùn)用的綜合性

在多媒體演示制作中，經(jīng)常需要利用各種專業(yè)制作軟件，這些軟件包括：Flash、Photoshop、3DS MAX、Maya、Sketch Up、Premiere、Sound Effect、After Effect、AuthorWare等，以及其它相關(guān)特效制作小軟件。

多媒體演示技術(shù)的一大優(yōu)勢就是通過各種軟件協(xié)同工作，發(fā)揮了各種軟件的優(yōu)點(diǎn)，令景觀方案的表達(dá)力更強(qiáng)，并能極大提高演示文件制作的工作效率。

4.2 制作團(tuán)隊的綜合性

多媒體演示技術(shù)的景觀方案演示文件不是由單純技術(shù)人員完成的。根據(jù)快速制作需要，制作團(tuán)隊?wèi)?yīng)包括：演示策劃人，方案編制人，技術(shù)制作人。演示策劃人接受任務(wù)制作，統(tǒng)籌制作，分解制作任務(wù)、協(xié)調(diào)工作。方案編制人一般是景觀方案設(shè)計師，復(fù)雜編寫演示腳本，向技術(shù)制作人員簡述方案及制作要求；技術(shù)制作人了解方案并根據(jù)各自制作任務(wù)完成動態(tài)分析制作，修改及音視頻合成。

4.3 可視性

多媒體演示技術(shù)表達(dá)注重于從空間形態(tài)輪廓線以及區(qū)域環(huán)境、體量、群體組合，標(biāo)志性建筑物及標(biāo)志物等方面突出區(qū)域不同功能區(qū)的特征，這樣就使得景觀設(shè)計意圖和可視圖像結(jié)合起來，讓人產(chǎn)生直觀、逼真的真實(shí)感受。

4.4 易用性

專門的方案演示技術(shù)的出現(xiàn)，讓非專業(yè)制作人員也可以快速制作出效果良好的演示片。多媒體演示技術(shù)的應(yīng)用能仿真出各種形態(tài)不一，功能各異的建筑物及配景，并能根據(jù)公眾的意見方便地進(jìn)行修改，及時反映出修改后的效果。

4.5 信息傳達(dá)的便捷性與直觀性

最終成果被錄制到各種介質(zhì)上，如光盤、錄像帶等，方便攜帶，可根據(jù)條件在各種場合播放，縮小了景觀設(shè)計方案與建設(shè)單位之間的距離，提高了方案設(shè)計的效率。

5.展望

景觀設(shè)計方案運(yùn)用多媒體演示技術(shù)在虛擬場景中達(dá)到視覺的和諧，讓受眾體驗(yàn)到美的享受。其中藝術(shù)氛圍在場景中能夠展現(xiàn)出特有的精神風(fēng)貌。當(dāng)產(chǎn)業(yè)化與數(shù)字化高度結(jié)合以后，首先是對于景觀方案理解的突破，同時是設(shè)計形式與設(shè)計內(nèi)容的創(chuàng)新。進(jìn)而帶動數(shù)字多媒體演示的技術(shù)升級與藝術(shù)創(chuàng)新，而這反映出多媒體演示技術(shù)對未來景觀方案設(shè)計的影響與提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 牛小剛. 68003部隊電化教研室. 展望虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的前景[J]. 甘肅科技，2008(10)：24-25.

[2] 雷勇．3D studio MAX綜合使用[M]. 北京：人民郵電出版社.2002.

[3] 朱黎青 王云 湯曉敏. 運(yùn)用電腦繪制園林表現(xiàn)圖探討[J].中國園林，1999.

篇8

關(guān)鍵詞：履帶式起重機(jī)；臂架； ANSYS軟件；強(qiáng)度分析

0 引言

履帶起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的一種起重設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對其需求量越來越大，對其性能的要求也越越高。履帶式起重機(jī)臂架是履帶式起重機(jī)的重要組成部分，它是靠電動機(jī)驅(qū)動來完成物料吊卸的空間桁架結(jié)構(gòu)，其設(shè)計水平的高低直接影響整機(jī)的工作性能。以前起重機(jī)設(shè)計多采用以力學(xué)與數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法，設(shè)計過程重復(fù)、周期長、精度低，設(shè)計出的產(chǎn)品粗大笨拙，已難以適應(yīng)市場需要。而起重機(jī)臂架作為起重機(jī)的工作裝置，在起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計內(nèi)容中處于核心地位，其傳統(tǒng)的設(shè)計方法又往往是依據(jù)材料力學(xué)中的許用應(yīng)力校核原理得出的，真正分析的對象僅僅是臂架結(jié)構(gòu)的截面形狀和面積等參數(shù)。由于受工作量限制，該方法只能驗(yàn)算幾個在理論上認(rèn)為是危險的截面，計算的精度從建模開始就受到限制，不僅工作量很大并且具有一定的盲目性，已不能適應(yīng)由激烈市場競爭造成的最短周期產(chǎn)品設(shè)計的要求。

目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用大型有限元軟件ANSYS對起重機(jī)的初始設(shè)計方案進(jìn)行有限元分析，校驗(yàn)設(shè)計方案中是否存在問題，為起重機(jī)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)，從而使其結(jié)構(gòu)參數(shù)符合起重機(jī)設(shè)計規(guī)范要求。采用有限元分析的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計計算將會極大地提高設(shè)計效率、保證其設(shè)計質(zhì)量。設(shè)計者只需借助通用有限元軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析，就能真實(shí)地反映機(jī)械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程，并進(jìn)行各種類型的力學(xué)分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，從而有效地縮短研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。本文應(yīng)用有限元軟件ANSYS對履帶式起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速校核分析。

1.臂架結(jié)構(gòu)的載荷分析

結(jié)合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和工程經(jīng)驗(yàn)，起重機(jī)臂架靜強(qiáng)度分析計算時需要考慮的主要載荷如下。

1.1.在變幅平面內(nèi)，臂架為鉸接外伸梁，臂架與平臺相連處簡化為固定鉸支座，變幅鋼絲繩下鉸點(diǎn)處簡化為可動支座，外載荷包括吊重、臂架自重、變幅繩拉力、起升繩拉力，如下圖a所示。

1.2.在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，臂架下端一側(cè)簡化為固定鉸支座，另一側(cè)簡化為可動鉸支座，外載荷包括風(fēng)載、水平慣性力、回轉(zhuǎn)慣性力，如圖1所示。

2.臂架結(jié)構(gòu)的有限元建模

以某公司生產(chǎn)的SC50C液壓履帶式起重機(jī)為例，在有限元分析軟件ANSYS中建立起重機(jī)臂架的有限元模型。建立的臂架金屬結(jié)構(gòu)采用合金鋼，該材料的彈性模量E=206GPa，泊松比ε=0.3，屈服極限σs=770MPa，強(qiáng)度極限σb=（820～1000）MPa，臂架全長L=52m。

2.1.臂架結(jié)構(gòu)的模型簡化

把轉(zhuǎn)臺、車架、履帶架等視為剛體，臂架的變形與底座無關(guān)；鋼管為均質(zhì)，沒有制造偏差；鋼結(jié)構(gòu)在彈性范圍內(nèi)工作，彈性模量是常數(shù)，不考慮溫度的影響等。

2.2.臂架結(jié)構(gòu)的單元類型

選擇合理的單元類型是整個有限元分析過程中至關(guān)重要的一步，直接關(guān)系到求解的成敗與求解質(zhì)量的高低。單元類型選擇應(yīng)采用的原則是：在一般部位，保證運(yùn)算結(jié)果足夠精確的前提下，盡量選擇求解時系統(tǒng)耗時少的單元；在關(guān)鍵部位使運(yùn)算盡可能精確。

下面簡述選擇理由和所選單元類型：

2.2.1.臂架主弦桿、腹桿是以彎曲和拉壓為主要變形的桿件，通常稱為梁，故將臂架的主弦桿、腹桿視為梁單元考慮，本文采用BEAMl88單元進(jìn)行模擬。

2.2.2.板類結(jié)構(gòu)一般按其平板內(nèi)特征尺寸與厚度之比加以劃分：到L/h

3）由于變幅繩只承受軸向拉力，故采用桿單元LINK8。

3.臂架結(jié)構(gòu)施加載荷的方式

施加載荷的方式如下：

集中載荷：包括吊重、回轉(zhuǎn)時重物偏擺產(chǎn)生的水平載荷以及提升載荷等，施加在相應(yīng)的軸心處。

均布載荷：主要指風(fēng)載荷，按線載的方式施加到臂架梁單元上。

慣性載荷：包括重力、回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力等，以重力加速度和角加速度的形式施加到模型上。

4.計算結(jié)果與分析

4.1臂架變幅平面

4.1.1.臂架整移如圖2所示。

4.1.2.臂架平均應(yīng)力云圖如圖3所示。

4.1.3.臂頭所受平均應(yīng)力如圖4所示。

4.2.臂架回轉(zhuǎn)平面

4.2.1.臂架整移如圖5所示。

4.2.2.臂架平均應(yīng)力云圖如圖6所示。

4.2.3.臂頭所受平均應(yīng)力如圖7所示。

4.3.臂架靜載計算小結(jié)

靜載計算小結(jié)：基本臂的位移量δ數(shù)值

5.結(jié)語

本文運(yùn)用ANSYS軟件對某公司生產(chǎn)的SC50C液壓履帶式起重機(jī)臂架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模，并結(jié)合實(shí)際受力特點(diǎn)施加等效的節(jié)點(diǎn)約束和各種載荷，對其進(jìn)行靜強(qiáng)度，從理論上證實(shí)了有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性。因此用ANSYS軟件進(jìn)行起重機(jī)臂架設(shè)計校核，可以使起重機(jī)設(shè)計者在虛擬設(shè)計階段就可以很方便地分析和修改設(shè)計方案，避免了傳統(tǒng)設(shè)計方法中昂貴耗時的物理樣機(jī)的制造，降低了生產(chǎn)成本，縮短了開發(fā)周期，有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)廠家的市場競爭能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王金諾.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)[M].北京：中國鐵道出版社， 1984.

[2] 張秀輝，胡仁喜，康士廷.ANSYS 14.0有限元分析從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

[3]秦玉玲.基于ANSYS某履帶起重機(jī)臂架參數(shù)化有限元分析系統(tǒng)開發(fā)[D].沈陽：東北大學(xué)，2010.

[4]周慎杰，王錫平，李文娟，王 凱.履帶起重機(jī)臂架有限元分析方法[J].山 東 大 學(xué) 學(xué) 報 （工 學(xué) 版），2005.

篇9

教學(xué)過程：

一、課前談話，喚醒思維

1.出示“曹沖稱象”的圖片

師：“曹沖稱象”的故事大家都很熟悉，誰來簡單介紹一下這個故事？（生簡述略）

師：大象不好稱，曹沖把它換成了石頭來稱。

2.出示“司馬光砸缸”的圖片

師：這個故事講的是什么？（生簡述略）

師：年幼的司馬光沒辦法下水救人，他急中生智，想到了砸破水缸來救小伙伴。

師：同學(xué)們，你們覺得這兩個小朋友怎么樣？

生：聰明、機(jī)智……

師：你們想像這兩位小朋友一樣聰明嗎？

生：想。

師：數(shù)學(xué)就是一門能讓人變聰明的學(xué)科，因?yàn)樗锩嫣N(yùn)藏著很多的思想方法。像“曹沖稱象”其實(shí)運(yùn)用了“替換”法，而“司馬光砸缸”運(yùn)用的則是“從反面入手”的方法。如果你們也學(xué)會運(yùn)用一些數(shù)學(xué)的思想方法解決問題，就能成為像他們一樣富有聰明才智的人。

二、創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)思維

師：上星期六，章老師在學(xué)校值班，上午11∶00左右的時候，突然接到校長的電話，說要在下午1∶00召開全體老師的緊急會議，讓我負(fù)責(zé)通知到位。我一想，這可要通知255個人哪！時間又這么緊，你們說我該怎么辦呢？

生1：打電話或發(fā)短信。

師：發(fā)短信能保證對方及時收到嗎？

生2：不能。可先打電話通知一些人，再請大家一起幫忙通知。

師：你真善解人意！為什么建議我再請一些老師幫著一起通知？

生3：一個一個通知太慢，怕來不及。

師：那我們來算算看，假設(shè)章老師給1名老師打電話需要1分鐘，給2名老師打電話需要2分鐘，給3名老師打電話呢？（3分鐘）給255名老師打電話呢？（255分鐘）

師：估算一下，大約要多少小時？（4個多小時）

師：由老師逐個打，要4個多小時，時間上確實(shí)來不及。這節(jié)課，我們就來解決這個問題：因緊急會議，章老師需電話通知學(xué)校的255名老師，假定每分鐘通知1人，最少需要多長時間？

師：面對這個問題，大家感覺怎么樣??？

生4：人多，不好想。

師：怎么辦？面對一個難于解決的問題，可以轉(zhuǎn)化為容易的來解決。（板書：化難為易）

三、引導(dǎo)探究，激活思維

1.探究

師：那“易”到什么程度好呢？我們不妨學(xué)習(xí)司馬光，換一個角度來思考，先明確1分鐘最多能通知幾個人。（1個人）2分鐘最多能通知多少人？

師：請你用簡潔的，能使人一看就明白的方式表示在作業(yè)紙上。（師巡視）

展示學(xué)生想出的方法：

[

章老師 ① ②

][章老師][① ][②][章老師 ① ②][③]

（1） （2） （3）

生5：要想2分鐘通知的人最多，已經(jīng)知道通知的“每個人都不閑著，同時打電話”，2分鐘最多能通知3人。

師：剛才有很多同學(xué)用簡單的符號和圖示來表示打電話的方法，很了不起。數(shù)學(xué)家也常這樣分析問題，他們使用的是更加簡潔的“樹狀圖”。（課件出示下圖）

[第1分鐘][第2分鐘][章老師][其他老師]

師：接下來研究幾分鐘？（3分鐘）3分鐘最多能通知多少人呢？可以用“樹狀圖”來表示。（指名學(xué)生交流，課件演示）

師：照這樣通知下去，猜一猜，4分鐘最多能通知多少人？（學(xué)生先猜想，再畫圖或計算驗(yàn)證）

2.建模

師：通知到現(xiàn)在，“樹狀圖”差不多要被畫得密密麻麻了，可是離255人還差很遠(yuǎn)，還要繼續(xù)畫下去嗎？

生6：可以停下來找找規(guī)律。

師：對。從容易處開始思考，而不是一直畫下去，要適時地停下來看一看。

師：我們把剛才打電話的情況列表整理，尋找其中的規(guī)律。（組織學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并運(yùn)用規(guī)律逐步完成下表）

[時間（分鐘）＼&1＼&2＼&3＼& 4＼& 5＼& 6＼& 7＼& 8＼&…＼&n＼&知道通知的總?cè)藬?shù)（含章老師）＼&2＼&4＼&8＼&16＼&32＼&64＼&128＼&256＼&…＼&2n＼&已通知到的總?cè)藬?shù)＼&1＼&3＼&7＼&15＼&31＼&63＼&127＼&255＼&…＼&2n-1＼&]

生7：我發(fā)現(xiàn)通知255名老師只要8分鐘。

師：7分鐘行嗎？

生8：7分鐘最多只能通知127人。

師：看到這個結(jié)果，你們有什么想法？

生9：學(xué)數(shù)學(xué)不要害怕，要動腦筋思考。

師：按照這種省時的方法，打電話之前要注意什么？

生10：要先想好誰打給誰，不然就亂了。

師：也就是要先規(guī)劃好，做到不重復(fù)、不遺漏。

四、活化應(yīng)用，拓展思維

師：同學(xué)們，“化難為易”這種思想方法還能作為解決其他數(shù)學(xué)問題的金鑰匙呢?。ㄕn件依次出示下圖）這把金鑰匙在“烙餅問題”“植樹問題”“找次品問題”“兔子數(shù)列問題”“切蛋糕問題”“巧算問題”……中都能派上用場，有興趣的同學(xué)課后可以選擇自己感興趣的問題繼續(xù)研究，相信你們一定能有所收獲。

[每次只能烙兩張餅。][在一些零件里有1個次品（次品重一些），稱幾次就一定能找出次品來？][爸爸、媽媽和我每人一張。][每次拿2個稱太慢了，能不能分幾份稱呢？][把每次稱的過程記錄下來吧。]

師：如果你們還能把“化難為易”的思想方法在生活中用上，你們就能成為像曹沖、司馬光那樣有智慧的人了！

……

思考：

課前，帶領(lǐng)學(xué)生重溫兩則耳熟能詳?shù)墓糯嬷枪适?，讓學(xué)生初步感受數(shù)學(xué)思想方法在生活中的應(yīng)用，對數(shù)學(xué)思想方法產(chǎn)生親切感，激發(fā)學(xué)生的探究欲望和思維動力。

課中，以“化難為易”的數(shù)學(xué)思想方法作為主線貫穿全課，把“優(yōu)化思想”作為輔線隱于其中。分為以下三個層次：（1）創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生產(chǎn)生運(yùn)用“化難為易”思想方法解決問題的必要性；（2）深入探究，讓學(xué)生感悟“化難為易”思想方法的特質(zhì)；（3）拓展延伸，讓學(xué)生深刻體驗(yàn)“化難為易”思想方法的價值。

篇10

[關(guān)鍵詞]概念格領(lǐng)域本體本體描述本體推理

[分類號]G350

領(lǐng)域本體描述是一切基于領(lǐng)域本體的知識工程活動的前提，提高領(lǐng)域本體描述的形式化與規(guī)范化程度、語義表達(dá)能力和本體知識推理能力就成為領(lǐng)域本體描述所一直追求的目標(biāo)。形式概念分析(FCA)是應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個分支，它是建立在概念和概念層次的數(shù)學(xué)化基礎(chǔ)之上的一種新的知識描述手段和數(shù)據(jù)分析工具，運(yùn)用形式概念分析的方法，可以發(fā)現(xiàn)、構(gòu)造和展示由屬性和對象構(gòu)成的概念及其之間的關(guān)系。

FCA和領(lǐng)域本體是兩種形式化的知識表示方法，文獻(xiàn)指出兩者的差異主要體現(xiàn)在：本體的目的是對人能感覺到的現(xiàn)實(shí)世界建立共享的概念模型，提供一種共識以支持知識密集型應(yīng)用。FCA不是為現(xiàn)實(shí)建模，而是為人工世界建模，目的是支持用戶在給定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行領(lǐng)域分析和建模。FCA中概念的外延和內(nèi)涵是同樣重要的兩方面，而本體則強(qiáng)調(diào)概念的內(nèi)涵部分。

FCA已被嘗試用于領(lǐng)域本體的描述，代表性的文獻(xiàn)有[4-6]等，這為基于FCA的領(lǐng)域本體描述理論的產(chǎn)生提供新的契機(jī)。利用FCA可以完善領(lǐng)域概念的屬性集和對象集，提高領(lǐng)域本體的語義完備性和形式化程度，自動分析領(lǐng)域的隱藏概念，并對領(lǐng)域概念進(jìn)行聚類，從而為本體分類關(guān)系提供參考，幫助建立領(lǐng)域本體原型。另外，概念格可以幫助完善用描述邏輯進(jìn)行本體推理的實(shí)際情境，為本體推理的公理和規(guī)則的編寫提供便利。

本文旨在深入研究運(yùn)用概念格協(xié)助完成領(lǐng)域本體描述的基本原理，并提出基于FCA的領(lǐng)域本體描述模型，為后續(xù)相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)和提供啟發(fā)。

1

基于FCA的領(lǐng)域本體描述原理

基于FCA的領(lǐng)域本體描述基本原理可簡述如下：領(lǐng)域本體的描述，必須自始至終貫徹工程化的指導(dǎo)思想、標(biāo)準(zhǔn)化的表達(dá)方式和規(guī)范化的工作步驟。在需求分析的基礎(chǔ)之上，通過預(yù)處理過程，將領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為領(lǐng)域核心術(shù)語集(即核心詞匯集)，進(jìn)而將領(lǐng)域核心詞匯集依據(jù)“對象一屬性”的二元關(guān)系轉(zhuǎn)換為形式背景，用形式背景來表達(dá)領(lǐng)域背景知識。形式背景形成后，在對其優(yōu)化處理的基礎(chǔ)上，通過造格過程，將形式背景轉(zhuǎn)換成概念格，并用相關(guān)工具將概念格顯化，接著根據(jù)實(shí)際需求對概念格進(jìn)行規(guī)范化的編輯操作，得出滿足領(lǐng)域本體使用需求的合理概念格，此時，可視化的概念格可以良好地展現(xiàn)出概念層次模型，概念層次清晰地體現(xiàn)了概念間的分類關(guān)系。在上述過程的基礎(chǔ)上，將概念格通過相關(guān)操作轉(zhuǎn)換成領(lǐng)域本體原模型，并在領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c下對領(lǐng)域本體原模型進(jìn)行屬性、實(shí)例、關(guān)系和公理規(guī)則等多方面的充實(shí)，最終通過領(lǐng)域本體的形式化過程，用本體描述語言將領(lǐng)域本體表達(dá)出來。最后用領(lǐng)域本體推理過程，對領(lǐng)域本體進(jìn)行檢測，并推理出相關(guān)隱性知識。

2

基于FCA的領(lǐng)域本體描述模型

根據(jù)基于FCA的領(lǐng)域本體描述原理，本文將運(yùn)用FCA描述領(lǐng)域本體的過程分為四個階段：準(zhǔn)備階段、分析階段、描述階段和推理階段。從實(shí)際操作的層面上來看，上述四個階段每階段都包涵著許多錯綜復(fù)雜、相互作用的要素和內(nèi)容，這給理解和掌握基于FCA對領(lǐng)域本體進(jìn)行描述這一過程的本質(zhì)造成了一定的困難。因此，本文采用模型化的思路，抓住這四個階段中的主要要素并摒棄次要要素，進(jìn)而深入研究各主要要素間的關(guān)系，對基于FCA的領(lǐng)域本體描述過程進(jìn)行抽象，構(gòu)建了基于FCA的領(lǐng)域本體描述模型，如圖1所示：

各模塊的主要任務(wù)概述如下：

2.1　準(zhǔn)備模塊

該模塊主要解決領(lǐng)域本體描述的前期準(zhǔn)備問題。在知識工程專家、領(lǐng)域?qū)＜液皖I(lǐng)域本體用戶三方面對所要建設(shè)的領(lǐng)域本體進(jìn)行深入需求分析的基礎(chǔ)上，搜集領(lǐng)域數(shù)據(jù)，并將其分為三類：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。隨后使用相關(guān)技術(shù)(映射技術(shù)、NLP技術(shù)等)從各類數(shù)據(jù)中抽取出領(lǐng)域核心術(shù)語集，并將術(shù)語集的格式統(tǒng)一為“對象一屬性”集，文獻(xiàn)[7]闡述了具體的方法：①對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(一般為關(guān)系數(shù)據(jù)庫表)，利用逆向工程或映射技術(shù)將關(guān)系模型轉(zhuǎn)換為E―R圖，用數(shù)據(jù)庫表的元組作為對象，而數(shù)據(jù)庫表的屬性作為屬性，E―R模型的關(guān)系表述概念間的關(guān)系；②對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(一般是領(lǐng)域純文本)的處理比較復(fù)雜，一般是通過自然語言的解析器，將領(lǐng)域文本中的每一個句子轉(zhuǎn)換成一棵語法樹，由語法樹來分析，將詞匯關(guān)系分為動賓關(guān)系、并列關(guān)系、偏正關(guān)系、主謂關(guān)系等，進(jìn)而將這些關(guān)系轉(zhuǎn)換成“對象一屬性”關(guān)系；③半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一般是大量的XML格式的網(wǎng)頁以及它們遵循的文檔類型定義(XML Schema或DTD)等具有隱含結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特征，從半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中抽取需要運(yùn)用映射技術(shù)和自然語言分析技術(shù)相結(jié)合的辦法來獲取領(lǐng)域中的“對象一屬性”關(guān)系。

2.2　分析模塊

該模塊是整個過程的核心，主要完成四項(xiàng)任務(wù)：

?將準(zhǔn)備模塊得出的結(jié)果(即領(lǐng)域核心術(shù)語的“對象一屬性”二元關(guān)系)納入統(tǒng)一的形式背景下，并判斷所形成的形式背景是否為標(biāo)準(zhǔn)形式背景，若不是，則分析原因(如多值背景、非凈化背景等)，并采取對應(yīng)措施(如多值形式背景單值化，背景凈化)，將形式背景標(biāo)準(zhǔn)化。

?通過造格算法，將標(biāo)準(zhǔn)形式背景轉(zhuǎn)換成概念格，并將所得概念格通過Hasse圖的形式顯化出來，由領(lǐng)域?qū)＜液椭R工程專家在可視化基礎(chǔ)上判斷概念格是否合理，對不合理的概念格通過一定的規(guī)則進(jìn)行對象、屬性編輯，循環(huán)操作，直至出現(xiàn)較為滿意完備的概念格為止。對概念格的編輯處理的基本操作包括：添加或移除對象；添加或移除屬性；當(dāng)兩個對象有相同的屬性時，要么合并成一個對象，要么給對象添加屬性，以區(qū)別對象。概念格可以產(chǎn)生新的對象，它們不在概念表中，可以增加這些對象；整個過程不斷循環(huán)重復(fù)，直到合理完善為止。

?將編輯后的完備概念格進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要包括節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換(命名頂端節(jié)點(diǎn)，標(biāo)示中間節(jié)點(diǎn)，刪除底端節(jié)點(diǎn))和節(jié)點(diǎn)關(guān)系轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換為概念及概念間的關(guān)系)兩部分，轉(zhuǎn)換的結(jié)果是得出領(lǐng)域本體原模型。

?在領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c下，將領(lǐng)域本體原模型進(jìn)行屬性擴(kuò)充、實(shí)例擴(kuò)充、公理擴(kuò)充及關(guān)系擴(kuò)充，對領(lǐng)域本體原型進(jìn)行完善，最終形成擴(kuò)充后的領(lǐng)域本體原型。其中，屬性擴(kuò)充和實(shí)例擴(kuò)充分別用于完善本體概念的內(nèi)涵和外延的兩個方面，關(guān)系擴(kuò)充的目的在于完善領(lǐng)域本體概念除分類關(guān)系外的其余關(guān)系，而對公理和推理規(guī)則的擴(kuò)充可以幫助實(shí)現(xiàn)本體推理。

2.3　描述模塊

該模塊的主要任務(wù)是選擇合適的本體描述工具和本體描述語言，對擴(kuò)充后的領(lǐng)域本體模型進(jìn)行形式化描述，即完成本體的編碼過程，最終得到領(lǐng)域本體。本

體描述包括對領(lǐng)域概念、概念間關(guān)系、屬性、實(shí)例、公理和推理規(guī)則等各個方面的描述。

本體描述的過程相當(dāng)復(fù)雜，為方便和簡化領(lǐng)域本體描述的具體過程，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了一些有代表性的本體描述工具：JOE、OILed、OntoEdit、Prot6g6、WebOnto等。這些工具在描述領(lǐng)域本體的能力上各有特點(diǎn)和優(yōu)勢，因此要結(jié)合具體的情況來選擇使用。

本體描述語言近年來也呈現(xiàn)出多樣化(如OWL、DAML、RDF等)的趨勢，在此背景下，本體描述語言的選擇就成為一個需要關(guān)注的問題。本文的觀點(diǎn)是，本體描述語言的選擇并非是唯一的，而是需要與具體的項(xiàng)目結(jié)合起來，與選擇的本體描述工具結(jié)合起來，綜合考慮各方面的因素，然后做出選擇。一般情況下，選擇OWL描述語言對本體進(jìn)行描述。

2.4　推理模塊

該模塊的主要任務(wù)是根據(jù)本體描述語言，選擇相應(yīng)的本體推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)本體推理。描述邏輯是本體推理的基礎(chǔ)，本模型將本體知識推理建立在具有數(shù)學(xué)理論支撐的概念格之上，利用概念格有效幫助知識工程師完成對領(lǐng)域知識的邏輯描述。本文將在后文3，5節(jié)中結(jié)合實(shí)例闡明如何運(yùn)用概念格協(xié)助確立領(lǐng)域本體概念的邏輯關(guān)系。

本模型中，本體推理的內(nèi)容有兩方面：一是檢測沖突，優(yōu)化表達(dá)，本體建立者要想建立正確、一致的本體就需要借助推理；二是由給定的知識(即顯性知識)推理獲得隱含知識，也就是把隱含在顯式定義和聲明中的知識通過一種處理機(jī)制提取出來。本體推理一般由推理機(jī)來完成，文獻(xiàn)[12]對當(dāng)前主要本體推理工具進(jìn)行了比較分析與研究，總結(jié)了三個典型的推理機(jī)系統(tǒng)(Pellet，Racer，F(xiàn)aCT++)的優(yōu)劣，為如何選擇推理機(jī)提供了參考。

3

一個實(shí)例：基于FCA的脊椎動物領(lǐng)域本體描述

3.1　脊椎動物領(lǐng)域簡述

實(shí)例的目的旨在驗(yàn)證本文提出的基于FCA的領(lǐng)域本體描述理論的實(shí)際效果，因此，在應(yīng)用領(lǐng)域的選擇問題上，不必過于復(fù)雜化，以能闡明理論的正確性、可用性和易用性為準(zhǔn)?；诖?，本文擬選擇一個簡單且領(lǐng)域知識爭議小的領(lǐng)域來闡述問題，在領(lǐng)域本體描述的具體應(yīng)用中，也只取一個領(lǐng)域片段，進(jìn)行領(lǐng)域本體描述。綜合考慮后，本文選擇百度百科中的“脊椎動物”這一詞條作為領(lǐng)域非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行脊椎動物領(lǐng)域本體描述。如圖2所示：

3.2　步驟一：準(zhǔn)備階段

將“脊椎動物”詞條中的文本進(jìn)行整理，為避免形式背景過大不宜進(jìn)行文字表示的弊端，對上述文本做適當(dāng)簡化，得到領(lǐng)域非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(文本)如下：

魚類：用腮呼吸，生活在水中，卵生；

兩棲類：能生活在陸地或水中，主要用肺呼吸，在水中水中用皮膚呼吸。卵生。常見動物：蛙等；

爬行類：皮膚表面有角質(zhì)鱗片或甲，用肺呼吸，卵生，陸地生活。常見動物：陸龜?shù)龋?/p>

鳥類：體表有羽毛，卵生動物，用肺呼吸，有翼能飛翔。常見動物：鴿等；

哺乳動物類：胎生，哺乳，用肺呼吸。

從上述文本中析出領(lǐng)域核心術(shù)語集，包括屬性集和對象集，原則上這一過程是由自然語言處理技術(shù)來完成的，但限于本文的實(shí)驗(yàn)條件有限，故采用人工析出的方式。脊椎動物領(lǐng)域的屬性集為：{B.用腮呼吸；c.用肺呼吸；D.生活在水中；E.生活在陸上；F.卵生；G.胎生；H.甲或角質(zhì)鱗片；I.有羽毛；J.有翼能飛翔；K.哺乳；L.水中用皮膚呼吸；M.有脊椎的}.脊椎動物領(lǐng)域的對象集為：{蛙，陸龜，鴿子}。

3.3　步驟二：分析階段

在領(lǐng)域?qū)＜业闹笇?dǎo)下，由知識工程師將上述屬性集和對象集納入到形式背景中，確立背景中所有存在的“屬性一對象”對應(yīng)關(guān)系，最終形成如圖3所示的初始形式背景。

由于此時形式背景不完善，屬性B與屬性K沒有對象與之對應(yīng)，且整個形式背景不是凈化背景，因此，在領(lǐng)域?qū)＜业闹笇?dǎo)下對形式背景進(jìn)行完善，添加對象老虎、草魚，得出一個完善的形式背景，如圖4所示：

利用造格工具concept Explorer，將上述形式背景轉(zhuǎn)換成概念格，如圖5所示：

在概念格中，每一個節(jié)點(diǎn)代表一個自動聚類產(chǎn)生的領(lǐng)域概念，此時，若領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)為該概念格不能完整準(zhǔn)確地表述領(lǐng)域知識，則需要在知識工程師的協(xié)助下對概念格按照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行編輯，本例略過此步。圖5中的概念格總共產(chǎn)生了11個節(jié)點(diǎn)。

得到完備的概念格后，就需要對概念格進(jìn)行節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)關(guān)系兩方面的轉(zhuǎn)換，以得到領(lǐng)域本體原模型。節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的要點(diǎn)是進(jìn)行節(jié)點(diǎn)標(biāo)示，一是在領(lǐng)域?qū)＜业膸椭聦?jié)點(diǎn)命名，即取概念名；二是標(biāo)示節(jié)點(diǎn)的所有屬性(包括從上層節(jié)點(diǎn)繼承的屬性)和實(shí)例，即明確概念的內(nèi)涵和外延。隨后，節(jié)點(diǎn)關(guān)系可自動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)概念間的關(guān)系。以下是3個有代表性的節(jié)點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn)1：脊椎動物({草魚，蛙，陸龜，鴿子，老虎}，{有脊椎的}))，該節(jié)點(diǎn)包含領(lǐng)域中所有的實(shí)例和所有實(shí)例共有的屬性。

節(jié)點(diǎn)7：兩棲動物({蛙}，{有脊椎的，用肺呼吸，生活在水中，生活在陸上，卵生，水中用皮膚呼吸})。

節(jié)點(diǎn)Il：({}，{用腮呼吸，用肺呼吸，生活在水中，生活在陸上，卵生，胎生，甲或角質(zhì)鱗片，有羽毛，有翼能飛翔，哺乳，水中用皮膚呼吸，有脊椎的})，該節(jié)點(diǎn)是空概念，不存在，需刪除。

完成概念格的轉(zhuǎn)換后，可以得出如圖6所示的領(lǐng)域本體原模型：

領(lǐng)域本體原模型中所表達(dá)的屬性、實(shí)例、公理等內(nèi)容可能出現(xiàn)不完善的情況，因此，需要在領(lǐng)域?qū)＜液椭R工程師的合作下對領(lǐng)域本體原模型進(jìn)行屬性擴(kuò)充、實(shí)例擴(kuò)充及公理擴(kuò)充等。

以概念7兩棲動物為例進(jìn)行領(lǐng)域本體原模型擴(kuò)充：兩棲動物({蛙}，{有脊椎的，用肺呼吸，生活在水中，生活在陸上，卵生，水中用皮膚呼吸})，添加公理{兩棲類(水中用皮膚呼吸，卵生動物)V(用肺呼吸，卵生動物)V(生活在陸地，卵生動物)V(生活在水中，卵生動物)}。

3.4　步驟三：描述階段

選擇Protege為本體描述工具，OwL領(lǐng)域本體描述語言，對擴(kuò)充后的領(lǐng)域本體模型進(jìn)行形式化描述。用Protege3.1.1描述后的脊椎動物領(lǐng)域本體概念及概念關(guān)系如圖7所示：

本文構(gòu)建的領(lǐng)域本體共包含領(lǐng)域概念15個，概念的屬性17個，基本闡明了脊椎動物領(lǐng)域的概念和概念關(guān)系、概念的屬性及實(shí)例。用Protege工具可自動將領(lǐng)域本體用OWL本體描述語言描述，得出脊椎動物領(lǐng)域本體的代碼。

3.5　步驟四：推理階段

本體推理是領(lǐng)域本體描述的最后一個階段。本文是在Protege工具的基礎(chǔ)上結(jié)合RacerPro推理機(jī)實(shí)現(xiàn)本體推理過程的。描述邏輯是本體推理的基礎(chǔ)，因此，如何從領(lǐng)域本體原模型(或概念格)準(zhǔn)確得出領(lǐng)域本體概念間的邏輯關(guān)系就顯得尤為重要。結(jié)合圖6，本文總結(jié)了運(yùn)用概念格完善描述邏輯的實(shí)際情境，如表1所示：