發(fā)布時(shí)間：2022-06-19 11:33:20
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的路徑規(guī)劃樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人；路徑規(guī)劃技術(shù)；綜述
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.135
0 前言
移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)涉及自動(dòng)控制、智能、機(jī)械等多種學(xué)科。它通常被應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等方面。從整體角度來(lái)講，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用促進(jìn)了生產(chǎn)效率的顯著提升。路徑規(guī)劃技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，研究該技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
1 路徑規(guī)劃技術(shù)的作用
將路徑規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人中，能夠產(chǎn)生的作用主要包含以下幾種：
（1）運(yùn)動(dòng)方面。路徑規(guī)劃技術(shù)的主要作用是其能夠保證移動(dòng)機(jī)器人完成從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。（2）障礙物方面。設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的最終目的是將其應(yīng)用在實(shí)際環(huán)境中，在實(shí)際環(huán)境下，移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)行路線中可能存在一定數(shù)量的障礙物，為了保證最終目的地的順利達(dá)到，需要利用路徑規(guī)劃技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的有效避開(kāi)[1]。（3）運(yùn)行軌跡方面。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人而言，除了實(shí)現(xiàn)障礙物躲避、達(dá)到最終目的地這兩種作用之外，應(yīng)用路徑規(guī)劃技術(shù)還可以產(chǎn)生一定的優(yōu)化運(yùn)行軌跡作用。在移動(dòng)機(jī)器人的使用過(guò)程中，在路徑規(guī)劃技術(shù)的作用下，機(jī)器人可以完成對(duì)最佳運(yùn)行路線的判斷，進(jìn)而更好地完成相應(yīng)任務(wù)。
2 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)綜述
移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃技術(shù)主要包含以下幾種：
2.1 局部路徑規(guī)劃方面
在局部路徑規(guī)劃方面，能夠被應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人中的技術(shù)主要包含以下幾種：
（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃技術(shù)。從本質(zhì)上講，可以將移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃看成是空間到行為空間感知過(guò)程的一種映射，因此，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式將其表現(xiàn)出來(lái)。就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃技術(shù)而言，首先需要將相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)當(dāng)成網(wǎng)絡(luò)輸入，并將網(wǎng)絡(luò)輸出看成是某固定場(chǎng)合中期望運(yùn)動(dòng)方向角增量。在這種情況下，原始樣本集則可以用不同選定位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)代替。為了保證樣本集數(shù)據(jù)的有效性，需要將原始樣本集中的沖突樣本數(shù)據(jù)以及重復(fù)樣本數(shù)據(jù)剔除掉。對(duì)最終樣本集應(yīng)用模糊規(guī)則，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效訓(xùn)練。當(dāng)?shù)湫蜆颖緦W(xué)習(xí)完成之后，移動(dòng)機(jī)器人對(duì)規(guī)則的掌握水平發(fā)生了顯著提升，進(jìn)而使得移動(dòng)機(jī)器人在產(chǎn)生智能性能的基礎(chǔ)上，順利完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)[2]。
（2）人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)。這種規(guī)劃技術(shù)是指，將移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)成其在虛擬人工受力場(chǎng)中的一種運(yùn)動(dòng)。在虛擬人工受力場(chǎng)中，目標(biāo)終點(diǎn)會(huì)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)生一定的引力，而該受力場(chǎng)中的障礙物則會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的斥力。在某固定算法的作用下，這兩種不同的作用力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的勢(shì)，進(jìn)而形成勢(shì)場(chǎng)。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人在該場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，勢(shì)場(chǎng)中的抽象力會(huì)作用在移動(dòng)機(jī)器人上，使得其完成對(duì)障礙物的有效避開(kāi)。在人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等因素的影響，移動(dòng)機(jī)器人在到達(dá)終點(diǎn)之前可能會(huì)停留在局部最優(yōu)點(diǎn)位置上。對(duì)此，需要從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)勢(shì)場(chǎng)方程進(jìn)行重新定義，通過(guò)這種方式排除勢(shì)場(chǎng)中的局部極值，繼而保證移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的順利進(jìn)行[3]。
（3）遺傳路徑規(guī)劃技術(shù)。這種路徑規(guī)劃技術(shù)建立在自然遺傳機(jī)制等理論的基礎(chǔ)上。這種技術(shù)通過(guò)變異、選擇以及交叉對(duì)控制機(jī)構(gòu)的正確計(jì)算程序進(jìn)行合理編制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)方式基礎(chǔ)上生物進(jìn)化過(guò)程的合理模擬。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人的適應(yīng)度函數(shù)為正數(shù)時(shí)，允許適應(yīng)度函數(shù)具有不連續(xù)或不可導(dǎo)特點(diǎn)。由于這種路徑規(guī)劃技術(shù)不涉及梯度信息，因此其能夠更好地解決移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。遺傳路徑規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于，它能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤與規(guī)劃的同時(shí)進(jìn)行，因此，遺傳路徑規(guī)劃技術(shù)通常被應(yīng)用在具有時(shí)變特點(diǎn)的未知環(huán)境中。
2.2 全局路徑規(guī)劃方面
在該方面，可以被應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人中的技術(shù)主要包含以下幾種：
（1）柵格路徑規(guī)劃技術(shù)。這種技術(shù)是指，在將實(shí)際工作環(huán)境分成許多包含二值信息的網(wǎng)格單元的基礎(chǔ)上，應(yīng)用優(yōu)化算法完成最佳路徑的規(guī)劃搜索。在這種規(guī)劃技術(shù)中，其網(wǎng)格單元通常是由八叉樹(shù)或者四叉樹(shù)的方式表示出來(lái)。在該技術(shù)的應(yīng)用中，柵格的作用是完成相關(guān)環(huán)境信息的記錄。如果柵格中某位置的累計(jì)值相對(duì)較低，代表移動(dòng)機(jī)器人可以從該位置通過(guò)；如果柵格中某個(gè)位置的累計(jì)值相對(duì)較高，則表示該位置存在障礙物，此時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人需要利用優(yōu)化算法將該障礙物避開(kāi)[4]。
（2）可視圖路徑規(guī)劃技術(shù)。這種路徑規(guī)劃技術(shù)是指，將整個(gè)移動(dòng)機(jī)器人看成一個(gè)點(diǎn)，然后分別將其與障礙物以及目標(biāo)終點(diǎn)連接起來(lái)，上述連線要求為保證所連直線不會(huì)碰觸障礙物。當(dāng)所有連線都連完之后，即完成了一整張可視圖。在該可視圖中，由于起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)之間的連線都不涉及障礙物，因此上述所有連線都屬于有效直線。在這種情況下，需要解決的問(wèn)題主要是從這些連線中找出一條距離最短的連線。對(duì)此，需要應(yīng)用優(yōu)化算法將可視圖中距離較長(zhǎng)的連線刪除，這種處理方式能夠有效提升移動(dòng)機(jī)器人的搜索時(shí)間。
（3）拓?fù)渎窂揭?guī)劃技術(shù)。這種規(guī)劃技術(shù)是指，將移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)范圍，即規(guī)劃區(qū)域分成多個(gè)具有拓?fù)涮卣鞯淖涌臻g，然后利用不同子空間之間的連通性完成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成后，直接從網(wǎng)絡(luò)中找出能夠使得機(jī)器人順利從起點(diǎn)移動(dòng)到終點(diǎn)的拓?fù)渎窂?，將所得的拓?fù)渎窂阶鳛閰⒖家罁?jù)完成幾何路徑的計(jì)算。這種規(guī)劃技術(shù)的劣勢(shì)主要表現(xiàn)為其拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程較為復(fù)雜。但這種規(guī)劃技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人搜索空間的有效縮小[5]。
3 結(jié)論
路徑規(guī)劃技術(shù)主要分為局部規(guī)劃和全局規(guī)劃兩方面。這兩方面分別包含人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃技術(shù)等。應(yīng)用這些規(guī)劃技術(shù)之后，移動(dòng)機(jī)器人可以在避開(kāi)障礙物的基礎(chǔ)上，順利完成起點(diǎn)到終點(diǎn)最優(yōu)運(yùn)行軌跡的運(yùn)動(dòng)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞:路徑規(guī)劃; 地標(biāo); 預(yù)處理; 層次縮減算法; 三角啟發(fā)算法
中圖分類(lèi)號(hào): TP312.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Landmark.oriented heuristic routing algorithm in traffic network
MENG Ke*, ZHANG Chun.yan
School of Computer Science and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221008, China
Abstract:
To improve the query efficiency of road routing algorithm in large-scale traffic network, a landmark-oriented algorithm based on A* algorithm was proposed. Select the most important vertexes and edges as landmarks during preprocessing, choose appropriate landmarks as the reference parameters and calculate in sections in point-to-point routing. Experiment results indicate that it has higher query efficiency and more reasonable results in long-distance road routing.
To improve the query efficiency of road routing algorithm in large.scale traffic network, a landmark.oriented algorithm based on A* algorithm was proposed. Select the most important vertexes and edges as landmarks during preprocessing, choose appropriate landmarks as the reference parameters and calculate in sections in point.to.point routing. The experimental results indicate that it has higher query efficiency and more reasonable results in long.distance road routing.
Key words:
path.planning; landmark; preprocessing; Contraction Hierarchies (CH) algorithm; A* Landmarks Triangle (ALT) algorithm
0 引言
對(duì)于大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)，Dijkstra算法［1］需要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，不符合實(shí)時(shí)性的要求。目前相關(guān)的優(yōu)化算法有啟發(fā)式算法和預(yù)處理算法兩種。啟發(fā)式算法(A*)［2］使用合適的啟發(fā)函數(shù)減少搜索空間以獲得較高的查詢(xún)效率，啟發(fā)函數(shù)會(huì)直接影響最后的計(jì)算結(jié)果；預(yù)處理算法使用點(diǎn)或邊標(biāo)記法、快捷路徑法、區(qū)塊分割法等對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的邊進(jìn)行合并和標(biāo)記以迅速求出最短路徑，但需要大量的輔助存儲(chǔ)空間。
根據(jù)實(shí)際交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：在主干道上通過(guò)的最短路徑最多，存在重要的邊和點(diǎn)；對(duì)于長(zhǎng)距離的路徑規(guī)劃，出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)有可能成為最短路徑上的點(diǎn)。本文以A*算法為基礎(chǔ)，將地圖中關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)選為地標(biāo)，并將地標(biāo)作為啟發(fā)函數(shù)的啟發(fā)參數(shù)來(lái)求得路徑規(guī)劃的合理解。為提高長(zhǎng)距離路徑規(guī)劃的查詢(xún)效率，使用分段處理的思想將查詢(xún)分割為若干子查詢(xún)，并給出相關(guān)的優(yōu)化方法。
1 相關(guān)研究
對(duì)于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖G=(V,E)，大多數(shù)優(yōu)化算法需要經(jīng)過(guò)充分的預(yù)處理。三角啟發(fā)算法（A* Landmarks Triangle，ATL）［3］39算法將圖G按中心點(diǎn)劃分為若干區(qū)域，每個(gè)區(qū)域選取一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)(LandMark)，根據(jù)三角不等式使搜索路徑趨向于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，大幅度減少搜索空間，從而提高查詢(xún)效率。
文獻(xiàn)［4］提出一種分層合并的預(yù)處理算法CH，對(duì)原始圖G的邊進(jìn)行迭代合并，產(chǎn)生一組生成圖{G1,G2,…,Gh}，生成圖和原始圖的邊使用標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)，以便求解后還原原始路徑。這種預(yù)處理算法非常消耗存儲(chǔ)空間，不適合于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，但是可以快速求出最短路徑。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的CH算法時(shí)間復(fù)雜度可以達(dá)到O（N log H），N為合并圖的平均邊數(shù)，H為合并圖的層數(shù)。
Arc.Flags［5］基于區(qū)域劃分的思想對(duì)圖進(jìn)行預(yù)處理。將圖劃分為K個(gè)區(qū)域，每一條邊(v,w)存儲(chǔ)一個(gè)K比特的參數(shù)，第i位代表從點(diǎn)v到區(qū)域i的最短路徑中包含此邊。ARC.Flags可以精確求出最短路徑，但預(yù)處理時(shí)間較長(zhǎng)。Chase算法［6］綜合CH和ARC.Flags的特點(diǎn)，對(duì)ARC.Flags劃分的區(qū)域使用CH算法進(jìn)行合并處理，加快預(yù)處理時(shí)間。
Bauer等［7］提出一種混合算法SHARC，對(duì)CH和ARC.Flags進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，提出分層標(biāo)記的思想，可以縮短預(yù)處理時(shí)間和減少額外空間。分層的ARC.Flags提供搜索方向，CH加速區(qū)域內(nèi)的路徑搜索，在單向搜索環(huán)境中SHARC可以提供非常高效的精確最短路徑。經(jīng)過(guò)修改的SHARC可以進(jìn)行時(shí)變最短路徑問(wèn)題的搜索，文獻(xiàn)［8］對(duì)此有詳細(xì)描述。
2 地標(biāo)導(dǎo)向的啟發(fā)式算法
2.1 地標(biāo)的選取
交通網(wǎng)絡(luò)圖一般擁有層次關(guān)系，鄉(xiāng)鎮(zhèn)與城市之間有干道相連，城市與城市之間有高速相連，在路徑規(guī)劃中這些連接線路被通過(guò)的次數(shù)最多。對(duì)于具有這一特點(diǎn)的圖G，地標(biāo)集的定義如下：
設(shè)r為一個(gè)搜索半徑，點(diǎn)u為中心，2r為半徑的G的子圖記為Bu,2r，選取滿(mǎn)足以下條件的最短路徑P，PBu,2r并且Len(P)>r（Len(P)為P的歐拉長(zhǎng)度）；如果存在點(diǎn)集Cu對(duì)于所有的P滿(mǎn)足Cu P，則Cu為Bu,2r的地標(biāo)集，并且設(shè)h=max(|Cu|)為G的地標(biāo)度數(shù)（|Cu|為Cu的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)）。顯然h越大地標(biāo)對(duì)最短路徑的貢獻(xiàn)越大，在路徑規(guī)劃時(shí)可利用的地標(biāo)節(jié)點(diǎn)越多。
計(jì)算大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)的地標(biāo)集，采用以下幾個(gè)步驟。
1)選擇節(jié)點(diǎn)密集型的區(qū)域，將圖分割為搜索半徑為r的不同區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)中會(huì)討論r在不同取值時(shí)地標(biāo)集獲取情況以及啟發(fā)式算法的查詢(xún)速度。
2)對(duì)于區(qū)域Bu,2r，使用CH算法進(jìn)行預(yù)處理以便于快速計(jì)算最短路徑。
3)為Bu,4r中的每一個(gè)點(diǎn)對(duì)計(jì)算最短路徑，獲取最短路徑集合P={Pv,w|v,w ∈Bu,4r ,|Pv,w|>r}。
4)對(duì)P中所有的路徑取交集獲得地標(biāo)集Cu。
2.2 啟發(fā)式算法設(shè)計(jì)
本文將地標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為啟發(fā)式搜索的啟發(fā)節(jié)點(diǎn)，求解思想如下。
對(duì)于點(diǎn)對(duì)（s,t）如果屬于同一分割區(qū)域，由于使用了CH算法進(jìn)行預(yù)處理，可以快速求得精確的最短路徑。如果（s,t）屬于不同區(qū)域則使用以下啟發(fā)式規(guī)則。
1)從s所在區(qū)域的地標(biāo)集中選取距離t最近的地標(biāo)c作為下一跳的啟發(fā)節(jié)點(diǎn)，s到c的最短路徑使用CH求得。如果s所在區(qū)域沒(méi)有地標(biāo)集，則設(shè)c=s，轉(zhuǎn)向第2）步。
2)從鄰近區(qū)域的地標(biāo)集中選取距離t最近的地標(biāo)c′作為啟發(fā)點(diǎn)，使用ALT算法求出（c,c′）的最短路徑。
3)重復(fù)以上步驟直到c′與t在同一分割區(qū)域，使用CH算法計(jì)算（c′,t）最短路徑。
4)對(duì)最短路徑進(jìn)行合并輸出。
CH算法在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行快速搜索，同時(shí)對(duì)于不同區(qū)域采用ALT算法控制搜索方向，使搜索始終沿著目標(biāo)進(jìn)行，這是一種分段搜索的思想，對(duì)于長(zhǎng)距離的最短路徑求解由于有地標(biāo)集提供搜索參考，搜索線路比ALT更加精確，耗時(shí)更短。
2.3 算法分析與優(yōu)化
CHALT算法的地標(biāo)集預(yù)處理比較耗時(shí)，但可以在多項(xiàng)式時(shí)間之內(nèi)完成計(jì)算。對(duì)于G的一個(gè)稠密子圖，從空集開(kāi)始， 使用CH算法從所有待處理的路徑中選取一個(gè)覆蓋所有路徑的點(diǎn)，然后將此點(diǎn)從圖中移除，對(duì)剩余路徑迭代計(jì)算，直到不存在滿(mǎn)足條件的點(diǎn)為止，在有限次迭代后算法會(huì)終止。對(duì)子圖預(yù)處理的時(shí)間復(fù)雜度為O(n log nO(CH))，其中n為子圖的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，O（CH）為CH算法的時(shí)間復(fù)雜度。
對(duì)于ALT算法，雙向搜索的收斂速度一般比單向搜索快［9］，因此使用雙向CHALT查詢(xún)可以獲得更好的時(shí)間效率，具體執(zhí)行步驟如下：
1)使用前向搜索計(jì)算(s,t)的最短路徑獲取一個(gè)啟發(fā)點(diǎn)cf;
2)使用后向搜索計(jì)算(t,s)的最短路徑獲取一個(gè)啟發(fā)點(diǎn)cb;
3)設(shè)s=cf , t=cb 重復(fù)1)，2)兩步，最終搜索會(huì)在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇;
4)合并前向搜索和后向搜索的最短路徑后輸出。
對(duì)于地標(biāo)集，可以使用TNR［10］的思想進(jìn)行最短路徑索引，TNR計(jì)算并存儲(chǔ)所有地標(biāo)之間的最短路徑并存儲(chǔ)在一張|C| × |C|的表格中，其中|C|為圖G中地標(biāo)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。如果s和t分別在不同的分割區(qū)域，并且存在地標(biāo)，則根據(jù)索引表查詢(xún)地標(biāo)之間的最短路徑，否則執(zhí)行啟發(fā)式搜索。對(duì)地標(biāo)的查詢(xún)可以在常數(shù)時(shí)間之內(nèi)完成。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)圖使用CHALT+TNR算法可以在犧牲少量存儲(chǔ)空間的前提下提供最優(yōu)的性能。
3 實(shí)驗(yàn)
使用Intel Pentium CPU 2.5GHz、2GB RAM完成本算法和其他算法的比較實(shí)驗(yàn)，算法采用C++編寫(xiě)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用北京市交通路網(wǎng)（包含81534個(gè)路段和34219個(gè)節(jié)點(diǎn)）。最短路徑的度量標(biāo)準(zhǔn)為距離最短，在實(shí)驗(yàn)中使用歐拉距離完成路徑計(jì)算。
表1為不同的最短路徑算法在1000組隨機(jī)查詢(xún)中的平均時(shí)間比較。預(yù)處理的時(shí)間使用分鐘計(jì)算，預(yù)處理每節(jié)點(diǎn)所占用的額外空間單位為字節(jié)，額外空間為負(fù)說(shuō)明預(yù)處理后的搜索圖比原圖規(guī)模小。從表1中可以看出ARC.Flags和SHARC雖然執(zhí)行效率比較高，但需要長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)處理，并且節(jié)點(diǎn)變更對(duì)算法的影響大，不適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；CHALT算法執(zhí)行時(shí)間屬于中上等，但預(yù)處理時(shí)間短，在經(jīng)過(guò)TNR優(yōu)化后的執(zhí)行時(shí)間接近SHARC算法的查詢(xún)時(shí)間；雙向CHALT算法在時(shí)間上比單向快一些。由于CHALT使用地標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為啟發(fā)參數(shù)，地標(biāo)節(jié)點(diǎn)僅占所有節(jié)點(diǎn)的小部分，不容易受到節(jié)點(diǎn)變更的影響。
在CHALT算法中，劃分區(qū)域的大小將影響地標(biāo)集的選取和路徑規(guī)劃結(jié)果。表2表示不同搜索半徑r對(duì)查詢(xún)速度的影響，r的單位為km。從表2中可以看出在r=3km和r=4km時(shí)候在預(yù)處理時(shí)間少的情況下依然可以獲得不錯(cuò)的查詢(xún)效率，極端情況下r=0時(shí)算法變?yōu)锳LT算法；r=∞時(shí)算法將僅使用CH算法，地標(biāo)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)接近于0，啟發(fā)函數(shù)不可用，也就失去了地標(biāo)的參考價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定合適的搜索半徑，來(lái)達(dá)到效率與合理性的權(quán)衡。CHALT算法獲取的解為近似解，但接近最優(yōu)解，如圖1(圖1中黑色路徑為CHALT算法，白色路徑為Dijkstra算法)。CHALT算法優(yōu)先選擇重要的節(jié)點(diǎn)和邊，在地圖上表現(xiàn)為主要的街道和路口；Dijkstra算法對(duì)所有與(s,t)相關(guān)的路徑計(jì)算以獲得最優(yōu)解，而不會(huì)考慮節(jié)點(diǎn)的重要性，在實(shí)際應(yīng)用中存在不合理性。CHALT算法獲取的路徑比Dijkstra更平滑并且更合理。
4 結(jié)語(yǔ)
為解決大規(guī)模長(zhǎng)距離的最短路徑規(guī)劃問(wèn)題，本文根據(jù)分
段計(jì)算的思想，使用地標(biāo)集將啟發(fā)式搜索限制在靠近最短路徑的方向。實(shí)驗(yàn)證明CHALT算法在保證預(yù)處理和查詢(xún)效率的基礎(chǔ)上，得出更合理的計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化后的算法查詢(xún)效率更高，可以應(yīng)用在大型交通網(wǎng)絡(luò)中。下一步研究方向?yàn)橐缘貥?biāo)為導(dǎo)向的啟發(fā)式算法在離散變權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞：滾轉(zhuǎn)角控制 區(qū)域規(guī)避 路徑約束
中圖分類(lèi)號(hào)：V279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0057-02
當(dāng)前實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)的算法比較復(fù)雜而且要求具有很好的精確性，同時(shí)各個(gè)優(yōu)化方法也趨向混合，采用兩種或兩種以上的方法來(lái)研究，這樣結(jié)合了各個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)。由于高速飛行器通過(guò)改變航向角的方式來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑比較大，影響飛行器機(jī)動(dòng)性，對(duì)行器變軌、避障和改變打擊角度，都有很大的影響。所以本文采用基于滾轉(zhuǎn)角控制轉(zhuǎn)彎的方法，保證了轉(zhuǎn)彎半徑盡可能的小，增加了飛行器的機(jī)動(dòng)性能。同時(shí)也要考慮飛行器的動(dòng)力學(xué)模型、氣動(dòng)、過(guò)載等物理參數(shù)的約束影響。
1 動(dòng)力學(xué)方程
本文直接選取某一飛行器，其三自由度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程組：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
再入軌道約束包括熱耗率、垂直加速度或者過(guò)載系數(shù)和動(dòng)壓。
≤ （7）
≤ （8）
≤ （9）
所有上面的約束都被認(rèn)為是硬性約束。對(duì)于有中等或者很大的升阻比的飛行器，平衡滑翔條件是另一個(gè)路徑約束。
≤0 （10）
其中是一個(gè)確定的滾轉(zhuǎn)角，該約束可以減少高度隨返回軌道的長(zhǎng)周期變化，考慮到軌跡發(fā)散，同時(shí)保證了充分的滾轉(zhuǎn)角裕度，這是個(gè)軟約束。
對(duì)于再入飛行器從再入段終點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)機(jī)動(dòng)飛行消耗能量，降低速度、高度，調(diào)整航向到自動(dòng)著陸起點(diǎn)為止的飛行段。要實(shí)施最終的能量管理（TAEM，terminal area energy management），此時(shí)由能量管理系統(tǒng)控制。在TAEM的接口處，軌跡必須有正確的條件以保證TAEM和進(jìn)場(chǎng)航線順利實(shí)施。典型的再入條件為：
（11）
在TAEM處的相對(duì)速度有靠近航向?qū)?zhǔn)錐（HAC，heading alignment cone）的切點(diǎn)決定，以保證獲得HAC在TAEM階段的切線。引入定義
（12）
其中是當(dāng)前飛行器在大圓中的位置與HAC的方位角。對(duì)于最終航向角的一個(gè)約束為：
≤ （13）
是提前設(shè)定的值。最終飛行器在TAEM接口處變?yōu)槠斤w姿態(tài)。在TAEM處過(guò)大的|σ|會(huì)導(dǎo)致TAEM控制有很長(zhǎng)的過(guò)度響應(yīng)。所以對(duì)于水平著陸的飛行器而言，最終在TAEM處的滾轉(zhuǎn)角約束為
≤ （14）
其中是一個(gè)確定的值，一般取在5～15 °范圍內(nèi)。
2 滾轉(zhuǎn)角約束設(shè)計(jì)
如果要基于滾轉(zhuǎn)角控制，就要把原來(lái)基于速度、高度的限制條件，轉(zhuǎn)化為基于滾轉(zhuǎn)角的限制條件。下面分兩部分解決這個(gè)問(wèn)題。
（1）初始下降最大可行滾轉(zhuǎn)角
根據(jù)入口界面給定的條件，取滾轉(zhuǎn)角為常值（符號(hào)由水平制導(dǎo)決定），對(duì)再入飛行器三自由度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程組數(shù)值積分。當(dāng)在速度為Vpt時(shí)滿(mǎn)足下式，則停止積分。
≤ （15）
是一個(gè)很小的預(yù)置正數(shù)，其中
（16）
當(dāng)滾轉(zhuǎn)角為0時(shí)，準(zhǔn)平衡滑翔條件為：
（17）
（2）QEGC限制跟隨速度變化的滾轉(zhuǎn)角
在知道均衡滑翔條件后，微分方程可簡(jiǎn)化為代數(shù)方程。但是實(shí)際的航跡角是隨時(shí)間變化的，在大多數(shù)的情況下都是小振幅長(zhǎng)周期的振動(dòng)。我們可以得到
（18）
根據(jù)三個(gè)路徑約束在給定速度下共同確定的約束邊界，大氣密度ρ隨著高度被表示為v的函數(shù)，攻角α也可以表示為速度的函數(shù)。應(yīng)用可以確定出升力隨速度的變化關(guān)系。設(shè)定方程（5.24）中的r≈1，因?yàn)?。用替代掉L，可以求得最大的可行滾轉(zhuǎn)角。
（19）
QEGC給出了在保證其他約束條件下確定滾轉(zhuǎn)角的方法。滾轉(zhuǎn)角的范圍有如下形式：
≤≤ （20）
這樣對(duì)于復(fù)雜的約束條件只需簡(jiǎn)單的選擇滾轉(zhuǎn)角，就能夠保證所有的條件成立。綜合上面的內(nèi)容，可以得出滾轉(zhuǎn)角的在整個(gè)返回飛行中的取值如下：
（21）
在上式中Vpt是初始下降階段的末速度。在整個(gè)包絡(luò)可容許的滾轉(zhuǎn)角范圍為
≤≤ （22）
3 仿真實(shí)現(xiàn)
飛行器仿真對(duì)象選擇某類(lèi)飛行器。其仿真參數(shù)如表1所示。
攻角α變化范圍為[0°，45°]；馬赫數(shù)Ma變化范圍為[3，25]；高度變化范圍為[0km，120km]。初始條件表2。
攻角α的規(guī)律如下，
（23）
當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，。
大氣密度與高度的關(guān)系式：
（24）
其中，，，可以求得任意海拔高度的大氣密度值。
氣動(dòng)參數(shù)的確定：
記 如果，升力系數(shù)和阻力系數(shù)由下式求得：
（25）
滾轉(zhuǎn)角的選取：
我們綜合上面所講約束條件，可以設(shè)定的值為常值，這是符號(hào)隨時(shí)間變化，達(dá)到規(guī)避威脅的目的。這個(gè)也是整個(gè)算法的關(guān)鍵。
避障算法仿真，最終的位置是自由的，沒(méi)有約束。避開(kāi)障礙是最主要的目的。在選擇滾轉(zhuǎn)角時(shí)，要考慮到最小轉(zhuǎn)彎半徑的約束。實(shí)驗(yàn)中我們采用手動(dòng)的方式來(lái)生成避障軌跡，對(duì)于滾轉(zhuǎn)角取為±60°。具體的變化時(shí)刻，輸入的時(shí)間序列得到。滾轉(zhuǎn)角變化曲線。結(jié)果如圖1、2、3、4。
再入飛行器規(guī)劃路徑仿真結(jié)果表明基于滾轉(zhuǎn)角控制軌跡優(yōu)化方法保證了飛行器的快速性和機(jī)動(dòng)性，減小了轉(zhuǎn)彎半徑，提高了轉(zhuǎn)彎效率，可以快速、方便的達(dá)到規(guī)避障礙的目的。
移動(dòng)機(jī)器人遺傳算法完全遍歷路徑規(guī)劃
1引言
完全遍歷路徑規(guī)劃（ Complete Coverage Path Planning， CCPP）是一種特殊的路徑規(guī)劃，它要求移動(dòng)機(jī)器人在滿(mǎn)足一定的指標(biāo)下完遍歷目標(biāo)環(huán)境中的可達(dá)區(qū)域。在機(jī)器人的許多應(yīng)用領(lǐng)域，大都需要用到遍歷路徑規(guī)劃算法，例如軍事用的地雷探測(cè)、家居及辦公環(huán)境的地面清潔、不同應(yīng)用領(lǐng)域地圖的創(chuàng)建等。在這些應(yīng)用中要求機(jī)器人覆蓋環(huán)境中所有未被障礙物占據(jù)的區(qū)域。按照對(duì)環(huán)境知識(shí)的了解，在已知環(huán)境覆蓋算法中讓清潔機(jī)器人規(guī)劃出一條能走過(guò)環(huán)境中的所有地方并目.是代價(jià)最小路徑，這個(gè)時(shí)候的問(wèn)題就相當(dāng)于旅行家問(wèn)題，未知環(huán)境的覆蓋要求清潔機(jī)器人必須借助身體上攜帶的不同類(lèi)型的傳感器來(lái)感知周?chē)沫h(huán)境并進(jìn)行規(guī)劃。
為克服上述路徑規(guī)劃中存在的問(wèn)題，本文比較了基于遺傳算法的完全遍歷路徑規(guī)劃方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于遺傳算法與單元分解法、啟發(fā)式搜索和障礙物逼近算法結(jié)合的完全遍歷路徑規(guī)劃新方法，將該方法應(yīng)用于清潔機(jī)器人的完全遍歷路徑規(guī)劃，與基于其他算法的路徑規(guī)劃方法進(jìn)行比較，在多個(gè)性能指標(biāo)上都得到了改善與提高。
2完全遍歷規(guī)劃性能指標(biāo)
移動(dòng)機(jī)器人的完全遍歷路徑規(guī)劃常用的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有遍歷面積百分率，遍歷重疊率。
（1）遍歷覆蓋率，是指機(jī)器人沿可行軌跡線遍歷完成后，己遍歷面積與可達(dá)區(qū)域面積的百分比。
（2）遍歷重疊率，指所有遍歷重疊面積之和與可達(dá)區(qū)域面積的之比的百分?jǐn)?shù)。
為了保證相鄰區(qū)域之間不留有遍歷盲區(qū)，相鄰遍歷區(qū)域必須有一定程度的重疊，顯然，
重疊區(qū)域越小越好，但因受機(jī)器人本身的系統(tǒng)誤差，定位誤差，控制精度以及環(huán)境狀態(tài)的影響，重疊區(qū)不可能太小，如果一個(gè)機(jī)器人性能越高，則遍歷重疊率能控制在很小的范圍內(nèi)。
從遍歷重疊率，還可以推出未遍歷面積百分率，它指機(jī)器人沿著可行軌跡線遍歷完成后，未遍歷面積與可達(dá)面積的百分比。
如果一個(gè)機(jī)器人性能越高，則遍歷覆蓋率越高，遍歷重疊率越低，遍歷效果越好，本文中主要結(jié)合遍歷重疊率和未遍歷面積來(lái)綜合評(píng)價(jià)完全遍歷路徑規(guī)劃。
3基于遺傳算法的完全遍歷路徑規(guī)劃
本文的環(huán)境地圖采用幾何表示法表示，即用點(diǎn)、線及其組合來(lái)表示環(huán)境中的特征，并用參數(shù)來(lái)表明各個(gè)特征在環(huán)境中的具置。將地圖進(jìn)行Boustrophedon單元分解后，地圖將由若干障礙區(qū)和若干遍歷區(qū)組成。電子地圖則表示為各個(gè)區(qū)域信息的集合，而其中單個(gè)區(qū)域的信息包括區(qū)域的屬性（障礙區(qū)屬性或遍歷區(qū)屬性）及區(qū)域頂點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò) Boustrophedon單元分解，環(huán)境可以分解為如圖 1所示的若干遍歷區(qū)和障礙區(qū)。
如圖1所示，區(qū)域 2和區(qū)域 5之間的連通距離是不方便求解的，本文通過(guò)定義一個(gè)距離來(lái)表示兩者之間的實(shí)際距離。雖然這個(gè)距離與實(shí)際距離之間有一定的差距，但距離值的大小趨勢(shì)是一致的，而且距離的定義主要考慮了兩個(gè)區(qū)域之間的直線距離、區(qū)域之間的連通關(guān)系、區(qū)域之間的障礙物情況。對(duì)于非毗鄰關(guān)系的區(qū)域之間的距離，我們用D%= bDJN%來(lái)表示。其中， b是一個(gè)可調(diào)系數(shù)，可以通過(guò)仿真來(lái)調(diào)整該值以得到一個(gè)較好的數(shù)值；D為環(huán)境中兩個(gè)區(qū)域之間的直線距離矩陣，對(duì)于該表達(dá)式中的各個(gè)參數(shù)， D、N可以根據(jù)劃分后的區(qū)域的邊界信息來(lái)確定，而J需要通過(guò)下面的算法實(shí)現(xiàn)。
由圖2我們可以得到矩陣A
aij = 1表示遍歷子區(qū)域i和j毗鄰，aij = 0表示不毗鄰。矩陣A為對(duì)稱(chēng)矩陣，其對(duì)角線的元素值為0，即不存在通過(guò)一次連通的路徑連通區(qū)域1與它自身。aij = 1表示存在一條從區(qū)域i到區(qū)域j的一次連通路徑，如a12 = 1，從圖 2看出，區(qū)域1、 2存在一次連通路徑。那么如何得到非一次連通的區(qū)域之間的連通關(guān)系呢？我們可以通過(guò)求矩陣 A的n次冪來(lái)得到兩個(gè)區(qū)域之間的n次連通關(guān)系。對(duì)于i、j、k三個(gè)區(qū)域，如果區(qū)域i和區(qū)域j連通，區(qū)域j和區(qū)域k連通，則區(qū)域i和區(qū)域k連通，即當(dāng)元素aij為非零值，ajk也為非零值，則通過(guò)計(jì)算
得到區(qū)域i和k的有幾條連通路徑。圖2中各區(qū)域之間的連通關(guān)系矩陣如下：
在電子地圖中兩個(gè)遍歷子區(qū)域的最近頂點(diǎn)分別為 A（ x i ， y i ）、 B （ x j ， y j ） ，判斷兩者之間的障礙物個(gè)數(shù)就是判斷AB連線通過(guò)的障礙物個(gè)數(shù)。障礙物頂點(diǎn)在向量AB的順時(shí)針?lè)较蜻€是在逆時(shí)針?lè)较蚩梢酝ㄟ^(guò)向量的叉乘來(lái)判斷，即
電子地圖中遍歷子區(qū)域之間的障礙物數(shù)矩陣 N如下：
為了只保留對(duì)角線元素為 0，將矩陣 N的非對(duì)角線元素加1，得到規(guī)格化后的障礙物矩陣N。
距離矩陣 D表示遍歷子區(qū)域之間的實(shí)際距離，其元素dij為子區(qū)域i和j的最近頂點(diǎn)之間的距離，對(duì)于毗鄰區(qū)域的距離值定為a，非毗鄰區(qū)域的距離值由電子地圖根據(jù)區(qū)域坐標(biāo)定出。圖 1區(qū)域之間距離矩陣 D實(shí)測(cè)如下：
通過(guò)對(duì)障礙物矩陣、距離矩陣、連通矩陣的相同位置的元素相乘，再對(duì)非一次連通的區(qū)域距離乘以系數(shù)b，得到一個(gè)重新定義的綜合距離矩陣D'，其中
圖1區(qū)域綜合距離矩陣D'如下：
4仿真研究
基于本章提出的完全遍歷路徑規(guī)劃算法，進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)。下面是對(duì)圖3的仿真地圖完全遍歷結(jié)果。
經(jīng)過(guò)大量地圖的仿真表明，該遍歷算法的覆蓋率達(dá)到90%以上，有的甚至達(dá)到95%以上，而且重復(fù)率在10%以下。對(duì)于不同的地圖覆蓋率和重復(fù)率是不同的，不過(guò)對(duì)大多數(shù)地圖而言，該算法是高效的、實(shí)用的，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。該完全遍歷算法特點(diǎn)是系統(tǒng)要處理的信息量很少，機(jī)器人實(shí)時(shí)性控制更強(qiáng)。特別是提出了基點(diǎn)這一重要概念，使得在未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完全遍歷更有效、更方便。
5結(jié)論
本文根據(jù)遍歷環(huán)境內(nèi)區(qū)域關(guān)系和區(qū)域連通圖，將已有的連通圖補(bǔ)充為完全連通圖，并根據(jù)區(qū)域信息和連通信息定義一個(gè)區(qū)域之間的距離矩陣，賦予區(qū)域之間的連接權(quán)值。根據(jù)距離矩陣，采用遺傳算法對(duì)區(qū)域的遍歷順序進(jìn)行優(yōu)化。仿真研究表明，該方法用于不確定環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人遍歷路徑規(guī)劃，不但能保證遍歷所有可達(dá)工作空間，并且規(guī)劃的路徑較短、路徑重復(fù)率小，具有較高的規(guī)劃效率。
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低碳生態(tài)社區(qū)的低碳生態(tài)性主要體現(xiàn)在自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三者的生態(tài)性，主要指高質(zhì)量的環(huán)境指標(biāo)，以綠地為主的住區(qū)結(jié)構(gòu)模式，充裕的自然空間，較好的自然親和性［2］。社區(qū)個(gè)人、團(tuán)體和組織都將生態(tài)觀融入自己的思想意識(shí)和價(jià)值取向，可以擁有更為和諧的鄰里關(guān)系。同時(shí)，社區(qū)必須走生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的道路，使經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)和諧性還體現(xiàn)在人與自然的和諧。低碳生態(tài)社區(qū)強(qiáng)調(diào)的是人與自然的和諧與可持續(xù)發(fā)展的理念，所以低碳生態(tài)社區(qū)應(yīng)是一種多功能的社區(qū)，體現(xiàn)人、建筑、環(huán)境的和諧統(tǒng)一，將人車(chē)分流、綠色建筑、生態(tài)步道等思想融入建設(shè)中。低碳循環(huán)性主要體現(xiàn)在社區(qū)規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)與生活消費(fèi)等諸多方面。低碳生態(tài)社區(qū)運(yùn)營(yíng)所采用的能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)能源的清潔、安全、高效利用。建設(shè)低碳建筑，倡導(dǎo)居民對(duì)于日常生活用品也盡可能選用低碳產(chǎn)品。同時(shí)，低碳生態(tài)社區(qū)應(yīng)該在滿(mǎn)足自身發(fā)展的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)區(qū)域化發(fā)展，提升整個(gè)生態(tài)化循環(huán)。3)系統(tǒng)高效性。低碳生態(tài)社區(qū)是一個(gè)由自然生態(tài)系統(tǒng)、人工生態(tài)系統(tǒng)等若干個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)，在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)流、能量流、信息流、人口流必須是高效益的流通轉(zhuǎn)換。低碳社區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)以“低碳化”為指導(dǎo)原則，追求城市的緊湊、舒適和宜居，從本質(zhì)上改變能源的利用方式，提高能源的轉(zhuǎn)化率，倡導(dǎo)使用公共交通，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生活的高效化和集約化。
低碳生態(tài)社區(qū)的規(guī)劃實(shí)踐
1國(guó)外低碳生態(tài)社區(qū)實(shí)踐基本概況
低碳生態(tài)社區(qū)的實(shí)踐主要集中在歐美發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家，社區(qū)的人口規(guī)模都相對(duì)較小，300人以下居多，外國(guó)相關(guān)學(xué)者曾根據(jù)生態(tài)社區(qū)所處的位置、規(guī)模大小等特征將其分為鄉(xiāng)村生態(tài)社區(qū)、城市綠化帶地區(qū)項(xiàng)目、城市更新項(xiàng)目和生態(tài)城鎮(zhèn)等四種類(lèi)型［3］。而國(guó)外生態(tài)社區(qū)的建設(shè)策略包括以下幾個(gè)方面:1)合理開(kāi)發(fā)棕地，減少城市的擴(kuò)張，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2)提倡綠色出行，通過(guò)采取限制停車(chē)位設(shè)置、進(jìn)行道路路面特殊鋪裝等措施，積極倡導(dǎo)非機(jī)動(dòng)車(chē)的應(yīng)用。3)有效利用能源，實(shí)現(xiàn)能源的可循環(huán)利用與建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)。4)強(qiáng)調(diào)社區(qū)的公共參與性。
2國(guó)內(nèi)低碳生態(tài)社區(qū)實(shí)踐概況
我國(guó)低碳社區(qū)建設(shè)剛剛起步，對(duì)低碳社區(qū)的研究處于摸索階段。2010年的上海世博會(huì)更是以低碳為口號(hào)，同時(shí)以萬(wàn)科、萬(wàn)通、郎詩(shī)、當(dāng)代等企業(yè)為代表的中國(guó)城市房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)策略聯(lián)盟也發(fā)起了低碳綠色運(yùn)動(dòng)。固然我國(guó)的生態(tài)社區(qū)建設(shè)有很多成功的案例，但由于我國(guó)實(shí)際的國(guó)情與現(xiàn)狀，低碳生態(tài)社區(qū)的建設(shè)和發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在很大差距。從社區(qū)規(guī)模而言，我國(guó)的社區(qū)人口在5000人～10000人，這無(wú)疑從技術(shù)層面上增加了建設(shè)低碳生態(tài)社區(qū)的難度;從組織管理而言，我國(guó)居民的公眾參與意識(shí)薄弱，生態(tài)保護(hù)重視度不夠;從評(píng)價(jià)指標(biāo)體系而言，未建立合理的低碳生態(tài)社區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，無(wú)法進(jìn)行界定，這些都是我國(guó)低碳生態(tài)社區(qū)建設(shè)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的原因。
低碳社區(qū)規(guī)劃的可持續(xù)發(fā)展路徑
在低碳生態(tài)社區(qū)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)體系中，規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、驗(yàn)收與使用管理應(yīng)該是一個(gè)完整的生命周期，因此實(shí)現(xiàn)它們的分步發(fā)展與整體協(xié)調(diào)是實(shí)現(xiàn)低碳生態(tài)社區(qū)的重要途徑。
1規(guī)劃設(shè)計(jì)的可持續(xù)性
1)土地布局規(guī)劃:功能混合的土地利用模式與緊湊的空間布局形態(tài)。城市的活力在于不同城市功能的混合和人類(lèi)活動(dòng)的流動(dòng)，土地使用兼容性制度為土地使用的混合和多元化提供可能［5］。現(xiàn)代主義過(guò)分強(qiáng)調(diào)城市的功能分區(qū)，使居住區(qū)與商業(yè)區(qū)彼此分離，從而造成多樣性城市生活的消失，人文氣息逐漸散去，取而代之的是千城一面的城市景觀。因此，在低碳生態(tài)社區(qū)規(guī)劃中，應(yīng)首先拋棄功能主義的束縛，強(qiáng)調(diào)多種功能的混合，在社區(qū)中合理布置商店、醫(yī)院、學(xué)校等公共設(shè)施和戶(hù)外活動(dòng)場(chǎng)所，增強(qiáng)社區(qū)各功能空間的有機(jī)聯(lián)系，不僅可以創(chuàng)造更好的鄰里關(guān)系，也可以達(dá)到節(jié)約資源、能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。2)交通系統(tǒng)規(guī)劃:步行交通系統(tǒng)與綠色出行方式。社區(qū)對(duì)內(nèi)交通應(yīng)建立完善的步行交通系統(tǒng)，保障社區(qū)居民的日常生活都在步行可達(dá)的范圍之內(nèi)，以減少居民的出行需求，達(dá)到減少機(jī)動(dòng)車(chē)交通為目標(biāo)。同時(shí)在社區(qū)對(duì)外交通規(guī)劃中，為營(yíng)造低碳生態(tài)社區(qū)，社區(qū)內(nèi)應(yīng)提供良好的交通聯(lián)系，包括公交車(chē)線路和軌道交通線路，倡導(dǎo)以清潔能源為主體的公共交通體系，提倡人們采用更為綠色的出行方式。3)社區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃:低碳生態(tài)社區(qū)的規(guī)劃應(yīng)注重內(nèi)在各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展和各種生態(tài)流的暢通［5］，使社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)向有序理智可持續(xù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變。利用綠地生態(tài)系統(tǒng)中的“碳中和”功能，以尊重自然為前提，建立完整的生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，采用斑塊廊道基質(zhì)等景觀生態(tài)學(xué)的理論方法，增加社區(qū)內(nèi)部物質(zhì)流和能量流的交換，保持社區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的平衡。
2建筑設(shè)計(jì)與建設(shè)的可持續(xù)性
1)建筑的高效節(jié)能設(shè)計(jì):綠色建筑應(yīng)注重使用保溫材料和構(gòu)造，提高建筑熱環(huán)境性能，同時(shí)高效利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源，使建筑自身達(dá)到自給自足的可持續(xù)狀態(tài)。具體做法如:可在建筑的內(nèi)外表面采用高性能的保溫材料、高效節(jié)能玻璃等，從而對(duì)建筑物起到保溫隔熱的作用;采用外墻隔陰和屋頂隔熱的措施，控制建筑物對(duì)熱量的吸收;采用自然通風(fēng)降溫手段減少耗能與空調(diào)費(fèi)用。2)健康環(huán)保建筑材料:在城市低碳生態(tài)社區(qū)的建設(shè)中，采用的健康建筑材料不僅僅是人們對(duì)安全居住環(huán)境的需求，同時(shí)可以減少這類(lèi)材料對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，還可以延長(zhǎng)住宅的壽命，有利于減少對(duì)資源和能源的消耗，以達(dá)到城市低碳生態(tài)社區(qū)可持續(xù)發(fā)展的目的。
3使用管理與運(yùn)營(yíng)體系的可持續(xù)性
中國(guó)的生態(tài)社區(qū)建設(shè)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家很重要的一個(gè)因素就是缺少社區(qū)居民的公共參與。只有通過(guò)提高社區(qū)居民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，改變居民的生活習(xí)慣，養(yǎng)成節(jié)儉的消費(fèi)觀念，低碳生態(tài)社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展才不會(huì)斷在最后一個(gè)環(huán)節(jié)。構(gòu)建低碳生態(tài)社區(qū)是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，從其規(guī)劃設(shè)計(jì)到后期管理都應(yīng)注入低碳生態(tài)的理念與意識(shí)，這不僅僅是針對(duì)于居民，也要針對(duì)于規(guī)劃者與管理者。居民在低碳生態(tài)社區(qū)構(gòu)建的整個(gè)生命周期中，應(yīng)自覺(jué)參與，積極獻(xiàn)策，社區(qū)的主體是人，因此，讓人們擁有更好的居住空間與居住環(huán)境才是建立低碳生態(tài)社區(qū)的最終目標(biāo)。
[關(guān)鍵詞]課程管理；學(xué)校課程規(guī)劃；學(xué)校課程變革
[中圖分類(lèi)號(hào)]G423.06 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002―4808(2011)02－0036-05
新課程改革中三級(jí)課程管理體制的確立，使學(xué)校具有了一定的課程管理和開(kāi)發(fā)權(quán)，同時(shí)也對(duì)學(xué)校提出了新的挑戰(zhàn)，這就是學(xué)校課程規(guī)劃問(wèn)題。在以往高度統(tǒng)一的集權(quán)式課程管理下，學(xué)校主要是課程的執(zhí)行者，而三級(jí)課程管理體制的推行要求學(xué)校必須對(duì)國(guó)家課程、地方課程以及校本課程進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)價(jià)與管理，必須對(duì)學(xué)校的課程進(jìn)行整體規(guī)劃。這是學(xué)校以往沒(méi)有遇到過(guò)的問(wèn)題。因此，對(duì)學(xué)校課程規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行分析、探討不僅具有理論意義，還具有重要的實(shí)踐價(jià)值。
一、學(xué)校課程規(guī)劃的動(dòng)力：課程政策與學(xué)校價(jià)值實(shí)現(xiàn)的整合
學(xué)校開(kāi)展課程規(guī)劃既是課程政策變革的要求，也是學(xué)校實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值的需求，它們共同構(gòu)成了學(xué)校課程規(guī)劃的驅(qū)動(dòng)力。學(xué)校課程規(guī)劃不只是簡(jiǎn)單實(shí)施國(guó)家課程和開(kāi)發(fā)校本課程，它要求學(xué)校將國(guó)家課程、地方課程和校本課程作為一個(gè)整體來(lái)通盤(pán)考慮和設(shè)計(jì)，以反映出一所學(xué)校的辦學(xué)思路和特色。從一定意義上講，一所學(xué)校的課程規(guī)劃是否合理有效，更取決于兩者的合力效應(yīng)。
(一)學(xué)校課程規(guī)劃是課程管理制度變革的要求和結(jié)果
三級(jí)課程管理將原來(lái)過(guò)度集中的課程管理權(quán)力下放，賦予學(xué)校部分課程決策權(quán)，要求學(xué)校對(duì)國(guó)家課程、地方課程和校本課程進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與實(shí)施。在三級(jí)課程管理體制中，國(guó)家、地方和學(xué)校意志的生效需要經(jīng)過(guò)學(xué)校課程規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)，學(xué)校通過(guò)規(guī)劃課程，使三種課程權(quán)力趨于和諧。因此，學(xué)校課程規(guī)劃是課程管理體制變革的必然要求和結(jié)果。
(二)學(xué)校課程規(guī)劃是學(xué)校有效實(shí)施國(guó)家課程的要求
從國(guó)家到地方，課程實(shí)施可以被視為將一個(gè)具體的課程方案付諸實(shí)踐的過(guò)程；從地方到學(xué)校，課程實(shí)施可以被視為將變革付諸實(shí)踐的動(dòng)態(tài)過(guò)程；在學(xué)校，課程實(shí)施可以被視為一個(gè)縮短現(xiàn)存實(shí)踐與創(chuàng)新所建議的實(shí)踐之間差異的過(guò)程；在課堂，課程實(shí)施可以被視為教學(xué)。國(guó)家課程政策只是規(guī)定了宏觀層面課程改革和發(fā)展的方向及框架，不可能顧及學(xué)校層面具體行為細(xì)節(jié)上的操作。學(xué)校課程規(guī)劃能夠尊重國(guó)家課程難以企及的具體學(xué)校、社區(qū)環(huán)境和師生之間的獨(dú)特性與差異性，彌補(bǔ)了國(guó)家課程實(shí)施的局限性。國(guó)家的課程政策能否有效落實(shí)到課堂教學(xué)定的師生身上，關(guān)鍵取決于學(xué)校在課程規(guī)劃中的組織和管理。也就是說(shuō)，學(xué)校課程規(guī)劃使得學(xué)校在統(tǒng)觀國(guó)家課程和地方課程要求的前提下，能夠更好地處理三者間的關(guān)系，更好地發(fā)展學(xué)校的特色。
(三)學(xué)校課程規(guī)劃是學(xué)校開(kāi)發(fā)校本課程的要求
校本課程是在國(guó)家課程和地方課程允許的范圍內(nèi)，以學(xué)校為本位，以學(xué)校成員為主體，充分利用當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)以及本校的課程資源而開(kāi)發(fā)的多樣性的、可供學(xué)生選擇的課程。校本課程開(kāi)發(fā)以學(xué)校為基地，突出學(xué)生特點(diǎn)和學(xué)校特色。學(xué)校要完成校本課程開(kāi)發(fā)的任務(wù)，必須對(duì)學(xué)校課程整體進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)國(guó)家課程、地方課程的具體內(nèi)容和構(gòu)架進(jìn)行分析，否則其所開(kāi)發(fā)出的校本課程就有可能與國(guó)家課程、地方課程在內(nèi)容、時(shí)間、空間乃至資源等方面產(chǎn)生重復(fù)甚至沖突，進(jìn)而使學(xué)校的課程管理產(chǎn)生不必要的麻煩。
(四)學(xué)校課程規(guī)劃是學(xué)校實(shí)現(xiàn)整體特色價(jià)值的要求
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)教育學(xué)校千校一面，缺乏特色，其主要原因就在于課程的高度統(tǒng)一。在新課程背景下，學(xué)校課程權(quán)力的賦予為學(xué)校特色的形成提供了新的契機(jī)。學(xué)校要利用好這種契機(jī)，關(guān)鍵是合理規(guī)劃學(xué)校課程。新課程改革背景下，學(xué)校課程規(guī)劃將成為學(xué)校發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分，在很大程度上服務(wù)于并制約著學(xué)校的整體發(fā)展，也會(huì)在很大程度上決定學(xué)校的發(fā)展特色。它不僅涉及靜態(tài)的文本方案，涵蓋動(dòng)態(tài)的操作過(guò)程以及相關(guān)管理工作，而且強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)校發(fā)展的整體思考。進(jìn)一步而言，學(xué)校課程規(guī)劃會(huì)促進(jìn)學(xué)校以學(xué)校課程與教學(xué)工作為抓手，統(tǒng)籌規(guī)劃其他工作。正如杭州市安吉路實(shí)驗(yàn)學(xué)校的駱玲芳校長(zhǎng)所說(shuō)，對(duì)于學(xué)校與教師來(lái)說(shuō)，沒(méi)有課程規(guī)劃，我們可能會(huì)在一些點(diǎn)上做得亮，有能力的教師個(gè)體會(huì)做得好，而課程規(guī)劃使工作整體得以協(xié)調(diào)，進(jìn)而確保了全體教師都有了底線標(biāo)準(zhǔn)。正是學(xué)校課程規(guī)劃對(duì)學(xué)校特色價(jià)值實(shí)現(xiàn)的生動(dòng)反映。
二、學(xué)校課程規(guī)劃的向度：學(xué)校課程從理想到現(xiàn)實(shí)的方略謀劃
學(xué)校課程規(guī)劃是對(duì)學(xué)校課程藍(lán)圖的勾勒，是學(xué)校整體發(fā)展的核心內(nèi)容。它體現(xiàn)在制訂、實(shí)施和評(píng)價(jià)學(xué)校課程的一系列活動(dòng)與過(guò)程中，旨在將學(xué)校課程的愿景一步步轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。學(xué)校進(jìn)行課程規(guī)劃的主要任務(wù)是編制課程方案，為學(xué)校課程的開(kāi)發(fā)、實(shí)施、評(píng)價(jià)與管理提供總的藍(lán)圖。但學(xué)校課程規(guī)劃并非只是課程方案的編排，更為重要的是如何落實(shí)課程方案，確保讓每位學(xué)生都能享受課程，讓課程能夠成就所有學(xué)生。另外，學(xué)校課程規(guī)劃是學(xué)?；诒拘５膶?shí)際情況而進(jìn)行的活動(dòng)，因此，學(xué)校課程發(fā)展的愿景和使命也應(yīng)該成為學(xué)校課程規(guī)劃的重要內(nèi)容。盡管不同學(xué)校的課程規(guī)劃內(nèi)容可能存在差異，但一個(gè)系統(tǒng)、全面的學(xué)校課程規(guī)劃大體上應(yīng)包括以下三個(gè)向度：學(xué)校課程發(fā)展愿景的確立、學(xué)校課程方案的整體設(shè)計(jì)、學(xué)校課程方案的實(shí)施與保障。
(一)學(xué)校課程發(fā)展愿景的確立
學(xué)校課程發(fā)展愿景就是根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)狀對(duì)學(xué)校課程未來(lái)發(fā)展的一種有遠(yuǎn)見(jiàn)的預(yù)設(shè)或期待，是課程規(guī)劃的靈魂，也是學(xué)校課程的歸宿，通俗地說(shuō)就是學(xué)校的課程理想和價(jià)值追求。作為育人的場(chǎng)所，學(xué)校要完成國(guó)家和社會(huì)賦予的任務(wù)，需要充分發(fā)揮自身的積極性和主動(dòng)性，來(lái)確定反映學(xué)校自身特色的課程愿景或理想。所以，學(xué)校的課程愿景不是個(gè)別校長(zhǎng)、教師或其他人的愿景，而是整個(gè)學(xué)校組織的愿景，是被學(xué)校大多數(shù)人認(rèn)可的、充分理解的愿景。因此，學(xué)校課程愿景的確立應(yīng)是集體對(duì)話和協(xié)商的結(jié)果：一方面，通過(guò)對(duì)話、協(xié)商來(lái)概括、總結(jié)、提煉乃至提升學(xué)校的課程愿景；另一方面，使學(xué)校成員集體認(rèn)同這樣的課程愿景，便于實(shí)施與執(zhí)行。學(xué)校課程愿景的擬訂，并沒(méi)有一套固定的模式。學(xué)校課程規(guī)劃者可以根據(jù)學(xué)校行政人員的領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格、教師的經(jīng)驗(yàn)與意愿、學(xué)生的成熟度、家長(zhǎng)和社區(qū)人士的參與情形等因素采取不同的研制方式。
(二)學(xué)校課程方案的整體設(shè)計(jì)
學(xué)校課程方案是學(xué)校整體性地規(guī)劃學(xué)校課程體系并以書(shū)面形式確定下來(lái)的綱領(lǐng)性文件，是學(xué)校課程規(guī)劃實(shí)施的前提與依據(jù)，并直接決定著學(xué)校課程規(guī)劃的質(zhì)量與實(shí)施水平。學(xué)校課程方案是一個(gè)由宏
觀和微觀等不同層次內(nèi)容構(gòu)成的系統(tǒng)，涉及到學(xué)校課程諸多內(nèi)容的設(shè)計(jì)，其大致包括課程設(shè)置方案、課程標(biāo)準(zhǔn)的校本化方案、校本課程開(kāi)發(fā)方案、課程實(shí)施方案、課程評(píng)價(jià)方案以及校本教研方案等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同方案所關(guān)注的具體問(wèn)題不同。
課程標(biāo)準(zhǔn)的校本化方案主要關(guān)注如何以國(guó)家課程的要求為底線，立足于學(xué)校的實(shí)際情況，通過(guò)學(xué)情分析，使國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和地方課程要求進(jìn)一步細(xì)化，以便合理調(diào)適國(guó)家課程和地方課程在學(xué)校層面的有效落實(shí)，確保教育質(zhì)量的基本要求，促進(jìn)學(xué)生的最大化發(fā)展。
校本課程開(kāi)發(fā)方案是學(xué)校在開(kāi)發(fā)課程時(shí)各種課程方案的統(tǒng)稱(chēng)，是學(xué)校課程標(biāo)準(zhǔn)的配套方案，主要包括校本課程規(guī)劃方案和課程綱要兩個(gè)層面。校本課程規(guī)劃方案是學(xué)校關(guān)于校本課程開(kāi)發(fā)的總體思路的概括性描述，一般包括課程規(guī)劃的基礎(chǔ)、總體目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)與門(mén)類(lèi)、實(shí)施與評(píng)價(jià)建議以及保障措施等內(nèi)容。校本課程的結(jié)構(gòu)是校本課程規(guī)劃方案的核心內(nèi)容，包括校本課程的門(mén)數(shù)、課時(shí)要求以及限制性條件等。課程綱要是由教師個(gè)體或小組合作設(shè)計(jì)，并以綱要的形式呈現(xiàn)出某一門(mén)課程的具體方案。它完整地呈現(xiàn)了課程的各種要素，包括課程目標(biāo)、學(xué)生背景與資源情況分析、學(xué)習(xí)主題或活動(dòng)安排、相應(yīng)課時(shí)以及評(píng)價(jià)建議等。
課程設(shè)置方案主要關(guān)注學(xué)校課程的科目、課程表(課時(shí)安排)以及各學(xué)科的性質(zhì)等。學(xué)校課程規(guī)劃工作者要在認(rèn)真研讀新課程方案的前提下，把握各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的精神實(shí)質(zhì)。學(xué)校必須統(tǒng)籌各領(lǐng)域、各學(xué)科的必修課、選修課開(kāi)設(shè)事宜，綜合考慮各種因素，并將它們協(xié)調(diào)一致后形成本校的課程設(shè)置方案。
課程實(shí)施方案主要關(guān)注學(xué)校課程資源的開(kāi)發(fā)與利用、學(xué)校排課與學(xué)生選課指導(dǎo)、課程實(shí)施的組織形式與進(jìn)程以及考查標(biāo)準(zhǔn)等。課程評(píng)價(jià)方案主要關(guān)注課程實(shí)施的效果，包括評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式等。校本教研方案主要關(guān)注對(duì)學(xué)校課程實(shí)施的反思策略，包括學(xué)校課題的擬訂、教研團(tuán)隊(duì)的組織等。
(三)學(xué)校課程方案的實(shí)施與保障
學(xué)校課程方案的實(shí)施過(guò)程實(shí)質(zhì)是在規(guī)劃好的學(xué)校課程方案與學(xué)?，F(xiàn)實(shí)間的一種調(diào)適過(guò)程。學(xué)校課程規(guī)劃對(duì)學(xué)校的影響最終依賴(lài)于學(xué)校課程方案的實(shí)施，課程方案的實(shí)施有賴(lài)于課程共同體對(duì)課程規(guī)劃的理解以及實(shí)施過(guò)程中的具體行動(dòng)和一系列保障措施。因此，學(xué)校課程規(guī)劃工作還要考慮課程方案的實(shí)施與保障問(wèn)題。
1.觀念轉(zhuǎn)變
課程改革的過(guò)程首先是觀念變革的過(guò)程，觀念不變革，任何改革措施都難以推行。有學(xué)者認(rèn)為，新課程需要樹(shù)立的觀念有：學(xué)校是教育改革的中心、科學(xué)探究的中心、課程發(fā)展的中心，教材是范例，教室是實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)是對(duì)話、交流與知識(shí)創(chuàng)生的活動(dòng)，教師即研究者，學(xué)生是知識(shí)的構(gòu)建者，家長(zhǎng)是教育伙伴。所以，學(xué)校課程規(guī)劃必須反思植根于學(xué)校成員思想中的傳統(tǒng)觀念，分析它們與新課程變革所確立的新觀念之間的差距，進(jìn)而確定教育觀念轉(zhuǎn)變的途徑和保障機(jī)制。
2.教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展
教師是學(xué)校課程的直接實(shí)施者，教師素養(yǎng)是課程方案得以落實(shí)的直接因素，課程發(fā)展、教師發(fā)展與學(xué)校發(fā)展是內(nèi)在統(tǒng)一的。學(xué)校課程規(guī)劃對(duì)原有課程體系和課程觀念進(jìn)行了徹底變革，對(duì)教師也提出了新的挑戰(zhàn)，要求教師樹(shù)立課程意識(shí)，改變教學(xué)行為，重新定位角色。學(xué)校課程規(guī)劃也為教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展賦予了新的內(nèi)容和途徑；教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展成為學(xué)校課程成功落實(shí)的重要支撐。為此，學(xué)校必須拓寬教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展的渠道，為教師專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的提升提供更多的機(jī)會(huì)。
3.革新的學(xué)校課程領(lǐng)導(dǎo)
革新的學(xué)校課程領(lǐng)導(dǎo)是指在學(xué)校情境下，課程領(lǐng)導(dǎo)者影響教師參與課程發(fā)展的過(guò)程。通過(guò)這一過(guò)程，激發(fā)教師參與課程變革的動(dòng)機(jī)，提升教師參與變革的能力，促成學(xué)校民主、和諧、開(kāi)放的教學(xué)文化，達(dá)到促進(jìn)學(xué)校課程發(fā)展和提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效的目的。革新的學(xué)校課程領(lǐng)導(dǎo)為學(xué)校課程方案的實(shí)施提供了強(qiáng)有力的人事保障和制度保障。他們不再僅是單一的執(zhí)行主體，而要致力于學(xué)校課程方案的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施與管理事務(wù)。學(xué)校課程規(guī)劃與傳統(tǒng)的自上而下的課程發(fā)展不同，它強(qiáng)調(diào)學(xué)校的實(shí)際環(huán)境，強(qiáng)調(diào)教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展，強(qiáng)調(diào)綜合運(yùn)用課程與教學(xué)各方面的因素，旨在使學(xué)生獲得最佳的教育效果。學(xué)校課程規(guī)劃的背后有著深刻的理念，有著對(duì)學(xué)校管理體制、組織結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行方式進(jìn)行轉(zhuǎn)型性變革的要求。學(xué)校課程方案的有效落實(shí)要求學(xué)校課程領(lǐng)導(dǎo)者轉(zhuǎn)變自己的管理觀念，調(diào)整自己的管理方式，建立一個(gè)和諧、合作的專(zhuān)業(yè)發(fā)展團(tuán)體，創(chuàng)造一種團(tuán)結(jié)、民主的文化氛圍，以便實(shí)現(xiàn)學(xué)校課程規(guī)劃發(fā)展的理念，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的改善?！罢n程領(lǐng)導(dǎo)”是相對(duì)于“課程管理”而言的，前者是指做正確的事，后者強(qiáng)調(diào)把事情做正確?！罢n程管理”較為注重自上而下式的領(lǐng)導(dǎo)模式，而“課程領(lǐng)導(dǎo)”相對(duì)崇尚一種平等民主、互動(dòng)協(xié)商式的領(lǐng)導(dǎo)形態(tài)。學(xué)校課程領(lǐng)導(dǎo)并非僅限于傳統(tǒng)學(xué)校中的行政人員，它是一個(gè)通過(guò)組織重建后形成的多層級(jí)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)。在我國(guó)新課程改革尤其是三級(jí)課程管理體制下的學(xué)校課程規(guī)劃中，革新的課程領(lǐng)導(dǎo)的作用遍布于學(xué)校各個(gè)層次課程項(xiàng)目的發(fā)展與落實(shí)中。
三、學(xué)校課程規(guī)劃的路徑：學(xué)校課程愿景與學(xué)?，F(xiàn)實(shí)的調(diào)適之旅
學(xué)校課程規(guī)劃是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，也是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。這一工作的具體落實(shí)和完成，需要綜合考慮各方面的因素，其中最主要的就是如何在課程規(guī)劃中既體現(xiàn)出學(xué)校的課程愿景，又能緊密結(jié)合學(xué)校的傳統(tǒng)和實(shí)際。所以，學(xué)校課程規(guī)劃的過(guò)程實(shí)質(zhì)就是在學(xué)校課程愿景和學(xué)校實(shí)際之間不斷調(diào)適的過(guò)程，它需要課程規(guī)劃者的精心謀劃。
(一)建立學(xué)校課程規(guī)劃組織
學(xué)校課程規(guī)劃組織是為統(tǒng)籌規(guī)劃學(xué)校課程的一系列活動(dòng)而設(shè)置的專(zhuān)業(yè)組織。完善的組織機(jī)構(gòu)是制訂高質(zhì)量學(xué)校課程方案的基本保障。它不僅是制訂學(xué)校課程方案的各項(xiàng)工作的組織者，而且是一個(gè)交流和對(duì)話的平臺(tái)。課程規(guī)劃組織成員應(yīng)通過(guò)自薦或推薦等方式民主產(chǎn)生。一般來(lái)講，學(xué)校應(yīng)選取那些具有課程規(guī)劃能力和協(xié)調(diào)性的人員。
(二)研究學(xué)校課程的特色、問(wèn)題與發(fā)展方向
學(xué)校課程規(guī)劃并不是指學(xué)?？梢詫?duì)整個(gè)國(guó)家計(jì)劃、地方計(jì)劃進(jìn)行任意的增刪調(diào)換，而是具有很強(qiáng)的政策制約性和理論指導(dǎo)性。同時(shí)，‘學(xué)校課程規(guī)劃工作者一定要遵循客觀、全面的原則，研究學(xué)校課程的特色、問(wèn)題與發(fā)展方向。
1.分析政策
學(xué)校課程規(guī)劃必須在政策允許的范圍之內(nèi)，保障國(guó)家對(duì)學(xué)生素質(zhì)的基本要求，立足于每個(gè)學(xué)生的身心和諧發(fā)展。學(xué)校必須在國(guó)家課程和地方課程允許的范圍內(nèi)，視當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，結(jié)合本校的傳統(tǒng)和優(yōu)勢(shì)、機(jī)遇和挑戰(zhàn)、學(xué)生的興趣和需要，開(kāi)發(fā)或選用適合本校的課程。
2.尋找基點(diǎn)
在制訂學(xué)校課程規(guī)劃時(shí)，課程規(guī)劃者首先要對(duì)學(xué)校的辦學(xué)歷程、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、師生狀況、課程發(fā)展的傳統(tǒng)現(xiàn)狀以及學(xué)校的整體生態(tài)環(huán)境等作出全面、客觀的檢視。只有通過(guò)全面、深入、系統(tǒng)的研究，才能找到政策與學(xué)校課程的結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)而提出學(xué)校課程規(guī)劃發(fā)展和改進(jìn)的策略。
3.教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展分析
教師個(gè)體的專(zhuān)業(yè)化水平是影響教育質(zhì)量和師資隊(duì)伍水平提升的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是制約學(xué)校課程規(guī)劃有效實(shí)施的瓶頸。學(xué)校課程規(guī)劃者可以利用教師發(fā)展?fàn)顩r分析工――FAPO(即feelings、at-tention、promoting、organization四個(gè)英文單詞第一個(gè)字母的組合)來(lái)分析教師在學(xué)校內(nèi)的生存際遇和內(nèi)心體驗(yàn)，以便了解本校教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，并為學(xué)校課程規(guī)劃提供相關(guān)依據(jù)。
4.學(xué)校課程發(fā)展的SWOT分析
SWOT，即strengths(強(qiáng)勢(shì))、weaknesses(弱勢(shì))、opportunities(機(jī)會(huì))、和threats(威脅)四個(gè)英文單詞第一個(gè)字母的組合。SWOT分析，即通過(guò)訪談、座談、民主調(diào)查等方式，把與學(xué)校課程密切相關(guān)的各種主要內(nèi)部強(qiáng)勢(shì)因素與弱勢(shì)因素、外部機(jī)會(huì)因素和威脅因素客觀、全面、有次序地排列起來(lái)，然后運(yùn)用系統(tǒng)分析的思想，把各種因素相互匹配后加以分析，并從中得出相應(yīng)結(jié)論的一系列過(guò)程。
(三)擬訂學(xué)校課程規(guī)劃草案
擬訂學(xué)校課程規(guī)劃草案是指根據(jù)學(xué)校的工作計(jì)劃，由學(xué)校課程共同體起草制訂的關(guān)于本校課程規(guī)劃的征求意見(jiàn)稿。學(xué)校課程規(guī)劃草案是學(xué)校課程得以有效實(shí)施的依據(jù)，也是學(xué)校管理和評(píng)價(jià)學(xué)校課程的基礎(chǔ)性文件，它為學(xué)校各層人員提供了行動(dòng)綱領(lǐng)和方針路線。與此同時(shí)，該文件也可以得到持續(xù)不斷的調(diào)整與改善。
學(xué)校課程規(guī)劃草案一般包括學(xué)校發(fā)展現(xiàn)狀、辦學(xué)特色與學(xué)校愿景、指導(dǎo)思想、課程結(jié)構(gòu)與課程設(shè)置、課程實(shí)施、評(píng)估設(shè)想、組織體系以及保障措施等內(nèi)容。
第一，學(xué)校發(fā)展現(xiàn)狀。學(xué)校發(fā)展現(xiàn)狀即課程規(guī)劃的背景，涉及學(xué)校的課程資源、發(fā)展需要等學(xué)校課程發(fā)展的基礎(chǔ)與條件。在擬訂學(xué)校課程規(guī)劃的過(guò)程中，學(xué)校要詳細(xì)分析本校發(fā)展以及課程發(fā)展的傳統(tǒng)、優(yōu)勢(shì)與面臨的困難，通過(guò)對(duì)學(xué)校課程相關(guān)因素的全面、客觀分析增強(qiáng)課程方案的可行性。
第二，辦學(xué)特色與學(xué)校愿景。辦學(xué)特色是指學(xué)校在辦學(xué)過(guò)程中沉淀出的區(qū)別于其他學(xué)校的、較為穩(wěn)定的傾向性特質(zhì)。學(xué)校愿景則是學(xué)校對(duì)于課程所形成的理想追求和精神向往，它既反映了學(xué)校對(duì)課程發(fā)展的認(rèn)識(shí)程度，又能引領(lǐng)學(xué)校課程發(fā)展的方向，對(duì)學(xué)校課程的規(guī)劃起著舉足輕重的作用。
第三，指導(dǎo)思想。指導(dǎo)思想是學(xué)校擬訂課程規(guī)劃的基本原則，是學(xué)校設(shè)置課程結(jié)構(gòu)體系的依據(jù)。
第四，課程結(jié)構(gòu)與課程設(shè)置。課程結(jié)構(gòu)是指在學(xué)校課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將所有的課程類(lèi)型、科目以及模塊組織在一起所形成的課程體系的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在學(xué)校課程發(fā)展指導(dǎo)思想的基礎(chǔ)上，學(xué)校首先要制訂學(xué)校課程發(fā)展的總體思路，然后詳細(xì)擬訂本校的課程框架結(jié)構(gòu)，并對(duì)學(xué)校各種課程類(lèi)型及具體科目作出詳細(xì)規(guī)定。
第五，課程實(shí)施。學(xué)校課程實(shí)施主要包括重新整合學(xué)科知識(shí)、構(gòu)建綜合選修課程的結(jié)構(gòu)體系、開(kāi)發(fā)和建設(shè)綜合選修課程以及拓展延伸研究型學(xué)習(xí)課程等步驟。
第六，組織體系與保障措施。組織體系包括學(xué)校課程組織機(jī)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)以及學(xué)校課程規(guī)劃的具體實(shí)施步驟和時(shí)間進(jìn)程等；保障措施包括課程發(fā)展的激勵(lì)機(jī)制，課程開(kāi)發(fā)的投入等發(fā)展環(huán)境的創(chuàng)造。
(四)多方征求意見(jiàn)
學(xué)校課程規(guī)劃是基于學(xué)校內(nèi)部的一種全新探索。同時(shí)，學(xué)校課程規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及人的培養(yǎng)和發(fā)展，牽涉基礎(chǔ)教育整體和各個(gè)局部的關(guān)鍵領(lǐng)域，需要教育行政部門(mén)、專(zhuān)家以及廣大一線教師的共同參與。這就決定了學(xué)校課程規(guī)劃的廣泛性和艱巨性。學(xué)校課程規(guī)劃方案的擬訂以及實(shí)施活動(dòng)必須征求多方意見(jiàn)，使他們了解本校課程規(guī)劃的目的、內(nèi)容和要求，進(jìn)而給予熱情的支持。
I.發(fā)揮教師的主體作用
教師作為學(xué)校課程規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施與評(píng)價(jià)的主體，是影響學(xué)校課程改進(jìn)的重要因素，因?yàn)檎n程實(shí)施的關(guān)鍵因素在于教師對(duì)課程規(guī)劃的理解以及在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的行動(dòng)。只有當(dāng)教師理解了課程規(guī)劃，并產(chǎn)生了行動(dòng)的意愿時(shí)，學(xué)校課程才有發(fā)展的契機(jī)。在課程規(guī)劃的制訂過(guò)程中，學(xué)校要聽(tīng)取教師的意見(jiàn)，設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制，開(kāi)通“成果展示”“過(guò)程記錄和體會(huì)”等多種渠道傾聽(tīng)教師的聲音，并作出及時(shí)的反饋。
2.尋求專(zhuān)業(yè)力量的支持
實(shí)踐表明，教師的教學(xué)行為往往依賴(lài)于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣，在理論層面，他們的知識(shí)相對(duì)欠缺，所作的理論思考也比較有限。因此，專(zhuān)業(yè)人士的支持，可以使教師在實(shí)踐中少走彎路。另外，由于新課程實(shí)施時(shí)間不長(zhǎng)，學(xué)校行使自主規(guī)劃的權(quán)力基本還處于起步階段，要求學(xué)校能獨(dú)立自主地進(jìn)行學(xué)校課程規(guī)劃還不太現(xiàn)實(shí)。在擬訂學(xué)校課程規(guī)劃的過(guò)程中，學(xué)校必須征求多方意見(jiàn)，尤其應(yīng)借助專(zhuān)家力量的幫助，這樣才能保證學(xué)校課程發(fā)展的方向，遵循課程發(fā)展的規(guī)律，保證課程發(fā)展的領(lǐng)先性。
(五)學(xué)校課程規(guī)劃的不斷改進(jìn)
由于社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展、教育教學(xué)活動(dòng)的不斷變革、教師專(zhuān)業(yè)技能的成長(zhǎng)、學(xué)生身心狀態(tài)的變化以及課程理論研究的不斷深入，學(xué)校課程的發(fā)展總是處于一個(gè)持續(xù)不斷的改進(jìn)過(guò)程中，不可能一次性擬訂出一個(gè)完美無(wú)缺的學(xué)校課程規(guī)劃。學(xué)校必須在課程發(fā)展的道路中不斷探索、不斷創(chuàng)新，在學(xué)生和社會(huì)發(fā)展的檢驗(yàn)中不斷改進(jìn)，在否定之否定中攀登新的高峰，讓學(xué)校課程體系更切合學(xué)生的需求和社會(huì)的期待。
[參考文獻(xiàn)]
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【關(guān)鍵詞】路徑規(guī)劃；啟發(fā)式；A星算法；威脅勢(shì)場(chǎng)
0 引言
路徑規(guī)劃[1]，即通過(guò)某種策略在符合一定性能指標(biāo)下規(guī)劃一條從起始點(diǎn)到目的地的最佳路徑，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括在游戲設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人、交通和網(wǎng)絡(luò)路由等領(lǐng)域的路徑搜索。由此便衍生出各種路徑搜索算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]、遺傳算法[3]、人工勢(shì)場(chǎng)法[4]、Dijkstra算法和A星算法[5]，每種算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)根據(jù)不同的場(chǎng)景和性能需求選擇合適算法，也可相互結(jié)合來(lái)彌補(bǔ)各自缺點(diǎn)以達(dá)到性能要求。而其中A星算法具有簡(jiǎn)單，效率高且搜索路徑最優(yōu)等特點(diǎn)，依然是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的A星算法，估價(jià)函數(shù)僅僅只考慮了g代價(jià)和h代價(jià)，對(duì)于周?chē)恼系K物的威脅代價(jià)則不予考慮，因此其規(guī)劃的路徑并不“最優(yōu)”的無(wú)碰路徑。
鑒于傳統(tǒng)A星算法所存在對(duì)障礙物威脅不予考慮的問(wèn)題，本文結(jié)合人工勢(shì)場(chǎng)中威脅勢(shì)場(chǎng)的概念提出了一種基于威脅勢(shì)場(chǎng)的A星路徑規(guī)劃算法。
1 傳統(tǒng)A星算法
A星算法是一種在廣度搜索算法的基礎(chǔ)之上引入估價(jià)函數(shù)的啟發(fā)式路徑搜索算法，與基本的廣度搜索算法不同在于，引入估價(jià)函數(shù)使得算法不再盲目，能夠搜索出最優(yōu)的路徑。
傳統(tǒng)的A星算法估價(jià)函數(shù)為：
f=g+h（1）
其中，f為總估計(jì)代價(jià)，g為從起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的實(shí)際代價(jià)，h為從當(dāng)前點(diǎn)到終點(diǎn)的估計(jì)代價(jià)。
傳統(tǒng)A星算法的具體過(guò)程可參考文獻(xiàn)[5]。
2 改進(jìn)A星算法
傳統(tǒng)A星算法規(guī)劃的路徑往往是幾乎沿著障礙物的邊緣生成的一條路徑，這樣的路徑是十分危險(xiǎn)的，移動(dòng)目標(biāo)或障礙物的輕微偏移都可能造成碰撞發(fā)生。為了解決該問(wèn)題，人們引入C-空間[6]的概念，即沿著障礙物邊緣將移動(dòng)目標(biāo)的尺寸疊加上去，然而對(duì)于現(xiàn)實(shí)復(fù)雜的環(huán)境，這樣疊加運(yùn)算操作會(huì)造成整個(gè)算法的效率急劇下降，因此一般在效率要求比較高的情況都很少采用該方法。
威脅勢(shì)場(chǎng)理論可以很好的解決該問(wèn)題，該理論最早是在人工勢(shì)場(chǎng)法[4]中。人工勢(shì)場(chǎng)法主要依賴(lài)障礙物的威脅勢(shì)場(chǎng)模型和梯度下降法來(lái)進(jìn)行路徑搜索，勢(shì)場(chǎng)模型沒(méi)有選好，則搜索過(guò)程中障礙物比較集中的地方易陷入局部最優(yōu)，導(dǎo)致無(wú)法成功搜索出路徑。針對(duì)該問(wèn)題，人們也提出了不同的威脅模型進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)于威脅模型的選型已超出本文的研究范圍。本文主要引入威脅勢(shì)場(chǎng)的思想，將其與傳統(tǒng)A星結(jié)合，解決A星所存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正的最優(yōu)路徑規(guī)劃。
本文提出的算法，主要區(qū)別在于估價(jià)函數(shù)中引入了威脅估計(jì)值，具體為：
對(duì)威脅估價(jià)函數(shù)的定義一般都和距離有關(guān)系，比較常用的有反比例模型和高斯模型兩種，本文采用簡(jiǎn)單的反比例威脅模型：
可知，這樣就形成了一個(gè)以障礙物為中心的山峰勢(shì)場(chǎng)，在整個(gè)地圖中系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先搜索勢(shì)場(chǎng)最低的點(diǎn)。對(duì)于α，β，γ設(shè)定權(quán)值不同，搜索的路徑也有所不一樣。
改進(jìn)后的算法具體工作流程如下：
（1）初始化，生成一個(gè)open列表和一個(gè)closed列表。
（2）把起點(diǎn)加入open列表，open列表中僅包含起始節(jié)點(diǎn)，記f=h。
（3）如果open列表為空，則搜索失敗并結(jié)束搜索，否則向下執(zhí)行。
（4）查找open列表中f最小的點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并檢查當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，如果是則成功搜索到路徑，返回路徑并結(jié)束搜索，否則向下執(zhí)行。
（5）把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)從open列表中，并加入到closed列表中。
（6）掃描當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的周?chē)?jié)點(diǎn)的啟發(fā)值h，同時(shí)更新周?chē)?jié)點(diǎn)受到周?chē)系K物威脅影響值t，并按要求將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)作為該周?chē)?jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，跳轉(zhuǎn)至（3）。
3 實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析
為了驗(yàn)證本文提出算法的準(zhǔn)確性和有效性，本文還進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)算法進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比。
圖1為傳統(tǒng)A星和本文方法仿真結(jié)果圖，從A點(diǎn)到B點(diǎn)，傳統(tǒng)A星算法規(guī)劃的路徑會(huì)經(jīng)過(guò)狹窄的通道，而本文的方法則優(yōu)先選擇比較安全的路徑，具體數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。
由表1中仿真結(jié)果顯示，傳統(tǒng)方法在不考慮障礙物威脅的前提下，能夠規(guī)劃一條路徑，但是該路徑危險(xiǎn)性明顯比較大，雖然傳統(tǒng)A星搜索的路徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于本文的方法的路徑，但是其整個(gè)路徑過(guò)程中危險(xiǎn)總值卻大于本文方法，且平均威脅值可達(dá)到原來(lái)的一半以下，仿真結(jié)果說(shuō)明本文方法是比較符合實(shí)際安全需求的。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證威脅勢(shì)場(chǎng)對(duì)路徑搜索具有重要評(píng)估能力，在威脅估價(jià)的權(quán)值系數(shù)取λ∈[0，100]范圍內(nèi)，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。
由圖2和圖3可知，λ當(dāng)威脅估價(jià)的權(quán)值系數(shù)從0到100變大時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)所受的總威脅值和平均威脅值呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，該結(jié)果證明了當(dāng)威脅估價(jià)權(quán)值越高則規(guī)劃出的路徑則越安全，結(jié)果證明了算法的有效性。
4 總結(jié)
本文針對(duì)路徑規(guī)劃中A星算法所存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并在對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行深入研究基礎(chǔ)上將其中的威脅勢(shì)場(chǎng)理論引入A星算法中，提出了一種基于威脅勢(shì)場(chǎng)的A星路徑規(guī)劃算法。在傳統(tǒng)A星基礎(chǔ)上，在每次搜索中將當(dāng)前點(diǎn)的所受威脅值作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法能夠比較準(zhǔn)確的進(jìn)行最優(yōu)路徑的規(guī)劃，與傳統(tǒng)方法相比，該方法的安全性能得到顯著提高。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：蟻群算法；方向感知；路徑規(guī)劃
中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 02-0048-02
一、引言
在上世紀(jì)九十年代，意大利學(xué)者Dorigo M等人從生物進(jìn)化的機(jī)理中受到啟發(fā)，通過(guò)模擬螞蟻覓食的行為，提出了一種仿生算法――蟻群算法（ACA）。它通過(guò)模擬蟻群的生物行為進(jìn)行求解優(yōu)化組合問(wèn)題，如：TSP，QAP，JSP等。近些年來(lái)很多學(xué)者針對(duì)路徑規(guī)劃問(wèn)題對(duì)蟻群算法進(jìn)行了加以改進(jìn)，如帶精英策略的蟻群算法，基于優(yōu)化排序的蟻群算法，最大-最小蟻群算法等。這些算法都取得了較好的效果。但由于受到蟻群算法模型的影響，改進(jìn)效果很不理想。
二、蟻群算法的基本思想
自然界中的螞蟻雖然沒(méi)有視覺(jué)，但在覓食時(shí)會(huì)在所經(jīng)過(guò)的路徑上釋放出一種特殊的生理激素――信息素（Pheromone），螞蟻在覓食時(shí)所經(jīng)過(guò)的路徑上，由于個(gè)體之間的相互配合，起著重要的信息橋梁交互的作用，其所釋放的信息濃度與螞蟻?zhàn)哌^(guò)的路徑長(zhǎng)短有關(guān)；當(dāng)螞蟻碰到一個(gè)還沒(méi)有其它螞蟻?zhàn)哌^(guò)的路徑時(shí)，就隨機(jī)地挑選一條路徑前行，同時(shí)釋放出與所走路徑長(zhǎng)度相關(guān)的信息素，螞蟻?zhàn)哌^(guò)的路徑長(zhǎng)度越短時(shí)，則在路徑上釋放的信息素越多，濃度也就越高，反之則越小。當(dāng)后來(lái)的螞蟻再次走到這個(gè)路徑的時(shí)候，它能夠感知到環(huán)境中這種信息素的存在及強(qiáng)度，則它選擇信息素濃度較高的路徑的概率相對(duì)較大，便會(huì)朝著信息素濃度高的方向移動(dòng)，即選擇信息濃度高的路徑的概率會(huì)相對(duì)較大。這樣，隨著時(shí)間的流逝，由大量螞蟻完成的高度自組織行為便形成一個(gè)信息正反饋機(jī)制：某一路徑上走過(guò)的螞蟻越多，該路徑上的信息素濃度越大，則后來(lái)者選擇該路徑的概率越大；反之則為負(fù)反饋機(jī)制：螞蟻少的路徑上信息素濃度會(huì)越低，選擇概率就小，并且隨著時(shí)間的推移逐漸揮發(fā)直至消失，這樣的路徑最后會(huì)被淘汰；最終，隨著時(shí)間的推移，整個(gè)蟻群會(huì)找到一條最優(yōu)路徑。
三、蟻群的方向感知
（一）方向夾角
