时间：2022-07-22 06:14:16
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇直升机技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】航路规划 无人直升机 飞行安全
1 引言
无人直升机的航路规划是指在特定的约束条件下，寻找满足无人直升机机动性能及战场环境信息限制的从起始点到目标点的最优飞行轨迹，是在给定数字地图、飞行器特性参数、飞行任务的情况下，按照某种性能指标，要求航路规划系统能够在数字地图上方的某个离地高度上规划出一条性能最优的三维航迹。它是无人直升机任务规划系统的关键技术之一，是确保无人直升机提高飞行器的作战效能，圆满完成侦察任务，有效实施远程精确打击的有效手段，也是无人直升机实现自主控制，智能飞行的技术保障。因此。无人直升机的迅猛发展和广泛应用给航路规划技术提出了更高的要求，针对于固定翼无人机，无人直升机有自身的特点， 无人直升机可垂直起降、对起降环境要求低，飞行速度低、高度低、可超低速飞行或悬停。对于这些特点，无人直升机的航路规划较固定翼无人机有特殊性。这都使无人直升机航路规划技术成为国内外学者研究的热点之一。
对于无人直升机来说，飞机的安全性是放在首位考虑的问题之一，然而在无人直升机航路规划过程中，对安全性问题的分析与判定是航路规划的重要环节。也是影响规划质量的重要因素。本文核心内容就是针对无人直升机航路规划安全问题进行分析，然后针对这些问题给出本文的解决方案。
2 安全性判定问题
一般情况下，航路规划主要分为飞行前“离线规划”，即在飞行前，人工或自动规划一条满足一定条件的飞行航线；另一种为飞行过程中“在线规划”即在飞行过程中，根据现场情况进行航迹的调整与规划。无论是手动规划还是半自动、自动规划，航路规划一般采取以下3个步骤：
（1）建立任务场景，输入限制条件。一般场景中包含以下元素：控制站位置、任务区、规避区、威胁源、空域使用情况、站位情况、任务属性等等。
（2）人工手动规划或者采用航路规划算法，根据一定条件对无人直升机的航路进行规划，并生成满足一定条件的无人直升机的参考航路/航线。
（3）将规划的航路供任务规划使用（一般情况下，航路规划是任务规划的一部分）或加载至无人直升机独立使用。
一般情况下一条规划的航线包括飞行高度信息、飞行速度信息、航点特性信息、时间战位信息等等。为了保证规划航线的合理性需要结合飞机本身的特性以及飞行控制策略，合理的配置航线中航点的参数，时期既满足任务需求，有保证飞行的安全。本文着重从速度判定、高度判定、航点特征字判定、数据链通信判定、控制律适应判定以及燃油判定等6个方面阐述在航路规划中对飞行安全的判定。而进行安全性判定的前提条件为：
（1）可获得无人直升机平台参数以及控制律控制策略；
（2）可获得规划区域的三维地形数据，GIS数据。我们使用osgEarth作为我们基础GIS功能开发工具和运行库。加载局部30m高精度高程数据（.tif格式）。
2.1 速度判定
速度是无人直升机非常重要的一个参担由于无人直升机的特性，无人直升机的速度跨度范围比较广，无人直升机可倒飞、可悬停、可侧飞、可正常前飞。但从整体来看无人直升机的速度可分为低速阶段、过度阶段以及正常速度阶段。在机上，速度分为地速和空速。一般情况地速来源于GPS/北斗等卫星设备，空速来源于大气机或惯导等设备。在低速时采用地速信号作为飞行控制律的速度控制量，空速信号基本处在不可用状态。在正常速度阶段，基本采用空速信号作为飞行控制律的速度控制量。而在过度速度阶段，处在空速和地速的切换临界阶段。在航路规划过程中，速度应遵循以下判定准则：
（1）速度应处在飞机可飞范围之内；
（2）速度应避开过渡段速度范围；
（3）速度尽量设置为巡航速度值左右；
（4）为增强飞机抗风等特性，飞机尽量不在低速范围飞行；
（5）应避开可能引起飞机共振的速度点。
2.2 高度判定
相比于固定翼无人机，无人直升机的飞行高度一般比较低，有时为了特殊需求需要贴地飞行。因此无人直升机对三维地形数据的精度要求比较高。
在高度判定准则中，首先应满足无人机飞行的离地高度应大于无人机的最小安全离地高度。在实际情况中，无人直升机在飞行过程中与理论/规划的航线之间存在侧偏距。
如上图所示，在规划的理论航迹周围，以侧偏距d，步长为s，虚拟出折线形“高度判定轨迹”，然后在“高度判定轨迹”中，每隔一定距离l取点p，经过p点，做垂直于对应航段的直线，与理论航线的交点为p1，以p1的理论飞行高度值，作为p点的飞行高度值。然后判定p点的飞行高度是否满足最小离地要求。依次类推。判定所有航段的飞行高度是否满足最小离地要求。
在无人机上根据不同的传感器，获取高度一般有无线电高度、卫星高度/海拔高度、大气高度、超声波高度等。由于传感器的量程和误差等原因，在飞行控制策略中，童谣需要根据实际情况选择不同的传感器信号作为飞行控制律中的高度控制量。我们将切换高度传感器的高度范围作为过渡段高度。因此在过渡段高度范围内飞机处在高度波动比较大，在规划高度时应避开过渡段高度范围。
除此之外无人直升机的飞行高度还应满足无线电通视要求。对于无线电通信对高度的要求在数据链通信判定一节中详细描述。
2.3 数据链通视判定
数据链无线通信是无人直升机重要组成部分。在飞行过程中，正常状态下需要保证无人直升机与控制站之间通信畅通。无人直升机测控系统的信息传输属微波视距通信，一般认为直线传播，为了无线通信畅通最少需要满足以下两个条件：
（1）无人直升机与控制站之间无障碍遮挡；
（2）无人直升机的飞行高度应满足微波视距通信的视距要求。
为了判断无人直升机与地面站之间是否有遮挡，我们在理论航迹上，从起飞点开始，每隔s米步长（s取值越小判定精度越高，计算工作量越大），取一个航线上的空间点P，将控制站是为一个质点O，连接空间点P与O点 ，然后利用osgEarth的功能库函数，判断PO连线与地形曲面是否有交点。如果有交点则证明无人直升机在该点与控制站之间有遮挡，无法完成正常数据链无线通信。否则证明该点与控制站之间无遮挡。
对于微波视距通信的视距是指在两个天线之间保持无障碍通信的最大距离，它与地球曲率、大气折射、地面反射、气候、地形等诸多因素有关。根据我国以往无人机系统飞行数据和经验，可以把仅考虑地球曲率的几何视线距离作为无线电视距。在地面的天线之间，设地面天线高度为h1，机载天线高度为h2，当两者的高度确定之后，就有一个与之对应的视线距离。它是当收发天线的连线和地面相切时，在地面上的大圆弧长d，如图3所示。
而机载天线的高度基本可视为无人直升机的飞行高度。在这里我们设控制站天线高度已知。此时我们可根据航点离控制站的距离和控制站的天线高度，可得在该距离条件，满足数据链微波视距的最低高度。因此飞机的飞行高度应大于求得的最低高度值，最好有一定的余量。
2.4 控制律适应性判定
飞控系统作为无人直升机最为核心的系统之一，是无人直升机的大脑，而飞行控制律就是其思想。对于一条航线，可分为若干航段，每个航段都有两个航点。无人直升机某条航段的飞行动作都是有这条航点的两个航点参数决定的。因此航点是整条航线的信息单元。在一条航段中包含，若干飞行过程，如加速过程、减速过程、爬高过程、下降过程、悬停过程、定速巡航过程等过程。这些过程作为基本的过程单元。除了这些基本的过程单元外，还包含协调转弯过程、盘旋过程等特殊过程或叫任务过程。一条航段可包含一种或多种基本的过程单元和若干特殊过程。这些过程的执行都需要一定的飞行距离和时间，根据飞机的运行特性和控制律的控制策略，我们可以理论的计算出每个过程需要的理论飞行距离和时间，如果这条航段的长度小于理论上的基本过程（定速巡航过程比较特殊，需要单独考虑）和特殊过程执行过程的距离累加和，就可能出现飞行过程没有按照设想的过程飞，有可能影响后续飞行过程，影响整个任务的执行情况，甚至影响飞行安全。除此之外，由于受外界风速、环境、温度等影响，需要在每个过程单元中考虑一定的距离余量。保证该航段有足够的长度，执行所有的过程单元。对于不同的无人直升机他的控制策略都不大相同，加上该过程的计算非常简单。因此此处的计算不做具体的介绍。
2.5 燃油预估判定
燃油消耗预估是影响飞行安全的重要因素之一。当无人直升机的飞行航线确定后，通过对航线进行分析，确定无人直升机包含哪些过程，然后计算每个过程的平均耗油率和持续时间，平均耗油率与持续时间相乘得到该阶段的消耗预估油量。最后将每个过程的预估油量相加即得到整个飞行过程的总油量预估。计算公式如下：
其中GF为燃油消耗量，单位为千克（kg），n为航线飞行包含的飞行过程，为第i个飞行过程的平均耗油率，单位为千克/秒（ kg/s），t（i）为第i过程的持续时间。
在燃油预估计算中，关键是获取飞行过程的耗油率。为了获得高精度耗油率，我们开创性的发明一种耗油率自学习的方法。该方法是基于查耗油率数字图表和飞行参数分析与统计相结合的方法，是一种混合预估方法。基于图表的燃油预估方法使用简单，计算速度快，基行参数分析与统计的燃油预估方法在耗油率自训练的混合方法的比例不断增加，从而自动的提高了对燃油消耗量的A估准确性。该方法考虑了温度和风速等因素对燃油预估的影响，大大提高了燃油预估的精度。
除此之外，在飞行过程中，根据初始燃油量、已飞航程、已飞时间、待飞航程、待飞时间，修正剩余飞行任务的最低燃油消耗量的数据。使得对燃油的预估更加准确。进而保证有足够的燃油完成剩余飞行任务。
3 总结
航路规划是无人直升机任务规划重要组成部分，本文只是从速度判定、高度判定、数据链通视判定、控制律适应性判定以及燃油预估等5个方面，讲述了保证飞行安全的方法和措施。当然在航路规划中，影响无人直升机飞行安全的因素还有很多，比如航线切换和在线调整过程中安全判定等。
参考文献
[1]闵吕万.飞行器航迹规划与轨迹控制研究[D].西安：西北工业大学（博士学位论文），1999.
[2]郝慎学.数字地表建模与三维空间中两点间带障碍物的最短路径算法研究[D].济南：山东科技大学（硕士学位论文），2002
[3]符小卫，高晓光.一种无人机路径规划算法研究系统仿真学报[J].2004，16（01）：20-23.
作者简介
张大高（1984-），男，山东省枣庄市人。工程师，主要从事无人直升机测控与导航、指挥控制系统、任务规划等方面的研究。
据说尼安德特人在房屋烧塌时首次尝到了烤乳猪的美味，为了吃烤猪肉，后来不知点燃过多少间房屋……这就是“无法总结成功的法则”，为了再次成功，只有依样画葫芦重新做起。我认为新闻人应该像一架直升机，在高空（理论）与低空（实务）之间频频升降。
郑志荣同志谈起他即将出版的文集，定名为《志当存高远》，我说“好”；又谈起文集的大部分是理论研究，我又说“好”――谁知接下来他要我写序！可见叫好是要付出代价的……背着“序债”还在拖延，他又专程送来书稿，翻阅一过，足证我的直觉不虚。
志荣文集的显著特征，是理论研究与新闻业务紧密结合。我乍一听就叫好，是觉得它同众多的记者编辑自选集不同，在新闻作品之前，有2／3的理论研究。由于工作原因，我同新闻学界与业界都有联系，曾调侃这两界与李白诗――“相看两不厌，唯有敬亭山”刚刚相反，有些互相不待见！原因复杂，这里不说。只说业界对理论的轻视有个基本理由：新闻重操作，不会动手，说再多也白搭。
我大体同意，但认为不能把这推向极端，否则就成了尼安德特人。据说尼安德特人在房屋烧塌时首次尝到了烤乳猪的美味，为了吃烤猪肉，后来不知点燃过多少间房屋……这就是“无法总结成功的法则”，为了再次成功，只有依样画葫芦重新做起。全面地看，没有理论指导的实践是“摸索”，甚至是“赌博”；没有实践检验的理论是“猜想”，甚至是“荒谬”。读读志荣的这些论文，像最新的也是获得中国地市报人研究会二等奖的《试论构建和谐社会中主流媒体的舆论宣传》，所提出的“调整宣传思路和侧重点，在三个方面加大宣传力度”：加大对共同富裕的宣传力度；加大对社会进步、人的全面发展的宣传力度；加大对社会公平的宣传力度。这，不正是当前亟需的理论指导吗？有了这个宏观视野，大概不必事事临阵磨枪，次次都从摸索做起吧！
举这个例子就可看出，志荣的研究紧贴着时代，他不是坐书斋中推敲定义的圆满、体系的成熟，而是瞄准时代急迫的问题，研究“如何”把解决推进一步。或许，这正是业界中人从事研究的优势，立意高、切口细，从大量现象中抽象出带普遍性、方法性的东西，得出既有启迪意义又具可操作性的研究成果。书中的各篇研究，就有这样的特色。
志荣告知书名几经推敲，最后确定为“志当存高远”，我说“好”，是因为它暗合了我长久坚持的一个看法，我认为新闻人应该像一架直升机，在高空（理论）与低空（实务）之间频频升降。新闻不同于艺术，可以老在云端飘，你必须时不时下到低空，把握细节，了解具体情况，记录社会变迁与人心律动。另一方面，新闻又不同于工程技术，可以毕生专注一点，不及其余。新闻报道的对象是整个社会，是地球村，因而又必须时不时升上高空，把握全局与整体。只有理论高空容易脱离实际；只有实务低空可能见树不见林。志荣的书前2／3是理论研究，后1／3是新闻作品，而两者的写作时间是交织的，那不正是一架直升机形象？
（作者为四川省社科院新闻所所长、研究员）
古代有飞机吗？古人为何会制造出和现代飞行器类似的飞机？目前文献中记载了怎样的古代人类飞行器的相关情况？神秘的古代人类飞机到底是什么样的？
本文将对此一一解答。
古代埃及：法老的直升机与木鸟
“法老的直升机”
1848年，一名考古探险家在古埃及阿比杜斯城塞蒂神庙入口横梁上发现了一些稀奇古怪的图像。当时，人们脑海中还没有飞机的概念，自然也没人知道那些飞机状象形图描绘的是什么。于是，这些古怪的图像随着时间的流逝渐渐被世人遗忘。直到20世纪末，现代考古学家才惊讶地发现，那些3000年前的古埃及雕刻图像竟然是现代直升机的模型。神庙墙壁上雕刻的武装直升机图像拥有明显的螺旋叶片和垂直尾翼，另外几个航空器图像也极像现代的超音速战斗机和轰炸机。
据史料记载，3000多年前，统治古埃及的是著名的法老塞蒂一世，他统领的军队所向披靡，大大扩张了古埃及领土。这些石刻中的图案被史学家称为古埃及“法老的直升机”。
3000多年前的古埃及人怎么可能会画出直升机和飞机图像呢？关于这一问题，在考古学界曾引发了激烈的争议。埃及考古学家艾尔福德在研究了塞蒂神庙上的象形文字后认为，古埃及艺术家描绘的“直升机”或“飞机”都是真实存在的。他表示，古埃及人描绘的是一个真实的直升机模型，就像他们经常用图画描述日常生活一样。反对者则认为，塞蒂一世法老有个绰号叫“蜜蜂”，古埃及神庙墙壁上描绘的不过是一只蜜蜂的图形而已，他们无论如何也不相信3000多年前的古埃及人竟然看到过20世纪才发明的直升机。
时至今日，有关“法老的直升机”的争论仍在继续，一些研究人员始终坚信，古埃及人是通晓航空学知识的，并且学会了飞行，但后来这一知识不知为何失传了。还有历史学家宣称，古埃及神庙上描述的奇怪飞行器事实上是人类历史上最早的飞行器。他们甚至根据这些图案制造了静态模型，并发现许多模型都符合空气动力学原理，能够在风洞中“飞翔”。
木鸟模型
1898年，在一座4000多年前的古埃及坟墓里，人们发现了一个与现代飞机极为相似的物品――木鸟模型。其材质为古埃及盛产的无花果树，重量很轻，只有30克左右。该模型除头部似鸟外，其他部分与现在的单翼飞机极为相近：有一对平展的机翼，修长的机身，尾部设置有垂直尾翼，垂直尾翼上方还有平直尾翼脱落的痕迹。由于当时人们脑海中尚无飞机这一概念，便把它命名为“木鸟模型”。古埃及木鸟模型目前存放在开罗古物博物馆第22室，物品登记编号为6347。
1969年，考古学家米沙博士在博物馆的古代遗物仓库里发现了更多的木鸟模型。为了弄清木鸟模型的庐山真面目，米沙博士建议埃及文化部组成特别委员会深入开展调查研究。
1971年12月，一支由考古学家、航空史学家、空气动力学家和飞行员组成的委员会开始对这架木鸟模型进行研究。经鉴定，大多数专家认为，该木鸟模型在外形上具有现代飞机的基本特征：流线型机身、上单翼、近似锥形的鸟头状机头、垂直尾翼;各部件比例协调，再加上脱落的平直尾翼，完全符合现代飞机的基本构造。在气动性能方面，主机翼提供升力，尾翼和机翼分别提供飞机俯仰、横滚及航向上的稳定性，符合空气动力要求。随后的风洞与飞行模拟实验还表明，该木鸟具有良好的滑翔飞行性能。
古玛雅：千年前的超音速飞机
玛雅人的“黄金飞机”
玛雅文明是1500年前分布于南美洲的丛林文明。虽然处于新石器时代，但在天文学、数学、农业、艺术及文字等方面都有极高的成就。然而，在900年前，玛雅文明突然神秘消失，为后人留下了许多不解之谜。
18世纪，人们在哥伦比亚玛雅文明遗址中发现了一个极像现代飞机的黄金制品。当时的考古学家认为，这是一种以鸟或鱼为原型制作的饰物，并没有给予其更多的关注。到了20世纪末，人们在厄瓜多尔南部一座教堂和地下隧道中，又先后发现了两个用黄金制成的类似物品。航空专家认真辨认和研究，得出了完全不同于前人的结论。他们认为，那是一种飞机模型，与现代飞机模型极为相似。
这种“飞机”的“机头”有些笨拙，后面是“驾驶舱”，由一个防风墙保护着，推进系统装在“机身”里，两个对称的水平机翼呈三角形，再加上两个水平安定面尾翼和一个垂直尾翼，就构成了一架完全符合空气动力学的飞机模型。根据这些模型画出的三视图（机械制图中“俯视图”“侧视图”和“前视图”的统称），看上去同现代飞机确实非常相似。
更令人称奇的是，在南美另一处约238米深的地下，人们也挖出了一个用黄金铸造的古玛雅“黄金飞机”模型，它与现代的B-52轰炸机十分相像。这个物件不但设计精巧，而且具有飞行性能。
超音速的鼻祖
1956年，美国纽约首都艺术博物馆曾举办了一场前哥伦布时期的黄金展，展品中就有一个拥有三角翼和垂直尾翼的黄金飞机模型。美国纽约研究所的专家在对这架古代飞机模型进行风洞实验后，绘制了一张技术图纸，把古代飞机模型的概貌描绘了出来。
接着，科学家在实验室对同样的模型进行了测试，结果发现，这种模型竟然能够以超音速速度飞行。据说，正是对这架黄金飞机的研究，才使得洛克希德公司的航空设计师们发明出了当时最好的超音速飞机。
然而，飞机是1905年才由美国的莱特兄弟发明的，这些黄金模型的制作者却是不知道飞机为何物的古玛雅人。制作模型当然不同于制作飞机，但模型不会是凭空想象的产物，它必定要以某些实有之物作为依据。那么，在古代的南美洲，谁为制作这些飞机模型的古玛雅人提供了飞机的实物呢？这又是一个未解之谜。
古代印度：神秘的维曼拿斯
维曼拿斯，又叫维曼拿，指的是一类古代印度飞行器。在古印度《摩诃婆罗多》《罗摩衍那》等典籍中，维曼拿斯被描述成能够在地球大气层、太空和水底航行，具有军事方面用途的多栖飞行器。维曼拿斯的英文名为Vimanas，意思是“神话般的飞行器”。在现代印度语里，“维曼拿斯”一词泛指普通的飞行器。
史诗中的飞船
大多数飞碟研究者认为，维曼拿斯可能来自于外太空，或者可能源自于政府的某种军用设备;但也有很多人认为，它们源自于古印度。他们的依据是，古印度的《摩诃婆罗多》《罗摩衍那》等梵语史诗中记载有这种飞行器。这些文献还被翻译成英文甚至中文，广泛传播，具有一定的可信度。
近年来，我国拉萨等地发现了一些珍贵的梵语资料。它们被交给印度一位梵文专家鲁思罗拿博士翻译。鲁思罗拿博士拿到资料后惊讶地发现，这些文献不仅描述了维曼拿斯的构造，甚至还描述了维曼拿斯的推进方式：用一种所谓的“反重力”来抵消地球引力，很像中国的轻功。
“维曼拿斯有很多窗户、两层结构，飞走时发出的强烈光芒，就像太阳，其声音似炸雷……喷着红色火花，升到高空，看起来就像彗星，直达太阳和星空。”这是古代印度史诗《摩诃婆罗多》里记载的内容。《摩诃婆罗多》描写的是古印度婆罗多族两个分支之间的战争。这场战争规模浩大，许多国王和神灵分别参加了双方的战斗。根据史学家考证，这场大战有一定的事实背景。近年来，有些学者重新审视并研读这部史诗，发现其中竟描述了许多高科技武器和飞行器，包括维曼拿斯。这些维曼拿斯的出现时间和发展水平远远超过了古诗产生的时代，甚至在今天看来也十分先进。这不能不令人称奇。
《罗摩衍那》是和《摩诃婆罗多》齐名的另一部古印度史诗，它记载的罗摩帝国相传建立于大约1.5万年前，位置大致在今天的印度和巴基斯坦，经济繁荣，国力强盛，由“文明的祭司――国王”统治。罗摩帝国有7个大城市，古典印度文献将它们称为“七圣城”。在《罗摩衍那》中，至少记载了4种维曼拿斯。作为飞行器，维曼拿斯被描述成圆形，拥有舷窗和圆屋顶，有点像我们想象中的飞碟，它以“像风一样的速度”飞行，发出声响;也有一些维曼拿斯为长圆筒状。
神庙中的惊人发现
甘吉布勒姆是位于印度南部的一座古城，有400余座神庙。在这些神庙中，除了湿婆、黑天、罗摩等众多古印度神灵的雕像外，还有大量被称为“战神之车”的维曼拿斯雕塑。
人们一般认为，这种维曼拿斯就是神话中人物的坐骑，是被杜撰出来的物品。然而，1943年，在印度南部的迈索尔市梵语图书馆一座倒塌庙宇的地下室中，人们发现了公元前4世纪的印度古代文献――一份题为“Vymaanila-Shaastra”的古代梵文本简稿件。
在这份“科技论文”中，以6000行的篇幅详细记载了维曼拿斯的构造、驱动方式、制造、保管、原料乃至飞行员训练与服装等诸多细节。更令人惊奇的是，这份文献中还记载了维曼拿斯的驾驶方法，也就是说，早在史前时代，印度就有了维曼拿斯和维曼拿斯驾驶员。根据记载，维曼拿斯的飞行速度，换算成现代计量单位约为5700千米/小时――近似于5倍的音速。5倍的音速！这已属于现代意义的高超音速飞行器的范畴。
研究者们还注意到，这些维曼拿斯多被描述为多层结构，绝缘装置、电子装置、抽气装置、螺旋翼、避雷针以及喷焰式发动机都安装在飞船上。文献中还多次指明，维曼拿斯呈金字塔形，顶端覆盖着透明的盖子。有趣的是，以4个不同种类的维曼拿斯的内容介绍为基础，1923年，专家们还绘制了4张不同维曼拿斯的结构图。
很显然，建造这样的维曼拿斯，需要借助多种现代高科技设备，更需要现代物理学特别是空气动力学的理论基础。在人们的印象中，高速飞行器械肯定是现代人的发明。但是，考古学家给出了不同的答案，他们自称已经掌握了一些证据。这些证据表明，古印度人不但能够造飞行器械，还能造宇宙飞船。也就是说，当人类发明了火车、飞机、飞船，并为自己的发明所陶醉的时候，他们根本就没有想到，这些看起来非常现代化的工具，在几千年前可能就已经存在了。
古代中国：从飞车到火箭
奇肱飞车
奇肱飞车是古代中国传说中的一种飞行器。它是公元前1500多年商朝奇肱国人制作的一种能借助风力载人在天空远距离飞行的装置。传说，奇肱飞车曾借助风力从今天的四川载人飞行至河南。
奇肱飞车在中国古代文献中有明确记载。《山海经・海外西经》“奇肱之国”条下注释有：“其人善为机巧，以取百禽。能作飞车，从风远行。汤时得之于豫州界中，即坏之，不以示人。后十年，西风至，复作谴之。”
类似的文字也见于晋朝的《博物志・外国》中出现：“奇肱民善为拭扛，以杀百禽。能为飞车，从风远行。汤时西风至，吹其车至豫州。汤破其车，不以视民。十年，东风至，乃复作车遣返，而其国去玉门关四万里。”
对奇肱飞车的构造、动力，人们至今仍无从考证，它的出现在黄帝指南车之后，结合了“善为机巧，以取百禽”的机械制作技术背景。由此可见，它的出现基本上还是遵循科学发展逻辑的。
公输木鸟和墨子木鹞
公输般，即大家熟悉的鲁班，春秋末期著名工匠，被后世尊为中国工匠师祖。据《墨子・鲁问》记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下，公输子自以为至巧。”由此可见，他也是中国航空史第一人。
墨翟，即墨子，春秋战国之际的思想家、墨家学派的创始者。他曾用3年时间制成一只会飞的木鹞;但一试飞，就坏了。
墨子是我国早期进行飞行器研究的学者，为风筝等民间简易飞行器的诞生奠定了实践基础。
飞行翼装
古代中国人曾设想像鸟儿那样有一双翅膀，自由翱翔天空。这个设想放在现代，便是刺激冒险的翼装飞行运动。早在西汉，我国就曾出现过身有两只巨大人工翅膀的“羽人”形象。但因史书上只载其事，未记其名，让他成了一位无名的“翼装侠”。
据《汉书・王莽传》记载，当时王莽篡位建立了新朝，北方匈奴经常进犯，王莽遂下令招募类似今天特种兵的勇士，凡是有特殊技能者均可以破格使用，委以重任。
一时间，众多怀有绝技的人前来献艺。其中，有一男子自称能飞，日行千里，很适合当侦察兵，可以空降到敌后侦察敌情。王莽半信半疑，让他当场试飞。此人用鸟羽制成了两只人工翅膀，即“取大鸟翮为两翼”，将之紧绑在自己的身上;又在头和身体其他部位插上羽毛，最后再装上环钮等器件，双脚弹地而起。虽然此次飞行只有“数百步”，却是中国飞天梦想中的一个重要事件。遗憾的是，王莽觉得其人技艺华而不实，虽然给了奖励，并委任其为“理军”，但此技术并未能得到重视和发展。
张衡木雕
张衡，我国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、学者，曾官至尚书，为我国天文学、机械技术、地震学的发展做出了不可磨灭的贡献，后世称张衡为“科圣”。
事实上，张衡在早期飞行器的探索中也有贡献。北宋《太平御览・工艺部九》引《文士传》中一段记载说：“张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里。”意思说，张衡的这项发明是一只内部装有特殊装置的能飞几里的木雕。也有学者认为，这可能是一种飞机类的飞行器。但装在飞行器上的发动机必须重量足够轻而马力足够大，并且还要求飞行器本身具有一定的适宜起飞上升的形状等，这些条件在张衡所处的时代没有一条是能做得到的。所以，一些航空专家推测，张衡的木雕即使真的“腹中施机”，这种“机”也不会是动力机，而是一种装在风筝上用线控制飞行的操纵机构。然而该木雕“能飞数里”的记载从另一个方面证明，我国古代的工程师已经开始进行飞行器控制方面的思考和探索，并且注意到飞行器航程对行器功能的作用。
万户火箭
万户，或万虎，相传为我国明朝时的一个低级位官吏，或者是锦衣卫都指挥使，但他也许是世界历史上第一位尝试用火箭升空的人。
根据记载，早在16世纪，万户便开始尝试用民间自制的烟花来产生动力，从而推动他飞往太空。 捆绑着47支烟花的座椅便成了万户的第一架也是最后一架“飞行器”。在发射当天，万户穿戴整齐，坐上座椅。跟随他的47位仆人同时点燃了烟花。随着一阵剧烈的爆炸，硝烟散尽后，万户和他的“飞行器”已是灰飞烟灭。
美国著名的探索频道节目“流言终结者”历来以尝试各种疯狂实验而闻名。该节目的制作人员曾经制作了万户的飞行座椅来进行发射实验。当烟花引燃后，座椅还未离开发射台便已爆炸，捆在座椅上的仿真人体模型被烧得惨不忍睹。他们也尝试用新型火箭推进器来代替古老的烟花进行实验，但这样做很难让座椅垂直升降。在节目中可以看到，离地约1米左右时，座椅已经变成横向前进然后马上冲向地面。实验证明，利用捆绑在座椅上的小型火箭推进器难以产生足够的推力来使座椅升空，虽然使用现代小型火箭能够产生足够大的推力，但并没有持久性和稳定性来保持座椅一直向上运动，更不用说要达到第一宇宙速度来进入地球轨道了。
万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他是全球首位设想借助火箭推力升空的人，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”。
自古以来，我国苏州香山一带能工巧匠辈出，在明代，此地木工工艺尤其发达。我国清代著名学者徐翥先在《香山小志》一书中记载，明朝有个叫徐正明的，听人讲《山海经》中奇肱国人坐飞车的故事，就想造一架飞车。他殚精竭虑，用了一年才设计出图纸，按照图纸反复修改，十多年后，才把飞车制造出来。
徐正明飞车的形状酷似一把圈椅，下面有机关和齿轮。人坐在椅子上踩踏两块木板，上下机关旋转，“风旋疾驰而去，离地可尺余，飞渡港汊不由桥”。
徐正明并不满意飞车的性能，他希望能飞过房屋、越过湖面才好。正想着继续改进飞车的设计，人却病死了。
项目名称：多机器人立体反恐救灾系统关键技术研究
研究单位：北京航空航天大学
课题负责人：刘荣
项目背景
大厦、会议场馆、体育馆、剧场、机场和客机等封闭场所由于其内部环境复杂、可视空间有限、隐藏躲避方便等原因，是目前反恐救灾中作业难度较大的地方。
针对这类封闭环境内的反恐救灾作业要求，北京航空航天大学机器人研究所所长刘荣教授所在的项目组，提出了多机器人立体化反恐救灾系统的概念，并于2008年由北京市自然科学基金资助立项开始研究。
刘荣介绍，目前的机器人，包括爬壁机器人、地面移动机器人、空中飞行机器人等研制的关键，是其指挥控制问题。
为此，项目对多机器人立体化反恐救灾系统中的关键技术问题进行了深入研究，并研制了壁面爬行、地面移动、空中飞行小型机器人样机，以及多机器人指挥中心。
据了解，爬壁机器人采用风机负压吸附原理，带中间关节的双体可变形设计，可以实现地面到墙面以及不同墙面间的面面转换，也能实现机器人跨越墙面窗框、缝隙等越障。该机器人能在多种材质的壁面上移动，并通过搭载的摄像头透过玻璃窗实现侦察功能。
研究成果
项目组研制的地面移动机器人有两种，一种是采用可变形履带的地面侦察机器人，主履带驱动机器人在地面行进和转弯，前部的副履带可整体转动，通过其支撑可辅助机器人跨越较高的障碍。该机器人除了能在一般楼道快速移动外，还能实现上下楼梯及乘坐电梯，携带摄像头还可完成摄像侦察任务。另一种是可抛掷式球形侦察机器人，它作为地面侦察机器人的补充，能通过抛掷快速到达某些难以进入的楼层、房间、封闭院落等。
空中飞行机器人采用了四旋翼十字布局的直升机方案，通过姿态稳定控制，实现了空中平稳飞行和悬停，依靠搭载在飞行器上的摄像头能对周围环境实施侦察。
多机器人指挥中心由无线视频接收器、视频监控服务器、显示大屏幕和语音通讯装置组成。各个机器人上摄像头拍摄的画面通过无线传输可以实时显示在指挥中心屏幕上，供指挥人员研判和决策，并可以通过语音通讯设备指挥各个机器人操作人员执行相应的操作。
“在北京市自然科学基金的资助下，项目组共发表研究论文6篇，其中EI检索4篇；获得专利4项；培养了研究生5人。”刘荣介绍，项目成果已于2011年12月22日通过了北京市自然科学基金委员会办公室组织的专家验收。
“项目的有关成果将对首都经济建设和社会发展具有促进作用。”专家在验收时表示。
社会效益
关键词：椭圆盘；极点配置；冗余度
中图分类号：TP13文献标识码：A
Abstract：For a class of linear continuous systems， this article studied the gain deviation tolerance about the actuator for each channel in the oval plate pole. Firstly， in the oval plate problem， this article gave the gain deviation concept of tolerance range， tolerance factor and redundancy about the actuator for each channel. Secondly， this article gave a necessary and sufficient condition for linear systems for oval regional pole configuration， and further， gave the gain deviation tolerance algorithms about actuator channel in the elliptical disc pole configuration problems. Finally， a simulation example shows that the algorithm is effective.
Key words：oval plate； pole assignment； redundancy
1引言
对于安全性能要求较高的系统，如飞行器、核电等，在控制系统设计过程中，提高系统可靠性是设计者首要考虑的问题。但以往的实现系统可靠控制[1-2]方法，如被动容错控制[3]是将系统部件可能出现的故障考虑在设计过程中，这样设计的系统不论部件是否出现故障都能保持系统原有设计性能。对系统实施可靠设计后，闭环系统对部件故障具有一定的抵御能力，但是，同时也会对闭环系统产生许多不良影响：闭环系统可靠反馈控制器的能量消耗较大；闭环系统设计过程的保守性增大；系统的性能指标下降等。为了克服可靠设计给系统带来的这些不良后果，人们转而研究利用增加系统可能出现故障部件的数量来提高可靠性，这就是硬件冗余的可靠设计问题[4-3]。
同时，闭环系统极点配置问题[6-8]是控制理论中的重要研究课题之一。由于不确定性和时滞等原因，闭环系统准确极点很难实现。因此，人们经常考虑闭环系统在保持稳定的前提下，其闭环系统极点全部落在左半平面的某个指定区域内，也就是区域极点配置问题。到目前为止，闭环系统区域极点配置问题已日趋完善。然而，对于系统部件偶然发生的故障，时常会使设计完成的闭环系统的极点跳出所指定的区域，有时甚至会跳离左半平面，形成不稳定极点。近年来，人们开始研究将闭环系统部件（执行器或传感器）可能发生的故障考虑在系统的设计中，这样构成的闭环系统不论系统部件是否发生故障都会使闭环系统的极点保持在指定的区域内，这就是所谓的闭环系统的区域极点可靠配置问题[9-10]。
基于以上两点，本文研究了带有硬件冗余的区域极点可靠配置问题。本文利用文[4]的方法，研究了针对一类线性系统的椭圆盘极点配置问题，提出了相应的执行器各条通道增益偏差容忍区间、容忍度、容忍因子的概念。利用执行器单一通道增益偏差模型，给出了在椭圆盘极点配置问题中执行器通道增益偏差容忍区间的算法。硬件设计者可以根据执行器每条通道的增益容忍区间，来判断出每条通道对闭环系统影响的重要程度，再根据其重要程度大小来加强通道的硬件冗余度，这样大大加强了系统硬件设计的可靠性。一个CH-47双螺旋直升机的实例仿真说明了此算法的有效性和重要性。
5结论
本文给出了在椭圆盘区域极点配置问题中第i条通道增益偏差容忍区间计算方法，设计者可根据执行器每条通道故障增益偏差容忍区间，来判断出每条通道对系统的重要性不同，再根据其大小来加强该信号通道的硬件冗余度，这样大大加强了系统硬件设计的可靠性。参考文献
[1]俞立.线性系统的鲁棒D稳定分析[J].自动化学报，2001，27（6）：860-862.
[2]姚波，王福忠.考虑连续增益故障线性系统可靠控制[C].IEEE笫五届全球智能拧制勾动化人会论文集，杭州.2004：760-764.
[3]葛建华，孙优贤.容错控制系统的分析与综合[M].杭州：浙江大学出版社，1994.
[4]王福忠，姚波.线性系统可靠控制分析与设计 [M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2012：208-212.
飞翔的青蛙
2000年，因“用磁铁克服了重力作用，使一只活青蛙悬浮在半空中”获得搞笑诺贝尔物理W奖。
安德烈・盖姆和同事迈克尔・贝瑞通过实验使活青蛙在强大电磁铁的作用下悬浮在了空中。尽管磁悬浮原理在很早以前就被发现了，而且当时磁悬浮地球仪和磁悬浮闹钟几乎在每个礼品店都能看到，但盖姆和贝瑞决定测试活的生物体是否具有磁性。
为了使青蛙不遭受不必要的危险，他们起初用坚果和水滴做实验，在无数次尝试后，终于让两栖动物飞了起来。青蛙之所以能悬浮在距离试验桌几厘米的半空中，是因为青蛙体内的主要成分是水，在外加磁场的作用下，表现出很强的反磁性。
“理论上，人类也可以像青蛙一样悬浮在半空中，因为人体内的主要成分也是水，不过必须在外加磁场足够大的条件下才行。虽然我们暂时还做不到，但我愿意成为第一个悬浮在空中的人！”安德烈・盖姆在被授予搞笑诺贝尔奖后认真地说，他是第一位诺贝尔奖、搞笑诺贝尔奖的双奖获得者。
大量细线或头发无法避免地纠缠在一起
2008年，因“用数学证明细绳或头发将无法避免地纠缠在一起”而获得搞笑诺贝尔奖。
很多人大概都有过这样的经历：将耳机整齐叠放在口袋里，运动一天后，虽然没动它，但是当你拿出后发现它的线还是无可避免地纠缠在了一起。这究竟为什么呢？
美国学者多利安瑞摩和道格拉斯・史密斯提出这个令他们困惑不已的问题后，进行了3415次试验。试验很简单：拿一个盒子，在里面放上两根普通鞋带，然后盖上盒盖使劲摇晃盒子。最后他们发现，强力摇晃后鞋带会缠绕在一起打成结。
这还不是重点，重点是两位研究者借助电脑运用数学中的节点理论对每一个结进行了精密的分析。他们称，他们在试验中成功地打了120个不同类型的结，其中有11个复杂交错在一起。将这个结论记录在《在剧烈晃动下细绳自动打成结》一文中，多利安瑞摩和道格拉斯・史密斯以此成为了搞笑诺贝尔奖的获得者。
收集鲸鱼鼻涕
2010年，因“使用遥控直升飞机收集鲸鱼的鼻涕” 获得搞笑诺贝尔工程学奖。
地球上最大的哺乳动物是鲸鱼，它们长时间生活在海洋里。如果研究人员发现大海中正在被监测的鲸鱼突然生病了该怎么办？伦敦动物协会海洋生物学家卡琳娜・阿塞韦多・怀特豪斯和墨西哥国立理工学院的尚德隆致力于解决这个问题已经不止一年了。这项研究的结论发表在《使用非创伤性新方法观察自由移动的鲸鱼的病情及在保护环境项目上的应用》一文中，文章作者也因此被授予搞笑诺贝尔工程学奖。
研究人员发现海洋中的鲸鱼生病后，只需派出专用于收集鲸鱼鼻涕的遥控直升飞机。直升机下部安装了培养皿，当鲸鱼释放喷泉，培养皿就可以收集到喷溅物，这样就能够监测到病毒、细菌、脱氧核糖核酸、激素等一些鲸鱼的重要数据。
采用这种新技术前，研究鲸鱼不仅不易，还具有一定的危险性。研究人员手工收集鲸鱼喷出的黏液时，由于个头较小的鲸鱼呼出的液气混合物离海平面过近，经常在到达研究者手中的培养皿前就已被海浪打散。有了遥控直升飞机，研究人员在收集鲸鱼喷出的黏液时，只需在船上远程遥控就可以了，还可以随时跟踪鲸鱼。
每当鲸鱼呼吸时，飞机俯冲而下，将样品收集在机身下的培养皿中，在海浪到来之前迅速升起并满载而归。
把煮熟的鸡蛋变回“生鸡蛋”
2015年，因“发现了将煮熟的鸡蛋还原成生鸡蛋的方法” 获得搞笑诺贝尔化学奖。
从某种意义上说，由美国和澳大利亚学者组成的研究团队成功地使时间“倒退”了。他们是怎么做到的呢？正是其在科研报告中提到的“将煮熟的鸡蛋还原到了生鸡蛋的状态”。
研究者先将鸡蛋煮20分钟，然后在蛋壳上扎孔，向内注射化学药剂，在药剂的作用下，蛋清逐渐开始“复原”，最终还原到和生鸡蛋一样的液体状态，蛋黄也聚集在一起。
当然，蛋清“复原”只是一种粗略的说法。如果蛋清真能还原，他们就可以获得真正的诺贝尔奖了。更准确地说，他们只是将煮熟的鸡蛋变成了类似生鸡蛋的浑浊液体。这是一套能更好地促进聚沉重组蛋白在体外发生再折叠的技术：可以让变性失活、结构乱掉的蛋白质恢复活性，重新折叠成正常的结构。
这项技术有望用于治疗癌症，并可能被投入市场。此外，工业奶酪的制造者、农民以及其他需要使用重组蛋白质的人，都可以因此获取更高利润。
跳蚤比赛
2008年，因“发现狗身上的跳蚤比猫身上的跳得更高”而获得搞笑诺贝尔生物学奖。
法国图卢兹兽医院的玛丽・克莉丝汀・卡迪耶格、克里斯特尔・朱伯特和米歇尔・弗朗克对寄生在猫狗身上的跳蚤的弹跳力进行了对比分析，最后得出结论：狗身上的跳蚤比猫身上的跳蚤跳得高。
研究人员在科研报告《对比狗身上的跳蚤和猫身上跳蚤的弹跳力》中记录了以下结论：猫身上的跳蚤跳的平均距离为19.9厘米，狗身上的为30.4厘米，狗身上跳蚤的弹跳力比猫身上的跳蚤更好。还有一个看似滑稽的理论：如果为它们举行比赛，狗身上的跳蚤只有超过25厘米才能角逐冠军，而猫身上的跳蚤要超过17厘米才能进入决赛。
猫和抑郁症
2014年，因“研究发现家中养猫会对人的心理健康产生影响”获得搞笑诺贝尔公共卫生奖。
2013年，由来自捷克、日本、美国和印度的医学家、生物学家组成的研究小组对750份被猫咬过的人和1108份被狗咬过的人的电子医疗档案进行了研究。这些人的档案中还记载了他们的其他病情信息。研究者们分析了其中可能存在着的某种关系。
专家提出被动物咬伤和心理健康有关的猜想，并决定对此进行试验。研究结果令所有人感到震惊。被猫咬过的人中高达41.3%的人都患有抑郁症，而被狗咬过的人中患抑郁症的比例为28.7%。研究人员在《关于被猫咬伤与抑郁症的关联》一文中严肃地提到了这个令人堪忧的比例，文章中还强烈呼吁社会各界要加强对这个问题的关注，因为除了患抑郁症之外，还有其他潜在的危险威胁着养猫人的身心健康，而且可能更加严重。
养猫会导致抑郁症，还是抑郁症患者会更倾向于养猫？专家表示：“我们的论文没有解答这个问题，但提出了更多的问题。”而与此同时，捷克布拉格查尔斯大学的雅洛斯拉夫・弗莱格等人发现：捷克军队中，那些感染了弓形虫的新兵在智力与对新奇事物的好奇心方面表现都更差。弓形虫是猫身上的一种寄生虫。同时，他们还提出，这种弓形虫可能与人患精神疾病有关。
芥末报警器
2011年，因“利用芥末的刺鼻气味制成报警器”获得搞笑诺贝尔化学奖。
2009年，日本化学家小组向美国专利局递交了一份名为《报警信号的味道和紧急情况通知的办法》的申请书，这个神秘的方案源于一项“气味报警”的创新技术。在附属文件中，研究人员计算出何种浓度的芥末释放到空气中可以在紧急情况下唤醒沉睡中的人，还重点提到这种浓度使人类无法忍受，但又不会危及健康。
关键词：建构主义学习理论；生产与运作管理；教学方式；多媒体课件
作者简介：蒋南云（1982-），女，江苏南京人，南京工业大学经济与管理学院，讲师；张琳（1968-），女，江苏南京人，南京工业大学经济与管理学院，教授。（江苏 南京 210009）
基金项目：本文系江苏省高等教育教改研究项目“支撑创新教学活动的毕业设计关键问题研究”（项目编号：2011JSJG182）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0079-02
一、“生产与运作管理”课程教学难点
“生产与运作管理”课程是工业工程、工商管理、信息管理与信息系统、电子商务等专业的专业基础核心主干课程，涉及生产系统整个过程的管理，包括生产系统的设计、构建、运行、维护四大阶段。课程大多在经济与管理学院开设，相关专业学生对制造企业现场没有感性认识，理论和方法理解较为困难，这是难点之一。难点之二是如何将种类繁多的运作管理方法有效传授给学生，使其灵活应用。难点之三在于课程内容与其他专业课交叉联系，需融会贯通才能解决企业实际问题，对学生综合能力要求很高。难点之四欠缺中国企业运作管理案例，过多使用国外案例易产生与实际脱节问题。难点之五没有成套的教学辅助材料，如课外练习题、实践案例、计算机辅助软件等，增加了实训难度。如何使学生既能解决书本上题目又能解决实际生产中的难题，成为极具挑战的任务。因此，在课程建设中需要将各种信息技术与先进的教学方式相结合解决以上教学难题。
二、建构主义学习理论
建构主义学习理论是在瑞士心理学家皮亚杰的儿童认知发展理论的基础上形成的一种学习理论。[1，2]它认为：学生的知识和智慧不是先天就有的，也不是学校和教师赋予的，而是学生自己在特定文化背景的学校教育（包括教师和学习伙伴）相互作用的过程中逐步构建的。
建构主义提倡在教师指导下的以学生为中心的学习。学生通过一定的情景，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得知识。因此，情景、协作、会话和意义建构被称为学习环境中的四大要素。[1]“情境”，为了促进学生对所学知识内容的意义建构，建构主义理论强调真实环境的创设和模拟，并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。“协作”贯穿于学习过程的始终，比如对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价以及意义的最终建构，都涉及协作，它既包括学生之间的相互协作，也包括教师与学生以及教师与教师之间的协作。“会话”是协作过程中必不可少的环节，各学习小组成员之间只有通过会话来商讨、交流彼此的意见与学习成果，才能共同完成规定的学习任务。“意义建构”，就是要帮助学习者对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系有较深刻的理解，意义建构是整个学习过程的最终目标。
三、基于建构主义的教学方式设计
由于建构主义学习理论强调以学生为中心，注重对教学情景和学习环境的设计，重视合作性学习小组的建立，最终帮助学习者完成意义的建构，特别适合解决本门课程的教学难题。[3]基于此，将建构主义理论作为本课程建设的指导思想，以多媒体课件为实现手段，建立“生产与运作管理”课程的新型教学方式。
1.注重教学情景和学习环境的构建
在课堂教学中，辅之以大量的多媒体（照片和电影片断、录像、Flexsim仿真模型等）资料来加深学生对生产管理的认识和对知识点的掌握，包括宝马汽车生产线、虚拟制造、仓储等视频，扩大学生的视野，给学生以丰富的背景知识。其次在实训环节，实验中心情景模拟实际车间生产线建立流水线综合实验室，实验室拥有三段式流水生产线、中控室、分拣台、质检台、条码扫描装置，完全模拟企业现场场景。按实际企业运作过程安排实验顺序，学生在教师问题导引下进行现场布置、飞机模型装配等参与生产线运行管理，利用仿真软件评价流水线设计过程并优化，制订装配直升机玩具生产计划，完成实验背景一致的全部实训内容。实训过程与企业真实运作过程和工作情景相同，为学生提供了真实的学习环境。
2.建立协作学习小组加强合作与互动机制
由学生自由组合建立协作学习小组，协作贯穿于整个学习过程，共同讨论合作完成课程学习和实验内容。在课堂教学过程中进行研究型教学，让学生亲自参加科研活动和论文写作。以协作学习小组为单位，经过小组成员充分讨论选择一个研究课题，在大量翻阅参考资料、小组讨论的基础上，共同协作提出富有创新意识的观点，撰写科技论文，使学习过程变成学生在教师指导下知识探索和知识生产的过程。目前通过与本科生合作的方式已完成学术论文3篇，多项课题参加江苏省大学生创新训练项目。
3.构建问题导向型教学模式
在课堂教学中采取问题导向式教学方法，每章内容通过多媒体课件介绍一个实际企业的问题或放一段录像视频，然后梳理出一个或几个问题，从对这些问题解释的角度出发，引导出本章需要学生掌握的概念或者原理。问题导向教学法也应用到课程实验环节，由教师提出导引问题，以协作学习小组为单位，每组成员自主设计实验内容和实验步骤，解决每一环节存在的问题。教师仅进行实验场景搭建、布置任务、观察完成情况及总结点评。
4.以学生为中心进行案例教学及角色扮演
案例教学是生产运作管理教学中的重要环节。课堂讲授除了详细、有选择地将生产运作管理内容讲解传授给学生外，还有针对性地根据不同的知识点讲解分析国内外企业生产运作管理的实践案例。
在生产决策相关内容模拟中进行角色扮演，根据模拟的情景，让学生扮演成现实世界中的不同角色，如公司经理、财务主管、采购主管、生产主管等，对遇到的生产运作问题进行讨论与决策帮助学生主动“建构”知识，使学生在提高了学习兴趣的同时加深对概念的理解，解决实际问题。
四、基于建构主义的多媒体课件设计
要用建构主义学习理论来指导“生产与运作管理”课程建设、实现以上多种教学方式，就要充分利用各种信息技术，在多媒体课件设计中体现建构主义学习理论的教学方式。基于此，课件包含课堂教学课件、实验训练体系课件、课后案例及辅导课件和课程教学网站四部分内容（如图1所示），使多媒体课件成为建构主义实现其理论主张的技术手段。
1.课堂教学课件
课堂教学课件按章节目录编排，每章分提纲介绍、引导案例、课程讲义、重点难点、练习题、作业习题六部分，与教材配合紧密；每章设计引导案例引出需掌握的概念或原理；课件展示形式丰富多样，含有视频、3D动画、表格、图片等多种类型的素材，将企业现场生产管理情景展现在学生面前；重点概念和课堂提问采用弹出式文本框，PPT制作画面美观大方，风格统一，增强感官认知，调动课堂氛围，激发学生学习兴趣。
2.实验训练体系课件
实验教学体系课件提供了实验所需的Flexsim、Proplanner、Project、Boss、流水线加工等工业工程著名软件的讲义、案例、试用版安装程序和实验指导书等实验辅导材料，供学生选择并设计实验内容，方便学生实验前预习、实验中使用、实验后巩固，为实验训练体系提供不可或缺的技术支持。
3.案例讨论与辅导课件
课后案例及辅导课件包括“案例阅读”、“视频资料”和“课后辅导”三部分，其中“案例阅读”、“视频资料”提供企业生产现场实际状况的文档、视频及杰出企业家访谈节目等30多个国内经典实际案例，学生通过课后案例阅读和视频观看进行案例讨论，在课堂开展讨论、进行交流，有效节约课堂教学时间。“课后辅导”中分电子教案、每章习题、例题详解、术语解释、考试样题五个栏目，提供400多道习题、100个中英文术语详解，帮助学生复习课堂学习内容。
4.课程教学网站
课程网站中集成全部教学资源，包括：课程简介、教学大纲、指定教材、案例教学、电子课件、授课实况、实践教学、考试样卷、作业习题等，供开设本课程的学院及教师、学生共享。
五、实施效果
在多媒体课件的技术支持下，建构主义学习思想指导的“生产与运作管理”教学方式得以实现。与其他教学手段相比，它具有很多无可比拟的优点：在学习资源丰富的、真实的、高度视觉化的情境中学习，使知识和技能更紧密地与学生的背景和经验建立联系；通过交互式的活动，促使学生积极主动地参与学习；通过以小组为基础的合作学习，让学生学会怎样与他人相互配合解决问题；突破了简单的教学演示型模式，将学生带入一个较完整的企业情景中，有利于学生进行知识的意义建构。这些足以满足建构主义学习理论对学习环境中“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”的要求，对全方位提高课程教学质量、培养学生综合能力是非常有效的。
参考文献：
[1]李振亭.多媒体课件设计理论与实践[M].北京：清华大学出版社，2005：38-40.
关键词：创新兴趣；创新热情；创新习惯；创新能力
创新是时代的需要，是发展的需要。现实生活中最重要的素质是创新能力，课堂教学的创新是一个再创造，在课堂教学中要让学生思维飞起来，让学生在学习中活起来，能说想说，敢说敢想，倡导尊重每个学生的兴趣、爱好、特长，鼓励学生积极参与其中，积极为学生设置一个展示的平台，让学生在活动中学习，在求变中收获，从而提高自己的创新意识。中学科学教师在课堂教学中要注重求变，这就是创新的开放性，很多科学知识教师可举例，而让学生去考虑其它，有些科学知识教师可做趣味演示实验，而让学生总结、归纳结论。教师的教学方法在课堂实践中要求变。那么，如何在科学教学中培养学生的创新能力呢？
一、大胆尝试新的教法，渗透创新教学
传统的科学教法没有很好地遵循学生的认知规律，教师是注射器，学生是接受器，不管学生愿不愿意听，一讲就是45分钟，结果往往是事倍功半，这样的教学与培养学生的创新能力毫无关系，因此也谈不上什么创新教学，教师的“填鸭式”、“满堂灌”教学，教师辛苦，学生痛苦，到头来还是稀里糊涂，临考搞题海大战，时间+汗水，日光+灯光，这样就几乎抺杀了所有的创新能力，所以，这样的传统教学方法必须改进。
第一，千方百计调动学生学习科学的兴趣。因为兴趣是最好的老师，是学习积极性的源泉，增长智慧的动力，是学生求知欲的表现，它能促进学生积极思考、勇于探索。科学是一门实验学科，教学中学生的兴趣如何，直接影响着他们知识的学习、技能的掌握和动手能力的提高，只有把学生的兴趣调动起来了，才能做到事半功倍。笔者给七年级新生讲第一章《科学入门》时，大胆创新，设计了有趣的十二个小实验，如：筷子提米、一张薄纸能挡住一杯水、镁在酒精灯中燃烧、水火箭等实验。这些类似小魔术的兴趣实验，大大激发了全班学生学习科学的兴趣，学生有了兴趣，才会主动自觉地去研究探索，去设计创新。
第二，培养学生良好的学习习惯。良好习惯的形成，是学生主动学习的先决条件，对掌握知识、创新发展至关重要。
第三，培养学生顽强的意志品质。有了兴趣和良好的习惯，还必须要有坚强的毅力和不达目的决不罢休的精神，才能激发创新的潜意识。
第四，拓宽视野，大胆走出课堂，课内与课外相结合，让潜在的创新意识大展鸿图。
二、运用网络资源，激发学生创新热情
随着网络技术的发展，使得共享资源进一步丰富，它不仅可以培养学生获取信息、运用信息和处理信息的能力，还能有效激发学生的创新热情，实现课堂教学的突破性进展。比如：笔者在教学《保护生物的多样性》时，为了保护自然资源，特别是为了保护珍稀生物资源和具有代表性的自然环境，教师的教学不只是停留在嘴巴讲看课本插图等层面，而是巧妙运用共享资源，让学生观看一些保护自然和自然环境的录像作品，由于大多中学生对自然保护很感兴趣，大家积极讨论，踊跃发言，设计出更方便、更可行的保护措施，这样既能激发学生的创新热情，又培养了学生热爱自然的能力，又增强了保护大自然的能力。
三、活跃课堂气氛，激励学生乐于创新
在科学课堂教学中，教师应营造出一种宽松、和谐、民主的课堂气氛，充分发挥学生主体作用，只有当整个课堂气氛和谐，学生才敢于说心里话，敢于标新立异，异想天开，教师要善于保护学生的创造力的积极性，哪怕是幼稚可笑的，只要有一点创新的火花，都值得充分肯定和表扬，学生学习的热情一定会大大高涨，整个课堂气氛会始终处于活跃状态。 比如在教学体积测量时，作业本上有一题拓展提高题，爱迪生要求助手帮助他测量一只小灯泡的体积，笔者请同学们思考：你能设想哪些好的方法呢？学生们争先恐后，纷纷登台展示自己的才能：有的说用钻洞灌水法测出小灯泡的体积，有的说用细针下压排水法测出小灯泡的体积，也有的说用铁块下沉排水法测出小灯泡的体积，也有的说用排沙法测出小灯泡的体积等。尽管有些学生在设计上不够完善，不够科学，但教师应抓住其某一点创新的火花给予表扬，激励学生乐于创新。
四、开展课外活动，为学生提供创新空间
科学所涉及的内容非常之广泛，学生在课堂上和课本中所学的知识是有限的，课本以外的生活是我们学习的广阔天地，它是创新思维能力培养的源头活水。教师应引导学生由课内延伸到博大的知识领域，开阔视野，丰富知识，只有重视课内外结合，才能为学生的认知活动、思维活动、科学实践活动，提供取之不尽、用之不竭的丰富源泉。各种课外活动，如：举办扩展课内所学过的知识内容的专题讲座，做科学趣味实验，制作实验教具，组织参观，社会调查等等，都是培养与发展学生创造性的有效途径，在这些实践活动中，教师要尽量发挥学生的特长，鼓励学生多动手、多动脑、多实验，为学生提供创新空间。如在讲授《无性繁殖》中的营养繁殖时，就让学生走出课堂，对植物扦插、嫁接搞实践活动，学生们对月季花的扦插、对桃树的嫁接有了直观的认识，还探究了有些难扦插的植物用“扦插+嫁接”的繁殖方法。
总而言之，我们应根据中学生的心理特点和认知规律，对学生进行创造性的指导和诱导，培养学生的创造个性，进而使他们具有一定的创新活动，使他们在这片沃土中有大胆创新的空间。
五、开展多种竞赛活动，培养学生创新能力
1.开展别具一格的趣味竞赛活动
学期初，教师可制定一系列的学生比赛计划，如：实验操作比赛、趣味小实验设计比赛、科学小魔术比赛、植物的嫁接比赛、配电板安装比赛，星空图制作比赛、科学探究比赛、小发明、小制作、小论文比赛、科学晚会表演比赛等。在一次科学晚会上，学生的表演有歌颂祖国的诗歌朗诵，有保护保护自然的演讲，有趣味科学实验的小魔术、小游戏等。丰富多彩的晚会把同学们带入五光十色的科学世界，在晚会上，大家听到了不纯氢气点燃时的爆鸣声，看到了“空瓶生烟”、“清水变色”、“物体变色”等梦一般的魔术表演，这时的学生更活了、更动了，充分发挥了学生的主体作用。另外，结合实际指导学生写出治理保护河流措施方面的小论文，先在班级上交流，最后评出一等奖二人，二等奖三人，三等奖五人，并发奖品给予鼓励。
2.拓展创新活动进一步提高创新能力
每年暑假，我们都定期组织科技夏令营活动，使学生的创新能力进一步得到拓展，同时，教师和学生也有更多的时间面对面交流，可以现场讨论当时身边的科学现象。如：用饮水机时，就可以讨论：饮水机自动保温、制冷、制热问题，在观察被污染的河流时，可讨论：河流污染的原因和环保的措施，同时还组织学生进行现场科技小制作比赛，学生们制作的纸飞机、有线操纵飞机、遥控直升机等，在夏令营的最后一天进行航模比赛，充分展示了学生们的聪明才智和很强的动手能力。通过每年的科技夏令营活动，极大地拓展了学生创新的视野。通过多种竞赛活动，既能提高学生学习的积极性，又能让学生自己动手、动口、动笔、动脑，激发其求知欲望，培养他们善于思考、分析、操作的创新能力。
初中科学教师肩负着重大的责任，开展创新教学是一项艰巨的工作，同时，创新教学也是一个崭新的课题，只要我们把握好新课程标准，创造性地进行科学教学，采取切实有效的措施，不断地培养学生的创新兴趣、创新热情、创新习惯，学生的创新思维一定会被激活，创新能力会得到更大的发展，为祖国培养出一批又一批具有创新精神、创新能力的新型人才。
参考文献
认识创新。“认”是一个认知，明白其表象的过程;而“识”是一个理解，探索其本质含义的过程。认识创新，我们不仅仅要“认”，更重要的是要“识”。认识创新，我们与其共同发展。共同阅读青年要创新发展演讲稿5分钟，请您阅读!
青年要创新发展演讲稿1大家好，我姓姚，叫___，天空的天，宇宙的宇。我来自湖南怀化市，现就读于电子信息工程学院，机电1133班。
“创新”，它有三层含义，第一层，更新;第二层，创造新的东西;第三层，改变。我认为，“创新”这个东西说大可以影响一个国家的兴衰，说小可以决定一个人的成败。那我们到底该如何去实现创新呢?美国宣传奇才哈利才十五六岁的时候，在一家马戏团做童工，负责在马戏团内叫卖小食品，但每次看的人不多，买东西吃的人更少，尤其是饮料。有一天，他脑袋里诞生了一个想法：向每一个买票的人赠送一包花生，借以吸引观众。老板最初不同意这个“荒唐的想法”，后来，哈利用自己的工资做担保，恳求老板让他试试。果然，这个“买一送一”的方法吸引了不少观众。观众看到中途时，哈利就开始叫卖饮料，绝大多数观众在吃完花生后，都会觉得口渴，然后买上一杯饮料。这样一场表演下来，营业额比以前翻了几番。由此可见，善于观察，见微知着是产生创新思维的重要前提。
美国有家电力公司遇到电线被积雪压断的问题，要想办法清楚电线上的积雪，工程师开了很多会，都无计可施。有个孩子异想天开的提出用直升机吊扫帚扫雪。最后经过多方论证，这是最可行的方法。这个故事告诉我们，想象是创新的先导，伟大的创新皆起源于激发人们创造动机的伟大想象。
最后，知识是创新的基础，知识越丰富，基础打得越牢，创新的机会才会越多!谢谢大家!
青年要创新发展演讲稿2创新必须基于务实的基础之上，才会是有效的创新。德鲁克先生在书中告诉我们：“创新是有目的性的，是一门学科。”对于我们企业，我们创新的目的就是要帮助客户体现更大的价值，获得更多的市场份额。书中德鲁克先生还告诫我们：创新是否成功不在于它是否新颖、巧妙或具有科学内涵，而在于它是否能够赢得市场。这就说明企业所倡导的创新应该是实用型的创新，对于我们企业，我们的创新必须是“聚焦客户的信息化的创新”，这就决定了我们在创新的过程中必须立足客户的需求，立足企业的实际情况，遵循市场发展的规律，只有这样我们的创新成果才会对企业发展有意义和价值，才是真正有效果。
要想让我们的创新真正做到是基于“实事求是”基础的创新，我想首先要明确什么是创新。德鲁克先生在书中谈到，对于“创新”的误解，主要有这么几种，一是把“创新”与聪明的创意或发明混为一谈;二是一提到它就想到科学性的创造发明;三是很多人认为凡开创一项新生意或者新事业就是创新。事实上，创新对于企业来说，主要是看能否为客户创造出新的价值，提供新的服务。
创新必须是主观意愿而不是偶然的机遇。书中德鲁克先生告诉我们，创新的机会处处都有，创新的行为人人都可以做到，更为重要的是创新是可以学习、可以训练的。这就是说，创新并不是偶然遇到的机遇，不是不可控制的，创新的思维、行为是只要我们有这样的主观意愿就可以学习得会，掌握得了，实践得下去的。因此，面对创新的要求，我们必须养成正确的心态。
首先是要克服对于创新的畏难情绪，不要因为改变有可能遭受失败就抵触和抗拒;其次要有持续的韧性，创新的过程必然是曲折的，因此要有足够的心理准备来应对创新过程中可能会遇到的挫折，要有健康的心理来调整创新实践的思路和步骤;最后要有耐力，就算经历了多次失败，只要坚信方向是正确的就一定要坚持推行下去。
创新必须付诸于行动和实践才有现实意义和价值。从创新的思维到付诸创新实践，到取得创新成果，这中间的过程对于一些人来说可能是难以逾越的鸿沟。记得马云在演讲中曾经这样描述他的创业经历，他说，很多人晚上想得是心潮澎湃，到了第二天早上就一切照旧，从产生思路，到付诸行动，往往需要非常的勇气和决断力。创新也是一样，只有当我们把自己的创新意识、创新思维付诸到实际的行为中，变成具体的工作思路，并推行下去，这些思路、意识才有实际的意义和价值，才有可能产生出创新的成果。
青年要创新发展演讲稿3尊敬的老师们，亲爱的同学们：
大家好!
有一个现实疑问我必须提醒各位，那就是埃及文明、古巴比伦文明、玛雅文明、中国西方的新疆沙漠地带(过去也是辉煌的文明，是中国最早文明之地)，这些覆灭的文明为什么都成为了沙漠地带。这些地方过去辉煌都是一种假象，他们都是一种以欲望带动的文明，而不是科学化的文明。盲目的财富扩张与对外扩张，盲目的资源开发，盲目的土地开发。今天，我们新疆地区的沙漠扩大，黄河流域的缺水以及西南地区的干旱，不能不说给我们敲响了警钟。城市化扩张及城市生活方式所带来的森林破坏，以及农村自治来带来的盲目扩张土地开垦。经济化与财富欲望主导(人战胜自然的盲目自大)的社会发展道路是危险的。看看那些被湮灭的文明现状，他们无不都是城市废墟和沙漠化的丘陵。
农村自治看上去摆脱了国家的负担，其实不然，农村传统文化根深蒂固，家族势力主导了农村的利益分配。即便是所谓农村选举，只能为大家族势力盲目开发土地提供了合法性的外衣。由于基层缺乏合理的组织制约，一旦国家政策全力支持农村发展，那么这种家族势力控制的基层容易走向一种发展的极端。
当得我们的发展是主要还是依靠土地资源与农村自治的农业发展。我们的工业化道路在国外市场几乎没有利润，有大量的资源换取微小的利润，这便是工业化道路上的人才与技术支撑。基层的农业化，小规模经营，无法获得外部市场的信息支撑，受制于市场价值剧烈波动的严重影响;过剩的劳动力缺乏了工业化技能，无法支撑工业化道路的合理成长;同时，缺乏农业科技支撑与生态环境知识的小农，不仅影响农业的健康发展，对生态环境来说来是一个重大的考验;更缺乏国家金融的支撑。
面对此，我们应该在以下方面做出改革，政治上有两点，一政党法应该出台。严格各政党的行为规范。不管是执政党还是合作党，或者将来的“忠诚反对党”等。政党的行为必须是为国家为社会为人民而服务，不得制造有害于为国家为社会为人民的政党行为，各政党要严格约束各政党党员的行为。不能把所有社会矛盾问题指向对面，要客观地议政;更不能制造党派斗争，尤其是制造基层社会混乱;同时要为政党之间合理制约提供议政平台。二是对宪法的序言修改。理清中国历史文化脉络，理清各政党治理的战略与方针，不能借历史之名否定和压迫合理的政见;理清执政党的执行力效力与反对党之间的参考价值关系。
社会全面治理上有三点，一工业化与城镇化的道路的合理规划，重视金融科技与创新支持，重视质与量的关系，规模与利润的关系。二、农村与农业的现代化，重视农地合理开垦开发与生态环境保护的关系;重视农业现代化中的农村自治组织对利益的合理控制;三民族自治与农村自治的合理制约，重视民族关系及农村家族关系的矛盾制约。
金融与军事上的，这两点是西方社会在近代历史超越亚洲文明的两大法宝，我们不得不对其加以重视。正所谓“知己知彼百战百胜”，我们不重视就会被别人所控制。不管我们是否需要使用同样的手段来与他们竞争，但我们必要至少要做到独立自主以及强大的反作用力。
青年要创新发展演讲稿4尊敬的老师们，亲爱的同学们：
大家好!
什么是科技?所谓科技，百度说就是科学技术的简称，对人类社会的发展进步具有重大影响的前沿科学技术，这将是推动各行各业发展的关键因素之一。往小处说，其实是指在现有温饱的基础上，生活质量进一步提高，达到丰衣足食。在很早很早以前，我们的祖先就盼望过上这种衣食无忧的生活，如今，这都已变成了现实，科技就在我们身边。
科技就在我们身边，不是吗?科技创新是城镇的变化，是我们创建新型科技社会的一个缩影，来看看我们塔山镇吧，沐浴着改革开放的春风，一栋栋楼房拔地而起，商店里商品琳琅满目，令人眼花缭乱;宽阔的公路上车水马龙，各种车辆川流不息;昔日面向黄土背朝天的农民现在坐在电脑前，通过互联网来了解菜市行情;我们这些小学生打扮得大方、漂亮，也更加活泼了;家用电器日益增多，蒲扇也光荣“下岗”了;工厂里一切都是机械化设备……
科技就在身边，不是吗?以前，我们乡镇一到晚上静悄悄的，没几个地方是亮着路灯的，街上的店面也几乎不开，可是现在呢?一到晚上，灯火通明，大街上，商店照常营业，顾客依旧不少，再看看那纵横交错的马路上，车水马龙，川流不息，大大小小的广场上，有人在跳舞，有人在散步，五彩的霓虹灯加上车鸣声、舞曲声、欢笑声，构成了一曲祥和的月光进行曲，还颇有一番大城市的感觉呢!
科技就在身边，不是吗?在我家里，爸爸妈妈都是做生意的。我小的时候，爸爸妈妈进货都是跟大客车去，夏天，十分炎热，冬天，十分寒冷，每次回来都很辛苦。可是现在好了，随着生活水平的慢慢提高，爸爸买了辆新车帮妈妈进货，让他们减少了许多的辛苦。听妈妈说，他们还想再开二店、三店呢!爸爸妈妈的生意做大了，我家的收入也高了。以前我们家的二居房，几十平方米，每次逢年过节的，家里一来人，就站不下了，十分拥挤。可现在已经变成了楼上楼下，电灯电话的宽敞大房了，就算来再多的客人，也不会为房子小而发愁了。
科技就在我们身边，幸福的生活和美好的未来要靠自己去创造，同学们，让我们从现在起就胸怀全面建设小康社会的宏伟目标，从点点滴滴做起，奋发学习，把自己锻造成一块有为的好钢，把我们的社会建设的更加美好吧!
青年要创新发展演讲稿5尊敬的各位领导,老师,亲爱的同学们:
大家好!
创新之路 吾将上下而求索!
从小，我就是个对任何事物都怀有强烈好奇心的孩子，当我得知东方魔稻惠及几亿人民，当我看到神舟飞船直冲云霄，我便产生了对于科技创新的无限向往。进入学校以来，学校浓浓的科技教育氛围给了我解决困惑的机会，我渐渐爱上了科技创新。
我也曾心生困惑，创新究竟是什么?我应该如何创新?我反复问自己，反复思考。我感到科技创新像雾里看花，空中楼阁，不可捉摸。在思考的过程中，我想起看过的一档名叫《异想天开》的电视栏目，专门播出青少年制作的创新发明。我至今还对那个把小风扇安装在筷子上，用来给热面条降温的创意记忆深刻。在上数学课时，老师鼓励我们用多种不同方法解同一道数学题，我喜欢解几何题时，尝试添加不同的辅助线;我喜欢学习化学，尤其喜欢做试验，因为在实验中我会发现世界是如此奇妙。突然，我好像感悟到了什么，也许我给了创新过深的含义，创新并不是一项深不可测的领域，创新其实就是发现创造价值的新方法，创新是可以溶入我们的日常生活的。虽然发明家不是人人可当，但是科技创新应该是每个人都拥有的能力。
八年级时，我们开始接触物理学，那可真是令我大开眼界。其中，我对电磁学产生了浓厚的兴趣，经过反复琢磨，多次论证，自己撰写篇《电磁跑道》的科技小论文，并因此而获奖。心血来潮，让我初尝科技创新的快乐。之后，我的创新热情进一步高涨，《电磁式“内燃机”》，《火车发电设想》，《树干为什么是圆的》这些科技论文陆续参与科技论文比赛的征文。同时我也喜欢进行小制作，这些小制作可以便利生活，营造乐趣，我相信“小想法”将成就“大作为”。
今天的我们，虽然时时刻刻享受着发明，却仍然对发明充满陌生。有职业的教师和科学家，却没有“发明”这种职业，没有人为发明家付薪水。世界因为发明而辉煌，而发明家个体常常寂寞地在逆境中奋斗。他们经历着科学技术攻关上的艰难攀登，经历着成果开发上的艰苦跋涉，他们是一个在为社会进步而奋斗着的群体，他们是伟大，无私的，我立志也要成为一名伟大的发明家，让我更多的幻想变成现实，让科技服务于人民。
关键词：旋翼式无人机；定位悬停；讨论
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.250
1 绪论
无人机即所谓的无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），是指不需要飞行员在机上驾驶，而是利用无线电遥控设备以及自备的程序控制装置实行对飞行器的控制。无人机在接收到地面传达的遥控信息后，可以完成一些自主控制功能。位于控制站的人员可以通过各种设备，通过无人机实现远程巡视，监控，定位，打击等操作。如今，随着无人机技术的飞速发展，其实现了成本低，体积小，重量轻与飞行灵活等特点，越来越多的政府和机构开始关注起它来。
在本文中所讨论的无人机的定位悬停动作，是以多旋翼式无人机为平台的。
定位悬停是指将无人机固定在预先设定的高度位置和水平位置上。这是无人机实现应用所需的一个基本的飞行姿态。
以最近亚马逊公司推出的无人机配送货物服务为例，亚马逊公司所提交的方案细节中表示：
（1）无人机会直接把货物送到客户个人所在地，并在下单时启用定位系统；
（2）无人机需要特定感应器来确定路线以及准确着陆，比如相机和红外感应装置。
在亚马逊公司所构想的无人机配送货物方案中，有两个关键词，一是定位系统，二是精准着陆，而在无人机定位悬停动作的研究中，定位系统是研究的出发点，精准着陆是研究可以收获的成果。可见，几乎在所有无人机应用中，对精确的定位悬停姿态控制的研究都是一项十分重要的课题。
2 无人机的几种高精度定位方案
现如今，无人机定位悬停的精度并不高，大疆公司的最新型无人机Phantom 3可实现误差在垂直10厘米，水平1米精度范围内的自动悬停，当需要更高精度时，便需要在“专家模式”下手动来进行微调。
无人机实现自动悬停实质上便是将其固定在预先设定好的高度位置与水平位置上，这也就是说，要实现悬停这一动作，事先读取自身的位置，即产生一组三维坐标这一步显得至关重要。比较准确地确定无人机的位置信息是无人机完成定位悬停这一动作的前提与基础。
2.1 以GPS模块为主的定位
2.1.1 无人机GPS定位工作原理
GPS在综合至少4颗卫星的位置信息后，可实现无人机的空间定位。利用以GPS为中心，辅助以各种传感器的定位方法是如今无人机所采用的主流定位方案。无人机在悬停之前首先需要明确自身的高度信息和水平信息，而在以GPS模块为主的定位方式中，GPS模块主要负责提供无人机的水平位置坐标，而其高度位置坐标一般来讲是通过气压计，利用不同高度上大气压力的变化来计算提供。同样，GPS模块也可以提供高度信息，但是在主流无人机上很少使用，因为低成本的GPS数据的刷新率不高，无人机在高速运动时，会导致GPS读取的数据滞后，引起高度跌落。
2.1.2 差分GPS（DGPS）的应用
为了应对GPS系统中选择可用性技术（Selective availability，SA）造成的误差，无人机所搭载的GPS通常利用差分GPS技术来提高定位精度。GPS的差分技术有两种，分别是坐标差分技术与伪距差分技术。无人机所搭载的GPS常采用的技术是伪距差分技术。该技术是通过计算已知点伪距与真实距离之间差值以修正误差。所以机载GPS常需要两个接收器同时接收同一卫星组发出的信号。这种方案的定位精度较高，但对地面设施有一定要求，不利于快速部署。
2.2 运用视觉系统的定位
目前出现了较新的定位技术采用了视觉定位系统，如深圳大疆公司最新型号的无人机Phantom 3便采用了这种方式。
2.2.1 视觉系统结构
所谓的视觉系统定位是指为搭载了摄像头的无人机提出的一个基于影像的控制系统。该控制系统有两种实现方式，一是仅靠机载摄像机拍摄提供的图像数据来分析，控制无人机；二是结合运用惯性测量部件和视觉里程计，这种结合工作的视觉系统可以有效地减少系统的工作量，而且可以为无人机提供更精确的定位。如图1是结合各种传感器的视觉定位系统结构图。
视觉控制在机器人技术的研究里是一个很活跃的领域。而在无人机的研究中，视觉里程计被用作帮助实现飞行器的自主控制。常利用搭载的三维影像帮助提高无人机的稳定性，并指示无人机与所处环境中有关物体之间的相对位置关系，达到定位的目的。
2.2.2 视觉系统的定位原理
机载摄像机的持续拍摄，为导航系统提供连续的图像帧。在图像特征匹配的计算程序中，特征追踪器从连续的两个图像帧中获取自然地标信息，并在一对自然特征中测出位移。通过周期性地记录新特征点，并比较重复的特征点，便可以测算出各图像捕捉序列之间用作3D几何投影的单应性矩阵，从而可以实现对无人机的定位。
2.3 无线电加激光定点的高精度定位方案
本文作者构想了一种用于定点位的高精度悬停方案。预想结合无线电技术与激光传感器，实现无人机的高精度定位悬停。
2.3.1 无线电定位
无线电定位是在已知导航台的精确位置下，通过接收器对导航台所发出的无线电信号进行接收，计算信号发出到接收之间间隔的时间，以处理得到导航台至目标物之间的相对距离来达成位置的确定。除了延迟时间外接收器还会处理所接收到无线电信号的一系列电参量，比如频率，相位或振幅，根据电波传播的特性，转换得到实现导航所需要的数据。
但仅通过一个导航台是不能确定目标物体的位置的，通常会运用“几何原理”来实现对一点的位置确定。所谓的“几何原理”是指，当接收器只接收一个导航台所发出的无线电参量时，仅仅可以确定目标点相对于导航台的轨迹线，当用两个及以上的信号量时，便可以利用几何线相交来完成定位的工作。当有两个导航参量时，可以实现平面上的定位；当有三个及以上的导航参量时，可以实现空间上的定位。
2.3.2 激光传感器
所谓的激光传感器是指利用激光来实现测距的传感器。由于激光具有高单色性，高方向性与抗干扰性等优点，对于精确测量技术来说是很关键的一部分。激光传感器的工作原理其实与无线电雷达是相似的。在发射器将激光对目标物发射出去后，计算激光往返的时间，利用光在空气中的传播速度便可以得到与目标物之间的距离，便可以实现精确测高的目的。
一个激光传感器常由三部分组成，一是激光器；二是激光检测器；三是测量电路。激光器可以分为固体激光器，气体激光器，液体激光器和半导体激光器四种类型。其中半导体激光器是一种比较新型的种类，较成熟的是砷化镓激光器。该种类的激光器体积小，重量轻，结构简单，比较适合在无人机上配备。
2.3.3 定位实现方案
无人机搭载有无线电模块，半导体式激光器。
A.陆基无线电引导粗定位。无线电模块负责提供一个第一阶段的定位悬停控制信息。利用无线电范围传播的特点，可以在一个范围内对无人机进行初步的引导定位工作。根据“几何原理”，预定地点位置布置三个导航台，无人机上接收器在接收三个信号量后实现其空间上的定位。利用空间散布面积较大的无线电信号，可让无人机实现快速的定位信号截获而进入定位程序。因为无线电波长较大且易受干扰，并不适用于超高精确定位的目的，这时便需要激光传感器进行第二阶段的精确调整。
B.激光引导高精度定位。由于激光直线传播的特点，为了简化设备，可以预先安置于所需要进行悬停的水平点位处，进行垂直高度的测距。考虑到无人机底部并非整块平面，存在高度差，这种情况下，如果仅采用单一的信号量提供高度信息，此高度信息必然会有偏差，并不能保证无人机中心位置的高度与之相符。而且在单一的信息量下，仅可以提供高度信息，无法二次限制无人机的水平位置。
考虑到该方面的不足，为了在无线电的基础上尽可能提高水平方向的精度，安排无人机上与地面两个激光传感器同时进行测距。地面激光器四周需平坦，而无人机底置的激光器四周也需要小块平面以提供测量精度。两台激光器将测量到的高度信号以无线电的形式发送到终端电脑，控制无人机进行姿态的微调，直到两信号量达到一致且符合预定值后，停止调整，保持无人机悬停的飞行状态。
安排两台激光器进行信号量对比的目的主要有两个：
（1）为了确保测量高度与无人机中心点位距离地面的高度量一致。由于所测高度量有地面距无人机底部高度与无人机中心点高度两方面，此种情况下即使由于粗定位的偏差，使地面激光器是通过与无人机底部非中心点处构成的预定高度值，这样机载激光器数值必然与预定值有偏差，不会结束定位过程，直至无人机中心点位距地面高度与预定值一致。
（2）为了提高二次定位精度，在高度基础上，进行水平修正。无人机底部设计是中心点处相对四周凸起，表面平滑，且凸起处嵌入机载激光器。这样当两高度量一致时，地面激光器采集的高度信息必然为地面相对于无人机底部凸起平面的距离。当地面激光器所测高度并非距无人机底部凸起平面距离时，必然会有两个高度量的不一致，也就是说，双激光器测距的设计，间接限制了无人机的水平位置。
当两信号量完全一致后，此刻无人机处于精确点位，完成悬停动作。如图2是该方式实现的示意图。
2.3.4 利用摩尔斯码对陆基台站的识别
考虑到在同一地区放置多个该种精确定位设备，无人机在返航阶段可能无法确定某一专属的定位设备。为解决该问题，可以尝试在装置粗定位阶段所用的无线电信号中加入摩尔斯码，每一架无人机设定识别相应装置的摩尔斯码，这样可以进一步提高多陆基台站情况下多无人机在返航阶段的自动化程度，从而实现在较小区域范围内进行高密度的多无人机起降控制。
2.3.5 激光充电技术
激光充电是美国的洛克希德・马丁公司与美国激光动力公司合作，测试成功的一种新型的充电方式。该技术初始研究阶段的目的便是希望实现无人机永久地滞留在空中。洛克希德・马丁公司与激光动力公司对一架美国特种部队使用的小型无人机Stalker进行改造，配备了激光充电系统，最后测试发现，该无人机的续航能力提高了2400%。
利用激光充电技术，在本方案中可以在无人机利用激光传感器进行第二阶段的高精度定位时发挥作用，在定位的同时为无人进进行电量的补充，从而提高无人机的续航能力。
3 不同方案的比较与分析
3.1 各定位方案的应用性能比较
从可适用的广泛性来讲，GPS定位>视觉系统定位>无线电引导，辅助激光定位。由于GPS信号的全球性，并且只需要接收四颗卫星信号便可以完成一个精度不错的定位，非常的方便。而视觉系统定位受光亮与地形特征的限制，就广泛性来讲，不如GPS定位。最后的无线电引导，辅助激光系统定位，相比于前两种来讲，广泛性最低，因为该方案仅仅适用于某一些特殊的工作任务中。
从各方案应对周围变化环境的灵活性来讲，视觉系统定位>GPS定位>无线电引导，辅助激光定位。视觉系统定位可以从采集的图像信息中读取出无人机相对于四周物体的方位，就对四周环境的反应灵活性来讲，是最高的。GPS定位仅对线路有一个认识，对四周环境无法感知，灵活性不高。无线电引导，辅助激光定位的灵活性最低，因为该方案局限于某一预定方位实行定位，并不可做出其它反应。
从战时可靠性来讲，无线电引导，辅助激光定位>视觉系统定位>GPS定位。考虑到战场环境的复杂性，多变性，无线电引导，辅助激光定位方案的可靠性最高，因为该方案是两种定位阶段的结合，稳定，可靠。视觉系统定位由于对环境的特征度有要求，考虑到战场炮火引发的烟雾环境可能会对其辨识度造成干扰，可靠性次之。GPS定位的可靠性最低，因为战时情况下，GPS卫星很可能被关闭，使得该方案失效。
3.2 各定位方案的应用场合
3.2.1 GPS定位
GPS信号的接收易受建筑物，树木的阻隔而扰，并且由于多路径效应，接收机会接收到经过建筑物或者水面等一系列反射面反射后的干扰信号，使得信号的路径变长了，伪距产生系统偏差，最后导致定位不准。由此可以分析出，当无人机的工作环境处于空旷无遮挡地带，并且四周水域不算多时，比如在广场，田地，沙漠等地区，GPS定位可以达到比较好的效果。
GPS定位的定位悬停方式适用于一些对悬停精度要求不是太高的工作任务，比如对电网情况巡视，监控等一些在相对空旷地区进行的任务。
3.2.2 视觉系统定位
由于视觉系统摆脱了需要接收GPS信号的束缚，可以在没有GPS信号的情况下通过与惯性传感器等部件的配合，保持无人机的稳定，所以使用该方案的无人机可以运用在一些环境特征明显的地区，如附近有河流，房屋等一些工作环境中。
最近提出的无人机送货物方式，顾客一般居住在小区之中，而小区之中房屋林立，对GPS信号的接收有影响，这种情况下，便比较适合运用视觉系统帮助定位。并且需要无人机在封闭空间内完成悬停监控的任务，也比较适合通过利用视觉系统来实现。
3.2.3 无线电引导，激光精确定位
根据该方案高精度，但工作位置固定的特点，比较适合用作无人机在执行任务前或者执行完任务后的方位待命工作。
比如说现在尝试的利用无人机完成农药喷洒任务的设想，实际应用时，考虑到效率问题，一片田会用到多架无人机同时工作，那么在工作完成后，无人机的回收工作便出现在了面前。如果进行人为的一架架进行手动遥控回收便会大大增加工作的繁琐度。此时在固定点位布置激光传感器，采用无线电引导，激光定点的方案使无人机定位悬停达到回收的目的，便可以大大的提高任务的自动化程度，提高工作效率。并且由于该构想方案定位精确的特点，可以避免无人机在回收过程中在空中发生碰撞的事故风险。
甚至在作战时期，对数架出外执行任务的无人机进行回收工作时，同样可利用无线电引导，激光定点的方案提高战时效率与作战秩序，并且结合在悬停状态下的激光充电能力，可以增加无人机的续航能力。如表1是对各定位方式的总结。
4 总结与展望
本文所归纳的三种定位方案，各有特征点，可以满足不同工作环境的需求。未来继续对无人机定位方面工作的研究，可以从如下的几个方面进行。
（1）所运用的视觉系统，运用摄像机采集图像信息，而摄像机有限的测量范围，当无人机飞行超过一定高度时，便不能测算高度信息，要进一步研究视觉系统的工作高度，探究与气压传感器测高的结合方法。
（2）提高控制算法下，无人机的响应速度，以进一步增加无人机响应的及时性。
对本文作者所构想的一种运用无线电加激光定点的高精度悬停定位方案，在今后的工作中，可以从以下的几个方面展开，对该方案进一步补充和完善。
（1）为解决同一地点多无人机悬停时，对地面装置的识别问题，未来的工作中可以尝试在粗定位阶段的无线电信号中，加入摩尔斯码，实现无人机与相应的地面装置的匹配。
（2）当今无人机在执行任务中，能耗是必须考虑的问题之一。为提高无人机的续航问题，在本方案第二阶段激光引导高精度定位中，可以考虑加入激光充电功能，使得无人机即使在悬停时，也可以得到能耗补充，短时间得以重新投入新工作中。
（3）本文构想方案如今最大的不足是需要提前安置地面设备，这样设备安置问题会造成对工作地点的限制。为解决该不足，在未来的研究工作中，可以从两方面考虑，一是考虑与其他定位方案的结合作业，比如GPS+本方案，视觉系统+本方案等等，二是考虑工作环境，将本方案拆分作业，如单无线电方式或者单激光方式。在一些空间广阔，且对无人机悬停精度并不是很高的工作中，可以单纯使用无线电方案，而在深井等一些狭小区域的无人机悬停，则可以省略无线电粗定位阶段，单纯使用激光方案。
参考文献：
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关键词：城市公共空间；应急避难；防灾；设施；功能
导言
加快研究和兴建城市应急避难场所，是摆在世界各个国家面前迫切的新课题。公园、广场作为重要的避难场所类型，对其进行深入研究是非常有价值的。本文以杭州城市公共空间为研究对象，展开城市防灾应急避难功能的研究。我国应急避难场所建设还处于探索和起步阶段，理论匮乏，实践经验缺少。本次研究试从城市空间、、防灾规划、公共设施等角度入手以杭州为例探讨城市现有公共空间应急避难功能的建设，公共空间规划与防灾应急避难功能的结合。
1.应急避难的概念及国内外经典理论与实践
1.1 基本概念
应急避难场所是指：居民在灾难发生后一段时间内，躲避由灾难带来的直接或间接伤害，并能保障基本生活而事先划分的具有食品、住宿、医疗等功能设施的场地。避难场所包括公园、绿地、广场、体育场等城市公共空间，其中公园是避难场所的主体。
城市应急避难所的建设方式一是体育馆式避难（疏散基地）：是指利用辖区内的大形体育馆和闲置大型库房（展馆）、结建防空地下室等建筑物赋予避难所功能。二是坑道式避难所：是指利用辖区内的人防坑道工程进行建设改造，完善相应的生活设施，赋予人员应急避难所功能。三是公园式避难所：是指利用辖区内的各种公园、绿地、学校、广场、体育场等公共场所进行改造，加建相应的生活设施，赋予人员应急避难所功能。
城市应急避难所的规模分为一级应急避难所：一般规模在15万平方米以上，可容纳10万人（人均面积1.5m2）。当市民接收到防灾警报信号后，通过半小时到两小时的摩托
化输送即可到达的应急避难所；二级应急避难所：一般规模在1.5―15万m2，可容纳1万人左右； 三级应急避难所：一般规模在2000 m2左右，可容纳1000人。市民在5―15分钟内即可进入应急避难所。
1.2 国内外经典理论研究与实践
日本是较早重视应急避难场所研究和设计的国家，也是最早提出专门兴建的国家，有相当丰富的理论研究和建设经验。多次大地震的发生使日本充分认识到公共空间作为应急避难场所的重要性。在关东和阪神・淡路大地震后，日本把合理建设城市空间作为抗震减灾的基本方针之一，制定一系列法规并提出建立专门的“防灾空间”。 三木综合防灾公园是日本具有代表性的新型“防灾公园”，它是日本兴建的首个广域防灾据点，功能与以往的广域避难场所不同，它可以开展灾后救援以及复兴活动的后方基地，可以容纳城市大规模灾害的大型救援。该公园不仅具有应急避难功能，也是平时地区开展体育活动的场所，具有平灾结合的双重性。公园内有人类的防灾中心，还有动物爱护中心及自然环境保护中心，共同构成县域范围内的广域防灾据点。
2001年美国的“9・11”恐怖袭击灾难发生后,美国政府为强化城市整体防灾应急功能，开始积极推广建立全民安全文化和公共教育体系，并以“防灾型街区”为重心。法国政府十分重视对地震灾害的监测预报及相关理论的研究，特别是巴黎有精心设计的地下水管网，保证城市不受暴雨和洪涝灾害。欧洲城市防灾规划和建设一般体现在规划宽阔、笔直的城市大道，以保证即使在房屋倒塌时民众仍能安全地离开他们的住宅，并规划建设大型广场，以保证地震发生时民众有疏散避难的开阔场地，大道两旁种植行道树以防物体直接砸到地面上的避难人员。
2000年，广东省江门在进行城市公共空间系统规划编制时，看到了城市公共空间对城市防灾减灾的作用，编制了专门的避灾空间规划。这是我国国内最早的较为完整的城市公共空间避灾系统规划。2003年10月建成了国内第一座防灾公园――北京元大都城垣遗址。我国对于应急避难场所的重视，最初源于北京为了举办2008年奥运会和残奥会在安全方面的需要，在《北京中心城地震应急避难场所(室外)规划纲要》的指导下，首先在北京城中心建立了29所应急避难场所。这样一批应急避难场所的建立为全国建立应急避难场所提供了样板，在国内具有良好的示范意义。
经历了2008年南方大雪灾和5.12汶川大地震后，我国政府、专家以及公众都认识到建立应急避难场所的重要性和迫切性。参照北京建设情况的基础上，各个城市纷纷出台了一系列相关的法规和纲要，成为了应急避难场所建设的重要法律保障；全国专家、学者们大量的论文和提案，成为重要的参考意见;群众也认识到尽快在自己身边建立应急避难场所的必要性，积极参与到建设和学习中来。政府和民众促建应急避难场所的心情之迫切，为快速推动应急避难场所的研究和建设，提供了难得的契机。
我国目前公共空间防灾避难的相关研究多倾向于借助国外的经验讨论我国社区防灾的工作机制、体系建设、政策制定。对可作为公共应急避难场所的资源状况以及实际需求状况研究较少，极大地影响城市防灾避难工作的推进和防灾设施的建设。
2.城市公共空间与应急避难功能的结合――以杭州城市为例
2.1 我国城市公共防灾空间的现状
城市公共空间的滞后削弱了其应急避难功能：由于市场的驱动，目前我国城市规划中更多的是注重城市的土地利用规划，使城市公共空间建设总是被动地去适应城市规划所形成的空间布局，造成城市绿地的布局不均衡，旧城区公共空间严重不足，新建公共空间多数分布在城市的周围或局部地段的状况，城市公共空间与城市人口分布规律背道而驰，不利于形成有效的防灾公共空间系统，难以起到全方位防御灾害的作用。
城市避难空间规划建设的法规体系尚不完备：空间规划法规体系是城市公共空间规划制度的核心，为空间规划行政的运作体系提供法定依据和法定程序。对城市公共空间系统规划和建设的要求着重在景观和生态方面，忽略了城市避难的重要性，因而即使进行了城市公共空间系统规划的城市基本上也未进行专项的城市避灾绿地规划。
对城市防灾空间的研究和规划不足：目前我国对城市空间应急避难功能的研究基本上仅限于介绍日本的防灾绿地规划和措施，规划则仅有几个城市（北京、西安、江门等）的个案研究和实例。避难空间体系由一级避灾据点、二级避灾据点、避灾通道和救灾通道组成，但对各要素的选址、规模设计和设备配置要求无准确依据和定量要求，造成避灾规划成果比较粗略。
我国国土辽阔，地形复杂，影响各城市的灾害类型不同，必需构建符合国情、市情的完善城市避灾公共空间体系，我国城市中心地区的公共空间规划指标仅够满足避灾公共空间的最低要求，很多城市还远未达标，如果加强城市开敞空间和防灾功能的结合，城市人均避灾公共空间面积将严重不足。
2.2 杭州城市公共空间与应急避难功能的结合
本文以杭州地区的7个区域作为调研范围进行调查，每个区域选取1-2个具有代表性的公共空间进行实地调研。最终选择杭州紫金港、翠苑四区、庆春广场三个公共空间作为研究样本。对于杭州这类高密度建设的城市来说，笔者认为将城市各类公共空间与防灾应急避难规划设计统一配合是科学的规划方法。城市公共空间中包含的绿地、广场、街道等场所在平时起到优化城市景观、生态循环的作用，在灾难发生后立即能适应应急避难的使用功能，该规划手法更适合杭州城市用地发展的模式。具体而言，杭州城市公共空间应具有避震疏散场所功能：便捷的疏散出入口、道路、街道防灾缓冲带设计、布局公共空间的防灾植被、提供应急直升机场地、多样化、多用途的公共应急设施等。本文从针对杭州城市公共空间的调研中总结出了以下几点：
（1）空间性质相同，具有结合的可能性。
城市景观绿地和避难场所从空间性质来说都属于城市公共空间,在城市总体规划布局中两者都要求根据城市布局、人口分布等因素，形成 “点、线、面”一体的网络均衡布局模式。两者都要考虑近远期发展，符合城市总体规划要求，满足各类功能需要和大众人群的生活需求，如集散、交通、餐饮等，因此两者具有结合的可能性。
（2）使用时间互补，结合具有灵活性
杭州景观空间、绿地与应急避难场所不同功能的发挥具有时间上的互补性。平时使用或灾难启用时，可灵活运用各种技术手段进行功能和形式的转换，巧妙实现两者之间的结合，达到城市公共空间与避难场所的平、灾双重要求。
（3）缺乏统一评价标准，需建立统一参数
城市景观公共空间与应急避难所在城市规划中各成系统，具有不同的分类标准，两者系统分类的依据与指标不同，缺乏统一标准和指标。要使两者结合，必须借照统一参数，构建独立的城市应急避难绿地分类评价标准体系。
（4）因为功能目标各异，所以结合要有协调性、目的性
城市景观公共空间以景观、娱乐休闲为主要功能，杭州应急避难场所以防灾避难功能为主，这种差异导致两者在地形设计、树种选择等方面的结合中产生冲突，影响各自功能的正常发挥。因此结合设计要因地制宜，协调好防灾和景观的功能要求，并且我们在杭州城市公共空间中设计加入避难设施功能，同时要时刻考虑到避难设施的可靠性与安全性，能在灾难来临时达到本身设计的目的，保障市民的安全。
3.结合原则
（1）“统筹规划”的原则
杭州公共空间与应急避难场所在城市规划层面上各成系统，因此需将其结合产物同时纳入两个系统综合考虑，系统布局现状，缺少应急避难据点的由城市绿地进行调整改造；远期将安全理念纳入城市空间规划中,预先考虑提供给居民设施完备的应急避难空间。
（2）“安全优先”的原则
杭州公共空间的优美、生态等非防灾功能与应急避难功能有时会产生冲突，如自然山水、蜿蜒的游览路线阻碍避灾时快速通行。结合设计中应权衡两者的关系，首先满足安全性的需要，保证避难场所远离地震断裂带、水淹区、各类危险管道、建筑物坍塌范围等危险区域，在“安全优先”的基础上考虑景观效果。
（3）“平灾结合”的原则
应急避难场所与公共绿地结合后在地震、火灾等突发灾害事件时，所配备的应急设施发挥避难场所的特殊作用。例如在应对火灾时可以在避难设施的外墙上采用防火涂料，防火材料在保护避难设施同时可以结合周边的环境选择色调，对应急设施进行适度美化，使其融入杭州地域特色中去。
（4）“改建结合”的原则
面对中国城市土地资源的日益稀缺和城市绿地已有的系统及规模，根据杭州应急避灾系统布局，改造现有杭州公共空间使其具有防灾功能，可以节约杭州空间和资源，减少投资成本，这是应急避难场所构建的首选方式。通过“改建结合”，建立民众直接参与应急防灾的基础平台。
总之，在未来的规划中，杭州城市公共空间需要人防部门与规划、园林部门有效协调，并加强应急避难知识的宣传教育，对相关管理人员进行专业培训，根据避难场所等级合理规划平时和灾时的功能分区及转换问题。
参考文献
[1]林展鹏．高密度城市防灾公园绿地规划研究――以香港作为研究分析对象．中国园林．2008年(8).
[关键词]培养模式 全日制专业学位硕士研究生 协同创新中心
[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）07-0010-03
近年，为适应我国社会经济转型升级发展的新形势，教育部推进实施了全日制专业学位硕士研究生教育。全日制专业学位硕士是与应用领域任职资格相联系的专业型学位，与全日制学术型硕士处于同一层次，但侧重点不同。专业学位硕士侧重于应用领域，旨在培养适应行业实际工作需要且具有创新和实践能力的高层次应用型人才。[1] [2]为进一步加快高校体制改革，转变高校创新方式和人才培养模式，教育部随后启动实施了“高等学校创新能力提升计划（2011计划）”。[3]
专业学位硕士研究生培养模式是对研究生培养过程的总体规划与安排，也是对培养成果考核的重要依据。它体现出高校对于专业学位硕士研究生培养的整体思路，是研究生教育理念的重要体现。本文结合南京航空航天大学控制工程全日制专业学位研究生创新能力培养模式改革实践，研究运用协同创新中心的共享资源提升研究生创新能力的可行方案，为构建新型创新能力培养模式提供理论与实践依据。
一、创新能力培养模式存在的问题
（一）培养模式大众化，不利于个性化发展
目前，国内专业学位硕士研究生的培养总体呈大众化趋势，学校更多地注重招生规则的制定，而对培养模式的关注不够，往往简单地套用学术型硕士研究生的培养模式，未能融入体现专业学位硕士研究生培养特色的创新要素，也未突出其在实践方面的创新优势。导师和研究生作为培养的主体与对象，在培养过程中缺乏主动性，不能根据实际需求制定特色培养计划，从而阻碍了研究生个性化发展。对于目前相当一部分高校的专业学位硕士，培养方案所规定的公共必修课、专业必修课所占比例较大，体现特色培养需要的选修课所占比例相对较小，研究生不能根据自身需求选择相应课程，从而导致理论学习与创新实践脱轨。同时，选课范围主要限于本专业之内，这人为树起了学科专业之间的“高墙”，不利于跨学科复合型创新人才的个性化培养。
（二）指导形式单一，不利于创新能力培养
专业学位硕士普遍实行导师负责制。然而，由于不少研究生导师主要从事教学工作或理论研究，在科研实践及工程应用方面缺乏经验，且对专业学位硕士的培养要求、培养目标、培养方法理解不够透彻，所以在指导专业学位硕士时采用和学术型硕士同样的方案。这显然和当前社会对专业学位硕士的要求不协调，也和教育部的初衷相悖。同时，随着近年来研究生的扩招，一名导师往往负责多名学生，难以对每个学生进行个性化指导，这对学生创新能力的培养也是不利的。
（三）专业实践形式化，效果得不到保证
目前，国内大多数高校的专业学位硕士研究生在完成课程学习后，由学校或导师联系进入高校与企业联合设立的研究生工作站开展与学位论文相关的科研活动。但近年的实践表明，这种培养效果往往受制于企业所拥有的创新研究队伍水平和科研保障条件，更为重要的是，研究生可支配的创新研究时间相对企业所提供的研究项目来说周期过短，使得研究生更多地只能承担产品测试和生产运行维护等周期短、创新性弱的任务，限制了研究生创新能力的深度发展。专业学位硕士研究生开展创新研究往往涉及多个交叉学科领域，所以受此影响尤为显著。[4]
二、利用协同创新中心进行创新能力培养改革的必要性
（一）有利于健全创新人才培养的内、外部条件
协同创新中心以人才、学科、科研三位一体的创新能力提升为核心，通过构建面向科学前沿和行业产业的协同创新模式，促进高校资源的宏观整合，推动高校体制改革，加快人才培养模式转变。协同创新中心的建立，提供了专业学位硕士研究生创新能力培养必要的外部条件支持，如学校制度、师资、创新平台资源环境等。在研究生创新能力的发展过程中，协同创新中心对研究生创新的内部因素同样具有重要的引导作用。依托协同创新平台提供的活跃创新氛围，参与协同培养的研究生更易产生创新积极性。依靠协同体的丰富资源完善创新基础理论，掌握科学创新方法，这直接或间接促进了研究生创新能力的发展，影响到创新研究的突破和创新成果的产生。因此，基于协同创新中心，改革研究生培养模式，可调动一切积极因素提高研究生创新能力。
（二）有利于提升创新人才培养水平和培养质量
利用协同创新中心开展人才培养模式改革，对于增强高校创新人才培养的能力和水平有明显的推动作用。专业学位硕士研究生的培养着力于提高研究生的创新和实践能力，使其能够将理论与方法相结合解决工程科学问题，并在实际工程中善于运用创造性思维，勇于开展创新实验、创新设计和创新研究，这正体现了“2011计划”对人才创新能力培养的内涵要求。利用协同创新中心协同体间的联合创新实践，可为专业学位硕士研究生所参与承担的相关项目提供全方位的创新条件。更为重要的是，创新研究往往涉及多学科优化设计，如我校控制工程专业的飞行控制研究，涉及飞行器、动力与控制的综合优化，协同创新中心能够为研究生开展这方面的跨学科创新研究提供全面支持。这还有助于研究生拓宽专业知识面，开拓新的研究领域。利用协同创新中心协同体的多样性构建专业学位硕士研究生培养的寓教于研、寓教于用的新型创新模式，可从实质上提高专业学位硕士研究生的研究水平和培养质量。
（三）有利于完善高校社会职能，建设创新型国家
协同创新中心的建立关注国家重大需求和社会经济发展，它可以最大限度地争取到各个行业资源的协作与整合，能有效改善高校分散、低效和封闭的创新模式，避免重复建设造成的人才和资源浪费等情况。通过得到行业科研院所和骨干企业广泛的联合支持，形成紧密的一体化产学研创新体制，通过协同体间的深度融合将创新转化为生产力，进而促进创新型国家的建设。因此，针对专业学位硕士研究生培养模式改革，建立基于协同创新中心的联合培养模式，充分体现了高校在建设国家创新体系方面的社会职能，顺应了创新型国家对高校创新培养模式的内在要求。
三、利用协同创新中心进行创新能力培养的改革思路
就我校控制工程专业而言，通过建立完善的制度机制，将提升专业学位硕士研究生创新能力的培养模式改革与协同创新中心共享资源的平台建设相结合，综合中心的项目需求和研究生的研究方向，合理组织和分配研究生的创新实践任务，可有效解决目前所面临的问题。这不仅体现了我校控制工程专业学位硕士研究生培养特色，也是适应“2011计划”加快转变人才培养模式的客观需要。我校设有“轻型通用航空飞行器技术协同创新中心”以及“直升机技术协同创新中心”，基于这两个协同创新平台，可以在以下几个方面对控制工程专业学位硕士研究生的培养模式进行改革。
（一）依据协同创新中心的学科交叉优势，制定个性化培养方案
在很长时期内，专业学位硕士研究生的培养模式单一，为了突出专业学位硕士研究生的应用型特点，使其能更深层次地投入到实践工作中去，需要加强其个性化创新能力的培养。
由于专业学位硕士研究生培养需要面向工程实践，其研究过程中往往涉及多学科的交叉融合。例如控制工程专业学位硕士研究生参与协同创新中心的飞行器控制项目研究，需要涉及飞行器总体、发动机及控制、传感器信号处理、控制算法等内容。因此，在培养专业学位硕士研究生过程中，需注重构建其完善的知识结构与理论体系，加强专业学位硕士研究生对学科的整体把握与深入理解，以培养面向工程实践能力为核心，提高创新能力为重点，打破原有培养方案，重构课程体系，形成多学科交叉发展的培养模式。在具体实施过程中，可以以学分制和弹性学制为依托，以完善的课程设置作保障，增大专业选修课的比例，增设跨学科课程，使学生能根据自身需求，在相对自由的环境下有针对性地进行专业课的选课与学习。同时，基于协同创新中心的项目需求，在中心开设相关专业实践课程，鼓励研究生和协同创新中心其他合作院系乃至企业、研究院所的技术人员一起进行跨学科课程的学习和跨学科研究，以增强学生在学习过程中的主动性，促进其个性化发展，为其以后深层次的创新工作奠定基础。
（二）利用协同创新中心的雄厚智力资源，实行双导师培养制度
专业学位硕士研究生区别于普通学术型硕士研究生，其更注重专业实践能力的培养，旨在培养具有扎实理论基础，并适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专门人才。因此，专业学位硕士研究生培养对指导教师的要求也有别于学术型研究生。为了应对目前专业学位研究生培养模式缺陷，可采用双导师制度，利用协同创新平台优势学科专业群汇聚的高校多学科优势师资、科研院所专业研究人员、行业企业工程技术骨干，丰富专业型研究生的导师资源，促进专业学位硕士研究生培养模式的改革。双导师制度能有效改变传统一对一和一对多的导师指导方式。
在实施过程中，由研究生主导师提出申请进行协同培养。主导师负责推荐并联系副导师人选、提出拟协同培养的研究课题、协同培养的内容和形式等，副导师可以是校内其他学院有相关合作的导师，也可以是协同创新平台的企事业单位、研究所的工程技术人员。协同培养申请经主导师所在学院审核、研究生院遴选、批准后实施。协同培养研究生由主导师和副导师共同指导，开展跨学科、跨部门论文研究工作。
为了保证协同培养的效果，研究生院应对指导质量进行检查。一是成立导师监督小组，通过定期举行会议的形式对学生的科研工作进行检查，从而在一定程度上约束导师的行为、督促导师对学生的指导;二是通过制定指导手册的形式，明确规定培养过程中导师与研究生双方各自的权利和责任，对于培养效果好的案例，进行宣传、推广和表彰。
（三）基于协同创新中心的创新平台资源，开展高水平创新实践
专业学位硕士研究生不仅需要丰富的知识积累和完善的理论结构，更需要专业实践环节的培养与锻炼。在以往的实践环节中，专业学位硕士研究生主要依赖企业的创新能力培养模式开展实践活动，学校对承担创新实践培养任务的企业并无完全约束机制，双方对研究生创新活动的管理存在明显的分界面。然而，作为协同创新平台的主体成员之一，高校对研究生创新能力的培养具有不可替代的作用。从这点来看，利用协同创新中心可为专业学位硕士研究生提供开放的实践基地与完善的机制保障。
基于协同创新中心提供的校企合作平台，可深度利用双方所拥有的资源与环境，突出其在创新活动中的核心优势，以吸引专业学位硕士研究生的实践参与。在创新实践改革的具体实施过程中，专业学位硕士研究生通过提交申请，并经过导师和学院的批准，进入协同创新中心进行实践学习。按学生的自身情况与协同创新中心的项目需求，将研究生分入相应的课题小组。通过任务分配的方式，将企业遇到的科研问题带入课题小组。这样一方面可以加强研究生的责任意识，使其具备创新工作所需要的基本素质;另一方面可以约束研究生切实投入实践工作，提高创新实践能力。在此期间，学校充分开放实践活动所需的各项资源，如实验室、图书馆、教室等。学校定期对参与协同创新实践的研究生的工作表现及成果进行评价，设立相应奖励机制，鼓励具有突出贡献的研究生，以活跃实践过程中的竞争氛围。这对协同创新中心专业实践平台的长期高效发展具有积极的促进作用。
此外，基于协同创新中心提供的广阔平台，可举办研究生创新实验竞赛，以项目立项的形式资助，以现场比赛的方式竞赛，在此过程中增强研究生理论联系实际的创新能力以及团队分工的合作意识，培养其成为具有优秀综合素质的高级工程应用型人才。
（四）依托协同创新中心的国际交流舞台，提升国际化创新水平
在经济、科技全球化的背景下，高校发展也正面临全球化趋势，传统的封闭式创新研究模式已不能满足当今教育发展的要求。国际化交流不仅能在较短时间内提高研究生的整体创新研究水平，更能使一个学科乃至学校更快地与国际对接。
立足于协同创新中心所提供的学术高地，通过建立“多元、融合、动态、持续”的协同创新模式，可构建国际交流创新研究平台，为专业学位硕士研究生与国内外专家就共性技术联合开展创新实践和学术研究创造交流机会。具体实践过程中，可以充分利用协同创新中心的优势学科平台，定期邀请国际著名专家、教授、学者进行学术访问与交流工作。此外，通过设立关于国际合作交流的鼓励和奖励政策，为研究生提供海外访学计划，包括联合培养、短期访学、海外实习、国际会议等交流项目，促进研究生切身参与国际交流，为创新提供动力和活力。利用协同创新中心具有国际影响的创新基地和学术高地，构建开放的国际学术研究环境，能有效培养研究生的国际竞争意识，拓宽研究生的科学创新视野，活跃学术思想，实现多元文化的融合。同时，开放的国际化学术环境对于克服中国学生常有的封闭、保守的性格弱点，提高研究生以竞争共赢的姿态参与国际科技协同创新的能力具有重要作用，能为社会培养具有国际化视野的创新能力强的多元工程科技人才。
四、结语
全日制专业学位硕士研究生创新能力培养是建立学科人才与高级工程师培养体系的桥梁。“2011计划”积极推动高校、研究院所和行业企业的协同创新，促进高校体制改革，加快高校人才培养模式转变。因此，开展利用协同创新中心提升专业学位硕士研究生创新能力培养改革势在必行。
本文结合我校控制工程全日制专业学位硕士研究生创新能力培养模式的改革实践，指出了传统培养模式存在的问题，分析了利用协同创新中心开展创新培养模式改革的必要性，从协同体学科交叉融合、智力资源配置、资源互补优势和国际化学术高地等方面，提出利用协同创新中心提升专业学位硕士研究生创新能力的培养模式改革思路，从而为推动专业学位硕士研究生培养体制改革提供理论与实践依据，以适应我国社会经济发展方式转变对高层次应用型创新人才的迫切需求。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 曹俊杰.专业硕士学位教育发展的国际经验及其启示[J].研究生教育研究，2011（3）：90-95.
[2] 张志红，潘紫微.全日制专业硕士：产学研合作培养模式的探索[J].高等工程教育研究，2011（4）：132-136.
