创业环境系统模型
创业环境系统模型（精选8篇）
创业环境系统模型 第1篇
城市创业环境关系到城市创业活力的大小, 从而影响城市的经济活力。因此城市创业环境方面的研究已经成为国内外学术界研究的一个新热点, 并引起了社会的广泛关注。国内外现有的大量理论以及实证研究表明:创业环境是影响创业的核心要素, 创业环境与创业活动具有很强的正相关关系[1,2]。现阶段, 国内外关于创业环境的研究成果主要集中在创业以及创业环境的概念界定[3]、创业环境要素的构成[4]、创业环境主体构成要素及其功能的研究[5]、创业环境的评价[6]。但存在以下不足:
(1) 运用模型识别创业环境优势要素方面的研究很少。
(2) 现有大部分创业环境研究的对象为经济发达城市, 以欠发达地区或城市为研究对象的研究较少。
鉴于此, 本文提出了城市创业环境优势要素的识别模型。在建立模型之前, 首先阐明以下两个问题:
(1) 识别创业环境优势要素的必要性:笔者从实际调研以及已有的相关研究中发现, 欠发达地区虽然在创业环境总体水平上不如发达地区, 在很多条件上不具有绝对优势, 但在某几项环境要素上具有比较优势。如果欠发达城市对创业环境要素加以认真识别, 加强核心优势, 发掘潜力优势, 扬长避短, 也会逐渐形成具有地方特色的创业环境体系。
(2) 识别优势要素的标准:既要考虑机会型创业的需要又要兼顾生存型创业的需要。
创业分为两种类型:生存型创业和机会型创业。一般认为, 生存型创业主要集中于批发零售、住宿餐饮、社会服务等行业。支持该类型创业有利于解决创业的基础人群的生存问题, 有助于维护社会的稳定。机会型创业主要活跃于软件业、商业服务业、房地产业金融业等, 对创业者创业技能、创业机会的识别能力等方面的要求较高。后者相比前者更能有效的吸纳劳动力, 同时对于地区产业结构的优化升级具有长远的战略意义, 从此角度出发, 社会普遍鼓励创业主体由生存型创业向机会型创业转变。但问题随之出现, 在一些经济欠发达的城市出现了“就高不就低”的现象, 即将有限的资源倾向于机会型创业, 而对生存型创业的关注度不够。因此优势要素的识别满足效率与公平的统一, 对于欠发达地区的意义尤为重要。
1 系统分析模型
1.1 城市创业环境优势要素识别模型的建立
AHP方法只能对评价的因素进行局部优先序的排序, 而不能分组排序, 所以本模型改进了AHP方法:首先将创业主体分为两大类型, 即生存型创业主体和机会型创业主体, 基于两类创业类型中的不同行业的实际效益以及对环境要素的满意度评价以及重要程度评价, 定量分析各环境要素对两类创业主体的贡献力并构造决策矩阵, 最后确定不同类别的优势要素。分析框架如下图1所示:
1.1.1 两大创业类型的目标行业选取
根据已有研究的分类标准以及当地产业结构的实际情况选取。
1.1.2 环境要素的选取
借鉴GEM模型, 我们把创业环境要素分为九大类:金融支持、政府项目、政府政策、创业教育与培训、科研开发与转移、市场开放程度、商务环境、有形基础设施、文化与社会规范[7]。
1.1.3 确定要素对不同创业类型的创业主体的贡献力, 分以下几个层次:
(1) 行业权重的确定
用行业效益指数表示行业的权重。定义指标如下:
行业权重 (行业效益) = (行业的经济效益+行业的社会效益) /2= (该行业生产总值占所有目标行业的生产总值的比重+该行业吸纳就业人数占所有目标行业的就业人数的比重) /2
得到两类创业类型的行业权重的矩阵。
(2) 基于行业内部对各环境要素的评价确定环境要素的行业贡献力
从各行业邀请专家、决策者, 由他们从各自行业的角度出发, 量化各环境要素的满意度评价和重要度评价, 从而确定环境要素对各个行业的贡献力:
A 满意度评价:各行业专家、决策者对各环境要素进行打分。
(分级评定:不满意1分, 比较不满意3分, 满意5分, 比较满意7分, 非常满意9分) 。
B 重要度的评价:各行业专家、决策者运用两两比较法[8]对9个环境要素赋予权重综合得出各个行业对环境要素的重要度评价矩阵。
C 合成满意度以及重要度评价:
环境要素的行业贡献力=该行业对该要素的满意度*该要素在该行业的重要度。
公式的经济含义在于:要素在某行业评价中的满意度、重要度越高, 该要素对该行业的贡献力就越大。行业内环境要素两个维度的评价也直接影响到该要素能否成为创业环境的核心优势要素。
(3) 计算各环境要素对两类创业主体的贡献力:
环境要素对生存型 (机会型) 创业的贡献力=该环境要素对生存型 (机会型) 创业的各个行业的贡献力的加权平均 (权数为行业效益)
1.1.4 创业环境的优势要素的识别
为了识别优势要素, 首先需要根据要素对生存型创业主体的贡献力与对机会性创业主体的贡献力构建识别优势要素的决策矩阵, 如图2所示:
(本决策矩阵借鉴了城市核心竞争力识别决策矩阵, 王建军、刁新军、杨德礼.城市核心竞争力识别系统分析模型[J].大连理工大学学报, 2008, 48 (3) :452～455)
利用决策矩阵对优势要素进行识别。通过决策矩阵易知H点是最优的点, 区域ⅰ中环境要素的两种贡献力都很高, 落在该区域中的点是核心优势要素。
但出现的情况之一是, 有许多活动落在了区域ⅰ中, 这时核心优势要素的确定需要借助下面的准则:
准则1 距离H点最近的要素为核心优势要素。
该判断准则给出的依据主要是借鉴逼近理想值的排序方法 (technique for order preference by similarity to ideal solution, 简称TOPSIS) 思想, 即距离最优点最近的点是比较优的点[9]。
准则2 到H点等距离的点偏机会型的为比较优。
该判断准则给出的依据是因为环境要素对机会型创业的贡献力集中体现了环境的核心优势。机会型创业对城市发展的贡献相比生存型创业来说更具有战略性意义。所以应该首先考虑战略因素, 将贡献力偏机会型的要素定为比较优的优势。
另一种可能出现的情况是区域ⅰ中无活动, 这时就需要在相近的区域 (扇形) 查找核心优势要素。判断准则仍为准则1和准则2。
在决策矩阵中, 区域ⅱ是基础性优势要素, 越靠近O点的活动, 其重要性相对于城市其他环境优势要素来说越低。其他区域中的优势要素处于核心优势要素与基础性优势要素之间, 为潜在优势要素和功能性优势要素。
2 算例分析
长春市作为吉林省的省会城市, 工农业基础较为雄厚, 改革开放后全市第三产业获得巨大发展, 创业活动也主要集中于第三产业。这里我们选取:批发零售业、住宿餐饮业、社会服务业、文体娱乐业作为生存型创业的行业代表;选取计算机软件业、商业服务业、房地产业、金融业作为机会型创业的行业代表。根据全球创业观察报告中关于创业环境要素的分类标准, 构建系统要素集如下:金融支持 (p1) 、政府项目 (p2) 、政府政策 (p3) 、创业教育与培训 (p4) 、科研开发与转移 (p5) 、市场开放程度 (p6) 、商务环境 (p7) 、有形基础设施 (p8) 、文化与社会规范 (p9) 。
首先查阅最新《吉林省统计年鉴》, 根据长春市行业生产总值以及相应的就业人数的统计, 计算行业权重 (行业效益) 如表1所示:
由表1得到两类创业行业的效益矩阵如下:
W
表示生存型创业的4个行业的权重。
W
表示机会型创业的4个行业的权重。
各行业专家或者决策者对P1～P9环境要素的评价如下:
A 满意度评价:
M1表示生存型创业中的4个行业对P1～P9环境要素的满意度评价矩阵。
M2表示机会型创业中的4个行业对P1～P9环境要素的满意度评价矩阵。
B 要素的重要度评价:
以批发零售业为例, 各行业专家与决策者运用两两比较法给出环境要素判断矩阵。将其归一化处理后, 得到批发零售行业中各个环境要素的重要程度矩阵:
0.22 0.06 0.14 0.05 0.035 0.16 0.11 0.13 0.095
CI=0.069 CR=0.047<0.1通过一致性检验。
其他行业同理得到各个环境要素的行业重要度评价, 综合得到两类创业行业的环境要素的重要度评价矩阵:
注:引起CR>0.1的原因主要有: (1) 决策者在配对比较时, 陈述的不可传递性。 (2) CR<0.1这一规则并不严格, 比如在住宿餐饮行业出现CR=0.14, 而决策者对自己配对比较的判断非常自信, 认为没有必要修正, 那么这一结果也是可接受的[10]。鉴于以上情况, 我们的调研对每位专家或决策者采用专访的形式并实施二次确认的过程, 尽量避免主观判断的偏差, 即使出现偏差也能及时修正。
合成以上满意度评价和重要度评价, 得到环境要素的行业贡献力矩阵:
计算环境要素对两类创业的贡献力:
W1=W
所以, P1～P9对生存型创业的贡献力指数分为:
0.205、0.131、0.434、0.190、0.024、0.723、0.201、0.533、0.221
W2=W
所以, P1～P9对机会型创业的贡献力指数分别为:
0.341、0.142、0.232、0.120、0.049、0.203、0.113、0.225、0.076
根据环境要素对两类创业主体的贡献力大小构建识别城市创业环境的优势要素的决策矩阵, 如图3所示:
根据判断准则1和准则2可得环境要素的综合评价结果:
p6>p8>p3>p1>p2>p4>p7>p9>p5
其中p6、p8处于核心优势要素区, 为创业环境核心优势要素, 城市决策者以及管理者应不断对其进行加强和完善;p5、p7、p9处于基础优势要素区, 为创业环境的基础优势要素;p3可以被认为是创业环境的潜在优势要素, 城市决策者应尽量发掘该要素的潜力;p1、p2、p4为功能性优势要素。
3 结语
城市创业环境优势要素的识别是城市创业环境研究的基础问题, 识别系统的建立有利于城市决策者与管理者从宏观上把握城市的创业环境, 尤其是对于经济欠发达地区来说, 意义更为重要:为各个创业环境主体合理配置有限创业资源作出指导和参考。本文运用改进的AHP方法, 量化了创业环境要素对两类创业主体的贡献力, 在此基础上, 建立了识别创业环境核心优势要素的二维决策矩阵模型。以长春市为例证, 对提出的系统分析模型进行了应用, 结果表明该决策模型具有可操作性和实用性。
需要指出, 城市创业环境要素的识别系统是一个动态的系统, 它要随着区域环境的变化而变化, 为了提升城市创业活力, 城市创业环境要素的培育和发展必须持续不断地推进。
摘要：本文针对城市创业环境优势要素识别这一复杂系统问题, 采用改进后的AHP方法, 量化分析创业环境要素对生存型创业主体和机会型创业主体的贡献力, 在此基础上建立用于识别城市创业环境优势要素的二维决策矩阵模型。最后, 将该模型应用于长春市, 说明该城市创业环境优势识别模型的科学性和有效性。
关键词：创业环境要素,核心优势,决策矩阵,贡献力评价
参考文献
[1].HENRIG.Entrepreneurial intentions and the en-trepreneurial environment[D].Helsink:i Helsinki Universityof Technology, 2004:3~6
[2].CHILD J..Organizational structure, environmentandperformance:the role ofstrategic choice[J].Sociology, 1972, (6) :1~22
[3].蔡莉, 崔启国, 刘静.基于网络视角的创业环境概念、体系构成和分析框架[J].管理现代化, 2007, (3) :26~28
[4].郑炳章, 朱燕空, 赵磊.创业环境影响因素研究[J].经济与管理, 2008, 22 (9) :58~61
[5].张耀辉, 周轶昆.自主创新的外溢效应与创业环境激励[J].学术研究, 2006, (6) :35~41
[6].李春晓, 霍晓霞, 胡绍兰.中小企业创业环境综合评价指标体系研究[J].时代金融, 2008, (374) :61~63
[7].高建, 等.全球创业观察报告[M].北京:清华大学出版社, 2006
[8].谭跃进.定量分析方法[M].北京:中国人民大学出版社, 2001
[9].余建星, 谭振东.基于组合赋权及TOPSIS的绩效定量评价研究[J].系统工程理论与实践, 2005, 25 (11) :46~50
创业环境系统模型 第2篇
大气环境影响评价是环境影响评价的`一项重要内容,而其中最主要的部分就是计算各种大气扩散模式下的地面污染浓度,然后据此结果做出评价.为方便工作人员进行区域环境空气质量的预测,使用Matlab软件编制了一套区域环境空气质量模型系统软件.
作 者：胡晨燕 徐斌 施介宽 HU Chen-yan XU Bin SHI Jie-kuan 作者单位：胡晨燕,HU Chen-yan(上海电力学院,能源与环境工程学院,上海,200090)徐斌,XU Bin(同济大学,环境科学与工程学院,上海,200092)
创业环境系统模型 第3篇
从创业环境的内涵界定来看, 环境维度的划分将会非常广泛。不同的学者从不同的角度给出了各自的维度划分。尽管差异很大, 但对于创业环境的几个重要的维度, 大多数学者都表示认可。
1. 从创业环境构成要素的角度来划分维度
从创业环境构成要素的角度开展研究论文, 已对几个重要的构成要素进行了深入研究, 这些学者让我们对之有了一个较为全面的透视。Bruno和Tyebjee (1982) 给出创业环境的12个维度:这其中包括交通的便利性、创业态度积极程度、消费者和新市场的可接近性、风险资本的获得性、创业者经验优势、技能娴熟的职员、供应商的可接近性、政府干预及政策影响、周边的大学研究院、土地和基础设施的可用性、支持服务的可用性和人们的生活水平。Joerg Baten (2003) 认为创业环境的维度由工资水平、个人财富、政策、产业密集程度和区域专业化程度构成。也有学者从归纳的视角提出创业环境的维度划分法。此外, Dana认为如果遵守许多的规章和守则, 要向很多机构通报, 这些耽误了创业者许多时间和金钱而去按要求办事, 打击了创业者的积极性。这也说明对创业者来说, 国家政府政策、程序要求以及税收方面会对其产生很大的影响, 重视创业的社会与文化形成鼓励创业的社会体系。周围社会关系网络对创业的认同会刺激着创业者;研究表明创业者自身商业技能的高低会影响创业者是否去行动;外界对企业的金融与非金融支持都会成为创业活动的影响因素。不论是投资公司多、低利率货款和金融市场稳定, 还是银行更好地放贷, 创业园的建立以及创业企业孵化器, 这些都将很好地促进创业者开展创业活动。
2. 从创业环境的特性来划分维度
环境具有动态性、复杂性、宽松性和异质性等特征, 在不同的环境下, 企业的绩效会有所不同。
Ke a ts&Hitt (1988) 研究了环境因素对组织的绩效的影响作用, 得出组织结构和战略有着明显的调节效应, 同时采用了De s s&Be a rd对环境维度的定义法, 具体丰富了动态性的内容。认为动态性由环境变化的速度、变化率以及引起不确定性的可预见性和不可预见性等因素组成。Justin Davis (2003) 研究了外部环境不确定性对委托代理契约的影响作用。其中对不确定性的概念界定采用的是Dess&Beard (1984) 对环境的不确定性定义, 这样环境的不确定性就包括宽松性, 动态性和复杂性三个维度。
尽管不同学者对环境维度划分方法不一, 但将环境划分为复杂性、动态性和宽松性三个维度已经得到了普遍认可。因此, 本文沿用Dess&Beard的理论, 将采用从创业环境的特性的维度划分法, 从动态性、宽松性和复杂性三方面来研究创业活动。
二、资源整合能力维度划分
资源在未被企业整合利用前都是零碎的, 如果要发挥其使用价值, 企业就得提升资源整合能力, 对有价值的资源进行识别和绑聚, 实施再建构, 科学有效地利用起来, 才能产生效益, 带来利润。基于能力观理论的研究认为, 资源整合能力是企业竞争优势的必然要求。
蔡莉 (2007) 对新创企业的资源开发过程进行系统分析, 认为新创企业的资源开发过程可以分为三个部分, 即资源识别、资源获取和资源利用, 其中资源识别指企业对初始资源和关键资源进行识别, 并依据企业目标确定企业的资源需求。资源获取指企业通过外部获取、内部培养等方式获得所需的资源;资源利用指企业将资源捆绑为资源束, 形成企业能力, 实现资源向能力的转化, 并匹配能力以形成特定的结构并实施利用, 从而实现企业的价值创造。Feeser (1993) 认为企业资源整合能力是基于信息和知识的、企业特有的、并且通过组织资源之间复杂的相互作用而随时间发展的有形和无形的流程。资源在企业内部或外部都可以成功获取, 而企业的某种能力则仅仅存在于组织和它的业务流程之中, 是属于具体企业特有的, 难以从一个组织转移到另一个组织, 除非组织本身的所有权发生转移, 因此, 能力只能在组织内部培育。马鸿佳 (2008) 认为新创企业资源整合能力是指在创业过程中, 以人为载体, 在资源整合过程中所表现出的对资源的识别、获取、配置和利用主体能力, 并从创业者和创业团队两个方面加以讨论。
综合以上学者的论述, 本文认为新创企业资源整合能力就是在新创企业成立及成长过程中, 企业所表现的对组织内外的资源构建及利用的能力。新创企业资源整合能力从过程观的角度分析, 体现在两个方面的能力:一是企业能够对其内外部环境的资源进行识别、获取、优化所形成的资源构建能力;二是指对已匹配好的资源有效运用到创业实践活动中的能力。因此, 资源整合能力维度可以划分为资源构建能力与资源利用能力。
三、创业绩效维度划分
创业绩效是来衡量创业活动的结果, 是组织期望达到的目标。创业绩效理论还是借用组织管理中的绩效理论, 创业绩效测量很多也来源于组织理论。当前对绩效的衡量指标有许多方法, 相应也产生多种的指标分类。主要的指标分类有:客观指标、主观指标和成长指标, 财务指标和非财务指标等。不少学者 (如Hoy, 1992;Ba rkha m, 1996) 认为销售收入变动是相当重要的成长指标。大量研究文献表明从财务绩效和成长绩效两方面确实能够很好地反映新创企业的创业绩效。但尽管如此, 由于不同学者基于不同研究方面, 从不同视角出发, 导致目前还是没有一套统一的绩效度量体系, 并且基于不同绩效指标的最终实证结果也大不相同。本文认为作为新创企业, 创业绩效应该体现出企业初创和成长过程中创业者的创业活动所产生各种结果。而这种结果在初创时期反映在生存性上, 具体表现新创企业的成长性及获利性。根据研究目的及需要, 本研究拟采用财务 (获利性) 和成长绩效两个维度来对新创企业绩效进行测度。主要反映在利润、投资回报率、销售、市场份额, 公司规模等方面。
四、模型的构建
创业环境作为一个公共产品, 同样会出现市场失灵的时候, 这时就需要政府进行干预和引导以创建优良的创业环境。我们认为创业环境是一系列概念的集合体, 是新创企业外部各种因素的综合。在对创业环境进行研究时, 须从系统的角度, 充分把握好这诸多要素及其相互关系。
从企业能力理论角度看, 企业竞争优势的来源于企业能力, 而资源整合能力是企业能力的重要组成部分。目前, 学者们从不同视角对资源的不同特性进行了大量研究, 但对资源整合过程存在着不同的划分方法。虽然让我们了解了企业资源整合过程中各阶段资源的作用, 但由于缺乏统一规范的划分标准, 对各阶段如何影响创业活动尚不明确。
基于过程的视角来看, 创业和资源整合都是一个过程, 只有将资源整合纳入到创业研究的大框架中, 才能研究资源整合与其它创业要素之间的关系。我们认为资源整合能力就是在创业过程中, 创业者或创业团队对资源识别、汲取、匹配和利用的能力。初创企业应通过组织学习来提高其资源管理水平, 加强经验和技能的累积, 最终在管理实践中将资源发挥到应有的效用。
创业绩效作为创业活动研究的结果变量, 新创企业初期都面临着生存和如何提高创业绩效问题。学术界普遍认为创业绩效是一个多维度变量, 但是对创业绩效的评价思路、方法及工具都存在较大分歧。当前的研究还是存在诸多不足:第一, 当前学术界大多从单一影响因素去研究新创企业的绩效, 如创业导向对创业绩效的影响, 创业环境对绩效的影响, 组织学习对绩效的影响, 很少系统地从多角度, 多因素来探讨新创企业创业绩效的作用路径。第二, 资源与能力之间相互关系, 以及资源与能力相匹配, 能力与战略相匹配进而对创业绩效的影响, 这方面的研究比较少, 深入探讨的空间还很大。第三, 当前对创业绩效的内涵及度量还没有形成一个的体系, 学者们都是从各自研究目前的出发, 从不同视角定义绩效和进行维度划分, 导致所研究的结果各异。基于不同度量维度的实证结果不能被任意地泛化。
总之, 虽然以往有关于创业环境对创业绩效影响的相关研究, 资源整合能力对创业绩效影响的相关研究, 但通过以往的文献研究并未发现把三个要素结合起来进行分析的研究。因此我们针对以往研究割裂创业环境、资源整合能力和创业绩效之间的内在运行机制的缺陷, 结合前述相关理论资源依赖理论, 企业资源基础理论、企业能力理论、创业管理理论以及国内外相关研究文献。本文在将创业环境划分为动态性、宽松性和复杂性三个维度, 把资源整合能力划分为构建能力和利用能力两个维度, 把创业绩效划分为财务绩效和成长绩效两个维度的基础上, 进一步构建了创业环境及资源整合能力对创业绩效影响关系模型, 见图。
五、小结
创业环境特性作为衡量创业环境的外在特征, 具有宽松性、动态性和复杂性;资源整合能力反映新创企业整合组织内外资源并更好地利用起来, 可以从资源构建能力和资源利用能力两个维度来度量资源整合能力;新创企业绩效作为衡量创业者开展创业活动的成果, 可以从初创企业的生存性 (获利性及成长性) 来讨论。通过将三个创业要素有机融入到一个整合模型中, 构建了各要素关系之间的理论模型。
参考文献
[1]崔启国.基于网络视角的创业环境对新创企业绩效的影响研究:[D]吉林大学博士论文.2007
[2]蔡莉, 葛宝山, 朱秀梅, 费宇鹏, 柳青.基于资源视角的创业研究框架构建, 中国工业经济, 2007, 11
[3]李乾文, 创业绩效四种理论视角及其评述, 经济界, 2004, (6) :93-96.
[4]葛宝山.创业环境、资源整合能力与过程对新创企业绩效的影响研究[D].长春:吉林大学, 2008.
[5]Lumpkin, Gregory G.Dess Linking two dimensions of entrepreneurial orientation to firm performance:the moderating role of environment and industry life cyclet.2001
创业环境系统模型 第4篇
关键词：创新,创业,协调度,复合系统,复合系统协调度模型
1 研究背景
“大众创业、万众创新”是书写在2015年中国政府工作报告中浓墨重彩的一笔。李克强总理强调,要推动中国经济发展调速不减势、量增质更优,就需要将“大众创业、万众创新”作为新常态下中国经济提质增效的“双引擎”之一。这一认识明确地将创新与创业联系在了一起,将通过促进两者协同来推动中国经济的发展提高到了国家战略的高度。纵观发达国家的历史经验,创新创业协同发展是一个国家获取持久竞争力的关键所在。美国在近代引领了几乎每一次产业革命的潮流,究其原因,美国具有强大的创新能力、开放的创业文化、成熟的创新创业教育系统和投融资政策体系,共同营造出最为优越的创新创业环境,促进美国创新与创业的协同发展[1]。反观日本,虽然战后的日本具有积极的创新创业环境,孕育了大批极具创新精神的创业公司并创造出经济在20世纪80年代的辉煌,但随着步入发达国家行列,大公司逐步掌控了日本的经济、社会与文化,使得日本虽然创新能力不断提升,创业却遭到社会的抵制,创新创业无法产生积极的协同作用,致使日本经受着长达数十年的经济衰退而难以自拔[2]。因此,对国家创新创业协同发展进行深入研究具有十分重要的现实意义。
从理论指导实践出发,现有研究虽然在产学研协同创新方面的成果日渐成熟,对协同创新的合作机制[3]、组织形式[4]、治理模式[5]、协同效率和绩效[6]等展开了较为全面的研究,特别是,近期学者们先后提出了创业型科研机构[7]和创新型创业企业[8]50-51等协同模式,使得学术界对产学研协同和创新创业协同的支撑与互补关系有了初步的认识。但是,前人的研究只是围绕产学研协同开展,对创业与创新之间关键作用的探讨还十分不足;同时,由于创新创业协同概念提出的时效性,无论是实务界还是理论界都对中国创新创业协同发展演化的状况没有一个较为明确的定量认识。针对上述不足,本文首先对创新创业协同的理论基础进行探讨;其后,基于复合系统协调度模型,构建创新创业协同发展指标体系,利用2005—2014年中国创新、创业相关统计数据进行定量分析;最后,提出政策建议,旨在为中国下一阶段“大众创业、万众创新”的实践奠定理论基础。
2 文献回顾
创新创业是一个经久不衰的主题。早在19世纪初,Schumpeter[9]5-7就提出了创业家是创新者的开创性认识,拉开了创新创业理论研究的序幕。在此基础上,学者们对创新创业展开了大量研究[10],其中,Becker等[11]通过对Schumpeter的创新与创业思想进行了全面回顾,发现Schumpeter思想已经延伸至经济学、社会学、管理学等多个学科,研究涉及技术创新、R&D、市场机制、企业家精神、产权制度等10数个方向。现有研究从创新、创业和创新创业等3个方面构建出创新创业协同的理论基础。
2.1 创新相关研究
关于创新的学术研究始于Schumpeter的创新理论,他将创新定义为一种“新的联系”,即建立一种新的生产函数,把从未出现过的关于生产要素和生产条件的新组合引入生产体系,并把创新细分为产品创新、工艺创新、市场创新、原料创新和组织创新[9]101-109。在此基础上,后人从不同理论视角深化创新内涵。Miller等[12]认为创新是一个倾向于R&D研发和新流程开发的过程。Drucker[13]36-44通过列举创新的7种基本源头,坚持认为创新是包括技术、社会和经济等多个方面的内涵集合。Sundbo[14]更为抽象地提出创新是基于知识创造和整合的概念化与编码化过程。无论学者们如何认识创新,他们对创新系统的研究都旨在探究创新对发展的重要作用[15]。
2.2 创业相关研究
“开办事业”是新华字典中对创业的中文解释,具体说来就是识别、把握某种机会,并将这种机会与社会资源相结合,从而开办或开辟新的事业。而理论界对创业至今没达成统一的认识。Gedeon[16]认为创业是一个多维度的概念,他将基于风险理论、动态收益理论、特征学派、行为学派和奥地利学派对创业的不同理解进行整合,进而指出创业是拥有并承担风险(风险理论)的、具有创新性(动态收益理论)的建立一个小公司的行为(行为学派),通过定位机会来追求市场平衡(奥地利学派),或通过创造性破坏导致市场失衡与再组织(Schumpeter主义),这一过程包含了资源和价值在新的市场、社会、政府或者学术意义上的创造[17]。
2.3 创新创业协同的内涵
Schumpeter提出创业家通过创造性毁灭的创新行为促进经济增长的重要命题,首次构建出创新创业理论体系,但是,此后的大量研究却表明创新与创业之间的关系并不明朗。Herbig等[18]认为创业是创新的三大基本要素之一,驱动基础设施和资本的运作。但也有研究表明,成功的创业并不都能导致创新[19]。另一方面,Drucker等[13]169-177认为创新是创业的核心,创业需要通过进入新的市场、运用新的管理方式以及生产新的发明推动经济的发展。随着研究的深入,英国学者Freeman[20]提出了国家创新系统理论,将对创新创业的研究导向如何构建国家创新系统的思考。Freeman和他的后继者们认为国家创新系统是国家内部机构网络、生产要素通过技术研发、商业化等国家创新能力推动国家经济发展的整体系统。此后,随着Etzkowitz等[21]三螺旋理论的提出,学者们对创新创业活动的系统性、非线性和开放性等特征产生更为深刻的认识[22]。
3 创新创业复合系统的协调度模型构建
3.1 创新创业协同发展的系统观分析
创新创业协同是复杂耦合的系统活动,创新、创业以及创新与创业之间存在多重往复的迭代作用。根据协同学理论,创新创业协同实质上是创新系统和创业系统共同组成的复合系统从简单到复杂、从低级到高级、从无序到有序的自组织过程[23],而创新创业复合系统的发展情况是由各子系统之间的协同程度所决定的。同时,创新创业复合系统中存在质量子系统和数量子系统相互影响的次级系统协同特征。唯物辩证法的质量互变规律认为,事物的质量与数量存在辩证统一,事物的发展从量变开始达到节点引起质变,而在质变又会促使新的量变和质变的不断涌现。在此基础上,叶永在[24]指出质与量之间存在“序”,通过“序”实现质量与数量的协同才能实现质与量间的顺利过渡,这是一个普遍规律。由此,本研究认为创新创业复合系统中存在两个层级的系统协同:首先,创新系统和创业系统存在协同,两者的协同是国家发展的源动力;其次,创新系统和创业系统内的质量子系统与数量子系统在系统框架中进一步发生相互作用,这是创新创业协同发展的根本基础。
前人的研究表明,复合系统有序度模型和复合系统协调度模型通过简化系统的复杂关系,可以科学有效地计算出系统的协同一致程度,广泛应用于分析复合系统内各子系统及各要素的协同演化规律及状态[25]。由此,本文运用复合系统有序度和协调度模型,对中国创新创业协同发展情况进行实证研究。
3.2 复合系统有序度模型
按照协同理论的役使原理,决定系统状态的内部参量由于衰减的速率不同,可以分为慢驰豫变量和快驰豫变量,其中慢驰豫变量(序参量)是决定系统演化的根本性变量。通过对慢弛豫变量间的相互作用进行表征,可以化繁为简,从而测算出复合系统的有序度。
复合系统可以抽象为S={S1,S2…,Sp}。在创新创业复合系统中,S1为创新系统,S2为创业系统。考虑系统Sj,j∈[1,2],设其发展过程中的序参量为ej=(ej1,ej2,…,ejn),其中n≥1,βji≤eji≤αji,i=1,2,…,n,αji、βji为保证系统稳定存在的序参量分量eji的上限和下限(本文分别取最大值和最小值的1.1倍)。为不失一般性,本文假定ej=ej1,ej2,…,ejl为正向指标,即其取值越大,系统的有序程度就越高;假定ej=ej(l+1),…,ejn为逆向指标,即其取值越大,系统的有序程度就越低。因此获得如下子系统序参量的分参量有序度模型:
根据式(1)可知,μj(eji)∈[0,1],μj(eji)数值越大,则表明序参量分量eji越有序,从而对系统有序的贡献也越大。
从系统来看,影响系统发生协同变化的序参量是由各序参量分量eji集成作用而成,集成的结果是由各序参量分量的有序度数值大小和组合形式共同决定,可以使用几何平均法进行集成,即:
式(2)中的μj(ej)为序参量变量ej的系统有序度。由式(2)可知,μj(ej)∈[0,1],μj(ej)数值越大,表明ej对系统Sj有序的贡献就越大,系统的有序程度就越高;反之,则系统的有序程度就越低。
3.3 复合系统协调度模型
为获得复合系统协调度模型,假设在给定的初始时刻t0,系统序参量的有序度为uj0(ej),j=1,2,…,n;对复合系统发展演变过程中的时刻t1而言,此时各系统序参量的系统有序度为uj1(ej)。式(3)为创新与创业复合系统的协调度cm:
其中,。由式(3)可知,创新创业复合系统协调度的测度是以时间序列为基准的动态协同状态,其变动范围在-1~1之间,即cm∈[-1,1]。这表明创新创业复合系统协调度的数值越大,其协同发展的程度就越高,反之则越低。一般说来,协调度可划分为4个阶段:D∈(0,0.3]为低;D∈(0.3,0.5]为中;D∈(0.5,0.8]为高;D∈(0.8,1)为极高。对此公式进一步探讨可以得知部分系统有序度提高幅度大而其余提高幅度较小的情况,其协调度会比同步提升的要小。这表明复合系统协同发展程度不但对子系统的发展程度有要求,而且系统间协调一致的水平更是公式(3)强调的重点。在此基础上可知,协调度cm为正的充要条件是系统发展方向一致为正。
3.4 指标体系和数据来源
本文首先参考了房宏琳等[26]、王宏起等[27]学者的研究成果以及全球创业观察(GEM)、欧洲创新记分牌(EISB)、道琼斯风险资源等国际权威指标体系,整理出关于创新和创业的主要的指标;然后,遵循指标选取的科学性、可操作性和可获性原则(即所选指标能够全面反映各子系统的真实情况、所选指标不宜过于繁冗复杂、所选指标在观察年限内必须完整且可以获取),对指标进行筛选与取舍,进而构建创新创业协同系统指标体系(见表1)。
具体说来,创新系统包含了创新质量子系统和创新数量子系统。根据前人的研究,创新质量是指创新成果在满足新颖性、创造性和实用性的基础上具有商业化价值的创新品质;创新数量是指一国通过将资本、人员等创新资源投入研发活动从而获得的成果规模[28]。对于创新质量而言,专利申请授权数代表了经过国家专利部门严格审核认证的成果情况,技术市场成交合同数和技术交易额反映了现有创新成果的实用前景和商业化水平,三者共同体现目标年创新活动的质量水平。就创新数量的指标而言,可以从投入和产出两个角度共同考察。创新投入方面,R&D人员全时当量和R&D研发支出分别表现一国内对创新活动的人力投入和资本支持;创新产出方面,专利申请受理数可以有效地体现专利的总体成果情况。上述指标均来自《中国统计年鉴》。
对于创业系统而言,同样可以分为创业质量子系统和创业数量子系统。基于前人研究[29],创业质量是指具有可观经济前景的创业企业发展水平,表现出社会的创业竞争力;创业数量是处于创业阶段的企业数量,表现为社会的创业活力。就指标选取而言,考察一个国家的创业活动应该包括两个方面:创业环境和创业活动本身[8]50。由于创业质量评价的模糊性,本文认为创业环境可以在一定程度上反映一国创业的质量,而创业活动本身更多地体现为创业数量的状况,由此,本文选取机会拉动型创业比例和风险投资总额来表征国家的创业质量水平,其中机会拉动型创业比例的数据来自《全球创业观察中国报告》,表示具有优质创业机会的创业者比例,前人研究证明,这一类创业者的比例越高,对经济的拉动效果越明显,体现出更高的创业质量[30]。同时,风险投资总额代表了一国的创业资本环境,其值越高越能体现国家的创业质量水平,因为只有高质量的创业才能调动风险投资的积极性,这一数据来自道琼斯风险资源和《中国风险投资年鉴》。就创业数量子系统而言,新增实体总数和早期创业企业活动指数是有效的表征指标,前者代表全国每年新增的工商注册主体数量,数据来自《全国市场主体发展报告》;后者是GEM公司用以监测建立小于42个月的创业企业活动情况的重要指标,源自《全球创业观察中国报告》。
4 实证分析
4.1 数据计算
首先,对序参量分量的原始数据(见表2)利用SPSS进行标准差法(Z-Score)标准化处理,以消除量纲不同带来的干扰。
式(4)中:X’ij为标准化数据;表示变量Xij的均值;Sj表示变量Xij的标准差。
注:由于GEM关于机会拉动型创业比例的统计从2005年开始,为统一计量周期,本研究选取了2005—2014年度的相关数据
之后,将标准化数据代入式(1),得到各序参量分量的有序度。在此基础上,将所得结果引入公式(2),得到创新系统与创业系统的有序度,并进一步通过式(3)获得创新创业复合系统的协调度(见表3)。为深入探讨创新系统与创业系统的发展状况,进一步测度创新质量子系统、创新数量子系统、创业质量子系统和创业数量子系统的有序度,以及它们之间复合生成创新系统与创业系统的协调度。首先,通过将相应序参量分量的有序度引入式(2)获得各子系统的有序度(见表4),再运用式(3)分别计算出创新系统、创业系统的协调度(见表5)。
4.2 结果分析
由图1可以看出,2005—2014年中国创新创业复合系统表现出较好的增长势头(斜率为0.065),可以认为创新创业的协同发展已经得到国家和全社会的大力支持,这也表明“大众创业,万众创新”的提出不仅仅只是一个概念,而是以多年实践为基础的发展方略。但是,从发展程度上看,中国创新创业复合系统的协调度较低,2014年才达到最高点的0.63,还处于中等协同水平。从发展过程来看,2009年和2012年复合系统的协调度都发生了较大幅度的下降,显示出我国创新创业协同发展的整体稳定程度并不高。
为探讨中国创新创业复合系统的协同发展情况,本文进一步对创新系统、创业系统的有序度和协调度趋势进行剖析。如图2所示,创新系统和创业系统展现出不一样的演进路径。其中,创新系统表现出较良好的发展形势,它的有序度和协调度均稳步上升,并且最高值都在0.8以上,这说明中国创新体系的建设进入积极的上升轨道,其内部的质量和数量子系统的一致程度较高;然而,创业系统的有序度和协调度波动剧烈且发展程度并不高,有序度最高值仅为0.57,并且在2009年和2011年分别出现了大幅下降,系统内部的协调度均在0.5以下,其波动更为剧烈,分别于2009年、2012年出现了明显下滑,这说明中国创业系统发展情况并不乐观。首先,有序度低表现出这10年间我国创业发展水平还不高;其次,协调度低表明中国创业质量和创业数量发展的同步趋势也并不显著。由此可以清晰地认识到,中国创新创业复合系统发展水平不高的主要原因在于创业系统的发展程度低且不稳定,创业发展的不足已成为中国前进的瓶颈。
为更明确地识别创业系统发展的桎梏所在,本文将创业系统进行深度分解,测算创业质量子系统和创业数量子系统的协同发展情况(见图3)。从图3中可以看出,创业质量子系统和创业数量子系统都随时间发生着不规则的剧烈变动,这使得创业系统的整体协调情况较差。进一步观察发现,创业质量子系统在2009年和2011年发生了较大幅度的下降,而创业数量子系统在2009年和2011年却是增长最快的两年,两者出现了交替涨落的演化特征。这一现象可以从理论和实践两方面进行解释。根据前人的研究,创业的质量和数量子系统存在相互转化[31],创业数量会出于同业竞争和外部激励的引导来推动创业质量的增强,而创业质量也会通过产业配套的形式增加了创业的数量,从而出现交替上升的发展态势。实践方面,由于2008年9月中国颁布了《中华人民共和国就业促进法》,加上“奥运经济”的作用逐渐显现,形成了积极的创业环境,促进创业数量在2009年发生快速的增长;而这一年创业质量的不升反降,一方面是由于创业数量的激增稀释了整体的创业质量的比率,更为重要的原因是在于,这一时期中国强调“以创业带动就业”的发展战略,将政策天平、经济补助倾向于创业数量的增加,却在创业质量上出现了“顾此失彼”的问题。在这一背景下,2010年美国金融危机波及中国,出口增长减速,大量中小企业倒闭歇业,创业数量发生萎缩;同时,我国“两会”提出“在结构优化的前提下扩大投资规模”,这为从数量向质量的发展奠定基础。2011年,“四万亿计划”拉动内需的效果突显,创业数量子系统得以再一次成长迅速,大量新企业注册运营,但是这种短期拉动式的财政政策对于优质企业的培养并没有积极的作用,反而使得创业质量不升反降。从中国创业质量子系统和数量子系统的演变过程可以看出,创业质量和数量的协同受到环境不确定性、发展周期性以及系统滞后性等多方面的影响,为政策制定带来难度。
5 结论与政策建议
本文运用复合系统协调度模型定量研究了中国创新创业协同的发展情况。研究发现,中国创新创业的协同发展水平并不高,特别是创业系统出现明显的波动和发展不足,这也表明构建协同的创新创业复合系统还有很长的一段路要走。基于中国创新创业数据的实证结果,本文进一步对中国创新创业协同开展提出如下政策建议:
(1)维系创新系统健康发展。在不考虑国际竞争的前提下,中国创新系统的发展已经逐步进入正轨,这得益于多年来坚持“科技兴国”、“产学研协同创新”等国家战略的实施。现阶段,政府、高校、研究机构、龙头企业、服务平台等创新主体正逐步构建起有效的协同网络,创新的体制、机制逐步理顺,中国的创新能力有了明显提高。但是,就国际竞争而言,中国的创新实力仍然落后。据《全球竞争力2014—2015报告》指出,中国创新水平仅位于全球第32位,创新实力的排名无法与其自身经济体量相匹配。具体而言,中国创新存在着“垃圾专利”数量多、成果转化水平低、基础性研发薄弱等实际问题。这就需要进一步优化创新成果的筛选监督制度、创新活动激励机制,加大新兴产业和基础科学的创新投入力度,通过质量和数量的双向驱动强化创新系统的协调发展。据《中共中央国务院关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》,下一阶段中国将在推动构建开放共享互动的创新网络、发挥金融创新功能、创新评估从数量转向质量等方面开展重点工作,这表明中国已经逐步认识到创新数量和质量的“两手抓”才是创新系统健康发展的有效路径。
(2)加大创业系统建设力度。多种数据来源表明,中国创业系统的发展情况并不乐观。根据世界银行《2015营商环境报告》,中国在189个经济体中仅列第90位,特别是开办企业这一指标排名为第128位。该报告指出,在中国开办企业要经历11道程序,平均花费30天,远高于OECD平均水平的4.8道程序和9.2天,严重阻碍了中国创业的开展。通过本文可知,要有效实现创业系统的发展,就需要寻求创业质量与数量子系统间的相互协同。随着《关于进一步做好新形势下就业创业工作的意见》的提出,中国将从营造宽松便捷的准入环境、加大减税降费力度、营造大众创业良好氛围等措施的实施提振创业数量,通过拓宽创业投融资渠道、调动科研人员创业积极性等政策内容推动创业质量的提升;同时,下一阶段还需要关注完善监管机制促进企业间的良性竞争,加大新兴产业创业活动的激励力度及更加重视需求端政策工具的运用等方面政策制定,通过这些协调创业质量和数量的政策手段,促进中国创业的“扶上马、送一程,实现‘草根’创业蔚然成风、遍地开花”。
(3)实现创新创业复合系统整体协同。充分认识到中国创新创业复合系统还有很大的发展空间。产业层面,推动差异化扶持政策。前人的研究表明,在高技术产业中,企业倾向于通过创新提高竞争力,而在低技术行业则更愿意加强垄断巩固地位。就创新创业协同而言,前者抑制了创业,而后者阻碍了创新。所以,下一阶段需要在高、中、低端产业进行合理布局,进一步实施差异化的扶持政策。具体说来,就是在高新技术行业通过合理补贴促进从业者的创业意愿;而在农业、采掘业等低技术行业,通过控制垄断规模和优化竞争来加强行业的创新活性。政策实施层面,强调政策的延续性。中国的创新驱动政策从产学研协同创新发展到创新创业协同阶段,这就要求创新创业政策在实施过程中强调政策的延续性,重视协同创新和创新创业的错位发展和功能互补。具体说来,就是以产学研协同创新为平台,以优化创业环境为支撑,以分布式、开放式创新为动力,以大众创业为抓手,推动产学研协同创新政策的沿承和创新创业政策的实施。模式创新层面,新时期中国涌现出大量功能各异的创新创业模式,包括创新创业孵化器、创客空间、创新型创业企业、创业型研究院、高新技术产业园等,要积极发挥这些创新模式的资源集聚和优化配置作用,通过不同模式的合理运用来加强知识型、能力型、科技型自主创新创业活动的开展,进而有效地保证“量增质更优”的实现。
生态学习环境的系统模型及其构建 第5篇
一、生态学习环境的含义及其特征
1. 生态学习环境的含义
荷兰开放大学教授Kiershner,P.认为学习环境是学习者能找到充分的信息资料和教学辅助手段的地方[2]。北京师范大学陈琦教授认为学习环境是指学习者在学习过程中可能与之发生相互作用的周围因素及其组合,包括内容工具、人物关系和情境三方面[3]。综上所述,学习环境是指以学习者为中心,并以学习目的、过程和结果为导向,包含物质资源、信息资源、组织资源以及学习者自身主体性资源为一体的条件总和。
生态环境是指生态因子综合在一起,构成影响生物的个体、种群或某个群落的环境,上至整个生物圈和智能圈,下至栖息或局部环境[4]。另外,基于系统论的方法论要求,要把研究对象当作一个系统,从系统总体出发,在系统与要素、要素与要素、系统与环境的相互作用中解释与处理研究对象的特质和规律[5]。因此,以学生为中心的生态学习环境,内含于各级各类学校教育生态环境,进而上溯到教育生态环境层面,形成一种上层以下层为中心,随下层的变化而变化,并时刻影响和控制着下层变化和发展的良性循环系统。
2. 生态学习环境的特征
(1)系统性
生态环境是相对于某个中心而言,基于不同的中心,整个生态环境被划分成无数个层级,从而形成无数个子系统,各子系统与整个生态环境系统之间是部分与整体的关系。首先,以学生为中心的学习环境从属于学校教育生态环境进而属于整个教育生态环境,由此层层递进直至生态环境系统的顶层,生态环境系统由所有的子系统构成。其次,各层级生态环境系统之间并不孤立存在,而是呈现出同层之间相互影响、上下层之间控制与改变的关系。
(2)主客统一性
一方面生态学习环境的物质层面,如地理位置条件、学校硬件设施等方面是客观存在。另一方面生态学习环境的中心是具有主观能动性的学生,学生拥有自身主体性资源。从微观层面上来说,以学生个体为中心的学习环境会由于学习者自身主体性的不同而产生差异。因此,不能仅以外部客观物质存在来衡量学生的学习环境,即使同样的物质环境对于不同的学生来说,其产生的作用也是不一样的。
(3)差异与不平衡性
生态教育系统下包含了无数个具体的学习环境子系统,各子系统由于历史发展等原因彼此之间存在差异与不平衡性。比如以社会群体为中心,我国是一个统一的多民族国家,不同的民族受到不同历史文化的影响,因此各民族群落之间的学习环境存在一定的差异;以地区为中心,我国东西部地区之间、城市和农村之间由于经济发展水平不同从而造成学习环境在物质层面存在着一定的差距,表现为地区之间的不平衡;另外,以学生个体为中心,其身心发展本身具有不平衡性,因此就其自身发展而言,学习环境也具有不平衡性。
二、构建生态学习环境的原则
1. 教育性原则
教育学家赫尔巴特曾提出教学活动永远具有教育性,因此教育性是学习环境区别于其他环境的重要特点。同教育一样,学习环境的主体是人,其目的是为了促进人的发展。因此,在构建生态学习环境时必须遵循教育性原则,尤其是面对基础教育学生,其心智发展正处于形成和上升时期,较为缺乏明辨是非的能力,容易受到外部环境的影响,在此阶段必须对学习环境里面不利于学生身心发展的条件和事物加以规避。
2. 有效性原则
学生尤其是低学段的学生对学习环境较为缺乏明确的认识,相对于成年人来说,学习环境的选择和利用多为被动地接受。因此,为了提供给学生更加优越的学习环境,构建生态学习环境时必须要坚持有效性原则,要意识到“生态”并不是意识层面上的空谈,而是要追求学习环境优化的实际效果,不是为了学习环境的改变而构建,而是为了学生的发展而优化。
3. 平衡性原则
上文谈到学习环境具有不平衡性,这种不平衡性在一定历史条件下将会继续存在,并且不会消失。构建基础教育生态学习环境不是为了消除不平衡,使每一个学生所处的学习环境都一样,而是旨在能够尽量满足每一个学生对学习环境的需求。从现实情况来看,生态学习环境的平衡性主要任务是尽量缩小地区之间在教育资源配置上的差距,使得落后地区的学生也能享受到良好的学习环境。
三、生态学习环境的系统模型
在生态学习环境系统中,自上而下形成三中心三层次的系统模型,如下图所示。
模型中,左侧的圆框代表着三个不同层次的中心,右侧的方框代表着不同层次的环境系统,从而形成自下而上改变与反馈、自上而下控制与影响、同层之间相互联系与影响的良性循环系统。以学生为中心的环境系统为学习环境生态系统的内部系统,也即是学习环境的微观生态,它从教育和学校教育的生态环境系统中演化而来,而学校教育和教育的生态环境系统则称之为外部系统,也即是学习环境的宏观生态。在一般系统论中,系统概念的外延首先必须满足一般性的要求,即它的外延包含自然界和社会中的一切系统,整体性原则是系统论的核心原则[4]。这意味着,我们在构建生态学习环境时不能把同层或是上下层环境系统之间的联系打破,孤立地对待。
四、构建生态学习环境的策略
1. 基于系统外部的生态学习环境构建策略
生态学习环境系统的外部是以学校教育和教育为中心的环境系统,具体包括自然环境、社会环境和规范环境三个子系统。教育的自然环境通常是指生物环境和非生物环境两类,其中生物环境包括植物、动物、微生物等,非生物环境包括地势地貌、江河湖海等,这些自然因素围绕着教育并影响着教育的方方面面。目前,我国自然生态环境情况不容乐观,已经阻碍着我国经济社会的可持续发展。教育也深受其害,如果学生长期置身于空气污染、水污染的自然学习环境之中,其身心的发展必将受到极大的损害和阻碍。因此,改善学习环境的自然生态系统刻不容缓,应当深入研究环境变化原因,遵循自然发展规律,促进人与自然环境的和谐友好相处。
教育的社会环境包括政治环境、经济环境和社会氛围。从政治环境来说,应当利用教育和政治的相互作用,提升教育的社会地位。良好的政治环境应当为教育生态系统的人力、财力以及物力上提供应有的保障和监督,促进地区之间教育的均衡发展,提升教育主体的民主法制意识,推动教育生态的协调发展。从经济环境来说,经济发展要为改善学生学习环境提供财力支撑。经济决定了教育发展的规模与速度,决定了所培养人才的规格,决定着教育的内容与方式。总体来说,教育的投入还远远不够,偏远地区的农村教育依然处于落后状态。从社会氛围上来说,社会氛围以内隐和默会的方式影响着学生的学习环境,社会所提倡的价值观念影响着教育的内容以及学生的学习方式。如终身学习思潮、全民读书活动、全民健身活动等影响着学生德智体美劳的发展。因此,应当营造良好的社会氛围,使得教育更好地践行社会主义核心价值观,体现教育与社会的协调发展,以改善学生的学习环境。
教育的规范环境包括文化环境、科学艺术和民族宗教等方面。规范环境又称精神环境或价值环境,它是人类在社会群体生活中所形成和特有的态度、风气、气质与观念[6]。规范环境通过对学生的心理影响来改变学生的学习习惯和行为,因此,它是更贴近于学生学习环境的内部层次。学校教育传递文化的过程,从内容到形式,都要在一定程度上适应当地的文化生态环境[7]。另外,由于我国多民族的特点,生态教育的规范环境必然呈现出文化多元性,在教育过程中必须尊重各民族的生活习俗和文化内容。
2. 基于系统内部的生态学习环境构建策略
在生态学习环境的内部系统中,自然环境具体演化到学校所处的区县位置、学校建筑、教室装修等为学生学习所提供的硬件资源。如依山傍水的学校相对于城市钢筋水泥丛林里的学校更能让学生感受到大自然的气息,校园中栽种合适的绿色植物有助于散发氧气、吸收毒气。有研究发现,绿色植物所散发的芬芳,有助于学生减轻压力,缓解疲劳,使其处于一种轻松稳定的氛围之中[8]。另外,城市的学习能为学生提供更加优越的学习条件和丰富的学习资源。因此,学校建设在规划是应当综合考虑各项因素。
社会环境演化成具体的教育政策、学校收费情况、学校人数以及校外辅导机构等贴近于学生学习生活的因素。如我国2006年修订《义务教育法》,规定由农村向城市逐步免除义务教育学杂费,减轻了经济负担给学生学习带来的压力,从而优化了学生的学习环境。因此,在经济发展的前提下应当继续加大对教育的投入,尤其是对偏远农村地区,逐步普及我国学前教育和高中教育。另一方面,我国基础教育学生参加校外辅导的现象蔚然成风[9]。我们提倡减轻学生的课业负担,然而在现实情况中却出现另外一种情景,即学校减负,家长增负。学校所预留给学生的业余时间很大一部分被补习班和兴趣班所占有,在一定程度上不利于学生身心健康发展。
规范环境具体演化到学校所在地的民俗民风、学校所提倡的学习风气以及学校具体拥有的课程资源等方面。当前,在教育信息化的推动下,网络课程资源丰富、获取便利,是现代学生学习方式的流行趋势。其中如泛在学习已经成为下一代数字化学习的重要发展方向。在这样的情况下,网络中不利于学生身心发展的内容也将会充斥其中,因此也必须重视网络学习环境的生态建设。要以学习者为中心,从整体上优化网络学习环境,强调学习资源的可持续发展,并突出学习者和学习资源之间的相互作用关系[10]。另外,应当加强校本课程的生态建设,为学生提供更加丰富和贴近生活实际的学习资源,开发时注重校本课程与其他课程的比例,使得学生学习环境的信息资源结构平衡。
参考文献
[1]陆根书,杨兆芳.学习环境研究及其发展趋势述评[J].高等工程教育研究,2008(2).
[2]Kirschner,P.旨在获得学习能力和专业能力的学习环境设计[J].盛群力,沈敏,编译.远程教育杂志,2004(22).
[3]陈琦,张建伟.信息时代的整合性学习模型[J].北京大学教育评论,2003(3).
[4]吴林富.教育生态管理[M].天津:天津教育出版社,2006.
[5]安文铸.教育科学与系统科学[M].长春:吉林教育出版社,1990.
[6]吴鼎福,诸文蔚.教育生态学[M].南京:江苏教育出版社,2000.
[7]范国睿.教育生态学[M].北京:人民教育出版社,2000.
[8]虞纪忠.建设教育生态环境——学校可持续发展的保证[J].教育发展研究,2001(11).
[9]岳丹丹.中小学生校外“辅导热”存在的问题及原因探析[J].内蒙古师范大学学报:教育科学版,2013(10).
创业环境系统模型 第6篇
纵观当前一些用来实现将分布式的细粒度的Web服务组合成完整的符合业务需求的工作流技术, 例如BPEL (Business Process Execution Language) [3], SCA (Service Component Architecture) 等, 虽然都对事务控制提供了支持, 但这些支持往往都是面向开发人员, 关注于系统开发时的实现, 缺乏在系统设计时对事务需求的表达能力, 因此往往造成程序员在编码时不能很好得理解系统对事务的需求, 带来了大量的重复开发及修改的过程。究其原因, 主要还是因为没有一种对系统设计人员和开发人员都适用的, 能够完整表达事务需求的建模方法。本文尝试在已有的各种具有事务支持的SOA实现技术之上, 提出一种对设计人员和开发人员统一的, 与实现技术独立的事务分析和设计模型事务, 并且此模型可以容易地被映射到各种具体的SOA实现技术。本文将SOA环境下的系统结构分解为3个层次:请求处理层 (服务消费者所在层) , 通讯 (事务传播) 层, 服务实现 (服务生产者) 层, 并且对每一层定义了一类事务原型, 最后通过对这些原型的组合来合理得描述系统对事务的需求。最后本文以SCA为例展示了如何将所建立的模型映射到具体的SOA实现技术。本文对之后内容做如下安排:第二章简单地介绍相关的技术背景, 第三章详细介绍本文所要阐述的事务建模方法, 第四章介绍如何将按本文所述方法建立的事务模型映射到具体的实现技术中去, 第5章对全文进行总结并指出今后研究方向。
1 相关技术简介
1.1 SOA和SCA
SOA很好地支持了一些软件设计领域的普遍原则, 例如分而治之, 逻辑分层等。并且具有良好结构定义的SOA使得IT可以更自由得组合各种服务来满足业务需求的变化。为了提供更好的灵活性和敏捷性, 并且能更好地响应不断变化的业务环境, 大多数的SOA应用都引入了服务组合层的概念 (Service Composition Layer, 下文简称SCL) [4]。
SCA (Service Component Architecture) 是针对SOA提出的一套服务体系构建框架协议, 融合了IOC[2]的思想, 把面向对象的复用由代码复用上升到了业务模块组件复用, 同时将服务接口, 实现, 部署, 调用完全分离, 通过配置的形式灵活的组装, 绑定。
1.2 基于Web服务的SOA环境下系统的事务性
在基于Web服务的SOA环境下, 一次业务操作可能涉及到一系列Web服务的调用[5]。这些服务可能共享数据, 每一个服务都可以对最终结果产生影响:成功或失败。在此环境下, 事务具有两个区分明显的层次:全局事务和本地事务。全局事务是一组共同完成某个业务目标的Web服务的组合, 本地事务则是参与到服务组合中的单个服务, 该服务本身可以基于本地的资源管理器提供事务属性。
2 可组合式事务建模方法
可组合式事务建模 (Composite Transaction Modeling) 的方法首先根据事务在系统内的传播过程将各底层Web服务被调用的过程抽象为3层 (请求处理层, 通信层, 服务实现层, 下文将详述) , 接着本文借鉴了现有服务编排技术中对事务声明式的支持形式, 为每一层定义了一类事务原型, 并且每一类原型根据事务传播特性具有不同的事务原型属性。最后通过组合三类事务原型来对系统整体事务进行建模。
2.1 分层的事务原型定义
图1展示了一个典型的SOA环境下系统的抽象流程[6]。图中蓝色矩形框代表了应用服务器内的服务组合层 (SCL) , 框内的圆形结点代表了对客户端请求的一次业务处理操作 (Business Operation, 下文简称BO) , 其中黑色结点代表了一次非调用Web服务的业务处理操作, 结点间的单向箭头代表了执行顺序。图中下方3个服务器图标代表了处于分布式环境中的各Web服务, 双向箭头表示了BO对Web服务的调用, 信封图标表示了BO和Web服务之间通过SOAP消息进行通信。
通过图1, 我们看到每一个客户端请求首先会被服务端的一个业务处理操作结点捕获, 此结点发送SOAP消息调用相应的Web服务, 当Web服务执行完毕后将结果以SOAP消息返回给此节点。如果SCL中有多个业务处理请求操作结点, 则每一个结点都将重复此过程 (图中黑色结点除外) 。因此, 本文将整个系统的调用结构抽象为3个层次:
(1) 请求处理层, 该阶段位于SCL中, 本文将每一次的业务操作抽象为一个请求处理活动, 每一次请求处理活动完成后, SCL将负责触发后一个请求处理活动。
(2) 通信层, 该阶段用于描述请求处理活动对底层服务的调用过程, 在实际环境中, 可以将之理解为Web服务的绑定方式, 例如HTTP/SOAP或RMI、RPC等。
(3) 服务实现层, 即底层Web服务的具体实现。
有了以上3个分层的概念后, 本文将提出自己的建模方法。
在上述三个不同的层次中, 每一层都可以对整体事务产生影响, 例如, 每一个请求处理活动可以选择是否创建一个新的事务会话、运行于已有的事务环境中或无需事务;在通信阶段, 根据服务绑定的协议或系统需求的不同, 可以选择是否将上层请求处理活动中的事务上下文进行传播 (如果上下文已存在的话) ;服务实现层亦可根据实际需求决定是否运行于已有的事务环境中、运行于本地事务环境或根本无需事务。本文为每一层对事务的影响建立模型, 称为事务原型, 并为不同的原型定义了相应的事务属性。事务原型定义如下:
定义1.对于在请求处理层内的事务原型, 定义为RPT (Request Processing Transaction Prototype) ;对于在通信层的事务原型, 定义为CT (Communication Transaction Prototype) ;对于在服务实现层的事务原型, 定义为SPT (Service Provider Transaction Prototype) 。下文给出每一类事务原型属性的取值及含义。
2.1.1 RPT原型
定义2:对于RPT中的任一事务属性, , 其中R P T i表示在请求处理层支持的事务原型属性。
如图2所示, RPT具有2种属性:共享事务 (RPT-J, JOIN) 和独立事务 (RPT-N, NEW) 。
如果采用RPT-J方案, 那么SCL中的第一个请求处理活动将发起一个新的事务上下文环境, 之后的所有请求处理活动都将在一个事务中完成, 也就是所有的请求处理都共享同一个事务上下文环境。因此, 在整个flow中, 当任何一个请求处理活动或涉及到的Web服务执行失败, 所有已执行的请求处理活动都有能力进行回滚。当使用RPT-N时, 每一个请求处理活动都在一个独立的事务环境中执行, 因此, RPT-N只能在每一次的请求处理级别上保证数据的完整性。因此, 当我们选择RPT-N时, 系统需要保证在每一次请求处理中涉及到的业务数据都是相互独立的, 否则, 应当选择RPT-J。
2.1.2 CT原型
定义3:定义, 其中CTi表示在通信层支持的事务原型属性。如图3所示, 本文定义了3种CT属性:CT-SNT (Synchronized Non-Transactional) , CT-ST (Synchronized Transactional) CT-AST (Asynchronous Stratified Transactional) 。CT-SNT通常被用不需要严格遵循AICD语义的事务环境中, 它代表了一个请求处理活动对Web服务同步调用的请求, 并且此请求不进行事务传播。因此当采用CT-SNT时, 服务一旦被调用, 便不可能再对服务所修改过的数据执行回滚操作。CT-ST通常被用于需要对业务数据提供最大保护的情景中。它描述了一个对Web服务同步调用的请求, 并且这个请求必须支持事务传播。因此, 当采用CT-ST时, 如被调用的某个底层服务未能成功执行时 (异常结束或执行失败) , 所有在此事务上下文中已执行的其他操作都将回滚。CT-AST表达了一个对Web服务异步调用的请求, 并且这个请求无需支持事务传播。CT-AST通常被用于基于异步机制的长时间跨度的工作流中。
2.1.3 SPT原型
定义4:定义事务属性tS P T∈{S P T1, SPT2SPTi}, 其中SPTi表示在服务实现层支持的事务属性。类似于RPT, 对于SPT, 本文为SPT定义了2种属性:SPT-J (JOIN) 和SPT-N (NEW) , 如图4所示。SPT-J被用需要对数序完整性提供最大保护的情景中。当使用SPT-J时, Web服务应当参与到调用者 (请求处理活动) 所处的事务环境中去。因此, 当执行回滚操作时, 在SCL中执行的请求处理活动和被消费的Web服务将互相影响。当使用SPT-N时, Web服务不会参与到消费者的事务环境中, 因此无法对被Web服务修改过的数据进行撤销操作。
2.2 组合事务原型
有了如上的事务原型定义后, 本文将三类原型, 按照所在层次的不同, 以组合的方式来描述三种常见的系统整体事务需求。本文对整体事务给出以下定义:
定义5:对于系统整体事务T, T= ({RPTi}, {CTi}, {SPTi}) 。此定义说明了对于系统中任意一次事务操作, 都可由RPT, CT和SPT中的一个或多个原型的组合来描述。
2.2.1 松耦合的同步事务需求事务孤岛模式
松耦合的事务需求通常发生在需要SCL中请求处理活动的事务环境和底层被调用的Web服务运行时自身的事务环境进行隔离。在此模式, 请求处理活动和服务实现运行于不同的事务环境中, 其中所有请求处理结点运行于同一全局事务中, 各服务实现运行于本地事务环境中。为了实现这种隔离, 系统不应该将SCL中的事务传播到底层服务的运行中去。本文采取RPT-J+CT-SNT+SPT-N的组合来为这种事务需求建模。采用了这种原型组合后, 在SCL中的各请求处理活动的执行顺序并不会受到某个服务运行失败的影响, 反之亦然。
2.2.2 紧耦合的事务需求事务桥模式
紧耦合的事务要求请求处理活动和被调用的Web服务处于同一事物环境中, 符合“all or nothing”的语义。在此模式中, 请求处理活动和服务实现运行于相同的事务环境中, 通信层将负责事务的传播, 该模式提供了对数据完整性的最大保护。为此, 系统需要将SCL中请求处理活动所处的事务环境传播到底层的Web服务中。本文采取RPT-J+CT-ST+SPT-J的组合。在这种模式下, 每一个底层的Web服务将会参与到对应的请求处理活动的事务环境中, 并且因为请求处理活动采用了RPT-J的模式, 因此, 隐式地, 处于SCL下层的各Web服务也将工作于同一事务环境中。在这种组合下, 如果某一底层服务执行失败或异常退出, 那么在此服务执行之前的所有处于同一事务环境中的操作都将被回滚。
2.2.3 松耦合的异步事务需求分层事务模式
该模式描述了请求处理活动对Web服务异步调用时的事务控制, 通信层将提供异步的事务支持能力。该模式通常被用于一个长时间运行的、需要对对若干个Web服务进行异步调用的workflow中。本文采用RPT-J+CT-AST+SPT-J的组合对这种需求进行描述。
3 可组合式事务建模方法在银行转账系统中的应用
3.1 组合使用3类事务原型对转账系统进行事务定义
在实际开发中, 我们的工作是设计并实现支持事务的工作流应用。一个例子是银行的转账系统 (Funds Transfer System, 下文简称FTS) 。在FTS中, 业务相关的数据 (客户信息, 账户信息等) 通常持久化在数据库中, 并且将对这些数据的操作能力通过Web服务的形式暴露出来。图6展示了一个SOA环境下FTS的基本流程。FTS对事务控制提出了不同的需求。首先, 客户身份的验证应该尽可能快地被完成, 并且由于在验证阶段对企业数据仅仅是只读操作, 并不会妨碍数据的完整性。因此在这一阶段, 系统并不需要任何事务控制。而在接下来的账户有效性验证直至最后整个流的结束, 由于牵涉到了对数据的修改操作, 系统必须保证所有对数据的操作符合“成功或者失败”的语义 (all or nothing) [5]。
通过使用第三章所介绍的三类事务原型, 在系统设计时本文对FTS进行如下建模:
请求处理活动顺序:身份验证, 余额检查, 费用计算, 扣款, 存款账户信息验证, 存款。
服务实现:身份验证服务, 账户信息查询服务, 费用计算服务, 取款服务, 存款服务。
表1列出了对应的事务原型组合。
3.2 映射3种事务需求模型至具体实现技术
如引言所述, 本文采用了SCA作为SOA的实现技术。开发者在SCA组装的时候可以为其指定事务相关的Qualifier, SCA runtime将根据事务QoS属性在运行时提供相应的事务支持。具体来说, 在开发和组装SCA的时候可以在Interface (接口) 和implementation (实现) 两个方面为组件指定事务支持属性[2]。
通过上文分析和阐述, 我们可以将本文中的事务模型通过表2与SCA中的事务声明关联起来。
4 结语与展望
本文提出了一种新的面向系统设计人员和实现人员的统一事务建模方法, 该方法首先根据事务传播过程将系统分为请求处理层, 通信层和服务实现层, 为每一层定义了一类事务原型, 然后为每一类原型定义了不同的属性值, 最后通过组合这些具有不同属性值的事务原型来合理地描述系统整体事务需求。本文通过一个实际的银行转账系统的设计, 演示了如何使用本文所述方法进行事务建模。通过本文提出的可组合式事务建模方法, 在系统设计时, 设计人员可以容易地将事务整体需求清晰地描绘出来;在系统实现时, 开发人员通过阅读设计人员建立的事务模型, 不仅能够容易地从全局的角度把握系统事务需求, 并且能够简单地将此模型转换为具体的实现技术, 免去了开发时二次事务建模的过程, 降低了系统开发的时间成本。但是本方法尚有不完善之处, 主要不足之处有二:一是在SCA中, 对于RPT类原型并没有很好的映射关系;二是虽然此方法可以同时满足设计人员阐述了如何使用三类事务原型对系统整体流程进行事务定义, 但是对设计人员的技术要求仍然较高, 并且没有很好地从业务方面体现系统对事务的需求。在今后的工作当中, 将主要针对以上2点不足之处加以改进, 进一步完善统一的事务模型, 减少隐性风险。
摘要：在SOA环境下, 各Web服务协作完成一个业务功能。而这些服务通常会对各自的本地数据和共享数据进行读写操作。因此系统能否正确和可靠地保证事务完整性是衡量能否投入使用的标准之一。通过提出一种对系统设计人员和开发人员统一的事务建模方法, 使得业务分析师在系统设计时可以对系统事务进行整体建模;在实现时, 开发人员可以将此事务模型简单地映射到具体的SOA实现技术中去。
关键词：事务,可组合式事务建模,服务组件架构,Web服务,面向服务的架构
参考文献
[1]Leymann.F.Production Workflow[M].Prentice Hall, Upper Saddle River, 2000:30～50.
[2]Fowler M.Patterns of Enterprise Ap-plication Architecture[M].Addison Wesley, Reading, 2003:20～30.
[3]Gottschalk.Introduction to Web ser-vices architecture[J].IBM Systems Journal, 2002, 41:170～177.
[4]罗海滨, 工作流技术综述, 软件学报, 2000 (7) 899～907.
[5]Lai R.J2EE Platform Web Services[M].Prentice Hall PTR, 2003:55～60.
环境与环保气浮溶气系统的数学模型 第7篇
气浮法处理含油废水是环保工作中的常用技术[1,2], 而溶气系统式是关键, 直接影响气浮的效果。目前溶气设备主要分为两种, 一种是多相流泵[3], 另一种是溶气罐。多相流泵适用于小型气浮设备, 其容器量稳定性较高;而溶气罐适用于大型气浮, 但保持稳定的容器效果难度较大。欲使溶气水达到标准状态必须控制溶气罐中空气压力及通入水量, 目前多数溶气设备的风压及通入的水量控制靠人工调节各阀门完成, 操作频繁, 难度大。为了解决此类难题, 溶气系统的自动控制成为如今研究的热点, 而建立一个科学适用的数学模型是解决这个问题的关键所在。
2 变量、函数和公式
Qi:溶气罐的进水流量;
Qo:溶气罐的出水流量;
:溶气系统的进水流速, L/s;
:溶气系统的出水流速, L/s, m/s;
Q, q:溶气系统中水的净流量和流速, L/s, m/s;
P:溶气罐中的空气压力, Mpa;
V:溶气罐中的空气体积, m3;
T:溶气罐中的空气温度, ℃;
n:溶气罐中空气物质的量, mol;
α:溶气罐中水的溶气效率mol/m3;
r:溶气罐的半径;
H:溶气罐中的液位, m;
H0:溶气罐中的初始液位, m;
ΔH:溶气罐中液位的变化量, m。
根据泵和释放器的工作曲线可假设进出水的流速qi, qo与容器罐内空气压力p的关系为:
气体状态方程为:
3 模型的假设条件
(1) 溶气过程中, 溶气效率保持不变;
(2) 溶气过程中, 水的密度保持不变;
(3) 溶气过程中, 空气的摩尔体积不变, 保持22.4L/mol;
(4) 溶气过程中, 空气的p, V, T满足气体状态方程。
4 模型分析
溶气罐内设置有填料层, 传质界面主要分布在填料表面, 在平衡状态下, 罐内气压与水中的溶气率保持动态平衡, 水和气满足物料平衡关系, 维持设备正常运行。
模型简图如图1所示。
当溶气罐的进气阀门关闭时, 进水可以通过填料不断地溶解罐内的空气, 使罐内空气压力p逐渐减小, 同时进水流量Qi会逐渐增大, 出水流量Qo会逐渐减小, 溶气罐的净流量Q会逐渐增大。当Q>0时, 容器罐内液位会上升;反之, Q<0时, 液位会下降。如果液位过高, 会影响溶气罐的溶气效果;液位过低, 则会影响释放器的正常工作。因此, 需要研究溶气罐内空气压力与液位之间的关系, 以便更好地控制溶气系统的工作状态。
5 模型的建立
根据泵和释放器的工作曲线可知:
泵的流量qi与溶气罐内气压p的关系为,
释放器流量qo与溶气罐内气压p的关系为,
净流量为, Q=Qi-Qo (3)
由 (1) , (2) , (3) 得,
由于溶气罐中总体积不变, 罐内液体体积变化量dQ与空气体积变化量dV的关系可得
单供气阀门关闭时, 根据分析, 空气变化量为,
同时, 根据气体状态方程pV=nRT, 得微分方程:
由 (1) , (5) , (6) , (7) , (8) , (9) 得,
解微分方程得:
上式中的常数C可由溶气罐中的初始状态求得。
根据液位H与净流量的关系,
将 (12) 代入 (11) 得
式 (13) 则为溶气罐中空气压力p与液位H的数学模型。
6 结论与展望
根据溶气系统的工作原理和微积分的理论知识, 研究了溶气系统中空气压力与液位之间的数学关系。根据此数学模型, 可以更好地指导和帮助溶气系统的调试和运行。此模型结合泵的工作曲线, 并经过进一步的参数修正后, 可根据罐内监测的液位数据, 实时调整罐内气压, 实现自动控制, 使设备达到工作平衡点, 保持稳定的溶气率, 提高设备的工作效率。
课题组下一步的主要工作是设计合理的溶气研究实验装置, 并在限定的实验条件下, 根据实验数据对模型的相关参数进行确定和校正, 使控制模型更接近工况实际条件, 满足实际工程自控系统的要求。
摘要：指出了溶气系统是气浮设备的重要组成部分, 要保证溶气水中含气量的稳定性, 只有通过对气压p和流量Q进行自动控制, 使其达到设备的平衡工作点才能实现, 而建立科学的数学模型是关键。根据溶气罐的工作原理, 简化设定干扰较小的条件因素, 抓住主要影响因素, 考察了溶气系统中各变量之间的关系, 利用微分方程建立了初步的数学模型, 描述了溶气罐中空气压力与液位的数学关系, 为自控设备根据液位控制罐内气压, 保持设备运行稳定提供依据。
关键词：气浮,溶气罐,数学模型
参考文献
[1]赵海晶, 吴妍, 潘卫东.斜板溶气气浮选分离法提高油田污水水质[J].内江科技, 2010 (4) .
[2]许浩伟, 王谦, 李海军, 等.溶气气浮-超滤-反渗透深度处理油田污水及回用[J].水处理技术, 2011 (5) .
创业环境系统模型 第8篇
虚拟现实技术是在计算机图形学、多媒体技术、计算机仿真和传感器技术基础上发展起来的交叉技术,虚拟现实技术在许多行业均得到了广泛应用。虚拟现实技术在矿山中的应用主要涉及：矿山生产系统设计规划、矿山开采模拟、煤矿人员技术培训、煤矿设备的虚拟设计和制造、应用虚拟现实技术进行矿山事故调查和研究等。为满足煤矿信息化建设的需要，加快虚拟矿山井下环境技术在煤矿中应用的理论研究和软件开发，对于实现煤矿的科学化、现代化管理，保障煤矿安全高效生产，提高煤炭行业的科技发展水平，都具有非常重要的意义。目前，我国对虚拟矿山井下环境技术在矿山中的应用研究还处于虚拟矿山井下环境实施步骤和方法研究的初级阶段，还需要在理论上和实际应用过程中不断完善。对煤矿虚拟现实的研究无论从理论上还是实践应用上都与国外存在很大差距。对此本文就虚拟矿山井下环境系统进行了分析，并对虚拟矿山井下环境的模型构建技术进行了研究，以期促进虚拟现实技术在我国矿山中全面应用，可以通过建立虚拟巷道，实现井下漫游，使技术人员了解巷道的形态和分布情况，并可以进行空间分析，如最短路径分析、灾害险情分析和水淹分析等。为煤矿安全生产做出贡献。
2 虚拟矿山井下环境系统结构
虚拟矿山井下环境就是将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合，在统一时间与空间框架下，科学、合理地组织各类矿山信息，以充分利用现代空间分析、数据挖掘、知识发现、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、开采设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。在矿山设计、建设开采过程中，模拟三维矿井条件，进行三维模型构建和可视化可使专业人员对原始数据做出判断，确定矿体形态和进行储量计算。
虚拟矿山井下环境系统主要由虚拟矿山数据库、数据组织管理、交互与可视化处理、三维井下环境数学建模、计算机仿真、井下巷道结构建模、动力学特性分析、井下环境实体模型构建等模块组成。其中：数据管理模块为整个系统提供数据，三维井下环境数学模型构建模块采用三维的数据模型和数据结构表达地层、巷道和钻孔;井下环境实体模型采用一系列的虚拟矿山井下环境技术构建虚拟的矿井环境，使用户产生身临其境的感觉，并能与虚拟环境进行交互。虚拟矿山井下环境系统结构设计如图1所示。
3 井下环境模型及其数学模型构建方法
3.1 井下环境模型构建思路
井下环境模型构建是煤矿井下开采工程虚拟矿山井下环境技术的重要内容，主要构建虚拟现实仿真系统所需的各种模型,是煤矿井下开采虚拟矿山井下环境技术的基础。井下环境模型构建技术主要包括表示数学模型信息的数据结构及其算法。由于煤矿井下各个系统多为不规则体，模型形态各不相同，因此，需要构建大量复杂且不同类型的模型。又有动态模型和静态模型区别。煤矿井下的巷道一般为静态模型，而各种矿车等则为动态模型，需要有自己的行为特征及运动速度和轨迹。煤矿井下地形、巷道、岩体、矿体、设备、图像、属性等数据，包括井下巷道的地理位置、岩石的性质、设备的运行位置和状态、巷道截面形状和尺寸等是井下环境模型构建的重要依据。
3.2 井下环境数学模型构建方法
井下环境数学模型构建可以依据算法通过计算机编程来生成，也可应用相关的模型构建软件辅助制作虚拟场景所需的各种模型，还可通过三维扫描仪实现模型构建。对此，我们依据不同性质，采用了上述方法复合构建模型，比如，依据算法通过计算机编程实现巷道的模型构建，依据模型构建软件完成各种设备的模型构建，通过三维扫描仪实现岩体的模型构建等，取得了很好的效果。为下面实物建模打下了良好基础。
4 井下环境地形结构及实体模型构建方法
4.1 井下环境地形结构模型构建
井下地形结构模型构建需要利用有关数据作为边界约束条件，井下地形结构模型构建直接影响到整个井下环境模型建立的工程量的计算和质量。因此,作者在井下地形结构模型构建中充分地利用了数字地形模型，同时考虑了数字地形模型虚拟地表且由散点和地形线组成的特点，通过地表测量技术、数字化图形和仿真构造并采用融合搜索曲率算法以及地形起伏变化缓冲技术，再加上采用多边形不规则逼近实体的表面技术等构建了高精度的井下地形结构模型。
4.2 井下环境静态实体模型构建
任何一个实体均是由一系列在线和点按照实体的形状连成内外不透气的闭合框架，这些表示实体的框架在两维空间中，将会存在一定程度的交差和重迭。在三维空间范围内，任何一个三角面的边必须有相邻的三角面，任何两个三角面之间都不能有重叠或交叉，,任何一个三角面的所有顶点均在相应的点上，要不然，所构造的实体模型就不可使用。煤矿井下环境实体模型如矿井实体、巷道实体、井下运输斜巷实体和采掘工作面的实体等构建亦遵循这些规则。为了使井下环境更能逼真反映岩石特征。我们构建了井下环境岩石模型，首先对对不同岩石按照性质进行分层设计，在煤层和地层分界比较明显的岩层中，将不同勘探线线上同一岩层连接起来，将不同的岩层的边界作成一个封闭的框，建立岩石层状的分层模型,形成一个类似于矿体的分层实体模型，最终构造出井下环境三维实体模型。
5 井下环境运动实体模型构建
煤矿井下除了巷道、岩石等这些静态实体外，还要各种矿车、运输机等动态实体需要建模。由于动态实体的特殊性,所以对动态实体建模的要求要比对静态实体的要求高得多。它,不仅需要我们尽可能的逼真反映多边形组成的实物形状，还必须满足这些运动物体实时性的要求。我们在创建这些模型时，为使其动态特征需要的数据尽量压缩，因此就需要使用最少的多边形来建造这些运动的外观模型时，使用多灰度来增加其逼真性，应用图形优化工具对模型轮廓进行变换，通过背景图像变换衬托运动模型的动感，保证了运动模型的可视化和实时性要求。
6 结束语
将虚拟现实技术与煤矿开采相结合，应用井下环境模型及其数学模型构建方法、井下环境地形结构及实体模型构建方法和井下环境运动实体模型构建方法实现了煤矿井下虚拟环境系统的场景设计，为进一步实现整个井下环境漫游打下了良好基础。
参考文献
[1]郑彬彬,张俊文.现代化矿山-数字矿山的概念及其基本结构[J].煤炭技术,2007(7).
[2]左仁广.浅析数字矿山的几个核心技术[J].中国矿山工程,2005(2).
[3]刘子成.浅析数字矿山的特征及开发[J].世界有色金属,2012(1).
[4]吴立新,朱旺喜,张瑞新.数字矿山与我国矿山未来发展[J]科技导报,2004(7)
[5]任伟建,滕飞,周庆,等.基于虚拟现实技术的油田钻井系统仿真研究[J].科学技术与工程,2011(13).
创业环境系统模型
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
