航空概论论文(6篇)

航空概论论文篇1

分段式教学组织形式

航空概论是一门涉及空气动力学、航空机械、航空电子、空中交通管理等多领域多学科知识的综合性课程。韩愈《师说》有言，“术业有专攻”，如果采用单一教师授课的方式，由于每个人都有自己擅长的领域，一人很难专擅机械、电子等所有的相关知识，所以对课程中自己擅长的内容可以讲解得很详尽，而对于自己并不擅长的内容，授课过程必然流于泛泛，很难深入。为了解决这一问题，可以采用分段式的教学组织形式。所谓“分段式”教学模式是指在教学过程中，把教学内容分段后，安排擅长此内容的教师主讲。“分段式”教学不是对现有教学内容简单的分段、分人授课，而是对原有专业课教学大纲、教学内容又授课计划、教学方法、评价体系全新的调整和组合[2]。首先要对航空概论课程的知识结构进行分析，在明确其理论知识和技能知识的基础上确立该课程的主要学习领域，广泛调查研究校内外的教师资源，了解每个人的专擅领域和优势所在，然后组建课程教学团队，共同分析探讨航空概论课程的教学内容，将教学内容梳理归纳后分段，每一个团队人员的优势资源与分段后的教学内容相匹配，进而制定授课计划、编写教学方案、改革课程教学模式。

灵活多变的教学方法

教师在教学中一定要重视高职课堂教学的特殊性，综合采用项目导向、任务驱动、启发引导、案例分析、分组讨论、角色扮演等教学方法，激发学生兴趣，强化学生自主学习和知识迁移的能力，建立起与其未来职业生涯相适应的分析问题和解决问题的能力。例如，在讲解伯努利定理时，如果直接向学生灌输定理的内容和公式，由于过于抽象，学生很难理解和记忆。在这种情况下，可以采用启发法，不直接讲授定理的内容，而是设定一系列问题，环环相扣，一步步引导学生自己推导出定理的内容。具体过程如下：首先，让学生每人拿出两张纸，向中间吹气，观察两张纸相吸的现象。然后提出第一个问题：两张纸相吸的直接原因是因为纸中间的空气的哪个参数减小了？等待学生回答出答案“压强”之后，提出第二个问题：压强代表的是空气的哪种能量？等学生回答出“势能”之后提出第三个问题：压强减小的同时，由于你的吹气导致空气的哪个参数变大了？当学生回答出答案“速度”时，继续提问：速度代表着空气的哪种能量？学生自然会回答“动能”，此时做最后一次提问：速度增加的时候为什么压强会减小？引导学生思考势能与动能的关系，联想到能量守恒定律，继而得到伯努利定理的相关知识：①该定理是能量守恒在流体力学中的应用；②定义的是速度和压强的关系；③速度大的地方压强小，速度小的地方压强大。这样不仅能够提高学生兴趣，增强教学效果，同时也能提高学生自主学习、思考的能力。

航空概论论文篇2

WenXin，ZhangWenhao，QinYuqi

ShenyangUniversityofAeronauticsandAstronautics，Shenyang，110136，China

Abstract：DiscussedtheproblemofknowledgestructurewhichChinesecollegesanduniversitiesfacingproblemsatthepresentstage，combiningwiththeaerospaceandaerospacegeneraleducation.Bytheirownpersonalexperience，theauthorsummedupthecontent，meaningandpurposeoftheaerospaceandaerospacegeneraleducation.Basedontheanalysisofvariousproblemsrelatedtothe“Introductiontoaerospacetechnology”asaliberaltextbook，thisarticlegiventheteachingimprovementandreformproposalsaboutthetextbookofaerospaceandaerospace.

Keywords：quality-orientededucation；generaleducation；aeronauticsandastronautics

随着高校课程改革的不断深入，通识教育在高等教育中的地位和作用越来越受到重视。与此同时，由于科学技术和经济的飞速发展，航空航天技术开始走进人们的日常生活，并影响着人们的思维和观念。特别是近几年来我国航天事业取得了世界瞩目的辉煌成就，更加引起人们对航空航天技术的关注。为了适应时展的需要，目前国内很多知名高校先后成立航空航天专业，如清华大学、北京大学、浙江大学和西安交通大学等高校。与此同时，一些普通高校，如南京财经大学，也将航空与航天（也有的学校称为航空航天技术概论或航空航天技术博览）作为通识课。笔者结合自己的授课经历和体会，并参考欧美高校开设通识课的教学模式，探究航空与航天通识教育教学内容、目的和方法等。

1我国专业化教育模式的问题与通识教育

1.1现阶段我国高校人才培养模式面临的问题

我国现阶段的专业化教育模式是高等教育在特定时期（20世纪80年代）和特定社会背景（生产力亟待恢复）中的选择，这个选择尽管在当时有合理性，并对我国社会发展起到了积极作用，但却不适应今天社会发展的需要。

我国目前的高等教育过分强调专业划分，把学生的学习限制在一个狭窄的知识领域内，不利于学生全面发展。过去大学毕业生就业中的“专业对口”已经不再是一个最优目标了，高等教育的专业化做得越好，学生就越难适应变换了的工作，面临的情况可能就越糟糕。

社会和技术发展日新月异，旧的工作岗位不断消失，新的工作岗位不断出现，高校里专业调整的步伐，无法跟上社会职业更新的速度。应对工作岗位的变化，既要培养学生的专业能力，又要培养学生的“一般”能力。

1.2通识教育起源和目的

通识教育，国外称“GeneralEducation”，也称为“普通教育”“一般教育”“通才教育”等[1-4]。

通识教育源于19世纪[6-8]，当时大学的学术分科过于精细、知识被严重割裂，于是提出通识教育，目的是让学生对不同学科的知识有所了解，将不同领域的知识融会贯通。20世纪，通识教育成为欧美大学的必修科目。今天，欧美大学仍在不断完善其通识教育。如哈佛大学的通识教育有着悠久的历史，目前已经经历五次较大的通识教育改革[7-10]。

在我国，通识教育的思想源远古代。《易经》主张“君子多识前言往行”，《中庸》主张做学问应“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。古人认为博学多识就可达到出神入化，融会贯通。《论衡》认为“博览古今为通人”。所以，通识教育旨在培养“通才”，它的培养目的是提高人的整体素质，强调整合不同领域的专业知识，重视培养人的思维方法及敏锐的洞察力，同时也重视培养人的情志等。

2航空与航天通识教育的意义

航空与航天课程在我国一直是航空航天专业院校的公共必修课[1，2]，其目的首先是为学生未来从事航空航天及其相关领域工作培养兴趣，更主要的是为学生专业课学习奠定基础，它在很大程度上起到了专业导论的作用。

近年来，我国一些普通高校将航空与航天课程纳入通识教育，其教学目的包括如下几个方面。

2.1提高大学生的整体文化素质

大学教育的目的是培养全面发展的高素质人才，开展通识教育不仅能增加大学生专业课以外的知识，还可以拓宽学生的眼界。航空与航天课程，不仅可以帮助学生了解有关航空航天的基础知识，同时还能潜移默化地影响学生的世界观、人生观和价值观。

2.2提升大学生的民族自豪感

中国作为东方的文明古国，向往飞翔的梦想由来已久，嫦娥奔月的美丽传说，万户飞天的勇敢实践，表明了古老的中国人渴望飞向蓝天的美好愿望。通过航空与航天课程的学习，让学生了解中国航天事业的发展和取得的瞩目成绩，学习伟大的航天精神，增强学生的民族自信心。

2.3鼓励大学生在困难面前勇于攀登

学生通过航空与航天课程的学习，了解航天先驱身上所具有的优秀品质和坚忍不拔的毅力。在航天开拓者的眼里，“只有想不到的事情，没有做不到的事情”，通过这样的教育，激发学生努力奋进，敢于开拓创新。

2.4启发学生规划未来人生

航空与航天知识可以启发和拓展人们的思维，尤其是航天器的出现，极大地推进了人类对宇宙的探索，人们对宇宙了解得越多，就越能感受到重新思索自身存在的价值的意义。飞过天的宇航员大多存在一个共识：“地球在宇宙中是非常渺小的，生命仅仅是宇宙形成过程中的一个产物。”记得有位美国宇航员说过，“昨天的梦想是今天的现实，今天的梦想是明天的现实。”随着人类对宇宙的认识，很多人开始重新思索这些问题，人类存在的意义何在？人类怎样存在？

3航空与航天通识教育的教材问题与改革

3.1教材方面的问题

航空航天技术在非专业大学生眼里，是十分神圣的，因为宇宙的奥秘神秘莫测，很多大学生对航空与航天课程比较感兴趣。作为通识课，目前我国没有一本适合通识教育的教材，大多采用“代用”教材，如《航空航天技术概论》《航空航天技术》等，由此带来很多问题。

（1）专业性很强

翻开《航空航天技术概论》教科书，插图不少，可是大部分是平面图、结构图、流程图和设计图。对于非工科专业的大学生而言，内容过深，尤其是文科学生，没有工程概念，理解起来非常困难。

（2）内容单调乏味

细看“代用”教材的文字内容，大多是定义和概念，枯燥乏味，对非专业学生而言，即便把这些内容熟记于心，又有何意义？另外，由于书本的空间有限，介绍性的内容往往类似于纲要。

（3）课后练习或思考题没有价值

思考题是运用大脑思考后得出答案的题目，而目前的“代用”教材章节后的思考题，不适应时代的发展，以第一章课后思考题为例，“试述直升机的发展史，试述火箭、导弹发展史”，很多学生认为是“百度题”，学生只要灵活运用手中的工具，就可以“百度”到答案，这类题能算是思考题吗？

（4）条理性很强带来的问题

航空与航天是两个明显不同的概念和领域，尽管有联系，但对于非专业的学生而言，不能混为一谈。目前的大部分“代用”教材在内容安排上每章都是以飞行器设计为主线，航空器、航天器和导弹与火箭等内容相互交叉[1，2]。如不管是火箭发动机还是航空发动机，统统纳入同一章节，对于非专业学生，理解起来稍显费力。再如，《飞行器构造》这章内容中，既有航空器的构造，也有航天器的构造，根据整体教学效果分析，这种航空航天结构的相互交叉会导致概念的混淆。

另外，由于中国基础教育多年形成的以学科为主导的教育模式，加之应试教育的长期导向作用，使基础教育在单一学科教育上越来越深入，学科分化加剧，基础教育功利性越来越明显，而在人文、心灵和智慧等通识教育方面却越来越弱化。基础教育已经走向思想单一、思维狭窄、僵化，缺乏思辨性、创造性思维的模式，对中华民族的智慧培养是非常不利的。

综上所述，航空与航天作为通识教育课程，不是必修课的陪衬，更不是专业课的附庸，其重要性并不比专业课低。“君子性非异也，善假于物也”，学好航空与航天课程，掌握其相关知识，有助于学生在以后的生活与工作中更好地开阔思维。

3.2教材改革的建议

对于航空与航天课程，只有拓宽知识面，全面介绍不同学科研究对象的特点，才能更准确地反映这门课的内涵。为使学生具备开拓新领域的基础，课程内容应具有前瞻性，把本学科领域的最新学术成果、最新技术引入教学内容。在反映学科前沿的同时，拓宽学生的知识面。

航空航天技术涉及领域之广是其他学科无法比拟的。因此，如何保持课程的完整性也值得探讨。作为面向非航空航天专业学生的通识课，该课程内容应集知识性、趣味性于一体，需要教学内容丰富多彩，由风筝飞行延伸到飞机，由早期火箭延伸到各种导弹，由嫦娥奔月延伸到阿波罗飞船，由恐龙灭绝延伸到宇宙探索，让学生在感兴趣的实例中汲取航空、航天和航宇知识。国外有一本航天知识方面的书，名字起得非常好，叫“没有公式的航空航天技术”，值得我们借鉴。

以笔者在神舟飞船、卫星及空间防御领域的工作体会以及在北京、南京几所大学讲授航空与航天知识的教学经验来看，对于航空与航天的通识教育，其知识与内容应该注重“启蒙”，致力于开展大众化的教育，太过学术化反而会让人失去兴趣。教材应该具有趣味性，可以漫画的形式展开。现在已经有的《漫画线性代数》《漫画统计学》等一系列的趣味教科书，以漫画的形式将知识传授给学生，让学生在欣赏之余学习到很多知识，两全其美。航空与航天通识教育课程的教科书可以参照这种形式。

航空概论论文篇3

工程教育认证标准一般由八个指标构成，分别是学生、专业教育目标、学生成果、持续改进、课程体系、师资力量、教学设施、学校支持等。其中工程教育专业认证中的课程设置，为了能支持毕业要求的达成，课程体系设计有企业或行业专家参与。我国各高校在启动工程教育专业认证工作过程中，发现课程体系设置是否科学、合理、会规直接影响到毕业生的工程实践能力与创新能力，进而影响专业培养目标、毕业要求的可达性。因此各高校针对工程教育专业认证标准和要求，提出了各个专业课程体系改革的思路、做法和经验。西北工业大学的张清江等通过调研我国工程教育与专业认证发展历程，对我国航空航天专业与其他已获得资格专业进行对比分析。并结合国际航空航天质量体系认证中的要求，从航空航天工程教育专业认证的必要性、专业特点、航空航天工程教育现状等角度出发进行研究。结合现代中国工程教育存在的普遍问题，提出针对航空航天类专业认证的新方式、新方法，并对航空航天工程教育专业认证需要注意的特性进行讨论。辽宁石油化工大学马会强等依据工程教育专业认证标准，以辽宁石油化工大学环境工程专业为例，通过明确培养目标，解析培养要求，从课程设置、实践环节、毕业设计等方面进行了课程体系改革探索。广东石油化工学院任红卫等分析了我国工程教育的现状，并探讨了在工程教育专业背景下电气专业的教学改革方法，从而提高学生的工程实践能力。浙江工业大学姜理英等人基于对工程教育专业论证的国际比较，结合环境工程教育专业认证的必要性，从培养计划的调整、课程体系的优化、实践教学的强化和师资队伍的提升四个方面，综合系统地提出了对环境工程专业教学内容进行全面优化和提升的路径。张秋根等人根据环境工程专业规范和认证标准要求，以南昌航空大学环境工程专业为例，对其核心课程体系设置和教学内容两方面进行了优化与规范的探讨。为了重视国际认证的引领作用，加强专业办学品牌建设，突出南京航空航天大学能动专业的航空航天办学特色，紧跟国内能动专业人才需要，提升其人才培养质量与专业竞争力，从而拓宽自身生存发展空间，因此需要开展基于工程教育专业认证的能动专业课程体系改革。

2基于工程教育专业认证标准下南航能动专业课程体系优化

通过对国内外本科院校工程教育专业认证的分析与研究，利用对中国近几年的专业认证与评估成果的调查与研究，对其进行梳理，依据工程教育专业认证中课程设置要求，依据南京航空航天大学能源与动力学院能动专业建设相关内容与特色，以培养具有航空航天特色的工程教育专业人才为目标，对南京航空航天大学能动专业课程体系进行优化。以培养要求为基准，着手对课程体系进行优化，并对本科培养大纲进行相应的修订，从而实现培养目标。确定能源与动力专业学生在校期间应修总学分数不能少于180学分。

2.1数学与自然科学类课程

能源与动力专业数学与自然科学类课程是指该专业学生必须掌握的基础课程，主要包括高等数学（11学分）、大学物理（6.5学分）、大学英语模块（10学分）、C++语言程序设计（3学分）等方面共六门课程，总共30.5个学分。因此能源与动力专业数学与自然科学类课程占总学分的比例约为17％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求。

2.2工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程

工程基础类课程和专业基础类课程主要体现数学和自然科学在该专业应用能力培养，而专业类课程主要体现系统设计和实现能力的培养。其中工程基础类课程主要包括电子电工技术（5学分）、理论力学（3学分）、材料力学（3学分）、工程图学（4.5学分）以及机械设计基础（3学分）等课程，总共为18.5个学分；专业基础类课程主要包括工程流体力学（3学分）、工程热力学（3学分）、传热学（3学分）和化学反应动力学基础（2学分）等课程，总共为11个学分。因此工程基础类课程和专业基础类课程必须要修满至少29.5个学分。对于专业类课程，由于能源与动力专业具体有两个培养方向:方向一为热能动力方向，主要陪养就业方向为航空发动机、地面燃气轮机等相关单位；方向二为能源利用方向，主要培养的就业方向为电厂、新能源以及制冷等相关单位。因此其专业类课程既有相同的专业课程，也有自身特色的课程。其中燃烧原理（2.5学分）、燃气轮机原理与构造（3学分）、热能综合利用（2学分）、热交换器原理与设计（2.5学分）以及热工测量原理与方法（2学分）等，总共12个学分，这些课程为能源与动力专业两个培养方向都必须学习的专业类课程。另外每个培养方向又有其特定的专业类课程必须选修，其中热能动力方向专业类课程包括叶轮机原理（2.5学分）、燃气轮机控制原理及应用（2学分）、燃烧技术与分析（2学分）、内燃机原理与构造（2学分）、工程传质与应用（2学分）等共9门课程；能源利用方向专业类课程包括泵与风机（2学分）、供热工程（2学分）、锅炉原理（2学分）、制冷原理与技术（2学分）、可再生能源利用技术（2学分）以及热力发电技术概论（2学分）等共10门课程。无论学生学习哪个方向，共同学习的专业类课程与特定选修的专业课程之和必须要修满至少28个学分。因此,工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程必须要修满的学分数为：29.5＋28＝57.5学分，因此该类课程学分占总学分的比例约为32％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的30%的要求。

2.3工程实践与毕业设计

能源与动力专业设计完善的实践教学体系，主要包括以下几个方面：(1)军事训练，培养学生的吃苦耐力与过硬的身体素质；(2)各种课程的课程设计，如:机械设计基础课程设计、电工与电子技术课程设计、C++语言课程设计等，主要培养学生对各门基础课、专业基础课的实际应用能力；(3)工程训练，主要包括机械加工方面的车、磨、铣、刨、铸造以及焊接等金工实习，锻炼学生的动手能力；(4)下厂实习，大三暑假期间，在指导老师带领下去中航工业集团下属的企业或电厂进行为期一个月的下厂实习，锻炼学生把理论知识应用于工程实际中的能力；(5)毕业设计，指导老师开设的毕业设计题目一般都来源于实际工程问题，学生在老师的指导下，在大四下半年开展为期半年的本科毕业实际，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。能源与动力专业要求学生在实践能力与毕业设计方面修读的总学分不低于42.5，占总学分的23.6％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的20%的要求。

2.4人文社会科学类通识教育课程

能源与动力专业在人文社会科学类通适教育课程方面主要包括以下几个模块：(1)通适基础教育平台，主要包括形式政策教育、思想道德修养与法律基础、安全教育、大学生心理健康教育等课程，共19.5个学分；(2)国防军事模块，包括航空航天概论、军事高技术概论等，至少修满1.5个学分；(3)文化素质模块，主要包括文化历史、艺术鉴赏、科技基础、哲学社会等课程，至少要修满6个学分；(4)创新创业类模块，主要包括大学生职业生涯发展与规划、创业基础以及经济管理等课程，共5.5个学分。人文社会科学类通识教育课程总共需修满32.5个学分，占总学分的18％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求，使学生在从事工程设计时能够考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。

2.5航空航天特色类课程的设置

为了突出南京航空航天大学能源与动力专业的航空航天特色，在开设的课程中，如国防军事模块、专业类课程以及工程实践与毕业设计中，课程教学内容包含浓郁的航空航天特色，由于指导老师所从事的科研项目都是来自于国防工业集团，具有丰富的研究经验，因此在专业基础课和专业课的讲课过程中，所列举的实例都是以航空航天为背景的工程问题，特别是毕业设计和下厂实习，因此在能源与动力专业课程优化过程中，充分突出了南京航空航天大学的航空航天特色。

2.6注重科技创新能力培养

学生创新素质的培养直观重要的是培养学生的创新意识，因此积极创造条件让学生能够在大学期间积极的参与科技创新活动。主要包括：(1)鼓励学生积极参加各种科技类竞赛，如:流体力学大赛、节能减排大赛、开设卓越班等，并且科技竞赛获得奖励的同学在保研方面给予政策上的倾斜；(2)安排学生参与教师的科学研究工作，让学生在参与科研过程中更好的掌握好该专业的理论知识，加强学生的动手能力，拓展学生的科研视野。

2.7学习进程

大学生本科期间的各门课程是相互衔接的，因此需要考虑课程之间的匹配与衔接，如图1所示。学习进程主要分成了三部分:一是基础课程，包括高等数学、大学物理、计算机等;二是学科基础，包括结构和流体力学、热学和电学方面的课程;三是专业课程，主要包括了热能动力和能源综合利用两个方向的相关课程。整个课程体系分为三条线:第一是流体和热学相关的课程，如流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学等；第二是结构力学方面，包括理论力学、材料力学等;第三是计算机语言方面的课程。因此在安排各门课程的学期上需要考虑上述课程衔接问题，从而最终制定出合理的能源与动力工程专业教学计划表。

3结论

航空概论论文篇4

关键词：民航产业航空管制认识思考

中图分类号：F562文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)02(c)-0000-00

航空管制是世界上各个国家对自有领空进行管理的一种手段，一般都有明确的立法和规定。我国民用航空对领空的使用范围有明确规定，超过民用航空范围的空域由我国国防部队――中国人民空军单位进行管理。

1我国民航业发展

我国民航业发端于中国人民空军，1980年以前实行完全军事化管理。随着我国经济社会的不断发展，逐步开始了民航业的改革，大致可分4个阶段。1949年-1978年，实行军事化管理，民用航空运输发展受政治、经济影响较大；1978年-1987年，逐步放松市场进入时期，进入企业化管理时期，拉开了地方航空企业的序幕；1987年-2002年，民航业开始实行市场化经营机制时期；2002年以来，我国民航业体制改革取得重大突破。按照《民航体制改革方案》，民航总局作为国务院主管全国民航事务的直属机构，主要承担民用航空的安全管理，市场管理、空中交通管理、宏观调控及对外关系等方面的职能。

2航空管制的概念

有关航空管制的的概念，由于各国在发展过程的习惯和军民航的飞行特点各不相同，存在以下几个不同的名称:航空管制、飞行管制、空中交通管理、空中交通管制等。

航空管制(AirContrl)亦称飞行管制。有关部门根据国家颁布的飞行规则，对空中飞行的航空器实施的监督控制和强制性管理的统称。主要目的是维持飞行秩序，防止航空器互撞和航空器与地面障碍物相撞。

空中交通管理(airtrafficmanagement；ATM)是指为行使国家领空、保障管制空域的飞行安全和提高飞行效率而建立起来的业务。包括有效地维护和促进空中交通安全，维护空中交通秩序，保障空中交通畅通等。

中国的航空管制工作开始于国民政府时期。航空管制概念是我国军航的一个相对专用的概念，空中交通管理是我国民航及世界范围内的一个通用概念。

一般理解的航空管制是上面说的狭义航空管制，实际上，一切的航空行为、包括航空附属的地面设施、资源的管理、使用调度都是在依照航空管制的内容进行，航空管制可以说是所有民航行为的基本原则，是个广义的规则。

在今天，航空器的发展已经超越了大气层到达了外层空间，航空管制的概念比空中交通管理更为全面。不仅如此，就对空中交通实施强制性的监督、管理和控制而言，航空管制的内涵及实质与空中交通管理的内涵及实质并没有本质上的不同。同时，在我国，无论是军航实施航空管制，还是民航进行空中交通管理，均必须在国务院、中央军事委员会空中交通管制委员会的领导下，由中国人民空军统一组织实施。因此，本文所涉及到的航空管制(飞行管制)概念，就中国民航而言，即空中交通管理。

3我国民航放松管制政策

以20世纪70年代末美国对民航业的放松管制改革为标志，至今世界各国对航空管制总体出现了政策放松的趋势。借鉴国际经验与发展趋势，改革开放以来，我国也逐步放松了对民航业的管制。但是从当前大部分国家航空管制情况来看，放松后再度出现的高集中等反复情况的不确定性来讲，民航业的管制最终是否会被竞争替代还不得而知。所以，全球各国对民航业的管制政策，还需要总结和确定，并在理论和实践层面加以不断改进。

4全球化背景下未来中国航空管制政策的发展方向

在全球化的发展己经成为不可逆转的历史潮流的今天，我们必须清醒地认识到全球化的正负两面性特征。中国建国以来几十来的历史已经证明，闭关自守是行不通的，只有坚持改革开放，将自身的建设融入到全球化发展的进程，结合本国国情，走中国特色发展道路。

民用航空管制工作亦是如此。一是要从政策层面进行确定和谋划，在全球化发展的背景下制定中国航空管制战略的出发点和着落点；二是要建立平战结合，军民联合的统一体制，坚持做到统一的航空管制法规建设、统一的管制工作程序和标准、统一的航空管制信息交换和统一的人员培训体制，充分考虑了民航和国防的需要，相互促进，整体提高；三是坚持“空天一体”的中国航空发展战略，把基于陆、海、空、天基系统，进行数据的信息栅格处理和加工，对航空航天器飞行活动实施一体化控制与管理；四是着眼优化空域资源配置，逐步开放低空领域，促进民航业的深入发展。

5结语

全球化浪潮已深入人心。我国作为发展中国家，面对全球化既是机遇，也是挑战。在航空管制方面，一是要积极参与全球规则的制定，实施积极、务实与灵活航空管制战略和策略；二是要从战略高度上，不断完善航空管制政策，促进民用航空业的快速稳健发展和国土防空的绝对安全。

参考文献

[1]潘卫军.空中交通管理基础（M〕.成都:西南交通大学出版社.2005:2.

[2]孟平.中国通用航空50年M.北京:中国民航出版社2004:16.

[3]傅有云.新

航空概论论文篇5

关键词：理工科大学；文化素质教育；校本模式

我国理工科大学文化素质教育已经走过了十多年的实践历程，其核心则是通过文化知识的传授与具体实践活动以及环境氛围的熏陶，对学生进行价值导引、精神提升和人格塑造。不同类型、不同层次的理工科大学，文化素质教育模式可以也应该是多种多样的，任何成熟的和成功的文化素质教育模式都是校本的、特色化和个性化的案例。理工科大学在谋划文化素质教育思路时，固然应注重吸收、借鉴综合性大学或其他理工科大学开展文化素质教育的成功经验，但更应全面分析学校资源优势，围绕自身特色做文章，充分挖掘本校特有的文化素质教育资源，以我为主，实施校本战略，建构特色化的文化素质教育模式。这才是理工科大学加强文化素质教育，提升自身文化品位，培养人文精神与科学素质兼备的新型人才的有效之举。

多年来，南京航空航天大学紧紧围绕“建立具有国防科技特色的高水平研究型大学”的目标，通过建立具有鲜明航空航天特色的文化素质教育课程体系，开展以培养科学精神为核心的科技文化实践活动，营造以献身国防为主题的具有国防特色的校园文化，逐步形成了行之有效的文化素质教育校本模式。

一、依托航空航天学科的优质资源，建立综合性的文化素质教育课程体系

课程是学校教育教学活动的重要载体，文化素质教育课程体系建设是高校开展文化素质教育的基础性工作。它通过有系统、有计划、有步骤的课堂教学和专题讲座，向学生传授文化素质教育内容所要求的基本理论、系统知识和思想方法，着重对学生人文化育和科学精神熏陶。这一过程既是知识传承的过程，又包括在知识和情感的作用下学生对文化知识的内化过程。针对社会对大学生文化素质要求的多样性，南京航空航天大学依托航空航天学科的优质教学资源，将科学素养教育与人文精神培养相结合，建立了涵盖众多知识领域、课程教学与专题讲座相结合、航空航天特色鲜明的综合性的文化素质教育课程体系。

第一，1998年，学校召开了素质教育专题研讨会，会上确定了以“两课”为核心，以指定选修课和公共选修课为主体的文化素质教育课程体系方案。从98级起，在理工类专业的教学计划中设置了文学艺术、文化历史、哲学政治、经济管理等四大类校定选修课，每名学生均需选修8个学分的课程，其中既有科学与艺术结合的“物理与艺术”课程，也有“中国书法”和“中国文化概论”等文化课程；建构了以政治理论课、思想品德课、中华文化课等为主的由25门课组成的“两课”课程体系。为强化“两课”教学，学校成立了思想政治理论课教育教学领导小组，组建了思想政治理论课教学部，建立了思想政治理论课教育教学工作例会制度，鼓励教师采用生动活泼的教学形式调动学生的学习积极性，学生政治理论水平得到明显提高。经过几年的努力，“邓小平理论和‘三个代表’重要思想概论”课程荣获“江苏省优秀课程”称号。

第二，为反映现代科技发展和人类文明进步的新成就，学校设置了校公共选修课，规定学生必须修读相应学分的课程。学校鼓励广大教师结合学校优势学科，开设专业涉及面广，以拓宽学生知识面、培养科学素质为主要目标的通识课程供学生选修，产生了诸如“自然科学与艺术”、“工程力学概论”、“航空航天概论”、“力学认知实验”、“物理演示实验”、“航空发动机的现状”等一批深受学生欢迎的具有航空航天特色的优秀课程。

第三，学校通过设置“长空讲坛”名家讲座，每年投入20万元邀请航空专家及社会知名人士进行专题讲座，为学生树立学习榜样，培养事业精神。2002―2005年，学校举办先后邀请航天英雄杨利伟、聂海胜、费俊龙，美国航天员查尔斯・杜克、查尔斯・博尔登和梅・杰米森，国防科技精英刘大响院士、屠基达院士，神舟五号副总指挥秦文波，著名军事专家金一南教授，文化素质教育专家杨叔子院士等名家作专题讲座400多场，参加学生达10万余人次。榜样的力量拓宽了学生的视野，激发了他们勇于进取、航空报国、为国建功立业的热情。

二、以科技文化活动为主要载体，建立多样化的文化素质教育实践平台

实践是人类的根本存在方式，它可以改造人的世界观，形成新的思想观念。实践教育对培养学生的综合素质有理论教学无法替代的重要作用，单一的课堂教学不可能实现促进学生全面发展的目标。研究表明，素质的内容是与具体的活动相对应，也是在相应的活动中表现的，与某种活动相对应的特定内容的素质主要是在相应的活动中发展的。事实上，积极开展文化素质教育实践活动，将文化素质教育贯穿于实践活动之中，也是我国高校开展文化素质教育的成功经验。重视实践教育一直是南京航空航天大学的育人传统，现代化的实践教育条件和成熟的实践教育经验也为学校开展形式多样的文化素质教育实践奠定了良好的基础。学校以科技文化活动为主要载体，通过建立多样化的教育实践平台，大大提高了文化素质教育的质量。

第一，学校定期举办“长空杯”大学生科技节等课外科技活动，激发学生的创新潜能，着力培养科学素养，促进科学精神与人文精神的融合。科技节的内容涵盖了“挑战杯”校内选拔赛、研究生学术会议、科技创新成果展、国防知识竞赛、“飞豹杯”航空航天知识竞赛、概念飞机设计大赛、机器人设计大赛、电子制作竞赛、程序设计大赛、网页设计大赛、数学建模竞赛、CIS大赛、科普知识竞赛、汽车文化周、学术科技周、创业者论坛等竞赛和活动。结合各类科技创新活动的开展，学校形成了创新讲座、创新实践训练与创新竞赛相结合的大学生科技创新活动格局。近五年来，约有20％的在校大学生参与了各类科技活动。大学生踊跃参与科技活动已经成为学校的一种重要的文化现象，科技文化成为校园文化的重要组成部分。

第二，学校积极创造条件，建立各种形式的以大学生自我教育、自我管理为特征的科技中心或实验中心，培养学生得综合素质。1999年，依托学校物理实验中心、计算中心和电工电子实验中心的资源优势，成立了大学生科技活动中心。中心有固定的场地、必要的仪器设备、专门的指导老师，以培养大学生的实践能力和创新精神、陶冶科学情操、增强校园科技文化氛围为宗旨，采取学生自主管理为主、校区实验管理部指导为辅的运行模式。大学生科技中心相继成立了软件、航模、电工电子、网

络、无线电、机械人等多个工作室，各个部门都开展了各种各样的科技活动。在大学生科技中心各项工作的带动下，学校形成了良好的课外科技创新氛围，科技中心走出了许多优秀的学生，涌现了很多杰出的科技作品。2001年以来，利用开放实验室的实验条件，学校相继建立了大学生创新实验室、嵌入式系统研究室、大学生飞机设计创新实验室等一批大学生课外科技实践基地。同时，学校还投入大量实践教学经费，创办了校实验电视台、外语实验电台、广播站、新闻社，配备了经验丰富的指导教师，吸引了一批品学兼优的学生从事丰富多彩的课外实践活动。目前，它们不仅是学校大学生课外自主开展科技文化活动的重要基地，还是培养学生人文素质、团队合作精神、组织管理能力和良好科学品格的重要途径。

第三，学校特别重视社会实践活动在大学生文化素质培养中的作用，通过建立稳定的课外社会实践基地实现大学生社会实践活动的常态化，社会实践的成果显著。本着“受教育、长才干、作贡献”实践目的，围绕“文化、科技、卫生”等内容，学校开展了一系列特色鲜明的暑期社会实践活动。目前，已经建立省级暑期社会实践基地3个，校级、院系级暑期社会实践基地近两百个，每年组织万余人参加社会实践。学校已连续14年被评为“全国大学生社会实践活动先进单位”。广大学生在暑期社会实践活动中，切切实实地用自己的知识和技术，服务人民，回报社会，锻炼自我，取得了良好的社会效益。

三、以献身国防为主题，营造具有浓郁国防特色的校园文化

大学校园文化是教师、学生和管理者共同传承和创造的精神成果的总和，它是以文化形态参与的非强制性教育手段，其特点是通过营造一种教育的环境，影响教育的效果，以不知不觉的、潜移默化的情感陶冶、思想感化、行为养成的方式，达到教育的目的，具有重要的育人功能。因此，高度重视大学校园文化建设，努力营造具有时代特征和学校特色的校园文化，是高等院校开展文化素质教育的一项重要任务。南京航空航天大学半个多世纪的发展史，是一部“负重奋进，航空报国”的奋斗史，“航空报国，科技强军”一直是学校办学传统的重要内涵，国防文化也一直是学校校园文化建设的着力点。学校始终培养学生的社会责任感与献身国防事业的爱国精神作为校园文化建设的中心工作，采取了一系列的具体措施，营造了具有浓郁国防特色的校园文化。

第一，定期举办国防教育专题活动，弘扬航空报国与科学奉献的爱国主义精神。南京航空航天大学本身就是应新中国对航空技术人才的迫切需要而建立起来的，航空报国与科学奉献精神是激励广大师生在异常艰苦的条件下，为国防现代化建设培养出了一批批高素质人才、创造了一个个航空技术奇迹的精神动力。这种精神成为学校的办学传统之一，对学生起到了潜移默化的影响和教育作用。学校把每年6月15日确定为“国防宣誓日”，11月确定为“国防教育月”，开展一系列的“投身国防，青春无悔”国防教育活动。学校近几年组织了300余场的国防文化系列讲座，邀请航天英雄杨利伟、原司令员向守志、著名军事专家金一南、张召忠等来校作讲座，与广大学生面对面。内容从专业学习到理想教育，从人生历程到爱国教育，从科学普及到人文精神，激励了一批又一批莘莘学子，取得了很好的效果。学校在校区主干道两旁专门设立了近三百米的文化长廊，展示国防现代化建设方面的主题鲜明、内涵深刻的文化内容；在将军路校区风景秀丽的砚湖边，设立院士、名师林，精心筹划了院士林植树活动，通过航空航天专家和国防科技精英的植树留念系列活动，让广大学生感受到学者大师的风采，激发了学生努力学习、献身科学的热情，丰富了学校的人文氛围，受到了学生的欢迎。同时，组织访问国防战线的杰出校友，以他们的成长历程不断激励、引导学生自觉为国防事业而努力奋斗。

第二，紧密结合行业特色和行业优势，与国防单位建立良好的协作关系，共同营造国防文化。学校依托行业优势，争取国防单位的支持，在航天、航空及国防工业所属企事业单位建立了包括酒泉卫星发射中心，西北空军基地、西安卫星测控中心、江阴卫星测控基地等在内的50多家考察实习基地，每年由硕博士生和本科生联合组队，分批到这些基地考察调研，大力开展大学生社会实践活动；同时，学校与南空某师开展国防文化共建活动，组织学生到国防文化教育基地实地参观，使学生身处其中受到潜移默化的熏陶；学校每年邀请50多家国防企业的负责人来校举行就业宣讲会，把优秀的国防企业文化融入到校园文化中来；每年举行多场国防系统用人单位的专场招聘会，通过国防单位资料的发放、用人单位海报介绍，学生与用人单位的面对面交流，使学生直接感受到国防事业的快速发展，接受国防文化的熏陶。

航空概论论文篇6

[关键词]隐马尔可夫模型；影响因素；预测

[中图分类号]F064.1

[文献标识码]A

[文章编号]1006-5024(2007)07-0142-03

[作者简介]张冬青，南京航空航天大学经济与管理学院博士生，研究方向为经济信号分析、交通预测；

宁宣熙，南京航空航天大学经济与管理学院教授，博士生导师，研究方向为系统工程、管理科学与工程；

刘雪妮，南京航空航天大学经济与管理学院博士生，研究方向为区域经济。(江苏南京210016)

隐马尔可夫模型(HMM)最早于1957年被提出，在20世纪80年代被成功应用于声学信号建模。目前HMM主要应用在工程领域，如图像处理、语音人工合成、地震勘探、生物信号处理等，并取得了具有科学意义和应用价值的重要成果。近年来，也有文献把HMM应用于金融市场的波动性分析。

一、HMM的基本理论

隐马尔可夫模型(HMM)是一个双内嵌式随机过程，即HMM是由两个随机过程组成，一个是隐含的状态转移序列，它对应一个单纯的Markov过程；另一个是与隐状态有关的观测序列。这两个随机过程，其中一个随机过程(状态转移序列)是不可观测的，只能通过另一个随机过程的输出观测序列进行推断，所以称之为隐马尔可夫模型，其基本要素包括：

1.隐状态数集合。常用离散集合S来表示不同的隐状态，S={S1，S2，…，SN}，其中N为状态数。用qt=Si表示HMM在时刻t处于隐状态Si，隐状态序列为Q={q1，q2，…，qt}。尽管状态是不能直接看到，但在实际应用中隐状态还是具有一定的含义。

2.状态转移的概率分布A。状态转移的概率分布可表示为A={aij}，其中aij=P{qt+1=Sj|qt=Si}，1≤i，j≤N，且满足aij≥0，∑aij=1，表示时刻t从状态St转移到时刻t+1状态Sj的转移概率。

3.状态Si条件下输出的观测变量概率分布B。假设观测变量的样本空间为V，在状态Si时输出观测变量的概率分布可表示为：B={bi(v)，1≤i≤N，v∈V}，其中bi(v)=f{Qt=v|qt=Si}，Qt为时刻t的观测随机变量，可以是一个数值或向量，观测序列记为O={O1，O2，Λ，Ot}。值得注意的是，此处观测变量的样本空间和概率分布可以为离散型，也可为连续型。

4.系统初始状态概率分布π。系统初始状态概率分布可表示为π={πi，1≤i≤N}，其中πi=P{q1=Si}。

综上可知，要描述一个完整的HMM，需要模型参数{S，A，B，π}。为了简化，常用下面的形式来表示，即λ={A，B，π}。此外，对于一个标准HMM模型，需要解决模型训练、隐状态估计和似然计算三个基本问题。

二、基于观测序列为向量的HMM预测方法

1.基于观测序列为向量HMM预测方法的基本原理

假设在时刻t，将要研究的变量时间序列和其影响因素的观测值组成向量Ot=(Ot1，Ot2，Λ，Otk)T，其中Ot1是所要研究的序列在时刻t的观测值，Ot2，Λ，Otk分别是该序列Ot1的k-1个相关影响因素在时刻t的观测值，基于观测向量序列的HMM预测方法的目的是通过HMM相关理论对观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}进行研究和参数估计，然后对分向量序列{Ot1}进行预测。

2.基于观测序列为向量的HMM预测算法

考虑观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}，其中Ot={Ot1，Ot2，Λ，Otk}T。假设该序列可由模型参数为λ={A，B，π}的HMM进行建模，其中A为状态转移的概率分布；B为与隐状态关联的观测变量概率分布；π为初始状态概率分布；隐状态集合和隐状态序列分别为S={S1，S2，Λ，SN}和Q={q1，q2，Λ，qt}。要求根据观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}进行HMM建模，并预测t+h时刻值Ột+h，然后取出分量的值Ột+h，1，其中h为预测步数。

首先根据观测序列O={O1，O2，Λ，Ot}，通过EM算法，得到HMM模型参数为λ={A，B，π}；然后根据参数λ={A，B，π}，采用Viterbi算法，估计最佳隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}；最后进行预测。不妨设t时刻的隐状态为qt=Si，由于隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}服从单步转移概率矩阵为A的Markov过程，显然由t时刻转移到t+h时刻的转移矩阵为Ah=。所以，t时刻的状态为qt=Si转移到t+h时刻qt+h=Sj的概率为Ah(i，j)，即为矩阵Ah的第i行j列元素。又因为当时间序列处于某状态Si时，观测矢量服从概率分布bi(v)，所以h步预测值可取为Ột+h=∑Ah(i，j)E[bj(v)]，其中E[bj(v)]为对概率分布bj(v)取期望值。总结可得如下的基于HMM的时间序列预测算法。

算法1：基于HMM的时间序列预测，已知O={O1，O2，…，Ot}，进行步预测Ột+h；

Step1：初始化HMM模型参数λ0；

Step2：针对观测数据O={O1，O2，…，Ot}，采用EM算法，进行HMM模型训练，得到λ={A，B，π}；

Step3：针对观测数据O={O1，O2，…，Ot}和模型参数λ={A，B，π}，采用Viterbi算法，进行最佳隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}的估计。

Step4：由Ột+h=∑Ah(i，j)E[bj(v)]计算h步预测值，其中假设t时刻的隐状态为qt=Si。

三、实验研究

众所周知，在各种经济因素中，GDP和航空旅客运输量相关性最强。所以，本实验选取GDP作为影响航空旅客运输量的因素。本文选取中国航空旅客运输量季度数据和同期全国GDP季度数据，样本区间为1995年第1季度-2004年第4季度，各有40个数据。中国航空旅客运输量季度数据来源于《从统计看民航》，由于中国航空旅客运输量数据是月数据，本文的季度数据是把每个季度相应的3个月数据相加而得。1995第1季度-2001年第4季度的中国季度GDP数据取自国家统计局国民经济核算司编制的《中国季度国内生产总值核算历史资料》，2002第1季度-2004年第4季度的资料来源于中国国家统计局网，全部GDP数据都是与年度数据衔接后的调整数据。由于中国GDP核算采用累计方式，即1季度、1-2季度累计、1-3季度累计、1-4季度累计数据。因此，本文通过本季度累计量减去上季度累计量得到当季的GDP数据。

本文分别用HMM对航空旅客运输量单一序列进行预测和用HMM对向量序列(由航空旅客运输量和GDP组成)进行统计建模，然后再对分量序列――航空旅客运输量序列进行预测。

1.数据的预处理

本文先对中国航空旅客运输量数据{Xt1}和GDP数据{Xt2}(即原始数据)进行预处理。由于原始数据都具有明显的增长趋势性和周期性，本文对原始数据进行如下处理，即对原始序列

式中，Xt是原始观测序列，Ot是经过差分算子(1-?荦)(1-?荦4)作用后的新序列，本文用HMM对序列{Ot}进行研究。用HMM方法研究航空旅客运输量单一序列时，此时原始观测序列Xt=Xt1，{Ot}表示航空旅客运输量数据{Xt1}经过处理后的单一时间序列{Ot1}，即Ot=Ot1；用HMM方法对向量序列进行建模研究并预测旅客运输量时，此时原始观测序列Xt=(Xt1Xt2)T，{Ot}则是由航空旅客运输量和GDP(经过处理后的数据)组成二维向量的新序列，即Ot=(Ot1Ot2)T，其中，Ot1是中国航空旅客运输量在时刻t的(预处理后)观测值，Ot2是全国GDP在t时刻的(预处理后)观测值。

2.隐状态的选取及观测变量的概率分布

隐状态的最佳数量选取可参照文献[7]。本实验通过选取不同状态数进行试验，结果表明：两种情况下隐状态数为2时，预测效果最佳。另外，本文采用连续HMM，用HMM方法研究航空旅客运输量单一序列时，假设在隐状态条件下输出的观测变量符合单高斯模型分布，

3.实证结果分析

此处选取，即h=4步预测。分别用1995年-2003年的中国航空旅客运输量与GDP的季度数据来对2004年4个季度的航空旅客运输量进行预测。此处选取h=4，即超前4步预测。用1995年-2003年的中国航空旅客运输量与GDP的季度数据来对2004年4个季度的航空旅客运输量进行预测，按照第3节的预测算法即可分别得到没有考虑GDP影响和考虑GDP影响的基于HMM中国航空旅客运输量在2004年4个季度的预测结果(见表1)，并得出后一种情况的两个隐状态下中国航空旅客运输量和全国GDP的相关系数分别为0.3252和0.7204，由此可以看出：

(1)通过对已知观测数据进行基于隐马尔可夫模型统计建模，使得预测数据具有与已知数据相似的统计特性，体现出良好的季节周期性(见图1)，基于HMM和二维向量HMM的4步预测，都准确地预测出2004年4个季度客流量走势，即预测到2004年客流量有1个峰(第3季度)和1个谷(第1季度)，从而证明HMM模型适合经济领域的时间序列预测。

(2)基于观测序列为向量的HMM预测结果可知两个隐状态下中国航空旅客运输量和GDP的相关系数分别为0.3252和0.7204，表明这两个变量之间存在正相关的关系，这是和实际相吻合。至于其中一个状态下的二者相关系数仅为0.3252(相关性较低)，原因可能有两个：一是在此隐状态下二者的相关系数本身就低，如GDP呈现低速增长或负增长的时候。二是可能是由于本实验数据较少(只有40个)，估计的模型参数有偏差而致。

(3)考虑GDP影响的基于二维观测向量HMM的旅客运输量预测值和仅考虑旅客运输量的HMM预测值相比较(见表1)，可看出：①基于HMM的单一旅客运输量序列的最大预测误差为5.88%，而考虑GDP影响的基于二维观测向量HMM的最大预测误差为5.60%；②基于HMM的单一旅客运输量预测的平均相对误差为3.34%，而考虑GDP影响的基于二维向量HMM得到旅客运输量预测值的平均相对误差为3.25%。经过上面比较分析可看出，考虑GDP影响的基于HMM的旅客运输量预测结果要优于不考虑GDP影响的基于HMM的单一旅客运输量序列的预测结果。

四、结论

本文提出一种新的预测方法――基于观测序列为向量的HMM预测方法，该方法既考虑了所要研究的时间序列本身结构，也考虑其他相关影响因素，克服了现有预测方法只能描述预测对象的某个侧面特征的缺点。本文首先介绍了HMM的基本理论，然后重点分析了基于HMM的时间序列预测问题，最后用中国航空旅客运输量和全国GDP数据进行了实证研究，结果表明：考虑影响因素GDP的预测结果要优于没有考虑影响因素GDP的预测结果。

参考文献：

[1]李宝仁.经济预测理论、方法及应用[M].北京：经济管理出版社，2005.

[2]潘红宇.时间序列分析[M].北京：对外经济贸易大学出版社，2006.

[3]StevenC.Wheelwricht，SpyrosMakridakis.ForecastingMethodsforManagement(5thEdition)[M].AWiley-Inter-sciencePublication，JOHNWILEY&SONS.Inc.1989，37-53.

[4]BatesJM，GrangeCWbinationofforecasts[J].OperationsResearchQuarterly，1969，20(4)：451-468.

[5]RabinerLR.ATutorialonHiddenMarkovModelsandSelectedApplicationsinSpeechRecognition.ProceedingsoftheIEEE，vol.77，No.2：257-286(Feb.1989).

[6]AlessandroRossi，GiampieroM.Gallo.Volatilityesti-mationviahiddenMarkovmodels[J].JournalofEmpiricalFi-nance，Vol.13，Issue2(2006)：203-230.

[7]MangeasA.S.，M，，SrivastavaA.N..Nonlineargatedexpertsfortimeseries：Discoveringregimesandavoidingoverfitting.InInternationalJournalofNeuralSystems，vol.6，pages373-399，1995.

[摘要]定量预测方法分为因果预测法和时间序列预测法。因果预测法利用预测变量与其他变量之间的因果关系进行预测，时间序列预测法的原理是根据预测变量历史数据的结构推断其未来值。由于时间序列只能描述变量自身序列的结构，但不能描述其他特征，而因果预测法虽能描述某个变量与其他变量之间的因果关系，但缺少描述这一变量自身时间序列结构的功能。因此，笔者提出了一种新的预测方法――基于观测序列为向量的隐马尔可夫模型(HMM)，该方法能同时考虑变量自身序列结构以及变量与其他变量之间的因果关系。本文首先介绍了隐马尔可夫基本理论；其次在模型训练、隐状态序列估计的基础上，提出基于HMM预测算法；最后进行了实证研究，其结果也表明该方法的有效性。

[关键词]隐马尔可夫模型；影响因素；预测

[中图分类号]F064.1

[文献标识码]A

[文章编号]1006-5024(2007)07-0142-03

[作者简介]张冬青，南京航空航天大学经济与管理学院博士生，研究方向为经济信号分析、交通预测；

宁宣熙，南京航空航天大学经济与管理学院教授，博士生导师，研究方向为系统工程、管理科学与工程；

刘雪妮，南京航空航天大学经济与管理学院博士生，研究方向为区域经济。(江苏南京210016)

隐马尔可夫模型(HMM)最早于1957年被提出，在20世纪80年代被成功应用于声学信号建模。目前HMM主要应用在工程领域，如图像处理、语音人工合成、地震勘探、生物信号处理等，并取得了具有科学意义和应用价值的重要成果。近年来，也有文献把HMM应用于金融市场的波动性分析。

一、HMM的基本理论

隐马尔可夫模型(HMM)是一个双内嵌式随机过程，即HMM是由两个随机过程组成，一个是隐含的状态转移序列，它对应一个单纯的Markov过程；另一个是与隐状态有关的观测序列。这两个随机过程，其中一个随机过程(状态转移序列)是不可观测的，只能通过另一个随机过程的输出观测序列进行推断，所以称之为隐马尔可夫模型，其基本要素包括：

1.隐状态数集合。常用离散集合S来表示不同的隐状态，S={S1，S2，…，SN}，其中N为状态数。用qt=Si表示HMM在时刻t处于隐状态Si，隐状态序列为Q={q1，q2，…，qt}。尽管状态是不能直接看到，但在实际应用中隐状态还是具有一定的含义。

2.状态转移的概率分布A。状态转移的概率分布可表示为A={aij}，其中aij=P{qt+1=Sj|qt=Si}，1≤i，j≤N，且满足aij≥0，∑aij=1，表示时刻t从状态St转移到时刻t+1状态Sj的转移概率。

3.状态Si条件下输出的观测变量概率分布B。假设观测变量的样本空间为V，在状态Si时输出观测变量的概率分布可表示为：B={bi(v)，1≤i≤N，v∈V}，其中bi(v)=f{Qt=v|qt=Si}，Qt为时刻t的观测随机变量，可以是一个数值或向量，观测序列记为O={O1，O2，Λ，Ot}。值得注意的是，此处观测变量的样本空间和概率分布可以为离散型，也可为连续型。

4.系统初始状态概率分布π。系统初始状态概率分布可表示为π={πi，1≤i≤N}，其中πi=P{q1=Si}。

综上可知，要描述一个完整的HMM，需要模型参数{S，A，B，π}。为了简化，常用下面的形式来表示，即λ={A，B，π}。此外，对于一个标准HMM模型，需要解决模型训练、隐状态估计和似然计算三个基本问题。

二、基于观测序列为向量的HMM预测方法

1.基于观测序列为向量HMM预测方法的基本原理

假设在时刻t，将要研究的变量时间序列和其影响因素的观测值组成向量Ot=(Ot1，Ot2，Λ，Otk)T，其中Ot1是所要研究的序列在时刻t的观测值，Ot2，Λ，Otk分别是该序列Ot1的k-1个相关影响因素在时刻t的观测值，基于观测向量序列的HMM预测方法的目的是通过HMM相关理论对观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}进行研究和参数估计，然后对分向量序列{Ot1}进行预测。

2.基于观测序列为向量的HMM预测算法

考虑观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}，其中Ot={Ot1，Ot2，Λ，Otk}T。假设该序列可由模型参数为λ={A，B，π}的HMM进行建模，其中A为状态转移的概率分布；B为与隐状态关联的观测变量概率分布；π为初始状态概率分布；隐状态集合和隐状态序列分别为S={S1，S2，Λ，SN}和Q={q1，q2，Λ，qt}。要求根据观测向量序列O={O1，O2，Λ，Ot}进行HMM建模，并预测t+h时刻值Ột+h，然后取出分量的值Ột+h，1，其中h为预测步数。

首先根据观测序列O={O1，O2，Λ，Ot}，通过EM算法，得到HMM模型参数为λ={A，B，π}；然后根据参数λ={A，B，π}，采用Viterbi算法，估计最佳隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}；最后进行预测。不妨设t时刻的隐状态为qt=Si，由于隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}服从单步转移概率矩阵为A的Markov过程，显然由t时刻转移到t+h时刻的转移矩阵为Ah=。所以，t时刻的状态为qt=Si转移到t+h时刻qt+h=Sj的概率为Ah(i，j)，即为矩阵Ah的第i行j列元素。又因为当时间序列处于某状态Si时，观测矢量服从概率分布bi(v)，所以h步预测值可取为Ột+h=∑Ah(i，j)E[bj(v)]，其中E[bj(v)]为对概率分布bj(v)取期望值。总结可得如下的基于HMM的时间序列预测算法。

算法1：基于HMM的时间序列预测，已知O={O1，O2，…，Ot}，进行步预测Ột+h；

Step1：初始化HMM模型参数λ0；

Step2：针对观测数据O={O1，O2，…，Ot}，采用EM算法，进行HMM模型训练，得到λ={A，B，π}；

Step3：针对观测数据O={O1，O2，…，Ot}和模型参数λ={A，B，π}，采用Viterbi算法，进行最佳隐状态序列Q={q1，q2，…，qt}的估计。

Step4：由Ột+h=∑Ah(i，j)E[bj(v)]计算h步预测值，其中假设t时刻的隐状态为qt=Si。

三、实验研究

众所周知，在各种经济因素中，GDP和航空旅客运输量相关性最强。所以，本实验选取GDP作为影响航空旅客运输量的因素。本文选取中国航空旅客运输量季度数据和同期全国GDP季度数据，样本区间为1995年第1季度-2004年第4季度，各有40个数据。中国航空旅客运输量季度数据来源于《从统计看民航》，由于中国航空旅客运输量数据是月数据，本文的季度数据是把每个季度相应的3个月数据相加而得。1995第1季度-2001年第4季度的中国季度GDP数据取自国家统计局国民经济核算司编制的《中国季度国内生产总值核算历史资料》，2002第1季度-2004年第4季度的资料来源于中国国家统计局网，全部GDP数据都是与年度数据衔接后的调整数据。由于中国GDP核算采用累计方式，即1季度、1-2季度累计、1-3季度累计、1-4季度累计数据。因此，本文通过本季度累计量减去上季度累计量得到当季的GDP数据。

本文分别用HMM对航空旅客运输量单一序列进行预测和用HMM对向量序列(由航空旅客运输量和GDP组成)进行统计建模，然后再对分量序列――航空旅客运输量序列进行预测。

1.数据的预处理

本文先对中国航空旅客运输量数据{Xt1}和GDP数据{Xt2}(即原始数据)进行预处理。由于原始数据都具有明显的增长趋势性和周期性，本文对原始数据进行如下处理，即对原始序列

式中，Xt是原始观测序列，Ot是经过差分算子(1-?荦)(1-?荦4)作用后的新序列，本文用HMM对序列{Ot}进行研究。用HMM方法研究航空旅客运输量单一序列时，此时原始观测序列Xt=Xt1，{Ot}表示航空旅客运输量数据{Xt1}经过处理后的单一时间序列{Ot1}，即Ot=Ot1；用HMM方法对向量序列进行建模研究并预测旅客运输量时，此时原始观测序列Xt=(Xt1Xt2)T，{Ot}则是由航空旅客运输量和GDP(经过处理后的数据)组成二维向量的新序列，即Ot=(Ot1Ot2)T，其中，Ot1是中国航空旅客运输量在时刻t的(预处理后)观测值，Ot2是全国GDP在t时刻的(预处理后)观测值。

2.隐状态的选取及观测变量的概率分布

隐状态的最佳数量选取可参照文献[7]。本实验通过选取不同状态数进行试验，结果表明：两种情况下隐状态数为2时，预测效果最佳。另外，本文采用连续HMM，用HMM方法研究航空旅客运输量单一序列时，假设在隐状态条件下输出的观测变量符合单高斯模型分布，

3.实证结果分析

此处选取，即h=4步预测。分别用1995年-2003年的中国航空旅客运输量与GDP的季度数据来对2004年4个季度的航空旅客运输量进行预测。此处选取h=4，即超前4步预测。用1995年-2003年的中国航空旅客运输量与GDP的季度数据来对2004年4个季度的航空旅客运输量进行预测，按照第3节的预测算法即可分别得到没有考虑GDP影响和考虑GDP影响的基于HMM中国航空旅客运输量在2004年4个季度的预测结果(见表1)，并得出后一种情况的两个隐状态下中国航空旅客运输量和全国GDP的相关系数分别为0.3252和0.7204，由此可以看出：

(1)通过对已知观测数据进行基于隐马尔可夫模型统计建模，使得预测数据具有与已知数据相似的统计特性，体现出良好的季节周期性(见图1)，基于HMM和二维向量HMM的4步预测，都准确地预测出2004年4个季度客流量走势，即预测到2004年客流量有1个峰(第3季度)和1个谷(第1季度)，从而证明HMM模型适合经济领域的时间序列预测。

(2)基于观测序列为向量的HMM预测结果可知两个隐状态下中国航空旅客运输量和GDP的相关系数分别为0.3252和0.7204，表明这两个变量之间存在正相关的关系，这是和实际相吻合。至于其中一个状态下的二者相关系数仅为0.3252(相关性较低)，原因可能有两个：一是在此隐状态下二者的相关系数本身就低，如GDP呈现低速增长或负增长的时候。二是可能是由于本实验数据较少(只有40个)，估计的模型参数有偏差而致。

(3)考虑GDP影响的基于二维观测向量HMM的旅客运输量预测值和仅考虑旅客运输量的HMM预测值相比较(见表1)，可看出：①基于HMM的单一旅客运输量序列的最大预测误差为5.88%，而考虑GDP影响的基于二维观测向量HMM的最大预测误差为5.60%；②基于HMM的单一旅客运输量预测的平均相对误差为3.34%，而考虑GDP影响的基于二维向量HMM得到旅客运输量预测值的平均相对误差为3.25%。经过上面比较分析可看出，考虑GDP影响的基于HMM的旅客运输量预测结果要优于不考虑GDP影响的基于HMM的单一旅客运输量序列的预测结果。

四、结论

本文提出一种新的预测方法――基于观测序列为向量的HMM预测方法，该方法既考虑了所要研究的时间序列本身结构，也考虑其他相关影响因素，克服了现有预测方法只能描述预测对象的某个侧面特征的缺点。本文首先介绍了HMM的基本理论，然后重点分析了基于HMM的时间序列预测问题，最后用中国航空旅客运输量和全国GDP数据进行了实证研究，结果表明：考虑影响因素GDP的预测结果要优于没有考虑影响因素GDP的预测结果。

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