背景值重构（精选三篇）
背景值重构 篇1
混沌时间序列预测已经在信号处理、通信、自动控制、经济质量管理等领域中得到了广泛应用。但由于受到测量工具等外部环境的影响,实测数据往往含有噪声,掩盖了混沌信号真实的动力学行为[1],重构的相图也不能展现系统完整的状态。因此在预测前,有必要进行有效的降噪,利用原始混沌信号吸引子的局部流形重构出真实的混沌信号,既可以揭示混沌系统的本质特征,又可以提高后期预测的效度和精度。
由于混沌信号在时频域上的“伪随机”性和宽频性,传统的频谱滤波不再适用于混沌系统的降噪。目前,常用的混沌时间序列降噪方法主要是基于Takens嵌入定理和相空间重构思想,包括简单局部平均、局部投影、基于奇异谱和主分量分析法、小波分解[2]以及经验模态分解,各种方法在实践中都存在一定的局限性。主分量分析法虽然在有效阶次的选取方面存在一定的人为因素,但是可以在数据损失最小的情况下很好的提取信号的最大特征,并理清各主分量的意义,计算量小,实际应用性较强。
奇异值分解(Singular Value Decomposition,简称SVD)作为一种主分量分析方法在水印、图像处理、人脸识别、故障信号等方面的降噪效果较好,近年来该方法也运用到混沌时间序列降噪处理中[3]。SVD分解通过对矩阵的旋转、拉伸和再旋转的形式,在数据损失最少的情况下,以低维矩阵最大程度的表示高维矩阵以实现降噪。已有文献表明在混沌时间序列的降噪处理中,SVD既可以作为一种降噪方法,也可以对降噪模型进行优化。滕丽娜、佟德纯等(2001)[4]对加噪声Lorenz系统的重构相空间矩阵进行SVD分解,发现该方法能够有效提高信噪比。钱征文、程礼等(2011)[5]通过仿真实验证实了奇异值分解对白噪声和有色噪声降噪效果较好。此外,雷达、钟诗胜(2013)[6]使用SVD和EMD结合的方法也有效地提取了航空发动机健康信号。
现有文献在使用SVD降噪时多采用全局分解的方法对数据处理,但是全局降噪也有缺陷。尤其是在混沌时间序列的处理中,它不像简单静态的图像处理,而是蕴含实际意义的动态相关联的复杂数据集,对数据一概而论的简单全局处理可能会忽略影响局部数据发生巨大变动的重要影响因素。鉴于全局SVD分解对细节描述粗糙的不足,文献[7,8]提出了在人脸的不同区域进行局部SVD分解,结果显示局部比全局能更有效地进行人脸识别。那么在混沌时间序列的降噪处理时,局部SVD降噪是否仍能表现出像在人脸识别中对细节捕捉的敏感性呢?是否能够显示出数据在某个时点上的突变以及其背后现实状况的涌现呢?现有文献并未给出明确的指导。
在上述研究的基础上,本文提出的基于相空间重构和奇异值分解的局部降噪方法是将受到噪声干扰的混沌时间序列数据重构到高维相空间中,通过对重构相空间中的相点及其邻近点组成的矩阵进行局部奇异值分解,使包含真实数据特征的矩阵分解到一系列奇异值和奇异值矢量对应的子空间中,通过对奇异值数量的选择提取信号的最主要信息,并以新的奇异值对应的矩阵替代原矩阵,再逐次向后完成全部相点的迭代过程,最终达到降噪的一种非线性局部降噪方法。最后将该方法应用到经典Lorenz系统和实测混沌时间序列的降噪处理中,仿真结果验证了本文方法的有效性,并且局部SVD降噪在混沌时间序列的处理时显示出比较突出的效果。
2 重构相空间矩阵的局部SVD降噪模型
2.1 理论模型
根据Takens嵌入定理,只要选定合适的嵌入维数(m≥2d+1,d为系统动力学维数)和时间延迟,就能在高维相空间里重构出与原始混沌系统拓扑意义上等价的动力系统,且两个相空间中的混沌吸引子微分同胚[2]。令实际数据信号为:
其中,ωt是噪声信号,xt是系统的真实信号。对时间序列(s1,s2,…,sn)进行相空间重构,嵌入维数m,时间延迟τ,得到重构后的整个相空间的相轨迹矩阵:
对相空间中的某个相点及其邻近点组成的相轨迹矩阵Cm×n做局部奇异值分解:
其中,U为m×m维正交酉矩阵,V为n×n维正交酉矩阵,为m×n维且与相轨迹矩阵C酉相似的对角形矩阵,∑=diag{d1,d2,…,dmin(m×n)},且d1≥d2≥…≥d min(m×n)≥0,di为矩阵Cm×n的第i个奇异值。
保留对角形矩阵∑的前K个(0<k<min(m×n))有效奇异值,将与信号主流形偏离的特征值设置为0,由筛选后的奇异值可以得到对应的对角形矩阵,再进行上述SVD分解的逆过程得到降噪后的相轨迹矩阵,并以此来替代Cm×n,逐步迭代直到所有相点都完成该过程,再通过反重构可以得到降噪后的时间序列,滤掉的奇异值所对应的时间序列值视为噪声。
由于奇异值是按序排列的,前面的奇异值代表信号的最主要特征方向,对应的特征向量代表矩阵的主要特征,而SVD降噪是保留带有最大信号信息的前K个特征值,相当于用提取了最主要特征的低维矩阵近似替代高维矩阵,所以可以说SVD分解也是一种主成分分析方法。
2.2 局部SVD降噪步骤
在以上理论模型基础上,本文的局部SVD降噪过程如下:
Step1:以原始数据作为时间序列数据,进行相空间重构,得到重构矩阵,并设定需要降噪的最小邻域半径;
Step2:在相轨迹矩阵中,找到每个相点邻域半径内的邻近点及个数;
Step3:对相空间中第一个相点及其邻近点组成的相轨迹矩阵进行SVD分解降噪,并用降噪后的相轨迹矩阵更新原时间序列中的对应矩阵;
Step4:对更新过的时间序列相轨迹矩阵逐步迭代以完成对后面相点进行Step2和Step3,直到所有相点完成降噪过程。
2.3 降噪效果评价
在降噪过程完成后,本文也从两个方面对降噪的效果进行评价:
(1)为了质性分析该降噪模型对混沌时间序列数据的降噪效果以及降噪后时间序列数据的混沌特性,可以对降噪前后数据的相图进行对比,如果吸引子的结构随着降噪过程越来越清晰,那么可以说该降噪过程不仅很好地保留了系统影响因素,也有效地滤除了随机影响因素,降噪后的数据可以较为完整地表现系统的真实动力学行为。
(2)为进一步量化分析降噪的效果,可以通过计算信噪比SNR和均方误差MSE来评价降噪效果的好坏[5]。一般来说,使SNR最大且MSE最小的状态是降噪效果最好的状态[8]:
其中,si为实际时间序列数据的第i个数据点,xi为真实时间序列数据的第i个数据点。SNR值越大,表示保留的有用信号的比值越大,滤掉的噪声信号越少。MSE值越小,表示噪声信号的比值较小。
3 仿真实例
为了验证本文模型方法的有效性和实用性,将该模型方法分别应用于经典Lorenz混沌系统和实测日产品合格率实际观测混沌时间序列数据的降噪研究,分析SVD降噪的有效性,并对全局和局部的效果进行比较,分述如下。
3.1 Lorenz系统全局和局部SVD降噪
首先以加高斯白噪声的Lorenz混沌系统作为研究对象,分别做全局和局部SVD分解降噪,分析该模型的有效性并对比两种方法降噪的效果。
=10,b=8/3,c=28时,系统处于混沌状态,初始值设置为x=12,y=2,z=9,取迭代30秒后的前1000个点,并加入高斯白噪声,作加噪信号的相图如图1左。使用本文方法对该加噪信号进行全局和局部SVD分解降噪,将奇异值小于均值的设置为0,半径选为使SNR最大且MSE最小时的半径,得到降噪前后的信号如图1所示。
从图1可以看出,无论是全局还是局部,SVD分解降噪都可以有效的减少噪声,展现原始混沌系统相对清晰的吸引子几何结构,还原信号的真实动力学轨迹,降噪效果较好。并且由图1可知,两种降噪效果比较接近。为了具体分析局部SVD分解的效果,计算两种方法降噪后的SNR和MSE的值得表1:
由表1可知,局部SVD分解的SNR值13.9846大于全局SVD分解的SNR值13.9382,并且MSE值7.9773e-029也小于全局的MSE值8.1792e-029。这说明局部SVD分解在Lorenz系统的仿真中效果相对较好,稍微优于全局分解的效果。这可能是因为对Lorenz系统加入的高斯白噪声信号对应的特征值较小,与原始信号差异较大,因此对加噪信号进行全局SVD分解便已经可以很好的提取原始混沌信号了。
3.2 日产品合格率时间序列局部SVD降噪
本文也对实测数据进行仿真实例验证。选取HZ公司从2006年12月28日到2009年7月20的每日产品的生产数量与不合格数量,得到588个日产品合格率数据,文献[9]显示该组数据具有混沌特性,将其作为原始数据。在对HZ公司的日产品合格率时间序列数据进行降噪处理时,首先对该时间序列进行相空间重构,根据本课题组前期研究,该时间序列的嵌入维数m选为7,时间延迟r选为1[9,10]。
(1)有效阶次的确定
奇异值分解的过程中,有效阶次选取的不同会对结果产生重大的影响。保留的奇异值数量过多时,虽然保留了足够多的系统真实信息,但可能仍带有大量的噪声,降噪效果不佳。保留的奇异值数量过少,则可能在过滤掉大量噪声的同时将部分系统真实信号也过滤掉了。因此有必要对有效阶次进行界定。
钱征文等(2011)[5]针对奇异值分解降噪中有效阶次的选择问题提出了基于信号频率成分的降噪方法,通过降噪信号的信噪比和均方误差确定重构矩阵结构,结果显示该方法对白噪声和有色噪声降噪效果较好。本文根据最大化信噪比SNR和最小化均方误差MSE的原理来确定奇异值的有效阶次问题,取保留的奇异值个数n在1～6(n为0表示全为噪声,n等于嵌入维数7时并没有实现降噪),得到SNR和MSE随奇异值个数n的变化而变化如图2所示。对重构的相空间矩阵进行局部SVD降噪,由图2可知,选择保留6个奇异值,将后面的奇异值设置为0时,此时效果较好。
(2)邻域半径的确定
时间序列降噪的邻域半径的选取也是衡量降噪效果的重要指标。半径选取过小时,相空间中某个相点的邻近点数会较少,甚至可能出现大量的孤立点。如果某个相点及其邻近点的总数小于需要保留的奇异值数量,则对该相轨迹矩阵进行SVD分解时将保留所有的奇异值,即此时对该相点及其邻近点的奇异值分解不能起到降噪的效果,对后面相点的迭代过程可能会对这些点达到一定的降噪效果,但是当大量相点的邻近点数都小于需要保留的奇异值数量时,SVD降噪效果将大打折扣,甚至可能失效。当半径选取过大时,在过滤掉噪声信号的同时可能将部分系统真实的信号也过滤掉了。
本文提出的SVD局部降噪方法是对相空间中某个相点及其邻近点的矩阵提取最大特征值后替换该邻域内的相点实现的,和传统的对某个相点邻域内的点取平均值来替代该点的简单非线性局部平均降噪法的邻域选取方法类似。本课题前期研究显示,在进行简单非线性降噪时该数据会出现孤立点的情况,因此作平均邻近点数和孤立点数随邻域半径选取的变化而变化如图3:
如图3左所示,平均邻近点数曲线的转折点r=0.04即为局部降噪的最佳邻域半径,此时平均邻近点数为20。但此时由于孤立点数较多(见图3右),简单非线性降噪过程会对235个数据不起作用[11,12]。仿真结果显示一次SVD降噪效果也不好,甚至在极值点处(数据较分散、邻近点数较少)该方法失效,见图4。因此有必要先进行孤立点的去除。
(3)孤立点去除的局部SVD分解降噪
此处用局部SVD分解的方法进行孤立点的去除,参照文献[12]中的简单非线性降噪方法。经计算,该时间序列数据重构相空间的各相点间的最大距离为dmax=0.9469。如图3右所示,当半径r=0.3时,恰无孤立点,因此孤立点去除的初始半径设为0.3,需要进行孤立点去除局部SVD降噪的邻近点数范围设定在2-25范围内,多次迭代时使半径以0.01的步长逐渐减小,共迭代27次。得到孤立点去除局部SVD分解降噪后的日产品合格率p的变化如图5,同时合格率p的相图变化如图6。
由图5可知:相对于一次SVD局部降噪,独立点去除多次迭代局部SVD分解降噪对数据相对分散的时间序列值降噪效果较好。这是因为在数据相对分散的区域中,邻近点数较少,孤立点去除局部SVD分解方法是以还未出现孤立点的邻域半径为初始邻域半径,用降噪后的数据不断更新时间序列值,从第一个相点开始进行迭代直到最后一个相点,再通过不断减小邻域半径进行多次局部降噪,减少了孤立点,使数据相对比较平滑,因此对数据相对分散的部分该降噪方法的效果更佳。虽然实测数据无法得到真实的混沌系统动力学轨迹,但由图6可知,由于噪声的干扰,原始数据的相图表现为杂乱无章的伪随机性质,降噪处理后的相图更加清晰,混沌系统吸引子的轨迹更加明显、有规律,说明了降噪后混沌序列的系统性因素得到了增强。与Lorenz系统仿真结果类似,该模型方法既滤掉了噪声信号,又很好的保留了原始系统的真实动力学特
为了对比全局和局部SVD分解降噪的效果,计算两种方法一次降噪后的SNR和MSE的值得表2。
由表2可知:在最佳邻域半径r=0.04时,局部SVD分解的SNR值50.0298远远大于全局SVD分解的SNR值31.8381,并且MSE值1.1729e-029和全局的MSE值1.0389e-029都较小接近于0。虽然此时局部SVD分解降噪会对少数几个极值点失效,但结果显示局部的效果明显优于全局的效果,这得益于局部分解对细节描述的细腻。当恰好没有孤立点的存在时(r=0.3),SNR值为34.7276也大于全局的SNR值,MSE的值相对更小,即局部降噪的效果也是优于全局降噪的效果,只因整个相空间的半径R=dmax/2=0.4734,因此r=0.3时局部降噪效果相对接近全局降噪的效果。
4 讨论
本文研究结果显示:SVD分解可以有效地减少信号中的噪声,还原信号的真实动力学轨迹;局部降噪的效果优于全局降噪的效果。这和现有文献的结论基本一致。
不同点在于:经典Lorenz混沌系统仿真结果显示,局部和全局的降噪效果比较接近;而在实测混沌时间序列的仿真中,发现局部SVD分解的效果明显优于全局SVD分解的效果。一方面,可能因为混沌系统下时间序列数据短期内的相关性和长期的不确定性,所以对动力学轨迹的每个小区域近似其动力学特征进行局部降噪,可以相对较好的还原系统的真实特性。另一方面,可能由于该实测数据在几个时间点上出现了极值点,实际生产运营中可能表现为某些重要因素如生产管理不善、整个宏观经济形势不佳等,造成了产品合格率的急剧下降,而局部SVD分解能够更好的发现并处理极值点问题,避免了全局分解对整个时间序列数据一概而论忽略重要影响因素的弊端,降噪效果和实践意义较好。因此,在对实测混沌时间序列数据进行SVD降噪时,可优先考虑局部SVD降噪;若在降噪过程中一次局部SVD在极值点失效了,需在此基础上通过不断减小邻域半径进行多次迭代局部SVD以减小孤立点的影响。
事实上,2008年金融危机使得HZ公司的内外经营环境发生了巨大变化,企业生产运营本来存在的问题进一步放大,致使企业在之后的不久就面临倒闭。这恰恰就是局部SVD降噪发挥优势的地方,当极值点较多或部分数据分散性较大时,一次局部SVD分解降噪在极值点处(邻近点数较少,甚至为孤立点)有可能会失效,这可能预示着在这些时间点上企业生产运营中隐含的问题。
需要指出的是,本文也存在一些不足之处:虽然根据最大化SNR和最小化MSE可以进行有效阶次的选择,但是在孤立点去除多次局部分解降噪的过程中并不能做到动态的选择,这可能会对结果有一点影响;另外,对混沌时间序列降噪效果的评价中,SNR和MSE能说明降噪的程度,相图分析可以对降噪后数据的混沌特征进行描述,若需定量的分析降噪前后时间序列的混沌特性还要通过混沌参数如Lyapunov指数、关联维数等来分析。
5 结论
本文采用相空间重构和SVD分解的方法对混沌时间序列数据进行降噪,并对Lorenz系统和实测日产品合格率混沌时间序列数据进行仿真实验,结果表明:SVD分解降噪效果较好,并且在实测数据处理时,局部SVD分解对数据处理更加细腻,降噪效果明显优于全局;同时,一次局部降噪可能会在极值点处失效,这能够辨识出时间序列在某个时点上的跳跃性,这些跳跃点可能在实际生产运营中蕴含着影响产品合格率的重要因素。孤立点去除多次迭代局部SVD降噪解决了一次局部SVD的失效问题,能够清晰地显示掩藏在噪声内部的混沌吸引子结构,很好的还原原始混沌系统真实的动力学特性,为进一步预测和混沌参数求取奠定一定的基础。
参考文献
[1]Kostelich E J.Schreiber T.Noise reduction in chaotic time-series data:A survey of common methods[J].Physical Review E(S1063-651X):1993,48(3):1752-1763.
[2]韩敏.混沌时间序列预测理论与方法[M].北京:中国水利水电出版社,2007.
[3]Baglio S,Fortuna L.A singular value decomposition approach to detect chaotic dynamics[J].1993,2:982~986.
[4]滕丽娜等.非线性时间序列的迭代SVD降噪法[J].振动工程学报,2001,14:123~125.
[5]钱征等.利用奇异值分解的信号降噪方法[J].振动、测试与诊断.2011.31(4):459~463.
[6]雷达.钟诗胜.基于奇异值分解和经验模态分解的航空发动机健康信号降噪[J].吉林大学学报.2013,43(3):764~770.
[7]杜干.朱雯君.基于局部奇异值分解和模糊决策的人脸识别方法[J].中国图像图形学报.2006.11(10):1456~1459.
[8]王虹.朱双燕.基于整体与局部奇异值分解的人脸识别方法[J].计算机工程与应用,2007,43(22):235~237.
[9]龚祝平.基于时间序列分析的制造质量水平变化的混沌特性[J].系统工程,2012,30(1):38~42.
[10]龚祝平.制造质量信息系统重构相空间延迟时间计算方法的对比[J].系统工程,2011,29(3):81~85.
[11]龚祝平.简单非线性多次降噪过程中的异常状态[J].系统工程学报.2014.29(2):145~152.
背景值重构 篇2
这是一个充满变革的时代。自20世纪90年代以来，由以计算机存储技术和网络通信技术为代表的新兴媒介的勃兴引发的数字化浪潮，强势地冲刷着社会文明的每一个角落，传统出版业赖以生存和发展的社会土壤、文化环境和传播手段也随之发生了重大变化，原有出版模式受到严重冲击。古籍出版业虽说有其行业特殊性，但也未能幸免于外。如何应对数字化浪潮带来的挑战，是每一个古籍出版人必须面对的现实问题。
一、传统古籍出版模式受到的挑战
毋庸讳言，传统的古籍出版模式是内向收敛的：就出版者而言，主要以全国数十家专业古籍出版社为主体；就读者对象而言，主要面向文史专业研究者和爱好者；就发行渠道而言，主要依赖于订货会集中订货、征订单发货和书店营销网络。受专业性强、受众面小、生产和销售周期较长等先天性因素的制约，古籍出版在竞争激烈的图书市场原本就处于相对弱势的地位。在数字出版的冲击下，其承受的竞争压力进一步加大。
第一，专业古籍出版社不仅要面对综合性出版社、大学出版社和其他行业出版社对古籍出版市场的“蚕食”，还要应对一大批以数字出版技术为核心竞争力的技术提供商的大举“入侵”（见表1）。
表1 国内数字技术提供商及古籍数字化产品要览（截至2009年3月）
数字技术提供商
古籍数字化产品
备注
北京国学时代文化传播有限公司
国学宝典（收录古籍4000余种，字数逾10亿）、《篆刻备览》、《小说备览》（收录中国古典小说100种）、《古代小说典》（收录中国古典小说1000种）、《飞鸿堂印谱》（收录印数3500方）、《中国历代笔记》（收录笔记1150种，1.5亿字）、《宋会要辑稿》、《中国古代戏剧专辑》（收录古代戏剧310种）。
系统采用Unicode大字符集，另配有图像字；提供标题、全文、分类、专书检索，还可以多条件组合检索，检索结果可以复制、打印或保存。附加了联机古汉语字典等多种工具。
北京书同文数字技术有限公司
《文渊阁四库全书》、《四部丛刊》、《历代石刻史料汇编》、《十通》、《康熙词典》、《大清五部会典》、《大清历朝实录》等。
采用全文检索、图文对照等成熟、先进的典籍数字化制作和集成技术。
北京爱如生数字化技术研究中心
《中国基本古籍库》（收录古籍1万种，全文18亿字。每种附1-2个善本的原版影像，总计1200万页影像）、《中国方志库》、《中国谱牒库》、《中国宗教历史文献集成》、《历代碑志丛书》、《四库全书存目丛书补编》、《爱如生电子书》等。
收录典籍合计5万种，近100亿字的全文数据和近6千万页的影像数据；提供查询、浏览、预约、复制等服务。
北京时代瀚堂科技有限公司
龙语瀚堂典籍数据库（含小学工具、类书集成、出土文献、中医药文献、经部集成、史部集成、子部集成、集部集成、古典戏曲、佛教典籍、道教典籍、敦煌文献）。
采用国际通用的超大字元集进行加工校勘，文本精准无缺字；基于互联网的自然语言海量文本全文检索。
超星公司的超星数字图书馆
《古今图书集成》、《清实录》、《二十五史》、《资治通鉴》、《中国古典名著大系》等。
按照中图法分类；部分古籍可全文阅读，可全文检索。
北极星书库
中华古籍电子书（含各类古籍1268部）。
提供目录和书名检索，可在线全文阅读，但不支持全文检索功能。
北京数字方舟信息技术公司
古籍图书库（含280余种古籍）。
文件采用PDF格式。
北京天安亿友公司
《二十五史》、《资治通鉴》等。
文件采用EXE格式。
天津永川软件技术有限公司
《二十五史》全文阅读检索系统。
有阅读和全文检索功能，可显示检索词所在的单句或段落全文。
表1只是择其要者，将一些有代表性的数字技术提供商及其产品列举出来，还有许多潜在的市场进入者正在不断孕生。这类新兴古籍出版企业或依托图书馆的古籍善本资源，或吸纳文史专业研究人员参与研发，或与高校科研机构联合成立电子文献研究所，通过大规模、成系统地将常用基本古籍数字化，很大程度上满足了专业研究人员的需要。它们研发的产品占领了图书馆及科研院所等大宗用户的很大市场份额。借助于与图书馆、专业研究人员的合作，从古籍出版资源的供给到数字化出版，再到网络发行给团体用户或个体用户使用，技术提供商完全可以绕开出版社完成整个古籍出版活动。未来专业古籍出版社如不能积极应对，将有潜在的被边缘化的危险。
第二，出于保存古籍的目的，公益性的图书馆也加入了古籍出版的行列。诚然，图书馆的主要职责是保护古籍，但其保护手段却有原生性和再生性之分。所谓再生性保护，即以缩微、扫描、影印等方式，对古籍内容进行复制传播，其实质与古籍出版并无二致。随着图书馆工作重心的转移，古籍的再生性保护得到了国家的高度重视。2002年正式立项、由国家图书馆承接的“中华再造善本工程”，计划运用现代技术手段，大规模、成系统地复制分藏于国家图书馆和各省、自治区、直辖市图书馆及高校、科研系统图书馆，乃至博物馆的珍贵古籍善本。2007年，该工程一期已完成《唐宋编》和《金元编》共计758种1394函8990册善本古籍的出版工作；二期现已完成古籍选目556种，计划再用3年时间基本完成明清卷的出版工作。［1］
除传统出版领域外，图书馆界的古籍数字化亦呈方兴未艾之势。如上海图书馆于1996年启动了“宋元善本全文数据库”的建设，计划将馆藏古籍善本全部数字化，并分期实现上网服务；香港中文大学图书馆开发的“汉达文库”提供近1亿字的古籍全文和18000幅影像资料；相对而言，大陆地区图书馆大多刚完成馆藏古籍书目数据的建库工作，全文数据库的开发还限于较小规模（见表2），但发展前景无可限量。一些学术机构也参与到古籍数字出版中来，如香港理工大学开发了“中文古籍网上出版平台”，目的在于让更多的稀有古籍得以通过互联网供给图书馆、学校、机构、公司以及个人读者随时随地使用。［2］尽管这类公益性的古籍数字化产品不以赢利为目的，但在一定程度上抵消了读者对古籍图书的需求，改变了传统古籍图书市场的结构，其影响绝不可小觑。
表2 我国图书馆馆藏古籍全文数据库调查表（截至2009年3月）
古籍收藏机构
古籍全文数据库名称
全文资源数量
影像数量
上海图书馆
宋元善本全文数据库
20种（19794页）
首都图书馆
明清北京城垣资源库
202段落
358幅
大连市图书馆
明清小说全文库
40种
济南市图书馆
古籍地方文献
金石拓片
51种
270种
2037幅
5000余幅
绍兴图书馆
绍兴方志
8种
100幅
苏州图书馆
古籍善本数据库
12种502卷
全文影像
吴江市图书馆
吴江五百年古代地方志
24种
清华大学图书馆
科技典籍全文库
100种
中国农业大学图书馆
农书古籍全文数据库
9种
全文影像
山东大学简帛研究网
文献宝藏
33篇简帛文献
台湾中央图书馆
明人文集资料库
17种
部分影像
台湾中央研究院
汉籍电子文献系统
3.74亿字
香港中文大学图书馆
汉达文库
近1亿字
18000幅
第三，数字化古籍适应了国民网络阅读的趋向，提供了辅助学术研究的工具，极具市场竞争力。据中国出版科学研究所2008年发布的“第五次全国国民阅读调查”数据显示，2007年我国互联网阅读率为44.9%，比2005年的27.8%攀升了17.1%；知道或听说过电子图书的读者人群占被调查者总体的47.4%。［3］随着网络的普及，人们的阅读方式发生了重大变化，数字化古籍正好适应了这一变化。而且，数字化古籍提供的不止是一本书、一个数据库，而是一件学术工具、一个研究平台。它不仅提供诸多与内容相关的知识工具，如联机古汉语字典、年号与公元纪年对照表等；也能提供古籍字数、字频、词频的统计信息，行文风格特点的概率统计，参考数据的汇聚；还能提供不同版本比勘校对的接口、异体字的汇聚显示、读音的自动标注和朗读、在线标点断句等功能。这些工具、信息和功能，不仅极大地改善了研究条件，而且带来了研究思路、研究方法的革新。一旦专业研究者形成了对这种工具依赖心理，将给传统古籍出版模式带来颠覆性的影响。
第四，古籍的数字出版借助于网络，在发行方式上有了质的飞跃，赢得了更广阔的市场。传统古籍的传统发行方式主要依赖于订货会订货、征订单发货、书店发行等所谓的主渠道，在图书市场变化加剧的今天，面临着资金短缺、发行门店减少、退货率居高不下、回款率低等困境。数字古籍的网络发行则有低成本、零库存、高时效的优势。更重要的是，数字古籍更易于内容的组织管理，便于提供个性化的内容产品。既可以提供大型海量的综合性资料库，也可方便快捷地组织提供各类专题、专辑资料；既可以针对高校图书馆、研究所等团体用户开发网络版产品，也可为个体用户提供光盘版、手机版和U盘版等多种形式的产品。
二、中国古籍出版模式的重构思路
面对挑战，古籍出版社考虑更多的不应是如何消极回避，而应是如何借鉴新兴技术力量，重构古籍出版模式，实现传统出版与数字出版的融合。
1.出版主体：三股力量的合作与融合这里所谓的融合，是指由技术变革引发的产业边界的重新界定。［4］对古籍出版业来讲，首先就是出版主体结构的调整。专业古籍出版社一枝独秀的局面势将被打破，公益性图书馆与赢利性的技术提供商已然成长为古籍出版界不可忽视的两股力量。出版主体身份的多重性，带来的必然是古籍出版价值取向的多元性。作为事业单位的图书馆，它从事古籍出版活动更多的是出于保存民族文化的职责，追求的是社会效益；技术提供商追逐的是商业利润的最大化和产业规模的扩张，即所谓的经济效益；古籍出版社恰好经历过事业单位和企业单位的双重身份，天然地成为两者之间的沟通者和协作者。它们三者的合作与融合，也正契合了我们一贯倡导的“社会效益与经济效益统一”的出版理念。
出版社与图书馆、技术提供商之间的合作与融合是有现实基础的。古籍出版社毕竟有多年的从业经验，在编辑力量、选题策划、出版规范、文化品牌等方面积累了雄厚的实力；图书馆在古籍出版资源方面具有无以伦比的优势。据不完全统计，全国图书馆系统保存的古籍有2750万册，其中可列入善本的超过250万册，足以弥补传统古籍出版存在的版本低劣重复的缺憾。图书馆拥有的古籍鉴定与整理的资深专家，亦堪称宝贵的出版人力资源；技术提供商则在数字出版技术、资金的运作和投入、电子商务营销等方面具有不可替代的优势。它们通过合作与融合，完全可以达到资源共享、优势互补、互惠共赢的目的。在这方面业界已有不少合作成功的案例，如电子版《文渊阁四库全书》，是由香港迪志文化出版有限公司投资，在上海人民出版社、国家图书馆等合作伙伴的支持下，由北京书同文数字技术有限公司研制完成的；《中国古籍基本库》是由北京大学提出创意和规划，北京爱如生数字化技术研究中心制作，最后由黄山书社出版发行。
古籍出版产业的融合必然带来古籍出版各要素的重新组合和出版收益的再分配（见图1）。以出版流程为主线，选题策划阶段是合作的起点，也是关键阶段，因为只有经三方博弈后就出版选题达成一致，才有合作的基础。选题确定后，就是筹措和组织出版资源。资金主要来源于出版社和数字技术企业的投资，因为图书馆的公益性决定了它不能进行商业投资（但它也需要获得出版收益来弥补在古籍保护等方面的投入），而古籍出版的底本主要由图书馆提供精选的善本，经内容专家校勘整理后出版。须强调的是，古籍的数字出版绝不是简单地复制古籍，而应属古籍整理和学术研究的范畴，［5］因而在具体出版过程中，应以选题所在领域的内容专家（负责版本的考订和选择、文字的校勘和注释、出版物体例和功能的设计等）为主导，而不是以编辑或技术专家为主导。内容专家、编辑专家和技术专家的关系就如同建筑设计师、工程监理与建筑工人的关系。在发行方式上，传统渠道与网络渠道并行不悖，以满足不同类型读者的需求。
2.出版流程：向跨媒介辐射状流程转变
在数字时代，出版方式发生了重大变化，从以纸质图书为核心转向以内容管理为核心，整个出版业呈现出融入更大范围的内容产业的趋势。古籍出版业要适应这种转型，意味着必须要突破单一的纸介质形式，古籍出版单位也将向内容提供商转变，而传统的读者或受众，将逐渐演变为内容消费者。伴随着这种转变，传统古籍出版流程也将向跨媒介的辐射状出版流程转变（见图2）。
古籍数字化出版流程的核心是内容管理，具体包括古籍内容的生产、组织和提供等，主要由相关的关键技术来实现，具体包括：基于自然语言的内容信息标引和识别技术、知识搜索引擎技术、数据挖掘技术、数据库技术，以及开放的数字内容编辑平台、数字内容前置审查平台和可再生数字资源多次开发平台等技术。只有当古籍出版单位采用了以数字内容为核心的管理系统以后，传统的编、印、发环节才将被改变，这就是所谓的“流程再造”。［6］
3.出版产品：工具与内容的统一
传统古籍出版有两大功能和目标：一是为人文学术研究服务；二是传播中国优秀传统文化。数字化背景下，古籍出版的基本功能没变，但功能实现的途径和出版理念却发生了很大变化。未来的古籍出版物，将不再是单纯意义上的图书，而是现代工具与传统内容完美结合的统一体。针对文史专业研究人员、教学人员和一般读者的不同需求，这个工具与内容的统一体可以为之提供相应的研究平台、教学平台和文化休闲平台。
数字古籍将亿万汉字所表征的信息，贯穿在数码的经络里，使得字字可查、句句可检成为现实；数字古籍中还可以嵌入相关的知识工具、信息计量工具，为读者提供即时服务；通过对古籍文本内容的深入揭示和语义关联，可从大量隐含的、以前不知道的、潜在有用的信息中提取有价值的知识，实现知识创新的目的。因而它不再是原来单纯意义上的图书，而是一个集文本内容、知识工具、研究手段为一体的研究平台。数字古籍还可嵌入远程教育网络，通过远程访问和自助式学习，为广大师生提供文史专业教学平台。借助平面图像、三维动画、立体声响、虚拟现实等各种多媒体技术手段，数字古籍能从感官上带给人们全方位的精神体验，为人们搭建一个文化休闲平台。所有这一切，都是古籍出版产品设计理念在数字化背景下的创新。
图书试用网 图书营销新媒体
健康教育背景下体育教师素质的重构 篇3
一、健康与健康教育的内涵
1.健康的内涵
健康是一个综合的、历史的概念。随着人类社会的发展，人类对健康的要求和认识也不断变化、更新和扩展。长时期以来，人们对健康的理解是十分狭隘的，认为身体没有生病，没有损缺，便是健康，更多地把健康与身体(生理)健康完全等同起来。随着科学的发展和时代的不同，现代健康观对健康衡量的标准不仅仅是指四肢健全、无病，除身体本身健康外，还要求精神上有一个完好状态。目前多数学者同意世界卫生组织的观点：健康是一种在身体上、精神上的完满安宁状态以及良好的适应能力，而不仅仅是没有疾病和衰弱的状态。这个定义明确地告诉我们，健康包含生理健康(身体健康和健全)、心理健康(心理没有问题与疾病)、社会健康(个体具有正常的社会适应能力)三个方面，只有具备这三个条件的健康者，才是真正健康的人。
2.健康教育在体育中的内涵
1919年美国儿童健康组织首次采用健康教育(Health Education)一词，二战之后上世纪50年代以来，健康教育受到了更多国家的重视，尤其是1978年世界卫生组织发表《阿拉木图宣言》提出“2000年人人健康”的口号之后，健康教育在许多国家和地区得到了蓬勃的发展。青少年学生正处于生长发育的高峰期，在校期间又是一个人人生观、价值观、道德观养成的重要阶段，因此，这个阶段的学生在身心两个方面都会发生巨大的变化，进而影响和支配他的社会行为。针对学生的特点，结合健康的内涵，从教育的因素来理解，健康教育应该包含健康知识、健康态度与健康习惯的教育；从学生个体的角度来理解，健康教育是指提高每个学生的生理健康、心理健康与社会健康水平的教育。
二、体育教师的素质结构
1.素质与素质结构
在素质教育研究过程中，对于素质、素质结构有着多种不同的理解。传统的观点强调素质的先天性，即认为“素质”是先天的、遗传的自然素质，如《辞海》中认为：“素质，人或事物在某些方面的本来特点和原有基础”；《教育大辞典》中认为：“素质是个人先天具有的解剖生理特点，它们通过遗传获得。”随着社会的进步和教育的发展，素质的涵义得以不断地发展和创新，使其内涵和外延都得以进一步的深化和扩大。根据马克思主义“人的社会本性是主要的，连其自然本性也打上了社会性的烙印”的观点，教育界普遍认为素质是人在先天的解剖生理特点的基础上，通过后天环境作用及社会实践活动发展形成的一种为适应社会发展的需要而具备的综合品质，它的结构一般指政治思想道德素质、科学文化素质、身体素质及劳动技能技术素质等。
2.体育教师的素质结构
(1)思想素质。教师的思想素质主要由政治素质、道德素质、教育观念等因素构成。政治素质是指教师自身的政治方向、政治立场、世界观和人生观等素质的总和，它是教师素质的灵魂，对其他素质起着统帅作用，在很大程度上支配着教师职业活动的目的和方向。道德素质是指教师在道德品质方面的修养，这是做好教育工作的前提。教育观念是指教师在对教育工作本质了解的基础上形成的关于教育的理性信念，它直接影响教师的社会知觉、判断等心理过程，从而引发其相应的教育教学行为。
青少年时期是一个人人生观、价值观、道德观形成的重要阶段。因此，教师的思想素质对此阶段的学生有着直接、广泛、全面的影响。这要求体育教师必须要有坚定正确的政治方向、坚持党的教育方针、献身教育、热爱学生、严以律己、为人师表，在政治、道德素质方面成为学生的楷模。在教育观念方面，体育教师要自觉、主动地吸取时代的新的教学理念，保证自己树立正确科学的教育观念，主要体现在适应健康教育要求的新型学生观、教学观和教育目的及过程观，如注重学生的主体地位、体育教学评价的多样性与发展性、促进学生身体、心理和社会适应能力健康和谐发展的教学目标。
(2)知识结构。健康教育以传播健康与卫生知识为重点，把培养学生健康的习惯和生活方式作为核心。为达到这一目标，体育教师必须具有合理的知识结构体系。在专业知识方面，体育教师除要掌握本学科较全面和坚实的知识外，还必须掌握与体育教学有关的健康学、卫生学方面的知识，保证学生在身体练习的过程中达到身体健康的目标。体育教师在具有一定专业知识、卫生保健学知识的前提下，还应当拥有较广泛的科学文化基础知识，因为普通文化知识本身具有陶冶人文精神、涵养人文素质的内在价值，它能丰富人的文化底蕴，使人性更加完善。具有高尚道德建树和伟大人格的体育教师，对学生耳濡目染、潜移默化的教育作用，有利于提高学生的心理健康、社会健康的水平。苏霍姆林斯基说过：“人只能由人来建树。”体育教学毕竟属于教育的范畴，体育教师要提高教学质量，就必须了解教育活动的规律和教育过程中学生心理活动的规律，即必须掌握一定的教育科学知识和心理科学知識。
(3)能力结构。在健康教育思想指导下，体育教师至少应突出两种核心能力：一是终身学习的能力。随着知识经济时代的到来，知识更新周期日益加速。贯彻“健康第一”的指导思想，要求改革与调整传统的体育教学观念、教学内容、教学组织方法与教学评价等因素。面对教育和专业知识的老化，教师必须具有终身学习的能力，才能不断更新思想、观念、知识及能力结构，以适应不断变化的教育、社会的要求。二是组织加工教材的能力。《体育与健康课程标准(实验稿)》突出了教材内容选择的自主性。依据课程划分的课程目标→领域目标→水平目标三个递进的目标体系，体育教师和学生可以自主选择教材内容。这要求体育教师应具备根据学生身心发展水平，结合本地区、本校实际情况，组织加工易于学生接受和理解的教材内容的能力。
三、体育教师素质构建的途径
1.加强理论学习，提高体育教师的思想素质
教师是人类灵魂的工程师，担负着塑造人们的心灵、思想和品格的职责。因此教师的政治立场、观点和态度直接影响学生的成长与发展，体育教师必须不断提高自身的思想政治素质和师德修养，树立正确的人生观和价值观，为学生树立良好的榜样，以自己的人格魅力去影响学生，促进学生的健康成长。同时，体育教师应加强心理健康知识的学习，提高自身的心理素质，尤其要加强个性与人格的修养。
2.转变教育观念，树立“健康第一”的指导思想
在提高体育教师素质的过程中转变教育观念是极为重要的一环。只有在新的教育观念的指导下，才会有新的教育实践，并把这种教育实践由自发的、经验的程度提升到自觉的、理性的高度，去主动适应社会发展的客观要求，所以转变教育观念是进一步完善体育教师素质结构的前提和动力源泉。在转变教育观念的过程中，体育教师要牢固树立“健康第一”的指导思想，按照健康教育的要求去完善自己的知识结构和能力结构，进而提高整体素质水平。
3.加强在职培训，提高体育教师的业务素质
目前，绝大多数体育教师是在传统教育观念和旧的教育体制下培养出来的，不进行培训和继续学习，他们很难胜任以“健康第一”为指导思想的体育教学。为此，应采取多种措施，以提高在职体育教师的素质。如加大在职体育教师继续教育和培训的力度，使其了解当前体育教学状况和课程改革情况，进而达到转变教育观念的目的；按照健康教育的要求去进行体育的说课、做课、教师间互相评课等活动，在实践中完善能力结构；强化科研意识，鼓励体育教师对体育课程改革中出现的新问题进行教育科学研究，使教学与科研有机地渗透，共同促进体育教师素质的提高。
参考文献
[1] 孙立春.素质教育新论.济南：山东教育出版社，1999.
[2] 李瑾瑜，柳德玉，牛震乾.课程改革与教师角色转换.北京：中国人事出版社，2003.
[3] 中华人民共和国教育部.体育与健康课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003.
[4] 耿培新.新颁布的中小学《体育与健康教学大纲》与旧大纲的比较.中国学校体育，200l(5)
[5] 中国学校体育研究会.新世纪学校体育改革探索(论文集).北京：人民教育出版社，2003.