DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 2. 废旧宅基地存在的危害 农村废弃旧宅基地的存在既浪费了土地资源，又影响了农民的生活环境和农村经济社会的发展，已成为社会主义新农村建设构建和谐社会的重要障碍。具体表现：一是土地资源浪费严重。农村废弃旧宅基地占用的土地，耕不能耕，住不能住，造成了土地资源的极大浪费，从而激化了人地矛盾；二是影响乡村文明建设。农村旧宅基地的废弃房屋由于无人居住，不少村民将老房用于圈养禽畜，致使村内环境卫生“脏、乱、差”，严重影响这些居民的居住环境和身心健康；三是阻碍了农村基础设施建设。农村旧宅基地的存在，使农民居住地散乱，农村的村落分布面积过大，村庄外延拉得过长，增加了农村统一建设水、电、路、通信、公用设施等基础设施的难度，极大地影响了农村经济社会的进一步发展。四是造成管理混乱。依据土地法，农村宅基地必须占新退旧。但现实中，由于农村土地管理松散混乱，宅基地占用地规划粗放，农民在占地建新宅基地的同时，仍旧占有原有宅基地堆放杂物，圈养养畜等；在当前耕地大量减少和建设节约型社会呼声日高的形势下，节约用地、合理使用土地刻不容缓，农村旧宅基地现象不能不引起关注 [ 5 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 3. 废弃宅基地复垦的意义 3.1. 有利于增加耕地面积，实现耕地占补平衡 在当前要坚守18亿亩耕地红线的大背景下，可用耕地逐年减少，土地控制更为严格。开展废旧宅基地复垦工作，对闲置土地、废弃民居及临时搭建设施进行规划重整，能有效增加耕地面积，确保“占一补一”，实现耕地占补平衡。通过废旧宅基地复垦，把废弃民居推倒整理为耕地，用新增耕地面积来置换城市建设用地，盘活土地存量，缓解建设用地紧张的矛盾，满足经济社会发展对土地的需求。 3.2. 有利于推动新农村建设及基础设施配套 对废旧宅基地实施改造，不仅可以改善村容村貌，而且可有效地遏制对耕地的乱占滥用，产生直接的经济效益，而且还将带动建筑业及水泥等建材工业的发展，刺激经济增长有利于农民增收。在开展废旧宅基地复垦工作中，改变农村土地利用缺乏，村庄“天女散花”的状况，优化土地利用结构并配套完善水、电、路等设施，完善的农业生产设施，便于生产结构的调整，降低农业生产风险，从而保证农业生产的稳定发展，促进农业的可持续增长和农村经济可持续发展。另外，优美的生活环境也会对人们积极向上、奋发图强发展经济产生激励作用。 3.3. 有利于增加农民收入 废旧宅基地复垦后，新增的耕地可以承包给农民，增加承包农民的收入。
system: [SYSTEM]

user: 4. 废弃宅基地土壤改良与培肥措施 宅基地复垦是指依据土地利用总体规划、土地整理复垦开发规划，对依法取得的利用效益不高或废弃的宅基地复垦为耕地的行为 [ 6 ] 。废弃宅基地复垦为耕地的潜力大，对其复垦培肥能补充耕地资源，在一定程度上缓解人地矛盾 [ 7 ] 。工程复垦过程中常采用的工程治理措施主要是挖塌填实或剥离表土，新复垦土地中耕作层土壤大多是未经过生物作用和腐殖化过程的自然土 [ 8 ] ，其生土裸露、土壤贫瘠、养分含量低、保水保肥性能差，这种情况加剧了人地、人粮矛盾，制约经济发展。因此，对废弃宅基地进行复垦熟化已经迫在眉睫。 4.1. 工程措施 1) 清理建筑垃圾 [ 1 ] 。首先对复垦区内及周边的建筑垃圾进行清理，并对土地进行平整。 2) 保护耕作层土壤。年代较久的少量废旧宅基地和农户房前屋后的空闲地，经长年种植农作物，表土层物理性状好、肥力较高。因此，在复垦施工时，应将该表土收集起来并妥善保存，待平整后回填，利于农作物生长。 3) 修建附属配套设施。复垦区应做到沟、渠、路配套，水源充足，排灌方便，耕作机械通行自如，复垦后的耕地保证农户能正常耕作并获得较好的收益。 4) 深翻土壤。如旧宅基地土层深厚且养分含量较高，可进行深翻，然后平整、翻耕，以改善耕作层土壤的物理性状，达到农作物正常生长的要求。 4.2. 进行保护性耕作 保护性耕作是指在不剧烈扰动土壤的情况下从事农业生产。复垦土壤由于受到的人为扰动比较大，表土层生态环境比较脆弱，改变耕作方式，进行保护性耕作能最大程度地减少土壤养分流失，改善土壤的理化性质。杨学明等 [ 9 ] 通过分析北美不同国家保护性耕作对土壤的有机质含量、水分入渗速率和利用率、蚯蚓数量和作物产量的影响，发现保护性耕作可增加土壤有机质含量和土壤生物多样性，提高土壤水分利用率，建议在中国也推广应用。江晓东等 [ 10 ] 通过对免耕、少耕和秸秆覆盖与常规耕作进行比较，研究不同耕作方式对土壤质量的影响，发现少耕能够明显改善土壤理化性状，增加土壤贮水量、同时还能减少硝态氮的淋失，进而提高全年作物产量。 4.3. 生物措施 1) 广辟有机肥源，增施有机肥料。有机肥不仅能提供农作物必需的多种营养元素，而且含有大量的有机质，对于作物生长及改善土壤理化性状等都起着积极的作用。仁顺荣等 [ 11 ] 通过田间试验发现施用高量有机肥能提高天津地区宅基地复垦土壤有机质和速效养分含量，改善复垦土壤物理结构。 一是大力发展种植绿肥，实行绿肥压青回田。冬季可种植紫云英等专用绿肥．并可因地制宜发展种植蚕、豌豆、油菜等农作物，粮、油、绿肥兼收。谢川等 [ 12 ] 以四川某废弃的农村宅基地为对象，研究了翻压紫花苜蓿、光叶苕子、白三叶和红三叶4种绿肥对复垦土壤肥力的影响。结果表明，4种绿肥翻压后复垦土壤养分较修复前的土壤显著提高，随着翻压次数的增加土壤肥力呈上升趋势； 二是推广秸秆还田。作物收割后．将秸秆翻压入田中作为基肥，是解决有机肥不足的经济有效的措施。另外，秸秆配施生物腐熟剂也是目前比较省工、高效又环保的技术措施之一。孔龙等 [ 2 ] 通过田间试验研究了6种培肥措施对复垦土壤酶动力学特征的影响，发现黄土高原沟壑区宅基地复垦较适宜的培肥方式为有机肥单施或与菌肥配施。 2) 大力推广使用生物有机肥。生物有机肥含有大量的有机质和有益微生物及农作物所需的微量元素等，具有肥效持久、改良土壤结构、提高土壤肥力、促进作物生长发育、提高作物产量、品质和经济效益的作用。 3) 广施农家肥，增施沼肥。农家肥(包括猪牛栏粪、土杂肥等)是优质的有机肥料，来源广、数量多。施用农家肥，既可培肥地力，又能减少施肥成本，达到生态环保施肥的目的。闫锐等 [ 13 ] 在成都平原宅基地复垦土壤上研究有机物料(秸秆、菌渣、猪粪)对土壤有机碳及易变有机碳的影响，结果表明在麦-玉轮作下“菌渣堆肥还田”处理对于改良宅基地复垦土壤结构、提高土壤肥力具有较好的效果。李彦霖等 [ 14 ] 研究了3类种养废弃物(秸秆、猪粪和菌渣)与化肥配施下土壤酶活性、微生物数量的动态变化及其相关性，发现“菌渣 + 化肥”配施是成都平原复垦宅基地土壤培肥较适宜的方式。 4) 优化种植结构。进行作物轮作，有利于改善土壤结构，加速生土熟化，促进土壤中有益微生物的活动，同时还可促进土壤中养分的转化，让一些被土壤固定的无效养分向有效养分转变，从而提高土壤肥力。Robison [ 15 ] 研究表明：玉米带状间作大豆的系统总生产力可比单作玉米高4%，而且能减少病虫危害，减轻土壤侵蚀。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 废弃宅基地复垦是空心村整治的重要内容，但复垦后耕层土壤质量往往不如人意。要将提高复垦土壤质量贯穿于废弃宅基地复垦实施的整个过程。首先，拆除工程实施前，要做到对拆除体及拆除物的特性心中有数，针对不同类型房屋制定相应的拆除计划。其次，在废弃宅基地复垦工程实施之前，要在工程预估的基础上对田块布局、土层厚度、田坎设计、灌排水沟布局及田间生产道路布局等进行规划。再次，在土地平整工程实施中，通过采取表层熟化土剥离回填、宅基地地基土翻耕、土墙捣碎、外部客土等工程措施拓展土源重新构筑耕层土壤，进行耕层土壤工程重构。最后，培肥改良是基于土壤工程重构之后的关键环节，培肥效果不会立竿见影，但可以选择合适的培肥改良组合策略，加速培肥过程，促进土壤熟化。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 泵站自动化控制系统适用于城市供水系统中加压泵站的远程监控及管理，对城市输水管正常作业具有重要作用。本文针对泵站群自动化控制系统进行研究，分析了泵站群自动化控制系统存在系统通信难度大、泵站级间联控与集控调度效率低、实时性差等问题，以云南省玉溪东片区饮水工程为例，通过可编程逻辑控制、泵站实时监控设计等分布式方法设计并实现了泵站联合调度自动化控制系统。首先分析了云南省玉溪东片区饮水工程泵站控制存在的实际问题，说明由于地形地质条件复杂，采用常规的控制无法满足泵站控制运行的要求；再次，针对已有泵站输水控制系统效率低等问题，对玉溪东片区饮水工程可编程逻辑控制、泵站实时监控、系统通讯、泵站级间联控与集控调度自动化等进行设计，实现了泵站联合调度自动化控制；最后，通过玉溪东片区饮水工程泵站联合调度自动化控制系统的实施和运行，证明了本文设计并实施的方案能很好地适用于玉溪东片区饮水工程。此外，通过泵与泵站群自动化控制系统能很好完成泵站之间的运行管理，减少了工作量，减少了设备配置，提高了稳定性、时效性和管理水平，有利于信息的资源共享，同时更加有利于泵站群安全运行，对不同地理位置的泵站联合调度控制系统具有借鉴意义。 关键词 :泵站，光缆，泵站群，自动化控制，调度中心 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 泵站自动化控制系统主要用于城市供水等系统中加压泵站的远程监控及管理，管理人员采用泵站系统，可远程监测站内清水池水位或进站压力、加压泵组工作状态、出站流量等状况 [ 1 ] [ 2 ]。通常，泵站自动化控制系统主要由调度中心、泵站监控中心、通信平台、泵站远程测控终端、计量测量及摄像设备组成，主要承担了灌溉、排涝、城市供水等任务 [ 3 ] [ 4 ]。近年来，虽然泵站自动化控制系统已经取得了较大的进步，产生了较好的经济效益，然而，受地理位置、系统设计、设备等影响，泵站自动化控制水平参差不齐，还存在着自动控制选型不合理、接口不完善、通信系统欠缺、耗能高等问题，泵站之间的调度效率低，降低了经济效益和社会效益 [ 5 ] [ 6 ]。本文选取云南省玉溪东片区引水工程为例，根据引水工程地理位置、环境等实际情况，设计并实现泵站联合调度自动化控制系统，针对泵站现场数据采集、监控调节监管、泵站数据管理与存储、设备选型等关键过程进行设计，实现了引水工程泵站联合调度自动化控制系统，完善系统接口，提高了通信系统效率，有利于泵站的远程控制和水量信息等统计计算，提高了经济效益。 云南省玉溪东片区及中心城区抗旱应急、三湖生态保护引水工程是为解决华宁县、通海县、江川县、红塔区生活饮用水及抚仙湖周边产业园区用水不足拟建的跨流域引调水项目。工程主要为城市供水，供水保证率为95%，工程多年平均调水量7013万m 3 ，引调水设计流量2.5 m 3 /s，工程主体建筑物主要由提水建筑物和自流供水建筑物两大枢纽所组成。工程取水主水源为华宁县盘溪大龙潭地下径流，在特枯年份为弥补盘溪大龙潭枯期径流不足，从南盘江加压取水作为补充水源，补水的规模为1.5 m 3 /s。玉溪东片区引水工程施工项目提水工程段总扬程高达950.3 m，设计阶段综合分析了地形地质条件、水泵参数、多级水泵设计制造水平、梯级泵站运行管理及调度等因素，根据尽量减少泵站级数，充分利用多级叶轮离心泵串联加压等泵站设计的特点，结合国内外多级泵的实际运行情况，选择950.3 m扬程段采用三级梯级泵站串联运行。本文将对三级梯级泵站串联运行方案进行设计、实施，对使用效果进行分析和总结。
system: [SYSTEM]

user: 2. 自动化控制系统设计原则 结合云南省玉溪东片区引水工程实际，依据《泵站计算机监控与信息系统技术导则》SL583-2012相关内容进行设计，采用一套分层分布式计算机监控系统对泵站进行控制，在系统设计过程中，应遵循以下的设计原则 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。 1) 系统按无人值班、少人值守进行总体设计，本着安全、可靠、经济、先进、实用的原则。 2) 监控系统全面采用计算机控制。监控系统的结构配置和功能应满足不同层次的控制和管理要求，充分体现安全可靠和技术先进。 3) 系统必须安全可靠。采用的软、硬件设备都必须满足相应的最新性能标准和技术条件；系统应有自检、自诊断功能，局部的故障不应造成系统误动；对系统主机、泵站间安全闭锁通信通道等关键部位进行冗余配置，互为备用；有关控制采取多重的软硬件安全闭锁措施。 4) 系统配置和设备选型需适应计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术、软硬件产品、网络技术、实时工业控制产品等，使系统达到国内先进水平。 5) 采用全分层、分布式开放系统网络，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。 6) 采用数据库及软件模块化、结构化的设计，均符合开放要求，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。 7) 系统实时性好，抗干扰能力强。 泵站联合调度自动化控制采用计算机监控系统，原则上按无人值班少人值守设计，整个系统采用符合开放系统国际标准的开放式环境下全分布计算机监控系统。在各级泵站内主控设备主要配置：主机工作站兼操作员工作站、站内通信兼工程师工作站、调度通信工作站等主控设备。现地设备主要配置为泵组LCU、公用LCU等，实现对各生产对象的控制操作和监视功能。公用及辅机设备采用现地控制箱(柜)实现，计算机监控系统可以对现地设备实现远方监控。在调度中心主要配置为主机工作站兼操作员工作站、数据库工作站、调度通信工作站等主控设备。
system: [SYSTEM]

user: 3. 详细设计方案 自动化控制系统的结构有单一控制方式、多回路调节方式、以及现场总线系统等，系统设计过程中应满足控制需求，提高系统的时效性、稳定性和安全性，同时提高管理的规范性，增加系统的数据共享等附加值。云南省玉溪东片区引水工程需要增强上层监控，对三级梯级泵站串联运行数据进行采集、存储、管理，通过分析管理泵站联合数据，实时掌握泵站的运行转台，合理接入其他水利工程系统，从而有利于实现泵站联合调度数据信息的共享。云南省玉溪东片区引水工程从华宁县盘溪大龙潭取水，通过自流方式流入一级泵站区水池，通过一、二、三级泵站提水至三级泵站出水池，后经过管道自流至玉溪东风水库，一泵站至二级泵站距离约1.5 km，二泵站至三级泵站距离约2.5 km。由于三级泵站之间距离较远，且三个泵站之间存在联合运行的要求，采用常规的控制无法满足泵站控制运行的要求，因此，针对玉溪东片区引水工程实际情况，选用泵与泵站群自动化控制系统联合调度方式，完成三个泵站之间的运行和管理，减少设备配置，提高自动化运行效率。工程主要为城市供水，供水保证率为95%，用电负荷主要由配套泵站用电设备及其站用电负荷组成。因此，负荷等级属于二级负荷，供电电压等级为110 kV。各泵站装机容量如表1。 Table 1 Installed capacity of three-level pump statio 名称 装机容量(kW) 装机总功率(kW) 站用电负荷(kW) 一级泵站 (4 + 2) × 2000 12，000 154.5 二级泵站 (4 + 2) × 3150 18，900 192.2 三级泵站 (4 + 2) × 3150 18，900 154.7 最大用电负荷 4 × (2000 + 3150 + 3150) + 501.4 = 33701.4 (kW)，即33.70 MW 表1. 三级泵站装机容量 1) 可编程逻辑控制 可编程逻辑控制PLC是自动化控制系统中重要的器件，可对级联泵站的流量、水位、液体压力等进行实时检测与监督 [ 10 ]。通过现地控制板、局域网将数据传输到上级部门服务器，同时，能及时接收监管人员发出的指令，有利于远程自动化技术实现。在玉溪东片区引水工程三级泵站中设置可编程逻辑控制系统，能有效搜集设备运行状态，接收命令，减小泵站故障引起的损失。 2) 泵站实时监控设计 泵站实时监控系统在本站联合调度自动化控制系统中起到举足轻重的作用 [ 11 ]。玉溪东片区引水工程三级泵站中安装计算机实时监控系统，通过中央控制方式进行泵站对象的监控，能在无人值守的工作模式下，有效自动地对系统的监控数据进行记录、存储。分析系统运行时的负荷、电压、电流等，对系统运行过程中的安全性具有主动响应功能，能有效地避免或者减小系统的误操作、误判断，提高工作效率。针对玉溪东片区引水工程实际情况，泵站实时监控设计主要由网络系统、图像视频监控系统、远程集控中心、传输系统等部分组成，安装简单，操作灵活、布局合理。1) 设计的监控系统可通过链路连接远程集控中心和远程变电站系统端，采用互联的方式，数据可在城域网、FRN、DDN等公共数据网传输和交换；2) 采用软件工程设计方式实现系统的远程集控中心，有利于三级泵站视频场景、声音、图像等数据的搜集和存储，完成实时监控；3) 采用监控网关ZLTDVC实现系统监控，能接收遥感触发信号、门禁系统信号、门锁状态信号、温度、湿度等联动输入信号，及时发出告警信息。图1显示了监控系统结构图。 3) 泵站系统通讯设计 考虑到玉溪东片区引水工程地理位置、地形、引水量等实际情况，在调度中心与泵站的通信以光纤通信为主，沿管线架设24芯的光缆与泵站相连。电力调度在二级泵站总降变至220 kV泉乡变的110 kV 图1. 监控系统结构图 线路，架设1根24芯OPGW光缆，光缆线路长约9.3 km，采用光传输作为通讯方式。一级泵站与二级泵站之间的通信以光纤通信为主，在一级与二级与三级泵站之间沿管线架设24芯的光缆，再通过三级泵站与调度中心相连，一级泵站总降变至二级泵站总将变的35 kV线路架设1根24芯OPGW光缆，光缆线路长约1.5 km，三级泵站总降变至二级泵站总将变的35 kV线路架设1根24芯OPGW光缆，光缆线路长约2.5 km，采用光纤通讯方式。 4) 泵站级间联控与集控调度自动化 玉溪东片区引水工程各级泵站采用光缆构成光纤双星型网络 [ 12 ]。由于通信方式为光纤方式，设置调度中心拟在玉溪县城。在一、二、三级泵站分别配置了2台千兆三层交换机，形成双光纤网络，对现地层设置了2台机架式网管型工业交换机，形成光纤双星型网络，各级站内设置了2台通讯工作站对数据 图2. 监控中心网络图 进行管理，并设置了现地冗余热备的PLC进行数据采集，以便各级泵站之间数据能够高速共享，便于管理和控制。泵站控制层与现地控制单元之间通过高性能网络交换机，采用以太网通信，通信介质为光纤，可复用电力部门的通信网络作为系统的备用通信方式，有助于信息采集和通讯，提高工作效率。图2显示了监控中心网络图。 5) 泵站调节优化设计 玉溪东片区环境复杂，受水源影响，泵站系统中水位变化较快，超过或低于水位临界值的情况较为常见，因此，玉溪东片区引水工程泵站联合调度自动化系统调节优化过程中，需要高度重视对水位的控制，确保其在合理范围之内。实际操作过程中，可对电机机组的开启数量进行离散控制，同时与泵站电机机组的连续运行方式结合，可基于模糊控制变频器等现代智能控制系统对水位、机组进行动态控制，有利于实现泵站控制中的水位优化调节。
system: [SYSTEM]

user: 4. 新技术应用 为实现玉溪东片区引水工程泵站全线自动化统一调水过程，系统在工程运行调度决策系统的辅助决策支持下，对泵站联合调度全线实行统一调度，对全线所有闸门、泵站等实行统一控制，保证全线顺利调水。调度系统采用全线统一调度模式，在对来水和沿线各受水户的用水需求进行分析后，使用水量分配模型，制定年、月、旬调度方案进行全线水量分配。根据全线工作情况，按照水量分配的方案，在水力学模型与多站联合调度模型的支持下进行全线水力学计算，在保证管道工作压力的目标下进行阀门开度计算，得到每个阀门的开度序列下达给水量调度自动化系统执行。水量调度自动化系统执行的结果及时反馈到调度系统，由多站联合调度模型决定是否对控制进行调整重新下达给水量调度自动化系统。针对已有泵站自动化控制系统中存在的调度效率低、操作不易等问题，采用远程控制、水量实时统计等新技术，进一步提高泵站自动化控制效率。 1) 输水动态调节控制 根据日调水计划所计算出辖区内的各泵站的调水量，计算出经过各泵站的过水总量和输水持续时间。输水过程中，实时检测各站点水位、流量，实现调水运行动态闭环调节控制。 2) 紧急情况下的输水调节控制 系统积极响应水位、闸门设备等突发状况，一旦其中某个环节发生故障，应重新调整调水计划，进行紧急情况下的输水调节控制，避免损害渠道或机电设备受损等事故发生。 3) 远程控制与操作 在必要的情况下，操作人员应能通过人机接口对各泵站的控制对象进行远程控制与调节。控制操作时，对各项控制操作应具备安全锁闭和保护措施，并显示和记录整个操作过程中的每一步骤和协调执行情况。 4) 水量的统计计算 通过远程监控系统，实时对入水口取水量、水库蓄水量和输水终端调水量进行统计计算，给出数据、报表和变化曲线图等形式信息，性能先进，调管灵活，运行稳定。
system: [SYSTEM]

user: 5. 自动化控制系统实施效果 基于以上设计方案，对玉溪东片区引水工程进行实施，完工运行2年以来，对泵站联合调度自动化控制系统的运行情况、实现功能总结如下： 1) 对引水工程中三级泵站的运行状态进行监控，对设备等不正常状态及时报警，报警信息通过网络及时显示在报警窗口，并对报警信息进行记录； 2) 通过系统能对泵站中各种主要设备、运行辅助设备的运行状况进行数据采集，包括泵站电气参数、电压、电流、非电量等数据进行实时采集、存储，并能根据需要显示和打印； 3) 通过光纤对泵站级间联控与集控调度进行控制，实现了泵站数据之间的实时传输、高速共享，便于管理和控制； 4) 设备运行控制，能实现对三级泵站泵组启动、停止的自动控制，对叶片、励磁运行、电压电流参数等自动控制； 5) 泵组优化控制，对泵组运行工况数据进行计算、统计，有利于工作人员提出优化方案，自动调节，提高设备利用率和稳定性； 6) 数据存储和分析，对历史水位、操作流程、电压、电流、参数设置等数据进行存储，有效管理和利用已有数据，通过数据分类、统计数据分析等过程，形成以时间变化为主的曲线图、柱状图等，有利于优化泵站联合调度控制系统； 7) 热备份功能，当泵站主机设备发生故障时，指定备份设备立即接管系统，对系统的保持运行状态。 此外，系统实现了数据显示、打印数据、故障诊断、网络通信、设备保护等功能，能满足云南省玉溪东片区引水工程的需要，极大地解决了城市供水、水源保护等实际需求，通过对泵站联合调度自动化控制系统的有效管理和控制，提高了设备运行效率、安全性和稳定性。
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论 本文针对泵站自动化控制系统中存在的稳定性差、效率不高等问题，选取云南省玉溪东片区饮水工程为例，针对工程地形地质条件复杂等实际情况，选用泵站联合调度自动化控制系统实施引水工程，设计了可编程逻辑控制、泵站实时监控、系统通讯等关键问题，通过工程实际实施和运行，证明了本文设计并实施的方案能很好地适用于玉溪东片区饮水工程。此外，系统的实施有利于资源共享，提高了泵站自动化系统的稳定性、时效性和安全性，减少了工作量，对于不同地区的长隧道光缆铺设有一定借鉴意义。今后的研究将进一步对新老设备混用、设备操作便利性、简单性等方面进行研究，减少成本，提高工作效率。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 甲骨文是中国的一种古老的象形文字，是中国商朝的古老成熟文字，甲骨文的研究对弘扬中华文化具有深远的意义。甲骨文的许多字形具有原始图画文字的特点，并且甲骨文分为多个时期，每个时期的甲骨文字形都会有所改变，所以不能使用目前常用的汉字识别方法来识别甲骨文，这造成了甲骨文识别研究的停滞不前。本文通过分析甲骨文的拓扑特征，构建拓扑特征点、连通域、亏格等拓扑特征之间的关系，提出了一种能够高准确识别甲骨文的方法。对甲骨文字典上的甲骨文字进行识别测试，实验表明该甲骨文识别方法能准确并且快速地识别甲骨文字。 关键词 :甲骨文，拓扑特征，识别方法 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 甲骨文最先发现于河南安阳的殷墟，属于上古汉语。甲骨文因在商周时期刻在龟甲兽骨上而被称为“甲骨文”或“龟甲兽骨文” [ 1 ] 。甲骨文在中国文字悠久发展历史上具有重要的地位，它是中华民族的智慧结晶，是我们不能丢失的文化瑰宝 [ 2 ] [ 3 ] 。甲骨文的研究是对中国上古时期的文明研究的一个非常重要的研究方向，而甲骨文的正确识别将会直接影响到后续的研究，所以一个识别速率快且识别准确率高的甲骨文识别系统显得尤为重要 [ 4 ] 。目前针对甲骨文识别的研究十分的稀少，现代文字识别的方法大致可以分为：基于模板匹配的识别方法 [ 5 ] 、基于机器学习的识别方法。对于基于模板匹配的识别方法，由于在三千年前甲骨文需要人为地将甲骨文刻在质地坚硬的材料上(如骨头、青铜器等)，这导致了每一类甲骨文字形的形态变化多样，从而找不到合适的模板进行匹配，所以使用基于模板匹配的识别方法时并不能得到较好的识别结果。对于基于机器学习的识别方法，由于机器学习需要大量的数据集，而目前出土并且可作为甲骨文数据集的数据特别的稀少，从而无法生成识别准确率很高的模型，所以使用基于机器学习的识别方法也不能得到较好的识别结果。 目前国内已经有少部分的学者提出了甲骨文识别的研究方法，如1996年12月李峰提出的图论方法 [ 6 ] ，以及1996年周新伦提出的图特征方法来识别甲骨文。但是这些方法对甲骨文的统一字体不同版本的处理并不是很好，以及受年代技术的限制使得甲骨文的识别结果并不理想。2016年10月提出通过拓扑配准来对甲骨文字形识别 [ 7 ] ，通过对甲骨文字形进行数字编码，并计算甲骨文的拓扑距离来识别甲骨文，取得了很高的识别准确率，但是这种方法的识别速率较慢。刘永革和刘国英于2017年4月提出的支持向量机(SVM)分类方法来识别甲骨文 [ 8 ] ，但是由于甲骨文字的异形体过于频繁，导致最终的识别准确率并不理想。 本文通过分析甲骨文的已提出的拓扑特征点之间的关系，在此基础上再增加分析甲骨文的连通域、拐角点、亏格等拓扑特征信息，在保证高准确率的同时，提高甲骨文的识别速率。
system: [SYSTEM]

user: 2. 甲骨文图像预处理 二值化：图像二值化是指将图像信息只保留黑白即图像像素中只有0和255两个值。根据阈值的选取 [ 9 ] ，将彩色图或者灰度图小于阈值的部分转为0，大于阈值的部分统一转为255，这里阈值的选取为80。在进行甲骨文识别之前我们需要将甲骨文原始图像转为二值图，以便于后面的操作。 提取骨架：提取骨架即对甲骨文字体进行细化，得到甲骨文字体的中轴线，甲骨文提取成为骨架可以更清晰地分析其特征点。提取骨架算法当中，有些算法提取效果比较好的细化算法如A-W算法 [ 10 ] ，可以在提取骨架过程中避免毛刺和叉点分裂的产生，如图1所示，这是对甲骨文字体中的“马”进行提取的骨架图。 图1. 对甲骨文“马”提取骨架 背景滤波：本文采用背景变化规则滤波算法，依据背景属性来对甲骨文图片进行滤波，使用噪声点周边的环境来规范噪声点，从而消除图片上的噪声点，并且与周边环境协调 [ 11 ] ，进而增加甲骨文识别的正确率。 去除毛刺：毛刺的去除是甲骨文识别图像预处理中的重要部分。有些甲骨文图片由于本身的问题，在提取骨架后会出现与原图不协调的类似于“刺”的短线即毛刺。针对毛刺的去除问题，这里有许多方法，文献 [ 12 ] 采用基于方向链码去除毛刺的方法，在方向链码标记跟踪图像的基础上，删除所有小于设定的长度阈值的毛刺；文献 [ 13 ] 是根据生成骨架的不同特点来选定阈值，并删除所有小于设定的长度阈值的毛刺。以上文献都是通过选取合适的阈值，去除小于选定阈值的毛刺，从而提高甲骨文识别的准确率。 骨架修补：有些图像本身存在损坏的问题，如图2所示，图2(a)中线段出现断裂，从而提取骨架后图2(b)也出现断裂，如果直接进行识别的话会生成不同的特征，这时需要对骨架进行修补。骨架修补时需要根据断裂处的距离以及线段的角度来进行判断是否需要骨架修补。图2(c)为对图2(b)的骨架修补图。 图2. 骨架修补
system: [SYSTEM]

user: 3. 甲骨文识别 3.1. 甲骨文拓扑特征选取 拓扑学(topology)曾经叫作“形势几何学” [ 14 ] ，拓扑学可以简单概述为将实体抽象成与其本身无关的点或其他特征，通过分析点和其他特征之间的关系，从而达到研究实体的目的。以下为甲骨文识别所要用到的拓扑特征： 端点：端点是线段的起点或终点，它的连接数为1，如图3中的(a)所示，图中有两个端点。 拐角点：拐角点是指发生在边缘方向发生急剧改变的点 [ 15 ] ，它是特殊的连接点(该点的连接数为2)，是甲骨文识别当中十分重要的拓扑特征点，拐角点阈值的选定是根据甲骨文图像的特征，这里将陡变度阈值设为0.52 (30˚)。 三叉点是指连接数为3的点，如图3(b)所示，交点是指连接数为4的点，如图3(c)所示，以此类推，五叉点、六叉点分别为连接数等于5、6的点。 图3. 拓扑特征点 亏格：亏格是甲骨文识别当中十分重要的拓扑特征。亏格是由一条或多条曲线相连而成，形成的封闭的“孔”。作为甲骨文文字的重要特征之一，亏格提取可以帮助我们识别甲骨文。如图4所示，甲骨文“天”有一个亏格。 图4. 亏格 连通域：单独的一个点或者单独的一条线都可称为一个连通域。在二值图像中，连通域是指在一个区域内的任意两个像素之间，都能找到一条通路能把它们连接起来，这条通路上的所有像素的灰度值均满足相似的准则。一个甲骨文字可能有一个或者多个连通域。 3.2. 甲骨文拓扑特征关系处理 3.2.1. 拓扑特征权重选取 由于甲骨文的每个拓扑特征的重要性不同，所以在进行拓扑特征关系处理时需要为每个甲骨文拓扑特征分配不同的权重。对于连接数越多的拓扑特征点，它的重要性也应当随之提高，所以这里W(六叉点) > W(五叉点) > W(交点) > W(三叉点) > W(端点)。而在提取骨架时，某些拓扑特征叉点可能会出现叉点分裂。导致交点以上的点分裂为多个三叉点，通过实验发现，一个交点会分裂为两个三叉点，一个五叉点会分裂为三个三叉点或者一个交点一个三叉点，一个六叉点会分裂为四个三叉点或者一个交点两个三叉点，所以对于六叉点、五叉点、交点、三叉点之间的权重要有相应的联系，权重比为W(六叉点):W(五叉点):W(交点):W(三叉点) = 4:3:2:1，所以在这里三叉点、交点、五叉点、六叉点的权重分别设为0.2、0.4、0.6、0.8。拐角点是特殊的连接点，它的重要性高于三叉点低于交点，所以这里拐角点的权重应设为0.3。端点的重要性相较于其他拓扑特征是最低的，所以这里端点的权重设为0.1。亏格是一些甲骨文特有的拓扑特征，通过亏格可以很容易的识别与之对应的甲骨文，这里亏格权重设为1。连通域也是很重要的拓扑特征，这里连通域的权重设为0.7。 3.2.2. 拓扑特征库的建立 根据甲骨文字典来建立拓扑特征库，在拓扑特征库中录入甲骨文字典中的每个甲骨文字的拓扑特征信息。同时为了能够提高甲骨文的识别速率，需要对拓扑特征库进行区域划分，从而提高遍历拓扑特征库的速度，这里根据拓扑特征库甲骨文特征信息的不同对拓扑特征库进行区域划分，采用二叉树的结构如图5所示，来对拓扑特征库的区域进行划分。 图5. 二叉树 3.2.3. 甲骨文识别 对甲骨文的拓扑特征提取后，得到甲骨文的拓扑特征信息，然后再按照甲骨文的拓扑特征库的区域划分规则，找到该甲骨文所对应的区域，然后再与拓扑特征库中的拓扑特征信息进行相应的权重计算。权重计算的规则如下所示： R = | T 1 − T ′ 1 | × W 1 + | T 2 − T ′ 2 | × W 2 + ⋯ + | T n − T ′ n | × W n 这里T 1 到T n 分别对应拓扑特征库中的每类拓扑特征信息， T ′ 1 到 T ′ n 分别对应待识别甲骨文的每类拓扑特征信息。W 1 到W n 分别每类拓扑特征信息的权重，R表示相似度，相似度越低表示该甲骨文与拓扑特征中与之计算的甲骨文越相似。 甲骨文识别系统的识别步骤如下所示： 1) 对读取的甲骨文图片二值化操作； 2) 二值化进行后在对甲骨文进行提取骨架操作； 3) 提取骨架后对目前图像中进行背景变化规则滤波，去除噪声点； 4) 滤波后对甲骨文进行去除毛刺操作等操作； 5) 对甲骨文提取拓扑特征； 6) 将提取的拓扑特征与拓扑特征库中的数据进行对比，进行权重计算； 7) 将对比最接近的字体选取为当前甲骨文的识别结果。
system: [SYSTEM]

user: 4. 实验结果分析 实验在CPU设备为i5-5200，主频为2.20 GHz，8 G内存的Windows 10环境下利用Visual Studio 2017实现了上述中所提出的算法，设计了甲骨文字形自动识别系统，为了提高系统的运行速度，本系统采用了开发语言运行效率最高的C/C++语言，甲骨文识别系统如图6所示。该系统的拓扑特征库的建立是根据《甲骨文字形字典》 [ 16 ] 上的甲骨文信息自主开发的甲骨文拓扑特征库，根据《甲骨文字形字典》收录的甲骨文信息，建立的拓扑特征库中共收录1200个甲骨文。并将建立的拓扑特征库上传到Microsoft SQL Server 2017数据库中，以便于甲骨文拓扑特征信息的更新和维护。甲骨文识别系统的识别流程为：首先对读取的甲骨文图片进行预处理，包括二值化、提取骨架等一系列操作。然后由对处理后的图像的提取相应的拓扑特征；再将提取的特征与甲骨文拓扑特征库中已建立的甲骨文特征对照，并进行权重计算，选取出最合适的甲骨文输出到图形界面上，并给出识别用时。实验选取了320个甲骨文字作为测试集进行识别测试，实验结果表明，根据本文提出的甲骨文识别算法，识别准确率达到95%，平均识别每个甲骨文所花费的时间为0.45 s，可以有效的对目前已释读的甲骨文进行识别。 图6. 甲骨文识别程序 表1为本文提出的识别方法与其他已有的识别方法的比较。 Table 1 Comparison of identification method 识别方法 识别准确率 识别用时 图论和笔画特点 94% 未知 分形几何 [ 17 ] 94% 0.83 s 图特征 92.27% 17 s 拓扑配准 97% 4 s 基于SVM 88% 未知 拓扑特征识别 95% 0.45 s 表1. 识别方法比较
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 甲骨文是我国的最古老的一种象形文字，它是中国汉字的起源。虽然甲骨文是我们中华名族的瑰宝，但是甲骨文毕竟是3300年前的产物，就算是在它的起源地——河南安阳，实际对甲骨文了解的人并不多，并且甲骨文同一个字有许多不同的版本，除了甲骨文考古领域的专家外，其他人想要学习并深入了解甲骨文并不是一件容易的事情。由于甲骨文的字形具有图画的特征，所以可以将甲骨文字转为图来进行处理，本文通过分析甲骨文的拓扑特征，并改进原先甲骨文识别的方法，在识别甲骨文的基础上提高识别的准确率。实验表明通过分析甲骨文的拓扑特征能够准确并且快速地识别甲骨文字，实现了甲骨文的识别功能。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文对宁夏北部及邻区强震构造危险性和宁夏北部及邻区1950年以来5级以上地震活动特征进行分析，给出了未来强震的区域和活动强度。并通过分析近期该区域存在的广义前震特征和地震活动性参数异常，得到未来宁夏北部及邻区发生6级以上地震的区域，希望本文的研究为该区域的地震预测及跟踪提供参考。 关键词 :宁夏北部及邻区，广义前震，地震活动性参数，预测 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 银川以北至宁蒙交界地区是宁夏社会和经济建设的重要区域，银川以北至宁蒙交界地区被列为2006~2020年全国地震重点监视防御区。该区域自 1991 年 9 月 14 日 内蒙古阿拉善左旗5.0级地震后平静了23年7个月，于 2015 年 4 月 15 日 发生了内蒙古阿拉善左旗5.8级地震和 2017 年 6 月 3 日 内蒙古阿拉善左旗5.0级地震。根据以往震例，该区域未来几年内5.0级以上地震存在连续发生的可能，甚至不排除发生6~7级地震的可能。 2015 年 4 月 15 日 内蒙古阿拉善左旗5.8级地震发生后，需要对该区域未来中强以上地震趋势进一步进行多角度分析。
system: [SYSTEM]

user: 2. 宁夏北部及邻区强震构造危险性分析 宁夏地处青藏地块、华北地块和阿拉善地块的交接部位，受多种动力学因素的制约，分布有多条控制现今强震活动的活动断层，以牛首山为界，南部属于祁连山断裂带的部分，以北则属于华北地块的鄂尔多斯地台西缘断裂带的部分。由于宁夏北部长期受青藏块体北东向的推挤作用和阿拉善地块之间强烈的相互作用影响，造成该区地质构造十分复杂，地震活动十分强烈。上溯1000年来，宁夏北部及邻区(37.5˚~40.7˚N， 103.5˚~107.7˚E)地区发生过8次6级以上地震，包括1次8级大地震。与历史地震相对照，该区现今地震活动具有继承性，无论频度和强度仍然显示出较高的活动水平，自1950年以来共发生M s ≥ 5.0地震27次。 2015 年 4 月 15 日 内蒙古阿左旗5.8级地震发生在宁夏以北华北地块的鄂尔多斯西北缘，而 2017 年 6 月 3 日 内蒙古阿左旗5.0级地震发生在祁连山地震带。 宁夏北部及邻区7级以上地震都与几条主要活动断裂带息息相关。如贺兰山东麓断裂带和香山–天景山断裂带等均发生过7级以上地震，大多数6级地震也是沿几条主要的活动断裂带分布。另外，根据近几十年野外地质调查发现，宁夏境内的几条主要活动断裂带上揭露出多期7级以上古地震事件，进一步说明活动断裂与强地震的依存关系。第四纪盆地是易发生强地震的场所。银川盆地和吉兰泰盆地是本区两个活动强烈的拉张型断陷盆地。 银川盆地历史上强震非常活跃，曾发生过1739年银川–平罗8级大震。位于盆地南端的吴忠、灵武地区，自1921年以来发生过8次5级地震。在中卫和中宁的压陷型盆地，历史上曾分别发生过1709年中卫南7 1/2级和1561年中宁7 1/4级。 宁夏城市活动断层探测及地震危险性评价工作走在了全国前列，对研究区主要活动断裂第四纪以来的活动性研究成果为地震危险地点的判定提供了重要依据。根据银川市活动断层探测与地震危险性评价结果，未来200年(2006年以后)，贺兰山东麓断裂北段发生特征地震的危险程度很低，贺兰山东麓断裂南段复发特征地震的可能性为中等，银川隐伏断裂北段发生特征地震的可能性低，黄河断裂南段特征地震的复发危险程度高，存在发生7级地震的可能。 根据M7专项工作组(M7专项工作组，2012) [ 1 ] 对南北地震带北段中长期大地震危险性研究成果，即南北地震带北段历史与史前地震破裂区展布及大地震空区判定结果，未来可能发生强震的空段有6个，宁夏北部及邻近地区强震空段为磴口–五原地震空段、同心–灵武地震空段。 依据地震行业科研专项《2016~2025年中国大陆地震危险区预测》研究成果，未来7年宁夏北部及邻区存在3个强震危险区，分别为鄂尔多斯西北缘、香山天景山断裂东南段–黄河灵武断裂南段和天桥沟黄羊川断裂–老虎山断裂。
system: [SYSTEM]

user: 3. 宁夏北部及邻区1950年以来5级以上地震活动特征 从图1可以看出，宁夏北部及邻区1950年以来5级以上地震可以分为4个活跃时段，分别为：1952~1962年、1971~1976年、1984~1991年和2015~2017年，分别持续10、5、7和2年，最后一个活跃时段时间最短，根据前3个活跃时段的持续时间，第4个活跃时段有可能持续几年，但不应超过第1活跃时段5级以上余震持续时间(8年)；3个平静时段分别为：1962~1971、1976~1984和1991~2017年，持续时间分别为9、8和24年，最后1个平静时段最长。 从图2(a)可以看出，1952~1954年宁夏北部及邻区的5级以上地震主要分布在主震—— 1954 年 7 月 31 日 7.0级地震余震区内(以震中为中心，南北距离 80 km ，东西 40 km 的矩形内)。1955~1957年宁夏北部及邻区没有5级以上地震发生(图1)，1958~1962年宁夏北部及邻区的5级以上地震依然主要分布在 1954 年 7 月 31 日 7.0级地震余震区内，同时在外围出现了4个响应区，宁夏北部及邻区有3个响应区(图2(b))。 从图3(a)和图3(b)可以看出，第2、3活跃时段宁夏吴忠–灵武响应区都发生了5级以上地震，内蒙古巴音木仁地区第2活跃时段也发生了5级以上地震，第3活跃时段在内蒙古阿拉善左旗发生了3次5级地震，位于1954年民勤7.0级地震响应区之间；1991年之后宁夏北部及邻区5级以上地震活动平静26年之后， 2015 年 4 月 15 日 内蒙古阿拉善左旗发生5.8级地震，之后在1954民勤7.0级地震余震区5级地震平静56年后2017年6月3日发生了5.0级地震，第4活跃时段的2次5级以上地震依然发生在1954年民勤7.0级地震的响应区内(图4)，因此可以判断第4活跃时段5级以上地震活动地点有可能维持目前的格局。 综合以上分析，可以推断未来几年宁夏北部及邻区5级以上地震活动有可能继续活跃，但强度不超过6级，地点有可能继续发生在1954年民勤7.0级地震的余震区和响应区内或者在内蒙古阿拉善左旗地区。 图1. 1950~2018年宁夏北部及邻区5级以上地震M-t图 图2. 1952~1962年宁夏北部及邻区5级以上地震分布图 图3. 1971~1991年宁夏北部及邻区5级以上地震分布图 图4. 2015~2018年宁夏北部及邻区5级以上地震分布图
system: [SYSTEM]

user: 4. 近期宁夏北部及邻区存在的广义前震特征 通过分析2015年5月以来宁夏北部及邻区M L ≥ 3.0地震活动情况，发现2015年5月以来甘肃民勤至阿拉善左旗一带形成了北东向的较大范围M L ≥ 3.0地震围空区，长轴约240 km (图5)。该空区的存在表明未来在空区内部及边缘有发生6级左右地震的可能。 图5. 2009年以来宁夏北部及邻区的M L ≥ 3.0地震分布
system: [SYSTEM]

user: 5. 近期宁夏北部及邻区存在的地震活动性参数异常 地震活动性参数是指采用地震的时空强等信息根据统计模型回归得到的参数值，其与地质构造、岩石力学性质、地下介质物性以及震源机制等有密切的关系。研究地震活动性参数的时空变化对于了解研究区的构造环境、应力环境等有重要的科学意义。以下给出了一些重要的地震活动性参数异常分析结果。 1) 沿主要断裂带的b值空间扫描图像 特定岩体内构造应力的大小与破裂产生地震的震级—频度关系为lgN(M) = a − bM，式中N为震级M ≥ Mmin (最小完整性震级)的地震累积频度，a、b为经验常数。由于应力的高低与震级–频度关系中的b值成反比(Scholz， 1968; Urbancic et al.， 1992) [ 2 ] [ 3 ] ，因此可以根据低b值的空间分布来揭示和推断活动断裂带不同段落现今应力积累的相对水平，描绘出活动断裂带上的高应力积累区或闭锁段落(Wiemer， 1997; Wyss et al.， 2000) [ 4 ] [ 5 ] 。 利用全国正式目录，选取1970年以来宁夏及邻近地区(34˚~41.3˚N， 103.5˚~109˚E)记录的弱震资料，将研究区以0.1˚ × 0.1˚划分网格，固定每个单元的搜索地震数，并计算相应的最小完整性震级，然后利用震级—频度关系基于最大似然估计法计算每个单元格内的b值，得到宁夏及邻区沿主要断裂带的b值空间分布图像(图6)。结果显示：鄂尔多斯西北缘存在高应力集中区。 2) 地震加速矩释放时空扫描图像 蒋长胜等(2009) [ 6 ] 用“破裂时间分析”方程中的幂指数m作为描述震前加速矩释放程度的参量，结 图6. 宁夏及邻区b值空间扫描图(1970年以来) 果表明地震前可观测到m值逐渐减小，即加速特征逐渐明显的过程，并且出现AMR现象的空间区域与震中位置似有较好的对应。 利用宁夏及邻区近5年来M L 2.0以上地震资料，取空间扫描半径为60 km，得到该区域地震矩加速释放模型参数m值空间分布图像(图7)。结果显示，内蒙古阿拉善右旗和内蒙古磴口–杭锦后旗一带存在地震矩加速释放低m值异常区。 3) A值平面扫描图像 地震空间集中度C值反应了地震在空间上的集中程度，地震危险度D值反应了地震在时间上的丛集程度，地震强度因子Mf值反应了地震活动增强的程度，它们分别反应了地震在时、空、强方面的震兆。为综合考虑地震活动的时、空、强特征，王炜教授(1986) [ 7 ] 定义地震活动因子A值为C、D、Mf值的线性组合。A值异常场区与未来地震有较好的相关性，统计1971年以来的预报效能，R大于0.207，通过R检验。选取宁夏及邻区M L 2.5以上地震，以时间尺度1年、步长0.5˚和窗长1˚进行A值空间滑动扫描，取大于0.40为异常值。从图8可以看出异常区为内蒙古乌海–磴口和宁夏银川周围一带。 4) 区域Pg波速度横向变化 利用宁夏测震台网记录的1970年以来的Pg波到时数据，得到了宁夏及邻区Pg波速度横向变化图像(图9)。其中，蓝色代表高速区，红色代表低速区，白色圆圈为1970年以来发生于宁夏及邻区的5.0级以上地震。速度成像结果显示：除黄河断裂南段–灵武断裂呈现为高速区外，其它断裂带上则以低速为主；1970年以来5级以上地震多发生于高、低速的转换地带。 图7. 宁夏及邻区地震矩加速释放特征m值空间分布 图8. A值异常分布(2017.10~2018.10) 图9. 宁夏及邻区Pg波速度横向变化图 基于地震易发生于高、低速区的过渡带和坚固体孕震模式(梅世蓉，1995) [ 8 ] ——高速体(坚固体)的存在是高应力集中的重要条件，宁夏吴忠–灵武以北的高速区及其周围很可能是未来地震孕育区域。 5) 视应力空间分布 视应力常被用来研究震源区的应力水平，以及了解地震发生过程中的构造应力释放水平，即地震视应力越高，震源区的应力水平就越高。研究(王琼等，2005；秦嘉政等，2006) [ 9 ] [ 10 ] 发现，视应力与震级之间存在一定的依赖关系。因此为尽量消除视应力与震级之间的相关性，特引入差视应力概念，即指实际计算得到的视应力与理论视应力的差值。理论视应力可根据视应力与震级的线性关系得到。 选取2009年以来宁夏测震台网记录的M L 2.5以上地震，依次截取波形，扣除仪器响应，采用Brune圆盘模型，计算每个中小地震的视应力值，拟合视应力与震级标度关系，视应力值扣除震级影响后即为差视应力值。最后以10 km为扫描半径、0.1˚为扫描步长进行空间扫描，得到差视应力空间分布图(图10)。结果显示，在宁夏石嘴山–银川、青铜峡–吴忠为未来可能发生中等地震的区域。 6) 地震分形维度D值 地震活动性的分形特性指的是地震在时间和空间分布的随机自相似结构，其可以使用分形维度D值来表示，根据D值的大小可确定地震在空间是随机分布还是聚集分布的(Ogata， 1988， Hirata， 1989) [ 11 ] [ 12 ] 。分形维度也可以用来定量描述某一断层系统地震活动的差异程度以及地震地表破裂的复杂程度，这时D主要受应力场分布、地质、力学及构造差异等因素的控制。分形维度值为判断一个地区是否处于稳定状态提供了十分重要的信息。分形维度值的任何变化都意味着地区系统状态的改变。因此研究余震区的地震分形维度对于认识地震地表破裂的复杂性以及判断余震活动趋势具有重要的意义。 图10. 视应力高值异常分布 图11. 宁夏及邻区D值空间扫描图(1970年以来) 通过计算1970年以来宁夏及邻区(103.5˚~107.7˚E， 35.0˚~40.7˚E) M L ≥ 3.0地震的D值(图11)，从图中可以看出，1970年以来宁夏及邻区的D值偏高，各个区域的特征不同：宁夏中北部地区、甘肃景泰地区和内蒙古阿拉善左旗5级以上地震发生在D值1.9左右的区域；宁夏南部和内蒙古乌海一带的5级以上地震的5级以上地震发生在D值大于2.1的区域。以上特征对今后判定危险区提供了一定的参考。
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论与讨论 通过前面的背景分析，得到了以下结论：可以推断未来几年宁夏北部及邻区5级以上地震活动有可能继续活跃，但强度不超过6级，地点有可能继续发生在1954年民勤7.0级地震的余震区和响应区内或者在内蒙古阿拉善左旗地区。2015年5月以来甘肃民勤至阿拉善左旗一带存在北东向的M L ≥ 3.0地震围空区(长轴约240 km，图7)，该空区的存在表明未来在空区内部及边缘有发生6级左右地震的可能。该空区内部和边缘包含了1954年民勤7.0级地震的余震区和2个响应区，因此该区域未来发生6级以上地震的可能性较大。再结合宁夏北部及邻区近几年的地震活动性参数异常，得到以下结论： 1) 内蒙古乌海至磴口一带为未来宁夏及邻区发生6级以上地震的危险区域，其异常指标最多，有M L ≥ 3.0地震空区、地震矩加速释放低m值异常区、A值平面扫描异常区、Pg波速度横向变化和分形维度D值异常，采用的异常分析绝大多数出现了异常，仅b值和视应力的空间分布图像未出现异常，因此需重点跟踪该区域的震情发展。 2) 1954 年7 月31 日 内蒙古腾格里沙漠北7.0级地震的余震区未来几年也有发生6级以上地震的危险，其异常指标有M L ≥ 3.0地震空区和分形维度D值异常，因此对该区域的震情发展需进一步跟踪。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 海洋内波是一种典型的海洋现象，其特征检测和参数反演研究对海洋生态系统、海洋渔业、海洋工程和军事等具有重要意义。海洋内波在合成孔径雷达(SAR)图像上的明暗条纹特征，使SAR图像成为检测海洋内波特征的重要数据源。针对复杂的多簇海洋内波SAR图像，本文首先利用高斯滤波、Canny算子对SAR图像中多簇海洋内波特征进行检测，通过非内波边缘剔除、特征曲线搜索，结合层次聚类分析，进行了海洋内波特征的自动提取和多个内波波包的识别与分离。基于计算机视觉库Opencv，利用RADARSAT卫星SAR图像进行了海洋内波特征检测，检测结果表明该方法有效解决了内波特征自动检测问题，为海量SAR图像海洋内波特征参数自动反演和星上快速处理奠定了基础。 关键词 :SAR图像，海洋内波特征，Canny算子，层次聚类，自动检测 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 海洋内波是海水内部的波动之一，它与海洋表面的海浪运动有着非常不同的物理特征。海洋内波会引起海水温、盐、密度剖面发生剧烈的波动，这种波动具有很强的方向性和时变性，对水下声传播影响巨大，使声速的大小和方向均发生改变，给水下目标的声纳探测与定位以及水声通信等带来严重影响。对几何尺寸与内波波长相当的水下航行器的安全性和隐蔽性也影响严重，因此及时掌握海洋内波特征具有重要意义。 众所周知，应用SAR可以观测海洋内波，而且海洋内波在SAR图像上呈现明暗相间的条纹特征 [ 1 ] ，为内波特征参数反演提供了丰富的资料源，相应算法研究也比较多，但大多算法依赖人工干预，检测精度受主观因素影响，检测效率较低。陈捷 [ 2 ] 等基于滑动窗口研究了海洋内波SAR图像特征的自动检测算法，其中滑动窗口大小根据典型内波波长的1/2~1倍确定，用来处理海量大幅宽SAR图像效率不高，不适于处理包含多个内波波包的复杂SAR图像。本文应用跨平台计算机视觉库Opencv实现了海洋内波SAR图像特征自动检测，首先基于Canny算子检测海洋内波SAR图像特征边缘，通过曲线搜索将内波特征边缘从图像中分离出来，结合层次聚类方法完成多个内波波包的识别和标识，整个过程无需外界干预，为海量SAR图像数据快速处理和进一步自动反演内波波长、传播方向、波速、振幅等特征参数奠定了基础。
system: [SYSTEM]

user: 2. 层次聚类算法 针对多簇内波的特征曲线的分离问题，本文在一般边缘特征提取的基础上结合层次聚类方法，有效实现了内波群的自动检测识别和分离。层次聚类是聚类算法的一种，通过计算样本数据点或簇间的相似度来创建一棵聚类树。在聚类树中，不同类别的原始数据点或簇是树的最低层，树的顶层是一个聚类的根节点。创建聚类树有自下而上合并和自上而下分裂两种方法，本文目的是寻找一个簇中的特征线上的点，因此采用合并方法。 聚类分析的输入用特征数据集合 ( X ， d ) 表示，其中X表示一组样本，d表示样本间相似度的标准，聚类系统的输出是对数据的区分结果 [ 3 ] ，即： 其中 c i ( i = 1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ， k ) 是X的子集，且满足如下条件： 1) c 1 ∪ c 2 ∪ c 3 ∪ ⋯ ∪ c k = x 2) c i ∩ c j = ϕ ， i ≠ j ，c中的 c 1 ， c 2 ， ⋯ ， c k 称为类或簇。 层次聚类的合并算法通过计算两类数据点或簇间的相似性，即通过计算每一个类别的数据点或簇与所有数据点或簇之间的距离来确定它们之间的相似性，距离越小，相似度越高。并将距离最近的两个数据点或簇进行组合，生成聚类树。数据点或簇 i ， j 之间的距离用欧式距离 [ 4 ] 来计算： d i j = ( x i − x j ) 2 + ( y i − y j ) 2 在层次聚类过程中，以单个数据对象为初始簇，以满足簇间最小距离阈值的簇相聚和的方法融合，直至遍历所有初始簇得到聚类为止。如果有N个对象被聚类，其距离矩阵大小为 N × N ，基于距离阈值的聚类实现流程为： 1) 将X中的每一个数据 x i 作为一个聚类中心 c i = ( x i ) 形成X的一个聚类集合： c = ( c 1 ， c 2 ， ⋯ ， c n ) ； 2) 计算c中的每个聚类对 ( c i ， c j ) 之间的欧式距离 d i j ，得到初始化距离矩阵； 3) 将 d i j 满足阈值的两个子簇合并为一个新簇，并进行簇类标识； 4) 在未标识的簇中重复执行3)，直到所有的簇都被标识为止。