DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 1.1. 研究背景 2014年公布的IPCC第5次报告指出，全球降水将会呈现“干者愈干，湿者愈湿”的趋势，而全球变暖也是近百年来最主要的气候特征，这使得世界范围内很多地区的各种气象要素都发生了很大的变化，直接导致全球降水分布发生改变，同时在全球变暖背景下研究降水量时空分布，可以在某种程度上反映全球气候变化与迁移的情况 [ 1 ]。降水量是极为重要的气象要素可以用来描述某一地区的气候特征。卫星遥感获得的降水数据，是目前进行区域降水时空分析的重要数据来源，因为卫星数据具有分辨率高、分布连续等优点 [ 2 ] [ 3 ]。降水时空分布是气象、气候、水文、生态以及经济、农业和其他相关学科研究的基础和必要支撑，而降水时空分布的变化不止对地表河流径流量有直接影响，同时对研究水资源也有很大的影响，其可以为洪涝灾害的防治预测提供参考 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。此外降水分布关乎农业发展和粮食安全，所以在全球变暖的背景下研究多尺度降水分布特征对全球气候变化以及水资源的研究至关重要。 目前采集降水观测信息的手段主要有以下几种：地面雨量计、地基雷达和卫星遥感探测信息。一方面，由地面雨量计和地基雷达观测采集到的降水资料的准确度较高，也是目前较为成熟的手段，但其空间分布不均匀，数据类型为离散型数据，所以目前被用于进行局部地区的降水观测，加之气象台站分布的密度较低，所以想要获得大范围的或者说全球的比较准确的降水信息时有一定难度的，而且就算是在给定的局部小区域内，想要获得任何一处的降水信息也是不可能的。 另一方面，卫星遥感的优点是在全球或者给定的大区域内进行连续而非间断式的观测，获取得到时间分辨率很高的观测数据卫星遥感，因此可以弥补上述两种观测手段的不足。 1.2. 研究现状 四川省位于中国的西南地区，地形复杂，海拔差异巨大，有丘陵、高原、冰川、草原等地形地貌，由于独特的地理特征，其气候变化与全球以及中国大部分地区呈现相反的趋势 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。至上个世纪80年代以来，国内外很多学者都对四川省降水变化进行了很多研究，如陈海山等研究中国近50年不同区域极端降水事件变化特征的季节性差异，分析得出西南地区极端降水事件发生频次较高，年极端降水事件从长期来看有减少趋势 [ 13 ]。罗玉等研究了1961~2015年四川省156个气象台站的汛期极端降水指数时空变化特征，发现55年间汛期的极端降水指数在大部分地区呈现增加趋势且有明显周期变化 [ 14 ]。邵远坤等分析了四川盆地的降水特征 [ 15 ]。王真等利用1971~2018年四川省35个气象站的逐日降水资料，对四川省极端降水指数进行研究发现：(1) 极端降水指数随时间变化不显著，但是随经度、海拔高度有着明显的变化，其中只有降水强度是随时间呈现明显增大趋势，并且其突变发生在上个世纪的八九十年代。(2) 川西极端降水事件多发，四川中部地区逐渐变得干旱，四川东部地区发生洪涝可能性增加 [ 16 ]。张顺谦等(2011)利用1961~2009年四川省143个气象站的逐日降水资料，发现近50年来极端降水日数是在减少，但极端降水量却是有些微增加，极端降水指数都有着5~8年的震荡周期，且大部分站点的指数是没有突变的 [ 17 ]。 对于大渡河流域的研究，程珂等研究了大渡河流域年径流量和降水量之间的关系 [ 18 ]。吴付华等通过研究大渡河周围洪水、暴雨的成因，分析统计大渡河流域暴雨、洪水的时间以及空间分布，总结该流域暴雨、洪水的特征 [ 19 ]。刘佳等通过对大渡河流域极端降水指数进行研究，发现大渡河流域的极端降水指数为波动增加的稳定趋势，多年平均值有着统一的分布特征，即由西北向东南方向逐渐增多 [ 20 ]。孙文慧等根据1960~2010年逐日降水资料，研究了大渡河上游汛期降水的时空分布，发现大渡河上游汛期持续、开始和结束的时间特征都不明显，并且分别对应着不同的周期 [ 21 ]。肖扬等用1961~2010年大渡河气象站点数据资料进行分析，得出：(1) 峨眉山是降水日数和降水量的高值区，但逐渐在减少，小金–丹巴是低值区。(2) 整个大渡河降水日数有4~8年的短周期 [ 22 ]。 前人分别研究了大渡河年径流量和降水量的关系、暴雨成因，极端降水指数分布特征，而对于大渡河流域降水的时空变化，目前进展为研究了上游汛期降水的时空分布特征、利用气象站资料研究整个流域降水的时空分布。与前人不同，本文是利用欧洲数值预报中心的ERA5再分析资料，对大渡河降水的时空变化特征进行研究。 1.3. 研究意义 青藏高原东南部到川西这一地带是大渡河的地理位置所在，河流横跨5个纬度、4个经度，位于99˚42'~103˚48'E，28˚15'~33˚33'N，是长江的二级支流，也是岷江的最大支流。整个流域有高山、有峡谷，存在多种地貌，地势、海拔差异巨大，因而沿流域一带的气候完全不同。长期以来，由于其特殊的地理位置和复杂的气候，导致泥石流、滑坡等自然灾害在流域沿岸频发，这些给国民经济、人民的生命财产等都造成了巨大的损失，而这些灾害一般都是由于降水过多所导致的。 目前对于大渡河降水时空分布的研究是不够全面的，还未有学者采用欧洲数值预报中心的数据对于大渡河降水时空分布进行更加系统的分析研究。本文恰希望通过研究，能够对大渡河流域降水空间分布特征、时间分布特征有更加深入的了解，揭示其气候变化的机理，可以为强降水预报预测提供技术支持，解决该地中长期气候变化预测。
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user: 2. 资料和方法 2.1. 研究区域概况 青藏高原东南部到川西这一地带是大渡河的地理位置所在。其上源为麻尔柯河、阿柯河(在久治县)经阿坝县于马尔康县境接纳梭磨河、绰斯甲河(杜柯河、多柯河，后称大金川)，向南流经金川县、丹巴县，于丹巴县城东接纳小金川，再经泸定县、石棉县转向东流，经汉源县、峨边县，于乐山市城南注入岷江。流域总面积是7.77万平方公里，大渡河有比较多的支流，两条支流面积在1万平方公里以上，28条支流面积在1千平方公里以上，河网的密度较大。 大渡河流域上游是高原山地气候，雨水较少，年降水量在500到750毫米之间，夏季凉，冬季冷。其他地带是季风气候，冬季暖、夏季热，气候湿润、降水多，年降水量可以达到1000毫米，石棉右岸地区的降水量在1200到1500毫米之间，下游的某些地区甚至可以达到1400到1900毫米左右。暴雨发生在中下游地区的5月到9月，而其中7月、8月降水是最多的。大渡河水系是呈羽毛状延伸的，地表径流多来自于降水，融雪也提供了一部分。 2.2. 资料概况 由于大渡河流域的复杂地形，导致在该区域内的气象观测站点分布不均，从而在流域内的降水并不能完全通过常规意义上的原始站点观测到，因此需要精确率更高的一套数据集来展示大渡河流域的降水状况。目前国际上使用较多的格点数据包括ERA5和NCEP2再分析数据集，其中ERA5数据由ECMWF面向全球用户公开的再分析数据，是迄今为止最强大的全球气候监测数据集。 本文选择使用的数据是ERA5，也是最新的再分析资料。是由欧盟资助、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)运营的气候服务中心开发，时间跨度是从1950年开始到如今，实时更新大约会有三个月左右的滞后。与其前身ERA-Interim相比，ERA5的性能有比较大的提升：(1) 0.125˚高时空分辨率：以水平空间分辨率31千米、高空每层0.1 hPa，共计137层(80千米)的空间分辨率，采集气象要素的小时数据(前身ERA-Interim空间分辨率为60层，每层0.1 hPa；时间分辨率为6小时)。(2) 新功能：第一次采用新型的集合型再分析产品来估计大气的不稳定度，该产品由10个成员构成，时间分辨率3小时，空间分辨率62千米，可以给在预报模式和实际观测当中所存在的各种误差提供一个较为合理的解释，也可以为不同时空的气象数据、大气参数的分析提供更加详细的资料和信息。(3) 更多的数据同化：将大量的历史卫星观测数据应用在更新型的模式和系统中，以便于估计与实际更为接近的大气状况，当然，这些全部的数据都会向所有的用户开发，供其下载和使用。(4) 更多的变量：提供了更多进行天气、气候、海洋分析等所需要的参数和变量，如今已经有多达240种(ERA-Interim只有100种)，例如，海浪耦合的表征变量波高、波向。 综上，使用ERA5降水数据进行分析，无论是分辨率还是数据精确性方面都将得到极大提高，更能真实的反应出大渡河流域的降水特征，对该地区的水利、电力等方面的应用提供更好的参考。 2.3. 研究方法 2.3.1. 功率谱分析 功率谱是功率谱密度函数的简称，是单位频带内的信号功率，它表示了信号功率随着频率的变化情况，即信号功率在频域的分布状况 [ 23 ]。功率谱分析方法是分析时间序列常用的方法，它通过快速傅里叶变换研究频率与自相关函数的傅氏变换之间的关系，根据功率谱图的特点可以直观地揭示出序列的周期性。表达式为： f ( x ) = | F T ( ω ) | 2 2 π T (1) f T ( t ) : t ∈ [ − T 2 ，     T 2 ] 时间段内的功率信号。 F T ( ω ) 为 f T ( t ) 的傅里叶变换。 2.3.2. 滤波 滤波是将信号波段中特定波段滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。是根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波主要分为经典滤波和现代滤波两种。经典滤波是指任何一个满足一定条件的信号，都可以把它拆分成很多正弦波。现代滤波主要分为低通滤波、高通滤波、带通滤波。 在我们对一些气象要素进行分析的时候，经常需要剔除一些占比很大的、众所周知的主要周期，以此来突出其他周期的成分，因为他们的存在压制了其他的周期的表现。本文中我们采用了低通、带通滤波，即让过滤以后的成分只含有低频、固定频率的振动分量。 2.3.3. 经验正交函数(EOF分析) EOF分析法是一种用于识别气候模式数据并突出其相似性和差异性的普遍方法。它是一种标准的统计方法，经常用于气象研究中，将原始的相关变量减少到小部分新的不相关的变量值中，这些变量可以解释大部分的方差，这种方法在气候数值模拟中有着广泛的应用 [ 24 ]。 2.3.4. Mann-Kendall检验法 气候的突变是相对稳定的不连续跳跃，即是指气候从一种状态跳跃性的向另一种状态转变的现象。世界气象组织(WMO)倡议，使用Mann-Kendall test法来评估气候学和水文学的趋势，这是时间序列的分析方法之一，这种检验被称为Kendall’tau统计，是一种非参数检验，即：不要求样本遵从一定的分布，不受到异常值的干扰，适用于非正态分布的数据 [ 25 ]。本文主要使用Mann-Kendall突变检验方法，通过对所需要的正反序列进行特定标准化处理以后，得到两条曲线在置信区间的交点，从而确定出突变点。 2.3.5. 小波分析法 傅里叶变换对随时间稳定变化的波动(信号)的处理，是非常有效的，目前应用仍旧广泛。但是对于波动不稳定信号处理结果是不太理想的。而小波分析是处理不稳定信号的重要工具，通过对时间(空间)和频率进行局部变换，利用伸缩、平移等运算进行多尺度的细化分析，以从不稳定的信号中提取出来有用的信息 [ 26 ]。 小波分析这种时间序列分析方法，目前在各个领域的应用都很广泛，尤其在对气象要素进行时间分析时。本文利用小波分析方法，对年降水量进行处理，得到年降水量随时间变化的各种尺度，分析序列中所包含的周期特征 [ 22 ]。
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user: 4. 结论与展望 4.1. 主要结论 经过对大渡河流域降水量的研究，我们得出以下几个结论： (1) 月平均降水量7、8月最多，12月最少；季平均降水量第二季度最多，第四季度最少；年平均降水量最少的为2000 mm，最多的地带可以达到4500 mm。 (2) 上游降水最少，但降水均匀集中；下游降水适中，在第二第三季度降水变动较大；中游雅安地区(石棉到汉源一带)一直是降水最多的地带。 (3) 石棉一带小时降水量：从5点到19点，降水量整体呈现增加趋势，19点是一天之内降水最多的时刻，为0.93 mm，5点是一天之内降水最少的时刻，仅0.66 mm。从19点到次日5点，降水量是一直在减少。 (4) 主周期47.6个月，低通滤波发现降水量的整体趋势是在减少，波动的振幅较小且不规律，波动周期也呈现不规律特征；带通滤波发现虽整体趋势是有很小程度的增加，整个波动的振幅很小，且随时间逐渐减小，2002年以后波动基本消失。 (5) M-K检验发现大渡河流域降水突变发生在2002年，此前降水基本上都是呈现增加趋势，但增加幅度不稳定，此后降水一直在减少，而且减少的幅度在增大。 4.2. 存在的问题与展望 本文的研究还有许多不足之处，主要有如下问题： 首先，由于时间有限，针对于大渡河流域的时空分布特征的研究做的还不够深入，只从均值、方差、降水变率研究其空间分布特征，时间分布特征只研究了其周期变化，今后需要做更多更深入的分析。 其次，再分析数据虽然分辨率高，但是降水反演精度较低，对于研究结果有一定影响，往后应该结合精度较高的站点数据，进一步完善本文。 最后，由于受气候变化和人类活动的双重影响，大渡河流域降水序列在某种意义上易发生变化，其统计特性随着时间的推移也会发生变化，未来仍有深入研究的必要。
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user: 摘要 单轴旋转光纤陀螺寻北仪是一种基于捷联式惯性工作原理的快速、高精度、自主式定向装置。利用光纤陀螺测量平面内不同方向地球自转角速率在载体坐标系水平方向上的分量，通过解算得出参考方向与真北方向的夹角。在建立光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺误差模型的基础上，设计了适用于倾斜条件下的便携式光纤陀螺寻北仪，分析了双位置、四位置寻北模式差异，完成了倾斜基座寻北补偿。本文讨论了便携式寻北仪的整体结构布局方式以及线路总体设计及其实现功能，利用F120H-M闭环光纤陀螺进行了半实物仿真验证及主要元件指标分析。
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user: 1. 引言 随着中高精度光学陀螺仪技术趋于成熟，以快速寻北为关键技术，利用单个光纤陀螺仪实现中高精度寻北功能，满足低成本小型化的军用市场需求。本文根据中精度光纤陀螺仪的实际精度指标，智能化寻北仪操作流程，提高寻北仪在战场环境可靠性和适应性，设计一款“用的上、用的起、用的好”的便携式静态寻北系统。同时在设计上预留经纬仪接口和波罗棱镜接口，方便进行功能扩展。
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user: 2. 工作原理及流程设计 2.1. 工作原理 单轴旋转光纤陀螺寻北仪利用光纤陀螺测量平面内不同方向地球自转角速率在载体坐标系水平方向上的分量，通过解算得出参考方向与真北方向的夹角。理论上来说，光纤陀螺在单个位置的输出就可以得到寻北结果，但是单位置的结果与陀螺自身的零偏、零偏稳定性、标度因数、随机噪声等参数有直接关系，而参数无法测得确定的结果，因此使用单位置寻北的精度很低 [ 1 ]。为了尽量避开光纤陀螺自身参数的影响，提高寻北精度，本文采用多位置寻北方案，其工作原理是将光纤陀螺仪转动固定角度，通过多位置测量消除光纤陀螺的常值漂移和水平姿态传感器偏值的影响，利用光纤陀螺测量地球自转角速率的水平分量来获得地球表面被测点的北向信息，利用水平姿态传感器测量固定陀螺的基座的倾斜角度，对光纤陀螺的输出数据进行补偿。得到载体的纵轴与真北方向的夹角 [ 2 ]。 2.2. 工作流程设计 寻北仪设备上电启动后，首先进行故障检测及初始化，当检测到系统各单元正常后，进入寻北准备状态，等待装入初始位置信息，以进行解算参数初始化。接收到寻北命令后，装订初始位置，系统进入粗寻北阶段，根据当前位置进行一个粗定向，判断航向是否在±10˚或180˚ ± 10˚范围内，如果粗定向结果在此范围内，则控制电机旋转45˚，并以此作为第一个位置。当粗定向结果显示航向不在此范围内，则以当前位置作为第一个位置，采集解算板在第一个位置进行陀螺、水平姿态传感器数据采样和预处理，60秒数据采样结束后存储第一个位置的陀螺、水平姿态传感器的处理结果以及当前旋转机构的旋转角度位置；第一个位置采样结束以后，给出驱动信号，驱动电机带动旋转组件转动到第二个位置(第一个位置+180˚)，60秒以后存储数据采样的最终结果和转角数据。第二个位置的采样结束后，采集解算板接收到采样完成的信号后，进行寻北计算并将计算结果送到显示面板或通过通讯口发送给外设设备。系统工作顺序示意图如图1所示。 图1. 系统工作流程 2.3. 两位置寻北设计 当系统处于调平状态时，光纤陀螺在初始测量的位置时的输出值为 ω 1 ；利用伺服电机驱动，使光纤陀螺的敏感轴逆时针转180˚到达反向位置，此时陀螺的输出记为 ω 2 。 陀螺的两个位置的输出为： { ω 1 = ω e cos ϕ cos k + ε t 1 ω 2 = ω e cos ϕ cos ( k + 180 ∘ ) + ε t 2 = − ω e cos ϕ cos k + ε t 2 (1) 式中： ε 1 t 、 ε 2 t 为陀螺输出的漂移； 寻北时需要提取的有用信号为低频直流分量 ω e cos ϕ cos k + ε d ，去除了低频周期干扰和噪声的影响后，由式(1)解算出方位角 k = arccos ( ω 1 − ω 2 2 ω e cos ϕ ) (2) 通过式(2)处理中消除了陀螺零偏，极大地降低了对陀螺精度的要求；此时陀螺转过的角度就是敏感轴的初始方向与真北的夹角。 2.4. 四位置寻北设计 若选用四位置寻北，则不需要进行粗寻北，单位置停留60秒采集数据完成后由采集解算板进行寻北计算并将计算结果发送到显示面板或上位机等外设。当寻北仪在调平状态下，利用四位置寻北可以忽略当地纬度的输入 [ 3 ]。 假设在调平状态下，方位角为k。在间隔90˚的四个位置上分别采样陀螺仪信号，得到 ω 1 、 ω 2 、 ω 3 、 ω 4 。采集到的陀螺数据信号如式(3)所示： { ω 1 = ω N cos k + E 0 + ε 1 ω 2 = − ω N cos k + E 0 + ε 2 ω 3 = − ω N cos k + E 0 + ε 3 ω 4 = ω N cos k + E 0 + ε 4 (3) 式中： E 0 为陀螺常值漂移误差； ε 1 、 ε 2 、 ε 3 和 ε 4 分别为采样时刻的陀螺时漂。因寻北时间较短，故可近似认为四个位置上的陀螺时间零偏大小相等。 ε 1 = ε 2 = ε 3 = ε 4 (4) 则 ω 1 − ω 3 2 = 2 ω N cos θ 2 = ω N cos θ (5) ω 4 − ω 2 2 = 2 ω N sin θ 2 = ω N sin θ (6) 综合(5)和(6)得： ω N cos θ ω N sin θ = tan θ (7) 因此，航向 k = a tan ( ω 4 − ω 2 ω 1 − ω 3 ) (8) 四位置寻北的优点在于不仅消除了陀螺漂移的常值误差，在调平状态下无需输入当地纬度 φ 。
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user: 3. 基座倾斜对寻北的影响 如果安装陀螺的基座平面与水平面存在较大倾角，则寻北精度会受到较大的影响下面分析当基座平面不水平时，倾角对方位角测量产生的影响。为了达到快速、精确调平的目的，在系统中增加敏感元件加速度计或倾角传感器来检测转台平面相对于水平面的倾斜角。通过运算实现基座的解析调平，对寻北结果进行补偿，以保证寻北精度 [ 4 ]。 考虑载体运动时转动顺序为偏航K→纵摇 θ →横摇 ψ ，则可得地理坐标系至载体坐标系的转换矩阵为： C n b = ( cos ψ cos K + sin ψ sin θ sin K − cos ψ sin K + sin ψ sin θ cos K − sin ψ cos θ cos θ sin K cos θ cos K sin θ sin ψ cos K − cos ψ sin θ sin K − sin ψ sin K − cos ψ sin θ cos K cos ψ cos θ ) (9) 在静态寻北方案下，每次转动的角度为 η i ，则载体坐标系到陀螺坐标系的转换矩阵为： C b g = [ cos η i − sin η i 0 sin η i cos η i 0 0 0 1 ] (10) 己知地球自转角速率 ω e 在地理坐标系的分量为 [ 0 ω N ω U ] ，则在陀螺坐标系各轴上的分量为： ω ⇀ = [ ω x ω y ω z ] = C b g ⋅ C n b ⋅ [ 0 ω N ω U ] (11) 因此光纤陀螺在敏感轴OY方向输出为： ω y = [ ω N ( sin k sin θ cos ψ − cos k sin ψ ) − ω U sin k cos θ ] sin η i     + ( ω N cos θ cos ψ + ω U sin θ ) cos η i + ω 0 + ε t (12) 基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角对方位角测量的影响 当基座平面倾斜角度与陀螺敏感轴一致时，即陀螺敏感轴相对水平面抬高(或降低) θ 角时，在式(9)中令横摇 ψ = 0 ，则陀螺的输出变为： ω = ω e cos ϕ sin k cos θ − ω e sin ϕ sin θ + ε t (13) 因此在两个相差180˚的转位上： { ω 1 y = ω e cos ϕ sin k cos θ − ω e sin ϕ sin θ + ε t 1 ω 2 y = − ω e cos ϕ sin k cos θ + ω e sin ϕ sin θ + ε t 2 (14) 如果不考虑其它干扰，则式(14)可得： k = arcsin ( ω 1 y − ω 2 y + 2 ω e sin ϕ sin θ 2 ω e cos ϕ cos θ ) (15) 俯仰角对方位角的影响函数为： F ( k ， θ ) = arcsin ( ω 1 y − ω 2 y + 2 ω e sin ϕ sin θ 2 ω e cos ϕ cos θ ) − arcsin ( ω 1 y − ω 2 y 2 ω e cos ϕ ) (16) 因此，基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差，从而在较大程度上影响寻北精度 [ 5 ]。 当基座平面倾斜角度与陀螺敏感轴垂直时，此时陀螺的输出等同于基座平面水平时陀螺的输出情况，对方位角测量没有影响。只有当基座平面误差角与陀螺敏感轴一致时，误差角才能对陀螺的输出产生影响。
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user: 4. 总体设计 4.1. 基本结构 该光纤陀螺寻北仪总体设计如图2所示，整体结构如图3所示。其内部各元件工作所需电源如图4所示。内部供电分成两个部分，即旋转部分供电和非旋转部分供电。非旋转部分供电固连在机箱内部，负责非旋转元件即解算控制板、旋转编码器、电机、和电子罗盘的供电。旋转部分供电安装在转台上，负责光纤陀螺仪供电 [ 6 ] [ 7 ]。 图2. 光纤陀螺寻北仪总体设计示意图 图3. 整体结构示意图 图4. 内部供电关系示意图 4.2. 线路设计 系统线路设计如图5所示，寻北仪的主体由旋转机构、电子单元、设备壳体组成，其中电子单元包括电源转换、解算控制板组成。解算控制板采集光纤陀螺、倾角传感器、旋转编码器信号，DSP完成数据解算并输出给定参考角度，闭环系统依据参考给定和电机角度反馈输出控制率并驱动电机旋转 [ 8 ]，实现自主寻北。 图5. 系统总体线路 线路系统设计包括电源转换板和控制解算板，其中电源转换板为控制解算板、各种传感器(如旋转编码器、陀螺仪、倾角传感器等)、电机等提供电能；控制解算板完成数据采集、算法解算、电机控制解算和对外通讯等功能。 解算控制板完成数据采集、算法解算、电机控制解算、和对外通讯等功能。采集解算板实现如下功能： 1) 数据采集：通过串口采集陀螺仪、倾角传感器 2) 角度解码：对角度传感器输出的正余弦信号进行解码和细分； 3) 寻北算法：依据寻北方案对采集的数据信息进行寻北解算； 4) 电机控制：根据采集到的角度传感器信息，依据位置控制算法进行解算，驱动功率电路进行电机位置控制； 5) 与外部设备通讯。 解算控制板设计采用模块化思想，其原理框图如图6所示。主要模块及功能描述如下： 核心板：已经固化好的DSP+FPGA最小系统，主要完成算法解算(DSP)和接口扩展(FPGA)。 电源接口模块：完成板上电压转换，为其他模块供电。 信号调理电路模块：对旋转编码器输出的模拟信号做滤波、放大、整形等处理，从而获得更高精度和分辨率的角度信息。 功放模块：功率放大，驱动直流电机运动。 串口模块：接收陀螺仪、倾角传感器、电子罗盘设备内部传感器信号，同时用于接收GPS、经纬仪等外部设备数据。 其他接口模块：预留CAN、以太网等模块，做后续功能拓展。 图6. 控制解算板原理框图 4.3. 仿真测试 利用F120H-M闭环光纤陀螺进行了半实物仿真试验，将设备置于双轴转台上，利用转台设置其纵摇、横摇；利用夹具调整寻北仪的设备方向，实现航向变化，用以验证在不同位置下的寻北精度为主要元件后续指标提供参考。倾斜状态光纤系统的试验数据如表1~3所示。 Table 1 Results of north seeking at 0˚ and 180 转台 横摇 转台 纵摇 转台 航向 X向陀螺敏感量 (˚/h) Y向陀螺敏感量 (˚/h) Z向陀螺敏感量 (˚/h) 时间 设备刻度指向 寻北误差 −3˚ 4˚ 0 0.4515 12.2793 8.6478 1 min 0 1.6′(1 min) −3˚ 4˚ 0 0.4481 12.2871 8.6476 2 min 0 −3˚ 4˚ 0 −0.4497 −12.2910 8.6570 1 min 179.9842 23″(2 min) −3˚ 4˚ 0 −0.4518 −12.2917 8.6578 2 min 179.9842 表1. 在0˚和180˚时的寻北结果 Table 2 Results of north seeking at 45˚ and 225 转台 横摇 转台 纵摇 转台 航向 X向陀螺敏感量 (˚/h) Y向陀螺敏感量 (˚/h) Z向陀螺敏感量 (˚/h) 时间 设备刻度指向 寻北误差 −3˚ 4˚ 2.3′ 9.0055 8.3670 8.65738 1 min 44.9913 1.8′(1 min) −3˚ 4˚ 2.3′ 9.0081 8.3649 8.6554 2 min 44.9913 −3˚ 4˚ 2.3′ −9.0170 −8.3736 8.6561 1 min 224.9853 38″(2 min) −3˚ 4˚ 2.3′ −9.0164 −8.3694 8.6542 2 min 224.9853 表2. 在45˚和225˚时的寻北结果 Table 3 Results of north seeking at 90˚ and 270 转台 横摇 转台 纵摇 转台 航向 X向陀螺敏感量 (˚/h) Y向陀螺敏感量 (˚/h) Z向陀螺敏感量 (˚/h) 时间 设备刻度指向 寻北误差 −3˚ 4˚ 1.6′ 12.2859 −0.4694 8.6659 1 min 89.9862 2.1′(1 min) −3˚ 4˚ 1.6′ 12.2839 −0.4621 8.6639 2 min 89.9862 −3˚ 4˚ 1.6′ −12.2935 0.4526 8.6421 1 min 270.9903 2.0″(2 min) −3˚ 4˚ 1.6′ −12.2985 0.4567 8.6435 2 min 270.9903 表3. 在90˚和270˚时的寻北结果 从仿真测试看，基座倾斜对寻北结果并无明显影响，说明倾斜条件寻北补偿效果明显；从多位置寻北停留的时间看，2分钟的停留时间寻北精度明显优于1分钟，表明2分钟的光纤陀螺噪声处理时间要好于1分钟的情况；从陀螺寻北时初始航向看，在90˚和270˚ (即东西向时)寻北效果不佳，因此在静态寻北时初始时刻应当避免东西方向寻北。
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user: 5. 结论 本文设计了一种便携式倾斜应用下的光纤陀螺寻北仪，介绍了基于多位置转位的寻北方案、系统总体设计、线路控制设计，重点分析倾斜条件下寻北精度的影响。在半实物仿真中采用F120H-M光纤陀螺进行系统测试，通过不同倾斜角度、不同寻北时间考核了寻北仪的寻北精度，结果表明其倾斜角度的补偿能够满足系统寻北精度，影响系统寻北精度的主要误差是短时(1 min)的光纤陀螺的随机漂移和输出噪声，后续的设计改进将重点考虑有效抑制光纤陀螺随机漂移和输出噪声的方法。
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user: 摘要 前人的研究已经证明t分布函数具有渐进正态的特性。我们改进了前人的研究，应用差函数的特性再次证明了t分布的渐进正态性，并结合MATLAB，直观验证了t分布的这一特性。之后，我们借助直观图形进一步分析了t函数的特性。
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user: 1. 引言 在概率统计学中，t分布函数是一种十分重要的分布函数，这种分布函数具有渐进正态性，即当自由度n趋于无穷大时，t分布函数趋近于标准正态分布。前人已经用求极限的方法证明了此结论 [ 1 ] - [ 9 ]，但是证明过程比较复杂，并且前人没有给出这个过程的细致描述。因此，对于这个逼近过程具有什么样的具体特点不是很清楚。本文拟引进t分布函数与标准正态分布的差函数，首先分析差函数的性质，利用差函数的性质简明地证明t分布的极限分布为标准正态分布，然后，通过利用MATLAB绘制其函数图像来细致分析其逼近过程的具体特点。
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user: 2. t分布及其性质 2.1. t分布的定义 若两个独立的随机变量 ξ ~ N ( 0 ， 1 ) ， ζ ~ χ 2 ( n ) ，那么随机变量 X = ξ ζ / n 服从自由度为n的t分布 [ 10 ]。 其概率密度函数为 f t ( x ， n ) = Γ ( n + 1 2 ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x 2 n ) − n + 1 2 ， ( − ∞ < x < + ∞ ) (1) 2.2. t分布的性质 性质1 (t分布的等价定义)：若 n + 1 个独立的随机变量 ξ ~ N ( 0 ， 1 ) ， ζ 1 ~ N ( 0 ， 1 ) ， ζ 2 ~ N ( 0 ， 1 ) ， ⋯ ， ζ n ~ N ( 0 ， 1 ) ，那么随机变量 X = ξ ∑ i = 1 n ζ i / n ，服从自由度为n的t分布； 性质2 (对称性)：由t分布的概率密度函数可得 f t ( x ， n ) = − f ( − x ， n ) 成立，因此t分布的概率密度函数关于x轴对称； 性质3 (均值和方差)：若随机变量 X ~ t ( n ) ，则X的方差与均值为 E ( X ) = 0 ， D ( X ) = n n − 2 ； 性质4 (有界性)：若随机变量 ，因为 D ( X ) = n n − 2 ，所以当 n > 2 时X的方差有界，因此X的概率密度函数有界。
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user: 3. 利用差函数分析证明渐进正态性 t分布函数与标准正态分布的差函数的意义为两者在y轴方向的距离，若当n趋于无穷时，差函数在其各极值点的取值均趋于0，则可间接证明当n趋于无穷时，t分布趋于标准正态分布，即 若 lim n → ∞ sup φ ( x ， n ) = 0 ，则 t ( n ) 趋近标准正态分布 N ( 0 ， 1 ) 。 因此，下面首先分析差函数的性质，再利用差函数的性质证明t分布的极限分布为标准正态分布。 3.1. 差函数的定义 设随机变量的取值为x，则有标准正态分布的概率密度函数为 f N ( x ) = 1 2 π e − x 2 2 ，自由度为n的t分 布的概率密度函数为 f t ( x ， n ) = Γ ( n + 1 2 ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x 2 n ) − n + 1 2 (2) 这样，自由度为n的t分布与标准正态分布的差函数表达式为： f t ( x ， n ) = Γ ( n + 1 2 ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x 2 n ) − n + 1 2 (3) 3.2. 差函数的基本性质 性质1 (对称性)：已知标准正态分布和t分布的概率密度函数均关于x轴对称，因此差函数也关于x轴对称； 性质2 (极值点)：对 φ ( x ， n ) 关于x求导数，得到 d φ ( x ， n ) d x = x [ n + 1 n Γ ( n + 1 2 ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x 2 n ) − n + 3 2 − 1 2 π e − x 2 2 ] (4) 令 d φ ( x ， n ) d x = 0 得到极值点 x 0 = 0 ，另有极值点 x k 满足方程 n + 1 n Γ ( n + 1 2 ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x 2 n ) − n + 3 2 = 1 2 π e − x 2 2 (5) 利用上式方程得到差函数的极值 φ ( x k ， n ) = Γ ( n + 1 n ) n π Γ ( n 2 ) ( 1 + x k n ) − n + 1 2 [ 1 − n + 1 n ( 1 + x k 2 n ) − 1 ] (6) 3.3. t分布的正态渐进性证明 引理1 (瓦里斯公式推论)： lim n → ∞ [ ( 2 n − 1 ) ! ! ( 2 n ) ! ! ] n π = 1       ( n ∈ N ) (7) 证明： 已知瓦里斯公式为 ∏ n = 1 ∞ 2 n 2 n − 1 × 2 n 2 n + 1 = π 2       ( n ∈ N ) (8) 公式左端变形后为 lim n → ∞ [ ( 2 n ) ! ! ( 2 n − 1 ) ! ! ] 2 1 2 n − 1 = π 2 (9) 再次变形得到 lim n → ∞ [ ( 2 n ) ! ! ( 2 n − 1 ) ! ! ] 2 ( 2 n − 1 ) π = 1 ∴ lim n → ∞ [ ( 2 n ) ! ! ( 2 n − 1 ) ! ! ] 1 n π = 1 (10) 证毕 定理1：当 n → ∞ 时，差函数的极值均趋于0。 证明： 首先，带入极值点 x 0 = 0 得到 lim n → ∞ φ ( x 0 ， n ) = Γ ( n + 1 n ) n π Γ ( n 2 ) − 1 2 π (11) 当n为偶数时，不妨令 n = 2 k (12) 当n为奇数时同理可证明 lim k → ∞ φ ( x 0 ， n ) = 0 。 下面，考虑其他极值点的极值 (13) 又由于t分布的概率密度函数的有界性得到 lim n → ∞ f t ( x k ， n ) = p ， (p为一有限数) (14) 另外因为 lim n → ∞ [ 1 − n + 1 n ( 1 + x k 2 n ) − 1 ] = 0 (15) 所以 lim n → ∞ φ ( x k ， n ) = 0 (16) 综上，当 n → ∞ 时，差函数的极值趋于0。 因此，t分布的极限分布为标准正态分布。
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user: 4. t分布函数的渐进正态性直观验证 前文已经证明了t分布函数具有渐进正态性，但没有给出直观描述。下面首先利用MATLAB对其渐进正态性进行分析。在MATLAB中，输入下列代码，绘制标准正态分布以及自由度从1到100的t分布的概率密度函数。 clear all;clc; x=-4:0.1:4; n=linspace(1，100，100); axis([-4 4 0 0.41]); ylabel('$t(n)$'，'interpreter'，'latex'， 'FontSize'， 18); xlabel('x') for i=1:100 A(i，:)=tpdf(x，n(i)); end plot(x，A); hold on; z=normpdf(x，0，1) plot(x，z，'color'，'r'，'linewidth'，2.3); title('自由度从1到100的t分布密度函数和标准正态分布'); legend('n从1变化到100'); 结果如图1所示。有图1可知，当t分布函数的自由度n增大的时，其概率分布函数在0附近的部分上升，其余两边的部分下降，总体趋近于标准正态分布曲线。t分布函数确实具有渐进正态性。 图1. t分布的渐进正态性
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user: 6. 结论 1) 当自由度n趋于无穷的时，t分布总体趋近于标准正态分布曲线，可通过构造的差函数比较简单地证明； 2) 趋近方式为其概率分布函数在0附近的部分上升，其余两边的部分下降； 3) 当自由度n趋于无穷的时，t分布趋近于标准正态分布，但是速度越来越慢； 4) 当自由度n趋于无穷的时，t分布在不同点与标准正态分布的差值不相同； 5) 当自由度n趋于无穷的时，t分布不同点趋近于标准正态分布的速度不相同。
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user: 摘要 土壤重金属污染日益严重，修复材料和修复技术成为研究热点。基于中国知网(CNKI)的数据源，通过设定关键检索词及年限，检索相关文献和专利，运用文献计量学方法，并借助Origin、Excel等绘图制表工具对数据结果进行了统计、分析，结果表明：土壤重金属污染修复技术相关文章最早发表于1996年，此后逐年增多。湖南农业大学成为发表相关科技论文数量最多的机构，来自中国科学院南京土壤研究所的吴龙华是发表相关科技论文数量最多的研究者，发表的科技论文多属于工程技术(自然)领域，以国家自然科学基金等国家级基金项目支持发表的论文居多，省级基金项目支持发表论文最多的是江苏省。研究者对土壤镉污染关注较多，植物修复、稳定化处理、物理修复等修复技术仍是当前研究的热点。
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user: 1. 引言 矿产资源的开发和利用、化工工业、交通运输业的发展等，在给国家经济带来重大支撑的同时，我们也面临着资源约束紧张、环境污染严重、生态系统退化等问题 [ 1 ]。其中，土壤重金属污染及其环境效应，引起越来越多人民群众的重视。习近平总书记在十九大报告中指出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。要着力解决突出的环境问题，包括强化土壤污染管控和修复，加强农业面源污染，开展人居环境整治行动 [ 2 ]。 土壤重金属污染修复主要有以下几个途径，一是改变重金属污染物的存在状态，降低其迁移性和生物可利用性；二是利用生物技术或工程技术方法从土壤中去除重金属；三是改变种植制度，避免重金属通过食物链影响生物和人体健康。目前重金属污染土壤修复技术主要分为物理修复、化学修复和生物修复3种，具体包括化学固定、土壤淋洗、热脱附、蒸汽萃取、电动修复、生物修复等。 土壤重金属污染修复技术的论文研究多针对修复材料，并探讨其与重金属生物有效性的作用机制及影响因素。本文以中国知网(CNKI)为数据源，从发文量的年度变化、发文机构分析、作者发文量、研究层次和基金支持等方面进行分析，并对研究热点和未来发展趋势等进行预测，以期为相关科研工作者提供数据参考。
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user: 2. 数据来源与分析方法 2.1. 数据来源 利用中国知网知识发现网络平台，采用高级检索方式，以“土壤重金属污染”和“修复技术”为主题，检索时间范围限定为截止2020年8月等为条件对文献进行检索。通过检索显示CNKI中关于“土壤重金属污染修复技术”的文献共有2087篇，其中中文文献2063篇。文献检索时间为2020年8月19日。 2.2. 分析方法和工具 文献计量学集数学、统计学、文献学等学科于一体，利用数学和统计学的方法，对文献、作者、文献标识等载体进行定量分析的交叉科学。文献包含期刊、硕博士论文、会议论文、报纸、年鉴、统计数据、工具书、专利、标准、成果等。应用范围广泛，对于评价出版物、考查文献利用率、预测文献服务发展方向，捕捉相关研究课题和研究热点等方面具有重要参考价值。 通过发文年代、研究机构、作者、研究层次等变量进行多方位统计与分析，利用Origin、Excel等绘图和制表软件，对将论文发表数量年度分布、研究机构等统计数据绘制成直观曲线，对重金属污染土壤的修复技术研究和发展概况进行描述，对未来发展趋势进行预测。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 文献年代分布及发展趋势 1996~2020年土壤重金属污染修复技术文献数量变化情况见图1，累计发表中文学术论文2000余篇。由图1可知，2000年之前，年发文量为2~5篇不等，此时对于重金属污染土壤修复技术的研究处于初始阶段，主要集中于土壤污染的植物和生物修复技术综述，收录的第一篇是来自浙江农业大学环境与资源学院土化系的唐世荣等 [ 3 ] 《利用植物修复污染土壤研究进展》，主要介绍了植物修复技术的概念和内涵，对技术的研究历史进行了回顾，阐述了该技术的有点及其局限性。其中2000年~2011年，发文数量呈线性增加趋势，在此阶段科研工作者提出富集植物、超富集植物、强化植物修复技术、生物修复技术、电动修复技术等修复材料及修复技术；2012年~2019年发文数量呈指数增长，研究主要集中于固化稳定化修复技术、生物炭等修复材料、联合修复技术等。 图1. 1996以来文献数量变化情况 3.2. 发文机构分析 关于土壤重金属污染修复技术发表科技论文数量前10的机构列表见图2。按照发文数量先后排序依次为：湖南农业大学(48)、南京农业大学(37)、中国科学院南京土壤研究所(31)、西北农林科技大学(30)、中国地质大学(北京) (26)、浙江大学(26)、湖南大学(23)、成都理工大学(21)、浙江农林大学(20)和中国科学院沈阳应用生态研究所(18)等，合计发表科技论文280篇，占历年发表论文总数的13.42%。将发文机构按照性质进行分类发现，主要为高等院校和研究院所，所占比例分别占机构发表科技论文数量的86.92%和9.01%，其他机构如企业和无机构信息的文章占4.07%。 图2. 文献数量前10的机构 湖南农业大学资源环境学院的袁敏等 [ 4 ] 于2005年第一次发表题为《土壤重金属污染的植物修复及其组合技术的应用》一文，着重分析了植物修复与螯合剂、基因工程、电压、化学改良剂等组合应用的优点。湖南农业大学在2005年~2019年期间，研究主要集中于植物修复、化学修复、土壤改良剂、螯合剂及微生物修复等技术。重金属的污染类型集中于土壤镉污染，分析的土地类型主要集中于农田、菜地等，且以硕士博士的毕业论文居多。 排在第二位的机构是南京农业大学，发表科技论文总数37篇，数占比5.38%。其中，硕博论文共26篇，占总数的70.27%。最早一篇是俞协治 [ 5 ] 于2003年发表题为《蚯蚓在植物修复重金属污染土壤中的应用可行性研究》的硕士毕业论文，通过将蚯蚓与植物进行联合，用于修复铜和镉复合污染的土壤，结果表明：供试蚯蚓对镉具有一定的富集能力，对铜则为部分吸收，蚯蚓的活动增加了植物地上部分生物量，且增产幅度为33%~96%。此外，在螯合剂、淋洗剂及重金属累积植物等方面也有一定的研究。 3.3. 作者发文量分析 发表与土壤重金属污染修复技术相关论文排名前10的作者如表1所示。发表科技论文数量前10的作者主要来自于中国科学院南京土壤研究所、东莞理工学院、上海是环境科学研究院、华南农业大学、浙江农业大学、上海环境科学研究院和中国科学院沈阳应用生态研究所等7个单位。吴龙华发表8篇，总参考数为244，总被引数264，总下载数达12，855，篇均被引33，篇均下载数1606.88。研究主要集中于土壤镉污染，关注于重金属有效态的变化，在钝化剂的修复也有一定的关注。被引次数最高的文章是胡鹏杰等 [ 6 ] 于2014年发表的题为《我国土壤重金属污染植物吸取修复研究进展》，对重金属铜、砷、镉、锰等具有积累或超积累特性的植物，从金属耐性、超累积生理机制、植物吸取修复的根际过程、机制、吸取修复强化措施、修复植物处置与资源化利用等方面进行了研究，同时开展了植物吸取修复技术的示范和应用。 周静等 [ 7 ] 在土壤重金属的污染现状与修复技术的选择、修复效果评价等方面发表了较多文章。邵有元和熊钡等 [ 8 ] 则对电场作用下土壤中重金属离子迁移过程和机理研究较多。黄沈发 [ 9 ] [ 10 ] 的研究则主要集中于重金属污染土壤植物修复强化技术、螯合诱导等方面。吴启堂 [ 11 ] [ 12 ] 则主要致力于化学淋洗和间套作超累积植物进行联合修复。 Table 1 Authors who published papers related to soil heavy metal pollution remediation technolog 序号 作者 文献数量(篇) 作者单位 1 吴龙华 8 中国科学院南京土壤研究所 2 周静 7 中国科学院南京土壤研究所 3 熊钡 7 东莞理工学院 4 邵友元 7 东莞理工学院 5 黄沈发 6 上海市环境科学研究院 6 吴启堂 6 华南农业大学 7 柳丹 6 浙江农林大学 8 唐浩 6 上海市环境科学研究院 9 周启星 6 中国科学院沈阳应用生态研究所 10 叶正钱 5 浙江农林大学 表1. 发表土壤重金属污染修复技术相关论文的作者 3.4. 研究层次分析 经统计分析，土壤重金属污染修复技术属工程技术(自然)领域903篇，占比47.28%；基础与应用基础研究(自然) 653篇，占比34.19%；行业技术指导(自然) 169篇，占比8.85%；高级科普(自然) 99篇，占比5.18%；专业实用技术(自然) 47篇，占比2.46%。此外，还有行业指导(社科)、政策研究(自然)、大众科普等累计29篇，占比1.52%。研究层次如图3所示。 3.5. 基金支持分析 通过对科技论文支持的基金类型进行统计，结果如图4所示。基金支持论文共499篇，占总数量的26.23%，其中，排名前10的基金依次为：国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划、国家重点基础研究发展规划(973计划)、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划、广西科学基金、浙江省自然科学基金、广西科学基金和河南省科技攻关计划，累计支持发表科技论文392篇，占总数的78.56%。国家级基金支持发表的科技论文数量为344，占据前10基金支持科技论文的87.76%，国家自然基金支持发表的科技论文数量为224篇，占总基金支持发表科技论文数量的44.89%。由支持力度可见国家对于土壤重金属物污染及其修复技术研发的重视程度。被引数最多的科技论文是2001年发表于生态学报的韦朝阳和陈同斌的《重金属超富集植物及植物修复技术研究进展》，被引数达1363次。 图3. 研究层次分析 图4. 科技论文支持前10的基金名称 江苏省自然科学基金支持科技论文的共13篇，是排名前5基金中唯一的省级基金。其支持的论文多数集中于重金属污染土壤的植物修复、强化植物修复技术等方面，56.5%的文章属于工程科技，30.4%的文章属于农业科技。此外，微生物修复、固化剂等也有涉及。 3.6. 研究热点分析 图5为知网数据库中关于土壤重金属污染修复技术关键词共现网络的分析图，目的是通过可视化的方式分析所选文章的主题，以及各个主题之间的关系。节点的大小表示该词出现的频次，连接线的粗细表示两个节点词的共线频次。 图5. CNKI数据库土壤重金属污染修复技术研究领域热点知识图 共现网络图显示，围绕重金属污染土壤，植物修复、稳定化处理、物理修复等修复技术是当前研究较多，此外，关于重金属的累积、迁移、生物有效性，超累积植物、螯合剂、淋洗剂电动修复等也有研究涉及，研究者对土壤镉污染关注较多。
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user: 4. 结论与展望 随着国家对生态文明建设重视，土壤重金属污染的修复治理成为必要，在此基础上研发的修复技术种类繁多，应用广泛。通过利用中国知网(CNKI)数据库对相关文献进行分析计量发现，土壤重金属污染修复技术最早文献发表于1996年，此后逐年增大，并于2019年达到最高267篇，2000年~2011年，发文数量呈线性增加趋势，富集植物、超富集植物、强化植物修复技术、生物修复技术、电动修复技术等修复材料及修复技术是研究热点。2012年~2019年发文数量呈指数增长，研究主要集中于固化稳定化修复技术、生物炭等修复材料、联合修复技术等。 湖南农业大学成为发表相关科技论文数量最多的机构，来自中国科学院南京土壤研究所的吴龙华是发表相关科技论文数量最多的研究者，发表的科技论文近一半属于工程技术(自然)领域，以国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划(863计划)等国家级基金项目支持发表的论文居多，江苏省是省级基金项目支持发表论文最多的。 围绕重金属污染土壤，植物修复、稳定化处理、物理修复等修复技术仍是当前研究的热点，此外，关于重金属的累积、迁移、生物有效性等基础研究，超累积植物筛选、螯合剂、淋洗剂、电动修复及联合修复技术等也是当前及未来的热点，此外，因重金属镉的生物毒性及累积特性，研究者对土壤镉污染关注较多。
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user: 摘要 城市黑臭水体治理工作是一个复杂、长期的过程，不仅仅需要城建、水务、环保、园林等多个政府部门协同合作，还需要发挥公众参与的力量来推动治理工作。本文基于武汉某经济开发区列入市级黑臭水体治理清单的两条水体附近公众发放的228份调查样本数据，运用二元Logistic回归分析筛选出影响城市黑臭水体公众满意度的关键因素，提出相关建议，为今后该区域黑臭水体的治理提供参考指导。
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user: 1. 引言 随着经济的高速发展，环境问题未到相应的重视，城市水体污染尤为严重，其污染负荷严重超出了水体的承载能力，使得水体中好氧生物分解过多污染物质消耗水体中的氧气，导致水体呈缺氧状态。缺氧状态下，水中有机物分解产生臭味，水中硫离子与金属离子反应产生黑色物质，最终水体发展成黑臭水体，严重影响周边人们的生活质量。国家一直对黑臭水体的治理十分重视，在2015年发布了《水污染防治行动计划》，该计划明确提出了黑臭水体治理的相关要求和相应的整治目标和时间节点 [ 1 ]；对于城市黑臭水体治理工作是一个复杂且长期的过程，不仅仅需要城建、水务、环保、园林等多个政府部门协同合作，还需要发挥公众参与的力量来推动治理工作 [ 2 ]。政府部门于2015年8月又制定了《城市黑臭水体整治工作指南》，为黑臭水体整治工作提供了系统的技术支持，在水体整治效果的评估方面，除了注重水质监测数据、水体整治工程、政府长效机制建设外，还重点强调了公众在城市黑臭水体整治效果评估中的监督作用，公众参与将作为长效管理机制的重要组成部分 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。 本文选取武汉某经济开发区红旗渠、赵家池明渠两条黑臭水体附近的市民为研究对象，通过向周边公众发放问卷的方式来对黑臭水体整治效果满意度进行评议，运用二元Logistic回归分析方法对影响治理效果满意度的诸多因素进行分析，筛选出具有显著影响的因子，为今后高新区黑臭水体的治理提供参考指导。
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user: 2. 研究对象与数据来源 选取2018年列入武汉市黑臭水体治理清单的两条水体为研究对象(图1)。红旗渠起于藏龙大道，沿滨湖路向东南方向延伸，止于滨湖路与光谷大道交叉口，汇水面积约36.07 km 2 ，全长约2100 m；赵家池明渠起于保利东路和民族大道交叉处的箱涵出口，最终汇入汤逊湖，河道全长约820 m。治理前水体呈黑臭状态的主要原因是居民生活污染、面源污染以及底泥污染，居民生活污染是居民点居民生活过程中产生的污染物未得到有效截污，直接或间接进入河道而导致水体受到污染。居民生活污水中含有大量有机物和N、P富营养元素，有机物进入水体后降解时会消耗水中大量的溶解氧，水体在缺氧状态下容易变黑发臭。面源污染多是由降雨等因素的影响产生地表径流，使地表中存在的污染物质通过地表径流进入河道水体导致水体污染。底泥污染则是河道底部的底泥在物理、化学和生物等一系列作用下，吸附在底泥表面的污染物质通过解吸过程与孔隙水发生交换，从而向河流中释放污染物质，使水体中污染物浓度升高导致河流水体受到污染。 2018年8月红旗渠和赵家池明渠分别制定了水质提升方案，主要治理措施为控源截污、底泥疏浚、生态修复、景观提升等。2019年7月底，水体周边管网雨污分流改造完成、沿河污水处理体系基本建成并有效运行。 图1. 黑臭水体地理位置示意图 针对城市黑臭水体整治公众满意度效果评估，笔者于2019年8月3日、8月4日向赵家池明渠和红旗渠周边1公里范围内的居民做问卷调查，现场发放调查问卷表并指导其规范填写，问卷调查质量总体较好，被调研的公众都能认真填写选项。本次共发放232份调查问卷，赵家池明渠119份、红旗渠113份，将关键变量缺失和无效的问卷剔除掉，有效问卷共228份，其中赵家池明渠收到有效问卷119份，红旗渠收到有效问卷109份。基本情况如表1所示。 Table 1 The table of basic informatio 问题 选项 频率 百分比 岸边否有垃圾堆放 无 89 39.0% 偶尔有 112 49.1% 有 27 11.8% 工作状态 在职 150 65.8% 退休 63 27.6% 学生 15 6.6% 人员性质 居民 202 88.6% 商户 17 7.5% 路过 9 3.9% 居住或者工作地距离水体距离 500以外 56 24.6% 100~500米 117 51.3% 100米以内 55 24.1% 是否了解水体治理前黑臭情况 了解 101 44.3% 比较了解 100 43.9% 不了解 27 11.8% 对水体治理工程了解程度 了解 53 23.2% 比较了解 126 55.3% 不了解 49 21.5% 水体是否还有臭味 没有 76 33.3% 偶尔 122 53.5% 有 30 13.2% 水体颜色是否正常 正常 85 37.3% 偶尔不正常 105 46.1% 不正常 38 16.7% 是否有污水排入 无 76 33.3% 不知道 119 52.2% 有 33 14.5% 是否有漂浮物 几乎没有 113 49.6% 偶尔 115 50.4% 性别 男 124 54.4% 女 104 45.6% 年龄 20岁及以下 4 1.8% 21~40岁 103 45.2% 41~60岁 75 32.9% 61岁及以上 46 20.2% 表1. 基本情况表
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user: 4. 结论与建议 通过对红旗渠、赵家池明渠两条黑臭水体附近的居民等进行问卷调查，发现“水体颜色是否正常”和“岸边是否有垃圾堆放”这两个因素显著影响公众对水体整治效果的判断。 对老百姓来说，水体颜色是否正常是水体治理成效的最直观体现，清洁的水体是无色的，水体一旦受到污染会导致水体颜色发生改变，要想将黑臭水体治理成清水不仅需要短期的工程治理更需要长期的维护管理。城市黑臭水体消除容易维护难，水体颜色要想长期正常，政府部门需要将长制久清作为黑臭水体的治理目标，明确管理职责，做好控源截污、定期监测、日常管护、资金制度保障 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。 岸边的垃圾多为生活垃圾，一般是附近居民将岸边当成垃圾场随意丢弃垃圾导致，它不仅影响当地景观，当涨水或降雨时，垃圾可能会随水进入水体影响水质，破坏生态平衡。如何控制岸边垃圾的产生，首先政府部门要做好水体保护宣传工作，提高公众的环保意识，让公众对生活垃圾进行合理处置，从源头控制岸边污染的产生；其次需完善水体长效管理机制和上下联动机制，设立机构专门负责水体的维护管理；公众参与机制作为法律监督的一种方式也需要重视，黑臭水体治理工程完工后，短期内水体水质会变好，但是水体的维护是个长期的过程，大众应该自觉维护水环境，与政府一起做好控源截污工作，这样才能彻底使黑臭水体不再黑臭。
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user: 摘要 随着社会发展和科技进步，数学建模对于本科生素质培养的作用越来越大，相应的对于数学建模的课程也提出了更高的要求。本文以广东海洋大学为例，面对诸多普遍或特殊存在的问题，探讨如何通过数学建模教学，培养学生主动学习的素养，并具有一定的应用数学方法解决实际问题的能力，成为符合新时代发展需要的创新型人才。