DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘要 基于2000年、2005年、2010年的Landsat TM遥感影像和2015年的Landsat 8遥感影像解译，利用土地利用动态度、转移矩阵、土地利用程度综合指数，分析石林县土地利用时空演变特征和驱动机制。结果表明：1) 在2000~2015年期间，石林县耕地、林地、草地和建设用地分别增加了10%、3%、3%和3.3%，未利用土地和水域减少21%和0.2%；2) 在空间变化上，各类土地类型交叉分布，未利用土地、耕地和林地分布最广，水域、草地和建设用地相对分布较少。3) 2000~2015年，石林县的土地转移特征为：耕地、建设用地、草地和林地以转入为主，转入面积分别为165.42 km 2 、57.97 km 2 、52.25 km 2 、60.43 km 2 ，未利用土地和水域以转出为主，转出面积分别为332.94 km 2 、3.47 km 2 ；4) 2000~2015年，石林县的土地利用程度处于合理开发利用状态；5) 社会经济发展、人口因素、气候变化和政府政策是石林县土地利用变化的主要驱动因素。因此，在未来对土地资源的开发利用过程中继续加强对其石漠化的治理，既要资源利用最大化，也要环境最优化。
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user: 1. 引言 土地资源是人类生产生活中主要的物质基础和自然资源，而对土地资源的利用深刻地影响和改变着人类的生存环境 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。土地利用/覆盖变化(LUCC)是人类活动与自然环境之间的相互作用的结果，是一个地区经济社会可持续发展、生态系统、气候变化和资源利用等一系列核心问题的主要影响因子 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]，因此，土地利用/覆盖变化(LUCC)的研究已在全球生态环境变化、生态系统以及可持续发展过程的研究中占有特殊的特殊重要地位 [ 9 ]。前人对土地利用的变化研究多数主要集中于沿海经济发达地区 [ 10 ] 和典型的生态脆弱区 [ 11 ] [ 12 ]，在尺度上主要是基于国家不同级别行政尺度 [ 13 ] 和不同流域 [ 14 ] [ 15 ]，探究土地利用时空变化特征及其驱动机制 [ 16 ] [ 17 ]。其中喀斯特地区是我国境内典型的生态系统脆弱区，土地支离破碎，石漠化严重，植被覆盖度较低，土地利用变化有其独特的演化特性，岩溶地区的土地利用变化成为广大学者的关注热点，秦罗义等以贵州普定县为研究对象，结合GIS和RS技术，揭示了喀斯特地区的土地利用变化及其驱动机制 [ 18 ]，李丽等运用GIS和RS方法，结合社会经济数据，对土地利用/覆被时空变化进行了定量分析，揭示其变化特征和驱动力因子 [ 19 ]，刘南建等基于遥感数据和地学统计方法对典型岩溶区土地利用时空演变格局进行定量分析，探讨岩溶区的土地利用变化特征 [ 20 ]，巨凡凡等利用RS和GIS技术对水城县15 a的土地利用变化和社会经济进行研究分析，探讨变化特征和驱动力，许月卿等基于遥感数据对猫跳河流域土地利用变化情况进行探讨，定量分析岩溶地区土地利用变化特征 [ 21 ]。前任研究多数基于遥感影像数据对贵州喀斯特地区进行土地利用动态演化进程分析，同时对产生这种演化的驱动力因素进行探讨分析，对区域的生态坏境、资源合理开发利用和经济发展都具有深刻意义。 云南石林地区位于云南省中部，是典型的喀斯特岩溶区，其石漠化严重，属于我国主要的生态脆弱区。随着经济的快速发展，水土流失严重，石漠化加剧，生产力下降，制约区域的社会经济发展。目前对该地区的研究主要是对其喀斯特地貌的研究 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]，但是缺乏对多种土地利用类型变化特征的角度对其石漠化的研究。综上所述，将针对石林县2000~2015年不同土地利用类型进行时空变化特征分析，并探究其驱动机制，对石漠化改善和土地合理利用具有重要的理论和现实意义。
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user: 2. 研究区概况 石林彝族自治县是滇中典型的岩溶区，位于24˚30'N~25˚03'N，103˚10'E~104˚40'E之间，以大小石林风景区为主要代表。石林县总体地势呈现东北高西南低，海拔多在1700~1900 m之间，国土面积1680 km² (图1)。县域内喀斯特地貌发育广泛，人类活动强烈，石漠化面积超过国土面积的10%，土地资源遭受到破坏，所以水土资源的可持续利用已成为社会经济持续发展的关键问题。 图1. 石林县区域概况图
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user: 3. 数据与方法 3.1. 数据来源与处理 3.1.1. 土地数据 土地数据主要来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/search)，选取了石林县2000年、2005年、2010年Landsat TM5遥感影像和2015年的Landsat 8遥感影像，分辨率为30 m。利用ENVI对四期遥感数据进行辐射校正、图像增强、裁切等处理后，参考地类分类标准和野外实际调查，进行人工目视解译，对四期遥感影像进行解译判读，把石林县的土地分为林地、耕地、草地、建设用地、水域和未利用土地，其中未利用土地主要为石漠化严重的裸地为主，并对解译结果随机抽样精度检验，四期影像精度评价均在90%以上。 3.1.2. 社会经济和气象数据 社会经济和气象数据主要来源于石林县2000~2015年统计年鉴和统计公报。其中社会经济数据选取国民生产总值(亿元)、第一产业(亿元)、第二产业(亿元)、第三产业(亿元)、工业(亿元)、农业(亿元)、旅游总收入(亿元)，总人口数(万人)、非农人口(万人)。气象数据选择气温(℃)、降水(mm)。 3.2. 研究方法 3.2.1. 土地利用转移矩阵 土地利用转移矩阵能具体反映土地利用类型变化的结构特征及各土地类型之间的转移数量和方向 [ 2 ]。其数学形式为： S = { S 11 ⋯ S 1 n ⋮ ⋱ ⋮ S n 1 ⋯ S n n (1) 3.2.2. 土地利用动态度 土地利用动态度能反映一个区域土地利用变化的剧烈程度 [ 19 ]。单一土地利用动态度(K)。用来比较不同土地利用类型的变化速度。 K = U 2 − U 1 U 1 × 1 T 2 − T 1 × 100 % (2) 式中，K表示某一类土地利用类型T 1 到T 2 时段内土地利用类型的单一动态度，U 1 表示T 1 时间某类土地利用类型的面积，U 2 表示T 2 时间某类土地利用类型的面积。 3.2.3. 土地利用程度 土地利用程度综合指数主要是来描绘土地利用程度，研究区域内的土地利用开发程度 [ 25 ]，将土地资源的利用状态分为未利用、自身再生利用、认为再生利用、非再生利用４个等级，并分别赋予分级指数来表示利用程度。 L = 100 × ∑ i = 1 n A i × C i (3) 式中：L为土地利用程度综合指数，其数值越大，土地利用程度越高；A i 为土地利用程度分级指数；C i 为土地利用程度面积百分比；根据土地利用程度综合分析方法，将土地利用分为4级。第1级为未利用土地；第2级为草地、林地及水域；第3级为耕地等农业用地；第4级为居民建设用地。
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user: 5. 驱动力分析 5.1. 社会经济发展 2000~2015年石林县的经济发展速度较快，国民生产总值由10亿元增长到70.68亿元，工业由的6.31亿元增长到66.64亿元，农业由2.74亿元增长到34.23亿元，旅游业由1.8亿元增长到42.7亿元，增长幅度较大。经济的快速增长使土地利用类型发生变化，特别是石林县太阳能光伏电站的建立，使得裸地得到充分利用，裸地转换为建设用地，旅游业的发展也促使建设用地的增加，经济的发展必然带来人民生活的提高，使建设用地大面积增加，林地/草地和林地转化为建设用地。 5.2. 人口因素 人口在土地利用变化过程中具有重要地位。2000~2015年间石林县人口呈增长趋势，由22.28万人增加到24.96万人，其中非农人口由2.15万人增加至7.53万人，大量的人口增加必然带来对生活的高要求，住房的扩张，公共建设的增加，以及交通用地的兴建，促使建设用地的大量增加，同时占用一定的耕地、草地、裸地、水域的面积，使其转化为建设用地，从而使土地利用类型发生变化。 5.3. 气候因素 气候因素在土地利用变化中起到一定的影响，其中主要是降水和气温影响较大。在2000~2015年期间石林县的降水总体呈现下降趋势，气温总体呈现上升趋势，降水减少和气温升高，使地表水补给减少，蒸发增加，从而使水域面积逐渐减少。 5.4. 政策因素 石林县的土地利用类型变化受当地政府的政策影响。2002年政府开始提出退耕还林工程，2004年提出珠江防护林工程建设政策，2005年加大植树造林、封山育林的政策，2009年提出水土保持宣传，2011年进一步完善土地利用等一系列政策都推动石林县的林地增加，使石漠化得到改善，耕地和裸地减少。
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user: 6. 结论 本文基于石林县2000~2015年四期遥感影像进行土地利用分类，对土地利用变化及其驱动力进行分析，得出以下结论： 1) 在2000~2015年期间，石林县耕地、草地和建设用地呈现增长趋势，未利用土地和水域呈现减少趋势，林地占比先减少后增加，总体呈增加趋势。 2) 在空间变化上，未利用土地分布主要分布在长湖镇、西街口镇、石林镇，圭山镇主要以林地为主，鹿阜街道和大可乡主要以耕地为主，建设用地和耕地主要分布于鹿阜街道和大可乡，林地为全县主要用地，水域零星分布于全县。 3) 2000~2015年，石林县的土地转移特征为：耕地、建设用地、草地和林地以转入为主，未利用土地和水域主要转出为主，未利用土地主要转为林地和耕地，水域以转出耕地和草地为主。 4) 2000~2015年，石林县的土地利用程度处于合理开发利用状态，且土地利用程度综合指数的变化量逐渐减小，表明石林县的土地利用程度逐渐稳定。 5) 社会经济发展、人口因素、气候变化和政府政策是石林县土地利用变化的主要驱动因素。 通过该研究结果表明，石林县目前的土地开发利用处于合理阶段，在未来对土地资源的开发利用应继续加强对其石漠化的治理，既使土地资源利用最大化，也使生态环境最优化。
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user: 摘要 基于双向开缝翅片双排椭圆管空冷器模化试验研究，建立了双向开缝翅片四排椭圆管空冷器的物理模型，对其传热与阻力性能进行了数值模拟研究。结果表明：相同雷诺数下，连桥S型开缝方式的空冷器具有最大的空气侧努塞尔数 N u a ；空冷器空气侧努塞尔数 N u a 和空气侧欧拉数 E u a 均随相对横向管间距 S 1 / b 的减小而增大；空冷器空气侧努塞尔数 N u a 随相对纵向管间距 S 2 / a 的减小而增大，空气侧欧拉数 E u a 的变化较小。研究结果可为双向开缝翅片椭圆管空冷器传热与阻力性能的进一步优化提供参考。
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user: 1. 引言 翅片管空冷器是空冷系统的核心元件，其传热性能直接影响机组的冷却水温降，冷却水温度每降一度能够将机组的效率提高0.35~0.47% [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]；其空气流动阻力会影响冷却塔高度，翅片管空冷器的空气流动阻力越小，所需要的由冷却塔内外空气密度差引起的压差就越小，即冷却塔高度越小。因此，有必要对翅片管空冷器的流动与传热性能进行优化，以提高其综合性能，这对空冷系统经济、高效运行有极为重要的意义 [ 4 ]。 施兴兴等 [ 5 ] 对单向开缝翅片三排圆管器进行了研究，发现当翅片间距处于2.1~2.5 mm范围内，存在临界雷诺数Re cr ：若Re > Re cr ，空冷器的传热性能随翅片间距的减小而增强；若Re < Re cr ，则相反。王建勋等 [ 6 ] 认为翅片间距对空冷器性能的影响较为明显。Li等 [ 7 ] 认为相比X型开缝翅片，圆弧型开缝翅片双排圆管空冷器具有更小的空气流动阻力，但整体的传热性能较弱。相比X型开缝，S型开缝更贴合空冷器中空气的流动路径，可以改善管后涡流区的换热。屈治国等 [ 8 ] 认为翅片表面的开缝改善了速度场和温度场的协同性，从增强了换热；翅片下游开缝，相比上游开缝，能更好地增强其传热性能。 结合前人对空冷器的研究，可知：由于以圆管为基管的空冷器应用较早且较为广泛，国内外学者对各种圆管空冷器研究较为全面、深入，对于异形管空冷器研究相对较少，尤其对排数较多的椭圆管空冷器，如双向开缝翅片四排椭圆管空冷器，缺乏较为深入全面的研究。因此本文在双向开缝翅片双排椭圆管空冷器的模化试验研究基础上，对双向开缝翅片四排椭圆管空冷器进行数值模拟研究。
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user: 2. 数值模拟 2.1. 物理模型 在双向开缝翅片四排椭圆管空冷器中，翅片间相邻流域中的流体具有相似的流动特性，并具有周期性；管束间相邻流域中的流体具有一定的对称性。综合考虑网格数量以及计算资源，故选取如图1所示的一个单元作为计算区域。其中，计算区域沿管长方向(Z方向)以相邻翅片各一半厚度为界，沿横向管间距方向(Y方向)以相邻两排椭圆管长轴延长线为界，沿空气流动方向(X方向)除整个翅片长度外，进口与出口均延长一定距离，以保证来流的均匀性和消除出口回流对空气流动区域流动与换热的影响 [ 9 ]。 图1. 翅片模型示意图 2.2. 数学模型、网格划分与边界条件 本文采用Fluent软件对双向开缝翅片空冷器进行数值模拟。数学模型选用标准k-ε模型，假设流体为三维稳态不可压缩湍流，对流换热过程满足连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程 [ 10 ]。对上述控制方程的离散均采用二阶迎风差分格式，采用SIMPLE算法处理压力与速度的耦合 [ 11 ]，收敛条件设置为能量方程残差小于10 −6 ，其余残差小于10 −4 。 本文在整个计算区域使用非结构性网格进行网格划分，对翅片及管束部分网格进行适当加密，边界层网格设为5层。为排除网格数量和网格质量对计算结果的影响，同时对网格数量为398万、435万、501万的相同模型进行数值模拟。对于不同网格数量模型，其空气侧努塞尔数Nu a 和空气侧欧拉数Eu a 差距均在±3%以内，因此可以忽略网格数量和网格质量的影响。为缩短计算周期，以网格数量为398万相应的网格尺寸对计算区域进行网格划分。 计算区域入口设置为速度进口；上、下翅片间流体为空气，进口处流速范围为1.6~3.2 m/s、温度为35℃；基管内壁壁温恒定，为60℃；出口设置为自由出流；计算区域z方向的两侧表面设置为周期面；计算区域y方向的两侧表面设置为对称面；翅片表面设置为对流换热的流固耦合面 [ 12 ]。 2.3. 计算方法 1) 空气侧努塞尔数 N u a a) 传热系数K 传热系数K： K = Q a A o Δ t m (1) 式中： A o 为空气侧总换热面积，m 2 ； Δ t m 为对数平均温差，℃，即 Δ t m = Δ t max − Δ t min ln Δ t max Δ t min (2) 式中： Δ t max 、 Δ t min 分别为 Δ t ′ 和 Δ t ″ 中的较大值和较小值， Δ t ′ = t w − t a o ， Δ t ″ = t w − t a i ，℃。 b) 空气侧对流换热系数 h o 数值模拟过程中，设置管壁温度为定值，则空气侧对流换热系数 h o ： h o = ( 1 K − A o 2 π l λ b ln d o d i ) − 1 (3) 式中： A o 为空气侧总换热面积，m 2 ； d i 、 d o 为椭圆管当量内、外径，m；l为椭圆管长度，m； λ b 为椭圆管管壁导热系数，W/(m∙K)；定性温度为计算区域进出口平均空气温度，℃。 c) 空气侧雷诺数 R e a 和努塞尔数 N u a 空气侧雷诺数 R e a ： R e a = u max d o ν a (4) 2) 空气侧努塞尔数 N u a N u a = h o d o λ a (5) 式中： u max 为计算区域最小流通截面处空气流速，m/s； ν a 为空气运动粘度，m 2 /s； λ a 为空气导热系数，W/(m∙K)；定性温度为计算区域进出口空气的平均温度，℃。 3) 空气侧欧拉数 E u a E u a = Δ P a N ρ a u max 2 (6) 式中：N为沿空气流动方向的管排数； ρ a 为空气密度，kg/m 3 ；定性温度为计算区域进出口空气的平均温度，℃。
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user: 3. 试验验证 3.1. 试验系统 在进一步数值模拟研究之前，对如图1所示的空冷器进行模化试验，以验证上述数值模拟方法的合理性和准确性。该试件沿空气流动方向共2排管子，每排6根管子，热水管路为2流程，翅片与椭圆管均为纯铝材料，具体结构参数表1所示。 Table 1 Main structural parameters of finned tube bundl 管束结构参数 翅片结构参数(mm) 椭圆管长短轴之比 a/b 管间距(mm) 开缝 翅片 横向 S 1 纵向 S 2 高度 S h 宽度 S w 厚度 δ f 间距 P f 2 47 56 1.92 4.2 0.23 4.2 表1. 翅片管束主要结构参数 模化试验于如图2所示的传热风洞中进行。空气由引风机从外界引入，经空气加热器加热至试验所需温度，再通过整流格栅进入试验段。经过加热、整流的空气在试验段与试件管束中的热水换热后进入喷嘴流量箱，最后通过引风机排至室外。为减少热损失，风道与试件外部均包裹有保温层。稳压水箱中的水由水加热器加热至工况要求温度，由水泵引出经过电磁流量计到达试验段，与管外空气进行换热后返回稳压水箱。 图2. 模化试验系统示意图 在试验过程中，当风速、风温、水温满足试验要求并保持稳定，且热平衡误差在±3%范围内，即可认为此工况已稳定，可以进行各参数的采集及存储，并及对数据进行处理。空气流量由喷嘴流量箱测得，喷嘴进口绝对压力由EJA310A型绝对压力变送器(精度为0.15%)测得，喷嘴进、出口压差由EJA120A型差压变送器(精度为0.2%)测得，试件进、出口风温由经标定的铜-康铜热电偶网测得，进、出口水温由精度A级的Pt100铂电阻测得，水流量由精度0.2级的AFX040G型电磁流量计测得。利用ADAM-4118型模块采集所有测量仪表的输出信号，通过ADAM-4520型模块转换后接入计算机进行数据自动采集、计算、动态显示及储存。 3.2. 模化试验与数值模拟结果对比 模化试验结果与数值模拟结果的对比如图3所示。由图3可知，最小流通截面雷诺数在6500~13，000 图3. 模化试验与数值模拟结果对比 范围内，模化试验和数值模拟结果吻合度较高：空气侧努塞尔数误差为2.98%~6.82%、空气侧欧拉数误差为1.58%~2.51%。这表明：使用本文所采用的数值模拟方法研究双向开缝翅片椭圆管空冷器流动与传热性能具有一定的准确性。 模化试验和数值模拟结果的误差主要来源于：1) 为简化模型，数值模拟中设置有对称边界和周期边界，但模化试验中上述两者均存在流体流动；2) 模化试验中试件管壁温度因管内水的流动而存在变化，但数值模拟中设置管壁温度为一定值；3) 数值模拟中，管壁与翅片接触紧密，不考虑两者间的接触热阻，而模化试验的试件则会存在接触热阻；4) 数值模拟与模化试验系统自身均存在一定的误差。
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user: 4. 计算结果及分析 4.1. 开缝方式对空冷器性能的影响 其它结构参数一定，针对开缝方式(如图4所示)为S型、连桥S型和X圆弧型的空冷器进行研究，三者流动与传热性能随最小流通截面雷诺数 R e a 的变化规律如图5所示。 图4. 开缝方式示意图 图5. 开缝方式对空冷器性能的影响 由图5(a)可知：相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，采用连桥S型开缝方式的空冷器具有最大的空气侧努塞尔数 N u a ；当 R e a < 8400 ，相同 R e a 下，比较采用X圆弧型开缝方式和采用S型开缝方式的空冷器，前者的 N u a 更大。其原因是：采用连桥S型开缝方式的空冷器，其每张翅片中开缝面积的占比最高，且均为长开缝(相比X圆弧型开缝方式)，空冷器翅片上的开缝对空气的扰动最为剧烈，因此采用连桥S型开缝方式的空冷器具有最大的空气侧努塞尔数 N u a ；比较采用X圆弧型开缝方式和采用S型开缝方式的空冷器，前者每张翅片中开缝面积的占比较高，且分布更加贴合空气的流动，因此采用X圆弧型开缝方式的空冷器具有较大的 N u a 由图5(b)可知，相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，采用连桥S型、X圆弧型、S型开缝方式的空冷器空气侧欧拉数 E u a 依次减小。其原因是：采用连桥S型开缝方式的空冷器每张翅片中开缝面积的占比最高，其余两者的占比依次降低，开缝对空气的扰动也依次减弱，因此 E u a 依次减小。 4.2. 相对横向管间距S 1 /b对空冷器性能的影响 其它结构参数一定，相对横向管间距 S 1 / b = 2.422 ~ 2.822 时，双向开缝翅片四排椭圆管空冷器流动与传热性能随最小流通截面雷诺数 R e a 的变化规律如图6所示。由图6可知：相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，空冷器空气侧努塞尔数 N u a 和空气侧欧拉数 E u a 均随相对横向管间距 S 1 / b 的减小而增大。其原因是：相同迎面风速下，相对横向管间距 S 1 / b 越小，则空冷器的最小流通截面越小，空气在管束间受到的扰动越剧烈，翅片表面边界层受到的破坏越彻底，空冷器传热性能得到增强，空气流动阻力也随之增大。 图6. 相对横向管间距 S 2 / a 对空冷器性能的影响 4.3. 相对纵向管间距S 2 /a对空冷器性能的影响 其它结构参数一定，相对纵向管间距 S 2 / a = 1.2 ~ 1.6 时，双向开缝翅片四排椭圆管空冷器流动与传热性能随最小流通截面雷诺数 R e a 的变化规律如图7所示。由图7可知：相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，空冷器空气侧努塞尔数 N u a 随相对纵向管间距 S 2 / a 的减小而增大。其原因是：相对纵向管间距 S 2 / a 的减小将加强空冷器前、后排管间的相互影响，增强空气受到的扰动，改善了管束背风侧涡流区的换热；同时相对纵向管间距 S 2 / a 的减小也使得开缝间距减小，更好地破坏翅片表面边界层，空冷器传热性能得到增强。由于管束为高流线型椭圆管，自身阻力较低，所以相对纵向管间距 S 2 / a 的减小对空气侧欧拉数 E u a 的影响不大。
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user: 5. 结论 1) 随着最小流通截面雷诺数 R e a 的增大，空冷器空气侧努塞尔数 N u a 逐渐增大，空气侧欧拉数 E u a 逐渐减小。 图7. 相对纵向管间距 S 2 / a 对空冷器性能的影响 2) 相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，采用连桥S型开缝方式的空冷器具有最大的空气侧努塞尔数 N u a ；当 R e a < 8400 ，相同 R e a 下，比较采用X圆弧型开缝方式和采用S型开缝方式的空冷器，前者的 N u a 更大；相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，采用连桥S型、X圆弧型、S型开缝方式的空冷器空气侧欧拉数 E u a 依次减小。 3) 相对横向管间距 S 1 / b = 2.422 ~ 2.822 时，相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，空冷器空气侧努塞尔数 N u a 和空气侧欧拉数 E u a 均随相对横向管间距 S 1 / b 的减小而增大。 4) 相对纵向管间距 S 2 / a = 1.2 ~ 1.6 时，相同最小流通截面雷诺数 R e a 下，空冷器空气侧努塞尔数 N u a 随相对纵向管间距 S 2 / a 的减小而增大，空气侧欧拉数 E u a 的变化较小。
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user: 摘要 近年来，在照明应用的领域中，LED以其高效率、节能的特点掀开了人类照明历史上的崭新篇章，随着人们对LED越来越高的应用要求，LED驱动器逐渐成为LED发展的瓶颈，与此同时分次谐波或总谐波失真已经成为定义LED驱动器性能的非常重要的指标之一。针对LED驱动器领域中总谐波失真严重而引起的污染和效率等问题，本文提出了两种补偿电路，此电路在传统恒导通时间控制模式的基础上，对决定LED输出电流的采样电阻上的电压进行采集并分别转换为电压和电流补偿。通过Mathcad软件计算以及Simplis仿真分析以及实验验证表明，此补偿方法可优化总谐波失真。在220 V AC输入电压时，总谐波失真可达到小于10%的效果。
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user: 1. 引言 LED驱动技术是当前的研究热点之一 [ 1 ]。Buck拓补在LED驱动器的研究领域中因其在整个输入电压范围内保持一个较高的效率 [ 2 ]，同时具有共模噪声小、体积小且成本低等特点，因此获得了广泛的应用。然而在Buck拓补中，当输入电压低于输出电压时功率管不导通，输入电流会形成断崖式下跌，造成了谐波分量大、总谐波失真(Total Harmonic Distortion， THD)升高的问题。输入电流的分次谐波中，尤其是高次谐波，会对电网产生影响甚至是污染。文献 [ 3 ] 通过辅助绕组调制前馈电流来减弱谐波失真的程度，但随着频率的升高增加了失真程度，限制了临界导通模式的应用；文献 [ 4 ] 通过调整功率管开通时间和频率来最大限度地降低THD，伴随的是输出电压纹波的升高，且电路复杂。本文提出的Buck拓补的LED驱动器采用恒导通模式(Constant on-time， COT)作为系统控制模式来改善分次谐波的问题 [ 5 ]，其基本思想是使电感电流工作在临界导通模式 [ 6 ]，使输入电流跟随输入电压，达到低的谐波失真效果，同时简化了环路补偿电路，提高系统整体效率。本文先是讨论了COT控制模式的原理，分析了COT模式下THD差的原因，近而提出了两种THD补偿的控制方法优化THD，同时利用Mathcad计算分析预期以及Simplis仿真验证，结果都证明了此方法的正确性和可行性。
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user: 2. COT控制模式 图1为恒导通模式控制的原理图，其普遍应用于电感临界导通模式，即当电感电流到零后立即打开功率管，同时使每个周期的开通时间T on 恒定 [ 7 ]。其工作原理大致如下：系统上电后对Comp电容充电到初始值Comp_ini，初始值所对应的Ton_ini作为初始T on 开启功率管，电感电流上升，采样电阻R cs 采样电感电流并在其两端产生V cs ，V cs 经过采样保持后作为误差放大器的输入端，输入另一端为固定的基准V ref ，误差放大器放大两者的差值后作为Comp电压。 由于Comp电容较大，因此可视作半周期内Comp电压是恒定的。又因Buck拓补中输出电流中的高频分量大多被输出电容吸收，因此输出电流近似为电感平均电流，近而有如下输出电流公式： I o u t ( θ ) = 1 π ∫ θ 0 θ 1 I p k ( θ ) 2 d θ = 1 π ∫ θ 0 θ 1 V i n ( θ ) − V o u t 2 L m ∗ T o n d θ (1) 当V ref > V cs 时，误差放大器电流给Comp电容充电，Comp电压升高；当V ref < V cs 时，误差放大器电流给Comp电容放电，Comp电压降低；电容充电的能量与放电的能量守恒，因此有如下表达式： ∫ T 1 T 3 G m ∗ ( V r e f − V c s ) d t = 0 (2) 由公式(2)可知，输出电流的平均值近似为芯片内部基准与采样电阻的比值，因此可保持输出电流恒定，与芯片外围参数和其他因素无关，达到了恒流的目的。然后又将Comp电压与芯片内部固定锯齿波Ramp做比较，如图2，当Ramp与Comp电压相等时，关断功率管，输出PWM控制信号驱动功率管关闭，完成对系统的闭环控制。 图1. COT控制模式原理框图 图2. Comp与斜坡电压Ramp比较 从整个系统来看，功率管开通时，当输入电压大于输出电压后，功率管开启，采样R cs 电压，首先设输入电压关于θ的表达式为： V i n ( θ ) = V i n m ∗ sin ( θ ) (3) 其中θ = wt，w = 2πf，V inm 为输入峰值电压。由于Buck拓补只在输入电压大于输出电压时才有电流输出，即 V i n m ∗ sin ( θ ) > V o u t (4) 因此系统工作有导通角影响，导通角外即死区，导通角(θ 0 ， θ 1 )的范围如下： θ 0 = arcsin ( V o u t / V i n m ) θ 1 = π − θ 0 (5) 即导通角范围为 ( θ 0 ， π − θ 0 ) ，Buck拓补功率管开通后，由伏秒平衡可知， L m d I p k ( θ ) T o n = V i n ( θ ) − V o u t (6) 电感电流上升的斜率为 ( V i n ( θ ) − V o u t ) / L m ，则电感电流的峰值为： I p k ( θ ) = V i n ( θ ) − V o u t L m ∗ T o n (7) 关断时间T off 由系统参数决定 T o f f ( θ ) = L m ∗ I p k ( θ ) V o u t (8) 当θ在 ( θ 0 ， π − θ 0 ) 内时，占空比近似为 D ( θ ) = V o u t / V i n m ∗ sin ( θ ) (9) 输入平均电流表达式为 I i n ( θ ) = I p k ( θ ) 2 ∗ D ( θ ) (10) 结合公式(7)和公式(9)，则输入电流跟随θ的表达式如下 I i n ( θ ) = { [ V i n m ( θ ) − V o u t ] ∗ V o u t ∗ T o n 2 ∗ L m ∗ V i n m ( θ ) ， ( θ 0 ， π − θ 0 ) 0，otherwise (11) 公式(11)中，假设V out 和L m 都近似不变，如能控制T on 补偿不变，即可实现输入电流跟随输入电压达到输入电流正弦化的目的，达到了功率因数校正的目的 [ 8 ]。下图3为COT控制模式系统理想波形： 图3. COT控制模式系统波形
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user: 3. 基于Mathcad计算的THD补偿方法 上文说明了采用恒定导通模式作为控制模式的原理，但通过仿真验证，仅仅采用COT模式，输入电流会存在畸变。下图是基于Mathcad仿真在COT控制模式下输入电流与理想输入电流对比，系统方案采用220 Vac输入，输出电压72 V，电流240 mA。由图4可见，仿真的输入电流波形与理想输入电流波形相比，有以下两个特点：1) 呈现波峰下陷，波谷陡峭的形状。2) 在交越处有失真，电流为零 [ 9 ]。 图4. 基于Mathcad仿真COT控制模式输入电流失真图 基于图4，可分析造成这两个特点即失真的主要原因。其一，过零处交越失真是因为输入电压低于输出电压时功率管不导通，此为Buck拓补本身的限制。另外在谷底处由于检测不到退磁，输入电流会形成断崖式下跌，谷底近似为零，这时可设置芯片的最小关断时间，使谷底工作在高频状态，优化交越失真引起的THD影响，此优化方式简单，文本不做详细说明。 采用COT控制模式在Mathcad中对输入电压从176~265 Vac范围内仿真THD，下图为输入220 Vac时计算THD结果(图5)： 图5. COT模式基于Mathcad THD计算 同样采用此算法在Mathcad中对输入电压从176~265 Vac范围内仿真THD如下表1所示： Table 1 THD simulation value in COT control mod 176 200 220 265 THD/(%) 15.2 16.3 16.9 17.5 表1. COT控制模式下的THD仿真值 其中，Buck拓补中占空比近似为 D ( θ ) = V o u t / V i n m ∗ sin ( θ ) (12) 说明了当θ在 ( θ 0 ， π − θ 0 ) 内时，由式(12)可知，占空比是随θ变化的，利用Mathcad仿真占空比波形如图6： 图6. 占空比随θ变化图 由图6可见，占空比在波峰时最小，波谷时最大，因此输入电流会在波峰时最扁平，波谷时最陡峭，由此可得到图4的电流波形。由于失真的影响，输入电流偏离正弦曲线，会导致THD差 [ 10 ] [ 11 ]，因此需要一种补偿方式将输入电流的波峰值抬高，波谷压低，以达到接近于正弦的目的，改善THD。参考文献 [ 12 ] 中提出在隔离flyback拓扑在CCM模式下采用变开启时间的控制方法，本文在此思想的基础上，通过采样Vcs的峰值补偿到Comp或斜坡电压上，以此优化THD。下面来详细介绍两种补偿方法。 3.1. 电压型补偿方法 图7为电压型补偿原理框图，其原理为采样R cs 两端的峰值电压，一部分与芯片内部基准做差值输入内部的误差放大器中，一部分进入采样保持电路，保持采样到的峰值电压Vcs_pk，再经过电压电流转换网络转换成补偿电压，把此电压补偿在Comp电压的初值Comp_ini上，可使Comp电压升高。 Comp电压升高后，与同样的斜坡比较时，斜坡电压需要达到更高的Comp电压才能关断功率管，因此同样起到了增大T on 的效果。如图8所示： 图7. 电压型补偿原理框图 图8. 电压型补偿Comp和Ramp比较 波峰的峰值最高，因此电流补偿的最多，即波峰的T on 增加的最多；波谷的峰值低，补偿的电流少，因此谷底的T on 相对波峰的增量少，可弥补由占空比带来的输入电流波峰下陷，波谷陡峭的问题。T on 可用表达式表示为 T o n = C 2 ∗ ( V c o m p − V c o m p _ i n i + k ∗ V c s _ p k R c s ) I r a m p (13) 其中k为补偿系数，在Mathcad将电压型补偿的算法拟合，仿真THD数值如下表2。 Table 2 THD simulation value in voltage-type compensatio 176 200 220 265 THD/(%) 11.9 10.1 8.5 12.2 表2. 电压补偿型下的THD仿真值 3.2. 电流型补偿方法 图9为电流型补偿原理框图，补偿方式为采样电阻两端的峰值电压，经过网络转换成补偿电流，把此电流补偿在Ramp的斜坡电流上可使斜坡电流减小，Ramp斜率变缓。 图9. 电流型补偿原理框图 斜坡电压斜率变缓后，斜坡电压与Comp电压相比进行T on 的调制，在此补偿方式下，斜坡电压与Comp电压相比后会延长T on ，如图10所示。 图10. 电流型补偿Comp和Ramp比较 此补偿方式同样采取波峰补偿的T on 多，波谷补偿的T on 少，T on 可用表达式表示为 T o n = C 2 ∗ ( V c o m p − V c o m p _ i n i ) I r a m p − k ∗ V c s _ p k R c s (14) 其中k为补偿系数，将电流型补偿的算法拟合，在Mathcad中仿真THD数值如表3。 Table 3 THD simulation value in current-type compensatio 176 200 220 265 THD/(%) 11.7 10.9 8.2 11.8 表3. 电流补偿型下的THD仿真值 从表2和表3可知，电压型和电流型补偿均能降低THD，改善输入电流的失真问题，以达到降低THD的效果。但比较两种输入电流补偿方式，从电路复杂程度来看，电路中叠加电流比叠加电压的方式简单，电路更容易实现。 3.3. 基于Simplis仿真验证 Mathcad软件是纯理论计算的工具，考虑到实际应用有其小信号场景以及拟合T on 的算法有一定的误差，因此使用Simplis软件进一步接近实际中搭建了Buck的闭环控制模型，并把THD补偿的算法分别加入到环路中仿真THD，搭建原理图如下(图11)，系统方案采用220 Vac输入，输出电压72 V，输出电流240 mA： 图11. Simplis搭建闭环模型 采用电压型THD补偿电路，仿真输入电流的THD如下图： 图12. 电压型补偿THD仿真 从图12 Simplis仿真结果显示，采用电压型THD补偿可将THD优化至10.998%，比Mathcad计算值落差。 图13. 电流型补偿THD仿真 图13为电流型Simplis仿真结果，结果显示采用电流型THD补偿可将THD优化至10.643%，通过Simplis仿真验证补偿电路的可行性和合理性。
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user: 4. 实验验证 为了进一步验证THD理论分析的正确性，两种补偿方式的芯片流片封装后按照图14典型的非隔离Buck LED驱动电路搭建外围应用，分别测试电压型和电流型THD补偿方式的THD实测值。 图14. 外围设计原理图 图14中，输入加π型滤波器对策EMI，DR脚为芯片内置功率mos漏极端，CS为采样引脚，Pow为供电引脚，基准为芯片GND。 Table 4 THD measured value in voltage-type compensatio 176 200 220 265 THD/(%) 13.4 11.4 9.7 10.6 表4. 电压补偿型下的THD实测值 在176~265 Vac的输入电压范围下测试电流型THD补偿系统板THD参数，如表5所示： Table 5 THD measured value in current-type compensatio 176 200 220 265 THD/(%) 12.7 11.1 9.4 10.9 表5. 电流补偿型下的THD实测值 表4和表5可以看出，电压型和电流型THD补偿的实测结果与仿真结果相符，较只采用COT控制模式能够将THD优化5%~7%，如适当调整THD补偿系数，可将THD继续优化至更优值。在输入电压176~265 Vac范围内，THD低于14%，220 Vac输入电压下，THD可达到小于10%的效果，是LED驱动领域中较为理想的结果。
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user: 5. 结论 本文在分析传统COT控制模式THD差原因的基础上，提出了两种THD补偿方法，改善传统COT由于交越失真和占空比影响引起的THD高的问题，并通过Mathcad理论计算THD值，同时为验证补偿的精确性，利用Simplis软件搭建了仿真模型，Simplis模型仿真证明在合理的补偿参数下，THD均小于15%。最后，实验验证了应用本文提出的两种方法后，在176~265 Vac的输入电压范围下，可达到THD小于14%的效果，220 Vac输入电压下，THD可达到小于10%的效果，在实际工程中有一定的应用价值，值得推广与研究。
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user: 摘要 三维地质建模作为数字矿山建设的重点核心内容之一，近年来已经成为研究热点。随着计算机技术的不断发展，三维地质建模技术也在不断更新。文章梳理了目前三维建模技术的研究进展，包括三维地质建模的空间数据模型、建模方法和目前常用的国内外主流地质建模软件三个方面，并探讨三维地质建模的未来发展趋势。
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user: 1. 引言 自1993年加拿大Simon W. Houlding首次提出三维地质建模的概念以来，三维地质建模技术的研究、开发与应用已成为计算机科学、岩土工程、地质学等多学科交叉领域的研究热点。所谓三维地质建模，就是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一门新技术。严格地讲，三维地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，三维地质建模已经发展了近三十年，中国自上世纪80年代末开始引入EarthVision以来，也已经发展了快二十年。目前，国内外众多研究者在三维地质建模技术上取得了许多进展和成果，George Panagopoulos等 [ 1 ] 提出了一种利用井数据和地球物理数据建立三维地质模型的方法；Olierook Hugo K.H.等 [ 2 ] 提出利用地表地质观测与物探数据相结合的方法，可以得到合理的地表和地下不确定区域较窄的三维地质模型，对地下矿产勘查和三维地质模型的开发具有重要意义。在国内，朱瑞等 [ 3 ] 利用物探解译成果结合少量钻孔资料快速实现三维地质BIM精细化建模，为精细三维地质BIM建模提供了一种新思路。苏学斌等 [ 4 ] 提出一种地层/岩性混合的三维地质建模方法明显提高建模精度，可用于刻画含铀砂层非连续发育的砂岩型铀矿床的复杂地质结构。 三维地质建模是二维地质向三维地质的延伸，与二维地质模型相比，三维地质模型具有独特的优势。相对于传统平面地质图表达的方式，三维地质模型拥有真三维的立体场景，可以直观表达三维地质要素(例如矿层被断层切割)间的复杂关系；高速、精确计算矿床储量；进行强大的三维空间分析与模拟 [ 5 ]。三维地质模型对空间地质体的表达将更加直观、准确和完整，信息量将更加丰富、真实可靠，地质分析将更加方便，同时为地质师、油藏工程师、钻井师提供了一个交流的平台，提高他们对油藏的认识。三维地质建模首先在油气勘探领域得到应用，然后扩展到水文地质、工程地质、环境地质等凡是与地下探测、地下工程、地下空间管理有关的行业与领域，极大提升了各学科领域的科学技术能力。三维地质建模存在若干技术难点和不确定性，因此，三维地质建模技术具有较高的研究价值和重要意义 [ 6 ]。
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user: 2. 空间数据模型 空间数据模型是构建三维地质模型的基础，也是空间设计与分析的基础。常见的空间数据模型大致可分为面模型、体模型和混合模型三类。具体内容见表1。 2.1. 基于面模型(Facial Model) 面模型主要介绍不规则三角网(TIN)、格网模型(Grid)和边界表示模型(B-Rep)。不规则三角网(TIN)可以根据不同测点或结点的位置和密度形成连续的三角面，能够充分利用地貌的特征点、线，较好地表示复杂地形；格网模型(Grid)适合地形表面及层状矿床建模；边界表示模型(B-Rep)是形体的位置和形状通过面、环、边、点来定义的一种模型，是一个用通过分级表示实体的方法的模型。 Table 1 Spatial data mode 空间数据模型 面模型(facial model) 体模型(volumetric model) 混合模型(mixed model) 规则体元 非规则体元 TIN-CSG混合 不规则三角网(TIN) 结构实体几何(CSG) 四面体格网(TEN) TIN-Octree混合构模(Hybrid模型) 格网(Grid) 体素(Voxel) 金字塔(Pyramid) Wire Frame-Block混合 边界表示模型(B-Rep) 八叉树(Octree) 三棱柱(TP) Octree-TEN混合 线框(Wire Frame)或相连切片(Linked slices) 针体(Needle) 地质细胞(Geocellular) 断面序列 (Series Sections) 规则块体(Regular Block) 非规则块体(Irregular Block) 断面–三角网混合 (Section-TIN mixed) 实体(Solid) 多层DEMs 3D Voronoi图 广义三棱柱(GTP) 表1. 空间数据模型 多数学者在研究面模型时主要通过利用数据模型对建模方法进行改进或提出新的建模方法。戴程琳等 [ 7 ] 利用三维地质不规则三角形网格(TIN)模型，改进了挖填方计算方法，既保证了计算结果的准确度又提高了工作效率。熊祖强等 [ 8 ] 探讨了通过逐点插入法构造TIN模型，先构造规则格网，再由规则格网模型生成TIN模型的方法；以及利用等高线数据建立TIN模型的方法，并在实际应用中成功建立了龙滩水电工程坝址区域的三维模型。 2.2. 基于体模型(Volumetric Model) 体模型分为规则体元和非规则体元，其中八叉树(Octree)是一种用于描述三维空间的树状数据结构。该数据结构是将三维空间的X、Y、Z三个方向分割成八个立方体；然后继续进行八等分的划分，一直划分到每个立方体有一个没有目标。四面体格网(TEN)由点、线、面和体四类基本元素组成，实质是2D TIN结构在3D空间上的扩展，通过紧密排列但不重叠的不规则四面体形成的格网来表示目标空间。广义三棱柱(GTP)是由三个侧面四边形和上、下两个不一定平行的三角形组成。其中侧面四边形用来表示同一层相邻三棱柱之间相邻关系，上下三角形表示不同的地层表面，GTP体元可以表达地层表面之间的内部实体。在体模型的研究中，主要通过对模型进行改进和优化，提高建模效率和质量。张磊等 [ 9 ] 以线形八叉树模型为基本数据结构，建立了扩展八叉树模型，使计算效率大大提高。孙黎明等 [ 10 ] 提出一种用于快速查找2个三角曲面交线所在的三角形的非对称的空间八叉树模型。该模型与传统空间八叉树模型区别在于，该模型在达到一定的边界条件时，采用结合OBB的方法进行求交而不是每层都按照8n细分。 2.3. 基于混合模型(Mixed Model) 混合模型是指2个或多个体模型或面模型，以对同一对象进行三维建模的方式。其中TIN-Octree混合构模(Hybrid模型)即以TIN表达3D空间物体的表面，以Octree表达内部结构。Wire Frame-Block混合构模是以Wire Frame模型来表达目标轮廓、边界，以Block模型进行内部填充。该模型每一次开挖或地质边界的变化都需修改一次模型因此实用效率不高。基于混合模型的三维建模的研究重点在选择合适的模型混合建模以提高建模效率和可视化效果。王永会等 [ 11 ] 在分析了地形和建筑物建模方法的优缺点后采用基于半边数据结构的 Delaunay三角剖分建模方法和CSG建筑物建模方式分别对地形和建筑物进行建模，并通过有效合并完成了三维城市模型中地形和建筑物模型构造的可视化。尚福华等 [ 12 ] 结合TIN和八叉树(Octree)两种空间数据模型的优点，利用TIN-Octree混合空间数据模型建立横纵向都精确的三维地质模型。
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user: 3. 三维地质建模方法 三维地质建模方法可分为离散点源法、剖面框架法和多源数据集合法。 3.1. 离散点源法 在地质找矿、预测等工作中需要了解地质体形状，地质体形状经常需要根据少量的离散点采样数据(如地质测绘或钻孔资料)来获取，因此，实现空间离散点数据场可视化的方法的研究具有十分重要的意义。 对于离散点源法重点在对基于离散点的建模方法的研究以及方法的优化。陈明晶 [ 13 ] 对空间离散点的三维Delaunay三角剖分算法进行了研究。在逐点插入算法的基本思想上，以Bowyer/Watson算法(即Delaunay空腔算法)为基础，对算法实现过程中的关键环节进行了优化和改进，有效地减少了点定位的时间提高了三维Delaunay三角剖分的整体效率。吕志强 [ 14 ] 在研究离散点集的凸壳求取中，结合了四面体剖分算法和快速凸包技术，并将快速凸包技术应运于三维点集的凸壳算法中，实现了凸壳地质体的建模和体积计算。刘乐等 [ 15 ] 通过用反距离加权平均法和克里格插值法两种插值方法建立某铜铅锌矿的铜矿体表面模型，并得出在数据不均匀的情况下克里金插值法形成的表面更合理，而在数据量大且均匀的情况下反距离加权插值法得到等高线更平滑。 3.2. 剖面框架法 剖面框架法是用收集的地质勘探资料建立分类数据，在生成大量二维剖面图的基础上应用曲面构造法生成各层位面表达三维地质模型。剖面信息建立的三维模型对在对复杂地质适应性方面有更好的效果，该方法具有很大的发展空间，成为当前地质建模的主要方法之一。 王波等 [ 16 ] 采用基于综合地质剖面构建三维地质模型的方法进行成都市三维地质模型建设。并提出了解决了剖面构建过程中遇到的同时代、同层位的不同地层之间的连接问题的方法，即断层分隔、相变连接、地层尖灭。王诏等 [ 17 ] 提出了一种基于剖面、适合于局部建模的断层建模方法。此方法的优势在于能够充分利用图形资料中的数据解决了断层数据量少建模困难的问题，通过对断层模型的局部添加和修改，降低了断层建模难度。 3.3. 多源数据集合法 随着三维建模技术的发展人们对地质模型要求也在不断提高，希望能够建立高精度和高复杂度的地质模型，更好的方法是通过增加约束信息来对初始地质模型进行细化，这就涉及多源数据融合来建立地质模型的问题。三维地质建模的数据融合包含两方面的内容：一是数据参照系的融合，即在同一坐标系下进行数据集成；二是地质认知的融合，就是保持不同来源地质数据之间的地质意义上具有一致性 [ 18 ]。 吴志春等 [ 19 ] 通过介绍江西相山火山盆地三维地质建模过程，表明了三维地质建模过程中多源数据融合的处理方法。包括数据预处理，统一数据比例尺和坐标系，建立原始数据库。不同地表数据、地表数据和地下数据、不同精度数据的融合、主要建模数据与次要建模数据的融合以及数据融合的重点约束建模技术。何紫兰等 [ 20 ] 将多源数据融合的方法应用在相山火山盆地三维地质建模中，实现了模型成果可任意方向、角度切剖面，进行细致的观察与分析。李健等 [ 21 ] 在数据融合的基础上提出了一种基于规则体元分裂的三维地质建模方法。此模型的优点在于即能精确表达地质体内部属性又能光滑表示地质体表面。
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user: 4. 三维地质建模软件 随着三维建模技术的不断发展，三维建模软件也不断出现。国内外都研发出了许多用于三维地质建模的商业化软件，常见的有GoCAD、3DMine、Vulcan、Surpac、MapGIS、QuantyView等。三维地质建模软件在国内外在各大矿山企业及地质领域、采矿领域、测量领域都有着广泛的应用。 4.1. GoCAD GoCAD (Geological Object Computer Aided Design)是主要应用于地质领域的三维可视化建模软件，由法国Nancy大学开发的。该软件具有强大的三维建模、可视化、地质解译和分析的功能。是国际上公认的主流建模软件。在地质工程、地球物理勘探、矿业开发、水利工程中有广泛的应用。 耿瑞瑞等 [ 22 ] 采用GoCAD软件建立了苗儿山矿田豆乍山地区的沙子江铀矿床的三维地质模型，充分利用了GoCAD强大的空间分析功能进行地质体、构造、不同岩性接触界面、地球物理场等三维空间属性的统计分析及成矿信息提取。 4.2. 3DMine 3DMine三维矿业工程软件是一款国产的三维地质建模软件其主要功能有三维可视化核心、CAD辅助设计与原始资料处理、勘探和炮孔数据库、矿山地质建模、地质储量估算、等。其将二维模式和三维模式置于同一图形界面窗口，实现了图形和数字之间的相互转换。在我国地质建模软件中具有较好的应用前景。 张阳等 [ 23 ] 采用3Dmine矿业工程软件建立了于河北省滦县东的某尾矿库三维地质模型，应用此模型在尾矿库筑坝量和尾矿排放量计算、尾矿库库容分析、动态检查等方面进行应用。对利用3Dmine软件开展类似矿山尾矿库安全性分析提供了很好的借鉴意义。 4.3. Surpac软件 Surpac软件是法国达索公司旗下推出大型数字化三维地质建模软件。Surpac软件拥有的强大的数据统计能力，主要用于地质勘探领域、采矿领域和测量领域等。 杨春雨 [ 24 ] 运用Surpac软件对乌山铜钼矿露天采场进行有效设计，应用软件建立地表模型，设计出一个合理且精确的最终开采境界。郑正华 [ 25 ] 在紫金山露采铜矿资源模型以及空区测量结果的基础上应用Surpac软件对紫金山金铜矿资源空区充填后的矿石、废石和矿柱混合体进行品位模拟和三维建模，实现铜矿资源储量精细化动态管理，为采剥计划提供可靠资源依据。 4.4. MapGIS MapGIS是中国地质大学开发地理信息系统软件，实现了丰富的三维建模方法，多样化的模型可视化表达，2D、3D一体化的数据处理分析和专业特色的三维分析应用等功能。在地质、煤矿等行业有广泛的应用。 吴茹娟 [ 26 ] 以敦煌磷钒矿为例应用MapGIS K9建立三维地质模型。介绍了MapGIS地质体建模的基本方法。应用MapGISK9软件建立三维地质模型操作简单灵活，且易于更新，取得了较好的效果。林邓伟 [ 27 ] 采用MapGIS-TDE平台建立煤矿地下通道的三维模型。采用层次结构的插件实现软件的二次开发。
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user: 5. 结语 综上所述，三维地质建模能够更加直观地表现地质体的复杂结构，更加明确地表现地质体内部的分布规律。随着我国数字矿山的不断发展，三维地质建模已经覆盖于工程地质、地质灾害研究预测等众多领域。然而由于地质体的复杂性，三维地质模型中的不确定性是固有的，不可回避的。因此如何结合地质特点，制定出具有指导性三维地质建模的思想和方法，需要地质三维建模的研究者进一步研究和改进。
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user: 摘要 针对输电线路货运索道支架部件，结合三维设计软件开展部件结构设计，采用参数化建模方法开展不同结构参数部件建模，分析索道支架部件受力状况，提出部件设计载荷，通过有限元仿真分析对设计部件进行强度校核。结果表明，各部件能够满足结构强度要求。提出的方法可实现实体模型参数化建模，有效提高索道的设计效率。
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user: 1. 引言 随着计算机技术的迅猛发展，CAD/CAE技术不断发展成熟，大量的优秀的三维商业软件用于电力装备设计和制造，如CATIA、Solid Works等。结构设计主要采用有限元仿真分析，通过有限元仿真验证优化改进设计方案需根据几何数据建立有限元仿真模型，工作量巨大，严重影响开发进度以及开发成本 [ 1 ] [ 2 ]。通过参数化建模方法，依据结构之间的几何关系，使得模型能够跟随几何参数的修改而改变，大大提高了结构设计效率 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。 输电线路货运索道是以钢丝绳、支架、转向滑车等结构为主体，通过牵引机提供动力，实现起重、输送和卸重等工序的机械化搬运通道，是输电线路施工用重要装备。货运索道部件种类多，目前标准化索道部件规格型号较少，部件标准化程度低且重量较大，不便于山区地形搬运及安装，造成索道施工的经济性和使用灵活性较差 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。 本文基于软件三维设计软件，建立索道支架部件结构参数方程式，实现部件实体模型参数化建模，结合有限元软件，进行强度校核计算，提高索道部件的设计效率，实现系列化、标准化索道设计，具有较大的工程应用价值。
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user: 2. 索道部件说明 索道参数化部件包括支架(横梁、支腿)、鞍座、运行小车、转向滑车，本文以支架为研究对象，开展部件结构设计及参数化建模。 2.1. 横梁 横梁结构形式有双工字钢、单工字钢、方钢管、H型钢等。 横梁主要由横梁钢材(双工字钢、单工字钢、方钢管、H型钢)和横梁连接板等组成。横梁部件示意图如图1所示。 2.2. 支腿 钢管式支腿包括连接段、直线段、底板。连接段主要由支腿主体、支腿法兰、支腿连接板等组成。钢管式支腿部件示意图如图2所示。 图1. 横梁部件示意图 图2. 钢管式支腿部件示意图