DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 积雪草酸(Asiatic acid， AA)，又名亚细亚酸，为五环三萜类化合物，具有乌苏烷型骨架，其结构如图1所示。其化学名：2α，3β，23-三羟基-乌苏烷型-12-烯-28-酸。积雪草酸存在于龙脑香科植物龙脑香(Dry-obalanops aromatica Gaertn. f.)的树脂和挥发油中，也可由伞形科植物草[Centella asiatica (L.) Urb.]中的积雪草苷水解而得。积雪草原产于中国、马来西亚、印度尼西亚、斯里兰卡、越南等。南非、印度、马达加斯加、澳大利亚等国亦产。在我国主要分布于华东、华南、中南及西南等地。 许多研究表明，积雪草酸具有广泛的药理活性，如治疗皮肤创伤和慢性溃疡 [ 1 ] 、调血脂及保肝护肝 [ 2 ] 、抗抑郁 [ 3 ] 、防治心脑血管疾病 [ 4 ] 、抗帕金森 [ 5 ] [ 6 ] 和抗恶性肿瘤 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 等。例如，积雪草酸已经被陆续报道具有强烈的抑制各种肿瘤细胞增长的活性，包括肝癌、乳腺癌、黑色素瘤、恶性胶质瘤和胃肠道肿瘤细胞 [ 10 ] 。因此人们对积雪草酸不断进行结构修饰和活性筛选，以期寻找到活性更好、副作用更低、生物利用度更高的衍生物。本文基于前人对积雪草酸的各项研究成果，综合阐述了积雪草酸及其衍生物在抗肿瘤活性方面的概况，以期对日后更好的开发利用积雪草酸有一定借鉴意义。
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user: 2. 积雪草酸的抗肿瘤活性 积雪草酸的抗肿瘤活性主要体现在：(1) 诱导肿瘤细胞凋亡。Tang等 [ 11 ] 发现积雪草酸可诱导结肠癌细胞SW480凋亡，作用机制为通过增强线粒体膜的通透性和细胞色素从线粒体的释放，诱导Casepase 9的活性，Casepase 9进一步激活Casepase 3和poly(ADP-ribose)聚合酶分解，导致肿瘤细胞的不可逆凋亡。(2) 抑制肿瘤细胞增殖。周军等 [ 12 ] 研究表明积雪草酸能够抑制人肝癌细胞株(HepG2)的增殖，作用机制可能是通过诱导线粒体通透性转换孔(mPTP)开放，导致线粒体膜电位垮陷，ATP水平下降，胞内 ROS产量增多或清除率降低，最终导致HepG2细胞死亡。(3) 影响蛋白质表达。汤丽霞等 [ 13 ] [ 14 ] 研究发现积雪草酸具有抑制肝纤维化的作用，作用机制是通过上调Smad7负反馈信号发挥对TGF/Smad信号传导的抑制作用，抑制肝胶原蛋白合成，进而抑制肝纤维化。(4) 影响肿瘤细胞周期。Hsu [ 15 ] 在研究积雪草酸 图1. 2α，3β，23-三羟基-乌苏烷型-12-烯-28-酸 对乳腺癌细胞株MCF-7和MDA-MB-231的抗肿瘤活性时发现，积雪草酸通过诱导肿瘤细胞的S-G2/M周期途径表现出明显的细胞生长抑制活性。细胞周期的阻滞与p21/WAF1水平增高和细胞周期素B1，细胞周期素A，Cdc2，Cdc25C量的减少有关。
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user: 3. 积雪草酸衍生物的抗肿瘤活性研究 从结构上看，积雪草酸有三种功能相关结构，分别是：C-2，C-3，C-23位的三个羟基，C-11位的连有不饱和双键的亚甲基和C-28位的一个羧基。对积雪草酸的结构修饰分别集中在这三种功能相关结构。大致可分为：对A环的修饰、对C-2，C-3，C-23位三个羟基的修饰、对C-11亚甲基、对C-28位羧基的修饰及形成配合物。 3.1. A环修饰后的积雪草酸衍生物抗肿瘤活性 朱尚涉等 [ 16 ] 将积雪草酸A环进行改造得到化合物1、2、3、4、5，并检测其对P388D1淋巴瘤细胞系、Malme-3M黑色素瘤细胞系和Detoit 551正常细胞系的细胞毒性(ED 50 值达到4 μg/mL被视为具细胞毒性)。化合物1a和2a对P388D1、Malme-3M和Detoit 551的ED 50 (μg/mL)分别为4.3 ± 0.7，9.0 ± 0.8，27.8 ± 9.7和2.4 ± 0.7，2.9 ± 0.7，4.7 ± 0.9；对P388D1的ED 50 (μg/mL)分别是1b：6.81；3a：0.54 ± 0.21；3b：4.06 ± 2.24；3c：38.59；3d：34.12；4a：4.29；5a：22.70。表明对A环进行改造后的积雪草酸衍生物对P388D1淋巴瘤细胞系，Malme-3M黑色素瘤细胞系均有不同程度的细胞毒性，但3，5对P388D1淋巴瘤细胞系的细胞毒性最强；1对Malme-3M黑色素瘤细胞系的细胞毒性强于其他衍生物，但对正常细胞系的细胞毒性也是最大的(图2)。 3.2. 对C-28位羧基修饰后积雪草酸衍生物的抗肿瘤活性 孙宏斌等 [ 17 ] 合成了12种积雪草酸的氨基酸类衍生物，并将其对兔肌糖原磷酸化的抑制活性进行了 图2. A环被修饰的积雪草酸衍生物 研究。其中，6a、6b、6c的IC 50 (μM)分别为101、112.3和104.3。将2，3，23三位乙酰氧基水解后，衍生物在100 μM浓度下均无活性。表明将积雪草酸的2，3，23三位羟基制备成前药形式，再将28位与氨基酸进行酰化所得到的积雪草酸的氨基酸类衍生物具有糖原磷酸化酶的抑制作用(图3)。 3.3. 对C-2、C-3、C-23位羟基和C-28位羰基修饰后积雪草酸衍生物的抗肿瘤活性 孟艳秋等 [ 18 ] 将积雪草酸的C-2、C-3、C-23位的羟基和C-28位羰基进行结构改造得到14个新化合物，将7、8、9化合物进行体外活性实验，体外测试细胞为人肺腺癌细胞A549和人乳腺癌细胞MCF-7，并以吉非替尼为阳性对照。其中化合物7a、7b、8a、8b、9a、9b对A549和MCF-7细胞的IC 50 (μmol/L)分别为：30.14、29.38、32.05、41.47、42.11、29.60和>30.26、29.85、48.03、>50、>50。结果显示化合物8a的活性明显高于积雪草酸和吉非替尼，由此可见将积雪草酸C-2位羟基成脂，C-3、C-23位羟基成醚，同时C-28位羧基成脂可以提高其抗肿瘤活性(图4)。 3.4. 对C-2位羟基、C-11的亚甲基和C-28位羰基修饰后积雪草酸衍生物的抗肿瘤活性 赵龙铉等 [ 19 ] 将积雪草酸的C-2位羟基、C-11位亚甲基和C-28位羰基进行结构改造得到9个新化合物，用人宫颈癌细胞Hela和MCF-7细胞进行体外活性筛选，初步生物活性测试结果表明，在8 mg/mL浓度下，积雪草酸对MCF-7的抑制率小于10%。除化合物14外，其它的8个化合物对人乳腺癌细胞(MCF-7)的抑制率均大于20%，其中，11a、11b 和14对MCF-7的抑制率都在80%左右。11a、11b及14不仅对MCF-7的抑制率较好，对人宫颈癌细胞(Hela)的抑制率较积雪草酸也有一定程度的提高。化合物11a、11b 图3. 积雪草酸的氨基酸类衍生物 图4. 羟基被修饰的积雪草酸衍生物 和14对Hela和MCF-7的IC 50 (μm/mL)分别为：3.309、6.295、促细胞生长和4.400、4.390、6.611。结果表明积雪草酸C-2位的羟基对抗癌活性贡献并不大，C-11位氧的导入对化合物的抗癌活性的影响并不明显，C-28位的羧基转换成羟基或酯基时，衍生物的抗癌活性均增强(图5)。 3.5. 形成配合物后积雪草酸衍生物的抗肿瘤活性 陈海生 [ 20 ] 将积雪草酸与氯化亚铂酸钾等试剂反应，得到积雪草酸的有机铂酸盐15和16。然后分别以高、中、低三个剂量组并以卡铂阳性药对Lewis肺癌小鼠的抑癌作用进行试验，结果表明该类铂盐衍生物的三个剂量组都具有显著的抗肿瘤作用(图6)。 张蓉仙等 [ 21 ] 将积雪草酸与有抗炎、杀菌、抗癌活性的稀土硝酸盐配合后得到三种积雪草酸配合物LnAA(NO 3 ) 3 ∙3C 2 H 5 OH∙nH 2 O (Ln = La， Ce， Eu)。对食管癌细胞(Eca-109)处理48 h后，观察到三者的IC 50 (μmol/L)分别为：38.0，27.8，46.7，均小于积雪草酸(IC 50 :61.7)，表明积雪草酸与稀土盐形成的1:1配合物对肿瘤细胞抑制率显著增加。稀土积雪草酸配合物能明显抑制钙离子诱导的线粒体肿胀，表明积雪草酸稀土配合物能直接作用于线粒体，可作为线粒体靶向性抗肿瘤化合物。
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user: 4. 积雪草酸与其他抗肿瘤药物联用的抗肿瘤活性 姚其正等 [ 22 ] 将积雪草酸与13-正辛基小蘗碱(13-B-8-AA)17和13-正辛基巴马汀(B-AA)18成盐，再 图5. 去羟基类积雪草酸衍生物 图6. 积雪草酸的有机铂酸盐衍生物 图7. 积雪草酸与其他药物联合后结构 分别进行体外和体内活性测试。体外测试将其作用于小鼠白血病细胞L1210、人慢性髓原细胞K562及人肺腺癌细胞A549，并以顺铂为阳性对照。13-B-8-AA和B-AA对L1210、K562、A549的IC 50 (μmol/L)分别为：7.99、2.23、12.10和3.70、33.58、>100，均小于顺铂(IC 50 (μmol/L)：28.60， 58.10， 58.73)，表明与顺铂相比B-AA和13-B-8-AA有较强的抑制肿瘤生长作用。体内测试13-B-8-AA和B-AA对小鼠S180肉瘤(实体瘤)的抑瘤率，结果表明在相同处理条件下，13-B-8-AA的抑瘤率41.61%大于B-AA的39.19%，13-B-8-AA比B-AA毒性低(图7)。 林娜等 [ 23 ] 将积雪草酸与化疗药物环磷酰胺(CTX)，5-氟尿嘧啶(5-Fu)联用作用于肝癌细胞株HepG2和Heps肝癌腹水瘤、实体瘤，考察积雪草酸和5-Fu联用抑制肿瘤细胞增殖，采用10，15，20，25 μmol/L的积雪草酸分别与50，7.5，1 μmol/L的5-Fu联用。随着5-Fu浓度的降低，5-Fu和积雪草酸联用的抗肿瘤效果也逐渐降低，与单用5-Fu的抗肿瘤趋势一致，说明积雪草酸对3个浓度5-Fu的抗肿瘤效果均没有影响。在考察积雪草酸与CTX联用对Heps腹水瘤小鼠存活率的影响时，以20 mg/kg CTX组，50 mg/kg积雪草酸和20 mg/kg CTX联用组对腹水瘤小鼠存活率进行分析，发现CTX组小鼠出现死亡较早，与积雪草酸联用后死亡延缓，说明积雪草酸有降低CTX毒性而延长小鼠存活时间的作用。
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user: 5. 展望 积雪草酸由于其广泛的药理活性尤其是抗肿瘤作用而备受学者们的关注。综上所述，对积雪草酸2，3，23位羟基，11位的亚甲基，28位羧基甚至对A环改造后所得的衍生物较母核积雪草酸在抗肿瘤活性方面均体现出不同程度的增强。但是积雪草酸也存在溶解度小、生物利用度低、难透过血脑屏障等问题。因此，对积雪草酸进行更广泛的结构修饰和活性筛选研究是十分有必要的，它可以满足药物开发的要求。鉴于其广阔的应用前景，希望越来越多的专家学者不断地合成出新的积雪草酸的衍生物，筛选出更多抗肿瘤活性高、吸收好的药物。
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user: 摘 要 为有效解决电子器件微集成化带来的高热流散热问题，本文提出用气泡扰动流思想来强化换热。具体做法是在带周期性锯齿结构的微通道内，以水与空气泡两相流为流体介质，惯性受限流动过锯齿微结构表面，产生周期性气泡弹跳运动扰动近壁区热边界层，从而实现强化换热的目的。本文将系统研究锯齿结构倾角、发泡频率以及主流流速对气泡弹跳运动与换热的影响，以揭示锯齿微结构与气泡弹跳运动的耦合流动换热特性，为多相流流固耦合高效换热研究提供新视角。 关键词 :微通道，热边界层，气泡弹跳运动，流固耦合
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user: 1. 引言 近年来，能源危机和环境污染问题日益突出，使得清洁能源的使用及提高能源使用效率得到空前关注。如热光伏电池、电动车和LED灯等的推广和使用。其中动力电池热管理及LED等电子器件的散热问题成为这些技术发展的瓶颈，传统的散热方式无法满足日益攀升的散热需求。此外，石油化工产业、空调产业以及食品医疗产业等领域也需要严格的热管理，因此，研究热量的疏散和冷却有重要的科学意义和工程应用价值。 微通道散热器具有比表面积大，结构简单和散热能力强等优点，已经被广泛地用于微电子器件的冷却。目前，解决微电子器件冷却热管理问题最具潜力的方法是微尺度两相沸腾换热 [ 1 ] [ 2 ] ，利用液体蒸发相变移除芯片中的热量，从而使得器件能够安全可靠地运行。然而，沸腾两相流很容易产生流动不稳定性而导致传热恶化，国内外研究学者对此进行了精彩的研究 [ 3 ] - [ 8 ] 。强化换热的主要思路就是促进微通道内流动扰动分离，使边界层得不到充分发展，从而增强流体扰动来强化换热。因此，经常通过改变散热表面结构如：弯曲微通道、在通道表面加核化穴、凹槽或肋片等来实现流动扰动。 Tuckerman和Pease [ 9 ] 最早提出了微通道换热器的概念，其核心思想是在芯片底部加工微通道，流经微通道的流体通过对流换热方式带走热量。他们采用化学刻蚀与精密加工方法在0.5 mm厚的硅基板上加工出槽宽和壁厚均为50 mm、通道高宽比约为10 mm、深300 mm的平行矩形通道，以水为冷却介质，在温升为71℃、压力降为350 kP的条件下获得了790 W/cm 2 散热量。Xu等人 [ 10 ] [ 11 ] 设计出基于热边界中断的交错结构微通道散热器，与传统微通道不同的地方在于，向平行微通道中加入了横断通道，阻碍边界层在流动方向上的充分发展，产生连续的入口热边界层，以达到强化传热目的。Xia等人 [ 12 ] [ 13 ] 研究了周期性变截面扩张–收缩–扩张和更复杂结构的微通道散热器，与传统结构对比，发现这两种结构具有更好的散热效果。此外，Chai等人 [ 14 ] 在微通道两侧有规律地布置扇形凹槽表面结构，Ali等人 [ 15 ] 设计出一种倾角为20˚的锯齿形结构微通道，以及Xie [ 16 ] 建立的波纹形微通道等等，它们都在一定程度上实现了流动扰动，显著提升了换热效率。 本文基于气泡扰流强化换热思想，设计出一种带周期性锯齿结构的微通道。根据数值模拟结果对微通道内气泡扰流强化换热的原理进行了验证分析，得到锯齿结构的倾角、气泡频率以及主流流速对气泡弹跳运动与换热的规律。从本质上揭示了锯齿微结构与气泡弹跳运动的耦合流动换热特性，为进一步实验研究提供了依据。
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user: 2. 物理模型 2.1. 计算模型和冷却介质特性 以锯齿状表面作为弹跳运动的接触面，设计出带周期性锯齿结构的微通道，底部加热面和锯齿结构由铜材料制造，结构如图1所示，几何参数为：当量直径550 mm，长度12.1 mm，底部固体换热面厚度为10 mm，锯齿的高度h为350 mm，而锯齿倾角a为需要研究的重要控制参数。 模拟中，以水与空气两相流为冷却介质，在标准大气压下，水、空气和铜的热物理性质列于表1。为了简化计算，对模型做出以下假设：(1) 微通道雷诺数极小，流动模型为层流不可压缩流体，气相和液相的物性参数(密度、比热)为常数，不随时间改变；(2) 气相整体均为饱和相，其内部不存在温度梯度和热传导；(3) 微通道尺寸非常小，Bo尺寸效应数远大于1，忽略重力影响，且默认表面张力在流动过程起到主要作用；(4) 为了单独定性研究气泡流的碰撞弹跳对换热的影响，假定液相不发生相变换热，主要讨论气泡运动对流动和传热的影响；(5) 微通道内表面光滑，无滑移产生。 2.2. 控制方程和边界条件 气液两相在相间面上发生的传热和传质过程使得两相流动异常复杂，这给气液两相流的模拟带来了困难。目前关于气液界面的追踪方法主要有Level Set方法和Volume of Fluid (VOF)方法。Level Set方法不需要显示追踪相界面的运动，界面通过LS函数进行捕获和追踪，缺点是难以保持体积守恒。VOF方法是计算和追踪每个计算单元中特定相的体积分数而不是相界面本身，因此具有体积守恒性，它能够容易地处理具备复杂界面的拓扑变化的两相流动及传热。 本文采用VOF法对微通道中气液两相流进行数值模拟研究，通过求解区域内的动量和体积分数来模拟两相流流动，并且在每个计算单元中，相的体积分数和为1。控制方程如下： 连续性方程 (1-1) 动量方程 (1-2) 式中，v为速度矢量，m∙s −1 ；r为流体密度，kg∙m −3 ；m为流体粘度，Pa∙s；p为压力，Pa；g为重力加速度； 表示区域表面张力的体积力形式，N∙m −3 。在水平微通道中表面张力占主要作用影响，同时可以忽略重力作用。 体积分数方程 (1-3) (1-4) (1-5) 式中， 为相体积分数，下标g表示气相，l表示液相。 表面张力方程 图1. 锯齿形微通道结构模型 Table 1 Physical property parameters of each material saturation state in a standard atmospheric pressur 类别 状态 密度r kg/m 3 热熔C P kJ/(kg·k) 导热系数l W/(m·K) 运动粘度n 10 −6 m 2 /s 水 液态 995.7 4.12 0.62 0.805 空气 气态 1.165 1.00 0.027 16 铜 固态 8930 0.38 395.33 - 表1. 一个标准大气压下各物质饱和状态的物性参数 (1-6) (1-7) 式中，s为表面张力，N∙m −1 ；k为界面曲率，m −1 。 混合物物性方程 (1-8) (1-9) 计算域内的所有固定表面均采用无滑移壁和光滑壁边界条件。入口采用速度入口边界条件(velocity-inlet)，速度值为常数。入口水温设为300 K。出口采用压力出口边界条件(pressure-outlet)，出口表压设为0 Pa即自由出流。在铜衬底的背面沉积有一层铂薄膜，提供了一个均匀的热流密度为50 kW/m 2 ，有效加热区域的长度覆盖1、2、3和4区域，有效加热区域的宽度比微通道的宽度略窄。使用表面连续张力模型，表面张力设为定值71.2 dy/cm。由于在本研究的气泡弹跳模型中，气泡与壁面属于弹性碰撞，并且通过查阅文献发现 [ 17 ] ，当壁面处气泡与液体的接触角θ > 4.67˚时，气泡在倾斜壁面上运动是滚动运动，并始终与壁面存在一层液膜。因此，将气、液和固三相交界面的接触角设为0˚。在微通道入口处设置种子气泡发生器，以一定的频率向微通道发射微气泡，从而在时间序列上产生可控的气泡。 2.3. 网格划分和数值方法 基于CAD软件创建的二维模型，使用前处理软件GAMBIT进行网格划分。对于锯齿结构表面，计算域采用结构化的三角形网格。其余部分的计算域采用结构化的四边形网格。具体的网格划分如图2所示。 然后把网格导入FLUENT软件中进行计算，该软件能够准确描述气液两相流换热模型。非稳态项用一阶隐式时间步进法进行处理，时间步长设定为2 × 10 −6 s。压力和速度的耦合采用PISO算法，压力项 图2. 网格系统 采用PRESTO!格式，动量方程采用二阶迎风格式，气液相界面的处理采用几何重构方案(Geo-Reconstrcut)。通过调节亚松弛因子以达到计算收敛。模拟结果用FLUENT自带的后处理器、Tecplot软件以及Origin软件进行分析。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 气泡弹跳扰流原理 微通道中气泡沿壁面发生周期性弹跳是复杂的运动及传热过程。在不考虑相变的前提下，气泡主要通过扰动温度边界层来强化换热，而气泡本身运动则受到液相流体的影响。为了研究气泡弹跳运动及强化换热的规律，本节将对气泡弹跳运动过程进行简单的介绍。以单个气泡弹跳运动过程加以说明，如图3所示，将单个气泡的运动周期分为冲撞段和弹跳段，其中冲撞段对于强化传热起着关键性作用。在液相流体的惯性推动下，气泡与锯齿壁面发生碰撞，然后沿壁面向下滑移一段距离，对凹槽底部的热边界层产生强烈的扰动，从而强化了液膜内的对流换热(冲撞段)。随后在凹槽底部涡流的作用下上升进入主流区，与上表面发生碰撞后，继续与下一个锯齿壁面发生碰撞，对应的过程称为弹跳段，如此弹跳循环，周而复始，单位时间内与锯齿壁面发生碰撞的气泡数目越多，对流换热效率越高。 3.2. 锯齿结构倾角对气泡弹跳运动与换热的影响 为了验证锯齿结构微通道的换热特性，以矩形直微通道作为比较对象，它们的深度和平均水力直径相同。在同样的工况下(u = 0.25 m/s， q = 50 kW/m 2 )，比较它们的流动与换热能力，图4给出了两种类型 图3. 单气泡弹跳运动过程 图4. 两种微通道沿轴向的加热面温度分布 微通道加热面温度的变化曲线。可以看出，相对于矩形直微通道，周期性锯齿结构微通道的加热面的温升要缓和些，这是因为锯齿结构在流向上阶段性的阻碍了热边界层的充分发展，从而温升呈现阶段性增长。因此，周期性锯齿结构微通道的换热效率比一般矩形直微通道要好。 为了研究两相流中气泡弹跳运动对上述温升阶段性增长的规律，我们对单个气泡进行模拟研究。在不改变锯齿高度h的情况下，依次改变不同锯齿结构倾角a，在上述同样的工况下，得到相应的微通道加热面温度分布曲线，如图5所示，并从中找出合适的锯齿倾角作为模拟对象。本研究选取了四种倾角的锯齿结构进行数值模拟，分别是15˚、20˚、25˚、30˚。分别记录了对应锯齿倾角下的气泡运动轨迹，可以发现，15˚的锯齿倾角下的单气泡与锯齿壁面的碰撞次数较多，与锯齿壁面的耦合程度最好，换热效率最高。同时，该结果也为下面多气泡流模拟起到重要的基础作用。 3.3. 发泡频率对气泡弹跳运动与换热的影响 在通道入口时间序列上产生一连串的气泡，这些气泡连续不断地与锯齿壁面发生碰撞，使得近壁面 图5. 不同锯齿倾角下单气泡的运动轨迹 热边界层处于持续扰动状态，从而强化了对流传热。本节讨论四种发泡频率(250 Hz， 167 Hz， 143 Hz， 125 Hz)时微通道内对流换热状况。 图6所示为不同发泡频率下微通道压降随时间的变化曲线。可以发现，微通道压降呈周期性脉动变化，并且随着发泡频率的增加，脉动幅度有效降低。当气泡流经微通道锯齿壁面狭窄的顶端位置时，就会对冷却介质的流动产生阻碍作用，因而压力骤增，这对应曲线图中的波峰。而当气泡流经冲撞段时，由于该区段底层漩涡区流速较低，因而压力也是最低的，即对应曲线图中的波谷。此外，在靠近微通道出口处压力迅速升高，这是由于气泡内高压气体对出口边界产生高压冲击所致的。图7为不同发泡频率下微通道加热面的平均温度随时间的变化曲线。其中在初始段0~0.01 s内，由于传热过程存在响应时间，加热面的平均温度变化趋势不大，对应的为多气泡流入口发展阶段。发现，在四种不同频率下，加热面的平均温度近似呈线性下降趋势，并且随着发泡频率的增加，温度下降得越快，在0.06 s后加热面的平均温度下降了1 K以上。此外，经实验研究发现，发泡频率太大或太小都不能很好起到强化传热的效果。太小则产生的气泡数较少，与锯齿壁面发生碰撞的次数随之减少，从而达不到理想的效果。过大则产生大量的气泡，由于气泡间的融合变成长长的气弹，严重影响换热效率。因此，只有在一定范围内提高发泡频率才能起到强化传热的目的。 3.4. 主流流速对气泡弹跳运动与换热的影响 在气泡弹跳运动过程中，气泡是在流体推动下运动的，因而冷却介质的流速对气泡的弹跳运动影响较大。为了比较不同主流流速对对流传热的影响，设置了四种不同的主流流速(0.2 m/s， 0.22 m/s， 0.27 m/s， 0.3 m/s)，并给出不同主流流速下加热面的温差分布曲线(初始温度与某时刻温度之差，大于0说明加热面温度在下降，反之，加热面温度在上升)，如图8所示。可以发现，增加主流流速对于降低加热面温度的效果十分显著。其中最大的温差波峰，即加热面温度下降幅度最大，换热效率最高，对应的是锯齿壁面底部旋涡区域。这是由于增加主流流速，单位时间内与锯齿壁面发生碰撞的气泡数目增多，对近壁面热边界层的扰动加强所致。因此，适当提高主流流速，强化的气泡流的冲撞过程，对于强化对流传热非常重要。 图6. 不同发泡频率下微通道进出口压降随时间的变化 图7. 不同发泡频率下加热面的平均温度随时间的变化
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user: 4. 结论 本文针对带周期性锯齿结构的微通道内气泡周期性弹跳扰动流强化换热的物理机制进行模拟研究， 图8. 不同主流速度下微通道加热面的温差变化曲线 建立并验证了锯齿表面结构与气泡弹跳运动耦合特性。重点介绍了气泡弹跳运动强化传热的原理，同时说明了锯齿结构倾角、发泡频率以及主流流速对气泡弹跳运动与换热的影响。主要结论如下： 1) 对于带周期性锯齿结构的微通道，近壁面热边界层的发展呈间断性中断，壁面温升相对平缓。锯齿微结构与气泡弹跳运动的耦合程度较好，强化换热效率显著。 2) 通过比较不同倾角的锯齿结构中气泡弹跳运动轨迹，发现在15˚锯齿倾角模型中，气泡的运动轨迹与冲撞段耦合最佳。因此本文选择15˚锯齿倾角模型作为多气泡流模拟对象。 3) 经实验研究发现，发泡频率太小或太大都不能起到很好的换热效果。因此，只有在一定发泡频率范围内适当提高发泡频率，才能达到强化传热的目的。 4) 对比不同主流流速对气泡扰流换热的影响，发现温差下降最大的区域位于气泡冲撞段。适当提高主流流速有利于提高冲撞段换热，提高微通道换热效率。
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user: 摘 要 对梵净山冷杉和珙桐分别设置样地，研究该地区该群落类凋落物的年产量、月动态变化以及组成特征。结果表明：梵净山冷杉林与珙桐林年凋落量分别为5.68 t∙hm −2 和4.67 t∙hm −2 ，梵净山冷杉凋落量月动态变化为双峰形，珙桐的月落量在12月~到8月份起伏不大，在秋季达到最大凋落量；净山冷杉林的凋落物组成比较丰富，2种森林群落落叶和落枝占有较大比重，群落内部和外部环境的变化都会对凋落物组成和产量产生影响，胸径、立木密度、郁闭度对凋落物产量和组分有显著影响。 关键词 :凋落物，动态，组成，含量，梵净山冷杉，珙桐
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user: 1. 引言 森林生态系统作为陆地上分布最广，面积最大。最重要的自然生态系统，其生物量和净生产力占整个陆地生态系统的86%和70% [ 1 ] 。凋落物作为森林生态系统的重要结构组成，是物质循环和能量流动的重要途径，凋落物可以通过养分循环使大量有机质归还林地，改善土壤的理化性质和生物学特性，增加土壤肥力 [ 2 ] 。目前对于森林凋落物的研究多集中南方地区 [ 3 ] ，而对武陵山区不同森林类型的研究较少，尤其是特有的珍稀植物尚少见报道，同时对年均凋落量等基础数据的研究还缺乏连续性，全面性和完整性。贵州梵净山国家级自然保护区，位于贵州省东北部的江口、印江和松桃三县的交界之处。梵净山是武陵山脉主峰，山体庞大，为我国五大佛教名山之一，生物多样性高，植被类型多样，是一个以常绿阔叶林、落叶阔叶林为主的森林生态系统，山中生长有多种珍稀植物，如冷杉、珙桐、红豆杉 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 等，药用植物丰富，保护区及周边地区药用植物460种(变种) [ 7 ] ，还有多种野生动物，是濒危灵长类动物黔金丝猴的唯一分布地 [ 8 ] [ 9 ] 。虽然我国学者对梵净山已做出大量研究，但过去研究者对该区的研究多集中在植物分布与动物分布 [ 10 ] [ 11 ] 等方面，针对梵净山冷杉凋落物组成及现存量的研究尚未见报道。且梵净山冷杉与珙桐新生树苗也越来越少，梵净山冷杉与珙桐立地研究保护已刻不容缓，为此，笔者以本文从梵净山冷杉林凋落物的量、组成及其动态变化，以期为梵净山珍稀植物保护提供基础数据。
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user: 2. 研究区概况 梵净山自然保护区位于贵州省铜仁市江口县、印江自治县、松桃自治县交界处，地理坐标为27˚46'50~28˚1'30N，108˚35'55~108˚48'30E，面积约419 km 2 ，地处我国亚热带中心，被联合国教科文组织纳为全球“人与生物圈”保护网成员单位，为中国五大佛教名山之一。平均气温6℃~17℃，1月均温3.1℃~5.1℃，7月均温15℃~27℃，≥ 10 ℃ 积温1500℃~5500℃，年降雨量1100~2600 mm左右，相对湿度平均超过80% (迎风坡)，垂直气候带谱可分为中亚热带、北亚热带、暖温带、温带4个气候带。最高峰凤凰山海拔2570.5 m，次为金顶海拔2493.4 m，最低处盘溪沟海拔500 m。土壤呈明显的垂直分布，由山顶至山麓依次为山地灌丛草旬土、山地暗色矮林土、山地黄棕壤、山地黄壤、山地黄红壤。植被类型主要有常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林、针阔混交林和灌丛等(表1)。 Table 1 Fanjing mountains fir and dovetree community characteristic 林分类型 海拔 坡度 坡向 平均树高/m 平均胸径/cm 立木密度/株 hm 2 郁闭度 冷杉林 2106 斜坡 阴坡 21.54 15. 47 23 0.8 珙桐林 537 陡坡 东南 10. 94 9. 68 32 0.7 表1. 梵净山冷杉与珙桐主要群落特征
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user: 3. 材料与方法 3.1. 凋落物的采集与处理 在梵净山冷杉与珙桐林标准地内，选定具有代表性的地点(分别沿上坡、中坡、下坡分别安装3个收集)，收集网用孔径为 0.5 mm 的尼龙网制成。离地面25~30 cm水平置放收集筐。从2013年7月底开始每隔一个月收集1次凋落物，直持续至2015年7月底，每年共收集6次，共收集36个1 m × 1 m的凋落物收集筐。 3.2. 数据分析 实验数据首先按统计学的方法，剔除异常值，把分布于平均值±3倍标准差之外的异常数值去除，然后用Excel2003统计整理，对各指标数据进行平均，计算标准偏差、误差，并将计算结果汇总绘制成总数据表。
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user: 4. 结果与分析 4.1. 不同群落类型的年凋落量 森林凋落物是养分循环和碳流动中的重要组成部分，凋落物产量能够反映森林群落的生态功能，对森林生态恢复和更新有重要作用 [ 12 ] 。梵净山冷杉与珙桐凋落物的凋落量存在有一定差异(表2)，总体上，梵净山冷杉林(5.68 t∙hm −2 ∙a −1 ) > 珙桐林(4.67 t∙hm −2 ∙a −1 )。梵净山冷杉凋落量显著大于珙桐林，这与群落主要特征有关，梵净山冷杉常为片状集中分布，形成优势种群，由于冷杉具有较为稠密的林冠，针叶较为宽，同时冷杉林的组成成分较为丰富。从年份来看，梵净山冷杉林和珙桐不同年份凋落量为，2015年 > 2013年 > 2014年。2015年梵净山雨水充沛，同时积温较高，梵净山植被的生长较好，能够提供梵净山冷杉与珙桐适宜生长的生境，这也使梵净山冷杉与珙桐生产力大于其他年份的主要原因 [ 13 ] 。因此在气候因素相同的条件下，群落内部和外部环境的变化都也会影响凋落物产量，这与群落结构特征和具体生境有关。 通过对梵净山冷杉与珙桐的凋落物总量月动态变化研究发现(图1)：梵净山冷杉与珙桐凋落物有明显的季节变化规律，梵净山冷杉从四月开始出现第1个小波峰，而凋落的主要高峰期出现在10月末，整年中梵净山冷杉凋落物起伏较大，从12月凋落物开始上升到5月份达到高点后开始下降，后面又逐渐上升，到10月份达到顶峰，整体上来看，梵净山冷杉月凋落物量呈现双峰形，而珙桐凋落物在12月~到8月份起伏不大，在8月份开始上升然后达到最大值，整个模型属于当峰型。凋落量月差异悬殊既有气候的影响也与树种本身的生理特点有关。珙桐为落叶乔木，而梵净山冷杉为常绿乔木，一年四季都有凋落物，而落叶乔木主要集中在秋天 [ 14 ] 。 4.2. 梵净山冷杉掉落物组成与含量 梵净山冷杉与珙桐凋落物组成包括叶、枝、果、及其他类型物质，通过对2种森林群落内凋落物各组分现存量进行了统计，得到各月凋落物各组分现含量平均值。梵净山冷杉林的凋落物组成比较丰富，从表3中可以看出，2种森林群落内凋落物现存量中叶和枝占有较大比重，二者合计介于73.88%~85.58% Table 2 Fanjing mountains fir and dovetree community characteristic 群落类型 2013年凋落量 (t∙hm −2 ) 2014年凋落量 (t∙hm −2 ) 2015年凋落量 (t∙hm −2 ) 平均值 (t∙hm −2 ) 冷杉林 5.69 ± 0.22 5.63 ± 0.73 5.72 ± 0.16 5.68 ab 珙桐林 4.67 ± 0.15 4.23 ± 0.46 5.11 ± 0.18 4.67 ac 表2. 梵净山冷杉与珙桐主要群落特征 Table 3 Fanjing mountains fir and dovetree and take up of the total amount of each component conten 林分类型 落叶 落枝 落果 其他 总计 冷杉林 2.75 (48.37%) 1.41 (24.81%) 0.69 (12.12%) 0.83 (14.70%) 5.68 珙桐林 3.12 (67.21%) 0.86 (18.37%) 0.40 (8.46%) 0.29 (5.96%) 4.67 表3. 梵净山冷杉与珙桐各组分含量及占总量百分比 图1. 梵净山冷杉与珙桐凋落物总量月动态变化 之间；其中落叶是梵净山冷杉林凋落物的主要成分，占凋落物总量的48.37%；落枝和其他碎屑分别占24.81%、和14.70%，落果所占比重最小为12.12%；珙桐凋落物中落叶和落枝凋所占比例差异较大，分别为67.21%和18.37%，合计为85.58%，凋落物中其他组分为5.96%。 4.3. 凋落物总量及各组分的影响因素 凋落物总量及各组分与群落结结构的进行了Pearson相关分析表明(表4)：树高与凋落物总量及凋落物各成分之间相关性均不显著(P > 0.05)；胸径与凋落物总量成显著正相关(P < 0.05)而与凋落物成分之间相关性均不显著；立木密度除了与落果无相关性外，与凋落物总量和落叶、落果及凋落物其他成分都有相关性，其中与凋落物总量和凋落物其他呈显著负相关(P < 0.05)与落叶呈极显著负相关(P < 0.01)，与落果呈极显著正相关(P < 0.01)；郁闭度与凋落物总量呈极显著正相关(P < 0.01)，与落果和凋落物其他呈显著正相关(P < 0.05)，遇落叶和落枝相关性不明显。总体上来看，说明群落结果中胸径、立木密度、郁闭度对凋落物产量和组分有一定影响。
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user: 5. 结论 梵净山冷杉和珙桐年凋落量为5.63 t∙hm −2 、4.67 t∙hm −2 。梵净山冷杉林凋落量的月变化模式属双峰型，在10~11月和4~5月出现凋落高峰，珙桐落物为单峰形，在12月到8月份起伏不大，2种森林群落内凋落物现存量中叶和枝占有较大比重，二者合计介于73.88%~85.58%之间。群落内部和外部环境的变化都会影响凋落物产量，树高与凋落物总量及凋落物各成分之间相关性均不显著(P > 0.05)；胸径、立木密度、郁闭度对凋落物产量和组分有一定影响。 Table 4 Litter amount and the composition and community structure of the correlation coefficien 群落结构 凋落物总量 落叶 落枝 落果 其他 树高 0.23 0.13 0.39 0.36 0.51 胸径 0.56 * −0.56 −0.35 −0.85 0.34 立木密度 −0.56 * −0.84 ** −0.21 0.86 ** −0.86 * 郁闭度 0.34 ** 0.41 0.11 0.41 * 0.81 * 表4. 凋落物总量及各组分与群落结结构的相关系数 * P < 0.05相关性显著； ** P < 0.01相关性极显著
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user: 摘 要 本文研究了基于Spark的并行数据挖掘，并将其应用到了流程对象数据分析中。文章通过对串行的流程对象数据挖掘算法流的研究，提出了一种基于Spark并行计算框架的并行化算法流解决方案，并通过编程实现、并行效率测试、算法调优，最终得出一个并行效果良好的并行数据挖掘方案。该并行方案明显提高了计算效率。 关键词 :数据挖掘，并行计算，流程对象，Spark，MapReduce
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user: 1. 引言 分布式控制系统(Distributed Control System， DCS)在流程工业中应用广泛，其依靠分布于各个环节的传感器实时检测得到的数据进行系统控制。一方面，长期的检测过程可以得到大量数据。另一方面，由于计算机技术的空前发展，尤其是硬件存储技术以及数据库技术的发展，使得海量数据的存储成为可能。 信息时代数据的爆炸式增长，让人们愈发认识到数据的重要性，产生于上世纪90年代的数据挖掘(Data Mining， DM)技术受到人们广泛关注。数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。数据挖掘为企业决策与控制提供了数字化的指导信息，使得决策与控制不再过于盲目。数据挖掘在工业过程控制中的研究也愈发火热。 与数据挖掘一起，受到人们关注的是大数据处理(Big Data Processing)技术。并行计算(Parallel Computing)便是大数据处理的首选，并行计算通过多处理机同时处理同一事务进而加速计算过程。现有的并行计算机主要有SIMD架构和MIMD架构，在并行计算机上同样存在着多种并行编程模型和架构，常用的主要有MPI、OpenMP、Hadoop、Spark [ 1 ] - [ 3 ] 等，这些并行编程模型和架构在并行化机理上不尽相同，有的是基于数据划分机制的并行，有的是基于任务划分机制的并行，因此适用的场景也不尽相同。在这些并行计算框架中，Spark [ 3 ] [ 4 ] 是当前备受人们关注的开源集群计算框架，Spark基于改进的MapReduce [ 5 ] ，计算效率较Hadoop有明显提高。 然而，设计并行计算程序比设计串行程序具有更多的挑战性。针对具体的并行计算模型，并不是任何串行算法都可以轻而易举地转换为并行算法。针对不同的问题，往往要经过仔细的考量之后才能得到一个可以实施且效果良好的并行计算方案。 本文在Spark基础之上设计并实现了并行化的流程对象数据挖掘算法，主要包含了数据预处理、时序调整、环节聚类、关系分析以及状态关联这几个环节，最终实验表明该并行化设计是可行的，并且有了较大的效率提升。
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user: 2. 相关理论研究 2.1. 流程对象模型 2.1.1. 流程工业检测过程 在流程工业的分布式控制系统中，生产过程由一个个环节构成，每个环节通常需要加装许多检测装置，通过数据接口，将检测数据传入数据库/数据仓库中存储起来，用于监测过程状态 [ 1 ] 。我们可以将流程工业生产过程数据检测结构描述为图1。 在集中数据库中存储着各个环节的检测数据，形式如表1所示。 2.1.2. 流程对象模型定义 基于上述介绍和相关研究 [ 1 ] ，我们将流程工业生产过程所具有的一般特征列举如下： 1) 多环节：可以把整个生产流程看作一个开环系统，局部的相对独立的生产步骤看作闭环系统。多个环节前后相连，构成一个流程。 2) 时序性：生产是从一个环节流向一个环节，也就具有时序性。时序性主要有以下含义： ① 前后顺序。 ② 环节延迟。 3) 单向相关性：生产过程中，前一环节的输出作为后一环节的输入，后一环节依赖于前一环节，反过来则没有。 根据上述特性，我们可以抽象出：流程对象(Process Object， PO)是由多个环节构成的具有单向向后相关性和时序性的整体，其所有环节组成了一个时间序列集合，这个时间序列集合中的数据来自各个环节的可采样检测点，检测点采样在时间 内完成，其中t 1 < t 2 < ⋯ < t m ，则流程对象 可以按如下公式表示： 其中o， 为在时间 内的可采样环节数据。 图1. 流程工业生产过程检测结构 Table 1 Detection data of link 检测时间 环节1 环节2 环节3 … 环节n − 1 环节n T 1 X 11 X 21 X 31 … X (n − 1)1 X n 1 T 2 X 12 X 22 X 32 … X (n − 1)2 X n 2 T 3 X 13 X 23 X 33 … X (n − 1)3 X n 3 … … … … … … … T m X 1m X 2m X 3m … X (n − 1)m X nm 表1. 环节检测数据 2.2. 集群计算框架Spark Apache Spark是目前比较流行的并行计算框架，它基于改进的MapReduce模型。在经典的MapReduce模型中，数据通常被分区存储在不同的计算节点上，计算也被分为Map和Reduce两个阶段，其中Map阶段负责对分区数据进行转换，而每一次Map的计算结果都会被缓存到磁盘上进行容错，Reduce阶段负责将Map阶段的计算结果整合规约到一块并得到最终结果，而在Map和Reduce中间还可能存在Shuffle过程。Spark对于经典MapReduce的改进在于，Spark将计算的中间结果保存在内存中，而不是缓存到磁盘中，因此相较于经典MapReduce，Spark具有更高的并行执行效率且更适合于数据挖掘和机器学习等需要迭代处理的领域 [ 6 ] 。 与MapReduce一样，Spark也是基于数据并行的。Spark将数据集抽象为RDD [ 7 ] ，RDD中数据以分区的形式分布在不同节点上，对RDD的操作就被转换为对数据集的并行操作。
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user: 4. 实现与优化 基于本文提出的并行化算法流，我们使用Spark实现了该知识发现系统，系统的框架图如图8所示。 在针对如表1所示的10万条数据上，我们对原始串行计算系统和基于Spark的并行计算系统做了性能对比。如表2所示，其中针对Spark并行系统的测试包含了本地运行测试和集群运行测试。 通过测试我们发现，该并行化计算系统较串行计算系统在计算效率方面有了较大提高。
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user: 5. 总结 Spark集群计算具有易扩展、通用和高效的特点，基于Spark而设计的并行化流程对象知识发现系统在计算效率上明显优于串行算法。和其他并行计算算法设计一样，基于Spark的并行算法设计同样需要最大化地减少通信所带来的开销，本文的算法流设计充分体现了这一点。但由于算法策略的限制，并行 图8. 并行化流程对象知识发现系统框架 Table 2 Execution efficiency compariso 串行计算系统 并行计算系统(local) 并行计算系统(cluster) 运行环境 1台：CentOS 7 (64 bit)， 4GB RAM 1台：CentOS 7 (64 bit)， 4GB RAM 3台：CentOS 7 (64 bit)， 4GB RAM 运行时间 55分3秒 57分47秒 28分20秒 表2. 运行效率对比 化的流程对象知识发现系统还远没有达到实时处理的能力，下一步将研究增量实时处理，以使知识发现系统具有更高的实用价值。
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user: 摘 要 感知化技术实质上是一种深层次的信息加工技术，通过模仿人的感知与思维方式，用人工智能方法执行一些基本的识别与推理任务，使得人类能够具备对模糊、庞杂的特定信息集产生快速准确判断的能力，并直接在脑海中产生具体的认知图景。通过深入研究调度人员的认知规律，以认知心理学、视觉心理学、思维科学、人工智能、信息组织学等为其理论基础，结合大量丰富多样的图形可视化技术，实现城市电网运行数据的形象展示和信息的高效表达。基于感知化理论的城市电网运行综合评估体系包括6个模块：电网规模、安全运行、经济运行、优质运行、节能环保以及工作管理。 关键词 :城市电网运行，综合评估，感知化，可视化
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user: 1. 引言 科学计算可视化(简称可视化，英文是Visualization in Scientific Computing，简称ViSC)的基本含义是运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来。电力系统可视化技术是指将可视化技术应用到电力系统中来，一方面可以将电力系统设备的各种属性、系统运行状态以图形或图像的方式显示出来，使系统运行人员更方便、更明晰地了解当前系统的运行状态，以便其采取更有效、更有针对性的运行控制措施；另一方面可以将电力系统的计算分析功能与可视化技术结合起来，通过图形操作和图形参数设置，使得数据从输入到数据输出的整个过程都与图形图像紧密结合，让计算分析人员摆脱过去单调、枯燥的计算分析模式，能生动、直观的查看数据分析和计算结果 [ 1 ] [ 2 ] 。随着电力系统可视化研究的不断深入，人们对其认识程度不断加深。越来越多的电力系统可视化研究者发现在电力系统可视化设计中必须要全面考虑电力系统信息特征和调度人员的认知规律，将两者有效结合才能实现电力系统运行数据的形象展示、实现信息的高效表达。“感知化”设计方法由此酝酿诞生。 感知化技术实质上是一种深层次的信息加工技术，通过模仿人的感知与思维方式，用人工智能方法执行一些基本的识别与推理任务，使得人类能够具备对模糊、庞杂的特定信息集产生快速准确判断的能力，并直接在脑海中产生具体的认知图景 [ 3 ] - [ 11 ] 。感知化技术需要满足两个层面上的技术要求，一个是“可视化”，一个是“可知化”，两者缺一不可，前者是感知化技术的“前台”，后者则是感知化技术的“后台”。可视化更多的是一种信息的表达方式，赋予感知对象更加清晰、鲜明、可视的表达方式；可知化则更多的是一种信息组织方式，以符合人类认知习惯，提高感知效率为目的，对信息进行再组合、再组织与再处理。
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user: 2. 感知化设计理论与技术基础 2.1. 理论基础 “感知化”设计方法不仅需要考虑电力系统信息内在特征，同时需要深入研究调度人员的认知规律，调度人员对电网运行情况的感知、理解和预测是“感知化”设计方法的先决条件 [ 12 ] 。“感知化”设计方法以认知心理学、视觉心理学、思维科学、人工智能、信息组织学等为其理论基础。 认知心理学是用信息加工的观点和术语说明人的认知过程的学科。它主张研究认知活动本身的结构和过程，并把这些过程看作信息加工过程。它关注人类处理外界信息及以此决定所采取的适当行动这样一些内部过程，这些内部过程包括注意、感知觉、学习、记忆、语言、问题解决、推理和思维等。可视化设计服务于人类认知的全过程：人在接触到可视化界面时，首先通过注意、感知觉过程识别界面上的信息；然后通过学习、记忆、回忆过程提取并保存相关的信息；并基于以上信息来源完成思维、推理等高级认知过程。由此可见，认知心理学与可视化设计紧密联系；遵循人类认知过程、按认知心理学的理论科学设计的可视化系统将迅速抓住观察者的注意力，便于其把握、理解关键信息，给其留下深刻印象，并有效辅助其思考、判断。 视觉心理学是研究视觉信息加工过程中的心理和生理机制的心理学分支学科。它侧重于发掘认知过程的初级阶段——即信息的接收和识别中的规律。由于可视化方案直接作用于视知觉过程，因此该学科的相关理论将对可视化的设计大有裨益。 思维科学(noetic science)是研究人类思维过程、思维规律、思维机理的学科的总称。它的研究对象是思维、推理等高级认知过程。可视化方案的终极目标是更有效的辅助人的思维决策，因此人类的思维规律、思维机理可作为可视化设计的深层次、根本性指导原则。 人工智能(Artificial Intelligence， AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门技术科学。它企图了解智能的实质，处于思维科学的技术应用层次，是思维观的部分方法论的体现。人工智能开发中的一些原则和方法对可视化设计也有借鉴意义。 信息组织是指人们根据信息本身的特点，运用一定的科学规则和方法，对其进行选择分析、排列组合，使之有序化、系统化、规律化、高级化，增强信息对象的表现效能和运用效能，以促进用户对信息的有效获取和利用。可见，可视化的目标与信息组织的诉求不谋而合；可视化设计应借鉴该学科的方法，以实现系统、有序的信息组织。此外，信息组织学也与研究认知规律的学科紧密联系，它是基于认知观的方法论，是对认知规律的一次具体实践。科学的信息组织方法将提高认知过程的效果和效率。 2.2. 技术基础 在技术手段方面，“感知化”设计方法需要基于实际数据展示需要，融合多种先进的展示技术，主要包括科学计算可视化技术、图形处理技术、网络镜像技术、互动式显示技术等。同时依靠挖掘数据的内在联系，形成数据挖掘、钻取的组织方法等。 科学计算可视化技术是一种将符号或数据转换为直观的几何图形的计算方法。它能够高效、直观地表达电网中的大量数据，便于调度人员观察其模拟和计算过程，并了解当前系统中存在的问题及其严重程度，使调度人员对电网运行有整体的把握 [ 13 ] - [ 20 ] 。它能够解析输入到计算机中的图像数据，并从复杂的多维数据中生成图像。 图形处理技术 [ 9 ] 是高级的图表加工技术，利用该方法可以根据展示数据的需要，对图表进行合理的二次处理，使之适应于电力系统的数据展示需要。 互动显示技术是指在可视化设计中充分考虑使用者各种可能的需要，引导使用者习惯的方法。
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user: 3. 系统设计 3.1. 体系架构 基于感知化理论的城市电网运行综合评估体系充分利用先进的电力自动化技术、信息化技术、信息集成技术以及智能电网技术，以电网运行中的电网模型、设备参数、历史数据、发电计划等原始数据为起点，通过抽取、转换、载入等技术将分散的信息整合起来，形成台账数据、量测类数据、业务管理类数据，通过对基础数据的加工计算形成各专业指标数据，为分析评估的数据质量提升提供了坚实的基础 [ 21 ] 。系统具体的体系架构如图1所示。 3.2. 技术架构 系统主体应用功能建设采用基于J2EE和B/S模式的应用技术架构。 B/A/S模式的三层架构模式是一种严格的分层定义，它首先将整个软件系统的开发分成相对简单的几个小分块，然后在每一层中只实现系统相应层的功能设计，层间的交互由相邻层对应的功能模块进行调用，信息传递只由接口进行传送 [ 21 ] 。其具体的技术架构如图2所示。 3.3. 功能结构 基于感知化理论的城市电网运行综合评估体系包括6个模块：电网规模、安全运行、经济运行、优质运行、节能环保以及工作管理。这6个模块又分别包含了4个、9个、6个、6个、4个和3个功能。其具体功能如表1所示。 图1. 系统体系架构 图2. 系统技术架构 Table 1 Functional structur 模块 功能 电网规模 电网概况 装机规模 变电设备 配网规模 安全运行 风险分析 事故异常分析 线路负载 变压器重载 断面负载 变电站负荷 负荷创新高 主变功率因数 变电站功率因数 经济运行 网损分析 负荷电量分析 地方电厂电量 负荷预测 负荷特性 设备利用情况 优质运行 电压频率 母线电压 无功设备运行指标 停电时间 电量统计 错峰统计 节能环保 发电机利用小时数 脱硫减排 煤耗分析 清洁能源发电分析 工作管理 操作票合格率 统计停电计划完成率 分析消缺及时率 表1. 功能结构