DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 数据的来源、筛选以及研究方法 2.1. 数据获取和整理 本文主要对主题为“新冠疫情研究”的文献进行可视化分析，为确保该研究分析的准确性及完整性，本文的数据来源于中国知网——具有广泛的数据库，并且实时更新，能够保障提取最新的数据。在中国知网中，以“新冠疫情研究”为主题，对该主题进行文献检索，并筛选出源于核心期刊的学术期刊文献，得到1333条数据，经过筛选，最终留下有效的数据有1322条。这些数据最早发表于2020年1月1日，最晚发表于2020年12月15日，故研究区间为2020年1月1日至2020年12月15日。 2.2. 研究方法 CiteSpace5.6.R5引文空间是一款可以对发文作者、发文机构以及关键词等进行可视化分析的软件，主要提供共被引分析、共现分析、聚类分析等功能。CiteSpace5.6.R5虽然提供共被引分析功能，但是却不支持对CNKI的文献进行共被引分析，为弥补CiteSpace5.6.R5的不足，因此本研究采用CiteSpace5.6.R5版本与CNKI计量可视化分析功能相结合的研究方法对主题进行研究。利用CiteSpace5.6.R5分析发文作者、发文机构以及关键词共现的网络图谱，同时利用中国知网的计量分析功能分析文献的共被引关系。通过可视化的手段呈现作者、机构、关键词、以及共被引关系的分布、结构和规律等，以此探索分析新冠疫情研究的变化趋势，研究热点与前沿话题的关系，为科学梳理我国新冠疫情研究进程、演化路径和探讨未来研究方向提供借鉴与参考 [ 1 ]。
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user: 4. 结论与讨论 在国内新冠疫情研究领域，研究机构之间、研究作者之间虽有一定的合作，但合作并不密切，未能建立起一个规模相对较大的合作网络，今后研究者们仍需打破校内小合作的格局，与交叉领域的学者一起交流、合作，以此促进新冠疫情研究领域的发展。 通过对新冠疫情研究的文献进行可视化分析，结果表明，新冠疫情研究的热点主要集中在应对突发公共卫生事件、疫情防控、经济复苏等方面。 此次疫情的爆发，给我们传递了一个不容忽视的信号——面对突发公共卫生事件，如何快速地进行科学、有效的处理？正所谓：构建科学的公共卫生应急管理制度体系，是增强应对突发公共卫生事件自信心的一剂“强心剂”。因此，各地医疗部门应总结经验，从疾病预防控制体系、公共卫生法治保障、应急物资保障体系、重大疫情防控救治体系和重大疾病医疗保险和救治制度等方面综合协调 [ 9 ]，完善突发公共卫生应急管理体系。 本次新冠肺炎疫情研究中，学者对如何进行疫情防控的关注居高不下。在国内疫情防控常态化和国外疫情形势依旧严峻的时期，国内外政府和学者应持续关注疫情防控工作，完善疫情防控治理体系。只有控制住疫情的蔓延趋势，找到防控和治疗方法，才能保障人民生产生活的正常运转。 正如前所诉，各地医疗部门应总结经验，构建完善的公共卫生应急管理制度体系，在国内疫情防控常态化的基础上加强对疫情的研究，保证后续生产生活的正常运转。那么，如何在疫情防控常态化的基础上促进经济发展呢？ 在致力于打赢疫情防控阻击战的同时，推出相关保障制度，着力推进经济发展。第一、刺激消费、增加内需。降低银行储蓄利率，刺激人们的购买欲望，稳定中等收入人群的数量，推出相关社会保障制度，增加居民收入，提升居民的消费能力；第二、政府宏观调控。政府继续实施积极的财政政策和货币政策，使民生等重要领域得到保障，此外，适当增加税率，使汇率国际收支基本平衡；第三、充分发挥社会主义制度集中力量办大事的优越性，提高自主创新能力。 本次研究基于CiteSpace5.6.R5对中国知网2020年1月1日至12月15日主题为“新冠疫情研究”的文献的发文作者、发文机构、关键词与主题、高被引文等进行可视化分析，挖掘学者的研究热点及趋势，为后续研究提供一些可供参考的方向。
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user: 摘要 信息技术的不断发展和综合应用，扩张了人类的数据化的能力和领域。大数据时代的到来给高速公路路面管理系统带来了前所未有的机遇和挑战。本文基于大数据时期，分析了我国当前高速公路路面管理系统的发展历程及现状，提出当前大数据时代路面管理系统中存在的问题，并提出了相对应的建议，对更好的将大数据技术运用到高速公路路面管理系统有一定的借鉴作用。
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user: 1. 引言 截止到2020年年底，我国高速公路总里程已达到15.5万公里，公路总里程470多万公里，全国的公路密度为47.82公里/百平方公里。2020年将新建高速公路为5000公里，公路40余万公里。 建国60余年，我国的高速公路建设行业经历了高速跨越式发展，不论是高速公路里程和公路总里程都位居世界前列。我国高速公路建设的高峰期已过，迎来了养护、维修、改造升级的重任务期。网络信息技术的飞跃式发展和广泛的应用，包括科学研究，网络科技等各个领域都被推到一个前所未有的“大数据”时代 [ 1 ]。2017年，交通部发布智慧交通方案，促进互联网 + 交通发展，实现互联网产业与交通运输行业的有效结合，尽快实现智能化交通，极大方便公众出行，为交通事业的管理与发展提供更加有效的决策依据。 对大数据在交通行业的应用方面，不少学者做了相应的研究。张建军 [ 2 ] 在大数据统计分析的前提下，分析了路面抗滑性能的影响因素，并对提高路面抗滑性能提出了建议。张振东 [ 3 ] 探讨了关于大数据在路面养护管理系统中的应用，分析了应用现状，指出了存在问题并提出了应对建议。赵光辉 [ 4 ] 提出了交通能耗统计与监测技术框架设计，从宏观、中观、微观三个层次分析了统计与监测的要点，为大数据在交通能耗统计与监测技术领域的应用提供了切实可行的理论依据。张斌 [ 5 ] 等进行了大数据背景下的铁路客户关系的管理系统设计研究，提出运用“大数据”挖掘运输市场的客户价值，可以更好的完成运输任务，实现运输管理精细化。但对大数据在路面管理系统的应用的还鲜有报道。 本文基于大数据，分析了我国当前高速公路路面管理系统的发展历程及现状，提出当前大数据时代路面管理系统中存在的问题，并给出了相应的建议，对更好的将大数据技术运用到高速公路路面管理系统有一定的借鉴作用。
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user: 2. 我国路面管理系统的现状分析 “七五”至“九五”期间 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]，我国对高速公路路面管理系统领域进行了一系列的科技攻关，建立了我国自主研发的高速公路路面评价养护系统，即CPMS (Chinese Pavement Management System)该系统可实现路面技术状况检测、路面管理评价数据库技术、路面预测和评价技术以及网级优化决策技术，并形成了一套具有自主知识产权和工程实用价值的多功能路面管理技术。中国国省道干线公路路面管理系统CPM2001 (Version2001) [ 9 ] 是我国交通运输部经过相当长的技术攻关建立的第三代路面管理系统。第三代路面管理系统可实现：数据自动化捡测、预测和评价路面性能、评价和预测路面的性能、分析投资效益、养护方面的需求分析、优化养护资金分配、编制养护计划、管理日常养护等，是实现信息化公路和现代化管理的一个重要里程碑。CPM2001的管理分为高速公路和一般公路两类，可适用于养护管理水泥、沥青两种路面。 目前，我国的已经存在或开发使用的高速公路路面管理系统达到了二十多种。由于每个省市对高速公路路面管理系统的要求不同，因而系统的差别性比较大。纵观我国高速公路路面管理系统的发展历程，大致可以分为三个阶段 [ 10 ]：第一个阶段是路面管理信息系统，是以数据库为主体，在数据库的基础上实现对路面使用性能的评价、预测以及决策，系统的结构和功能都相对比较简单。第二个阶段大致形成了高速公路路面管理系统的基本构架，系统的决策依据有经验总结和数据分析，整个分析系统的功能性较弱，养护决策有许多不合理的地方。第三个阶段是建成了网级路面管理系统的结构体系，主要包含评价路面性能、预测路面性能、决策养护方案三个模块。但是对每一个模块没有达成一致的意见，一些理论还有待于进行深入的研究，模型的基本算法还有待进一步的验算和改进，主要代表为基于GIS的路面管理系统。在我国高速公路养护管理的实施中，真正常用的路面管理系统还相对较少，有的养护部门即使配备了路面管理系统，由于出现的各种不可预见原因，也未真正投入使用。 当前国内各省市高速公路路面开发使用情况如表1所示 [ 11 ]。 Table 1 Development and utilization of Expressway Pavement in domestic provinces and citie 地区 广东 北京 吉林 河北 湖南 新疆 数据采集系统 高效设备 + 人工 高效设备 + 人工 高效设备 + 人工 高效设备 + 人工 高效设备 + 人工 高效设备 + 人工 数据库 单机 单机 网络 单机 网络 单机 地理系信息系统 单机 单机 单机 单机 单机 单机 模型参数库 通用 通用 通用 通用 通用 通用 决策系统 网级系统 网级系统 网级系统 网级系统 网级系统 网级系统 养护系统 专家系统 专家系统 专家系统 专家系统 专家系统 专家系统 经济模型 效益分析系统 效益分析系统 效益分析系统 效益分析系统 效益分析系统 效益分析系统 前方图像管理系统 单机 单机 网络 单机 网络 单机 路面类型 沥青 + 水泥 沥青 沥青 沥青 沥青 + 水泥 沥青 表1. 国内各省市高速公路路面开发使用情况 由以上分析可知，我国路面管理系统的计算机应用水平较低，路面状况的可视化程度不高，尤其在进入大数据时代的当代，更应注重大数据与路面管理系统的结合，注重数据的科学采集、合理保存、恰当管理、分析完整、共享充分、标准统一，充分发挥大数据在高速公路路面管理系统中的潜在价值。
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user: 3. 大数据时代我国当前高速公路路面管理系统存在的问题 3.1. 路面管系统方面 我国和国外的高速公路的建设质量，维修养护手段方面存在较大的差异，与国外现状相比，国内高速公路的养护管理还比较落后，国内现有的高速公路路面管理系统离满足我国高速公路日常养护管理的需要还有较大的差距。国内现有高速公路路面管理系统主要存在以下几个方面的问题。 1) 路面管理系统在高速公路养护管理中的实施、管理、组织以及相应管理人才的培养缺乏长期稳定的资金支持。高速公路的设计与施工以及养护管理等缺少科学、系统的管理制度，高速公路的原始基础数据和资料保存不当，导致高速公路历史数据完备性差，给高速公路养护管理系统的分析评价带来极大的困难。 2) 国内已建成运行使用的路面管理系统仍有许多不具备GIS功能，其功能和结构比较单一，且基于GIS系统平台进行的高速公路路面性能评价与预测以及养护决策优化分析不够成熟，这些功能恰好是高速公路养护管理系统实现信息化的核心技术之一。 3) 国内许多地区高速公路养护管理系统所依靠的地理信息系统的关键核心技术电子地图所收集的数据的准确性、精度的控制性以及模型的精确性等问题仍亟待解决。 4) 整个高速公路网的综合指标对于养护管理的决策是至关重要的，而目前国内现有高速公路路面性能评价指标的普适性较差，对不同的省市地区的复杂路况的综合性能做出客观实际的评价。 3.2. 高速公路路面管理系统数据方面 随着移动通信技术和媒体件数的快速发展和广泛应用，全球各个行业数据呈现出剧烈的增长速度，当代社会正面临大规模的数据革命，大数据时代已经来临。我国高速公路路面管理系统数据具有容量大、多样性强、传输速度快等特点，在数据的采集、储存、管理、分析等方面尚存在问题，主要有以下几个方面： 1) 数据采集不科学数据的采集是路面管理系统的基础，目前我国的数具采集的方式为人工采集与仪器采集相结合，二者的数据采集效率差别非常大，而有些指标，如路面在坑槽、裂缝、车辙等耦合状态下的病害以及宽度小于1 mm的微裂缝，仪器的检测还是不能较好的保证准确性与可利用性。而且，在较长路段的数据人工采集中，存在非常大的个人主观性，使得采集数据的离散性较大，严重影响路面管理系统决策的合理性。此外，路况数据的采集手段比较落后，数据采集时间达不到要求，数据的数量和精度不能满足建立可靠而有效路面管理系统的要求。 2) 数据储存不完善数据的储存室路面管理系统的一个重要环节。路面管理系统数据的爆炸式增长给数据的储存带来了严峻的挑战，当前路面管理系统数据储存系统缺乏较好的数据扩展能力，而且数据的异构性严重，系统数据的访问性能不佳，需要定期剔除一些先前数据，不能实现数据的长期保存，导致数据储存不完善，导致路面养护决策时数据流失严重。 3) 数据管理不恰当数据管理是路面管理系统的又一重要环节。路面管理系统数据来源广泛，许多非结构化的数据，如公共空间数据管理没有统一、规范的设计，数据集成的难度加大，使得数据无法合理有效的管理。 4) 数据分析不完整 对大量采集到的数据的分析是路面管理系统的核心环节。决定管理系统的依据往往具有隐匿性，直接分析所得数据不能得出路面管理系统决策的依据，而是需要根据所得数据建立相应的模型。特别是当数据产生的速度大于系统模型的处理速度时，数据分析的完整性往往得不到保证。更有甚者，有的工程技术人员直接将采集到的数据搁置一旁，使得数据的作用得不到较好的发挥。 5) 数据共享不充分数据的共享也是路面管理系统的关键环节。目前，国内高速公路路面管理系统的数据管理和分析技术等信息化技术集成性与系统性比较薄弱，信息孤岛效应普遍存在，各个省市地区甚至是一个地区之间各部门都是孤立存在，不仅造成了数据资源的浪费，而且“大数据”的价值难以实现。 6) 数据标准不统一数据的标准性对高速公路路面管理系统的数据传输、决策分析是十分重要的。当前，高速公路路面管理系统的数据缺乏标准性，使得各个省市地区以及地区各部门之间的信息、数据无法整合，导致一些数据的采集重复，造成投资的巨大浪费。
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user: 4. 我国当前路面管理系统应对建议 4.1. 路面管系统方面 1) 首先国家以及公路养护部门应加强路面管理系统在高速公路养护管理中的实施、管理、组织的资金支持，定期开展相应管理人才培训，注重管理人才的培养。积极建立高速公路的设计与施工以及养护管理科学、系统的管理制度，要求设计、施工以及养护单位对原始基础数据和资料进行完整保存，使得原始基础数据和资料为高速公路养护管理决策发挥应有的作用。 2) 加强GIS技术的应用，要求国内已建成运行使用的路面管理系统配备GIS功能。加强科研投入，解决其功能和结构单一的问题，成熟化基于GIS系统平台进行的高速公路路面性能评价与预测以及养护决策优化分析技术。 3) 组织专家团队进行科技攻关，实现电子地图技术数据收集的准确性、精度的控制性以及相应预测模型的精确性。 4) 在高速公路路面性能评价指标方面，鼓励各地区公路主管部门因地制宜，根据各地区的实际情况制定与之相适应的路面性能评价指标。在同一个地区，制定统一的路面的综合评价指标，为决策管理部门提供翔实的决策依据，实现路网的效益目标最大化。 4.2. 高速公路路面管理系统数据方面 1) 数据科学采集在数据采集方面，首先应当充分利用各类现有存在的高科技信息技术(传感器、GIS、雷达等)来加强对高速公路的使用状况，现有病害的种类和严重程度等进行实时数据采集与传输。其次，由于智能化采集技术的局限性，人工采集仍是一种重要的数据采集手段，为避免因个人的主观性导致数据采集的离散性，应实施数据采集的轮班制并尽量避免在“恶劣”天气进行数据采集活动。最后，设立路面管理重大仪器专项，实现数据采集设备的更加智能化，可以采集路面在坑槽、裂缝、车辙等耦合状态下的病害以及宽度小于1 mm的微裂缝数据，增加数据采集的数量，提高数据采集的精度，满足建立可靠而有效路面管理系统的要求 2) 数据储存完善在高速公路路面管理系统数据储存方面，应强化数据仓库概念，建立海量数据储存系统，提升数据储存系统的扩展能力，使数据储存系统长期保持高响应速率，实现数据的实时储存。消除数据的异构性，对异构数据完全集成以形成全局视图。为达到高速公路路面管理系统数据长期保存的目的，需要对数据进行不断的迁移、更新以及转换。此外，还应积极投入资金研究，优化新旧平台数据的转换，增强数据储存系统的访问性能。实现数据的长期保存，完善数据储存，避免导致路面养护决策时的数据流失 3) 数据管理恰当在高速公路路面管理系统数据管理方面，首先应当确立合适的数据结构，使得数据可完全映射到各类大型储存系统中，提供优良性访问服务(服务包括人以及各类相关应用程序等对象)。同时，对公共空间数据管理进行统一、规范的设计，降低数据集成的难度，使数据的到合理有效的管理。 4) 数据分析完整在高速公路路面管理系统数据分析方面，首先应当对数据进行关联、分类与聚类，积极采用并行数据分析、分布式数据分析等先进的数据分析手段，充分挖掘所得数据，建立相应的模型，加快数据处理速度，保证数据分析的完整性。及时对采集到的数据进行分析，建立模型，更好的发挥大数据的价值。 5) 数据共享充分在高速公路路面管理系统数据共享方面，首先应当提高高速公路路面管理系统的数据管理和分析技术等信息化技术集成性与系统性，消除信息孤岛效应，开放高速公路路面管理系统，建立各个省市地区以及一个地区各部门之间的数据共享平台，充分发挥公路养护管理部门、各大高校、科研院所等各方力量。同时，对各个省市地区以及一个地区各部门之间的数据进行数据库的统一管理，进行必要的数据整合，避免造成数据资源的浪费。 6) 数据标准统一在高速公路路面管理系统数据统一方面，应当制定并实施相应的数据标准，实施数据端口管理责任制，使得数据多源、重复的弊端得意消除。在高速公路路面数据采集时间、采集部位、采集设备等方面做好相应的计划，各采集数据应当具备兼容统一性，使大数据的特性得以充分体现。
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user: 5. 结论 1) 我国高速公路路面管理系统起步较晚，但经过科技工作者的联合攻关，已经取得了长足发展，但还是存在一些缺点和亟待解决的问题，真正常用的路面管理系统还相对较少，有的养护部门即使配备了路面管理系统，由于出现的各种不可预见原因，也未真正投入使用。 2) 国家以及公路养护部门应加强路面管理系统在高速公路养护管理中的实施、管理、组织的资金支持，积极建立高速公路的设计与施工以及养护管理科学、系统的管理制度，解决高速公路路面管理系统功能和结构单一的问题，成熟化基于GIS系统平台进行的高速公路路面性能评价与预测以及养护决策优化分析技术。实现电子地图技术数据收集的准确性、精度的控制性以及相应预测模型的精确性。 3) 基于大数据的高速公路路面管理系统，其数据应当实现：① 数据科学采集，不断优化采集设备，合理规划采集过程；② 数据储存完善，积极建立海量储存系统，增强数据可访问性；③ 数据管理恰当，明确数据结构，提供优良性访问服务；④ 数据分析完整，充分挖掘所得数据，建立相应的模型，加快数据处理速度，保证数据分析的完整性；⑤ 数据共享充分，提升数据集成性与系统性，消除信息孤岛效应，实现数据充分共享；⑥ 数据标准统一，应当制定并实施相应的数据标准，使得数据具备兼容统一性。
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user: 6. 展望 1) 随着信息技术的快速发展和广泛深入应用，对大数据的分析技术将会日趋完善，这就为大数据时代高速公路路面管理系统带来了新的机遇，将高速公路路面实时检测技术、数据储存系统、数据共享平台以及GIS系统等功能综合在一起，运用先进的大数据技术与理念，建立精确的模型，进行高速公路路面状况分析、预测，提出针对性较强的养护决策建议并以此作为高速公路决策的重要依据来源，将能更好的提升高速公路路面管理系统的服务能力以及科技含量，扩大高速公路路面管理系统服务范围。大数据在高速公路路面管理系统的普及和应用将会使其效果实现质的飞越，对高速公路养护管理工作具有极大的经济意义和关阔的应用前景。 2) 大数据与高速公路路面管理系统技术的契合，通过大数据技术对海量路面状况数据进行深入挖掘分析，结合先进的检测仪器设备，实现路面自动检测和现状评价同步进行，更近一步加强路面性能评价模型，就可以从更深层次上提高高速公路路面管理系统的发展速度，并最大化路网管理系统效益，建立现代检测技术与大数据结合的新方法体系，将会使高速公路路面管理系统更加智能化。 3) 高速公路路面管理系统行业应根据自身大数据的特点，充分利用大数据在数据采集、储存、管理以及分析等方面的最新研究成果，利用“互联网+”建设的大数据管理平台，推进高速公路路面管理系统各地区数据的共享，面向高速公路路面管理系统的精准数据采集、明确模型建立、优化决策依据。在此基础上可以实现：① 基于大数据的高速公路路面管理系统数据智能无人采集；② 于大数据的高速公路灾害预警与防治；③ 基于大数据的高速公路路面管理系统数据采集设备故障诊断与维修；④ 基于大数据的高速公路路面管理系统行业运行及监测；⑤ 基于大数据的高速公路路面管理系统决策流程一体化。
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user: 摘要 类金属砷(As)及其化合物被世界卫生组织国际癌症研究机构列为一类致癌物。As具有亲煤特性，煤层作为As的重要载体，因煤炭开采导致类金属砷(As)对矿区周边土壤的污染及其修复是值得关注的课题。本文对目前国内外学者对煤矿区环境介质中不同形态As的来源、分布、迁移转化等进行解析，为创新探索研究方向，控制污染物来源，限制传播途径、制定环保策略等提供重要依据。
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user: 1. 引言 富煤、贫油、少气的能源禀赋，决定了我国的经济发展在很长一段时间内，煤炭在能源生产和消费中占据主体地位 [ 1 ]。煤炭资源的开采造成土地结构破坏、土壤污染、土壤退化、生物多样性减少等一系列生态地质环境问题，是世界范围的研究热点之一。 煤炭开采诱发众多生态地质环境问题，其中类金属砷(As)对矿区周边土壤的污染及其修复更是值得关注的课题。已有研究成果表明，煤中微量元素(如砷、汞等)含量远超其地壳丰度，煤层成为富集大多数的有害微量元素的重要载体 [ 2 ]。
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user: 2. 类金属砷 As是一种非常亲煤的元素，可与煤的有机和(或)无机物结合 [ 3 ]，据统计，煤中As含量范围约0~35，037 mg/kg，约有90% As含量在8.0 mg/kg以下 [ 4 ]。煤中As富集受到多重因素的影响，如陆源母岩性质、成煤植物类型、成煤环境、煤化作用等 [ 5 ]。沉积性类金属As在煤的地质变质过程及地球化学研究领域占有重要的发生学地位，学界给予了大量研究，而煤炭开采对周边土壤以及水环境的污染富集与传播扩散却少有人关注。 土壤是煤矿区生态地质环境的重要组成部分，也是煤炭开采直接破坏的环境要素之一。煤炭资源开采及利用过程中的有机污染物排放已得到环境科学界的足够关注。砷(As)属非金属元素，砷及其化合物被世界卫生组织国际癌症研究机构列为一类致癌物，同时也被列入有毒有害水污染物名录(第一批)。也有研究表明，煤炭资源的开采、储运及加工过程是导致环境As污染的主要原因，且煤质、煤化程度、热液作用等直接影响As的含量、存在形式、化合方式以及物理分布 [ 6 ]。此外，As及其无机化合物因强致癌潜力，一直是环境科学领域关注的重点问题。 煤炭开采等活动过程造成的As污染对生态环境的危害是多方面的，且具有隐蔽性。大气、扬尘、水体、淋溶液、土壤等作为As污染物的环境载体和最终受体，环境要素及驱动因素的多样性不但导致As分布和累积方式难以预测，而且增加了对其进行生态修复和恢复治理的难度。煤矿区水体、大气、土壤等环境介质中，以及原煤、矸石及井下沉积物等煤矿区特征产物中均存在不同程度的As污染。以陕北煤矿区环境中的As为研究对象，对其土壤污染程度、分布、赋存特征开展调查，掌握其定性和定量组成，进行环境风险评价，探索其与煤质和煤量等参数的相关性，对其污染来源进行解析，对于明晰土壤污染区域化特征、污染成因和扩散机制并进行针对性治理具有重要意义。
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user: 3. 煤矿区As的研究现状 国内外科研工作者对As的来源、分布、迁移转化机制等方面开展了相关研究工作并取得一些进展，主要集中在以下几个方面：一是煤质等参数与As生成及赋存规律的关系；二是不同环境介质中As的来源、分布及迁移转化规律等研究；三是土壤环境中As的赋存形态与微生物转化机理研究。 3.1. 煤质等相关参数与As生成及赋存规律的关系 As的分布规律与煤种、煤质等参数之间具有一定的相关性 [ 3 ]。姜英等 [ 7 ] 发现长焰煤、褐煤、焦煤等4种煤化程度较低的煤种，其As含量显著高于无烟煤、瘦煤等煤化程度较高的煤种。煤中As的赋存形态包括无机态和有机态，大多数以无机形态存在，其中无机态包含水溶态和可交换态、硫化物态、砷酸盐态、硅酸盐态等 [ 8 ]；有机态As占总量比重变化较大，平均值约15%，且一般与铁、硫、灰分含量等均存在密切关系，有机态As在低硫、低灰和低砷含量的煤中占较大比例 [ 9 ]。一些原煤中的砷绝大多数或全部与有机质和有机质包裹的矿物，如从褐煤和低煤级煤中提取出了与腐殖酸和富里酸结合的有机态As [ 10 ]。成煤地质条件和聚煤环境的差异也是造成煤中As含量不同的原因，如中、新生代的As含量高于晚古生代。煤中As的含量和种类受到煤变质程度、煤岩组分及沉积环境的影响 [ 11 ]。经研究发现，随煤变质程度的增加，As含量逐渐降低，但变质程度较高时，如贫煤和无烟煤中As含量有明显增加。 3.2. As在不同环境介质中的来源、迁移转化及累积机制研究 污染物与环境介质之间存在复杂的交互作用，环境介质对于污染物的扩散运输、迁移转化过程均发挥至关重要作用，与此同时，环境介质还是污染物的主要受纳及赋存场所，也是污染物产生生态损害的受体。针对典型污染区域的As进行源解析，可为控制污染源，限制传播途径、制定环保策略提供重要依据 [ 12 ]。 As多数来源于煤炭燃烧。比拉力·依明等 [ 13 ] 采用正定矩阵分解法(PMF)对淮东煤矿周围土壤中重金属As的来源进行分析，As积累主要与大气沉降和工业排放有关。污染源分析可知，准东矿区19.65%的As来源于大气降尘 [ 14 ]。作为富含As的原煤，很少被认为是一种污染源。在运输加工过程中，形成的煤屑粉尘会携带As进行扩散、转移，因此，对As的扩散分布具有一定的影响，如在水体中的含量一般低于表层沉积物含量 [ 15 ]；在同一环境介质中，As浓度随污染源距离的增大呈下降趋势 [ 16 ]。煤尘或大气颗粒物沉降于周边土壤和沉积物中造成污染，吸附于大气中颗粒较细的尘埃类，进行长距离迁移，在更大空间范围的大气、水体和土壤等环境介质受到As的影响，但因煤矿区污染物来源较多，其造成的环境效应并未得到重视。 As的分布和累积方式很难预测，矿区附近河流的地表沉积物样品中As的含量表明，与煤矿距离决定了高分子量As的分布及生态独立风险，且一些区域中有机碳(SOC)含量与As的累积相关 [ 17 ]。但是，煤炭开采区地质环境条件的复杂性，导致了As空间分布的差异性。熊鸿斌等 [ 18 ] 研究发现，淮南煤矿区土壤中的As污染主要由煤矿长期进行采矿作业以及矿山开采的伴生矿引起。对煤矿区土壤、水体和地表沉积物中As进行源解析，是开展污染防治的重要基础和保障。同时，As的迁移转化行为是与其污染状况密切相关的 [ 19 ]。有学者就As的浓度和分布在环境介质中随空间及时间的变化情况开展工作，并以此为基础，建立时空变化数学模型 [ 20 ]，但As在大气、水体、土壤等多介质中的迁移转化驱动因素及规律仍是环境科学领域中备受关注的研究课题。 3.3. 土壤环境中As的赋存形态及微生物转化机理研究 土壤中As的形态直接决定其生物毒性。土壤中As一般以As (III)、As (V)等无机态以及一甲基砷(MMA)、DMA (二甲基砷)和三甲基砷(TMA)等有机态形式存在 [ 21 ]，且无机态占比较高。无机态As的毒性一般大于有机态，且As (III)的毒性分别是As (V)和甲基砷类(MMA和DMA)的60倍、70倍。微生物是土壤中最活跃的成分，它作为土壤生态系统的重要生命体，具有巨大的潜在环境修复功能。同时，利用微生物将As转化为不同形态，是一种降低土壤As生物有效性，提高土壤环境安全度的有效方法，且因其安全性和经济性备受学界关注。近年来随着分子生物学、基因遗传等研究手段的不断发展和进步，污染场地细菌群落结构的提取和鉴别、优势菌的筛选，以及菌体对As的转化机制等方面研究取得了较为突出的成果。 土壤中甲基砷主要来源于微生物的作用，许多微生物特别是真菌、细菌、藻类等均被发现具有较强的耐As能力。研究表明，砷的甲基化过程除了ArsM的催化外，通过氧化/还原、吸附/解吸、甲基化/去甲基化、沉淀/溶解等作用影响As的生物有效性，降低环境介质中As毒害 [ 22 ]，同时，这些作用对于As的迁移、转化也有重要作用。如一些自养类如硫、铁杆菌类、假单胞杆菌能氧化As (III)，使亚砷酸盐氧化为砷酸盐，还有一些微生物在甲基转移酶(ArsM)的作用下，可将无机As甲基化形成有机态As，如生成一甲基砷酸(MMAA)、二甲基砷酸(DMAA)等，在谷胱甘肽等还原剂的作用下，可形成具有挥发性的砷化合物，如MMA、DMA等，挥发进入大气，从而降低土壤生物毒性。对于As的生物转化具有重要作用，微生物种类决定甲基化产物种类 [ 23 ]。 3.4. 小结 研究表明，As在煤炭中普遍存在，且赋存形态多变、具有典型空间异质性，是环境介质As的重要溯源之一。不同煤矿区由于所处的地理位置、煤种、煤质、煤层地质构造、区域环境承载力的不同导致环境As污染状况差异较大 [ 6 ]。煤炭的开采、运输、燃烧类型、燃烧条件，释放方式等对As种类及相对含量具有显著影响。 土壤中As甲基化作用的发生不但与微生物种类有关，而且受到土壤理化性质的影响。利用微生物能够将As甲基化并挥发的功能对土壤As进行转化、修复对于矿区自然生态恢复具有重要意义，但不同类型土壤As甲基化的关键微生物识别尚需进一步研究。
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user: 4. 研究方向 随着国家对水土环境修复工作相关标准的制订和完善，对典型区域污染水土管理和控制工作逐渐开展。地处黄土高原和毛乌素沙地南缘交界，以及黄土高原和内蒙古高原的过渡区的陕北，是我国能源矿产资源相对丰富地区 [ 24 ]。因其特殊地质、位置、气候和脆弱的生态条件，对其研究的问题和领域多数集中于土地抗蚀性和土地的沙漠化等生态环境问题。对区域污染问题的相关研究主要集中于一些重金属，而对于源于煤炭能源开采及煤化工的类金属As的污染问题及其环境效应未能给予足够重视 [ 25 ]。未来，仍可针对以下三方面进行探索研究：针对陕北煤矿区，缺乏对原煤成份(煤质、煤量分布等参数)与As污染物排放特性的统计关联规律；煤矿开采导致As随粉尘、煤尘等移动，隐蔽性强，缺乏对矿区As在环境介质(如大气、水、土壤)中赋存状态、迁移转化和降解规律的全面及深化认知，导致在复垦修复过程中，对As污染修复问题不明，矿区As的扩散与迁移方式及其驱动力不详，污染物扩散与危害范围与程度不清，对其危害性重视不足、修复手段欠缺等问题，亟待开展相关研究；陕北煤矿区具有独特的区位和生态环境条件，特别是陕北煤矿区地质环境复杂，关于优势土著As甲基化关键微生物的分离、提取、鉴定鲜有报道，充分挖掘土著优势菌种，探求其在生物修复中的巨大潜力具有重要研究价值。
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user: 摘要 在“绿水青山就是金山银山”绿色发展理念的践行下，中国的水产养殖业已经进入了崭新的发展时期，绿色高效的养殖技术层出不穷。而新时代下绿色高效养殖技术的关键在于循环水处理技术。循环水处理大致分为物理处理、化学处理、生物处理。虽然每种处理方法各有千秋，但是在整个循环水处理体系起着相辅相成的作用，各式新型的养殖模式也逐步得到发展。新时代下的水产养殖应做到“顺天时，量地利”，顺应新时代的绿色发展，因地制宜、取长避短，应用合理的养殖模式，寻求经济效益与绿色发展的最佳契合点，才能真正做到“用力少，成功多”。
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user: 1. 引言 中国是世界上唯一一个水产养殖产量超过捕捞产量的渔业大国。从2016年起，我们国家现代渔业的发展以“提质增效、减量增收、绿色发展、富裕渔民”为总目标 [ 1 ]，采取了一系列方法和措施来推进渔业供给方面的结构改革，为新时期的渔业养殖技术的发展和增收提供了动力。习总书记明确指出，“绿水青山就是金山银山”。随着我国特色社会主义的快速发展，我国在环保领域逐步予以重视 [ 2 ]。在新时代绿色发展理念的倡导下，渔业发展只有不断地进行技术革新，秉承全新的绿色发展理念，才能在改革的激流中急流勇进，才能取得水产养殖行业发展与生态文明建设的双赢。 二十世纪八十年代，国内纷纷花巨资引进国外的工厂化循环水养殖设施和技术 [ 3 ]。随着我国经济的快速发展，工业化养殖发展开始萌芽，温室大棚 + 深井海水工厂化流水模式的出现，迫使养殖水体净化技术更新换代 [ 4 ]。目前，我国循环水养殖主要是正在逐步兴起的淡水工厂化循环水养殖，市场份额占据越来越大。大力发展循环水养殖技术，推进渔业科技发展，是水产养殖业供给侧结构性调整的重要环节 [ 5 ]，也是持续推动我国水产养殖行业高效绿色发展的关键。李东宇等对亚洲龙鱼进行工厂化循环水集约化养殖，对金龙鱼可能的饲养方式、水质调节、疾病防控、日常管理等技术要点进行总结，为今后亚洲龙鱼的工厂化、大规模养殖生产提供技术参考 [ 6 ]。中国水产养殖已进入4.0时代 [ 7 ]，绿色发展理念也逐渐备受大家的关注，我国循环水养殖技术将不断更新与完善。 国外的循环水养殖技术经过多年的试验及改进，目前已基本趋于完善。超过10%的丹麦鲑鱼养殖企业，采用新型的循环水养殖技术提高了企业的市场竞争力 [ 8 ]。日本的鳗鱼养殖、生物包静水、欧洲组装式多级静水系统的应用及澳大利亚一体化循环式工厂化养鱼模式等作为国外循环式水产养殖的代表，促进了循环式工厂化生产模式的快速发展，也增加了循环水养殖模式在水产养殖业中的比重。随着各种高新科技的发展，国外一些先进的水产养殖企业正在向全程智能化､自动化方向快速发展，助推了新一代工厂化养殖模式的向好型发展 [ 3 ]。 新时代下绿色高效养殖技术的关键在于循环水处理技术。大力发展与推广以循环水为核心内容的水产养殖新型技术，可以加快传统水产养殖模式向绿色高效、低碳环保的新型可持续渔业养殖模式的转变。
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user: 2. 循环水养殖系统 近几年，循环水养殖系统(recirculating aquaculture system， RAS)受到大家的关注。RAS是当今世界水产养殖系列模式中可达技术精准化、养殖水环境高度可控的一种先进模式 [ 9 ]。运用多样的处理水组件对水产养殖产生的废水进行多重处理与检测，以达到回收利、循环使用的目的。RAS可以摆脱气候、水源、光照等诸多自然资源条件的限制，人为的对养殖鱼类的生活环境进行控制，使其在最适水温、最佳水质、最优光照、最合适溶氧的生活环境下生长，为养殖的高产出、高品质打下坚实的基础。
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user: 3. 循环水的处理方法 3.1. 固体颗粒物质的清除 养殖尾水的颗粒性杂质可分为沉降固体、悬浮固体、微细或可溶固体三类。可沉降性的固体可经过物理或化学方法的处理而沉降，后经由养殖池排污系统快速排出。悬浮类固体不容易沉淀，主要通过过滤机过滤的方法清除，常用的过滤设备与方法主要有：转鼓式过滤机过滤、转盘式过滤机过滤、可扩展粒质滤器过滤、倾斜筛过滤机过滤等。细微固体杂质的清除，目前循环水处理体系最常使用的方法是气浮处理，主要原理是向养殖水体中注入大量细小气泡，使其附着在养殖尾水中细小的固体杂质上，最终形成密度小于水的颗粒，包裹住气泡，漂浮在水面上，从而实现固液分离的净水方法。细微颗粒物的泡沫分离去除对稳定水质和提高养殖效益具有重要作用 [ 10 ]。目前养殖循环水处理常用的方法有射流式泡沫分离器处理与叶轮气浮装置处理等。 3.2. 新型微生物处理 生物絮团技术是利用微生物调控水质的新型养殖模式 [ 11 ]。向养殖水体添加合适的碳源以调节水体的碳氮比来促进养殖水体里硝化细菌等微生物的快速繁殖，形成的生物絮团能直接被养殖动物摄食，是一项能净化水质、提供饵料、降低换水量的技术 [ 12 ]。目前常被用于对虾养殖领域。生物絮团技术有望成为一种新的对抗水产养殖病原菌的有效方法 [ 13 ]。 3.3. 消毒 循环水消毒常见方法有：含氯消毒剂消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等。含氯消毒剂常用的是二氧化氯，具有杀菌效果好、少残留等优势，已被广泛应用于多个行业的水处理中。但由于其具有强氧化性，在养殖水体中使用可能对养殖品种带来伤害，为养殖带来较大风险和不确定性，因此，在循环水养殖系统中使用二氧化氯消毒水体的影响大小仍需试验确定 [ 14 ]。 臭氧消毒可以有效去除养殖废水的固体杂质，进行较彻底的杀菌消毒，对循环水养殖的水质进行良好的净化。臭氧具有较好的杀灭细菌的作用，对去除系统总悬浮物、总氨氮和亚硝酸盐氮的效果良好 [ 15 ]。 紫外线具有杀菌率高、杀毒快、不会产生二次污染、维护成本低等许多优点，在养殖循环水水处理中的应用极为广泛。 3.4. 生物滤池 所有对养殖用水的过滤处理中，生物过滤是关键的，指的是在滤池中投放滤料，利用微生物在生物滤料上附着且快速繁殖形成生物膜，达到对养殖尾水中残留有机物、氨氮的处理，其处理效果的好坏取决于滤料上生物膜的附着量和活性 [ 16 ]，故在实际生产中如何选择最好的滤料显得非常重要。生物滤膜成长过程中作用主要依据微生物的生长速度来比较，其中硝化细菌的成功建立是必要的。一般表面积越大、越易附着的滤料，在生物膜处理中效果越好。常见的生物滤料种类有无机生物滤料、有机高分子生物滤料和天然生物滤料。
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user: 5. 新时代循环水养殖系统的优势 新时代下水产养殖追求经济效益与绿色发展的最大公约数与最佳契合点便是新型循环水养殖。在今后追求经济效益与绿色发展最小公倍数乃至更高效的持续发展过程中，循环水处理模式也将起到举足轻重的作用。相对于传统养殖模式，循环水养殖系统的单位产量可以节约50~100倍的土地和160~2600倍的用水，比传统养殖节约90%~99%的用水和99%的用地。新时代循环水体系所产生的废物会及时排出养殖池，经一系列循环处理，达标后再回流至养殖池循环利用，极大地减轻了水产养殖对环境的污染，资源重复利用极大地节省了水资源，极大地提高了资源利用率；还将促进我国水产品由数量型向质量型转变，在水产品销售与出口中形成强大的竞争力 [ 33 ]。
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user: 6. 循环水养殖技术展望 新时代下，绿色高效理念俨然已成为当今水产养殖业发展的关键词与主旋律。基于环境要求及可持续发展的高压，我国水产养殖已经进入了供给侧结构性改革全新发展的阶段，循环水养殖体系的提出与完善正是渔业转型的强力推动剂。循环水处理体系的目标是通过多种方法对养殖水体进行处理，防止鱼类代谢产物和粪便的积累，提高水和空间的使用效率，减少对环境的污染 [ 34 ]。新时代下的养殖应做到“顺天时，量地利”，既要顺应新时代的绿色发展要求，又要做到因地制宜、就地取材，选择合适的水处理设备、合理搭配养殖品种、应用合理的养殖模式。只有合理协调高效养殖与环保低碳的关系，寻求经济效益与可持续发展的最佳契合点，才能真正做到“用力少，成功多”。
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user: 摘要 在这篇文章当中，我们研究了如下Schrödinger-Poisson系统 { − d i v ( g 2 ( u ) ∇ u ) + g ( u ) g ′ ( u ) | ∇ u | 2 + λ ϕ G ( u ) g ( u ) = μ f ( u ) + | G ( u ) | 4 G ( u ) g ( u ) ， x ∈ Ω ， − Δ ϕ = G 2 ( u ) ， x ∈ Ω ， u ， ϕ = 0 ， x ∈ Ω ， 其中 Ω ∈ ℝ 3 是边界 ∂ Ω 光滑的有界区域， μ ， λ > 0 。对 f ， g 施加适当的条件，若 μ 足够大，通过利用约束变分方法和形变引理，得到了该系统对于每一个 λ > 0 都有相对应的基态变号解 v λ ，并且基态变号解的能量严格大于二倍基态解的能量。
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user: 摘要 煤矿智能化掘进工作面的建设是目前智能煤矿建设的一个重要组成部分，也是智能煤矿建成与否的一个重要标志。本文就煤矿智能化掘进工作面的发展历程、应该具备的基本特征、面临的难题以及实践中怎样科学建设智能化掘进工作面等方面的问题进行了详细的论证、分析、总结和预判，以便有利于智能化在煤矿建设中的良性应用与健康发展。
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user: 1. 概述 随着“中国制造2025”战略规划的全面实施及工业4.0信息物理融合技术的不断进步，“智能工厂”、“智能制造”在我国蓬勃兴起和快速发展 [ 1 ]，尤其在离散制造业和物流业已得到充分利用，效果显著。以离散制造业为例，汽车、机械、模具、航空航天、家电、消费电子等产品，除了其自身要求尽可能智能化外，其设计和制造过程全部或部分已实现智能化，达到了生产效率提升和节能降耗双收益。伴随着智能化的浪潮，近几年煤矿在井下智能化采煤和掘进施工方面也进行了不少探索和尝试，积累了一定的经验，但整体仍处于起步阶段，应用水平赶不上工业制造业。 我处作为专业煤矿建井施工单位，基于市场需求和保持竞争优势等因素考虑，一直在尝试煤矿智能施工设备应用和煤矿井下智能化掘进工作面全方位建设，在BIM技术基础上力争迈上智能化施工台阶，只是由于没有成熟的经验可以借鉴，对一些煤矿井下专业问题处置思路和智能化掘进工作面标准认识不一，争论较多，实施效果不理想。为此，本文就煤矿智能化掘进工作面应该具有的特征、面临的难题、怎样建设智能化掘进工作面等一些基础性问题进行理论论证和分析、总结，以利于智能化在煤矿建设施工中的良性应用与健康发展。
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user: 2. 掘进工作面机械化自动化智能化发展历程 煤矿建设施工行业是建筑业在煤矿地下工程中的分支学科，由于地下工程的特殊性、复杂性，再加上可能造成安全事故的不确定因素多，所以井下开掘施工管理最有机器人自动施工的急迫性。急需机械化、自动化或者说智能化的施工设备与工艺，最好是机器人代替人工作业，人员不下井或少下井。但井下工程的特点，决定了井下巷道掘进智能化和智能化掘进工作面的装备速度和使用不会超前于地面建筑工程，只有在地面使用成熟或至少实验成熟的装备技术才可以用于煤矿井下。新中国成立以来，煤矿井下施工行业在机器换人、自动化、智能化施工的大方向上不断探索，以代表先进施工生产力的国有大型煤矿施工企业为观察对象，其发展历程大致可划分为以下五个阶段。 一是起步缓慢发展期：1955年~20世纪80年代初。井巷工程施工主要特征是人工 + 部分半机械化设备。平斜巷整体为钻爆法施工，施工设备引进了前苏联的耙斗机、矿车、电机车等，凿岩是人抱电钻或风钻，耙斗机、矿车的使用使装砟排砟效率得到很大提升；立井井筒施工中使用了进口中小型号凿井绞车、吊桶等设备；暗立井反井施工以全人工为主 [ 2 ]。 二是引进消化适应期：20世纪80年代~90年代中。随着改革开放大潮的推进，这一阶段煤矿施工业从波兰、瑞典、德国、英国、日本等国家引进了大量自动化、半自动化先进设备，并结合我国实际进行了适度创新，施工效率进一步提升。显著特征是煤巷中开始广泛使用综合掘进机 + 皮带设备，岩巷中开始试用岩石掘进机 + 皮带设备，替代了人工凿岩工序，喷浆机全面推广；立井井筒施工在引进部分设备的基础上，自主攻关的“立井短段掘砌机械化配套快速施工项目”取得成功，使立井施工的机械化、自动化程度达到了80%以上，但仍需要较多的岗位操作人员；暗立井施工中开始使用反井钻机并快速推广，施工效率和安全保障都得到极大提高。 三是自主创新自动化设备快速发展期：20世纪90年代中~2005年前后。煤矿施工设备经过前一阶段大批量从国外购买引进后，在有成功的经验和不成功的教训案例示范下，施工单位开始冷静下来，开始考虑结合我国矿山工程实际特点，思考哪些设备是真正适用于我们自己的，哪些工作是我们自己能做的。在坚定实施矿山施工机械化、自动化、信息化的大前提下，施工单位与设备制造单位合作进行自我创新制造新施工设备的潮流兴起。煤、半煤岩巷道中各种功率的国产掘进机全面使用，岩石掘进机不断出新试用；坚硬岩巷中国产凿岩台车、铲车、耙装机、梭车等开始推广；立井井筒钻井法施工设备、冻结法施工钻孔设备、冻结设备、大直径凿井绞车都实现了国产化并得到实际应用；反井钻机也开始创新研制和推出样机试用。这阶段矿山工程施工效率进一步提升 [ 3 ]。 四是智能设备蓬勃使用期：2005年~2015年前后。这一阶段，结合煤矿安全管理、环保管理新要求，煤矿施工行业提出和持续落实“机械化替人、自动化减人、信息化少(无)人”的总目标，施工设备不断升级换代，自动化、集控化、初步智能化设备大量出现与使用。标志事件就是具有高度集控功能的盾构机、智能化机械手、节能变频设备、智能安全监控系统、和井下通讯局域网开始进入井下，并取得了较好应用效果。立井井筒施工中对提升吊挂系统及施工设备开始提出智能化改造概念，如取消悬吊滑模绳试验自动控制的液压迈步滑模、自适应运行绞车等。总体状况是井下施工个别系统或个别作业环节已明显体现出智能化特征。 五是全面智能化掘进工作面探索发展期：2015年至今。随着大数据、云计算、互联网、物联网等信息技术的发展和中国政府《中国制造2025》制造强国战略的强力实施，智能化设备制造水平和实用性大幅度提高，各行各业智能化融入或智能化改造方兴未艾，尤其工业制造业、医学、物流业等人工智能技术已有深入应用。在此情况下，智能化掘进工作面概念也开始进入煤矿施工行业的视野。鉴于煤矿井下巷道施工所处环境与生产辅助系统的复杂性，整体实现工作面的智能化掘进比地面要困难的多。近几年，部分大型国有煤炭或煤矿建设施工企业，在井下巷道施工中单一辅助系统或个别生产环节智能化的基础上，探索实施整体智能化掘进工作面的装备与运行，如对煤矿井下用钻装锚运一体机、盾构机的持续升级改造实验，取得了一定的进步与经验，但仍不具有成熟推广价值。
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user: 3. 智能化掘进工作面应有的特征与效果 3.1. 智能化掘进工作面的概念 人工智能的概念强调以智能机器模拟、延伸和扩展人类的智能，使智能机器会听(语音识别、机器翻译等)、会看(图像识别、文字识别等)、会说(语音合成、人机对话等)、会思考(人机对弈、定理证明等)、会学习(机器学习、知识表示等)、会行动(机器人、自动驾驶等)，一句话就是正常人类的替身与扩展 [ 4 ]。结合煤矿井下工程施工特点，智能化掘进工作面的概念应该表述为：为实现煤矿井下开掘工程安全快速有效施工，装备有可以自适应井下巷道围岩条件，适时调整施工图设计，完全自主或部分自主完成巷道施工掘、支、装、运环节工作及相应的数据收集与存储、发送，并能够自动实现安全生产条件检测、判断与处理能力的智能设备的井下工作场所。 3.2. 智能化掘进工作面的特征 根据人工智能的特点和上述煤矿井下智能化掘进工作面的概念内涵，智能化掘进工作面应至少具有6大基本特征。 1) 生产设备网络化。在井下掘进工作面，掘进、支护、装砟、运输等主环节工作和通风、供电、供水、供压风、排水、除尘、安全监控等辅助环节工作分别由不同的设备和系统完成，即使最为先进的盾构机和综合掘进机，目前也只是集成了几项功能。在智能掘进过程中，将所有设备及工位统一联网管理，使设备与设备之间、设备与计算机(集控中心)之间、设备与工位人员之间能够联网通讯、紧密关联、无缝连接。如现场技术人员可以在自己的计算机上，根据掘进设备传回的数据，及时调整巷道的设计参数，然后上传至集控中心，经审核同意后再把修改后的程序传至机器设备执行，同时技术人员还可在工位计算机上实时对比与建立档案文件。 2) 生产数据可视化。这是利用大数据分析进行设计生产决策的前提。井下掘进施工现场条件、影响因素繁多且瞬息万变，连续运转的作业线上的生产设备，所产生、采集和处理的数据量远大于日常企业中一般计算机和人工产生的数据，同时，系统正常生产对数据的实时性要求也会更高。智能生产现场，每隔几秒就必须能够收集一次数据并传输到控制中心，利用这些数据应该可以实现很多形式的分析，如岩石硬度、设备工作表面的承载力、主轴运转率、主轴负载率、做功率、零部件状态、设备综合利用率、成巷尺寸、安全参数(风量、瓦斯、CO浓度等)等。在生产过程中利用这些大数据，首先就能分析整个生产流程，了解每个环节是如何执行的，一旦某个流程偏离了标准工艺，还会产生一个报警信号，提示及时处理或自动纠偏；其次利用大数据技术，还可以对巷道掘进过程建立虚拟模型，仿真并优化生产布局和流程，以便进一步提高工效；再次，在安全管理方面，在设备运转过程中，利用各种传感器，可及时发现瓦斯、一氧化碳、巷道变形、水文、温度等异常安全信息，根据事先设定的严重程度提醒停机还是持续工作。 3) 生产文档无纸化。目前生产过程中矿建、机电、、地测、安全等各专业需要大量的纸质文件支持，这些纸质文件大多分散管理，除不便于快速查找、集中共享和实时追踪外，还易丢失、浪费纸张、占用空间等。智能化生产实行无纸化管理后，技术、安全管理人员在现场即可快速查阅、浏览、下载、综合处理所需的生产安全信息，并实时进行归档保存，杜绝了文件、数据丢失和费时流转，有利于实现高效、环保、绿色生产。 4) 生产过程透明化。基于智能设备或智能作业线的智能化掘进工作面，在MES(制造执行系统)统筹下，整个生产施工工艺也必然能够实现仿真优化、数字化管控、状态信息实时监测和自适应控制，体现出智能管控的特征，更好的实现精准生产和落实设计意图，同时使生产过程透明化。目前MES在工业制造业已有比较成熟的技术，但对建筑业、尤其是煤矿井下施工业，才刚刚起步研究，还必须进一步加大开发攻关力度，重点解决好设计调整、系统协调、资源到位、安全正常等四方面密切配合的问题，从而确保现场连续生产和各级管理者可以在最短时间内掌握生产现场的变化情况，最大限度地保持生产流程畅通和提高施工功效。 5) 生产现场无(少)人化。人类追求智能化制造、生产的最终目的，也就是要实现机器代替人自动工作，煤矿井下作业对此更有渴求。“中国制造2025”战略推动了我国工业机器人、机械手臂、集成化自动作业单元等智能设备的广泛应用，使地面工厂的无人化制造成为可能，也给井下无人掘进带来了希望。针对井下巷道掘进施工现场，智能化掘进工作面的数控中心、智能作业系统及坐标自控单元等应该可以进行自动化调度，掘、支、装、运等环节实现自动转换，达到无人值守的全自动生产化模式；即使掘进生产过程中遇到了问题，一旦解决，也可以立即恢复自动化生产。整个施工过程无需人工或极少量人工参与。 6) 安全管控拟人化。由于煤矿井下生产环境中面临水、火、瓦斯、顶板、冲击地压、高温等多种可能造成安全事故的因素的威胁，再加上空间受限易一损俱损，这种特殊性决定了井下的任何工作必须把安全生产放到首位去考虑。安全生产具有压倒一切的优先性。井下智能掘进工作面也必须首先做到安全可控。配备的智能设备或安全智能管理系统，必须对井下施工过程中各种可能的不安全因素，能够及时收集、判断、存档、预警和处理，并根据事先设定的条件确定可否生产或调整设计。
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user: 4. 煤矿建设智能化掘进工作面面临的难题 对比煤矿智能化掘进工作面应该具有的特征，严格意义上讲，截至目前国内煤矿还没有建成一条智能化掘进工作面，甚至智能化生产工作面也没有建成(标准不统一)。之所以出现这种情况，还在于煤矿井下掘进作业面临很多地面工厂正常生产过程中不会遇见的问题，或者说难题。具体讲，有以下四个方面。 一是施工图设计频繁更改问题。井下巷道设计有其固有的遵循，施工过程中，随着地质条件变化，如出现褶曲构造、开放式断层、顶板岩层破碎、距煤层距离发生变化等情况时，就需要对巷道断面尺寸、支护形式、空间坡度参数进行调整，以适应现场实际。如果不进行调整，就可能出现顶板垮落压实设备、底板下沉困住设备或废巷情况出现，造成生产不能连续或无效生产。关键是，这种情况在我国中、东部地区和西南地区的煤矿中还频繁出现。 二是安全威胁因素多变问题。保护人的生命健康实现安全生产是煤矿首保目标，而井下不安全因素恰恰最多。智能化设备全部或部分取代人工后，人员零星工伤事故可杜绝或大幅度减少，人的不安全因素可以忽略不计。但对可能引起大范围危害后果的非伤亡事故的预防必须引起高度关注，并作出智能化设计处理，否则，一旦发生破坏性事故，任何设备也会变成一堆废铁。比如，瓦斯燃烧事故、瓦斯爆炸事故、煤尘爆炸事故、冲击地压事故、顶板事故、透水事故、大范围停电事故等，都会造成区域性破坏后果，造成这些事故的因素伴随着生产过程无时无刻都存在着，这是煤矿井下作业的特点，也是难点，更是智能化作业首要解决的问题 [ 5 ]。 三是掘进辅助系统复杂问题。传统煤矿井下掘进工作面生产辅助系统相对复杂，除供电系统外，还有通风、供压风、供水、排水、通讯、运输、除尘、瓦斯及其他有害气体温度监控等系统，其中运输系统还是双向的，不但要解决矸石运出问题，还要解决支护材料运入问题。系统越多，问题也会越多，要有效运转，协同工作致关重要，这些都是智能化设备或智能化工作面必须要面对的。当然，考虑到智能化工作面的作业动力及方式与传统不同，很多系统可以优化合用或省掉。 四是作业空间受限问题。这个问题是不言而喻的。煤矿井下巷道掘进工作的最大特点，就是只能从一个方向向前施工，从一个方向退出，不像地面作业，可以四面八方、上下左右施以援手，一台设备解决不了的问题，可以同时上多台解决，但井下不能在前进时完成的工序，就必须退出来另补；再就是作业断面受限。巷道断面积从几平方到几十平方的都有，差异性比较大，支护形式也有多种，这会对智能设备的功能设计提出更高要求，也会造成设备通用性受限。
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user: 5. 趋势展望 随着工业制造智能化和“智能工厂”的快速发展，煤矿从施工到生产各方面实现智能化是大趋势。结合近几年煤矿智能化设备从“不能用”到“可以用”的不断突破和井下巷道施工的特点与现状，在可以预见的未来，煤矿智能化掘进工作面会出现怎样的趋势呢? 5.1. 巷道支护理念取得新突破，支护形式适用于智能化施工 目前煤矿巷道主流的支护形式为锚、网、索、喷、注等两种或几种形式的组合，突出特点就是同一地点无法实现平行作业，不适宜综合智能掘进设备一次成巷的特征。为此，巷道支护理念也要实时创新，考虑随着TBM的推广应用，管片支护、一次初成巷技术也应该可用于煤矿井下巷道，如果有必要，可在过后空间、时间具备时予以支护补强；支护形式改进后，相应的工程造价也必须予以调整。 巷道支护形式的改变是智能化工作的重要基础之一。 5.2. 可替代人工的真正智能化单一设备广泛用于井下 随着智能化设备的成熟完善，不具备系统集成化施工工作面的个别环节或掘进工序完全可以用智能设备代替，进而彻底淘汰传统的钻爆法施工技术。如用机器人掘进、机器人钻车凿岩、机械手安装锚杆或金属支架、机械手喷浆、智能绞车、智能水泵、智能风机、智能巡查机器人、智能安管系统等，这都可以减少大量的人工投入，减少井下施工安全风险。 5.3. 从单一智能设备应用向专业智能化系统应用发展 如何实现单一智能设备的信息化联网驱动，进而形成巷道掘进过程中某个生产或辅助系统的一体智能化，是一定时期内煤矿井下智能化应用的主要发展方向。对巷道掘进来说，目前安全监测自控系统使用较为成熟，在此基础上，可以结合生产实际条件，对掘、运、排系统实现智能化，对运、支、固系统实现智能化，对供水、排水系统实现智能化，对通风、洒水、除尘系统实现智能化等，如此通过对一个专业系统的智能化，达到局部智能化作业的目的。当然，由单台智能化设备组成的系统，要想发挥好系统功效，每台设备之间的通讯必须畅通、快捷、及时，为此，云计算和5G技术的入井也势在必行。 5.4. 从专业智能化系统向综合智能掘进系统应用发展 装备具有自主适应功能的综合智能化掘进设备(单元)、实现井下巷道工作面自主作业、一次成巷是目前井工开采掘进作业追求的终极目标。实现这一目标，巷道施工就可以达到无人化或极少人化，从而节约大量人工成本，规避安全风险，实现绿色施工。目前看，实现这一目标的有效途径之一，就是对盾构机不断进行智能化改造升级，使之能够适应煤矿井下环境，应用于井下煤、岩石巷道施工，甚至适用于大断面竖井施工。这方面已有案例，但都没能实现全工序一次成巷，与整体智能化掘进要求目标仍有较大差距。 5.5. 开辟人工智能和智能设备应用新领域 人工智能是一门新兴交叉学科，智能设备制造是当前工业制造业的热点，并且会持续下去，但这两方面针对煤矿井下生产适用的研究应该说才刚刚起步。煤矿井下作业面临地质条件复杂、不安全因素多的特点，决定了每个煤矿都渴望能够实现智能机器完全替代人的目标，以实现安全生产，所以，煤矿对能够用于井下的智能设备的需求巨大，愿望迫切。这反过来会促使人工智能研究关注煤矿，制造更多的智能设备用于煤矿，从而促进人工智能产业和智能设备制造业的发展。只是这一过程可能会更加曲折。