DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 儿童低视力的特点 我国目前尚缺乏针对儿童低视力康复的专业人士，从事儿童视觉康复的人员要具备小儿眼科专业知识和专业技能，了解儿童期视觉发育的特点。儿童视觉发育的特点为0~2岁是婴儿眼球快速发育的时期，该时期是视觉发育的可塑期。在出生第一年常见的眼部异常有先天性白内障、早产儿视网膜病变、先天性青光眼、视网膜母细胞瘤，以及脑损伤可以造成严重威胁视觉的眼部问题等；此后，儿童期眼部疾患常见的病种有斜视、弱视、屈光不正及葡萄膜炎等 [ 31 ] 。 低视力儿童与成人相比，有其自身特点：1) 仅有短暂或根本没有视觉经验，缺乏建立视觉记忆的基础，这一根本性差异导致低视力儿童与成人低视力所患眼病可能一样，后果却可能完全不同 [ 4 ] ；2) 低视力儿童往往意识不到自己有视觉缺陷，其调节力强，有+8D~+10D，甚至到+14D，能自然利用残余视力；3) 视残儿童还常因合并其他生理缺陷，视觉功能损伤影响其它功能，在心理和智力发育上都存在障碍；4) 有些先天性异常的患儿如先天性白内障，先天性青光眼尽管经过手术治疗，视力也不会即刻恢复，仍是低视力患儿；5) 对助视器敏感性强；为了弥补视觉上的不足，在治疗过程中需要比正常儿童多训练其他感觉来获得外界信息，比如：听觉与触觉训练等，通过训练，使用残余视力、认识和理解周围的环境及提高独立生活的能力；6) 康复所需时间比成人长、花费大；脱离儿童群体，参与社会竞争困难；7) 需要全社会关注，视觉康复与教育康复需结合并重。
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user: 5. 助视器的种类及特点 助视器是能够改善或提高低视力患者视觉及活动能力的任何一种装置或设备。远用助视器称为望远镜，是低视力患者用来观察远处的物体。近用助视器称为放大镜，使低视患者用来观察近距物体。Fonda [ 32 ] 指出，对手术及药物治疗无效的低视力患者中50%以上可通过助视器提高视力，而且这也是提高患者视力的最后一次机会。多篇文献报道 [ 16 ] [ 33 ] [ 34 ] ，助视器康复的对象可以从低视力范围扩展到0.01甚至以下的盲童。光学远用助视器通过缩短目标与眼之间的距离使视网膜成像扩大来增加患者的远视力，这种方法对视野大小，图像质量及亮度均无明显影响 [ 12 ] 。它适用于静止不动的情况，但其视野小，运动速度较正常快，而且是反方向运动，这就需要有一个训练过程。实践证明低视力患者要看清1 m至无限远处的目标仅有远用助视器是可行的 [ 35 ] 。患者基础视力越好，其使用助视器后的视力也明显更高。 目前远用光学助视器有单目望远镜，双目望远镜及眼镜式望远镜。双目望远镜相比较于单目望远镜的主要优点在于可以像框架眼镜一样直接配戴，不需要长时间用手托举，更加便捷实用，给通过看黑板学习的低视力儿童创造更多的学习机会 [ 36 ] 。但其主要局限为重量重，视野小，在夜间更难看清东西；周边视野被遮挡，无法保证在配戴望远镜的条件下安全行走。望远镜助视器能显著改善总体生活质量，但并不能取代正常眼的功能 [ 34 ] 。郑远远等 [ 37 ] 研究显示临床上，低视力儿童的家长喜欢为孩子选用双筒眼镜式望远镜助视器，而成年人更偏爱单筒便携式望远镜，因携带方便。 近用放大镜包括立式放大镜、Visolett放大镜、手持双焦放大镜、手持照明放大镜、Fresnel放大镜等以及电子助视器。适用于希望改善近(中)距离视力的患者 [ 38 ] 。由于儿童调节能力强，在+8~+10D之间，<10岁的患儿多数不需要近用助视器。Faye认为 > 10岁的患儿由于调节能力有所下降，以及课文字体变小，才需配近用助视器 [ 39 ] 。助视器对于阅读效能的提高是显而易见的 [ 40 ] 。近用光学助视器携带方便，价格低廉，但其不足之处：① 工作距离近。② 近用光学助视器放大倍数越高，屈光度数越高，视野越小，每次能看到的字符个数减少，常会出现错行，导致阅读速度减慢；③ 近用光学助视器还需手动调焦，否则会出现成像的畸变和色散，影响成像质量；④ 某些患者由于头、手或放大镜本身阻挡了光线．导致阅读时很难获得充足的照明。相比较，近年随着电子科技的发展新型电子助视器可以提供更高的放大倍率，大视野，更自然的阅读姿势和可变的工作距离，不会出现成像的畸变和色散等现象。在向武等研究 [ 41 ] 中电子助视器在阅读速度、阅读持续时间、阅读距离都明显优于光学助视器，而且更受低视力学生的喜爱。这和Goodrich和Kirbv [ 42 ] 的研究一致：对严重视觉受损的患者来说，电子助视器能提供更快的阅读速度和更持久的阅读时间。以往多项研究显示，给予低视力患者合适的助视器和相应的助视器使用训练。可以极大地提高。低视力患者的日常生活能力和生活质量 [ 43 ] 。
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user: 6. 视功能康复训练 视觉的发育不能自然产生，对于视功能受到损害的儿童，必须通过训练才能获得视觉使用能力。基本的视觉技能包括固视、追踪、扫视和辨认细节能力等，而交流、阅读和日常生活活动等是对这些基本视觉技能的综合运用 [ 14 ] 。对于婴幼儿的视功能训练，要根据不同发育阶段及评估结果采取不同的训练方案。1岁左右，训练认识和注意能力，2~3岁时训练辨别物体的能力，并且在训练过程中根据实际情况及时调整训练计划 [ 44 ] 。经过简单训练后可进一步施行较高级的视觉训练，包括视觉记忆，视觉终止，视觉联合及视觉组织的训练。还有其他感觉的训练，包括听觉，触觉，触–运动知觉，嗅觉与味觉训练，自我照顾或独立生活能力的训练 [ 45 ] 。对低视力儿童尽可能地在生活环境中教授一些视觉技巧，增加其视觉经历非常重要，过程中需鼓励及展示技巧，以增加儿童学习的时间和机会，使其更易熟悉和掌握这些技巧。 在视觉训练过程中，应注意以下问题：提醒阅读距离，视野的影响，增加照明，以及合适的心理调整。于旭东等研究 [ 46 ] 结果显示已使用助视器进行阅读的低视力患儿，经过视觉训练和不同大小字体的阅读训练后，能提高患儿的阅读速度。对低视力儿童进行多感觉统合训练，亦有可能促进其视觉皮层的发育，整合各种感觉信息。
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user: 7. 康复意义及存在问题 儿童低视力康复面临的一些问题 [ 47 ] ：儿童低视力康复三级服务网络不完善；儿童低视力康复的辅助产品种类少、质量不高，对助视器认识不足、缺少正确指导；对助视器过度依赖、错误使用。低视力儿童教育问题面临一定挑战，随班就读面临着现实的问题。曹紫玄等在“对我国儿童低视力康复的一些思考”一文中 [ 47 ] 指出目前对儿童低视力康复工作的错误认识有：认为低视力康复的目的只是提高视力以及不重视多种感觉的促通，剥夺了孩子早期视觉经验。建议通过增强儿童低视力康复意识，为儿童提供各种看的机会，帮助他们掌握视觉技巧，学会视觉操作，提高利用自身残余视力的能力。鼓励低视力儿童参与活动，使他们能够更好地融入到日常生活中，为日后的适应社会打下基础。同时加强跨学科协作，完善低视力康复服务系统，指导低视力儿童使用残余视力和助视器，扩大低视力康复的服务系统和加强人才培养 [ 32 ] ，从而提供全面的、具有针对性的服务。鼓励低视力康复辅助产品的开发与创新能力。我国低视力康复服务体系的建设目前所面临的问题不是几个简单的技术性问题，而是社会组织管理与社会保障体系建设的问题，其中，目前医疗机构低视力门诊的建设和开放的、以及可以面向社会服务的非医疗性专业康复机构的建设，是我国低视力康复体系建设工作中必须要解决的2个关键性问题 [ 48 ] 。 重视低视力患儿的诊治与康复，是社会进步与文明的表现。儿童低视力康复是一系列多方位配合的长期工程。低视力康复或视觉医疗理论体系和实践，是一门不同于传统眼科医疗的理论与实践体系：需要在传统眼科医疗的基础上，作为一个新的眼科专业领域进行研究和发展 [ 48 ] 。以推动“视觉2020，享有看见的权力”行动，实现低视力儿童的视觉康复。
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user: 摘 要 根据临汾市水生态足迹与水生态承载力的计算结果，结合水生态赤字，万元GDP水生态足迹，水资源生态压力与水资源可持续指数等指标，对2006~2016年临汾市水资源可持续利用状况进行分析。结果显示，临汾市水资源利用每年都出现生态赤字，年平均达0.226 hm 2 /cap，表明生态经济系统处于不可持续的发展状态，但根据万元GDP水生态足迹等指标的计算结果来看，临汾市的水资源不可持续发展状况有改善的趋势。 关键词 :水生态足迹，水资源，可持续发展，临汾市 Copyright © 2018 by authors and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 水是生命之源、生产之要、生态之基，区域社会经济的稳定发展离不开水资源的持续充足供给。水生态足迹的概念是在生态足迹概念的基础上产生的，指任何已知人口(一个人、一个城市或一个区域)在一定时间内所消费的产品和服务所需要的水资源用地面积 [ 1 ] 。临汾市是山西省下辖地级市，位于山西省西南部，临汾盆地纵贯临汾市中部，是山西省重要的粮棉基地之一，2016年国民生产总值为0.12 × 10 8 元，占全省的9.29%。作为传统型工业城市，临汾市的支柱型产业如煤炭、钢铁及机械制造等均有赖于水资源的合理利用 [ 2 ] ，水资源可持续利用的研究对于促进临汾市经济社会环境的发展具有十分重要的意义。
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user: 2. 研究方法 本文选取的水资源总量、各类型水资源消费量等数据来源于2006~2016年《山西省水资源公报》 [ 3 ] ；人口数量及GDP等社会经济相关数据来源于2006~2016年《山西统计年鉴》 [ 4 ] 。按照黄林楠、谭秀娟在文献 [ 1 ] [ 6 ] 中使用的计算模型及参考文献 [ 7 ] 中的水资源可持续指数指标，研究首先对临汾市11年间水生态足迹和水生态承载力进行分析计算，其中水生态足迹包括农业用水、工业用水、生活用水、城镇公共用水和生态环境用水五个子账户；然后从水生态赤字等方面对临汾市的水资源可持续利用做了评价 [ 5 ] 。 2.1. 水生态足迹模型 水生态足迹的计算公式为： E F w = N × e f w = N × r w × ( W / P w ) (2-1) 式中：EF w 为水资源总生态足迹(hm 2 )；N为人口数；ef w 为人均水生态足迹(hm 2 /cap)；r w 为水资源全球均衡因子，取5.19 [ 1 ] ；W为人均消耗的水资源量(m 3 )；P w 为水资源全球平均生产能力(m 3 /hm 2 )，取3140 m 3 /hm 2 [ 1 ] 。 2.2. 水生态承载力的计算模型 基于水生态足迹的理论，水生态承载力是指一定时期内某区域水资源开发利用对该区域经济—社会—生态系统发展的支撑能力，其计算公式 [ 1 ] 为： E C w = ( 1 − 60 % ) × r w × ψ × Q / P w (2-2) 式中：EC w 为水生态承载力(hm 2 )；r w 为水资源全球均衡因子，取5.19 [ 1 ] ；ψ为区域水资源产量因子，由区域产水模数与中国单位面积产水量(29.46 × 10 2 m 3 /hm 2 )的比值，再除以中国的水资源产量因子(0.94)所得 [ 1 ] ；Q为计算区域内水资源总量(m 3 )；P w 为水资源全球平均生产能力(m 3 /hm 2 )，取3140 m 3 /hm 2 [ 1 ] 。 2.3. 水资源可持续利用评价指标 1) 水生态赤字 将区域内水生态足迹和水生态承载力相比较，得出水生态赤字和水生态盈余结果 [ 6 ] ，其计算公式为： E r d = E C w − E F w (2-3) 式中：Erd > 0表示水资源生态盈余，此时区域水资源可持续利用；Erd < 0表示水资源生态赤字，此时区域水资源不可持续利用。 2) 万元GDP水生态足迹 万元GDP水生态足迹是指区域水资源总生态足迹(EF w )与区域国内生产总值(GDP)的比值 [ 6 ] ，其计算公式为： 万 元 GDP 水 生 态 足 迹 = E F w / GDP (2-4) 式中：万元GDP数值越大，水资源利用效率越低，越不可持续利用；数值越小，水资源利用效率越高，越可持续利用。 3) 水资源生态压力指数 水资源生态压力指数(EPI w )是由区域水生态足迹(EF w )除以水生态承载力(EC w )所得 [ 6 ] ，其计算公式为： E P I w = E F w / E C w (2-5) 式中：当0 < EPI w < 1时，表明该区域水资源供给量大于消费量，水资源利用处于可持续利用状态；当EPI w = 1时，表明该区域水资源供需平衡，水资源可持续利用处于临界状态；反之，当EPI w > 1时，水资源为不可持续利用；EPI w 越大，水资源利用越不可持续。 4) 水资源可持续指数 水资源可持续指数(SI w )是指一定时期某区域可持续供给的水资源总量满足该区域人类社会经济活动对水资源的需要程度，以此来评价区域水资源可持续发展利用程度 [ 7 ] 。其计算公式为： S I w = E C w / ( E F w + E C w ) (2-6) 式中：0 < SI w < 1，SI w 值越大，表明水资源可持续利用程度越高，即水资源利用处于可持续状态；反之，则水资源可持续利用程度越低，即水资源利用处于不可持续状态。0.5即为水资源可持续利用与不可持续利用的临界点。
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user: 3. 水资源生态足迹和生态承载力分析 3.1. 临汾市水生态足迹计算 根据2006~2016年山西省水资源公报中农业用水、工业用水、城镇公共用水、生活用水和生态环境用水数据，临汾市各水生态足迹子账户计算结果见表1。 Table 1 Each sub account of water ecological footprint of Linfen in 2006-2016 years (Unit: ×104 hm2 年份 农业用水 生态足迹 工业用水 生态足迹 城镇用水 生态足迹 生活用水 生态足迹 生态用水 生态足迹 总用水 生态足迹 人均用水 生态足迹 2006 61.88 21.77 2.29 10.77 0.85 97.56 0.235 2007 72.94 20.77 2.54 10.68 0.96 107.89 0.259 2008 65.37 18.79 2.38 11.81 1.00 99.35 0.237 2009 65.93 15.70 1.70 12.19 0.78 96.30 0.228 2010 69.60 17.53 1.75 12.93 6.24 108.05 0.250 表1. 2006~2016年临汾市各水生态足迹子账户(单位：×10 4 hm 2 ) Continued 由表1和图1可知，2006~2016年的11年间，临汾市水生态足迹总体上呈不断增长趋势，表明水资源利用量和对水资源的需求均在增加中。其中，2009~2011年阶段增长迅速，增长幅度为28.91%。2011~2016年在波动中基本保持稳定趋势。 由图2可以看出，各子账户中，农业用水生态足迹研究期均值占总水资源生态足迹的65.70%，工业用水和生活用水的生态足迹分别占总水资源生态足迹的16.03%和12.54%，生态环境用水和城镇公共用水生态足迹均值占总水生态足迹的3.28%和2.44%。农业用水生态足迹占的比重最大，表明农业用水是临汾市水资源利用的主要部分，对水资源生态环境产生的影响也最大。 图1. 水生态足迹变化图 图2. 各水生态足迹子账户变化图 图3. 人均水生态足迹变化图 由图3可知，近11年来临汾市的人均水生态足迹总体呈现波动上升的趋势。2009年达到最低点，为0.228 hm 2 /cap，之后在2011年达到最大值，为0.286 hm 2 /cap。2016年比2006年的人均水生态足迹增加了18.30%，虽然2007~2009及2011~2014年间有所下降，但总体来说降幅较小，变化趋势较平稳。 3.2. 水生态承载力计算 图4显示，11年间临汾市人均水生态承载力总体保持平稳发展趋势，2016年较2006年增长了9.38%。研究期最小值为2010年的0.016 hm 2 /cap，最大值为2013年0.067 hm 2 /cap。2013年后，人均水生态承载力数值有所下降，2015年降至0.018 hm 2 /cap，比2013年下降了73.13%。2006~2016年间人均水生态承载力的最大值与最小值之间仅相差0.051 hm 2 /cap，总体来说变化较小，呈现平稳发展趋势。 图4. 人均水生态承载力变化图
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user: 4. 临汾市水资源可持续利用评价分析 4.1. 水生态赤字动态分析 图5显示，临汾市11年间人均水生态足迹均大于人均水生态承载力，因此水资源利用每年都出现生态赤字现象。2006年水生态赤字最小，为0.203 hm 2 /cap，2015年水生态赤字最大，为0.252 hm 2 /cap，2016年比2006年水生态赤字增长了21.18%，总体来说临汾市水生态赤字在波动中保持比较稳定的变化趋势。 4.2. 万元GDP水生态足迹动态分析 由图6可以看出，2006~2016年间，临汾市的万元GDP水生态足迹数值总体呈下降趋势。2006年，临汾市万元GDP水生态足迹需求为0.166 hm 2 ，至2016年降为0.103 hm 2 ，减少了37.95%。万元GDP的计算结果表明临汾市水资源开发利用的不可持续发展状态正在改善，在经济社会发展中水资源利用效率得到了一定程度的提高。 图5. 人均水生态足迹和水生态承载力与水生态赤字变化图 图6. 万元GDP水生态足迹变化图 4.3. 水资源生态压力动态分析 研究期内临汾市的水资源生态压力指数在4.0以上。根据水资源生态压力指数标准可知，临汾市11年间水资源开发利用均处于不安全状态。由图7可以看出，水资源生态压力指数波动较大，2010年达到最大值15.436，较2006年上升了112.65%，到2013年是研究期最低点，为4.048，比2010年减少了73.78%。在研究期间，2016年较2006年的水资源生态压力指数相对增加了16.71%，总体而言变化不大，但由趋势线可以看出，研究期内水资源生态压力指数呈现微弱的减小趋势，说明临汾市的水生态压力有逐渐缓解的发展趋势。 图7. 水资源生态压力变化图 4.4. 水资源可持续指数 根据标准，可持续指数处于0~0.5时，水资源为不可持续利用，数值越小，水资源利用效率越低，越不可持续利用。临汾市2006~2016年间水资源可持续指数均在0.5以下，表明近11年来临汾市水资源利用均为不可持续利用状态。 图8显示，在研究期内，2016年比2006年的水资源可持续指数减少了12.40%，最小值为2010年的0.061，2013年达到最大值，为0.198，比2010年增长了224.59%。由趋势线看出，总体而言，水资源可持续指数有微弱的上升趋势，表明临汾市水资源利用效率有逐渐提高的迹象，不可持续发展状态正逐渐改善。 图8. 水资源可持续指数变化图
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user: 5. 结论 研究分析表明，11年间临汾市人均水生态足迹总体上呈不断增长趋势，人均水生态承载力则总体保持平稳发展状态，表明临汾市社会经济发展中对水资源的需求在不断增加。各子账户中农业用水生态足迹占总水资源生态足迹比重高，且有上升趋势，说明临汾市内农业用水的效率还有待提高，工业用水生态足迹占总水资源生态足迹比重位居第二，且有下降趋势，说明工业用水效率在逐渐提高。 研究期水生态足迹总体上远大于水生态承载力，因此出现水生态赤字现象，水资源生态压力指数及水资源可持续指数均显示临汾市整体上存在较严重的水资源不可持续利用和水资源生态环境不安全状态。11年间临汾市人均水生态承载力呈现缓慢增长趋势，且万元GDP水生态足迹呈下降趋势表明这种水资源利用不可持续情况和水生态压力的恶化正在改善。为了保持并促进这一趋势的发展，在今后的发展中，应加强水资源开发利用控制、用水效率控制与水功能区限制纳污红线管理 [ 8 ] ，大力发展节水、治污等高新技术 [ 6 ] ，全面推进节水型社会建设。
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user: 摘 要 为了更加精确的进行径流预测，该研究针对BP神经网络训练速度慢和容易陷入局部极小值的缺点，建立了ELM神经网络模型。以兰西水文站1959~2014年径流数据为例，采用ELM神经网络对径流深进行预测，相对误差、均方误差和确定性系数作为模型合理性的验证指标，并与BP神经网络预测结果进行对比及分析。ELM模型的预测结果，其相对误差、均方误差、确定性系数均优于BP神经网络模型，这表明ELM神经网络模型对BP神经网络模型已存在缺点进行了有效规避且预测精度有了进一步的提升。因此，该研究提供的ELM模型在一定程度上能够更好的改善预测效果，证明了ELM模型在径流预报中的应用价值。 关键词 :神经网络，ELM模型，BP模型，径流预测 Copyright © 2018 by authors and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 中长期径流预报是水利水电工程设计、施工和运行管理的重要依据，在防汛、抗旱、供水、发电、养殖、旅游、航运及改善生态环境等方面能发挥显著作用 [ 1 ] 。目前，应用较为普遍的径流预测方法为人工智能算法，其中包括BP神经网络算法和极端学习机算法。BP神经网络基于前馈神经网路的架构下，通过梯度下降法，以逆向传播的方式进行学习，过程中需不断迭代更新权重和阈值，使得运算出现易陷入局部极值且训练速度慢等问题 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。极端学习机 [ 5 ] (extreme learning machine， ELM)执行过程中不需要调整网络的输入权值以及隐含层偏差，只需设置隐含层节点数就能产生唯一最优解，因而学习速度快且泛化性能好 [ 6 ] ，恰好弥补了BP神经网络训练时间长和局部极值的缺点。ELM在回归、拟合、分类等多个领域得到国内外广泛的应用，同时不少学者对ELM提出了改进方案，使其性能得到进一步提升。例如，黄永辉等 [ 7 ] 利用ELM进行爆堆形态预测，该预测提高了爆炸对形态的准确度，而且通过实例预测表明ELM预测精度高于同期使用的BP神经网络预测结果；姜媛媛等 [ 8 ] 利用ELM对锂电池剩余寿命进行预测，并与高斯过程回归预测方法作比较，结果表明ELM算法具备较好的电池RUL预测精度；陈恒志 [ 9 ] 等利用ELM对连铸坯质量进行预测，并与BP和遗传算法优化的BP神经网络预测结果进行分析对比，结果显示该模型可对连铸坯质量进行迅速准确的分析；石炜 [ 10 ] 等利用ELM对高炉喷煤量进行预测，并与BP神经网络预测结果进行比较，结果显示ELM模型能够更快、更准确预报处高炉炼钢时所需喷煤量，能够更好的指导实际生产。但ELM在径流预测方面应用较少。因此，本文利用兰西站1959~2014年水文气象数据，以降水量、平均温度、相对湿度、蒸散发及平均温度为影响因子，构建ELM预测模型和BP神经网络模型作对比，对兰西站年径流变化规律进行了实例研究，以此探讨ELM模型在径流预测上的适用性。
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user: 2. 模型介绍 2.1. ELM算法介绍 ELM是黄广斌教授提出的一种单隐含层前馈神经网络 [ 11 ] 。ELM的出现有效的解决了前馈神经网络学习速度慢的难题。该算法只需在训练之前随机生成输入层与隐含层之间的连接权值和隐含层神经元阈值，且训练过程中无需改动 [ 12 ] [ 13 ] 。 设m、M、n分别为网络输入层、隐含层和输出层的节点数，g(x)是隐含层激活函数。对于N个不同的样本 ( x i ， t i ) ，   i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N ，其中 x i = [ x i 1 ， x i 2 ， ⋯ ， x i n ] T ∈ R m ， t i = [ t i 1 ， t i 2 ， ⋯ ， t i n ] T ∈ R m ，则ELM模型可表示为： ∑ j = 1 M β i g ( w i ⋅ x i + b i ) = o j       ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， N ) (1) 式中：w i 是输入层和隐含层的连接权值向量；β i 是隐含层和输出层的连接权值向量；b i 是隐含层神经元阈值；o j 为网络输出； 将N个不同的样本代入到式(1)，得： T = H β (2) 式中：H是隐含层输出矩阵；β是输出权值矩阵，T是样本集目标矩阵。 由于单隐含层前馈神经网络的输入层与隐含层连接权值和隐含层神经元阈值是随机产生的且不需要调整，所以当w j 、b i 确定后，训练过程即式(2)最小二乘法求解过程。最小二乘解即： β ^ = H T T 。 H T 为输出权值矩阵的伪逆。 2.2. BP神经网络算法介绍 BP神经网络采用误差反向传播的思想，它实质上包含两个阶段，正向传播和反向传播，正向传播输出层得不到期望输出时，则进行反向传播进而对网络的各层连接权进行修正 [ 14 ] [ 15 ] 。建模过程如下：① 初始化网络权值和阈值；② 构建网络；③ 计算输出层误差；④ 反向修正权值；⑤ 重复③、④直到达到终止循环要求；⑥ 基于上述网络利用仿真函数进行数据预测 [ 16 ] 。再将预测数据反归一化就得到了最终的网络预测输出。
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user: 3. 实例应用 3.1. 研究区概况 兰西水文站位于黑龙江省绥化市呼兰河下游，居东经126˚22'12''至126˚28'6''，北纬46˚12'57''至46˚18'2''，西北高、东南低，海拔高程在116.6~209.8米，控制流域面积2770 km 2 。呼兰河为松花江流域支流，属北温带季风气候区，全长523 km。该地区多年平均降水量一般在500 mm左右，多年平均气温为20℃~22℃。 3.2. 数据来源 本文选用兰西水文站径流深及该水文站的四个气象站(海伦、明水、绥化、铁力)的降水量、平均气温、平均相对湿度、蒸散发和平均风速等气象数据进行研究。气象数据来自中国气象数据网(http://data.cma.cn/)，利用泰森多边形法求得离散分布的四个气象站对兰西水文站的影响程度，从而推算出兰西水文站的气象数据。ELM模型选取的输入层参数有：① 降水量；② 平均气温；③ 平均相对湿度；④ 蒸散发；⑤ 平均风速。径流深为输出层。 3.3. 基于ELM模型与BP神经网络模型的预测 本文选取兰西县水文站1959~2008年的水文气象数据为训练样本，2009~2014年的数据为测试样本。见表1。ELM模型中的激活函数选择sig函数。 Table 1 Input and output parameters of the mode 年份 降水量(mm) 平均气温(℃) 平均相对湿度(%) 蒸散发(mm) 平均风速(m/s) 径流深(mm) 2009 575.96 20.91 66.94 61.08 20.68 150.89 2010 465.18 20.42 70.51 58.83 21.06 113.07 2011 430.24 25.93 68.43 59.46 20.13 73.73 2012 585.19 23.40 68.06 57.30 21.26 138.05 2013 661.87 22.74 73.45 54.81 22.48 265.32 2014 634.81 31.00 67.68 58.76 21.51 188.96 表1. 模型的输入、输出参数 3.4. ELM模型与BP神经网络模型预测结果对比 本文选用相对误差(RE)、均方误差(E)、决定系数(R 2 )作为评判模型预测结果更优的标准。两模型预测结果对比如下表2所示。 Table 2 Comparison of ELM model and BP neural network model prediction result 年份 实测值 ELM神经网络模型 BP神经网络模型 预测结果 RE% 预测结果 RE% 2009 150.89 148.38 1.66 143.91 4.63 2010 113.07 119.67 5.84 108.32 4.20 2011 73.73 66.54 9.75 72.07 2.26 2012 138.05 148.03 7.23 157.23 13.89 2013 265.32 288.56 8.76 313.57 18.19 2014 188.96 199.70 5.68 222.30 17.64 E 142.73 646.92 R 2 0.99 0.98 表2. ELM模型与BP神经网络模型预测结果对比 3.5. 结果分析 将实测值、ELM模型预测结果及BP神经网络预测结果以折线图的形式表现出来，更直观的表达了预测效果的优劣。见下图1。 从图1可以看出，ELM模型与BP神经网络模型在2009年与2011年模拟效果均较好；2011年之后的2012、2013、2014年两模型预测结果在线性趋势上均与实测值相近，但从图中可直观看出ELM预测结果与实测值更接近。从数据分析来看，本文采用相对误差、均方误差、确定性系数对预测结果进行评价，相对误差在20%以内即为合格，均方误差越小、确定性系数越接近1误差越小。从表2可以看出两模型的相对误差均在20%以内，其中ELM模型的相对误差都在10%以内，由此说明ELM模型的预测结果较为稳定。ELM模型与BP神经网络模型的决定系数分别为0.99、0.98，均方误差分别为142.73、646.92，说明ELM预测模型模拟径流数据具有更好的精确度。 图1. 结果对照图
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user: 4. 结论 本文为改善神经网络训练时间长和易陷入局部极小值的问题，建立了基于ELM神经网络的径流预测模型。采用兰西站水文气象数据进行测试，以决定系数、相对误差和均方误差对结果进行检验，结果表明ELM算法具有良好的径流预测能力，符合训练速度快、结果精确度高等优点。与BP神经网络预测结果相比较，表明本文运用的ELM预测方法具有更好的实用性。同时研究过程中也存在些许不足，本文ELM模型激活函数为sig函数，并未对其他激活函数进行测试；在训练过程中，发现ELM虽然训练速度快，但具有稳定性不高的特性；测试地区仅为兰西站，具有一定的地域特征，因此，ELM在径流预测上的适用性还需进一步探索。
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user: 摘 要 现代宇宙学存在超视界均匀性原因不明、加速膨胀斥力来自何方、为何没有反物质星系等重大疑难。宇宙加速膨胀的发现，让只有引力无“与之相当”斥力宇宙理论的片面性暴露出来。物质间相互作用的牛顿引力定律与电荷间相互作用的库伦定律有相似形式。差别是库伦定律中的电荷有正也有负，相互作用有吸引也有排斥；牛顿定律中的质荷只有正没有反，相互作用只有吸引没有排斥。爱因斯坦的引力理论–广义相对论同样只有吸引没有“与之相当”的排斥。复旦大学倪光炯教授指出，从爱因斯坦场方程可导出正、反物质间“同性相吸、异性相斥”定律。红移巡天发现星系密度随距离周期性变化，揭示了正、反超星系团可能类似晶体中正负离子的相间分布。正反物质超星系团相间分布，“异性相斥”产生“宇宙负压强”驱使膨胀加速；“负压强”自动调节物质密度大尺度不均匀，超视界均匀性源于G值同一性。欧州核子中心正积极准备作反氢原子在地球引力场中下落还是上升的实验，计划在2018年底得到结果。实验结果有可能导致标准宇宙模型的基本观念发生重大变化，我们期待实验结果对本文观点的判决。 关键词 :宇宙，膨胀加速，万有引力，反物质，超星系团 Copyright © 2019 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 现代宇宙学从伽莫夫(Gamow)提出早期宇宙是一团温度高达10 10 K的粒子气体开始，经过80年探索，已经能够描绘出一幅相当清晰的演化历史，无疑是很震撼人心的成就。在看到它已取得成就的同时，应当看到遗留的未决问题不仅不少，而且都是些相当重大的问题。下面列出三个未决问题： 1) 观测已发现宇宙在加速膨胀。膨胀的加速需要有斥力，斥力来自何方？一定来自没有物质载体的真空能吗? 2) 宇宙中至今没有找到大块反物质，是原初宇宙中重子比反重子多亿分之几的结果吗？这微小的差异又是怎么产生的？是反物质世界离我们太远，尚未发现？ 3) 微波背景辐射观测到宇宙整体上超视界均匀性，超视界意味着任何物理原因不可能解释它，有人用猜测性的暴涨理论解释超视界均匀性，可是用什么来证实暴涨确实发生过？真的是没有任何物理原因能够让宇宙整体上呈现均匀性？ 上述问题本身都是源于肯定事实的真问题，但都还没有明确的答案 [ 1 ] 。 宇宙加速膨胀的发现，让只有引力而无“与之相当”斥力宇宙理论的片面性暴露出来。除了设想中没有物质载体的真空能，还有其它物理作用可以产生与物质间引力相抗衡的斥力吗？
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user: 2. 牛顿引力和爱氏引力定律的扩展 牛顿和爱因斯坦在正物质世界中总结出的“万有引力”理论，是否适用于正反物质同存的世界需由实验判决。作为一种有根据的猜测，不少学者将“万有引力”定律扩展成既有吸引，也有排斥的相互作用 [ 2 ] 。 众所周知，万有引力定律 F ( r ) = − G m 1 m 2 r 2 (1) 式中两个物体的引力质量 m 1 和 m 2 都是正的，因而它们相互吸引的势能总是负的： U ( r ) = − G m 1 m 2 r (2) 另一方面，狭义相对论中爱因斯坦方程 E = m c 2 (3) 给出粒子能量E与其惯性质量m的严格正比关系，物体的能量和质量总是非负的。但在相对论量子力学中，负能量和负质量是不可避免的。当(1)式中的引力荷 m 1 与 m 2 可以取正值，也可取负值时，牛顿“万有引力定律”就变成“同性物质相吸异性物质相斥”，有吸引也有“与之相当”排斥的“物质相互作用定律” F ( r ) = ± G m 1 m 2 r 2 (4) 复旦大学倪光炯教授指出，(4)式也可由爱因斯坦场方程对物质能量–动量张量 T μ ν 的扩展得出 [ 3 ] [ 4 ] 。 爱因斯坦场方程 R μ ν − 1 2 g μ ν R = − 8 π G T μ ν (5) 左端的Ricci张量 R μ ν ，度规张量 g μ ν 和曲率标量R都是坐标 x μ 的函数，右端的 T μ ν 是在 x μ 点处的物质能量——动量张量，它与粒子质量m成正比。当作质量反演变换 m → − m 时，方程右端变号而左端不变。说明(5)式只适用于不含反物质的物质系统。 为了能够平等地处理正反物质共存问题，文献 [ 4 ] 将(5)式右端 T μ ν 作如下修改： T μ ν → T μ ν e f f = T μ ν − T μ ν c (6) 右式第二项的上标“c”表示它是描写反物质的能量-动量张量。正反物质的能量–动量张量形式完全一致，在质量反演变换 m → − m 下， T μ ν → − T μ ν c ，而 T μ ν c → − T μ ν 。 在弱场近似下，从方程(5)加(6)可推出(4)式，当m 1 与m 2 中有一个是反物质时，在它们的能量-动量张量乘积前面会出现一个负号，表示正反物质之间的力是排斥 [ 5 ] 。 (4)式中负号适用于 m 1 与 m 2 都是正物质或都是反物质的情形，而正号则适用于其中之一是反物质的情形。这就是说，同种物质之间是引力，异种物质之间是斥力。扩展后的牛顿定律(4)成为既有有吸引又有与之相当的排斥，“同性相吸、异性相斥”的相互作用。 物理是实验科学，文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 由假设或数学推演得出正反物质间相互排斥的结论，尚需实验来验证。若实验结果正反物质间不是吸引而是排斥，当前建立在爱因斯坦引力理论基础上的宇宙学必将发生重大变化。对建立在“等当性原理”基础上的广义相对论也是重大冲击。
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user: 3. 宇宙中的反物质及其分布 在粒子物理中，正粒子与反粒子是完全对称的。然而，天文观测已确定，在我们周围10 Mpc (Mpc百万秒差距)范围内没有反物质星系。“按粒子物理已经知道的相互作用，正反物质没有可能作大尺度的分离。基于这个道理，10 Mpc范围内没有反物质星系，几乎等于肯定了全宇宙没有反物质星系。” [ 6 ] [ 7 ] 。 这是原初宇宙中重子比反重子多亿分之几的结果？但这微小的差异是怎么产生的？理论家一直在努力寻找对称性可能遭到破坏的理论根据而无果 [ 8 ] 。正反重子湮灭转化成的辐射，之后仍要产生反重子，这些反重子的去向仍需交代。用原初宇宙中重子比反重子多亿分之几的假设并不能真正解开为什么没有反物质之谜。 既然正反粒子是完全对称的，为什么我们周围没有反物质构成的天体？ 有没有可能是反物质世界离我们的距离远超10 Mpc，现有技术发现不了？－其前提自然是宇宙中存在能够将正反物质分离的相互作用。 存在能让正、反物质分离的相互作用吗？ 倪光炯教授提出的正反物质间“同性相吸、异性相斥”相互作用，正是能够将正反物质分离的相互作用。 宇宙中是否存在反物质和反星系，已进行多年探索至今没有结果。寻找反物质星系的困难在于正反物质发出的光子属于镜面粒子，光学及射电望远镜不能分辨发光体是正物质还是反物质。 但下面这项看似与反物质探测没有直接关系的观测，却给出了宇宙中反物质星系位置的线索。 为探讨宇宙在非常大尺度上的结构和演化，近年来Broadhurst等几个小组开展了对遥远星系的红移巡天。巡天通常选取若干方向上很小天区内(~1˚ × 1˚)的星系作为样本，而巡天都达到前所未有的深度。 这些观测发现，星系表现出在空间上很强的成团性。令目前所有的模型和理论无法解释的是，星系密集的峰的出现似乎存在规律性，或者说星系密集区间的距离似乎是周期性的。 图1中显示的是观测的396个样本星系中任意一对星系与我们距离之差的分布。虚线标出了128 Mpc (约4.2亿光年)整数倍的位置，可以看到，分布的确是在128 Mpc整数倍处呈现明显的峰 [ 9 ] [ 10 ] 。 图1. 样本星系对按距离差的分布(虚线是128 Mpc整数倍位置，距离差在128 Mpc整数倍处呈现明显峰值) 这种星系红移分布中的规则性更是目前任何模型或理论无法解释的。加州大学伯克利分校的著名天体物理学家Davis说：“如果星系分布的确是周期性的，我们对早期宇宙的了解可以说比零还少。” 图1中星系密集区密度比稀疏区密度要高一倍以上绝非观测误差所能解释。将每个星系密集区视为一个超星系团中心，星系密度从中心向外逐渐减小，在两个超星系团交界区星系密度达到最小；星系分布位置的周期性表明这些超星系团中心之间保持128 Mpc倍数的间距。这些特征，现有宇宙学理论无法给予解释。 设想这些超星系团有的是正物质集聚组成，有的由反物质集聚组成，“同性相吸异性相斥”相互作用使它们之间保持一定间距，形成如晶体中正负离子那样相间分布。现代宇宙学存在的“加速膨胀的斥力来自何处、宇宙整体上为何超视界均匀、反物质星系在何处”三大疑难也许能同时找到答案。
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user: 5. 反物质探测及反氢原子引力实验在积极进行中 在包含正反物质的系统中，“万有引力”定律(1)式，应推广为(4)式的想法曾被众多学者提及。著名物理学家Д.ИВАНЕНКО、Schiff等都提出过。这些设想都有一定根据，正反物质间究竟是吸引还是排斥，最终得由实验判定。 用冷原子在真空中下落测量地球重力加速度的技术已经成熟 [ 16 ] [ 17 ] 。用冷反氢原子代替正物质冷原子在真空中观测其下落还是上升，可判定正反物质间吸引还是排斥。 欧州核子中心反氢激光物理装置(ALPHA)项目的科学家们在对反氢原子的特性展开研究。他们正在建造一台ALPHA-g的新设备，利用它来观测冷反氢原子在地球重力场中运动受到的力是引力还是斥力，ALPHA-g预计将于2017年底之前建成，2018年投入使用，有望得到正反物质间吸引还是排斥的实验结果 [ 18 ] 。 在这项实验中，若冷反氢原子在地球重力场中下落，表明“牛顿万有引力定律”和“爱氏时空引力理论”适用于同时含有大量正反物质的宇宙系统，所有物质之间均互相吸引，“万有引力定律”无须更名；上升，表明正反物质之间互相排斥，“万有引力定律”将被“同性相吸异性相斥”物质相互作用定律替代。此时，等效原理不再成立。如果在观测可及范围，发现反物质星系，对于正反星系共存的宇宙，“广义相对论”就不再适用。“现代宇宙学”绝大部分研究成果都是以“广义相对论”为基础。宇宙学研究将翻开新的一页。 从上世纪90年代开始，诺贝尔物理奖获得者丁肇中主持的阿尔发磁谱仪(AMS)项目，一直在寻找反物质。经过20多年探测，有900亿个粒子飞进了AMS探测器磁铁通道。这些粒子中是否有反氦之类的反物质？谨慎的丁肇中至今没有宣布实验探测结果。 ALPHA-g的实验和寻找反物质的结果有可能导致目前标准宇宙模型的基本观念发生重大变化，并对广相的适用范围加以限制。
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user: 6. 结语 了解宇宙一直是人类的梦想。从望远镜发明、发现万有引力定律起，400年时间总算有了一个能用观测检验并被科学界接受的“标准宇宙模型”，无疑是很震撼人心的成就。 但这个宇宙模型存在宇宙从奇点中爆炸产生，初始时刻其能量密度无穷大，物理上无法接受奇点和无穷大，不少人对这一图景持强烈反对态度。 2004年34位知名科学家和工程师在英国《新科学家》杂志上联名批评“大爆炸宇宙学”。批评这个理论“越来越多地以一些假设，一些从未被实证观察的东西作为自己的论据：暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的例子。∙∙∙∙∙∙不断求助于新的假设来填补理论与实际之间鸿沟的做法，在物理学任何其他领域中都是不可能被接受的。∙∙∙∙∙∙离开了暴胀之类的假设它就无法解释宇宙中相距遥远的各部分何以会有着相同的温度并发出同量的微波辐射。∙∙∙∙∙∙而离开了暗能量，根据大爆炸理论计算出来的宇宙年龄就只有80亿年∙∙∙∙∙∙该理论不断地在增补可调整的参数，就像托勒玫的地心说总是需要借助本轮和均轮来自圆其说一样”。公开信贴到网络上后，又得到400多位科学家的签名支持，表达了希望“宇宙学”能够修正和克服诸多缺憾的期望。 一个重大科学理论建立过程中经历不断修正和增补完善是十分正常的，事实上现代宇宙学理论也是在不断修正中发展：观测到“星系退行”，静态模型发展为膨胀模型；观测到膨胀并非减速而是出乎意料在加速，宇宙学家意识到只有引力的片面，必须引入斥力；“微波背景辐射”证实宇宙整体上超视界的均匀性和空间大尺度的平直性，宇宙学家用猜测性的暴涨理论解释超视界均匀性，却难以证实暴涨确实发生过。 遥远星系密度分布在128 Mpc整数倍处呈现明显峰值的现象，目前任何模型或理论无法解释。此项观测结果对现有理论提出了严重挑战。关于星系的这种可能的周期分布国际上已有人开始从理论上提出模型来加以解释，如果这种周期性的确存在，目前标准宇宙学的基本观念必然再次发生重大变化。 文献 [ 18 ] 指出：“ALPHA团队将观察在地球引力场存在的情况下，反氢原子是否像常规物质一样落下–或向上移动，完全抵抗重力。后一种可能性极不可能。但是，如果观察到这种现象，我们目前对爱因斯坦广义相对论所概述的对宇宙的理解将被彻底颠覆” 本文对当代宇宙学存在缺陷本质原因的思考，以一个“正反物质对称、引力斥力共存、加速膨胀宇宙模型”，加入解释者的队伍奉献于此。这个模型的设想是否符合实际，可以用“同性相吸、异性相斥”一级近似的牛顿相互作用定律控制下的，正反粒子组成的粒子体系运动演化的数值模拟来做初步检验。 40年前作者曾预测“宇宙膨胀并非减速而是加速”；与ALPHA团队“后一种可能性极不可能”的设想不同，今天再次预测，欧州核子中心反氢原子在地球重力场中不是下落是上升——这个预测的对错，无须像上一次那样等待二十年，ALPHA-g的实验结果近几年就能知晓。 粒子物理对正物质和反物质一直是平等看待的。随着天文学观测视野的扩展，反物质世界迟早会进入我们视野。此时，在正物质世界里总结出来的“万有引力”定律的片面性才会反映出来。ALPHA-g对反氢原子的下落或上升的实验将证实引力“万有”的片面，纠正“物质相互作用”只有吸引没有与之相当排斥的错误。 恩格斯在《自然辩证法》“运动的基本形态”一章中，对最低级、最简单的物质位置变动运动形态(现代宇宙学研究的主要就是星系位置变动运动)的特性是这样分析的： “就最一般的意义来说，运动是物质的存在形式、物质的固有属性，它包括宇宙中发生的一切变化和过程，从简单的位置变动起直到思维止。研究运动的性质，当然应当从运动的最低级、最简单的形态开始∙∙∙∙∙∙在自然科学的历史发展中我们看到：最先发展起来的是关于最简单的位置变动的理论，即天体的和地球上质量的力学∙∙∙∙∙∙如果两个物体相互作用，因而它们一个或两个发生位置变动，那么这一位置变动就只能是互相接近或互相分离。这两个物体不互相吸引，就互相排斥∙∙∙∙∙∙所以一切运动的基本形态都是接近和分离、收缩和膨胀，一句话，是吸引和排斥这一古老的两极对立。”“一切运动都存在于吸引和排斥相互作用中。然而运动只在每一个别的吸引被另一个地方的与之相当的排斥所抵消时才有可能发生。否则一个方面逐渐会胜过另一方面，于是运动最后就会停止。所以，宇宙中的一切吸引运动和一切排斥运动一定是互相平衡的。因此，运动既不能消灭也不能创造这一定律就采取这样的形式：宇宙中有一个吸引运动，就一定有一个与之相当的排斥运动，反过来也一样；或者如古代哲学在力的守恒或能量守恒定律在自然科学中形成很久以前所说的，宇宙中一切吸引的总和等于一切排斥的总和。 [ 19 ] ”。 恩格斯的上述论述好像就是对140年后现代宇宙学将会发生的事情述说的。 如果ALPHA-g的实验结果支持“异性相斥”，也只是纠正了对“物质相互作用”只有吸引没有排斥的片面认识。 引力相互作用(应该改称“物质相互作用”，这里仍暂用它)是四种基本相互作用中最早了解却又是了解得最肤浅的。原因在于它的强度太微弱，在实验室中测量引力的各项特性十分困难。对引力规律的认识主要通过对太阳系行星运动观测的分析。100年后，卡文迪许用扭秤在实验室中也只是测出静态的两个物体连线方向的法向力符合万有引力定律。 电磁学的三个最基本的实验定律：库仑定律、安培–毕奥–萨伐尔定律、法拉第定律，在1785年到1845年的60年间就在实验室中相继完成。库仑定律测得静态电荷之间的法向作用力，后两个实验给出了运动电荷之间非法向力的作用规律。二十年后，麦克斯韦在三个实验定律基础上，导出了麦克斯韦方程组，电磁相互作用成为四种相互作用中认识得最好的一种。(1849~1850年，菲索和傅科用齿轮法和旋转镜法测出光速，支持了光就是电磁波的认识。值得提一下的是：2012~2018年，我国科学家利用精密重力仪测得太阳引力变化引起的重力固体潮汐数据，得出引力相互作用传播速度与光速相同。在引力传播究竟需不需要时间这个在物理学家中仍存在分歧的问题上，给出了用观测数据得出的结论。 [ 20 ] [ 21 ] )。 电磁学的库仑定律与万有引力定律有相似的形式，电磁学依靠三个实验取得进展的历史，可供引力研究借鉴。 卡文迪许的扭秤只是对两个静止物体连线方向的法向力作了实验测量。至今科学界没有能够在实验室中做出运动质量之间，类似安培定律关于运动电荷间作用力的实验。 令人欣慰的是，我国南昌市铁路一中物理教师朱永焕，另辟蹊径想出了测量运动物体间引力的方法！ 卡文迪许实验中，两个大球位于用直杆连接的两个小球的两侧，小球和大球都处于静止状态。朱永焕仍然用卡文迪许扭秤做实验，不同的是：两个大球分别位于两个小球连线方向的外侧，测量时大球处于转动状态 [ 22 ] 。 朱永焕老师在中学物理实验室中，经二十年实验与改进，得出：位于转动大球旁的小球受到垂直于大小球连线方向的切线力。从实验中大球不同大小、不同转速对小球产生的切向力比例变化等结果看，朱永焕的实验条件虽然简陋，但很值得关注。如果朱永焕的实验能够被国内有关物理实验室重复，绝对是引力研究中的大事。遗憾的是，朱永焕的书出版已经过去了13年，没有见到一个国家实验室来检查、重复朱永焕的实验。 物理学是实验科学，只要必要的实验能够做出来，理论上的进展是可以期待理论物理学家据此而做出的。我们期待ALPHA-g的实验结果；也期待朱永焕的实验能够被检验和重复，并做出更精确的结果。
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user: 摘 要 在矿井井下测量工作中，巷道特殊位置外界环境的差异，会给角度测量带来较大误差。本文重点分析了测角误差来源，并结合某矿井井下导线测量的实例，检测出具有较大误差的角度，分析环境对其影响，并加测陀螺边对测角误差进行修正。 关键词 :井下导线测量，环境差异，测角误差，陀螺边 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 为满足矿井井下基础建设和开采掘进的需要，井下布设具有较高精度的控制点对测量工作的顺利、安全开展具有重要意义。井下导线测量是获得井下控制点坐标的一种常用方法，为提高导线测量精度，需充分考虑测量过程中测距误差与测角误差带来影响 [ 1 ]。随着科技水平的提高和高精度测量仪器的出现，使得仪器对测量结果的影响变得十分微小 [ 2 ]。外界环境对测距误差的影响，大量学者在这个方向进行了研究，并提出了具体的定量公式对测距误差进行改正 [ 3 ]。测角误差的来源较为复杂，主要有测量误差、仪器误差、外界环境影响等，特别是外界环境对其的影响，呈现随机性，难以定量描述。井下导线通常也比较长，为了控制测量误差在允许范围之内，保证测距不能过长的同时，增加了测角个数，于是对井下导线测角误差的分析具有十分重要的意义。本文重点研究井下特殊环境对测角的影响，采取方法检测具有较大测量误差的角度，并对其测量值进行修正，以提高导线测量的精度。
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user: 2. 环境对角度测量的影响 在井下导线测量过程中，由于巷道环境的复杂性，极大地增加了测量的难度，同时也带来了较大的测量误差。测角误差的来源主要是以下几个方面： 1) 温度对测角误差的影响 全站仪的正常工作具有一定的温度范围，标准温度为20摄氏度，当温度过高或者过低时，都会通过影响全站仪的内部结构，从而影响全站仪的测量精度 [ 4 ]。由于外界温度的影响，全站仪竖轴误差会增大，从而带来较大的水平角的误差测量，在补偿器对这种误差进行改正时，由于温度不一致会导致补偿器内液体发生热胀冷缩，从而产生补偿误差，尤其在使用同一台仪器在前后两个温差很大的点进行测量时，这种误差对测量结果的影响更加显著 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。 2) 空气透明度对测角误差的影响 全站仪的测量原理是通过全站仪发射一条光束到达棱镜，然后再反射到全站仪，由此测量出两点之间的距离和角度。在井下巷道中进行测量时，由于受到井下工作环境的影响，空气中的矿尘密度较大，加上通风条件不完善，温度较高，使得空气中的水蒸气凝结成小水珠，这些因素影响了导线测量时周边环境的空气透明度。空气透明度不够影响光束的传播，这种影响使得仪器在对棱镜进行照准时产生误差，从而增大测角误差 [ 9 ]。 3) 大气折光对测角误差的影响 井下巷道受到巷道作用功能的影响，每条巷道的光照强度有所不同，在靠近工作面的巷道中光照强度强，远离工作面的巷道光照弱。在两条功能不同的巷道间进行导线测量时，由于两条巷道光照强度不同，在巷道连接处进行测量时由于光照强度的变化，所测量的角度误差会比正常情况下的误差大。当前后视的光照强度比较均匀时，由大气折光所产生的误差较小，可以忽略不计 [ 10 ]。
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user: 3. 实例分析 以某矿井的贯通测量工程为例，井下施测按导线测量方式进行，其示意图如图1所示。XY1-XY5为轨道大巷控制点，TF2-TF6为通风大巷控制点，TF1为巷道连接点。为确定导线的方位，对XY1-XY2、XY5-TF1和TF5-TF6三条边进行陀螺定向，测得其方位角。由于具体因素限制，通风大巷长期处于封闭状态，内部环境稳定，但其环境条件与轨道大巷具有较大差异，如表1所示。为了加快测量速度，通风大巷刚打开、未等两巷道环境相适应就开展了测量工作，测量了导线的各转折角。对整条导线分段按方向附合导线进行闭合差计算，结果见表2。 图1. 井下导线示意图 Table 1 Comparison of external environment of roadwa 位置 温度(度) 压强(千帕) 湿度 轨道大巷 24.5 103.7 25% 通风大巷 33.7 105.3 40% 表1. 巷道外界环境对比 Table 2 Calculation results of traverse closure error (units: 附合导线 全长闭合差 转折角个数 限差 XY1-TF1 25 4 28 XY5-TF6 56 5 31 XY1-TF6 81 9 42 表2. 导线闭合差计算结果(单位：) 注：井下导线按7导线进行布设，闭合差限差计算公式： ε = 14 n ，ε为闭合差限差，n为测站数。 由表2可知，附合导线XY1-TF1段满足限差要求，XY5-TF6段超限，整体XY1-TF6段闭合差也不满足测量要求。可以排除附合导线XY1-TF1段测角误差影响，应重点分析XY5-TF6段测角精度，可以推断具有较大误差的测角应来源于此测段。 为检测XY5-TF6段测角误差，待间隔上一次测量一段时间后，另加测陀螺边TF1-TF2，并重新测得两巷道环境对比如表3。结合表1，可以看出此次测量轨道大巷和通风大巷环境已相适应，具有相同的环境条件。按第一次测量的导线转折角，重新计算导线闭合差，如表4。 Table 3 The outside environment of the roadway is compared agai 位置 温度(˚) 压强(kpa) 湿度 轨道大巷 24.2 101.5 25% 通风大巷 24.5 101.3 25% 表3. 巷道外界环境重新对比 Table 4 Recalculation of traverse closure error (units: 闭合导线 导线全长闭合差 转折角个数 限差 XY1-TF2 57 5 31 TF1-TF6 23 4 28 表4. 导线闭合差重新计算结果(单位：) 由表5可以看出，TF1-TF6测段满足限差要求，测段上各转折角应具有较小的测角误差；此次XY1-TF2测段超限，而由表2可知，XY1-TF1测段不存在具有较大测量误差的转折角。综合分析，处于特殊位置的巷道连接角∠XY5-TF1-TF2，应具有较大测量误差，测角误差主要来源于外界环境。 Table 5 Contrast of roadway connection angl 次数 测量值(˚ ' “) 真值(˚ ' “) 差值“ 第一次 119 33 01 119 32 35 26 第二次 119 32 37 119 32 35 2 表5. 巷道连接角对比 为验证此结论，重新在TF1上架站，测得转折角，利用陀螺边XY5-TF1、TF1-TF2可以反算测角真值，并对比第一次测量角度值，如表5所示。 由上表可以看出：第一次测量具有较大的误差，主要受到两巷道环境较大差异的影响。待到环境因素一致时，第二次测量结果十分接近于真值，测角结果具有较高的精度。综上可得，环境因素对于角度测量的影响不容忽视，进行角度测量应在稳定、适宜的外界环境进行。
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user: 4. 结束语 本文重点研究了井下外界环境对角度测量的影响，做出定性分析，并检测出特殊位置具有较大测量误差的角度，利用陀螺边进行检核。井下环境较为复杂，不同位置环境差异较大时，对角度测量的影响也会增大，需重点考虑测角误差对测量结果的影响。针对井下导线测量，提出以下几点建议： 1) 在进行导线测量时，尽量保证导线布设在同一外界环境中，保证仪器在适宜的环境条件中工作； 2) 通过加测陀螺边，可以检测出具有较大误差的角度，并减小测角误差的累积； 3) 在两个不同外界环境的连接处进行测量时，为了减小测量误差，需重新调制仪器，并待环境稳定后重新测量，以便检核。