DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 11. 应用实例 11.1. 克拉苏气田克深5区块试采地面工程 [ 2 ] 克拉苏气田克深5区块试采地面工程中单井井场工艺主管线为DN100双相钢材质，所有管阀件总长约20 m，DN100焊口28道、DN50焊口12道(不含放空管线)，仪表根部原件焊接8处。2016年~2018年管道二公司在克拉苏气田克深5区块试采地面工程中采用本工法先后完成了4座双相不锈钢16 MPa高压气井的工艺管线安装，模块化焊接预制率达到95%以上，最大限度降低了现场施工的工作量，与传统工艺管线施工相比，单井模块化工艺管线施工工期由原40天缩短至15天，工效提高60%。不仅解决了单井施工工期要求高、交叉作业多的问题，而且在特殊原因停井时可直接拆卸工艺管线和设备安装至其他井场，实现重复利用，安全经济效益显著。目前，业主已在整个油田全面推广应用撬装化、模块化安装技术。 11.2. 长庆油田第二采气厂2018年产能建设地面工程 [ 3 ] 长庆油田第二采气厂2018年产能建设地面工程包括集输线路157.83 km (管径φ60~φ323)，集气站2座，井场35座，及配套道路、通信工程。管道二公司采用本工法将井场单井工艺管线模块化预制，单井工艺预制焊接从井口连接处至汇管连接处，现场施工部分仅进行地下汇管部分焊接及安装。模块化焊接预制率达到95%以上，最大限度降低了现场施工的工作量，与传统工艺管线施工相比，模块化工艺管线施工工期(井场按4口井计)由原10天缩短至4天，工效提高60%。 11.3. 伊拉克鲁迈拉油田地面管线项目 伊拉克鲁迈拉油田地面管线项目φ168-φ219井口管线安装165.76 km，φ406站间管道安装4.5 km，φ762注水管道安装14.15 km，井口工艺安装87座，脱气站工艺安装22座，脱气站注水分输撬安装3座，脱气站连头3处，脱气站撬装设备维修7座，等级公路顶管穿越685 m/45处，工艺管件预制78套，混凝土管墩安装16，433个，旧管线冲洗试压122条，260米跨接井口管线安装，井口管线保温管墩调整1345个，完成管线保温累计218.25千米；不锈钢扎带绑扎218.25千米，CPS6水站升级改造。管道二公司采用本工法将井场工艺管线分模块预制，预制率达到95%以上，最大限度降低了现场施工的工作量，与传统工艺管线施工相比，单井模块化工艺管线施工工期由原20天缩短至7天，工效提高65%。
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user: 摘 要 本文针对冀东油田浅层边底水常规稠油油藏筛管完井的高含水水平井采用常规工艺无法降低含水的问题，分析了油井高含水和后期治理措施失效的原因，开展了高含水段和低含水段之间ACP有效的分隔技术、利用ACP提供的井筒条件下对高含水段深部封堵技术、对低含水段的二氧化碳吞吐技术研究，形成了浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术，现场实施见到较好的效果。 关键词 :水平井，筛管完井，高含水，ACP，二氧化碳吞吐，精准治理 Copyright © 2020 by author(s)， Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 目前国内一些疏松砂岩油藏依靠水平井开发，并采用固井射孔、防砂筛管等方式完井，部分井生产一段时间后由于边底水突进含水快速上升，并进入到特高含水阶段 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。针对这种情况，目前国内已先后开展了化学堵水、选择性堵水、卡水、吞吐等技术研究，见到一定的效果。如塔河油田砂岩水平井针对水平段全部或大部井段出水的井采取注水泥封堵整个水平段 [ 4 ]；中海油研究形成了一系列成胶时间可调、强度可控的无机铬凝胶体系 [ 5 ]；辽河油田开展了水平井基于电控阀控水管柱的梯度智能控堵水试验 [ 6 ] [ 7 ]。大港油田彩南油田开展了水平井堵水技术研究 [ 8 ]。冀东油田开展了水平井二氧化碳吞吐技术研究，并研制了一种水平井预置速凝堵剂管外封窜技术 [ 9 ] [ 10 ]；田维等提出了水平井氮气+凝胶堵水技术 [ 11 ]；何磊进行了水平井环空化学封隔定位堵水剂合成及性能评价 [ 12 ]；杨振杰等研制了新型XAN-SP环空化学封隔器材料 [ 13 ]；于永生等研制了适合水平井堵水的触变膨胀型高强度堵剂及分段注入封堵工艺 [ 14 ]。吉林油田开展了大安北致密油水平井压裂后高含水的治理技术研究 [ 15 ]；闫海俊等研究了冀中地区高含水水平井深部堵水工艺决策方法 [ 16 ]。但这些技术主要是基于固井射孔完井水平井而研究的，由于筛管外环空存在轴向窜流现象，在筛管完井水平井上实施效果较差。冀东油田有筛管完井水平井400多口，由于边底水突进，大部分水平井处于特高含水阶段，近年来采取化学堵水、二氧化碳吞吐等技术，取得了一定的效果，但随着实施轮次增加，效果逐渐变差，急需二氧化碳吞吐后期的高含水治理技术。鉴于国内筛管完井水平井高含水治理研究成果较少，没有成熟有效的治理技术可以采用，为此作者研究了一种浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术。
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user: 2. 浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术 2.1. 技术原理 冀东油田近十年来实施二氧化碳吞吐，初期取得比较好的效果，但随着吞吐轮次增加，效果逐渐变差，当超过5轮次后二氧化碳吞吐已不见效。作者分析效果变差原因是：高强度出水段渗透率相对较高，并在液体冲刷作用下形成大孔道，每一轮吞吐时注入的二氧化碳几乎全部进入到这些区域，由此造成二氧化碳无法进入到其它的中低强度出水段和出油段，二氧化碳的贾敏效应以及对原油溶胀、降粘、增能作用无法发挥。 为提高多轮次二氧化碳吞吐后仍高含水的水平井降水增油效果，作者提出浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水阶段精准治理技术，其技术原理是：① 首先进行水平井找水和水平井测试，明确水平井水平段的渗透率、含油饱和度和出水区域；② 在相对高渗段和相对低渗段之间(或含油饱和度明显变化井段、出水段与非出水段之间)建立筛管外ACP，对管外环空及近井地带进行可靠分隔和阻流分段，为后期精准治理提供井筒条件；③ 在管外ACP提供的井筒条件下，对相对高渗井段(或含油饱和度相对低井段或出水段)采用化学堵水与封口，实现对高含水段深部封堵和井筒内封堵；④ 对渗透率相对较低井段(或含油饱和度相对高井段、或非出水井段)进行二氧化碳精准吞吐。 适用条件：适用于筛管完井水平井；适用于水平井段非均匀出水、出水点相对集中的水平井。 2.2. 实施步骤 ① 进行冲砂、洗井、刮削、管柱试压等准备工作。② 水平井测试确定ACP位置、出水段、二氧化碳精准吞吐段。③ 下ACP挤注管柱，内置堵剂，下到预定位置并建立ACP。④ 下入验封管柱验封ACP可靠性。⑤ 下入注堵剂管柱进行挤注堵剂施工。⑥ 候凝、刮削。⑦ 下入杆式泵。⑧ 上提抽油杆出泵筒后，向油管内注二氧化碳，之后焖井。⑨ 下放抽油杆入泵筒后，开泵生产。⑩ 生产一段时间后，后续再进行多轮吞吐，每一轮吞吐时需要上提抽油杆向油管内再次注入二氧化碳、下放抽油杆入泵筒并焖井后生产。 在实施过程中：工序③~④涉及水平井注射器式放置ACP的管外有效分隔工艺，工序⑧、⑩涉及水平井二氧化碳精准吞吐工艺，这两项工艺是浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术的关键工艺，本文进行重点研究。工序②涉及水平井找水工艺，工序⑤涉及水平井精准堵水工艺，这两项工艺是浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术的配套工艺，国内已有相关的一些研究成果，本文做简要论述。
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user: 4. 配套工艺研究 4.1. 水平井找水工艺 基于水平井内测试仪器下入困难，作者提出液力输送 + 中子氧活化测量 + 气举举升测试的水平井找水工艺，其找水工艺管柱如图14所示。① 工艺过程：在水平井内下入气举管柱，管柱内下入中子氧活化测量仪器，仪器下到水平段时，向油管内泵入液体，液体驱动中子氧活化测量仪器下入井底，然后气举排液，地层流体流入井筒，同时上提测试仪器，测试仪器可以在此上提过程中测试水平井各段的出液情况。② 中子氧活化测量仪器由上、下中子发生器和四个探测器组成，在测试过程中中子发生器将流动的水活化，活化水发出伽马射线，在流经下游探测器时被探测到，测量流经两个探测器之间的时间就可以计算流量。③ 适用范围：5~1/2 in、7 in井眼；流量50 m 3 /d~400 m 3 /d；量误差 ≤ ±10%；耐压：80 MPa；耐温：135℃。 图14. 水平井找水工艺管柱示意图 4.2. 水平井精准堵水工艺 1) 精准堵水工艺管柱：丝堵 + 油管 + K341封隔器(定位于设置有ACP的筛管范围内) + 定压阀 + K341封隔器(定位于设置有ACP的筛管范围内或最上部筛管的上部套管内) + 油管至井口。 2) 堵剂材料：目前常用的堵水体系，一是复合凝胶类，如选择性堵水剂、WT凝胶堵剂等；二是颗粒类，如木质素颗粒、柔性颗粒等。这些堵剂封堵强度大、稳定性好，突破时间较长，封堵作用明显，可有效降低水窜通道渗透率。 3) 实施工艺：① 组配精准堵水工艺管柱；② 先注入前置段塞；之后注入堵剂段塞；最后注入顶替段塞。施工过程中施工压力控制在ACP段塞所能承受的压力之内。 4) 水平井堵剂注入量设计：基于物模实验可以看出化学堵剂在水平井外地层中的分布形态(均质)如图15所示，因此，结合层状油藏水平井特点，将水平井堵剂注入量设计模型简化为如图16所示的状态，其计算公式如式2所示。 V = 4 3 ϕ π a b c [ 17 ] (式2) 式中： ϕ —孔隙度； a —水平井堵剂注入井段长度，m； b —短轴，取油藏厚度的一半； c —长轴，横向作用半径，根据渗透率、剩余油饱和度确定，水平井5~8 m。 图15. 堵剂在水平井外地层中的分布形态(均质) 图16. 水平井堵剂注入量设计模型
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user: 5. 现场应用 现场应用：针对冀东油田浅层油藏筛管完井水平井经多轮吞吐后仍高含水的3口油井实施该技术，实施成功率100%，平均降低含水20个百分点，平均增油600 t。 典井井例：G104-5P85井为高浅北区生产馆陶组的一口水平井，2007年11月投产。水平段设置3段筛管，2057.54 m~2076.42 m (18.88 m)、2092.34 m~2172.78 m (80.44 m)、2191.7 m~2316.35 m (124.65 m)，筛管段长度223.97 m。该井投产后稳定生产3年，之后油井高含水，含水99%，2011年开始先后进行五轮二氧化碳吞吐和一轮氮气吞吐后，至2018年底生产液量6.5 t/d，含水100%。2019年4月初实施了碳氧比和产液剖面测试，结果显示三处井段相对产出量较多，2092 m~2112 m井段占59.7%，2195 m~2216 m井段占15.7%，2241 m~2258 m井段占24.6%。综合分析认为：上段为主产液段，含油饱和度较低，潜力较小；下段历史产液少、含油饱和度高，有增油潜力。选择该井浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水阶段精准治理技术试验，实施过程：① 在2180 m~2184 m井段间建立ACP，堵剂用量450 L，施工压力28 MPa；② 在ACP位置试压，稳压10 MPa，20 min压力不降；③ 对ACP以上的筛管段(2057.54 m~2172.78 m)注入交联聚合物堵剂溶液1000 m 3 ，关井候凝五天；④ 下入机械管柱卡封ACP以上的筛管段，起到化堵封口作用；⑤ 下入杆式泵，对下段(2191.7 m~2316.35 m)二氧化碳吞吐，注入二氧化碳300 t；⑥ 将杆放入泵筒，焖井后生产，含水由100%下降至30%，日产油由0 t上升至6 t，目前累计产油1000 t。
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user: 6. 结论 针对浅层常规稠油油藏筛管完井的高含水水平井采用常规工艺无法降低含水的问题，形成了高含水段和低含水段之间ACP有效的分隔、利用ACP提供的井筒条件下对高含水段深部封堵、低含水段的二氧化碳吞吐的水平井高含水综合治理技术。 研制了筛管外建立ACP的相关工具和材料，形成了水平井注射器式放置ACP的管外有效分隔技术，实现了筛管外部建立高强度固井环的目标，为后期水平井精准的地层封堵、管内分段等措施提供井筒条件。 明确了二氧化碳吞吐的作用机理，开展了二氧化碳吞吐相关工艺参数研究，形成水平井中低强度出水段和出油段的二氧化碳精准吞吐技术，转变了二氧化碳的作用区域，避免了吞吐过程中的二氧化碳的无效利用，提高了水平井的动用程度。 研究了液力输送 + 中子氧活化测量 + 气举举升测试的水平井找水工艺，解决了水平井内测试仪器下入困难的问题，为水平井后期精准治理单井方案制定提供依据。 浅层常规稠油油藏筛管完井水平井高含水综合治理技术现场试验和应用效果较好，为筛管完井水平井高含水的提供了一种有效治理手段。
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user: 摘 要 以长输管道全自动焊接机组为基本对象，分析其在现阶段的管理状况，结合投入产出原理，确定经济焊接工程量；此后，阐述全自动焊接检测反馈状况对工程的影响；最后，对全自动焊接技术作出展望，分析其在长输管道建设领域的应用趋势。 关键词 :长输管道，全自动焊，机组，工程经济 Copyright © 2020 by author(s)， Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 长输管全自动焊技术应用优势显著，兼具高效率、高稳定性等多重特点，是长输管道建设领域的重点技术 [ 1 ]。但从我国的发展状况来看，全自动焊接技术并未在长输管道中发挥出应有的作用，有必要深入探讨全自动焊接技术，提高其应用水平 [ 2 ]。 目前，长输管道施工管口焊接有多种焊接方法，主要的有向上焊、下向焊、手工半自动焊、气体保护焊、全自动焊、挤压电阻焊等，我国常用的是下向焊和手工半自动焊。但是随着对焊接质量及焊接效率要求的提高，国外越来越多地开始采用自动焊接工艺。国外管道焊接施工经历了手工焊和自动焊的发展历程。手工焊主要为纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊。在管道自动焊方面，目前苏联研制的管道闪光对焊机，其在前苏联时期累计焊接大口径管道数万公里。它的显著持点就是效率高，对环境的适应能力很强。美国CRC公司研制的CRC多头气体保护管道自动焊接系统，由管端坡口机、内对口器与内焊机组合系统、外焊机三大部分组成。到目前为止，已在世界范国内累计焊接管道长度超过34，000 km。法国、前苏联等其他国家也都研究应用了类似的管道内外自动焊技术，此种技术方向已成为当今世界大口径管道自动焊技术主流。
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user: 2. 全自动焊接机组的管理现状分析 中石油天然气管道局(以下称管道局)自主研发的CPP900自动焊设备近日完成了4000道口总里程焊接任务，合格率达到95%以上，此技术成功打破国外垄断，推动了中国管道建设设备国产化进程。 2019年12月中旬，寒潮一阵阵袭来，气温降至零下20度。辽河旁的中俄东线中段项目施工现场，熊谷管道全自动焊机机组正在持续进行管口焊接。因施工现场处于高纬度沼泽地带，冬季地面结冰封冻正是施工的好季节。中俄东线中段起于吉林长岭止于河北永清，共需新建管道1110公里，计划2020年10月建成。此项目共分10个标段，全部采用机械化大流水作业。计划投入31个全自动焊接机组，3571台(套)施工机械，近10，000人员参与施工。 全自动焊接合格率高，焊接参数调定之后，即可实现自动化作业，减少人为操作因素对焊接质量的影响，提高焊口一次合格率 [ 3 ]。 全自动焊接参数调定后能进行连续性作业，提高了生产效率，与其他焊接方法比较，减少了频繁更换焊条、焊丝产生的材料浪费，降低施工成本。同时全自动化焊接作业也降低了工人的劳动强度，但对工人的自身素质和操作能力有更高的要求 [ 4 ]。全自动焊接工艺对管道组对坡口质量和坡口型式要求严格，需要配套的坡口整形机等设备。全自动焊接的保护气体为Ar气体和C气体，因此与其他焊接方法比较，施工环境更为苛刻，现场施工时要求环境风速小于2 m/s。本工法适用于管径DN700以上、壁厚11 mm以上的油气长距离输送管道水平固定对接的全位置下向焊焊接施工。本工法需要良好的工程施工环境，适于在地势平坦开阔的地段 [ 5 ] [ 6 ]。 全自动焊接对坡口要求严格，必要时用坡口整形机对管口进行整形。管道全自动焊接管口组对尺寸如图1所示。 图1. 管口组对 管组对接头的坡口形式应为V型，管道坡口角度应为22.5˚ ± 0.5˚，钝边1.22.0 mm间隙2.0~3.0 mm组对错边量按10管壁厚控制。对口采用内对口器(连头碰死口及其它不能使用时内对口器时采用外对口器)施工时，应在根焊一遍后，方可卸除内对口器。使用外对口器时，必须在焊口整个圆周上均匀分布4~6处定位焊，每一处定位焊长度不应小于100 mm且在卸下外对口器前，定位焊的累计长度不得少于管周长的50%两相邻管的螺旋焊缝在对口处应错开不小于100 mm的距离。 应用全自动焊技术之前，项目部临时组建全自动焊机组，组织机组员工进行培训、考试，完成阶段性全自动焊接。在后续的非全自动焊接施工中，该机组又拆成半自动焊机组或者手工焊机组。这种灵活的施工组织形式可以避免资源的闲置，但同时也使得全自动焊技术的应用陷入了一个“组建–培训–磨合–施工”的循环，全自动焊机组未能进行施工后的提高、改进，不能专注于全自动焊工艺的操作、应用。将全自动焊操作人员固定下来，能促进彼此间的配合，便于工序衔接，有利于技术培训等投入的经验积累。全自动焊机组必须拥有一整套全自动焊设备。目前我国能够完成根焊的内焊机(PIW)有英国NOREAST、美国CRC-EVANS和中国石油天然气管道局3家公司的产品，完成根焊的外焊机有意大利的PWT；填充、盖面的外焊机有NOREAST、RMS、CRCM300和P600、PAW2000和PAW3000，机组一般以外焊机冠名。我国陆地长输管道焊接全自动设备匹配较复杂，不同设备搭配组合的施工操作细节不同，同一种设备间断使用的工作状态也不同，操作人员不连续地使用设备阻碍了全自动焊接功效的提升，固化机组的全自动焊设备将有助于发挥其功效。 全自动焊对施工作业周边环境的温度、湿度、风速、保护气体的纯度、坡口的角度、焊材的批次变化等因素较为敏感，需要根据施工时的实际情况及时调整焊接参数。全自动焊设备是全自动焊应用的硬件设施，具备发挥全自动焊全部功效的技能才是全自动焊机组的核心竞争力。目前，全自动焊机组操作人员具备了全自动焊接设备的基本操作能力，但根据施工现场条件变化，及时、准确地调整设备运行参数和进行设备突发故障维修仍需依赖后方全自动焊专家或外聘技术人员，全自动焊机组的操作人员及相关配合人员对全自动焊技术的掌控能力不足。这种偏事后管理的现状导致不能及时实现焊接参数调整而造成质量偏差损失和等待窝工的成本较大，因此急需提高操作人员的现场调控能力。
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user: 3. 全自动焊接机组的经济焊接工程量 相比于半自动焊，应用全自动焊后可显著提高作业效率，但设备投资相对较高，难以提高经济效益。管道施工所需成本主要包含三部分，即设备、材料及人工。对此，此处以1219 mm管径的管道为例，对具体的经济焊接工程量展开分析 [ 7 ]。 3.1. 焊接效率 从既有经验来看，每千米约有85道口，通过全自动焊接技术的应用，进度约为75道口/天，换算后约为每26.5 km/月。相较于半自动焊而言，应用全自动焊后效率可提高2.5倍(半自动焊的正常工作进度为每月10.5 km)。 3.2. 设备费 从设备租赁成本的角度来看，全自动焊CRC设备的租金约为400 × 10 4 元/月，其具体涉及到的费用包含租赁费、报关费等多种类型。该设备为国外租赁形式，最短租赁时间6个月，若超出该部分则按月结算。对于半自动焊机组，其租金约为140 × 10 4 元/月。 3.3. 材料费 施工机组的材料投入主要包含自购辅材和油料，根据全自动焊机组的工作特点，其对于保护气体的用量需求较高，约10 × 10 4 元/月；相比之下，半自动机组约为9 × 10 4 元/月。 3.4. 人工费 人工成本也应计入总成本范畴中，其中全自动焊机在此方面的投入约为80 × 10 4 元/月，人员数量约为半自动焊的1.4倍，但其创造的工效相对较高，半自动机组约为50 × 10 4 元/月。
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user: 4. 经济分析结果 综合上述分析，在全自动焊机组的总费用组成中，设备、材料及人工费占据较大比重，三者约占总费用的90%；若采用半自动焊机组，所投入的设备费相对较低，3项费用总和约占总量的80%。最低租赁期为6个月，采取全自动焊施工时存在工程量为132.5 km的成本转折点，超出的部分将对成本具有较高的敏感度。两种焊接方式在M = 194.45 km时所对应的成本具有一致性，若M < 194.45 km，此时采用半自动焊的方式可有效减少成本，具体如图2所示。 图2. 全自动、半自动、低设备租赁费成本走势 根据现阶段全自动焊机组的工作特性，其承担的焊接工程量约为100 km，具有全自动焊成本高于半自动焊的特点。从工程经验来看，全自动焊的技术优势并未得到有效的发挥，即难以完全转化为效益，置身于市场经济的大环境下，管理人员并不会贸然采取全自动焊施工技术。对于低设备租赁费的成本计算，其建立在国产设备可创造同等施工效率的前提下，此时成本可由400 × 10 4 元/月降至350 × 10 4 元/月，经济效益较为良好 [ 8 ]。在低设备租赁条件下，在119.14 km时全自动焊和半自动焊的成本具有一致性，同时焊接工程量对成本的敏感度有所下降。由此表明，设备租赁费被压缩后，有助于提高全自动焊的应用能力，其适用范围更广 [ 9 ]。
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user: 5. 焊接工序控制要点 5.1. 准备工作 前期准备工作将对全自动焊的应用效果造成影响，具体应注重全自动焊在纵向坡度中的可行性问题。在开展焊接工作前，需重点检查焊材的型号及批号、保护气体的纯度等，尽可能将其前期准备工作落实到位，从源头上规避焊接缺陷。 5.2. 及时检验焊口 长输管道焊接期间应注重对焊口的检查，每道焊口都应满足质量要求，无论采取超声波检测还是射线检测的方式，均要在焊口满足质量要求的前提下方可组织施工作业；对于不合格的焊口，应通过返修或割口的方式加以处理。若存在缺陷，采取手工焊返修的方式虽然具有可行性但效率较低，通常约为20道口/天，并且可能涉及到管内返修作业，难度将随之加大。根据规定，对于一次返修不合格的情况，需随即割口，并按照6道口/天的进度有序返修。重焊处理的工艺流程复杂，应兼顾热胀冷缩、加短接等方面的情况，施工效率相对较低。对于天数的确定，采取的是向上取整的方式 [ 10 ]。 全自动焊接技术得以有效应用的关键在于及时做好检测纠偏工作，并完整反馈检测结果，从源头上避免大型质量缺陷。由表1可知，检测结果滞后天数的变化将随之对缺陷焊口返修的工作天数造成明显的影响，若要确保检测结果的合理性，则必须给予充足的资源投入。但质量缺陷的影响从原本的一个月压缩到4天后，所能创造的整体价值将明显超过检测资源投入所耗费的成本。 Table 1 Comprehensive influence of lag days of automatic welding inspectio 滞后天数d 待返修口/道 返修天数d 待割口数/道 重焊天数d 合计天数d 1 35 2 7 2 4 3 190 10 38 7 17 5 340 17 68 12 29 表1. 全自动焊接检查滞后天数综合影响 要实现及时获得检测结果，检测方需要投入大量资源进行保障，但是将质量缺陷的影响由一个月压缩到4天，其产生的整体价值远高于检测资源投入的成本。同时，及时完成检测，能更清晰、准确地统计检测信息，对检测方的管理也是一个提升。未来，全自动焊接的施工速度必定会超越已有的75道口/天，而实现100~120道口/天，对检测结果及时性的要求将更加严苛，焊口完成第2天即反馈焊接检测结果是全自动焊应用、发展的必然趋势。
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user: 6. 结论 在现代化工业进程中，长输管道工程的建设规模逐步扩大，通过全自动焊接技术的应用，能够给长输管道工程提供可靠的技术支持，因此需对该项技术形成准确的认识，将其合理应用于长输管道工程中，给工程建设助力。
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user: 摘要 士官职业技术教育作为官兵加强知识储备、掌握岗位技能、提高文化水平的重要手段，其教学效果直接影响着部队整体的战斗力生成。学案教学法是在摸索士官职业技术教育教学规律的基础上，分析教学对象基本情况，结合教学训练与改革新模式、新目标、新方法，开展的一种以学员为主体的教学模式创新与实践，能有效帮助学员提高学习效率，从而加强岗位任职能力与水平。
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user: 1. 引言 学案又称导学案，是以学生为本，经教师集体研究、个人备课、再集体研讨制定的，以课程标准为指导、以素质教育要求为目标编写的，用于引导学生自主学习、主动参与、合作探究、优化发展的学习方案 [ 1 ]。 在士官职业技术教育教学中，学案实施的基础目标是促进学员高效的掌握知识，高级目标是培养学员的自主学习能力，从基础目标迈向高级目标需要在教学中不断探索、创新和实践，才能实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这个“三维目标”的达成。
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user: 2. 以教学效果为目的 引导教学模式创新与实践 教学效果是检验一切教学模式、手段、方法是否适合教学对象、能否达到学习目的的根本标准。所谓“尔欲解其惑，必先究其因”，想提升教学效果，首先应分析学员在学习中存在的问题。根据士官职业技术教育教学规律，影响士官学员学习效果的情况主要包括：理论基础薄弱导致的知识体系框架不完整、没有养成良好的学习习惯导致的学习效率不高、不会总结知识重点内容导致的学习效果不好、固化思维模式导致的知识延展面不够等。 针对这些问题，通过对2016级、2017级两届毕业学员的同一门课进行了“教员用教案，学员用学案”的教学模式探索，与2013级、2014级、2015级三届未使用学案的学员相对比，其终结性考核成绩对比明显(具体数据见表1)。通过调查问卷，有95.7%的学员对这种“学案教学法”印象深刻，100%的学员认为这种教学方法对学习有帮助，且有87.3%的学员认为对他们的学习帮助很大(具体数据见图1)。 由此可见，学案教学法作为一种引导式教学模式，充分体现了教员为主导、学员为主体的“教与学”的良性互补，可以有效帮助学员掌握学习技巧、提高学习能力、达成学习效果 [ 2 ]。
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user: 3. 以教学内容为中心 开拓设计模块创新与实践 学案的设计形式多种多样，可以根据教学对象分层次设计目标任务；可以根据教学内容多元化设计结构纲目；可以根据教学目的针对性设计类型方法等。 Table 1 A comparison of the final assessment results of using and unused learning case teaching metho 序号 毕业班次 平均分 未使用学案平均分 使用学案平均分 1 2013级 85 76.7 2 2014级 80 3 2015级 72 4 2016级 80 81.7 5 2017级 83 表1. 使用和未使用学案教学法终结性考核成绩对比 图1. 学案教学法的学习效果问卷调查情况 在探索适合士官职业技术教育的学案内容过程中 [ 3 ]，仍在不断创新和实践。如××专业2016级学员使用的学案，其形式设置、重点把握、作用体现等方面存在诸多不足，在综合教学督导组专家、教员、学员的意见和建议下，将学案内容设置更精简化、合理化、实用化。总结出学案的模块化设计方法，可以根据不同专业学科的特点、教学对象层次水平、教学方法设计、教学内容难易程度等情况灵活调整，有效发挥其引导作用、链条作用、归纳作用、发散思维作用等。 3.1. 引导模块 学案是辅助学员在开课之初摒去浮躁、快速进入课堂状态的良好工具，教员可充分利用这一特性，在引导模块设置上，突出上节课重点内容回顾和与本次课内容相关的切入点，帮助学员梳理知识结构、连接内容体系、形成知识网络。 引导模块的具体形式可以是研讨式，抛出一个热点问题，让学员积极参与进来的同时，提高了学习热情、了解了学习内容、明确了学习目的；也可以是疑问式，设计层层递进的几个问题，让学员带着疑问学习本节内容，提高了学习注意力、记忆力、解决问题能力；还可以是测验式，通过设置重要知识点的简单考核方法，了解学员之前掌握相关知识内容的能力水平，为本次课讲授内容的重点把握提供参考。 3.2. 学习模块 学案的核心内容是学习模块，为了克服学员在学习过程中可能存在的精神分散、不分主次、盲目接受的情况，学习模块的设置必须贴合课堂教学内容，帮助学员理清知识脉络，细化重要知识点。 具体形式可设置成填空、连线、简答、绘图等简明扼要的练习模式，让学员在听课过程中，自觉地完成这些题目，不但集中了注意力，避免了精神涣散，更能跟上教员的节奏和授课思路，掌握要点内容。 3.3. 归纳模块 学案的另一重要作用在于帮助学员归纳总结，引入横纵相关知识体系的思考，可以令归纳模块发挥记忆提取效应，通常设置在一个完整知识点或者学习内容结束以后，利用归纳模块将已经学习的内容串联起来，形成清晰的知识脉络。 归纳模块的具体形式可以组织小测验，加强重点难点的出现频率，巩固基本的课程内容，提升记忆效果；可以设置思维框图，起到打牢知识基础、串联知识结构、扩展知识层面等作用。 3.4. 思维发散模块 “学而不思则罔，思而不学则殆”，学习知识是理解–强化–思考的过程，没有深入的扩展性思考，学习的知识就不能固化、连接、延伸，最终建立知识体系。 思维发散模块的具体形式可以是自主提问，给学员充分思考的时间，根据所理解的知识延展提出问题，供教员和学员一同探讨和分享，开发学员对知识的深入研究能力，养成良好的学习和思考习惯；也可以是由教员设置研讨性题目，要求学员在课下通过查找相关资料，组织小论文、分组讨论、辩论、上讲台等形式，激发学员学习热情，让学员从被动接受到主动思考，从而实现了课上到课下学习的“翻转”。
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user: 4. 以教学对象为主体 培养思维方式创新与实践 4.1. 从固化思维转变到发散思维 固化思维是传统填鸭式教学培养形成的，久而久之学生就不再乐于探索知识广度和深度，磨灭了学习热情，非常不利于学习习惯养成和求知欲望的开发。发散思维是在积累了一定知识量的基础上，通过多维辐射的思维模式，继续探索相关内容在其他方向的可能性，是充分体现思维流畅性、变通性、独特性和多感官性的，有利于钻研学术、扩展思路、开拓视野的创新思维模式。 学案中的思维发散模块可以根据学习内容适当调整，在归纳总结模块之后，提出可继续钻研或者探讨的开放性问题，有一定知识积累和求知欲的学员就会试探摸索问题的解决方案，从而在过程中完成思维发散过程。 4.2. 将碎片思维串联为逻辑思维 全新的知识学习和体系建立通常是从碎片化的知识点开始的，并通过不断的补充将其连接为思维网格，建立知识体系，形成规范、严密、确定和可重复的逻辑思维。逻辑思维的内涵和外延，可以将感性阶段获得的对于事物的认知抽象为概念，并进行推理和判定，从而产生新的认识过程。 学案的引导模块和学习模块，都具备帮助学员梳理知识结构，不断强化重点记忆，建立从归纳到演绎、从分析到综合、从具体到抽象的逻辑思维模式。 4.3. 将正向思维与逆向思维结合 逆向思维与正向思维是相对的，即与常人思维取向相反的思维方式，比如人进我退、人动我静、人取我舍等等。这种思维方式并不是违背常规、不受限制的胡思乱想，而是训练一种小概率可能发生的思维模式，与墨菲定律所提出的心理学效应有异曲同工之妙。 逆向思维是发现问题、分析问题和解决问题的重要手段，其特点主要包括反向性、异常性、“悖论”感等，形成逆向思维的思考问题方式有助于克服思维定势的局限性，是决策思维的重要方式。 正向思维和逆向思维没有对与错，学案教学法的学习过程通常是正向思维模式的，帮助学员在高效的掌握了基础知识之后，开展逆向思维，如学案提出的正反辩论内容，引导学员思考其相似与联系、相悖与共存等观念，培养了学员的探索意识和辨证看待事物的思维方式。
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user: 5. 结语 学案教学法是在摸索士官职业技术教育教学规律的基础上，以教学效果为目的、以教学内容为中心、以教学对象为主体而开展的一种教学模式与方法实践，能有效帮助学员提高学习效率，加强岗位任职能力与水平，助推海军院校紧跟海军转型发展建设要求，实现海军整体实力的新跨越和新进步。
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user: 摘要 目前国内的计算机系统能力培养多以组成原理、操作系统和编译系统为主，鲜有数据库管理系统(DBMS)开发的相关介绍。作为系统软件的重要组成部分，本文设计了一个DBMS开发项目，以此培养学生的计算机系统能力。项目结合数据库原理与编译原理等计算机专业骨干课程，以DBMS原型设计开发为载体，综合锻炼学生的程序设计能力、算法与数据结构应用能力，数据库原理和编译原理技术的理解与实现能力，为培养具有扎实理论基础和极强实践能力的计算机专业本科生提供了一条有效途径。
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user: 1. 引言 计算机系统能力培养近年来一直受到教育部计算机专业教指委和各大高校的重视。在硬件系统能力培养上，北京航空航天大学等高校以计算机组成原理课程为核心，以MIPS指令集为基础，通过让学生自主设计CPU，完成一台功能相对完整的计算机 [ 1 ] [ 2 ]。辅以裁剪操作系统内核和GCC编译器使该计算机可编译和执行简单的C语言程序，极大提高了学生的硬件系统设计能力。华中科技大学结合数字逻辑和计算机组成原理两门课程，从门电路开始在FPGA上设计CPU，其上配合接口、操作系统、编译器等相应课程的实验内容，有效解决课程实验目标离散、实验内容无序割裂不能融合构成完整计算机系统的问题 [ 3 ]。桂林电子科技大学在计算机专业系统能力培养方面构建了基础能力培养、专业能力培养和综合能力培养三个层次，硬件系列课程实践环节和软件系列课程实践环节的“三横两纵”体系 [ 4 ]，使学生初步具备计算机系统综合开发能力。 在软件系统能力培养上，中国科学技术大学 [ 5 ] 和同济大学 [ 6 ] 等高校以编译原理课程为核心，通过逐层深入的方式让学生开发一个Java语言子集或C语言子集的编译程序，使高级语言能够被正确地编译和执行，提高了学生的软件系统设计能力。苏州大学编译原理实验则注重正规式到NFA的自动转换等编译核心算法的实现，并将SQL解析和LaTex源文件解析加入语法分析实验中 [ 7 ]。中国矿业大学配合工程教育改革，以培养学生解决复杂工程问题能力为目标，基于开源的Clang + LLVM设计和组织编译原理课程教学 [ 8 ]。中国人民大学 [ 9 ] 等高校则以数据库原理课程为核心，开发了具有自主知识产权的数据库系统。斯坦福大学 [ 10 ] 在数据库方面开设了CS145、CS245、CS345、CS346、CS347等多门课程，其中CS145只介绍数据库系统的使用，CS345和CS347介绍数据库理论知识，CS245介绍数据库系统的实现，CS346是DBMS实现的实验课。目前国内数据库原理课程的实验教学主要还是以SQL语句、存储过程等如何使用某种数据库产品的使用为主 [ 11 ]，鲜有关于DBMS系统开发的实验教学。对于计算机科学与技术专业的学生来说，不应只局限于应用软件的开发，系统软件的设计和开发更能体现和提高计算机专业学生的软件开发能力。DBMS是一种常用的系统软件，而开发一个DBMS更是综合了程序设计、数据结构、操作系统、数据库原理、编译原理的众多知识点，能极大提高学生的系统软件设计和开发能力。本文尝试设计一个实践教学项目，要求实现一个简单的DBMS系统，包括数据库的创建和删除、表的创建和删除，以及记录的增删查改等功能，借此培养学生的计算机系统软件开发能力。
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user: 2. 教学目的 本项目通过设计和开发一个功能相对完整的数据库管理系统(DBMS)，融会贯通程序设计、算法与数据结构、编译原理、数据库原理等多门课程内容，专业理论素养和实践能力相结合，综合培养学生的系统软件开发能力。实现的DBMS系统主要具备以下功能：数据库定义语言(DDL)和数据库操纵语言(DML)的编译以及查询计划的生成；实现创建数据库和数据表、实现单表增删查改功能；实现创建索引(聚集索引和非聚集索引)，实现多表连接查询功能。
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user: 3. 教学要求 3.1. 编译器设计 编译器实现将SQL语言解释翻译成相应的语义动作或查询计划，其依据为所支持的标准SQL语法。首先定义SQL语言的上下文无关文法，保证其符合自上而下或自下而上语法分析的要求；然后定义其语法制导翻译规则，保证SQL语言的语义能够得到正确的解释和执行。整个翻译过程分为词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成等环节。其中词法分析将SQL语句分解为独立的词法单位记号，如保留字，标识符，运算符及分界符等；语法分析检查SQL语句是否符合相应的语法规范，即是否能从上下文无关文法正确推导出SQL语句或者SQL语句是否可以正确归约到文法的开始符号；语义分析在语法分析的基础上检查SQL语句是否合理，如表名或字段名是否存在，运算符和字段类型是否匹配等；中间代码生成根据语法制导翻译规则生成相应的语义动作或生成查询计划，然后遍历查询计划并执行相应代码返回检索数据。 3.2. 数据库设计 数据库中需存储元数据信息和用户数据信息，为简单起见，不考虑存储日志数据。元数据是指数据库、表及索引等的定义，包括字段名称、类型、大小以及约束条件等。元数据在SQL语句翻译中起到类似于编译编程序符号表的作用，用于进行语义检查及数据存储空间的分配。由于要经常检索元数据，要求其查询速度要快，可考虑以适当的形式常驻内存，其持久化也要考虑日后读取的方便快捷性。 用户数据是指表中实际存储的数据。最简单的方式是为每一张表建立单独的存储文件，文件名即为表的名称。也可通过在元数据中设置表的存储位置偏移量的方法将所有数据存储在一个大的数据文件中。表中数据通常都是有结构的，每条记录的长度一般都相同，可根据记录长度实现随机访问。若记录长度不同，可考虑增加索引列表记录每条记录的起始位置和长度信息。由于索引列表中每条记录的长度是相同的，因此也可通过变址方式实现记录的随机访问。 若查询列无索引条目，则需进行全表扫描，因此在常用查询列上建立索引可加快查询速度。索引分为聚簇索引和非聚簇索引，每张表上只能建立一个聚簇索引，表中记录按照聚簇索引物理排列记录顺序。聚簇索引对范围查询非常有效，此时只需找出初始记录和终止记录的位置，返回两者之间的所有记录即可。可建立多个非聚簇索引，为优化查询性能，一般采用B + 树，其实现需要较好地掌握算法和数据结构中的相关内容，是项目实现的难点。当以表的索引列为查询条件时，SQL编译器应能生成带有索引的查询计划，而不是采用全表扫描的方式。多表连接查询时，也是先从索引开始，将相关记录读入内存后再按照规则进行连接。若不能全部读入内存，可采用存储为临时文件的方式。 3.3. 人机交互接口 DBMS提供人机交互接口连接用户和数据库。接受用户输入的SQL语句，利用编译器对SQL语句进行翻译，对SQL语句中的错误给出正确提示，生成并执行查询计划，最后返回查询结果。
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user: 4. 教学过程设计 4.1. 框架设计 图1. DBMS系统框架结构图 DBMS框架结构如图1所示。实线是控制流和数据流，虚线仅表示数据流。DDL编译器负责数据库创建、删除，模式的创建、删除及修改，索引维护等数据定义语言的编译工作。查询编译器负责数据增删查改等DML语言的编译工作，根据缓冲区中的元数据信息进行语义分析，生成查询计划。同时根据缓冲区的数据统计信息选择一个较优的查询计划并提交给执行引擎。执行引擎向资源管理器发出一系列小数据单元的请求(如记录)，资源管理器负责控制数据文件、数据格式以及索引文件。查询数据的请求传递给缓冲区管理器，缓冲区管理器的任务是从持久化的辅存中将一部分数据以页的形式存取到主存中，以加快查询速度。 4.2. 编译器设计 4.2.1. 文法设计 采用自上而下的递归下降语法分析方法，因此将文法设计为LL(1)文法。实现了创建数据库(create table)，创建表(create table)，删除数据库(drop database)，删除表(drop table)，插入数据(insert into tablename)，删除数据(delete from tablename)，查询数据(select from tablename)功能。 4.2.2. 编译器类图设计 图2. 编译器主要类图设计 图2给出了编译器涉及到的主要类，其中每个类只标出了比较重要的一些成员变量和方法。Symbol类和Lexer类负责词法分析，其中Symbol类存放词法单位记号，如常量、变量、保留字、运算符等，Lexer类是词法分析的主类，负责识别单词符号，其中的nexttoken()方法返回语法分析所需的下一个词法记号。SQLAParser是一个抽象类，包括语法分析中涉及到的一些栈操作的定义，其中的token方法就从Lexer中读取下一个词法记号。SQLParser是SQLAParser类的扩展，接收用户输入的SQL语句并进行语法分析。 4.3. 数据存储组织 在底层，一个数据库对应一个后缀名为mdf的文件。数据按块组织，每个块的大小设置为4096个字节，即4 k大小。数据库初始大小为16 k个数据块，即64 M。当存储容量不够时，每次增加4 M，也就是1024个数据块。 4.3.1. 元数据组织 元数据占一个数据块。包含数据块的使用情况，有多少张表，每张表模式对应的数据块列表，如图3所示。简单起见，数据块连续分配，其使用情况包含两部分内容：已经使用的最大块号blockUsed、删除不用的块号列表removedBlockList。一个数据块被删除后，就将其加入removedBlockList列表，再次申请新块时，优先从其中选取。若没有，则新分配一个最大块号。 图3. 元数据块的组织 每个表模式占另外一个单独的块，包含第一个数据块的编号，模式名称以及多个属性字段信息，如图4所示。对于长度不定的字符串，例如模式名称schemaName，采用两部分存储：第一部分用4个字节存储字符串的长度信息，第二部分存储字符串本身的信息。由于java中存储一个字符需要2个字节，因此其占用的字节数为字符串本身长度的2倍。 图4. 模式块的组织 4.3.2. 数据存储组织 数据块的按照链接方式组织在一起，每一个数据块均在开始位置表明下一个数据块的编号，若为−1，则表示是最后一个数据块。每条记录按照模式指定的长度定长存储，如图5所示。插入记录时，根据recordNumber将指针移动到新纪录的位置，写入后将recordNumber加1。读取和修改时，只需将指针移动到相应的位量后，按照相应的数据类型进行读取和写入。为简单起见，删除某条记录时，后面的记录相应往前移动。 图5. 数据块的组织 4.3.3. 数据库类图设计 图6. 数据库组织管理主要类图设计 数据库类图设计如图6所示。Block类是所有数据块的父类，定义了基本的数据块操作，包括读写各种类型的数据。MetaBlock负责元数据块管理，SchemaBlock负责模式数据块管理，DataBlock负责存放实际数据的块的管理。Diskmanagement类负责和底层的数据文件打交道，程序运行过程中，数据块都先存放在BufferAccess中，在缓冲区内进行管理。RecordManagement类是编译器和数据处理的联系通道，编译器识别的各种命令如create table，insert table等都是直接调用该类相应的方法实现的。Table管理具体某张表，Attribute类存储该表中具体的某个属性列的定义，Tuple类则具体存储表中的某条记录。ExpressionIntepreter负责解释SQL语句中的表达式，并将其转换为实际的值。
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user: 5. 系统运行结果 源代码包含21个java源文件，代码量3845行，以下是系统的部分运行结果演示。
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user: 6. 结束语 “DBMS系统的设计和开发”项目综合运用了计算机科学与技术专业多门课程的知识，能将学生所学理论知识应用于实践，提高其系统软件开发能力。设计开发了其中的部分功能，通过实际运行验证了项目的可行性。一些高层次的内容如索引，多表连接查询以及查询优化等有待进一步实现。
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user: 摘要 研究了一种基于Hausdorff距离的图像快速匹配算法。该方法是在单向Hausdorff距离算法对图像进行匹配，对目标区域和模板图像进行相似度计算，确定相似度最高的区域，去除距离相对较大匹配点，同时求其平均值，然后通过距离图像进行模板匹配。实验结果表明，该方法对包含噪声的复杂场景仍然有较高匹配速度和鲁棒性。
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user: 1. 引言 Hausdorff距离的相似性度量是现代相似性度量的核心之一，广泛用于工程领域：模式识别，图像匹配，人工智能的手势识别和面部识别以及定位跟踪。 现代相似性科学中常用的方法是选择空间对象的边缘轨迹并将其转换为相应的空间点集，并通过依次计算两组空间点之间的距离来确定它们之间的相似度 [ 1 ]。在基于点特征的图像匹配中，点特征是通常使用最多的特征。Hausdoff距离(Hausdorff Distance， HD)就是一种用于衡量不同点集相似程度的度量特征 [ 2 ] [ 3 ]。一般为消除或减小复杂场景下噪声对图像匹配结果造成的影响，许多研究者在标准的Hausdorff距离和部分Hausdorff距离的基础上，提出了一些改进 [ 4 ]，但是改进后的Hausdorff距离计算相对复杂，难以满足实时性的要求，因而在提高匹配算法的速度方面成为研究的焦点。文献 [ 5 ] 通过降低特征点数目来减小计算Hausdorff距离的复杂程度，但其需要遍历整个特征空间。 本文针对快速图像匹配的需要，采用改进单向Hausdorff距离方法实现图像的快速匹配。
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user: 2. 图像匹配的关键问题 图像匹配是指使用特定的匹配算法对两个或更多图像执行空间相似性配准并搜索其空间变换的过程 [ 6 ] [ 7 ]。匹配过程中通常使用两个词：基准图和实时图。 基准图和实时图是同一对象的不同描述。其公式如下： f x ( x ， y ) = f b ( x + d x ( x ， y ) ， y + d y ( x ， y ) ) + n ( x ， y ) (式2-1) 式2-1中 n ( x ， y ) 为噪声，可通过对应的滤波方法进行去除。 d x ( x ， y ) ， d y ( x ， y ) 为 f r ( x ， y ) 上的点在图像中x和y方向上的位置偏差，这称为定位噪声 [ 8 ] [ 9 ]，通常是由图像的几何变形造成的。 模板参考图像的二维像素矩阵可描述为： X = { X u v | 0 ≤ μ ≤ M 1 − 1 ， 0 ≤ ν ≤ M 2 − 1 ， 0 ≤ X u v ≤ 255 | } (式2-2) 式2-2中 M 1 ， M 2 为基准图的高度和宽度。 实时图像二位矩阵为： Y = { Y i j | 0 ≤ i ≤ N 1 − 1 ， 0 ≤ j ≤ N 2 − 1 ， 0 ≤ Y i j ≤ 255 | } (式2-3) 式中 N 1 ， N 2 为实时图的高度和宽度。 假设参考图像坐标系的原点设置在基准图的第一个像素处，当它们匹配时，基准图中实时图像第一个像素的位置，可以确定建立坐标系。
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user: 3. Hausdorff距离 Hausdorff距离定义 Hausdorff距离是描述两组点集之间相似度的量度 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。它是两组点之间距离的一种定义形式：假设有两组点集 A = { a 1 ， ⋯ ， a p } ， B = { b 1 ， ⋯ ， b p } ，那么，这两组点集之间的可以Hausdorff距离定义为： H ( A ， B ) = max ( h ( A ， B ) ， h ( B ， A ) ) (式3-1) 其中， H ( A ， B ) = max ( a ∈ A ) min ( b ∈ B ) ‖ a − b ‖ (式3-2) H ( B ， A ) = max ( b ∈ B ) min ( a ∈ A ) ‖ b − a ‖ (式3-3) ‖   ⋅   ‖ 是点集A和点集B之间的距离范式。 在式3-1中通常被称为双向Hausdorff距离 [ 11 ] [ 12 ]，它是Hausdorff距离的最标准形式。式3-2中 h ( A ， B ) 是从集合A到集合B的集合的Hausdorff距离，式3-3中 是从集合B到集合A的Hausdorff距离，即 h ( A ， B ) 首先对点集A中的每个点 a i 与邻近该点 a i 的B集中的点 b j 之间的距离 ‖ a i − b j ‖ 进行排序，然后将所得距离中的最大值作为 h ( A ， B ) 。由式3-1知，双向Hausdorff距离 H ( A ， B ) 是单向距离 h ( A ， B ) 和 h ( B ， A ) 其中的数值较大者，它是两个点集间的最大不匹配程度度量标准。
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user: 4. Hausdorff距离的特点及改进方法 4.1. 改进Hausdorff距离 本文采用单向Hausdorff距离算法对图像进行匹配，可以有效解决复杂图像中存在噪声。匹配时，对目标区域和模板图像进行相似度计算，从而确定相似度最高的区域。在单向Hausdorff距离，其中， H ( A ， B ) = 1 N A ∑ a ∈ A d ( a ， B ) (式4-1) 式4-1中， N A 为点集A中元素的个数。 为解决复杂环境下噪声对图像匹配过程中造成的影响，在基于单向Hausdorff距离上，构造了代价函数的Hausdorff距离，其定义为： H ( A ， B ) = 1 N A ∑ a ∈ A ρ ( d ( a ， B ) ) (式4-2) 其中， ρ 为代价函数，其定义为： ρ ( x ) = { | x |             | x | ≤ τ τ                 | x | ≥ τ (式4-3) 通过阈值 τ 来去除距离相对较大匹配点，同时求其平均值，因而降低了在复杂环境下噪声影响，因而在图像匹配时有较好的匹配效果。 4.2. Hausdorff距离模板匹配 在图像匹配过程中，模板图像在待匹配图像上进行滑窗移动，得到最优的匹配区域。通常，在模板图像和待匹配图像已知的情况下 [ 13 ]，模板图像移动的次数则可以计算出来的。对于图像I和模板M中，经过二值化处理可得矩阵 I [ i ， j ] 和 M [ i ， j ] ，在平移距离为 t ( x ， y ) 的情况下，则Hausdorff距离为： F ( x ， y ) = max { max ( i ， j ) ∈ l I ( i ， j ) M D T ( i − x ， j − y ) ， max ( k ， l ) ∈ M M ( k ， l ) I D T ( k − x ， l − y ) } 式(4-4) 在对M和I进行距离变换，则单向Hausdorff距离为： F ( x ， y ) = max ( i ， j ) ∈ l I ( i ， j ) M D T ( i − x ， j − y ) 式(4-5) F ( x ， y ) = max ( k ， l ) ∈ M M ( k ， l ) I D T ( k − x ， l − y ) 式(4-6) 在图像匹配时，单向Hausdorff距离的第L和第K的最大值为： F 1 ( x ， y ) = K ( i ， j ) I ( i ， j ) M D T ( i − x ， j − y ) | f 1 p | I ( i ， j ) M D T ( i − x ， j − y ) 式(4-7) F M ( x ， y ) = L ( i ， j ) M ( k ， l ) M D T ( k − x ， l − y ) | f 2 q | M ( k ， l ) M D T ( k − x ， l − y ) 式(4-8) 式4-7、式4-8中，p、q为图像I和模板M的像素数， f 1 和 f 2 为控制匹配参数，其中 0 < f 1 ， f 2 < 1 。单项距离大大减少了图像和模板匹配所需的时间。
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user: 5. 试验结果与分析 试验运行环境为win10家庭版，matlab版本为2014b，图像为80幅教学楼以及采集的20幅校门建筑图像，总计100幅。实验参数中阈值 τ = 7 ，对待检测的图像进行规格化，进行了实验对比，其结果如表1、表2。 Table 1 Performance comparison of different inspection methods for school gate building 方向 正确率/100% 误检率/100% 运算时间/s 标准Hausdorff 78.1 13.3 380 单向Hausdorff 69.5 21.1 212 改进Hausdorff 82.3 8.3 224 表1. 对校门建筑不同检测方法性能比较 Table 2 Performance comparison of different inspection methods for teaching building 方向 正确率/100% 误检率/100% 运算时间/s 标准Hausdorff 75.6 15.3 415 单向Hausdorff 64.1 21.6 236 改进Hausdorff 81.2 8.6 252 表2. 对教学楼建筑不同检测方法性能比较 从表1和表2的三种检测方法统计结果可以看出：标准的Hausdorff距离进行检测时，采用双向计算，匹配准确，但运算量过大，对采集图像无法快速处理，容易导致程序瘫痪；在单项Hausdorff距离检测图像会使检测时间大幅度降低但其检测准确率也相应下降，其误检率也相应升高；而本文提出的基于改进的单项Hausdorff距离的图像匹配算法，在提升准确率的同时也相应地缩短了时间，对在复杂的场景下(如图1、图2所示)也具有一定的鲁棒性。 改进后代价函数Hausdorff距离匹配准确率明显提高，因而，匹配算法匹配的正确率与其处理的图像相关，比如原图像的边缘复杂程度，还有它们之间存在的变换有较大关系。匹配图像的多余边缘的干扰越小、边缘线越清晰，匹配效果也会越好。对于模板到源图像的变换过程，变换越简单，其匹配效果也会越好。 图1. 校门建筑改进Hausdorff距离模板匹配图像 图2. 教学楼建筑改进Hausdorff距离模板匹配图像
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user: 6. 结语 本文给出了一种基于Hausdorff距离的图像匹配算法，该方法根据Hausdorff单向距离搜索图像的距离图，进而检测出目标图像，可以在复杂的场景中检测出目标，体现出该方法的有效性。以Hausdorff距离作为相似性度量具有很好的容错性和抗干扰性，通过改进单向Hausdorff距离，来提高准确率和实时性，从而降低图像因距离变换空间进行搜索的时间。目前，该方法精确度有限，改进思路是：将其它特征加入到该检测依据中，进一步提高该方法的抗干扰适应能力和准确率。
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user: 摘要 培养大学生的数学素养及思维创新能力，是大学数学教学改革的重要内容。大学生数学竞赛是检验高等数学教学质量的重要赛事，竞赛培训是高等数学课程教学的有益补充。合理有效的竞赛培训模式，不仅可以提高学生的数学素养和竞赛成绩，更能增强学生的创新思维，使他们终身受益。
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user: 1. 引言 为了培养人才、服务教育、促进数学课程的改革与建设，提高大学生学习数学的兴趣，提高分析问题、解决问题的能力，发现和选拔数学创新型人才，为青年学子提供一个展示数学基本功和数学思维能力的舞台，中国数学会自2009年开始举办全国大学生数学竞赛，竞赛分为非数学专业组和数学专业组，每年举办一次，至今已成为全国影响最大、参加人数最多的竞赛之一。竞赛分为两个阶段，第一阶段为全国大学生数学竞赛初赛(也称为预赛、赛区赛)，时间一般是每年的10月第四周的周六；第二阶段为全国大学生数学竞赛决赛，时间一般是第二年3月的第三周的周六 [ 1 ]。我校自2009年第一届参赛以来，共获得全国决赛一等奖8项，二等奖4项，三等奖4项的成绩，在同类院校中成绩名列前茅，现将前期我们培训的经验及不足介绍一下。