DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 矿山地质环境现状 2.1. 现状 山东省矿产资源种类多、开采方式多样，由此形成了种类复杂的矿山地质环境问题，主要有以下几种类型 [ 4 ] [ 6 ] ：一是露天开采形成了众多破损山体和露天采坑，造成地形地貌景观破坏，带来严重视觉污染；二是地下开采容易造成采空塌陷、地裂缝等矿山地质环境问题，其中以采煤塌陷为主，部分历史遗留的非煤矿山采空区和废弃矿井也存在较大的环境和安全隐患；三是废弃工业广场、固体废弃物(不含尾矿库)堆放占压了大量土地资源，造成了土地资源的浪费 [ 6 ] 。 1) 地形地貌景观破坏 山东省露天开采矿种主要有石灰岩、花岗岩、砖瓦用粘土等非金属建筑材料矿产，造成地形地貌景观破坏的同时，还占压和损毁了大量的土地资源。目前，山东省尚有破损山体4706处、露天采坑3109处，占损土地资源总计4.28万公顷。其中，历史遗留矿山破损山体4041处，占破损山体85.9%，露天采坑2640处，占84.9%，占损土地资源3.24万公顷，占75.7%，主要分布在潍坊、济南、烟台、临沂等地(表1)；生产矿山造成的破损山体665处、露天采坑469处，占损土地资源1.04万公顷，主要分布在临沂、烟台、泰安等地 [ 3 ] 。 Table 1 Statistical tables of damaged mountain bodies and open-pit mining pits in mines left over from history in Shandong Provinc 行政 区划 问题类型 占损土地情况(hm 2 ) 破损山体 露天采坑 耕地 草地 园地 林地 建设用地 其他 合计 济南市 386 62 382 823 159 784 90 2113 4351 青岛市 75 245 1327 1327 济宁市 325 134 382 114 4 188 735 1345 2768 临沂市 780 339 123 465 1 632 1834 3055 烟台市 578 424 392 368 204 413 774 1186 3337 泰安市 269 26 22 24 22 332 13 853 1266 潍坊市 172 275 1000 995 30 213 93 2439 4770 枣庄市 525 55 277 59 1960 7 46 2349 淄博市 151 89 70 389 638 87 1314 2498 滨州市 14 152 115 241 3 28 293 486 1166 德州市 149 1001 1001 东营市 20 16 40 9 65 菏泽市 7 243 127 20 34 21 1340 1542 莱芜市 134 13 176 549 1 2 728 威海市 407 54 67 73 22 309 21 714 1206 日照市 218 242 200 19 104 1 436 760 聊城市 118 178 178 合计 4041 2640 3349 3590 445 6184 2267 16，623 32，367 表1. 山东省历史遗留矿山破损山体及露天采坑情况统计表 自然保护区、风景名胜区、城市规划区和重要交通线、海岸线(以下简称“三区两线”)可视范围内尚有历史遗留露天开采矿山827座，占损土地资源0.77万公顷。 2) 采煤塌陷 山东省尚有采煤塌陷地184处，其中大型131处，中型16处，小型37处，主要造成房屋开裂、土地损毁等，影响村民居住、土地耕种。其中，历史遗留矿山采煤塌陷地50处，造成土地资源破坏1.20万公顷，主要分布在泰安、济宁、烟台、日照等地；生产矿山采煤塌陷地134处，造成土地资源破坏6.04万公顷，主要分布在济宁、枣庄、泰安、菏泽等地。 3) 非煤矿山采空区及废弃矿井环境和安全隐患 山东省共有历史形成、责任灭失非煤矿山采空区155处。主要涉及金、铁、石膏、耐火粘土、银、重晶石等矿种，主要分布于烟台、威海、淄博、潍坊、临沂、枣庄等地，存在地面塌陷、地裂缝隐患，对人民生命财产安全构成威胁。 山东省共有历史遗留非煤矿山废弃矿井1302处，主要涉及金、铁、石膏、耐火粘土等矿种，主要分布于烟台、威海、济南、临沂等地，存在环境和安全隐患。 4) 土地资源占压 山东省共有废弃工业广场1264处，占损土地资源0.84万公顷，主要涉及粘土、煤、铁、石膏等矿种。其中，粘土矿废弃工业广场占损土地资源面积最大，为0.58万公顷，占比69%，主要分布在德州、菏泽、聊城、临沂等地。山东省共有历史遗留矿山废土石堆471处，煤矸石堆39处，主要涉及铁、饰面用石料、煤、菱镁、花岗岩、金等矿种，积存量29，452万吨，占损土地资源0.29万公顷。山东省共有生产矿山废土石堆179处、煤矸石堆81处，主要涉及金、铁和煤等开采矿山，总积存量为90，064万吨，占损土地资源0.30万公顷。 2.2. 存在问题 1) 历史遗留废弃矿山存量大 自20世纪以来，矿产资源开发为山东省乃至全国经济社会快速发展提供了有力地资源保障，同时计划经济时期矿山、转产或破产矿山、政策性关闭矿山、闭坑矿山等也遗留了大量矿山地质环境问题，各级政府治理恢复的任务相当繁重。目前山东省尚有各类历史遗留矿山地质环境问题区5万余公顷尚未治理，历史欠账大，治理任务艰巨 [ 3 ] 。 2) 矿山地质环境治理面临资金瓶颈 由于近年来矿业经济形势低迷，矿产品价格较低，加之国家已取消矿产资源补偿费，各级财政可用于矿山地质环境恢复治理的矿产资源专项财政收入相应大幅减少，历史遗留矿山地质环境治理工作受到严重的资金瓶颈约束 [ 4 ] 。 3) 矿山地质环境治理和投入模式单一 多年来，由于“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念不够深入，山东省矿山地质环境治理工作主要依靠通过财政投资开展工程治理和生物修复，矿山地质环境治理模式单一，治理费用过分依赖财政资金，社会力量投入开展矿山地质环境治理的积极性尚未得到充分调动，综合运用市场、财税、土地等各方面政策的机制尚未建立 [ 3 ] 。 4) 矿业权人自觉履行矿山地质环境治理义务的主动性有待提高 部分矿山企业缺乏开展矿山地质环境治理的主动意识，特别是在当前矿产品价格大幅下跌、矿业利润大幅下降的背景下，矿山企业开展环境治理的积极性难以充分调动。由于现行法律法规中对矿山企业不依法履行治理义务的处罚力度不够，单纯依赖保证金制度落实企业主体责任，往往是保证金一交了之，甚至欠着不交，难以达到预期效果。目前，国家已取消保证金制度，如何建立起有效的基金制度还需要积极探索 [ 7 ] [ 8 ] 。
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user: 3. 矿山地质环境类型及分布 3.1. 矿山地质环境问题类型 山东矿山开采引发的环境问题类型多样，按其引发类型划分，大致可分为两类(图3)。一为地下开采引发的环境问题，如采空塌陷、岩溶塌陷、地面沉降等。二为露天与地下开采引发的环境问题，如地貌景观破坏、水土流失、不稳定边坡以及固体废弃物(废石土、尾矿、煤矸石)堆放占地和废水排放污染土壤、水体等。尽管矿山环境问题类型不同，但相互之间存在着一定制约关系 [ 9 ] [ 10 ] ，主要表现在以下方面： 1) 相互继承性。不同的环境问题在其发生和发展过程中通常存在着一定的相互转化关系，如岩溶大水矿山排水引起地下水位下降，在水位下降到一定程度可导致浅覆盖隐伏岩溶区发生岩溶塌陷，而流迳塌陷区的地表污水又可通过岩溶塌陷坑倒灌对地下水构成严重污染等。因此，环境问题的继承性同时反映了灾害损失所具有的连锁性。而且有些矿山环境问题随着人类经济社会的不断发展具有持续性、膨胀性和不可逆性。 图3. 山东省矿山主要环境问题分类示意图 2) 区域分布的差异性。我省矿产资源区域分布不均匀，地质环境背景差异大，矿山环境问题的类型、数量、发生频率及危害程度、危害对象等具有一定的地域组合。主要表现在两个方面，一是环境问题类型在地区分布上不均衡；二是各类环境问题的危害对象与致灾损失在地区上存在一定差异。如丘陵地区与平原、盆地地区的差异以及同一类型地区的开采矿种不同等。 3) 环境效应的双重性。矿山环境问题具有物理破坏和化学演变两种变化形式，有些环境问题的产生，就其造成的环境效应而言具有不利影响和有利影响两个方面。如南四湖及周围采空塌陷，其有利影响可使湖区及湿地范围扩大，从而为其它生物繁衍和栖息创造了有利环境。从生态环境改善角度分析，矿山开采带来的有利影响显然大于其不利影响。 3.2. 矿山环境问题分布特点 我省矿产资源的地域性分布不均匀和开采条件、开采程度的差异性，使鲁东、鲁中和鲁西、鲁北等地的矿山环境问题各具特色 [ 4 ] [ 9 ] 。 1) 鲁东地区 鲁东地区以丘陵地形为主，沿海为条带状展布的海滨堆积平原。区内有色贵金属资源丰富，自古以来就是我国主要的黄金产地，开采历史悠久。主要矿山环境问题为采空塌陷、矿渣和尾矿堆存破坏地表植被，引发加剧水土流失等，而且本区地面塌陷以非连续变形(条带状塌坑)为主，较采煤塌陷更具危险性和危害性。同时，古代和现代各个时期的隐伏采空区较多，安全隐患较为突出。此外，沿海滨海平原海拔低平，矿山排水和地下水开采引发的海水入侵环境问题亦十分突出。 2) 鲁中山区 鲁中山区拥有丰富的石灰岩、花岗岩等非金属矿产和煤、铁等矿产资源。区内地貌类型多样，地形条件复杂。低山丘陵区矿山环境问题主要为：①露天开采非金属矿产造成的山体、植被破坏，加剧水土流失；②开挖山体形成规模不等、危害不同的不稳定边坡，城市周边、重要交通沿线大规模的露天采场严重影响地质地貌景观和城市社会形象。山间盆地、山前地带是我省岩溶水水源地重要分布区，也是岩溶塌陷多发、易发区。盆地腹部煤矿开采程度高，历史悠久，大部分矿山接近中后期，淄博、临淄等矿山处在衰老报废期，矿山环境问题为采空塌陷、煤矸石占地、自燃以及地下水均衡破坏等，尤其是淄博矿区各大矿山闭坑引发的地下水串层污染较为严重。 3) 鲁西南、鲁西北平原区 鲁西南地区分布有兖州、济宁、滕州三大煤田和巨野、金乡等新开发煤田，是我省目前和将来一定时期内重要的产煤区。已开发的三大煤田区矿山环境问题主要为采空塌陷，具有塌陷深度大、影响范围广、治理难度大的特点。如兴隆煤矿最大塌陷深度达9.2 m。鲁西北平原为我国重要的石油产区之一，矿山主要环境问题为采油附近落地油对土壤、植被和地下水的污染。德州、滨州等地，中深层地下水开发利用程度高，已成为我省主要的地面沉降发生区。
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user: 4. 对策与建议 4.1. 治理形势 1) 山东省矿山地质环境问题保护形势总体向好。随着山东省生态文明建设的加快推进，“绿水青山就是金山银山”生态文明观的逐步树立，人民群众对美好生活环境的向往的诉求逐步提高，环保督察、自然资源资产离任审计、公益诉讼、双随机一公开、信用管理等制度的深入实施，各级政府部门、矿山企业和社会公众的矿山地质环境保护意识将进一步增强，监督管理将更加有序规范，保护与治理力度将进一步加大 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 。 2) 矿山地质环境问题增量将得到有效控制。目前，山东省矿山企业的数量已由最多时期的万余家减少至1859多家，并将逐步稳定在1800家左右，矿山企业的布局和结构也已得到进一步优化。随着山东省新建矿山全部按绿色矿山标准建设，生产矿山陆续按绿色矿山建设标准推进，矿山企业主体治理责任将逐步落实，生产矿山形成的矿山地质环境问题增量将得到有效控制，增速将大幅降低，分布范围大幅缩减，影响程度逐步减轻。 3) 历史遗留矿山地质环境问题存量将会逐步减少。随着矿山地质环境治理工作力度的进一步加大，历史遗留采煤塌陷地、“三区两线”可视范围内破损山体等历史遗留矿山地质环境问题的治理率将进一步提高，存量逐步减少。 4.2. 对策建议 1) 健全责任体系 a) 加强政府统一领导：全面落实政府对矿山地质环境保护与治理的监管主体责任。各级政府是历史遗留矿山地质环境治理的主体，要对行政辖区内的矿山地质环境保护与治理工作负总责，落实责任分工，建立健全考核体制，保障治理资金，切实做到压力传导到位、责任分解到位、资金筹措到位、监督管理到位、任务落实到位。 b) 建立部门协作机制：各级国土资源、发展改革、经信、财政、环保、林业、煤炭等相关部门要在地方政府的统一领导下，按照部门责任分工，依法行政、严格执法，形成各负其责、密切协作、齐抓共管的工作格局，扎实推进矿山地质环境保护与综合治理。 c) 落实企业主体责任：各矿山企业是生产矿山的矿山地质环境保护与治理的责任主体，要按照“谁开发、谁保护，谁破坏、谁治理”的原则，依法建立矿山地质环境治理恢复基金，编制矿山地质环境保护与土地复垦方案，积极开展“边开采、边治理”，依法履行矿山地质环境保护与治理义务。 2) 加强政策支持 a) 完善矿业用地政策：各级国土资源部门要根据不同矿种和开发方式，建立差别化、针对性强的矿业用地政策 [ 13 ] [ 14 ] 。对因采煤塌陷等矿山地质环境问题造成的农用地或其它土地损毁，按照土地变更调查工作要求和程序开展实地调查 [ 15 ] ，经审查通过后纳入年度土地变更调查进行变更。涉及农用地变更为未利用地的，按照审查及认定规范和程序报批。对历史原因造成耕地严重破坏且无法恢复的，按照有关规定，补充相应耕地或调整耕地保有量。会同有关部门，深入推进历史遗留废弃工业广场复垦利用。对适宜复垦的矿山废弃地，新增耕地可用于占补平衡，指标收益可用于矿山环境恢复治理。矿山废弃地复垦后腾出的建设用地指标，可调整到异地使用。 b) 鼓励第三方治理：地方政府、矿山企业可采取“责任者付费，专业化治理”的方式，将产生的矿山地质环境问题交由专业机构治理。发挥矿山企业主动性和第三方治理企业活力，提高治理效率和质量。 c) 探索鼓励支持开发式治理的政策措施：在符合规划、保障安全的前提下，按照有利于土地利用和生态恢复的原则，对有残留资源的废弃采场内残垣断壁进行平台式治理，可以回收残留资源，用其收益进行治理。利用残留资源开展治理的，县级政府要组织编制具体方案，经市政府审查批准后，报省国土资源厅备案。由县级政府通过招投标方式确定治理主体，及时向社会公布，接受社会监督，严禁以治理为名非法开采矿产资源。 3) 完善投资机制 a) 加大财政资金投入:各级政府要拓宽资金渠道，落实治理费用，保障矿山地质环境治理规划确定治理任务的顺利完成。对开展历史遗留废弃矿山地质环境治理工作较好的市，由省财政安排一定资金进行奖补。 b) 鼓励社会参与治理:探索出台整合政策与项目资金、吸引社会资金投入矿山地质环境治理的有关政策措施，构建“政府主导、政策扶持、社会参与、开发式治理、市场化运作”的矿山地质环境恢复和综合治理新模式，切实提高历史遗留矿山地质环境问题的治理成效。 c) 建立治理恢复基金制度:建立完善矿山地质环境治理恢复基金制度，督促矿山企业根据矿山地质环境保护与土地复垦方案，将矿山地质环境治理费用按照企业会计准则相关规定预计弃置费用，计入生产成本，建立矿山企业基金账户，单独反映基金提取情况。加强基金制度执行情况的检查，将基金制度执行情况纳入矿业权人勘查开采信息公示系统。
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user: 5. 结论 1) 山东主要的矿山地质环境问题有：露天开采造成的山体破损和采坑、地下开采造成的采空塌陷和废弃工业用地及固体废弃物堆放等，转产、破产、政策性关闭、闭坑等矿山也遗留了大量矿山地质环境问题。这些矿山地质环境问题具有相互继承性、区域分布的差异性和环境效应的双重性等特点。这些矿山地质环境问题主要是历史遗留问题，历史遗留矿山破损山体占总破损山体85.9%，露天采坑占84.9%，占损土地资源占75.7%。历史欠账大，政策性累积是其上要原因，因而造成了矿山地质环境治理任务艰巨的现实状况。 2) 随着山东省生态文明建设的加快推进，“绿水青山就是金山银山”生态文明观的逐步树立，各级政府部门、矿山企业和社会公众的矿山地质环境保护意识将进一步增强，山东省矿山地质环境问题保护形势总体向好，矿山地质环境问题增量将得到有效控制、增速将大幅降低、分布范围大幅缩减，历史遗留矿山地质环境问题存量将会逐步减少，矿山地质环境问题最终会得到根本性解决。 3) 加强政府统一领导、健全责任体系、加强政策支持、完善社会投资治理机制是对治理矿山地质环境问题提出的对策建议。
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user: 摘 要 文章分析了黑龙江省地区中强地震对当地农村泥坯混合结构房屋的历史震害。1) 对该地区农村泥坯混合结构房屋主要震害形式的特点和致灾成因进行分析；2) 针对该省泥坯混合结构房屋的现状和主要问题，提出采用简便低廉的抗震加固技术来提高泥坯混合结构房屋的抗震能力。 关键词 :黑龙江地区，农村民居震害，中强地震，抗震加固，抗震实用技术 Copyright © 2019 by author(s) 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 黑龙江地区具有发生中强地震的风险，历史上曾多次发生4~6级地震，这些地震的震中位于当地的农村地区，调查发现震后极震区的地震烈度都达到了VI~VII度，对当地农村的民居房屋造成了严重的损害，其中泥坯混合结构房屋的破坏最为严重。我国农村民居房屋的震害调查发现，泥坯混合结构房屋的抗震安全问题是农村抗震减灾中的薄弱问题 [ 1 ] - [ 7 ] ，相关研究在黑龙江地区也发现了大量存在的泥坯混合结构房屋 [ 8 ] [ 9 ] 。本文对农村泥坯混合结构民居房屋震害形式进行了总结，分析了该地区农村泥坯混合结构民居房屋在4~6级中强地震中的破坏特点和致灾成因，找出泥坯混合结构的抗震薄弱问题，提出采用简便低廉的实用技术对泥坯混合结构房屋进行加固技术是解决该类结构抗震能力问题的关键。
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user: 2. 泥坯混合结构震害及成因分析 黑龙江省地震局 [ 8 ] [ 9 ] 的相关调查显示，该省农村老旧泥坯混合结构房屋在场地选择、建筑布局、地基基础、建筑材料以及施工技术各方面相对单一，主要是土–木、砖–土及砖–木混合建筑而成的结构，总共有三类：① 泥坯房与泥草房；② 土坯–木屋顶结构；③ 砖(柱)墙–土墙–木屋顶结构。此类结构建成年代较久远，外墙、内横墙及内纵墙质量层次不齐，墙厚较小，在历次地震中破坏程度最为严重。本文从建筑材料、承重体系、屋盖形式、地基基础、房屋布局以及构造与连接等方面分析该类结构的震害成因。 2.1. 泥坯房与泥草房 屋盖多为木加泥制成，上覆稻草遮盖，主要建筑材料为生土或夯土墙、木料及草料。坯房、泥草房结构主要依靠泥坯墙承重，该类墙体泥土为生土或者生土拌草，抗拉和抗剪承载力均较差。该类农房开间较大，各片墙体单独夯成无可靠连接措施，纵横墙间无可靠拉接措施，而纵墙门窗洞口较多，削弱严重纵向墙体的抗震能力，造成纵向墙体整体倒塌，见图1和图2。 2.2. 土坯–木屋顶结构 屋盖多为木屋盖，主要建筑材料为生土或夯土墙、木料及彩钢板屋顶。土坯–木屋顶结构除了具有坯房、泥草房的破坏形式，由于采用原木直接搭置在泥坯墙体之上，造成泥坯墙局部开裂，裂缝逐渐开展最终形成竖向贯通裂缝。地震发生时，反复水平震动加剧裂缝的扩展，并最终造成木屋顶檩条坠落，木屋顶垮塌，见图3和图4。 图1. 林甸地震中的泥草房倒塌 图2. 前郭地震中的泥坯房倒塌 图3. 前郭地震中的土坯–木屋顶结构竖向贯通缝 图4. 松原地震中的土坯–木屋顶结构的屋顶垮塌 2.3. 砖(柱)墙–土墙–木屋顶结构 砖(柱)墙–土墙–木屋顶结构，该类结构由烧结砌体砖、生土以及木屋架组成，各种材料的力学性能差异非常大。结构的破坏形式出现了砖砌体结构的斜裂缝，纵横墙体外闪及竖向贯通缝。同时，烧结砖砌体与生土墙的交界面并未形成可靠的粘结力，建造房屋时也为采取拉接措施，两种材料之间形成贯通缝，地震作用下两种墙体脱落，见图5~8。 震害调查结果显示，黑龙江地区仍在使用该类住宅的农户处于经济条件极差的现状，住房的需求仅能考虑冬暖夏凉这个最基本的居住需求，根本无力去考虑房屋结构的受力。因此，在地震作用下如何该类房屋的抗震能力最弱，房屋的破坏也最严重。 图5. 林甸地震中砖–土墙–木屋顶房门洞斜裂缝 图6. 林甸地震中砖–土墙–木屋顶房门洞水平贯通缝 图7. 林甸地震中砖–土墙–木屋顶房门洞水平贯通缝 图8. 松原地震中砖–土墙–木屋顶房纵横墙脱落
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user: 3. 建议与对策 在汶川地震后，黑龙江省政府于2008年实行泥草房改造工程，泥草房及泥坯房逐渐被弃用，政府统一推行彩钢房，该项改造工作现已取得很好的效果。然而，黑龙江地区泥坯混合结构房屋仍占有较大比例。 3.1. 主要问题 黑龙江地区该类结构的抗震能力弱，经济条件的制约是主因。同时，泥坯混合结构采用砖、土、木、草等原始建筑材料建造，这些建筑材料各自的力学性能差异大，也受长时间极寒天气影响很大。此外，该类结构无地圈梁，不均匀沉降使结构在日常使用中产生大量裂缝。在房屋建成后，农户更着重于房屋的日常使用功能，而常常忽视房屋的安全使用功能，如房屋建成后随意在墙上开门开窗，在房屋周围加建附属房屋，烟囱过高过重等。 3.2. 改进建议 黑龙江地区近十年来建造了大量的彩钢房结构，作者在哈尔滨下属市县的调查统计，该类房屋在各乡镇占到15%~20%的比例，历次中强地震作用下，该类房屋抗震能力良好。根据实地调查，由于该省农村在冬季取暖基本使用烧火炕的形式，农户反应该房屋的保温性能较差，彩钢板夹层中的塑料板防火能力较差、造价较高，见图9。本文作者调查统计发现，新建一户60 m 2 的彩钢房农户需要自行支付2.2万元左右，部分农户无承受建设彩钢房的经济能力。 图9. 延寿县长兴村彩钢房 在调查统计发现，泥坯混合结构房屋在各乡镇占到5%~15%的比例不等，屋主多为老弱病残等弱势群体，经济能力太差，无能力对居住房屋进行改造或加固维修。本文建议对于重点防御区和地震高风险区，政府应考虑进行合理补贴，统一推行成本更低的农村民居抗震加固。
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user: 4. 主要结论 本文对黑龙江地区中强地震作用下当地农村泥坯混合结构民居房屋的震害形式进行分析和总结，将当地农村泥坯混合结构民居房屋分为泥坯房与泥草房、土坯–木屋顶结构、砖(柱)墙–土墙–木屋顶结构共三类，以林甸地震、前郭地震以及松原极震区为例，分类介绍了各类结构震害形式的主要特点与致灾成因，提出了该类结构地震安全存在的问题。 本文认为黑龙江地区农村民居在未来一段时间内可能遭遇的地震风险在加大，当地农村泥坯混合结构民居房屋抗震能力较弱，不具备抵御该水平地震灾害风险的能力，建议政府统一对地震高风险区进行农村民居的抗震加固工作。
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user: 摘 要 作为科学发展观和绿色发展观的重要组成部分，可持续发展思想至关重要。可持续发展起源于西方，长期以来我国学术界对可持续发展的研究众多，但对可持续发展起源并未给出明确的线索和轨迹。实际上，可持续发展理念的产生，并不是在某一个名著中直接引发，也并不是在某次会议或者报告中就突然确立，而是多个因素和线索共同作用，由量变到质变的长期而复杂的过程。本文尝试以可持续发展的多个形成基础和思想来源为线索，逐条梳理其发展轨迹。 关键词 :西方，可持续发展，形成，线索，轨迹，来源 Copyright © 2019 by author(s) 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 新世纪以来，可持续发展在中国不断深入推进落实，取得了巨大成果。中国作为世界上最大的发展中国家、“总是把发展作为第一要务”国家，已将联合国《2030年可持续发展议程》的落实纳入国家中长期发展战略当中，并制定了国家层面的实施计划，以创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念为指导，大力解决发展不平衡不充分的问题，努力提升发展的质量和效益，积极推进“一带一路”，深度参与国际发展合作，为落实2030议程提供中国智慧，贡献中国力量。因此，为了更好地落实《2030年可持续发展议程》，有必要追溯可持续发展理念的起源及演变过程，明确可持续发展的形成轨迹，深入剖析其理论内涵，为我国的发展提供借鉴。
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user: 2. 学术界对可持续发展理念起源的研究概况 目前国内学术界对可持续发展的研究成果众多，但基本都将该理论起源归结于20世纪60年代的环境保护运动，以1972年罗马俱乐部《增长的极限》为起点，以1987年世界环境与发展委员会《我们共同的未来》为可持续发展理念正式确立的标志。如：浦建勇认为“1980年《世界保护战略》正式提出可持续发展概念……1987年布伦特兰委员会提出的报告《我们共同的未来》正式给出了可持续发展的主流定义” [ 1 ] ；辛春林等人认为“20世纪60年代卡尔逊《寂静的春天》使得人们第一次意识到环境问题的严重性……20世纪80年代，可持续发展概念被提出” [ 2 ] ；罗慧等人认为，1978年国际环境和发展委员会首次正式使用了可持续发展概念，1987年由布伦特兰报告《我们共同的未来》发表 [ 3 ] ；向冬玲认为“上世纪 70年代可持续发展的概念开始萌芽” [ 4 ] ；杨灿认为“1972年，罗马俱乐部发表《增长的极限》，首次提出‘持续增长’和‘均衡发展’的口号” [ 5 ] 。上述研究中，关于可持续发展的思想启蒙，最早也只是始于《寂静的春天》，类似的表述，出现在大量文献中，众多学者观点与上述类似，并未对西方国家可持续发展理念的起源给出明确的线索和轨迹。实际上，可持续发展理念的出现，并不是在某一个名著中直接引发，也并不是在某次会议或者报告中就突然确立，而是多个因素和线索共同作用，由量变到质变的长期而复杂的过程。
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user: 4. 小结 上世纪80年代出现的可持续发展思想有着深刻的根源，包括环境保护主义、自然保护思想、国际环境组织、生态科学、增长的极限等多个方面。自然保护对可持续发展至关重要，因为它是平衡人类需求和人类对自然的要求的动力来源。国际保护组织(特别是国际自然保护联盟)在启发可持续发展思维和组织最初提出可持续发展概念的会议方面发挥了重要作用。生态学以各种方式对发展和发展规划作出了贡献，“自然平衡”、“生态系统”和“最大可持续产量”等生态理念是可持续发展理念的重要基础。对增长极限和全球人口增长的关切是1970年代环境革命的根本原因，是可持续发展理念的正式表述出现的客观背景，使可持续发展的思想可以在1970年代得到深入讨论和进一步完善。多种背景因素和思想基础交织融合，最终形成了可持续发展的思想。
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user: 摘 要 艾滋病是具有严重危害性的传染病之一。本文研究了一类具有阶段结构和双线性发生率的HIV传播模型，利用谱半径的方法计算得到疾病消亡或持续存在的阈值，即基本再生数 R 0 。进一步地，我们证明了当 R 0 < 1 时系统仅存在无病平衡点 E 0 ，并且由V函数法以及LaSalle不变原理得到了它的全局渐近稳定性；当 R 0 > 1 时系统新增一个全局渐近稳定的地方病平衡点 E ∗ 。在文章的最后我们进行了数值模拟来验证我们的理论结果。 关键词 :HIV传播模型，基本再生数，渐近稳定性，V函数，LaSalle不变原理 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 一直以来，传染病的流行给人类造成了巨大的危害。天花、鼠疫、霍乱、艾滋病、非典、甲型H1N1流感、埃博拉等严重威胁到人类的生命和健康，导致社会倒退，给人类造成的损失大大超过历史上所有战争的总和。然而目前传染病的流行与防控形势仍然十分严峻 [ 1 ] [ 2 ] 。 人类免疫缺陷病毒(HIV)与常见传染病的传播特性具有显著的不同，例如HIV是不可治愈的，因此不存在治愈人群，且从感染到死亡期间都属于传染期，平均可长达十几年甚至几十年，病人在染病的不同时期病理反应也不相同 [ 3 ] [ 4 ] 。 世界卫生组织(WHO)给出了成年人感染HIV后的临床过程，主要包括三个阶段，如图1所示。 图1. 成年人感染HIV后的临床过程 尽管在窗口期检测不到艾滋病病毒抗体，但艾滋病病毒已存在于感染者体内，并且可以通过HIV核酸检测证实，因此处于窗口期的感染者是具有传染性的。艾滋病潜伏期是指从感染艾滋病病毒到出现艾滋病症状和体征的时间，感染者在此阶段内也具有传染性。
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user: 2. 模型建立及预备结论 在建立模型之前，我们先做如下假设 [ 5 ] [ 6 ] ： 1) 人口增加率为常数k，且均为易感者。 2) HIV携带者与易感者有相同的自然死亡率。 根据WHO公布的HIV的感染过程，将总人口 N ( t ) 分为四类：易感者S、窗口期的HIV感染者 I 1 、潜伏期的HIV感染者 I 2 和发病期的HIV感染者 I 3 。采用双线性发生率，我们建立如下HIV传播模型： { S ˙ = k − d S − S ( β 1 I 1 + β 2 I 2 + β 3 I 3 ) ， I ˙ 1 = − d I 1 − ω 1 I 1 + S ( β 1 I 1 + β 2 I 2 + β 3 I 3 ) ， I ˙ 2 = − d I 2 − ω 2 I 2 + ω 1 I 1 ， I ˙ 3 = − d I 3 − ω 3 I 3 + ω 2 I 2 ， S ( 0 ) = S 0 ，   I 1 ( 0 ) = I 1 0 ，   I 2 ( 0 ) = I 2 0 ，   I 3 ( 0 ) = I 3 0 ， (1) 其中 k > 0 为人口增加率， d > 0 为人口自然死亡率， β i > 0 为第i阶段传染率， 1 ω i > 0 为第i阶段的平均间隔期。模型的初始条件如下： S 0 > 0 ，     I 1 0 > 0 ，     I 2 0 > 0 ，     I 3 0 > 0. (2) 下面根据模型的实际意义证明系统(1)满足初值条件(2)的解的存在唯一性、正性和有界性。 引理2.1：系统(1)满足初值条件(2)的解是存在且唯一的。 证明：系统(1)的右端函数是连续可微的，满足Liptstiz条件，因此满足初值条件的解存在且唯一。 引理2.2：若系统(1)满足初值条件(2)，则它的任意一个解 { S ( t ) ， I 1 ( t ) ， I 2 ( t ) ， I 3 ( t ) } 对于所有的 t > 0 都是正的。 证明：在给定的初始条件下易知系统的所有解都是正的。反之，假设存在时刻 t 0 > 0 ，使得 m ( t 0 ) = 0 ，当 t ∈ [ 0 ， t 0 ) 时 m ( t ) > 0 ，其中 m ( t ) = min { S ( t ) ， I 1 ( t ) ， I 2 ( t ) ， I 3 ( t ) } 。若 m ( t 0 ) = S ( t 0 ) = 0 ， S ( t ) > 0 当 t ∈ [ 0 ， t 0 ) ，则由导数的定义知， S ˙ ( t 0 ) < 0 ，而由(1)可知 S ˙ ( t 0 ) = k > 0 ，故矛盾，因此 S ( t ) > 0 对于 t ∈ [ 0 ， + ∞ ) 。 I 1 ( t ) ， I 2 ( t ) ， I 3 ( t ) 可类似讨论，引理得证。 引理2.3：若系统(1)满足初值条件(2)，则它的任意一个解 { S ( t ) ， I 1 ( t ) ， I 2 ( t ) ， I 3 ( t ) } 对于所有的 t > 0 都是有界的。 证明：由系统(1)可得： N ˙ = k − d N − ω 3 I 3 ≤ k − d N . 解得 0 ≤ N ≤ k d + N ( 0 ) e − d t . 这里 N ( 0 ) 是初始时刻人口总数。因此 lim sup t → ∞ N ( t ) ≤ k d . 易知 Ω = R + 4 ∩ { S + I 1 + I 2 + I 3 ≤ k d } 是系统(1)的正向不变集，且系统满足初值条件的解最终都进入 Ω ，即 Ω 是吸收集。由 Ω 的有界性可得解的有界性 [ 7 ] 。
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user: 5. 数值模拟 为了验证理论结果的正确性，在本节中我们利用MATLAB对系统(1)的解进行数值模拟。取系统初值如下： S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50. 1) 当 R 0 < 1 时的情形 取参数值如下： k = 10 ，     d = 0.01 ，     ω 1 = 1 3 ，     ω 2 = 1 96 ， ω 3 = 1 13 ，     β 1 = 2 × 10 − 4 ，     β 2 = 8 × 10 − 6 ，     β 3 = 7.6 × 10 − 5 . (4) 此时 R 0 ≈ 0.9016 < 1 ，数值模拟结果如图2~图4所示。 由定理3.2可知，轨线最终收敛到无病平衡点 E 0 ( 1000 ， 0 ， 0 ， 0 ) ，由数值模拟得到 S ( 20000 ) = 999.9983 ，     I 1 ( 20000 ) = 4.5139 × 10 − 6 ，   I 2 ( 20000 ) = 7.4608 × 10 − 4 ，     I 3 ( 20000 ) = 9.1416 × 10 − 5 . 因此数值模拟结果与理论结果一致。 ii) 当 R 0 > 1 时的情形 取参数值如下： k = 15 ，     d = 0.01 ，     ω 1 = 1 3 ，     ω 2 = 1 96 ， ω 3 = 1 13 ，     β 1 = 2 × 10 − 4 ，     β 2 = 8 × 10 − 6 ，     β 3 = 7.6 × 10 − 5 . (5) 此时 R 0 ≈ 1.35238 > 1 ，模拟结果如图5~图7所示。 图2. 参数取值如(4)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时系统(1)的相图在三维空间的投影 图3. 参数取值如(4)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时系统(1)的解各分量 S ， I 1 ， I 2 ， I 3 随时间变化的图像 图4. 参数取值如(4)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时系统(1)的解各分量 S ， I 1 ， I 2 ， I 3 在时间 t ∈ [ 18000 ， 20000 ] 的图像 图5. 参数取值如(5)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时系统(1)的相图在三维空间的投影 图6. 参数取值如(5)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时，系统(1)的解各分量 S ， I 1 ， I 2 ， I 3 随时间变化的图像 图7. 参数取值如(5)所示，当初值取 S 0 = 10000 ， I 1 0 = 15 ， I 2 0 = 50 ， I 3 0 = 50 时，系统(1)的解各分量 S ， I 1 ， I 2 ， I 3 在时间 t ∈ [ 19000 ， 20000 ] 的图像 由定理4.1可知，任一正解最终将被吸引到地方病平衡点： E * ( 1109.15 ， 1.29849 ， 190.799 ， 22.8649 ) . 另一方面，由数值模拟得到： S ( 20000 ) = 1.1092 × 10 3 ，     I 1 ( 20000 ) = 1.2983 ， I 2 ( 20000 ) = 190.7990 ，     I 3 ( 20000 ) = 22.8649. 这表明，数值模拟结果与理论结果吻合。
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user: 6. 结论 本文我们根据世界卫生组织给出的成年人感染HIV后的临床过程，建立了一个具有阶段结构和双线性发生率的HIV传播模型。通过对模型的稳定性分析我们知道，疾病本身的传播特征以及环境等因素会形成一个决定疾病最终消亡还是持续存在的阈值 R 0 ：即当 R 0 < 1 时，疾病最终会消亡；当 R 0 > 1 时，会产生一个全局渐近稳定的地方病平衡点，即疾病最终会持续存在且稳定在该平衡点附近。数值模拟结果验证了理论结果的正确性。我们期望所得数学结果能为传染病预防与控制中心决策提供理论指导。
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user: 摘 要 目的：探讨退变性腰椎管狭窄单纯减压手术对术后临床症状的改善情况及脊柱矢状面形态的影响。材料与方法：分析我院84例退变性腰椎管狭窄患者，均行单纯椎管减压手术治疗，术前、末次随访均行全脊柱站立位X线检查。矢状面参数包括骨盆倾斜角(PT)、胸椎后凸角(TK)、腰椎前凸角(LL)、骶骨倾斜角(SS)、矢状面偏移(SVA)、骨盆入射角(PI)。两组间差异采用配对样本t检验。结果：相比术前，术后LL和TK显著增(P分别为0.024，0.011). SVA和PI-LL显著下降(P分别为0.027，0.004)，PT、PI、SS和TLK手术前后无明显变化。术后数字评分法(NRS)分数相比术前均显著降低(P为0.007)。结论：单纯减压手术能有效改善退变性腰椎管狭窄患者的临床症状和恢复脊柱矢状面的形态。 关键词 :退变性腰椎管狭窄，单纯减压手术，脊柱，矢状面形态 Copyright © 2019 by author(s) 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 腰椎退行性疾病是骨科临床的常见病，也是导致腰腿痛的常见原因。脊柱矢状面形态异常不仅导致反复下腰部疼痛，同时也会影响患者生活质量。先前研究表明腰椎管狭窄患者矢状面形态与正常人相比存在显著异常 [ 1 ] [ 2 ]。因此，手术治疗前需考虑腰椎管狭窄矢状面形态的变化，有利于患者术后功能活动的恢复及提高患者生活质量。尽管先前研究已经表明手术治疗能明显改善椎管狭窄矢状面形态，但单纯减压手术是否对退变性腰椎管狭窄术后矢状面形态产生影响，目前鲜有相关性研究结果。本研究探讨腰椎管狭窄单纯减压无融合内固定手术对术后脊柱矢状面形态的影响。
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user: 2. 资料与方法 2.1. 研究对象 对2014年01月~2015年12月我院脊柱外科84例退变性腰椎管狭窄行单纯减压手术的患者进行分析，本研究实施前已经获得三峡大学人民医院伦理委员会批准。满足以下条件的患者入选本研究：1) 具有下肢根性症状或神经源性跛行，经4~6周非手术治疗无效；2) 无椎体不稳定(术前过屈过伸X线椎间角度变化小于10˚)；3) 冠状位脊柱侧弯小于15˚；4)年龄50~74岁；4) 随访时间均不低于24月；5) 减压术前、末次随访均拍摄站立位全脊柱正侧位片。 2.2. 手术方法 本研究的减压手术是以保留棘间和棘上韧带为基础的。简单地说，在后中线皮肤切口后，使用高速钻和一个2毫米的钻去除棘突尖端的皮质。用Cobb从棘突基底部与椎板连接处进行分离。固定分离的棘突后，采用高速钻等切除椎板，并以标准方式对神经组织进行减压，减压完成后，用不可吸收缝线缝合固定棘突断端 [ 3 ]。术后2~3天后根据引流量和引流颜色拔出引流管。术后第二天开始行走。 2.3. 评价指标 我们评估了患者术前、末次随访站立位全脊柱矢状面形态的相关影像学参数 [ 4 ] ，矢状面偏移(sagittal vertical axis， SVA)：颈7铅垂线与S1后上角的距离；胸椎后凸角(thoracic ky phosis， TK)：胸2上终板与胸12下终板延长线的夹角；腰椎前凸角(lumbar lordosis， LL)：腰1椎体上终板与骶1上终板延长线的夹角；骶骨倾斜角(sacral slope， SS)：骶1上终板与水平线的夹角；骨盆倾斜角(pelvic tilt， PT)：骶1终板中点与股骨头中心连线与垂直线的夹角；骨盆入射角(pelvic incidence， PI)：经骶1上终板中点作该终板的垂线，该垂线和骶1上终板的中点与股骨头中心连线的夹角。胸腰交界性后凸角(thoracolumbar kyphosis， TLK)：胸10上终板和腰2下终板向前延长线的夹角。Numeric Rating Scale (NRS)评价患者腰背部疼痛、下肢疼痛和麻木的严重程度。 2.4. 统计学分析 本研究统计学分析采用SPSS18软件，应用t检验比较手术前、末次随访间脊柱骨盆形态的变化，P值 < 0.05为差异存在显著性。
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user: 3. 结果 3.1. 研究对象 本研究共纳入84名退变性腰椎管狭窄患者，其中男性54例，女性30例。平均年龄69.5岁(range， 46~89)。平均随访时间为26.8月(range， 24~36月)，平均减压节段为1.6 (range， 1~4) (表1)。 Table 1 Research object characteristic 平均年龄 69.6 ± 10.1 性别(男/女) 51/33 随访时间(月) 26.8 ± 3.6 减压节段 1 48 2 28 3 6 4 2 平均节段 1.6 ± 0.8 手术时间(分钟) 70 ± 32 表1. 研究对象特征 3.2. 术前与术后随访矢状面影像学参数和NRS的变化 相比术前，术后LL和TK显著增加(P分别为0.024， 0.011) (表2)。SVA和PI-LL显著下降(P分别为0.027， 0.004)，PT、PI、SS和TLK手术前后无明显变化。术后NRS分数相比术前均显著降低(表3)。 Table 2 Changes of sagittal parameters before and after operatio 参数 术前(Mean ± SD) 术后(Mean ± SD) P (t) value SVA (˚) 42.8 ± 37.5 35.4 ± 38.1 0.027 (3.232) * LL (˚) 34.4 ± 13.2 36.8 ± 15.4 0.024 (3.142) * PT (˚) 21.5 ± 10.9 20.6 ± 10.8 0.103 (1.248) SS (˚) 27.9 ± 8.3 28.2 ± 9.3 0.280 (0.948) PI (˚) 49.5 ± 9.3 49.0 ± 9.2 0.060 (1.891) PI-LL (˚) 15.4 ± 14.8 12.2 ± 16.4 0.004 (3.548) * TK (˚) 24.6 ± 10.2 25.4 ± 10.5 0.011 (3.188) * TLK (˚) 10.3 ± 11.1 10.2 ± 11.7 0.420 (0.848) * P < 0.05 表2. 术前术后矢状面参数变化 Table 3 Changes of NRS before and after decompression surger 下腰疼(±SD) 下肢疼痛(±SD) 下肢麻木(±SD) 术前 5.8 ± 2.4 6.2 ± 2.6 5.6 ± 2.3 末次随访 2.2 ± 2.0 1.9 ± 1.5 1.9 ± 1.8 P(t)值 0.000 (4.188) 0.000 (4.221) 0.000 (3.921) 表3. 减压手术前后NRS的变化
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user: 4. 讨论 研究表明脊柱退行性变对脊柱的正常序列产生重要影响，从而引起脊柱–骨盆矢状面失平衡 [ 5 ]。脊柱–骨盆形态的异常导致脊柱–骨盆整体的生物力学传导也会发生改变 [ 6 ]。因此，脊柱矢状面的平衡对脊柱维持生理功能非常重要。脊柱矢状面序列的异常会导致腰椎疾患患者持续性腰背部疼痛。研究表明，由于腰椎退变性疾病引起的腰腿疼痛或麻木患者中，腰椎前凸明显减小 [ 7 ] [ 8 ]。Jean [ 9 ] 等研究表明，当年龄 > 60岁时，相比无腰痛患者，慢性腰痛的患者PI值明显增加。Chaléat⁃Valayer等 [ 10 ] 研究结果发现，在下腰痛和腰椎间盘退变患者中，SS和LL均减小、PT增大。Rajnics等 [ 11 ] 研究显示，脊柱矢状面的整体平衡和脊柱–骨盆的相关参数具有明显相关性，脊柱骨盆矢状面失衡可能是产生顽固性腰痛重要原因。脊柱矢状面的失平衡会显著影响患者日常生活质量，即便是轻微的矢状面失衡也会对患者生存质量产生影响 [ 12 ] [ 13 ]。退变性脊柱腰椎管狭窄手术治疗的主要目的是缓解患者临床症状，故应彻底减压，解除神经压迫，重建脊柱稳定性和矢状面平衡。由于退变性腰椎管狭窄患者年龄较大，常伴有心脑肺、糖尿病和骨质疏松等全身性疾病，手术耐受力较差，围手术期并发症发生率较高，因此临床治疗退变性腰椎管狭窄应该个体化。 本研究发现，相比正常人群，退变性腰椎管狭窄患者LL、TK明显减小，SVA值增大 [ 14 ]。胸腰椎后部组织(椎旁肌等)是维持腰椎前凸和胸椎后凸的非常重要的结构，当患者年龄增加，以及其后部组织结构退变、肌肉力量及反应性的减退后，其对胸腰椎生理性弧度的维持作用慢慢减弱，从而造成胸腰椎弧度减少导致SVA绝对值增大，引起矢状面失衡 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。脊柱矢状面的失平衡，必然会增加了胸腰椎后部组织的应力来代偿脊柱的失平衡，使后部组织疲劳程度进一步加重，导致胸腰部疼痛加重，形成恶性循环。肌肉的疼痛也会导致组织内压力负荷的增加，使其反射性的调节能力减弱，进一步导致脊柱的不稳定和疼痛的加重。因此，重建脊柱的LL、SVA和TK，有望打破这一恶性循环，从而恢复脊柱矢状面的平衡和缓解腰痛。从本组数据术前术后结果分析可见，单纯腰椎减压手术不仅能有效减轻患者临床症状，改善患者生活质量，也能有效增加LL和TK，恢复SVA值，改变脊柱的整体平衡。 近年来减压内固定方式在临床上被应用于退行性腰椎管狭窄症患者的治疗中，其能让患者的症状得到有效改善，但相关研究表明其手术时间较长，且患者出血量较大，术后恢复速度较慢。单纯椎管减压是治疗腰椎退变性疾病常用的手术方式，由于其尽可能的保留了关节突关节等后柱稳定结构，对腰椎稳定的影响较小。由于单纯椎管减压手术切口小、减压范围小、无需内固定植入、不处理椎间隙和横突，从而减少了手术时间，使其更容易被老年人接受，尤其是有内科合并症的患者 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]。本研究结果表明，对于退变性腰椎管狭窄患者，单纯减压手术在改善临床症状的同时也可以有效恢复脊柱LL和TK，改善脊柱矢状面失平衡状态。 此研究结果表明单纯腰椎管减压手术对临床症状的改善和脊柱矢状面序列的恢复有较大意义。本研究属于回顾性研究，通过测术前术后脊柱–骨盆矢状面参数来评估单纯椎管减压对脊柱矢状面平衡的影响，本文的研究的局限为不同年龄段脊柱矢状面的变化及代偿可能对本研究结果产生影响。
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user: 摘 要 从心电系统中采集的心率变异性(Heart Rate Variability， HRV)信号，不可避免的混入噪声和各种趋势，消除这些趋势的干扰，有助于非线性系统复杂动力学分析的准确性。本文采用平滑先验法消除健康人白天和夜间的HRV信号中所叠加的不同趋势项，使用近似熵和基本尺度熵对其进行复杂性计算，对比分析去趋势处理前、后近似熵和基本尺度熵的稳定性变化。研究发现：去趋势处理后，平滑先验法能够有效去除HRV信号的各种趋势项，且较大幅度地提高了近似熵的稳定性，而基本尺度熵在去趋势处理前、后均呈现出较强的稳定性。研究结果表明去趋势处理后，两种熵测度都可以区分开健康人白天和夜间的HRV信号，充分体现出平滑先验法可以提高熵测度的稳定性和识别性，为临床的生理病理诊断提供了重要的理论依据。 关键词 :平滑先验法，心率变异性，基本尺度熵，近似熵，稳定性 Copyright © 2019 by author(s) 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 心率变异性信号，又称RR间期信号，是指逐次心跳周期差异的变化情况 [ 1 ] [ 2 ] ，蕴含有关心血管调节的大量信息。由于心脏系统本身是一个非常复杂的非线性系统，为了找出适合HRV信号的稳定性分析方法，国内外学者提出了一系列的非线性分析方法，如：小波分析、去趋势波动分析、多重分形、散点图、熵分析等。在这些众多的非线性分析方法中，熵分析是其中比较具有代表性的，而且被公认为效果比较好的方法 [ 3 ] [ 4 ] 。 然而在心电信号采集过程中，心电信号容易受到诸如人体呼吸、出汗和电极轻微移动，甚至是肌肉的缓慢运动等各种低频噪声的浸染，而这些低频噪声干扰或趋势项渗入通常不利于信号的分析。因此，减小和消除测试信号中的趋势项是数据处理的一个重要步骤 [ 5 ] 。 目前，去趋势处理的常用方法主要有差分法、低通滤波法、滑动平均法、最小二乘拟合法、小波法以及经验模态法 [ 6 ] 等。前4种方法需要预先假设趋势项类型，如线性、多项式或指数趋势等，不适合处理信号中趋势随机或复杂变化的情况；而后两种方法对小波基的选择或分解层次要求比较复杂，很难准确提取需要的特征值或特征向量。平滑先验法是一种改进的消除非平稳趋势项算法 [ 7 ] [ 8 ] ，能有效去除待处理信号中的趋势项，同时保留感兴趣的信号。而且在实际计算中，平滑先验法计算简单，可用于实时计算。本文使用平滑先验法来消除标准心电数据库中健康人昼夜节律心率变异性信号所叠加的各种趋势项，同时对去趋势处理前、后的实验数据进行近似熵和基本尺度熵 [ 9 ] 计算，分析两种熵分析方法的稳定性以及临床应用前景。
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user: 2. 理论基础 2.1. 平滑先验法及其频率响应 2.1.1. 平滑先验法原理 平滑先验法(Smoothness Priors Approach， SPA)是芬兰库奥皮奥大学的Karjalainen博士 [ 10 ] 提出的一种信号非线性去趋势方法，该算法假设原始数据信号，即时间序列z由两部分组成： z = z s + z t (1) 在上面公式(1)中， z s 是平稳项； z t 是非线性的低频趋势成分，且可用下面公式表示为： z t = H θ + v (2) 在公式(2)中， H ∈ R N × M 为观测矩阵， θ ∈ R M 为回归参数，v为观测误差，那么任务就转化为采取优化方法估计参数θ，从而使 z t ^ = H θ ^ 来估计原信号中的趋势项。估计参数θ的常用方法是最小二乘法，平滑先验法在寻优过程中加入了微分项 ‖ D d ( H θ ) ‖ ，并使之达到最小来保证 H θ 滤去的是信号中的趋势项部分： θ λ = arg min θ { ‖ H θ − z ‖ 2 + λ 2 ‖ D d ( H θ ) ‖ 2 } (3) 式中：λ为正规则化参数，D d 为离散化的d阶微分算子矩阵。矩阵D d 的求解方式如下： 设序列z中含有N个局部极值点，可用列项量 R = [ R 1 ， R 2 ， ⋯ R N ] T ∈ R N 表示，R的一阶趋势表示为： R 1 = [ R 2 − R 1 ， ⋯ ， R N − R N − 1 ] T ，二阶趋势可表示为： R 2 = [ R 3 − R 2 − ( R 2 − R 1 ) ， R 4 − R 3 − ( R 3 − R 2 ) ， ⋯ ， R N − R N − 1 − ( R N − 1 − R N − 2 ) ] T (4) 以此类推，就可得到R的任意阶趋势的离散表示形式，即R的d阶微分可用D d 表示为： D d = [ d ( R d ) 1 / d R 1 ⋯ d ( R d ) 1 / d R N ⋮ ⋮ d ( R d ) N − d / d R 1 ⋯ d ( R d ) N − d / d R N ] (5) 式(5)中的解为 θ λ ^ = ( H T H + λ 2 H T D d T D d H ) − 1 H T z 和 ，其中 z t ^ 就是需要去除的趋势项的估计值。 矩阵H可以通过分析原信号z的特性获取，为了分析简便，H采用单位矩阵 I ∈ R N × N 。对于矩阵D d ，当阶数为2时可以很好地估计信号中的非周期趋势项，因此D d 的阶数取2， D 2 ∈ R ( N − 2 ) × N 可表示为： D 2 = [ 1 − 2 1 0 ⋯ 0 0 1 − 2 1 ⋯ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 0 0 ⋯ 0 1 − 2 1 ] (6) 因此，原信号去除趋势项后的平稳部分可以表示为： z s ^ = z − H θ ^ λ = [ I − ( I + λ 2 D 2 T D 2 ) − 1 ] z = L z (7) 公式(7)中令 L = [ I − ( I + λ 2 D 2 T D 2 ) − 1 ] ，则有 z s ^ = L z 。 2.1.2. 频率响应 在上式(7)中，矩阵L的作用相当于一个高通滤波器。通过对矩阵L的任意一行做傅立叶变换，可以得到其频率特性。取N = 50，λ = 50，根据式(6)和式(7)用MATLAB编程计算，得到L的频率响应如下图1所示。 在图1中，x轴是归一化后的频率f，z轴代表幅值，由于对称性的原理，y轴中的N只取了1~25之间的数据。由下图1可以看出，L的滤波作用绝大部分是平顺的，只有在信号的初始段和末段，滤波效果不太理想。让规则化参数λ取不同的值，对L的第N/2行作傅立叶变换，从而得到不同λ值对应的频率响应，结果如下图2所示。 图1. L的频率响应 图2. 不同λ下的频率响应 频率响应是电子学领域中用来衡量线性电子学系统性能的主要指标 [ 11 ] ，心电信号的主要成分的频率范围在1~100 Hz，趋势项的频率一般集中在低频范围中，因此一般在预处理中将HRV信号的采样频率降低为4 Hz。由下面表1可以看出，当λ = 100时，对应的截至频率为0.0296 × 4 = 0.1184 Hz，基本可以保证原始数据中低频趋势项的消除，同时保留感兴趣的信号成分。 Table 1 Regularization parameter and the corresponding cut-off frequenc 参数λ 1 2 5 10 20 100 相对截止频率 0.2241 0.1518 0.0942 0.0660 0.0499 0.0296 表1. 正则化参数与相对截止频率 2.2. 近似熵 近似熵主要是从衡量时间序列复杂性的角度来度量信号中产生的新模式概率的大小，产生新模式的概率越大、序列的复杂性越大，相应的近似熵也越大 [ 12 ] 。 本文采用标准近似熵(2， r， N)分析颠倒作息HRV时间序列，其中嵌入维数m = 2，r为相似容限(通常取0.1~0.5 SD，本文取r = 0.2 SD [ 13 ] ) (SD代表信号的标准差)。 2.3. 基本尺度熵 基本尺度熵的本质是定量的分析m-words组合出现的不确定性 [ 14 ] ，熵值越大表示m-words的组合形式出现的更加不确定，即波动模式越复杂 [ 15 ] 。对于颠倒作息HRV序列，本文取嵌入维数m = 2，特殊参数α = 0.2，α的取值是利用Wessel [ 16 ] 等的测试方法得到。(若 m = 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ，结果无任何影响，改变α值从0.1~2，结果也无明显的不同)。