DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 材料与方法 2.1. 研究区域概况 《广西壮族自治区沿海港口布局规划》和《钦州港总体规划》规划的钦州港港口岸线长86.1 km，其中深水岸线54.5 km，非深水岸线31.6 km。钦州港海域北面为大陆，东南受雷州半岛和海南岛掩护，西面为中南半岛，海域掩护条件好，波能动力相对较弱，风流平顺，海域开阔，航行条件好。钦州港海域可利用潮差较大，多年平均潮差为2.51 m，最大潮差达5.52 m。 2.2. 样品采集与分析 依据《陆源入海排污口监测技术规程》(HY/T076-2005) [ 9 ] ，钦州港炼油厂排污口处水质全年监测四次，分别于2011~2013年3月、5月、8月、10月开展实施排污口水质监测工作。以钦州港炼油厂排污口为中心，在排污口邻近海域布设7个站点，分别为P1~P7站位(如图1所示)。排污口邻近海域全年监测两次，分别于2011~2013年5月、8月开展排污口临近水域水质监测工作。各监测项目的样品采集、处理和分析方法均按照国家标准《海洋监测规范，第4部分：海水分析GB17378.4-2007》 [ 10 ] 进行，其中pH值采用精密pH计测定；无机氮为氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的总和，氨氮采用靛酚蓝分光光度法，亚硝酸盐采用萘乙二胺分光光度法，硝酸盐采用锌–镉还原法；化学需氧量采用碱性高锰酸钾法；悬浮物采用重量法；石油类采用紫外分光光度法；采样和分析过程均采取运输空白样、现场平行样、密码样和加标样等进行质量控制。 2.3. 数据分析方法 采用单因子评价法对钦州港炼油厂排污口邻近水域水质状况进行评价与分析。单因子评价法公式为：Pi = Ci/Si，式中：Pi为污染物i的污染指数；Ci为污染物i的浓度(mg/L)；Si为污染物i的排放标准(mg/L)，若水质污染指数大于1，则监测海域水质为超标 [ 11 ] [ 12 ] 。按照《陆源入海排污口及邻近海域生态环境评价指南》(HY/T086-2005) [ 13 ] ，钦州港炼油厂排污口临近海域为港口区，水质排放标准为不劣于第四类；在《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》(GB8978-1996) [ 14 ] 执行二级排放标准，因为钦州港炼油厂为石油炼制工业企业，故其再根据《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015) [ 15 ] 可得其排污口水质排放标准(见表1)。 钦州港炼油厂排污口临近海域海洋功能区划分为港口区，水质达到《海水水质标准》(GB3097-1997) [ 16 ] 第四类海水水质标准。污染物i的排放标准Si采取海水水质标准中的四类水质标准(见表2)。
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user: 4. 结论 1) 2011~2013年钦州港炼油厂排污口水质状况较好，其中pH值、悬浮物未出现超标现象；DIN、COD和石油类含量在个别月份异常增大，出现超标现象，可能与炼油厂存在安全环保设施遗漏有关。 图10. 2011~2013年炼油厂排污口水体中石油类变化情况 图11. 2011~2013年炼油厂排污口邻近海域水体石油类变化情况 2) 2011~2013年钦州港炼油厂排污口邻近海域水质优于该海洋功能区化水质要求，排污口个别月份较高的DIN、COD和石油类含量对临近海域水质状况影响不大，这主要与排污口排水量较小，海水通过自身的自净能力已经对其稀释和分散有关，另外雨季沿岸雨水冲刷造成陆地污染物进入水体对该海域的水质有一定的影响。 3) 2011~2013年排污口邻近海域的主要污染物DIN、COD和石油类含量呈增长趋势，这可能与近年来钦州港临海工业的发展以及陆源污染物通过入海径流输入增加有关，因此需要密切关注该海域DIN、COD和石油类含量状况，做好相关的海洋监测和水质分析评价工作，确保该海域的海洋生态健康。
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user: 摘 要 本文选取“变换核”函数，利用复变函数的留数定理给出一些形式各异的无穷级数恒等式。 关键词 :变换核，留数，无穷级数，伽马函数，恒等式 Copyright © 2017 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 无穷级数变换有许多文献。著作 [ 1 ] 收录1000多级数公式，著作 [ 2 ] 介绍无穷级数求和的各种技术。文 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 讨论组合数和式问题。文 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 用裂项法给出中心型和非中心型二项式系数倒数级数封闭型和式问题。无穷级数与数学各个分支紧密联系，也可以说无穷级数与数学各个分支融合在一起。因此研究无穷级数时常常利用微分，积分，伽马白塔函数，多对数，发生函数，递推关系等各种数学工具和方法。 我们选取一些“变换核”函数，证明形式各异的无穷级数恒等式。利用复变函数的留数定理计算函数在极点的留数，特别是通常多重留数计算公式 失效时，我们选用文 [ 9 ] [ 10 ] 中2重，3重极点留数公式去计算留数，同时应用“变换核”函数在复平面上的围线积分，得到一些形式各异的级数恒等。
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user: 2. 主要结果与证明 命题1 如果 ，且 ，则无穷级数恒等式成立 (1) 证明：选择变换核函数 ，函数 在矩形 ， 上积 分， 表示中心在原点，水平边和垂直边的矩形，当 时，有矩形 。 有单极点 和 。 1) 在极点在 ，计算 得留数，易得 ； 2) 在极点 ，计算函数 的留数，用洛必达法则 3) 在极点 ，计算函数 的留数，用洛必达法则，利用并利用双曲函数展开式以及与三角函数关系计算，利用关系式 4) 在极点 ，计算 的留数 根据文 [ 11 ] 留数基本定理如果函数 在 内只有有限个奇点， 。从而有 由此得出 (1)式成立。 命题2 设 为复数，且 ，下面伽马函数级数恒等式成立 (2) 证明：选取变换核函数 ， 有单极点 ， ， 1) 在极点 ，算 的留数 2) 在极点 ，计算 的留数 3) 在极点 ，计算 的留数 设 为中心在原点的矩形，顶点为 的矩形，它的边长为 的矩形当 时， ，即 整理得到(2)式。 命题3 无穷级数恒等式成立 (3) 证明：选择变换核函数 ， 有单极点 ， 和点 有3重极点。 1) 展开函数 成幂级数 幂级数中 的系数，即为 的留数 2) 在极点 ，计算 的留数，用洛必达法则 ； ； 3) 在极点 ，计算 的留数 根据文 [ 9 ] 留数基本定理 如果函数 在扩充复平面内只有有限个奇点，那么 在所有各奇点(包括 点)的留数总和必等于零。 。从而有 注意到 整理得到， 从而得到 命题4 设 ，且 ，则无穷级数恒等式成立 (4) 证明：选择变换核函数 ，函数 在 有5重极点，单极点 ， 1) 将 展开幂级数 展开幂级数 系数，即 在 的留数 ； 2) 在极点 ，计算 的留数 3) 在 是2重极点，留数公式 失效，我们利用文 [ 11 ] 公式计算留数。 令 ， 计算 导数与导数值 ； 于是有 ； ； 计算 导数 ； ； 的导数值 ； ； 将上述数据代入公式， 根据文 [ 9 ] 留数基本定理如果函数 在 内只有有限个奇点， 。从而有 从而得到 命题5 设 ，且 ，则无穷级数恒等式成立 (5) 证明：选取变换核函数 ，函数 在 有5重极点，单极点 和3重极点 ； 1) 展开成幂级数 函数 展开幂级数 系数，即为 在 时的留数 2) 在极点 ，计算 的留数 3) 函数 在 是3重极点，留数公式 失效，利用 [ 10 ] 公式计算留数。 设 ，其中 在a点解析， ， 在点 有3阶极点，则3重极点留数公式为 令 ， 下面计算 的导数 ； ； ； 在 的函数值与导数值 ； ； ； 下面细心计算 的导数，计算过程有点长，需要细心 ； ； ； ； 计算导数值 ； 通过对 微分计算得到 计算得 ； 对 微分计算得到 ，我们在 表达式中仅微分 得到 ，将 代入此项得到导数值。其他项因含有 项，导数值为0。 在 中只有 微分后为 ； 所以 ； 将 ； ； 和 ； ； ； 代入3重极点留数公式 根据文 [ 9 ] 留数基本定理如果函数 在 内只有有限个奇点， 。从而有 整理得 (5)式得证。
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user: 摘 要 以Skyline为三维GIS平台，借助SuperMap、3DMAX等软件，在C#环境中开发了大洋河流域河口生态环境评价三维可视化系统。该系统实现了对流域河口区的基础地理信息数据、遥感数据、外业调查数据及文本资料数据的整合管理，建立了大洋河流域河口的三维场景。并基于河口湿地景观格局指数、生境质量指数，河口区环境要素反演方法，从流域陆源风险、河口湿地生态健康、河口流域生态安全三个方面对大洋河流域河口的生态环境评价方法和模型集成进行了分析，并对成果进行二三维一体化展现。 关键词 :Skyline；生态环境评估；三维可视化 Copyright © 2017 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 河口三角洲湿地位于河、海、陆、气、和人类社会五大介质作用的交集点上，既是气候变化敏感区，也是生态环境的脆弱区。由于乱砍滥伐、开矿采石、不合理的耕作方式等导致了土壤侵蚀、水土流失频繁发生，除此之外，很多工业污水、生活污水的随意排放等产生了很多污染源，这些情况对流域河口生态环境的健康构成了严重的威胁。为此进行流域河口的生态环境现状调查及分析、实现生态安全评价系统的搭建，对于流域河口的生态环境可持续发展来说十分必要。 目前，地理信息系统技术已经广泛应用于国土、资源、环境、规划、海洋等多个领域。大多GIS软件对二维空间信息表达已趋于成熟和完美，但对于现实世界的三维地物表示不够直观且分析功能有限，因而具有很大的局限性。真实的展示流域、山体地形等需要强有力的三维技术支撑，在三维GIS基础软件功能还不够完善的情况下，一般采用了二维GIS平台和三维GIS平台相结合的方式进行应用系统开发。二维GIS提供数据编辑、管理能力，三维可视化软件具有良好的可视化效果，把二者结合进行应用系统开发，这在一定程度上实现了二三维系统的整合。不同领域研究人员结合二三维平台开发二三维联动GIS系统，充分管理、分析和显示数据，取得了较大的成果。 美国Skyline公司研发的Skyline系列三维软件具有强大的三维空间信息展示功能，可加载大量三维模型数据，还支持GIS通用数据格式，并且提供完善的二次开发组件嵌入到其他系统或与其他组件协调使用开发。陈鹏等利用Skyline软件开发了“广州规划三维数字平台”和“二三维一体地理信息平台”，得出了Skyline在三维可视化运行效率高的结论 [ 1 ] 。刘洋等对流行三维系统开发模式进行比较和分析，并用案例证明了基于Skyline的二三维联动技术可行性 [ 2 ] 。本系统在充分调研基础上，选择Skyline、SuperMap、3DMAX软件平台开展大洋河流域系统研发，通过3Dmax制作逼真的河流、山体场景模型，利用SuperMap二维平台管理矢量、栅格数据，利用Skyline平台展示三维地形数据。
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user: 2. 数据采集及平台介绍 2.1. 数据采集 系统建立的数据准备主要包括基础地理信息数据、遥感数据、自然资源数据、社会经济数据、污染源数据及地表水环境调查数据。收集到的基础地理信息数据包括河口区的地形数据及全流域的1:5万数字高程模型；遥感数据包括1958年至2012年间多期的航片和卫片；自然条件数据包括水文数据、气象数据、土壤数据；社会经济数据包括以乡为单位的人口、经济指标；污染源数据即267个排污口的地理信息；地表水环境调查数据即现场水质调查数据及分析结果，包括COD、PH、DO、氨氮等。 2.2. 系统开发平台 该系统以Skyline为主要开发平台，采用Visual Studio2010为开发环境，结合SuperMap开发并实现系统的主要功能 [ 3 ] 。选择Skyline作为三维GIS平台是因为其应用起点低，操作简单、快捷，便于编辑、修改，能够实现多级分辨率影像的无缝显示，并且该软件的二次开发简单，可直接读取大多数类型的数据文件，实现空间数据与属性数据的绑定、GIS图形编辑、注释、查询、以及空间分析等功能 [ 4 ] 。二维GIS平台选择了北京超图地理信息技术有限公司的SuperMap，其适用领域广、易于开发、功能强大，并提供了大量的开发空间，是大型全组件式GIS软件 [ 5 ] 。此外，为了优化该系统的三维效果及功能，选用Photoshop用于纹理图像的加工与处理、3dsMAX用于建筑物真实感模型的建立。
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user: 3. 系统总体设计 3.1. 系统建设目标 全面地收集和管理大洋河流域河口的地理数据和生态安全评价的相关数据，严格遵循系统的设计的原则与要求，研发出一套既具有地理信息系统基本功能又包含生态环境评价相关专业功能的三维可视化系统。便于使用者快速地掌握大洋河流域河口的地理环境及生态环境状况，辅助决策者对该区域的生态环境进行综合评估和管理。 3.2. 系统结构框架 系统框架分为三个层次，从下往上依次为数据层、应用层、表现层。数据层定义了本系统运行所需的基础数据和应用数据，包括基础地理信息库、遥感数据库、三维模型库、专题评价模型库，应用层是调用数据层中的数据和表现层的业务请求，应用层通过系统工具保障数据层中数据维护管理，通过二维空间引擎和三维空间引擎向表现层提供二次开发支撑。表现层指用户和系统界面互动实现，包括二维数据管理、三维数据展示、专题模块评价等，各个模块间通过不同平台松散耦合展现模块特色。本系统通过二三维平台实现二三维数据一体化显示。系统结构框架如图1所示。 3.3. 功能模块设计 流域河口生态环境评价系统包括数据显示与管理模块、流域河口区三维建模模块、河口湿地生态健康评价模块、流域河口生态安全评价模块、流域陆源生态风险评价模块等几个部分组成。根据系统目标和系统模块组成，将本系统模块分解为更为详细的子功能，系统功能结构如图2所示。 数据显现与管理模块提供数据浏览工具操作，对空间数据查询、编辑，对数据属性信息查询，实现距离、面积、高程量算功能等功能。流域河口区三维建模模块可在三维场景中加载地形、建筑、水体等模型数据，同时支持创建建筑、地形三维模型，支持用户添加点、线、面三维模型。河口湿地生态健康评价模块根据通过景观格局、人类活动、湿地-水系变迁数据进行河口区评价。流域河口生态安全评价模 图1. 系统结构框架 图2. 功能模块设计 块根据站位水质数据计算海表温度、黄色物质、叶绿素浓度、总悬浮物浓度等卫星产品，集成风险评估模型进行风险评价。流域陆源生态风险评价将现场调查水文气象、土壤条件数据及通过遥感影像得到的土地利用数据通过风险评价模型生成该流域陆源生态风险状况成果。
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user: 4. 系统功能的实现 本系统是在C#环境中集成Skyline的TE3Dwindow (三维窗口控件)、TEInformationWindow (信息树窗口控件)、TENavigtionMap (导航窗口控件) [ 6 ] ，及SuperMap的SuperMap (地图控件)、SuperLegend(图例控件)进行开发 [ 7 ] ，实现了包括导航、缩放、漫游、空间定位、属性信息查询、二三位联动等功能在内的基本地理信息系统功能。并以三维可视化的地理空间环境为依托，从流域陆源生态风险、河口湿地生态健康、流域河口生态安全三个方面对大洋河流域河口的生态健康状况做出了综合的评价。 4.1. 三维可视化 通过对大洋河流域的地形数据和遥感数据进行预处理，利用Skyline的TerraBuilder产品完成该流域的地表建模，达到真实反应当地地形地貌情况的效果。并导入利用3dsMAX建立的复杂建筑物模型，与Skyline的TerraExplorer产品中与地表模型融合，生成真实感强的三维场景 [ 8 ] 。最后在C#环境中，实现三维场景中的空间定位、漫游、缩放、平移、旋转、二三位联动等功能。效果如图3所示。 4.2. 河口湿地生态健康评价 河口湿地生态健康评价方面，主要结合遥感技术、地面调查和社会经济发展构建河口湿地生态健康评价指标体系。系统中以河口三角洲景观格局分布的演变、河口湿地水系分布及变化、河流与芦苇湿地分布及变化、海域使用与天然湿地分布及变化四个方面展示了大洋河河口三角洲湿地的生态健康状况。大洋河河口湿地类型分布如图4所示。 图3. 流域河口区地形场景 图4. 河口湿地类型分布 图5. 陆源污染类型分布 图6. 赤潮风险评估 4.3. 流域陆源风险评价 通过对大洋河流域径流指数、泥沙流失指数、农田营养盐流失指数三个栅格数据依据流域非点源污染发生风险指数进行空间叠加运算，得到大洋河流域非点源污染风险评价的空间分布图。为了将污染风险评价结果更好地表达出来，系统从流域水系、坡度、坡向、污染源类型、径流深度、土地利用等方面逐一进行展示。陆源污染类型分布如图5所示。 4.4. 河口流域生态安全评价 河口水域生态安全受河流物质输入的影响，将不同航次的水色遥感监测站点的布局加载到三维场景中，同时提供各监测站点的信息查询，包括航次、序号、经纬度、水质成分分析。将现场调查的悬浮物浓度、色素浓度、营养盐浓度及水体成分吸收系数以各航次为单位，采用表格和专题图两种方式表现。赤潮风险评估如图6所示。
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user: 5. 结论 本文通过选择Skyline作为三维平台、SuperMap作为二维GIS平台，借助3DMAX、Photoshop等相关专业软件，建立了大洋河流域河口湿地生态环境评价三维可视化系统。该系统提供了便捷的空间操作功能，有效地结合了二、三维空间环境，从流域陆源信息、河口湿地、水色遥感监测三方面直观地展示了对大洋河流域河口的生态环境评价结果。但目前该系统仅作为三维可视化系统展示了生态环境评价的结果，在今后的研究中还应将更多的生态专业模型与GIS结合、建立多元化的数据库管理机制，更好地为生态安全评价提供辅助支持。
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user: 摘 要 结合力学课程特征与工程项目的实践性，提出了设计基本项目和综合项目作为力学专业本科生实践学习的实验教学方法。借助信息技术，创建基于项目，突出学生主体性的实验教学平台，把项目式实验教学活动高效地组织管理起来。实验教学平台以工程项目设计、项目实施及项目完成及项目报告评价为框架，辅以学生理论知识管理、教师智能指导管理、学生反馈管理和实验教育效果管理等模块。基于工程项目式的实验教学，在培养学生的工程意识与创新精神；提高学生分析解决工程问题的能力等方面具有重要意义。基于工程项目式实验教学平台把理论教师、实验教师和学生紧密联系在一起，借助信息技术高效管理项目式实验教学活动。 关键词 :力学实验，教学改革，项目教学模式 Copyright © 2017 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 项目式教育法是符合构建教育理论促进学生全面发展的科学的教学方法，国内外很多高校已广泛开展和运用了项目式教学方法，在教学效果方面也取得了积极的成效。项目教学法是指在教学活动中，通过师生共同完成一个完整的、具体的和有实际工程价值的“项目”或“产品”的教学方法 [ 1 ] [ 2 ] 。教师将项目以人物的形式交给学生，由学生按照项目完整实施步骤，在教师的指导下完成。项目教育法能充分发挥学生自主性学习特点，教师则起辅助指导和启发的作用。 由于力学专业的偏重理论性，亟需培养学生的科学研究能力，而项目式教学法的优点在于将实践与研究融入教学过程，所以在力学专业实验实践教学中实施项目教学法是十分必要的 [ 3 ] 。实验教学强调学生的主体性 [ 4 ] 和实践性，它与项目式教学法一致，因此在力学实验教学中运用项目式教学方法必将起到更好的效果。理论力学是一门理论性和实践性都很强的课程，理论力学问题广泛存在于工程实际中，如建筑设计、桥梁、机械、航天航空等，理论力学的实践具有很好的工程项目基础 [ 5 ] 。在理论力学实验环节中推行项目式教学，把学习置于复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作解决问题，从而牢固掌握隐含在问题背后的科学知识，培养解决问题的技能和自主学习的能力；在自主探究这个过程中，可以充分调动每个学生创造性地解决问题。这种模式不仅可以理论联系实践，理论指导实践，还可以实践创新理论，实践创造理论，对于提高大学生的学习兴趣和实践创新能力大有好处。
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user: 2. 《理论力学》实验教学内容及现状 理论力学是一门工科专业基础课程，是现代工程技术基础理论之一。力学的基本概念、公理、定理、原理、建模思路、实验技巧及思维方法等对开拓思维以及研究处理重大工程问题、技术革新等用处很大，其研究的物体机械运动广泛存在于日常生活和工程实践中。理论力学课程的理论性强，公式多，内容抽象，目前课程教育也更多的侧重于理论讲授，亟待加强理论力学的实践教学方法研究，促进理论力学课程教学效果 [ 6 ] 。 建国以来，我国的理论力学课程一直沿袭前苏联的模式，在该课程的教学大纲中只有理论讲授部分而无实验内容。直到90年代，国内部分高校才提出理论力学也应该有实验，就陆续研制出了一些实验仪器设备，并开发了一些理论力学实验项目，做得比较好的有浙江大学、上海交通大学、清华大学。浙江大学于2000年创建了“理论力学创新应用实验室”。实验室包括一个多功能实验台、三个理论力学测试实验装置和20多项理论力学工程应用的演示教具 [ 7 ] ，实验室共开设9个实验项目，6个实验学时。浙江工业大学机械工程学院在2006年引入“理论力学创新应用实验室”，开始创建理论力学实验室，在2007年为06级本科生开出第一次理论力学实验，至今已连续为8届本科生做过理论力学实验。目前情况是，理论力学的实验项目都是以验证型实验为主，一个实验项目验证一个知识点，学生运用学到的知识点，创造性地解决实际问题的能力锻炼很少。目前理论力学实验主要分为以下两大类： (一) 演示性实验 通过大量工业产品和科技成果模型向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼界，学生们对于展出的很多实物和模型普遍非常感兴趣，也觉得非常不同于其他课程的实验。通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析和图文并茂的图板阅读(对于比较典型的力学模型，我们还专门制作了详细讲解地图板)；通过学生动手操作，加深对《理论力学》基本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。 (二) 静力学、运动学和动力学创新应用实验 目前理论力学课程开设有9个创新应用实验，前面3个分别是静力学、运动学和动力学的单独应用的创新应用型实验，后6个都是在理论力学综合多功能实验台上进行。此项目让学生学会相关仪器的使用与应用，认识了工程实际中对模型的建立、试验方法的确定以及进行误差分析的方法；锻炼学生分析能力、实验方法设计能力和实验操作能力。 不难看出，当初在设计的这些理论力学实验项目几乎涉及到了理论力学全部内容，但是学生做完后，感觉基本上是按照实验指导书的步骤，按部就班地完成，完成实验后，也没有太多的人去进一步思考。另外，这些实验项目共6个学时，分两个单独时间独立进行，学生很难找到各个实验项目的有机联系及有关知识点的交叉和综合应用。总的来说，实验教学效果不是很理想。 根据理论力学课程内容和其实验要求，基于工程项目的教学方法可以解决目前在理论力学教学中存在的问题。工程项目要解决的是具体的工程问题，蕴含着大量综合性的理论知识，以问题的基础的探究性理论学习，必然会极大地提高学生学习的主动性和积极性，也会让学生深入掌握理论知识，同时可以提升学生科研项目的组织管理与研发创新综合能力。理论和实践相结合的项目式实验教学方法，实践表明，在学生深入掌握理论知识和培养学生的创新能力培养方面富有成效，教学效果反馈良好。
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user: 3. 项目式《理论力学》实验教学模式的特点 项目教学法是在很多理论课程讲授中已有应用，起到很好的效果，但是在《理论力学》实验教学中少有应用。在项目式教育方法的核心是工程项目的设计，每一个工程项目都理论和实践的综合体。在项目式实验教学过程中以项目为核心，以学生为主体，以教师为主导，从开放实验中，不断树立学生的创新思维和意识 [ 8 ] 。对开放式实验教学实行项目式管理是一种实验方式的创新，通过建立项目的形式，让学生作为实验项目的负责人，这样既提高了学生的主动性、参与性又提高了学生对全过程的理解和掌握。使学生能够充分发挥其科学思维方式和科学的预见性。 (一) 项目须与现实生活或工程实际相关、有实际意义，容易引起学生兴趣 项目式教学模式是指对现实生活或工程实际中的某一个具体问题(具有学习和研究价值并且是学生们感兴趣的问题)进行深入地、直接地了解、观察，从亲身完成项目的解决过程中获得经验和学习方法的一种以学生为本的教育活动。实验教学效果的好坏取决于实验项目内容对学生的吸引力和兴趣、实验项目的现实意义，因此项目的选择应与现实生活或工程实际紧密相关。只有这样，实验教学才能更好的与学生日后的工作结合。 (二) 项目须具有整体性和系统性，注重培养学生的多种能力 项目式实验教学需要将整个理论力学实验教学内容有机的、相互联系的溶合到一个或几个项目中予以完成，即设计的实验项目必须具有整体性和系统性。因此项目式实验教学绝对不是将原有的实验教序项目简单地拼凑在一起，而是应该设计一个与工程实际紧密相关，在完成这个项目的过程中，需要运用到理论力学很多的知识点，甚至可能还会牵涉到其他课程的一些内容和自学一些未知知识，才能顺利、完满完成项目。项目式实验教学过程，让学生亲身经历课堂上学到的理论知识应用到实际问题中解决实际问题，培养了学生的自学能力、观察能力、动手能力、研究和分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力、以及创新思维与创新能力。 (三) 创建基于项目的实验教学平台，让理论教师、实验教师和学生三位一体 项目教学法是一套教学策略，教师借此引导学生对现实生活或工程实际中的问题进行深入的学习与研究。此教学法有一个灵活但较复杂的框架指示出教与学活动中的特征。借助计算机技术与网络通讯技术，创建项目式实验教学平台，贯彻项目教学策略，把理论教师、实验教师和学生三方融入平台。该平台辅助教师高效地实施项目教学活动，激发学生的学习积极性，让他们自觉地学习并高质量地完成项目作业。项目教学法有一套完整的体系，它要求教师有极大的创造性和应变能力；教学计划的具体实施经常需要临时调整，实现这些要求就是基于信息技术的实验教学平台的优势。
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user: 摘 要 湖北省材料科学与工程实验教学示范中心以科教协同、产教融合为实践育人的特色模式，以“学生为本，夯实基础、依托学科、突出创新、注重能力”为实验教学理念，全力打造了“三四五”立体化实验教学体系，通过科研课题项目化、知名学者导师制、科研小组进团队和科研设备本科化等先进的管理模式作保障，在实验教学改革、师资队伍建设、实验教学管理、运行机制建设等方面都取得了系列成果。 关键词 :科教协同，产教融合，育人，大学教育，实验教学 Copyright © 2017 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 湖北省材料科学与工程实验教学示范中心(以下简称“中心”)筹建于2003年，通过整合材料科学与技术学科群相关的优势实验教学资源，依托软硬件资源雄厚的材料科学与工程一级学科，于2006年成为湖北大学校级实验教学示范中心，2007年经湖北省教育厅评估验收，中心正式被批准为省级实验教学示范中心。近十年来，中心按照优质资源融合、教学科研协同、学校企业联合的实验教学新模式，进行集专业性、创新性和研究性为一体的实验教学示范中心建设，在实验教学改革、师资队伍建设、实验教学管理、运行机制建设以及仪器设备运行与维护等方面都取得了一系列成果。
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user: 2. 科教协同、产教融合，特色鲜明育人才 中心实践育人模式特色之一就是“科教协同”。中心整合优质资源，调整实验教学体系，将各专业实验室及实验项目整合为“平台+模块”的实验教学体系，建立了以基础性实验、综合性实验、工程实践和研究创新实验为主线的实验教学平台，并将实验内容进行分类、模块化。及时将优质的科研资源转化为实验教学资源。科研项目转化为实验项目，科研仪器设备转化为实验教学设备，科研平台转化为研究创新实验平台，科研成果转化为创新创业项目 [ 1 ] 。积极融合社会优质资源，校企联合培养材料类工程人才。聘请企业工程师为学生工程实践、创新创业实验的指导教师，将生产实习、毕业设计、创新研究、创业实践等实验教学内容在企业内实施。 高分子材料专业创新型实验项目“环氧沥青材料制备与应用性能研究”，来源于周威老师的多项省部级研究项目，在实验过程中，学生既要熟悉实验操作技能，又要了解和掌握当前国内外前沿的高性能道路铺装材料性能评价指标和体系，拓宽视野，激发了学生的学习兴趣和热情，并由学生自主形成了“一种具有电磁波吸收功能的环氧沥青涂层及其制备方法”(专利申请号：201510236544.2)等5项发明专利和多篇学术论文，在2014年第九届“挑战杯”全国大学生创业计划大赛暨首届MBA专项赛中，项目“冷拌型环氧沥青材料”荣获金奖。 中心实践育人模式特色之二即是“产教融合”。学生到园区实践，开展企业实践实训。中心教师赴广州、深圳、温州、宜昌、荆门、黄石、武汉等省内外进行产学研对接，在日新科技股份有限公司、富思特新材料科技发展股份有限公司、三洋塑胶科技有限责任公司、扬子江汽车集团、华工图像技术有限公司、武汉三源特种建材有限公司等多家企业建立了省级、校级实习实训基地，将实验教学与工程实际相结合，让学生能够深入到生产第一线，使认识实习、生产实习、课程设计和毕业设计等实践环节连续化、系统化和规范化，培养学生解决实际工程问题的能力，同时实现高校和企业之间的优势资源共享与互补、促进相互之间的共同发展 [ 2 ] 。
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user: 3. 以生为本，打造“三四五”立体化实验教学体系 中心以“学生为本，夯实基础、依托学科、突出创新、注重能力”为实验教学理念，建立了“三四五”立体化实验实践教学体系，致力于开展“宽口径、厚基础、重创新、广辐射”的示范教学，使中心成为交叉复合型创新性人才培养的重要支撑。 以生为本，就是为学生为中心，优质实践教学资源向学生倾斜，在学科、专业所需的知识和能力基础上，注重学生的个性化发展的引导与需求 [ 3 ] ；夯实基础，就是为学生全面发展打下坚实的基础，让学生的知识结构具备宽口径、厚基础，为学生的个性化发展提供有力支撑；依托学科，就是推进产教研的深度融合，利用各方面的优质资源协同育人，尤其是各级各类学术研究平台，为学生的发展提供保障；突出创新，就是在人才培养过程中注重创新能力的培养，为学生提供创新研究的平台与环境，并加强引导；注重能力，就是在实验实践教学过程中强化实践能力培养，包括专业基本技能、专业核心能力、研究创新能力、社会适应能力以及创新创业能力 [ 4 ] 。 中心在产教研融合模式下推进协同育人，全力打造了“三四五”立体化实验教学体系 [ 5 ] 。其中“三”是指在校企联合进行人才培养，建立校内实验、园区实训、企业实习的三类实践教学点；“四”是指实验教学层次平台化、实验教学内容模块化，建立基础性、综合性、工程实践和创新创业等四个实验教学层次；“五”是指培养学生五种实践能力，即专业基本技能、专业核心能力、研究创新能力、社会适应能力以及创新创业能力。
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user: 4. 理念创新，先进管理模式作保障 中心充分发挥学院现有的学科和专业优势，通过不断的理念创新，逐步形成一个结构合理、管理科学、技术先进、人员精干的发展保障体系，为中心的快速发展保驾护航。 1) 科研课题项目化。中心将科研课题中的特色研究实验通过凝炼转化为本科创新实验项目，并实验内容拍摄成视频在中心网站展示，让学生通过视频浏览实验内容，选做感兴趣的实验。已有20余项科教协同创新实验项目供学生选择。 2) 知名学者导师制。中心组建了大学生创新训练营和暑期夏令营，由知名学者、教授担任指导教师，滚动增加了大批由科研课题凝练而成的创新创业、社会调查等项目，以学生为主体开展课外科技创新实践，取得了丰硕成果。 3) 科研小组进团队。中心实施科研素质提升工程，从大学二年级开始遴选学有余力、对科研感兴趣的学生组建科研兴趣小组，并通过双向选择，让学生尽早进入教师科研团队，参与科研课题。每年组建30个左右的科研兴趣小组，本科生约100人，占年级人数的30%。 4) 科研设备本科化。中心除将100多台套大型科研测试平台仪器设备全部对本科教学开放外，还鼓励将研究室中的本科创新实验通过自制设备的方式改造成更多学生可利用的实验，制定了将具有自主知识产权的自主设计实验转化自制实验设备、创新实验转化为专业实验的制度。已经组建了电子器件设计创新工作室、塑料模具设计工作室，将用于科研的仪器设备适度扩大、改制，每年为60余本科生提供创新设计实验及毕业设计实践。
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user: 5. 探索中前行，人才培养显成效 在中心教师学生的共同努力下，学生的科研创新和创业实践能力得到了全面的提升，取得了丰硕的成果。近5年来，学院本科生有139项成果(含团体、个人)在省部级及以上竞赛中获奖。在“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、创业计划竞赛中，先后获得国家二等奖1项(2015)，金奖2项(2014)，银奖2项(2014、2016)，铜奖1项(2016)；在大学生数学建模大赛中，获得美国数学建模大赛一等奖1项(2014)、全国二等奖1项；获得湖北省大学生“优秀科研成果奖”6项；获得湖北省“优秀学士论文”39篇。本科毕业生在各类期刊发表论文47篇，其中一区SCI收录论文5篇，20余人次获得国家专利授权。2012级高分子材料与工程专业本科生郑迪威，在校期间在美国化学会、英国皇家化学会期刊Nano Letters.ACS Nano. Journal of Materials Chemistry B上发表高水平论文4篇，获第十届中国青少年科技创新奖。
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user: 6. 结束语 楚有凤凰，不鸣则已，一鸣惊人，不飞则已，一飞冲天。湖北省材料科学与工程实验教学示范中心恪守材料科学与工程学院“融才求道，琢材成器”的院训，注重学院精神与中心形制的协调发展，正在努力建成特色鲜明、优势突出的高水平实验教学示范中心，致力于创造与传播知识、弘扬与传承文明、服务与引领社会，为我国乃至世界材料科学的进步而努力！
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user: 摘 要 “遥感与地理信息系统概论”课程作为综合应用地理信息和遥感方法的基础课程，已在全国多所高校的地理科学、测绘工程等多个相关专业开设。面对课程教学中存在的开设专业多、学生基础参差不齐等问题，从课程的结构体系出发，针对学生的专业基础情况，提出多层次、差异化的教学模式，并从教学目标，教学内容和考核方法三个方面详细设计了课程教学体系，为提高整体教学质量及进一步开展课程建设和教学改革提供一定的参考。 关键词 :差异化，GIS，遥感，教学体系 Copyright © 2017 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 遥感与地理信息技术是20世纪发展起来的一门新兴学科，与全球定位系统和数字地球技术同属于地理信息技术 [ 1 ] 。近年来，随着计算机科学技术的发展，遥感与地理信息技术在自然资源的探索、检测、管理、规划及保护环境等各个方面得到了快速发展 [ 2 ] ，成为一个跨学科、多方向的研究领域。各高等院校为适应社会人才需要，先后开设了遥感与地理信息系统概论相关课程。课程针对不同专业，知识基本结构、框架是一致的，但由于学生的课程基础不一样，专业应用方向存在较大差异，因此教学目的和教学内容应有所不同。如何设计课程教学体系，实现更好的教学效果成为课程面前的一大难题。传统“一刀切”的教学方法 [ 3 ] ，采用统一的教学模式，整体教学过程中都是围绕中间大部分学生能理解的方式进行，明显不能达到“因材施教”的教学目标 [ 4 ] 。 针对上述问题，本文以湖北大学资源环境学院研究生课程“遥感与地理信息系统概论”为例，从课程结构体系和课程学习对象的基本情况出发，尝试对学生进行分层教学，从教学目标、教学内容和考核方法三个方面展开差异化的教学模式，使学生学习内容更具有针对性和实用性，为课程的建设和教学改革提供了一定的参考。
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user: 2. 课程现状分析 2005年，湖北大学资源环境学院“地图学与地理信息系统”专业硕士点获批，“遥感与地理信息系统概论”成为地图学与地理信息系统、自然地理学、人文地理学三个相关研究生专业的专业基础课与学位课，覆盖地理学一级学科并辐射环境、规划等相关学科，是综合应用地理信息和遥感理论与方法，解决本学科所面临问题的基础型学科 [ 1 ] 。课程具有多学科集成(地理学、地图学、测绘学、遥感学等)、渗透性强和发展速度快等特点 [ 5 ] 。课程目标旨在使学生较好的掌握地理信息系统及遥感的基本理论、知识和技能；了解地理信息系统及遥感的主要应用领域和发展方向，为今后发展打好基础；培养学生实践动手能力，提高学生综合素质等。 课程教学内容包括两大板块：地理信息系统原理与方法和遥感原理与方法，涉及空间数据采集、空间数据分析、遥感影像分类等内容，是地理学及相关学科学生获取数据、处理数据、分析数据的必要手段之一 [ 1 ] ，两大板块分别由不同老师进行授课。课程教学包括理论教学和实践教学两个环节，理论教学主要是使学生掌握基本理论、知识和技能；实践教学则是对学生深化理论知识、强化实践能力、培养动手能力等方面具有重要作用。课程总学时为36学时，其中理论教学20学时，实践教学16学时，具体为理论教学五个章节，每个章节两个课时；实践教学两个章节，每个章节四个课时。具体课程结构体系如图1所示。
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user: 3. 学生现状分析 湖北大学资源环境学院研究生课程“遥感与地理信息系统概论”的教学对象为地图学与地理信息系统专业、自然地理学专业和人文地理学专业三个专业中研究生一年级的学生。为了更好的了解学生情况，论文以湖北大学资源环境学院2015级、2016级和2017级共三届地图学与地理信息系统、自然地理学和人文地理学三个专业研究生作为研究对象，采用调查问卷的方式，对学生现状进行分析。调查问卷包括专业背景、对遥感和地理信息系统概论类课程的学习程度和对课程软件的掌握程度以及专业应用方向等问题，旨在全方位地了解学生对该课程的掌握程度；调查问卷发放共计106份，有效收回84份，收回率为79%。 调查结果显示：在学生专业背景方面，地图学与地理信息系统专业67%学生本科为地理信息系统专业，20%为地理学相关专业，13%为非地理学相关专业；自然地理学专业78%学生本科为地理学相关专业，22%学生为非地理学相关专业；人文地理学专业学生本科均为地理学专业，三个专业整体上12%的学生为跨专业学生。在学生课程基础方面，有70%的学生本科学过地理信息系统概论类课程，30%的学生几乎没有基础，对于实习软件ArcGIS的掌握程度，15%的学生熟练掌握，65%的学生掌握一定基础，20%的学生几乎没有基础；同时，有70%的学生本科学过遥感概论类课程，30%的学生几乎没有基础，对于实习软件ENVI的掌握程度，10%的学生熟练掌握，50%的学生掌握一定基础，40%的学生几乎没有基础。调查结果还显示，地图学与地理信息系统专业学生对于课程的整体掌握情况良好，具有一定的专业基础，人文地理专业和自然地理专业的学生明显基础差一些，特别是一些本科为非地理学相关专业的学生，既没有上过基础类课程，也没有接触过课程相关软件，几乎是零基础。详细调查结果统计如表1所示。 图1. 课程结构体系分布图 Table 1 The results of the survey statistic 课程 地理信息系统概论类课程 遥感概论类课程 理论 实践 综合 理论 实践 综合 掌握程度 有 基础 无 基础 熟练掌握 掌握基础 没有基础 熟练掌握 掌握基础 没有基础 有 基础 无 基础 熟练掌握 掌握基础 没有基础 熟练掌握 掌握基础 没有 基础 地图学与地理 信息系统专业(30人) 28 2 10 20 0 8 22 0 24 6 4 24 2 8 22 0 自然地理学专业(28人) 16 12 2 16 10 2 12 14 20 8 2 8 18 2 18 8 人文地理学专业(26人) 18 8 2 18 6 2 18 6 18 8 0 14 12 0 18 8 表1. 调查结果统计表 上述调查结果表明课程教学对象不仅专业不同，基础能力也参差不齐。为了提高教学效果，更好地培养学生实际应用能力，有必要在教学过程中，针对不同基础的学生开展差异化教学。
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user: 5. 总结 本文分析了遥感与地理信息系统概论课程的结构体系和开设情况，重点调查了课程学生的基础掌握程度，根据调查结果对学生进行分层，从教学目标、教学内容和考核方法三方面设计了课程差异化的教学体系。差异化体系的设计有助于满足不同层次、不同专业学生的具体需求，运用灵活多样的教学方法，使每个同学都在原有基础上得到提高，达到“因材施教”的目的，对于进一步开展课程建设和教学改革提供一定参考。同时本课程的差异化教学体系有利于向其他基础类课程推广，实现更好的教学效果。由于差异化教学体系要求教师在有限的教学课时下，对不同层次学生全覆盖教学，增大了课堂教学容量，如何合理安排教学内容与教学时间，还需要更细致的研究，将在后续的教学实践中不断探索与完善，不断提高课程教学水平。
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user: 1. 引言 船舶动力装置系统设计的复杂性和难度很大，船舶动力系统仿真模型包括涡轮增压柴油机仿真系统模型、燃气轮机仿真系统模型、联合动力系统模型 [ 1 ] 。涡轮增压柴油机的系统模型从功能区分来看不仅包括气体流动和燃烧模型，还包含有喷雾、燃烧、排放等其他模型，从建模空间分可以分为一维模型和三维模型等等。需要注意的是，建模方法的选择与模型的应用场合有密切的关系。一般来说，在模型的复杂程度和精度间需要进行权衡，而且模型的精度也取决于能够获得的数据以及进行模型构建的条件。举例来讲，对于涡轮增压柴油机建模来说，用于发动机设计和性能预测的模型与用于发动机动态过程控制的模型之间存在一定的差别，后者通常是前者在不同程序上的简化。
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user: 2. 涡轮增压柴油机系统模型 船舶动力系统仿真中建模是工作的重要一环。一般来讲建模方法分为准稳态法、容积法和压力波动作用法，而应用计算机建模或模拟计算已有近三十年多年，额定工况下涡轮增压柴油机的稳态性计算、变工况稳态性能、动态性能计算等。研究表明计算机模拟不仅仅能够预测柴油机的性能、节省大量人力物力和财力、缩短计算仿真周期，还可以相对于实际的动力试验得到更多的信息。 (1) 简单可靠的方法之一是准稳态方法 准稳态法不涉及动力机械内部构件的详细过程，部件工作特征由输入和输出量表达，可以由根据实验获得或经验公式计算得来。一般部件在发动机中处于非稳态下时很难得到精确理论计算模型，但可以有多个稳态过程组成，所以部件模型往往由它们的稳态实验数据来表示。因此，实验通常在稳态工况下进行，各个部件模型由相同的质量流率和压力连接起来，由此来构成系统的模型，部件间不允许产生质量聚集即管道容积可以忽略。在瞬态性能模型中，转速变化由一阶常微分程表示，其它方程都是代数方程，所以称为准稳态模型。例如MTU16V396型涡轮增压柴油机准稳态模型由它的稳态实验数据表示、采用8缸共用一根排气管的脉冲增压系统建起换气模型和废气倒灌模型，柴油机准稳态模型的仿真模型库见图1所示。 国内外用于涡轮增压柴油机仿真的通用软件很多。例如：MATLAB、CFD等等 [ 1 ] [ 2 ] ，专用仿真软件国内外报道也非常多 [ 3 ] [ 4 ] 。例如，文献4作者给出了公司MTU16V396型涡轮增压柴油机的专用仿真软件MTU2000，可以比较准确地模拟了MTU16V396 型柴油机的性能在特殊工况下的变化规律，模拟精度在5％以内(见文献4仿真精度误差表格)，满足了工程上对模拟计算精度的要求。该专用仿真软件还适用于MTU16V396型柴油机在特殊工况下的性能预测 [ 4 ] 。 (2) 方法之二是容积法 容积法是用有限容积来表示柴油机本体和增压器之间的管道以及气缸容积。又称为充排方法。因为在管道中可以聚集质量，部件之间不再由相等的质量流率连接。系统的模型使用一组一阶微分方程组来 图1. 柴油机性能仿真模型库 描述管道、气缸的状态以及在瞬态工况下发动机和增压器的转速。容积法模型比准稳态模型更真实、经验资料也需要得少；但求解计算的时间往往会比准稳态方法大一个数量等级。 (3) 方法之三是特征线法 特征线法是用可压缩气体流动方程来表示在进排气管中存在的压力波动作用。装置的特征线法由于需要求解描述扰动穿过可压缩介质的非线性双曲线偏微分方程，以计算出管道系统中的压力谐波，计算工作量相当大。这些方程通常限于一维流动，还不能真正描述接头和扩压器中的流动分离等两维或三维效果。求解偏微分通常采用的特征线方法，所以对于特定的发动机具有重要意义，例如两冲程小汽油机，长管道的多缸发动机，气缸间互相影响的多缸发动机等等。 从建模对样本数据要求来看，涡轮增压柴油机仿真建模的方法又可以分为黑箱法和神经网络法。增压柴油机使用“黑箱”法进行建模获得黑箱模型，可以先确定模型结构然后通过系统辩识方法获得模型参数。黑箱模型也可以完全不考虑系统结构，直接根据输入输出数据建立模型。Rachid等人结合使用NARMAX模型和GMDII方法对涡轮增压柴油机进行非线性系统辨识，得到了简化模型。近年来兴起的神经网络，也应用到柴油机建模中，一个主要的应用方向是发动机的故障诊断和排放控制。 近几年来各种建模方法层出不穷。再比如键合图建模技术，它是一种用于表示存在着各种能量形式的子系统之间相互关系的统一标准图形符号，最初出现在60年代；人工神经网络仿真技术，它是一个由神经单元构成并采用神经网络技术的并行分布式信息处理结构，其研究也是始于60年代；模块化建模技术，1977年M. H. Ghaemi给出了舰船推进装置主要部分的模型，包括发动机、螺旋桨、传动轴、调速器、减速齿轮箱和螺距控制器(在调距桨情况下)，用户可以根据需要任意组合；面向对象仿真建模，NASA研究中心自1991年起在NPSS(Numerical Propulsion System Simulator)及其各子计划中系统地进行了面向对象方法的研究和实践，如今面向对象建模方法的研究极为活跃，这是一个有战略意义的发展方向。
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user: 3. 燃气轮机系统模型 燃气轮机的物理模型有很多型式，当前在船舶上应用得最多的是单转子分轴式(构成燃气发生器的是一根轴，带动螺旋桨的是与燃气发生器分开的另一根轴)和双转子分轴式(构成燃气发生器的有两根轴：低压轴和高压轴，带动螺旋桨的是与燃气发生器分开的另一根轴即动力涡轮轴)。但是无论是何种型式，均是由压气机、燃烧室、涡轮和轴等基本模块所组成，因此只要将这些基本部件模块化以后就可以组合成想要的任何型式的燃机 [ 2 ] 。 国内外燃气轮机的数学模型近些年发展非常迅速，根据研究对象中存在的物理现象，建立数学模型，并转换为计算机可以理解的形式，采用面向对象的模块化建模方法，建立通用的燃气轮机仿真模型，将燃气轮机整体划分为压气机、燃烧室、涡轮、转子和容积环节等模块。燃气轮机数学模型一般来讲它是一个多输入多输出、非线性、连续、复杂的系统。国外早在20世纪70年代早期，美国海军就启动了燃气轮机舰船推进控制系统研究和开发计划，并选择PD公司来承担计划的实施，美国GE公司针对舰艇燃气轮机的多输入多输出、非线性、连续、复杂的系统，提出LM2500燃气轮机的数学模型采用片断线性化的方法。具体方法是根据该发动机的精细模型，将表达动态特性的函数按线数据展开后，忽略高阶偏导数，保留稳态特性和一阶偏导数。在提供的模型中，压气机的出口压力、燃气发生器涡轮出口压力、动力涡轮输出扭矩、燃气发生器的不平衡扭矩的稳态特性和偏导数都表示为燃油流量、燃气发生器转速、动力涡轮转速的表格函数。由于忽略了高阶偏导数，模型对于发动机变量在小范围内偏离特性是有效的，一般称为小偏差方法。 国内针对燃气轮机舰船推进及控制系统研究有清华大学、上海交通大学、哈尔滨工程大学、海军工程大学等单位。例如燃气轮机GT25000为双转子分轴式燃气轮机，即三轴燃气轮机，它的工作特点和燃气轮机的数学模型也非常复杂。三轴燃气轮机动力装置由高压、低压两个转子构成的双转子燃气发生器、动力涡轮及轴系等组成，GT25000燃气轮机通常是由高压涡轮带动高压压气机，低压涡轮带动低压压气机，而动力涡轮则带动发电机或其它负荷。对于该系统仿真而言，它也是一个多输入多输出的复杂非线性连续系统 [ 5 ] 。燃气轮机压气机的出口压力、燃气发生器涡轮出口压力、动力涡轮输出扭矩、燃气发生器的不平衡扭矩的稳态特性和偏导数都表示为燃油流量、燃气发生器转速、动力涡轮转速的表格函数建模，然后进行数学仿真。 燃气轮机的控制模型一般是根据系统的控制特性和控制要求进行建模和仿真。燃气轮机的控制能够根据单一手柄的指令信号运行，在稳态和各种机动过程的不同阶段自动选用最合适的控制策略以实现良好的稳、动态匹配。舰船燃气轮机采用了比较复杂的控制策略，包括对轴转速的闭环控制和对螺距的闭环控制甚至对扭矩进行闭环控制，典型燃气轮机控制系统单一手柄仿真模型库见图2所示。 在对燃气轮机的混合实时仿真中，可将燃气轮机动态系统分解为与时间相关和无关的两个系统，对时间无关子系统进行离线预处理，使在线运算量大大降低，达到实时仿真要求。对于较复杂的三轴燃气 图2. 燃气轮机遥控系统仿真模型 轮机，提出了一个分析动态过程的参考曲面——准动态运行面的概念，并建立了准非线性混合实时燃气轮机动态系统仿真模型。 舰船燃气轮机动力装置的仿真应用国内起步更晚但进展甚快，在较短的时间内便完成了理论研究向实用化的过渡。经过十多年的研究，上海交通大学、海军论证中心、海军工程大学、海军舰艇学院、船总七院、系统工程部等单位都相继从不同侧面和角度开展了研究，使燃气轮机动力装置各部分模型均已建立且实用。先后在舰船燃气轮机本体、控制系统设计、作战效能评估等方面的仿真应用研究取得了较大的成果，都已接近或达到国外九十年代同期的先进水平、军事经济效益日趋显著 [ 6 ] 。同时，国内在神经网络技术、虚拟现实技术VR、面向对象技术等在舰船燃气轮机动力装置仿真中的应用也取得了一定的成就。然而这些仿真模型尚未完善，仿真精确度和仿真运算速度有待于进一步的提高，否则难以适应当代燃气轮机动力装置在应用广度和深度上的迅猛发展。
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user: 4. 船舶动力装置系统仿真应用 4.1. 船舶动力装置系统 动力装置中的推进系统可能采用不同的推进方法和传动方式，基本组成有很大的差别，但都可以概括为三大件：发动机、传动装置、推进器。传动装置一般包括齿轮箱装置、离合器装置和联轴节等。弹性联轴节可以改变轴系的振动特性，隔离柴油机输出的脉动扭矩对传动齿轮的作用，并在一定范围内用以补偿轴系的对中误差。现代舰船中常用的离合器有磨擦离合器、液力偶合器和SSS同步离合器，其主要功能包括：用以实现主动轴与从动轴的接合或分离，便于发动机空载启动或空车运转；与齿轮箱一起组成倒顺车或双(多)速离合器，改变从动轴的转向转速；与齿轮箱组成并车装置，构成多发动机的功率合并或交替使用；也可以用以实现发动机的一机多用。动力装置中的推进系统仿真模型可以处理成为数学模式的二阶或三阶系统模型；也可以通过某些简化处理变为一阶系统。主要取决于舰船系统计算分析中要求的系统精度和计算机的速度等等。 4.2. 船舶联合动力装置 在船舶联合动力装置中，加速机和巡航机之间切换或并车时，要求拟投入运行的轴运速十分接近正在运行轴的转速时，才能将两根轴连接起来。自动同步离合器是达到这一要求的传动装置部件，目前应用较多的是带有棘齿同步机的自动同步离合器。在已进行的联合动力装置仿真中，通常是忽略自动同步离合器的动态啮合和脱离过程，用逻辑表达式处理啮合前后轴转速的变化。国内苏文斗对自动同步离合器的动力学问进行了详细的分析。国内苏文斗对自动同步离合器的动力学问题进行了详细的分析，并给出了棘爪和棘轮、螺旋齿花键、轴承等元件的啮合时的动负荷计算公式。哈尔滨工业大学建立了专门的柴燃交替动力装置并车装置试验台，以评价冲击扭矩、相对冲击、同步时间、切换过程总时间、过调转速、最大相对角速度等特征参数对动力装置的安全性和舰船机动性的影响。由于重点在切换过程的实验研究，对于发动机的模型作了较大程度简化，模型计算方法也有待完善。上海交通大学也在进行柴—柴并车试验台的建设，采用液力传动吸收扭振并改善柴油机的负荷特性，现在主要在柴油机动力装置中使用。倪军曾经根据国外的资料对舰用燃气轮机倒顺车液力传动进行了方案论证，进行结构和模型试验。仿真模型可以处理成为数学模式的二阶或三阶系统模型。 4.3. 船舶动力装置元件 目前在船舶上使用的推进器以螺旋桨为主 [ 5 ] 。螺旋桨的性能曲线可以通过理论计算获得，也可以用试验方法获得，后者是工程实践中大量采用的一种方法。位于船后的螺旋桨与水流的相对速度不完全等于船速，而且在螺旋桨的各处也是不均匀的；同时，螺旋桨在船后工作，引起附近的流场变化，导致舰体阻力发生变化。船体对螺旋桨的影响用伴流系数来表达，伴流系数是伴流速度与船速的比值，一般来说不是定值，随船速变化而变，而且与船型有关，所以需要通过船模试验得到相应数据。螺旋桨在船尾工作时，由于抽吸作用，使船体阻力增加，等效于推力损失，用推力减额系数表示，它与船型、螺旋桨尺寸、螺旋桨与船体的相对位置等有关，可由船模自航试验或实船试验来确定。仿真模型可以处理成为数学模式的二阶或三阶系统模型；也可以通过某些简化处理变为一阶系统。主要取决于计算分析中要求的系统精度和计算机的速度等等。 普通螺旋桨的桨叶与轴毂是固定连接的，因而其螺距是固定不变的。而可调螺旋桨的桨叶可以绕某一垂直螺旋桨轴线转动而改变螺距，其作用相当于一组不同螺距比的普通螺旋桨，为舰船的推进、机动等带来一系列的好处。调距桨的变距机构可以采用人工、电动或液压控制，现在大型调距桨多采用液压控制。在瞬态工况下，变距系统的动态性能影响整个动力装置的动态性能。如果考虑变距机构的质量惯性，变距系统的仿真模型可以成为二阶系统模型；否则可以处理为一阶系统。 4.4. 先进的COGAG动力装置控制系统 现代船舶动力装置的控制系统能够根据单一手柄指令PLA实现良好的稳、动态匹配，包括对轴转速的闭环控制和对螺距的闭环控制，甚至对扭矩进行闭环控制 [ 6 ] 。由于各个回路之间存在交叉耦合会出现各种问题。例如高速回转舰艇的轴转速闭环控制会产生传动装置的超扭；低工况运行时螺距闭环控制使螺矩达到最大而引起轴转速过小等。为了避免这些问题，随后的控制系统采用开环控制和速度限制的控制策略。解决了安全性问题但牺牲了机动性能。Kidd等人开发了COGAG动力装置的多变量闭环控制器，设计出的控制器与非线性仿真模型连接，调整PID控制器的参数，并观察非线性系统响应的变化，得到最终的控制器设计。仿真模型可以处理成为数学模式的二阶或三阶非线性系统模型取决于舰船系统要求的精度和速度等等。
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user: 5. 结论 本文讨论了涡轮增压柴油机气体流动建模方法可以分为准稳态法、容积法和波动作用法。用于发动机动态过程控制的气体流动模型主要是准稳态模型和容积法模型，特征线法用于动态过程计算的情况很少见。最后讨论了舰船动力装置系统仿真模型包括涡轮增压柴油机仿真系统模型、燃气轮机仿真系统模型、系统元器件复杂仿真模型以及它们在船舶动力装置中的应用。