DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 区块链的概念、技术原理及特征 3.1. 区块链的概念 区块链最初由“中本聪”学者在2008年发表的《比特币：一种点对点电子现金系统》论文中提出，其目的是解决电子货币的安全性问题。当时已经提出了时间戳技术、加密技术、P2P文件传输技术的技术框架 [ 3 ]。 区块链计算技术本身就是一种按时间轴的顺序将所有存储数据的区块以链条的连接形式重新组合起来，并且利用密码学的计算原理建立一种不可进行修改、不可伪造的去中心化信息共享的数据总账。区块链的各个区块之间用哈希算法进行连接，形成一种新的交易数据进行记录、存储、传递和信息呈现。近年来，区块链在信息存储、挖掘和分享的方面的高效性逐渐被发现 [ 4 ]。 3.2. 区块链的技术原理 1) 区块 + 链。区块是按照前一个交易节点发生的特定时间先后顺序进行创建的，分为块头和块身两个组成部分，其中块头包括了前一个区块进行交易的所有压缩信息，包括前一个区块的哈希值、Merkle根节点的哈希值、版本号、Bits位值(难度值)和随机数、时间戳。前一个区块的哈希值不仅保证了该区块上所有信息的完整性和无法被人窃取或者被篡改，而且还能准确地将其链接到前一个区块，形成了链状的结构。块身则是包含上一个区块在其形成之后至该区块被创建之前所有的交易信息 [ 5 ]。在整个区块链的数据库中，每一个区块都覆盖了一个时间戳，表示该区块的信息写入时间，使得该区块能够按照时间先后顺序进行链接。在新区块的开发过程中，将前一区块的区块头作为输入，不断使随机值加，再运用SHA256算法进行计算，最终得到一个满足目标难度的随机值。其结构如图2所示。 图2. 区块结构模型图 2) 分布式账本。分布式账本管理是指一笔交易的记账由多个分布在不同的网络节点的账本共同参与完成，而且各网络节点所负责记录的必须是完整的账目。区块链以一个分布式的应用数据库为存储单位存储信息，保证每个数据节点都按照块链式的数据结构来处理存储完整的应用数据，相比于传统数据存储更加严密完整。同时，每个分布式节点都是可以通过SHA256算法和Merkle根的数据结构，将自己在一段时间内的交易数据和最终生成的Merkle根数据封装在当前的数据区块中，并且可以链接到当前最长的一个主区块链上，形成新的数据区块 [ 5 ]。因此，如果要修改一个区块包含的交易数据，就必须修改与之相邻的前块和后块，避免了信息被篡改的可能性。因为记账中的节点已经足够多，理论上说除非所有的节点都遭到了破坏，否则这个账目就没有可能遗漏，从而确保了这个账目中大部分资料的信息完整和安全。 3) 共识机制。共识机制即是要解决的问题就是所有记账节点之间如何相互达成一致意见，这种机制既是确立记录信息有效性的方法和手段，又是对防止故意篡改信息进行保障。区块链的共识机制遵从“少数服从多数”以及“人人平等”的原则，其中“少数服从多数”不仅指节点个数，也要考虑计算能力、股权数等。“人人平等”主义是指所有的节点都应该拥有自己提出结果的权利，直接获得其他各个节点的一致认同后，成为最终达成共识的结果 [ 4 ]。如比特币的共识机制采用的是工作量证明，只有在控制了全网51%以上记账节点的情况下，才能伪造交易记录。而当加入区块链的节点足够多的时候，这种情况基本上不可能出现，从而杜绝了造假的可能。 4) 智能合约。智能合约就是基于这些完全不可逆转的数据，计算机可以自动地执行一些事前已经设定好的准则。智能合约技术是目前在区块链中广泛应用的一种重要技术，简单来说就是按照预先制定的计算机协议进行，这些协议都是通过计算机技术进行执行，减少了在业务处理中不必要的复杂性和操作过程，实现了业务的信息化和流程自动化 [ 6 ]。普通操作系统需要信息的手工录入、层层核对，在查找相关数据时因为逻辑性弱而需要耗费大量时间，而智能合约可以根据企业成本管理的自身需求，从相应的区块链节点上自动化获取信息。 3.3. 区块链技术的特征 第一，去中心化。区块链技术通过分布式信息存储，各个节点之间可以实现信息严密连接，不需要依赖于第三方的管理平台和其他软硬件设备，没有中心管制的束缚，去中心化是区块链最突出最本质的特征。 第二，开放性。目前区块链这一技术实际上是完全开源的，除了对每一个交易方的所有私人信息进行了加密外，区块链上的其它数据也是向使用者开放，任何一个人都能够通过公开的接口来直观地查询自己需要的数据，进行相关技术和应用的研究和开发，使得整个系统的信息高度透明。 第三，安全性。依据区块链的共识机制，只要用户不能完全掌握全网数据节点的51%，就无法获取和更新网络上的所有数据，这样会使得区块链本身也变得相对安全，避免了恶意篡改。同时，当某个信息被接入区块链中，可以通过全网广播的形式传递给每个流程的人员，实现数据全网监督，提高可靠性。 第四，匿名性。除非国家相关的法律和规范有所要求，单从技术方面的角度来讲，各个区块网络节点的个人身份信息并不必须经过公开或者实时验证，信息的传递也就可以通过匿名方式进行，保证了所有用户的利益。
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user: 5. 未来展望 时至今日，区块链技术的理论仍在不断发展完善，但却仍未有完全成功实现的应用性成果，这说明其技术转换与应用尚不成熟，更多地停留在理论阶段。但可以期待的是，随着人们对区块链技术的认识不断加深，将这项技术运用到财务领域中来只是时间问题而已。正如前文所言，一般的企业要应用这门技术仍存在困难，而区块链技术本身也存在着高耗能、高存储容量要求的缺陷，另外，对于区块链系统的抗压能力，即其能承受多大规模的交易也尚未可知，这些都是在未来需要探索的。
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user: 摘要 蚕桑产业作为浙江海宁的传统优势产业，曾是农民收入的主要来源，推动海宁蚕桑丝绸业的快速发展。随着农业产业结构的不断调整以及二、三产业的快速发展，蚕桑产业面临萎缩、减产等问题。海宁市蚕桑生产以小规模经营为主，缺乏科学化、系统化的蚕桑管理，导致蚕农在生产决策和产品销售上效率较低。本文设计了基于Vue前端框架、Flutter前端框架、SpringBoot后端框架的蚕桑信息化监测管理系统，实时监测蚕房的温湿度环境，统一管理蚕桑生产资料采购、蚕桑生产、产品销售等流程，提高蚕桑产品质量，增强蚕桑产业的管理效能。
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user: 1. 引言 蚕桑产业作为海宁市传统农业产业之一，历史悠久，面积广，曾经为海宁的农业经济发展做出了巨大贡献。随着农业产业结构的不断调整以及花卉、水果等高效农业的兴起，蚕桑产业的比较收益持续下滑，在家庭经济收入中的占比逐渐降低，经济功能弱化 [ 1 ]。表1是海宁市2013~2018年的桑园面积和蚕茧产量。从中可以看出蚕桑产业的桑园面积和蚕桑产量逐年下降，桑园面积从2013年的5264公顷下降到2018年的3585公顷，蚕茧产量从2013年的6326吨下降到2018年的2846吨，蚕桑产业规模急剧减小 [ 2 ] [ 3 ]。蚕桑产业作为上游产业，行业发展停滞不前，必将影响到下游产业的发展。 Table 1 Area of mulberry orchard and cocoon yield in Haining from 2013 to 201 年份(年) 桑园面积(公顷) 蚕茧总产量(吨) 2013 5264 6326 2014 4729 5090 2015 4663 5001 2016 4224 2687 2017 3947 2463 2018 3585 2846 表1. 2013~2018年海宁市桑园面积和蚕茧产量 海宁蚕桑产业的经营模式以小规模经营为主，蚕农的自然特性表现为盲目生产且片面追求利益最大化，影响整体质量和社会评价 [ 4 ]。蚕是变温动物，体温随环境温度变化而变化，而且空气中的湿度程度也会影响蚕体内的水分的散发，温湿度的延时调控不利于家蚕的健康生长。小规模饲养模式不利于蚕桑生产过程中统一的信息收集和天气、温湿度的记录，信息收集速度慢，反馈周期长 [ 5 ]。同时，作为市场经济中较小的经济主体，了解市场信息的能力较差，信息得不到共享，容易受到市场行情波动的冲击，严重削弱了蚕桑业的市场竞争力。信息化管理将现代信息技术和先进的管理理念融合，在蚕桑产业中引入信息化管理可以转变生产方式、经营方式和管理方式，优化资源配置，提高蚕桑产业的市场竞争力 [ 6 ]。 基于上述背景，本文设计了一款蚕桑信息化监测管理系统。系统从网页端和移动端两大接口向用户提供服务。网页端提供蚕桑生产管理、蚕桑原料采购、蚕桑销售管理、蚕桑人员管理等功能，科学统一地管理蚕桑过程中的各种信息，实现信息共享，规范生产方式和经营方式，节省成本，提高经济效益。移动端用于监测蚕房温湿度环境，利用温湿度传感器、数据上传等互联网技术搭建蚕桑温湿度监测子系统，便于用户及时发现蚕房温湿度失调现象，使蚕房保持适宜家蚕生长的温湿度环境，提升家蚕的存活率和品质，实现蚕农增产增收的目的。 系统实现了温湿度监测和信息化管理，远程监测蚕房温湿度环境，将蚕桑采购、蚕桑生产、蚕桑销售、蚕桑服务等融合在一起，从纸质记录跨越到数字可视化记录，实现标准化、规范化的管理，提高蚕桑产业的信息化水平，提升蚕桑产业的经济效益。
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user: 2. 需求分析 针对蚕桑产业信息化管理水平较低、信息得不到共享等问题，本文参照现有信息化管理系统及蚕桑领域知识，进行如下需求分析： 1) 采购管理：包括生成订单、申购单、采购退货、退货单等。 2) 生产管理：包括生产计划、采叶记录、天气记录等，用于规划一段时间内的蚕桑生产，记录相应时间内的桑叶采摘情况、天气情况等。 3) 库存管理：包括产品仓库、生产资料仓库、桑叶仓库等，管理桑叶、产品、生产资料的出库与入库。 4) 销售管理：包括销售开单、销售订单等，用于记录产品销售订单、查询订单状态等。 5) 客商管理：管理来往商家的相关信息。 6) 人事管理：管理员工的相关信息，分配员工岗位。 7) 环境监测：远程监测蚕房的温湿度数值，及时了解蚕房环境，以便快速调控蚕房温湿度，保持适宜家蚕生长的环境。 8) 系统管理：包括部门设置、岗位设置、客商类型设置等，部门设置用于设定部门的名称、职责等；岗位设置用于设定岗位名称、隶属部门和职责等；客商类型设置用于设定原料供应商、产品购买商等。 系统具体需求分析如图1所示。 图1. 系统需求分析
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user: 3. 系统设计 本系统前端采用Vue框架和Flutter框架。Vue框架是一套用于构建用户界面的渐进式框架，采用MVVM (Model-view-viewmodel)的架构模式，有助于将图形用户界面的开发和业务逻辑的开发分离。同时，采用Vuetify组件库，Vuetify是按照Material设计规范开发的UI组件库，具有模块化、响应式的特点和优秀的性能。Flutter是一款移动UI框架，支持Android和iOS多平台开发，采用响应式框架构建，具有丰富的表现力。 本系统前端分为网页端和移动端两部分。网页端实现蚕桑的信息化管理，统一管理蚕桑过程中的采购、生产、销售、库存等环节以及客商信息和员工信息。在采购环节，工作人员可以根据采购需求进行开单，审核通过即可生成采购订单。工作人员可以查询所有的采购订单，知晓所有采购订单详情。在生产环节，工作人员根据当前市场行情和季节等因素预估未来一段时间内的生产计划，并依据实际情况记录生产结果，以便留存进行数据比对。同时，天气、桑叶等因素也会影响蚕桑养殖，系统记录天气情况和桑叶采摘情况。在库存环节，生产资料和蚕茧等产品频繁地入库出库，工作人员可以查看生产资料和产品在仓库中的现有量和出库入库情况，清晰地了解生产资料和产品的动态。在销售环节，工作人员可以对交易进行开单，记录发货日期、交易产品、数量等详细信息。工作人员可查询所有的销售订单，了解订单完成状况。移动端则用于蚕房温湿度监测，实时显示蚕房温湿度数值以及一段时间内的温湿度变化。为实现温湿度监测功能，温湿度传感器检测蚕房的温湿度数值，将数据上传至云端数据库存储，并在互联网环境下提供安全可控的实时在线监测。 本系统后端采用SpringBoot框架和Mybatis-Plus框架，使用SQL Server数据库。SpringBoot框架使用注解简化配置，极大提升开发效率。MyBatis-Plus在MyBatis的基础上进行增强，仅需通过少量配置即可实现大部分的CRUD操作，内置代码生成器，可快速生成Mapper、Model、Service、Controller层代码，优化开发方式，减少繁杂的代码开发。
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user: 4. 数据库设计 系统使用SQL Server数据库，前端使用Axios进行数据请求，后端使用SpringBoot和MyBatis-Plus实现后端数据服务，并采用c3p0连接池，减少时间和资源消耗，实现数据交互。数据库实体包括客商、员工、部门、生产资料仓库、产品仓库、销售订单、采购订单、产品入库、产品出库、生产资料入库、生产资料出库等。部分数据表如表2~7所示： Table 2 Department information shee 列名 数据类型 含义 备注 dept_id int 部门id 主键 depart_name varchar (50) 部门名称 表2. 部门信息表 Table 3 Position information shee 列名 数据类型 含义 备注 station_id int 岗位id 主键 dept_id int 部门id 外键 station_name varchar (50) 岗位名称 表3. 岗位信息表 Table 4 Employee information shee 列名 数据类型 含义 备注 staff_id int 员工id 主键 station_id int 岗位id 外键 staff_name varchar (50) 员工姓名 staff_sex varchar (50) 员工性别 staff_tele varchar (50) 手机号码 staff_IDcard varchar (50) 身份证号 staff_nativePlace varchar (50) 原籍地 staff_curPlace_province varchar (50) 现居省份 staff_curPlace_city varchar (50) 现居地城市 staff_curPlace_address varchar (50) 现居地详细地址 staff_documentDate datetime 入档时间 staff_enterDate datetime 入职时间 staff_leaveDate datetime 离职时间 staff_salary decimal (12， 2) 薪资 staff_tip varchar (255) 备注 表4. 员工信息表 Table 5 Merchant information shee 列名 数据类型 含义 备注 tm_id int 客商id 主键 tmType_id int 客商类别id 外键 tm_no varchar (50) 客商编号 tm_name varchar (50) 客商名称 tm_level varchar (50) 客商等级 tm_linkman varchar (50) 联系人 tm_linkman_tele varchar (50) 联系人电话 tm_email varchar (50) 联系邮箱 tm_web varchar (255) 公司网站 tm_province varchar (50) 所在地身份 tm_city varchar (50) 所在地城市 tm_address varchar (255) 所在地详细地址 tm_date datetime 添加时间 tm_tip varchar (255) 备注 tm_isContacting bit 是否联系 表5. 客商信息表 Table 6 Merchant category lis 列名 数据类型 含义 备注 tmType_id int 客商类别id 主键 tmType_name varchar(50) 类别名称 表6. 客商类别表 Table 7 Sales order shee 列名 数据类型 含义 备注 so_id int 销售订单id 主键 staff_id1 int 操作员id 外键 staff_id2 int 操作员id 外键 tm_id int 客商id 外键 so_no varchar (50) 订单编号 so_deliveryDate datetime 发货日期 so_documentDate datetime 入档日期 so_aggregateAmount decimal (12， 2) 总价格 so_deductAmount decimal (12， 2) 减免价格 so_receivedAmount decimal (12， 2) 实际价格 so_province varchar (50) 发货省份 so_city varchar (50) 发货城市 so_address varchar (50) 发货地址 so_tip varchar (255) 备注 表7. 销售订单表
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user: 5. 系统总结 5.1. 网页端设计 网页端在现代信息技术的基础上，引入先进的管理思想，将蚕桑产业的各工作环节汇总在一起，为企业员工和决策者提供决策管理平台。在生产计划页面，员工可以新增、删除、审批生产计划，不同等级的员工具备不一样的权限，以便实现不同的功能操作。在客商管理界面，员工可以输入来往客商的名称、地址、联系人等详细信息，保存客商信息，方便查询客商信息及保证客商流量。在销售订单页面，员工可以输入销售订单的产品名称、数量、金额、顾客名称等信息，保存并及时追踪订单情况，给予顾客良好的销售体验。在采购订单页面，员工输入亟需采购的生产资料名称、数量、供应商等信息，审批生成采购订单，并可以根据不同条件模糊搜索订单记录。网页端设计如图2~5所示。 图2. 生产计划 图3. 客商管理 图4. 销售订单 图5. 采购订单 5.2. 移动端实现 用户输入用户名和密码，系统比对正确后，用户即可登入系统。用户登录页面如图6所示。登入系统后，用户可以在个人信息页面查看自己基本信息和职工信息，如图7所示。在温湿度监测页面，页面顶部轮播显示蚕房图片；中部显示各蚕房的温湿度设定值、测定值和误差值，用户可以点击“中蚕房温湿度”和“中蚕房1”区域，选择查看不同大小的不同蚕房的温湿度数据；底部则显示蚕房最近一段时间内的温湿度变化折线图，知晓蚕房的温湿度变化是否存在异常。温湿度监测页面如图8所示。 图6. 用户登录 图7. 查看个人信息 图8. 温湿度监测
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user: 6. 结语 本文针对蚕桑产业信息化水平低、信息共享性差、劳动效率低等痛点，运用前后端开发技术，基于ERP (Enterprise Resource Planning)管理理念，设计了一款蚕桑信息化监测管理系统。该系统将蚕桑原料采购、蚕桑生产、蚕桑销售等环节统一管理，实时监测蚕房温湿度环境，提供科学的管理手段，优化蚕桑资源配置，促进蚕桑产业管理方式、经营方式、生产方式的转变，推动蚕桑产业向规范化、产业化道路发展。 蚕桑业在我国具有悠久的历史，已经成为部分地区的支柱性产业，对地区经济发展产生重要影响 [ 7 ]。然而，蚕桑业依然属于劳动密集型产业的范畴，机械化程度不高，信息化建设不足，难以实现可持续发展。因此，蚕桑信息化平台建设，具有非常重要的意义。就本文提出的蚕桑信息化监测管理系统，笔者分析其局限性并作出如下展望： 1) 移动端动态预警蚕房温湿度失调，实时查看蚕房环境监控。系统移动端具备蚕房温湿度监测功能，仅供工作人员手动查看蚕房环境。一旦工作人员未能及时查看数据，极有可能出现温湿度失调现象，造成一定的经济损失。因此，移动端设置温湿度阈值，一旦测定数据超出阈值范围，系统以声音的形式向工作人员发出预警。同时，将摄像头设备安装在蚕房内，使用视频、图像等流媒体技术达到实时监控蚕房环境的目的 [ 8 ]。 2) 规范信息管理流程，实现蚕桑管理标准化。蚕桑信息化平台的建设，能够促使产业在经营层面上按照多元化角度完成相关工作，不断巩固产业自身的经济价值、社会效益 [ 9 ]。借鉴市面上现有的ERP管理平台的功能模块，依据蚕桑产业的生产流程特点，不断优化提高本系统的信息化管理水平，以满足蚕桑产业的信息化管理要求。同时，从用户角度出发，调研分析用户对于蚕桑信息化管理的需求及操作习惯，提升本系统的信息处理能力，给予用户良好的人机交互体验。
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user: 摘要 本文给出了Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在三维Morrey-Campanato空间中解的一个正则性准则，利用了Gagliardo-Nirenberg不等式、Sobolev嵌入定理、插值不等式以及先验估计等。
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user: 1. 介绍 在本文中考虑在 ℝ 3 上带有初值问题的Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程 ∂ t u + ( u ⋅ ∇ ) u + ∇ π − ε Δ u = μ ∇ ϕ ， (1.1) ∂ t ϕ + ( u ⋅ ∇ ) ϕ = Δ μ ， (1.2) − Δ ϕ + f ′ ( ϕ ) = μ ， (1.3) ∇ ⋅ u = 0 ， (1.4) u ( x ， 0 ) = u 0 ， ϕ ( x ， 0 ) = ϕ 0 ， (1.5) 其中 u = ( u 1 ( x ， t ) ， u 2 ( x ， t ) ， u 3 ( x ， t ) ) 表示速度场， π = π ( x ， t ) 表示压强， ϕ = ϕ ( x ， t ) 表示序参量， ε > 0 表示粘性系数， μ 表示化学势， f ( ϕ ) = 1 4 ( ϕ 2 − 1 ) 2 表示双井位势。 当 ϕ = 0 时，上述方程成为著名的Navier-Stokes方程。Navier-Stokes方程已经被进行了广泛的研究，其中最著名代表性的开创性成果来自于Leray [ 1 ] 和Hopf [ 2 ]，他们对任意给定的初始速度 u 0 ∈ L 2 ( ℝ 3 ) 构建了方程的整体弱解，通常称为Leray-Hopf弱解。从20世纪70年代末开始，Scheffer便对Navier-Stokes方程弱解的部分正则性进行了研究，较深刻的结果由Caffarelli，Kohn，Nirenberg [ 3 ] 在1982年得到，他们给出了一个适当弱解的定义，并证明了这种解的奇异集的Hausdorff测度为零。 方程(1.1)~(1.5)是由Cahn-Hillard系统和不可压缩Navier-Stokes系统耦合而成。 [ 4 ] 中得到了二维Navier-Stokes-Cahn-Hillard系统弱解的H 1 正则性和H 2 时间正则性。关于更多Navier-Stokes-Cahn-Hillard系统的研究，请读者参考 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。 在 [ 10 ] 中，Montgomery-Smith证明了Navier-Stokes方程的对数改进正则性准则，即解u满足 ∫ 0 T ‖ u ‖ L q p 1 + ln ( e + ‖ u ‖ L q ) d t < ∞ ，     2 p + 3 q ≤ 1 ，     2 < q < ∞ 那么u在 [ 0 ， T ] × ℝ n 上是正则的。 [ 11 ] 中建立了Navier-Stokes方程的对数改进正则性准则。 本文给出了Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在三维Morrey-Campanato空间中解的一个正则性准则，主要结果如下，为方便起见，设 ε = 1 。 定理1.1 假设 ( u 0 ， ϕ 0 ) ∈ H 1 ( ℝ 3 ) × H 2 ( ℝ 3 ) 且 ∇ ⋅ u 0 = 0 ，对于某个 T ( 0 < T < ∞ ) ， ( u ， ϕ ) 是方程(1.1)~(1.5)在 [ 0 ， T ) 上的局部光滑解。如果u满足： ∫ 0 T ‖ u ‖ M ˙ p ， 3 r 2 1 − r d t < ∞ ，     0 < r < 1 ，     2 ≤ p ≤ 3 r (1.6) 或 ∫ 0 T ‖ u ‖ M ˙ p ， 3 r 2 1 − r + ‖ Δ ϕ ‖ L 2 2 1 + ln ( e + ‖ u ‖ L 6 ) d t < ∞ ， 0 < r < 1 ， 2 ≤ p ≤ 3 r (1.7) 那么 ( u ， ϕ ) ( x ， t ) 可以延拓超过T。 定理1.2 假设 ( u 0 ， ϕ 0 ) ∈ H 1 ( ℝ 3 ) × H 2 ( ℝ 3 ) 且 ∇ ⋅ u 0 = 0 ，对于某个 T ( 0 < T < ∞ ) ， ( u ， ϕ ) 是方程(1.1)~(1.5)在 [ 0 ， T ) 上的局部光滑解。如果 ∇ u 满足： ∫ 0 T ‖ ∇ u ‖ M ˙ p ， 3 γ 2 2 − γ d t < ∞ ， 0 < γ ≤ 1 ， 2 ≤ p ≤ 3 γ (1.8) 或 ∫ 0 T ‖ ∇ u ‖ M ˙ p ， 3 γ 2 2 − γ + ‖ Δ ϕ ‖ L 2 2 1 + ln ( e + ‖ u ‖ L 6 ) d t < ∞ ， 0 < γ ≤ 1 ， 2 ≤ p ≤ 3 γ (1.9) 那么 ( u ， ϕ ) ( x ， t ) 可以延拓超过T。 下面我们将介绍一些对定理证明有用的定义和引理。
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user: 2. 预备知识 以下定义和定理参考 [ 12 ] [ 13 ]。 定义2.1 对于 1 < p ≤ q ≤ ∞ ，Morrey-Campanato空间 M ˙ p ， q 定义为 M ˙ p ， q = { f ∈ L l o c p ( ℝ 3 ) : ‖ f ‖ M ˙ p ， q = sup x ∈ ℝ 3 sup R > 0 R 3 / q − 3 / p ‖ f ‖ L p ( B ( x ， R ) ) < ∞ } ， 其中 B ( x ， R ) 表示 ℝ 3 上以x为圆心，R为半径的闭球。 定义2.2 对于 1 ≤ q ′ ≤ p ′ < ∞ ，定义齐次空间 N p ′ ， q ′ 是关于函数f的空间且是 L q ′ ( ℝ 3 ) 的子空间，其中f可以分解成一个原子序列 f = ∑ k ∈ ℕ g k ，其中函数 ( g k ) k ⊂ L c o m p p ′ ( ℝ 3 ) 且满足关于 g k 支集的直径 d k 的不等式： d k ≤ 1 和 ∑ k ∈ ℕ d k 3 q ′ − 3 p ′ ‖ g k ‖ L p ′   < ∞ 。 N p ′ ， q ′ 是一个Banach空间，其范数为 ‖ f ‖ N p ′ ， q ′ = inf { ∑ k ∈ ℕ d k 3 q ′ − 3 p ′ ‖ g k ‖ L p ′ ， f = ∑ k ∈ ℕ g k } ，其中下确界inf是指f分解成一个原子序列的所有可能性。 引理2.3 对于 1 ≤ q ′ ≤ p ′ < ∞ ，如果 p ， q 满足 1 p + 1 p ′ = 1 ， 1 q + 1 q ′ = 1 ，那么有 ( M ˙ p ， q ) * = N p ′ ， q ′ . 即对于 f ∈ M ˙ p ， q ， g ∈ N p ′ ， q ′ ，有 ∫ ℝ 3 f g d x ≤ ‖ f ‖ M ˙ p ， q ‖ g ‖ N p ′ ， q ′ 。 引理2.4 对于 1 ≤ q ′ ≤ p ′ < 2 ， 1 q ′ = 1 − r 3 ，相应点乘是一个从 L 2 ( ℝ 3 ) × H ˙ r ( ℝ 3 ) 到 N p ′ ， q ′ ( ℝ 3 ) 的有界双线性算子，那么存在常数 C > 0 ，使得对于任意的 u ∈ L 2 ( ℝ 3 ) ， v ∈ H ˙ r ( ℝ 3 ) ，有 ‖ u v ‖ N p ′ ， q ′ ≤ ‖ u ‖ L 2 ( ℝ 3 ) ‖ v ‖ H ˙ r ( ℝ 3 ) 。 引理2.5 对于 0 ≤ r ≤ 3 2 ，设空间 M ( B ˙ r ， 1 2 ↦ L 2 ) 是 ℝ 3 中局部平方可积函数空间，相应点乘是Besov空间 B ˙ 2 r ， 1 ( ℝ 3 ) 到 L 2 ( ℝ 3 ) 的有界双线性映射。 M ( B ˙ r ， 1 2 ↦ L 2 ) 上的范数由点乘算子的范数决定 ‖ f ‖ M ( B ˙ r ， 1 2 ↦ L 2 ) = sup { ‖ f g ‖ L 2 : ‖ g ‖ B ˙ 2 r ， 1 ≤ 1 } ， 那么， f ∈ M ( B ˙ r ， 1 2 ↦ L 2 ) 当且仅当 f ∈ M ˙ 2 ， 3 r ( ℝ 3 ) 。 引理2.6 (Gagliardo-Nirenberg不等式)对于 0 < q ， r ≤ ∞ ， 0 < α < 1 ， u ∈ W m ， r ( ℝ n ) ，有 ‖ D j u ‖ L p ≤ C ‖ D m u ‖ L r α ‖ u ‖ L q 1 − α ， 其中 j m ≤ α < 1 ， 1 p = j n + α ( 1 r − m n ) + ( 1 − α ) 1 q 。
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user: 摘要 直流融冰技术因其效率高、覆盖面广等优点已成为我国电网抵御大规模冰冻灾害使用最为频繁和有效的手段。随着技术的进步，直流融冰装置也从传统的晶闸管融冰装置向功能复用的MMC直流融冰装置方向发展。但与此同时由于已有变电站本身剩余空间的局限和MMC直流融冰装置占地较大，存在制约装置的现场安装布置。为此本文围绕MMC型直流融冰装置小型化开展研究工作。论文首先从功率模块结构优化设计入手，基于ANSYS Icepak平台对所选型的散热器进行热分析，得到了功率模块的结构温度场分布并实现了模块相比于传统结构的减小30%的设计。在此基础上，针对融冰装置经常移动需求，提出了采用强迫风冷作为设备散热方式。此外，结合装置日常作为无功补偿长期运行的特征，提出了下进风和侧进风两种方式，为工程实际应用提供了依据。
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user: 1. 引言 输电线路冬季覆冰作为我国南方区域电网安全运行最为严重挑战之一，大规模的覆冰灾害不仅造成倒塔、断线等事故，甚至引起系统振荡导致出现大规模停电，影响城市正常生产、生活 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。为保障电力的安全供应，避免线路因覆冰造成的冰灾事故事件的发生，电力科研工作者采用了机械法和电热法两种主要的方式用于输电线路的融除冰 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。 由于机械法除冰效率低，且在大规模寒潮期间因凝冻造成封路导致除冰人员无法及时赶赴现场开展融除冰工作，因为大规模除冰目前主要采取电热法，即直流融冰。直流融冰技术在我国的形式主要采用晶闸管整流和可控型器件IGBT整流实现直流输出 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。由于采用晶闸管整流形式的直流融冰装置存在谐波大、无功补偿切换过程的拓扑结构复杂等不足，近年来以IGBT期间为基础研制的MMC直流融冰装置因其谐波小，平时可作为变电站无功补偿，不存在复杂拓扑切换问题，逐渐成为电力运行人员的关注重点，并逐渐实现工程应用 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。 MMC型直流融冰装置相比传统晶闸管直流融冰装置由于使用更多的可控器件等原因造成装置体积更大，部分变电站本身因占地过小从而无法满足现场安装要求，因而本文主要内容围绕MMC型直流融冰装置小型化设计开展研究工作。论文首先通过开展功率模块结构设计，并基于仿真结果验证实现散热器与常规相比体积能减少近30%，同时规划整体装置的结构布局，实现了进一步减小融冰装置体积。
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user: 2. 功率模块结构优化设计 功率模块是组成融冰装置功率部分的最小单元装置，功率模块是由IGBT、电容、控制板卡等元器件和散热片、金属外壳、铜排等机械零件组装而成。有效控制功率模块的体积是实现整体装置小型化的关键。由于选用的元器件已经是国内外批量供货产品中的最优封装尺寸，因此只能进一步优化机械零件的外形尺寸。首先根据装置需求选择散热方式为强迫空气冷却，那么就需要结合项目落地点实际环境和应用需求适当减小风冷散热片体积。 2.1. 散热管设计 首先拟在常规风冷型材散热器表面铺设了一定数量的热管，这种热管为粉末烧结型热管，一方面可以利用这种热管高效的导热特性，使IGBT底部铜板的热量迅速传递到散热器的散热翅片端，另一方面通过热管效应相变特性消耗热能，达到散热目的。此外，在散热器的翅片处加开几个豁口，可以保证在强迫气流经过散热器表面时形成紊流，从而进一步提高散热器的散热性能，减少散热器体积。散热器外形设计如下图1所示。 图1. 散热器外形图 基于ANSYS Icepak平台对所选型的散热器进行热分析，输入条件为：强迫风冷散热，进风口风速为6米/秒，模块的进风口尺寸为：66 mm × 284 mm。分析时为了得到更精确的结果，将IGBT的内部芯片的位置进行了描绘，并通过其专用软件仿真得到了各个芯片的发热量，按照环境温度45℃，风速6米/秒进行仿真计算，得到散热器的整体温度分布、风速分布及芯片发生情况分别如下图2~4所示。 图2. 散热器的温度云图 图3. 散热器的风速轨迹图 图4. 散热器芯片温度分布 由图2可以看到，在此环境条件下，IGBT模块的最高温度约为97℃，温升约为52℃，由于IGBT模块温度工作范围为55℃~150℃，可知该散热条件下的IGBT温度能够满足正常运行要求。由图3可以看出，散热器翅片豁口处有紊流形成。由图4可知，散热器表面的铺设的热管可以将IGBT下方的热量传送到了散热器远离IGBT的其他部位，到达了热量传递散热的设计目的。综上所述，模块散热器的设计满足散热需求。而且此方案与常规风冷散热器相比，体积能减少30%。 2.2. 功率模块确定 确定可行的散热器设计后，围绕散热器进行元器件布局设计，通过紧凑布局，将功率模块体积控制到最小，外形尺寸为宽180 mm，高670 mm，深620 mm，功率模块的设计如下图5所示。与同类型容量的融冰装置功率模块相比，体积减小了约42%。
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user: 3. 融冰装置整机结构优化设计 3.1. 整体结构设计 在完成功率模块体积优化后，还需要合理规划整体装置的结构布局，进一步减小融冰装置体积。考虑到融冰装置移动作为移动式装置的尺寸需要进一步缩小，在散热上采用强迫风冷以实现尺寸的进一步优化设计。由于现场环境气候条件比较潮湿融，阴雨天气较多，因此装置集装箱两侧设置有多扇大门，门的中下部安装有通风百叶窗，在百叶窗的外侧设置有进风口盖板，在集装箱上部出风口也设置有出风口盖板，当设备运行时开启，设备在运输和存放时关闭盖板，可以有效防止雨水和潮湿空气进入设备。MMC装置外形如下图6所示，其参数为8500 mm (长) × 2900 mm (宽) × 3650 mm (高)。 图5. 功率模块设计图 图6. 融冰装置外形图 为满足融冰装置经常移动需求，因此采用强迫风冷作为设备散热方式。由于工程应用地区环境气候条件比较潮湿融，阴雨天气较多，因此装置集装箱两侧设置有多扇大门，门的中下部安装有通风百叶窗，在百叶窗的外侧设置有进风口盖板，在集装箱上部出风口也设置有出风口盖板，当设备运行时开启，设备在运输和存放时关闭盖板，可以有效防止雨水和潮湿空气进入设备。 3.2. 通风散热设计 MMC型直流融冰装置可以作为无功补偿功能使用。为提高融冰装置的综合利用率，同时充分考虑使用环境满足环境适应性，设计了两种排风方式，一种是在特定地基上，采用下进风的方式；另一种是在移动情况或非特定地基上，采用侧进风方式。在变电站内，将融冰装置安放在水泥台上，如下图7所示。水泥台高出地面1米，内部中空，水泥台的两侧放置进风百叶窗，融冰装置集装箱底部设计有进风口，可以满足装置作为无功补偿功能时的散热进风需求。在集装箱顶部风机的压力作用下，气流通过百叶窗，再通过集装箱底部进风口，流进阀模块风冷散热器，将热量带走，热气流经过散热风机后，通过集装箱上部出风口排出集装箱。 设备运行过程中，为防止凝露带来的运行风险，可以在集装箱上加装出风管道，连通到下部的水泥台，关闭集装箱上所有的进风口盖板，仅采用集装箱下部进风口进风，选择性关闭集装箱上部的出风口，将风机抽出的部分热风排放到下部水泥台中，热气流与下部百叶窗吸入的空气混合后再次进入集装箱内，此时进入的空气温度会比外界温度高5℃~10℃，能保证集装箱内温度高于集装箱外部温度，可以有效降低集装箱设备内部凝露的风险。 图7. 下进风现场安装图 装置内部布置图如下图8所示。左边是功率阀模块，上中下三层布置，前后背靠背排列，共计安装120个阀模块。中间前后布置有两个桥臂电抗器，最右边前后放置有控制柜和开关启动柜。相比同类型集装箱，这种功率模块的排布方式是将模块修护空间合理的放到了门外，不占用集装箱内部空间，其次同类型融冰装置一般为单排列单风道，此结构布局模块采用背靠背排列，可以共用风道空间，与早期同类型融冰装置相比，体积优化近50%。 图8. 装置内部布置图
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user: 4. 结论 针对新型MMC直流融冰装置存在的占地面积大无法适应部分变电站现场应用等困难，本文开展了MMC型直流融冰装置小型化散热结构设计研究工作。论文首先基于ANSYS Icepak平台对所散热器进行热分析，设计得到小型化的模块散热器结构，在此基础上，论文设计了具备复用条件的融冰装置整机散热结构，论文的主要内容如下： 1) 根据融冰装置控制器各芯片的发热量及强迫风冷散热设计，计算得到了散热器的内部的温度场分布，并在此基础上优化结构，使得散热器下降了30%。 2) 基于散热器的设计结构并结合紧凑布局，使得设计的融冰装置功率模块相比同类型结构体积减小了约42%。 3) 在融冰装置整机结构优化设计上，提出了强迫风冷作为设备散热方式。同时考虑到装置作为无功补偿长期固定适用和融冰装置移动特征，提出了采用侧进风和下进风两种排风方式。
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user: 摘要 本文采用求解的平面动力系统方法研究Newell-Whiehead方程 u x x − u t + u − u 3 = 0 的精确解孤立波解和振荡解的解析近似解。文中对该方程有界行波解对应的平面动力系统做了详细的定性分析，并结合平面动力系统的理论知识作出了全局相图，依据全局相图，得到了该方程有界行波解的个数和大致性态方面的结论；并运用适当的方法求出了该方程在波速为 c = 3 2 2 时的两个精确扭状孤立波解，进一步求出了在波速较小时( 0 < c < 2 )该方程振荡解的解析近似解。
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user: 1. 引言 1937年，Kolmogorov，Petrovsky，Piskunov在文献 [ 1 ] 中提出一个反应扩散模型 { u t − u = x x f ( u ) ， f -nonlinear ， f ( 0 ) = 0 ，                                                                                 ( 1 .1a ) u ( x ， 0 ) = ϕ ( x ) ， x ∈ R 1 ， ( 1 .1b ) 用于描述生物种群中的繁殖问题和基因遗传，该模型(1.1)是一个经典的一维反应扩散模型，该模型(1.1a)不仅适用于生物学，在统计学和金融学中也有相应的应用 [ 2 ]。在物理学中，该模型(1.1a)可用于描述非均匀介质中的传播现象 [ 3 ]。在生物学中，该模型(1.1a)用于描述有利基因的遗传 [ 1 ] 和种群生物的生长及迁移 [ 4 ] [ 5 ] 以及种群的入侵和灭绝 [ 6 ]。近年来，在流行病学和病毒学中，该模型(1.1a)可以模拟乙型肝炎病毒(HBV)感染模型 [ 7 ] 等。 当 f ( u ) = u − u 3 时，(1.1a)被称为Newell-Whiehead方程 u x x − u t + u − u 3 = 0 ， (1.2) 该方程(1.2)被广泛研究且得到了众多结论 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]，对于(1.2)的精确解和近似解在文献 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 中已经得出，但是对于其振荡行波解的解析近似解，始终没有被求出，本文的目的就是要求出方程(1.2)的精确行波解和振荡解的解析近似解. 当前求解方程(1.1)、(1.2)的主要方法有：摄动方法 [ 12 ] [ 13 ]、Lyapunov人工小参数法 [ 14 ]、Adomian分解法(ADM) [ 15 ] [ 16 ]、 δ 展开法 [ 17 ]、同伦分析方法(HAM) [ 18 ]、V变量迭代法(VIM) [ 19 ] 等，上述方法运用于求解反应扩散方程的近似解方面都具有自身的优势和特点，但无一例外都是采用近似逼近的方法，没有得出其振荡解的解析近似解的具体表达式，我们将采用求解的平面动力系统的理论和方法 [ 20 ] [ 21 ] 来研究方程(1.2)的振荡解的解析近似解。 求解的平面动力系统理论和方法的核心思想是：通过行波变换，将非线性偏微分方程转化为与之等价的一个平面动力系统，再通过定性分析研究这个平面动力系统的全局相图中的奇点类型和轨线性质，进而确定系统的解的性态和数量。最后通过合适的方法，得出非线性偏微分方程的精确行波解和解析近似解。
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user: 2. 定性分析和全局相图 2.1. 定性分析与全局相图 对方程(1.2)做行波变换 u ( x ， t ) = u ( ξ ) = u ( x − c t ) ( ξ = x − c t ， c 为波速)，可知 u ( ξ ) 满足 u ″ + c u ′ + u − u 3 = 0. (2.1) (2.1)式中令 x = u ( ξ ) ， y = u ′ ( ξ ) ，方程(2.1)等价于平面动力系统 { dx d ξ = y = P ( x ， y ) ， d y d ξ = − c y + ( x 3 − x ) = Q ( x ， y ) . (2.2) 依据平面动力系统的理论知识 [ 20 ] [ 21 ] 可知，平面动力系统(2.2)有3个有限远奇点 P i ( x i ， 0 ) ， ( i = 1 ， 2 ， 3 ) ，分别为 P 1 ( − 1 ， 0 ) ， P 2 ( 0 ， 0 ) ， P 3 ( 1 ， 0 ) ，系统(2.2)在 P i 处的Jacobi矩阵为 J ( x i ， 0 ) = [ 0 1 3 x i 2 − 1 − c ] ， i = 1 ， 2 ， 3. 在3个奇点处的Jacobi矩阵行列式分别为 det [ J ( x 1 ， 0 ) ] = − 2 < 0 ， det [ J ( x 2 ， 0 ) ] = 1 > 0 ， det [ J ( x 3 ， 0 ) ] = − 2 < 0 ， 所以 P 1 ， P 3 为鞍点。在 P 2 处的特征方程为 λ 2 + c λ − 3 x 2 + 1 = 0 ，其判别式为 Δ = c 2 − 4 。由平面动力系统的理论可知，当 Δ ≥ 0 ，即 c ≥ 2 ， P 2 为稳定结点；当 Δ < 0 ，即 0 < c < 2 ， P 2 为稳定焦点。 接下来，通过上述有限远奇点分析结合无限远奇点分析作出平面动力系统(2.2)的平面相图。我们对系统(2.2)做Poincaré变换，易知在y轴正负两个方向上有一对无穷远奇点 A 1 ， A 2 ，并且Poincaré圆周也为轨线。 A 1 ， A 2 周围各存在一个抛物型区域。做出平面相图如下图1和图2。 由平面动力系统的理论和方法 [ 20 ] [ 21 ] 可得如下定理成立。 定理2.1：除了奇点 P i       ( i = 1 ， 2 ， 3 ) 和轨线 L ( P i ， P j )   ( i ， j = 1 ， 2 ， 3 ) 外，系统轨线都是无界的，且这些轨线上点的x，y坐标值也是无界的( L ( P ， Q ) 是一条连接P和Q的轨线)。 定理2.2：当波速满足 0 < c < 2 时，系统(2.2)有两条鞍–焦轨线，分别为图1中 L ( P 1 ， P 2 ) 和 L ( P 3 ， P 2 ) ，此时方程(1.2)有两个振荡行波解，当波速满足 c ≥ 2 时，系统(2.2)有两条鞍结轨线，分别为图2中 L ( P 1 ， P 2 ) 和 L ( P 3 ， P 2 ) ，此时方程(1.2)有两个单调行波解，一个单调递增，一个单调递减。 图1. 0 < c < 2 图2. c ≥ 2 2.2. 振荡行波解的衰减性 由于方程(1.2)振荡行波解的共同特点是对应相图中的鞍–焦轨线，故本段我们以图1中鞍–焦轨线 L ( P 1 ， P 2 ) 为例来说明这种振荡行波解的衰减性。 定理2.3：当 0 < c < 2 时，方程(1.2)对应于轨线 L ( P 1 ， P 2 ) 的振荡行波解 u ( ξ ) 存在 ξ ^ 1 ，在 ξ ^ 1 处取最大值，解在 ξ ^ 1 的左侧具有单调递增性，而在其右侧不仅具有振荡性且具有衰减性。即在 ξ 轴上存在无穷多个极大值点 ξ ^ i ( i = 1 ， 2 ⋯ ， + ∞ ) 和极小值点 ξ ∨ i ( i = 1 ， 2 ⋯ ， + ∞ ) ，使得 { − ∞ < ⋯ < ξ n ∨ < ξ ^ n < ξ n − 1 ∨ < ξ ^ n − 1 < ⋯ < ξ 1 ∨ < ξ ^ 1 < + ∞ ， lim n → ∞ ξ ^ n = lim n → ∞ ξ n ∨ = + ∞ ， (2.3) { u ( − ∞ ) < u ( ξ 1 ∨ ) < ⋯ < u ( ξ n ∨ ) < ⋯ < u ( + ∞ ) < ⋯ < u ( ξ ^ n ) < ⋯ < u ( ξ ^ 1 ) ， lim n → ∞ u ( ξ ^ n ) = lim n → ∞ u ( ξ n ∨ ) = u ( + ∞ ) ， (2.4) 和 lim n → ∞ ( ξ ^ n − ξ ^ n + 1 ) = lim n → ∞ ( ξ n ∨ − ξ n + 1 ∨ ) = 4 π 8 − c 2 . (2.5)
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user: 4. 结论 本文用平面动力系统的理论和方法求出了Newell-Whiehead方程的精确孤立波解和振荡行波解的解析近似解。从本文所得结论可以看出，当波速为 c ≥ 2 时，Newell-Whiehead方程有单调的孤立波解，一个为单调递增的扭状孤立波解、另一个为单调递减的扭状孤立波解，我们运用假设待定的方法求出了当 c = 3 2 2 时方程的精确扭状孤立波解。另外，根据平面动力系统的理论和方法，我们求出了当波速满足 0 < c < 2 时Newell-Whiehead方程一个振荡解的解析近似解。本文所研究的方法也可以运用到其他的非线性发展方程的研究。
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user: 摘要 胚胎发育是一个复杂的过程，其受一系列细胞行为所调控。细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞命运的决定属于单细胞水平的过程。胚胎发育早期细胞数量有限，这是研究早期基因调控机理的一个重要问题。单细胞RNA测序是一种在单细胞水平上进行高通量测序分析的新技术，其显著提高了人们对细胞、组织与器官复杂性的认识。早期胚胎发育是胚胎发育的关键阶段，单细胞RNA测序技术的应用，不仅可发现胚胎发育早期的一些关键基因，而且还可构建器官发育的基因表达图谱，阐明各种细胞类型及其在细胞分化过程中的相互关系。同时单细胞RNA测序技术的广泛应用能够反映细胞间的异质性，从而有利于揭示疾病发生发展机制。本文综述了该技术与其近年来在胚胎发育中的应用进展，这有助于今后胚胎发育的基础研究以及指导临床相关疾病的诊治。
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user: 1. 引言 胚胎发育是一个复杂的过程，其受到基因与环境两个因素所调控，而细胞为人体结构与功能的基本单位。系统而深入地研究人体内细胞的类型、功能与分化途径，对于人们了解人体的生长发育、相关疾病的发生发展具有着重要的临床意义。在人体胚胎发育的早期，受精卵经转录调控、表观遗传重编程等过程，形成了外胚层、内胚层和中胚层 [ 1 ]。在后续胚胎发育进程中，这三类胚层细胞只需较短时间便可分化成上百种的细胞类型，继而发育成人体各种组织与器官。目前，由于研究人员可能忽略了单个细胞的生物学功能，研究一般所采用的技术手段不能详细地研究人体器官中各种细胞的分化途径，同时也难以识别各类细胞亚群的异质性，也较难解释细胞异质性对人体各类基因表达的影响 [ 2 ]。而单细胞RNA测序技术(single-cell RNA sequencing， scRNA-seq)可对机体单个细胞进行转录分析，并详细阐释细胞的异质性，同时发现新的标记基因与细胞类型，能够从单个细胞水平对组织和器官进行系统研究。这项技术具有高分辨率与高通量的特点。本文主要介绍了scRNA-seq技术及其近年来在胚胎发育中的应用进展情况，可为人体胚胎发育的深入研究与其相关疾病的诊断治疗提供科学依据。
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user: 2. scRNA-seq技术 单细胞测序是一种从单细胞水平研究细胞基因组、转录组或表观遗传组的技术，它从不同的角度揭示细胞在不同阶段的功能和特点。而scRNA-seq技术在揭示细胞类型、明确细胞亚群、鉴别细胞异质性和绘制细胞命运谱系等方面起到了重要作用 [ 3 ] [ 4 ]。单细胞转录组对细胞活性要求较高，细胞处理时间要尽可能短，避免mRNA的降解。研究人员发现scRNA-seq可揭示新的免疫前体细胞，如CD4+细胞毒性T淋巴细胞前体细胞 [ 5 ]。细胞亚群分类可鉴别细胞异质性，找到差异表达基因。ScRNA-seq可对组织中各种细胞类型及其相应的转录谱进行分析，结合分层聚类等技术，鉴别亚群中和亚群间差异表达或高表达的基因，更好地理解细胞异质性。细胞异质性指来自同一细胞系或个体的细胞呈现出不同的基因组、转录组和表观基因组。ScRNA-seq能够在单个实验中捕捉不同发育阶段的细胞，通过观察各阶段基因表达变化，揭示出驱动发育的关键基因，阐明发育途径 [ 6 ] [ 7 ]。ScRNA-seq相比单细胞DNA 测序更容易操作，每个细胞都包含很多RNA分子，但DNA分子拷贝数却极少 [ 8 ]。在胚胎发育早期，如原始生殖细胞时，由于细胞数量很少，scRNA-seq具有极大的优势。 目前，scRNA-seq主要平台有：Drop-seq、InDrop、10 × Genomics、Smart-seq2、MARS-seq、CEL-seq和SPLIT-seq等 [ 9 ]。Drop-seq是基于微滴的方法，其优势为低成本，快速文库准备，有单细胞高通量分析及多组学分析的可能性，但需要微流控平台，单细胞基因的敏感性低。InDrops方法则可捕获60%~90%的细胞，适用于细胞数量少的样本。10×Genomics由于其成本低、通量高的特点，成为主流scRNA-seq技术之一 [ 10 ]。Smart-seq2是一种通过模板置换扩增单细胞全长转录本的方法，可获取单个细胞1万多个基因表达，该方法已广泛改良并用于多种scRNA-seq中 [ 11 ]。CEL-seq是一种采用线性扩增的测序方法，采用体外转录法进行扩增，其样本间的污染被大大降低，但扩增和PCR 都存在序列偏好，有强烈的3'偏好 [ 12 ]。SPLIT-seq可对数十万个细胞直接捕获，不需要将单个细胞用油滴包裹形成独立的单元后再捕获，极大简化了步骤和节约了成本 [ 13 ]。ScRNA-seq主要包括几个步骤：单细胞悬液的制备、细胞捕获及裂解、反转录、cDNA扩增和测序文库的构建与数据分析。单细胞悬液中细胞状态与细胞内RNA的完整性直接决定单个细胞的有效捕获与研究结果的真实性。目前，分离单个细胞的主要方法有荧光激活细胞流式分选法、磁激活细胞分选法和激光捕获显微切割法和微流控技术等 [ 14 ]。荧光激活细胞流式分选法能大量获得单个细胞，技术较成熟，是目前应用较广泛的方法，但不利于分离数量较少的细胞种群 [ 15 ]。激光捕获显微切割通过显微操作，利用激光束熔化覆盖于组织切片上的热塑聚合物薄膜，冷却后将细胞固定于膜上从而实现细胞分离，是一种非接触技术，但人为操控细胞的选取和分离严重限制了通量 [ 16 ]。微流控技术在微尺水平上分选目的细胞，芯片精密的几何学技术有效减少移液误差，间接降低了微流控装置所需底物含量 [ 17 ]。在数据分析中，可根据特征基因的表达来确定细胞的类型和来源。ScRNA-seq数据在进行分析前需要良好的质量控制，应注意排除双细胞、红细胞污染、细胞碎片干扰等数据。根据测序获得的转录物长度，可分为全长转录组序列测序技术，3'或5'-端转录组测序技术。一般进行常规基因表达分析时选择基因的3'端测序，而当进行免疫克隆相关研究时，则应选择5'端测序。ScRNA-seq主要平台中Smart-seq2可获得全长的mRNA序列，而CEL-seq、MARS-seq、inDrop、Drop-seq和10 × Genomics 是将标签整合到cDNA中 [ 18 ]。ScRNA-seq数据分析获得多个细胞的基因表达谱，可通过细胞多个基因的表达水平来进行细胞聚类。随着scRNA-seq技术的发展和不断完善，它已广泛应用于胚胎发育、免疫细胞发育和人类疾病的治疗 [ 19 ]。
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user: 3. scRNA-seq在早期胚胎发育中的应用 早期胚胎发育是胚胎发育的关键阶段，期间胚胎中基因的转录和表达活跃，如基因组激活、细胞分化、表观遗传转换和X染色体失活等 [ 20 ]。了解胚胎发育过程最直接的方法是测量每个细胞的基因转录组图谱，并根据细胞的相互关系和空间位置构建一个整体的三维调控关系。目前，scRNA-seq技术的应用，不仅发现了胚胎发育早期的一些关键基因，而且构建了器官发育的基因表达图谱，阐明了各种细胞类型及在细胞分化过程中的相互关系。 哺乳动物早期胚胎发育是一个复杂的过程，包括卵母细胞的成熟、受精和着床前胚胎发育一系列重要的发育阶段。2009年，scRNA-seq首次应用于哺乳动物胚胎发育研究 [ 21 ]。随后，Peng等 [ 22 ] 对中期妊娠小鼠胚胎外胚层单个细胞进行转录组分析，描述了小鼠胚胎发育早期的转录组特征和信号通路的调控网络。Cao等 [ 23 ] 对小鼠胚胎207211个单细胞进行scRNA-seq，鉴定出38种细胞类型和655种细胞亚型，揭示哺乳动物器官形成过程中各种细胞类型的发育过程。来自斑马鱼早期胚胎发育的scRNAseq研究结果发现并记录了每种细胞类型的初转录情况，并识别细胞间差异表达的基因，记录每个谱系的基因表达变化及每个细胞的特定标记基因 [ 24 ]。Yan等 [ 25 ] 利用scRNA-seq分析了人着床前胚胎和人胚胎干细胞中124个基因的表达状态，成功检测到22，687个表达基因，其中非编码RNA 8701个。Petropoulos等 [ 26 ] 利用scRNA-seq系统阐明了人类胚胎着床前发育的转录组图谱。研究结果深入了解人类胚胎着床的复杂分子机制，也为多能干细胞的体外诱导和定向分化提供了有价值的依据。另外，在胚胎发育过程中，细胞经过增殖分化，形成各种器官并逐渐发育成完整的个体。近年来，scRNA-seq被广泛应用于组织器官发育领域，极大地促进了发育生物学的研究。Zhong等 [ 27 ] 利用scRNA-seq分析了妊娠8-26周人类前额叶皮质发育过程中2300多个单细胞，绘制了单细胞转录组图谱，揭示了细胞的多样性和不同细胞类型之间的发育关系，并进一步深入挖掘每种细胞类型的关键基因表达特点及其重要的生物学意义。Gao等 [ 28 ] 利用scRNA-seq分析了妊娠6~25周人类胚胎消化道器官的5227个单细胞，识别出40种细胞类型。这项研究系统地揭示了器官的基因表达特点和重要生物学特性，包括发育过程、信号转导途径、细胞周期和营养物质消化吸收代谢等。因此，研究胚胎发育过程中组织器官的发育调控机制，有助于分析各种器官在整个胚胎发育过程中的重要功能。