DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 3. 线缆设计 EMC的线缆设计非常重要，主要原因是线缆是高效的电磁辐射天线，90%的辐射超标问题是由线缆辐射引起；线缆是高效的电磁接收天线，空间的电磁干扰会被线缆接收后传到设备内部，影响设备正常工作；同一束线缆的导线之间或不同束线缆的导线之间由于分布参数的作用存在相互串扰。 3.1. 线缆分类 电源设备线缆配线无论是设备内还是设备外都要遵循一个基本原则：避免线与线之间的相互串扰。为此对线缆进行分类，可以分为以下四类： 1) 功率电缆：主要起大电流的导通作用，线材的截面一般在6个平方毫米(9 AWG)以上，通过电流5A以上 2) 信号电缆：主要起小电流的导通作用，线材的截面一般在6个平方毫米以下的UL1007，UL1015，UL2464等系列电缆。 3) 扁平电缆：该类电缆结构为多个绝缘单线平行粘连在一起，主要用于实现系统中的点对点连接。该类电缆主要与电缆连接器相接，该电缆芯线线径统一为28AWG，间距1.27 mm耐温80℃。 4) 编织线：该电缆结构为软铜编织带两端加铜管压接而成，在机器里面主要起应力缓冲，大电流导通的作用，目前主要是通过电缆厂外包加工。 以上包括了电源线、控制线和信号线。通常电源线和控制线中噪声最大，可能对信号线产生干扰，同时信号线之间也可能产生相互干扰，所以应该正确的选择这些线所用的线缆类型，恰当的安排线缆的敷设。 3.2. 线缆设计注意事项 线缆的连接能使系统的性能变坏。不仅因为外来骚扰信号会通过相互作用或耦合进入系统中的连接线缆，对敏感设备构成严重威胁；还可能因设计、分类(隔离)、捆扎和走线等不当而产生问题。 1) 分系统间的连接线缆和连接器的设计要协调一致。例如，不能一端接地，而另一端不接地。不能一端使用屏蔽线缆，而另一端却选用普通线缆。 2) 不要让主电源线和信号线通过同一连接器，如果一定要通过同一个连接器，要尽量保证电源线和信号线之间的最小间距要求 [ 7 ] 。 3) 尽量不要让输入输出信号线通过同一连接器，例如同一个连接器上既有输入线又有输出线。 4) 根据线缆的分类，正确进行连接器屏蔽层端接，保证360˚环接。线缆接插件的选取应根据线缆传输的频率进行:当传输频率为DC-10K时，接插件可选取塑料连接器，若考虑到机箱屏蔽可用金属接插件。当传输频率为10 K~10 M时，接插件推荐选取带金属线夹的金属化塑料连接器。如：金属化塑料外壳的DB型连接器等。当传输频率为10 M~3000 M时，接插件推荐选取金属外壳的连接器，并能保证线缆屏蔽层与接插件外壳360˚环接。如：金属外壳的DB连接器，N型连接器、Q型连接器等。360˚环接是指线缆的屏蔽层与金属连接器在连接处呈360˚环型连接，既保证屏蔽层和连接器形成一个封闭的电连续导体。常见的错误接法是为了简便，将屏蔽层扭成一个小辫之后再连接到金属连接器(或金属机箱)，俗称“猪尾巴”效应。见图1： 图1. 屏蔽层接地“猪尾巴”效应 这种接法很大程度的降低了屏蔽层的屏蔽效果。正确的接法是采用屏蔽线缆接头，如同轴线缆连接器，目的都是保证屏蔽层对芯线形成360˚的完整包围，并且芯线不暴露在外界电磁场中 [ 8 ] 。 3.3. 线缆走线的基本原则 电磁发射线缆与电磁敏感线缆尽量远离，线缆尽量靠近机箱金属体敷设，避免高dv/dt或高di/dt的来回走线形成大环路。线缆敷设间距要求：为方便给出线缆敷设间距的工程参考值，将上述六类线缆按干扰发射和接收的程度分为以下四级：CLASS1强敏感线缆线：低电平数字信号线，低电平模拟信号线。CLASS2弱敏感线缆线：高电平数字信号线，高电平模拟信号线。CLASS3弱干扰线缆线：控制线，低电压电力线。CLASS4强干扰线缆线：大功率电力线。 滤波器的输入输出线要分开布置，不能有平行走线，更不能将其捆扎在一起，否则输入线中的噪声将不经滤波器直接耦合到输出线上。机箱中各种非屏蔽走线要尽可能的短。尤其是输入地线和输入滤波器的输入线。对于传递信号的扁平带状线缆，应采用地-信号-地-信号-地排列方式。尤其要减小大di/dt、dv/dt回路上的线长和回路面积。电源线缆与敏感信号线缆、模拟信号线缆与数字信号线缆应避免平行敷设 [ 9 ] 。线缆尽量靠近机箱屏蔽体、金属构架敷设，充分利用现存金属结构进行隔离，但要避免靠近机箱屏蔽体上的孔、缝，尽量满足PEC原则。滤波器的正确安装如下图2，滤波器的输入输出分开，而且走线没有交叉。 图2. 滤波器的正确安装 AC、DC电源线穿透机柜或机箱时，要求在电源线入口安装电源EMI滤波器。滤波器必须固定于机箱屏蔽体上，二者之间的直流接触阻抗要小于10 mΩ；电源进线、出线尽量位于机箱屏蔽体的两侧，并要求电源线从进出机箱处到滤波器接线端的长度要尽量短，一般应小于6 cm，最大不超过8 cm，见下图3。 图3. 机柜内部走线不超过8 cm 3.4. 线缆走线的PEC原则 PEC (Parallel Earthing Conductor)是依据IEC61000-5-2:1998[ 97 ]和prEN50172-2[ 73 ]标准提出的线缆敷设所要求的平行地导体，如线缆架、线缆槽、背板、隔离挡板、机箱(它们都是可靠接地的)等，线缆要与它们平行紧密敷设。PEC的主要作用是能为线缆的地电流(位移电流)提供一个较低的转移阻抗通路。由于地电流通常是50/60 Hz，所以当线缆按照PEC模式走线时，线缆和与线缆平行排列的PEC之间有足够大的电容形成低的转移阻抗，为线缆的地电流提供通路 [ 10 ] 。 某产品在RE测试中，发现该直流线缆的敷设方式对辐射测试结果有较大的影响，原来直流负载线缆没有紧贴机柜走线，与系统机壳存在一定的距离，将直流负载线缆紧帖机壳走线，测试结果就有所改善，建立模型如图4来分析： 图4. 线缆走线模型 图中Vn为在线缆上驱动共模电流的等效共模噪声源，Zs为等效源阻抗，Rg，Lg分别为机壳自身的电阻和电感，M为线缆与机壳之间的互感，C1为机柜内线缆与机壳之间的寄生分布电容，C2为机柜外 图5. 线缆远离机柜的测试结果 图6. 线缆紧贴机柜的测试结果 线缆与转台地平面的寄生分布电容，流经线缆上的共模电流Icm = Icm1 + Icm2随着线缆与机壳之间距离d的减小，线缆与机壳之间的互感M和机柜内线缆与机壳之间的寄生分布电容C1相应增大，共模电流Icm1流经的支路阻抗为Z = Rg + jw (Lg − M) + 1/jwC1就减小，Icm1增大，即线缆上的共模电流更多地在机柜内被分流，导致流经机柜外线缆的共模电流Icm2减小，这样通过暴露在机柜外的线缆辐射就减小了。 从环路的角度看，随着线缆与机壳之间距离d的减小，线缆上共模电流Icm与地之间包围的环路面积减小，使其产生的对外发射减小。因此在系统中线缆敷设应尽量使整个线缆与接地平面导体平行敷设，距离要尽量小。图5为线缆远离机柜的测试结果，图6为线缆紧贴机柜的测试结果，可见51.5 M处读值由36降为29，改善效果明显。
system: [SYSTEM]

user: 4. 总结 EMC涉及的理论基础包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通信原理、材料科学学等。几乎所有现代工业都涉及EMC问题，所有的产品都应该在前期设计中注意EMC设计，否则后续会花费几倍的时间和精力去解决，往往得不偿失。本文论述了通讯电源系统EMC设计的一些方法和注意事项，包括结构的屏蔽、导电连续性、器件的布局和装配，尤其是线缆之间的互相干扰，线缆走线路径的EMC设计分析，对通讯电源系统的EMC设计有一定指导意义。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 点云分类作为数字城市建设的重要一步，其准确定和完整性将直接影响后续建模的精度。本文从点云空间结构出发，采用一种以簇为单位的点云分类思想，希望能在保证地物完整性的同时，也能达到一种良好的分类效果。首先是采用一种渐进形态学的方式对点云进行滤波处理，除去地面点使地物具有更好的可分性，再此基础上利用欧氏距离进行点云聚类；计算簇中所有点在不同尺度下的特征值，利用树木和建筑两个样本训练分类器；最后通过阈值分割提取建筑物簇。从结果上看，该方法基本能够达到建筑物的完整分类。 关键词 :点云分类，欧氏聚类，形态学滤波，维度特征，主成分分析 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 三维激光扫描作为现阶段高效率的数据采集手段，其日益成熟的技术和不断走低的成本，使得它将会为未来数字城市建设提供完美的数据支持。全面、真实、准确地再现地理空间实体及其环境信息是数字城市建设的关键，也是3D GIS的核心研究问题之一 [ 1 ] 。 三维激光提供的反射强度是激光扫描的一大特点，在环境光暗淡的条件下仍能对目标具有一定的识别能力，程小龙 [ 2 ] 等人利用激光强度对测量值进行角度和距离的改正，并对建筑物立面点云进行分类和特征提取。除开点云强度和颜色信息，本文希望从点云的形状进行分析，基于三维坐标的数据研究是国内外点云研究的主要焦点。Bo Guo，Xianfeng Huang [ 3 ] 等人利用Joint Boost分类器对点云进行识别分类，这是一种监督分类方法，其实质是通过计算各种特征来估计学习模型的参数，并利用空间上下文约束对分类器进行优化。Martin Weinmann [ 4 ] 等人分析了邻域选择、特征提取和特征选择之间的关系，在此基础上提出了一种高效的语义注释方法。George Vosslman [ 5 ] 提出了一种分段空间上下文分类的方法，段邻接由图形模型中的边表示，手工选取种子点再基于法向量变化程度进行分组。孙森震，卢小平 [ 6 ] 等人构建出一种囊括点云的空间网格，利用网格中的点云密度、反射强度对网格进行分类。 本文采用一种以点云簇为单位的分类思想，首先是对点云进行的欧氏聚类，为了达到理想的聚类效果，可以利用渐进形态学聚类方式对地面进行分离过滤；在聚类的基础上，通过计算点云的多尺度下特征信息，并进行分类器的训练，利用分类器对簇内点云进行分类，最后采用阈值条件筛选有关建筑物的簇。
system: [SYSTEM]

user: 2. 欧几里德聚类 三维激光所提供的数据包括点三维坐标，色彩信息和强度信息，更一般的或是在夜晚采集的数据只包括三维信息和强度信息，在无法通过色彩进行聚类分割的情况下，点云的空间位置和形态将起到分类分割的主要作用。点云聚类的代表是k-means聚类算法，也是较为金典的无监督学习算法 [ 7 ] ，该方法需要设置合理的k值进行计算，而在丰富的城市地物中，特别是需要提供数字城市建模的原始数据时，尽可能区分原始地物是关键，因此本文采取最原始的欧氏聚类算法。 欧氏聚类属于划分式聚类，是最基础的聚类方法。欧几里德簇提取的本质是通过欧氏距离判断临近关系的大小来完成的。算法步骤为：1) 为输入的点云P创建一个Kd-tree搜索树；2) 设置一个空集群列表C i 和一个需要检查的点列队Q；3) 对P中每一个点p i 进行如下步骤：搜索在p i 点阈值半径内的近邻点 P k i 并添加到集合Q中，再将Q中每个点p i 再次进行相同的操作，直到Q中的点不再增加，则将Q中的点添加到簇C i 中并清空集合Q；4) 通过步骤2和3处理剩余的点，并依次生成簇C 1 、C 2 、C 3 ∙∙∙∙∙∙。从过程中可以看出，欧氏聚类属于无监督分类，在缺乏限制条件的情况下很容易造成欠分割和过分割现象，因此需要对原始点云进行预处理工作。
system: [SYSTEM]

user: 3. 渐进形态学滤波器 地表物体通常情况下是单独不相连的个体，直接采用欧氏聚类会出现楼房与地面聚到一类的情况，为了避免这种情况，可以先提取路面点云。一种常用的去除地物的算法是数学形态学滤波器，数学形态学以集合理论为基础进行运算，有两个基本的操作：腐蚀和膨胀，结合在一起可以形成开闭操作，打开操作是通过对数据集进行腐蚀然后进行膨胀来实现的，而关闭操作是通过先进行膨胀然后进行腐蚀来完成的。对于机载激光扫描数据，在x和y处的高程z的膨胀定义为： d p = max ( x p ， y p ) ∈ w (zp) 其中点(X p ，Y p ，Z p )表示在p点窗口w内附近的点坐标。窗口可以是一维线或二维矩形或其他形状。膨胀输出为p附近的最大高程值。相对的腐蚀定义为： e p = max ( x p ， y p ) ∈ w (zp) Kilian [ 8 ] 等人提出了一种利用形态学滤波器去除非地面点的方法，但是实验表明：一个侵蚀操作删除了比窗户小的树对象，而扩张恢复了大型建筑对象，无法过滤大型建筑物，因此该方法只能运用到岩石表面的提取中。为了能够将形态学理论运用到城市地形提取中，本文采用一种渐进形态学滤波器 [ 9 ] 。 传统的滤波器中使用固定的窗口很难检测到大小不同的费地面物体，这个问题可以通过逐渐增加形态滤波窗口的大小来解决。对激光扫描的数据执行多次打开操作，通过一个逐渐增大的行窗口，渐进式形态过滤器可以从点云数据集中移除不同大小的建筑物和树木 [ 9 ] 。然而，滤波过程往往会产生一个低于地形测量值的表面，导致高起伏地形顶部的测量值不正确的去除，因为屋顶与地面的高程是突变的，地形高程变化是平缓的，所以可以通高差阈值检测非地面点，地面点的高差阈值表示为dh d ，k ，初次计算采用初始高差阈值dh 0 ，并计算下一次迭代的高差阈值。应用数学形态学滤波时，窗口大小和高程阈值是取得良好效果的关键。对于窗口大小的选择通过线性公式：w k = 2kb + 1，其b是初始窗口w 0 的大小。高程差阈值和窗口的大小有关： d h T ， k = { d h 0 s ( w k − w k − 1 ) + d h 0 d h max ( k = 0 ) ( k ≠ 0 ) ( d h T ， k ≥ d h max ) 其中k为迭代次数，s为地形的局部最大坡度。在城市地区的数据中，诸如汽车、树木以及人工建筑物将会在其几迭代中移除，而大型建筑物会在最后被移除。最高高差阈值设置为最低建筑物高度，以保证建筑物综合体的识别。
system: [SYSTEM]

user: 4. 多尺度下维度特征 描述场景在每个点和不同尺度上的局部维数特性，局部维数指的是云在给定位置和给定尺度下的几何形状：它更像一条直线(1维)、一个平面(2维)，还是分布在周围空间中(3维) [ 10 ] 。当结合不同尺度的信息时，我们可以建立标签来识别场景中某些类别的物体。在这种标识方法是结合空间上下文的，对于场景中的每一个点，计算其临近范围内的球体，将球内的点在笛卡尔坐标系下进行主成分分析(PCA)。对于第一主方向u 1 可以通过所有点在其方向上的投影最大进行求解，则有： { max { u 1 T X X T u 1 } u 1 T u 1 = 1 通过构造拉格朗日函数： f ( u 1 ) = u 1 T X X T u 1 + λ ( 1 − u 1 T u 1 ) 求得特征值λ 1 以及单位向量u 1 。而三维点云数据而言，主方向就有三个，分别用u 1 、u 2 、u 3 表示，并同样通过构造拉格朗日函数计算。最后利用特征值方差比例： p i = λ 1 λ 1 + λ 2 + λ 3   ，   ( i = 1，   2，   3 )   ，   ( λ 1 > λ 2 > λ 3 ) 这样就可以用(P 1 ，P 2 ，P 3 )表示一点在尺度D下的维度特征。计算所有点在尺度D下的特征值，并以(P 1 ，P 2 ，P 3 )为坐标分布在空间，接下来就需要一个超平面分割这些数据，常用的线性分类器为支持向量基(SVM)，该分类器作为二分类分类器，已经成熟地使用在图像处理中。该分类器同样适用于三维数据甚至多维数据分析中，其学习策略是建立超平面使分类间隔最大化。这里定义一组超平面函数方程： ω T x + b = 0 对于三维数据而言，这里的x为(x i ，y i ，z i ) T ，该超平面作为分类器将数据划开，这个超平面可以用线性分类函数 f ( x ) = ω T x + b 表示，带入特征坐标，值的正负表示类别，值的大小表示点到超平面的距离，满足两类所有点距离超平面距离最大的计算方法可以通过构造拉格朗日函数。以上是在尺度D下的分类结果，接下来需要做的是在所有给定的度下计算所有点的维度特征，通过不同的尺度特征值去训练分类器，已达到最佳分类效果。
system: [SYSTEM]

user: 5. 实验与分析 数据来源于土木学院主楼前的广场，广场上有停放的车辆、树、灌木。采集工具为机载三维激光扫描仪，飞行轨迹为广场中轴线来回两次扫描。无人机搭载惯性导航和GPS差分定位，所采集数据均在WGS84坐标系下，为了方便计算，需要对数据进行坐标变换和裁剪，将点云坐标在E和N方向上整体减小，转换到自定义坐标系下，裁剪数据保留中轴线两边一定范围的数据，这部分数据遮挡少，扫描信息相对完整。 实验第一步是对数据进行欧氏簇提取，工具采用C++语言，结合PCL开源代码，完成对点云的滤波、聚类、以及分割提取等工作。利用数学形态学滤波，重点在于初始值的设置，根据测区点云的尺寸，设置最大检测窗口边长为20米，最大坡度为1，初始高差阈值为0.5米，最大高差阈值为3米，过程中将提取的路面点导入ground目录中，移除路面点云保留地物点云如图1。 设置数据的搜索结构，对点云建立一个kd-tree结构树，这是一个二进制结构树，它的分支只有两个，通过判别是与非的方式快速的搜索目标点附近的点。建立一个点云索引向量cluster_indices，将点的索引路径存放在0和1组成的多维向量中，以便每次检测到点云聚类都可以直接保存下来。 利用pcl::Euclidean Cluster Extraction模块构建分割器，设置分割阈值为0.5米，簇最小点数为100，由于存在大型建筑物，所以簇最大点数为1，000，000，设置搜索方法为之前的Kd-tree，最后输入点云数据，导出聚类结果并显示每一个簇对象如图2。 图1. 形态学滤波后的结果(结果仅保留地物信息) 图2. 欧氏聚类分割出的单位簇(簇总数为189个) 接下来就是分类器的训练，实验采用Brodu提供的CANUPO工具，该工具被整合到Cloud Compare的插件工具栏。由于SVM是二分类器，因此选取两个主要的地物作为训练样本，在选取建筑样本时需要注意零星点对特征值计算的影响。将样本添加到训练机中并设置尺度，初始尺度从0.5米开始，通过测试搜集了不同最大尺度与不同尺度个数下的训练结果，如表1。 Table 1 The fault classification rate of different scale combination Max3.5 (7) Max3.5 (11) Max3.5 (16) Max5.0 (10) Max8 (16) 建筑 14.9% 12.8% 12.2% 13.1% 11.6% 植被 4.6% 6.3% 4.7% 5.1% 5.1% 表1. 不同尺度组合下的错分类比率 表1中分别列出了5种尺度组合，括号中是尺度个数，尺度越多说明尺度增长越密集，可以看出尺度并不是越多越好，这会分摊分割效果好的尺度的权重；另一方面最大尺度越大，分类效果越好，但是尺度增大会增加计算量，而且影响会越来越小。在实验中发现尺度如果取得太大的话，建筑和树木的错分割数会突然趋近一致，这种情况下的分类器泛用性就很低了，因此最大尺度也不能取得太大。这里取Max8 (16)尺度组合的分类器进行点云分类，结果如图3。 图3. 点云分类结果(深色点表示识别为建筑物，浅色点表示识别为植被) 结果显示该尺度组合基本分出了植被和建筑，再对之前提取的单位簇进行分析。从分类结果和表1数据中可以看出，部分建筑点云被识别为植被，植被的分类效果较好，为确保建筑物的完整性，规定深色点云数占总数的50%以上为建筑，反之为植被。阈值分割结果如图4。 图4. 通过阈值分割移除植被簇后的结果
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论与展望 本文从原理上解释了一种地物分类的流程，首先基于渐进形态学的地表提取能够为欧氏聚类提供良好的条件，然后基于多尺度特征分析对所得的簇进行分类，最后进行阈值分割。从结果上看，欧氏聚类和阈值分割基本能够完成地物的分类提取，并且采用聚类分割，确保了建筑物数据的完整性，对数字城市的城市建模提供良好的数据支持。但是在实验中可以发现欧氏聚类和阈值分割仍有许多的缺点。首先是聚类结果不够理想，植物和建筑物靠得近，很容易将植被和建筑物聚到一起，这也使得后面的阈值分割遇到了很大的困难，有条件的进行欧氏聚类或许能够解决这个问题；其次，由于测区范围的建筑物比较明显，这里只是通过简单的阈值分割提取建筑物，在之后的研究中，可以增加阈值分段，簇的大小以及点数量作为条件提取不同的地物，或者以簇为单位进行空间上下文分析，随机样本一致性分析达到簇识别的目的。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 经分析巴丹吉林沙漠西南缘降水的强度、雨量、频次及空间尺度，发现：1) 夏(冬)季各级强度降水发生最多(少)、雨量最大(小)，春、秋季相当；各季都是越强的降水越少发生；冬季较强降水所致雨量总是较小，其余三季都是中雨所致雨量最大；2) 各季各级强度降水的雨量和频次都随海拔升高而增加，尤其在暖季，海拔越高，较强(弱)降水的贡献越大(小)。3) 各季都是尺度越大的降水越少发生；所有尺度的降水都以夏季最多，冬季最少，春、秋季相当；尺度较大(小)的降水在夏(冬、春)季的配额较大；平均而言，夏季降水的空间尺度最大，秋季次之，冬季最小。4) 在任何季节，海拔越高的地方越易成为降水中心，相对而言，民乐在各季成为降水中心的可能性远高于其它测站。5) 四季都是降水中心强度越大其空间尺度也越大，但大尺度强降水很少发生，冬季更是以弱降水为主。 关键词 :降水强度，降水频次，雨量，降水空间尺度，季节变化 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 鉴于巴丹吉林沙漠特殊的地理位置(位于世界最大的中纬度干旱半干旱区——我国西北干旱半干旱区——东部、东亚季风区西北边缘，及青藏高原和祁连山东北侧 [ 1 ] [ 2 ] )、地形地貌和周围环境(高大沙山与沙漠湖泊并存 [ 3 ] [ 4 ] )，及其在我国干旱与季风气候形成和演变中的重要作用(作为我国第二大沙漠，其强感热输送是我国西北干旱气候形成的重要因子，同时也强烈影响着我国乃至东亚季风系统的变异 [ 5 ] - [ 12 ] )，与其在干旱区水资源研究方面的重要价值(沙漠湖泊的水源早已受到全球关注 [ 13 ] - [ 18 ] )，文献 [ 19 ] [ 20 ] 已基于现有历史资料，对其周边地区降水频次和雨量(降水是表征气候的重要参数，也是地下水和沙漠湖泊的重要水源，对全球气候变化极为敏感 [ 21 ] - [ 27 ] )的时空变化特征进行了较为详细的分析。 一般而言，不同时空尺度的云雨天气系统会导致不同强度的降水，而不同强度的降水是由不同性质的云雨天气过程或系统所致；云雨天气系统通常会在时空尺度及水汽来源上表现出明显的季节性差异，这就会导致不同强度降水的频次和雨量表现出各不相同的空间差异和季节性变化：例如，暴雨一般由强对流天气过程导致，大多发生在夏季，而小雨(雪)却不需要很强的对流系统激发 [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] 。降水的这种季节性变化可在某种程度上直接或间接地反映出云雨天气系统及局地乃至整个大气环流系统的变化。为此，本文将利用搜集到的有限降水资料(由甘肃省气象局和中国气象科学数据共享服务网提供)，详细分析巴丹吉林沙漠西南缘8个测站(图1)在1951~2005年间(某些测站某些年份的资料有所缺失，表1)各季各级强度降水的雨量和频次，以期深入理解该区域不同强度降水在不同季节的分配情况及其空间差异和影响因子，并试图据此把握导致该区域降水的主要天气系统在不同季节间的演变，最终为理解巴丹吉林沙漠周边降水气候对全球气候变化的响应提供依据。 图1. 巴丹吉林沙漠西南缘的站点分布 Table 1 Beginning year of the precipitation data at each selected gauge statio 测站 鼎新 临泽 民乐 永昌 高台 张掖 山丹 民勤 起始年份 1955 1967 1958 1959 1953 1951 1953 1953 表1. 所选测站降水资料的起始年份 气象学上常用日降水量定义降水强度 [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] ，强度为0.1~5 mm∙day −1 的降水为小雨，5.1~10 mm∙day −1 为“小到中雨”，10.1~17 mm∙day −1 为中雨，17.1~25 mm∙day −1 为“中到大雨”，25.1~38 mm∙day −1 为大雨，38.1~50 mm∙day −1 为“大到暴雨”，50 mm∙day −1 以上为暴雨。就巴丹吉林沙漠西南缘各站的日降水量而言，只有民乐95%的分位点超过17 mm，各站各季大部分降水强度都在10 mm∙day −1 以下，中雨以上(特别是“大到暴雨”)很少发生 [ 19 ] [ 20 ] 。以下将降水强度划分为15个等级：0.1~0.9、1~2、2.1~3、3.1~4、4.1~5、5.1~6、6.1~7、7.1~8、8.1~9、9.1~10、10.1~17、17.1~25、25.1~38、38.1~50、50.1~66 mm∙day −1 ，特别将0.1~0.9 mm∙day −1 的小雨称为弱降水；降水日可视为降水事件，故降水频次即为降水日数 [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 3. 结论 为了揭示巴丹吉林沙漠西南缘各级强度降水的空间和季节性变化，以便进一步把握导致该区域降水的主要天气系统在不同季节间的演变规律，本文首先将该区域8个测站在1951~2005年间的日降水量(即降水强度)分为15个等级，分别对各站各季各级强度降水的雨量和频次，以及降水空间尺度与中心强度间的关系等进行了统计分析，主要得出以下结论： 1) 各级强度降水的雨量和频次都以夏季最大，冬季最小，春、秋季相当；四季和全年降水频次都随降水强度增加而减小，但雨量不同，除冬季越强的降水导致的雨量越小外，春、夏、秋季及全年都以中雨雨量为最大，强度在弱降水以上中雨以下，以及中雨以上的降水都是强度越强雨量越小；地形抬升对该区域降水过程有重要作用，各季各级雨量和频次都随海拔升高而升高。 2) 就各级降水对各季和全年雨量的贡献而言，除冬季越强降水的贡献越小外，春、夏、秋季及全年都以中雨贡献最大，强度在弱降水以上中雨以下，以及中雨以上的降水都是强度越强贡献越小；而对于频次贡献，四季和全年都是越强的降水贡献越小；地形会影响某些强度降水对暖季雨量和频次的贡献，一般而言，海拔越高，小雨贡献越小，较强降水贡献越大。 3) 各级降水频次和雨量的季节配额相当一致，都以夏季最大，冬季最小，春、秋季基本相当；降水越强，其频次和雨量的夏季配额越大，冬季配额越小，即较强降水发生在夏(冬)季的可能性更大(小)；地形高度对各级降水频次和雨量的季节配额均无规律性影响。 4) 相关天气系统强度及空间尺度的季节性差异使降水范围表现出明显的季节性差异，夏季降水范围最大，秋季次之，冬季最小；各季都是范围越大的降水发生的频率越小，夏季较小(大)范围降水发生的频率小(大)于冬、春季；所有尺度的降水都以夏季配额最大，冬季最小，春、秋季相当，范围越小(大)的降水在冬、春(夏)季的配额越大。 5) 在任何季节各站都可能成为降水中心，海拔越高的地方越易成为降水中心，最高处民乐在各季降水过程中成为降水中心的可能性远远高于其它测站。 6) 四季都是降水中心强度越大降水范围越大，相反，降水范围越大，中心发生较强(弱)降水的频率越大(小)，但中心强度越大的降水发生频率越小；冬季降水中心发生弱降水的频率比春、夏或秋季约高1倍左右。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 目前压力试验机测试食品材料物性多为半经验测定，施加在被测件上的压力件大多为金属块，其检测结果无法真实反映食品物性。本文针对食物力学性能检测，开发了一种用于食品检测的单自由度咬合力测试系统，设计了牙齿模型及固定加压装置模拟食品受到人咬合力的情况，开发了单自由度咬合力测试样机，并测试了几种食品力学特性，证实了开发的咬合力测试系统的可行性，获得了多种食物的应力应变曲线。 关键词 :咬合力测试，食品检测，咀嚼，应力应变 Copyright © 2018 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 咀嚼是人类日常的生理活动，经过咀嚼运动，食物被碾压成细小微粒，然后在唾液的作用下形成食物团，仿生咀嚼机器人就是根据人体咀嚼系统的结构，以机械结构模拟人体咬合结构，设计机械设备，模拟人类的咀嚼过程 [ 1 ] 。 在食品检测领域，仿生咬合机器人的研制具有广泛的应用价值，能够模拟人类真实咬合方式，可以更为真实直观地检测食品力学特性 [ 2 ] [ 3 ] 。当前关于咀嚼机器人的研究，主要在于多自由度咀嚼过程理论与机构的研究，没有进入实用化的样机，而压力试验机的研究为单自由度，夹具和压力件均为金属元件，和牙齿咬食物情况区别较大 [ 4 ] [ 5 ] 。而通过牙齿模型及其固定装置测试咬合力将取得更加准确、客观的食品力学特性检测结果，本文研究了基于牙齿模型的单自由度咬合力加载与测试系统，针对牙齿与实物接触压力样机的测试，获得了多种食物的应力应变和咬断力，为食品开发和口腔牙科材料的研究提供理论参考。
system: [SYSTEM]

user: 2. 测试机机械结构设计 结合仿生性能设计需求和咬合参数设定，本文中咬合力测试机的机械结构总体设计方案如图1所示。 图1. 机械结构总体设计方案 设计中单自由度咬合机器人由结构系统、驱动系统和测量控制系统三大系统组成。其中结构系统由咬合结构和传动结构组成。 驱动系统通过传动系统带动咬合结构，具体实现是步进电机通过带传动与传动齿轮相连，传动齿轮与丝杆相连，丝杆、导杆与移动横梁共同组成螺旋传动系统。在电机的驱动下，调节移动横梁的上下移动。测量控制系统由控制器、显示模块和传感器组成，进行传感器数据的采集和处理。机器人运行时，安装在咬合结构上的压力传感器将收集到的数据传送给控制中心，控制中心进行数据的处理，实时动态显示实验速度、负荷值、位移值、形变值和实验曲线。 最终制造出来的咬合力测试机的外观和内部结构如图2所示，其中1是上平板盖；2是机身；3是安全限位杆；4是移动横梁；5是上颌安装装置；6是下颌安装装置；7是机体；8是显示模块；9是底板；10是导杆；11是传动丝杆；12是轴承；13是传动齿轮；14是电机；15是电机驱动器；16是开关电源。 图2. 咬合力测试机外观以及内部结构 2.1. 驱动机构设计 驱动系统是整个机器人结构的动力来源，驱动系统主要由上位机、控制器、步进电机驱动器和步进电机组成，如图3所示。在上位机上有控制咬合运动的专用软件，依据咬合运动的规律，利用特定的算法，操作控制器完成对步进电机驱动器脉冲信号的发送，步进电机在脉冲信号的驱动下进行有规律的转动，从而带动咬合力测试机实现咬合动作。 图3. 驱动系统整体设计 根据资料显示，一个普通的成年人的最大咬合力约为46 kgf，本文设计电机加载能力为50 kgf以上，综合考虑，选用雷赛品牌型号为86HS45的两相混合式步进电机，雷赛DMA860H数字式步进电机驱动器以及力腾K120-24开关电源开关电源来组成驱动系统，电机最大功率180 w，可满足加载力要求。 2.2. 传动机构设计 本文中的传动机构运用机械传动理论知识，把动力传递给运动末端机构，也即将步进电机的转动传动为咬合结构的上下运动，整体实现原理图如图4，包括电机系统、带传动系统、螺旋传动系统和咬合装置。 电机作为动力驱动器，通过带传动将动力传递至齿轮2，齿轮2带动丝杆转动，丝杆通过螺纹副(螺旋传动)推动移动横梁的移动，移动横梁与上咬合装置相连，控制系统控制电机的正反转，实现上下移动，上咬合装置与下咬合装置从而实现了单自由度咬合运动，结构材料选用Q235 (A3钢)碳素结构钢。 图4. 传动机构整体设计 2.3. 下颌安装机构设计 文中咬合结构分为上颌安装装置和下颌安装装置。安装仿生牙齿模型时可通过下颌调节装置调节下颌模型安装位置，确保上下颌正确配合，结构简单，调节方便。下颌安装装置机械结构图如图5所示。 图5. 下颌安装装置机械结构 其中包括下颌安装夹板、下颌安装中板、下颌安装底板、紧缩装置、一个夹紧螺栓1、两个固定螺栓2、一根调节丝杆3、两个调节螺栓4和四个固定螺栓5。可通过调节螺栓4调节中板高度，通过调节丝杆3调整中板左右位置。
system: [SYSTEM]

user: 3. 整体控制系统设计 图6为控制系统的硬件结构总图。以下将对运动的控制实现进行详细讨论。本文中采用的是雷赛品牌电机型号为86HS45的两相混合式步进电机，并内置DMA860H数字式步进电机驱动器。 下面对系统具体控制实现进行说明。 运动控制器向驱动器发送电机速度控制指令，根据指令要求，驱动器调节电机两端的电压方向和幅值，从而控制电机速度；编码器关联电机，将位置信号反馈给运动控制器形成闭环的控制回路。 本文采用的是力腾K120-24开关电源，通过施加24伏电压进行电机的驱动，电压的正反决定运动方向；本文中通过步进电机驱动，通过传动结构控制移动横梁的上下运动；安全限位杆对移动横梁进行移动空间的机械限位；通过安全限位杆上的限位传感器实现安全限位，当横梁运动到极限位置时触发相应的限位开关从而停止电机，同时通过对应的引脚输出电平信号。 图6. 测量控制系统设计
system: [SYSTEM]

user: 4. 食物力学特性测试实验 食物质地的评价方法主要有感官评定和仪器测量两种方法。感官评定可以通过人的咀嚼来判断食品的硬度、弹性和黏性等。感官评定的步骤有：评价样品的确定、样品评价标准的确立、评价人员的筛选和培训、分析方法的选择、评价实验的实施、数据处理及解释等几个程序。 食品质地的仪器测量方法是通过仪器、设备获取食品的物理性质，例如食品力学特性，然后根据某些分析评价方法将获取的物理信号和质地参数建立联系，从而评价食品的质地。 当对物质施以作用力时，物质既有弹性又可以流动的现象称为黏弹性。食品的力学性质由化学组成、分子构造、分子内结合、分子间结合、胶体组织、分散状态等因素决定。因此，换句话说，通过测定食品的黏弹性就可以把握以上食品的状态 [ 6 ] 。 本文主要是利用单自由度仿生咀嚼机器人通过1:1牙齿模型进行食物样品咬合或咬断测试，得到食物的力学特性，食物样品具体包括饼干、火腿肠、枇杷、面包、橘子和糖果。图7为饼干力学实验结果，图8为枇杷力学测试曲线，通过曲线图可看出特征点的力，包括最大咬合力。图9和表1所示了多种食品力学测试曲线和数据，枇杷和橘子无明显弹性阶段；橘子和糖果无明显屈服现象；饼干和火腿肠的屈服极限和最大咬合力相同；枇杷、面包、橘子和糖果的最大咬合力和咬断力相同。 在咬合的初始阶段，力随形变量的增大而增大；越具有弹性性能的食品弹性阶段越显著，即 越大；不同的食品材料的力学特性存在差异性，具有流变性能和脆性的食物材料没有屈服极限；不同硬度的食品材料的最大咬合力一般不同；同种食品的屈服极限、最大咬合力和咬断力一般不会完全相同。 根据食品材料的应力-应变曲线即可分析得出不同的食品材料的力学特性，然后根据某些分析评价方法将获取的力学特性和质地参数建立联系，从而评价食品的质地。通过单自由度咬合力试验机测试，获得了食品最大咬断力，与传统质构仪和压力试验机相比，本系统采用牙齿与食物接触产生压力的方式更加真实模拟人咬断食物的过程，获得了更真实的食物咬断力。 图7. 饼干实验咬合力–形变量曲线图 图8. 枇杷实验咬合力–形变量曲线图 图9. 多种实验样品咬合力–形变量曲线图 Table 1 Food sample mechanical properties tabl 样品 弹性阶段Ka 屈服极限(kgf) 最大咬合力(kgf) 咬断力(kgf) 饼干 0.65 kgf/mm 4.53 4.53 4.00 火腿肠 0.0645 kgf/mm 2.42 2.42 1.57 枇杷 无明显弹性阶段 1.21 3.02 3.02 面包 0.011 kgf/mm 1.45 1.62 1.62 橘子 无明显弹性阶段 无明显屈服 3.13 3.13 糖果 0.535 kgf/mm 无明显屈服 29.05 29.50 表1. 食物样品力学特性表
system: [SYSTEM]

user: 5. 结语 对于机械结构系统基本到达了预期的设计要求，成功研制了单自由度咬合力测试系统，通过对试验测试和应用经验，结论如下： 1) 咬合机器人的总体结构设计方案可行，功能得以实现； 2) 成功制作出了样机，对一些代表性食物进行了测试，实现了对食物咬合力学特性数据的采集与分析； 3) 与目前国内外类似产品相比，能够更真实的模拟出牙齿咬合过程； 4) 单自由度咬合力测试系统的研制成功，弥补了国内对于牙齿咬合力测定的空白，为食品的力学特性测试和医疗牙齿修复材料的开发提供了手段。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 近年来，血管机器人技术发展迅速，已被逐步用于疾病诊断、信息采集、血管疏通、药物投放等医疗领域，具有广阔的医学应用前景。本文根据血管机器人的不同驱动方式，对微纳米尺度和毫米尺度的血管机器人结构、驱动方式等进行了分析，综述了国内外血管机器人的不同驱动方式原理及研究现状，包括蠕动驱动，仿生游动，仿细菌鞭毛驱动，螺旋驱动等。探讨了目前血管机器人各类结构的特点，并分析了血管机器人发展的关键技术与发展前景。 关键词 :血管机器人，驱动方式，纳米机器人，MEMS机器人 Copyright © 2018 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 近年来，因心血管疾病致死、致残的发病率居各类病因之首。血管介入手术作为治疗心血管疾病诊断治疗的重要手段，有着创伤小，恢复快等优点，但手术中医生长时间暴露在射线环境中手动操作导管通过血管到达患处，不仅对医生身体伤害大，同时操作复杂，对医生的操作技巧要求较高。同时，刚性的手术器械会导致许多死角无法检测到，定位精度较差，容易因操作的不稳而伤及人体组织器官。为了克服传统血管介入手术中存在的这些问题，血管机器人的概念应运而生。血管机器人是能够沿血管运动并能在血液中自动或受控制治疗身体特定部位的微小机器人。有着高灵活性，可以在不损伤人体组织器官的情况下直达患处，甚至是血管介入器械无法到达的盲区，携带信息采集与药物注射等模块的血管机器人可以协助医生完成血管介入手术。
system: [SYSTEM]

user: 3. 血管机器人特点与关键技术 3.1. 血管机器人驱动方式特点 纳米机器人自身的特殊性质以及微小尺寸，它在药物运输领域拥有巨大潜力，而在纳米机器人技术的应用过程中，最突出的风险是用于制造纳米机器人的纳米颗粒的安全性问题 [ 23 ] 。对于MEMS机器人而言，蠕动的运动方式结构简单、耗能少、驱动力大等优点，但运动效率低，对管壁有一定损伤。仿生游动机器人在血管特殊条件下有巨大的应用前景，驱动力大，但结构较复杂，且无法精准定位。仿细菌鞭毛在血液环境下灵活性较好，且具有高效、高适应性，但结构复杂难以控制。外部磁场驱动的血管机器人具有无线控制与无线能源供应，但也难以精准控制且容易受信号衰减等影响。现如今，大多数的血管机器人仅仅能实现简单的运动，很多实验成果还停留在实验室阶段，还未能造福人们。随着纳米机电系统(NEMS)技术和微电子机械系统(MEMS)的发展，血管机器人功能进一步完善后，能为心血管疾病治疗带来了新的希望。 3.2. 血管机器人的关键技术问题 1) 血管机器人安全性问题 血管机器人应用在医疗领域，由于血管等体内管道，曲折复杂细致多变，确保血管机器人的安全性是首要任务。因此在设计制造血管机器时，首先必须为血管机器人设计保护措施，保证在异常的状态下，机器人能够主动或受控制动，保证患者的安全。 2) 血管机器人能源供给问题 对于血管机器人而言，有缆供电缺陷较大，与传统介入导管相似，缆线降低机器人的灵活性，活动受阻，且容易伤及人体器官。无缆驱动机器人在如何选择能源与传动方式上是一大难题。机器人无缆能源驱动主要靠微电池和外加能量场，随着MEMS技术的发展，高容量微型电池或许是解决微机器人能源问题的一种途径，外部磁场虽可持续供应能量，但较难精确控制，有待更深入地研究 [ 24 ] 。 3) 血管机器人导航定位问题 传统血管手术器械在手术过程中主要是由医生在导管尾端控制，操作难度大，系统定位不精确。血管机器人灵活性高，体积小，但对于系统三维定位精度要求更高，因此解决好血管机器人的导航定位问题，使得血管机器人能精确到达特定位置，减少血管手术难度，才能提高手术质量，保证手术的安全性，准确率。 4) 血管机器人控制问题 由于血管内环境复杂，机器人的体积小，能量有限，要实现对机器人的精确控制十分困难。另外，人机交互困难，医生常常难以对机器人进行实时控制。对于血管介入手术，需要血管机器人在封闭的血管内完成药物投放与信息采集时，血管机器人需要高度的自主控制能力，才能进一步提高血管机器人的作用。 要使机器人在血管内正常工作，在弯曲分叉结构复杂的柔软血管与复杂的血液条件下，机器人能安全的完成各种诊疗操作，首先要考虑机器人微型化问题，在微型化的同时也要充分考虑避免造成血管损伤，包含材料与血液的相容性与驱动时对管壁的保护措施。其次考虑到厘米级的机器人运动主要受惯性力和其他体力的控制，而血管机器人的运动主要受表面积相关的力，如摩擦力、粘附力、阻力和粘性力等，如何对机器人进行可控稳定的控制也是关键技术难题之一，并且机器人最好能够与医生有良好的人机信息交换。最后是血管结构对血流流动参数产生影响，也会对血管机器人外流场产生影响 [ 25 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结语 血管机器人是多学科交叉的研究领域，涉及机械、电子、生物、医学和通信等方面的技术。从国内外的研究来看，目前血管机器人大部分仍属于实验室阶段，许多研究成果由于技术的不完善，价格昂贵，未能得到广泛应用。但随着微电子机械系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)技术的发展，血管机器人会不断的完善能快速且精确的到达患处进行诊疗，这门技术便会开始造福人们。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 近红外光谱技术作为一种高效，无损的检测手段已广泛地应用在医疗的各个方面，本文就近红外光谱技术在临床骨科相关方面的研究进行回顾，包括对膝关节骨关节炎中的软骨损伤的探测，以及股骨头坏死诊断的探索，同时对该技术目前在骨科临床领域的应用存在的不足进行讨论，对该技术发展趋势进行展望。 关键词 :近红外光谱，股骨头坏死，膝关节骨关节炎 Copyright © 2018 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 近红外光谱技术作为一种成本低，重复性好，操作简便，对样本无害的探测技术，在医学上已具有较多的应用，因其能记录的各个化学分子基团的特性，对分子的组成和结构改变敏感，目前已广泛应用于多个疾病的诊断 [ 1 ] [ 2 ] 。目前主要集中在体表及脏器肿瘤，血氧饱和度检测等方面 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，在骨科方面应用还较少，本文就近红外光谱技术在骨科相关疾病的研究进行一个回顾，主要针对股骨头坏死以及膝关节骨关节炎展开，为未来的技术发展提供参考。
system: [SYSTEM]

user: 2. 股骨头坏死 2.1. 疾病临床背景 股骨头缺血性坏死(osteonecrosis of the femoral head， ONFH)是一种好发于年轻人群，严重危害人类健康的疾病 [ 6 ] 。是由多种致病因素造成股骨头内血流动力学改变，以股骨头造血细胞、骨髓脂肪细胞、软骨下骨细胞坏死、软骨下骨骨折及关节面塌陷为病理表现的疾病。此病好发于20~50岁人群，在中国约700万人患有该疾病，而在美国每年约2万~3万人被诊断患有股骨头缺血性坏死，随着病情进展，后期继发出现股骨头塌陷和骨性关节炎，出现难以忍受的疼痛和功能障碍 [ 7 ] [ 8 ] 。目前髋关节置换术是缓解疼痛和恢复关节活动度的唯一方法，虽然关节置换术发展迅速，但由于该年龄段的患者活动量大，其远期结果并不理想，因此部分患者的一生中需要经历多次翻修，严重影响患者生活质量和劳动能力，也给患者和社会带来了沉重的经济负担。因此早期发现、早期有效的治疗干预，对ONFH疾病进展和预后有着重要意义。然而目前对于ONFH的诊断，以普通X线、CT及MRI检查为主要手段，考虑到X线诊断的窗口期过于靠后，CT及MRI的检查费用较贵，不能作为普查，目前股骨头坏死仍然缺乏一种兼具高敏感性、特异性和经济性的诊断方法，帮助实现疾病的早期诊断和早期治疗。 2.2. 研究的可行性 股骨头缺血坏死的具体机制尚未完全清楚，目前有接近10余种学说，如脂肪代谢紊乱、血管内凝血、微血管损伤等 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。无论何种发生机制，上诉的病变过程中伴随着大量酶类、细胞因子、胶原蛋白、矿物质成分的变化，以及氨基酸，脂质，糖类的异常代谢。通过近红外光谱的检测和分析，能反应其分子层面的变化，同时联合运用最简便有效的化学计量学方法，则有望有效地区分股骨头坏死以及正常股骨头组织。 2.3. 国内外研究结果 国内外已将近红外光谱技术用于研究骨的代谢和病理的研究，Syed Mahfuzul Aziz等人利用近红外光的穿透性实现了近红外光对体内近端胫骨的骨小梁中的Hb和HbO2的测量，推动了近红外光监测在体骨血流和氧饱和度的技术发展，为进一步实现骨缺血坏死体外诊断打好了基础 [ 12 ] 。胡嘉彦等通过对股骨头坏死进行了初步的近红外光谱分析时发现了股骨头坏死区Cu、Cr的含量异常，由此提出了Cu、Cr缺乏导致某些与其相关的细胞色素氧化酶、唬拍酸脱氢酶活性受阻，从而造成机体脂类代谢机能紊乱，体内血脂浓度增高并进一步引起骨微循环的毛细血管壁硬化，使股骨头供血不足而产生坏死的可能 [ 13 ] 。同时发现有几例患者的Al含量减少，提出可能是Al缺乏引起的骨软化和骨发有不全进一步发展导致股骨头坏死的可能。林瓒等通过对128个股骨头坏死及正常股骨头组织的病理石蜡切片进行近红外光谱的采集，对原始数据的变量标准化、求导等预处理后，再依次采用主成分分析法，最小偏二乘法以及连续投影向量法压缩并筛选变量，然后建立线性判别模型，最终结果证明近红外光谱联合化学计量学模型能够有效的区分坏死以及正常的股骨头组织，在对分子层面信息的改变的捕捉上进行了初步探索 [ 14 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 3. 膝关节骨关节炎 3.1. 疾病临床背景 膝关节骨关节炎是一种膝关节的退行性变，主要退变的部位为膝关节的股骨及胫骨侧的软骨，同时伴有半月板的撕裂，滑膜的充血以及骨赘的形成 [ 15 ] 。这个疾病主要表现为疼痛，关节僵硬，活动度减少，弹响以及关节周围的肿胀。早期疼痛可能为局限在某一个特定部位，随着活动而加重，休息后缓解。随着疾病的进展，疼痛越来越频繁，最后甚至出现休息时的疼痛，严重时影响睡眠。 膝关节骨关节炎影响着全世界范围内约2.5亿人，在美国有超过2700万人深受其害，最常发生于老年女性，肥胖以及重体力劳动者，一旦到了终末期，大部分患者出现腿部畸形，丧失劳动与生活自理的能力，只能通过膝关节置换手术进行治疗，然而膝关节置换手术常伴随着感染，假体松动等并发症，对社会经济造成严重的负担 [ 16 ] 。 对于年轻患者的早期软骨损伤，我们仍然可以通过保守治疗来减缓其关节炎进程的发展，所以需要对软骨损伤的程度进行早期的判定，但目前对于软骨损伤的判断只能借助于MRI以及膝关节镜等手段，花费较大，手术操作者及读片医生的主观因素影响也较大。 3.2. 膝关节骨关节炎可行近红外光谱研究的原因 膝关节软骨的主要有效成分为高度交叉，互联成网的II型胶原蛋白以及IX型，XI型胶原蛋白等，该成分赋予了关节软骨的低摩擦系数和高抗压刚度 [ 17 ] 。同时也含有其他的蛋白粘多糖以及硫酸软骨素等，采用近红外光谱技术可以探测该分子层面的变化，有望实现该疾病诊断的在体化，简便化，同时让结果更加量化以及客观。 3.3. 国内外研究结果 近年来，用NIR光谱法进行对KOA软骨的形态和病理变化的研究日趋火热，Spahn. G通过对不同ICRS分级的羊的磨损软骨的近红外光谱主要波段的吸收率和软骨内黏多糖，胶原蛋白含量的分析，提出了实现近红外光谱对膝骨性关节炎诊断的可能 [ 18 ] 。陈延平等分析了KOA软骨病变时其成分的变化，通过对膝骨性关节炎的兔子模型进行体内的近红外光谱照射，并对实验数据进行了线性的拟合，发现在983 nm和995 nm这两个波长6次结果的拟合直线的斜率较大，KOA患肢在这两个波长处的NIR吸收光谱变化较大，为临床体内诊断膝骨性关节炎的发展做出了贡献 [ 19 ] 。 近红外光谱有一定的组织穿透性，所以目前膝关节样本的光信号采集都是混杂的，要实现对软骨信号的提取就要尽量避免软骨下骨带来的干扰。 M.V. Padalkara等人通过对不同厚度膝骨性关节炎的患者的膝软骨标本用不同波长的近红外光谱测试的研究，提出了使用频率在7000 cm-1.以下的近红外光可以确保吸收光谱来自软骨从而避免了来自软骨下骨的干扰 [ 20 ] 。 Cushla M. Mcgoverlin为了解决区分软骨下骨与软骨分别的近红外光谱吸收特征波长的问题，先将获得的人及牛的胫骨平台进行了软骨厚度的测量以及mankin评分，再结合其近红外光谱的测量结果，采用最小偏二乘法建立了预测模型，最终发现该模型对软骨厚度以及mankin评分的预测效果为良好，并同时发现对于骨与软骨而言，在5270和7085 cm-1处与骨质中结合水，自由水相关的NIR吸光度的比率是最佳区分 [ 21 ] 。 软骨厚度的测量是目前膝关节骨关节炎研究的重点。 I.Afara等采用联合高分辨率的机械传感器与近红外光谱的方法，将光纤探头安装在压力装置上，以10mm/min的速度极缓慢的推进探头穿过软骨区，当软骨区被完全穿过而接触到软骨下骨后，光谱的采集信息反馈出明显的波形变化，此刻根据时间即可计算软骨厚度，鉴于该方法测量存在一定误差，作者再将手工实际测得的软骨厚度与该方法测得的软骨厚度进行对比，并用偏最小二乘法对两组数据进行拟合，取得了满意的结果 [ 22 ] 。 黄江茵等另辟蹊径，提出膝关节内部组织结构成分复杂，近红外光子在进入膝关节后在骨-肌肉界面发生不同程度的吸收，散射，反射，直至最后能量完全被吸收，光子消亡。理论上膝关节退变越严重，关节腔越狭窄，关节液越浑浊，光子的吸收及散射系数就会增大，最后能探测到出射点处的光子数量就会越少。鉴于此，作者先对患者的膝关节CT片子进行三维重建，在基于蒙特卡洛模型完善骨、肌肉以及背景组织的同一化与边缘的锐化，模拟光子在关节内的运动轨迹，选定光子的入射点与出射点，并运用高斯函数对出射点光子的分布特征进行拟合，最终对膝关节骨关节炎的诊断正确率达到了92% [ 23 ] 。 3.4. 膝关节骨关节炎传统诊断方法与近红外光谱技术的对比 膝关节骨关节炎传统的诊断方法如前文所讲，有膝关节X片，MRI检查，膝关节镜检等。这些方案皆成熟，但各自有自己的缺陷。如X片无法直观地反应软骨的状态，仅能通过某些特点如软骨下骨硬化，髁间棘变尖，关节间隙狭窄等来进行评估，但上述表现只会出现在病程较长，有严重的软骨损伤伴有骨赘增生的患者中，此时软骨无法修复，失去了临床价值。MRI检查能直观地反应软骨的状态，但花费大，时间长，且对有金属内植物的患者无法实施，最终无法作为普查。膝关节镜检为直视下操作，可以准确地评估软骨的质量，缺损的面积等，但其为有创操作，需要在硬膜外麻醉下进行，花费大，且有术后关节内感染，切口疼痛，出血等可能，若其作为诊断手段，患者心里往往无法承受。近红外光谱虽然能有效区分正常与损伤的软骨，但大多为离体的研究，在体的研究如而黄江茵等所做尚不能排除关节感染，痛风，类风湿疾病带来的干扰，所以要诊断膝关节骨关节炎目前尚不成熟。鉴于近红外光的穿透能力，国内外目前已有成熟的技术可实现在体的血氧饱和度检测等。故此，近红外光谱对于膝关节骨关节炎的在体诊断有望实现。届时，基于该技术的简便、快速、低成本与好的可重复性等特点，必然能推广开来。
system: [SYSTEM]

user: 4. 总结 总之，目前近红外光谱的骨和软骨组织研究取得了较大的发展，且近红外光谱技术有测量速度快、可实现非破坏性分析等特点，能灵敏探测细胞分子水平生物化学变化，并且有望通过仪器和化学计量学方法的改进实现活体测量。近红外光谱在骨科相关疾病的诊断、筛查或普查、治疗方案的设计、预后评估和病变过程的跟踪或病变分子基础的探讨方面有巨大的发展潜力，国内外研究已初显其医学诊断方面的应用前景。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文通过研究密钥管理服务(KMS)的基本原理，设计了一个由服务端和用户端构成的简单的KMS。在服务端存放主密钥，然后使用用户指定的主密钥完成对数据密钥的加密。用户只部署加密后的数据密钥，然后在需要使用时调用KMS服务解密数据密钥，来实现密钥的安全管理。最后实现了一个简单的密钥管理服务模型并进行了测试。 关键词 :密钥管理服务，主密钥，数据密钥，加密 Copyright © 2018 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/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 密钥管理服务是现在常用于云上的一种安全易用的密钥托管服务，它的作用是提供用户简单的、安全的使用密钥的服务，从而达到保密的目的。现在的密钥管理服务多是基于云的，比如阿里云的密钥管理服务 [ 1 ]，华为云的密钥管理服务 [ 2 ]，腾讯云的密钥管理服务 [ 3 ] 等等，也有许多学者对各种密钥管理都进行了若干研究 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]，本文要研究的是用传统服务器端及客户端模拟阿里云的密钥管理服务的KMS系统。