DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 发展规划思路分析 4.1. 发展规划的指导思想 深入贯彻落实科学发展观和以人为本的执政理念，全面落实十八大和十八届三中、四中全会和省委、省政府有关文件精神，按照统筹城乡发展和全面建成小康社会对农村饮水工作的要求，从保障供水安全，提高人民群众生活水平和质量等实际要求出发，以全县为单元整体推进农村饮水安全提质增效工程，通过配套改造、升级联网与管网延伸，以及新建规模化集中供水工程，进一步提高农村安全自来水普及率和供水保障程度，提高水质合格率，改善农村供水条件，促进农村经济社会全面、协调、可持续发展。 4.2. 规划的基本原则 (1) 统筹兼顾，全面规划 对全县除城关镇以外的所有范围，采取管网延伸、改扩建现有供水工程、新建集中供水工程、提升水厂技术、对小型集中和分散供水工程进行标准化改造等综合措施，新增一部分受益村，使受益范围基本涵盖全县所有行政村。 (2) 因地制宜，突出重点 根据全县农村的自然、社会、经济、水资源等条件以及村镇发展需要，合理选择水源、供水范围、工程型式、供水规模和水质净化措施。重点实施农村水厂的升级改造(管网配套、水处理工艺改进、消毒设备配备等)、城镇自来水厂延伸工程，以及新建规模化集中供水工程；在此基础上进一步整合小型分散供水工程，并运用自动化控制和现代信息管理等先进技术，不断提高农村自来水发展水平和普及率。 (3) 注重保护，强化水质 在规划过程中，应注重水源地选择，严格水源地保护，与环保局紧密配合，划定水源地保护范围，确定所属水功能区划，使水源地保护有法可依，从而加强水源地保护工作，防止供水水源受到污染和人为破坏。同时，在供水工程的改造和建设过程中，注重净化、消毒设施的配备，加强水质检测能力建设，明确相应规模的水厂应具备的检测项目和相应检测设备，落实使用和管理人员，完善监测制度，确保供水工程的水质合格。 (4) 长效管理，持续运行 按照规模化发展，标准化建设、专业化管理、用水户参与的新思路，落实建设与管护主体，完善运行管护机制，科学合理确定工程水价，落实财政支持政策和多渠道筹集工程维修养护经费，建立完善工程长效的运行机制，确保工程正常运行和长期发挥效益。 (5) 政府主导，社会参与 根据中央文件要求，农村饮水安全提质增效工程建设管理任务由地方政府负总责，中央给予指导和资金支持，有关部门各负其责，密切配合。引入市场机制，出台和完善财政支持等相关政策，充分调动社会资金参与工程建设和管理。积极推行用水户全过程参与，调动农民在工程建设管理中的积极性 [ 6 ] 。 4.3. 规划的总体思路及技术路线 按照统筹城乡发展和全面建成小康社会对农村饮水安全工作的要求，根据水资源状况和人口分布情况完善工程布局；通过管网延伸、改扩建工程、新建规模化集中供水工程、技术提升工程，以及小型集中供水和分散式供水工程的标准化改造，完善工程设施；通过强化水源保护与水质监测，提高水质合格率；通过加强政府监管、规范供水单位管理、建立工程运行养护维修保障机制，完善相关政策，从而保障农村饮水安全，促进工程长效运行。在规划时本着“充分利用、适度规模、统一配置、确保水质”的指导思想，规划技术路线可概括为：“一延、二建、三改、四标准化”。即尽可能利用县城关水厂、乡镇水厂和中心水厂等较大规模的已建水厂进行管网延伸；对人口居住相对集中的区域新建较大规模的水厂；对原有一定软硬件基础、水源条件又好，但工程有待更新改造与续建配套的工程进行合理改造；对水厂进行标准化改造，确保水厂净化、消毒、水质检测设施与水厂规模相适应；同时加强管理，提高用水户参与热情，确保工程建设好、管理好、长期运用效果好。 4.4. 规划的目标任务 针对全县农村饮水安全工程还存在的工程规模相对较小、建设标准较低、供水保证率不高、水源保护和水质监管薄弱以及工程良性运行机制不完善等问题，在今后的规划建设期间，通过管网延伸、小水厂整合、配套改造、升级联网及新建规模化水厂等措施，实施农村饮水安全提质增效工程，进一步提高农村供水保证率、水质合格率、自来水入户率和工程运行管理水平，建立“从源头到龙头”的农村饮水安全工程建设和运行管护体制机制，进一步改善农村生活条件，促进农村经济社会全面、协调、可持续发展。要求实现农村集中式供水受益人口比例达到90%以上，农村合格自来水普及率达到80%以上，供水水质达到国家GB5749-2006标准，水量、水压达到SL310-2004技术标准。供水保证率分别达到95%和90%以上 [ 7 ] 。 4.5. 规划总体布局 在规划编制过程中，打破行政区划的制约，按照发展集中连片规模化供水工程的思路进行规划，充分挖掘现有城镇水厂或中心村水厂的供水潜力，采取管网延伸扩大供水范围。对水源条件良好，但水厂设施简陋，供水能力有限的水厂进行更新改造扩大供水范围。对水源条件良好，人口相对集中，但尚无骨干供水工程的区域新建水厂。对水源条件良好，水厂规模和受益区合适，但水厂在降浊度和消毒等方面有缺陷，进行相应的技术改造。
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user: 摘 要 在长江流域开展洪水资源利用研究，不仅是缓解水资源短缺问题，充分发挥长江流域水能资源优势，改善流域生态环境的迫切需求，而且对缓解我国北方水资源危机，保障我国水安全具有十分重要的战略意义。本文建立了长江流域洪水资源利用评价体系，总结了长江流域洪水资源利用方式，系统地辨析了洪水资源利用相关概念，从现状、理论和规划条件等不同层面出发，定量给出了长江流域洪水资源现状利用潜力、规划利用潜力、理论利用潜力以及现状可利用量、规划可利用量、理论可利用量等的计算公式，开展了长江流域及其二级分区洪水资源利用现状评价与潜力计算，指出了长江流域现状洪水资源利用的阈值空间和未来挖掘方向，可为长江流域洪水资源利用决策管理提供有效的科学依据。 关键词 :长江流域，洪水资源利用，洪水资源可利用量，洪水资源利用潜力，规划
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user: 1. 研究背景 随着人口增长和社会经济发展，水资源利用量与污水排放量不断增加，水资源时空分布不均与沿江居民生活生产用水需求矛盾逐渐突出，水资源供需关系紧张，水资源短缺问题已成为社会经济可持续发展的主要制约因素之一 [ 1 ] [ 2 ] 。对于集自然资源、环境要素与致灾因子三性一体的洪水而言，一方面洪水可能会带来危害，造成土地与人口淹没、河道冲刷、堤防溃决等灾害，另一方面洪水又是重要的淡水、生态、动力资源，洪水资源的利害两重性构成了对社会经济可持续发展与生态环境友好修复起着关键作用的矛盾体，洪水资源利用受到广泛关注 [ 2 ] [ 3 ] 。 长江流域多年平均水资源总量约为9960亿m 3 ，占我国水资源总量的35%，水资源总量虽然相对丰富，但流域内人均占有量并不多，略高于全国平均水平。长江流域大部分地区为典型的季风气候区，年内降雨季节分配极不均匀，大部分降水都集中在汛期的5~10月期间，且多以洪水的形式出现，而在其余月份降水则较少，长江干流汛期5~10月的径流量可占年径流总量的70%，而枯水期仅占30%左右，长江流域洪涝干旱问题突出，时常发生连旱连涝、旱涝交替、旱涝并发等灾害 [ 4 ] 。近年来长江上游径流量偏少，2003~2013年宜昌站多年平均年径流量3961亿m 3 ，较初步设计采用的多年平均年径流量减少549亿m 3 ，占12.2%；随着长江上游干支流控制性水库逐步兴建，受其汛末或汛后蓄水影响，9~10月减少径流量占同期径流量的20%以上。在长江流域开展洪水资源利用研究，不仅是缓解水资源短缺问题，充分发挥长江流域水能资源优势，改善流域生态环境的迫切需求，而且对缓解我国北方水资源危机，保障我国水安全具有十分重要的战略意义。 评价流域洪水资源利用现状和潜力是开展洪水资源利用的首要工作 [ 5 ] - [ 7 ] 。一些学者已经海河流域 [ 5 ] 、海河北系北三河流域 [ 6 ] 、南四湖流域 [ 7 ] 进行了洪水资源利用评价研究，也对洪水资源利用的概念和计算方法进行了研究，特别是从现状和理论层面对洪水资源利用潜力、可利用量进行了定量计算，取得了丰富的研究成果，发展了洪水资源利用评价的理论与方法体系。但以上对洪水资源利用的基本概念还有必要进行梳理和总结，且还需针对流域综合规划层面开展进一步分析，达到流域综合规划要求的各项要点。当然，一些学者也针对长江流域中鄱阳湖 [ 8 ] 和三峡水库 [ 9 ] 开展了洪水资源利用研究，但集中在区域局部性或水库单项性的洪水资源利用研究方面，未从流域层面对洪水资源利用状况开展综合评估，不易在流域规划和管理中进行应用。关于长江流域洪水资源利用研究，毛翠平等 [ 10 ] 集中在长江流域洪水资源管理对策及利用策略方面，尚需再进一步计算长江流域洪水资源利用的可利用量和潜力；许继军等 [ 4 ] 给出了长江流域洪水资源利用潜力的估算方法，通过干支流控制站点分析了长江流域及其分区的洪水资源利用，但未统筹考虑流域河道外洪水资源利用量及其规划层面的洪水资源利用潜力。 为此，本文针对长江流域开展洪水资源利用评价问题，在辨析已有洪水资源概念的基础上，总结了流域洪水资源利用评价方法，从长江流域整体及其二级分区的宏观角度出发，来统筹评价长江流域洪水资源利用的现状和潜力，可望为长江流域洪水资源利用决策管理提供有效的科学依据。
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user: 2. 长江流域洪水资源利用评价体系 目前学术界在洪水资源利用的基本概念方面还存在一定的争论和分歧。一般而言，洪水，是指河流湖泊在较短时间内发生流量急剧增加、水位明显上升的水流现象。洪水时常来势凶猛，具有很大的自然破坏力。为此，研究洪水特性，掌握其发生发展规律，积极采取有效的洪水资源利用及其风险防范措施，是研究洪水的主要目的。 洪水资源，是指一定区域由当地降水形成的天然河川洪水径流。 洪水资源利用，是指人们在水资源一般性开发利用的基础上对以往难以利用的洪水资源的进一步潜力挖掘，在不成灾的情况下尽量利用水库、拦河闸坝、自然洼地、人工湖泊、地下水库等蓄水工程拦蓄洪水，以及延长洪水在河道、蓄滞洪区的滞留时间，恢复河流及湖泊、洼地的生态环境，以及最大可能补充地下水 [ 11 ] 。其本质就是将目前超出人类和环境适应范围或者超出目前调控能力范围的水量，通过新的技术手段和管理方法进行利用，实现洪水由灾害水向资源水和环境水的转化。具体在水库实际运行中，结合先进的气象水文预报手段，通过调整水库汛限水位运行方式或调整水库调度方式，是更好地利用洪水资源的手段之一。 洪水资源利用评价体系主要包括洪水资源利用方式分析、利用水平分析、利用量评价和潜力分析等内容 [ 5 ] - [ 7 ] ，洪水资源利用评价体系框架如图1。长江流域洪水资源利用方式，从综合角度来看分为工程措施和非工程措施两大类，如图2。工程措施，是指通过利用水利工程和水保工程，将尽可能多的拦蓄或截留洪水，以便被人类利用、生态环境利用或补充地下水，主要包括蓄滞工程、引泄工程和截留工程等。非工程措施，是指在现有工程措施的基础上，通过科学规划和合理调度，最大限度的拦蓄或截留洪水资源，及时满足经济社会及生态环境的需水要求，补充地下水，主要包括综合调度、综合规划和保障机制等 [ 4 ] 。相关研究已经进行了总体介绍，本文不做赘述。 洪水资源利用水平分析、洪水资源利用量评价、洪水资源潜力分析将结合洪水资源利用评价方法详细阐明。
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user: 3. 洪水资源利用评价方法 洪水资源利用的本质，是实现由“灾害水”向“资源水”的转化，其内涵是指在一定的区域经济发展状况及流域水文特征条件下，以水资源利用的可持续发展为前提，通过工程或非工程的手段，优化出境或入海水量和过程，以提高洪水的利用率。以下给出洪水资源利用评价方法 [ 7 ] 。 (1) 洪水资源量 洪水资源量，也即“洪水资源的数量”，是指一定区域由当地降水形成的天然河川洪水径流量。洪水资源总量根据年内洪水期天然河川径流过程来计算，计算公式为： (1) 式中： 为时段 的洪水资源总量， 为时段 的流域河川天然洪水流量， 、 分别为洪水期起止时刻。对于不同流域的年内洪水期，需根据河川径流季节性规律、水系特性等多因素综合确定。 图1. 洪水资源利用评价体系框架 图2. 长江流域洪水资源利用方式 (2) 洪水资源实际利用量 洪水资源实际利用量，也即洪水资源现状利用水平，是指在现状水资源开发利用过程及管理条件下，流域河道外利用的洪水资源量，即通过蓄、引、提、调等不同方式而利用的洪水，包括农业、工业、生活和生态环境用水以及输水损失在内的毛水量。 在现状洪水调控利用能力 下的洪水资源实际利用量记为 ，可近似为洪水资源总量 与洪水期流域出境洪水量 的差值，计算公式为： (2) 当然，洪水资源实际利用量也可根据现状洪水调控利用能力 ，针对不同的利用措施进行分项统计求和；此时出境洪水量则为洪水资源总量减去洪水资源实际利用量。 (3) 洪水资源利用程度 洪水资源利用程度，是指洪水资源现状利用水平相对洪水资源总量的比值，反映流域洪水资源利用的相对水平。洪水资源利用程度 的计算公式为： (3) 当给定洪水资源利用程度和洪水资源总量时，可计算得到该利用程度水平下的洪水资源利用量。 (4) 洪水资源可利用量 洪水资源可利用量，是指可预见的时期内，在不增加防洪风险以及维持河流健康的前提下，统筹考虑洪水期河道内必要需水量，通过经济合理、技术可行的工程措施和非工程措施，能够调控开发的尚未被利用的洪水资源量。 洪水资源调控利用能力，是指在防洪安全和维持河流健康的前提下，在洪水期所能调蓄利用的最大洪水资源量。在一定的洪水资源调控利用能力下，流域洪水资源均可划分为“可利用量”和“不可利用量”两部分，其中“不可利用量”部分又包括限于调控利用水平所“不能够利用”与为满足流域基本的生产、生活和生态用水所“不允许利用”两部分。这里，洪水资源“不可利用量”中的“不允许利用”部分即为洪水期河道内必要需水量，是指相应于一定的河流生态环境和生产功能目标的洪水期河道内需水量。 为此，对应调控利用能力 ，在时段 ，流域洪水资源可利用量 为洪水资源总量与洪水资源不可利用量的差值，计算公式为： (4) 式中： 为流域洪水期河道内必要需水量，即所“不允许利用”的部分； 为受调控利用能力 限制所不能够利用的洪水资源量。 ① 洪水资源现状可利用量 由式(4)，对应于现状调控利用能力 ，洪水资源现状可利用量 为： (5) 为限于现状调控利用能力 所不能够利用的洪水资源量，一般按下式计算： (6) 式中： 为现状洪水调控利用能力 所对应的洪水资源量，一般按照 来计算， 为计算时期 年内洪水资源实际利用量中的较大值函数。当然， 也可根据实际调查分析，取对应于流域受灾临界状态的洪水资源实际利用量。 ② 洪水资源理论可利用量 根据极限分析理论，对式(4)对调控利用能力 趋于 取极限，即 ，有 ， ，为此： (7) 其意义在于，当通过无限兴建流域洪水资源工程措施和无限提高洪水调控利用水平时，可以获得流域洪水资源理论利用潜力 ，为洪水资源量与本流域 之差。 (5) 洪水资源利用潜力 洪水资源利用潜力，是指扣除洪水资源实际利用量之后，在经济合理、技术可行、不破坏河流基本功能的前提下，流域洪水资源中还能够进一步增加利用的最大洪水资源量。 根据流域洪水资源利用的定义，将相对于调控利用能力 的流域洪水资源利用潜力 ，定义为在现状调控利用能力 基础上可进一步挖掘的增量： (8) 对式(2)、(6)和(8)进行计算整理，有： (9) 由上式可知，相对于调控利用能力 的流域洪水资源利用潜力 ，为现状调控利用能力 下洪水期流域出境洪水量与不可利用量之差。 ① 洪水资源现状利用潜力 对于流域现状调控利用能力 ，洪水资源现状利用潜力 为： (10) ② 洪水资源理论利用潜力 根据极限分析理论，对式(10)中调控利用能力 趋于 取极限，即 ，有 ， ，为此： (11) 其意义在于，当通过无限兴建流域洪水资源工程措施和无限提高洪水调控利用水平时，可以获得流域洪水资源理论利用潜力 ，为现状水平下的出境水量与本流域 之差。 (6) 规划条件下洪水资源利用评价 流域洪水资源现状可利用量和现状利用潜力，是指在洪水资源利用现状调控水平能力下，通过充分发挥洪水调节利用水平，可合理利用的洪水资源上限和在现状基础上进一步挖掘的增量。流域洪水资源理论可利用量和理论利用潜力，是指通过无限提高流域洪水调控利用能力，可合理利用的洪水资源上限和在现有利用基础上可进一步挖掘的增量，为可利用的最大量和可增加的最大量，是理论上可以无限接近的上限值 [ 7 ] 。基于此，理论层面不可能完全达到，也还需遵循流域规划的开发利用原则。 为此，在满足生态环境需求和社会发展条件下，依据流域规划要求和安排，还需要进行规划条件下的洪水资源利用评价。根据流域规划及相关政策法规，在给定规划的洪水资源利用程度控制指标时，可依次得到规划利用量、规划可利用量、规划利用潜力： (12) (13) (14)
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user: 5. 结论 本研究建立了长江流域洪水资源利用评价体系，总结了长江流域洪水资源利用方式，系统地辨析了洪水资源利用相关概念，从现状、理论和规划条件等不同层面，定量给出了长江流域洪水资源现状利用潜力、规划利用潜力、理论利用潜力以及现状可利用量、规划可利用量、理论可利用量等的计算公式，对长江流域及其二级分区进行洪水资源利用现状评价与潜力计算，其中长江流域洪水资源现状可利用量、规划可利用量和理论可利用量分别为1368亿m 3 、2827亿m 3 和4747亿m 3 ，现状利用潜力、规划利用潜力、理论利用潜力分别为52亿m 3 、1507亿m 3 和3427亿m 3 。并对长江流域及其二级分区洪水资源利用的途径和策略展开了探讨，指出了长江流域现状洪水资源利用的阈值空间和未来挖掘方向。 需要指出的是，本文采用的方法经验性比较强，具有一定的不确定性，已有数据系列还不够长，需要综合流域洪水特性、水利工程条件和河流生态环境功能的要求，并结合社会经济、生态环境及法律等各部门的要求和规范，建立原则性和可操作性较强的评价方法，进一步完善洪水资源利用基本理论体系。还有，长江流域干支流水库群体系是洪水资源利用的主要方式，是实现长江流域水资源统一调度和管理的重要技术手段 [ 13 ] 。随着大中型水库的逐渐兴建和运行，长江流域干支流水库群统一调度也将在下一步重点研究。
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user: 摘 要 针对水库群短期防洪调度，建立了以下游防洪控制站点最大洪峰流量最小为目标、加入马斯京根演算作为约束条件的水库群防洪优化调度模型。由于马斯京根河道演算法的滞时，加重了维数灾难题，探讨采用分布估计算法求解模型。以西江流域龙滩、百色水库群优化调度为例，分别采用分布估计算法、遗传算法进行模型求解，试验表明：分布估计算法比遗传算法收敛速度更快，并能够得到较好削减洪峰效果。 关键词 :水库群优化调度，马斯京根，分布估计算法，遗传算法
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user: 1. 引言 水库群优化调度是复杂而传统的水资源系统分析问题。求解水库优化调度问题常采用线性规划、动态规划方法等优化方法 [ 1 ] 。几十年的应用表明，这些传统方法都存在一定局限性，无法有效解决水库群调度中“维数灾”问题 [ 2 ] 。对多维动态规划问题，可采用一些改进方法如离散微分动态规划(DDDP) [ 3 ] 、动态规划逐次渐进法(DPSA) [ 4 ] 以及逐次优化方法(POA) [ 5 ] 等，但这些算法存在结构复杂、效率低等缺点 [ 6 ] 。遗传算法(GA)是一种基于模拟自然基因和自然选择机制的寻优方法，在水库(群)优化调度领域中也得到了广泛的应用 [ 7 ] 。刘攀等(2006)对GA算法在水库调度中的应用问题进行了综述，认为遗传算法适用于传统方法难以求解的优化问题 [ 8 ] 。分布估计算法(EDA)是一种从“宏观”层面上建立数学模型的进化算法，具有比GA算法更好的全局搜索性能 [ 9 ] 。本文以百色、龙滩水库群为研究背景，考虑马斯京根流量演算，用GA和EDA算法求解防洪调度问题，并将所得结果进行比较研究，以此探讨水库群短期防洪优化调度问题。
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user: 2. 水库群短期防洪优化调度问题 2.1. 目标函数 对于确定性的水库群优化调度问题，可假定入库流量已知，求最优的水库调度策略，使得在满足各约束条件的前提下，获取的总效益最大化，采用水库群防洪优化调度最大削峰准则 [ 10 ] 为目标函数。将全部防洪水库群视为整体，充分发挥系统内各水库之间的库容补偿调节作用，使下游防洪控制点的最大流量最小，并提高整体的防洪效益。防洪调度目标函数的数学表达形式如下： (1) 式中： 为下游站点的最大流量，m 3 /s； 为第n个水库出库流量经过演算到下游站点在时段t内平均流量，m 3 /s； 为区间入流汇集到下游站点在时段t内平均流量，m 3 /s；T为调度时段总数；N为水库总数。 2.2 约束条件 1) 水量平衡约束 (2) 式中： 和 分别为t时刻第n个水库的入库和下泄流量； 为计算时段长度； 为t时刻第n个水库的库容； 2) 水库库容约束 (3) 式中： 和 分别最小和最大允许库容； 3) 下游河道安全泄量约束 (4) 式中： 为n水库演算到i防洪控制点在t时段的流量； 为i河段在t时段的区间入流； 为i防洪控制点的安全流量； 4) 水库泄流能力约束 (5) 式中： 为n水库最大泄流能力函数，由该水库泄流能力曲线得出，即库容为 时对应的水库最大下泄流量； 5) 泄量变幅约束 (6) 式中： 为第n个水库出库流量的最大变幅； 6) 边界条件约束 (7) 式中： 和 分别为第n个水库调度期初起调水位对应的库容和调度期末应回落到的水位对应的库容； 7) 马斯京根流量演算约束 (8) 式中： 、 、 分别为第k个马斯京根演算河段上、下断面第t时段的平均流量及演算河段的区间入流； 、 、 为第k个马斯京根演算河段的演算参数。 2.3 滞时问题 在短期水库调度中，需要考虑马斯京根河段洪水演算。在某一个计算河段中，某时刻下游断面的流量不但与本时刻的上游断面流量有关，还与上一时刻该断面流量以及上断面流量有关，这样就产生了时间的滞后性。如果上游水库出库流量需要经过多个河段的马斯京根演算到下游某控制断面，滞后效应将更显著。文献 [ 11 ] 提出了马斯京根多河段流量演算线性方法，从数值方法角度证明了马斯京根演算法在连续多河段流量演算中如何产生滞时问题。水库群调度原本就有水库个数多而导致计算变量维数大、求解困难的问题，滞时问题的出现又增加了时间维度，加重了“维数灾”，最终使各类传统优化算法失效。
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user: 3. 优化算法 本文采用EDA和GA进行模型优化。上述优化模型的约束条件中，泄流能力约束和泄量变幅约束往往无法在优化调度模型的求解过程中直接应用。为形成容易求解的目标函数，一般的处理方式是向模型的目标函数中添加“惩罚函数”部分构成新的目标函数，即采用“惩罚函数”法，对不满足上述两种约束的时段进行“惩罚”。重新构建的目标函数为： (9) 式中：E为总体目标函数，优化调度过程即为使E达到最小值； 为n水库在t阶段的惩罚函数，具体形式见公式(10)。 (10) 式中： 、 、 、 为惩罚因子，均为正的常数，可根据实际需要做适当的调整； 为第 个水库的流量变幅，即 ； 、 分别为第 个水库流量可行域和流量变幅可行域。 3.1. 遗传算法(GA) 遗传算法是通过模仿生物的遗传、进化原理，按照“优胜劣汰”的法则，将适者生存与自然界基因变异、繁衍等规律相结合，采用随机搜索，以种群为单位根据个体的适应度进行选择、交叉和变异等操作 [ 8 ] 。在求解过程中，遗传算法从一个随机生成或者给定的初始群体开始，逐代寻找问题最优解，直到满足收敛判定条件或者设定的迭代次数为止，因此遗传算法在本质上也是一种迭代算法，并且已经证明，遗传算法能收敛于全局最优解 [ 12 ] 。 GA算法应用在水库群优化调度中，可直接采用各水库在调度期各时刻的库容或水位进行实数编码，每个染色体是由N*T(N个水库、T个时段)个基因组成。公式(9)的总体目标函数E直接作为适应度函数。GA算法的基本步骤如下： 1) 初始化种群：每个个体的单个基因由该位置对应的特定水库、特定时刻库容上下限范围内，即搜索空间内以均匀分布随机产生； 2) 适应度计算：计算各个染色体的目标函数即适应度函数； 3) 选择运算：水库群调度中选用比例选择和最优保存策略，个体适应度大的被选择的概率高； 4) 交叉运算：把两个父代个体的部分基因结构相互交叉、替换而生成新个体； 5) 变异运算：通过变异引入新的基因，保持种群的多样性，防止早熟； 6) 迭代终止：算法开始计算之前设置迭代终止的进化代数或者达到的精度要求，当迭代达到终止条件的时候停止迭代并输出最优解及对应的最优适应度值。 3.2. 分布估计算法(EDA) 分布估计算法(Estimation of distribution algorithm， EDA)是一种基于变量概率分布的随机搜索算法，有别于GA等其他进化算法，EDA算法不通过交叉、变异方式产生下一代群体。在进化过程中，针对当前代群体，首先根据个体适应度值的大小，以一定比例选择出若干适应度值较好的个体组成优势群体；然后根据优势群体的信息建立概率分布模型，通过概率模型对变量间的关系进行建模，并以此概率模型中抽样生成下一代群体。重复此过程，直到满足终止条件 [ 13 ] [ 14 ] 。EDA算法与GA算法的不同运算流程如图1所示。 图1. GA和EDA算法流程图 在EDA算法中，概率模型、抽样模型及替代模型是整个算法的关键。本文选取用有向图描述随机变量之间相关关系的高斯网络模型作为EDA算法的概率模型，从概率模型中抽样，并使用精英替代方法来产生新的种群替代上一代种群。
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user: 4. 实例研究 4.1. 百色、龙滩并联水库群概况 西江属于珠江干流，广西境内的西江水系面积为202，082 km 2 ，占广西总面积的85.39%。西江流域位于亚热带华南季风气候区，受季风季候影响，降雨时空分布不均匀，降雨量年内变化大，4~9月降雨量可以占全年降雨量的80%左右。目前广西境内的西江流域面临的防洪形式十分严峻，尤其以广西境内西江下游梧州市的洪涝灾害问题最为严重。随着百色、龙滩等大型防洪水库的兴建及投入使用，以往严峻的防洪任务有了新的行之有效解决途径。西江流域的水库和防洪站点分布图如图2所示。 百色水库和龙滩水库是西江流域具有较大防洪库容的流域控制性水库，二者防洪库容之和占据了西江流域全部已建成防洪水库总库容的99%。百色和龙滩水库的主要参数见表1。百色水库是一座以防洪为主，兼有发 图2. 西江流域防洪水库与城市分布图 Table 1 Parameters of the Bose and Longtan reservoir 百色 汛限水位(m) 正常蓄水位(m) 防洪高水位(m) 设计洪水位(m) 214 228 228 229.63 死库容(亿m³) 兴利库容(亿m³) 防洪库容(亿m³) 总库容(亿m³) 21.9 16.4 16.4 53.2 龙滩 汛限水位(m) 正常蓄水位(m) 防洪高水位(m) 设计洪水位(m) 359.3 375 376 377.26 死库容(亿m³) 兴利库容(亿m³) 防洪库容(亿m³) 总库容(亿m³) 50.6 111.5 50 188.47 表1. 百色、龙滩水库主要参数 电、灌溉、航运、供水等综合利用效益的大型水利枢纽工程，防洪库容16.4亿m 3 ，为不完全全多年调节水库。百色水库单库可将南宁市防洪标准由50年一遇提高到近100年一遇。龙滩水库是一座以发电为主，兼有防洪、航运和水产养殖等综合利用效益的工程，防洪库容50亿m 3 。龙滩的调洪作用主要是对以上中游来水为主的西江全流域型大洪水进行调节，可使梧州100年一遇的洪水削减为50年一遇。本次研究的主要任务就是将百色和龙滩水库进行联合调度，在满足下游河道安全、不降低自身防洪标准的前提下，尽可能的削减下游梧州防洪控制站点的洪峰流量。 由于百色、龙滩水库坝址距离梧州都有上百公里远，洪水传播时间长。百色、龙滩到梧州的洪水传播时间分别为120小时和132小时。考虑到出库流量的马斯京根河道演算，经计算在第t小时百色的出库流量演算到梧州站时主要组成了t + 140~t + 270这130个小时的部分流量，t小时龙滩出库流量演算到梧州站时主要组成了t + 120~t + 240这120个小时的部分流量。以龙滩水库为例，0时刻单位出库流量经马斯京根演算到下游梧州站，梧州站的流量过程如图3。 4.2. 结果对比分析 以西江流域某一场百年一遇设计洪水过程流量资料为输入数据，以1小时为计算时段长，西江下游梧州站 最大洪峰削减效果为目标，建立西江流域百色–龙滩水库群联合防洪优化调度模型。利用GA和EDA算法分别对调度模型进行求解。梧州站百年一遇洪峰流量为52，700 m 3 /s。设置种群数为80，迭代终止代数为100代，运行10次。对比两种算法的结果： 1) 对比算法的计算效率。比较算法在计算过程中收敛于最优值的速度。 2) 对比最优值大小。通过10次求解最终目标函数值，比较梧州站削峰效果。 3) 对比每次求解结果的变异性。比较10次结果的标准方差和四分位范围。 GA与EDA10次计算平均每一代求解的最优个体适应度值结果如图4所示。 由图4中可以看出，经过10次计算的平均结果，除了EDA开始第一代计算所得到的平均最优适应度值比GA大，以后的进化中各代最优适应度值都比GA小。图中两条曲线在10代之前的都具有很大的斜率值，证明EDA和GA都能在前10代的进化计算中有很快的收敛速度，而之后的迭代中收敛速度变慢。在EDA求解的过程中，在第15代左右最优适应度值就可以收敛到最终优化结果，在此之后的几十代进化中每一代的最优适应度值变化不大，趋于稳定。而在GA求解过程中，在第40代左右最优适应度值才能接近最终优化结果。证明在计算效率的对比中，EDA比GA算法迭代速度更快，能够用更少的进化代数达到比较好的优化结果。 对比两种算法的梧州削峰效果，EDA最终求解的梧州洪峰流量为46，600 m 3 /s，使梧州100年一遇洪水量级降低到26年一遇，削减洪峰流量6100 m 3 /s，削峰率达11.6%；GA求解的梧州洪峰流量为46，830 m 3 /s，使梧州100年一遇洪水量级降低到28年一遇，削减洪峰流量5870 m 3 /s，削峰率达11.1%。EDA和GA都能够对梧州站的洪峰有很大的削减作用，而EDA可以比GA多削减230 m 3 /s。图5为10次计算最优结果的经验累积分布函 图3. 梧州站流量过程图 图4. 每一代种群平均最优目标函数值 图5. 经验累积分布函数 图6. 最优值箱状图 数图。由图5可知，EDA末代最优适应度值整体比GA结果要小，并且EDA有更大的概率获得较小的适应度值。 EDA10次计算得到的最优结果的标准方差为522，385.3，而GA10次计算得到的最优结果标准方差为174，108，EDA结果的标准方差大。图6是EDA和GA的最优结果四分位分布图，图中看出EDA的四分位范围比GA范围大。由标准差和箱状图结果可知，EDA求解的最优结果离散程度高，但即使最差的解，也与GA最优解相当。
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user: 5. 结论 本文建立了考虑马斯京根流量演算的短期水库群防洪优化调度模型，对短期优化调度中的滞时性进行了分析，介绍了遗传算法(GA)和分布估计算法(EDA)求解调度模型的步骤。以广西西江流域百色、龙滩并联水库群为例，以下游梧州防洪控制站最大洪峰流量最小为目标、一场百年一遇设计洪水过程为输入，利用GA与EDA对西江水库群调度模型进行求解。结果表明，EDA算法比GA算法有更快的速度收敛于最优值；EDA平均每次计算得到的适应度函数最优值比GA的结果更好、最优适应度得到较小值的概率更大；EDA比GA对下游梧州防洪控制站的削峰作用更明显。
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user: 摘 要 本文研究了丝瓜伤流液的化学组成及其体外抗氧化活性。首先，分析其富含主要化学物质的含量，通过GC-MS分析其小分子有机物质的组成及含量，并分析温度及浓度对其清除DPPH与·OH的能力及总还原能力的影响，确定其体外抗氧化活性。结果表明：丝瓜伤流液的pH为6.42，固形物为0.4 g/L，总酸(以柠檬酸计)为7.86 mg/L，无机盐为0.32 g/L，总糖为11.213 mg/L，多糖为4.054 µg/L。还原糖、蛋白质、游离氨基酸均未检测出；含有4种烷类，4种酮类，3种醛类，3种酚类，3种胺类和1种酸类物质；丝瓜伤流液的原液对·OH及DPPH清除率最高，分别为63.4%、46.7%；在4℃的条件下，其对·OH及DPPH清除能力及还原能力最强。综合分析，冷藏的丝瓜伤流液原液具有较强的体外抗氧化能力。 关键词 :丝瓜伤流液，理化性质，体外，抗氧化
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user: 1. 引言 丝瓜(Luffa cylindrical， LC)又名天罗、天丝瓜和布瓜等，属葫芦科一年生攀援性草本植物，是我国夏秋季节主要的瓜果类蔬菜之一，在我国南北各地被广泛种植 [ 1 ] - [ 3 ] 。丝瓜不仅含有丰富的多糖、蛋白质、瓜氨酸、甾醇、三萜、微量元素及黄酮类化合物等成分，而且含有皂苷、木质素、氢氰酸、木聚糖、纤维素、苦味质、半乳聚糖和甘露聚糖等多种药用化学成分。现代药理学研究表明，丝瓜亦具有抗辐射、抗病毒、抗肿瘤、抗坏血病、抗真菌及增强机体免疫等作用 [ 4 ] - [ 8 ] 。 丝瓜伤流液是在丝瓜生长旺盛时，取粗大健壮的植株从近根处或嫩茎处剪断，收集从藤中流出的汁液，中药名为“天罗水”。其药食兼用，可消痰火，解毒如神，兼清内热，治肺痈、肺萎，具有“镇咳，治头痛、腹痛、感冒、脚气水肿及酒中毒”等作用 [ 9 ] [ 10 ] 。其对因自由基介导的卵黄脂质过氧化和红细胞溶血有一定的抑制作用。并且，具有抑制酪氨酸酶活性，抑制黑色素的生成，祛斑，预防老年斑的形成，延缓皮肤衰老等作用 [ 11 ] - [ 13 ] 。目前，丝瓜伤流液已被开发为护肤产品及功能性含片等产品 [ 14 ] 。本研究主要探讨其基本理化性质及其体外抗氧化活性，为其后续的产业化开发奠定技术基础。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 原材料与试剂 丝瓜伤流液(产自合肥市新站区三十头镇)；考马斯亮蓝G250、无水乙醇、95%乙醇、苯酚、浓硫酸、葡萄糖、磷酸、酒石酸钾钠、重苯酚、甲醇、氢氧化钠、氯化钠、亚硫酸钠、水杨酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、过氧化氢及DPPH均为分析纯。 2.2. 仪器与设备 HH-2型数显恒温水浴锅(江苏金坛市杰瑞尔电器有限公司有限公司)；LGJ-12 型真空冷冻干燥机(北京松源华兴科技发展有限公司；BL-220H型电子天平(福州科迪电子科技有限公司)；PHS-2型精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)；DGZ20/4型电热真空真空干燥箱(南京实验仪器厂)；722E型可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)；FA1104N型分析天平(上海民侨医疗仪器有限公司)；S-433D型氨基酸自动分析仪(德国SYKAM公司)；LDZX-30KBS型立式压力蒸汽灭菌锅(上海申安医疗器械厂)；R-201型旋转蒸发仪(上海申胜生物技术有限公司)；SHZ-D型循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限公司)；SCION TQ型气质联用仪(布鲁克公司)等。 2.3. 测定方法 2.3.1. 主要理化成分的检测 pH值：pH计法 [ 15 ] ；固形物：折光计法 [ 16 ] ；蛋白质：考马斯亮蓝法 [ 17 ] ；游离氨基酸：氨基酸自动分析仪法；还原糖：DNS法 [ 18 ] ；总糖：直接滴定法 [ 19 ] ；总酸：电位滴定法 [ 20 ] ；无机盐：粗灰分法 [ 21 ] 。 2.3.2. 多酚类测定 取少量丝瓜伤流液于试管中，分别加入高锰酸钾溶液、1%FeCl 3 溶液、1%FeCl 3 -1%KFe(CN) 6 溶液和中性醋酸铅溶液，观察试管的颜色变化；在200~800 nm进行全波段扫描，来确定伤流液中是否有酚类。 2.3.3. 矿质元素的测定 奈氏试剂的配制：将10 g碘化汞和7 g碘化钾溶于10 mL水中，另取70 mL水于100 mL容量瓶中，加入24.4 g氢氧化钾，并冷却至室温。将上述碘化汞和碘化钾溶液慢慢加入100 mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀，保存在棕色玻璃瓶中，于暗处放置2天后使用。 二苯胺试剂的配制：A液：取1.5 g二苯胺(C 12 H 11 N)溶于100 mL乙酸中，再加入1.5 mL浓硫酸，棕色瓶保存。如乙酸呈结晶状态，则需加热熔化后，再使用。B液：体积分数为0.2%乙醛溶液。将0.1 mL的B液加入到10 mL的A液中，制成二苯胺试剂，现配现用。 如表1所示，丝瓜伤流液分别与各试剂反应，定性分析伤流液中是否含有氨态氮( )、硝态氮( )和自由氨基。 2.3.4. GC-MS检测 样品制备：取0.2 g丝瓜伤流液冻干粉用甲醇萃取备用。色谱条件如下。色谱柱：DB-5MS毛细管色谱柱(60 m × 0.32 mm，1 µm，Agilent公司)；升温程序：起始柱温40℃，保持3 min，以2℃/min上升至60℃，保持2 min；再以8℃/min上升至108℃，保持2 min，再以8℃/min上升至220℃，保持18 min载气为He气，流速1 mL/min；恒压40 kPa，不分流。质谱条件：电子轰击(EI)离子源；电子能量70 eV；进样口温度与接口温度均为250℃，检测温度240℃；离子源温度200℃；质量扫描范围m/z 45~450。化合物定性与定量：利用布鲁克GC-MS solution工作站与NIST 11 library数据库检索，从而确定其化学成分；化合物相对百分含量按峰面积归一化计算，并应用Excel软件分析处理数据。 2.3.5. 清除·OH的能力 反应体系中含有8.8 mmol/L H 2 O 2 1 mL、9 mmol/L FeSO 4 1 mL、9 mmol/L水杨酸–乙醇1 mL以及 Table 1 Determination of mineral elements of B 丝瓜伤流液 试验试剂 反应条件 3 mL 奈氏试剂10 mL 80 o C加热5 min 6 mL 二苯胺溶液2 mL 室温 6 mL 水合茚三酮2 mL 沸水浴10 min 表1. 丝瓜伤流液中矿质元素的检测 不同浓度(0%、20%、40%、60%、80%及100%)的样品溶液1 mL。最后，加入H 2 O 2 启动Fenton反应，摇匀，在37℃温度下反应30 min后，以蒸馏水为参比，在510 nm下测定各浓度的吸光度。以9 mmol/LFeSO 4 1 mL，9 mmol/L水杨酸–乙醇1 mL，不同浓度(0%、20%、40%、60%、80%及100%)的丝瓜伤流液和蒸馏水各1 mL作为空白对照。每个浓度重复3次，取平均值。·OH自由基清除率的计算如公式(1)所示。 (1) 其中：A 0 ——不加样液空白对照液的吸光度； A x ——加入样液后的吸光度； A X0 ——不加显色剂H 2 O 2 样品溶液的吸光度。 2.3.6. 清除DPPH的能力 准确称量40 mg DPPH用无水乙醇定容至250 mL，得到浓度为4 × 10 − 4 mol/L DPPH溶液。然后，分别量取0%、20%、40%、60%、80%及100%丝瓜伤流液溶液2 mL于10 m试管中，再加入DPPH溶液2 mL，在517 nm下测吸光值；空白组为2 mL无水乙醇溶液代替DPPH溶液；对照组为2 mLDPPH溶液与2 mL蒸馏水；并以等体积蒸馏水和无水乙醇混合液作为空白调零。DPPH自由基清除率(K)的计算如公式2所示。 (2) 其中：A I ——2 mLDPPH + 2 mL待测溶液的吸光度； A J ——2 mL无水乙醇 + 2 mL待测溶液的吸光度； A C ——2 mL DPPH + 2 mL无水乙醇的吸光度。 2.3.7. 还原力的测定 [ 22 ] 分别取丝瓜伤流液0、1、2、3、4及5 mL加入试管中，添加1%铁氰化钾2.5 mL和0.2 mol/L的磷酸盐缓冲液(pH6.6) 2.5 mL，补加蒸馏水至10 mL，摇匀， 在50℃下保温20 min。然后，加入10 mg/mL三氯乙酸2.5 mL，混匀后在3000 rpm/min下离心10 min，取上清液2.5 mL，加入蒸馏水2.5 mL，1 g/L的FeCl 3 0.5 mL混匀，37℃下保温10 min。用试剂空白作参比，Vc作为标准对照，在700 nm的条件下测定混合溶液的吸光度值。 2.3.8. 贮藏时间对·OH和DPPH清除能力的影响 分别量取相同体积丝瓜伤流液于试管中，敞口放在室温下，每隔10小时测定清除·OH及DPPH能力，测定方法同上。 2.3.9. 不同处理温度对·OH、DPPH清除能力及还原能力的影响 分别量取相同体积的丝瓜伤流液于4℃、25℃、50℃、75℃、100℃的条件下下放置4 h，按照上述测定方法测定丝瓜伤流液清除·OH、DPPH能力及还原力。 2.3.10. 统计分析 所有试验均平行三次，试验结果取三次的平均值。
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user: 4. 结论 丝瓜伤流液的pH值为6.42，固形物含量为0.4 g/L，总酸含量(以柠檬酸计)为7.86 mg/L，无机盐为0.32 g/L，总糖为11.213 mg/L，多糖为4.054 µg/L。还原糖、蛋白质、游离氨基酸均未检测出；GC-MS分析表明，其含有4种烷类，4种酮类，3种醛类，3种酚类，3种胺类和1种酸类物质。最后，丝瓜伤流液原液对·OH及DPPH清除率最高，分别为63.4%、46.7%，起作用的物质可能为3，4-二烯-2-庚酮及 3-甲基-1，2-邻苯二酚；在4℃下还原能力最高，其中起还原作用的物质可能为3，4-二烯-2-庚酮和正戊醛。因此，丝瓜伤流液中的抗氧化物质可能为3，4-二烯-2-庚酮、3-甲基-1，2-邻苯二酚和正戊醛。
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user: 摘 要 L-丙氨酸是一种具有特殊香味和甜味的氨基酸，可作为食品增味剂广泛应用于饮料、奶制品、糕点及各种调味料中。L-丙氨酸可提高食品的营养价值，改善食品的风味，具有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。本文对L-丙氨酸在食品中的作用特点进行了分析。 关键词 :L-丙氨酸，增味剂，食品
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user: 1. 引言 增味剂又称风味增强剂，是补充或者增强食品原有风味的物质[ 1 ] [ 2 ] 。在我国，增味剂历来是指鲜味剂，即指能够强化或补充食品鲜味的增味物质，鲜味是独立于酸、甜、苦、咸之外的一种基本味觉[ 3 ] 。目前在国标GB2760-2014中批准使用的增味剂有L-丙氨酸、琥珀酸二钠、甘氨酸、辣椒油树脂、糖精钠，以及可以用于各类食品中的5'-呈味核苷酸二钠、5'-肌苷酸二钠、5'-鸟苷酸二钠和谷氨酸钠[ 4 ] 。 谷氨酸钠是目前食品中应用最多的一种增味剂，是复配其他鲜味剂的基础物质。但是谷氨酸钠在消化过程中能分解出谷氨酸，谷氨酸在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经递质。当摄入过多时，对人体中各种神经功能有抑制，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状。谷氨酸可以与血液中的锌结合，生成不能被利用的谷氨酸锌被排出体外，导致人体缺锌。长期过量食用味精可能导致视网膜损伤，胎儿发育畸形，肥胖症等[ 5 ] 。 辣椒油树脂可作为增味剂和着色剂，具有强烈的辛辣味，主要用于增加辣味。糖精钠可以作为甜味剂和增味剂，具有甜味，在味觉上引起甜的感觉，在食品中主要作为甜味剂使用，它不被人体代谢吸收，对人体无任何营养价值，且其致癌的可能性尚未完全排除，在美国，凡是添加糖精钠做甜味剂的食品，均要求标出“糖精钠能引起动物肿瘤”的警告语。 琥珀酸二钠存在于鱼类、鸟、兽的肉中，尤其在贝壳、水产品中含量较多，是贝壳肉质鲜美的主要原因，又称为干贝素、海鲜精。5'-呈味核苷酸二钠、5'-肌苷酸二钠和5'-鸟苷酸二钠属于核苷酸类增味剂，该类增味剂易被食物中的磷酸酯酶转化成不呈鲜味的物质。由于琥珀酸二钠、5'-呈味核苷酸二钠、5'-肌苷酸二钠、5'-鸟苷酸二钠以及谷氨酸钠中均含有钠离子，摄入过多时对人体不利，是动脉粥样硬化、高血压的诱导因素之一[ 6 ] [ 7 ] 。 选择食品增味剂最重要的原则是有效性和安全性。与其它增味剂相比，L-丙氨酸独特之处在于它不仅可以增加食品的鲜味，同时还可以缓和食物的刺激性味道，使口感柔和；且L-丙氨酸不含有钠离子，安全性更高，较其他增味剂具有明显的优势。L-丙氨酸结构，见图1。
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user: 2. L-丙氨酸增味剂的特点 2.1. 明显的呈味性 丙氨酸是组成人体蛋白质的非必需氨基酸之一，它参与体内氨基的循环、氨基酸与糖源的转换，具有重要的应用价值，也是构成食物美味的要素，L-丙氨酸在国内外已被普遍用于食品中[ 8 ] 。“呈味”即呈现所谓的甜、咸、酸、苦、鲜等五种基本味道，它是由食物中可溶性成分溶于唾液或食物溶液刺激舌表面的味蕾，经过味神经纤维传递到大脑的味觉中枢，经大脑分析产生味觉[ 9 ] 。L-丙氨酸的呈味主要是呈鲜味和甜味，两者相比较甜感要强一些，但在实际用于食品时，与增加食品甜味的作用相比，赋予食物鲜味的同时调和食品味道，激发食材本身的味道的作用更多。此外，L-丙氨酸还可以调和食品的咸味、酸味，缓和辣味、苦味、涩味等味道，对保持食品整体口感柔和有很好的作用，可与L-谷氨酸钠、甘氨酸、核苷酸系呈味物质相互作用，呈现出更好的味道[ 10 ] 。 图1. L-丙氨酸 2.1.1. 增加鲜味的作用 L-丙氨酸最早是在合成酒中使用，可以增加酒的浓香味和甜味。目前 L-丙氨酸已广泛用于腌制食品、粥、酱油、味曾等食品中，可赋予这些食物鲜味和浓郁的香味[ 11 ] [ 12 ] 。L-丙氨酸单独使用时能呈现出很好的鲜味，但要产生独特的美味，就要通过与其他物质相互作用来增强鲜味。例如L-丙氨酸钠可与5'-肌苷酸二钠等核苷酸系呈味物质相互作用来增强鲜味，当这两种成分共存时，就会产生独特的美味，达到协同增效的作用[ 13 ] 。L-谷氨酸钠、核苷酸系呈味物质、L-丙氨酸即使浓度都在临界值以下，也能明显地表现出美味的相互作用。 在天然调味料中含有L-谷氨酸钠和核苷酸系呈味物质，在其中加入L-丙氨酸可以增强食物的美味，同时还可以调和天然精华特有涩味，使食物更加浓香，更好入味。例如：酵母精华，由于它具有特殊的涩味，所以不得不限制它在食物中的用量，这便导致其原本的风味不能散发出来。酵母精华里原本含有丙氨酸，将其中丙氨酸含量增加，能明显调和它的涩味，更使之变得浓香，甚至可以将原本隐藏在酵母精华中的风味引发出来。 2.1.2. 缓和咸味的作用 L-丙氨酸具有缓和咸味的特点，这种对咸味的消除作用，一般称为“缓和咸味的作用”。这种缓和咸味的效果，对于腌制物等咸制食品来说，可以减少仅有咸味的不好味道，并且在调整咸味的同时引发出食物的鲜味，制作出更加美味的食品。 2.1.3. 缓和酸味的作用 L-丙氨酸对于食醋、柠檬酸等酸味，在不较大改变pH值的情况下，有中和酸因子、调和食品酸味的特点，这是通过L-丙氨酸的缓和作用消除酸味，一般称为“缓和酸味作用”。对于腌制物、酸奶等发酵性食品，L-丙氨酸不仅可以赋予它们鲜味，还可以调和因发酵过剩产生的强酸味；对于清凉饮料，丙氨酸在补充氨基酸的同时，还作为矫正剂用来调和酸味，如黑莓饮料、葡萄柚汁等强酸饮料，丙氨酸能调节酸味，使之成为带有甜味和浓香味的可口饮料。此外，在食品中加入L-丙氨酸，不仅可以缓和酸味，并且能在不影响食物原有风味的情况下提高味道的持久性。 2.1.4. 对甜味物质的作用 L-丙氨酸是甜味很强的氨基酸，甜度为蔗糖的1.2倍，其甜度阈值如表1所示。 L-丙氨酸与甜味物质之间也是相互反应的。例如：对用豆沙、奶油、花膏等制成的糕点，丙氨酸可以赋予这些食品浓甜味，使之成为柔软、清甜爽口的食物[ 14 ] [ 15 ] 。此外，丙氨酸可以增强化学调味料的调味效果，缓和人工甜味剂的不良后味，同时起到提鲜的作用，它从很久之前就被用于改善糖精等人工 Table 1 Sweetness threshold of L-alanine and sucros 浓度(%) L-丙氨酸 蔗糖 0.050 无甜味 无甜味 0.075 无甜味 无甜味 0.10 无甜味 无甜味 0.20 入口微甜，清爽 无甜味 0.30 入口微甜，清爽 甜味不明显 0.40 入口微甜，清爽 甜味不明显 0.50 入口甜，清爽 甜味不明显 0.75 入口甜，清爽 微甜 阈值 0.10%~0.20% 0.75%~1.00% 甜味特点 清爽、纯正 清爽、纯正 表1. L-丙氨酸与蔗糖的甜度阈值 甜味料的味道，现在更被期待用于阿斯巴甜、乙酰磺氨酸钾、三氯蔗糖等高甜度调味料的品质改善。 2.2. 提高味道的持久性 随着人们对健康的不断关注，饮食习惯也向低盐、低糖的方向发展，抑制咸味和甜味，主张淡口味成为一种趋势[ 16 ] [ 17 ] 。在这些淡口味的食品中加入L-丙氨酸，提高味道持久性，让食物不会像水一样淡泊无味，使之成为伴有成熟味的美味食物。临界值为0.06%的丙氨酸与0.5%的砂糖、0.2%的食盐相比，丙氨酸的呈味更持久[ 18 ] 。 2.3. 淡化食物中不愉快的味道 L-丙氨酸具有消除不好气味的作用。近年来，豆乳、蔬菜汁这些营养价值高，纯天然的植物性饮料越来越受欢迎，但由于豆乳有豆腥味，蔬菜汁有苦味、涩味等不好的味道，使很多人难以接受[ 19 ] [ 20 ] 。在豆乳或蔬菜汁中加入0.2%~1%的丙氨酸，能明显降低不愉快的味道，使口感更好，更易于接受[ 18 ] 。另外，L-丙氨酸还可以防止发泡酒老化、减少酵母的臭味，使发泡、发酵酒的风味更加醇和。 L-丙氨酸能有效缓和壳聚糖、丹宁、儿茶素等的涩味和收敛味，以及碳酸水素钠、贝壳钙等碱性特有的刺激性味道。此外，还能减少葡萄柚汁、橙汁等柑橘系饮料的苦味及L-缬氨酸、L-异亮氨酸等分歧氨基酸的苦味。 2.4. 其他作用 丙氨酸还具有螯合作用(封锁金属作用)。它能使海带、果子酱等食物适度的软化，通过这个作用，使原本很硬的海带容易食用，使果子酱类的食品长期保存也不会变硬，面包也能简单的伸缩。此外，在毛豆中加入丙氨酸的水溶液，不仅能提高鲜味，还能在保存时保持毛豆新鲜的绿色[ 18 ] 。
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user: 3. 结束语 随着人们对食品安全和营养的关注，食品增味剂的发展趋势也朝着安全、营养、天然、保健、多样化的方向发展。L-丙氨酸作为一种具有独特风味的可强化营养的保健型增味剂，在国内外已有广泛的应用，目前市场的需求日益增长，发展潜力巨大。随着生物技术及相关学科的快速发展，微生物发酵法以其低碳环保、节能高效的优势已大规模应用于当前的L-丙氨酸工业化生产中，满足了人们对环境和健康的双重需求。随着人们生活质量的不断提高，L-丙氨酸增味剂将越来越受市场的欢迎。
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user: 摘 要 为实现天气现象的自动观测，本文提出了一种基于贝叶斯分类的室外图像的天气现象识别方法，该方法通过提取图像的色相、饱和度和亮度等特征，采用贝叶斯分类，对雾霾和沙尘两类天气现象进行判断。实验结果的准确率达到预期目标，并且能快速、准确地测量室外图像的天气现象。 关键词 :天气现象识别，图像处理，贝叶斯分类
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user: 1. 研究目的和现状 最近随着图像理解与智能视频技术的不断发展，对室外环境下各种天气现象，尤其是恶劣天气现象的自动检测与识别提提供了必要条件。但是，目前天气现象的观测仍然主要依靠人工观测，天气现象信息的采集耗费了大量的人力和物力，而且人工观测受外界环境和地域条件影响较大，观测数据较少且不连续，因此近年来基于室外图像与视频数据的天气现象自动识别研究受到了较为广泛的关注 [ 1 ] 。 目前，人们在不同方向对各种天气现象进行分析并建模，取得了一定的成果。本文提出了一种通过提取的图像特征进行贝叶斯分类的天气现象识别与分类方法。该方法通过提取图像的色相、饱和度和亮度等特征，采用贝叶斯分类，对雾霾和沙尘两类天气现象进行判断。该方法可以进行连续观测，且能快速准确的识别天气现象 [ 2 ] 。
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user: 2. 贝叶斯理论和方法 Pearl通过结合专家系统，发展出贝叶斯理论的高级应用模型贝叶斯网络，并指出贝叶斯网络或许是概率推理中最普及的模型 [ 3 ] 。贝叶斯理论经过长期的发展与运用，其理论被很多学者运用到各行各业，是统计学中一支重要的理论。 贝叶斯方法是基于贝叶斯定理而发展起来用于系统地阐述和解决统计问题的方法。该方法的核心为贝叶斯公式 [ 4 ] ，其基本形式如下： 式中，P(w)代表对w拥有的初始概率，即w的先验概率，它反映了关于w是一正确假设的机会的背景知识。P(x)代表将要观察的集合x的全概率，即在没有确定某一假设成立时x的概率。 代表假设w成立的情形下观察到集合x的概率，即条件概率。 代表给定集合x时w成立的概率，即w的后验概率，它反映了在看到集合x后w成立的置信度。 贝叶斯理论经过长期的历史发展，以其独特的不确定性知识表达形式、丰富的概率表达能力、综合先验知识的增量学习特性等成为众多学者日益研究的焦点问题。贝叶斯在现实生活中作为数据挖掘、分类等方面得到了广泛的应用。其中尤其发展而来的朴素贝叶斯分类器得到了广大学者的重视，朴素贝叶斯分类器(naive Bayes classifiers，简记为NB)基于简单而不现实的假设：在给定类标记时属性值之间相互条件独立 [ 5 ] 。 贝叶斯定理作为一种概率计算可用于多个领域内进行概率推理。今天，我们用贝叶斯法则过滤垃圾邮件，为网站用户推荐唱片、电影和书籍。它渗透到了互联网、语言和语言处理、人工智能、机器学习、金融、天文学和物理学乃至国家安全等各个领域，当然也可以运用在图像识别概率的优化上，从而建立数学优化模型 [ 6 ] 。
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user: 3. 朴素贝叶斯模型的建立 在许多场合下，我们研究贝叶斯的重点落在修订其后验概率的工作上。为了寻找给定集合x时可能性最大的假设 (W为候选假设集合)。这种具有最大可能性的假设被称为极大后验假设，简记为w map 。即 (3.1) 应用到贝叶斯公式得到： (3.2) 因为P(x m )是一个不依赖于w n 的常量，去掉它可得到： (3.3) 为做好几种天气图像的识别，我们需要将实际问题与贝叶斯原理进行紧密的结合。实际上，图像的识别通常与饱和度、色相等要素有着密切的关联，即给定一组因子，对因子进行合理的分类和数据挖掘，就可以得到显著的相关关系，从而进行概率的优化与完善。我们可以将天气图像识别与朴素贝叶斯分类器结构相结合，以自变量表示图像的饱和度等要素，以因变量表示研究对象及图像所属的天气种类。显然，分类问题就可以直接用MAP假设来解决 [ 7 ] 。 应用MAP假设分类，x的目标是在给定集合 的情况下，得到最可能的w(x)的值。应用公式(3.3)得到 (3.4) 现在要做的就是基于总集合估计上式中的两个概率值。估计每个P(w n )值很容易，只要计算每个w n 出现在集合W中的频率就可以。然而，估计每个 的值不太可行，原因在于：首先，完整估计 值的时候复杂程度相当于学习一个贝叶斯网络，是一个比较难的问题。因此，为获得合理的估计，我们引入朴素贝叶斯分类器机构，假定：在给定自变量时其属性值之间是相互条件独立的。也就是说，在给定自变量集合的情况下，观察到的联合概率正好是每个单独属性值概率的乘积。 具体数学表达式如下： (3.5) 将其带入公式(3.4)可得到朴素贝叶斯分类器的分类公式： (3.6) 式中，x j 为预报因子x的第j个属性、概率 和 可以通过计算集合中不同种类和属性值组合的出现频率来简单计算，计算公式如下： (3.7) (3.8) 式中，n为集合的总个数，w i 为集合中第i个要素，x ij 为第i个预报因子的第j个属性， 为一个二值函数，当w i = w n 时为1，否则为0。 在大多数情况下，上述这种基于频率比例的方法是对概率的一个良好估计，但当接近零频率属性值出现的时候，就会导致这种概率估计产生一个有偏的过低估计概率。更极端的是，当零频率属性值出现时，就会使得某概率值为0，进而致使式(3.6)为0。为了避免此类问题的出现，Laplace估计常常被用来平滑上述所得概率，修改式(3.7)和(3.8)可得： (3.9) (3.10) 式中，n w 为因变量种类的个数，n j 为该预报因子属性的种类个数。