DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 自然教育是一门研究大自然的学科 [ 1 ]。进入生态文明时代，自然教育在中国迅速发展，国外理念方法的引介和自我实践创新成为当前重点。但关于什么是自然教育，各界理解不一。联合国教科文组织阿尔扬•瓦尔斯认为，自然教育是让不同年龄段的公众参与其中的、任何形式的教育，是帮助人们理解自然，学习自然，建立人与自然的联系，从而与自然和谐相处 [ 2 ]。我国《自然教育行业自律公约》则认为：“自然教育是指在自然中实践的、倡导人与自然和谐关系的教育。” [ 3 ]。两者虽然目的一致，但对教育手段认识不同。与此同时，我国又常将自然教育与国际“环境教育”、“可持续发展教育”等相提并论。彼得•希金斯即认为，“环境教育实际上是在自然中与自然相关、为了自然的教育，它旨在帮助学习者通过在环境中的积极学习来了解环境。” [ 4 ]。那么，我国自然教育经历了怎样的发展？自然教育从环境教育中借鉴了什么？当前我国社会各界对自然教育有哪些基本共识？本文通过梳理我国自然教育和环境教育的发展脉络，并通过比较《第比利斯环境教育国际会议宣言》和《自然教育武汉共识》的相关内容，来回答上述问题。
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user: 2. 政府教育部门主导的自然教育发展 我国由教育部门主导的系统开展的正规自然教育起步较早。自新中国建立，在20世纪五十年代，我国就在基础教育阶段“讲授社会常识和自然常识”；七、八十年代，重点是“对儿童进行自然科学启蒙教育，使他们获得生动具体的自然科学知识，发展他们爱科学、学科学、用科学的志趣和能力”；九十年代后，强调引导中小学生掌握科学探究方法，培养情感态度和科学的自然观 [ 5 ]；2016年，教育部又联合其他多个部门推进“中小学生研学旅行”。历经70余年，我国义务教育阶段的自然教育不断改革探索，已经形成较为完善的教材和教学体系。不过，在高等教育阶段，自然教育的学科建设和理论研究还落后于实践 [ 6 ]。 与教育部相比，我国其他政府部门主导的自然教育起步较晚，当前主要由林业部门主导。2010年之后，深圳、苏州、武汉等地园林和林业行政主管部门在自然教育方面率先进行了尝试，起到了示范作用。2019年，国家林业与草原局印发了《关于充分发挥各类自然保护地社会功能大力开展自然教育工作的通知》，要求各相关单位积极开展“以走进自然保护地，回归自然为主要特点的自然教育”，以“满足公众对体验自然、感知自然、学习自然的需要” [ 7 ]。这是第一个国家政府机构部署全国自然教育的文件 [ 8 ]，标志着林业部门主导的自然教育自上而下由点及面铺开，并对地方的、民间的新兴自然教育进行响应。
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user: 3. 社会机构主导的中国自然教育发展 如果自然教育也可分为正规与非正规的教育，把在学校等教育体系内开展的自然教育定义为正规教育 [ 9 ]，国内近十年来由社会机构主导的自然教育则可视为非正规自然教育。2016年后，一些社会机构聚集在全国自然教育论坛之下，积极开展了以知识、态度、意识、行动、技能等为目标的，包括自然教育基础、生态知识、生态伦理、自然体验、自然观察、安全与风险管理等六大模块在内的自然教育基础培训，探索建立中国自己的自然教育人才培养体系 [ 10 ]。另据《2018年自然教育行业调查报告》统计，仅参与调查的自然教育机构就达到398家，遍及西藏和甘肃之外的所有省、直辖市和自治区。其中，年服务500人次以内的机构为47%，年服务1万人次以上的占10% [ 11 ]。2019年4月，300余家社会机构依托中国林学会成立了自然教育委员会，成为我国首个以自然教育为内容、范围最广泛的跨界联盟。中国林学会在《关于成立自然教育总校的倡议》中阐述了对自然教育的理解：“自然教育是人们认识自然、了解自然的有效方法，是推动全社会形成顺应自然、尊重自然、保护自然风尚的有效途径”，是“在自然中学习，……以体验自然、感知自然、学习自然为主要形式” [ 12 ]。截至2021年3月，自然教育委员会已经审核通过230家自然教育学校或基地。社会机构重视自然教育理论和实践创新，扩大了校外实践教育范围，有效弥补了学校自然教育的不足。
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user: 4. 国际环境教育理念对中国自然教育的影响 实际上，在自然教育蓬勃发展的同时，不能忽视我国环境教育的发展。我国生态环境部宣传教育中心主任贾峰也曾提到，不管是名称“自然教育”还是“环境教育”，“两者的内容有相当一部分是重合” [ 13 ]。追溯国际社会环境教育源流，1972年在斯德哥尔摩发表的《联合国人类环境会议宣言》提出要对青年一代和成人进行环境问题教育，1977年联合国教科文组织和环境署在第比利斯召开了世界第一次政府间环境教育大会，并发表了著名的《第比利斯环境教育国际会议宣言》，认为环境教育应当教育人们理解自然环境与人工环境的深刻依赖并促进解决环境问题，面向各阶层所有年龄段，面向社会，是一种全面的终身教育，且包括正规教育和非正规教育 [ 14 ]，会议还指出了环境教育的作用、目标、特征和原则等，明确环境教育五类目标是：意识、知识、态度、技能和参与。这些核心观点被国际社会普遍接受。此后，英、美、澳、日、韩等国环境教育类课程和相关立法不断完善，衍生出多种环境教育概念和教育方式 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]。但1992年世界环境与发展大会后，联合国开始用“可持续发展教育”一词，部分国家仍用“环境教育”。再反观我国，我国环境教育也是自20世纪70年代开始起步，很大程度上发挥了自然教育的职能。1989年正式颁布的《中华人民共和国环境保护法》对环境教育的内容、开展环境教育的必要性提出了更多规范 [ 19 ]，认为环境是指“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”，鼓励环境保护科学教育事业发展和普及环境保护科学知识 [ 20 ]。而在1996年发布的《全国环境宣传教育行动纲要(1996~2010年)》则将“环境教育”定义为：“环境教育是提高全民族思想道德素质和科学文化素质(包括环境意识在内)的基本手段之一。环境教育的内容包括：环境科学知识、环境法律法规知识和环境道德伦理知识。环境教育是面向全社会的教育，其对象和形式包括：以社会各阶层为对象的社会教育，以大、中、小学生和幼儿为对象的基础教育，以培养环保专门人材为目的的专业教育和以提高职工素质为目的的成人教育等4个方面。” [ 21 ]。这个文件界定了环境教育的主要内容、方式、对象、开展途径和目的，与《第比利斯环境教育国际会议宣言》所强调的一样，也非常重视环境知识、意识和伦理教育，体现了对国际环境教育理念的吸收和借鉴。 近年来，一些代表性社会机构的负责人也认为国际环境教育对我国自然教育有重要影响。王西敏认为，美国学者理查德•洛夫《林间最后的小孩：拯救自然缺失症儿童》的译介和日本自然学校模式在国内的推广，催生了自然教育在中国的发生和发展。自然教育是在中国当前环境下产生的新事物。相比而言，自然教育更侧重孩子户外的玩耍，而环境教育则肩负改变人的行为这一使命 [ 22 ]。雍怡则认为：“自然教育并不是舶来之物，它是在中国当前的社会条件下应运而生，从环境教育衍生出来的，特别有中国特色和时代特点的一个行业形态。”她指出：“自然教育侧重于在自然中(In)的教育，偏重环境意识和环境知识两个层面。科普教育是与自然相关(About)的教育，不强调一定要到自然中间去，也不会强调要导向具体的保护行动。而保护教育就是引导你怎么样参与其中，最终通过共同的努力实现自然保护的目标(For)。所以，自然教育、科普教育、保护教育彼此相关，但又各有侧重，它们联合在一起共同完成一个环境教育想要实现的理想教育的循环和对人改变的过程。” [ 23 ]。两位学者阐述了我国自然教育与国际环境教育的关系，但均把自然教育视为中国当前社会环境中产生的新事物、新业态。
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user: 5. 我国社会各界对当代自然教育的基本共识 认识到自然教育的快速发展及其与环境教育的内在联系，社会各界需要更多的思想融合。2019年11月，《自然教育武汉共识》发布，阐明了新时代生态文明背景下自然教育的指导思想、环境伦理和根本目的，也集中讨论了自然教育的学科建设、行业发展和长效机制等议题，形成十点共识，即展示了我国政府部门、学术界和社会机构等各界人士关于自然教育的最新集体认识，集中体现了具有中国特色的自然教育自然观、行业观和社会观。第一，自然观。《自然教育武汉共识》提出了中国特色的对自然的认知理解，认为：“生态兴则文明兴、生态衰则文明衰”，“自然是我师，我是自然友”，人与自然是生命共同体，和谐共生，应顺应自然、尊重自然、保护自然。这既继承了我国“天人合一”的传统哲学理念，又包含了新时代生态文明的具体思想内涵。第二，行业观。《自然教育武汉共识》提出自然教育的行业性质是“公益性”。要围绕自然教育行业建设发展构建6个体系，即：标准体系、人才培养体系、教育场所体系、中国特色自然教育理论体系、行业资源信息共享体系、行业可持续发展的政府保障体系，共同推进自然教育行业规范化、特色化发展。第三，社会观。《自然教育武汉共识》从需求和供给两方面明确了自然教育的参与者和角色定位。一是教育的对象是面向全民。“自然教育是面向大众群体特别是青少年的教育”，推动全社会形成顺应自然、尊重自然、保护自然的价值观，不断提升人民群众保护自然的意识和能力。这是从自然教育的社会需求而言。二是自然教育的供给方包括政府、社会、企业、个人等。自然教育需要全社会多方参与，共建平台共享资源。特别是政府部门要充分发挥各类自然保护地及城市公园、郊野公园等的社会教育功能 [ 24 ]。 而且，若将《自然教育武汉共识》与《第比利斯环境教育国际会议宣言》比较(见表1)，也可以发现前者对后者有多处借鉴。二者在指导思想、根本目的、教育内容、教育方式、教育对象等方面，虽然各自名称不同、角度不同、文化背景不同，但都在教育中极其重视公众保护自然的意识和能力的提升，都倡导实践教育方式，面向全社会各个年龄段而非仅局限于青少年。这种借鉴，表明我国对自然教育的基本认识与国际自然教育的基本理念是相通的，其根源在于就两者的研究对象本体而言，“自然”与“环境”本身就互相交融，不易割离。 Table 1 Comparation of the contents of Declaration of the Tbilisi International Conference on Environmental Education and Wuhan Consensus on Nature Educatio 名称 《第比利斯环境教育国际会议宣言》 《自然教育武汉共识》 指导思想 为当代人和子孙保护环境 以习近平生态文明思想为根本指导，牢固树立生态兴则文明兴、生态衰则文明衰的生态历史观，倡导“自然是我师，我是自然友”的环境友好理念，坚持人与自然是生命共同体，追求人与自然和谐共生 根本目的 使个人与社区理解自然与建成环境的复合性质，掌握知识、价值观、态度和实践技能，负责任且有效的参与预见和解决环境问题，并管理环境的质量。展示当代世界经济、政治和生态的互相联系，使各国家和地区团结合作，共同保护和改善环境 推动全社会形成顺应自然、尊重自然、保护自然的价值观，不断提升人民群众保护自然的意识和能力 教育内容 理解当今世界的主要问题，习得必要的技能和态度，尊重各民族价值观念，提升生命质量，保护环境；在广泛的跨学科的基础上，总体的认识到自然环境和人工环境深深的相互依赖 走进自然、体验自然、了解自然 教育方式 正规和非正规教育；全面的终身教育；在解决实际问题过程中开展环境教育；将环境教育的主张、活动和内容引入到各国的教育体系中去 实践教育，充分发挥各类自然保护地及城市公园、郊野公园等的社会教育功能，结合其自身优势特色，设计优质活动课程，编制活动教材，提高自然教育活动质量，创造活动精品 面向群体 所有年龄阶段所有层次的人 大众群体特别是青少年 表1. 《第比利斯环境教育国际会议宣言》与《自然教育武汉共识》内容比较 资料来源：根据Declaration of the Tbilisi International Conference on Environmental Education [ 14 ] 和《自然教育武汉共识》 [ 24 ] 整理。
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user: 6. 结语 综上可见，中国当代自然教育已形成由教育、环境和林业等政府部门和社会机构共同主导、正式和非正式并行发展且相互支撑的总体实施格局。《自然教育武汉共识》体现了当代社会各界对自然教育的基本认识，更突出体现了中国传统文化精髓和新时代生态文明理念，提出了自然教育的自然观、行业观和社会观，也借鉴吸收了国际环境教育的关键理念。相信社会各界定能坚持自然教育的实践特色和公益性质，多种教育形式互补融合，建立起有中国特色的自然教育理论和实践体系。
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user: 摘要 自5月~9月每隔10天对高邮湖畔水产专业合作社的3个双层覆膜护坡河蟹养殖池塘进行水质和浮游藻类监测。结果显示：水体透明度基本保持见底的状态，溶解氧变化范围在(5.4~13.87) mg/L，pH变化范围在7.48~10.05之间；氨态氮的监测范围在(0.1~3.6) mg/L；亚硝酸盐监测数值总体上呈现先增后减最后维持较低的水平；池塘高锰酸盐指数(COD Mn )和总磷的变化范围分别在(5.9~15.1) mg/L和(0~0.497) mg/L；总氮含量在(0.2~2.77) mg/L间波动；浮游藻类以蓝藻和绿藻为常见藻；监测结果表明，河蟹养殖池塘中总氮、总磷、COD Mn 等富营养化相关指标总体符合淡水池塘水排放要求(SC/T 9101-2007)。
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user: 1. 引言 河蟹是我国特色水产养殖品种，养殖规模稳中有升，养殖模式遵循生态学法则，养殖效益相对稳定，已经形成完整的河蟹产业链，成为名副其实的富民产业。目前，国内采用双层PE膜进行护坡改造已有报道，双层覆膜护坡不仅可以减少淤泥的沉积，延长池塘使用年限，也可以杜绝杂草的生长以及除草剂对水质的破坏，提高了养殖水环境的质量。高邮市湖畔水产专业合作社是以河蟹、小龙虾生态养殖为主的生态农业示范基地，近年来采用双层覆膜护坡技术对河蟹池塘进行生态化改造，探索新型绿色生态养殖模式，河蟹养殖产量和效益有了明显提升。为进一步了解河蟹池塘水质变化规律，完善双层覆膜护坡蟹塘主养期水环境相关研究，科学评估其养殖水环境质量，自2018年5月至9月，我们对其3个河蟹养殖池塘的常规水质指标和浮游藻类进行了跟踪监测。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 塘口选择 所选塘口为位于高邮市湖畔水产专业合作社的3个河蟹养殖池塘，均采用双层覆膜护坡，分别编号1~3。 2.2. 水样的采集 用采水器分点采集河蟹池塘中层水，每个池塘采集2个综合水样，其中1个水样用于常规水质指标的检测，另1个水样加入终浓度为4%的甲醛溶液，用于浮游藻类的分析。采样时间从2018年5月11日开始，每间隔10天采1次样，共11次。采集的水样除浮游藻类的观察外均在当日完成。 2.3. 测定指标与方法 测定指标包括：温度、溶氧、pH、透明度、氨态氮、亚硝酸盐氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数(COD Mn )及浮游藻类。 温度、溶氧：采用便携式溶氧仪现场测定； pH值：采用HANNAHI8424 pH计现场测定； 氨态氮：纳氏试剂分光光度法，纳氏试剂(碘化汞钾)与氨氮反应生成橙黄色胶状难溶络合物，在420 nm波长下进行紫外分光光度比色； 亚硝酸盐氮：重氮–偶氮光度法，氨与苯酚和次氯酸盐生成靛酚蓝，在543 nm波长下进行紫外分光光度比色； COD Mn ：采用酸性高锰酸钾法； 总氮、总磷：采用过硫酸钾加压联合消化法 [ 1 ]； 浮游藻类：水样经摇匀后取1 L倒入沉淀器内沉淀24 h，取出一半上清液，摇匀剩余水样继续沉淀24 h，吸去上清液至剩(30~50) ml浓缩样，摇匀后取0.1 ml试样置于计数板上，在显微镜下进行计数，每个样品重复观察3次，取其平均值。 计算公式：浮游藻类(万个/L) = 浮游植物镜检数(个) × 10 3 /浓缩倍数
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user: 3. 结果与分析 3.1. 水温、pH、透明度 对3个塘口的水温、pH、透明度进行现场测定，其变化趋势及测定数据见图1、图2。 图1. 河蟹池塘水温测定结果汇总(℃) 图2. 河蟹池塘pH测定结果汇总 由图1可知：蟹塘水温范围为(19.6~34)℃，5月下旬出现了最低值，7月份水温最高。由图2可知：水体的pH范围在7.48~10.05 (其中8.24因仪器问题数据未显示)，较为稳定，在7、8月份pH都超过9，7月上旬达到最高值。水体透明度大部分时间保持见底状态。 3.2. 溶解氧、COD Mn 3个塘口5月至9月溶解氧和COD Mn 的变化范围见图3、图4。 图3. 河蟹池塘溶解氧变化趋势图 图4. 河蟹池塘COD Mn 变化趋势图 由图3可知：3个蟹塘溶解氧变化趋势基本相近，均呈波浪型变化，其变化范围在(5.4~13.87) mg/L，其中1号塘口溶解氧在整个监测期都保持在8 mg/L以上，2号塘口分别在5月中旬和7月下旬出现溶氧低于6 mg/L，3号塘口溶解氧在7月下旬出现最低谷，此后保持一直上升并超过1、2号池塘。由图4可知：COD Mn 的可变范围在(5.9~15.1) mg/L，最高值出现在9月份的1号塘，最低值出现在5月份的2号塘，3个塘口的变化趋势在监测期间总体相似，其中3号塘在5月份相较于1、2号塘COD Mn 含量保持平稳，而1号塘在8月下旬开始急剧上升直至COD Mn 含量达到最高。 3.3. 氨态氮、亚硝酸盐氮 3个塘口5月至9月氨态氮和亚硝酸盐氮的测定结果和变化范围见图5、图6。 图5. 河蟹池塘氨态氮变化趋势 图6. 河蟹池塘亚硝酸盐氮变化趋势 如图5所示：氨态氮的测定范围在(0.1~3.6) mg/L，最低值出现在7月中旬的2号塘，最高值出现在9月上旬的1号塘，2号塘的氨态氮含量在5月高于1、2号塘且变化趋势相反，1、2号塘口在6月份至7月上旬较平稳，7月以后各个池塘氨氮水平呈现不稳定态势，其中1号池塘在8月下旬开始急剧上升。由图6可知：3个池塘亚硝酸盐的变动范围在(0~0.32) mg/L，均在6月份达到峰值，6月份后下降，之后维持在较低范围内。三个蟹塘的亚硝酸盐变化趋势相似，总体上体现为先上升再下降，最后保持基本稳定。 3.4. 总氮、总磷 3个塘口5月至9月总氮和总磷的测定结果及变化范围见图7、图8。 由图7可见：总氮的变化范围在(0.2~2.77) mg/L，最低值出现在8月份的1号塘，最高值出现7月份的3号塘，3号塘在5月有下降趋势，而1、2号池塘总氮从5月份开始上升，至6月达到第一次峰值，而后经过下降至7月份达到第二次峰值且3号塘超过2.5 mg/L，然后开始下降。8月至9月，1、2号塘变化趋势基本保持一致且1号塘达到总氮最低值，至8月下旬开始上升。由图8可知：总磷的测定范围在(0~0.497) mg/L，1号塘的总磷含量变化较剧烈，在6月上旬达到最高值，在7月中旬至8月下旬基本保持在0 mg/L左右，而2号和3号塘在7月上旬前变化趋势基本保持一致，基本波动维持在0.15 mg/L以下，但8月上旬后，总磷含量往上飙升至9月上旬开始下降。 图7. 河蟹池塘总氮变化趋势 图8. 河蟹池塘总磷变化趋势 3.5. 藻类 3个塘口浮游藻类以蓝藻和绿藻为常见藻。7月至9月蓝藻和绿藻的观察结果见表1~3。 由表1~3可知，蓝藻和绿藻为河蟹池塘中的常见藻，不同月份各个池塘间藻类数量差距较大，3个蟹塘水体里的藻类数量较少，蓝藻绿藻含量在监测期内大部分保持在100万/L以内，7月份藻类密度极低。8月末至9月中旬的1号塘可以观察到少量的蓝藻和绿藻，蓝藻以颤藻和席藻为主。8~9月中旬藻类数量较7月有所增长，包括微囊藻、螺旋藻、颤藻、鱼腥藻、小球藻、十字藻、硅藻和裸藻，其中8~9月份的3号塘微囊藻、小球藻和裸藻为优势藻。 Table 1 Monitoring results of cyanobacteria in Crab ponds (10，000/L 日期 塘口 7.14 7.24 8.4 8.14 8.26 9.5 9.15 1 − − − − 50 − − 2 − − − 25 50 − 100 3 − − 175 − − 26 − 表1. 河蟹池塘蓝藻监测结果汇总(万/L) 注：“−”为未监测到(下同)。 Table 2 Summary of green algae test results in Crab ponds (10，000/L 日期 塘口 7.14 7.24 8.4 8.14 8.26 9.5 9.15 1 − − − − − − − 2 − − − 25 − − 75 3 − − 125 − 25 13 − 表2. 河蟹池塘绿藻检测结果汇总(万/L) Table 3 Monitoring results of major algae in crab ponds (10，000/L 塘口 藻类(万/L) 7月 8月 9月 1 颤藻 − 25 − 席藻 − 25 − 裸藻 − − 25 2 微囊藻 − 25 − 螺旋藻 − 25 − 颤藻 − 25 50 鱼腥藻 − − 50 小球藻 − 25 − 十字藻 − − 25 盘星藻 − − 50 舟形藻 − − 100 根管藻 − − 25 针杆藻 − − 25 裸藻 − − 25 3 微囊藻 − 175 26 小球藻 − 150 13 裸藻 − − 200 表3. 河蟹池塘主要藻类监测结果汇总(万/L)
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user: 4. 讨论 江苏河蟹养殖面积占全国面积45%左右，目前大多以池塘养殖为主，经过多年的探索，已经打造出“高邮湖大闸蟹”等著名品牌。近年来，蟹塘双层覆膜护坡技术得到广泛应用，该技术具有延长蟹塘使用年限、提升水草光合作用、促进河蟹蜕壳、防逃逸、防止杂草生长、防敌害生物等多项功能 [ 2 ]。有关双层覆膜护坡蟹塘水质变化规律尚未完全掌握。 河蟹对水体溶氧的需求水平较高，一般要求5 mg/L以上，且天气状况和季节气候对水体溶氧有着一定程度的影响。研究表明，河蟹养殖水体溶氧量低于4.0 mg/L的时段比重为：雨天大于晴天 [ 3 ]。在本次整个监测过程中，溶氧水平都维持在5 mg/L以上，这是有利于河蟹生长需求的。河蟹的摄食规律、脱壳次数、生长过程均与水温有关。河蟹生长最佳水温为(15~25)℃时，对河蟹的生长发育过程是有促进作用的。但当水温超过28℃时，河蟹正常的脱壳行为会受到影响。本次监测中，水温呈现出明显的季节性规律，除8月下旬外，7、8月份一直维持在30℃以上，这对于蟹的生长和蜕壳是不利的，故水草的栽种在高温季节给河蟹营造阴凉的环境有利于河蟹生长。pH是反映水体酸碱度的指标，河蟹养殖水体最适宜的pH呈弱碱性，水体pH值的不稳定会直接造成养殖河蟹的死亡。在本次监测中，5~9月河蟹养殖池塘水体的pH值范围为7.48~10.05，整体呈现弱碱性。水温的变化对pH有一定的影响，高水温会增加水体中CO 2 的逸散，加之高温天气会促进塘中水草大量消耗CO 2 ，导致了pH的上升。石小平 [ 4 ] (2010)报道，在高温时期，有水草区的河蟹养殖水体pH值显著高于无水草区，所以栽种水草可有效地改善河蟹养殖水体养殖过程中因水质败坏导致pH下降的现象，故栽种水草是河蟹养殖过程中一个重要的环节。透明度是反映水质的肥瘦程度的指标，肥水中的有机物与浮游生物含量较多，导致水体透明度较低，且极易造成水体的缺氧，对河蟹的生存产生威胁。此次监测结果可知，蟹塘水体透明度较高，河蟹生长条件良好。 当水体中有机污染物氮以分子氨态或者亚硝酸盐氮存在时，会对水产动物产生很严重的神经伤害，当氨氮 ≥ 0.5 mg/L或亚硝酸盐≥ 0.1 mg/L时，会出现河蟹蜕壳不遂、上岸、易发病、易死亡等情况，需及时采取池塘换水、泼洒有益菌种等措施 [ 5 ]，所以控制水体中氨态氮和亚硝酸盐氮浓度对河蟹养殖很重要。在本次监测中，氨态氮和亚硝酸盐的测定范围基本维持在一个较低的水平，这可能与养殖过程中水草的良好生长情况有关。1号塘养殖后期水体氨态氮呈现急剧上升的趋势，与COD Mn 变化趋势相同，这可能与部分水草腐烂及施肥有关。王高龙 [ 6 ] 研究表明，夏季水温25℃~30℃，河蟹新陈代谢快，排出的粪便多，成为氨氮升高的主要来源。与此相反的是水体中亚硝酸盐在养殖后期下降并维持在较低水平。李定国等 [ 7 ] 研究表明，水草的生长过程能吸收水中的氨氮，大量氧气在光合作用下能释放，增加的水体溶氧能减少水中亚硝酸盐的含量。 评估水体富营养化以COD、总氮、总磷为主要指标。COD Mn 含量的高低可以反映养殖水体的富营养化和耗氧有机物污染程度。河蟹养殖水体中大部分的可生物降解有机物构成了水体耗氧有机物，包括内源性有机物和外源性有机物，一方面主要来自于水生植物、藻类的光合作用，另一方面不仅仅来自于水源的输入，更关键来自于河蟹的代谢产物、饲料残饵以及动物残的分解产物。根据宋红桥等 [ 8 ] 报道，自然水体 COD Mn 的变化与温度密切相关，温度越高，水体中的生物代谢活跃，水体有机物越多，导致水体COD Mn 含量上升。本次监测结果显示1号塘在8月下旬开始急剧上升，分析原因可能与1号塘在8月下旬氨氮含量的急剧上升有关。整个监测过程COD Mn 含量保持在安全值之内，可能是由于河蟹养殖池塘水体自净能力较强，水体中COD Mn 含量相对于水源水增加值较小 [ 9 ]，故河蟹池塘水体COD Mn 含量未大规模超标。 总氮是衡量水体富营养化水平及污染水平的指标。大量研究表明，养殖水体总氮污染源主要来自投饵及其养殖对象排泄物 [ 10 ]。目前，大多数养殖户青睐于用冰鲜鱼进行投喂，且据崔燕燕等 [ 11 ] 报道，发酵豆粕、豆粕、棉粕和菜粕替代饲料中50%的鱼粉影响了河蟹的蛋白质沉积率，其中菜粕组最低，与对照组相比差别不大，大都保持在16%左右，可见河蟹对饲料蛋白的利用率并不是很高，大部分含氮物质都溶失到了水体中，加之高温天气加速了冰鲜鱼等饵料的腐败，最终形成水体中总氮污染。在本次监测中，3个蟹塘TN含量在(0.2~2.77) mg/L之间波动程度较大。与刘海春等 [ 12 ] 的河蟹养殖池塘水质变化研究的结果有一定的出入，分析原因可能与水草的净化作用有关。宋福等 [ 13 ] 利用苦草等7种沉水植物对受污染的水体(含底泥)总氮、总磷去除效果进行了试验研究，结果表明：苦草等7种沉水植物能显著去除水体总氮、总磷，27 d内对TN、TP的去除率分别为80.31%和89.82%。总体而言，控制合理的水草密度，结合正确的养殖管理模式就可有效地控制水体中总氮的含量。 磷元素是生命组织发育过程所必需元素，且水生植物及浮游藻类的生长需要一定的磷营养盐，磷肥和饲料磷是养殖水体中磷元素的主要来源。目前研究表明，水体中藻类的繁殖速率由氮、磷水平直接决定，且影响水体富营养化程度，是水体富营养化主要控制因子 [ 14 ]。徐宪根等 [ 15 ] 报道，除磷元素外，氮磷比也可能是湖泊藻类生长和水华发生的限制因子，氮磷比 ≤ (29:1)时水华发生的优势藻类为蓝藻。本次监测结果显示，除1号塘水体总磷含量在6月上旬飙升至0.497 mg/L以外，1号塘口其余时间与2、3号塘总磷含量均未超过0.3 mg/L，符合淡水池塘养殖水一级排放标准(SC/T9101-2007)。分析原因可能与养殖户勤于换水和水草的吸收作用有关。据李晶等 [ 16 ] 研究表明，轮叶黑藻具有良好的总磷去除效果。马凯等 [ 17 ] 研究发现若只以水环境中的TP水平为衡量标准，苦草相较于穗状狐尾藻、金鱼藻和微齿眼子菜，对水中磷的吸收效果为最佳。这些研究表明，河蟹养殖过程中通过利用水草的吸收能力可以有效降低池塘养殖水体的总磷水平。据边归国等 [ 18 ] 报道，沉水植物通过分泌抑藻物质和营养竞争机制对浮游藻类生长产生抑制作用，使得藻类不能正常生长，降低藻类的生物量，从而达到改良水质的目的。从本次监测可以看出，蟹塘水体里的藻体种类和数量都较少，以蓝藻和绿藻为主，包括微囊藻，颤藻，席藻，螺旋藻，小球藻，十字藻和裸藻等种类，除了水草的抑制因素外，还可能与使用微生态制剂调水有关。
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user: 5. 结论 双层覆膜护坡河蟹养殖池塘水环境总体较好，水温、pH、溶氧、氨氮、亚硝酸盐等指标总体上适宜河蟹的生长，TN、TP、COD Mn 等指标符合淡水池塘养殖水一级排放要求(SC/T9101-2007)。通过池塘生态化改造结合移栽水草以及科学的水质调控措施可以有效控制池塘水质。
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user: 摘要 高校在进行专业评估、学科建设与评估等质量评估时，需要统计与提交专业教师的教学、科研成果，以及专业学生培养过程中的各项成果材料，这些收集与统计工作给专业教师及操作人员增加了很大工作量，且很多工作是重复操作。由此，本文基于Java语言开发一个教学科研质量综合管理平台。通过该平台，教师能上传个人教学、科研相关成果，包括项目、论文、获奖等信息及佐证材料；管理员整理教师上传的资料，可进行信息汇总与统计；也将该专业学生的创新创业项目、学科竞赛获奖情况、学习思想状态、就业情况等信息进行收集、汇总、统计，做到集中管理该专业教师和学生的教学、学习及科研信息。该平台的实施有助于加强专业教学、科研质量监测，减少材料收集的杂散和冗余，也有助于减少因行政办公室、教务办公室、学生办公室材料管理的区别性、交叉性带来的问题，提高管理效率。
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user: 1. 引言 随着电子计算机、通信技术、网络技术和Internet的发展，人类已经逐渐的进入信息化社会，对信息和数据的处理与利用也逐渐进入自动化、网络化和社会化阶段。因此，开发相关的信息管理系统是必然的，能大大提高工作效率 [ 1 ]。 国外高校一般具有较大规模的、稳定的技术队伍来提供服务与技术支持。国外的管理信息系统模式一般都是以全局数据信息集中统一管理的中央数据库模型，而软件开发的系统架构多半也是以C/S或者B/S模式进行设计的，它们将整个学校的教学资源以集中数据平台的方式从全局的角度统筹管理，以提高整个教学管理效率，加大不同系统和模块间的数据流通速度 [ 2 ]。由于多年的探索和改进，目前国外高校的这种管理模式规模已初具规模，其运行也处于一种比较完善和稳定的阶段。 纵观国内研究现状，在安全性和信息更新化方面存在一定的不足，各个现有系统资料单独建立，共享性差；在以管理者为主体的方式中，信息取舍依赖管理者对于信息的认知与喜好，较不容易掌握用户真正的需求，也因此无法完全满足用户的需求。因此，教学科研质量管理平台应充分依托校园网，实现教师科研及教学信息的集中管理、分散操作、信息共享，使传统的教务管理朝数字化、无纸化、智能化、综合化的方向发展，并为进一步实现完善的全校信息管理系统打下良好的基础。 教学管理平台作为一套信息管理系统，在目前国内一些高校也正在开发，但同时市面上也开始有软件公司推出产品来搭建本校信息综合管理平台，目前清华大学开发的“UEAS高校教务管理系统”、湖南青果软件有限公司的“高校教务网络管理系统”、杭州正方软件股份有限公司的“正方高校现代教学管理信息系统”、湖南强智科技的“强智综合教务管理系统”，这些软件的高校用户正在逐年增多 [ 3 ]。但是既包含学生管理又包含教师管理的综合管理平台尚缺乏。且已有管理系统也存在如下问题； 1) 相关部门之间信息沟通不够，会有信息重复、混乱情况发生； 2) 各部门间收录的信息种类、格式不一，没有统一标准； 3) 数据零散使资料统计比较困难。 根据教育部相关精神，针对某一专业的专业评估将成为常态化。为此，本文基于JAVA开发软件，设计、开发一个针对某一专业的全面的教学、科研质量管理平台，教师可在平台提交、查找、更新和维护专业资料、教师教学科研项目、成果及获奖情况，节省相关负责人发通知、收材料、整合材料等一系列繁琐操作；管理员可以通过Excel表导入在校学生信息，包括学业成绩、学科竞赛、学业警示等信息；管理员可按照专业建设的指标查看、下载、统计各方面信息和材料，减少教师整理相关材料的工作量，提高管理效率。
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user: 2. 系统需求分析 该教学科研管理平台应能有效合理地管理系部各方面的资料，快捷的查询和统计相关信息，便于从教师教学、科研、招生、学生学业与就业等不同角度监测本专业的教学水平及成效，而且能减轻系部教师用于此的工作量，使教师们能有更充沛的精力投身于教学和科研工作中。据此，该平台需要实现以下功能： 1) 系统分管理员、普通教师用户，暂不开通学生用户，给不同的用户分配不同的权限； 2) 管理员可以添加、删除相应的用户； 3) 普通用户可以浏览到专业特色、专业课程体系、毕业生就业率等信息，还可以批量查询学生信息； 4) 普通用户可以上传和下载自己的教学、科研资料以及教研资料，可以浏览其他普通用户的相关教学、科研资料以及教研资料； 5) 管理员可以根据需要统计教师和学生的科研、教学/学习成果情况。 所需的技术为：采用JAVA编程语言，采用SSM框架后端框架 [ 4 ] [ 5 ]、BootStrap前端框架，以及使用J2EE、JSP技术 [ 6 ]、JSTL标签语言、Servlet技术、HTML-CSS技术、JS技术等技术，使用MySQL数据库。
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user: 3. 系统功能 3.1. 系统功能模块设计 该教学科研质量综合管理平台的功能模块如图1所示。该图展示了教学科研质量管理平台的所有功能模块，包括专业培养方案、教师信息管理、学生信息管理3个一级模块，一级模块之下共包含21个二级模块。其中，教师信息管理模块包含教师的科研项目、科研成果(包括科研论文、专著、专利及成果转化)及科研获奖，学生信息管理模块包含学生的高考招生、在校期间的学习、思想、竞赛、科研、就业等情况。从模块分布可知，该质量管理平台涵盖专业特色/课程体系、教学/科研成果、学生培养质量的各方面信息，可满足日常对该专业各项成果的管理，以及专业评估时对标性材料的统计与分析。这些模块信息能全面反映一个专业的教学、科研、人才培养质量。 3.2. 系统用户权限设计 本系统的用户角色分超级管理员和一般用户，两种用户的用户权限如表1所示。超级管理员具有重置、删除其他用户信息以及学生相关信息的权限。本教学科研质量管理平台分两种用户来实现功能划分，超级管理员在普通用户的基础上拥有更多的功能和权限。 图1. 系统功能模块图 Table 1 User permission tabl 功能 超级管理员 普通用户 登录以及记住密码 √ √ 修改本用户信息及密码 √ √ 重置其他用户密码 √ 重置其他用户信息 √ 删除本用户上传信息 √ √ 删除任意用户上传信息 √ 查看学生信息 √ √ 编辑学生信息 √ 学业警示查看 √ √ 学业警示编辑 √ 表1. 用户权限表 图2展示了超级管理员的相关权限，图3展示了普通用户的相关权限。 图2. 超级管理员权限 图3. 普通用户权限 3.3. 数据库设计 本文采用MySQL数据库，它是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就有利于提升速度并提高灵活性。 在设计数据库时，首先要根据系统分析的需求来分离出各个实体以及相应的属性，再得出各个实体之间的关系，此时可采用E-R图(由实体、属性、联系组成)的方法进行数据结构的描述。 先将现实世界中的事物、事物间的联系用E-R图表示，再将各个分E-R图汇总，得出数据库的概念结构模型，最后将概念结构模型转化为数据库的逻辑结构模型表示。本系统的实体图如图4~7所示。 3.4. 数据库的逻辑设计 逻辑设计是指在概要设计的基础上，找出实体与实体之间的关系，将E-R图转换成关系模式 [ 7 ]。本质量管理平台的关系模式如下： 1) 用户(账号、密码、账号类型、姓名、性别、职称) 2) 学生信息(班级、学号、姓名、出生年月、性别、民族、籍贯、政治面貌、联系方式、职务) 3) 项目(项目编号、项目类型、项目名称、项目描述、项目拥有者、上传时间) 4) 文件(项目编号、文件编号、文件名称、上传时间) 下面是各个实体在数据库中的设计，包括表名、字段名、字段类型，字段约束等设计。表2~5分别为用户表、学生信息表、项目信息表、文件表，展示了用户、学生、项目、文件这几个实体的数据库构成。 图4. 用户实体图 图5. 学生信息实体图 图6. 项目实体图 图7. 文件实体图 Table 2 User tabl 字段名 数据类型 约束 字段描述 user_id varchar(10) Primary key 账号 user_pd varchar(20) Not null 密码 user_type varchar(1) Not null 用户类型 user_name varchar(10) 姓名 user_sex varchar(1) 性别 user_level varchar(10) 职称 表2. 用户表 Table 3 Student information tabl 字段名 数据类型 约束 字段描述 stu_class varchar(10) Not null 班级 stu_id varchar(10) Primary key 学号 stu_name varchar(10) Not null 姓名 stu_sex varchar(2) 性别 stu_birthday varchar(10) 出生年月 stu_nation varchar(10) 民族 stu_region varchar(10) 籍贯 stu_face varchar(10) 政治面貌 stu_phone varchar(12) 联系方式 stu_job varchar(10) 职务 表3. 学生信息表 Table 4 Project information tabl 字段名 数据类型 约束 字段描述 sub_id varchar(13) Primary key 项目编号 sub_type varchar(10) Not null 项目类型 sub_name varchar(30) Not null 项目名 sub_remark varchar(100) 项目描述 sub_host varchar(10) 项目拥有者 sub_uptime varchar(10) 项目上传时间 表4. 项目信息表 Table 5 File tabl 字段名 数据类型 约束 字段描述 sub_id varchar(13) Foreign key 项目编号 file_id varchar(13) Primary key 文件编号 file_name varchar(30) Not null 文件名 file_uptime varchar(10) Not null 文件上传时间 表5. 文件表 3.5. 各功能模块的实现 1) 系统目录结构 系统目录存放的是控制层、业务层、界面层的各种.Java和.jsp以及.xml等这些文件，目录中主要的包及其作用如表6和图8所示。 Table 6 The structure table for system director 包名 功能描述 Src.main.java.com.dxjy.controller 存放控制层JAVA文件 Src.main.java.com.dxjy.dao 存放底层访问数据库的接口JAVA文件 Src.main.java.com.dxjy.bean 存放系统所需的实体类 Src.main.java.com.dxjy.service 存放各个实体相关业务的接口JAVA文件 Src.main.java.resources 存放SSM框架所需的各种配置文件 Src.main.java.com.dxjy.mapper 存放访问数据库增删改查的mapper配置文件 Src.main.java.WebContent 存放公用的jsp文件 Src.main.java.WebContent 存放bootstrap框架中的js、css等文件 表6. 系统目录结构表 图8. 系统目录结构图 2) 系统数据库连接 系统采用Druid进行数据库的连接，在文件jdbc.properties中配置数据库连接的基本信息，然后在Spring的配置文件中，配置数据源。核心代码如下： driver=com.mysql.jdbc.Driver url=jdbc:mysql://localhost:3306/dx?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&useSSL=false username=root password=123456 initialSize=0 maxActive=20 maxIdle=20 minIdle=1 maxWait=60000
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user: 4. 系统功能模块的测试 4.1. 系统测试概述 系统测试的目的是在系统结合实际的工作环境和运行环境下通过与系统的需求设计作对比，检验完整的系统配置是否能和系统正确连接，发现系统与设计文档和软件开发规定不符合或者矛盾的地方。系统测试是将通过确认测试的软件，作为整个基于计算机系统的一个元素，在实际运行(使用)环境下，对计算机系统进行的测试。是为了发现缺陷并度量产品质量，按照系统的功能和性能需求进行的测试。 系统测试由单元测试、集成测试、系统测试、验收测试、回归测试组成 [ 8 ] [ 9 ]，依次进行测试。下面对每个阶段的测试进行阐述。 1) 单元测试 单元测试是测试系统各个程序模块的接口与需求设计的要求是否一致，采用的是白盒测试方法、从程序的内部结构开始设计测试用苦苦，进行测试，主要目的是发现程序代码编写阶段的错误。因为每个程序虽然是单独编译的，但是程序模块之间是有关联的，所以在设计之初要考虑到它们之间的关系。 2) 集成测试 完成单元测试之后，将各个的程序模块按照功能结构图进行连接，进行集成测试。集成测试是为了发现模块之间联合工资的漏洞和错误，一些局部不能发现的问题，在全局的时候就会暴露出来。集成测试采用了自底向上的测试组装顺序。从功能需要的底层模块开始，逐步向上增加和连接模块，最终组成一个完整的系统。 3) 系统测试 完成集成测试后，进行系统测试，系统测试的对象不仅是产品系统测试，包括其所依赖和相关的硬件、运行环境、接口等，因此需要将系统各种依赖联系结合起来，在设计环境中去测试。对比，需求设计，按照功能需求，查漏补缺，修改有漏洞的程序。 4) 验收测试 验收测试是指将系统放在实际情况中，对比用户需求，看系统是否符合要求。并且检查系统是否符合软件设计标准，其安全性、便捷性等都需考虑，最终确定还需要修改的程序。 5) 回归测试 回归测试是指，对系统进行最后的修改确定之后，再进行验证问题的测试，以确保系统发现的问题得到及时的解决。 4.2. 系统测试用例 用户登录测试是测试平台在用户登录时对各种输入情况做出的反应，可以判断是非法输入并进行提示，如表7所示。 Table 7 The test table for user logi 功能描述 用户登录 编号 输入 输出 实际情况 1 输入出现非数字、字母的其他字符 账号输入框主动删除非法输入 相同 2 账号或者密码输入错误 弹出提示框“请重新登录！” 相同 3 输入框无输入 提示框“请输入您的账号和密码！” 相同 表7. 用户登录测试表 修改用户信息是一个十分敏感度操作，所以需要进行二次确认来减少误操作的情况，如表8所示。 Table 8 The test table for modifying user informatio 功能描述 修改用户信息 编号 输入 输出 实际情况 1 直接删除用户 弹出提示框“确定要删除该记录吗？删除后不可恢复！”点击确认后才可删除用户 相同 2 修改用户信息 弹出框预加载用户信息，修改后点击提交才可修改成功 相同 3 输入框无输入 提示框“请输入您的账号！”“请输入您的密码！” 相同 4 修改用户 弹出框输入新密码后直接返回登录页面 相同 表8. 修改用户信息测试表 4.3. 系统界面展示 超级管理员和普通用户使用的是同一个登录界面，如图9所示，登录成功后通过判断用户的账号类型来给用户展示不一样的信息。通过在前端的JS做一些限制可以保证用户只能输入数字或者字母作为账号，防止误输入账号。这样做可以很好地保证系统的安全性。同时系统还有记住密码的功能，默认在每次登录的七天内给用户保留账号密码，提供了很好的便利性。 教师信息模块包括了一个教师信息展示与修改页面的二级模块和其他文件展示的二级模块。其中教师信息分为超级管理员和普通用户两种页面展示。在以普通用户的身份进入时可通过获取用户的账号类型跳转到对应的展示页面，普通用户只能查看系统有哪些用户，而且只能修改自己的信息以及密码。而超级管理员除了可以查看全部用户信息外，还可以对任何用户的信息以及密码进行修改。图10展示了超级管理员用户下的教师信息。 图9. 登录界面 图10. 超级管理员的教师信息展示 学生信息管理模块中有学生信息查询、学生成绩查询、学科竞赛获奖、学业警示情况、优秀毕业生展示、录取招生展示、毕业生就业率展示、论文发布等十个二级模块，而且可以下载学生的成绩单、分班级查询学生的信息，并对学生的相关信息进行统计分析。图11展示了该专业某届毕业生就业信息，根据本专业的数据进行统计、分析、展示。 图11. 毕业生就业率展示
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user: 5. 结语 本文运用JAVA语言和SSM框架，开发了一个高校教学科研质量管理平台。该平台一共设计了3个一级模块和21个二级模块，完成了超级用户和普通用户的使用场景，实现了教师基本信息、教学、科研成果以及学生的基本信息、学习、思想及就业等信息材料的搜集、管理、统计、分析等功能，实现了教学、科研相关材料的综合管理，实现了专业评估的对标性材料的整合。该平台在很大程度上改善了教师、学生零散材料管理、搜集、整合的效率，具有较大的应用价值及推广价值。但仍存在一些不足之处，有待后续进一步完善，具体优势与不足如下。 优势： 1) 前端采用Bootstrap前端框架，它对绝大多数的浏览器有着很好的兼容，如能很好的兼容Windows上的InternetExplorer浏览器。此外自适应的布局，保证了平台的美观与实用性。 2) 本平台使用SSM框架，且是基于xml进行配置，既保证了平台的性能，也体现出了平台可维护性和可拓展性。 3) 平台有着很好的权限管理方案，让平台的权限分配十分合理，同时保证了平台的安全性。 不足： 1) 在文件上传的模块之中还有一些不够人性化的地方，首先本平台暂时不支持上传、下载文件时的预览功能；无法调整缩略图的大小，致使一个页面显示的项目数目受到了限制。 2) 前端页面的交互方面存在一些问题，如搜索时没有待定搜索选项。 3) 在文件的下载测试时出现了少见的下载进度停止导致无法完成下载的情况，未能保证文件传输过程中的效率。
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user: 摘要 针对异构物联网中不同网络相互重叠、相互干扰和信道重叠等情况下的复杂频谱分配问题，提出了异构物联网中基于粒子群算法的频谱分配方法。考虑信道空闲状态、网络干扰状态和信道重叠状态，将总网络效益的最大化的频谱分配问题建模为非线性约束0-1整数规划问题，使用粒子群算法求解该问题。仿真结果显示，本文方法能够获得最优的频谱分配策略，相比随机的频谱分配方法，能够有效提高系统的总网络效益及平均频谱需求满足率。
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user: 1. 引言 在智能家居、农业和工业等各个领域中，物联网技术得到了广泛应用，丰富了人们的生活。然而随着物联网技术的发展，终端数量的“爆炸式”增长和人们对终端设备越来越高的服务质量需求，有限频谱资源正成为物联网技术的发展瓶颈 [ 1 ]。物联网中包含了多种不同类型的网络，这些网络使用不同的通信技术及无线频谱资源，构成了异构物联网 [ 2 ]。异构物联网的形成导致了新的问题，如不同网络覆盖区域会产生重叠，导致不同网络之间会产生干扰，各网络竞争使用同一信道等，这使原本就紧张的频谱瓶颈问题变得更加严峻。认知无线电技术为上述问题提供了一种有效的解决方法 [ 3 ]。认知无线电通过灵活地发现并动态使用频谱资源，有效地提高了频谱的利用率，缓解了频谱资源紧张的问题 [ 4 ]。 在物联网场景的频谱分配研究中，文献 [ 5 ] 采用频谱拍卖的方式将空闲频段分配给认知用户，有效地解决了频谱分配后传输性能低的问题；文献 [ 6 ] 提出了认知5G网络中物联网的多频带协作频谱感知和资源分配框架，以频谱感知的能量消耗最小化为目标，动态分配频谱资源。文献 [ 7 ] 在文献 [ 5 ] 基础上，提出了基于隐私保护的PP-SPEC双重拍卖机制的频谱资源分配方法，并设计了一套通用的隐私保护密文比较协议PIC，提高了拍卖过程的安全性。文献 [ 8 ] 提出了基于多臂老虎机算法的频谱分配方法，提高了频谱效率，提升了物联网性能。文献 [ 9 ] 提出了一种基于频谱交易的分布式物联网设备动态频谱接入方法，并使用了模式搜索算法来进行频谱分配优化，提升了频谱优化的性能。文献 [ 10 ] 提出了在相互干扰和资源竞争约束下的网络并发传输模型，然后用遗传算法来解决该多目标频谱分配问题，满足了频谱分配要求。文献 [ 11 ] 提出了两级动态频谱分配方案，在保证用户高移动性的情况下，提高了频谱资源利用率。但以上文献在对物联网进行频谱分配时，没有结合异构物联网特有的频带特性以及频谱感知得到的可用频谱信息，进行有针对性的频谱分配算法研究。 本文根据异构物联网中不同网络相互重叠、相互干扰和信道重叠等情况，研究针对异构物联网的频谱分配算法，通过引入信道粒度的概念，结合频谱感知的信息，综合考虑信道空闲状态、网络干扰状态和信道重叠状态等，合理分配可用频谱资源，以达到系统总网络效益最大和避免物联网间同频干扰的目的。
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user: 2. 系统模型 如图1所示，N个具有认知无线电功能的异构物联网，本文中简称认知网络，随机分布在一定区域内，它们可能是RFID网络、Bluetooth网络、Zigbee网络和WIFI网络等网络。由于邻近网络间覆盖范围可能有重叠部分，这些网络只能竞争式地共享使用M个不同带宽的信道，通过频谱感知技术，各网络可以知道哪些频谱已被使用以及网络的环境情况。根据实际情况，用二进制矩阵来表示信道相关信息和存在的干扰情况，即信道空闲矩阵 L 、网络干扰矩阵 C 、信道重叠矩阵 G 、信道分配矩阵 A 等，各矩阵定义及描述如下： 图1. 认知异构物联网场景模型 1) 信道空闲矩阵 L 用矩阵 L = { l n m | l n m ∈ { 0 ， 1 } } N × M 表示网络信道空闲信息，其中n代表认知网络序号， n = 1 ， 2 ， ⋯ ， N ，m代表信道序号， m = 1 ， 2 ， ⋯ ， M ，当 l n m = 1 时，代表认知网络n可以使用信道m，若信道m暂时被占用，则 l n m = 0 ，代表认知网络n无法使用信道m。用 L ( n ) = { 1 ≤ m ≤ M | l n m = 1 } 表示认知网络n当前所有可使用的信道集合。 2) 网络干扰矩阵 C 用矩阵 C = { c n 1 n 2 | c n 1 n 2 ∈ { 0 ， 1 } } N × N 表示各认知网络间的干扰信息，其中n 1 与n 2 都表示认知网络序号， n 1 = 1 ， 2 ， ⋯ ， N ， n 2 = 1 ， 2 ， ⋯ ， N ，当 c n 1 n 2 = 1 时，代表认知网络n 1 与认知网络n 2 存在干扰，反之 c n 1 n 2 = 0 。 3) 信道重叠矩阵 G 若待分配的总频谱资源宽度为F，如图2所示，由于异构物联网采用不同的无线通信技术，不同的通信技术可采用不同的带宽，设共有K种不同的带宽可供异构物联网使用，即可将F划分为K种不等的带宽信道，称为多粒度信道 [ 12 ]，设 B k c h 为第k种信道带宽， k = 1 ， 2 ， ⋯ ， K 。例如，根据物联网常用的无 线通信技术，信道带宽一般可以取0.25 MHz、1MHz、2MHz、5 MHz和20 MHz。设 M i = ⌊ F B k c h ⌋ 为每种信道宽度的可用信道数量， M = ∑ k = 1 K M k 即是信道总数量，用m表示信道序号， m = 1 ， 2 ， ⋯ ， M ， B m 代表 信道m的带宽。 图2. 信道粒度 用矩阵 G = { g m 1 m 2 | g m 1 m 2 ∈ { 0 ， 1 } } M × M 表示网络信道间的重叠状态信息，其中 m 1 和 m 2 代表信道序号，当 m 1 ≠ m 2 时，若信道 m 1 和 m 2 处于重叠状态，则 g m 1 m 2 = 1 ，反之 g m 1 m 2 = 0 ，当 m 1 = m 2 时，信道肯定为重叠状态，即 g m 1 m 2 = 1 。图2为信道粒度划分图，其中 Φ k 为第k种信道带宽的信道集合，根据信道粒度划分结果可得到信道间是否存在干扰情况。 4) 分配矩阵 A 和可行分配矩阵 用矩阵 A = { a n m | a n m ∈ { 0 ， 1 } } N × M 表示信道的分配状态，其中n代表认知网络序号，m代表信道序号， 当 a n m = 1 时，代表认知网络n分配到信道m，反之 a n m = 0 。由此可得认知网络n的信道总带宽可以表示为： e n = ∑ m = 1 M a n m × B m (1) 某一个确定的分配矩阵 A 可能并不是可行分配矩阵，需要满足以下两个条件：若认知网络之间存在干扰，则相同信道或重叠信道不能分配给这些认知网络，可用式(2)来表示。此外，若认知网络n的信道需求为 d n ，则分配给该认知网络的信道数应小于等于 d n ，可用式(3)来表示。 c n 1 n 2 × g m 1 m 2 × a n 1 m 1 × a n 2 m 2 = 0 ， ∀ n 1 ， n 2 ， m 1 ， m 2 (2) ∑ m = 1 M a n m ≤ d n ， ∀ n (3) 5) 网络效益矩阵 R 用矩阵 R = { r n m | r n m ∈ { 0 ， 1 } } N × M 表示各网络使用各信道的效益大小，其中n代表认知网络序号，m代 表信道序号。具体效益指标可根据情况自行选择为固定指标，如信道吞吐量、频谱效率和成本大小等，本文选取的指标为分配的带宽，效益大小用 r n m 表示。现若有一可行分配矩阵 A ，则频谱资源总和 U ( A ) 可表示为： U ( A ) = s u m ( R × A ) = ∑ m = 1 M ∑ n = 1 N r n m a n m (4) 若将频谱资源总和 U ( A ) 最大化作为目标，在式(2)和式(3)的约束下，求解最佳分配矩阵 A * ，该问题被描述为： A * = max A U ( A ) = max A ∑ m = 1 M ∑ n = 1 N r n m a n m s .t .   { c n 1 n 2 × g m 1 m 2 × a n 1 m 1 × a n 2 m 2 = 0 ， ∀ n 1 ， n 2 ， m 1 ， m 2 ∑ m = 1 M a n ， m ≤ d n ， ∀ n (5) 根据实际情况，频谱需求满足率(RS， requirement satisfactory)的最大化也常作为优化目标。平均频谱 需求满足率定义为 R S = 1 N ∑ n = 1 N e n d n ，其中 d n 为认知网络n的频谱需求。因此该问题可被描述为： A * = max A R S = max A 1 N ∑ n = 1 N ∑ m = 1 M a n m × B m d n s .t .   { c n 1 n 2 × g m 1 m 2 × a n 1 m 1 × a n 2 m 2 = 0 ， ∀ n 1 ， n 2 ， m 1 ， m 2 ∑ m = 1 M a n ， m ≤ d n ， ∀ n (6)