DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 正交试验设计 正交试验设计是研究多因素、多水平试验的一种设计方法。其优点是：部分代替整体，即从目标函数涉及的多水平因素的所有排列组合中，选取具有代表性的部分进行试验，这将大大节约计算时间并且不影响最终结果。例如：对于一个三因素三水平的试验，如果进行全面试验将会有27种组合，如果使用正交试验的话，仅需进行9次试验即可。如图2所示，立方体中所有27个交点即代表了27次全面试验，其中带标记的9个交点即为9次正交试验，可以看出，立方体每条线上点数一样，每个面上的点数也一样，每个点距离周边最近的点的距离还是一样，即9个交点是均匀分布于立方体内部的，也说明正交试验足以代表全面试验的情况。 在进行正交表设计时，应先确定表格的行数和列数，即因子个数和水平数；除此之外，还要考虑试验过程中可能出现的误差并预留处一定的空列，确定了行数和列数以后，正交表也就确定了，即 L n ( t b ) ，其中，L为正交表符号，n为试验的次数，a为水平数(正交表行数)，b为因素数+空列(正交表列数)。随后，把主要因素随机填入表格并使得正交表具有正交性、代表性以及综合可比性 [ 9 ] ，最终，设计方案就被 L n ( a b ) 确定了。在设计方案的基础上进行计算，所得结果一般用两种方法进行分析，即极差分析法和方差分析法，前者只需分别求得各因素同一水平对应的试验指标和，并对其求均值，通过比较不同因素间均值的差来分析敏感性的大小。这种方法虽然简单、易于操作，但是对于试验结果的差异具体是由因素水平不同引起的还是试验误差引起的而无从得知，也就是说，极差分析法最终求得的结果存在一定的误差，故本次分析将采用方差分析法。方差分析的基本原理就是试验的总偏差平方和由各列因素偏差平方和和误差偏差平方和组成。 在方差分析中，假设每一次试验独立进行且试验指标 y i 服从正态分布。现构造F检验的统计量，记： T = ( ∑ 1 n y i ) 2 ， y ¯ = T 2 n ， r = n a ， 图1. 回来峪滑坡地质剖面图 图2. 3因素3水平的均匀分布示意图 总偏差平方和： S S T = ∑ 1 n y i 2 − ( T ) 2 n (1)，其中， ( ∑ 1 n y i ) 2 n 被称为修正项。 因素偏差平方和： S S j = 1 r ∑ 1 a T i j 2 − T 2 n ， j = 1 ， 2 ， ⋯ ， b ， (2) 误差偏差平方和： S S e = S S T − S S j (3) 用 d f T ， d f j ， d f e 分别表示总自由度、因素自由度和误差自由度： d f T = n − 1 、 d f j = a − 1 、 d f e = a − 1 构造F分布， F = M S 因 素 / M S 误 差 ，其中， M S 因 素 = S S j / d f j ， M S 误 差 = S S e / d f e
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user: 4. 滑坡稳定的敏感性分析 4.1. 各因子之间相互作用 对于滑坡稳定的问题，工程上更多的使用稳定系数 F s 来直观的表征滑坡的稳定程度，根据回来峪滑坡的结构特征和工程地质情况，拟选用瑞典条分法来计算滑坡的稳定系数，由于滑体上深38 m的钻孔未揭露地下水，本次计算不考虑孔隙水压力的影响。瑞典条分法稳态函数如下： F s = ∑ ​ ( c ′ i l i + γ b i h i cos θ i tan φ ′ ) ∑ ​     γ b i h i sin θ i (4) 由上式可知：稳定系数的影响因子包括岩土体重度 γ 、粘聚力c和内摩擦角 φ ，边坡高度 h 、坡度 θ 。稳定系数分别对影响因子求偏微分可以得出各影响因子对稳定系数的敏感度 [ 7 ] ，记为 S 。 S γ = ∂ F s ∂ γ = − ∑ ​     c ′ i l i γ 2 ∑ ​     b i h i sin θ i (5) (6) S φ = ∂ F s ∂ φ = sec 2 φ ′ ∑ ​ cot θ i (7) 由式(5) (6) (7)得：岩土体重度 γ 的敏感度 S γ 与c、 φ 、 有关；粘聚力c的敏感度 S c 与 γ 、 θ 有关；内摩擦角 φ 的敏感度与 γ 、 θ 有关。它们的值均不是恒定不变的常数，而是与其它因子存在函数关系，也就是说，当其它因子变化时，相应的敏感度也会发生变化。 4.2. 正交设计表的确定及结果分析 对回来峪滑坡进行调查分析以及结合钻孔资料可知：滑坡稳定的主要影响因素有6个，包括岩土体重度 γ 、粘聚力c和内摩擦角 φ ，边坡高度h、坡度 θ 和爆破冲击的影响。根据式(4)确定其内在因素为岩土体重度 γ 、粘聚力c、内摩擦角 φ ；在爆破震动影响下，滑坡顶部存在小型崩滑的现象，碎屑物自然散落在坡体上，长此以往，滑坡高度会不断较小，但是坡度变化并不大，故滑坡坡度变化也不做考虑；爆破震动产生的冲击换算成震动加速度，用a表示；至此，可以确定外在影响因素为坡高h，震动加速度a。把每个因素水平数设为3，其中，岩土体内在因素的三个水平条件下的值为实验所测值；坡高h实际值为135米，其余两个值为推测N年后滑坡的坡高；震动加速度a为滑坡不同部位所测的3个峰值加速度，分别用来表示滑坡的平均震动加速度值。最终，可确定五因素三水平的正交表，因素水平表如表1所示。 由表1可知：对滑坡正交设计分析时，主要因子涉及到5个因素，每个因素水平数为3，表格设计要求留出一定的空列，空列的含义为因素之间相互作用对结果的影响，本次试验选取 L 18 ( 3 7 ) 正交表。把不同水平下的主要因素参数随机填入表格使其满足正交表的一般性质。稳定性系数可以直观的表达滑坡的稳定程度，本文基于geo-studio中的slope模块选取滑坡原型的概化剖面作为计算剖面，分别求得18种设计方案下的滑坡稳定性系数，以方案1为例，如图3所示，然后依次将计算所得值填入表格，得到结果如表2所示。 Table 1 Factor level tabl 因素 水平 重度 γ (kN/m 3 ) 粘聚力 c (kPa) 内摩擦角 φ (˚) 坡高 h (m) 震动加速度 a (m/s − 2 ) 1 21.5 34.7 23.3 125 0.1 2 22.8 39.3 27.8 130 0.15 3 26.2 44.6 32.1 135 0.2 表1. 因素水平表 图3. 方案1 的稳定性系数计算结果 Table 2 Orthogonal design tabl 方案 1(γ) 2(c) 3(φ) 4(h) 5(a) 6 7 稳定系数 1 1 1 1 1 1 1 1 1.201 2 1 2 2 2 2 2 2 1.251 3 1 3 3 3 3 3 3 1.280 4 2 1 1 2 2 3 3 1.044 5 2 2 2 3 3 1 1 1.082 6 2 3 3 1 1 2 2 1.607 7 3 1 2 1 3 2 3 1.071 8 3 2 3 2 1 3 1 1.469 9 3 3 1 3 2 1 2 1.067 10 1 1 3 3 2 2 1 1.327 11 1 2 1 1 3 3 2 0.987 12 1 3 2 2 1 1 3 1.390 13 2 1 2 3 1 3 2 1.311 14 2 2 3 1 2 1 3 1.448 15 2 3 1 2 3 2 1 1.232 16 3 1 3 2 3 1 2 1.160 17 3 2 1 3 1 2 3 1.137 18 3 3 2 1 2 3 1 1.285 表2. 正交设计表 利用式(5) (6)分别计算因素偏差平方和和误差偏差平方和。F检验临界值选择α分别等于0.01、0.05和0.1的值，将计算所得F分布值与临界值进行比较，若 F > F 0.01 ，称因素有特别显著影响；若 F 0.05 < F < F 0.01 ，称因素有显著影响；若 F 0.1 < F < F 0.05 ，称因素有影响，但不显著；若 F < F 0.1 ，则称因素无影响，分析结果如表3。 由表3可知：岩土体内摩擦角和爆破产生的加速度对滑坡稳定性影响特别显著；粘聚力对滑坡稳定性影响显著；滑坡高度和岩土体重度对滑坡稳定性影响甚微，几乎没有影响。从所得结果来看，在对滑坡治理过程中，要分清主次，首先，降低开矿爆破对滑坡的冲击影响；其次，再考虑降水入渗引起滑坡岩土体参数的改变。
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user: 5. 结论 采用正交分析法对影响回来峪滑坡稳定性的主要因子进行多因素敏感性分析，相对于全面试验，正交试验的工作量大大减少了，试验结果仍然可以代替全面试验的情况，因此，该方法具有自己独特的优点。回来峪滑坡稳定性主要受岩土体内摩擦角和爆破冲击的影响，在后期治理时，应有所侧重，以达到经济高效的目的。 Table 3 Results of variance analysi 因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 重度(γ) 0.002 2 3.692 F 0.01 = 18.00 无影响 粘聚力(c) 0.032 2 7.385 F 0.05 = 6.94 显著 内摩擦角(φ) 0.041 2 33.846 F 0.1 = 4.32 特别显著 高度(h) 0.003 2 2.308 - 无影响 加速度(a) 0.487 2 21.846 - 特别显著 误差(空列) 0.005 4 2.000 - - 表3. 方差分析结果
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user: 摘 要 随着电镀行业的快速发展，越来越多的电镀污泥导致生态环境日益恶化，使得电镀污泥的无害化和资源化处理成为研究热点。玻璃固化技术作为一种高效处理高危高毒性危险废弃物的方法，让电镀污泥的资源化利用和无害化处理成为可能。文中介绍了利用玻璃固化制备微晶玻璃、玻璃沙等新型建筑材料的研究进展，其中利用电镀污泥制备微晶玻璃具有较高经济价值、重金属固化稳定等优点，为电镀污泥资源化处理提供了有效解决途径。 关键词 :电镀污泥，玻璃固化，微晶玻璃 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/
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user: 1. 电镀行业概况 电镀是工业中广泛应用的基础工艺，电镀工业是我国重要的加工行业。2014年中国专业电镀厂的年总产值近300亿，年利润在15亿元左右。随着全球制造业和贸易的复苏，汽车和飞行器特别是电子行业的强劲需求将推动全球电镀行业的增长，预计到2020年全球电镀行业市场规模将达到1000亿元。 同时，电镀工业是当今全球的三大污染行业之一 [ 1 ] 。据估计，在电镀行业每年排放约4亿吨含重金属废水，富含重金属元素的电镀废水，在采用酸碱中和与絮凝沉淀法处理其中的重金属离子，再通过自然沉降或滤床使之与水分离之后，生成的固体危害物便被称为电镀污泥，是电镀行业的主要污染物之一。
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user: 2. 电镀污泥现状 由于电镀污泥富集了电镀废水中Cu、Ni、Cr、Zn等有害重金属元素，被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。其中的重金属元素具有易积累、不稳定、易流失等特点，如不加以妥善处理，任意堆放，这些重金属元素在雨水淋溶作用下 [ 2 ] ，将会沿着污泥–土壤–农作物–人体的路径迁移，并可能引起地表水、土壤、地下水的次生污染，甚至危及生物链，造成严重的生态环境破坏 [ 3 ] 。与此同时，研究如何资源化利用电镀污泥，并科学、安全地处置回收过程中产生的废水与废渣，一直都是国内外关注的热点。 作为一种廉价的二次可再生资源，电镀污泥对水土环境造成的环境污染问题已引起人们的极大关注，各国专家学者纷纷研究探讨该如何对其进行污染治理与综合利用 [ 4 ] 。如采用氨浸电镀污泥，然后用氢还原分别回收铜、镍和锌 [ 5 ] [ 6 ] ；用萃取法回收污泥氨浸液中的金属资源 [ 7 ] ；采用微生物净化法回收电镀污泥及废液中的铬和其它重金属等。这些研究成果在实践中都存在不同程度的缺陷和弊端，如工艺过于复杂、运行稳定性差，易造成二次污染等。目前关于电镀污泥的无害化与资源化处理产业还不成熟，其治理方式主要以焚烧、填埋、微生物分解的无害化处理及重金属回收为主 [ 8 ] 。
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user: 3. 电镀污泥的玻璃固化 传统治理方法无法有效处理日益增加的大量电镀污泥，并且会带来严重的二次污染问题，因此面对电镀污泥带来的大量环境污染问题，新型治理方法的研究迫在眉睫 [ 9 ] 。 玻璃固化也称熔融固化，是将待处理的危险废物与细小的玻璃质(如玻璃屑、玻璃粉)混合，经混合造粒成型后，在1000℃以上高温熔融下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保危险废物的稳定固化。由于固化体需要在高温环境中形成，因此高温熔炉工艺的发展是促进玻璃固化技术的重要前提。 目前，玻璃固化装置经过多年的研究和改进，不断更新和发展，玻璃固化技术经过四代熔炉工艺的发展，第一代熔制工艺是感应加热金属熔炉，一步法罐式工艺；第二代熔制工艺是回转炉锻烧+感应加热金属熔炉两步法工艺；第三代熔制工艺是焦耳加热陶瓷熔炉工艺；第四代熔制工艺是冷坩埚感应熔炉工艺 [ 10 ] 。 第四代冷坩埚玻璃固化技术克服了传统的玻璃熔融技术的限制，具有工作温度高、处理废物的范围广、使用寿命长、退役容易等优点，装置运行可靠、便于维护、自动化程度高、产品性能优良、总体成本也比较经济 [ 11 ] 。冷坩埚玻璃固化始于上个世纪八十年代，迄今己有二十多年的发展历史，是一种比较先进的熔融技术，也是当前各国研究的热点。 玻璃固化技术固化效果好，但能耗大，成本高，一开始被用来处理高剂量放射性废物或剧毒废物 [ 12 ] 。相较于其他固化技术而言，玻璃固化技术具有固化效果稳定、体积增量小、废物转化经济效益高等优点，是一种很有发展前景的废物固化处理技术。随着玻璃固化工艺的不断改进，以及新型玻璃制备技术的应用，利用玻璃固化技术处理电镀污泥，将固化体制成高经济价值的玻璃材料，不仅提高了对电镀污泥的综合利用率，扩大经济效益，还能减少传统处理电镀污泥带来的二次污染问题，为电镀污泥的综合处理提供了新方向。
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user: 4. 电镀污泥的玻璃固化研究进展 提升玻璃固化产品价值能有效促进电镀污泥的资源化处理技术的发展，微晶玻璃、建筑玻璃沙等新型玻璃材料经济效益高，产品附加值高，而玻璃固化技术是资源化处理危险固废的有效途径，所以利用电镀污泥的玻璃固化制备微晶玻璃、玻璃沙等新型建筑材料是国内目前的研究热点。 微晶玻璃是由非晶态无机材料经过控制热处理温度而得到的含有封闭孔或连通孔的微晶结构的新型材料 [ 13 ] 。 微晶玻璃既具有玻璃的基本性能，又集中了陶瓷的多晶特征，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。利用固废制备微晶玻璃装饰材料，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的装饰材料，而且还为固废的资源化处理提供一种新途径，是天然石材的优良替代品 [ 14 ] 。 Binhussain等 [ 15 ] 利用火电厂飞灰、冶金渣为主料添加廉价的天然矿物，通过一次烧结形成的陶瓷与烧结-析晶形成的微晶玻璃相结合获得双层微晶玻璃，具有密度小，耐磨和强度高的特点，可用做建筑外墙面板。 樊涌等 [ 16 ] 利用污泥焚烧灰渣中含有大量氧化硅以及一定量重金属的组成特点，将其作为成分调节剂、晶核剂及助熔剂，在未添加任何化学制剂的条件下与冶金高炉渣协同制备了具有良好力学性能和化学稳定性的污泥–高炉渣微晶玻璃，既发挥了固体废弃物的性能优势，有降低了生产成本，为废物综合利用和环境保护开辟一条新的途径。 张深根 [ 17 ] 等人利用电镀污泥、垃圾焚烧灰等不同危险固废以及废玻璃、玻璃砂等玻璃原料制备微晶玻璃，根据一种及一种以上的危险固废与一种及一种以上的玻璃原料形成不同添加比例的配方，通过混料、熔化、压延、核化、晶化、退火的工艺流程，制备出含重金属微米级微晶均匀分布于玻璃体的微晶玻璃，并且该微晶玻璃强度高、硬度大、结构致密、耐酸碱腐蚀、耐磨、安全无毒，重金属固化效果好，经济附加值高。 电镀污泥中大量存在的氧化硅和一定量重金属可以作为成分调节剂、晶核剂及助熔剂，通过对微晶玻璃制备工艺的改进，还能不断降低玻璃固化的成本及能耗，制备得到的玻璃产品作为建筑材料，能得到较高经济效益。 丁玉静等 [ 18 ] 将重金属污泥、垃圾焚烧飞灰、危险废物焚烧飞灰、炉渣经干燥去除水分后，按一定比例混配均匀后得到混配料，将所述混配料送入高温熔炉内，混配料在高温熔炉内，经过变形、熔融、熔流的过程，从高温熔炉中流出，落入水温低于50℃水中，急冷碎渣，从而得到环保型再生玻璃砂。此专利制备过程简单，制备的环保型再生玻璃砂其理化性完全符合市政道路和建筑行业用材标准，可代替市政道路的矿粉、可制砖、可代替建筑墙体保温材料中的玻璃粉等。 殷衡 [ 19 ] 对污泥依次进行脱水处理和干化处理，降低污泥的含水率后将干化处理后的污泥粉碎研磨至100目，将研磨后的污泥与硅酸盐粉末按质量比1:0.5，在温度25℃~50℃、转速2400 rpm的条件下充分混合，得到混合粉末；在1700℃的条件下，对该混合粉末进行高温锻烧，污泥中的有机物完全碳化分解，残留的无机物最终形成玻璃形态固体颗粒。该工艺能够将难以碳化分解的有害物质固定于玻璃形态固体颗粒中，如重金属、砷化物等。玻璃形态固体颗粒样品按国家标准作毒性浸出实验，符合国家环保要求，可直接填埋。此专利工艺对污泥的来源、所含污染物的成分要求不高，适用于各种污泥能够实现对污泥的无害化、减量化、稳定化处理。 岳阳等 [ 20 ] 利用电镀污泥与生活垃圾焚烧飞灰协同熔融制备玻璃砂，首先将各生活垃圾焚烧飞灰按照质量比1:8进行水洗，使得飞灰中氯含量低于1 wt%，进行固液分离，然后将水洗后的飞灰与电镀污泥均匀搅拌混合，其中污泥与飞灰质量比为1:1.3~1.5，将所得混合物进行干燥处理后加入辅料在1300℃~1400℃熔融0.5 h，得到高温熔融体，所得混合物与辅料中的氧化硅质量比为1:0.05~0.15，所用的辅料为水玻璃或废玻璃渣，将得到的高温熔融体进行水淬处理，水温范围为30℃~50℃，得到玻璃渣，进行破碎处理，使其粒径小于5 mm，得到玻璃砂。将飞灰及电镀污泥中重金属成分包裹在玻璃相中，形成稳定的固化玻璃体，极大程度降低重金属浸出，达到了环境友好、污染治理的目的。 严建华 [ 21 ] 等人发明的陶粒配方以废玻璃粉和污泥为主要原料，以氟硅酸钠和硼砂之一为辅助原料，低温烧成污泥玻璃超轻陶粒，相比普通污泥烧制陶粒具有低能耗低成本的优点。配方中城市生活干污泥含量为20%~70%，废玻璃粉25%~75%，辅助原料2%~6%的质量配比进行配料，在300℃~600℃低温排炭，850℃~950℃烧成，所得到的超轻陶粒性能满足《轻集料及其试验方法GB/T17431.1-1998标准》。 此外，张静华 [ 22 ] 等试验以电镀污泥、粉煤灰作为主要原料，生活污泥和广西白泥作为添加剂，通过正交试验设计分析的方法，得到了陶粒制备的最佳成分配比和最佳工艺条件：电镀污泥含量25%，粉煤灰含量40%，生活污泥15%，广西白泥20%，预热温度500℃，预热时间15 min，焙烧温度1200℃，焙烧时间25min。 通过电镀污泥制备得到的玻璃砂应用在道路、建筑行业领域，适合大规模处理电镀污泥，且经过玻璃固化的电镀污泥中的重金属浸出程度极大降低，有效减轻了大规模处理电镀污泥带来的二次污染。 由于微晶玻璃的制备过程中需要控制热处理温度来获得所需的微晶结构，因而其在制备工艺上要求更为严格。此外，用来作为装饰材料的微晶玻璃在制备过程中，成型工艺更为复杂。而作为建筑材料的玻璃砂在制备过程中的热处理温度、成型工艺上更简单。因此在处理电镀污泥时，玻璃砂的生产成本会低于微晶玻璃，适合大规模处理利用，而微晶玻璃虽然生产成本较高，但是其各项性能优良，经济附加值更高，适合在更多领域受到广泛应用
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user: 5. 结语 本文主要综述了当前电镀污泥玻璃固化的一些研究与进展。通过玻璃固化工艺，充分利用电镀污泥的固废特性处理电镀污泥，是一种高效资源化处理固废的环保技术。 玻璃固化技术是目前国际上工业应用且发展比较成熟的危险废物处理技术，通过该技术处理电镀污泥可以有效制备得到玻璃砂、微晶玻璃、超轻陶粒等新型建筑材料，并且经该方法处理的危险废物已经被证明具有易于填埋，安全稳定等优点。但是现阶段广泛的商业应用还未形成，目前的生产工艺制备得到的玻璃产品尚且无法与市场上同类商品竞争。今后的研究方向应该向生产工艺、产品性能、产业化发展等方面进行，通过生产工艺的改进降低生产成本，提高产品各项性能，推动整体产业大力发展，由此才能解决电镀污泥的资源化处理难题，进一步提升我国环保工作水平。
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user: 摘 要 旗传递性是群作用在 2 - ( v ， k ， λ ) 设计上的重要性质之一。对满足一定条件的旗传递2-设计进行分类是一个比较有意思的问题。Dembowski已经证明了满足条件 ( v − 1 ， k − 1 ) ≤ 2 的旗传递 2 - ( v ， k ， λ ) 设计的自同构群 G 是本原群。据此，本文在条件 ( v − 1 ， k − 1 ) ≤ 2 下，研究自同构群旗传递且其基柱 S o c ( G ) 是五个Mathieu 群之一时的 2 - ( v ， k ， λ ) 设计的分类问题，得到了在同构意义下存在62个这样的设计。 关键词 :2-设计，旗传递，基柱，Mathieu群 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/
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user: 摘 要 针对某高拱坝利用有限单元法计算了自重整体施加、按梁施加、逐层施加三种情况，以及水压力和温度荷载作用下坝体的线弹性和非线性应力和变形，以等效应力及塑性应变来分析自重施加方式对坝体应力的影响。线弹性有限元计算结果表明，对于高拱坝自重不同的施加方式对坝底和坝肩的应力影响很大；非线性有限元分析也表明，自重不同的施加过程对坝体的塑性应变及塑性应变能也有很大的影响。所以，高拱坝实际的受力必须考虑坝体混凝土的浇筑过程，其计算结果才能客观地评价坝体的安全性，从而提高设计的可靠性。 关键词 :拱坝，有限元分析，施工加载模拟 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 拱坝是水工建筑物中一种重要的挡水坝，它以结构合理、体型优美、安全性高、经济性优越而被广泛采用。但随着坝体高度的增加，河谷地形、地质的复杂化及施工难度的提高，坝体的受力和工作状态越来越复杂，拱坝的安全性，尤其是高拱坝的安全性也越来越引起人们的关注。 坝体的应力水平是评价坝体结构安全性的一个重要指标 [ 1 ] 。拱坝结构的应力分析方法主要有拱梁法和有限单元法 [ 2 ] 。拱梁法属结构力学的方法，其力学模型有一定的简化，在坝体选型时常使用，但它无法分析坝体局部结构引起的应力变化，更难仿真坝体动态的施工力学过程。有限单元法属现代计算力学方法 [ 3 ] 。它适用于任意形状的拱坝，可以考虑复杂的地形、地质条件，可以考虑材料的塑性、开裂、流变等非线性行为，也可以很方便地模拟坝体的局部结构、混凝土浇筑顺序、横缝灌浆、温度控制、坝体蓄水等因素。所以有限单元法在拱坝的设计中得到了广泛地应用，对应有限元计算应力–等效应力的控制标准也已写入规范 [ 1 ] 。 早期，用有限单元法来计算坝体应力时，自重、水压力、温度等荷载常在坝体上一次施加，并不考虑实际的受载历程。实践表明，对于低拱坝如此加载计算的结果与实际相差不大，但对高拱坝可能会带来很大的误差，从而严重影响对坝体安全性的评价。模拟坝体施工过程的分析人们已做了较多的工作 [ 4 ] - [ 12 ] ，对自重加载模式的研究较为详细的文献有 [ 6 ] 和 [ 10 ] 。文献 [ 6 ] 以小弯拱坝为例，利用有限单元法，模拟坝体的施工过程，计算拱冠梁坝踵部位的竖向应力，结果发现自重施加方式对应力的影响较大、横缝对自重及初次蓄水对应力影响并不大(8%左右)，得出的主要结论是：自重全部由梁承担过小地估计了坝体上游拉应力，而整体施加自重、水压力、计算得到的拉应力偏大。文献 [ 10 ] 通过计算坝体的主应力专门研究了自重加载方式对高拱坝的应力变形的影响，得到的结论主要是：不同的自重施加模拟方式对拱坝的应力场和位移场的影响较大，坝体的主拉应力和河床方向的位移对水平拱分层数相对于竖直分缝数目更为敏感，自重整体加载计算所得的主拉应力远大于其它自重加载方式。这些结论使我们逐渐认识了如何合理模拟坝体的自重加载过程，但还不够全面完整。一方面，文献 [ 6 ] 仅考察坝踵处的竖向应力，文献 [ 10 ] 仅考察坝体的主拉应力，拱坝是一个复杂结构，其最危险的部位并非一定在坝踵，主拉应力也仅是一个重要的评价指标；另一方面，有限元法计算的应力会受网格形状、大小、单元类型等因素的影响，且还能在一定程度上体现应力集中的现象；自重加载方案对坝体应力的影响规律可能与坝体体型有关。为此本文将以某高拱坝为例，借助ABAQUS有限元软件，计算坝体的应力，并进一步计算建基面上所有的等效应力，以此来分析坝体自重模拟的过程；在此基础上本文还考虑水荷载和温度荷载，进行非线性有限元计算，分析坝体的塑性区及塑性应变能，以求为工程设计提供一些有价值的结论。
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user: 2. 计算模型 2.1. 工程概况 某水电工程的拦河坝初步拟定为混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程880.5 m，最大坝高167.5 m。优化后的拱坝体形为坝顶中心线长度288.44 m，坝顶中心角93.789˚，拱冠梁处顶拱厚度10.0 m，最大坝高处坝底厚44.81 m，厚高比0.268。坝体内共布设15道横缝，分18个坝段。水库正常蓄水位高程876.0 m，设计洪水位高程877.5 m，校核洪水位高程878.5 m，淤沙高程779.5 m。拱坝工程所在地为荒漠型大陆性气候，气温日变化剧烈。夏季极端最高气温 41.3 ℃ ；冬季极端最低气温−36.4℃，坝址区多年平均气温为 7.7C 。气温年变幅温降 23.4 ℃ ，温升 17.8 ℃ ；库水表面多年平均温度 12.9 ℃ ，年变幅 14.3 ℃ ；库底水温 5.0 ℃ ；下游水垫塘年均水温 8.0 ℃ 。 2.2. 材料参数及模型 坝体采用C35混凝土。混凝土及岩体材料的力学参数见下表1，其中坝体横缝单元材料参数是参考其它工程及偏保守而确定的，它考虑了灌浆材料及横缝的结构。 线性有限元分析时，混凝土和岩体都采用满足广义虎克定律的线弹性材料模型；非线性有限元分析时混凝土与基岩均采用满足Drucker-Prager屈服准则的弹塑性材料，横缝采用满足Mohr-Coulomb屈服准则的弹塑性材料。 2.3. 计算荷载 计算荷载有自重、正常工况下上下游水压力、泥沙压力、温度荷载。自重按体力施加。水压力和泥沙压力按面力施加。坝体变温见下表2，它依据气象资料及规范 [ 1 ] 计算得到。 Table 1 Materials paramete 材料 容重/ kN/m 3 弹模/ GPa 泊桑比 摩擦系数 粘结力/ MPa 抗拉强度/ MPa 线胀系数/ /℃ 混凝土 24.0 22.0 0.167 1.4 1.6 1.6 8.0 × 10 −6 Ⅱ类岩体 26.0 24.0 0.23 1.25 1.35 Ⅲ类岩体 25.0 16.0 0.25 1.1 1.1 Ⅳ类岩体 23.5 8.0 0.3 0.75 0.65 淤沙 9.0 0.213 坝体横缝 24.0 20.0 0.167 0.8 1.0 表1. 材料力学参数 Table 2 Crown filling temperate and temperature change under normal water leve 高程/ m 880.5 860.0 840.0 820.0 800.0 780.0 760.0 740.0 720.0 713.0 封拱温度/℃ 9.0 8.5 8.0 8.0 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 设计温降/℃ Tm −11.86 −3.06 −2.55 −2.56 −1.98 −1.86 −1.73 −1.60 −1.10 −1.47 Td 0.00 −12.62 −9.64 −7.34 −5.88 −4.87 −4.05 −3.33 0.86 0.33 设计温升/℃ Tm 10.38 4.12 2.51 1.58 1.60 1.32 1.13 0.99 0.03 −0.53 Td 0.00 9.62 12.06 12.30 12.09 11.72 11.29 10.82 6.98 5.67 表2. 封拱温度及正常水位时的变温 2.4. 计算模型 图1为整体有限元网格，节点数100，951个，单元数91，744个。图2为横缝单元，采用薄层单元来模拟，单元厚度人为设定为2 cm。计算软件为通用商业软件ABAQUS，单元类型主要是8节点6面体单元，少量6节点5面体三棱柱单元。
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user: 4. 非线性有限元计算结果 本节通过非线性有限元分析来进一步认识自重加载方式对坝体的影响。坝体和岩基考虑材料的非线性，材料模型见上介绍。加载过程仍假定为首先自重(有3种方案)，然后是水压力和泥沙压力，最后是温度荷载，计算正常温降和温升两种工况。下表6给出了3种方案下坝体的最大等效塑性应变、塑性应变能、最大主拉和主压应力，为便于比较表中也同时列出线弹性有限元计算的最大主拉和主压应力。图9~11给出3种方案正常温降工况下坝体的等效塑性应变云图(对应温升情况的云图规律基本相同，故不再给出)。由表6可见，方案2的最大等效塑性应变比方案3约增加了40%，方案1约是方案3的2.8倍。从 Table 6 Maximum equivalent plastic strain and energy and principal stress of da 等效塑性应变 塑性应变能/J 非线性有限元主应力/MPa 弹性有限元主应力/MPa σ 1 σ 3 σ 1 σ 3 方案1 正常温降 1.04 × 10 −3 2.674 × 10 6 1.93 −10.66 6.93 −10.2 正常温升 1.03 × 10 −3 2.461 × 10 6 1.79 −12.13 5.44 −11.78 方案2 正常温降 5.34 × 10 −4 1.593 × 10 6 2.04 −11.24 6.70 −10.62 正常温升 4.76 × 10 −4 1.284 × 10 6 1.91 −12.75 6.24 −12.22 方案3 正常温降 3.75 × 10 −4 6.249 × 10 5 1.90 −10.60 5.25 −10.09 正常温升 3.54 × 10 −4 5.240 × 10 5 1.84 −12.11 4.81 −11.68 表6. 坝体最大等效塑性应变、塑性应变能、最大主拉和主压应力 图9. 方案1：正常温降坝体等效塑性应变 图10. 方案2：正常温降坝体等效塑性应变 图11. 方案3：正常温降坝体等效塑性应变 等效塑性应变云图看，方案1的塑性区主要发生在坝顶拱端部位，而方案2、3的塑性区主要发生在坝体中下部的上下游表面附近，且方案2的略大。方案1、2中坝体的塑性应变能分别约是方案3的4倍和2.5倍；由此可见，自重加载的方式对坝体塑性区的分布规律、塑性应变的大小及塑性应变能都有明显的影响。从线弹性有限元的应力看，最大主拉应力发生在方案1中(温降工况)，达6.93 MPa，最大压应力在方案2中，达12.22 MPa。与方案3相比主拉和主压应力分别约大30%和20%。考虑材料的非线性后，由于混凝土的屈服或开裂，坝体最大主拉应力明显减小，主压应力略增加。以上计算结果表明，方案1的加载对坝体的损伤最大，方案3最小；方案1会过高估计坝体的拉应力，尤其在坝肩上部，方案2会过高估计坝体的压应力。所以，为能真实反映坝体的工作状况，结构分析时应该考虑坝体自重的加载方式及材料的非线性。
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user: 5. 结语 本文就自重的3种施加方案，计算了坝体的线弹性有限元应力和等效应力，并进一步计算了非线性有限元应力，得到的主要结论是：对于高拱坝坝体自重的施加方式对坝体的应力、塑性区分布规律及大小都有直接的影响。自重整体施加会降低坝底部位的压应力，使抗拉要求偏保守，但更严重的可能会在坝顶拱端部位产生很大的拉应力，再遇到强温降工况其等效拉应力可能会很难满足规范要求，给设计带来很大的麻烦。自重按梁施加，尽管能提高坝底部位的压应力，但由于梁自重产生的弯矩有可能在上游建基面处产生较大的拉应力，无法满足规范要求。自重逐层施加时，坝体应力分布得到显著改善，尤其是最大拉应力会明显减小。 就本文的计算成果表明，对于高拱坝为得到坝体的可靠应力，计算时必须考虑实际的施工过程；同时，合理的施工过程可以改善坝体的实际受力，如本文的方案3就是一个比较好的施工过程。所以，研究一个合理、可行、高效、又能改善坝体受力的施工方案是很有实际意义的。本文研究的成果对其它拱坝的设计和施工都有一定的实际参考意义。
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user: 摘 要 本文首先概述了“优化遮荫改善夏暑乌龙茶品质的机理及关键调控技术”项目成果的研究背景及研究历程，接着简要介绍了项目研究思路、技术路线、主要进展和创新点，最后提出了项目研究所存在问题及未来研究方向。 关键词 :夏暑乌龙茶，优化遮荫，覆盖度，覆盖时间，抗旱，提质增产，创新点 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/
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user: 1. 引言 “优化遮荫改善夏暑乌龙茶品质的机理及关键调控技术”项目历经十多年的研究，于2011年10月通过成果评审(闽农科评字[ 2011 ] 42号，整体研究居国内同领域领先水平)，并获得了2011年度福建省农科院农业科学技术二等奖、2012年度神农福建农业科技三等奖、2013年度福建省科学技术进步三等奖。兹将该项目的研究背景、主要进展及未来研究展望概述如下，以供借鉴参考。
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user: 2. 项目背景及研究历程 2.1. 研究背景 2.1.1. 乌龙茶是福建第一大茶类，但总体制优率不高 乌龙茶是我国特种茶、第二大茶类，福建第一大茶类、2007年起占比逾50%。福建是乌龙茶的原产地、主产区和主要出口基地，其乌龙茶产量约占全国总量的80%，但总体制优率不高，仅约2成，这严重制约了乌龙茶生产和效益的进一步提高。究其原委，除了加工工艺复杂、技术难掌握外，主要成因有二，一是春茶自然品质虽好、量也大，但易受阴雨天或倒春寒影响，做不出好茶或导致减产；二是夏暑茶量大(占年产量的1/3以上) [ 1 ] 、质次。尽管采用了控温控湿做青技术、加工质量有所改善 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，但仍未能从根本上解决夏暑乌龙茶品质低劣的问题。 2.1.2. 夏暑乌龙茶品质低劣，不良天气是主要成因 进入21世纪后，乌龙茶生产与市场同步得以发展，受利益诱导，不单传统产区在极力发展，就连闽中及江浙、川渝、湘等非传统产区也在引种、推广，使得乌龙茶成了我国第二大茶类。加上全球气候温室效应加剧、变暖，夏暑乌龙茶绝对与相对量都在激增，而自然品质却在不断下降。 不良天气是造成夏暑乌龙茶品质低劣的主要成因。茶树为C 3 作物，生性喜温喜湿耐荫，对光强需求较低(夏暑季也仅为570~760 µmol/m 2 ∙s −1 )，而对光质要求却甚高 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。福建地处东南低纬度地区，常年日均光强超过茶树光饱和点、气温高于30℃的天数 逾100天，夏暑季常出现连续强光、高温、低湿的干热天气，不仅不利于茶叶自然品质的形成，还会引发茶树热、旱害，影响茶叶后续生产。因此，如何保障茶树安全越“夏”，并稳定提高夏暑茶品质，就成了乌龙茶生产中一个不容忽视且亟待解决的重要课题。 2.1.3. 已有研究表明，遮荫可改善夏暑茶园生境、茶叶品质 为提高夏暑茶品质和效益，国内外学者进行了诸多尝试，遮荫是主要措施。目前国内集中在绿茶生态遮荫(套种遮荫树和绿肥)上 [ 10 ] - [ 18 ] ，研究与实践表明，可明显改善夏暑茶园微域生境条件，促进树体氮代谢，改善新梢质地，降低酚氨比值，提高绿茶品质 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] 。但受套种树种及生态位调控技术的制约，生产上还难以大面积应用。覆盖遮荫上，研究报道的极少，未见有乌龙茶方面的，且覆盖材料多为稻草、薄膜。 乌龙茶鲜叶原料及加工工艺虽有别于绿茶，但遮荫所引发茶树生态生理生化的应变及其对产量的影响效应却是相同的，只是程度可能不同而已。茶园覆盖遮荫，操作简单，机动灵活，若技术可行，效益良好，那就比生态遮荫易推广应用。 综上，我们开展了乌龙茶园覆盖遮荫相关研究及应用。 2.2. 研究进程 在查阅国内外相关技术资料基础上，2000年暑季开展乌龙茶遮荫覆盖预试，并取得了成效(品质明显改善)；2001年申报立项了福建省自然科学基金项目“遮荫对夏暑乌龙茶品质的影响及其机理研究”(项目编号：B0110027)，2004年在安溪县茶科所现场验收，同年列为省农科院预试课题。随后先后承担了省农科教结合项目(2005~2006年)、省科技指导性项目(2005D066)、省科技计划重点课题(2007S0009)、省农科院青年基金项目(2009~2011年)和国家农业成果转化资金项目(2011GB2C400009)，开展夏暑乌龙茶园覆盖适宜遮荫度、适宜覆盖时间及配套加工技术研究、中试与示范。2011年10月28日，“优化遮荫改善夏暑乌龙茶品质的机理及关键调控技术”项目通过了成果评审，并分别获得了2011年度福建省农科院农业科学技术二等奖、2012年度神农福建农业科技三等奖、2013年度福建省科学技术进步三等奖。
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user: 3. 研究进展及创新要点 3.1. 项目总体思路 以遮阳网为覆盖材料合理设计乌龙茶园遮荫大棚，围绕品质和效益，通过不同遮荫度覆盖试验，从茶树生态、生理和生化等方面探讨遮荫效应及其对茶树生长、茶叶产量与品质和茶园土壤肥力的影响规律，研究提出获取产量与品质兼优的适宜遮荫度，探讨以某些重要的生态、生理和生化因子作为乌龙茶品质反馈因子的可行性；进而研究较佳遮荫覆盖时间、覆盖高度及配套加工技术，探讨茶园周年优化覆盖的可行性，形成遮荫覆盖技术体系；在茶区设点示范，通过多点、多品种、多年的示范、验证，不断完善研究成果，科学确定并提供区域品种相匹配遮荫覆盖技术方案，为大面积推广应用、调优产品结构提供科学依据和技术支撑。 3.2. 项目技术路线 项目技术路线如下图1所示。 图1. 乌龙茶设施覆盖遮荫研究技术路线图 3.3. 主要进展 夏暑乌龙茶不同遮荫度覆盖试验、中试及示范研究，取得了积极进展及明显成效。 3.3.1. 覆盖遮荫能显著改善夏暑茶园水热条件，完全避免茶树遭受热、旱害 [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] 试验结果表明，夏暑茶园覆盖遮荫能显著降温增湿，使茶树完全免遭连续高温干热天气所引发的热、旱害，保障茶树安全越夏、正常生长和后续生产。遮荫(30%~60%遮荫度)后，1) 树冠层5~8月份白昼平均温度、日极端最高温和温度日较差分别下降了1.47℃~4.29℃、3.95℃~7.26℃和3.33℃~8.44℃，白昼平均相对湿度、日极端最低相对湿度分别增加了4.31%~12.31%和3.27%~12.62%，相对湿度日较差减少3.58%~12.94%；持续高温干热天数明显缩短，白天温、湿度极端值出现时间推迟、历时较短。降温增湿幅度均随遮荫覆盖度的增大而加大。2) 地表日极端最高温及日较差分别下降4.56℃~13.44℃和4.53℃~12.80℃，土层温度明显下降、含水率明显提高。 3.3.2. 覆盖遮荫可优化叶片组织结构，增强夏暑茶新梢的持嫩性 [ 23 ] [ 26 ] [ 27 ] 覆盖遮荫能明显增强夏暑茶梢叶的持嫩性。遮荫后，1) 茶树叶片组织结构发生了明显变化：叶片及其表皮层、角质层和栅栏组织的厚度变薄；叶张变大、较柔软、韧性较强，叶面较平展；海绵组织厚度和栅/海比值变小，栅栏组织细胞小而长，排列较松散，层数较少；海绵组织细胞小而间隙大，下表皮气孔腔和气孔分布密度大。2) 夏暑新梢的含水率显著提高，其中夏梢1芽3叶含水率增加了4.57%~6.47%，暑梢1芽1叶、1芽2叶、1芽3叶分别增加了3.60%~3.80%、2.81%~3.10%和2.24%~2.78%。且增幅均随覆盖遮荫度的增加而增大。 3.3.3. 覆盖遮荫显著提高夏暑梢叶绿素总量及其a、b含量，明显降低a/b比值 [ 23 ] [ 26 ] 覆盖遮荫可极显著或显著提高夏暑梢叶片叶绿素总量及其叶绿素a、b的含量，其中夏梢叶绿素总量增加0.5983~0.7019 mg/dm 2 ，增幅达41.70%~48.92%；叶绿素a、b分别增加38.96%~47.25%和43.83%~54.58%，叶绿素a/b下降0.1042~0.1868；暑梢叶绿素总量及其a、b含量分别增加了52.38%~91.06%、50.94%~72.52%和67.98%~155.81%，叶绿素a/b下降了1.10~3.54；遮荫度越高，叶绿素含量增幅越大，叶绿素a/b比值越小。叶绿素含量及其增加量，夏梢 > 暑梢，但增幅叶绿素a均明显小于叶绿素b；叶绿素a/b，夏梢 < 暑梢。 新梢叶绿素含量的日变化及最高与最低值出现时间，因遮荫度和光照强度的不同而异。叶绿素总量及其a含量的日高峰值出现时间，呈随遮荫度增大而往后推移趋势。叶绿素b极值则相反。遮荫后新梢叶绿素总量及组成变化，利于夏暑茶产质的提高。 3.3.4. 适度覆盖遮荫可促进夏暑梢生长，显著提高茶叶产、质量 [ 23 ] [ 26 ] 夏暑茶覆盖遮荫后，由于降温增湿效应，新梢生长速率明显加快，梢长、节间长和叶面积增大，开采期提早(3~5天)，且随遮荫度增加而呈增大趋势；同时新梢萌发力、整齐度也得以提高，总体表现为45%、30% > 60%、0%。多年多品种不同区域试验与示范产量鉴定结果，适宜遮荫度处理(30%、45%)夏、暑茶增产1成至1倍以上。 连年品质鉴定结果，在加工工艺正常情况下，凡覆盖遮荫处理的夏、暑乌龙茶感官品质，成茶均没有“暑味”，香气和滋味的鲜爽度较高，香气较细腻幽长，苦涩味明显降低，适口性明显增强，感官品质得分均极显著(45%、30%遮荫度)或显著(60%遮荫度)优于对照处理(0%遮荫度)，提高1个等级以上。而对照成茶滋味浓涩、粗燥，缺乏鲜爽度，香气低劣欠细腻，大多年份“暑味”比较明显。 3.3.5. 适度覆盖遮荫可优化夏暑茶品质生化成分，增进品质 [ 23 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] 遮荫后，鲜叶和成茶的内含生化成分茶多酚、粗纤维和咖啡碱的含量明显降低，氨基酸含量明显提高，儿茶素品质指数得到提高，乌龙茶香精油及特征香气物含量明显增加，乌龙茶香气组份得以优化。1) 夏、暑乌龙茶鲜叶的茶多酚、儿茶素和苦涩味因子EGC的含量分别下降了2.59%~19.53%、8.62%~11.05%、2.14%~13.63%和3.09%~10.61%、11.17%~29.47%和12.76%~24.23%，儿茶素品质指数提高了54.13~84.87和167~682；2) 夏茶氨基酸含量提高了13.52%~60.00%，其中茶氨酸、苏氨酸和天门冬氨酸的总量增加了7.57% ~19.12%；3) 夏、暑乌龙茶的香气种类和香精油总量分别增加了25~40种和21.20%~38.85%。氨基酸含量随遮荫度增大而呈梯度增加，而茶多酚含量及酚氨比值的变化则恰好相反。 茶园覆盖遮荫，还可避免雨水直接冲击表层土壤，防止暴雨冲刷，减少径流量与速度，保持茶园水土。同时，能抑制行间杂草尤其是禾本科杂草生长。 3.4. 创新要点 1) 率先研究并提出了夏暑乌龙茶覆盖遮荫的适宜遮荫度(30%、45%)，能提高品质1个等级、产量10%以上，并完全避免茶树热旱害，从源头上较好解决了夏暑乌龙茶安全越夏、品质低劣和生产低效问题。 2) 系统探讨并揭示了夏暑乌龙茶优化遮荫抗旱提质增产的若干机理。首次定量观测分析了夏暑茶覆盖遮荫树冠层的水热变化，率先研究报道了不同遮荫度夏暑新梢的叶绿素含量、构成及日变化，以及含水率动态变化和叶片组织结构，多品种多年鉴定比较了不同遮荫鲜叶与成茶品质生化成分及氨基酸、儿茶素组成和香气组份的差异性，探讨了乌龙茶产质的反馈机制。明确了优化遮荫能：显著降温增湿茶园，缩小温湿度日较差及高温干热日持续时间与天数；显著增加新梢叶绿素总量尤其是叶绿素b含量、乌龙茶内含氨基酸、茶氨酸含量和香精油总量及芳香物种类，明显减少粗纤维、儿茶素尤其是苦涩呈味物EGC的含量，提高儿茶素品质指数；增强新梢持嫩性、萌芽力和整齐率。填补了遮荫研究领域的诸多空白，深化了优化遮荫的作用机理。 3) 率先研究提出了夏暑乌龙茶优化遮荫的适宜覆盖时间 [ 30 ] 、优质加工技术(一种夏暑乌龙茶的制备方法，发明专利授权号ZL 201310221545.0)和可调控伸缩遮阳网覆盖棚(一种茶园覆盖棚，为实用新型专利，201620677315.4)，为形成周年优化覆盖技术体系奠定了基础。
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user: 4. 存在问题及下步计划 4.1. 主要问题 已有覆盖遮荫研究，遮阳网是直接覆盖、固定于遮阳棚架上，直至一个茶季结束或不需要覆盖时下架，因此不会因环境因子变化而伸缩，难以有效调控茶园环境温湿度条件来更好地满足茶树正常生长和产质自然形成的需要，难以发挥最大功效，其负面作用主要有三：仅适用于夏暑秋高温干热季节茶园应用，使用效率不高，每年收盖遮阳网需花工；覆盖期间碰到连续阴雨天气，对茶树的负面影响较大；易受台风暴雨而损坏，使用寿命缩短。这样，相对生产成本就会较高，从而影响推广应用进程。 4.2. 未来展望 设施栽培是未来农业发展的趋势和方向。茶树是C 3 叶用经济作物，如何通过周年优化覆盖，在提质、免灾的同时提高产量，以增强茶园持续生产能力，是值得探讨并亟待解决的重要课题。 4.2.1. 茶园智能化覆盖设施研制 茶园生境因子因地因时而异，通过遮阳网进行周年优化覆盖调控，首先是茶园覆盖棚的遮阳网能因时制动，即能依茶园生境变化和所设定的环境技术参数而实时自动调控遮阳网的伸或缩。因此，研制遮阳网可伸缩、低成本、通用型的茶园智能覆盖棚，就成了实现周年优化覆盖的前提和基础。 4.2.2. 生境技术参数的优化配置 季别生境调控技术参数的科学设置是实现周年优化覆盖的关键。选择不同季别影响产质的生态主因子，以现有推荐较佳参数值为基准往两端设置梯度处理，通过同透光度、同高度不同处理比较试验，探讨形成各季茶园优化覆盖的环境主因子及其最佳参数值。 4.2.3. 周年优化覆盖技术的研究 探讨各茶季不同处理覆盖对茶叶产质等的影响效应，集成形成茶园周年优化覆盖技术及技术操作规范。
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user: 摘 要 多级天气分类是视频监控和智能交通等诸多潜在应用的基础和重要技术。大多数现有的天气分类方法只考虑天气晴朗或晴天多云的天气条件，并且主要集中在一个固定的场景，如大众旅游和交通情景。本文基于HSV图像色彩模型，主要对各天气现象图片的亮度进行分析和研究，进行亮度间的对比，比较其亮度值的平均值与方差，采用最近邻方法，对所选图像进行分类与识别，达到自动识别各类天气的目的。实验结果证实了此研究方法的可行性。 关键词 :天气分类，HSV图像色彩模型，最近邻方法，图像识别 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/
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user: 1. 引言 随着互联网技术与数字化的飞速发展，以及电子数码产品的普及，人们能够获取的数字图像数据已经越来越多 [ 1 ] 。图像作为一种表现直观、内容丰富的多媒体信息，在各行各业中也得到越来越广泛的应用，如数字多媒体图书馆、医学图像应用管理、卫星遥感图像等 [ 2 ] 。目前，图像处理方法的重要性源于两个主要应用领域：改善图示信息以便人们解释；为存储、传输和表示而对图像数据进行处理，以便于机器自动理解。 图像特征提取是自动识别图像的基础。获得高效的图像不仅可以降低计算复杂度，还可以准确地表述图像的原始信息 [ 3 ] 。目前，常用的图像底层特征包括颜色、纹理和形状等。此外，新颖合适的图像特征提取方法对别的领域如人工智能、模式识别等也会有一定的促进作用。因此，如何有效的提取低层视觉特征成为基于内容的图像识别中很关键的一个步骤，也成为图像识别领域研究的热点内容。 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，尤其是恶劣天气的现象的检测与识别提出了极为迫切的需求，同时在气象领域，对于天气现象的观测仍然依靠人工观测，天气现象信息的采集耗费了大量的人力物力，近几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 [ 4 ] 。 目前，计算机视觉领域中的大多数现有方法都是基于户外图像或视频中的天气明确的假设 [ 5 ] 。然而，不同的天气条件如雨，雪或烟雾会降低图像或视频的质量。这种影响可能会显著降低依赖于图像/视频特征提取或视觉注意建模的户外视觉系统的性能。因此，天气分类的应用很多，如天气条件的检测和观察，图像/视频分析，视频监控系统的可靠性改进。 本文基于光学图像处理技术，对晴阴雨雪气象的天气特征进行了提取并研究，为天气现象的自动观测提供光学技术、方法和手段。
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user: 2. HSV空间模型 HSV模型在1978年由埃尔维·雷·史密斯创立。 HSV色彩模型从CIE三维颜色空间演变而来，它采用的是用户直观的色彩描述方法，它跟孟塞尔显色系统的HVC球型色立体较接近 [ 6 ] 。只不过HSV色彩模型是一个倒立的六菱锥，只相当于孟塞尔球型色立体的一半(南半球)，所以不含黑色的纯净颜色都处于六菱锥顶面的一个色平面上 [ 7 ] 。在HSV六菱锥色彩模型(如图1)中，色相(H)处于平行于六菱锥顶面的色平面上，它们围绕中心轴V旋转和变化，红、黄、绿、青、蓝、品红六个标准色分别相隔60度。色彩明度(B)沿六菱锥中心轴V从上至下变化，中心轴顶端呈白色(V = 1)，底端呈黑色(V = 0)，它们表示无彩色系的灰度颜色。色彩饱和度(S)沿水平方向变 图1. 六菱锥色彩模型图 化，越接近六菱锥中心轴的色彩，其饱和度越低，六边形正中心的色彩饱和度为零(S = 0)，与最高明度的V = 1相重合，最高饱和度的颜色则处于六边形外框的边缘线上(S = 1) [ 8 ] 。 HSV模型通常用于计算机图形应用中。在用户必须选择一个颜色应用于特定图形元素各种应用环境中时，经常使用HSV色轮(如图2)。在其中，色相表示为圆环；可以使用一个独立的三角形来表示饱和度和明度。典型的，这个三角形的垂直轴指示饱和度，而水平轴表示明度。在这种方式下，选择颜色可以首先在圆环中选择色相，在从三角形中选择想要的饱和度和明度。 HSV模型的另一种可视方法是圆锥体(如图3)。在这种表示中，色相被表示为绕圆锥中心轴的角度，饱和度被表示为从圆锥的横截面的圆心到这个点的距离，明度被表示为从圆锥的横截面的圆心到顶点的距离。某些表示使用了六棱锥体。这种方法更适合在一个单一物体中展示这个HSV色彩空间；但是由于它的三维本质，它不适合在二维计算机界面中选择颜色 [ 9 ] 。 HSV色彩空间还可以表示为类似于上述圆锥体的圆柱体，色相沿着圆柱体的外圆周变化，饱和度沿着从横截面的圆心的距离变化，明度沿着横截面到底面和顶面的距离而变化 [ 10 ] 。这种表示可能被认为是HSV色彩空间的更精确的数学模型；但是在实际中可区分出的饱和度和色相的级别数目随着明度接近黑色而减少。此外计算机典型的用有限精度范围来存储RGB值；这约束了精度，再加上人类颜色感知的限制，使圆锥体表示在多数情况下更实用 [ 11 ] 。
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user: 3. K-邻近分类算法 K-邻近分类算法可以解释为有那么一堆已经知道分类的数据，然后当一个新数据进入的时候，就开始跟训练数据里的每个点求距离，然后挑选这个训练数据最近的K个点看看这几个点属于什么类型，然后用少数服从多数的原则，给新数据归类(如图4) [ 12 ] 。 最近邻分类的解释是：令 D n = { x 1 ， x 2 ， ⋅ ⋅ ⋅ ， x n } ，其中每一个样本 x i 所属的类别均己标记。对于参数样本点x，在集合 D n 中距离它最近的点记为 x ′ 那么最近邻分类规则就是把点x分为 x ′ 所属的类别 [ 13 ] 。
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user: 4. 基于HSV空间模型和K-邻近分类算法实验 4.1. 图像HSV模型的建立 在图像分类的过程中，我们之所以选择提取图像的主要特征，是因为直接处理原始图像得到的向量 图2. HSV色轮 图3. HSV圆锥体 图4. K-邻近分类算法示意图 维度不易分类。因此，提取图像的主要特征就成为了图像分类的关键。实际来讲，HSV分类是从两类问题的分类所提出的，但是现在我们所要做的工作是对多类图像进行分类，这就需要将两类的问题扩展到多类 [ 14 ] 。本文要通过三种特征将图5中四种天气图像分类。 表1反应了四种天气H、S、V三个通道的特征数据情况，其中H_avg表示色调均值；H_var表示色调标准差；S_avg表示饱和度均值；S_var表示饱和度标准差；V_avg表示亮度均值；V_var表示亮度标 图5. 晴、阴、雨、雪四种天气图 Table 1 Classification results of HS 序号 类别 H_avg H_var S_avg S_var V_avg V_var 1 晴 0.5330 0.1042 0.4828 0.2188 0.7977 0.1319 2 阴 0.4242 0.2128 0.1711 0.1348 0.5245 0.2126 3 雨 0.3863 0.1891 0.3672 0.1634 0.4011 0.2082 4 雪 0.4258 0.1866 0.1082 0.0970 0.7401 0.1786 表1. HSV分类结果 准差。本文共采用了800张天气图像，其中晴、阴、雨、雪四种天气中每类天气图像各200张用来提取图像特征，建立分类器，即四种天气已知样本库，分类结果如表1。 4.2. k = 1与k = 3时邻近法的比较 在4.1建立四种已知天气样本库的基础上，选取晴、雨、阴、雪四种天气图像各200张作为待识别图像样本库，经图像识别，k = 1时分类结果如表2，k = 3时分类结果如表3。 从实验结果来看，当k = 1时晴天的正确识别率最高，到达85%，雨天的正确识别率最低，为65%。k = 3时晴天的正确识别率最高，到达80%，雨天的正确识别率最低，为62%。可见k = 1比k = 3时的天气正确识别率要高。但是，从人们视觉的直观感受来看，阴天图像与雪天图像整体上都呈现白色，两种天气的亮度和饱和度大致相同，因此，无论是k = 1的情形还是k = 3的情形都存在将阴天天气错判为雪天天气的情况。