DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 实验结果 3.1. 黏膜大体形态评分分析 大体形态评分情况见表3。空白对照组大鼠结肠未见溃疡，结肠皱襞整齐；生理盐水对照组大鼠结肠可见明显的水肿，部分可见明显的溃疡；低剂量栀子组大鼠结肠溃疡水肿面积明显减少，水肿症状明显改善。中剂量温栀子组大鼠结肠溃疡较少，充血、水肿减少。高剂量温栀子组结肠水肿、充血情况不明显。SASP阳性对照组大鼠情况与高剂量温栀子组相似。 3.2. 病理切片结果分析 镜下肠道HE染色结果显示：空白对照组大鼠结肠的黏膜层、黏膜下层和肌层及浆膜层均完整，结肠各层结构清晰(如图1(a))；生理盐水对照组大鼠肠道黏膜上皮受损，黏膜及黏膜下层可见，腺体变形，排列紊乱，大量炎性细胞浸润，血管充血(如图1(b))；SASP阳性对照组、低、中、高剂量温栀子组大鼠肠道黏膜均得到改善，其中以SASP阳性对照组和高剂量温栀子组呈接近正常的组织像(如图1)。评分情况见表3。 3.3. 扫描电镜超微结构观察 扫描电镜观察结果显示：空白对照组可见许多结肠腺窝开口于黏膜表面(如图2(a))，表面衬贴具有微绒毛的单层柱状上皮和大量杯状细胞及吸收细胞(如图2(g))。生理盐水对照组结肠表面出现肿胀，肠腺开口周围隆起且形状不规则，腺管表面的界沟不明显(如图2(b))，黏膜中杯状细胞基本脱落且微绒毛稀疏，排列不整齐(如图2(h))。SASP阳性对照组结肠表面平滑，肠腺开口清晰(如图2(c))，表面有不同分泌周期的杯状细胞且微绒毛排列整齐致密(如图2(i))。低剂量温栀子组结肠表面较为平滑，肠腺开口略有变大(如图2(d))，表面有较多杯状细胞脱落且微绒毛排练较为稀疏(如图2(j))。中剂量温栀子组结肠表面平滑，肠腺开口清晰(如图2(e))，结肠表面微绒毛排列较为整齐且只有部分杯状细胞脱落(如图1(k))。高剂量温栀子组结肠表面较为平滑，肠腺清晰(如图2(f))，表面有不同分泌周期的杯状细胞且微绒毛排列整齐致密(如图2(l))。
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user: 4. 讨论 UC是临床上常见的一种反复发作、经久难愈的疾病，且与结肠癌关系密切。现代中医学将溃疡性结肠炎归为“泄泻”、“休息痢”、“肠癖”、“滞下”、“肠风”、“下血”、“脏毒”等范畴，对其病因、病机及分型有多种论述 [ 9 ] ，但其确切病因和发病机制迄今未明，多数学者认为，可能是遗传、环境和免疫等多因素共同作用的结果 [ 10 ] 。UC的发病机制可能是结肠黏膜局部免疫紊乱，同时伴有全身免疫功能失调 [ 11 ] 。本实验研究看到，温栀子治疗后，大鼠结肠溃疡坏死面积明显减少，充血、水肿明显 图1. 各组SD大鼠肠道病理结构变化(HE， ×100)。(a) 空白对照组，(b) 生理盐水对照组，(c) SASP阳性对照组，(d) 低剂量温栀子组，(e) 中剂量温栀子组，(f) 高剂量温栀子组 图2. 各组SD大鼠结肠表面绒毛及杯状细胞((a)-(f) ×1000， (g)-(l) ×5000) (GC:杯状细胞)。(a) (g) 空白对照组，(b) (h) 生理盐水对照组，(c) (i) SASP阳性对照组，(d) (j) 低剂量温栀子组，(e) (k) 中剂量温栀子组，(f) (l) 高剂量温栀子组 Table 3 Every group of SD rats’ general form and pathology score average ( 组别 动物数(只) 大体形态评分 病理组织学评分 空白对照组 8 0 0.13 ± 0.35 生理盐水对照组 7 2.29 ± 0.76 * 3.29 ± 0.76 * 低剂量温栀子组 7 1.14 ± 0.69 △ 1.29 ± 0.49 △ 中剂量温栀子组 7 0.86 ± 0.69 △△ 1.43 ± 0.53 △ 高剂量温栀子组 7 0.57 ± 0.53 △ 1.29 ± 0.76 △△ SASP阳性对照组 7 0.86 ± 0.69 △△ 1.29 ± 0.76 △ 表3. 各组SD大鼠大体形态病理学评分平均值( ) 注：与空白对照组比较， * P < 0.05，与生理盐水组较， △ P < 0.05， △△ P < 0.01 改善，结肠粘膜上皮表面微绒毛基本完整，腺上皮间连接紧密，腺杯状细胞修复，分泌增强。温栀子含有大量的环烯醚萜甙类化合物，栀子苷酸可显著加快肉芽肿形成和胶原蛋白合成，促进创面快速良好的愈合 [ 12 ] ，表明温栀子可以修复受损结肠上皮细胞，促进细胞功能恢复。研究证实杯状细胞参与了肠粘膜损伤表面细胞重建的过程，并起着关键作用 [ 13 ] ，实验结果表明温栀子可能通过加快杯状细胞的转化、增殖，颗粒分泌增加，分泌的粘液有很强的细胞保护作用，可明显减轻多种因子介导肠粘膜损害进而加快肠道粘膜重建和溃疡修复过程。 实验表明温栀子具有一定的止泻、抗炎、减轻肠黏膜损伤和修复受损细胞的作用，其作用机理可能与其清热利湿、泻火解毒、活血化瘀、去腐生新的功效有关 [ 9 ] ，对溃疡性结肠炎具有治疗作用，但不同剂量温栀子组大鼠愈合情况存在差异，其中以高剂量温栀子治疗组(32 mg/kg)效果较佳，与SASP阳性对照组疗效相当。综上，温栀子对大鼠溃疡性结肠炎具有明显地治疗作用，因此温栀子在治疗溃疡性结肠炎中显现出了潜力，或许是治疗溃疡性结肠炎新的靶点。
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user: 摘 要 为了解伊犁马消化道寄生虫优势虫种及消长规律，笔者采用寄生虫病原学(粪便)常规检查方法对100匹伊犁马进行1年的定点观察。结果显示：伊犁马消化道寄生虫总感染率为87.7% (87/99)，主要有马圆线虫、马副蛔虫、毛线虫、细颈三齿线虫、球虫、侏儒副裸头绦虫等虫种。其中马圆线虫感染率最高85.8%、毛线虫感染率次之79.9%、马副蛔虫感染率为第三74.7%，以上虫种为伊犁马消化道寄生虫的优势虫种。以上优势虫种在一年四季均能感染马匹，其春、夏、秋、冬季平均感染率分别为87.3%、81.2%、84.4%、74.7%，伊犁马消化道优势虫种感染率与季节有密切关系，马圆线虫春、秋两季感染率远高于夏、冬两季，而马副蛔虫春季感染率高于其他三季，毛线虫春、秋两季感染率略高于夏、冬季。建议马匹每年定期驱虫2~3次。 关键词 :伊犁马，消化道优势虫种，消长规律，研究
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user: 1. 引言 伊犁是天马的故乡，具有丰富的伊犁马资源，并具有得天独厚的草原优势。如今马匹养殖已成为农牧民增收、致富的主要经济来源，也成为伊犁州畜牧业的经济支柱产业 [ 1 ] 。伊犁马以草原放牧为主，利于寄生虫病的感染，尤其是消化道寄生虫病普遍流行，患病马高度贫血、消瘦、使役力下降、产肉、产奶等生产性能下降，甚至严重时衰竭死亡，给养马户造成的经济损失巨大 [ 2 ] 。对伊犁马消化道优势虫种的感染率、感染强度及消长规律进行初步调查，为寄生虫的驱虫工作起到一定的指导作用，也为马寄生虫病的综合防治提供科学依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验动物 昭苏军马场一连，自然放牧伊犁马100匹作为试验动物，(2015年3月至2016年3月，每月的15~20日，随机采集70~100匹马新鲜粪便。) 2.2. 方法：虫卵检查及计数法 2.2.1. 饱和盐水漂浮法 取5~10克粪便置于100~200 ml烧杯中，加入少量饱和盐水，用小镊子捣碎后，继续加入10倍的饱和盐水。充分搅和混匀，通过纱布过滤到青霉素瓶内，使液面稍高于管口，然后在液面上覆盖一盖玻片，静止25分钟后，小心地提起盖玻片，放在载玻片上镜检 [ 1 ] 。 2.2.2. 虫卵计数法 麦克马斯特氏计数法：取2克粪样，放于带有玻璃珠的烧杯中，加入饱和盐水58 ml，充分震荡混合，然后用吸管吸取粪液滴入计数室内，将计数室放于显微镜台上静置1~2分钟 [ 1 ] ，在镜下计数两个方格内的虫卵数并取平均值再乘以200即为每克粪便虫卵数(EPG)。
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user: 3. 试验结果 3.1. 伊犁马分布情况 伊犁马产于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州，中心产区在昭苏、特克斯、新源、尼勒克等县城。总数约10余万匹。产区位于天山北坡西段的伊犁河流域，地形东、北、南三面有高山环绕，伊犁谷地向西敞开，受西来湿润气流影响较大，降水丰富，气候温和，森林茂密，草场辽阔，马匹一年四季以自然放牧为主，并经常采用与牛羊混合放牧方式，为马寄生虫病的感染流行提供了有利条件 [ 3 ] 。 3.2. 伊犁马消化道优势虫种及感染率 经虫卵鉴定，发现伊犁马消化道寄生虫主要有马圆线虫、马副蛔虫、细颈三齿线虫、毛线虫、球虫和侏儒副裸头绦虫等六种。总感染率为87.7% (87/99)，其中马圆线虫感染率最高85.8%、毛线虫感染率次之79.9%、马副蛔虫感染率为第三74.7%，以上虫种为伊犁马消化道寄生虫的优势虫种。并2~3个虫种混合感染现象存在。详见表1，图1。 3.3. 不同季节伊犁马消化道寄生虫优势虫种感染情况观察 消化道优势虫种在一年四季均能感染马匹，其春、夏、秋、冬季平均感染率分别为87.3%、81.2%、84.4%、74.7%，其中马圆线虫在3月感染率最高为85.2% (81/95)，而在2月感染率为略低67.2% (59/87)，马副蛔虫5月份感染率最高为80.1% (76、95)，而10月份感染率最低25.5% (23/90)；毛线虫6月份感染率最高可达82.2% (70/85)，而12月份略低65.5% (57/87)；经统计分析，伊犁马消化道优势虫种感染率与季节有显著关系。马圆线虫和毛线虫春夏与秋冬两季感染率有显著差异(P < 0.05)，而马副蛔虫春季感染率显著高于其他三季(P < 0.05)。详见表2。 3.4. 不同年龄伊犁马消化道寄生虫感染情况 0~2岁马匹感染率为最高92%，3~5岁马匹感染率较低83%，均以马圆线虫、马副蛔虫、毛线虫为主要虫种。见表3。
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user: 4. 讨论 1) 此次调查结果显示，伊犁马消化道寄生虫总感染率为87.7% (87/99)，主要有马圆线虫、马副蛔虫、细颈三齿线虫、毛线虫、球虫和侏儒副裸头绦虫等六种。其中马圆线虫感染率最高85.8%、毛线虫感染率次之79.9%、马副蛔虫感染率为第三74.7%，这与李永畅 [ 4 ] 等调查结果基本一致。马圆线虫、毛线虫、马副蛔虫为伊犁马消化道寄生虫的优势虫种，其平均EPG分别为2200，1600和1400个/g。并2~3个虫种混合感染现象较严重。这与土源性寄生虫的生活习性与宿主动物的饲养管理有密切相关。应予重点防治。 2) 对伊犁马进行为期1年的跟踪观察发现，伊犁马消化道优势虫种感染率与季节有密切相关，消化道优势虫种在一年四季均能感染马匹，其中春、秋两季感染率高于夏、秋季节，并且不同的虫种在不同的季节感染率存在差异。建议，马匹每年驱虫2~3次，尤其在春、秋两季进行定期驱虫 [ 5 ] 。 3) 此次调查结果表明伊犁马消化道寄生虫感染与马匹年龄有关，0~2岁马匹感染率为91.4%，3~5岁马匹感染率为84.6%，幼龄马匹感染率显著高于成年马匹。这由于幼龄马匹免疫功能不健全、抵抗力较低。加之驱虫滞后有关 [ 6 ] 。 Table 1 The infection of the dominant species of intestinal parasites in Yili horse 感染虫体 检查数(匹) 感染数(匹) 感染率(%) 感染强度(EPG) 马圆线虫 99 85 85.8% 300~2200 马副蛔虫 99 74 74.7% 100~1400 细颈三齿线虫 99 51 51.5% 100~1000 毛线虫 99 79 79.9% 200~1600 球虫 99 15 15.1% 10~130 侏儒副裸头绦虫 99 5 5.05% 1~49 表1. 伊犁马消化道优势虫种及感染情况 Table 2 The infection of dominant species in different season 季节数 样品数 (匹) 阳性 (匹) 总感染率 (%) 优势虫种在不同季节感染率% 马圆线虫 马副蛔虫 毛线虫 春季 (3~5月) 95 83 87.3% 3月 85.2 (81/95) 76.8 (73/95) 82.1 (78/95) 4月 81.1 (77/95) 73.6 (70/95) 52.6 (50/95) 5月 82.1 (78/95) 80.1 (76/95) 75.7 (72/95) 夏季 (6~8月) 85 69 81.2% 6 月 68.2 (58/85) 70.5 (60/85) 82.2 (70/85) 7月 69.4 (59/85) 64.7 (55/85) 68.2 (58/85) 8月 72.9 (62/85) 62.3 (53/85) 65.8 (56/85) 秋季 (9~11月) 90 76 84.4% 9月 82.1 (74/90) 55.5 (50/90) 78.8 (71/90) 10月 77.7 (70/90) 25.5 (23/90) 75.5 (68/90) 11月 80 (72/90) 70 (63/90) 81.1 (73/90) 冬季 (12~2月) 87 65 74.7% 12月 68.9 (60/87) 55.1 (48/87) 65.5 (57/87) 1月 70.1 (61/87) 60.9 (53/87) 67.8 (59/87) 2月 67.8 (59/87) 62 (54/87) 71.2 (62/87) 表2. 不同季节优势虫种感染情况 Table 3 The infection of dominant species in different ag 年龄 检查数 (匹) 感染数 (匹) 感染率 % 优势虫种感染率% 马圆线虫 马副蛔虫 毛线虫 0~2岁 35 32 91.4% 94 (33/35) 74.2 (26/35) 85 (30/35) 3~5岁 65 55 84.6% 80.1 (52/65) 75.3 (49/65) 69.2 (45/65) 表3. 不同年龄优势虫种感染情况 图1. 伊犁马消化道优势虫种虫卵 4) 伊犁马消化道优势虫种感染强度大且多为混合感染。应予引起高度重视，实行科学放牧，筛选最佳驱虫药，增加驱虫次数，制定适合本地区的寄生虫病防治措施尤为重要 [ 7 ] 。
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user: 摘 要 本文对Sobolev方程提出了一个紧致差分格式。并用能量方法证明了该差分格式是以无穷模范数无条件收敛和稳定的，收敛阶为 。数值实验结果验证了理论分析的正确性。 关键词 :Sobolev方程，紧致差分格式，收敛性
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user: 1. 引言 考虑常系数Sobolev方程的定解问题： (1) (2) (3) 其中 为未知函数， 为终结时间， 为正常数， 、 、 分别为为源函数、边值与初值，且都是已知函数， ， 。 Sobolev方程是一个重要的数学物理方程，被用来描述流体穿过岩石或土壤及不同介质中的流体运动，土壤中湿气的迁移等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。由于实际问题中Sobolev方程的源函数、初边值或计算域会很复杂，故有效的求解方法是求其数值解。 关于二维常系数Sobolev方程定解问题(1)~(3)的数值求解，有很多这方面的研究。 [ 4 ] - [ 10 ] 提出了H1-Galerkin混合有限元方法、最小二乘Galerkin有限元方法、时间间断的Galerkin有限元方法、最低阶的半离散和全离散混合有限元方法以及有限体积元方法等来求解。对于求解Sobolev方程定解问题最有效方法之一的有限差分方法，罗振东等 [ 11 ] 提出基于POD (奇异值分解和特征投影分解)降阶外推差分算法。先建立全二阶Crank-Nicolson隐格式，再基于POD方法对C-N格式的降阶外推得到新的差分格式。此格式有效的减少了计算过程中的误差积累，提高了计算效率。但这些处理方法的时间及空间精度均不超过2阶。显然，对问题(1)~(3)研究高精度的数值方法有着重要的实际意义，但就我们的阅读所及，还未见这方面的研究。本文对问题(1)~(3)提出了一个紧致差分格式，证明了该差分格式的解以无穷模范数无条件收敛，且收敛阶是 。数值实验结果表明理论结果是正确的。在数值计算时，系数矩阵为三对角块矩阵，我们采用块三对角追赶法求解以提高计算效率。
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user: 2. 差分格式的建立 2.1. 一些记号 首先对区域 上进行网格剖分。引入 符号 。其中 分别表示空间步长与时间步长， 取整数。设指标集 。 设 为 上的网格函数，记 ，类似地定义网格函数 。 引入如下记号： 设 为 上的网格函数，定义范数： 类似的可以定义： 我们还用到： 2.2. 差分格式 在点 处考虑微分方程(1) (4) 由Taylor展开式 (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) 将(5)~(9)式代入(4)式得到： (12) 对(12)式左乘算子AB，再利用(10)和(11)，因算子A、B可交换，故有： (13) 即： (14) 其中 由(2)~(3)初边值条件，我们可以得到： (15) (16) 略去小量项 ，将 替换 ，得到定解问题(1)~(3)的紧致差分格式： (17) (18) (19)
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user: 3. 数值解的先验估计 引理1：设 为 上的网格函数，且 ， 或 ，则有： 。 证： 类似的 方向也有相同的结论。 引理2 [ 12 ] ：设 为 上的网格函数，则 。 引理3 [ 12 ] ：对于时间序列 和 ，任意的 。有： 引理4 [ 12 ] ：假设 是一个非负序列， ，并且非负序列 满足 那么 满足 。 定理1：设 为差分方程 的解，其中 ，那么 (20) 证：在差分方程两边分别与 作内积，得： (21) 其中 计算分别如下， 由引理1，有： (22) 由引理1，有： (23) (24) (25) 将(22)~(25)代入(21)，然后不等式两边同乘以 ，得： (26) 令 。则(26)式有： 递推之即得： 由引理3，取 ，有： (27) 又因为 。由引理1 故： 由上式及(27)式，有 将 移项，不等式两边再同乘以 ，有： 又由引理4，有：
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user: 4. 差分格式的收敛性与稳定性 定理2：设 为定解问题(1)~(3)的解， 为差分格式(17)~(19)的解，记 。 那么 证：式(14)~(16)减去(17)~(19)得到误差方程 (28) (29) (30) 由定理1的(20)式和引理2，则存在常数 ，有： 又由 故： 类似地，可以证明数值解的稳定性。 定理3：在定理2的条件下差分格式(17)~(19)的数值解依无穷模范数无条件稳定。
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user: 5. 数值算例 其中 ，定解问题的精确解 。 表1给出了取不同步长时数值解的误差 其中 。为了验证此格式收敛阶为 ，利用公式 Table 1 Errors of numerical solution and convergence rate of example at different step size 1/10 1/100 6.2034e-005 -- 1/15 1/225 1.2091e-005 4.0330 1/20 1/400 3.8649e-006 3.9645 1/25 1/625 1.5762e-006 4.0195 1/30 1/900 7.6298e-007 3.9795 1/35 1/1225 4.1095e-007 4.0140 1/40 1/1600 2.4137e-007 3.9851 表1. 取不同步长时数值解的误差及收敛比率 图1. t = 1时的精确解曲面(h = 1/20， τ = 1/400)与数值解曲面 图2. t = 1时的误差曲面(h = 1/20， τ = 1/400)与数值解曲面 计算出相邻两次取不同空间步长时的比率 。从表1中可以看出比率 接近4，从而验证了此格式的收敛阶为 。图1为算例 时的精确解曲面与数值解曲面 。可以看出此格式的数值解与精确解是吻合的。图2为算例 时的误差曲面 。进一步说明了此格式求解的准确性。
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user: 摘 要 本文研究了含有幂次的脉冲积分不等式，给出了未知函数的上界估计。利用此结果估计了脉冲微分系统的上界。 关键词 :脉冲积分不等式，未知函数估计，脉冲微分系统
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user: 1. 引言 Gronwall-Bellman型积分不等式是研究微分方程和积分方程的重要工具，通过对积分不等式中未知函数的估计，可以研究某些微分方程解的存在性、有界性、唯一性和稳定性等定性性质(例如，文献 [ 1 ] - [ 17 ] )。通过对脉冲积分不等式中未知函数进行估计，可以研究某些脉冲微分方程和解的一些性质。2013年严勇 [ 16 ] 研究了含有时滞的脉冲积分不等式 2015年米玉珍，钟吉玉 [ 13 ] 研究了含有未知函数的复合函数的积分不等式 其中， 是定义在 上的单调不减连续函数且当 时， 。 本文在上述研究成果的基础上，研究了一类含有power的脉冲积分不等式 (1.1) 其中， 是 上只有第一类不连续点 的非负逐段连续函数， 以及 都是给定的常数。
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user: 2. 主要结论 假设： 是定义在 上的连续函数，且 ; 是定义在 上的非负连续函数; 是常数。 定理2.1：具有第一类不连续点 的非负逐段连续函数 满足积分不等式(1.1)，则函数 有下面的估计式： 其中 证明：首先，我们考虑情况 ，任取 ，可得 令 (2.1) 则 为非负不减的连续函数，且 (2.2) 对式(2.1)求导，我们可得 (2.3) 令 则 ，由 中 ，得 ，对 求导，由(2.3)可得 (2.4) 由(2.4)得 (2.5) 令 ，则 ，(2.5)可变为 (2.6) (2.6)两边同时乘以 ，可得 (2.7) 从 到 积分(2.7)的两边，我们得到 (2.8) 由公式 和(2.8)得 (2.9) 令 等于(2.9)的右边，由(2.3)和(2.9)得 (2.10) (2.10)两边从 到 积分得 (2.11) 由(2.2)和(2.11)可得 (2.12) 由T的任意性，可得当 时有 (2.13) 当 时我们证明了估计式。 当 时，任意取定 ，对于任意的 ，不等式(1.1)变为 (2.14) 令 表示(2.14)的右边，且令 ，则 是单调不减函数，且有 (2.15) 两边关于t求导得 (2.16) 其中 ，(2.16)化为了(2.3)的形式，用相同的过程可得估计式为 (2.17) 我们证明了当 时估计式成立。 同理，对任意自然数 ，当 时，我们可以得到未知函数的估计式 (2.18) 综上定理被证明。
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user: 3. 在脉冲微分方程中的应用 本节我们用得到的结果给出脉冲微分系统解的上界估计。考虑脉冲微分系统 (3.19) (3.20) ， 其中： 是常数， 关于 ， 在 上连续。 假设(3.19)中 满足 (3.21) 其中 是 上连续的非负函数。 推论1：在条件(3.21)成立的情况下，系统(3.19)，(3.20)所有的解 满足估计式： (3.22) 其中 证明：脉冲微分方程(3.19)与(3.20)等价于积分方程 (3.23) 利用条件(3.21)，由(3.23)，可得 (3.24) 令 ，由(3.24)，我们可得不等式 (3.25) 我们看出(3.25)是(1.1)的特殊形式。且(3.25)中的函数满足定理2.1的条件，由定理2.1，我们可以推出 的估计式(3.22)。
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user: 摘 要 近年来，基于计算机视觉技术的行人检测方法一直是智能交通领域研究的热点问题之一。基于HOG和局部自相似(LSS)特征融合的行人检测算法在检测效果上优于传统HOG特征的行人检测算法，但是同时也存在如下挑战：1) 算法检测的速度不够快；2) 在遮挡面积过大的情况下，无法有效地进行处理。针对这些挑战问题，本文提出了一种使用BING特征、HOG-LSS特征和数据轨迹融合的行人检测优化框架，并通过对实验结果进行验证可知，检测效果优于HOG-LSS特征的行人检测方法。 关键词 :行人检测，BING特征，HOG-LSS特征，数据轨迹融合
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user: 1. 引言 行人检测，顾名思义，就是把图像或视频中出现的行人从背景中分割出来，并精确定位。近年来，基于计算机视觉技术的行人检测方法一直是智能交通领域研究的热点问题之一，除此之外，它还广泛的应用于智能监控领域，对视频监控场景区域内的可疑人物或事件进行检测、识别和报警，可以有效的阻止犯罪和异常事件的发生。另外，行人检测在人机交互、虚拟现实、医学图像、机器人视觉导航等也应用非常广泛。 目前，行人检测方法主要有背景差分和帧间差分的行人检测方法、模板匹配的行人检测方法、基于光流的行人检测方法以及基于机器学习的行人检测，由于利用机器学习的思想来解决由环境变化、行人衣着和形态变化给检测带来的影响，所以这种行人检测方法已经成为视频行人检测领域中最活跃的主流研究方向，它主要包括特征提取和机器学习两部分。2005年，Dalal [ 1 ] 等提出了梯度方向直方图(histograms of oriented gradient， HOG)特征和支持向量机(support vector machine， SVM)分类器的行人检测方法，并试验中取得了很好的表现，但是对于遮挡和复杂背景下的行人检测效果差，所以随之又有一些新的论文的出现 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，比如局部自相似(local self-similar， LSS)特征 [ 5 ] 就是通过捕捉图像颜色自相似性、边缘特征和重复模板以及复杂的纹理来计算两幅图像的相似性。在行人检测上的分类器主要有SVM和AdaBoost两种，Maji [ 6 ] 等采用了一种新的核SVM方法来检测行人，叫做直方图交叉核SVM (histogram intersection kernel support vector machine， HIKSVM)，这种方法不但可以快速检测到行人，并且检测精度还有提升。朱文佳等提出了一种Gentle Adaboost的分类方法，且成功地应用到行人检测上。种衍文等 [ 7 ] 提出的采用多特征结合Adaboost和SVM的两级行人检测算法，也取得了不错的效果。 但是，由于原有的算法存在速度不够快且无法有效的处理遮挡等问题，所以本文提出了基于BING (binarized normed gradients， BING)特征 [ 8 ] 和HOG-LSS特征的数据轨迹融合的行人检测优化框架。实验证明，该框架不仅能改进现有的行人检测算法的检测性能，还能大大提高检测速度。
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user: 2. 本文的行人检测框架与以前框架对比 如图1所示，传统的行人检测框架是直接利用行人检测算法(HOG-LSS)对输入图片进行检测，再输出结果。但是，如图2所示，对于使用BING特征和数据融合的行人检测优化框架针对HOG-LSS速度不够快的问题，可以优化成三个步骤：1) 首先，使用BING进行粗检测，在保证精度的前提之前快速过滤 掉大部分候选窗口；2) 其次，再使用HOG-LSS进行精确检测，在去掉大量候选窗口之后，能够减少窗口检测数量；3) 最后，使用轨迹融合的方法，将属于同一个目标的多个轨迹片段融合在一起，并且依据完整轨迹更新检测结果。
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user: 3. 本文的行人检测特征 3.1. BING特征的使用 传统方法的目标检测和行人检测大都是使用滑动窗口(图3)，先学习大量的样本，以获得学习结果，然后用不同的框遍历需测试的图片，并将遍历的框中内容依次与学习结果比对，再确定框中是否存在此物体。对于一副大小为 的图片来说，可能的子窗口就有 个，从算法本身来说，这就极大限制了目标检测系统的实时性。但是如果基于一种先验知识——人是一种具有封闭性特点的“物体”，就可以快速的从 个窗口中过滤掉绝大部分，然后再用特征和分类器对剩余的窗口进行行人检测，就可以在保证精度的同时，提高检测的速率。 人们观察事物都有一个习惯：先粗看，再细看。粗看是分辨视野中是否有物体，快速过滤掉视野中大部分的其他部分窗口，得到一个相对较小的窗口集合，细看则是仔细分辨物体是什么，并且在图片或视频帧中，物体对象是具有良好的封闭边界，而背景则是杂乱无章的。行人检测就是在图片或视频帧中检测哪些位置出现了人(如果把人也看作是一种“物体”)。BING检测就是这样一种“粗略检测”的方法，先将目标的大概位置检测出来，这是提速的过程。在Cheng [ 8 ] 提出的BING目标检测中，将训练图像采 图1. 传统的行人检测框架 图2. 本文的行人检测框架 图3. 左图为滑动窗口方法，右图为一般普通物体检测方法 集若干个窗口并调整为 的大小，提取BING特征，然后将 的矩阵向量化为64维的特征向量，用SVM分类器进行训练。 Cheng [ 8 ] 的方法之所以会有如此快速的检测表现，主要是由于有以下三个特点：1) 大胆地将图像缩小为36种大小不同的图像，然后用 的模板进行匹配，使其在滑动图像匹配时少了数倍，并且物体的结构轮廓信息存在，所以不会影响检测结果；2) 特征维数低，只有64维；3) 将特征二值化，64维的特征值刚好可以使用一个64位(int64)的整型数据结构来存储，从而可以使用二进制的位处理大大加速运算。 本文的行人检测算法使用Cheng [ 8 ] 的BING特征对输入图片进行粗检测，与Cheng [ 8 ] 的“一般物体”的检测有所区别：1) 训练的正样本集不同，本文训练的正样本集只包含行人的图片集；2) 行人具有固定的高宽比，因此不必考虑过多的高宽比变化。 3.2. HOG-LSS特征的使用 HOG特征是一种常用于计算机视觉与图像处理中进行物体检测的特征描述器，它的步骤是1) 首先将图像分成联通的区域(cell)；2) 然后收集cell中每个像素的梯度构成方向直方图；3) 再将直方图组合成特征描述子。 LSS特征是用来捕捉图像间的自相似性，当存在小规模的形变的时候，LSS特征通过捕捉颜色、边缘、重复图样和复杂纹理的自相似性，从而匹配图像。 利用LSS特征的这种自相似性，再结合HOG特征，来辅助区分行人和非行人目标，从而可以降低误检漏检率。本文采用串行特征组合方法，形如式子(1)所示： (1) 式中， 表示HOG特征， 表示LSS特征。将LSS特征作为辅助检测，与HOG特征在降维后融合，从而在不增加计算量的基础上能降低传统算法的误检漏检率。
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user: 4. 数据融合 本文的数据融合也称为轨迹融合，它是为了解决这样的问题：对于一组轨迹片段，这组轨迹片段长度各不相同，且没有目标的外观信息，我们解决的目标是将属于同一图片目标的轨迹融合在一起。此处有三个挑战：1) 目标遮挡；2) 缺乏外观信息；3) 目标和摄像机的移动。为了解决这些挑战，我们可以将数据融合问题看成是一个广义线性分配的问题(Generalized Linear Assignment， GLA)，使用动态相似性来求解。 4.1. 广义线性分配(GLA)问题 假如给定N个轨迹片段 ，线性分配(LA)可以看作是如下的优化问题： 其中， (2) 其中， 表示轨迹片段 和 之间的某种相似度(后面介绍具体的相似性计算方法)，所以P是一个前驱–后继矩阵，表明其中相邻片段之间的相似性。例如，当 不可能是 的后继片段时，P可以表示为 ；当 可能是 的后继片段时，P表示为大于0的数字。优化变量 表示当 时， 是 的前驱轨迹，这样的轨迹将会合并在一起。 由于式子(2)中使用的条件 [ 9 ] 是必须使得每个轨迹片段分配一个前驱轨迹和一个后继轨迹，为了避免这个要求，本文使用GLA的另一个式子(3)，如下： 其中， (3) GLA与LA的主要区别就是，在GLA中，并没有强制规定每个片段必须与其他轨迹片段结合起来，但是却导致了两个重要结果：1) 避免设置源节点和学习轨迹的入口和终止概率；2) GLA是一个NP完全问题，解起来比LA复杂。但是，在非常弱的约束条件下，这个问题可以用文献 [ 4 ] [ 10 ] 中的softassign算法来求解。 4.2. 基于动态的相似性计算 轨迹片段 由一组有序序列 组成， 。其中， 表示候选行人窗口中心点的坐标s表示轨迹片段的开始时间，e表示轨迹片段的结束时间，并且轨迹片段的动态性可以用线性回归来表示： (4) 在没有噪声的情况下， ，其中， 表示矩阵的秩， 是一个 列的汉克尔(Hankel)矩阵： (5) 所以轨迹片段 和 之间的基于动态的相似度 可以用如下的公式来表示： (6) 式中， 表示轨迹片段 和 之间的联合轨迹， 表示轨迹片段 和 之间的间隔轨迹。式子(6)表示，如果两个轨迹片段 和 是属于同一个目标的轨迹，则他们的联合轨迹可以通过低秩的线性回归来表示；相反，如果两个轨迹片段属于不同目标的轨迹，则他们的联合轨迹必须使用高秩的线性回归来表示。因此，如果 ， ，则 。相应地，如果两个轨迹片段 和 同属于一条轨迹，则有 ， ；同时，相反地如果两个轨迹片段 和 不属于一条轨迹，则有 ， 。
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user: 5. 更新结果 通过轨迹融合得到每个行人的完整轨迹之后，就可以用完整轨迹更新检测结果，这其中就包括推测行人位置以及修正检测得分两部分。 5.1. 推测行人位置 图4所示是某个行人的完整轨迹，由于遮挡等原因，在 期间行人检测器没有检测到该行人， 图4. t 3 时刻行人位置推测 但是通过轨迹融合可以得到轨迹片段 和 属于同一条轨迹，因此我们可以依据在 和 时刻该行人的位置推测出 时刻该行人的位置。 (7) 其中， 表示t时刻该行人的矩形框。 5.2. 修正检测得分 如果一条检测轨迹上的候选窗口的平均得分越高，就越有可能包含行人，因为整体上来说，包含行人目标的窗口的检测得分比背景窗口上的检测得分要高。因此，可以使用如下的公式来修正检测得分： (8) 其中， 表示候选行人窗口的原始检测得分， 表示候选窗口中行人窗口修正后的检测得分， 表示轨迹中所有候选行人窗口检测得分的平均值， 是一个权重系数，这里取值为0.75。
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user: 6. 实验结果与分析 本文实验数据集采用的数据库是TUD-Brussels数据库和ETH数据库，这两个数据库都是视频中提取出来的连续帧，也是行人检测常用的数据集，吻合本文的需求。同时，本文采用评价标准是使用误检率和漏检率曲线，来衡量检测器的性能。其中，误检率表示分类结果为正例行人目标，而实际上为负例行人目标；而漏检率为测试集为正例但是判别为负例的数目/测试集中正例的数目。在误检率一定的情况下，漏检率越低检测性能越好；相反，漏检率越高检测性能越差。为简单起见，本文选取误检测率为 时的漏检率值来作为检测器性能的衡量。 表1是原始的HOG-LSS方法和本文的方法的检测性能和速度的对比。其中，“HOG-LSS”表示原始的检测器，“BING + HOGLSS + TRACK”表示本文的方法。从实验结果可以看出，对比于原始的HOG-LSS算法，本文的算法不仅可以大大提高检测速度，在提升检测性能上还有不错的表现。
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user: 7. 总结 本文在HOG-LSS基础上，提出了一种基于BING和数据轨迹融合的行人检测框架优化方案。该检测框架主要针对于HOG-LSS检测速度不够快而引入一个粗检测的过程，这种粗检测可以在保证检测精度的前提之下，快速的过滤掉大部分候选行人窗口，从而有效的减少HOG-LSS算法进行检测的时间。同时，针对检测算法无法有效地解决遮挡的问题，利用数据轨迹融合的思想，将属于同一个目标的多个轨迹片段融合在一起，依据完整的轨迹更新检测结果。从结果来看，实验证明本文的方法不仅可以大大提 Table 1 Comparison of experimental results for each classifie 检测算法 TUD-Brussels数据集 ETH数据集 速度(s) 漏检率(%) 速度(s) 漏检率(%) HOG-LSS 2.06 67.71 2.56 50.16 BING + HOGLSS + TRACK 0.14 64.32 0.15 45.21 表1. 各分类器实验结果对比 高检测的速度，还可以提升检测性能。在未来的研究中，将更加侧重于研究基于行人的运动轨迹建模，在进一步降低误检率和漏检率的基础上，进行行人识别跟踪和行人姿态方面等的研究。
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user: 摘 要 针对再入飞行器，提出一类新型的简洁的指令滤波反步法，设计动态的状态反馈姿态控制器。所设计的指令滤波反步控制器中，构建积分滑模滤波器逼近虚拟控制输入及其导数，避免传统反步法中复杂的解析推导过程，解决传统反步法中“计算爆炸”问题。在闭环系统中，采用输入状态稳定性和非线性小增益定理分析并保证闭环系统的稳定性和状态信号的有界性。最后，在仿真中验证了所提出姿态控制方法的有效性。 关键词 :再入飞行器，指令滤波反步法，姿态控制
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user: 1. 引言 再入飞行器可再入大气层且降落到指定的地点，经过简单的维修后，便可再次执行运载任务即可重复使用，极大地降低研发成本，提高运载能力，因此再入飞行器的研究受到国内外军事强国的高度重视。飞行器再入过程中，外界环境变化复杂，保证其可重复使用的关键是再入过程的安全稳定飞行，使得飞行器能够到达指定的位置。为了实现再入飞行器的安全稳定飞行，关键问题之一是姿态控制系统的设计。 近年来，已有学者采用非线性控制方法对再入飞行器的姿态跟踪问题展开研究：反馈线性化 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ，滑模技术 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ，轨迹线性化 [ 9 ] [ 10 ] ，Theta-D [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 等。由于在系统化的设计过程简单，同时可完成系统稳定性的证明，基于反步法的姿态控制已取得一定的研究成果 [ 14 ] 。然而传统反步法设计的控制器存在“计算爆炸”问题 [ 15 ] ，即在每一步的反步法控制器设计过程中，需要对虚拟控制输入求取解析导数，随着系统阶数的增加，控制器设计更加复杂。为此，已存在各种策略解决该问题：动态面技术 [ 16 ] ，基于Tikhonov’s theorem的指令滤波反步法 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。 在本文中，针对满足严反馈模型的再入飞行器模型，研究一类新型的指令滤波反步法技术，保证再入飞行器精确的姿态跟踪。在指令滤波反步法控制器中，设计滑模积分滤波器逼近传统反步法中虚拟控制输入及其导数，避免解析推导过程，从理论上有效解决“计算爆炸”问题。和 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 中的指令滤波反步法不同之处在于，本文采用输入状态稳定性分析和小增益定理 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] ，而不是设计一个候选函数保证闭环系统的稳定性。在闭环系统中，闭环系统中包括控制器和滤波器，且均满足输入状态稳定性条件，继而采用非线性小增益定理保证气动角对参考信号的有效跟踪和闭环系统的稳定性。 论文的结构如下，第二部分给出再入飞行器的运动方程，及系统满足的假设条件，第三部分设计指令滤波反步法姿态控制器，并讨论闭环系统的稳定性，第四部分仿真实例说明了所提出控制策略良好的跟踪控制性能。第五部分是结论。
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user: 2. 再入飞行器模型描述 通过拉格朗日方程推导再入飞行器X-33的非线性模型 [ 23 ] ，再入飞行器的姿态系统表征飞行器的旋转运动，其状态变量包括攻角、侧滑角、倾侧角和滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率。通过机载传感器可直接测量或者通过陀螺仪速率精确合理地估计飞行器的状态变量，因此假设飞行器的状态已知，可直接用于控制系统的分析和设计。假设传感器和执行器都是理想的，不考虑传感器和执行器的动态特性。 再入飞行器的运动动力学方程为： (1) 其中 分别为攻角、侧滑角和倾侧角， 分别是滚转速率、俯仰速率和偏航速率， 是控制力矩， 表示转动惯量。矩阵 分别定义为： (2) 将气动角 、欧拉角速率 、控制力矩 表示为向量形式： (3) 因此，运动动力学方程(1)可整理为： (4) 考虑到通道耦合和扰动力矩的影响，在模型(1)中引入不确定项，再入飞行器的运动方程可表示为严反馈的形式： (5) 其中， 是忽略姿态/轨迹耦合引入的不确定向量， 表示外部扰动力矩向量。 设计再入飞行器姿态控制器的目的是构建控制力拒 ，控制气动角 从初始条件 跟踪参考信号 ，同时闭环系统所有信号是有界的。 再入飞行器的严反馈模型(5)满足如下假设： 假设1：矩阵 满足 ，即 可逆。 假设2：对所有的 ，参考信号 及其一阶导数 是连续的、有界的。 假设3：假设不确定向量 和扰动力矩向量 是有界的，其上界分别满足 。
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user: 3. 指令滤波反步姿态跟踪控制系统 将再入飞行器的运动方程分为气动角和欧拉角速率两个子系统，通过虚拟控制输入控制气动角子系统，真实输入力矩控制欧拉角速率子系统。研究一类新型的指令滤波反步法，保证气动角对参考信号的稳定性跟踪，同时采用滑模积分滤波器逼近虚拟控制输入及其导数项，避免传统反步法中虚拟控制输入的解析求导过程，有效解决“计算爆炸”问题。闭环系统中包括互联的控制器和滤波器，两者均满足输入状态稳定性条件。即，控制器的状态跟踪误差相对于滤波误差满足输入状态稳定，同时滤波器的滤波误差相对于状态跟踪误差满足输入状态稳定，继而可采用非线性小增益定理保证闭环系统的稳定性。 3.1. 指令滤波反步法控制器设计 首先采用坐标变换： ，其中 是气动角子系统的稳定虚拟控制律。在气动角子系统中，设计反馈控制 ，并设计滑模积分滤波器逼近其导数项，进一步设计稳定虚拟控制律 ；在欧拉角速率子系统中，类似地设计真正的控制律 。 第一步： 气动角子系统中，跟踪误差动态满足： (6) 定义光滑的反馈控制 为： (7) 其中 抵消不确定向量 的影响。 将(7)式代入(6)式中，有： (8) 定义稳定虚拟控制： (9) 其中， 为正定矩阵， 用于逼近 。 因此， 满足： (10) 第二步： 在欧拉角速率子系统中， 满足： (11) 设计光滑的反馈控制为： (12) 因此，有： (13) 其中， 抵消扰动力矩向量 的影响。 定义控制力矩为： (14) 其中 为正定矩阵， 用于逼近 。 此时，欧拉角速率跟踪误差 满足： (15) 气动角和欧拉角速率跟踪误差可表示为： (16) 定理1证明状态跟踪误差子系统相对于滤波误差子系统 是输入状态稳定的。 定理1：在状态跟踪误差子系统中，状态向量为 ，输入向量为 ，该子系统是输入状态稳定的。 证明：选择Lyapunov候选函数为 ，沿着轨迹(16)的导数为： (17) 由完全平方式，有： (18) 因此， 的导数满足： (18) 其中， 且 是正定矩阵。 由完全平方式，有： (19) 定义 为： 则，有： (20) 即，若下式成立： (21) 则有 。 其中， (22) 且下式成立： (23) 因此，状态跟踪误差子系统是输入状态稳定的，且增益函数为： (24) 3.2. 滑模积分滤波器设计 在气动角和欧拉角速率子系统中，采用基于Lyapunov的滤波器逼近反馈控制 及其导数，避免解析推导过程。同时滤波误差子系统相对于状态跟踪误差 满足输入状态稳定性。设计一类改进的滑模积分滤波器： (25) 其中， 是正定矩阵，滤波器的初始条件满足 。定义 ，则系统(25)可整理为： (26) 其中 。 则滤波误差 动态满足： (27) 定理2.滤波误差子系统由状态变量 和输入变量 组成，是输入状态稳定的。 证明：对于 子系统，定义Lyapunov候选函数为： (28) 其沿着轨迹(28)的导数满足： (29) 若 ，则有： (30) 由完全平方式，可知： (31) 则对所有 ， 的导数满足： (32) 因此，滤波误差子系统相对于输入 是输入状态稳定的，且增益函数为： (33) 3.3. 闭环系统的稳定性分析 闭环系统由控制器和滤波器组成，且两者满足输入状态稳定性，继而采用小增益定理保证闭环系统的稳定性。 定理3：在假设1~3成立的前提下，针对再入飞行器X-33模型，指令反步法控制器和滑模积分滤波器所构成的闭环系统，对于有界的初始条件，只要控制器增益足够大，可保证系统输出跟踪误差收敛到零点附近较小的邻域内，且闭环系统的所有信号保持有界。 证明：定理1和定理2分别讨论了状态跟踪误差子系统和滤波误差子系统的输入状态稳定性，即存在类 函数 和 以及类 函数 和 ，使下式成立： (34) 根据小增益定理，若下式成立： (35) 即 ， 。 则对初始条件 和 ，有： (36) 即闭环系统是局部输入状态稳定的。由 的有界性，可保证 和控制信号M的有界性。至此，闭环系统所有信号保持有界。 特别的，响应 满足： (37) 若选择足够大的控制增益 和滤波器参数 ， 将收敛到零点附近小邻域内。 注：与传统反步法控制相比，本发明的指令滤波反步法控制可提供准确的姿态跟踪性能和控制性能，同时避免虚拟控制的解析求导过程，降低控制系统计算负担，缩短仿真时间。本发明设计的指令滤波反步法控制应用于再入飞行器，可保证再入飞行器中姿态对参考信号的快速精确跟踪性能。
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user: 4. 仿真实例 以再入飞行器X-33的非线性模型为对象，在MATLAB/Simulink平台中验证指令滤波反步法姿态控制系统的控制效果和跟踪性能。 再入飞行器非线性运动方程中，转动惯量取值为： 扰动力矩向量 取值为： 再入飞行器的初始条件为： 其中，向量 表示地心距、经度、纬度、飞行速度、航向角、航迹角的初始值， 是气动角和欧拉角速率的初始状态。再入段飞行过程中，攻角和倾侧角的参考信号由基于Legendre伪谱法的导航系统提供 [ 24 ] ，而侧滑角的参考信号设为零。 增加指令滤波反步姿态控制器的增益虽然可加快跟踪速度，但将降低系统的暂态性能，因此通过试凑获取合适的控制器增益。滤波器增益 也通过试凑调试获取，滤波器其他参数 对系统性能影响相对有限，取值略大于零。最后控制器和滤波器增益取值为 下文中给出指令滤波反步姿态控制和传统反步控制的仿真结果，以便比较两者的控制效果和跟踪性能。其中，图1为攻角参考信号和跟踪轨迹图，图2为攻角跟踪误差图，图3为侧滑角跟踪轨迹，图4为倾侧角参考信号和跟踪轨迹图，图5倾侧角跟踪误差图。图6~图8分别为滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率的跟踪轨迹图。由于侧滑角的参考信号设为零，侧滑角的跟踪误差等于侧滑角轨迹，因此没有给出侧滑角的跟踪误差图。仿真图表明，所提出的指令滤波反步姿态控制在较短时间内实现对参考信号的稳定跟踪，同时系统状态收敛于稳态值。尤其是，在整个机动过程中，图1~图5中气动角可快速收敛于参考信号，跟踪误差收敛至零。 与传统反步法相比，指令滤波反步姿态控制提供精确的跟踪性能。当仿真配置参数Slover设为ode45时，指令滤波反步姿态控制仿真时间大约是59 s，而传统反步控制需要482 s。仿真结果表明，所提出的 图1. 攻角参考信号和跟踪轨迹图 图2. 攻角跟踪误差图 图3. 侧滑角跟踪轨迹 图4. 倾侧角参考信号和跟踪轨迹图 控制方法可保证再入飞行器良好的气动角跟踪性能，同时避免传统反步方法中虚拟控制输入复杂的解析推导过程，缩短仿真时间，减轻控制系统的计算负担。 图5. 倾侧角跟踪误差轨迹图 图6. 滚转角速率跟踪轨迹图 图7. 俯仰角速率跟踪轨迹图
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user: 5. 结论 论文针对再入飞行器的非线性模型，设计一类指令滤波反步法姿态控制系统。综合输入状态稳定性，所提出的指令滤波反步法控制器有效解决传统反步法中“计算爆炸”问题。继而，采用非线性小增益 图8. 偏航角速率跟踪轨迹图 定理保证闭环系统中所有信号是有界的。在仿真中验证了所提出的姿态控制器为再入飞行器的机动飞行提供良好的跟踪效果。
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user: 摘 要 打复印机回收碳粉的积累已经成为一个潜在的环境风险，必须回收利用。采用回收碳粉作为沥青改性剂，按不同掺量制备改性沥青。通过对同掺量下不同温度、剪切速率、剪切时间的改性沥青进行针入度、软化点、延度等室内试验，得出最佳室内制备工艺参数。试验结果表明：1) 回收碳粉改性沥青室内最佳工艺参数为剪切温度150℃~160℃，剪切时间30 min，剪切速率3500~4500 r/min；2) 回收碳粉能改善基质沥青的高温性能，增强抵抗变形的能力，并降低感温性，但低温性能有小幅度降低；3) 为保证在提高沥青高温性能的同时而减小对低温性能的影响，建议回收碳粉添加量不应超过10%。 关键词 :道路工程，回收碳粉，改性沥青，制备工艺，技术性能试验
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user: 1. 引言 打印机是日常办公中最常用到的设备，大概有97.2%的人在工作中用到打印机。打(复)印机废弃粉末主要成分是碳粉，碳粉的主要成分不是碳，而是碳黑、树脂、磁粉和电荷剂等复合而成的材料。其中一些代用粉，大多数采用碳黑作为原料，都含有二甲基硝胺及多环芳烃系列等三、四号致癌物质。这些物质在燃烧时(300℃以上)会挥发出来，通过呼吸将直接被人体吸收，危害操作者的健康 [ 1 ] 。 沥青是一种成分复杂的高分子碳氢化合物，在温度与荷载作用下通常表现为粘弹性，在高温与紫外线照射下容易产生老化现象。改性剂的加入可以改善沥青混合料的路用性能，并且可以提高其抗老化、抗疲劳、抗低温开裂以及抗车辙等方面的性能。基质沥青与改性剂相容性的决定性因素是两者之间的界面作用，具体表现为聚合物的颗粒大小、极性以及分子结构，基质沥青的组分等因素。一般情况下，聚合物的分子结构、极性与沥青越接近，那么其与基质沥青的相容性就会越好，改性效果也越佳 [ 2 ] [ 3 ] 。 目前，国内外没有关于将废弃打印机回收碳粉作为改性剂的相关研究。但是中南大学姚辉等 [ 4 ] 将纳米碳粉加入基质沥青中进行改性，研究了其相关性能，并研究了纳米碳粉改性沥青混合料的力学和路用性能，结果表明纳米碳粉作为改性剂可以取得良好的改性效果，这为打印机回收碳粉的相关研究提供了一定的理论依据。根据回收碳粉的化学组成，可以考虑将其作为沥青改性剂。本文研究了回收碳粉改性沥青的制备和技术性能，为回收碳粉改性沥青路面应用提供依据。
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user: 2. 回收碳粉改性沥青制备 2.1. 试验材料 本文所用沥青为中石油齐鲁70号A级道路石油沥青，其基本指标和要求见表1。所采用的碳粉是从打印机硒鼓中倒出的回收碳粉，墨粉型号为理光MP1610。 2.2. 制备工艺条件 本研究采用的回收碳粉改性剂与沥青材料的性质有较大差别。为保证改性沥青具有较好路用效果， Table 1 Sinopec Qilu No. 70 A-class road asphalt test result 检验项目 试验结果 技术要求 试验方法 针入度(25℃， 100 g， 5 s) (0.1 mm) 74.4 60~80 T0604-2011 针入度指数PI −0.67 −1.5~+1.0 T0604-2011 软化点(TR＆B) (℃) 47.5 ≥46 T0606-2011 动力粘度(60℃) (Pa∙s) 189 ≥180 T0620-2011 10℃延度(cm) 37 ≥15 T0605-2011 15℃延度(cm) 大于100 ≥100 T0605-2011 蜡含量(%) 2.0 ≤2.2 T0615-2011 闪点(℃) 320 ≥260 T0611-2011 溶解度(%) 99.8 ≥99.5 T0607-2011 密度(15℃) (g/cm 3 ) 1.040 - T0603-2011 RTFOT残留物 质量变化(%) −0.12 ±0.8 T0610-2011 残留针入度比(25℃) (%) 61.8 ≥61 T0604-2011 残留延度(5 cm/min， 10℃) (cm) 7 ≥6 T0605-2011 SHRP性能等级 - PG70-22 - 表1. 中石化齐鲁70号A级道路石油沥青检测结果 采用室内聚合物改性沥青的制备工艺来制备改性沥青 [ 5 ] 。利用高速剪切仪器，可调式温控加热套，以及温度计来实时监控剪切过程中的温度。 从聚合物改性沥青的制备工艺当中可知剪切速率、剪切时间、剪切温度等对改性沥青的性能有很大影响 [ 6 ] 。所以，选择合理的制备工艺显得尤为重要。本研究通过将回收碳粉进行称量，每份8 g，共五份用。称取齐鲁70#基质沥青每份200 g，共五份备用，将五份盛有200 g的齐鲁70#基质沥青的器皿放入150℃的烘箱中加热30 min。然后分别确定剪切温度、剪切时间、剪切速率。 2.2.1. 剪切温度的确定 通过加热套将五份基质沥青温度分别控制在140℃、150℃、160℃、170℃、180℃，把已经准备好的回收碳粉分别掺入基质沥青中，边加入边进行剪切，剪切速率为4000 r/min剪切仪中剪切30 min后取出，分别测定其软化点、针入度、延度，以确定最适剪切温度，结果如图1所示。 由图1可知针入度随着剪切温度的升高而有降低的趋势。这表明提高剪切温度有利于加快体系中各种物理、化学反应的进程。较高的温度使得分子更加活跃，扩散作用效果增强，分子间相互作用的机会增大，溶胀和吸附作用增强，使得体系流动性下降、增稠作用明显 [ 7 ] 。在180℃的剪切温度下，针入度较小，也有沥青老化的原因，改变了沥青相的组分比例，从而影响了体系的流动性以及粘稠状况，致使针入度有所降低。 软化点随剪切温度的升高有增大的趋势。这表明当剪切温度升高时，沥青胶质分子与碳粉颗粒表面的分子相融的几率增大，沥青体系中高分子链运动需克服较大的运动阻力，这样就导致碳粉改性的软化点随之升高，而在170℃~180℃增大很明显，其实有沥青老化的原因 [ 8 ] 。 延度随剪切温度的升高有先增大后减小的变化趋势。主要是因为剪切温度的提高，大大增强了分子间的运动，提高了微粒之间抵抗外力的能力。而且，沥青分子迁移作用的增强，使得极性组分比例相对增大，加大了分子间的作用力，使得形变能力增强，延度增加。而在160℃~180℃延度减小，这是由于随着温度的升高，沥青有所老化的原因。所以确定最佳剪切温度应为150℃~160℃之间。 图1. 回收碳粉改性沥青的剪切温度对针入度、软化点及延度的影响 2.2.2. 剪切时间的确定 通过加热套将五份基质沥青温度都控制在160℃，把已经准备好的碳粉分别掺入基质沥青中，边加入边进行剪切，剪切速率为4000 r/min，剪切时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min、75 min，剪切之后分别测定其软化点、针入度、延度，以确定最适剪切时间，结果如图2所示。 由图2可知随剪切时间的增加，针入度有减小的趋势，尤其在15 min到30 min之间的减幅很大，而后趋于稳定，而软化点是增大的趋势，延度则是先增大，再后基本上趋于稳定。由此可知剪切时间太短，碳粉与沥青融合的不够均匀，沥青中将会积聚大量的碳粉颗粒并且漂浮在沥青表面，沥青与回收碳粉很难形成均匀体；但随着剪切时间的延长，沥青中积聚的碳粉颗粒会被进一步与沥青分散、分解、相容，直到变成碳粉单位与液态沥青结构中的分散相紧密结合，形成比较稳定的粘合料体系；但剪切时间过长回收碳粉改性沥青体系可能发生了不可逆的物理化学反应，两者间的相容性能将显著降低，沥青也会因老化而粘度明显增大，从而影响了其性能。所以确定最佳剪切时间为30 min。 2.2.3. 剪切速率的确定 通过加热套将五份基质沥青温度都控制在160℃，把已经准备好的回收碳粉分别掺入基质沥青中，边加入边进行剪切，剪切速率分别为1000 r/min、2000 r/min、3000 r/min、4000 r/min、5000 r/min，剪切时间30 min，剪切之后分别测定其软化点、针入度、延度，以确定最适剪切速率，结果如图3所示。 由图3可知，剪切速率的增大，使得回收碳粉改性沥青的软化点有所提高、针入度逐渐下降、延度有增大的趋势。但当剪切速率达到5000 r/min，针入度增大、延度下降，而此时由于过分的剪切软化点有呈下滑趋势。所以确定最佳剪切速率为3500~4500 r/min。 综合上述结论考虑分析得出，在剪切温度为150℃~160℃、剪切时间为30 min、剪切速率为3500~4500 r/min的工艺条件下制得的碳粉改性沥青样品，其性能优于其他条件下的改性沥青样品。所以本研究以剪切温度为150℃~160℃、剪切时间为30 min、剪切速率为3500~4500 r/min的工艺条件制作碳粉改性沥青。