DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 在肿瘤发生发展过程中，由于肿瘤抗原长期持续的刺激，T细胞表现出功能缺陷的状态 [ 1 ]，包括细胞表面抑制性受体的增加，细胞因子分泌能力的降低，细胞毒作用丧失等 [ 2 ]，即为T细胞耗竭状态。相关研究证实，在卵巢癌、黑色素瘤、肝癌、前列腺癌、乳腺癌等肿瘤中均存在PD1 + 的肿瘤浸润T细胞(tumor infiltrating lymphocytes， TILs)，其产生细胞因子的能力及细胞毒活性均下降 [ 3 ]，且其他转移病灶中的T细胞也可出现功能缺失，不能有效分泌细胞因子，同时PD-1、CTLA-4和TIM-3等抑制性受体明显上调 [ 4 ]。临床治疗上，可通过单克隆抗体封闭PD-1、TIM-3的方式恢复T细胞功能，从而达到逆转T细胞耗竭的 [ 5 ]。但抗PD-1和TIM-3抗体价格昂贵，且在不同的研究中其作用也存在较大差异。 中医治疗肿瘤的历史悠久，中草药可能是逆转T细胞耗竭的途径。《黄帝内经》云：“正气存内，邪不可干，邪之所凑，其气必虚”，认为肿瘤的发生与正气不足有关。而“正气”相当于机体的免疫功能，T细胞在其中发挥着不可缺少的作用。T细胞耗竭，其介导的免疫应答减弱，肿瘤细胞发生免疫逃逸，形成实体瘤。与祖国医学的“积之成也，正气之虚也，正气虚而后积成”不谋而和。因此“扶正抗癌”贯穿于肿瘤的治疗始终，即所谓的“养正积自消”。“扶正”能调动机体的免疫功能，从而对体液、细胞免疫及细胞因子活性起到增强作用。 本研究通过构建Lewis肺癌荷瘤鼠模型，拟采用具有养阴扶正作用的养阴扶正汤来逆转肺癌荷瘤鼠的T细胞耗竭，探索中医临床治疗肿瘤T细胞耗竭的思路。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 动物及试剂 Lewis肺癌细胞株购自武汉博士德生物工程有限公司。C57BL/6小鼠(6~8周龄，雄性，SPF级，20 ± 2 g/只)购于黑龙江中医药大学实验动物中心[证书编号：SYXK(黑)2016004]。本实验通过《齐齐哈尔市第一医院试验动物管理办法(试行)》伦理审核(NO. 2018-01)。小鼠IL-2、IFN-γ、IL-10、TGF-β ELISA检测试剂盒购自武汉博士德生物工程有限公司。养阴扶正汤购自齐齐哈尔市第一医院。PD-L1抑制剂(阿特珠单抗，Atezolizumab)购自罗氏基因泰克公司。 2.2. 方法 2.2.1. 养阴扶正汤的制备方法 黄芪30 g、党参20 g、沙参30 g、天冬12 g、麦冬15 g、生白术15 g、山药30 g、白花蛇舌草30 g、拳参30 g、绞股蓝15 g、茯苓20 g、莪术15 g。添加10倍量水，浸泡30 min后，于中药煎药壶中煎煮60 min，用纱布过滤。残余药渣中再添加10倍量水，再煎煮60 min后纱布过滤。合并滤液并旋转蒸发浓缩至含生药浓度5.25 g/ml，4℃存放，备用。以上药材由齐齐哈尔市第一医院制剂室提供，并经过该院药剂科鉴定。 2.2.2. PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型的建立 体外培养Lewis肺癌细胞系，待细胞至增殖期，应用免疫磁珠筛选出PD-L1 + Lewis肺癌细胞系。将PD-L1 + Lewis肺癌细胞系及Lewis肺癌细胞系分别传代培养，将密度为2 × 10 10 个/L的PD-L1 + Lewis肺癌细胞悬液及Lewis肺癌细胞悬液分别接种于小鼠右侧腋窝皮下(0.2 ml/只)，分别构建PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型及Lewis肺癌荷瘤鼠模型。接种10 d后，待皮下移植瘤长至1 cm 3 左右，剥取1只皮下移植瘤行病理检测均为癌细胞，说明造模成功。 2.2.3. 实验分组 将造模成功的荷瘤鼠按随机数字表法分为以下8组，每组6只：A) PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠分组：模型组、PD-L1抑制剂组(阿特珠单抗)、养阴扶正汤组、联合组(养阴扶正汤 + 阿特珠单抗)；B) Lewis肺癌荷瘤鼠分组：模型组、PD-L1抑制剂组(阿特珠单抗)、养阴扶正汤组、联合组(养阴扶正汤 + 阿特珠单抗)。 2.2.4. 给药方式 1) 模型组：0.2 mL生理盐水、灌胃、共10 d，第1 d、3 d、5 d生理盐水0.4 mL、腹腔注射。 2) PD-L1抑制剂组：0.2 mL生理盐水、灌胃、共10 d，第1 d、3 d、5 d阿特珠单抗0.4 ml (60 mg/kg)、腹腔注射。 3) 养阴扶正汤组：0.2 ml养阴扶正汤(52 g/kg/d)、灌胃、共10 d，第1 d、3 d、5 d生理盐水0.4 mL、腹腔注射。 4) 联合组：0.2 ml养阴扶正汤(52 g/kg/d)、灌胃、共10 d，第1 d、3 d、5 d阿特珠单抗0.4 ml (60 mg/kg)、腹腔注射。 2.2.5. 荷瘤小鼠脾脏单个淋巴细胞的分离 停药第2日颈椎脱臼处死各组荷瘤小鼠，取出脾脏。无菌分离荷瘤小鼠脾脏单个淋巴细胞，加入1 ml含有双抗和胎牛血清的完全RPMI1640培养液。用牛鲍氏计数板进行细胞计数，调整所需的细胞浓度为1 × 10 7 cells/ml。 2.2.6. 荷瘤小鼠脾单个淋巴细胞分泌IL-2、IFN-γ、IL-10、TGF-β的水平检测 取已调整好细胞计数的脾单个淋巴细胞悬液1 ml铺入24孔板，按照试剂盒的说明书进行操作，酶标仪450 nm处读取OD值，检测细胞因子IL-2、IFN-γ、IL-10、TGF-β的水平。 2.3. 数据分析 应用Excel2007进行数据处理，t检验比较两组之间的差异。以P < 0.05定义为差异有统计学意义。
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user: 3. 结果 1) 养阴扶正汤治疗组PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠及Lewis肺癌荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-2、IFN-γ水平均增高。 将PD-L1 + Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液均匀铺于24孔板中，ELISA检测上清中IL-2、IFN-γ的含量，结果如图1、图2所示。比较PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型组、PD-L1抑制剂组、养阴扶正汤组及联合组中IL-2、IFN-γ的含量显示，养阴扶正汤组及联合组IL-2、IFN-γ分泌量较模型组、PD-L1抑制剂组明显上升，差异具有统计学意义(P < 0.01)。将Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液均匀铺于24孔板中，ELISA 检测上清中IL-2、IFN-γ的含量，结果如图3、图4所示。比较PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型组、PD-L1抑制剂组、养阴扶正汤组及联合组中IL-2、IFN-γ的含量显示，养阴扶正汤组及联合组IL-2、IFN-γ分泌量较模型组、PD-L1抑制剂组明显上升，差异具有统计学意义(P < 0.01)。比较PD-L1 + Lewis肺癌及Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液IL-2、IFN-γ的含量，结果如图5、图6所示，差异无统计学意义(P > 0.05)。 图1. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-2的水平(n = 6) 图2. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IFN-γ的水平(n = 6) 图3. Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-2的水平(n = 6) 图4. Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IFN-γ的水平(n = 6) 图5. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株及Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-2的水平(n = 6) 图6. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株及Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IFN-γ的水平(n = 6) 2) 养阴扶正汤治疗组PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠及Lewis肺癌荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-10、TGF-β水平均降低 将PD-L1 + Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液均匀铺于24孔板中，ELISA检测上清中IL-10、TGF-β的含量，结果如图7、图8所示。比较PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型组、PD-L1抑制剂组、养阴扶正汤组及联合组中IL-10、TGF-β的含量显示，养阴扶正汤组及联合组IL-10、TGF-β分泌量较模型组、PD-L1抑制剂组明显降低，差异具有统计学意义(P < 0.01)。将Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液均匀铺于24孔板中，ELISA检测上清中IL-10、TGF-β的含量，结果如图9、图10所示。比较PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型组、PD-L1抑制剂组、养阴扶正汤组及联合组中IL-10、TGF-β的含量显示，养阴扶正汤组及联合组IL-10、TGF-β分泌量较模型组、PD-L1抑制剂组明显降低，差异具有统计学意义(P < 0.01)。比较PD-L1 + Lewis肺癌及Lewis肺癌各组荷瘤小鼠脾淋巴细胞悬液IL-10、TGF-β的含量，结果如图11、图12所示，差异无统计学意义(P > 0.05)。 图7. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-10的水平(n = 6) 图8. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌TGF-β的水平(n = 6) 图9. Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-10的水平(n = 6) 图10. Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌TGF-β的水平(n = 6) 图11. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株及Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌IL-10的水平(n = 6) 图12. PD-L1 + Lewis肺癌细胞株及Lewis肺癌细胞株各组荷瘤鼠脾淋巴细胞分泌TGF-β的水平(n = 6)
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user: 4. 讨论 T细胞的耗竭是一个动态发展的过程，随着耗竭严重程度的增加，T细胞表面抑制性受体表达的数量和种类也逐渐增多 [ 6 ] [ 7 ]。PD1通路中的PD1及其配体PD-L1是T细胞耗竭过程中主要的抑制性受体，在T细胞耗竭过程中起到极其重要的作用。PD-L广泛表达在肺癌、乳腺癌、肝癌、卵巢癌等癌组织上，而肿瘤邻近的正常组织中仅呈现低水平表达，故提示其可能参与肿瘤发生发展 [ 8 ]。当T细胞表面的PD-1与肿瘤细胞表面的配体PD-L耦联后，导致下游信号受到抑制，进而减弱对免疫细胞的活化作用 [ 9 ]，最终抑制T淋巴细胞增殖和相关细胞因子的分泌。T细胞耗竭早期，表现为分泌IL-2的能力下降及T细胞的增殖、体外杀伤能力的下降。进展至耗竭晚期，IFN-γ产生能力显著受损 [ 10 ]，直至最终T细胞死亡。 同时，T细胞耗竭过程中，IL-10、TGF-β等细胞因子的分泌能力增加。IL-10和T细胞功能缺失有关，阻断IL-10可以促进T细胞反应，增强其功能 [ 11 ]。TGF-β也可促进T细胞耗竭发生，阻断T细胞接收TGF-β信号的能力可以提高CD8 + T细胞功能，阻止T细胞耗竭发生 [ 11 ]。 T细胞耗竭导致机体的细胞免疫功能障碍，进而导致免疫功能低下。临床上，养阴扶正方常用于调节肿瘤晚期患者的免疫功能。本研究中的方剂成分由沙参、天冬、麦冬、黄芪、党参、生白术、茯苓、山药、拳参、白花蛇舌草、绞股蓝、莪术构成，具有滋阴、免疫调节的功效。方剂中沙参、天冬、麦冬为滋阴扶正常用中药。药理试验证明，沙参粗多糖可增强阴虚小鼠脾脏NK细胞杀伤率和T淋巴结细胞转化功能，增加血清IgG和IgM含量，进而增强特异性免疫及非特异性免疫功能 [ 12 ]。麦冬多糖能通过调节IL-2、TNF-α、IFN-γ及IL-10的表达增强免疫功能。临床研究证实，“脾虚”时消化功能紊乱，机体免疫功能下降。方剂中的黄芪、党参、生白术、茯苓、山药亦均具有补脾益气、增强机体免疫功能的作用。药理实验证明，黄芪多糖可通过激活TLR4介导的MyD88依赖性信号传导途径来调节宿主生物的免疫功能 [ 13 ]。党参多糖可通过增加小鼠巨噬细胞系细胞中TNF-α和IL-6分泌参与机体的免疫调节 [ 14 ]。白术多糖 [ 15 ] 能有效的促进小鼠脾脏淋巴细胞增殖，且对细胞因子IL-2、IL-10、TGF-β1的分泌具有明显的促进作用。茯苓多糖能增强细胞免疫和体液免疫 [ 16 ]。山药多糖可促进淋巴细胞转化，有增强免疫的作用 [ 17 ]。另外，方剂中的白花蛇舌草、绞股蓝、莪术的现代药理学研究均显示有抗肿瘤作用。养阴扶正汤中的各味汤药合用，既可调节免疫功能，亦可抗肿瘤。其调节免疫功能的作用，均与免疫增强有关，该方剂对T细胞耗竭具有一定的调节作用。 本研究PD-L1 + Lewis肺癌荷瘤鼠模型经养阴扶正汤治疗后，T细胞分泌IL-2和IFN-γ的能力显著增强，而分泌IL-10、TGF-β的能力显著减弱。其作用机制可能是通过下调 T 细胞耗竭信号上游分子PD-1的表达，阻止耗竭T细胞免疫抑制信号的传递，进而逆转T细胞耗竭状态，恢复T细胞功能。因此，养阴扶正汤有望成为有效逆转PD-1 + T细胞耗竭的中药方剂。
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user: 摘 要 为减缓我国城市道路交通堵塞问题，设计研究出一种新型轻架桥。参考现有的钢桥规范，结合轻架桥自身的特点进行了结构设计。并对其进行了强度与刚度验算及优化减重。城市道路轻架桥具有经济，不占原有道路资源，建设速度快等优点。其对缓解目前大中城市道路拥堵将起到非常重要的作用。 关键词 :轻架桥，城市公路桥梁，钢桥，强度，刚度 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 目前我国城市交通堵塞问题日益严重，交通堵塞不仅影响了人们的日常生活，而且大量尾气的排放还污染了环境。据统计，目前在大中型城市道路上堵塞的车辆百分之八十以上都是小型汽车(图1)。这些小型汽车又有一大部分属于长距离车辆，由于城市道路中还有很多短距车辆和一些大型车辆，红绿灯和岔道口的设置又较多，那么这些跑长距的小型车辆就会被耽误，在上下班高峰期必然会导致交通堵塞加剧，因此希望通过引入城市轻架桥的方法，来缓解现有的交通堵塞问题。 图1. 交通拥堵图
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user: 2. 轻架桥设计创新 2.1. 分类行驶的交通模式 只允许小型汽车上桥通行，在城市中几个关键点上设计匝道口，意在疏通城市中跑长距离的小型车辆，这些小型车就会行成点到点的无阻交通模式，而大型车和短距离小型车会在原有的道路上行驶，这样对通行的车辆进行分类规划形式，大型车和小型车的通行互不干扰，有助于减缓交通堵塞问题。 2.2. 桥体轻盈及经济 因为轻架桥的设计理念是让小型车辆上桥，而国内现有的桥梁其不设有限制，这样相比于现有的桥梁，轻架桥的载重较小，桥体可设计的较轻，桥面顶板及腹板采用6 mm的钢板，横隔板采用4 mm，桥面底板及部分加劲肋采用8 mm的钢板，因而材料用料就少，比较经济。 2.3. 小截面独立柱桥墩设计 新型轻架桥，采用钢结构，独立柱桥墩。桥墩宽度仅有1 m，由于桥墩截面较小，一般可以设置于原有的道路中央，这样不占用原有的道路资源。 2.4. 轻架桥可拆卸挪移 轻架桥采用装配式钢结构，架设速度快，易于拆卸挪移，如果已经建造轻架桥的地方需要建造地铁或者其它原因不再需要轻架桥了，那么可以把它拆掉，安放到其它地方继续使用，这样即快捷方便又节省了资源。
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user: 3. 轻架桥结构设计 3.1. 设计思路及难点 轻架桥的载重与传统的桥梁相比小很多，因而就体现了其桥体较轻的特点。轻架桥为跨径为30 m的两跨连续钢箱梁桥，采用双向双车道的设计，桥梁总宽8.5 m。总高6 m，其中桥墩高5 m，箱梁高1 m。轻架桥桥体轻即是它的一个优点，也是一个设计中的一个难点，表现在刚度不足上，主要通过改进结构与局部加劲的方法来提高它的刚度。 3.2. 材料选择 轻架桥的设计采用钢材材质，相比于钢筋混凝土桥梁，钢桥具有许多混凝土桥梁不具备的特点，如：轻质高强，更大的跨越能力，可工厂化生产，施工周期短，及增加桥下净空等。根据对轻架桥的强度分析，为保证轻架桥的经济性和安全性，根据设计经验 [ 1 ]，轻架桥可采用Q235强度的低合金钢。 3.3. 横断面设计 轻架桥的横断面采用的是扁平钢箱梁的形式 [ 2 ]，它不仅具有普通箱梁抗扭，抗弯刚度大的特点，而且具有比普通箱梁更好的抗风性能。钢箱梁的设计高跨比一般在1/30~1/20，轻架桥的跨径采用标准化跨径30 m [ 3 ]，为了减轻轻架桥的重量和增加轻架桥的横向稳定性，让梁高尽量的小，所以高跨比采用1/30，即梁高取1 m，其具体形式见图2所示。 图2. 横断面布置(cm) 3.4. 正交异性钢桥面板的设计 正交异性钢桥面板的设计包括顶板，梯形加劲肋，横隔板(横肋)进行合理匹配设计 [ 4 ]。由于轻架桥顶板较薄，抗弯刚度和抗扭刚度小，在垂直荷载作用下易发生较大的凹凸变形，所以根据规范，进行了桥面顶板梯形加劲肋的设计，其顶板梯形加劲肋横断面如图3所示，横向间距为25 cm，桥面顶板厚度选用6 mm，横隔板(横肋)纵向间距采用5 m。 图3. 顶板梯形肋构造图(cm) 3.5. 横隔板设计 钢箱梁桥中，在偏心活载的作用下，箱梁截面易发生畸变和横向弯曲变形。横隔板的作用就是为了减少钢箱梁的这种变形和防止过大的局部应力。横隔板按挖空比率分为实腹式，框架式和桁架式，实腹式横隔板多用于尺寸较小的钢箱梁，它制作简单，应用广。桁架式则多用于横截面较大的箱梁，可以有效减轻自重。轻架桥采用的是介于实腹式和桁架式之间的框架式横隔板 [ 5 ]，其具体形式及尺寸见图4所示。 图4. 横隔板尺寸图(cm)
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user: 4. 荷载及加载方式 4.1. 计算模型 轻架桥为跨径为30 m的两跨连续钢箱梁桥。 4.2. 荷载 4.2.1. 恒荷载 恒荷载包括自重和二期荷载 [ 6 ]，自重通过软件设置重力加速度获得，二期荷载包括桥面铺装和护栏，由于轻架桥主要疏通小型汽车，荷载较小，所以桥面铺装根据以往工程的案列，取最小值38 mm，材料选用沥青混凝土，密度取2.4 t/m 3 ，换算成均布荷载893.8 Pa加载到桥面板上，护栏按在软件中的设计直接读取重力，换算成均布荷载加载到护栏的宽度7.5 cm上，其大小为1914.3 Pa。 4.2.2. 汽车荷载 由于轻架桥只允许小型汽车通行，而目前的规范还没有规定小型汽车荷载的大小，所以统计目前常用的小型汽车质量，选择质量最大的汽车模型，按密集行车状态建立车辆队模型 [ 7 ]，换算成均布荷载为1586.7 Pa加载到3.5 m的行车道上。 4.2.3. 加载方式 本次加载采用影响线加载，通过计算分析，可以确定有四种工况可能成为最不利工况，通过有限元软件的仿真模拟，发现当加载方式为将车道荷载偏载布置到一个行车道上时为最不利工况，最不利布载情况如图5所示，本文的强度刚度分析也只给出最不利工况。 图5. 车道荷载布载图
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user: 5. 轻架桥有限元分析 5.1. 轻架桥几何模型 通过有限元软件对轻架桥进行强度与刚度分析，轻架桥几何模型如图6所示。 图6. 轻架桥几何模型 5.2. 刚度分析 根据有限元分析结果，在汽车活载作用下，桥面板最大竖向位移为3.62 cm，如图7所示，发生在跨中附近。根据《公路钢结构桥梁设计规范》 [ 8 ]，如果是钢箱梁桥，那么在车辆荷载作用下，正交异性桥面板的挠跨比D/L不应大于1/700，即D/30小于等于1/700，即得出挠度D小于等于4.286 × 10 −2 m，所以刚度是满足要求的。 图7. 桥面板竖向位移云图 5.3. 强度分析 根据有限元分析结果，得到全桥的Mises应力云图，如图8所示。 图8. 全桥Mises应力图 全桥Mises应力的最大值为187 MPa，发生在端部桥墩墩顶附近，若采用Q235钢，其屈服强度是235 MPa，所以轻架桥强度是满足要求的。
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user: 6. 轻架桥开孔减重 为减少轻架桥自重，降低成本，根据受力特性，将箱梁两块腹板受力较小的部分进行开孔，经过分析，将箱梁腹板开孔如图9所示。 图9. 轻架桥腹板开孔尺寸图(cm) 经计算，轻架桥减轻了2 t的重量，减重后轻架桥的强度和刚度分别如图10和图11所示，其竖向位移最大值为3.76 cm，Mises应力最大值为182 MPa，相比开孔减重之前，位移和应力变化都不大，说明开孔减重达到了减轻重量，降低成本的作用。
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user: 7. 结论 新型城市轻架桥的概念首次被提出，它与传统的城市桥梁相比有着一定的特殊性，参考现有钢桥规范对轻架进行结构设计，并用有限元分析方法对其进行强度分析，刚度分析，及开孔优化减重。结果表 图10. 开孔后桥面板竖向位移 图11. 减重后轻架桥Mises应力云图 明其设计强度和刚度均能满足要求。研究和推广城市轻架桥，对减缓我国城市道路拥堵，减少城市环境污染，提高运输效率都具有重要的实际意义。
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user: 摘 要 基于1995、2000、2005、2010、2015年Landsat TM/OLI遥感影像，运用监督分类法提取楚雄市土地利用类型，并对楚雄市城镇扩展空间分异特征、城镇空间形态特征进行分析，最后建立城镇化综合评价测度体系，对楚雄市城镇扩展驱动力进行分析。研究结果表明：(1) 楚雄市在过去20年间城镇不断向外扩展，速度逐渐增大，北部地区城镇扩展速度较快，南部地区城镇扩展速度缓慢；(2) 城镇形态逐渐趋于复杂化，城镇紧凑度减少，城镇内部土地利用率减少; (3) 其中经济指标是推动楚雄市城镇化进程的主要因素，地域景观指标次之，人口指标对于城镇化进程的影响最小。 关键词 :城镇扩展空间格局，驱动力，楚雄市 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着经济发展，城镇化进程加快，城镇土地利用/覆盖的巨大变化，可以改变一个地区的自然状况，可以从宏观角度和微观角度两方面对周围环境产生一系列的影响：从宏观角度上来看，大量林地、耕地、未利用地转化为城镇用地和建设用地，导致自然过程中的径流、蒸发过程等发生变化，对生态环境产生严重影响 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]；从微观角度上来看，土地利用/覆盖的变化，为城镇居民提供更多就业机会的同时，对环境造成不同程度的污染，不透水面的增加，使得城市热岛效应明显增强，对城市气候也产生一定影响 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。因此，城镇土地利用/覆盖变化被认为是影响人类生活环境和生物多样性的主要表现形式 [ 8 ]，而城镇建设用地的空间扩展则是城镇化过程中最直观的体现。城镇扩展不仅仅是城镇用地面积在空间形态上发生改变，而且在时间序列上是持续不断的发生变化，通过对土地面积大小的估算以及在空间上扩展的规律，可以揭示城市或区域在空间结构上的演变规律，从而对今后的城市发展起到借鉴和推动作用。目前很多学者开展了城镇化过程的各项研究 [ 9 ]，如比较不同类型城镇扩展的时空特征 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]，揭示城镇用地扩展与结构演变的驱动机制 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]，研究主要集中在北京 [ 13 ] 、上海 [ 10 ] 、深圳 [ 19 ] 、长江三角洲城市群 [ 18 ] 等经济发展较为快速的区域，而对于云南省城镇研究较少。 本文选取了1995~2015年5期Landsat遥感影像为数据源，分析了楚雄市近20年的城镇扩展进程及其空间扩展特征，并对城镇扩展过程中的驱动力进行分析。
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user: 2. 研究区域概况 楚雄市为楚雄彝族自治州的地级行政区首府，也是楚雄彝族自治州的政治、经济、文化、交通中心。楚雄市位于云贵高原中部，东接昆明、西连大理、南至普洱、北达攀枝花。至2017年末，楚雄市幅员面积为4433平方公里。2016年被列为第三批国家新型城镇化综合试点地区。2018年入选全国县域经济投资潜力100强。2019年入选中国西部百强县市 [ 20 ]。其区位如图1所示。 图1. 楚雄市区位图
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user: 3. 数据与研究方法 3.1. 数据来源 包括1995年、2000年、2005年、2010年、2015年共5期13043 Landsat影像、楚雄市矢量边界数据和1995年、2000年、2005年、2010年、2015年《云南省统计年鉴》。 3.2. 研究方法 3.2.1. 城镇扩展强度指数 采用象限方位分析方法可以研究城镇用地扩展的时空分异特征。以楚雄市重心为原点，东西方向为横轴，南北方向为纵轴，按4个象限8个方位将研究区划分为8个象限，将其与不同年份的城镇范围进行叠加分析，获得不同年份城镇用地在各个象限方位区中的面积，最后分析不同时段各个象限方位内城镇用地面积扩展规模与强度特征，引入城镇扩展强度指数(M)分析城镇扩展的数量、强度以及空间分异特征。公式如下所示： (1) 式中，M为城镇扩展强度指数，TLA为研究单元区域总面积， 为城镇扩展面积， 为时间跨度。扩展强度指数实质上是各空间单元的土地面积对其年平均扩展速度进行标准化处理，所以能够较好地表现出城镇扩展的空间差异。 3.2.2. 分形维数和紧凑度指数 城镇扩展过程中表现出来不同的形态特征，利用分形维数可以定量描述城镇扩展空间形态及其稳定程度。分形维数中的边界分形维数是用来描述城镇扩展用地的空间分布和组织形态 [ 12 ]，可用于分析楚雄市城镇扩展过程的形态变化，其公式为： (2) 式中， 为t时期城镇的面积， 为t时期城镇的周长，D为分形维数，C为截距。城镇处于二维平面空间，分形维数一般介于1~2之间。当1 ≤ D < 1.5时，城镇用地轮廓趋于简单；当D = 1.5时，城镇用地处于随机分布状态；当1.5 < D ≤ 2时，城镇用地轮廓较为复杂。D还代表城镇扩展变化形式，当D越小代表城镇扩展以向内填充为主；当D越大时代表城镇用地的扩展是以向周围扩展为主；当D保持不变时，说明城镇扩展中存在两种扩展形式并且城镇扩展保持平衡。 利用紧凑度指数可以描述城镇扩展过程中城镇发展布局的紧凑程度 [ 12 ]，其中空间形态紧凑度公式为： (3) 式中， 为t时期城镇的面积， 为t时期城镇的周长， 为t时期城镇的紧凑度。 一般介于0~1之间。 越大，表示城镇结构紧凑，当 接近于1时，表示城镇内部土地利用度高，城镇空间紧凑，城镇形态接近于圆形； 越小，表示城镇结构分散，当 接近于0时，表示城镇形态分散，城镇内部土地利用率较低，城镇形态狭长。 3.2.3. 熵值法 熵值法能够深刻地反映出指标信息熵值的效用价值，熵越小，该指标提供的信息量越大，其权重也应越大；反之，熵越大，该指标提供的信息量越小，其权重也越小 [ 21 ] [ 22 ]。
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user: 4. 结果与分析 4.1. 楚雄市城镇扩展的时空分异性 对1995年、2000年、2005年、2010年、2015年共5期13043 Landsat影像进行土地利用监督分类，并划分象限后得到1995~2015年楚雄市城镇用地扩展面积8个象限分区图(如图2所示)、城镇扩展面积及扩展面积比例图(如图3所示)。 从图3(a)中可以看出，1995~2015年期间，城镇面积扩展峰值出现在3象限中，2000~2005年这段时期城镇扩展面积的峰值出现在1和3象限中，2010~2015年间8象限城镇扩展面积也很大。 由图3(b)可以看出，1、2、3、4象限的城镇扩展主要发生在1995~2015年这个时间段，这段时间合并占到8个象限的85%以上，其中3、4象限城镇面积扩展比例最大，这是由于这段时间楚雄市西北地区经济发展较为迅速，中心城市带动周围城镇，城镇面积扩展明显。第5、6、7、8象限各个时段城镇都有扩展，面积百分比在10%~15%之间，而第5象限城镇扩展面积比例在5%以下，这是由于第五象限中城镇本身较少，所以导致城镇扩展过程中城镇扩展面积比例较小。 图2. 1995~2015年楚雄市城镇用地扩展面积8个象限分区图 图3. 1995~2015年楚雄市8个象限城镇扩展面积(a)及扩展面积比例(b) 4.2. 楚雄市城镇扩展形态特征变化 根据公式(2)和(3)计算得到楚雄市1995~2015年城镇扩展分形维数和紧凑度指数(如图4所示)。从图4中可以看出，楚雄市城镇扩展分形维数逐渐增大，城镇扩展紧凑度指数呈现减小趋势。在过去的20年间，楚雄市城镇扩展空间形态由简单趋于复杂，城镇扩展模式由向内填充转化为向外扩展。城镇紧凑度减少，说明城镇向外扩展为主，城镇内部土地利用率较低，城镇结构较为分散。 图4. 1995~2015年楚雄市城镇分形维数及紧凑度指数 4.3. 楚雄市城镇扩展驱动力分析 为了更好地认识楚雄市城镇扩展原因，本文依据熵值法原理，从经济指标、人口指标、生活指标、地域景观四个方面全面评价楚雄市城镇扩展内在因素，选择了城镇人口占区域总人比重、二三产业就业人口比重、建成区人口、城镇人口总数、人均GDP、人均工业总产值、GDP密度、二三产业占GDP比重、人均用电量、每万人拥有医生、每万人拥有卫生床位数、每万人中在校大学生、建成区绿化覆盖率、人均公共绿地面积、建成区面积占区域面积比重、人均道路铺设面积共16项指标。 对1995~2015年楚雄市16项80个原数据进行处理，计算出相应的数值，得到楚雄市城镇化综合测度指标体系(如表1所示)。从表1中可以看出，经济指标所占权重为0.35578，是四个系统中权重最大的一个系统层，说明经济指标对于楚雄市城镇化进程推动作用最大，其次是地域景观指标，所占的权重为0.28434。生活方式和人口指标权重分别为0.25383和0.10605，人口指标对于城镇化进程的影响最小。指标层中GDP密度所占权重最大为0.13328，二三产业就业人口比重所占比率最小，为0.00004。 Table 1 Comprehensive Evaluation and measurement system of urbanization in Chuxiong cit 系统层 指标层 权重 系统层 指标层 权重 人口指标(0.10605) 城镇人口占区域总人比重 0.01739 生活方式 (0.25383) 人均用电量 0.05553 二三产业就业人口比重 0.00004 每万人拥有医生 0.05821 建成区人口 0.03274 每万人拥有卫生床位数 0.05467 城镇人口总数 0.05588 每万人中在校大学生 0.08543 经济指标(0.35578) 人均GDP 0.12754 地域景观指标 (0.28434) 建成区绿化覆盖率 0.09726 人均工业总产值 0.09438 人均公共绿地面积 0.06545 GDP密度 0.13328 建成区面积占区域面积比重 0.08029 二三产业占GDP比重 0.00058 人均道路铺设面积 0.04134 表1. 楚雄市城镇化综合评价测度体系
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user: 5. 结论 本文基于Landsat遥感影像，采用监督分类法对楚雄市1995~2015年土地利用/覆盖类型进行分类，并对楚雄市20年城镇空间分异特征和空间扩展形态特征进行分析，最后利用熵值法对楚雄市城镇扩展驱动力进行分析。研究得到以下结论： 1) 楚雄市在过去20年间，北部地区城镇扩展显著，南部地区城镇扩展较弱。 2) 随着城镇面积的不断扩展，楚雄市城镇内部土地利用率较低，城镇轮廓复杂，由以前向内填充扩展转化为向外扩张为主的模式。 3) 经济指标是推动楚雄市城镇化进程的主要因素，其次是地域景观指标，生活方式和人口指标权重分别为0.25383和0.10605，人口指标对于城镇化进程的影响最小。城镇扩展是多方面作用下的结果，应该加强多方面建设，使得城镇能更好更均衡的发展。 由于Landsat卫星影像空间分辨率及能获得的影像质量的影响，分析结果存在一定误差，有待之后采用更高空间分辨率影像来进一步提高分析精度。
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user: 摘 要 本文利用趋势分析法及变差系数法等分析方法，研究了1961~2018年哈密市气温、降水量及日照时数的年际、年代际、季节变化特征，得到以下结论：近58a来哈密市年平均气温呈北低南高的空间分布特征，年及四季平均气温均呈上升趋势，山南区域年及各季平均气温的年代际差异较明显；年降水量北多南少，呈显著增加趋势，21世纪为多雨期，60年代为少雨期，四季降水量变化趋势均较年平均降水量增加幅度偏小，山南区域降水量的年际变化明显大于山北区域；日照时数的空间分布呈现南多北少的特征，山南区域年及四季日照时数均呈弱的增加趋势，山北呈弱的减少趋势。 关键词 :气候变化，趋势分析，哈密 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 自1980年代以来，气候变化成为全球关注的热点问题。IPCC第五次评估报告第一工作组报告决策者摘要结果表明：未来全球气候变暖仍将持续，21世纪末全球平均地表温度在1986年~2005年的基础上将升高0.3℃~4.8℃ [ 1 ]。丁一汇 [ 2 ] 和陈隆勋 [ 3 ] [ 4 ] 等分别研究了1860~1986年和1921~2002年中国的气候变化，结果表明，我国平均温度变暖，具有明显的区域性，其中北方大部地区变暖，增温最明显的季节是冬季，而年降水量则以12.7 mm/10a的倾向率递减。新疆的科技工作者对于新疆气候变化情况也做了许多研究 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]，指出新疆气候变化趋势以暖湿为主。但以上研究多集中在新疆局部地区，对于海拔高差大、地貌类型复杂的哈密市研究较少。本文对哈密市3个气象站1961~2018年的主要气候因子进行分析，以揭示东疆绿洲生态类型下的哈密市气候变化规律，为当地生态环境治理、水资源的合理开发利用以及畜牧业的可持续发展提供一些参考。
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user: 2. 研究区概况 哈密市位于新疆东部，东经90˚06'~96˚23'，北纬40˚45'~45˚09'，地域辽阔，天山山脉从东至西横贯中部，地势南北低，中部高，北为丘陵戈壁，南为戈壁平原，全境地貌特点可分为山地、丘陵、戈壁、平原。特殊的自然地理条件形成了哈密两大不同气候区域，既有南疆气候特点，又有北疆气候特点：南部光照充足，热量丰富，干旱少雨；北部降水充沛，气候温凉；春秋季节冷空气活动频繁，冷热变化剧烈。
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user: 3. 资料和方法 本文采用的气候资料来自中国气象局国家气象信息中心整编的哈密市伊州区、巴里坤、伊吾3个气象站点1961年1月~2019年2月的逐月地面观测资料，气候基准值采用1981~2010年的平均值。根据地形及气候特征将气象站点进行区域划分为山北和山南地区，以伊州区代表山南地区，巴里坤、伊吾两站的平均值代表山北地区。按照春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12月~翌年2月)对气候资料进行季节处理。 采用最小二乘法对气候要素进行趋势分析，并采用Person相关系数进行气候趋势的显著性检验；为消除气候序列随机波动的影响，采用5a滑动平均法处理气候噪音，描述气象要素的长期变化趋势；利用变差系数来表示气候指标的相对变化 [ 9 ]。
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user: 5. 小结 1) 哈密市年平均气温呈上升趋势，近58a来，山南、山北区域年平均气温的气候倾向率分别为0.211℃/10a、0.440℃/10a，哈密市年平均气温与中国和全球平均气温变化趋势相同，均呈上升趋势，山南区域上升速率接近全国平均变化，而山北区域年平均气温上升速率约为全国平均的1.8倍。山南区域各季节对气候增暖的贡献主要是春、夏季，秋、冬季对气候增暖的贡献很小；山北区域各季节对气候增暖的贡献大小依次为：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。 2) 在特殊的地理条件下，山南山北的平均气温变化趋势存在较大差异。山南区域年及各季平均气温的年代际差异较明显，山北区域年平均气温的年代际变化与全国增暖趋势基本一致。 3) 近58a来哈密市年降水量呈北多南少的空间分布特征，山南、山北区域年降水量的气候变化倾向率分别为3.743 mm/10a、10.06 mm/10a，均呈显著增加趋势。21世纪为多雨期，60年代为少雨期。四季降水量变化趋势均较年平均降水量增加幅度偏小，且不显著。 4) 山南区域年降水量在各年代年际差异十分明显，60年代降水量年际间波动较为剧烈，而本世纪初年际间差异较小。山北区域年降水量在2001~2010年年际间波动较为剧烈，20世纪80年代年际间差异较小。山南区域降水量的年际变化明显大于山北区域。 5) 哈密市日照时数的空间分布呈现南多北少的特征。近58a来山南区域年日照时数为3349.7 h，气候变化倾向率为15.808 h/10a，呈弱的增加趋势；山北区域年平均日照时数为3142.8 h，呈波动下降趋势，线性倾向率为−13.205 h/10a。山南区域各季节日照时数对年日照时数增加的贡献大小依次为：春季 > 秋季 > 夏季 > 冬季；山北区域各季节日照时数对年日照时数减小的贡献大小依次为：夏季 > 冬季 > 秋季 > 春季。山南区域21世纪的18年日照时数最多，山北区域70年代日照时数最多。
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user: 摘 要 辽宁拥有14个地级市，其中更是拥有两个副省级城市沈阳、大连，放眼全国也扮演着极其重要的角色。本文利用了因子分析的方法，根据相关经济指标计算出主因子得分以及14个城市的综合得分，给出排名。同时用系统聚类的方法对辽宁省14个城市进行了分类，画出谱系图。对当地政府对本地区的经济调控具有重要参考价值和极大的指导作用。 关键词 :因子分析，聚类分析，城市竞争力 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 如果想要研究某一地区经济发展好坏，GDP是最好的衡量指标。但是要研究城市的综合竞争力，单看经济是不够的，还需要加入其他指标。国内外研究城市竞争力的方法很多，张晨瑶 [ 1 ] 以东北三省城市为研究对象，选取29个指标组成评价指标体系，采用主成分分析法对东北三省34个地级及以上城市竞争力进行定量评价，研究其在2009、2012、2016年三个时间断面上的演变特征和规律，并提出对策建议。熊妮君 [ 2 ] 等人从经济实力、生活水平、社会公平、生态环境、人才与科技创新能力、开放程度、交通便捷、信息水平8个方面选取34个指标组成适应广西的城市竞争力评价指标体系，选择广西与广东各地级市的城市竞争力进行比较分析，从中寻找广西城市竞争力存在的问题，并在此基础上，对广西城市竞争力的提升提出若干策略和建议。黄国妍 [ 3 ] 等人利用复杂网络分析方法，从先进生产性服务业(APS)和先进制造业(AM)两个维度，除测度“点中心度”外，还应用“点出度”、“点入度”和“中间中心度”等多重指标分析比较了全球主要城市对外构建网络的能力、吸纳资源的能力、控制辐射能力及通道枢纽功能，进一步完善了城市网络竞争力评价指标体系。本文利用因子分析的方法对辽宁省14个城市进行了分析，得到了较好的结果。
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user: 2. 模型的介绍 2.1. 系统聚类 与K均值聚类法相比，系统聚类法有一个优点是它可以输出一个有关各个观测的树形表示，称作谱系图。 系统聚类的谱系图可通过执行一个十分简单的算法得到。在执行该算法前，需要先定义观测之间的一些差异度量指标，其中最常用的是欧式距离。 系统聚类算法的实现： 1) 首先，计算n个观测中所有 ( n 2 ) = n ( n − 1 ) / 2 对每两个数据之间的相异度(比如欧式距离)，将每个观测看作一类。 2) 令 i = n ， n − 1 ， ⋯ ， 2 ： i) 在i个类中，比较任意两类之间的相异度，找到相异度最小的(即最相似的)那一对，将他们结合起来。用两个类之间的相异度表示这两个类在谱系图中交汇的高度。 ii) 计算剩下的 i − 1 个新类中，每两个类之间的相异度。 2.2. 因子分析的理论介绍 因子分析理论的形成，学术界一般认为是Charles Spearman提出的，他最先利用这种方法来测试学生智力得分，目前因子分析在社会经济等方面取得了巨大的发展。因子分析法主要是把一些过于复杂的变量转化成无关的新的因子的方法，它的思想把变量重新分组，分组的依据是相关性的大小，使得具有较高相关性的变量分到一组 [ 4 ]。 因子分析和主成分分析的思想近乎一致，都是降维，但因子分析是主成分分析的推广，原始变量的相关矩阵是因子分析的出发点。 因子分析模型 [ 5 ]： { X 1 = a 11 F 1 + a 12 F 2 + ⋯ + a 1 m F m + ε 1 X 2 = a 21 F 1 + a 22 F 2 + ⋯ + a 2 m F m + ε 2                                                             ⋮ X p = a p 1 F 1 + a p 2 F 2 + ⋯ + a p m F m + ε p 称之为因子模型。它的矩阵形式为： X = A F + ε ，其中 A = [ a 11 a 12 ⋯ a 1 m a 21 a 22 ⋯ a 2 m ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a p 1 a p 2 ⋯ a p m ] 为因子载荷矩阵。 因子分析模型的假设： 1) X = ( X 1 ， X 2 ， ⋯ ， X p ) ′ 是可观测随机向量，且 E ( X ) = 0 ， cov ( X ) = Σ ，且 Σ 等于相关矩阵R。 2) F = ( F 1 ， F 2 ， ⋯ ， F m ) ′ ( m < p ) 是不可观测的变量， E ( F ) = 0 ， cov ( F ) = I ，即向量F的各个分量是互相独立的。 3) ε = ( ε 1 ， ε 2 ， ⋯ ， ε p ) ′ 与F相互独立，且 E ( ε ) = 0 ， ε 的协方差矩阵 Σ ε 是对角阵： cov ( ε ) = Σ ε = [ σ 11 2 0 σ 22 2 ⋱ 0 σ p p 2 ] 即 ε 的各分量之间也是互相独立的。 因子载荷的求解： 因子分析大致可分为三个步骤：确定因子载荷、计算因子得分、因子旋转。本文主要是运用主成分法确定因子载荷，设 m < p ，其中一个因子载荷矩阵为： A = ( λ 1 γ 1 ， λ 2 γ 2 ， ⋯ ， λ m γ m ) 其中 λ 1 ≥ λ 2 ≥ ⋯ ≥ λ p 是样本相关矩阵R的特征根， γ 1 ， γ 2 ， ⋯ ， γ p 为对应的标准正交化后的特征向量。
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user: 4. 结论 由谱系图可知，辽宁省14个城市大致可以分为四类：即第一类为沈阳；第二类为大连；第三类为鞍山、锦州、营口、盘锦；第四类为阜新、朝阳、铁岭、葫芦岛、抚顺、辽阳、本溪、丹东。如此分类也从因子分析得到的各城市的因子得分排名得到了印证。由系统聚类结果，沈阳、大连各自为一类，说明近年来大连的发展似乎遇到的一些瓶颈，与同省的沈阳已拉开差距，最新的中国城市等级分类中沈阳成功进入新一线城市行列，而大连却由新一线降为二线城市，这也使本文的聚类结果得到了印证。
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user: 摘 要 利用六盘水市气象站1961~2018年逐日气温和降水量观测资料，采用气候倾向率法、累计距平法、M-K突变检测等统计方法，研究了六盘水市农作物生长季降水量变化及旱涝特征等，结果表明：近58年来六盘水市生长季降水量呈波动减少趋势，其中春季和秋季降水少，夏季降水多；六盘水市农作物生长季近58年出现重洪涝、中涝、轻涝占总年数分别为17%、7%、29%，出现旱灾为14%。其中，春季出现轻旱、中旱、重旱年份分别为8%、13%、22%，春季出现洪涝灾害的年份少，主要以干旱为主；夏季出现重级洪涝、中涝、轻涝年份分别为55%、9%、7%，夏季易出现洪涝灾害；秋季出现各级干旱占61%，其中重旱为28%，出现各级洪涝占22%。六盘水市近58年的农作物生长季降水在1987年发生了由多到少突变交点，旱涝特征的突变点出现在2001年。 关键词 :六盘水，降水量，累积距平，旱涝特征，突变分析 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 降水量的变化规律是气候、自然灾害等影响因素的综合反映，直接影响农作物的产量，IPCC第5次评估报告 [ 1 ] 中指出未来随着全球变暖，一些极端气候事件发生频率和强度将会加强，尤其是干旱和洪涝等极端气候事件。张伟 [ 2 ] 等研究吉林省农作物的生长季(5~9月)降水呈减少趋势，且预计未来生长季降水变化趋势仍为减少趋势。周婷婷 [ 3 ] 等统计了重庆农作物生长季的干旱次数和强度，并采用数理统计、小波分析等方法，发现重庆干旱发生次数年代际差异明显，干旱发生频率有上升趋势。王静 [ 4 ] 等分析大连市4~10月农作物生长季降水量呈减少趋势，还有许多学者针对不同地区的农作物的生长季降水、旱涝变化等做了大量的研究 [ 5 ] [ 6 ]。 六盘水市地处云贵高原中部的斜坡上，全市平均海拔1700~1800米，属于季风湿润气候区，雨热基本同季，光照充足。主要的农作物为玉米、小麦、水稻、油菜等，农作物的生长发育与气象因素密切相关。张艳梅 [ 7 ] 等研究了近50年六盘水市雨季降水的变化规律，降水量呈下降趋势，降水存在明显的年际、年代际变化特征；池再香等 [ 8 ] 研究了六盘水马铃薯生育期的降水特征及灌溉分析，发现降水存在时空分布不均的状况，找出马铃薯的最佳灌溉水分日期。以往的研究对于农作物生长季降水特征及旱涝变化缺乏分析，因此，本文旨在对六盘水市1961~2018年农作物生长栽培期间的降水量变化及旱涝指数进行分析，了解旱涝灾害的变化规律，为充分合理利用水资源，减少旱涝灾害给农作物带来的影响，为指导地方农业生产提供一定的参考依据。
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user: 2. 资料与方法 2.1. 资料来源 选用1961~2018年六盘水市气象站的逐日降水资料和逐日平均气温资料，季节划分标准：春季(4~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~10月)、农作物生长季(4~10月)的平均气温及大于10℃积温和降水量等统计量，气候平均值使用1981~2010年30年的平均值。 2.2. 研究方法 2.2.1. 气候倾向率 [ 9 ] 气候倾向率法是指利用直线回归的方法对原时间序列拟合建立线性方程，揭示数列的长期变化趋势，公式为： (1) 其中， 为气象要素， 为时间；b为线性趋势项，把10 × b称为气象要素每10年的气候倾向率。b > 0，表明随时间t的增加 呈上升趋势；b < 0则随时间t的增加 呈下降趋势。 2.2.2. 旱涝指数 旱涝指数是用同一时期的降水量与农业需水量之比来表示 [ 10 ] [ 11 ]： (2) (3) 式中K为旱涝指数，R为降水量， 为同期>10℃积温，Q为可能蒸发量，也称农业需水量。根据旱涝指数将干湿程度分为7个等级，见表1。 Table 1 Drought and flood standard of (K) during the growing seaso 旱涝等级 类型 K指数 1 重涝 K ≥ 2.3 2 中涝 2.1 ≤ K < 2.3 3 轻涝 1.9 ≤ K < 2.1 4 正常 1.7 ≤ K < 1.9 5 轻旱 1.5 ≤ K < 1.7 6 中旱 1.3 ≤ K < 1.5 7 重旱 <1.3 表1. 生长季旱涝等级(K)划分标准
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user: 4. 结论 1) 六盘水生长季降水量呈波动减少趋势，减少率为2.53 mm/10a。降水量具有明显的阶段性变化特征。20世纪90年代以前及近几年降水量处于偏多的时期，90年代和进入21世纪以后的前10年为降水量偏少的时期。 2) 六盘水市近58年生长季降水量占年降水量的90%。春季降水量占农作物生长季的17.8%。20世纪60年代到80年代春季降水偏多，进入90年代及近几年来降水相对偏少。进入21世纪以后的10年降水接近常年。夏季降水量占农作物生长季的54.8%。20世纪60年代及80年代夏季降水偏多，70年代、90年代及进入21世纪以后降水量均偏少。秋季降水量占农作物生长季的19.6%。20世纪60年代及90年代秋季降水偏多，21世纪以来秋季降水明显偏少。 3) 六盘水市农作物生长季降水量累积距平曲线最高点出现在1987年，最低点出现在2013年。1961~1970年期间为降水量正距平占优势的降水量偏多的时期，1971~1982年为降水量相对稳定的时期，1983~1988年为降水量偏多的时期；1989~1995年为降水量负距平占优势的降水量偏少的时期，1996~2005年进入降水量相对稳定的时期，2006~2018年为降水量偏少的时期。 4) 六盘水农作物生长季近58年出现重洪涝、中涝、轻涝占总年数分别为17%、7%、29%；出现旱灾为14%。其中，春季出现轻旱、中旱、重旱年份分别为8%、13%、22%，出现洪涝灾害的年份少，主要以干旱为主；夏季出现重级洪涝、中涝、轻涝年份分别为55%、9%、7%，夏季降水多，易出现洪涝灾害，秋季出现各级干旱占61%，其中重旱为28%，出现各级洪涝占22%。主要是从5月下旬受西南季风的影响，降水逐渐增多，因此夏季发生洪涝灾害的次数较多。春季由于受青藏高原南支气流下沉增温作用的影响，在六盘水市境内容易形成地方性的热低压，多晴好天气，易出现春旱天气。秋季随着雨季即将结束，出现干旱的次数较多。六盘水近58年的农作物生长季降水在1987年发生了由多到少突变交点，旱涝特征的突变点出现在2001年。
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user: 摘 要 心音识别是诊断心脏疾病的重要方法之一，其识别精度使医护人员为患者提供更加准确的治疗手段。鉴于此，为提高识别精度，本研究提出了基于支持向量机(SVM)对心音信号特征生成分类边界曲线，考虑到分类边界曲线的形状，建立了基于分类边界曲线的最小二乘法椭圆模型，优化了心脏疾病诊断的复杂性。其算法步骤为：首先根据心音信号的频率特征生成基于支持向量机的分类边界曲线，然后建立基于分类边界曲线的最小二乘法椭圆模型对分类边界曲线进行椭圆拟合。为验证在心音识别应用中椭圆模型的有效性，对在线心音数据库和临床心音的实验分析，即对188例房颤、181例主动脉瓣返流、257例二尖瓣返流、325例正常声音和150例肺动脉瓣狭窄心音进行检测，其分类精度分别为91.7%、98.8%。98.4%、99.8%和98.7%，证明其分类具有较高的精度。 关键词 :心音信号，支持向量机，最小二乘法，椭圆模型 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近年来心血管疾病的患病率和死亡率均呈现持续增长的趋势，并且心血管疾病死亡人数连续多年位居疾病死亡之首。据《中国心血管报告2018》 [ 1 ] 显示，2018年农村和城市因心血管疾病死亡人数占全部因疾病死亡人数的比例分别是46% (见图1(A))和43% (见图1(B))。同时报告指出我国目前大约有2.9亿患者，因此我国心血管病防治工作面临严峻挑战 [ 2 ]。目前诊断心血管病的方法包括无创式(心电图、胸透X射线、心音听诊、超声成像和多普勒技术)和有创式(血管造影术等) [ 3 ]。由于心音听诊具有非创伤性、价格低廉、操作简单等优点，因此利用心音诊断心血管病得到广泛的研究 [ 4 ]。而心音诊断的关键即诊断精度。 图1. 2018年中国农村和城市居民主要疾病死因构成 关于心音诊断，国内外诸多学者广泛采用支持向量机技术对心音信号进行诊断识别 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]，然而采用支持向量机生成的分类函数过度依赖于数据点的个数，也就是说，随着学习样本数据量增加，将导致测试样本计算量增大，进而不利于大数据检测。鉴于此，本研究提出一种基于最小二乘法为支持向量机所获取的分类函数建立数学模型进而化简其复杂程度实现对心音信号识别。本研究主要内容包括心音特征提取、基于最小二乘法建立支持向量机椭圆模型、实验分析和结论，其总体结构组织如图2所示。 图2. 总体结构组织流程图
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user: 2. 心音特征提取 2.1. 心音信号的采集与预处理 本研究采用3M-3200电子听诊器 [ 8 ] 对心音数据进行采集：根据心音信号的频带范围，采样频率F S 设置为44.1 kHz；基于所分析心血管病病理信息有效成分，主动脉瓣区设置为听诊区对心音信号进行采集。电子听诊器采集到的原始心音信号波形如图3(A)所示，其近似为周期信号，每个周期包含两个成分第一心音(S 1 )和第二心音(S 2 )，同时不可避免包含大量背景噪声。根据心音预处理研究 [ 9 ] 所描述，基于小波变换采用dB10作为母小波可为心音信号预处理提供一种有效的途径，对心音信号进行降噪处理，保存21.5 Hz和689 Hz之间的频率成分，其降噪效果如图3所示，其中图3(A)为滤波之前的原始波形图，图3(B)为滤波后降噪效果图。对比图3(A)，从图3(B)中可以明显观察到S 1 和S 2 的有效信息，而S 1 和S 2 之间的噪声得到有效的处理。 图3. 心音信号处理前后对比 2.2. 心音信号的特征提取 由研究 [ 9 ] 知，利用S 1 与S 2 时间域距离结合频率域宽度作为特征能够有效区分正常和室间隔缺损心音信号，其定义方法如公式(1)~(5)，特征提取结果如图4所示，(A)为时间域特征 [ T 12 ， T 11 ] 定义方法，(B)为从 E f 中提取的频域特征 [ F g ， F w ] ，其计算方法如公式(2)所示。图中E T 指从心音S T 中提取的包络线， G S 1 和 G S 2 是第一心音和第二心音的重心， L I 和 R I 是包络与阈值( H T )为0.2时的左右交叉点。 图4. 心音信号特征图 { T 12 = G S 2 − G S 1 T 11 = G S 2 + 1 − G S 1 (1) { F w = R F − L F F g = ∑ l = 0 [ N / 2 ] l × E F 2 [ l ] ∑ l = 0 [ N / 2 ] E F 2 [ l ] (2) 其中 E f [ k ] = 1 2 W f + 1 ∑ l = k − w f k + w f | S f [ l ] | (3) { S f [ l ] = ∑ n = 1 N − 1 S p [ n ] exp ( − j 2 π N n l ) l = 0 ， ⋯ ， N − 1 (4) w f = 0.5 × 16 × F s / N (5) 其中，N为心音周期长度， L F 和 是包络与阈值( )为0.2时的左右交叉点。 为消除特征之间相关性与减小特征维度，本研究采用主成分分析提取前两个主成分作为其心音特征以取代复杂的信息量，其 的散点图如图5所示，。