DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 结论 一直以来，Na v 1.5被认为是最重要的心脏钠离子通道，在心脏相关疾病中具有不可替代的位置。近几年，Na v 1.8被发现与心脏传导异常有关，使其成为另一个具有较好前景的心脏钠离子通道。尽管Na v 1.8影响心脏功能的具体机制尚未完全明确，且缺少在心脏疾病中的实际应用，这一发现仍旧是对心脏兴奋性认识的一个重要的里程碑，为新药心脏毒性研究及心血管药物的研发提供了重要的依据。
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user: 摘要 玻璃是一种无序的材料，缺乏晶体的周期性，但在机械性能上类似固体。制作玻璃最常见的方法是快速冷却粘性液体以避免结晶，尽管冷却获得玻璃这一方法已为人们所熟知，但从液体转变成无定型刚性结构这一过程的微观机理还尚未被人们完全理解。经典分子动力学模拟作为一种研究物质微观结构的有效手段，能够提供关于非晶材料静态结构和动态特性的详细信息，为研究玻璃结构提供了科学可行的方法。在本工作中，我们针对以往玻璃分子动力学模拟中无拓扑定义力场对高温和常温下物理性质描述无法兼顾的难题，提出了一种变温拓扑构造方法，在不同的温度下构建不同的SiO 2 无规网络拓扑结构用于熔体冷却玻璃化过程的分子动力学模拟。分析了熔体冷却玻璃化过程中的结构性质、动力学性质与热力学性质变化，我们发现变温拓扑构造方法能准确描述SiO 2 玻璃化过程中径向分布函数、体积、扩散系数、松弛时间等结构性质和动力学性质，并且对动力学与热力学关系的描述符合Adam-Gibbs理论，得到的协作重排区域尺寸在熔体冷却玻璃化过程中逐渐减小。
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user: 1. 引言 硅基玻璃的结构可以看作由Si元素构成基本骨架的连续随机网络 [ 1 ]，并且网络拓扑结构(原子的键接关系)受多种因素影响，比如温度、压力和制备条件。玻璃的化学组成和化学计量比也会导致网络拓扑差异，例如，BeCl 2 、GeSe 2 、GeO 2 等玻璃系统(在环境压力下)与SiO 2 有类似的化学计量比，所以它们的网络拓扑结构都是由[MX4]类型的四面体(CP)构成的，关键区别在于相邻四面体之间的角度(由桥接阴离子的极化率控制) [ 2 ]，四面体相连接的拓扑结构导致在这一类网络在多个空间尺度上存在着有序结构(短程有序和中程有序)，而温度和压力等环境因素通过改变CP间的连接角度和CP自身的几何结构(例如高压下原子近邻的配位数增多)来改变网络拓扑 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。这种网络拓扑随温度或压力变化的现象是玻璃结构的重要特征，对于液体的玻璃化研究有重要意义。 石英玻璃中的Si-O键兼具共价键与离子键成分，选择合适的力场与构建合理的初始结构是石英玻璃分子动力学模拟的关键。在以往的玻璃体系分子模拟工作中，大多是在确定好力场后，使用对应的晶体作为初始结构，在高温下平衡熔融得到液体结构，最终通过降温退火模拟得到玻璃结构 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。这一类方法中使用的势函数没有拓扑的定义，比如在Tersoff [ 7 ] 多体势中引入了键级函数，通过原子间距离判断化学键的强弱，原子周围的配位情况由键级大小判定；或是直接以非对称的离子型对势(FB [ 9 ]， TTAM [ 10 ]， Morse [ 11 ] )描述所有原子对的相互作用 [ 12 ]。玻璃在高温与常温下的结构性质表现出巨大差异，化学键的断裂与重连导致网络拓扑重构，从而改变势能面形貌 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]。所以无拓扑定义的力场通常无法描述玻璃随温度变化的结构性质，比如多体势能较好地描述常温下石英玻璃中[SiO 4 ]四面体结构以及四面体间形成的中程序结构 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]，但多原子约束作用使其不能描述高温下Si-O键的断裂与体积变化的不规则性，不利于高温下离子迁移扩散等运输性质的研究；离子型对势能很好地描述高温下Si-O键的断裂 [ 7 ] [ 19 ] [ 20 ]，可以模拟高温下的离子迁移与扩散过程，但由于势函数中缺少键角能项，无法描述常温下[SiO 4 ]四面体的对称结构。所以无拓扑定义的力场对玻璃高温和常温下物理性质的描述通常是难以兼顾的，这一问题主要来源于玻璃在高温和常温下拓扑的明显差异，如高温下化学键断裂形成稀疏网络并伴随着[SiO 4 ]四面体对称性破坏，低温下体积收缩形成的紧密网络与稳定的[SiO 4 ]四面体结构。因此利用含拓扑定义的力场描述随温度变化的网络结构中原子间相互作用，可以体现玻璃在不同温度下的结构差异，并有可能准确描述熔体冷却玻璃化过程中的热力学变化规律。 在本工作中，提出了一种变温拓扑构造的方法，在不同的温度下得到不同的SiO 2 无规网络拓扑结构用于熔体冷却玻璃化过程的分子动力学模拟。并验证这种变温拓扑构造方法应用在玻璃分子动力学模拟中的科学性与可行性。
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user: 2. 模拟方法 2.1. SiO 2 液体冷却退火模拟 离子型对势能很好地描述玻璃熔体中原子的迁移扩散过程，我们使用Ersan Demiralp等人 [ 21 ] 提出的离子型对势Morse-Stretch势函数模拟SiO 2 熔体冷却退火过程，该势函数包含了非静电相互作用(短程泡利斥力、色散力、共价力等)，其形式如下： U M S ( R ) = D 0 ( e γ ( 1 − R / R 0 ) − 2 e ( γ / 2 ) ( 1 − R / R 0 ) ) (1) 其中， D 0 为势阱深度， γ 是与势作用宽度相关的参数， R 0 对应原子间作用的平衡距离。SiO 2 玻璃的MS势参数如表1所示。 Table 1 Morse-Stretch potential parameter of SiO2 glas R 0 (Å) D 0 (kcal/mol) γ O-O 3.7835 0.5363 10.4112 Si-Si 3.4103 0.2956 11.7139 Si-O 1.6148 45.99770 8.8022 表1. SiO 2 玻璃的Morse-stretch势参数 如图1(a)，为α_SiO 2 晶胞在xyz三个方向上扩胞后得到3.28 nm × 3.28 nm × 3.28 nm的超胞，以该超胞作为初始结构，用表1中的Morse-Stretch势参数描述原子间相互作用，将晶体结构从300 K升温至3000 K进行10 ns的NPT模拟，随后在3000 K下作10 ns的NPT平衡模拟得到SiO 2 的熔体结构，熔体密度为1.87 g/cm 3 。最后将熔体SiO 2 从3000 K降温至到300 K进行20 ns的退火模拟。 2.2. 网络拓扑结构构建 在300~3000 K温度范围抽取18个退火点温度下的结构，以0.2 nm为截断距离判断Si-O键的形成，构造不同退火温度下的网络拓扑，用含拓扑定义的OPLS力场描述网络结构中原子的相互作用。 E = ∑ b o n d s K r ( r − r 0 ) 2 + ∑ a n g l e s K θ ( θ − θ 0 ) 2 + ∑ d i h e d r a l s ， n V n 2 [ 1 + cos ( n ϕ − ϕ 0 ) ]     + ∑ i > j f i j ( A i j r i j 12 − C i j r i j 6 + q i q j e 2 4 π ε 0 r i j ) (2) 方程(2)为OPLS力场中的势函数，等号右侧的项分别对应键伸缩势、键角弯曲势、二面角扭转势与非键作用势。将网络结构分别在对应温度下作10 ns的NPT平衡模拟与10 ns的NPT平衡采样。如图1(b)，得到了300 K下的SiO 2 玻璃结构，密度为2.34 g/cm 3 ，与实验值相近。 图1. (a) α_SiO 2 晶体结构；(b) SiO 2 玻璃结构
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user: 4. 总结 在本工作中，我们首先用离子型对势(Morse-Strench势)描述SiO 2 熔体中的原子相互作用，通过在Si-O原子间设置截断距离得到各个退火点温度下的无规网络拓扑。用含有拓扑定义的力场描述网络结构中原子相互作用，研究了SiO 2 熔体冷却玻璃化过程中的结构性质、动力学性质与热力学性质随温度的变化规律，验证了这种变温拓扑构造方法应用在玻璃分子动力学模拟中的科学性与可行性。我们得到了以下结论： 1) 变温拓扑构造方法能很好地描述SiO 2 熔体冷却玻璃化过程中的结构性质变化，得到的扩散系数在Tg前后有数量级的变化，松弛时间与温度表现Arrhenius行为，符合SiO 2 强液体结构。 2) SiO 2 熔体在降至Kauzmann温度前玻璃化转变介入避免了剩余熵在非零温度下归零，表明玻璃化转变的动力学和热力学之间存在着联系，得到的构型熵与松弛时间符合Adam-Gibbs理论模型，变温拓扑构造方法能够准确描述玻璃化过程中动力学与热力学之间的关系。 3) SiO 2 熔体冷却过程中协作重排区域(CRR)尺寸不断减小，表明冷却过程中系统构型采样数量减少导致了原子的协同运动加剧，从而增大了协作重排尺寸。
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user: 摘要 本文采用累积叠轧焊(简称ARB)方法，采用不同体积分数的TiN颗粒和铝箔做累积叠轧实验，制备出四种体积分数的TiN/Al复合材料，然后用维氏硬度计测试出其硬度以及对截取部分材料在金相显微镜观测下的微观组织进行分析。结果表明：体积分数在15%~30%的TiN颗粒，随着TiN颗粒体积分数的增加，硬度呈现上升的趋势，最高可达到纯铝的9倍；随着轧制道次的增加，复合材料的硬度也随之增加；其微观组织在不同的体积分数下，通过一定的轧制道次，均可得到TiN颗粒分布均匀、晶粒细小的且具有优良性能的复合材料。
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user: 1. 引言 随着金属基复合材料的发展，铝、镁、钛、铜、铁、金属间化合物及难熔金属基等多个金属基系都能够作为复合材料的基体，而铝基复合材料是金属基复合材料中应用最广的一种 [ 1 ]。目前，纤维增强和颗粒增强铝基复合材料发展迅速，有了许多的成果，而颗粒增强铝基复合材料相比较纤维增强铝基复合材料而言，具有突破性 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]；颗粒增强铝基复合材料的颗粒增强体成本较低，并且克服了制备过程中出现的纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与原位纤维相互接触、反应带过大等影响复合材料性能和质量的问题 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]，由于颗粒增强铝基复合材料综合性能良好，有较高的比强度、比模量，用作高性能结构材料，可提高结构安全性，或优化结构设计已在国防与航空航天工业、汽车工业、电子领域、运动器材等方面得到广泛的应用 [ 8 ]。 2004年，日本宇航科学研究所的研究员北园等 [ 9 ] 在斋藤等的基础上，对工艺进行改进，首次将颗粒SiC置于Al板之间，并进行循环的叠轧–剪断处理–叠轧。经过诸多专家和研究员的探索可知，利用ARB法制备颗粒增强复合材料具有一定的可行性。 目前，颗粒增强铝基复合材料成为研究热点。碳化钛(TiC)是面心立方点阵，具有很高的化学热稳定性，用做金属陶瓷，具有高硬度，高模量，较高抗弯强度，耐腐蚀、热稳定性好等特点 [ 10 ] [ 11 ]。已有的研究表明，TiC和Al基体相容性好，能够对原基体材料的硬度等力学性能有显著提升，且耐磨耐蚀性能好，远高于基体金属的耐磨损耐蚀性能，对于铝或者铝合金是理想增强体材料。在此基础上，本论文采用颗粒增强铝基复合材料，增强相选择氮化钛(TiN)颗粒，TiN粉末为黄褐色，超细TiN粉末呈黑色，密度为5.43 g/cm 3 ，熔点高，TiN是面心立方点阵，其中钛原子位于面心立方的顶角，晶体结构与TiC晶体结构相似，只是将C原子换成N原子，因此，TiN作为增强体，对基体材料具有与TiC相类似的增强功能，同样是一种理想增强材料 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]，可得到具有优良的综合性能的复合材料。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验材料 以工业纯铝箔为原材料，其中铝的含量99.99%，尺寸为200 mm (L) × 100 mm (W) × 0.2 mm (T)，以TiN颗粒为增强相，平均粒径为2微米。 2.2. 实验仪器 实验制备铝基复合材料轧机参数：电机转速为147 r/min，两辊轧制速度为15 m/min。 试样镶嵌机：XQ-1金相试样镶嵌机(220 V， 650 W)。 金相显微镜规格参数：WMJ-9638系列倒置金相显微镜。 2.3. 测试与表征 在ARB处理之前，采用600#SiC砂纸把实验用的铝箔表面研磨处理，排除其他条件的干扰和进行初步脱脂；之后将铝箔折叠，再分别用酒精和丙酮对铝箔进行脱脂，然后将铝箔放置在指定处干燥，对实验所使用的不锈钢封套，也同样用酒精和丙酮处理，再将光洁面折叠，用轧机压好制成不锈钢封套以备用。本次实验采用TiN体积分数分别为15%、20%、25%、30%。实验中TiN和Al的所选质量如表1。用天平分别称量好处理后铝箔的质量以及所需配比增强相TiN颗粒的质量，再把增强相均匀地洒在铝箔中间，并将含有TiN颗粒的铝箔的三个开边进行折叠，把含有TiN颗粒的铝箔夹在不锈钢封套内，便于ARB加工过程中的均匀变形。用精度为0.02 mm的游标卡尺，测量不锈钢封套和样品的总厚度，再将轧机两滚轮之间的间距调整好(即每道次的压下量)，控制每道次的压下量大约为不锈钢钢套和样品总厚度的50%，将样品放入轧机两滚轮之间。然后将钢套取出，进行剪断–表面处理–叠轧循环的工艺，使材料不断叠轧焊合，进行大约20次的循环(轧制的次数根据实验目的可以有所变动)，便可得到实验所需的样品。轧制完成后的TiN/Al复合材料样品，采用热镶法对样品镶嵌，分别按垂直轧制方向截取横截面试样，平行轧制方向截取纵截面试样。对相应的试样进行金相观察。 Table 1 Weight of TiN and Al in TiN/Al Composites with different volume fractio Vf 成分质量/g 15% 20% 25% 30% TiN 1.92 2.69 3.59 4.68 Al 5.38 5.34 5.35 5.42 表1. 不同TiN/Al复合材料中TiN和Al的成分
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 微观组织 3.1.1. TiN/Al复合材料横纵截面的微观组织 图1显示了体积分数为15%、轧制道次为20道次，且在相同切割断面处截取的TiN/Al复合材料样品，其在横、纵截面上的金相图。从图中可以看出：a、c中的黑色块较少，b、d中的黑色块较多且分布有较大块的白色物质，黑色块为孔洞，横截面上有一定数量的孔洞分布，但可以清楚地看到，没有出现TiN和Al箔的层状复合材料，TiN颗粒已均匀地分布在铝基体中，形成了TiN颗粒增强Al基复合材料。 3.1.2. ARB工艺关于轧制次数对材料微观组织的影响 体积分数为30%的TiN/Al复合材料，分别截取不同截面样品金相如图2。 通过图2发现，随着轧制道次的增加，在金相下观察到白色块和黑色块慢慢减少，白色块和黑色块也从大团聚状慢慢的变为小团聚状，而在金相视图下存在有大块白色的物质，这一部分是未能和增强相颗粒充分结合的铝基体，也在变少；同样随着轧制道次的增加，在轧辊的作用下，通过压力和热能的作用，使得TiN颗粒和铝充分结合，团聚的TiN逐渐弥散分布在铝基体中，与铝紧密结合一起，形成颗粒分布均匀且细小的TiN/Al复合材料；但是，当轧制道次过多时，发现复合材料表面开始出现裂纹，最后导致崩碎成很小一块的复合材料。在图d中可以看到，复合材料组织细密，不存在微小孔洞和明显缺陷，增强相TiN分布均匀，团聚状少，TiN颗粒明显，与图2中a、b、c有明显区别。 图1. 体积分数15%TiN/Al复合材料的金相显微图：纵截面a、c；横截面b、d 由此可以发现：ARB工艺制备的复合材料，在复合材料的轧制过程中，轧制道次不仅通过影响材料中TiN颗粒的分布进而影响其性能，并且对其组织的致密性，同样有着重要作用。在一定的成分许可轧制范围内，轧制道次越多，复合材料的增强相颗粒也会分布越均匀，增强相颗粒与金属基体结合程度也越紧密，在轧制过程中，细化晶粒效果也越明显，晶粒也越细，得到超细晶也越多，原有层状铝箔也会逐渐消失，从层状复合材料转变为颗粒增强复合材料。 图2. TiN/Al复合材料的横截面金相显微图：a轧制25道次；b轧制30道次；c轧制35道次；d轧制40道次 3.1.3. 强化相TiN体积分数对材料微观组织的影响 在同样是20次的轧制次数下，图3，图4是不同体积分数的TiN/Al复合材料横、纵截面金相图。根据图3，图4，里面有四种相：大块的白色物质、具有一定规则的白色物质、黑色物质和棕色物质，分别为基体金属——铝、团聚TiN脱落后嵌入的镶嵌粉、团聚TiN脱落后的凹孔和被基体金属紧紧包裹的TiN颗粒(这也是复合材料主要的部分，其性能好坏的主要决定者)；通过图3，图4可以发现：在体积分数为15%时，图a白色物质、黑色的较少，但有大块的铝基体，TiN颗粒明显且分布均匀；而体积分数为20%的图b中，开始出现大量的团聚物和凹孔，并且TiN颗粒不太明显，同样还存在少量的铝基体；在体积分数为25%的图c中，团聚物开始大量增多且凹孔开始变大，能明显看到增强相，而金属基体铝也大大减少；在体积分数为30%的图d中，白色物质增多，凹孔开始减少，金属基体铝基本不再出现。由此发现：基体金属与强化相的结合程度需要一定的轧制道次和一定的体积分数，体积分数越高，基体金属与增强相的结合机也会增多，分布也更均匀，但所需要的轧制道次也会相应增加，以保证复合材料的优良综合性能。 图3. TiN/Al复合材料横截面成分配比金相显微图：体积比a 15%；b 20%；c 25%；d 30% 图4. TiN/Al复合材料纵截面成分配比金相显微图：体积比a 15%；b 20%；c 25%；d 30% 3.2. 力学性能 3.2.1. TiN/Al复合材料的维氏硬度 其他条件均相同、轧制道次不同的体积分数为30%TiN/Al复合材料横、纵截面维氏硬度见图5。在图5中可以看到，两个截面的硬度值都比较接近，且硬度值都较高，而铝的维氏硬度为20 HV，体积分数为30%的TiN/Al复合材料，相对于原基体材料铝来说，TiN颗粒增强铝基体的效果显著，随着轧制道次的增加，TiN/Al复合材料的维氏硬度也在不断增加，从轧制道次为25次的5倍，30次的6倍，35次的7倍，最后40次约为基体材料铝的维氏硬度的9倍，可以看出少量的高硬度颗粒增强相，能够对原基体材料的硬度有很大的提升。 图5. 轧制道次不同的30%TiN/Al复合材料横、纵截面维氏硬度 图6是在20次轧制道次下，体积分数分别为15%、20%、25%、30%的TiN/Al复合材料维氏硬度图。从图6中可看出，当体积分数分别为15%、20%、25%、30%时，其硬度值与纯铝相比较，分别增强376.5%、437.5%、491.25%、616.5%；且呈抛物线，并不是线性关系。随着成分配比的增加，轧制道次也应有一定的增加，而在这组实验控制的不变量是轧制道次，变量是成分配比，因此，成分配比为25%与30%的复合材料中的TiN颗粒与铝基体结合程度没有另两种的紧密，这也从侧面论证了上述的结论。同时，在成分配比为25%时，在金相下看到出现了许多的团聚状TiN，但“团聚”易引起颗粒分布不均匀，严重影响复合材料的性能，在实验原始数据中，成分配比为25%的波动较大；而在成分配比为30％的复合材料中，团聚较少；“团聚”状物质在一定的程度上对复合材料的硬度有一定的影响。 3.2.2. 强化机制 在金相显微镜下观察到的金相图也展示了随着轧制道次的增加，其微观结构也在逐渐变得清晰、颗粒分布逐渐均匀和其他相逐渐减少(其他相指的是在后续处理过程中嵌入的镶嵌粉和掉落的TiN颗粒)，随着轧制道次的增加，一次次的轧制，会使得晶粒不断细化，TiN颗粒在之前轧制时，一些部位出现的弥散团聚现象，也会得到改善，逐渐消除团聚TiN。而ARB工艺也是一种使材料强烈塑性变形，改善材料性能的工艺，在晶粒不断细化的情况下，细化后的组织，生成更多的晶界，阻碍位错的运动，导致位错密度的增加，增大了塑性变形的流变应力。于是微观组织就变得清晰，也提高了材料的硬度。而在轧制道次足够多的条件时，内部缺陷逐渐消失，而ARB是强烈的塑性变形，能够细化晶粒，获得超细晶，在晶粒细小且分布均匀时，继续轧制会使晶粒继续伸长，晶粒就会变得特别细小，此时又在外力作用下，细长的晶粒会开始出现裂纹、细孔等缺陷，当足够多的晶粒出现缺陷时，而与轧辊接触部位的压力承受较大，从外而内的开始在表面出现缺陷，最后变成非常细小的块状复合材料。 图6. 体积分数为15%、20%、25%、30%的TiN/Al复合材料维氏硬度 除了轧制道次对样品性能会产生很大的影响外，增强相TiN颗粒的体积分数也会对样品的性能产生很大的影响。在除了体积分数不同、其他条件均相同的情况下，通过ARB制备出的TiN/Al复合材料样品中，样品的TiN颗粒体积分数增加，其硬度也相应有一定的提升，但是金相显微镜下观察到的微观组织分布变得暗沉，并且也会有一些团聚TiN增加。 如果体积分数增加时，对其轧制道次也相应增加，晶粒弥散分布得到改善，使得结合更紧密，晶粒也会不断地得到细化，显微组织和力学性能也会得到一定的改善。
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user: 4. 结论 本文以铝箔和TiN颗粒为原料，采用累积叠轧焊(ARB)的方法，制备了TiN颗粒增强的Al基体复合材料。对制备的TiN/Al复合材料微观结构和复合材料的力学性能进行分析，得出下述结论： 1) 通过ARB工艺成功地制备出体积分数为15%~30%的TiN/Al复合材料。 2) 通过ARB工艺制备的体积分数为15%的TiN/Al复合材料大约需要轧制20道次、体积分数为30%的TiN/Al复合材料大约需要轧制40次，最后得到增强相分布均匀、晶粒细小、具有性能良好复合材料，其余体积分数在两者之间的需要20~40道次不定，随着体积分数的增加，轧制道次也应该相应增加。 3) 制备出的TiN/Al复合材料硬度有很大的提升，随着TiN体积分数的增加而增加，当TiN体积分数为30%时，可提高至纯铝维氏硬度的9倍。
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user: 摘要 为了提高近红外无创血糖浓度回归的预测精度，首先使用近红外光谱采集人体手指指尖光谱信号，同时用微创血糖仪检测对应血糖浓度；进一步基于高斯核函数与ε-支持向量回归机(ε-SVR)建立无创血糖浓度回归模型，并与偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析。通过ε-SVR模型对两名志愿者的实验结果表明：ε-SVR模型对测试集的预测精度有很大的提高，测试集的真实浓度与预测浓度的均方误差低，克拉克误差网格分析中位于A区的概率也均高于99%。
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user: 1. 引言 近年来，随着化学计量学、计算机科学和光学仪器的快速发展，红外光谱定性与定量分析的精度、准确性、可靠性都有了大幅提高，其在无创血糖检测领域得到了广泛应用 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。然而，信号微弱、测量条件复杂、人体生理背景难以定量等问题对光谱测量的影响，使得目前的实验研究和实际产品中，得到的血糖校正模型大都达不到临床要求，仍有许多关键问题需要解决。随着机器学习 [ 5 ] 的发展，基于神经网络、支持向量机等机器学习方法对生物光电信息进行智能分析的研究不断得到重视和发展。如胡命嘉 [ 6 ] 等人通过经粒子群优化算法(PSO)优化后的支持向量机(SVM)分类器对采集到的表面机电信号进行分类识别。李东明 [ 7 ] 等人提出了基于多光谱应用BP人工神经网络预测血糖；李庆波 [ 8 ] 等结合净信号预处理(NAP)算法和径向基偏最小二乘(RBFPIS)回归建立了一种适合于人体血糖测量的非线性建模方法NAP-RYFPLS。针对单个个体每天的血糖变化规律的差异性，代娟 [ 9 ] 等人以血糖吸收最强的1550 nm近红外光吸光度为自变量、血糖浓度为因变量，结合粒子群(PSO)算法和人工神经网络(ANN)建立了一种无创血糖检测模型PSO-2ANN模型。徐楠 [ 10 ] 等人提出了基于VIP处理的O-PLS算法的无创血糖基础研究。张春霞 [ 11 ]，马爽 [ 12 ] 等将支持向量机应用到无创血糖检测中，这些方法均在一定程度上对回归精度有所提升。 人体的复杂性对近红外光谱无创血糖检测造成了很大的影响，实际情况下采集到的近红外光谱信号和血糖浓度值之间存在复杂的非线性关系。本文在此基础上选择ε-SVR结合高斯核函数作为回归模型，基本思想是通过事先确定的非线性映射将输入向量映射的一个高维特征空间(Hilbert空间)中，然后在此高维空间中再进行线性回归，从而取得在原空间非线性回归的效果。
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user: 2. ε-支持向量机回归原理 在支持向量机回归中，输入样本x首先通过非线性映射 ϕ ( x ) 映射到一个高维的特征空间，然后在这个特征空间中建立一个线性模型来估计回归函数，公式如下： f ( x ， ω ) = ω ⋅ ϕ ( x ) + b (1) 其中， ω 为权重向量；b为阈值。 对于给定的训练数据集 { ( x i ， y i ) | i = 1 ， 2 ， ⋯ ， n } ，采用ε-不敏感损失函数，对应的支持向量机称为ε-支持向量机，则其约束优化问题可表示为： min ω 1 2 | ω | 2 + C ∑ i = 1 n ξ i + ξ i * ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， n s .t .     { y i − ω ⋅ ϕ ( x ) − b ≤ ε + ξ i * ; ω ⋅ ϕ ( x ) + b − y i ≤ ε + ξ i ; ξ i ， ξ i * ≥ 0. (2) 式(1)的优化问题可通过引入拉格朗日函数将其转化为对偶问题，通过解对偶问题得到式(2)的解： f ( x ) = ∑ i = 1 n S V ( α i − α i ∗ ) K ( x i ， x ) + b (3) 其中， α i ， α i * ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， l ) 为拉格朗日乘子， α i ， α i * 只有一小部分不为0，它们对应的样本就是支持向量(Support Vector， SV)； n S V 为支持向量的个数； K ( x i ， x ) 为核函数，通常采用高斯核函数： K ( x i ， x ) = e ( − λ ‖ x − x i ‖ 2 ) (4) 其中， λ 为核参数。
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user: 3. 数据准备 本文采用近红外光谱成像仪在950 nm到1700 nm的波长范围内采集两名志愿者在葡萄糖摄入后随时间变化血糖浓度对应的光谱信号。光谱分辨率为5 nm，每测量一次，光谱仪对着同一区域扫描100次，得到100帧数据，每一帧的大小为320 × 1。总共测量了68次，得到光谱数据Data_1和Data_2。 图1. 原始数据成像图及其指尖近红外光谱曲线图。(a) 近红外成像光谱仪对指尖局部血糖浓度探测的成像图；(b) 指尖近红外光谱曲线 数据形式如图1所示，图1(a)为测量中近红外成像光谱仪对指尖局部血糖浓度探测100帧的图像，其像素大小为320 × 100。其中蓝色部分为手指所在位置，由于不是对整个手指进行采集，只是采集了指尖某个区域的数据，所以图像不会呈现手指形状。读取图1(a)中的信息，获得图中所有点处的光谱曲线，其中指尖处的光谱曲线如图1(b)所示。 Data_1和Data_2都是测量了68次所得到的光谱数据，但它们分别得到了39和30个浓度。由此可见同一个浓度会有多个光谱样本与之对应，其中每个光谱样本包含100条光谱信号，每条光谱的维度为150。以志愿者1为例，为了保证数据的均衡性，当浓度的批次数量大于等于2时，随机选取其中一批，使得每个浓度只有一批数据。由于血糖变化给光谱所带来的影响非常的小，为了使光谱能更好的反映血糖浓度，需要提取出手指所在位置的光谱数据和进一步处理。由于手指所在位置的光谱曲线波动性较大，与手指以外地方的光谱曲线有明显区别，故选择标准差作为评判标准，确定手指所在位置。具体步骤如下： Step1：对第一帧数据中的320条光谱分别求出标准差S。 Step2：寻找最大标准差所在的位置并提取对应的光谱，最终100帧数据提取到100条光谱。 Step3：去除异常光谱。对100条有效光谱应用马氏距离法和 3 σ 法则筛选出异常光谱，首先设置一个阈值。这个阈值是根据计算出的100个马氏距离设置的，阈值 D t = 3 σ D ，其中 3 σ D 是马氏距离的标准差。然后由 3 σ 进行判断， | D i − D ¯ | ≤ D t ，则第i条光谱为正常光谱；反之，若 | D i − D ¯ | > D t ，则第i条光谱为异常光谱，将其剔除并随机选择一条正常光谱进行填充，其中 D ¯ 为马氏距离的平均值。 Step4：按照上述操作，对浓为度 C k ( k = 1 ， 2 ， ⋯ ， 39 ) 的光谱进行提取。 Step5：对每条光谱取对数变换获得总数据集 Ω ， Ω = { ( x n ， 1 k ， x n ， 2 k ， ⋯ ， x n ， 150 k ) | k = 1 ， 2 ， ⋯ ， 39 ; n = 1 ， 2 ⋯ ， 100 } 。 Step6：将采集到的光谱 Ω 随机分成两个数据集。从每个样本浓度对应的光谱中随机选出80%条光谱构成训练数据集，其余20%条光谱则作为测试数据集，分别用于校准和测试模型。 Step7：对训练集数据进行归一化处理，保留最大值最小值用于测试集归一化。
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user: 4. 结果与讨论 4.1. 模型训练 首先设置训练条件：1) 采用ε-支持向量回归机进行回归；2) 高斯函数作为核函数；3) 通过传统网格搜索法进行试验，网格大小为10 × 10，移动步长为0.5，并且采用5折交叉验证所得的误差作为优化参数的标准；4) 预测误差采用均方误差MSE表示： M S E = 1 n ∑ i = 1 n ( y i − f i ( x ) ) 2 (5) 其中 y i 实际血糖浓度值； f i ( x ) 表示血糖光谱回归预测的浓度值。 然后将训练集光谱数据与其对应的标签向量作为输入，对模型进行训练，得到最优参数带标签的训练集进行模型训练，得到最优参数 w ， b 和回归函数 f ( x ， w ) ，至此模型训练结束。最后将测试集光谱数据作为输入，进行浓度预测。 4.2. 模型评价 本节分别通过偏最小二乘回归(PLSR)与ε-支持向量机回归机(ε-SVR)获得预测结果，并对模型的性能进行评估。采用决相关系数(R 2 )、均方误差(MSE)和克拉克误差网格分析对血糖浓度回归模型进行评价。 对模型进行5折交叉验证，并计算出测试集均方误差、决定系数和克拉克误差网格A区概率的均值，用于作为模型评价的标准，分别用符号MSECV、R 2 、P来表示。两名志愿者分别建立模型得到验证结果如表1所示。 Table 1 Results of validation of models established by two volunteer 志愿者 模型 MSECV/mmol·L −1 R 2 /% P/% 志愿者1 PLSR 1.9961 53.17 55.62 ε-SVR 0.001 99.73 99.92 志愿者2 PLSR 1.0334 35.92 86.67 ε-SVR 0.0004 99.84 99.97 表1. 两名志愿者分别建立的模型的验证结果 由表1可见，两名志愿者通过PLSR分别建模所得到的模型测试集的真实浓度和预测浓度的平均相关系数相对较低，平均误差MSECV的值分别在2 mmol·L −1 和1 mmol·L −1 左右，模型的预测效果较差，精度不高；与之相比通过ε-SVR建模所得到的模型相关系数集的真实浓度和预测浓度的平均相关系数均高于99%，MSECV的值分别在0.001 mmol·L −1 和0.0004 mmol·L −1 左右，克拉克误差网格分析的结果几乎100%落在A区。同时从两个志愿者的MSECV值和P值也可以看出不同个体所建的模型效果也有所区别。 图2是关于志愿者1的数据在不同模型中参考浓度与预测浓度的拟合情况。图2(a)和图2(b)分别表示了使用PLSR模型和ε-SVR模型进行回归预测中参考浓度与预测浓度的拟合程度。将参考浓度与预测浓度构成有序实数对，这些离散的点越靠近直线 y = x 说明其预测结果越好。所以从图2中两个模型的结果对比来看，ε-SVR模型优于PLSR模型。 图2. 不同模型中参考浓度与预测浓度的拟合结果(志愿者1) 克拉克误差网格分析通过比较参考血糖浓度值和预测血糖浓度值间的关系来评估血糖算法准确度。网格分为五个区域，标记为A、B、C、D、E，落在A、B区域理论上可接受，落在C、D、E区域会造成潜在的危险，造成临床误诊。注意1 mmol·L −1 = 18 mg·dL −1 ，为了更清晰的观查其误差变化，所以将参考浓度和预测浓度进行单位换算。图3(a)和图3(b)分别表示志愿者1的数据在不同模型下真实浓度与预测浓度的克拉克误差网格分析结果分布图。从图中可以看出，PLSR模型预测的结果分布较散，散落在了A区以外，而ε-SVR模型的预测结果几乎全部落在A区。同时结合表1的结果也可以看出ε-SVR的线性性更强，模型预测效果较好，精度更高，具有较强的泛化能力。 图3. 不同模型的Clarke误差网格分析结果分布图(志愿者1)
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user: 5. 结论 支持向量机回归模型有效地减弱了干扰因素对预测模型的影响，能拟合血糖浓度与近红外光谱之间的非线性关系，从而提高了预测精度。相比PLSR模型，ε-SVR模型测试集的克拉克网格误差分析结果均达到99%；MSECV的值分别为0.001 mmol·L −1 和0.0004 mmol·L −1 左右。同时对比两个志愿者的克拉克误差分析结果也可以看出不同个体所建的PLSR模型效果区别明显，但针对ε-SVR模型，两个个体模型的克拉克误差分析结果差别不大，也进一步说明了ε-SVR是适合于人体血糖浓度测量建模的非线性方法。除此之外，对比志愿1和志愿者2的均方误差和克拉克误差网格分析落入A区的概率，可以发现：在同样的模型下，志愿者2的结果比志愿者1的要更好，这也进一步验证不同个体之间存在差异性。
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user: 摘要 为确保污染源普查质量，本文从技术环节、组织环节及社会环节梳理了我国污染源普查质量管理中存在的主要问题，提出构建污染源普查质量全过程保障方法体系，采用优化污染源普查名录库建库方法、污染源普查报表设计、污染源普查组织，基于代码规则、实地抽查、数据一致性检验及行政纪录审核等方法开展污染源普查质量控制，该方法体系覆盖普查调查制度设计、普查过程控制、事后质量评估三个层次，可有效控制污染源普查数据误差的形成。
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user: 1. 引言 自2007年《全国污染源普查条例》(中华人民共和国国务院令第508号) [ 1 ] 确定每十年开展一次污染源普查工作以来，污染源普查与经济普查、农业普查和人口普查一并成为我国重要的周期性普查工作，并建立了其在生态环境保护工作中的基础性地位。随着污染防治攻坚战的持续推动及生态环境管理工作的日趋精细化，污染源普查质量更将直接影响生态环境保护政策的制定和执行效果 [ 2 ]。我国各项污染防治攻坚战的开展均迫切地需要真实、准确的污染源基础数据予以支持，而在我国工业体系不断完备、分工日益细化的情势下，普查工作质量的保障面临着巨大的挑战，污染源普查质量保障已成为污染源普查中的重点和难点。 在此背景下，两次全国污染源普查期间，参加污染源普查的一线工作人员对影响污染源质量提高的相关问题进行了研究。其中刘钢等从普查技术设计、组织保障及信息化保障方面分析了我国污染源普查存在的问题 [ 3 ]；邵李文等对普查基础数据填报错误情形及发生原因进行了分析 [ 4 ]；贾睿等对普查内容校对方式及普查标准化操作流程上进行了思考 [ 5 ]。但相关研究仅涉及提高普查质量的工作方法及工作流程，强调的是具体工作实践，缺少对普查质量控制的系统理论研究，未构建系统的普查质量评估方法及质量管理理论，无法达到理论指导实践的作用。系统地开展污染源普查误差成因与数据质量控制机理研究，构建事前控制、事中控制和事后评估的质量控制体系，对于深化污染源普查质量控制的理论研究及实践应用，提高污染源普查数据质量、做好生态环境保护基础性工作的水平具有重大意义，也对一年一度环境统计等日常性统计的质量控制具有重要的指导作用 [ 6 ]。
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user: 2. 污染源普查质量管理问题解析 污染源普查作为一次针对所有污染源的大规模社会调查，我国在污染源普查的组织方式上采用了和其它普查工作类似的组织模式，暨全国统一领导、部门分工协作、地方分级负责、各方共同参与，具有高效的组织运转和强大的社会动员能力 [ 7 ]。但作为一项庞大的系统工程，涵盖了一系列的组织实践及技术实践，在具体工作过程中，普查过程中的制度设计、宣传培训、组织实施、名录库建库、入户登记及污染物产排量核算等均彼此关联，不同阶段的不同因素均会引发一定的误差，并最终对普查数据质量形成累积影响。从污染源普查数据的形成过程来看，污染源普查技术方案设计、普查组织管理及普查所处的社会环境是影响普查数据质量的主要因素。 2.1. 污染源普查技术方案设计对数据质量的影响 (1) 普查对象的全面性是普查实施的基础，对数据质量具有系统性的影响。为满足污染源普查需求，污染源普查对象含工业源、农业源、集中式污染治理设施、移动源及生活源，暨包含了固定源，也包含了移动源及分散源，是全地域、全口径的污染源调查工作。其中工业源普查范围含采矿业，制造业，电力、热力、燃气及水生产和供应业；农业源调查范围包括规模化畜禽养殖场、非规模化畜禽养殖、水产养殖、种植业等；生活源调查范围包括生活源锅炉、市政入河(湖)排污口、城乡居民能源消费和废水排放情况；集中式污染治理设施含集中处理处置生活垃圾、危险废物及污水的单位；移动源含机动车、储油库、加油站、农田机械、机动渔船、油罐车、火车内燃机及飞机等 [ 8 ]。我国未在生态环境保护工作中形成建立统一的污染源管理单位名录库，污染源普查对象的多样性又增加了普查对象确认的难度，开展普查对象建库的数据来源广泛，易造成普查对象的漏报、错报及重报。 (2) 污染源普查表是获取污染源普查数据的工具，直接影响着普查目标的实现、普查任务量的多少及普查质量优劣。在管理背景上，污染源普查指标设置多样化、普查项目广是确保污染源普查成果满足现阶段生态环境精细化管理的必然需求，但也造成了被调查者理解困难、调查难度增加、调查时间延长、质量控制难度大等问题。同时，为完成污染物排放量的核算工作，普查指标需含污染源基础信息、污染物治理设施、污染物核算信息等，指标间彼此支撑、逻辑性强，造成普查指标漏填、数据间逻辑错误、数据不规范等问题。 (3) 获取准确的污染源基本信息及污染治理信息，并在此基础上获取准确的污染物产生量及排放量核算，是污染源普查与其它普查之间的最大差距，也是污染源普查的最大技术难点。开展污染物核算的方法有系数法、监测法、物料平衡法等，系数法体现的是同一原料(能源、产品)、工艺、规模等级及污染治理工艺下的污染物排放强度，但随着我国工业体系的日趋完善及社会分工的日益细化，很难确保所有的生产工艺能找到对应及符合企业排放实际的污染物产排污系数；而监测数据是否体现企业实际，需对监测设备校正情况进行评估，对异常数据进行剔除，对普查人员业务素质要求高；物料平衡法的正确使用必须基于普查人员对生产工艺的深入了解及物料中有害元素的准确测定。污染源基础信息调查及核算的复杂性将形成单个普查对象的核算误差，并在数据汇总过程中形成累积误差。 (4) 普查作为一项庞大的系统工作，分级、快速、系统的数据汇总是确保普查及时性的关键，也是开展普查内部数据一致性分析及外部数据一致性分析的基础。因此必须全面系统的实现污染源基本信息、治理信息及核算信息的规范化、代码化、确保数据的关联度。但在我国庞大且系统工业体系下，这一工作的难度极大，实现原料(燃料)、工艺(段)、产品、规模等级的穷举是一个非常庞大的系统工程。 2.2. 污染源普查组织管理对数据质量的影响 污染源普查组织管理就是发动社会力量获取普查数据的过程。在确保获取既定数据并确保数据质量的前提下，需确保最少的人力资源、资金投入，最快的获取普查数据。污染源普查组织管理通过协调、控制、修正普查参与者的行为，确保污染源普查制度设计的实施，最终达到全面、综合控制普查数据质量的目的。 污染源普查参与者的业务能力及工作态度，决定着污染源普查制度设计是否能执行到位，但普查员主要从企事业单位及乡镇中抽调，工作经费难于保障，基础知识不足，对普查对象填报数据的科学性及合理性大多缺乏判读能力，较难驾驭复杂的污染源普查技术要求。同时能否顺利的开展普查入户调查工作，还取决于普查的宣传组织是否营造了人人知晓普查的社会氛围。在普查过程中将形成海量数据，在没有建立系统的数据获取规则情况下，极易造成数据的录入、核算、流转及汇总误差。同时，虽然我国制定了企业及产业活动单位填报普查报表、普查员及普查指导员现场核查、各级普查机构核证的普查作业流程，但还存在对质量要求认识不到位、专业技术缺乏及手段不完善等问题。 2.3. 污染源普查社会环境对数据质量的影响 污染源普查开展的社会环境会对普查对象真实填报普查信息产生显著的影响，进而影响普查数据质量，形成普查数据误差。从污染源普查对象的社会属性来看，受环境保护税征收、减排任务及日常环境监管要求的影响，在涉及普查对象经济利益、环境监管影响及核心技术等方面的问题时不愿如实填报，入户核实难度大、数据追溯难度大的问题。从行政管理及考核来看，污染源普查得到的污染源产生、治理及排放数据体现当地的污染治理水平高低，受国家对各级政府的总量减排考核及新建项目污染物总量指标来源等影响，为避免污染物排放量排位过高而加大减排压力或排位过低而不利于排放指标的争取等问题，均导致地方普查机构直接或间接调整普查数据而产生统计误差，同时还存在为了与历史数据或常规统计数据相衔接而调整普查数据等问题。
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user: 4. 结论及建议 4.1. 结论 污染源普查作为一种全面调查，误差主要体现在普查对象缺漏、基础信息调查不准确、普查指标填报不全面、污染物核算错误及数据汇总错误等。普查数据质量保障必须基于普查组织实施全过程。本文系统研究了我国污染源普查的技术环境及社会环境，识别出污染源普查技术方案设计、普查组织管理及普查所处的社会环境对污染源普查质量的影响途径。提出在污染源普查过程中应构建全过程的污染源普查质量保障方法体系，从优化普查调查制度设计、实施普查过程质量控制及事后质量评估来控制误差的形成及影响，并对后续普查工作开展提供借鉴。该方法体系在云南省第二次全国污染源普查期间进行了实践及验证，检验并改善了普查数据质量，确保了污染源普查质量在工作过程中的持续改善。 4.2. 建议 (1) 污染源普查作为一项重要的统计工作，并确保其在国家宏观调控和科学决策中起到基础性作用，必须确保污染源数据质量，需完善污染源普查法律法规体系建设，提高企业等统计调查对象源头数据的质量，强化各种统计数据之间匹配衔接，建立健全全面的普查数据质量监控机制。 (2) 建立基于全生命周期管理的污染源数据中心，实现污染源各类业务系统的整合和历史数据的应用及数据的共享互通，形成污染源的唯一标识，最大作用地发挥行政纪录审核在污染源质量管理中的作用，并为开展污染源普查数据与权威统计数据的一致性比对奠定数据基础。 (3) 强化日常性环境统计对污染源普查工作的支撑及反馈，建立污染源普查后台相关代码信息的动态维护机制，建立更为完整的污染源基本信息、治理信息及排放信息代码数据库，以适应我国不断细化的生态环境保护工作需求。 (4) 建立健全的基于行政管理层面的污染源普查质量保障体系，并上升至标准高度，实现污染源普查质量控制的制度化、标准化、系统化和规范化。 (5) 探索建立污染源普查与其它类普查及统计的融合工作，特别是影响污染治理水平及污染物产排量核算的关键指标的融合。
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user: 摘要 本文研究铁路货运通道上的分组列车编组计划优化问题。已有研究一般是在单组列车编组计划优化模型的基础上采用分阶段优化的方法计算分组列车编组计划模型，所得结果的全局最优性较差。针对上述问题，本文建立了铁路货运通道上的分组列车与单组列车的编组计划一体化总体优化模型，设计了关于模型的遗传算法，数值实验表明本文所提出的模型可以有效应用于铁路编制列车编组计划的实际工作中。
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user: 1. 引言 1.1. 背景介绍 相比于公路运输和航空运输，铁路运输由于受气候和自然环境影响较小，且运输成本较低，在国内大宗货物，如钢铁、煤炭、矿石、粮食等的运输市场中占据优势地位。货物列车编组计划是车流组织计划的具体体现，它规定了路网上将车流组织成列流的方式与办法，在铁路货运组织过程中处于核心位置。在我国铁路系统中超过一半以上的货运量由铁路货运通道承载，而当前主要依赖人工编组的办法受个人能力限制使得货运通道上经常出现运能不足、货物滞留等事件，从而影响整个铁路系统的运输效率。因此，研究铁路货运通道上的列车编组计划优化方法对于提升铁路货运运能，降低社会交通成本具有重要意义。 1.2. 相关工作 车流组织是铁路运输组织的重要内容，是将车流由发生地送到目的地的办法。其中，车流径路确定的是货车从始发站送到终点站所途径的线路。高旭敏等 [ 1 ] 以路网总的运营费用最低作为目标函数，同时考虑了线路、车站的能力约束，构建了车流径路的优化模型。苏顺虎等 [ 2 ] 分析目前铁路网车流径路存在的问题，提出路网车流径路综合最优的含义，分别以运输时间最少，运输距离最短，运输成本最低为目标建立了多目标0-1规划模型。空车调配问题也是铁路运输调整的重要组成部分，目的是在保证车流组织要求的前提下使得运送空车的费用最小。宋晓东等 [ 3 ] 通过综合考虑空车调配问题的多方面因素，构建了考虑车种代用的空车调配多目标优化模型，并在此基础上提出了考虑线路能力约束的空车调配多目标优化模型，使空车调配优化模型更加符合铁路运输实际。梁栋等 [ 4 ] 基于我国铁路网络规模大，列车组织形式多样化以及按图行车的特点，设计了与物理时空网络有所区别的服务时空网络。时空网络是研究铁路动态车流组织的一种有效方法。借助于服务时空网，构建了我国铁路运输动态车流组织的策略优化模型。Li等 [ 5 ] 首先解释了对货运列车编组计划编制的复杂性，然后通过将车流路线与编组方案联合优化，将货运列车编组计划问题转化为编组网络图的计算问题，建立数学模型使得铁路网内车流总成本最小。Newton等 [ 6 ] 将编组计划问题转化为服务网络设计问题，建立了编组去向网络。Kwona等 [ 7 ] 基于时空网络建立了动态多商品流模型来模拟货运车辆的路径和调度问题，对已有的编组去向和列车编组方案进行了改进。 国内外学者对于单组列车编组计划进行了大量研究。曹学明等 [ 8 ] 研究了直达列车的一种特殊情形即装车地直达列车问题，通过分析影响装车地直达列车开行的因素，建立了装车地直达列车开行的非线性规划模型。赵慧等 [ 9 ] 在我国铁路系统上，技术站间计划车流量、集结参数、技术站无改编节省、车流运行径路等已知的条件下进行了技术站间单组列车编组计划的优化研究。Ahuja等 [ 10 ] 提出货运编组问题是为了网络中所有调车场的所有装运确定分类计划，以最小化总装运成本，创建编组计划，使用超大规模领域搜索实现解决方案所需的各种约束。单组列车的开行对日均车流量有一定的要求，每个车组中集结的货车数量要达到列车的编成辆数才能安排开行，集结时间较长，而且单组列车的发车间隔较长，货物的运输时间成本较高。因此，近年来学者们开始关注分组列车编组计划的研究。 对于分组列车编组计划的研究一般将分组列车所包含车组数量限定为不超过三组，且规定途中只进行一次换挂作业。王志美等 [ 11 ] 在单组列车编组计划方案的基础上，建立了减轴分组列车编组计划优化模型，以车流组织成本最小作为目标函数。陈崇双等 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 对分组列车的车流组织特征进行了较为系统的研究，分析了其在编成站、换挂站以及终到站的技术作业特点，并与相应的单组列车形式进行了对比。此外还优化了分组列车编组计划所涉及的相关参数，同时提出了分组列车编组计划优化模型。该模型以车小时消耗最小为目标函数，考虑了铁路网络每一条路线中可以改编的最大车流量、每个技术站可以处理的车辆数，以及每个技术站的调车线数量作为模型的约束条件。田怀秀等 [ 15 ] 通过分析技术站每个编组去向的车流结构，建立了单组列车与分组列车联合优化的列车编组计划模型。在实验中说明了此模型的有效性与可行性，同时证明了列车编组计划的优化可以降低货物运输的成本。肖杰等 [ 16 ] 按照分阶段优化理论将分组列车组织过程分为车流路径、单组列车编组计划、分组列车编组划三个优化问题，并将车流路径与单组列车编组计划中所建立的编组去向及其吸收的车流强度作为已知条件，建立分组列车编组计划优化模型。肖杰等 [ 17 ] 以最大限度地降低技术站总车小时消耗为目标，引入阶跃函数设置开行分组列车的条件，建立包括单组列车和分组列车的编组计划综合优化模型，并采用遍历算法求解技术站编组计划综合优化模型，得到总车小时消耗更少的技术站列车编组计划。 Martinelli等 [ 18 ] 考虑到铁路行业竞争激烈的运营环境，缩短决策间隔变得十分必要，提出了一种神经网络模型及其求解方法能在短时间内获得列车编组问题的良好解。Bertanzi等 [ 19 ] 研究了给定运输频率时，多产品物流网络的库存和运输成本之和最小的问题，并为此提出了基于序列分解或通过动态规划技术解决简单问题的启发式算法。Michael等 [ 20 ] 研究了美国一条主要货运铁路的联合列车调度和需求流问题，提出了一种禁忌増强型遗传搜索算法。Chen等 [ 21 ] 采用定性分析的方法结合定量测量和理论推导，并结合仿真实验系统探讨了列车编组方案优化的问题。Xiao等 [ 22 ] 提出了同时考虑一节编组列车和两节编组列车的编组计划综合优化模型，并提出了一种基于蚁群系统的启发式优化方法来求解该模型。 综上，我们可以看出，相较于单组列车，分组列车由多个车组组成，每个车组集结的货车数量不需要达到列车的平均编成辆数，能够有效缩短发车间隔，加速货物周转。另外，远程车流通过分组列车的运输可以免除通过多个短程单组列车运输时的改编作业，降低技术站的调车作业负担。因此，有必要研究分组列车编组计划优化问题。已有的研究对分组列车编组计划采用分阶段优化的方法，这样会造成传统分组列车编组计划模型在单组列车编组计划模型的求解结果上进行优化时每个子问题的中间解只具有局部最优性，最终解的全局最优性较差。为此本文提出了分组列车与单组列车编组计划一体化总体优化模型，并设计了相应的遗传算法来求解。 1.3. 本文贡献 本文对铁路货运通道上的分组列车编组计划优化问题展开研究，主要工作包括： 1) 针对已有研究基于单组列车编组计划优化模型的分组列车编组计划分阶段优化方法优化效果欠佳的问题，以货物运输过程中的车小时消耗为优化目标建立了货运通道上的分组列车与单组列车编组计划一体化总体优化模型。 2) 设计了关于上述优化模型的遗传算法，数值实验表明我们所设计的算法能够快速有效地求解上述模型，得到面向需求的铁路货运通道上的分组列车编组计划优化方案，从而表明本文所提出的列车编组计划优化模型可以应用于实际的列车编组计划制定工作中。 本文主要内容安排如下：第二节建立了货运通道上的分组列车与单组列车编组计划模型；第三节针对上述模型设计了遗传算法并给出了相关算法的数值实验；第四节总结了本文的研究内容并指出了进一步的研究方向。
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user: 4. 结论与展望 本文针对分组列车编组计划模型在单组列车编组计划模型求解结果基础上分阶段优化效果欠佳的问题，综合考虑了铁路货运通道上货物运输过程中集结车小时消耗和中转车小时消耗，建立了货运通道上的分组列车与单组列车编组计划一体化总体优化模型，并设计了遗传算法对模型进行求解。数值实验表明遗传算法可以较快地给出分组列车的优化编组方案，且我们提出的分组列车编组计划优化模型也说明相比于纯单组列车，单组列车与分组列车联合的编组方案使得货物运输的车小时消耗更少。 目前国内主要依靠人工来制定列车编组计划的做法已不适应当前的铁路货运发展的需求，随着信息技术与数据科学的发展，关于列车编组计划的研究正朝着自动化，智能化的方向发展。本文以规划周期内所有需求通过货运通道时在站内停留的车小时消耗为优化目标，综合考虑分组列车欠轴约束，利用混合整数规划建立了铁路货运通道上的分组列车编组计划一体化优化模型，为解决分组列车编组计划优化问题提供了新思路。
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user: 摘要 战略性新兴产业主要包含新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料产业等九大领域，这些战略性新兴产业将是未来中美竞争的核心。文章重点分析了与制造业密切相关的新一代信息技术、高端装备制造、新材料、生物、新能源汽车制造、新能源、节能环保等七大产业领域中国和美国的发展现状。根据最新的统计和对比数字，美国在生物产业领域(制药 + 医疗)领先优势较大；另外，美国在新一代信息技术、高端装备制造产业领域也有明显优势。而其他四项：新材料、新能源汽车制造、新能源、节能环保产业方面，中国上升趋势很快，在新能源领域已领先美国，在新材料、新能源汽车制造、节能环保等领域，中国的发展也令人鼓舞。未来，中美在这些战略性新兴产业的竞争会愈来愈激烈，中国的追赶速度也会加快。
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user: 1. 引言 “战略性新兴产业是以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业” [ 1 ]。中国国家统计局在2018年11月7日公布了《战略性新兴产业分类(2018)》，分别是：“新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料、生物产业、新能源汽车制造、新能源、节能环保产业、数字创意产业、相关服务业” [ 1 ]。 在当前中美“贸易战”、“科技战”的大背景下，战略性新兴产业，特别是前七项产业与制造业联系密切，将在未来成为经济发展的核心动力，也将是未来中国高技术的载体和立足之本，对我国未来的国际竞争力提升有着特别重要的作用和意义。真正搞清中美在战略性新兴产业方面的现状和差距，找出存在的问题，提出对策建议，明确努力方向，将对我国的产业政策改革、科技发展创新和科技自立自强具有重要参考价值。