DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 目的：评价十二导联常规心电图对冠脉缺血性心脏病的诊断与冠脉造影检查结果的一致性。方法：收集、对比2011年~2015年期间华北石油管理局总医院心内科109例行冠脉造影检查住院患者的术前常规十二导联心电图与其冠脉造影结果。将术前常规心电图结果按其具体表现分为：完全正常心电图；非特异性异常心电图(包括各种心律失常，非特异性ST-T改变）以及特异性改变心电图(包括异常Q波，典型ST抬高或压低，明显T波改变）。冠脉造影结果按照冠脉斑块阻塞程度也分为三组：冠脉斑块阻塞小于50%；冠脉斑块阻塞50%~75%；冠脉斑块阻塞大于75%。对数据进行汇总，并做一致性分析统计。结果：109例中，常规心电图为完全正常窦性心律的有17例，非特异性异常心电图(包括心律失常11例，非特异性ST-T改变9例）20例，特异性改变心电图(包括异常Q波10例，ST-T改变40例，单纯ST压低12例，单纯T波倒置10例）72例；冠脉造影结果无斑块及阻塞小于50%共19例，冠脉斑块阻塞50%~75%的共11例，冠脉斑块阻塞大于75%的共79例。经分析后得出，两种检查结果有相关性(卡方 = 40.7520，P = 0.0000)，可以用Kappa指数描述其一致性。Kappa指数 = 0.286195，说明此两种检查的一致性较差。结论：常规十二导联心电图是诊断冠脉缺血性心脏病的重要方法，但由于受采集时机等因素影响，其表现与实际冠脉病变程度一致性较差，不能单纯依此作为判断冠状动脉狭窄程度的依据，需要通过运动实验，24小时动态心电监测等检查来提高检测的敏感度和准确率。 关键词 :心电图，冠脉造影，缺血性心脏病，一致性，诊断 Copyright © 2017 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 随着生活水平的提高，人们对自己的健康越来越重视，很多患者开始希望自己能了解更多医学知识。因为缺血性心脏病患病率逐渐增加，又是导致心源性猝死的一大病因，近年来倍受重视。一直以来，虽然冠脉造影才是诊断冠脉缺血性心脏病的金标准，但是常规十二导联心电图是临床上最常用于检查冠脉缺血性心脏病的重要手段。随着介入诊断治疗技术的广泛开展，临床医生在工作中越来越多的发现临床症状、心电图以及冠脉造影不符的现象。例如：患者出现了心绞痛等冠脉缺血性心脏病的症状，其常规心电图检查也发现了ST-T改变等提示心肌缺血的心电改变，可是经过冠脉造影检查却发现冠脉没有病变或者只有轻微病变的情况。这就引起了“常规心电图检查能否作为诊断冠脉缺血性心脏病的依据？”的思考。本文通过对华北石油总医院109例患者冠脉造影前常规十二导联心电图和其冠脉造影检查结果的一致性分析，发现这两项检查结果有一致性，但一致性较低，并对临床大夫如何给患者选择检查项目提出了建议。
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user: 2. 资料与方法 此项分析纳入的病例为：华北石油管理局总医院的心血管内科在2011年~2015年间，以疑似冠脉缺血性心脏病收治入院的患者，并且患者住院期间完成了冠脉造影和静息十二导联心电图两项检查。排除标准为未能完成两项检查或者两项检查资料缺失者。按照常规心电图的表现把检查结果分为三组。完全正常心电图归为1组，非特异性异常心电图其中包括各种心律失常和非特异性ST-T改变归为2组，特异性改变心电图(包括异常Q波，典型ST抬高或压低，明显T波改变）归为3组。同时对冠脉造影结果按照冠脉斑块阻塞程度分为三组。冠脉斑块阻塞小于50%的归为1组。冠脉斑块阻塞50%~75%的归为2组。冠脉斑块阻塞大于75%的归为3组。分组依据：一般认为冠脉造影血管斑块阻塞小于50%并不影响血供，斑块阻塞大于75%会严重影响血供，斑块阻塞50%~75%会对血供有影响。若冠心病患者常规心电图检查能够完全反应冠脉动脉狭窄状况的话，那么理论上当血供不受影响时，心电图就应该无明显异常；当血供受严重影响时，心电图会出现特异性改变；当血供受影响但不严重时，则心电图就会出现非特异性异常改变。最后将两组数据用PEMS3.1统计软件，采用卡方检验，Kappa指数进行一致性分析。
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user: 3. 结果 109例中，男性82人，最大年龄90，最小年龄31，女性27人，最大年龄72，最小年龄41，平均56岁。性别、年龄分布见表1。常规十二导心电图为完全正常窦性心律的有17例，非特异性异常心电图(包括心律失常11例，非特异性ST-T改变9例）20例，特异性改变心电图(包括异常Q波10例，ST-T改变40例，单纯ST压低12例，单纯T波倒置10例）72例；冠脉造影结果无斑块及阻塞小于50%共19例，冠脉斑块阻塞50%~75%的共11例，冠脉斑块阻塞大于75%的共79例。正常心电组中，冠脉斑块阻塞小于50%的8例，冠脉斑块阻塞50%~75%的1例，冠脉斑块阻塞大于75%的8例；非特异性异常心电图组中，冠脉斑块阻塞小于50%的7例，冠脉斑块阻塞50%~75%的3例，冠脉斑块阻塞大于75%的10例；特异性改变心电图组中，冠脉斑块阻塞小于50%的4例，冠脉斑块阻塞50%~75%的7例，冠脉斑块阻塞大于75%的61例。患者心电图检查结果与冠脉造影一致性分析结果：卡方 = 40.7520，p = 0.0000，按照0.005的检验水准，可以认为此两项检查结果有相关性。但是用于检测两者一致性程度的Kappa指数 = 0.286195，说明此两种检查的一致性较差(见表2)。 Table 1 Demographics of the serie 年龄 性别 男 女 44岁以下 7 1 45岁~59岁 40 12 60岁以上 35 14 表1. 患者性别、年龄分布 Table 2 Consistency analysis of coronary arteriography and electrocardiogra 常规心电图 冠脉造影 合计 1 2 3 1 8 1 8 17 2 7 3 10 20 3 4 7 61 72 合计 19 11 79 109 表2. 心电图与冠脉造影一致性分析 分类数 = 3，检验水准 α = 0.05 卡方 = 40.7520 自由度 v = 4 概率 P = 0.0000 (u检验：u = 4.0675 P = 0.0000) 符合率 Po：0.6606 期望符合率 Pe：0.5245 Kappa指数 = 0.286195 Kappa指数的标准误 Sk：0.070361 Kappa值的95%可信区间：0.148287~0.424103
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user: 4. 讨论 冠心病是指由冠状动脉血管粥样硬化病变而导致的心肌缺血缺氧性坏死，属于常见心脏病，冠心病患者发生心律失常的概率较高，心律失常主要是指窦房结激动传导异常而导致的心脏节律异常，冠心病患者发生心律失常后。其死亡风险增高 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。有学者指出医院的心电图技师或医生单凭心电图异常就做出冠心病或心肌缺血或心电图正常而否定冠心病的诊断都是不恰当的 [ 4 ] 。本例在常规心电正常组中，冠脉造影斑块阻塞大于50%的共9例，占组中病例数52.94%。在常规心电非特异性异常组中，冠脉造影斑块阻塞大于75%的共10例，占组中病例数50%。说明有一部分患者虽然有冠脉病变，但静息时常规心电图并没有出现特异性表现；或者虽然患者冠脉病变较重，但常规心电图并不能表现出来。出现这些情况可能是由于患者的血管弹性尚好，代偿能力较强所致。对于这样的患者，临床医生可以给予运动试验检查，通过增加患者心脏负荷抵消患者代偿能力，从而使异常的心电现象得以体现。运动平板试验中，逐级增加的运动引起心肌耗氧量、儿茶酚胺或肾上腺素分泌增加，加重心肌缺血，易诱发各种心律失常 [ 5 ] ，因为冠心病患者更易出现频发早博、室速、房性心动过速等 [ 6 ] 。有研究发现运动平板试验阳性率与运动平板试验中室性心律失常的发生相关 [ 7 ] ，表明运动平板试验中发生室性心律失常提示冠心病的可能性较大。对于冠心病可疑患者，可先进行运动平板试验初步筛查，要重点关注在运动平板试验中发生频发单源室早、多源成对室早及短阵室速患者 [ 8 ] 。需要注意的是，该检查虽相对安全，但患者在运动中或运动后出现晕厥的现象还是时有发生 [ 9 ] 。因此除严格避免禁忌症外，还应在具有急诊抢救措施的诊室进行。冠脉造影斑块阻塞大于75%组中，仍有常规心电图完全正常8例，占组中病例数10.13%，常规心电图非特异性表现10例，占组中病例数12.66%。说明一部分患者虽然冠脉病变较重，但是往往患者就诊时心肌缺血症状已经得到改善，常规心电图未能捕捉到异常表现。有专家指出不稳定心绞痛包含了很多临床情况，其共同的特点是严重的一过性心肌缺血 [ 10 ] 。另有研究认为24小时心电图对冠心病患者的心律失常的诊断准确度更高，可有效减少漏诊，在冠心病心律失常的临床诊断中，采用24 h心电图诊断的准确性较常规心电图更高，其诊断价值显著，可作为冠心病心律失常的首选诊断方法 [ 11 ] 。对于这些患者，临床医生可以给予动态心电检测或者心电遥测检查，有助于及时捕捉到患者的心电异常表现。常规心电图检查最为经济便捷，安全无创，易于操作。对于疑似冠心病患者，可以在不同时间反复多次进行检查，最好在患者有自觉症状时检查，更有助于发现异常。若患者症状偶发且持续时间短暂时，可采取24小时动态心电监测或者心电遥测检查，有助于及时记录患者有自觉症状时的心电表现，而且24小时动态心电监测通过患者生活记录与其心电表现对照，更能反映患者日常生活行为与其异常心电表现及症状的相关性。受分析、记录系统的影响，24小时动态心电监测检查所获得的数据中包含较多伪差，干扰波形，这就要求分析医师具有更高的诊断分析水平及更严谨更认真的工作态度。负荷运动试验也可以达到在患者出现症状时记录患者心电表现的目的，检查方式也比较简单易行，但存在一定的危险性，需要临床医师掌握需检查患者的适应症及禁忌症，最好在有抢救措施及心内科医师的病房中进行。冠脉造影检查最为准确，但其属于有创介入操作，对设备、环境、医师技术等有较高要求，在基层医院难以进行，更适用于为明确诊断的疑难病例，或者诊断已较明确仍需介入治疗的患者。
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user: 5. 结论 常规十二导联心电图是诊断冠脉缺血性心脏病的重要方法，对疾病的诊断有参考价值，但由于受采集时机等因素影响，其表现与实际冠脉病变程度一致性较差，故不宜单独作为判断冠状动脉病变严重程度的依据，需通过运动试验，24小时动态心电监测等检查弥补其不足，不论常规十二导联心电图检测结果是否阳性，若临床需要亦应及时考虑冠脉造影以免漏诊或误诊。
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user: 摘 要 金卤灯是一种发光率很高的新一代绿色电光源，本文以单片机PIC芯片为控制电路，以半桥逆变电路为驱动电路，采用两级电路拓扑结构，设计了工作软件，研发出了250W的金卤灯电子镇流器并且阐述了设计思路、工作原理、样机研制和测试结果。结果显示，主要技术指标及环境适应性达到设计要求，且具有启动平稳、功率输出恒定、工作效率高，无声共振等优点。 关键词 :电子镇流器，金卤灯，数字控制 Copyright © 2017 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 金卤灯(Metal Halogen Lamp)是新一代高效电光源，具有优越的性能。传统的电感式镇流器不仅功率因数低，造成电能的浪费，而且亲“频闪”现象会对人体皮肤、眼睛及大脑神经系统造成损害。我们致力于解决传统电感式镇流器的这些问题，研究出功率因数高、无频闪、易实现调光控制并且工作效率高的金卤灯电子镇流器。我们采用PIC单片机芯片设计控制电路，以半桥逆变电路为驱动电路，根据金卤灯从启动到正常工作各个阶段不同的控制模式，设计了工作软件，研发出250 W的金卤灯电子镇流器。该电子镇流器主要技术指标及环境适应性均达到设计要求。
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user: 2 工作原理 金卤灯用电子镇流器工作原理如图1所示，电路采用两级拓扑结构 [ 1 ] 。前一级是功率因数校正(APFC)电路，其作用是产生恒定的400 V电压，提高电子镇流器功率因数和电磁兼容性，降低电流谐波。后一级是高频逆变电路，它由半桥逆变电路、控制芯片和谐振回路组成。其作用是产生高频方波电压，该电压通过选频回路加在金卤灯上，又通过电流取样和芯片控制来实现电子镇流器恒流、恒功率调节，图1为电子镇流器两级拓扑结构原理图。
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user: 3. 主要电路设计 3.1. 功率因数校正电路 图2为功率因数校正电路 [ 2 ] ，MC33262控制芯片产生的方波脉冲，通过7脚控制功率管Q1的导通与断开，当Q1管导通时，续流二极管D8反偏，整流后电流通过升压电感T1、Q1、采样电阻R11形成回路，升压电感电流线性增加、储能，当电感电流达到峰值电流Im时，Ql关断，由于电感电流不能突变，它所产生的感应电势阻止电流减小，电势的极性相反，续流二极管D8导通，电感中储存的能量通 图1. 两级拓扑结构原理图 过D6流入电容C21、C22并提供给负载。升压电感上的电流线性减小，直到减小到0，当零电流检测器检测到电流为0时，控制Ql的开通，使升压电感的电流从0开始线性增加，又开始了一个新的开关周期。考虑到电子镇流器工作频率高，会产生电磁干扰，因此在工频220V输入端插入EMI滤波电路。 3.2. 逆变及点火电路设计 本课题电路设计采用半桥逆变电路 [ 3 ] ，点火电路为谐振点火电路 [ 4 ] ，具体电路如图3所示。其中Q1、Q3构成半桥逆变电路，在两个互补脉冲驱动下交替工作，完成逆变，R17、R18、C24、C25构成软开关，降低功率管功耗。L4、C28、C29构成谐振点火电路，逆变电路产生的脉冲，通过C26、C27耦合至谐振回路，当逆变脉冲频率接近谐振回路的频率时，发生谐振，产生高压，金卤灯被击穿，完成点火， 图2. 功率因数校正电路 图3. 逆变及点火电路 当金卤灯正常工作时，灯管两端电压通过R20、R21、R22分压采样，此电压采样信号再经过D11、C30整流滤波之后，送入运算放大器的输入端。电路中R19用于电流采样，经L5整流，C23滤波之后，将电路工作电流转化为电压信号，送入电流采样输入端。 3.3. 主芯片控制电路 电子镇流器芯片控制电路如图4所示，核心的控制电路采用芯片PIC16F690 [ 5 ] ，PIC^5为脉冲输出端，内部调制输出的脉冲经过驱动电路后驱动功率管。PIC^7为电流检测输入端，用于恒功率控制，PIC^8为电压二次采样输入端，用于点火电压的检测，PIC^9为电压一次采样输入端，芯片2脚与3脚之间接20MHz晶振。
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user: 4. 软件设计 软件设计的关键是根据金卤灯从启动到正常工作各个阶段不同控制模式，确定模式转换，控制变量变化的转折点。选择合理的控制量，使得电子镇流器的输出特性与金卤灯的动态特性相匹配。触发灯时，逆变电路必须提供一个高压脉冲，用于击穿灯管点火，设定一个电压基准变量值，通过电压检测来判断是否触发点火。判断灯是否触发最重要的标志是金卤灯动态电流的变化，可通过设定电流门坎来判别。一旦检测灯已经触发，数字控制器开始调节灯电流，此阶段灯电流的大小决定灯到达稳定状态的时间，电流越大，灯越容易进入稳态。这个期间根据灯电压变化设定不同的控制电流和功率。灯进入稳态工作时，设定功率基准，进行功率反馈模式，使灯保持在恒功率下工作。DC/AC电路的驱动方波是采用中断的方式分别由两个I/O口产生，I/O口产生的方波经驱动电路进行隔离放大产生互补的两个波形去驱动半桥逆变电路的功率管。基于上述软件设计思想，本课题设计的金卤灯电子镇流器软件流程图如下图5所示。 图4. 芯片控制电路 图5. 主程序流程图
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user: 5. 样机测试结果 本课题设计了PIC控制的250W金卤灯电子镇流器，制作了样机，接入220V市电进行了测试。如图所示，图6是APFC电路输入电压波形，图7是APFC电路输出电压波形，谐波含量小于10%。图8为单片机输出波形，频率为83KHz。图9为电子镇流器正常工作时功率管栅极驱动波形，幅值及频率均符合设计要求。整机在市电下工作，输入电压220V，输入电流1.23A，整机效率达92.3%。 图6. APFC输入端波形 图7. APFC输出谐波 图8. 单片机输出波形
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user: 6. 结论 本课题在对电子镇流器的相关技术进行深入分析的基础上，研制出了一种250W的金卤灯的电子镇 图9. 工作时驱动波形 流器，主要完成了以下几个方面的工作： 1) 对功率因数校正电路的研究。本文分析了电子镇流器的有源因数校正技术，并设计了以MC33262控制芯片作为功率因数校正电路原理图。 2) 对全桥逆变电路和点火电路的研究。本文设计了半桥逆变电路，两个MOS管在两个互补脉冲驱动下交替工作，完成逆变，逆变产生的脉冲通过耦合至谐振回路，产生谐振完成点火，实现电子镇流器恒流、恒功率调节灯。 3) 对触发和保护电路的研究。本文设计了基于PIC16F690单片机控制的电子镇流器的触发和保护电路，PIC16F690单片机芯片，能够通过软件的控制，在金卤灯开路或者短路，电压过高或者温度过高时，可以有效地保护电子镇流器。 本课题研制的电子镇流器，采用PIC16F690控制，以半桥逆变电路为驱动电路，电路采用两级拓扑结构，设计了工作软件，研发出250W的金卤灯电子镇流器。通过样机测试，主要技术指标及环境适应性达到设计要求，且具有金卤灯启动平稳、功率输出恒定、工作效率高，无声共振等优点。
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user: 摘 要 在水资源紧缺地区，对地表水开发利用需要平衡水源水量分布和各项用水的关系，全面协调发展、环境保护的要求，在考虑其他用水需求的同时，应综合分析确定不同时段河道生态基流。相应的工程规划、设计需在水资源节约保护的前提下，考虑各类用水过程、要求保证率不同等特点，拟定相应的运行方式，合理分析计算各类供水量及可靠性。对综合利用的调蓄水库、河道引水工程等，采用多目标长系列动态调节方法，通过对特征水位、引水能力等有关参数多方案比较，合理确定供水指标。从实现水资源合理开发、有效利用的角度出发，优选相对经济合理的工程方案，更好地满足生活、生产及生态环境用水。 关键词 :地表水资源，开发利用，多目标协调，工程实践 Copyright © 2017 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. 水资源紧缺问题 “水是生命之源、生产之要、生态之基。”一个区域水资源总量和可利用量都是有限的，随着人口增长、经济和城市化的发展，用水量急剧增加，水资源短缺问题愈来愈突出。随着河道径流的各级拦蓄引用，河道下泄径流减小、生活废水、工业污水排放等造成生态环境恶化，因此，做好水资源的优化配置、合理开发利用与节约、保护，是满足生活、生产用水，留够一定的维护生态环境用水，确保社会经济的健康持续发展的重要工作 [ 1 ] 。 水资源紧缺的两个主要因素，一是需求方的需求不断增加，二是供给方有限的水资源量时空分布不均，天然径流除人类活动影响外，主要受气候、降雨等影响，特点是有丰枯年份、丰枯季节，表现为集中在短时段的洪水和其他时间段的小流量过程，会造成洪涝灾害、产生旱灾，偏枯的时段，特别是枯水年、枯水期缺水严重。因而需要研究通过进行径流调节解决防洪除涝、供水灌溉等问题。 无论是防洪减灾、供水兴利，还是生态环境的改善，都需要相应的工程措施。包括单纯的防洪、防洪兴利结合或是单纯的取引水工程。基于水利工程不断增加、水资源紧缺情况下，进行合理开发的需要，应兼顾上、下游，不仅改善生活、生产条件，考虑水生态等问题还要改善生活环境，水利工程担负越来越艰巨的任务。水利工程规划设计应研究不断变化的自然环境条件，及相适应的开发模式与技术，保障发展与环境保护的持续良性循环，有必要运用科学的方法进行分析计算，采取积极的措施进行规划建设，实现水资源的合理开发及优化配置，发挥良好的综合效益。
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user: 2. 水量的时段属性 2.1. 地表水资源量 地表水资源量是指由降水形成的河流、湖泊、冰川等地表水体可以逐年更新的动态水量，用多年平均年河川径流量表示。干旱及半湿润地区天然来水过程变化较大，丰枯年差别较大，年内分配也不均匀。 河道上一般可由水文站实测径流过程，考虑上游耗水量和外调水量，经还原上游引、耗水量后可计算天然径流及多年平均径流量，再转换到规划断面。在计算某个水平年可利用量时，要考虑水平年的上游用水量变化，扣除上游耗水量得到相应来水量及过程。 2.2. 用水类别及特点 从目前的主要用水需求看，可概括分为农业、城乡生活、工业、生态环境或河道基流等几大类，农业用水有其季节性，工业和城镇生活用水过程一般比较均匀。各类用水要求保证率也不一样，按照规范，生活、工业用水要求保证率较高、农业用水保证率相对低些。 早期建设的水库工程多数主要任务是防洪、灌溉，水资源利用主要是农业灌溉用水，随着经济社会的发展，工业生产、生活用水比例逐渐增大，有的挤占了农业用水，并通过节水措施提高水的利用效率或开辟新水源满足各部门用水需求。多数已建工程规划建设时水资源开发利用没有考虑河道生态环境用水，随着用水量的增加，河道径流减小，带来了严重的水生态环境问题，因此，当前及今后的水资源开发利用、配置，都需要考虑河道生态用水，在保护和改善生态环境的基础上进行水资源分配，需要研究过去生产用水挤占生态用水问题。凡由地表水水源供河道外用水的，在确定可供水量时，应当在河川径流中扣除为维持河道水、沙平衡和生态基流等所需的河道内用水量 [ 2 ] ，与农业、工业和城镇生活等部门用水量一并考虑。 有关生态环境用水的研究很多，计算方法也较多，定量也比较复杂，还有一个补水时段的问题，与地区、河道情况、径流过程等因素都有关系。 根据有关文献，河道内生态需水指维持河流基本功能(生态、水环境、冲沙等)所需水量。主要包括河道(包括河口)生态基流、河流水生生物需水、维持河流一定稀释净化能力、保持河道水流泥沙冲淤平衡和湖泊湿地生态所需的水量等。按需求又可分为1) 生态基流：保持河道不断流，具有维持水生生态最低生存的水流条件。2) 水生生物需水：包括水生生物(河谷林、鱼类等)自身生长和维持栖息地环境所需水流条件。3) 维持水体一定稀释、自净能力所必须维持的最小基流(水)量。 关于水量和最小生态流量的选取，水资源论证导则中指出：“北方河流生态基流指标原则上不应小于多年平均流量的10%，枯水时段不应低于同期流量均值的20%”，“对生态需水量的确定，原则上按多年平均流量的10%~20%确定”，“季节性河流或干旱地区应在保护现状生态用水量的基础上适当增加用水量”。 对于径流季节性较强的情况，来水量的大部分在洪水期，枯水期流量特别小，河道生态流量如何考虑，对水资源利用、工程规模影响较大。 2.3. 地表水资源可利用量 地表水资源可利用量是指在可预见的时期内，在统筹考虑河道内生态环境和其他用水的基础上，通过经济合理、技术可行的工程措施，在地表水资源量中可控制供河道外生活、生产、生态环境用水的一次性最大水量。不可以利用的水量包括河道内必须保持的水量(生态环境、生产用水)，无法控制而下泄的洪水量 [ 3 ] 。 可利用量在很大程度上受制于水资源的供给状况，也与用水过程、工程规模有关。根据用水类别和组成比例，可得出需要的用水总量和用水过程，实际可利用量也与来水过程有关。因此，地表水资源可利用量受径流、工程、需求等因素的影响，最后由相应的工程条件决定。由于径流的丰枯变化，可利用量时段不均，需经过工程调节满足用水要求。从可供水过程来说，根据工程调节性能，不同年份可供水量不同，工程调节能力小的可供水量年内也有差别。可利用量应是满足相应保证率的可供水量。用水类型不同，可利用量(可供水量)也不同。
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user: 3. 可供水量的计算 在干旱、半干旱地区，地表水资源主要是降雨形成的地表河道径流，除了空间分布的不均匀外，天然径流具有很强的季节性，丰枯不均、旱涝交替。因此，在防洪和水资源利用方面都需要考虑调节。同时，要维护和改善生态环境，需要统筹兼顾。水资源的配置和开发利用需要多目标协调： 一是综合水资源条件，各部门用水，协调选择相应的供求关系，考虑水资源的可利用量或最大供水能力(承载能力)，进行宏观的水资源配置规划，工程布局规划。 二是具体工程设计要研究实际可供水量，协调各类用水量，优化供水范围、用水类别及比例组成，确定有关指标，设置水库等工程相应的运行方式，力求经济合理、效益最大化 [ 4 ] 。 采用长系列多目标动态调节方法，结合各类不同用水相应的工程参数设置，包括各级限制水位、引水规模、输水损失等，进行多种组合方案分析计算，优选工程参数和供水量方案。 在计算可利用量时，来水过程的分析也是重要内容，对上游工程的影响分析清楚，规划来水相对准确，才能保证分析合理及计算成果的可靠性。地表水资源开发利用主要类型有调蓄水库、河道引水工程。 3.1. 调蓄水库 多个供水目标的水库兴利调节，需要设置相应的调节库容和控制水位，多目标动态兴利调节计算模型可对多个过程变化供水目标按动态控制水位进行兴利调节计算。解决多类用水(类别为n)、用水过程非均匀、非固定限制水位的兴利调节计算问题。可以复核各类供水的可靠性，可以对水库汛限水位、正常蓄水位给定边界自动生成不同方案，给出调节结果及满足要求的方案，从中比较优选。用水类型不同要求保证率不同，因而需要设置不同的限制水位，由于用水过程变化，限制水位也可以是变化的，用公式表示如下： (1) 其中： (2) ， (3) 时 (4) 时 (5) 特征水位方案生成： (6) (7) (8) (9) 式中： ——水位，m； ——库容，万m 3 ； ——限制水位，m； ——限制水位相应库容，万m 3 ； ——缺水量，万m 3 ； ——兴利水位，m； ——兴利水位相应库容，万m 3 ； ——弃水量，万m 3 ； ——水位步长，m； ——用水、限制水位类别变量； ——水位 的方案数； ； ——组合方案水位； ——水位下边界，m； ——来水量，万m 3 ； ——用水量，万m 3 ； ——蒸发损失，万m 3 ； ——渗漏损失，万m 3 ； ——用水要求保证率； ——计算用水保证率； ——用水类别； ——时段长； ——选定水位； —— 的年数； ——总年数； ——时段。 3.2. 河道引水工程 从河道引水，考虑为引水断面下游河道余留一定生态基流，可引水量计算用引水流量表示，公式如下： ， (10) ， (11) 式中： ——引水流量，m 3 /s； ——河道径流量，m 3 /s； ——河道基流，m 3 /s； ——拟定引水规模，m 3 /s。其他符号意义同前。 与拟定规模的引水流量结合，给其范围值，通过调节从中优选。 从水库引水时，引水、基流供水均可考虑在用水中，其调节计算同上述水库工程。如南水北调中线水源地丹江口水库及其他调水工程，需要考虑本区域用水，分析可调出水量，调出水量可作为用水目标参加水源水库调节。 对引入调蓄工程后的调节计算同调蓄水库一样，按本地径流和考虑引水分别计算得到各类用水的可供水量，计算考虑引水后增加的可供水量。引水工程可引水量初步计算时若未考虑末端调蓄工程当地径流在调节中与引水量的冲突影响，当地径流富裕期(如洪水期)会有多余引水，对下有调蓄工程按本地径流和考虑引水分别调节计算的弃水差值即为多余引水量，该时段实际引水量为可引水量减去多余引水量。
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user: 5. 有关问题的思考 5.1. 协调的两个层次 一个是宏观上的规划，一个是具体的分析计算，两者都很重要，前者如果考虑不全面、布局不合理、或是先后有制约，就会影响总体水资源开发利用效率和区域的发展，因此，需要协调做好水资源配置规划。后者分析计算是否合理则直接影响工程效益及供水安全。工程条件不同考虑因素不同，计算方法不尽相同，有的可以简化。逐时段的多目标联合协调对水资源利用分析、满足各类用水相应的工程参数选取及调度运行方式，通过多方案比较优选，可以给出合理的成果与明确的结论。 5.2. 关于生态环境用水问题 河道生态需水量计算方法很多，虽然考虑因素不同，但有些问题还有待研究，比如是要求常量还是丰水期、平水期与枯水期分别采用不同的生态流量。在径流相对较小、变化大的水资源紧缺地区，生态用水对其他用水的影响比较明显，水库工程要保障下泄生态流量需要设置相应的生态调节库容。 为防治河流水质污染的生态需水，我国在GB3839-83《制定地方水污染物排放标准的技术原则和方法》中规定：一般河流采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量计算。这种方法在许多大型水利工程建设的环境评价中应用。根据《河湖生态环境需水计算规范》(SL/Z 712-2014)：计算方法有：① 90%保证率最枯月平均流量估算；② 根据10~3月多年平均径流的20%估算；③ 按多年平均径流的10%估算。还有流量历时曲线法、湿周法等。一般河道，考虑河道基流量是维持河道基本功能的最小生态需水量。 根据出山店水库等淮河上游其他水库工程用上述3种方法计算的情况，按多年平均径流的10%估算所得河道基流量一般是最大的，考虑水资源总量及生活、生产的用水需求，综合分析，目前淮河上游多数工程实际采用河道基流量按年平均流量百分比(10%)计算值。 随着社会发展、需水要求及水源条件等的变化，河道生态用水还会有新的研究和定量方法的实际应用。一些已建工程也可以考虑河道具体情况，结合工程条件研究安排下泄河道基流的可行性。根据径流特点，条件好的水库按计算的河道基流下泄；径流等条件不好的，枯水径流小，需要设置河道基流调节库容特别大的，可分时段不同标准下泄河道基流，如枯水期径流小于某个流量值时，按来量下泄，来量大于某个流量值时，按该流量值下泄。总之，河道基流应根据具体情况合理确定，或考虑由其他水源补给。
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user: 摘 要 根据近红外光谱数据的格式和特点，设计一种光谱传感物联网节点的无线通信接口，实现近红外光谱数据从物联网节点到电脑上位机的无线传输。主要进行了无线通信接口的硬件电路和软件程序设计，使用C#语言编写了接收端上位机，并借助单色仪进行了功能验证。实验结果表明，该无线通信接口的传输速率和通信距离可以满足物联网节点的近红外光谱数据传输应用需求，物联网节点一帧光谱数据的采集和传输时间小于1秒，总体功耗小于300 mW，最大通信距离大于150米，具有微型化和低功耗的特点。 关键词 :物联网，近红外，无线通信，微型化 Copyright © 2017 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 物联网是物品间通过信息传感技术和通信网络进行信息处理、交换的一种网络概念，从技术架构上可分为感知层、网络层和应用层三层 [ 1 ] 。感知层由各式各样的传感器节点构成，其主要功能是完成各种类型的信息获取和数据采集。典型的物联网节点系统包括数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块和能量供应模块四部分 [ 2 ] 。通信接口作为数据传输和信息交换的核心模块，必须根据节点的数据类型合理选择设计方案。物联网的网络层可以分为有线通信网络和无线通信网络两大类，无线通信网络的移动性强，覆盖面积大，可以给予传感器节点最大的位置自由度 [ 3 ] 。 近年来，近红外光谱分析技术在农业、食品安全和环境监测等领域取得飞速发展，凭借测试速度、成本和分析效率等优势成为工农业生产过程中质量检测的重要分析手段 [ 4 ] [ 5 ] 。将近红外光谱分析与物联网相结合，通过网络化管理，可实现校正模型共享，达到效益的最大化 [ 6 ] 。本文根据近红外光谱数据的特点，提出一种应用于光谱传感物联网节点的无线通信接口的设计，实现了近红外光谱数据从物联网节点到电脑上位机的无线传输。文章重点介绍了无线通信接口的软硬件设计和近红外光谱数据传输实验，实验结果表明，该接口的传输速率和通信距离可以满足物联网节点的光谱数据传输应用需求，具有微型化和低功耗的特点，可以为物联网向近红外光谱分析领域扩展提供技术支持。
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user: 2. 硬件设计 光谱传感物联网节点的硬件结构如图1所示，光谱传感器是一款耦合线性渐变滤光片的256元线列InGaAs焦平面组件，FPGA用来产生光谱传感器的驱动脉冲和数据采集电路的控制信号，无线通信接口基于nRF905射频芯片设计，利用超低功耗的MSP430F149型单片机完成芯片的工作模式配置和无线传输控制 [ 7 ] [ 8 ] 。采用的nRF905型射频芯片，是NORDIC公司面向低功耗市场推出的无线传输芯片，内置功率放大器、频率合成器和调制器等功能模块，工作于433 MHz、868 MHz和915 MHz的ISM频段，传输速率50 kbps，非常适合物联网的数据传输应用。无线通信接口的关键信号如图2所示。 图1. 节点系统硬件结构 图2. 无线通信接口关键信号 FPGA采集的十四位精度光谱数据通过数据总线DATA[13:0]与MSP430单片机的通用IO相连，FPGA产生CS信号作为单片机的中断触发信号，单片机在中断程序内对数据采集电路的十四位光谱数据进行缓存。MSP430单片机和nRF905芯片的接口主要有使能信号、状态指示信号和SPI配置接口三部分。使能信号包括PWR-UP、TRX-CE和TXEN，PWR-UP为芯片上电使能信号，TRX-CE为数据发射和接收使能，TXEN用来设置具体工作状态，高电平选择发射状态，低电平选择接收状态，三信号配合控制，即可合理切换nRF905芯片的工作状态。状态指示信号包括载波检测信号CD、地址匹配信号AM和接收发送完成信号DR，主要作用是将芯片的工作状态实时告知控制器。SPI控制接口包括SCK、MISO、MOSI和CSN，单片机通过标准的SPI协议操作nRF905片内的多个寄存器，完成芯片的初始化及工作模式配置，包括设定中心频率、地址位长度、数据位长度以及是否需要自动重发等。远距离接收端通信接口与此类似，并通过串口连接电脑上位机。
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user: 3. 程序设计 3.1. MSP430单片机程序设计 MSP430单片机程序的主要功能是配合FPGA产生的触发信号CS对光谱数据进行缓存，以及配置nRF905芯片完成光谱数据的无线传输。程序使用C语言设计，程序流程如图3所示。单片机上电后，首先进行时钟初始化和nRF905芯片的初始化，之后通过SPI接口配置nRF905的工作模式，选择中心频率433 MHz，发射功率10 dBm，有效数据位长度32字节。设置完成后打开中断，在CS信号上升沿的触发下进入中断程序进行各像元的光谱数据缓存，待一帧光谱数据采集完成后启动无线发送程序，完成光谱数据传输。 光谱传感器为256元线列焦平面组件，光谱数据的模数转换精度为十四位，每一像元的光谱信号要 分成高八位和低六位两个字节进行传输，一帧完整的光谱数据最少为512字节。nRF905芯片的数据包最大长度为32字节，预留出数据包头、包尾、节点号、数据包编号和校验位，设定每个数据包传输26字节的有效数据，将一帧512字节光谱数据分为二十个数据包发送。 设置接收端nRF905芯片的工作频率、地址与发送端相匹配，即可实时接收相应节点发送的光谱数据，切换接收端的工作频率和地址，可以实现对多个终端节点光谱数据的接收。 3.2. 电脑上位机软件设计 接收端通过串口将光谱数据上传至电脑的数据采集上位机软件，上位机采用C#语言开发设计，主要功能是保存接收端的光谱数据并进行光谱曲线的绘制。上位机软件界面如图4所示，主要包括串口接收、光谱图绘制和数据保存三个部分。串口接收部分基于Serial Port类进行设计，包括端口选择、波特率设置、校验位选择、是否十六进制显示和是否自动换行等功能，数据按照设置格式实时显示在数据缓存区的文本框内。光谱图绘制操作在点击“解析”按钮之后执行，在文本框的原始数据中去除包头、包尾、节点号、数据包编号和校验位，并将得到的光谱数据与预标定的波长数据相对应，绘制一帧完整的光谱曲线。数据保存操作在点击“保存”按钮之后执行，将光谱数据以TXT文件格式保存在默认路径下，以便进行后续的数据处理和近红外光谱分析应用。 图3. 单片机程序流程框图 图4. 光谱数据采集软件
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user: 4. 实验测试 利用光谱传感节点测试HORIBA公司iHR550型单色仪发出的单色光，进行节点的无线传输功能验证。实验测试装置如图5所示，将光谱传感物联网节点放置于单色仪的准直出光口，选择单色仪光栅为950线，入口狭缝宽度和出口狭缝宽度均为4 nm，光谱传感节点设定传感器积分时间5 ms，nRF905芯片的发射功率为10 dBm，发送与接收模块距离15米。 实验设定单色仪发出1500 nm波长的单色光，利用光谱传感节点进行数据采集，数据通过nRF905无线通信模块传输后，在电脑上位机接收存储。传输前后光谱数据一致，光谱峰值附近像元的标定波长和相对响应强度如表1所示。将保存后的光谱数据进行归一化处理，拟合后得到图6所示光谱曲线，测试结果显示峰值波长为1501.1 nm，误差1.1 nm，误差值在光谱传感节点的测量误差范围之内。 光谱传感物联网节点整体功耗小于300 mW，主体体积约为7 cm × 5 cm × 5 cm。多次实验测量表明，一帧完整光谱数据的采集和传输时间小于1秒，无线通信接口工作状况稳定，数据传输准确。为了测试节点的无线通信距离，在无高大遮蔽物的环境下进行室外传输实验，增大通信距离到150米，无丢包现象出现。利用节点测试一款红外光源，所得谱线如图7所示，结果表明节点对950~1700 nm波段的近红外光均有响应，波长范围符合InGaAs焦平面传感器的器件特性。 Table 1 Calibration wavelength and relative response nearby the peak wavefor 像元 标定波长/nm 相对光谱响应/a.u. 150 1495.27 1375 151 1498.88 2213 152 1502.60 2286 153 1506.23 1487 154 1509.90 903 表1. 峰值处各像元的标定波长及相对光谱响应 图5. 实验测试装置 图6. 1500 nm单色光响应曲线 图7. 节点波长范围测试
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user: 5. 总结 根据近红外光谱数据的特点，提出一种光谱传感物联网节点的无线通信接口，并利用其实现了光谱数据从物联网节点到电脑上位机的无线传输。借助单色仪进行了无线传输功能验证，实验结果表明无线通信接口工作状况稳定，数据传输准确，通信距离大于150米，可以满足物联网节点的光谱数据传输应用需求，为近红外光谱分析与物联网相结合奠定技术基础。
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user: 摘 要 多倍体育种作为近代作物育种常用方法之一，其优点在于多倍体植物在相对不稳定的环境中具有更为强大的生存能力，能够适应更为恶劣的环境。金线莲属多年生草本植物，药用价值巨大，同时也具有较大的商业价值。采用多倍体育种方法可以快速获得多倍体金线莲，并为产业化生产提供了理论依据。本文概述了金线莲基本生物学特征、多倍体育种技术的研究进展及多倍体植株的鉴定方法，指出了多倍体育种技术在金线莲中的应用可行性以及产业化生产中可能出现的问题。 关键词 :金线莲，多倍体诱导，药用植物 Copyright © 2017 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 金线莲(Anoectochilus roxburghii)，隶属百合目兰科开唇兰属，民间又称金蚕、金线兰、金石松等。其主要分布于亚洲的日本、中国、斯里兰卡、印度和尼泊尔等地区。由于其治疗面广、疗效独特，素有“金草”、“神药”、“乌人参”等美称，是一种传统的珍贵药材 [ 1 ] 。金线莲的种子微小，胚含有数层种皮细胞，自然条件下比较难以萌芽，加之鸟类嗜食和人们肆意采挖，现已濒临灭绝 [ 2 ] 。因此采用多倍体育种技术获得生长速率快，培育周期短的多倍体种显得尤为重要。本文综述了多倍体育种技术的研究现状，分析了多倍体育种技术在药用植物金线莲产业化培育中可能存在的问题，以期为以后金线莲的资源利用奠定一定的理论依据。
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user: 2. 金线莲生物学特征及其药用价值 2.1. 金线莲生物学特征 金线莲属多年生草本植物，植株高约4~18 cm，长约4~5 cm，叶片呈卵形，叶面上具有鳞片状脉网，有光泽，叶面下呈紫红色，其花期一般为每年的8~9月，果期为每年的9~10月。花为完全花，总状花序具有1~6朵松散的花，花序梗长8~13 cm [ 3 ] 。花苞片淡紫色，呈卵状披针形。除了药用价值高以外，金线莲还具有观赏性 [ 4 ] 。 金线莲其在我国的分布地主要为福建、广东、广西、云南等省份 [ 1 ] 。许文江等 [ 5 ] 通过多地调查发现：金线莲的分布特征为垂直分布，其主要生长在在300~600 m的丘陵地区；生境主要为植被覆盖较好，相对湿度大的小环境，尤为喜爱生存在常绿阔叶林下，多见于岩缝、石壁等阴凉处。 2.2. 金线莲药用价值 金线莲作为一种名贵的药材可全草入药，据《福建药物志》记载：金线莲味甘性平，具有清热凉血、平肝、疏经络等功效。主要医治支气管炎、膀胱炎、糖尿病、百日咳、毒蛇咬伤等症状 [ 6 ] [ 7 ] 。《中国本草原色图谱》中记载：台湾金线莲性平微寒，无毒，主要用来医治肝脾病、肺痨病、遗精等病症 [ 8 ] 。经研究发现，金线莲中所含氨基酸组成、成分以及含量均高于西洋参，因此在台湾素有“药王”之称 [ 9 ] 。另外金线莲还具有抗衰老和提高机体免疫力的作用 [ 10 ] ，黄立峰等对肝损伤小鼠注射金线莲中的有效成分发现金线莲提取物有明显减轻小鼠肝损伤及肝纤维化的形成 [ 11 ] ；王常青等对台湾金线莲的水溶性多糖进行细胞活性研究，发现其具有抑制癌细胞生长的作用 [ 12 ] ；李葆华等发现金线莲提取物对肾血管性高血压具有减压作用 [ 13 ] 。
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user: 3. 药用植物多倍体育种研究进展 多倍体含义是指植物体细胞内含有3个或者3个以上的染色体组，这种异常归结于有丝分裂或减数分裂时期染色体数目的改变，在生物学上主要表现为“巨大”、某些代谢物的产量增加、抗逆性增强等特点。与二倍体药用植物相比，多倍体药用植物具有以下3个特点：1) 抗逆性强，多倍体药用植物即使生存在不良的生存环境下仍然具有较强的适应性。2) 多倍体药用植物的药用成分含量高，例如经研究发现曼陀罗同源四倍体中的可利用成分较其亲本而言，是亲本的2倍左右 [ 14 ] 。3) 多倍体药用植物的生长速率较二倍体种质明显提高，营养器官也比二倍体植物大 [ 15 ] ，倘若营养器官为入药部位，则可大幅度提高药材产出率，例如四倍体丹参较二倍体丹参而言，茎杆粗壮，药用部分比二倍体粗大 [ 16 ] ，同源四倍体怀牛膝根干重比二倍体也有所提高 [ 17 ] 。然而在自然界中天然多倍体发生的可能性频率低，不容易被发现利用。因此可采用人工诱导技术对植物进行多倍体诱导(物理诱导法、化学诱变法及体细胞杂交法等)。 3.1. 物理诱导法 物理诱导法主要是采用一些机械损伤、高低温处理以及射线等方法诱导植物染色体加倍。主要作用原理是通过物理方法使已染色体已经加倍的细胞不能分离，从而产生多倍体。例如Demol (1923)采用低温诱导法处理风信子的鳞茎从而获得了三倍体植株；李云等(2000)通过超低温诱导成功获得毛新杨、银腺杨、银毛杨的三倍体植株 [ 18 ] ；杨今后等(1989)利用γ射线处理桑树冬芽，成功获得了四倍体植株 [ 19 ] 。但是物理诱导法诱导多倍体的产生发生频率低，容易导致基因突变等情况。 3.2. 化学诱变法 化学诱变法主要是采用一些化学试剂来诱发产生多倍体，例如秋水仙素，其作用原理是在细胞分裂过程中，通过抑制微管的聚合来阻止纺锤丝的合成，达到染色体数目加倍的目的。常用的是通过浸渍种子、点涂的方式来处理种子或幼苗。点涂法主要是将一定浓度的秋水仙素与一定浓度的羊毛脂膏或者琼脂混合在一起，然后涂抹在幼苗或枝条的顶端 [ 20 ] ，例如谭素英等通过秋水仙素与羊毛脂膏按一定比例混合后涂抹经处理的幼叶，显著提高了西瓜四倍体的产生频率 [ 21 ] ；郭清泉等采用含有0.1%的秋水仙素的琼脂胶包埋莲子胚，得到了较好的诱导效果 [ 22 ] 。此外有研究证实，二甲基亚砜(DMSO)能够作为助渗剂促进秋水仙素快速浸入到植物组织中 [ 23 ] ，例如王凤宝以DMSO为助渗剂诱导豌豆同源四倍体的形成取得了很好的诱导效果 [ 24 ] ，然而这两种方法的缺点是易产生嵌合体并且受环境影响较大，不适用于广泛应用。 3.3. 体细胞杂交法 细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，因此利用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞可以获得原生质体。利用物理或化学方法使得同种或异种原生质体融合形成异核体，然后将异核体中的细胞核进一步融合为共核体，经培养分化出异源或同源多倍体植株，这种方式克服了植物远缘杂交的障碍。原生质融合法主要有化学融合法、电融合法以及PEG融合法。Teodoro cardi等通过电融合技术将二倍体马铃薯原生质体进行融合，得到了比亲本耐受性更强的四倍体植株，不过S.Warra发现虽然马铃薯双单倍体融合后大部分植株为四倍体植株，但同样存在六倍体或者八倍体植株 [ 25 ] ；刘继红等通过电融合方法对澳洲指橘(Microcitrus papuana Swingle)和酸橙(Citrus aurantitum L.)进行体细胞融合处理，成功得到了四倍体植株 [ 26 ] ，这种方法可以快速地获得多倍体植株，实现野生型优良基因向栽培型种的转移。
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user: 4. 多倍体鉴定的方法 如何鉴定经多倍体育种技术获得的植株是否为多倍体植株，通常通过三种方法来进行多倍体的鉴定：形态学水平、细胞水平以及分子水平。形态学水平的鉴定主要是通过对气孔、植株大小、种子、花粉、果实的形态的变化来判断。其中气孔和花粉直径的测量更为可靠，这是因为其大小与染色体多少密切相关，但这种方法容易受到异常环境等因素的影响；植物细胞水平上的鉴定主要是采用流式细胞仪进行的，原理是采用荧光染料对植物细胞核进行着色，然后经流式细胞仪对荧光强度进行鉴定，可明显判断出所测细胞是否为多倍体。缺点是流式细胞仪过于昂贵，不适于普及 [ 27 ] ；分子水平的鉴定是指利用RAPD (随机扩增多态性DNA标记)和RFLP (限制性内切酶片段长度多态性)等分子标记来达到鉴定多倍体的目的 [ 28 ] [ 29 ] ，这种方法的优点在于快捷，因此应用广泛。
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user: 5. 问题及展望 金线莲作为典型的药用植物，其多倍体育种技术尚不成熟，还有其抗逆性弱、克隆繁殖能力弱等特点 [ 30 ] ，共同导致了金线莲难以做到产业化生产。虽然之前有研究表明可成功诱导获得金线莲多倍体 [ 31 ] ，但是迄今为止，真正运用到实际生产中的应用不多，这主要归结于药用植物细胞遗传等研究滞后，再加上不同植物物种对诱导处理方法的敏感性不一样，其效果差异较大，虽然有的可以诱导成功，但无法获得大量多倍体植株，因此对不同的药用植物要进行系统地研究并选择出合适的诱导方法。伴随着众多名贵药材(人参、竹荪、鹿茸等)的人工种植技术得到突破，以育种为核心的药用植物产业化发展必将为以后的药用植物资源供应起到决定性作用。就目前研究现状而言，药用植物的多倍体育种技术的发展与多倍体育种相关理论及方法的完善和创新有着密切联系，对于已经成功培育出多倍体植株的药用植物的药性评价机制还不完善，在今后的育种过程中需加强这方面的研究。金线莲作为高档的保健品原材料，其大规模产业化生产必将对我国一些疾病的医治起到不可估量的作用，因此如何确保在不使用农药的情况下保证其避免病虫害的几率，如何找到合适的多倍体育种方法以及如何制定规范的产业化技术标准成为金线莲规模化生产中亟待解决的问题。但随着生物技术的不断进步，必将一一解决相关限制性难题。因此相信在不久的将来，建立完善的多倍体育种技术必定能使得药用植物多倍体育种展现出新的活力，使得其形成较为完整的产业化模式，带动未来药用植物的高效发展。
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user: 摘 要 本文基于Navier-Stokes方程，采用CFD仿真分析软件对Spar平台上部模块的外流场进行了数值风洞模拟。选用三维稳态隐式解法，通过二阶迎风格式对控制方程进行离散，压力和速度耦合采用SIMPLE算法，针对不同风向和不同风速的工况组合，得到了Spar平台整体所受的风载荷，并与采用经验公式计算该平台的风载荷进行了对比分析。 关键词 :风载荷，CFD，Spar平台，数值风洞 Copyright © 2017 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 Spar平台是一种移动式平台，凭借其优良的性能和相对较低的造价，已经成为世界深海油气开采生产、处理加工和储存的主力平台类型之一 [ 1 ] [ 2 ] 。目前已经进行采油作业的Spar平台，一般可以分为四部分：上体、主体、系泊系统和生产立管系统，2~4层的矩形甲板结构组成了Spar平台的上体部分，上体结构主要进行钻探以及油井维修等作业，中间位置为井口，见图1所示。在上部模块中，包括生活区、油气处理装置以及直升机甲板等，并可以根据开采作业的要求，将钻塔安装在顶层甲板上面，以进行石油的钻探、完井以及修井作业。 目前国内外研究海洋平台风载荷的常用方法主要有现场观测、数值模拟 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 和风洞实验。对于海洋平台的风载荷，工程界一般采用规范中的经验公式来进行计算，比如《CCS 海上移动平台入级规范-2012》 [ 7 ] 中第2章第2节，对风载荷的计算公式进行了详细说明。但规范在计算风载荷时采用面积投影法，构件形状系数和高度系数采取经验值，不考虑各构件之间的遮蔽效应和加速效应，因此计算结果比实际值偏大。对于复杂模型的风载荷则主要采用风洞试验来测算风阻力的合力，然而风洞试验的成本高、周期长。而随着大容量、高速度计算机的普及以及计算流体动力学的发展，三维粘性流动数值模拟方法逐渐成为风载荷计算的重要辅助手段，因此本文采用基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法，对某Spar平台的抗风特性进行研究。 图1. Truss spar平台示意图
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user: 2. 数值计算方法 2.1. 控制方程与湍流模型 由于平台各局部构件均为钝体。钝体绕流问题的控制方程为粘性不可压N-S方程，基于雷诺平均的控制方程为： (1) (2) (3) 其中， 为空气密度， ; 为动力粘性系数， 。 湍流模型中常用的模型之一为标准的 两方程模型，标准 模型是在湍流模型中的一方程模型的基础上，通过引入关于湍流耗散率 的方程后得到的。该模型是目前最广泛使用的湍流模型。通过推导 方程和 方程可分别写成如下形式 [ 8 ] ： (4) (5) 其中， ，且经验系数取值为， ， ， ， ， ; 为湍流动能生成项。 两方程模型由于考虑了湍流脉动速度的输运和湍流脉动长度的输运，更符合实际情况，因此得到了广泛的应用。 2.2. 计算工况的选取 本文根据《CCS海上移动平台入级规范-2012》规范，选取了自存工况(51.5 m/s)和正常作业工况(36 m/s)对应的风速值，同时又增加了20.8 m/s和41 m/s的风速两种工况，见表1。 风向根据如下图2定义，分别采用FLUENT软件和规范计算了不同风向角度作用下的风载荷。
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user: 3. 有限元模型的建立 3.1. 几何模型建立 采用Design Modeler(DM)模块建立了海洋平台的几何模型，实际平台上的结构繁多，在数值模型中进行了适当的简化，略去了细小结构以及对气动力与水动力影响不大的构件，简化结果如图3所示，其中主要包括Spar平台主体部分的水上结构、中间双层甲板、上层甲板上的建筑群、生活楼、直升机平台、起重机以及工作吊车等。 外流场的尺寸选取不易过小，如果流场边界与平台外表面距离太近，将会导致局部流场扰动较大。经过多次试算，本计算所选取的流体计算域尺寸为2000 m × 500 m × 500 m，将几何模型进行切分Slice，以便生成可扫略的体，从而易于生成六面体网格。 Table 1 Calculation condition 自存工况 作业工况1 作业工况2 补充工况 风速(m/s) 51.5 36 20.8 41 表1. 计算工况 图2. 风向角度示意图 图3. 海洋平台上部模块几何模型 利用ANSYS Meshing模块对海洋平台外流场进行网格划分。首先对于外部的可扫略体，采用Sweep方法生成六面体网格，单元尺寸设置为6 m；中间计算域形状复杂，为不可扫略体，因此采用四面体单元填充，单元尺寸设置为2 m，且指定内部各面为流体边界层，边界层最大设置为5层。从内部到外部的区域设置过渡区域，大小为长度500 m，宽度300 m，高度200 m，网格尺寸设置为2~4 m。生成的网格如图4所示。 图4. 网格模型 总单元数1300万，网格平均畸变度 [ 1 ] 为0.136；说明网格质量非常高。备注 [ 1 ] ：ANSYS单元畸变度为0~1之间的数值，0表示完美的单元质量；1表示糟糕的单元质量。 3.2. 求解方法及边界条件的设定 求解方法：由于该结构的风载荷受力主要来源于压差阻力，摩擦阻力所占比重较小，在这种前提下，而不同湍流模型计算精度的差别就在于边界层的模拟，而边界层主要影响摩擦阻力，因此不同湍流模型对结果的影响不大。 所以在本次计算中，风载荷的计算采用三维稳态隐式解法，离散方法为二阶迎风格式，压力-速度耦合采用SIMPLE算法，选用Standard 湍流模型； 定义边界条件：1) 流场入口选择速度入口，采用UDF (User Defined Function)定义速度函数；这里采用API风谱经验公式，速度为高度分布的函数： 2) 出流面采用压力出口边界条件，设置出口表总压为0。 3) 流域顶部和两侧采用对称边界条件，等价于自由滑移的界面。 4) 建筑物表面采用无滑移的壁面条件。