DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 随着北京市经济的不断发展，人口数量的激增以及建设用地面积的不断扩大，导致农业用地面积不断缩小和粮食产量下降。这样就必须要求北京原来的传统农业格局发生变化，也就是发展设施农业，从而解决因农业用地减少造成的粮食产量下降的问题。只有发展设施农业，推动农业技术向科技农业方向转变，才能使有限的农业用地满足日益增多的城镇人口的需要。本文主要对北京市设施农业用地的面积进行分析研究。同时运用地理学、生态学、可持续发展等理论，依据北京市设施农业用地的现状来推测北京市设施农业的未来发展趋势。 关键词 :北京，设施农业，时空变化 Copyright © 2019 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 设施农业具有集约效率高、前期投资高、投资周期长、回报率高的特点，设施农业成为了结合土地、资金、技术等因素于一体的新型的农业生产生活方式，成为了一种现代化新型农业的表现方式之一 [ 1 ] 。同时设施农业现在已成为农民增加收入的一个重要的方法。发展设施农业，解放了农村劳动生产力，为农民创收，改变了农村生态环境，且随着新技术、新知识的传播，农民科学文化素质得到了提高，促进了农村生态文明的建设，提高了农产品的竞争力，缩小了我国大部分地区的城乡差距，加快了我国新农村建设的进程 [ 2 ] 。2006年中央农业部提出要积极发展绿色农业，生产高收益的农作物。在保证充足的粮食供给的同时，增加农民收入，确保农村的绿色可持续发展三大基本任务。设施农业突出了现代农业的先进性和多元化。为了早日建设新型的绿色、环保的社会主义社会，休闲农业的出现为设施农业开辟了一条道路。设施农业推动了农村生产力的解放的进程，为人民创收，加快社会主义新农村社会的建设，改善农村环境。 在当今世界中，发达国家拥有非常成熟的设施农业的生产技术。现在发达国家开始向培养液种植、温室病虫害防治、设施农业的科技化等方向发展。同时，我国的设施农业发展也很迅速，我国在近40年间从无到有，设施农业的技术从低到高，一步一个脚印发展成为设施农业大国 [ 3 ] 。我国现阶段人口数量多而土地资源少，并且人均占有率都非常低，特别是人均土地占有量更少，农副产品的供需矛盾十分尖锐。因此，如果想早日实现农产品质量的快速提高，就必须加快农业现代化进程。
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user: 2. 研究资料与方法 2.1. 研究区概况 北京市(图1)是我国的首都，我国的超大城市，也是我国北方的重要的工业城市，四大直辖市之一，六朝古都。 北京(北纬39˚26'至41˚03'，东经115˚25'至117˚30')位于黄淮海平原北部，平均海拔不足50米。北部是内蒙古高原，西部是黄土高原，东部是渤海，南部是一望无际的华北平原。北京西部为太行山脉，北部是燕山山脉。西北高，东南低。境内有平原、山地、盆地。平原面积为6200平方公里，占北京市面积的38%，非常适合设施农业的发展。 北京市的气候为湿润性大陆季风气候，春秋短暂，全年的无霜期为180到200天，农业作物为冬小麦，夏玉米一年两熟。露地蔬菜只能在4月初到10月中旬之间生产11月到次年3月，生产蔬菜必须有温室设施。 图1. 北京市行政区划 随着北京经济社会的发展，人民对农产品消费需求的不断高涨，设施农业有非常大的发展空间。北京市作为我国的北方的特大型城市，人口众多，每天消费数量巨大的农副产品。设施农业中种植农副产品是露天农业用地所生产农副产品生产利润的4~5倍。现阶段，北京市各县市的设施农业的总产值大约为100亿元，约占北京市农业生产总产值30%左右。带动农户两万余户，解决就业六千多人，并为每位农民增加年收入2000元以上。在“十三五”期间北京市共投资100亿元人民币，大约计划建设设施农业50万亩，在这之中钢结构温室9.08万亩，普通结构温室5万亩，竹木大棚4万亩，其他类型设施农业4.13万亩，主要建设在北京市的远郊县市。北京市在2015年全市建设完成或正在建设新型设施农业(包括钢结构温室、普通结构温室、竹木大棚)面积大概3.5万亩。设施建设面积涉及13个区县，150个乡镇和800个行政村和自然村，总投资67.52亿元。由此可见设施农业在农业经济中的重要地位，众多研究也表明设施农业的发展对推动农业现代化过程具有重要意义，例如李中华 [ 4 ] 的研究表明设施农业的发展要依托于农业科技的发展；安国民 [ 5 ] 对国外设施农业现状与发展趋势进行分析也强调了设施农业的重要性并提出农业设施的自动化与大型化是设施农业的生产量的重要途径；解福双 [ 6 ] 创新性的提出人工智能在设施农业中的应用推广。 2.2. 数据来源 本调查基本信息源主要采用2005年和2015年两个时段的Landsat TM遥感影像遥感。遥感影像是指卫星携带有专题成像仪获取各种地物电磁波大小的图片，遥感影像在分辨率(空间、光谱、辐射、时间等方面)有很大提高 [ 7 ] 。在空间分辨率上，可以识别辨别极小目标物的位置、状态、分布、状况、大小；在光谱分辨率方面，采用多波段进行数据分析。在本文中检测、统计数据主要采用了北京市设施农用地数据图、地形图数据、北京市统计局2005年统计年鉴、北京市2015年统计年鉴资料。本研究使用ArcGis10.2及ENVI5.1对数据进行处理。 2.3. 数据处理 2.3.1. 辐射校正 亮度值是进入传感器的光线反映在影像上，影响传感器所形成影像产生辐射误差的因素主要有下面这四个方面：大气对所观测物电磁波的散射和吸收作用。传感器在观测时太阳的变化。地形变化所引起电磁波强度的变化。不同型号传感器的差异。在实际情况中，因为进入到航天航空中的传感器的光线的成分非常复杂，除了对观察的目标物的反射光外还有大气中的反射光和散射光，不能反应真实的地物环境状态 [ 8 ] 。如果想要正确的分析所获得的影像信息，这样要进行辐射校正，力图得到正确的图像数据。辐射校正的方法有：对传感器进行校正，减少因为传感器的设置问题导致图像偏移等问题。影像辐射变形而导致的变化进行校正。 2.3.2. 几何校正 当遥感影像在空间上发生了位置变化，产生的影响有遥感图像对照地面物体时的位置发生了扭曲、偏移、旋转、位移等变化时，即表明遥感影像发生了变化，需要几何校正 [ 9 ] 。影响的因素可能是飞行器的姿态、速度或者地球的自转和公转。几何校正有校正方法有很多种：推求受摄轨道。推导飞行器所在轨道高度。求算传感器所在轨道的任意一时间段的标称单位矢量。依据相关几何校正的资料对遥感图像进行校正从而减小偏差。 2.3.3. 影像的拼接 在现实中，根据所研究的范围需求剪切遥感影像，获得所需研究区域。影像分幅裁剪分为两类规则分幅裁剪和不规则分幅裁剪。规则分幅裁剪是指裁切的范围是一个矩形，通过左上角和右下角两点的坐标确定影像裁剪位置。不规则分幅裁剪裁切的范围是不规则的多边形，需要利用先前生成的任意闭合多边形区域确定裁剪影像的边界范围。 在本文首先用ERDAS IMAGE软件中的AOI裁切出一个恰好包括北京市设施农业面积最大时的矩形区域(图2)，打开对Subset话框，利用闭合AOI文件对校正后的影像进行裁剪拼接。 图2. 研究区2015年TM影像图 2.4. 北京郊区设施农业的面积提取 根据分类目的、影像数据自身的特征和收集区的信息确定分类系统；对影像进行特征判断，评价图像质量，决定是否需要进行影像增强等预处理。 启动 ENVI5.1，打开待分类数据。以R:TM Band 5，G: TM Band 4，B： TM Band 3波段组合显示。通过目视选择可分辨地物大棚。 1) 在图层管理器 Layer Manager中，在分类数据的图层上右键，选择“New Region of Interest”，打开Region of Interest (ROI) Tool面板，进行样本选择。在Region of Interest (ROI) Tool面板上，设置参数：ROI Name：大棚、ROI Color：选择颜色等。Region of Interest (ROI) Tool面板上设置样本参数。默认ROIs绘制类型为多边形，在影像上辨别大棚区域并单击鼠标左键开始绘制多边形样本，一个多边形绘制结束后，双击鼠标左键或者点击鼠标右键，选择Complete and AcceptPolygon，完成一个多边形样本的选择；同样方法，在图像别的区域绘制其他样本，样本尽量均匀分布在整个图像，这样就为大棚选好训练样本(图3)。在图像上右键选择New ROI，或者在Region of Interest (ROI) Tool面板上，选择工具。重复“大棚”样本选择的方法，分别为植被、建筑2类选择样本。 图3. 训练样本的选择 2) 计算样本的可分离性。在Region of Interest (ROI) Tool面板上，选择Option > Compute ROISeparability，在Choose ROIs面板，将几类样本都打勾，点击OK；计算样本的可分离性；用Jeffries-Matusita，Transformed Divergence参数表示。最后进行影像分类，基于统统计分析的分类方法参数设置比较简单，在Toolbox/Classification/Supervised Classification能找到相应的分类方法。这里选择支持向量分类方法，在toolbox中选择Machine Classification，选择待分类影像，点击OK，按照默认设置参数输出分类结果。
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user: 3. 北京郊区设施农业种植面积变化分析 通过目视解译获得2005年和2015年北京市设施农业用地的变化信息(见表1、表2)：2005年设施农业总共15，644.5公顷，其中温室3587.6公顷、大棚5965公顷、中小棚6091.9公顷。2015年设施农业共计41，088公顷，其中温室23，651公顷、大棚14，452公顷、中小棚2985公顷。通过数据的变化可以看出设施农业用地的面积增加了25，444公顷，增长了1.62倍。其中温室增加了20，064公顷增加了5.59倍。大棚增加了8487公顷，增加了1.42倍。中小棚反而降低了3106公顷。通过这些数据我们能看出来北京市的设施农业发展迅速10年间，高科技的温室增长最为迅速，中小棚的面积不升反降。这体现了北京设施农业向高科技化、现代化的方向迈进。科学技术的农业中的应用已成为提高农业生产力，推进农业现代化的重要手段，低科技含量的中小棚设施农业在农业现代化发展过程中逐渐淘汰。 Table 1 Area of facility agricultural land in 200 项目 种类 设施农业面积(公顷) 设施农业产量(吨) 温室 蔬菜 2707.9 202，492 花卉 302.9 切花 2306 盆花 7894 瓜类 321.0 14，338 果类 191.8 其他 64.0 大棚 蔬菜 3200.5 259，028 花卉 153.0 切花 508 盆花 5562 瓜类 1814.0 84，393 果类 153.2 3053 其他 644.3 中小棚 蔬菜 3504.7 214，852 花卉 60.8 切花 1265 盆花 1300 瓜类 2445.4 118，378 果类 34 545 其他 46.9 合计 15，644.5 表1. 2005年设施农业用地面积 注：切花产量的计量单位是百枝，盆花产量的计量单位是百盆。 Table 2 Area of facility agricultural land in 201 项目 种类 设施农业面积(公顷) 设施农业产量(吨) 设施农业收入(万元) 温室 蔬菜 1024 758，625 299，481.1 花卉 302.9 322，578.4 切花 208 2978 5207.3 盆花 781 8276 27，208.9 瓜类 805 19，681 45，188.9 果类 565 5234 13，407.6 其他 125 5792.1 大棚 蔬菜 11，237 404，606 101，567.8 花卉 227 7095.6 切花 35 784 816.7 盆花 167 1583 6199.9 瓜类 2553 113，798 24，571.7 果类 334 1428 1839.1 其他 102 1917.8 表2. 2015年设施农业用地面积 Continued 注：切花产量的计量单位是百枝，盆花产量的计量单位是百盆。
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user: 4. 讨论 4.1. 建议对策 4.1.1. 加大科研投入力度 设施农业生产的特点就是复种指数高，但是如果设施农业的技术不过关，对其管理不科学，将会引发设施农业病虫害的爆发。一方面是我国的农业部门，应培养相关专业的知识人才，研究机构应实地考察，通过科学技术手段进行抗病虫害品种的培育，这种方法能有效地解决病虫害对设施农业农产品的损害。另一方面是改良土壤的肥力以及农产品所富含营养元素，北京大型现代农业技术创新服务中心对有机肥进行研究 [ 10 ] ，从中取得了适合北京地区设施农业所需要的各种微量元素，这些有机肥可以提高农作物的产量。最后是加强国际间交流，国内研究有关设施农业的研究机构与国外的机构要互相联系，为农民创收，为设施农业提供有效的科技支撑。 4.1.2. 大力推进产业化经营 北京市政府在推进产业化经营时，要注意以下几点：第一点是从源头出发，注重种苗产业的培养，政府应该努力培养种苗企业，推动设施农业向经济化发展。第二点是转变农民对传统农业的认识，重新认识脚下的土地，发现土地的附加价值，发展休闲农业，使农业最原始的农业生产生活功能向其他功能转变，其中北京昌平县的草莓采摘园就是一个很好的代表，将一、二、三产业有机地结合到一起。第三点是要发挥企业的带头功能，提高附加值。第四点是增强农民组织化程度，同时也要依据当地现实地理条件积极扶持农民组建合作社，使农民有计划地行生产流通，促进农业的优化配置改革，促进土地使用权的有偿流转。第五点是为未来各区县的发展方向做好规划，政府在调查北京市各区县中，每个区县的特点不同，比如昌平县的优势是草莓、通州区的优势是食用菌、延庆县的优势是葡萄，每个区县都应抓住本区域的优势项目进行快速发展。北京每个区县所种植设施农业的农作物不同，各区县的农业基础也不同，所以政府对农业的补贴在各区县也不同，但是应注意加大对偏远区县设施农业的扶持力度，也应该加大对偏远县区的资金、技术等方面的补助，真正做到每笔资金用到该用的地方去，使农户真正从其中获得收益。 4.1.3. 做好配套工作 政府通过统筹各部门、各企业、各高校、各研究服务组织，做到资源共享。第一应该尽快建设设施农业生产生活配套设施。第二农业部门也应加快农业产前育苗设施，运输储存保鲜设施以及其他的设施建设。各部门协同作业尽快使其投入生产。 4.1.4. 建立相应的风险补偿机制 设施农业前期投入资本高、回报周期长，并且受自然环境因素影响比较大，如风暴、雷雨、低温冻害天气等恶劣的气象灾害。在这些气象灾害来临时，政府必须要提前做出预防手段，从而加强设施农业对自然灾害的抵抗能力，降低自然灾害对设施农业的损害。与此，设施农业在筹划灾害防范时，也该建立与之对应的补救机制，这些防范机制能够保障农民积极投入到设施农业工作中。例如：在2012年的夏季北京市遭遇几十年来不遇的特大降水，北京市人民政府出台农业在遭受自然灾害下的应急措施，同时政府人员开始进行统计北京市各区县的受灾状况，对于受到降水影响严重的区县增加人员和资金的救助。 4.2. 发展趋势 随着设施农业的专业设备和高新技术不断发展、完善，设施农业能够适应我国不同地区的农业生产需要。有许多先进的技术在设施农业中使用，设施农业的高科技化、高智能化趋势日益明显。 设施农业的农副产品的种类开始不断细分。人民日益高涨的消费主张得到了满足。一方面，设施农业的种类和养殖设施类型不断完善，功能不断强化，能够适应不同地区的生产需求，在各地形成独特的生产模式；另一方面，在设施农业种植的品种变多，在种植瓜果蔬菜等常见农业农产品基础上，进行播种高收益的食用菌、鲜花、果品等。 我国的设施农业基础产业不断变化，与设施农业所需要的科学农业基础技术体系不断发展，政府慢慢加强对设施农业的生产监管，使设施农业向集约化、智能化、绿色化方向发展，有关于这方面的技术服务公司不断增加。由于北京设施农业的生产范围逐渐扩大，与之有关的管理水平也应该得到提升，通过政府农业部门或者技术服务部门，制定有关于设施农业的运行办法，运用法律与政策推动我国的农业稳步前进。 4.3. 现阶段与未来的发展方向 北京市农业现今低、中、高、多种不同的生产力并存，由于北京市特殊的地理位置与特殊的战略地位，使得主城区对蔬菜、瓜果、花卉的需求很大，北京设施农业的高速发展是北京农业最正确的选择 [ 11 ] 。蔬菜大棚前期投入低，对不同环境适应性强，非常适合在低生产力水平区特别是在缺乏经济实力的农户中推广使用。在现阶段还有未来相当长的一个时期内，北京市政府应大力推动郊区农民进行大棚生产建设，增加农民的收入，积累设施农业的经验，为蔬菜大棚向温室生产创造条件。高科技的温室基础建设不断增多、建设面积不断增大，为北京市设施农业改革指明了方向，因为温室建设的成本投入大的这一特点，应该引导高生产力水平地区有经济实力的农户进行建设。 现阶段，北京市的设施农业发展速度十分迅速。现在要利用北京将近2000万人口对新鲜的瓜果蔬菜这一生活需求的优势，更加注重都市人民生活水平质量提高所需要更高的生活水平的追求，重点发展蔬菜、瓜果、花卉的种植。因此北京市政府应该注重对本地农业品牌的保护与推广建设。在引进外地的品种的同时也要保护本地的品种。尽量减少使用化肥农药进行绿色化生产。政府在农业方面投资的资金应向设施农业倾斜。
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user: 摘 要 云南省临沧市云县，由于历史的和自然的客观原因，经济发展水平总体落后。为了了解云县经济发展的整体变化情况，以2005年、2010年、2015年作为研究截面，选取10个国民经济主要指标作为构建指标体系的数据基础，运用熵值法对数据进行标准化处理，分析近十年云县经济发展水平变化。研究结果表明，从2005年至2015年，云县的经济总量在快速增长，经济发展综合水平不断提高，并于2018年9月29日退出贫困县行列；其中，因地制宜地调整产业结构与政策环境是带动整体经济水平提升的主要驱动力；根据云县经济发展情况展现的问题，提出有利于其经济可持续发展的对策建议。 关键词 :云县，指标权重，经济发展水平 Copyright © 2019 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 改革开放以来，中国经济发展快速，但同时也明显表现出区域的不平衡性，许多学者认为改革开放后中国东中西三大区域之间以及沿海与内陆之间的差异不断扩大 [ 1 ]，在各区域内部之间也存在着明显的不平衡性。以往对区域经济发展差异的研究多采用单一指标，但由于单一指标的片面性，目前的研究多采用多指标评价 [ 2 ]，研究方法从早期的数理统计分析，如标准差、变异系数等，到融入了空间分析的马尔可夫链和空间自相关分析 [ 3 ]。程永静等在构建综合评价指标的基础上利用主成分分析法与系统聚类法对山西省11个地级市的经济发展水平进行了时序研究和空间分析，并根据区域经济发展水平综合得分，将11个地级市的发展水平划分为4个等级 [ 4 ]。赵文亮等通过构建区域发展水平评价指标体系，引入熵权TOPSIS法对中原经济区2000、2005和2009年各地经济发展水平进行评价与比较，并采用马尔可夫链和ESDA法对中原经济区经济发展水平空间格局及演变特征进行探讨 [ 5 ]。彭颖等以县域为基本单元，以1995~2008年人均GDP和GDP为基础数据，结合传统区域差异的统计方法与空间计量经济学软件GEODA，对成渝经济区区域经济差异的时空演变进行了定量分析 [ 6 ]。陈利等人对云南省区域经济差异时空演变特征的分析表明云南省不同县域经济之间的差异悬殊，经济发展以滇中一极独大，其余大部分县市经济发展异常落后 [ 7 ]。云县坐落于云南省的边陲地带，区域资源条件在临沧市内相对较好，经济发展有一定基础，但也存在着较大的经济发展制约性因素，培育其县域经济的综合发展有利于缩小与省内其它地区的经济差距，有利于区域协调发展。因此，本文以2005年、2010年、2015年云县经济发展水平变化为研究对象，基于已有研究方法，通过构建综合评价指标体系，采用熵值法综合分析云县经济发展水平，将从地区生产总值、经济发展要素、社会发展等三个方面对经济发展及其演变的驱动力进行分析，提出问题和对策，综合审视云县经济发展变化的状况，促进云县经济的可持续发展。
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user: 2. 研究区域概况及数据来源 2.1. 研究区域概况 云县位于彩云之南的西南边陲，临沧市的东北部，是临沧市各县区东上省城昆明的交通咽喉，在临沧市的交通位置具有显要优势(图1)。临沧市重要的交通要道均穿云县城郊而过，地理可进入性强，因此云县在临沧市八县一区之中交通便捷程度最佳，是推进临沧市经济发展的重要力量。 自然资源是区域生产发展的必要条件 [ 8 ]。云县在亚热带季风气候的大背景下形成了“一山分四季，十里不同天”的独特的立体气候。大自然的鬼斧神工使得澜沧江流经地区沟谷发育，自然落差大，赋予了奔腾的澜沧江丰富的水能资源，云县因而成为了“西电东送”的重要基地。云县具有优越的成矿地质条件，矿产资源在各乡镇均有分布。县域内各种自然地理景观星罗棋布，生态旅游资源丰富。 图1. 云县地理位置 县域土地总面积3658.69 km 2 ，总人口438，076人。劳动力资源是区域经济增长的关键因素 [ 8 ]，充足的劳动力是利用其它资源以创造和积累财富的基础。云县每年劳动力供给量在10万人次左右，绝大多数来源于各乡镇的农村。区域人口的数量越多，消费的各种物品也就越多，消费市场的规模也就越大，由此对生产产生的刺激也就越大 [ 9 ]。云县充足的劳动力，是生产规模扩展的重要条件。 2.2. 数据来源 本文选取2005、2010、2015这三年的数据作为研究截面，数据来源于2006年《云县统计年鉴》、2011年和2016年《云县领导干部工作手册》、2006年及2016年《临沧市政府工作报告》。
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user: 3. 云县经济发展水平计算方法 3.1. 指标体系构建 区域经济是一个综合性指标，因此全面真实评价区域经济的发展水平时需要综合考虑各种指标，构建合理的指标体系 [ 10 ]。从云县实际情况出发，借鉴区域经济发展水平常用的综合指标体系成果，遵循系统性、科学性、可获得性原则 [ 11 ]，从地区生产总值、经济发展要素、社会发展三个层面评价云县的经济发展，一共选取了描述国民经济发展状况的10项主要指标，综合成一个体系进行云县经济发展水平变化特征及驱动力分析，所选取的指标能够较全面客观地反映云县经济发展的综合水平。其中，人均GDP数据由2006年《云县统计年鉴》、2011年和2016年《云县领导干部工作手册》中的云县生产总值和当年年末人口数相除获得。由以上数据组成如下指标体系(表1，表2)，评价云县经济格局的现状水平。 Table 1 Comprehensive evaluation index system of Yun County’s economic development leve 目标层 准则层 指标层 经济发展综合水平 地区生产总值 GDP增长率 人均GDP 人均财政收入 工业占工农业总产值比重 经济发展要素 人均财政支出 人均固定资产投资总额 人均社会消费品零售总额 社会发展 非农人口比重 少数民族人口比重 人口自然增长率 表1. 云县经济发展水平综合评价指标体系 Table 2 Values of each indicator in three section 指标名称 2005年 2010年 2015年 GDP增长率(X 1 ) 15.23% 12.1% 10.1% 人均GDP(X 2 ) 0.601万元 1.004万元 2.070万元 人均财政收入(X 3 0.081万元 0.147万元 0.159万元 工业占工农业总产值比重(X 4 ) 0.609 0.537 0.670 人均财政支出(X 5 ) 0.072万元 0.291万元 0.554万元 人均固定资产投资总额(X 6 ) 0.201万元 0.863万元 2.512万元 人均社会消费品零售总额(X 7 ) 0.105万元 0.266万元 0.622万元 非农人口比重(X 8 ) 0.074 0.075 0.213 少数民族人口比重(X 9 ) 0.497 0.504 0.516 人口自然增长率(X 10 ) 5.47% 5.21% 5% 表2. 各指标在3个截面的值 3.2. 指标标准化处理 由于各指标的单位不同，且差异较大，所以最先要把各个指标的原始数据 X i 标准化，其处理公式为： 正向指标(数值越大越安全)： X ′ i = X i − min ( X i ) max ( X i ) − min (Xi) 负向指标(数值越小越安全)： X ′ i = 1 − X i − min ( X i ) max ( X i ) − min (Xi) 3.3. 指标权重求取 熵值法是在综合考虑各个因素所提供的信息量的基础上计算出综合指标的数学方法，它能够客观、准确的得到各指标的权重。运用熵值法对县域经济发展水平进行综合评价，根据熵值大小计算出各个指标的权重，然后通过分项指标的计算，求得县域经济发展的综合指数，用熵值法进行综合评价的过程为 [ 11 ] ： 熵值法中指标信息熵计算： Y i = − k ∑ j = 1 n D i j ln D i j ， ( i = 1 ， ⋯ ， m ; j = 1 ， ⋯ ， n ) (m为指标数10；n表示研究年份数3) 其 中 D i j = X ′ i j ∑ j = 1 n X ′ i j ， k = 1 ln n (假定：当 D i j = 0时，令 D i j = 0.00001) 指标权重： W i = 1 − Y i m − ∑ i = 1 m Y i ， ( i = 1 ， ⋯ ， m ) 根据以上过程，求出 X 1 ~ X 10 各项指标的权重，得到表3。 Table 3 Weights of indicator 准则层 指标层 指标倾向 指标权重 准则权重 地区生产总值 GDP增长率(X 1 ) ＋ 0.0843 0.3946 人均GDP(X 2 ) ＋ 0.1667 人均财政收入(X 3 ) ＋ 0.0683 工业占工农业总产值比重(X 4 ) ＋ 0.0753 经济发展要素 人均财政支出(X 5 ) ＋ 0.0801 0.2676 人均固定资产投资总额(X 6 ) ＋ 0.0953 人均社会消费品零售总额(X 7 ) ＋ 0.0922 社会发展 非农人口比重(X 8 ) ＋ 0.1766 0.3378 少数民族人口比重(X 9 ) ＋ 0.0863 人口自然增长率(X 10 ) — 0.0749 表3. 各项指标权重 3.4. 综合评价法 单项指标得分： S i = W i X ′ i ；综合实力得分： F = ∑ i = 1 n S i 。由综合评价法的计算结果得出云县经济发展水平时间变化图(图2)。 图2. 云县经济发展水平时间变化
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user: 4. 云县经济发展水平变化特征 4.1. 地区生产总值变化特征 2005年，云县生产总值246，628万元，年增长率15.23%；实现财政总收入33，218万元，年增长率29.39%；随着经济水平的提高，云县整体的经济实力不断增强，截止2015年，全县生产总值达到906，708万元，首次突破90亿元。2005年到2015年，云县的地区生产总值年均增长速度有所下降，但在这期间仍位于全市前列，人均财政收入的不断提高促进了生产的发展，同时人均GDP在快速增长，说明GDP总量在持续扩大。由表2得知，工业占工农业总产值比重在2010年有略微下降，到2015年有所回升并达到十年内的最大值。虽然工业占工农业总产值比重在2010年有所降低，但其总量比重0.537仍超过工农业总产值的一半以上，且2010年工业总产值的年增长率依然高于农业总产值的年增长率1.5个百分点，因此2010年云县的工业发展相对于农业来说对经济增长仍具有较大贡献。工业总产值的变化趋势说明对一个长期以来以农业作为第一产业的县份，工业基础十分薄弱，其工业较难取得快速发展，工业占工农业总产值比重所占权重0.0753在地区生产总值层面4个指标中排列第三，说明其对云县经济发展水平的影响仍小于其他指标，不占主导地位。 4.2. 经济发展要素变化特征 2005年，全县实现社会固定资产投资总额82，519万元，比2004年增长了62.02%；社会消费品零售总额43，023万元，年增长率17.74%。随着经济发展水平的提高，云县整体的经济实力不断增强，2015年全县社会固定资产投资总额1，100，571万元，与2005年相比增长了93%；社会消费品零售总额达到272，484万元，年增长率15.4%；外贸进出口总额752万元，招商引资实际到位资金90.38亿元。由此可见，全县消费需求规模日益扩大，投资对经济发展的促进作用明显增强，实现了投资和消费的发展共同促进云县的经济增长。 据《2006年临沧市政府工作报告》及《2016年临沧市政府工作报告》得知，整个临沧市社会固定资产投资总额从2005年的169亿元达到2015年的729.2亿元，年均增长率增加了6.9个百分点；全市社会消费品零售总额从2005年的27.8亿元跃升到2015年的154.6亿元，年均增长率从12.9%上升至16.3%。十年间投资增长率快于消费增长率3.5个百分点。在整个临沧市的变化趋势背景下，云县从2005至2015年十年间固定资产投资总额增长率高于消费品零售总额增长率9个百分点，可以看出，全县消费的增长速度慢于投资的增长速度，两者增长不平衡，投资对经济增长的贡献明显更大。 4.3. 社会发展要素变化分析 在不考虑收入水平的情况下，人口数量的多少决定了区域内市场的容量和潜力，从而也直接或间接的影响区域经济增长 [ 8 ]。由表2可知，非农人口比重由2005年0．074上升到2015年的0.213，说明2005~2015年农业人口非农化发展趋势对云县经济发展水平的影响逐渐扩大。云县人口总数在临沧市各县区中位列第二，同时云县也是一个多民族共同生活的地方，境内有23种少数民族，少数民族聚居的地方缺乏推动经济发展的要素，如资金、技术、人才，因而社会经济发展相对落后。经济发展较缓的地区人口增长能增加该地区劳动力供应，人口总量对于区域的经济发展具有较大的主观能动性，在经济发展中贡献显著。 十年来，云县人口总量缓慢增加，少数民族人口增长缓慢且趋于稳定，自然增长率在稳定下降，这种趋势有利于人口素质的提高及促进经济的可持续发展。在经济发展水平落后的云县，总人口的绝大多数被农业人口占据，分析非农人口比重的变化，有利于了解社会经济发展状况，因此非农人口比重是衡量经济发展水平的重要指标。随着人口总量的扩大，非农人口比重逐年上升促进了云县经济发展，对社会发展影响突出。 4.4. 云县经济发展综合水平变化特征 在表2中，2015年与2005年相比，X 2 、X 3 、X 5 、X 6 、X 7 、X 8 、X 9 等国民经济主要指标数据均有不同程度的增长，X 4 有轻微起伏，X 10 则持续轻微下降。而2005年的GDP增长率为15.23%，到2015年则下降至10.1%，下降了5.13%。在表3的10项指标权重中，云县人均GDP及非农人口比重两者都超过了0.1，两者权重值分别为0.1667和0.1766，说明地方生产总值及非农人口比重是影响云县经济发展水平的两大主要因素；其中，人均财政收入所占权重0.0683，在10个指标中对经济发展的影响最小；从三大综合指标权重来看，地区生产总值和社会发展两者权重值共占指标体系的0.7324，是影响云县经济发展水平的主要因素。 根据熵值法的计算过程，首先对30个原始数据(表2)进行标准化处理，计算出这10个单项指标的权重值(表3)，从而推断影响云县经济发展水平的主要因素，最后计算出云县经济发展水平的综合值(图2)，得到云县经济发展水平近十年来的变化情况：云县经济发展水平综合评价值持续上升，2005年到2010年间变化不明显，上升较小，2010年比2005年仅增长0.1361，说明经济发展水平在缓慢提高；2010年到2015年间则从2010年的0.2611上升到2015年的0.9157，增加值高达0.6546，上升幅度较大，说明2010年到2015年这一时期云县经济水平提高最为显著。
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user: 5. 云县经济发展水平时空演变驱动力分析 5.1. 产业结构调整对经济发展水平的影响 小城镇的发展需要一定的产业支撑，即需要产业载体，这种产业可以是第二产业，也可以是第三产业，或者二、三产业并重，小城镇发展的水平，主要体现在第二产业的发展对第一产业的替代上 [ 12 ]。云县的工业正处在初步发展阶段，工业总产值在2015年达到858，570万元，对云县经济水平的发展影响较大，但由于工业基础薄弱，总体工业化水平仍然很低。2010年云县三次产业结构比重为35.1:37.3:27.6，2015年三次产业占GDP的比重调整为30.4:40.5:29.1，全县经济总量持续上升，第一产业占GDP比重不断下降，而第二产业比重突破40%，第三产业也即将到达30%，它们对经济增长的贡献明显增加。由此可见，一个地区的经济发展水平与该地区三次产业的比例变化休戚相关。一个地区的社会发展是以经济发展为基础的，截止2015年云县经济发展中第一产业比重仍占据30%以上，地理环境提供了发展农业的优越条件，这使得云县成为了绿色农产品基地县，以核桃、烤烟、糖、茶等经济作物为主的优势产业基地不断壮大，开发了一系列茶叶品牌、核桃加工公司，吸引外来资本在本地投资农产品加工业，利用充足的资金来源推进了产业结构转型升级。 5.2. 政策环境对经济发展水平的影响 5.2.1. 财政政策对经济发展水平的影响 政策环境直接影响一个区域发展某种行业的条件和约束，良好的政策环境有利于促进经济活动的发展，从而成为吸引经济活动聚集的因素之一 [ 13 ]。战略政策因素对于推动区域经济发展差异的空间格局演变起到了举足轻重的作用 [ 3 ]。一个地方的经济发展必然受到一定财政政策的影响，相关优惠财政政策的调整和实施将影响经济的发展状况。云县在“桥头堡”和“云凤增长极”战略的积极推动下，不断调整产业转型促进增收，全县财政总支出在10年间持续提高，由2005年的29，593万元增加至2015年242，800万元，十年间翻了8.2倍，宽松的政策环境也使全县工业经济呈现出加速发展的良好走势。直至本世纪初，县城主要河流南河、北河、罗扎河一到雨季仍然威胁着两岸人民的生命财产安全，于是县政府走上了“荒滩建企”的道路，采取政府与企业共同治理河道的措施，随着近十年来河道治理的不断完善，城内的南河流淌出了一道秀丽的美景。边缘区是城市快速扩张的前沿阵地，若不进行有序控制，则会直接导致建设用地的无序蔓延、粗放式的土地利用以及土地的破碎化 [ 14 ]，在政府政策的支持鼓励下，城郊的河道两岸不断有企业工厂入驻，如汇智源食品有限公司、三奇光电科技有限公司均在城郊罗扎河两岸落脚，云县甘化公司也搬迁至此。“荒滩建企”既治好了河，又发展了工业。 5.2.2. 人口政策对经济发展水平的影响 区域人口的素质影响区域经济的发展水平和区域产业的构成状况 [ 8 ]。云县的文化教育状况相对落后，劳动力成本较低，且县内劳动力资源充足，为劳动力密集型产业的发展提供了源源不断的内生动力，使云县成为临沧市的工业强县。但根据英国人口学家马尔萨斯的观点，人口增长对经济增长起负面影响，会导致劳动生产率降低，增加环境压力。面对我国人口基数大，自然增长率较高的情况，国家出台了计划生育的政策，随着经济发展水平的提高，文化教育蓬勃发展且取得一定成果，人们的文化素质有所提升，“少生优生”的思想观念逐渐深入人心，计划生育政策的成果优势逐渐体现，2005年至2015年间云县的人口自然增长率下降的趋势正是计划生育政策在云县落实的成果。随着近十年来云县人口自然增长率的缓慢下降，人们的生活质量得到改善，经济发展水平也有所提高，人们生产生活对自然资源以及生态环境造成的压力在一定程度上得到缓解。
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user: 6. 结论与建议 综上所述，影响云县经济发展水平变化的驱动因素主要有两方面：一方面在于产业结构调整、优化升级；另一方面受政策环境影响，依靠投资和消费等经济发展要素拉动经济发展，其中投资的拉动作用更为显著。自2005年以来，云县经济发展水平持续上升，发展迅速，随着经济规模的扩大，经济效益也在不断提高，但缺乏工业基础和农业人口占绝大多数的现状一时难以改变，以及受到深处我国西南边疆高山峡谷中的地理区位限制，云县的经济发展还是会面临一些现实问题。因此，为了促进县域经济水平健康、稳定的发展，根据以上分析结果，本文提出以下建设建议。 6.1. 充分发挥资源优势，发展特色产业 自然资源的开发利用影响区域生产活动的经济效益，云县应立足于自身薄弱的工业基础，依靠较强的农业生物资源优势，发展农业产业化，改变长久以来农业生产的粗放模式，推动产业结构优化升级，积极发展核桃、茶叶、甘蔗的加工产业链，增加农民收入，提高农民文化水平，打造自主品牌，提升市场影响力。加快制造业的发展，在城郊建设产业园区，实现产业集群发展，共享园区基础设施，发展矿产及林木产品加工、基础建材制造、以及光伏产品等新能源制造业。依托自然地理环境赋予的资源优势，在保护好现有生态资源的前提下，发展生态旅游业，系统、科学地开发建设风景区，使旅游开发对自然风光的破坏降到最低。在舒适的气候条件下，适当开发房地产，建设旅游度假区，促进剩余劳动力转移，以满足未来第三产业发展的需求。 6.2. 加强对外合作，刺激消费 较高投资率是一个国家或地区经济起飞阶段必不可少的一个重要条件，从长远看，消费率提高和投资率降低是经济发展的必然趋势 [ 15 ]。通过开展区域合作，提升对外开放水平，既可实现优势互补，又可拓宽发展空间，进而促进云县经济的发展 [ 5 ]。因此，要实现云县经济协调发展必须扩大对外开放，加强域外合作，引进技术和人才，运用自身在临沧市的区位优势，积极改善投资环境，吸引国内外及省内外的丰富资金、高新技术专业人才，增强云县招商引资的能力。另外，消费能力是以收入水平为基础的，居民收入水平受到就业率的影响，因此要刺激消费，就要以扩大就业为目标，提高收入水平；政府应出台适当的财政政策以刺激消费，改善消费环境。大力发展餐饮、休闲娱乐等服务业，建设本地特色消费平台，吸引外来群众消费。还要充分发挥云县在临沧市的区位优势，推进基础设施的建设，完善交通网，同时开发县内旅游资源，发展生态旅游业，吸引游客前来消费，带动经济增长。
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user: 摘 要 智能BMS储能装备BMS是中低空系留浮空器艇上储能装备的重要组成部分，因其使用环境、高可靠性设计需求而存在较多设计难点。根据浮空器特种供电装备的技术要求，对储能装备BMS进行研制，采用NXP主控芯片和LAPIS通信芯片为核心硬件架构，并自主研发控制软件。经充分功能和环境测试后，BMS自主研发的高密度储能装备在中低空系留浮空器上稳定使用超过2年，在线充放、不间断供电等各项功能满足设计要求。 关键词 :中低空系留浮空器，电池技术，电池管理系统 Copyright © 2019 by author(s) 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 电池技术日新月异发展的同时，作为电池系统大脑的BMS技术面临着新的挑战，单体电池的能量密度、使用寿命等都得到了飞跃式发展，也对电池管理系统提出了更高的要求，大量单体的监控和管理、单体的均衡管理、电池组热管理、性能控制、安全控制、与充电设备和耗电设备的匹配技术等，都在给电池管理系统的功能及性能带来挑战。智能化是电池管理系统的技术发展方向。 本文研究的对象是中低空系留浮空器的电源管理系统。中低空系留浮空器(图1) [ 1 ] - [ 9 ] 日常工作环境为距离地面1000~1500 m的空中，由高压交直流不间断供电系统为其提供电力能源。为满足“高能量密度、高空适应、大电流输出、高可靠性、不间断供电”的装备要求，“云端号”系留浮空器在国内首次采用高倍率18650三元锂电池作为空中不间断备用储能装备。其电源系统的特点是：在低压低温环境中大量使用材料能量密度最高的三元锂电池，总计达180枚单体电池组成6串30并的电池组；高放电倍率，设计放电倍率为1.5，最大放电电流达120 A；不间断供电设计，储能装备始终挂载于28 V低压直流配电母线上，在主电源电能不足或断电的情况下无缝接入以保障浮空器不间断的电能供给(图2 )。 以上储能装备技术特点对其能量管理系统(Battery Manage System， BMS)的研制带来以下技术难点 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]： 1) 该储能装备的实际使用环境在海拔1000~4000 m之间，高空低压低温环境带来的BMS电路芯片与其他电子元件发生击穿的风险不可忽视；2) 采用三元锂电池作为储能元件能有效降低储能装备整备重量，但由于电芯材料活跃度高，在大功率放电造成的高温状态时易发生热分解，引致电池起火、爆炸威胁浮空器安全；3) 采用带有安全阀和钢壳外套的18650电池可以在一定程度上减少电池起火风险，但多个串并联单体组成的电池组在多次循环充放电后，电芯一致性逐渐变差，或因电池组PACK工艺不一致，造成各串联电芯组电压均衡失稳，影响电池组寿命，也同时带来了充电过压等安全隐患；4) 锂电池组有效荷电容量随电池充放电次数的增加、电池组出厂时间的延长逐渐减小，而电芯材料技术正处于飞速发展阶段，更迭换代速度快，在原电池失活后难以找到相同参数(同电压平台、同放电曲线、同容量等)的电芯进行替换。以上问题对中低空系留浮空器储能装备BMS设计提出了以下技术难点和要求：1) 考虑系统环境适应性，BMS电路及元件耐压需进行高海拔修正设计，杜绝或谨慎使用低压低温敏感元件；2) 加强电池热能管理，合理增加电芯及PACK各部位的温度采样传感器数量，有效采集电芯关键位置的温度状态，兼顾高/低温状态下的电池散热和热控，元器件选取时进行降额设计；3) 引入电芯单体均衡环节，以软件主动/硬件被动的方式，在安全工作的前提下，高效设计电芯单体均衡体系；4) 采用弹性设计理念，针对不同的电芯串联个数、单体容量、平台电压等进行兼容设计，对不同的单体放电曲线，采用软件定制的设计方式，保障BMS的通用性；5) 合理管理电池充放电状态，从全局出发整合充/放电电路，兼顾小电流充电/倍率放电和不间断供电的实际需求。 图1. 东莞云端号系留浮空器 根据以上技术要求，对中低空系留浮空器储能装备BMS进行设计，采用NXP/Freescale主控芯片和LAPIS通信芯片为核心硬件架构。经充分功能和环境测试后，BMS自主研发的高密度储能装备在中低空系留浮空器上稳定使用超过2年，在线充放、不间断供电等各项功能满足设计要求。
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user: 2. 储能装备BMS硬件设计 中低空系留浮空器储能装备系统如图2所示，该储能装备的BMS，由强电部分和弱电部分组成。在硬件设计方面，针对中低空系留浮空器的应用特点，在设计中，主要研究了低温、低压环境下智能BMS设计的方法。1) 低温低压环境下，BMS的散热情况与常温常压环境区别较大，低压环境下，BMS内部散热效率降低，BMS内部更容易出现温度聚集，因此在元器件选择上需要考虑有足够的设计余量，避免电路中出现高温聚集点；2) 低压环境对元器件的电气性能也有影响，尤其需要避免采用以空气作为绝缘介质的产品。 2.1. 智能BMS强电设计 BMS强电部分集成了DC/DC充电模块、防反模块和强电模块，用于处理储能装备的大电流充放电、电流采集以及充放电控制。储能装备挂载在直接26 V直流母线上，在交直流供电装备断电，或母线电压波动时，提供不间断电能。由于交直流供电装备供电电流大，电池直接接入直流母线会造成母线电流倒灌，导致电池充电短路，因此在直流母线和电池母线间串联防反模块，防反模块为2枚二极管组成。 图2. 中低空系留浮空器储能装备系统 单向DC/DC限流充电模块直接挂载在26 V直流母线上，参数为：DC500W (25.2 V/19.8 A)，16~32 V宽电压输入，25.2 V/19.8 A限流输出，可根据锂电池电压动态调整充电电压、电流。DC/DC充电模块为两段充电的形式，当电池组端电压低于25 V时为19.8 A大电流充电，电池电压高于25 V时，采用涓流充电，电流由19.8 A逐渐减少到0，同时电池端电压逐渐增加到25.2 V。考虑到成本与电路板面积，强电模块仅接在电池与直流母线负极之间，用于控制电池与母线的导通和关断，是由5枚IRFB3077功率MOSFET并联组成的，单个MOSFET可通过最大电流为210 A，可对最大75 V的电压进行有效关断，另外将5枚0.005 mΩ电阻并联后串入强电模块，通过测量电阻的端电压实现电流采集。 2.2. 智能BMS弱电设计 弱电部分是BMS的核心部分，与强电部分和电池组相连，由电池组供电。如图3所示，BMS弱电部分由主控芯片模块、电池管理芯片模块、RS485/RS422串口通信模块，电池均衡模块以及外围电路等组成，用于采集锂电池组电压、温度，电池充电均衡、实时监控锂电池的工作状态并反馈给上位机。考虑到硬件的广泛兼容性需求，BMS弱电部分设计为6~16串的18650电池进行通用管理。 弱电部分的供电选取高效DC/DC电源转换芯片TI TPS54360，将电池组作为直流电源，经过稳压滤波电路以后转换为5 V的稳定电源供各个弱电模块使用。其供电特点为超宽范围的电压输入(4.5 V~60 V)，宽广的频率调节范围(100 kHz~2.5 MHz)用以提高输出滤波效率。为防止芯片供电电压过高导致烧毁，并且弱电部分本身耗电量很小，不影响电池均衡性，因此对6~16串的电池均只取其中3串电池进行芯片供电。 主控芯片采用NXP MC9S08DZ60芯片，是弱电部分的核心单元之一。主要功能是数据处理和判断，SOC计算，向下发送控制指令向上返回数据，以及对单体锂电池堆的温度进行采集。为了满足高海拔的使用环境，BMS弱电部分中摈弃使用电解电容。因此芯片的电源管脚和模拟电源管脚均并联0.1 μF陶瓷旁路电容以抑制高频噪声。在BMS弱电部分安置4枚I/O口连接指示灯，用来指示当前供电系统的电压，温度告警以及串口通信状态。 图3. 储能装备BMS硬件部分 电池管理芯片模块采用的是LAPIS ML5238系列芯片，是弱电部分的另一核心单元。主要的功能是电压、电流数据采集，充放电控制、短路保护以及和主芯片进行通信，执行下达指令。电池管理芯片内置NMOS驱动，充放电控制是通过接收主芯片指令后，将开关的控制指令写入FET REGISTER寄存器中从而实现对锂电池充放电控制。 电压采集模块与电池管理芯片直连，芯片中内置有电压采集A/D模块，外围电路只需要将电池的两端的电压通过整流和滤波后直接采集到芯片的Vmon Register寄存器中，采集精度为±5 mV。电压采集模块提供电压数据，同时通过监测锂电池的工作状态，结合BMS软件部分可以实现对锂电池单体电池的过压和欠压状态进行保护。 电流采集模块的工作原理是：利用电池管理芯片的内置A/D转换模块，在电流回路上串联5枚并联的2512R0005贴片功率电阻器，每枚电阻器的阻值为0.005 Ω，并联后电阻值为R Itst = 0.001 Ω。电流流过电阻器时，通过采集电阻器端电压，换算测量电流值公式为： I t s t = G V t s t R t s t = 1000 G V t s t (1) 其中I tst 为采样电流，V tst 为采样电压，G为内置A/D转换增益，可在[1， 100]内灵活取值以方便计量。 温度采集模块是由NTC温度探头，串接分压电路两部分组成。NTC的R v 和测量电阻R m (精密电阻)组成一个简单的串联分压电路，电路中的参考电压V Ref 经过分压可以得到一个电压值随着温度值变化而变化的数值，通过主控芯片内置的ADC模块采集到芯片寄存器中，这个电压的大小将反映出NTC电阻的大小，即相应温度值。采集到的电压值V adc 和NTC电阻值的关系表达式为： V a d c = V r e f × R m R v + R m (2) 根据式(2)结合温度校准得到温度值T与测量电压值V adc 之间的对应关系，如图4所示，然后采用查表法可以确定当前温度的状态值。 图4. 测量电压值与温度对应关系 如图5所示，温度探头在电池包中设置在电池PACK内的五个温度敏感位置，分别为通信口，充放电口，箱体正中，弱电部分芯片板，强电部分控制板处，以充分了解电池PACK的各个敏感位置的温度状态。 图5. 温度传感器位置 均衡模块硬件部分采用的是被动均衡模式(有损均衡)，电路简单，成本较低。在电池堆上并联一个由分流电阻和开关MOS管组成的均衡模块；均衡模块的软件部分由主控芯片控制，电源管理芯片执行。当采集到电池的最高电压V max 和最低电压V min 满足： V max − V min ≥ 100   mV (3) 由电池管理芯片将最高电压的电池堆上并联的MOS管栅极导通，电流经过分流电阻，起到均衡的作用。均衡电流应合理选择，均衡电流过小则效果不明显，均衡电流过大则系统的能量损耗大，导致均衡效率低。此处设计均衡电流I blc 为50~100 mA；设计电池最高电压V max 为4.3 V，最低电压V min 为2.8 V，在充电时均衡开启，分流电阻R snt 将成为电池的旁路负载，因此有： R snt = V max I blc = 43   Ω (4) R snt = V min I blc = 56   Ω (5) 因此有： 43   Ω ≤ R snt ≤ 56   Ω (6) 按照元件规格选取分流电阻为47 Ω。 串口通信模块同时支持RS485与RS422两种通信模式，用于将电池状态数据传输给上位机。对于以上两种通讯方式分别选取MAXIM 485/488芯片，均采用半双工的工作模式。电路中采用NEC R2561光耦进行光电隔离，增强通信模块的抗干扰能力，通信模块与主控芯片系统不共地，有效抑制高共模电压的产生，降低芯片损坏率，从而提高系统的稳定性。
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user: 3. 智能BMS软件设计 中低空系留浮空器储能装备软件设计方面，主要研究了低温、低压环境下智能BMS的工作特性对软件设计的影响：1) 考虑了低温低压环境与常温常压环境下温度控制边界的差异性，在算法当中加入函数进行修正；2) 在软件故障处理模块设计中，预留了低压低温可能引起的绝缘特性下降、局部温度聚集而带来的故障处理流程。 3.1. 软件逻辑 图6所示为BMS软件逻辑图，BMS软件的设计目的是完整的储能装备控制系统，实现电池电压、电流、温度采集，电池荷电状态的估算，单体电压均衡，过充过放保护，与上位机通信功能。BMS的软件设计思想采用模块化和层次化的设计思路。模块化是将要实现的同一功能综合到一个代码段内部进行统一管理，便于修改。多个软件功能使用单独函数实现，程序得以分割；另外单独函数在一定程度上可以被复用。层次化是在软件运行中将一个工作分成多个环节，分别由不同的硬件和软件模块完成，以便于程序内部各个函数之间进行通讯，调用和维护。BMS系统在运行主程序时，不断地调用各个独立的子函数，来协同完成对数据的采集和处理。 图6. 软件逻辑图 BMS软件首先进行系统初始化：任务是完成硬件上电检查，各个功能模块的初始化以及应用程序的初始化。初始化模块包含软件定时器、外围通信协议SPI初始化、存储器、A/D模块、串口通信SCI、总线时钟、指示灯设置等初始化模块；应用程序初始化包含对各个变量初始值的设定、相关变量和数组的申明、通讯协议以及电压、电流及温度保护上限和下限预设值的定义等。其中保护上下限值、电池总安时数等预设值还可以通过BMS串口通信进行在线设定，以增加系统的弹性稳定性。第二获取各初始值并进行初始值状态判定，并写入通讯芯片的寄存器中。然后软件进入采集循环，通过调用子程序进入中断，查询、操作与中断返回的方式获取电池多个关键信息，执行多项电池操作。在中断执行完后返回主函数循环。软件通过不断跳出与返回循环，完成系统各项任务。 3.2. 中断响应 串口通讯是通过响应串口中断来实现的，程序中除了串口还设置有定时中断和电流检测中断等。对于本系统主芯片MC9S08DZ60的中断优先级如表1所示。 Table 1 Interruption priorit 中断类型 优先级(由高到低) DOG/BDM/外部管脚 1 TPM 2 SPI 3 SCI 4 端口管脚 5 ADC 6 表1. 中断优先级 主程序中采用的是定时中断的处理方法，每个中断响应时，完成不同的任务。中断响应以后，程序主要采集电压、温度、电流值；锂电池状态判定；控制FET对电池的充放电开关控制，锂电池单体电压的均衡控制，电池剩余容量SOC的估算等。系统和上位机的通信采用的是串口中断通信，上位机以MODBUS协议为基础改编，在芯片接收代码并校验以后，读取寄存器中的各项数据值，返回至上位机，供监测人员实时观测状态。通讯协议中支持读取芯片寄存器中的内容，同样也支持修改寄存器中初始化设定的各项预设值，便于根据不同的使用状态来修改上下限值。 3.3. 控制与SOC估算 储能装备挂载在直流母线上，需要进行全面控制，避免电池组出现失控情况。表2所示为电池组控制表，对电池组截止电压、截止电流、高低温以及电池单体均衡进行控制，当控制变量超过限定值时进行控制，待控制变量恢复到限定值内时解除控制。 其中电压控制、充电电流控制由电池单体性能决定；放电过电流控制是为避免母线短路情况下的电池过放采取的控制手段；高低温控制是根据储能装备的实际使用环境确定的−10℃~50℃的保护值；电池均衡是解决电池单体电压失衡的有效手段。 电池荷电状态 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] (State of Charge， SOC)估算是当前电池研究的难点之一。从实用性和定制性的角度出发，储能装备SOC计算采取3段式估算：对电池组进行多次充放电得到电池充放电特性曲线，根据充放电特性曲线，结合电池端电压将电池端电压分为3段，分别进行截止电压法和安时积分法SOC估算，如表3，图7所示。 Table 2 Battery control tabl 电池组控制表 控制变量 限定值 控制手段 过充电压 4.25 V 充电关断 过放电压 2.95 V 放电关断 充电过电流 40 A 充电关断 放电过电流 200 A 放电关断 低温 −10℃ 充电关断 低温 −20℃ 充放电关断 高温 50℃ 充电关断 高温 60℃ 充放电关断 电池均衡 100 mV 充电状态下开启均衡 表2. 电池组控制表 Table 3 Estimation of 3-stage SO 3段式SOC估算 SOC/% 充电端电压/V 放电端电压/V 估算方法 100 (+∞， 25.2] (+∞， 24.8] 截止电压 (100， 85] (25.2， 23.4] (24.8， 23.0] 截止电压 (85， 15] (23.4， 20.8] (23.0， 20.4] 安时积分 (15， 0) (20.8， 18.4] (20.4， 18.0] 截止电压 0 (18.4， 0] (18.0， 0] 截止电压 表3. 3段式SOC估算 图7. 3段式充放电SOC估算曲线 其中充放电SOC在0%~15%，85%~100%两段区间内，由于电压变化快且基本呈线性变化，采用截止电压法估算SOC值；15%~85%一段区间内，由于放电电压变化缓慢，呈平台状，采用安时积分法估算SOC值；充电状态的截止电压较放电状态的截止电压抬升约0.4 V，故对充、放电两种状态进行单独处理。另外随锂电池寿命衰减产生的SOC误差，可通过在线完整充放电进行数据校准，方法为：1) 在线修改电池组充放电最大安时数；2) 在线小幅修改电池组安时积分法SOC估算适用范围。