DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 五成–屯溪韧性剪切带的微观特征 3.1. 韧性剪切带显微镜下特征 皖南地区发育的糜棱岩主要为长英质糜棱岩，其原岩为晋宁期花岗岩或花岗斑岩 [ 12 ] [ 13 ] 。长英质糜棱岩比较常见，研究相对比较成熟。皖南地区发育大量的不同时期花岗岩、花岗斑岩，经过剪切作用形成了典型的长英质糜棱岩。要将长英质糜棱岩显微变形特征描述清楚，有必要对地区的长英质糜棱岩内典型的显微变形现象进行系统的观察、描述，以下根据糜棱岩的变形机制，从显微裂隙典型现象、晶质塑性变形典型现象、颗粒边界滑移典型现象、扩散物质迁移典型现象等四种变形机制表现的典型光学现象进行介绍。最后根据不同变质程度不同矿物表现的光学现象，确定糜棱岩所处的变质相及变质环境。 天井山地区韧性剪切带发育有较为丰富的微观构造。在天井山–米凹剖面中，沿北西–南东连续取样切片观察，TJS1-1为糜棱岩化千枚岩，可见似S-C组构(图4)，整体显示弱的韧性变形，处于韧性剪切带的弱应变域边缘位置。TJS1-2~TJS1-4为元古代地层受动力变质作用形成的糜棱岩，发育S-C组构，石英斑晶形成压力影、透镜体以及多米诺骨牌，长石斑晶主要形成压力影构造，总体显示韧性变形程度不高。 图4. 韩家–米凹剖面中韧性剪切带微观照片 3.2. 韧性剪切带EBSD石英组构分析 对皖南天井山地区璜茅–五城–屯溪韧性剪切带特征进行了重点剖析。结果显示，璜茅–五城–屯溪韧性剪切带为大型韧性剪切带，在研究区内总体呈喇叭状展布，宽约2~5 km，向NE发散，向SW收敛。并在元古代中形成了大型的A型褶皱。宏观上强弱分带明显，以元古代地层和晋宁期岩体的接触带为最强应变带，发育超糜棱岩，应变强度向两侧逐渐减弱，在弱应变带发育糜棱岩化千枚岩和初糜岩。微观上，韧性变形显微构造发育较好，以发育旋转碎斑、压力影和石英的膨突动态重结晶为主，其韧性变形机制为中低温条件下的位错滑移、碎裂流动以及扩散物质迁移 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 。在不同的温压条件下，形成的石英晶内滑移和优选方位模型有所不同 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。EBSD对韧性剪切带的石英组构分析显示，石英以菱面{10-11} 和底面{0001} 滑移为主，变形温度为中低温(400˚C~550˚C)及低温(<400˚C) [ 20 ] 。宏观运动学特征和石英组构特征显示韧性剪切带至少经历了两次活动。塑性变形机制和EBSD石英组构显示韧性剪切带变质相为低绿片岩相–高绿片岩相，局部可达低–中角闪岩相 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] 。 本次研究选取的6个样品测试样品均采自天井山矿区内，即璜茅–五城–屯溪韧性剪切带南段变形岩石，所测试样品主要岩石类型有花岗质糜棱岩、含炭质糜棱岩。 石英残斑EBSD组构特征测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室环境扫描电子显微镜实验室完成。本次测量的都是石英颗粒，以测量石英颗粒相对于切片面的光轴方位，通过EBSD系统的配套软件——HKI公司开发的Channel 5，将测量数据采用等面积下半球投影，获得矿物的优选方位极点等面积图。样品石英给出光轴<0001>投影图、网面{11-20}、{10-10}、{10-11}、{01-10}极图。事实上，极图各个方位的投影图所代表的意义是相同的，或者说，后四个图虽然各不相同，但是都可以从这些图中的任何一个推导出石英光轴的<0001>投影图 [ 26 ] [ 27 ] 。天井山地区定向构造样品石英c轴组构图表现为简单的点极密、环带极密以及点极密和环带极密叠加(图5)。 图5. 璜茅–五城–屯溪剪切带石英EBSD组构图 综上所述，天井山地区的韧性剪切带石英变形表现为{10-11} 滑移为主，叠加有{0001} 滑移，变形温度为中低温(400˚C~550˚C)，而多数还表现为{0001} 滑移，变形温度为低温(<400˚C)。可以说明剪切带的变质相为绿片岩相到角闪岩相，而更多表现为低绿片岩相。与显微镜下观察石英以波状消光为主，推断的剪切带形成环境相吻合。从测试的6个样品中5个都表现出中温、中低温叠加低温的变质变形温度，说明剪切带经历了多期活动。
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user: 4. 结论 以璜茅–五城–屯溪剪切带为对象，准确厘定了皖南地区大型韧性剪切带的存在。并从构造几何学、构造岩石学、构造运动学等三大路径，进行了大型韧性剪切带地质特征的精确厘定和精细研究。 1) 璜茅–五城–屯溪剪切带为大型韧性剪切带，在研究区内总体呈喇叭状展布，宽约2~5 km，向NE发散，向SW收敛。宏观上强弱分带明显，以元古代地层和晋宁期岩体的接触带为最强应变带，发育超糜棱岩，应变强度向两侧逐渐减弱，在弱应变带发育糜棱岩化千枚岩和初糜岩。在元古代糜棱岩地层中可见A型褶皱，S-C组构，透镜状石英发育。在长英质糜棱岩中可见长石石英斑晶形成的旋转碎斑，且面理线理均较为发育，面理线理产状显示韧性剪切带总体呈NE-NNE走向，且以水平位移为主；同期的次级剪切系变形强度显著低于主剪切带，以脆韧性或脆性剪切特征控矿； 2) 璜茅–五城–屯溪韧性剪切带微观特征与宏观特征相符，初糜岩–超糜岩均有分布，宏观上S-C组构和透镜状石英以及微观上的旋转碎斑和书斜构造显示璜茅–五城–屯溪韧性剪切带兼具左行和右行剪切的特征，而EBSD石英组构特征显示石英为中低温变形和低温变形的叠加，同样指示韧性剪切带具有多期活动特征，通过宏观上岩脉的变形判断韧性剪切带为先右行剪切，后左行剪切；微观上，在韧性剪切带内的石英普遍具有波状消光、拔丝状拉长、亚颗粒化等膨凸和亚颗粒旋转动态重结晶，部分石英颗粒显微破裂作用形成布丁构造，书斜构造，局部可见压溶作用形成的压力影、对向不对称生长石英脉等，以及晶质塑性变形形成的旋转碎斑等，动态重结晶主要为膨突重结晶以及少量的亚颗粒旋转动态重结晶；长石无显著变形，仅少量双晶弯曲，指示主剪切带韧性变形温度不超过400˚C。由长石、石英变质变形特征可以得出，韧性剪切带变形变质机制主要是在中低温条件下的位错滑移、显微–超显微破裂以及压溶作用；重结晶石英新晶粒粒径在镜下的测量结果显示，具有一定蚀变的糜棱岩与没有蚀变的糜棱岩的重结晶石英颗粒粒径无明显差别，均在0.015~0.025 mm之间，利用石英动态重结晶新晶粒大小法对韧性剪切带差异应力进行计算，得到皖南地区璜茅–五城–屯溪韧性剪切带差应力值变化范围为74.97~106.08 MPa； 3) EBSD对韧性剪切带的石英组构分析显示，韧性剪切带中石英以中低温菱面滑移和低温底面滑移为主，说明韧性剪切带主要为中低温、低温变质环境；石英光轴表现为平行于b轴和c轴的点极密，叠加ac环带极密，即说明石英以柱面{10-10} 滑移和菱面{10-11} 叠加底面{0001} 滑移为主，变形温度为中温、中低温(400˚C~550˚C)和低温(<400˚C)。塑性变形机制和EBSD石英组构特征均显示韧性剪切带为中低温条件下的变质变形； 4) 宏微观运动学特征及EBSD石英组构特征显示璜茅–五城–屯溪韧性剪切带至少发生了两次韧性剪切活动，且先为右行韧性剪切，后为左行韧性剪切； 5) 石英、长石变形机制及EBSD石英组构指示的变质温度环境说明皖南地区璜茅–五城–屯溪韧性剪切带变质相主要为低绿片岩相–高绿片岩相，局部可达低–中角闪岩相。
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user: 摘 要 传统古村落文化生态是指古村落内部形态、外部形态及其相互作用的古村落综合体带给人的具体感受和意象。传统古村落作为民族文化的载体之一，在其传承过程中有其特定的文化生态“基因”密码；构建传统古村落“文化生态基因信息图谱”，可以为我国不同文化区域传统古村落的文化生态基因挖掘、历史记忆恢复、旅游规划和景观设计、社区发展和文化传承等提供理论和实践指导，为弘扬传统文化、推进生态文明、建设“美丽中国”提供技术支撑和决策借鉴。 关键词 :传统古村落，文化生态基因，信息图谱 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 传统古村落又叫历史文化古村落，是指在历史时期形成的、保留有明显的历史文化特征且历史风貌相对完整的人居聚落。复杂而多变的自然地理环境造就了我国数量丰富的传统古村落。长期以来，社会各界对传统古村落保护与利用问题进行了持续的全方位、多层次、多视角的研究和关注，热度不减，成果颇丰 [ 1 ] 。但总体来看，呈现出研究个案化、认识碎片化、保护固态化、模式工厂化、发展同质化的基本格局，对古村落保护和利用缺乏更具广度和深度的考量。尤其是随着资本介入古村落的文化生产和文化再生产，传统古村落的生存发展便与资本发生了必然的逻辑联系。如何认识和运用文化生产法则与资本运行法则，既遵循文化生产的规律，又自觉运用市场经济的工具，以推动我国传统古村落在新的历史条件下的保护和可持续利用，这个重要的理论和实践问题已迫在眉睫。传统村落的文化生产与资本的逻辑耦合呈现的新趋势；古村落文化生产在产业化、市场化中形成的新业态；信息技术现代化使资本对文化生产的逻辑嵌入产生的时空新范式等等问题都应该引起足够的关注。这要求我们在传统古村落的保护和利用领域必须寻求新理念、探求新机制、开辟新路径。
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user: 2. 传统古村落文化生态基因的界定 传统古村落文化生态是指古村落内部形态、外部形态及其相互作用的古村落综合体带给人的具体感受和意象。这里的“生态”不仅仅指通常意义上的生态风景和景色，更着重指的是包括一切与人类活动相关的文化生态与自然生态，以及因为人类活动导致变化了的人文景观，还包括某种看不见但能够感受到的文化生态氛围。基因本是一个生物医学的概念，它是指遗传信息的载体，可以通过复制把遗传信息传递给下一代，从而使后代表现出与亲代相同的形状和机理 [ 2 ] 。基因作用的表现也离不开内在环境和外在环境的影响：一方面，每个基因都有自己特定的“定位”，能忠实地复制自己，以保持生物的基本特征；另一方面，基因虽然十分稳定，能在细胞分裂时精确地复制自己，但这种稳定性是相对的，在一定的条件下，基因也可以从原来的存在形式突然改变成另一种新的存在形式，突然出现了一个新基因，代替了原有基因，即所说的“基因突变”，从而使生物可以在自然选择中被选择出与生存环境匹配的新个体。在文化的传承与传播过程中，往往也会发生类似的情况，一方面，某种文化凭借其自身的秉性和位势，不断地进行传承或传播，保持其独特的个性；另一方面，文化在传承或传播的过程中，为了适应社会环境或发展环境的变化，又往往会产生一定的变异，从而获得与时代同步的传承或传播形式。
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user: 3. 构建古村落“文化生态基因信息图谱”的逻辑起点 一定区域内的传统古村落景观之所以大致相似，就是因为传统古村落作为民族文化的载体之一，在其传承或传播的过程中总是保持其文化“基因”的遗传特征所致；同时由于时间和空间的变化，又会导致传统古村落生态基因在遗传的过程中出现必要的世易时移的变迁，即为了适应环境而产生的必要的变异。这既是生物体遗传繁衍的基本规律，也是传统古村落文化生态演变发展的内在逻辑。二者虽有着不同的属性，但却有着较为类似的传承原理。 开展古村落“文化生态基因信息图谱”研究探索，就是以人文地理学为出发点，借鉴生物医学的“基因”概念并结合古村落面临的社会发展大环境而进行的深层次审视。按照作用的大小，古村落文化生态基因大致可以分为主体基因、附着基因、混合基因、变异基因等类型。由于传统古村落文化生态基因根据不同的表达方式会有不同的表现规律，可以称之为“文化生态基因信息图谱”。它是传统古村落文化生态基因内在规律的表达，可以较好的反映传统古村落内在文化生态的基本逻辑起点和未来发展趋势。传统古村落文化生态基因信息图谱大致可以分为平面图谱和立面图谱、时间图谱和空间图谱、形态图谱和感应图谱、资本图谱和权利图谱、业态图谱和社区图谱等多种表达形式 [ 3 ] 。
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user: 4. 构建古村落“文化生态基因信息图谱”的框架体系 4.1. 传统古村落文化生态基因的识别 传统古村落文化生态基因就是一个古村落文化生态区别于其他文化生态系统所特有的 [ 4 ] ，存在于古村落生态之内的古村落文化“遗传”的基本单位，对古村落文化生态的形成具有决定性的作用。 4.1.1. 古村落传统要素基因。古村落文化生态传统要素基因的识别大致可以从民居特征、图腾标志、主体性公共建筑、环境因子、布局形态5个层面进行识别。 4.1.2. 古村落文化景观基因。传统古村落是一定人群长期聚居的场所，除民居建筑之外，还包括公共配套的其它设施，如广场、桥梁、宗祠等公共设施。因此，古村落文化景观的识别主要是从宏观上和整体上的把握，主要识别那些具有明显排他、特别是具有标志性意义的文化景观 [ 5 ] 。古村落文化景观识别中最具标志性的要素就是民居建筑。而民居建筑及其环境的识别又不能离开其独特的文化景观基因(或因子)。古村落文化景观识别大致可以从如下方面进行：一是识别民居特征(如土楼系列、干栏系列等)；二是寻找图腾标志(如牛图腾、虎图腾、狗图腾、各种鸟图腾等)；三是识别主体性的公共建筑(如宗祠、鼓楼、石拱桥等)；四是参照环境因子(如大榕树、芭蕉林、凤尾竹、水网地、山地、临湖地、临河地等等)。实际上，可以将古村落景观的主体因子和“可识别”因子进行详细划分，在地理信息系统(GIS)的支持下进行系统管理，进而借助计算机来进行文化景观识别，将有效地推动区域古村落文化景观的提炼和管理，进而有利于传统古村落文化景观的识别和优化，推动理论研究和资源的优化开发与可持续利用。 4.1.3. 原始图腾基因。“图腾”一词为印第安语totem的音译，带有“亲属”和“标记”之义，各民族分别有各自崇拜的图腾。因此，寻找原始图腾成为识别传统古村落文化基因的重要来源。比如，云南西盟和沧源等地的佤族村寨，其典型的图腾柱是牛角桩或“丫”形寨桩，佤族人始终把牛看作民族神来敬仰，佤族人传统古村落景观的方方面面均深深地打上了“牛”文化的烙印。实际上，我国许多少数民族村寨的寨门也充分表达出原始崇拜和原始图腾的意象，成为识别传统古村落文化景观的重要载体。 4.1.4. 标志性建筑基因。侗族古村落中最引人注目的标志性景观建筑一是鼓楼，二是风雨桥。侗族鼓楼隐含着侗族文化的主体基因元素——杉树和阳鸟。侗族地区有句俗话:“高山住瑶，半山住苗，侗家住山槽”，侗族聚居区多为山区，有村寨的地方便有参天古树，居民住清一色的木楼，即“吊脚楼”，生活用品也是木制的，树是侗族人赖以生存的根本 [ 6 ] 。加之鸟崇拜在侗族人的原始崇拜中早已存在，因此侗族的标志性建筑鼓楼以及风雨桥上的类似鼓楼的尖矗建筑，都以杉树的形状为造型。这在中国侗族的主要聚居区——湘黔桂三省边界地区特别明显。 4.1.5. “基因变异”。由于时间和空间的变化，尤其是社会发展环境的巨大变革，特别是随着资本介入古村落的文化生产和文化再生产，对传统古村落文化生态基因的影响已经是既存事实，这是传统古村落为了适应社会环境变化而产生的必然变异。这既是生物体繁衍的基本规律，也是传统古村落文化生态演变发展的内在反应。 4.2. 构建古村落文化生态基因信息图谱的技术路径 古村落文化生态信息图谱是从广义的尺度或宏观的视角了解传统古村落的地理空间特征及其构成要素的相互关系，了解我国不同地域和不同生态环境特征下古村落群系之间的空间相关性、分布规律与特征，运用多学科综合叠加的理论和方法，研究我国传统古村落在时空领域的发生发展规律、中华文明在特定历史时期的演变特征及民族传统古村落的相互关系，构建我国传统民族古村落的多维动态特征谱系，从而为保护和利用传统古村落提供决策支持。 4.2.1. 文化生态基因信息图谱的主要内容。一是对我国现有保存较完好的传统古村落进行普查，充分了解它们的建筑、历史、文化和环境特征；二是建立传统古村落文化与生态要素特征数据库，研究信息模型与基因信息的提取、图谱单元的建立等关键技术；三是研究古村落文化生态基因信息图谱的表达方式，建立图谱表达规范，设计图谱系统的反演、预测模拟功能等。 4.2.2. 文化生态基因信息图谱平台的构架。古村落文化生态基因信息图谱平台大致由地图显示管理模块、空间分析功能模块、图谱单元建模模块、图谱单元管理模块等组成。 4.2.3. 构建文化生态基因信息图谱的路径方法。第一，建立基础数据库，存储古村落的生态环境数据和人文要素数据；第二，根据文化生态基因识别原则划分传统古村落的生态要素特征指标体系，并建立生态要素特征库，主要有环境要素特征库、建筑要素特征库、文化要素特征库；第三，建立古村落基因变异数据库，特别是资本与古村落文化生产和文化再生产的动态数据库等；第四，建立文化生态要素特征库、文化生态基础数据库和基因变异数据库的数据映射关系。
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user: 5. 构建文化生态基因信息图谱的意义和价值 依托传统古村落文化生态基因提取和数据管理的海量信息，一方面为保护具有文化个性的古村落景观再造服务。如可以引入地理信息系统(GIS)对传统古村落进行数据管理和动态监控；根据历史地理学的“文化叠加”与“横断面”复原等概念，结合传统古村落文化生态基因的“信息记忆”功能，将古村落基因元素运用到古村落景观设计、旅游形象设计、区域形象塑造以及相关的开发利用中来，让传统文化要素在旅游开发中得到应有的传承和创意的发挥。 第二，通过对变异基因的分析和把握，可以对传统古村落的组织机理、社会结构、社区发展、资本契入、产业业态、文化变迁和未来发展提出更具针对性的治理结构和发展对策。 第三，借助古村落文化生态基因信息图谱的研究，可以为我国不同文化区域传统古村落的生态文化基因挖掘、历史记忆恢复、地方感的建立、旅游规划和景观设计、资本契入和业态均衡、社区发展和文化传承等提供理论方法指导和发展路径指引，为弘扬传统文化、推进生态文明、建设“美丽中国”提供技术支撑和决策借鉴。
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user: 6. 构建古村落文化生态基因信息图谱面临的困难 6.1. 文化生态基因的识别和提取问题 文化生态基因单元的表达机制是解决基因信息图谱系统中基因单元的组织和管理的关键技术。传统古村落的基因要素识别、指标要素体系的建立是基因自动提取的重要前提。如何解决文化生态基因的自动识别与分析应用，既是一个全新的理论问题，也是实践中亟需解决的现实难题。 6.2. 文化生态基因信息图谱的实用性和适应性问题 传统古村落基因信息图谱是一个具有特定结构与功能的复杂系统，如何使其在实际操作中既简便易行又方便适用，是一个不容易解决的复杂问题；同时，不同文化及地理区位的传统古村落在经济发展水平、社会结构、民族风俗、资源禀赋和文化机理等方面客观上存在或大或小的较为明显的差异，又给基因信息图谱的选择和横向比较带来了现实的困难。
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user: 摘 要 采用欧拉–拉格朗日方法，数值计算0、40%两种疏透度栅栏周围的气流场和沙粒运动轨迹，对栅栏的阻沙机理进行了更全面的分析。结果表明，对来流风速实现大幅衰减并形成较大区域的低风速区，和确保沙粒运动轨迹流经低风速区是栅栏具有良好阻沙性能的两个必须条件，对进一步理解栅栏防护的动力机制具有参考意义。 关键词 :风沙防治，阻沙栅栏，数值模拟，阻沙机理 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 阻沙措施作为机械防沙体系的重要组成部分，在防沙工程中得到广泛应用，其工作原理是在风场内产生一种拖曳力，致使来流动量发生净损失，使气流携载沙能力下降，造成沙粒在阻沙措施附近沉积，从而起到阻沙作用 [ 1 ] 。防护效益决定于阻沙措施的设计要素，即形状、高度、疏透度、疏透度分布与方位 [ 2 ] ，以及防护区风沙流粒度组成等 [ 3 ] 。众多研究者通过测量、分析措施附近的风场，如气流速度、湍流性能、剪切力、压力等参数来阐述阻沙措施的防护效益 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，并用栅栏对风速降低的幅度及其影响范围来判定阻沙效果。然而，疏透度为零的紧密栅栏无论从对风速的衰减幅度还是从形成的低风速区范围角度均优于带有一定疏透度的孔隙栅栏，但工程实践及有关风洞实验研究结果均指向疏透度在0.2~0.4的栅栏阻沙效果最佳 [ 8 ] ，单纯从气流场角度不能很好的解释这一现象。地表的风蚀过程本身就是一个非常复杂的现象，对沙粒相的动态测量十分困难，尽管现有的PIV技术已实现对沙粒相的动态测量，但观测的尺度十分有限，单次数据采集仅能反映沙粒运动轨迹的很小一部分。当前，在栅栏阻沙机理方面，尚缺少沙粒运动与风场特性相结合方面的研究。风沙活动本质上属于两相流问题，本文依托现有气固两相流理论，采用欧拉–拉格朗日模型对沙粒流经栅栏的物理过程进行数值模拟，综合流场信息和沙粒的运动轨迹对影响沙粒沉积的主要因素进行了分析，尝试对栅栏的阻沙机制进行更全面的剖析。
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user: 2. 研究方法 2.1. 数学模型 本文旨在获取沙粒在流经阻沙措施时的动态信息，采二维欧拉–拉格朗日模型，即气相作为连续相，沙粒相为离散相，模型中仅考虑重力和拖曳力 [ 9 ] ，沙粒相视为球型稀相，不考虑沙粒之间的相互作用及沙粒与气流之间的耦合作用。 1) 气相连续方程和动量方程分别为： (1) (2) 式中： 、 、 分别为气相密度、速度和压力； 为气相粘性应力张量； 为气相体积分数。 2) 湍流模型采用标准 双方程模型进行描述： (3) (4) (5) 式中： 、 分别为湍动耗散率和湍动粘度； 是由于平均速度梯度引起的湍动能产生； 是由于浮力影响引起的湍动能产生； 为可压缩湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响； 、 、 为经验常数； 、 分别为湍动能和湍动耗散率对应的普朗特数； 为速度在 方向的分量； 为热膨胀系数； 为马赫数； 为声数； 为湍动普朗数。 3) 颗粒运动方程： (6) (7) 式中： 为颗粒质量； 为颗粒直径； 为颗粒速度； 为重力加速度； 为单颗粒所受的流体粘性阻力； 为流体阻力系数； 为颗粒雷诺数。 2.2. 计算问题描述 选取计算区域为高20 m，长80 m的二维矩形区域，阻沙栅栏位于距进口15 m处，高度H为2 m，分疏透度为0和40%两种，阻沙栅栏结构示意图见图1。计算区域入口、出口、顶部分别采用velocity-inlet、outflow和symmetry边界条件进行描述，计算区域底部和栅栏表面采用wall边界条件行进描述。 入口风速廓线取对数率分布，2 m高度处风速取10、15和20 m∙s − 1 等3种。沙粒密度为2650 kg∙m −3 ，分0.1、0.25和0.5 mm等3种粒径，在距计算区域入口10 m处0.1 m~1.0 m高度范围内释放，每种粒径沙粒各释放10个，沙粒初速度方向为水平，速度大小详见表1。 图1. 阻沙栅栏结构示意图 Table 1 Sand grain ejection velocit 粒径/mm 初速度/m∙s −1 风速/m∙s −1 0.1 0.25 0.5 10 5.45 4.85 3.59 15 8.25 7.45 5.74 20 11.08 10..6 7.98 表1. 沙粒入射初速度
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user: 3. 结果与分析 3.1. 阻沙栅栏结构与风场特征 阻沙措施形成的二次流场是促使沙粒沉积的根源，疏透度与风场关系是当前有关阻沙栅栏方面的研究热点。对于特定的阻沙措施，风场结构与风速无关 [ 10 ] ，本文以20 m∙s −1 风速为例，给出了疏透度为0%和40%两种阻沙栅栏附近的风速等值线、速度矢量图(见图2)。 从图2(a)可以看出，受栅栏阻挡气流在栅栏前端被迫加速抬升(无孔隙的全部抬升，有孔隙的部分抬升)，在栅栏顶部形成一个速度等值线密集的剪切层，且沿风向逐渐减弱并向地面附着，在迎风侧和背风侧分别形成一个小的和大的弱风区，这是有无孔隙的栅栏所形成二次流场的相同之处。两者区别在于紧密型栅栏后弱风区为一回漩涡区，而疏透度为40%的孔隙栅栏后则未出现涡区，且前者对风速衰减更多、低风速区域更大。上述风场计算结果与罗万银等 [ 11 ] 的风洞实验结果基本一致，他们的实验结果表明当疏透度大于30%后栅栏后端将不再出现回流现象。 3.2. 沙粒流经阻沙措施时的运动轨迹 图3为沙粒流经疏透度为0栅栏时的运动轨迹及速度变化图。由图3可看出，沙粒在遭遇紧密型栅栏阻挡时会发生两种行为，一种是在栅栏前端1 H范围内沉积，一种是从栅栏顶端越过栅栏。沙粒的行为与其粒径和风速密切相关，总体上有如下特点：越过栅栏的能力随粒径减小而增强，随风速增大而加强，如0.1 mm沙粒三种风速下均能越过栅栏，0.25 mm沙粒仅在20 m∙s −1 风速下部分越过栅栏，而0.5 mm沙粒三种风速下均未能越过栅栏；越过栅栏后沙粒落回地面的附着点距栅栏的距离随风速增大而增大，低风速下小粒径沙粒会随回漩气流发生反向运动，随风速增大这种现象则消失。 图4为沙粒流经疏透度为40%栅栏时的运动轨迹及速度变化图。由图4可见，沙粒在遭遇栅栏时一部分会在前端沉积，一部分会穿过栅栏在后端沉积，沙粒穿过栅栏的能力与紧密型类似，不同之处在于沙粒是在栅栏孔隙而不是其顶端穿过，同时附着点与栅栏的距离也远远小于紧密型栅栏。 图2. 阻沙栅栏结构示意图两种疏透度栅栏附近流场特征((a) 速度分布，(b) 速度矢量分布) 图3. 沙粒流经紧密型栅栏时的轨迹及其速度变化(m∙s −1 ) 图4. 沙粒流经疏透度为40%栅栏时的轨迹及其速度变化(m∙s −1 )
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user: 4. 讨论 综合图2和图3不难看出，紧密型栅栏对沙粒的拦截作用主要发生在前端，通过顶端越过栅栏的沙粒运动轨迹主要在气流的剪切加速区，沙粒在这里会被气流加速，风速越大时加速效果越明显，除低风速下小颗粒会随回漩气流反向运动沉积在栅栏的后端，其余情况下会随剪切气流回落到栅栏后部远端的风速恢复区，栅栏对这部分的沙粒拦截作用十分有限。同时也可发现，虽然紧密型栅栏后端对风速衰减效果很好，低风速区域也很大，但沙粒并为流经该区域，而是处于风速远高于来流风速的剪切层内。结合图2和图4可以发现，遭遇具有一定疏透度的孔隙栅栏时沙粒是从栅栏孔隙通过，虽然其间也会经历一个加速过程，但这个作用非常微弱，更重要的是穿越栅栏以后，沙粒进入了栅栏后端的低风速区，能量得到进一步衰减，因此很快发生大量沉积。这很好解释了对风速衰减更低低风速区域更大的紧密型栅栏阻沙效果却不如孔隙栅栏这一现象。由此可见，若使栅栏具备良好的阻沙能力必须同时满足两个条件：一是能够对来流风速进行大幅衰减，形成尽可能大的弱风区；二是促使来流沙粒进入弱风区。
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user: 5. 结论 本文采用欧拉–拉格朗日方法在栅栏流场中引入沙粒相，同时计算了流场和沙粒运动轨迹及速度，较单纯的以气流场论述栅栏的防护更为直观有效，深化了对栅栏阻沙机理的认识。同时也获得如下重要认识，阻沙措施若具有良好的阻沙性能必须同时满足两个条件，一是能够对来流风速进行大幅衰减，形成尽可能大的弱风区；二是促使来流沙粒进入弱风区，对阻沙措施的设计具有重要参考意义。
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user: 资助信息 本文得到国防环境安全专项资金资助(项目号：WZ20160402)。
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user: 1. 引言 在现在人们的生活中，家用电器的使用已经成为必不可少的一部分。但仍然常常出现用电不合理、人走忘记断电、浪费严重的情况，加剧了能源供需不平衡的矛盾，而且存在着安全隐患。随着国家智能电网的建设、峰谷分时电价的推行，使得节能环保、绿色低碳以及智能用电等需求更加引人注目。如果能够尽量在用电低谷时段启用家用电器(如洗衣机等)，从而科学用电，这样不但能够节省能源，还将对削峰填谷压力的缓解起到积极的促进作用。智能家居能效管控系统具有方便、高效、安全、节能、智能化的特点，对于改善居民的生活质量有着非常重要的影响。
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user: 2. 研究现状 智能家居(Smart Home)是计算机技术、网络技术、控制技术向传统家居渗透发展的必然结果 [ 1 ] 。目前通常把智能家居定义为利用网络、移动设备、电脑和综合布线技术，将与家庭生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统在家庭信息管理平台的基础上。 2.1. 国外研究现状 1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃狄克州哈佛市的City Place Building，出现了首栋“智能家居建筑”，从此揭开了全世界建造智能家居的序幕 [ 2 ] [ 3 ] 。1998年3月，IBM， Intel， Hp， Microsoft，及日本的一些公司共同制定了“家用无线网络标准”——家庭射频(HomeRF) [ 4 ] 。随后，基于HomeRF的PC卡、适配卡、打印机、无线电话等设备相继面世，其发展势头备受关注。1998年家庭电话线网络联盟(HomePNA)提出利用传统电话网络提供宽带数据接人服务。该标准利用Tut公司的技术不会对正常的电话业务产生干扰，并且将允许在家中使用随机制非结构性电话线。2004年，“家庭插电联盟”创造了共同的家庭电线网络通讯技术标准，实现了“电力线上网”，基于电力线上网技术推出的新型的电力变压器和Modem可以使笔记本电脑和PC的使用者轻松连接家中的供电网络。另外，值得一提的是，在智能家居的发展历程中，x-10技术(电力载波通讯协议，即plc)是最耀眼的明星 [ 5 ] 。从20世纪70年代开发并获得专利至今，已经有很多大公司在美国生产、销售x-10产品，例如stanley， ra-dioshack， honeywell， leviton等等；在当今美国家庭自动化控制规格领域中x-10控制规格已成为的主要领导者。 2.2. 国内研究现状 1999年，深圳首届高交会上，外商永泰峰公司带着其ApBus产品参展，代表着国外智能家居产品开始进入中国市场 [ 6 ] 。在国内，利用电力线做家庭信息的传输介质的研究较电话线早，1999年中国电力科学院研制出45 Mbps的电力线高速通信产品。2002年北方工业大学运用单片机控制电话收发芯片MT8880和语音芯片ISD4004，研制出一种基于公共电话网的智能家居系统，此系统可以实现电话远程控制家电、语音提示、留言和自动报警等功能 [ 7 ] 。泛安公司自主开发了家庭控制器——e家网关 [ 8 ] 。它本身是小型嵌入式Web服务器并且可以采集和发送信息，用户如果想要了解家中情况，可以通过在Internet上浏览其内部HTML网页来实现。除此之外，用户还可以通过这种方式进行消息传送和远程控制。由于e家网关能够与Internet互联，直接连接到宽带网，因此该系统己经不是传统意义的小区智能化管理系统，而可以发展成为社会化的管理系统 [ 9 ] 。2004年，中国通信标准化协会(CCSA)提出要开展家庭网络标准的研究工作 [ 10 ] 。5月，由信息产业部电信研究院牵头，包括中国电信、中兴通讯、上海贝尔阿尔卡特、华为科技、UT斯达康、西门子等8家公司参加的家庭网络总体研究课题组。他们对家庭网络进行了全面综合研究，提出了电信制造和运营商对未来智能家居新时代的发展规划、对策与看法，并向CCSA提交了《家庭网络总体研究(V1. 2)》报告 [ 11 ] 。2005年，国家信息产业部正式批准发布了对于家庭网络的推荐标准，并于9月1日开始实施 [ 12 ] 。
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user: 3. 技术与环境介绍 根据对智能家居能效管控Web系统的整体架构设计、数据库设计、系统整体流程的确定，该项目釆用面向对象的C#语言，在.NET平台下，基于SQL Server 2008数据库，结合Socket通信技术并选用普遍使用的Windows 7操作系统，开发了B/S模式下面向智能用电的智能家居能效管控Web系统平台。 3.1. 软件环境简介 本系统基于由ASP.NET和SQL Server 2008搭建的软件开发平台。ASP.NET采用分层配置系统，具有良好的跨平台性。SQL Server 2008不仅功能强，而且易学、易用。能都与ASP.NET紧密集成，对动态网站提供了强有力的支持。 3.1.1. ASP.NET Microsoft. NET Framework开发平台具有很强的综合性。在这个平台之上不仅能够实现ASP.NET Web应用系统的开发，也可以开发Windows桌面应用系统、Mobile移动式网络应用系统以及Web Service服务系统。 .NET Framework所包含的ASP.NET，是微软公司的一项技术，是一种嵌入到网页当中的脚本。其可以在通过HTTP请求文档时，通过因特网服务器执行的服务器端脚本技术，再在Web服务器上动态地创建它们 [ 13 ] 。 通过在实际工程中的不断摸索以及ASP.NET和Web应用程序的技术特点，得到了一种基于ASP.NET技术的三层Web应用程序开发设计模型。这种模型把Web应用程序划分为三个基本的层次：用户界面层、业务逻辑层和数据访问层 [ 14 ] 。其结构如图1所示。 3.1.2. SQL Server 2008数据库 SQL Server 2008在Microsoft的数据平台上发布，它可以存储数据以及管理、更新、查询关系型数据 [ 15 ] 。数据库中能够对数据进行报告查询、同步、搜索和分析等操作，此外，在其中也可以直接存储非结构化、半结构化和结构化的文档文件。 SQL Server 2008允许使用Microsoft.NET和Visual Studio开发的自定义应用程序中使用数据，在面向服务的架构(SOA)和通过Microsoft BizTalk Server进行的业务流程中使用数据。信息工作人员可以通过日常使用的工具直接访问数据。 3.2. 硬件环境简介 3.2.1. STM32F103 STM32F103是ST公司出品的以Cortex-M3为内核的处理器芯片，它具有丰富的接口和不小的内置存储器。它的计算性能相比16位产品有大幅提升，而价格却相差不大。由于有内部Flash，因此当不需要进行大数据存储时，可以省略外接ROM以简化系统。其实物图如图2所示。 图1. Web应用程序三层设计模型 图2. STM32F103实物图 3.2.2. DHT11温湿度传感器 DHT11数字温湿度传感器应用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术。它的内部由一个感湿电阻和一个NTC测温部件组成，精度较高，可以用于提高监测的可靠性和卓越的长期稳定性。其实物图如图3所示。 3.2.3. Marvell 88W8686 WIFI模块 Marvell所提供的通信方案是一个综合成本比较低的方案。集成度高、成本低是该芯片的优点，虽然设计难度属于中等，但是它比较符合本设计的要求。 该模块支持速度为1和2 MbPs的IEEE802.n协议，速度为5.5和11 MbPs的IEEE802.1lb协议，还有速度为6、9、12、18、24、36、48、54 Mbps的IEEE802.lla/g协议。支持Infrastructure和Ad-hoc两种操作模式，在MAC层上；支持DCF和PCF两种介质访问控制方式；支持开放系统认证和共享密钥认证两种认证服务；支持IEEE的省电模式；支持Marvell的2、3、4线的蓝牙共存仲裁机制。Marvell 88W8686 WIFI模块如图4所示。 3.2.4. OV2640摄像头模块 OV2640是OV (Omni Vision)公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA (1632 * 1232)图像传感器。提供单片UXGA摄像头和影像处理器的所有功能。其实物图如图5所示。 图3. DHT11温湿度传感器实物图 图4. Marvell 88W8686 WIFI模块实物图 3.2.5. BH1750FVI光强传感器 由于光敏电阻的光电特性并不是理想的线性关系，所以并不可用作高精度检测元件。另外，光敏电阻十分容易被不可见光(主要为红外线和紫外线)影响而导致误操作。BH1750FVI提供三种灵活的工作模式：低分辨率模式、高分辨率模式1和高分辨率模式2。在低分辨率模式下，它能够检测1~65535 lux的光照强度，测量用时仅为16 ms，分辨率为4 lux。高分辨率模式1下，它能够检测1~54612 lux范围的光照强度，测量时间一般为120 ms，分辨率为0.5 lux。在高分辨率模式2下，它能够检测1~54612 lux范围的光照强度，测量时间一般为120 ms，分辨率1 lux。其实物图如图6所示。 3.2.6. MQ-2烟雾传感器 MQ-2型传感器的最高工作温度一般在300℃至400℃，检测浓度范围为300至10000 ppm，它对液化气等气体的灵敏度比较高，此外也能够对天然气和烟雾等有害气体进行检测。其实物图如图7所示。 图5. OV2640摄像头模块实物图 图6. BH1750FVI光强传感器实物图 图7. MQ-2烟雾传感器实物图
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user: 4. 系统需求分析 家庭智能化的出现已经有将近20年的历史，智能家居系统通过智能化建设，以家庭综合布线为基础，以计算机网络和无线通信网络为桥梁，全面实现家庭智能化生活。 4.1. 功能需求 本文将主要功能模块分为六部分，包括用户信息管理模块、信息模块、安防模块、窗帘模块、电器模块和照明模块。这些模块在第二章中已做了简单介绍。下面将对各个模块的功能需求进行详细的说明。 4.1.1. 功能需求概述 1) 用户信息管理模块 能够实现用户的注册和登录功能； 2) 信息模块 综合显示温度、湿度、光照以及相关用电建议等相关信息，同时可以控制用电器的启停和查看电器的详细信息； 3) 安防模块 显示室内的实时影像，并显示摄像设备的用电量和用电情况折线图； 4) 窗帘模块 显示室内的温度、湿度和光照强度，控制窗帘的开关，同时显示智能窗帘的用电量和用电情况折线图； 5) 电器模块 综合显示电器信息，并可通过链接查看指定用电器的详细用电信息； 6) 照明模块 显示照明设备的用电量和用电情况折线图。 4.1.2. 功能需求图示 1) 系统用例图如图8所示。 2) 系统结构图9所示。 图8. 系统用例分析图 图9. 系统结构图 4.2. 性能需求 1) 数据精确度 本系统的数据信息通过硬件传感器传回，受室内温度、湿度、光照强度影响并能反映其变化趋势。同时本系统能作到对信息的实时更新，本系统的数据信息精确度是可以得到保证的。 2) 时间特性 系统正常的前提下，保证响应时间在5秒以内。 3) 灵活性 系统具有灵活的操作方式，键盘和鼠标都可以实现对系统的操控。 4) 可拓展性 为了适应新的用电器加入等方面的更新扩展，系统必须具有良好的可拓展性。
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user: 5. 面向智能用电的智能家居能效管控系统设计 5.1. 系统概要设计 在上一章中，给出了智能家居能效管控Web系统的功能需求和性能需求等，本章将对应用层各软件模块进行详细设计分析，并对其中需要用到的相关技术和工作原理进行详细的说明。 5.1.1. 系统设计思想 1) 家庭网络 家庭网络是智能家居系统的基础。家庭中不同功能的异构网络彼此分离，没有形成通信与互联。通过解决各种家电的控制和互连问题，将一种标准的交互语言提供给家电，实现家庭网关与第三方应用程序之间的通信，以实现控制家庭内部的电器，并且实现其它智能家居功能的要求。 家庭网关不仅要完成家庭智能控制和因特网接入功能。而且还负责各种类型子网之间的协议转换和数据共享。对于能耗管理，家庭网关还应具有用电数据采集、存储和处理，能耗管理策略实施等功能。 2) Internet接入 家庭能耗管理系统方便用户通过Internet网络远程操控智能家电。可以随心所欲对家居家电进行开关控制 [ 16 ] 。并能为用户提供用电信息查询，也可以为用户提供对其属性的操作。实现用电详情的远程实时分析，让居民对其的控制不再受时间和地域的限制。 3) 智能家居控制 普通家电通过红外转发器，红外遥控器，无线中继模块等方式，使用户能够非常容易、方便地对非信息家电实现的控制。 通过与红外转发器通信可以完成红外家电的遥控器功能；而通过与智能插座通信可以完成普通家电的开关。信息家电自带有网络接口，与能耗管理系统可直接进行无线通讯，能方便对其的控制管理 [ 17 ] 。 系统通信结构图如图10所示。 5.1.2. 系统结构 家庭内部署有智能家居服务器。用户可以通过PC来控制户内的智能家居设备。智能家居的系统结构示意图如图11所示。 1) 应用层 作为人机交互界面，注重界面的友好度与用户的体验度。能将用户的意图反馈给管理层。主要包含移动终端、PC等可视化设备。 2) 管理层 作为系统核心，负责网络的管理和信息的处理，承接应用层和感知层之间的信息交互。包括智能网关和智能家居服务器。 图10. 系统通信结构图 3) 感知层 作为动作执行设备，执行号管理层下发的动作命令，以便于更好地将用户的意图在应用层中实现。作为信息获取部分，监控环境的变化，并将相关信息发送给管理层，以便于根据环境信息实现用户意愿。 5.1.3. 系统流程图 智能家居系统的流程如图12所示。 图11. 系统结构示意图 图12. 智能家居系统流程图 5.2. 系统功能设计 5.2.1. 功能指标 系统软件包括：计算机及网络操作系统、应用软件和实时监控软件等。 1) 系统软件应具有很高的可靠性和安全性 [ 18 ] 。 2) 系统软件应当操作简单方便，采用多媒体技术，采用中文图形界面，使系统具有处理图像和数据的能力。用户操作界面要友好，以保证能够适应不同层次的用户。 3) 系统软件应符合国际、国家标准以及行业标准，便于支持新硬件产品和多次升级。 4) 系统软件应具有功能上的可拓展性。 5.2.2. 功能结构设计 系统设计工作应该由总体结构的设计到各个模块的设计逐层完成。总体设计主要是指对整个系统的功能进行划分，软硬件配置、数据存储和整个系统实现等方便的合理布局。系统软件功能结构如图13所示。
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user: 6. 面向智能用电的智能家居能效管控系统实现 6.1. 软件开发环境 Microsoft Visual Studio 2010； Microsoft SQL Server 2008。 6.2. 系统主要功能模块的实现 家庭网关的功能设计位于软件架构的应用层。主要功能模块则分为六部分，包括用户信息管理模块、信息模块、安防模块、窗帘模块、电器模块和照明模块。这些模块在第二章中已做了简单介绍。下面将对各个模块的工作流程和功能的实现进行详细的说明。 图13. 系统软件功能结构图 6.2.1. 用户信息管理模块 对用户信息是否正确的审查代码全部写在登录按钮的on-click方法中。 程序先检测用户名是否为空。当用户名为空时，点击“登录”按钮将提示“请输入有效的用户名”。否则继续判断密码是否为空。当密码为空时，提示“请输入密码”，如果密码和用户名均不为空，则和数据库中的已有用户信息进行比对，比对成功，进入首页，否则提示“密码错误！”。用户信息管理模块程序设计流程如图14所示。界面如图15、图16所示。 图14. 用户信息管理模块程序设计流程图 图15. 用户登录界面 6.2.2. 主界面实现 1) 主界面结构设计 图17为面向智能用电的智能家居能效管控系统主界面。其中主要分为5个模块，分别是：信息模块、 图16. 用户注册界面 图17. 系统主界面 安防模块、窗帘模块、电器模块和照明模块，用户可以根据需要进入相应界面进行信息的查询和对设备进行控制。页面顶部欢迎语句由Session中获得用户名，再通过if else语句进行相应的判断具体方法如下： if (Session[“uid”] == null)//判断session是否为空，如果为空则证明是直接访问该页面，那么将跳转到登录界面。 {Response.Redirect (“Userlogin.aspx”);} else{Response.Write (“欢迎”+ Session[“uid”].ToString());//用来获取左上角欢迎语句。}} 2) 响应式界面 变换窗口大小后，首页的响应式界面如图18所示。 6.2.3. 信息模块 该模块综合显示各类信息，包括温度、湿度、光照强度、用电建议、电器用电量等。其中运用数据挖掘技术对采集到的负荷数据进行分析，给出用能统计曲线，并分析其合理性及节能潜力，给出节能措施和建议；用户需要，可以手动或依据策略进行智能化的电器启停控制，使用电最优化，节能环保。界面设计主要运用DIV + CSS的布局方式，结合响应式Web设计的方法实现的界面效果如图19所示。 图18. 响应式首页界面 图19. 信息模块界面 6.2.4. 安防模块 系统能根据用户需要实时传回视频信息。可以显示监控器的用电情况折线图。用户也可以根据需要控制监控器的开关。安防模块界面如图20所示。 6.2.5. 窗帘模块 用户可以根据需要控制窗帘的开关，结合定时控制器，不需要再为每天开关窗帘而心烦，使用定时开关能够实现电动窗帘的自动开关。例如每到天亮时自动打开，晚上就自动关闭。也可以通过查看PC端室内光照强度信息手动控制窗帘的开关。电动窗帘可以通过遥控器、触摸屏控制，遥控器轻松一按，窗帘自在掌控中。窗帘模块界面如图21所示。 图20. 安防模块界面 图21. 窗帘模块界面 6.2.6. 电器模块 电器模块主要实现对家居内电器的开关控制和各个电器用电信息的查看。通过用智能电器插座、定时控制器等智能产品的组合，不需要改造现有的普通家用电器，就能轻松实现对家居内电器的集中控制、电脑控制、无线遥控、定时控制等多种智能控制等。而且可以查看每个电器的详细用电信息。 用户对家居设备下发控制请求时，网关服务器上的处理器设备控制程序接收并解析用户控制请求，它根据用户请求的内容到网关的数据库中查询所要控制设备的信息，检查命令的合法性和设备ID号。同时生成相应的控制命令，然后向网关上的串口下发控制命令。电器模块界面如图22所示。 6.2.7. 照明模块 照明模块可以显示照明设备的用电量。同时可以显示照明设备的用电情况折线图。用户也可以根据需要控制照明设备的开关，例如智能家居内的吊灯、吸顶灯、壁灯、台灯、落地灯等。照明模块界面如图23所示。
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user: 7. 结论与展望 智能化逐渐走进了每个人的生活，颠覆了传统家居的理念，同时带给人们全新的生活理念。从网络家电概念到今天的物联网家居，从最早简单的安全报警设备到目前的移动视频监控，从独立到互联、从模拟到数字、从有线到无线，智能家居技术已趋于成熟。智能家居控制器是一项复杂而又庞大的系统工程，涉及通信、家电、建筑、网络服务等诸多领域，整个系统的功能以及具体实现上还需要进一步的完善和加强，该系统离真正家居智能化的要求还有一段距离。 图22. 电器模块界面 图23. 照明模块界面 到目前为止，一个比较简洁、实用的面向智能用电的智能家居能效管控Web系统已经基本实现。但是由于个人能力有限，所以只实现了智能家居系统中的一些基本功能，包括远程控制功能、Wi-Fi数据传输功能、设备管理功能等。但一个完善的智能家居系统涉及到生活中的方方面面，所以还有很多后续的研究工作需要开展： 1) 在智能家居系统的功能定位上，可以向着家庭影院、智能场景控制等多功能综合平台方向发展； 2) 在智能家居中Wi-Fi的组网方式上，可以考虑其他更多的拓扑结构，这样有利于保障通信，例如采用树型结构可以使网络的适应性和健壮性更强； 3) 想要智能家居系统真正地做到实用，那么网络安全问题就必须要得到解决。对于智能家居系统来说，防止外部入侵以及数据的完整性是网络安全的重点，而针对这两方面，要做的工作还有很多。
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user: 摘 要 随着国民经济和城市建设的快速发展，城市建设用地日益紧张，把煤矿采空区作为建设用地已经成为缓解用地紧张的一种有效手段。本文通过分析徐州矿物集团旗山煤矿和权台煤矿的采空区分布特征，开采时间、开采面积及其已引发的地面变形破坏情况，运用概率积分法预测采空区地面塌陷的残余变形量，将评价区分为不稳定、相对稳定和稳定三个区，并对采空地面塌陷提出防治措施及建议，以期对工程建设提供地质依据。 关键词 :煤矿采空区，概率积分法，地质稳定性 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 徐州市贾汪地区的采煤活动，至今已有百余年的历史，经过多年的地下开采，许多地区形成大面积、大规模的煤矿采空区，已经成为公路、铁路和重大工程建设的限制因素  [ 1 ]  [ 1 ] ，并造成了一系列的环境地质问题 [ 2 ] ，因此，开展采空区建筑地质稳定性研究，对矿区环境的治理、矿区土地的利用、重大工程设施的建设和小城镇建设规划都具有重要的现实意义。 目前，研究煤矿采空区影响的方法主要有Roughset法 [ 3 ] 、T-S模糊神经网络法 [ 4 ] 、经验模态分解和加权最小二乘支持向量机法 [ 5 ] 、概率积分和数值模拟法 [ 6 ] 等，张润香研究了蓟运河下方的煤矿的开采方法以及应对措施 [ 7 ] ，蔡子刚研究了波兰采空地面塌陷与积水预测的理论与方法 [ 8 ] ，此外很多学者也对采空区塌陷的形成机理和影响因素等做了大量研究，如翟淑花等进行了采空塌陷区地表建筑物变形特征分析及破坏机理研究 [ 9 ] ，李为民等对大通煤矿地面塌陷成因及发展趋势进行了分析 [ 10 ] ，刘心彪研究了甘肃省华亭县采空区地面塌陷成因，并提出了防治对策 [ 11 ] 。 拟建潘安湖湿地公园二期项目位于徐州矿务集团权台煤矿和旗山煤矿井田开采范围之内，属煤矿采空地面塌陷区或其影响区，拟建项目主要建设内容包括民居、合院、酒店、观景塔、码头和桥梁，其中民居和合院均为一层，酒店的单体建筑面积最大、层数为1~3层，观景塔的层数为7层。本次研究以拟建项目场地边界外扩500 m作为评价区范围，笔者通过分析评价区采空区的分布特征，并用概率积分法对其采空区地质稳定性进行分析研究，并提出防治措施和建议，对工程建设提供地质依据。
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user: 2. 区域地质概况 评价区地层隶属于华北地层区鲁西分区徐宿地层小区，前第四纪地层主要发育有奥陶系、石炭系、二叠系和古近系(见图1)，多被20~30 m厚的第四系覆盖。其中二叠系下统下石盒子组(P 1 x)、山西组(P 1 s)和石炭系上统太原组(C 3 t)为评价区内主要的含煤地层。评价区及周围地区前第四纪地层岩性特征由老至新如下。 2.1. 奥陶系(O) 1) 下统下马家沟组(O 1 x)：厚度142~202 m，灰、深灰、紫灰色厚层灰岩、豹皮状灰岩、白云质灰岩、白云岩。 2) 中统阁庄组(O 2 g)：厚度64~97 m，灰、灰黄、灰紫色薄–中厚层白云岩夹灰岩。 图1. 评价区及周围地区基岩地质图 2.2. 石炭系(C) 1) 中统本溪组(C 2 b)：上部为灰白色层状石灰岩，含零星点状黄铁矿晶粒，间杂灰绿色泥岩。中部为铝土质页岩，灰绿色，节理面有棕黄色，可作为地层标志。厚度1~5 m。下部是紫红色铁质页岩，呈层状和鸡窝状，厚度不均，4~12 m。 2) 上统太原组(C 3 t)：厚度140~160 m，平均150 m，为海陆交替相沉积。以13层石灰岩和泥岩、砂质泥岩、砂岩以及12层薄煤等交互出现。 2.3. 二叠系(P) 1) 下统山西组(P 1 s)：厚120~140 m，平均130 m，上部以杂色、灰–灰绿色泥岩，灰白、灰绿石英砂岩及砂泥岩互层组成。中下部以灰白色砂岩和砂泥岩互层组成。底部为深灰色泥岩，结构密，质细而均匀，属浅海相沉积，该层厚度6~20 m。 2) 下统下石盒子组(P 1 x)：厚度180~210 m，平均195 m，分上、下两段：上段：以杂色、灰色泥岩、灰色砂泥岩、灰–灰白色砂岩组成。本段内夹有不稳定薄煤层和炭质泥岩，地层厚度约100 m。 下段：以灰色、深灰色泥岩和砂质泥岩、灰–灰白色砂岩和煤组成地层厚度约100 m。底部为灰绿–灰白色粗粒砂岩，厚度7~20 m。 3) 上统上石盒子组(P 2 s)：本组厚380~550 m，平均467 m。 上段厚约254 m，以杂色、灰绿色、紫色泥岩和浅灰色砂岩组成，局部夹有薄煤层。 中段厚约179 m，以杂色、灰色泥岩及灰绿–灰白色砂岩组成，夹有薄煤层。 下段本段俗称“奎山砂岩”，厚约34 m，以灰绿色–褐红色的中–粗粒砂岩为主，夹有杂色的泥岩和砂质泥岩。 4) 石千峰组(P 2 sh)：厚度75~570 m。上部以棕红色、褐色、灰绿色的杂色泥岩、砂泥岩为主，夹灰绿色中–粗粒砂岩组成，胶结松散，层理不清。下部以紫红色中–粗粒砂岩为主，常含砾石。夹有薄层杂色泥岩，厚度约70 m (俗称上界砂岩)。 2.4. 古近系(E) 以砾石为主，与红–棕红色砂泥岩组成。 揭露厚度0~220 m，分布很不稳定，仅分布在评价区西北侧的局部地区。 区内第四纪地层主要由黄色砂土、灰黑色粘土和砂礓、砾石组成一套松散的沉积物，厚度18~40 m，平均29 m，由南向北逐渐增厚，与下伏地层呈不整合接触。 2.5. 区域地质构造 贾汪区大地构造位置处于华北地台南缘徐州断褶束的中段，东距郯庐深大断裂带约100 km。徐州断褶束由一系列NE-NNE向展布的复式褶皱及与其大致平行的逆断层组成，并被NW-NNW向断裂切割，发育在徐州中东部、规模较大的复式褶皱自西向东主要有夹河复式向斜、徐州复式背斜和贾汪复式向斜。贾汪复式向斜为一呈NE向延伸的宽缓复向斜，核部为石炭、二叠系，翼部主要由奥陶系和寒武系组成；核部地层产状较平缓、略具波状起伏，翼部地层产状较陡且局部倒立。该复式向斜是贾汪地区重要的储煤构造，青山泉、夏韩桥、董庄、旗山、权台等国营大型煤矿均分布在此储煤构造中。 评价区地处该复式向斜南部近西翼部位，评价区及周边地区断裂构造不发育，主要在评价区的西北侧和西南侧发育有NNE向、近EW向、NWW和SN向断裂，规模相对较小。
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user: 3. 煤层开采情况 拟建项目地处徐州矿物集团权台煤矿和旗山煤矿井田范围内，评价区内主要开采1、3、9煤。现将各煤层采空区分布特征详述如下： 3.1. 1煤采空区 评价区内1煤采空区主要由旗山煤矿开采所致，旗山煤矿1煤平均开采厚度为1.42 m，根据旗山煤矿1煤井上下对照图，采空区形成于1966~2002年，主要分布于建设场地和评价区的东部，其中2107~2115、2117、3114、3115、1101~1105开采面开采时间在1966~1990年，其余开采面开采时间在1990~2002年之间。煤层底板标高变化较大，从评价区南部−400 m向北东方向埋深逐渐加大，东北部底板标高最大在−700 m左右，采空区分布图见图2。 图2. 评价区1煤采空区分布图 3.2. 3煤采空区 权台煤矿和旗山煤矿对评价区内3煤层均有开采，其中权台煤矿3煤平均开采厚度为4.68 m，开采时间1963~2004年，旗山煤矿3煤平均开采厚度3.42 m，开采时间1966~2009年。3煤层采空区在评价区内广泛分布，其煤层底板标高变化较大，总体而言，从评价区南西−250 m向北东方向埋深逐渐增大，东北部底板标高最大在−850 m左右，采空区分布图见图3。 3.3. 9煤采空区 权台煤矿和旗山煤矿对评价区内9煤层均有开采，主要分布在评价区的东部和北部地区，其中权台煤矿9煤开采厚度1.8 m，开采时间1998~2004年，旗山煤矿9煤平均开采厚度1.89 m，开采时间1995~2011年。9煤层底板标高变化较大，评价区内南部埋深较浅，向北东方向埋深逐渐增加，底板标高从−550 m到−850 m，采空区分布图见图4。